JP2012008114A - 測定装置、位置測定システム、測定方法、較正方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】光を用いて物体までの距離を測定した測定結果において、所定の対象物に関する測定結果を特定することを可能とすること。
【解決手段】物体までの距離を光の照射によって測定点毎に測定する測定装置であって、測定点毎の距離を表す距離情報と、測定点毎の受光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定部と、受光量情報において、光量が閾値を超える測定点を、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有する対象物に対応する測定点であると判定する対象判定部と、対象判定部によって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における対象物の位置を算出し、当該ローカル座標系における位置と、同一の対象物のグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正ステップと、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、光を用いて物体までの距離を測定するための技術に関する。

光学式距離センサの設置位置の較正（キャリブレーション）は、設置位置のグローバル座標が既知のマーク（以下、「較正用マーク」という。）に対して測定を行い、その測定結果を用いて行われている。このとき、光学式距離センサの測定結果のうち、どの部分が較正用マークについての測定結果であるかについては、従来の光学式距離センサは判定できない。そのため、従来は、較正を行う人間（以下、「較正者」という。）が、光学式距離センサの測定結果の中から較正用マークについての測定結果を判別し、光学式距離センサに対して指定を行っていた（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−１６８４７２号公報

しかしながら、従来のように較正用マーク毎に較正者が光学式距離センサに対して測定結果の指定を行うと、その作業に手間と時間とを要してしまう。そのため、較正作業に要する較正者の人件費や作業時間が増大してしまうという問題があった。また、このような問題は較正作業に限られない。すなわち、光学式距離センサの測定結果のうちどの部分が所定の対象物についての測定結果であるか、光学式距離センサは判定することができない。そのため、光学式距離センサの測定結果の中から所定の対象物についての測定結果を人間の手によって判別する必要があった。

上記事情に鑑み、本発明は、光を用いて物体までの距離を測定した測定結果において、所定の対象物に関する測定結果を特定可能とする技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、測定範囲内に配置された物体（例えば、実施形態における対象物、較正用マーク１０）までの距離を、光を照射することによって複数の測定点毎に測定する測定装置（例えば、実施形態における位置測定装置２０、２０ａ）であって、前記測定点毎に測定された距離を表す距離情報と、前記測定点毎に受光された光の光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定部（例えば、実施形態における光学式距離測定部２０１）と、前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値（例えば、実施形態における光量閾値ＴｈＬ）を超える測定点を、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面（例えば、実施形態における反射部１０１）を有する対象物に対応する測定点であると判定する対象判定部（例えば、実施形態における対象判定部２０２）と、前記対象判定部によって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における前記対象物の位置を算出し、当該ローカル座標系における位置と、同一の対象物のグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正部（例えば、実施形態における較正部２０３、２０３ａ）と、を備える。

本発明の一態様は、上記の測定装置であって、前記位置測定部（例えば、実施形態における較正部２０３ａ）は、前記対象物のグローバル座標系における位置を測定し、前記較正部は、一の前記光学式距離測定部についての前記較正を行う際に、他の前記光学式距離測定部によって取得された前記距離情報に基づいて測定された前記対象物のグローバル座標系における位置を用いて、前記較正を行うことを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の測定装置であって、前記対象物判定部は、前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有し水平面での断面が円形である対象物に対応する測定点であると判定し、前記較正部（例えば、実施形態における較正部２０３ｂ）は、前記対象判定部によって判定された測定点の距離に基づいて、前記対象物の前記断面の円の中心位置の水平面上の位置を、自装置の基準点を原点とするローカル座標系で測定し、当該ローカル座標系における位置と、同一の対象物の断面の中心位置の水平面上の位置のグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行うことを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の測定装置であって、前記測定点は線状に並び、前記較正部は、前記光学式距離測定部の水平面に対する傾きを予め記憶しており、当該傾きの値に基づいて、前記対象物の前記断面の円の中心位置の水平面上の位置を、自装置の基準点を原点とするローカル座標系で測定する、ことを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の測定装置であって、前記対象物は、垂直方向に伸びる円柱形であり、前記較正部は、前記円柱形の水平面の断面の円の半径を予め記憶しており、当該半径の値に基づいて前記断面の円の中心位置の水平面上の位置を前記ローカル座標系で測定することを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の測定装置であって、前記対象物は、球形であり、前記較正部は、前記球形の半径を予め記憶しており、当該半径の値に基づいて前記球の中心位置の水平面上の位置を前記ローカル座標系で測定することを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の測定装置であって、前記測定点は面状に並び、前記較正部は、前記対象判定部によって判定された測定点の集合によって表される形状に基づいて、前記対象物の前記断面の円の中心位置の水平面上の位置を、自装置の基準点を原点とするローカル座標系で測定する、ことを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の測定装置であって、前記対象物は、円柱形であり、前記較正部は、前記対象判定部によって判定された測定点のうち、前記円柱の天板部分に対応する測定点を選択し、選択された測定点の集合によって表される形状に基づいて、前記対象物の前記断面の円の中心位置の水平面上の位置を、自装置の基準点を原点とするローカル座標系で測定する、ことを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の測定装置であって、前記対象物は、球形であり、前記較正部は、前記球形の半径を予め記憶しており、前記対象判定部によって判定された測定点のうち距離が最も短い測定点を選択し、選択された測定点から前記測定点へ照射された光の進行方向に前記半径分進んだ位置を前記中心位置と推定し、この推定結果に基づいて、前記対象物の前記断面の円の中心位置の水平面上の位置を、自装置の基準点を原点とするローカル座標系で測定する、ことを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の測定装置であって、前記対象判定部によって判定された測定点の距離と、前記較正部による較正の結果とに基づいて、前記対象物のグローバル座標系における位置を測定する位置測定部（例えば、実施形態における位置測定部２０４）をさらに備えることを特徴とする。

本発明の一態様は、位置測定システム（例えば、実施形態における位置測定システム１）であって、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有する複数の較正用マーク（例えば、実施形態における較正用マーク１０）と、複数の測定点に対して光を発し、反射光を受光することによって各測定点の距離を測定し、測定点毎に測定された距離を表す距離情報と、前記測定点毎に受光された光の光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定部（例えば、実施形態における光学式距離測定部２０１）と、前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、前記較正用マークに対応する測定点であると判定する対象判定部（例えば、実施形態における対象判定部２０２）と、前記対象判定部によって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における前記較正用マークの位置を算出し、当該ローカル座標における位置と、同一の前記較正用マークのグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正部（例えば、実施形態における較正部２０３、２０３ａ）と、を備える。

本発明の一態様は、測定範囲内に配置された物体までの距離を、光を照射することによって複数の測定点毎に測定する測定装置（例えば、実施形態における位置測定装置２０、２０ａ）が行う測定方法であって、前記測定装置が、前記測定点毎に測定された距離を表す距離情報と、前記測定点毎に受光された光の光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定ステップと、前記測定装置が、前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有する対象物に対応する測定点であると判定する対象判定ステップと、前記測定装置が、前記対象判定ステップによって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における前記対象物の位置を算出し、当該ローカル座標における位置と、同一の対象物のグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正ステップと、を備える。

本発明の一態様は、測定範囲内に配置された物体までの距離を、光を照射することによって複数の測定点毎に測定する測定装置（例えば、実施形態における位置測定装置２０、２０ａ）としてコンピューターを動作させるためのプログラムであって、前記測定点毎に測定された距離を表す距離情報と、前記測定点毎に受光された光の光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定ステップと、前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有する対象物に対応する測定点であると判定する対象判定ステップと、前記対象判定ステップによって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における前記対象物の位置を算出し、当該ローカル座標における位置と、同一の対象物のグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正ステップと、を前記コンピューターに対して実行させるためのプログラムである。

本発明の一態様は、較正方法であって、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有する複数の較正用マーク（例えば、実施形態における較正用マーク１０）を有する位置測定システム（例えば、実施形態における位置測定システム１）が、複数の測定点に対して光を発し、反射光を受光することによって各測定点の距離を測定し、測定点毎に測定された距離を表す距離情報と、前記測定点毎に受光された光の光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定ステップと、前記位置測定システムが、前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、前記較正用マークに対応する測定点であると判定する対象判定ステップと、前記位置測定システムが、前記対象判定ステップによって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における前記較正用マークの位置を算出し、当該ローカル座標における位置と、同一の前記較正用マークのグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正ステップと、を備える。

本発明の一態様は、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有する複数の較正用マーク（例えば、実施形態における較正用マーク１０）を有する位置測定システム（例えば、実施形態における位置測定システム１）としてコンピューターを動作させるためのプログラムであって、複数の測定点に対して光を発し、反射光を受光することによって各測定点の距離を測定し、測定点毎に測定された距離を表す距離情報と、前記測定点毎に受光された光の光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定ステップと、前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、前記較正用マークに対応する測定点であると判定する対象判定ステップと、前記対象判定ステップによって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における前記較正用マークの位置を算出し、当該ローカル座標における位置と、同一の前記較正用マークのグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正ステップと、を前記コンピューターに実行させるためのプログラムである。

本発明では、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有している対象物に対応する測定点を、対象判定部が受光量情報に基づいて判定する。そのため、本発明により、光を用いて物体までの距離を測定した測定結果において、所定の対象物に関する測定結果を特定することが可能となる。

また、較正部をさらに備えた場合には、較正部が、対象判定部によって判定された測定点の距離に基づいて較正を行う。そのため、従来のように較正者による測定点の指定が不要となり、較正の処理に要する手間や時間を削減することが可能となる。

また、較正部が、他の光学式距離測定部によって取得された距離情報に基づいて測定された対象物のグローバル座標系における位置を用いて較正を行うように構成された場合には、全ての対象物（較正用マーク）についてのグローバル座標系における位置を付与する必要が無い。そのため、較正の処理に要する手間や時間をさらに削減することが可能となる。

また、対象物の水平面での断面が円形である場合には、較正用マークの設置位置や設置姿勢によらず精度の高い較正を行うことが可能となる。
より具体的には、較正に用いられる対象物の形状が、断面が円形である形状に限定されていることにより、断面における対象物の表面の各点と、断面の中心点との距離が、同一水平面上のどの角度から見ても同じとなる。したがって、較正部は、より精度良く、対象物の断面の中心位置を測定することが可能となる。

また、測定点が線状に並び、光学式距離測定部の水平面に対する傾きを予め記憶している構成の場合には、光学式距離測定部の水平面の傾きに応じてより精度良く対象物の断面の中心位置を測定することが可能となる。

また、測定点が面状に並ぶ構成の場合には、面状に並んだ複数の測定点の集合によって表される形状に基づいて処理を行うことが可能となるため、より精度良く対象物の断面の中心位置を測定することが可能となる。

第一実施形態における位置測定システムのシステム構成を表すシステム構成図である。 第一実施形態における位置測定装置の機能構成を表す概略ブロック図である。 光学式距離測定部の測定点の概略を表す図である。 光学式距離測定部の観測点の具体例を表す図である。 対象判定部の判定処理の概略を表す図である。 較正処理の概略を表す図である。 位置測定装置が、対象物として較正用マークを検出し較正を行う処理の流れを表すフローチャートである。 測定面の変形例を表す図である。 位置測定装置の構成の変形例を表す概略ブロック図である。 位置測定システムのシステム構成の変形例を表すシステム構成図である。 位置測定装置の他の設置例を表す概略図である。 第二実施形態における位置測定装置の機能構成を表す概略ブロック図である。 第二実施形態における較正部の処理の概略を表す概略図である。 第三実施形態における位置測定システムのシステム構成を表すシステム構成図である。 第三実施形態における位置測定装置の機能構成を表す概略ブロック図である。 較正処理の概略を表す図である。 較正処理において実行される処理のうち、発光部から較正用マークの中心点までの距離Ｌ_ｍを算出する方法の概略を表す図である。 較正用マークの断面円の直径の条件を表す図である。 第四実施形態における位置測定システムのシステム構成を表すシステム構成図である。 較正処理において実行される処理のうち、発光部から較正用マークの中心点までの距離Ｌ_ｍを算出する方法の概略を表す図である。 第五実施形態における位置測定システムのシステム構成を表すシステム構成図である。 推定方法の概略を表す図である。 上記の高さ閾値を説明する図である。 第六実施形態における位置測定システムのシステム構成を表すシステム構成図である。

［第一実施形態］
図１は、第一実施形態における位置測定システム１のシステム構成を表すシステム構成図である。位置測定システム１は、較正用マーク１０及び位置測定装置２０を備える。図１では、位置測定システム１は、円柱３０、直角に並ぶ２つの壁面４０を有する空間に設置されている。位置測定装置２０は、較正用マーク１０についての距離の測定結果に基づいて較正処理を行う。較正処理の実行によって、位置測定装置２０は、自装置の設置位置のグローバル座標及び平面上の回転角を算出する。較正処理を終えた位置測定装置２０は、算出された自装置の設置位置のグローバル座標及び平面上の回転角に基づいて、測定の対象となる各物体の位置のグローバル座標の値を測定する。なお、図１では較正用マーク１０は１つしか表示されていないが、実際には較正用マーク１０は位置測定装置２０の測定範囲内に複数設置される。

較正用マーク１０は、位置測定装置２０が距離情報を取得する対象となる物体（対象物）の具体例である。較正用マーク１０は、反射部１０１及び支柱部１０２を備える。反射部１０１は、少なくとも位置測定装置２０から発光された光を受ける部分に設けられ、所定の反射材を用いて構成される。支柱部１０２は、反射部１０１を所定の位置に固定する。較正用マーク１０は、例えば図１に図示されるように円柱形の形状で構成される。ただし、較正用マーク１０の形状は円柱に限られず、例えば球体であっても良いし、四角柱（直方体）であっても良いし、他の形状であっても良い。

反射部１０１が設けられる部分について説明する。図１において、位置測定装置２０の発光部２１１は、床面から高さＨ３の位置に設けられており、床面から高さＨ３の平面上に沿って発光する。この場合、反射部１０１は、例えば図１に示されるように、床面からの高さがＨ１からＨ２までの間の範囲であって、位置測定装置２０側を向いた部分に設けられる。Ｈ１〜Ｈ３の値の大小関係は、Ｈ１＜Ｈ３＜Ｈ２の関係である。ただし、上記説明における反射部１０１の範囲は、最小限度の範囲にすぎず、上記説明の範囲を超えて広く反射部１０１が設けられても良い。例えば、較正用マーク１０の表面全体が反射部１０１によって覆われても良い。

次に、反射部１０１に用いられる反射材について説明する。反射部１０１に用いられる反射材は、通常の物体と比較して、より多くの入射光を光源の方向へ反射する。このような反射材の具体例としては、例えば再帰性反射を行う再帰性反射材がある。
なお、較正用マーク１０に限らず、位置測定装置２０の処理の対象となる対象物には、上記のように反射部１０１が設けられる。

図２は、第一実施形態における位置測定装置２０の機能構成を表す概略ブロック図である。位置測定装置２０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置や光学式距離センサなどを備え、位置測定プログラムを実行することによって、光学式距離測定部２０１、対象判定部２０２、較正部２０３、位置測定部２０４を備える装置として機能する。

光学式距離測定部２０１は、発光部及び受光部を備える。光学式距離測定部２０１は、発光部から光を発してその反射光を受光部によって受光することによって、光を反射した物体までの距離を測定する。光学式距離測定部２０１は、複数の測定点を有し、測定点毎に、各測定点に対応する物体表面上の観測点までの距離を測定する。観測点とは、発光部から発せられた光と物体表面とが交差する点である。

例えば、光学式距離測定部２０１は、発光部から所定の光線（赤外光やレーザー光など）を各測定点に向けて発光する。各測定点に向けて発光された各光線は、光源から各測定点へ向けた直線の延長上に位置する物体の表面上の交点（観測点）で反射する。光学式距離測定部２０１は、物体からの反射光を受光部で受光し、発光から受光までの時間及び光の速度に基づいて、各観測点までの距離を測定する。このような光学式距離測定部２０１の具体例としては、ＴＯＦ（Time Of Flight）法により距離を行う光学式距離センサ等がある。なお、光学式距離測定部２０１に適用される技術は、ＴＯＦ法に限定されない。光学式距離測定部２０１に適用される技術は、光学式の距離測定を行う技術であればどのような技術であっても良い。光学式距離測定部２０１は、各測定点に対応する物体から受光された反射光の光量を表す受光量情報と、各測定点において測定された観測点までの距離を表す距離情報とを生成し出力する。

対象判定部２０２は、光学式距離測定部２０１によって出力される受光量情報に基づいて、複数の測定点の中から、位置測定装置２０が測定対象としている物体（対象物）に対応する測定点（以下、「対象測定点」という。）を判定する。位置測定装置２０が較正を行う際の対象物は、較正用マーク１０である。

較正部２０３は、予め複数の較正用マーク１０について、夫々が設置された位置のグローバル座標の値を記憶している。そして、較正部２０３は、光学式距離測定部２０１によって出力される距離情報に基づいて、較正処理（キャリブレーション処理）を実行し、自装置の設置位置のグローバル座標及び床面上における回転角（以下、「較正情報」という。）を算出する。ここで、自装置の設置位置とは、後述する位置測定部２０４が位置測定を行う際の基準となる位置であり、自装置のローカル座標の原点となる位置である。自装置の設置位置とは、より具体的には、例えば光学式距離測定部２０１の設置位置や、後述するセンサユニット２１の設置位置である。

位置測定部２０４は、光学式距離測定部２０１によって出力される距離情報及び較正部２０３によって算出される較正情報に基づいて、光学式距離測定部２０１の各測定点に対応する観測点の位置のグローバル座標の値（以下、「位置情報」という。）を算出する。位置測定部２０４は、算出された位置情報を、他の装置に対し出力する。

図３は、光学式距離測定部２０１の測定点の概略を表す図である。光学式距離測定部２０１は、仮想の測定面５０を有し、測定面５０に配置された各測定点６０に対して光線を照射する。そして、光学式距離測定部２０１は、各測定点６０に対して照射された各光と物体の表面との交点（観測点）において反射した光を受光し、各測定点６０に対応する観測点の距離を測定する。図３の場合は、測定面５０に対し、横一列に複数の測定点５０が等間隔に配置される。

図４は、光学式距離測定部２０１の観測点の具体例を表す図である。図４は、図１に表される環境を上方から俯瞰した場合の位置関係を表す。位置測定装置２０の光学式距離測定部２０１は、測定面５０の各測定点６０に対し、順に光線を照射する。各光線は、光線の延長上に位置する物体の観測点７０で反射し、反射光の一部又は全部が光学式距離測定部２０１に受光される。光学式距離測定部２０１は、光線の照射位置から各観測点７０までの距離を測定する。

図５は、対象判定部２０２の判定処理の概略を表す図である。図５Ａは、光学式距離測定部２０１によって測定された距離情報の具体例を表す図である。図５Ｂは、光学式距離測定部２０１によって測定された受光量情報の具体例を表す図である。図５Ａ及び図５Ｂの測定結果は、いずれも図１及び図４に示された環境における測定結果を表す。

対象判定部２０２は、受光量情報において、予め設定されている光量閾値ＴｈＬを超える光量の値を有する測定点を、対象測定点として判定する。受光量情報に関する光量閾値ＴｈＬは、対象物の表面に用いられた反射材の反射特性や、光学式距離測定部２０１によって照射される光線の光量などに応じて予め設定される。上述したように、対象物の表面に用いられた反射材によって反射される光量は、通常の物体で反射される光量に比較して著しく高い。そのため、通常の物体による反射光では取り得ない値であって、且つ、対象物の表面に用いられた反射材による反射光で十分に取り得る値が、光量閾値ＴｈＬに設定される。

なお、対象判定部２０２は、受光量情報のみならず、距離情報も用いて対象測定点を判定しても良い。この場合、対象判定部２０２は、距離情報において、予め設定されている第１閾値ＴｈＤ１及び第２閾値ＴｈＤ２の間に距離の値を有する測定点を、対象測定点の候補とする。また、対象判定部２０２は、受光量情報において、予め設定されている光量閾値ＴｈＬを超える光量の値を有する測定点を、対象測定点の候補とする。そして、対象判定部２０２は、距離情報に基づいて検出された対象測定点の候補と、受光量情報に基づいて検出された対象測定点の候補とを比較し、両方の情報において重複する対象測定点の候補を、最終的に対象測定点として判定する。距離情報に関する第１閾値ＴｈＤ１及び第２閾値ＴｈＤ２は、それぞれ対象物が設置される予定の領域と位置測定装置２０の設置位置との関係に応じて予め設定される。

図１及び図４の環境では、較正用マーク１０（対象物）及び円柱３０が、同じような距離に位置している。そのため、図５Ａの距離情報では、第１閾値ＴｈＤ１及び第２閾値ＴｈＤ２の間に距離の値を有する測定点の集合が２組存在する。そのため、距離情報のみによって対象測定点を判定しようとすると、候補１及び候補２が、対象測定点として判定されてしまう。しかし、上述したように、較正用マーク１０の表面に用いられた反射材において反射される光の光量は、通常の物体による反射光では取り得ない値である。そのため、図５Ｂの受光量情報では、光量閾値ＴｈＬを超える光量の値を有する測定点の集合は１組しか存在しない。したがって、対象判定部２０２は、受光量情報のみ、又は、距離情報及び受光量情報を用いて対象を判定することによって、対象物と同じような距離に他の物体が存在するような環境においても、人の手を介することなく対象測定点を判定することが可能となる。

図６は、較正処理の概略を表す図である。図６において、縦軸はグローバル座標のＹ軸（ＧＹ）を表し、横軸はグローバル座標のＸ軸（ＧＸ）を表す。また、位置測定装置２０の中心から伸びて互いに直交する２本の軸は、それぞれ位置測定装置２０のローカル座標のＸ軸（ＬＸ）及びＹ軸（ＬＹ）を表す。位置測定部２０４は、光学式距離測定部２０１から出力される距離情報に基づいて、各測定点に対応する観測点の位置のローカル座標の値を取得する。図６の場合、位置測定部２０４は、二つの較正用マーク（１０−１及び１０−２）の位置のローカル座標の値を取得する。また、較正部２０３には、予め各較正用マーク１０−１及び１０−２のグローバル座標の値が与えられている。そして、較正部２０３は、各較正用マーク１０−１及び１０−２のグローバル座標の値及びローカル座標の値に基づいて、自装置の設置位置及び床面上における自装置の回転角を算出する。以上の処理が較正処理である。

図７は、位置測定装置２０が、対象物として較正用マーク１０を検出し較正を行う処理の流れを表すフローチャートである。まず、光学式距離測定部２０１が、受光量情報及び距離情報を取得する（ステップＳ１０１及びステップＳ１０２）。次に、対象判定部２０２が、受光量情報及び距離情報に基づいて、対象物（この場合は較正用マーク１０）に対応する測定点を判定する（ステップＳ１０３）。そして、較正部２０３が、対象判定部２０２によって判定された測定点における距離に基づいて較正を行う（ステップＳ１０４）。以上の処理によって、位置測定装置２０における較正処理が完了する。この較正処理が完了した後は、位置測定部２０４は、位置測定装置２０の設置位置若しくは回転角度が変更されるか又はグローバル座標の原点が変更されるまでは、各測定点に対応する物体の位置のグローバル座標を測定することが可能となる。

以上のように構成された位置測定装置２０は、対象物に反射部１０１が設けられていることを前提として、受光量情報のみ、又は、受光量情報及び距離情報に基づいて、人の手を介することなく対象物に対応する測定点を判定することが可能となる。そのため、位置測定装置２０は、判定された測定点の距離に基づいて、対象物の位置や、対象物の表面形状などを測定することが可能となる。

また、以上のように構成された位置測定装置２０を備える位置測定システム１では、位置測定装置２０が較正用マーク１０に対応する測定点を、人の手を介することなく判定することが可能となる。そして、位置測定システム１では、判定された測定点の距離に基づいて、較正処理を実行することが可能となる。そのため、従来のように較正者による測定点の指定が不要となり、較正処理に要する手間や時間を削減することが可能となる。

＜変形例＞
光学式距離測定部２０１の受光部には、発光部から発光される光の反射光を通し他の波長の光を遮断又は減衰させるようなフィルタが設けられてもよい。このように構成されることによって、光学式距離測定部２０１がより正確に距離情報及び受光量情報を取得することが可能となる。そして、較正部２０３における較正処理の精度を向上させることが可能となる。

較正部２０３は、受光量情報に基づいて、較正用マーク１０の円柱の断面円の中心位置を検出するように構成されても良い。具体的には、較正部２０３は、受光量情報に基づいて得られる対象測定点の候補の両端（ＸＬ及びＸＲ）の測定点におけるグローバル座標の値又はローカル座標の値（以下、「空間座標値」という。）に基づいて、実際の空間における較正用マーク１０の断面円の直径を算出する。直径は、測定点ＸＬにおける空間座標値と、測定点ＸＲにおける空間座標値との間の距離に相当する。この距離の半分の値が、半径に相当する。そして、ＸＬとＸＲとの中間に位置する測定点ＸＣの空間座標から、奥行き方向に半径分進んだ位置が、較正用マーク１０の円柱の断面円の中心位置となる。このような処理によって、較正部２０３は較正用マーク１０の円柱の断面円の中心位置を検出する。

なお、較正部２０３が較正用マーク１０の円柱の断面円の中心位置を検出する方法は、上記の方法に限定されず、他の方法であっても良い。例えば、較正部２０３は以下のような方法によっても較正用マーク１０の円柱の断面円の中心位置を検出できる。較正部２０３は、対象測定点と判定された各測定点に対応する各観測点の空間座標値を求め、各観測点の空間座標値を最小自乗法等に基づいて円に近似する。そして、較正部２０３は、最小自乗法等に基づいて得られた円の中心を、円柱の断面円の中心位置の座標として取得する。

図３に示された測定面５０の例では、複数の測定点６０が横一列に等間隔に配置されているが、測定面５０における測定点６０の配置は図３の例に限定されない。図８は、測定面５０の変形例を表す図である。図８に示されるように、複数の測定点６０は、縦方向及び横方向に並べられてもよい。また、各測定点６０の横方向の間隔や縦方向の間隔は、一定であってもよいし、各点同士で異なってもよい。

図２に示された位置測定装置２０の例では、光学式距離測定部２０１、対象判定部２０２、較正部２０３、位置測定部２０４の全てが一体に構成される例を示しているが、位置測定装置２０の構成は図２の例に限定されない。図９は、位置測定装置２０の構成の変形例を表す概略ブロック図である。図９に示されるように、位置測定装置２０は、例えばセンサユニット２１及び位置測定ユニット２２の二つの装置で構成されても良い。この場合、センサユニット２１は光学式距離測定部２０１を備え、位置測定ユニット２２は対象判定部２０２と較正部２０３と位置測定部２０４とを備える。このように構成された場合、図１に示されるような測定環境にはセンサユニット２１のみが設置され、残る位置測定ユニット２２は異なる位置に設置されても良い。この場合、図１及び図４における位置測定装置２０の位置には、センサユニット２１のみが同じような形状で設置されても良い。また、位置測定ユニット２２は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置において所定の位置測定プログラムを動作させることによって実現されても良いし、専用のハードウェアとして実現されても良い。また、センサユニット２１と位置測定ユニット２２とは、有線通信又は無線通信によって、距離情報及び受光量情報などの情報を送受信するように構成される。

図１０は、位置測定システム１のシステム構成の変形例を表すシステム構成図である。上記のように位置測定装置２０がセンサユニット２１及び位置測定ユニット２２に分けて構成される場合、複数のセンサユニット２１によって一台の位置測定ユニット２２が共有されても良い。この場合、位置測定ユニット２２には、複数のセンサユニット２１が通信可能に接続される。そして、位置測定ユニット２２は、各センサユニット２１によって取得された距離情報及び受光量情報に基づいて、各センサユニット２１の較正処理を行う。また、位置測定ユニット２２は、各センサユニット２１における較正処理の結果に基づいて、各センサユニット２１の測定範囲において物体の位置の測定を行う。

図１１は、位置測定装置２０の他の設置例を表す概略図である。図１では、位置測定装置２０は円柱状の装置として床面に設置されているが、位置測定装置２０の形状及び設置位置はこれに限定されない。例えば、図１１の場合、位置測定装置２０は、半円柱形又は半球形の形状を有し、床面９０方向に向けて天井面８０に設置される。この場合、床面９０には、平面状や球体の較正用マーク１０が、反射部１０１を天井面８０方向に向けて設置される。なお、この場合の較正用マーク１０は、例えば円形状である。また、この場合、位置測定装置２０に対し、予め床面９０までの距離（則ち床面９０からの高さ）の情報や、位置測定装置２０の水平面に対する傾き情報が与えられてもよい。

［第二実施形態］
図１２は、第二実施形態における位置測定装置２０ａの機能構成を表す概略ブロック図である。位置測定装置２０ａは、較正部２０３に代えて較正部２０３ａを備える点で第一実施形態における位置測定装置２０と異なり、他の構成は第一実施形態における位置測定装置２０と同様である。

較正部２０３ａは、較正用マーク１０のグローバル座標の値の全ては記憶していない。較正部２０３ａは、一部又は全部の較正用マーク１０のグローバル座標の値を、他の位置測定装置２０又は位置測定装置２０ａから取得することによって較正処理を実行する。

図１３は、第二実施形態における較正部２０３ａの処理の概略を表す概略図である。まず、図１３において、位置測定装置２０ａ−１は、既に較正用マーク１０−１及び１０−２のグローバル座標の値を取得しており、この値に基づいて較正処理を行う。この後、位置測定装置２０ａ−１の位置測定部２０４は、較正処理の結果に基づいて、較正用マーク１０−３の位置のグローバル座標の値を測定する。次に、位置測定装置２０ａ−２の較正部２０３ａは、位置測定装置２０ａ−１によって測定された較正マーク１０−３のグローバル座標の値、及び、予め与えられている較正マーク１０−２のグローバル座標の値に基づいて、較正処理を行う。

図１３では、位置測定装置２０ａが２台のみ表示されるが、３台以上設置され、位置測定装置２０ａ同士が互いに較正用マーク１０のグローバル座標の値を共有してもよい。また、図１３では第二実施形態における位置測定装置２０ａのみが表示されているが、第一実施形態における位置測定装置２０が含まれ、位置測定装置２０によって測定された較正用マーク１０のグローバル座標の値を、他の位置測定装置２０ａが用いてもよい。

また、第二実施形態において、図１０に示されるように位置測定ユニット２２が共有された場合には、較正部２０３ａは、あるセンサユニット２１の測定結果に基づいて得られる較正用マーク１０のグローバル座標の値に基づいて、他のセンサユニット２１についての較正処理を行ってもよい。

このように構成された第二実施形態における位置測定装置２０ａでは、ある位置測定装置２０ａ又はあるセンサユニット２１による測定結果として得られた較正用マーク１０のグローバル座標の値に基づいて、他の位置測定装置２０ａ又は他のセンサユニット２１に対する較正処理を行うことが可能となる。そのため、複数台の位置測定装置２０ａ又は複数台のセンサユニット２１を備える位置測定システム１において、少なくとも一台の位置測定装置２０ａ又はセンサユニット２１についての較正処理が実現できるように較正用マーク１０の位置のグローバル座標の値を付与することによって、他の較正用マーク１０のグローバル座標の値を付与することなく、他の位置測定装置２０ａ及び他のセンサユニット２１に対する較正処理を行うことが可能となる。

［第三実施形態］
図１４は、第三実施形態における位置測定システム１のシステム構成を表すシステム構成図である。位置測定システム１は、較正用マーク１０及び複数の位置測定装置２０を備える。図１４では、位置測定システム１は、円柱３０、直角に並ぶ２つの壁面４０を有する空間に設置されている。また、図１４では、位置測定システム１として２台の位置測定装置（２０−１、２０−２）が設置されている。複数台の位置測定装置２０は、共通の較正用マーク１０を用いて較正処理を行う。各位置測定装置２０は、較正用マーク１０についての距離の測定結果に基づいて較正処理を行う。位置測定装置２０には、予め自装置の設置位置の高さ（ｚ）と、Ｘ軸方向の回転角（θｘ）と、Ｙ軸方向の回転角（θｙ）とが既知の値として与えられている。これらの既知の値は、較正部２０３ｂが予め記憶している。自装置の設置位置の高さ及び各回転角は、後述する発光部２１１の高さ及び各回転角を表す。なお、本実施形態において、Ｚ軸は垂直方向の高さを表し、Ｘ軸及びＹ軸によって表される平面（Ｘ−Ｙ平面）が水平面を表す。また、各位置測定装置２０の高さ（ｚ）は、必ずしも一致している必要はない。図１４の場合は、ｚ１とｚ２との値が同じであっても良いし異なる値であっても良い。

較正処理の実行によって、位置測定装置２０は、自装置の設置位置のＸ−Ｙ平面上のグローバル座標（ｘ，ｙ）及びＺ軸を中心とした回転角（θｚ）を算出する。較正処理を終えた位置測定装置２０は、算出された自装置の設置位置のグローバル座標（ｘ，ｙ）及び回転角（θｚ）に基づいて、測定の対象となる各物体の位置のグローバル座標の値を測定する。なお、図１４では較正用マーク１０は１つしか表示されていないが、実際には較正用マーク１０は各位置測定装置２０の測定範囲内に複数設置される。

較正用マーク１０は、位置測定装置２０が距離情報を取得する対象となる物体（対象物）の具体例である。較正用マーク１０は、円柱形の形状を有する。そのため、較正用マーク１０の断面は円形であり、断面の円の半径は高さによらず一律である。較正用マーク１０の表面は、所定の反射材を用いて構成される。なお、所定の反射材は、少なくとも位置測定装置２０から発行された光を受ける部分に設けられていれば良い。そのため、較正用マーク１０の表面全てが所定の反射材に覆われている必要はない。

図１５は、第三実施形態における位置測定装置２０の機能構成を表す概略ブロック図である。位置測定装置２０は、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置や光学式距離センサなどを備え、位置測定プログラムを実行することによって、光学式距離測定部２０１、対象判定部２０２、較正部２０３ｂ、位置測定部２０４を備える装置として機能する。

第三実施形態の位置測定装置２０における光学式距離測定部２０１、対象判定部２０２、位置測定部２０４は、第一実施形態の位置測定装置２０における光学式距離測定部２０１、対象判定部２０２、位置測定部２０４と同じ構成である。そのため、これらの構成についての説明は省略する。なお、第三実施形態の光学式距離測定部２０１では、図３に表されるように、一つの軸上に複数の測定点５０が配置される。図３の場合、測定面５０に対し横一列に複数の測定点５０が等間隔に配置される。なお、測定点５０は必ずしも横一列に配置される必要はなく、斜め方向や縦方向に一列に配置されても良い。また、測定点５０は必ずしも等間隔に配置される必要はない。

較正部２０３ｂは、予め複数の較正用マーク１０について、夫々が設置された位置のグローバル座標の値を記憶している。そして、較正部２０３ｂは、光学式距離測定部２０１によって出力される距離情報に基づいて、較正処理（キャリブレーション処理）を実行し、自装置の設置位置のＸ−Ｙ平面上のグローバル座標（ｘ１，ｙ１）及びＸ−Ｙ平面上の回転角（θｚ）を算出する。なお、以下の説明において、グローバル座標（ｘ１，ｙ１）及び回転角（θｚ）をまとめて「較正情報」という。ここで、自装置の設置位置とは、後述する位置測定部２０４が位置測定を行う際の基準となる位置であり、自装置のローカル座標の原点となる位置である。自装置の設置位置とは、より具体的には、例えば光学式距離測定部２０１の設置位置や、後述するセンサユニット２１の設置位置である。

図１６は、較正処理の概略を表す図である。図１６において、縦軸はグローバル座標のＹ軸（ＧＹ）を表し、横軸はグローバル座標のＸ軸（ＧＸ）を表す。また、位置測定装置２０の中心から伸びて互いに直交する２本の軸は、それぞれ位置測定装置２０のローカル座標のＸ軸（ＬＸ）及びＹ軸（ＬＹ）を表す。まず、較正部２０３ｂは、光学式距離測定部２０１から出力される距離情報に基づいて、較正用マーク１０−１の中心点を通過する光線に対応する測定点を基準測定点として決定する。このとき、実際に中心点を通過する光線に対応する測定点が存在しない場合には、中心点の最も近くを通過する光線に対応する測定点を基準測定点としても良いし、中心点の最も近くを通過する光線に対応する測定点と２番目に近くを通過する光線に対応する測定点との間に仮想的に基準測定点を設けても良い。次に、較正部２０３ｂは、基準測定点に対応する距離情報に基づいて、中心点までのＸ−Ｙ平面上の距離（Ｌ１）を算出する。次に、較正部２０３ｂは、中心点までの距離（Ｌ１）及び基準測定点の位置に基づいて、較正用マーク１０−１の中心点のローカル座標の値を取得する。較正部２０３ｂは、同様の処理を較正用マーク１０−２に対しても行うことによって、基準測定点の位置と、較正用マーク１０−２の中心点までのＸ−Ｙ平面上の距離Ｌ２を求め、中心点のローカル座標の値を取得する。較正部２０３ｂには、予め各較正用マーク１０−１及び１０−２のグローバル座標の値が与えられている。較正部２０３ｂは、各較正用マーク１０−１及び１０−２のグローバル座標の値及びローカル座標の値に基づいて、自装置の設置位置のＸ−Ｙ平面上のグローバル座標（ｘ，ｙ）及びＸ−Ｙ平面上の回転角（θｚ）を算出する。

図１７は、較正処理において実行される処理のうち、発光部２１１から較正用マーク１０の中心点までの距離Ｌ_ｍを算出する方法の概略を表す図である。図１７に示されている観測点７０は、較正マーク１０の表面上に位置する観測点７０のうち、発光部２１１からの距離が最も短い観測点７０である。このとき、観測点７０と発光部２１１との間の距離をｄとする。図１７において、Ｌ軸は、発光部２１１の発光点と、上記の観測点７０とを結ぶ直線をＸ−Ｙ平面に射影してできる線に沿ったものである。観測点７０は、発光部２１１からの距離が最も短い観測点７０であるため、発光部２１１と観測点７０とを結ぶ線（光線）の延長上に較正マーク１０の中心点があると近似することができる。したがってＬ軸上に較正用マーク１０の中心点があると近似することができる。

また、Ｘ−Ｙ平面上に伸びる軸であってＬ軸と垂直な軸を、Ｍ軸と呼ぶ。図１７において、発光部２１１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に傾いている。この傾きによって生じるＭ軸を中心とした傾きの回転角をθとして表す。発光部２１１のＸ軸方向の傾き（θｘ）及びＹ軸方向の傾き（θｙ）は既知であるため、回転角θも既知の値である。また、較正用マーク１０の断面の円の半径ｒは既知の値として予め較正部２０３ｂが記憶している。そのため、上記の回転角θ及び半径ｒに基づいて、ｒ’を算出することが可能となる。また、図１７において、Ｌ軸は、較正用マーク１０の断面となる円の中心を原点としており、原点からのＬ軸上の距離の大きさを表す。発光部２１１のＬ軸の座標値はＬ_ｍである。較正部２０３ｂは、このように、発光部２１１からの距離が最も短い観測点７０に基づいて、発光部２１１から較正用マーク１０の中心点までの距離Ｌ_ｍを算出する。具体的には、Ｌ_ｍの値は以下のような式１によって近似的に表すことができる。

なお、このように較正部２０３ｂがＬ_ｍを算出する場合は、自装置の設置位置の高さ（ｚ）の値は必ずしも必要とならない。

第三実施形態の位置測定装置２０が、対象物として較正用マーク１０を検出し較正を行う処理の流れ自体は、図７に表されるフローチャートの通りである。そのため、第三実施形態の位置測定装置２０の処理の流れについての説明は省略する。

以上のように構成された第三実施形態の位置測定システム１では、共通の較正用マーク１０を用いて複数台の位置測定装置２０の較正処理を実行することが可能となる。そのため、位置測定装置２０毎に専用の較正用マーク１０を設置する必要が無くなるため、較正処理に要するコストや作業時間を削減することが可能となる。以下、第三実施形態における効果について詳細に説明する。

較正用マークは、較正作業の対象となる光学式距離センサ毎に最適な較正結果が得られるようにその形状や設置位置や設置姿勢が変更されることがあった。例えば、同じ二次元距離センサであっても、設置された高さや、ｘ軸方向及びｙ軸方向の回転角によって表される姿勢などに応じて、較正用マークの設置位置や設置姿勢が変更されることがある。三次元距離センサの場合も同様である。このように、較正作業の対象となる光学式距離センサ毎に較正用マークの設置位置や設置姿勢などの変更が必要になると、設置された一つの較正用マークを用いて複数の光学式距離センサの較正を行うことはできなかった。このような問題に対し、第三実施形態の位置測定システム１では、較正用マークの設置位置や設置姿勢によらず精度の高い較正を行うことが可能となる。

また、以上のように構成された位置測定システム１では、較正部２０３ｂが自装置におけるＸ軸及びＹ軸を中心とした回転角に応じて較正処理を行う。そのため、位置測定システム１に備えられた位置測定装置２０がそれぞれ異なる傾きで設置された場合であっても、共通の較正用マーク１０を用いて精度良く較正処理を行うことが可能となる。すなわち、各位置測定装置２０の傾きに応じて較正用マーク１０を傾かせて設置する必要が無くなる。また、一台の位置測定装置２０に着目すると、自装置と較正用マーク１０との相対的な傾きに拘わらず、精度良く較正処理を行うことが可能となるという効果がある。

また、以上のように構成された位置測定装置２０は、対象物の表面に反射材が設けられていることを前提として、受光量情報のみ、又は、受光量情報及び距離情報に基づいて、人の手を介することなく対象物に対応する測定点を判定することが可能となる。そのため、位置測定装置２０は、判定された測定点の距離に基づいて、対象物の位置や、対象物の表面形状などを測定することが可能となる。

また、以上のように構成された位置測定装置２０を備える位置測定システム１では、位置測定装置２０が較正用マーク１０に対応する測定点を、人の手を介することなく判定することが可能となる。そして、位置測定システム１では、判定された測定点の距離に基づいて、較正処理を実行することが可能となる。そのため、従来のように較正者による測定点の指定が不要となり、較正処理に要する手間や時間を削減することが可能となる。

なお、較正用マーク１０の断面円の直径の条件について説明する。図１８は、較正用マーク１０の断面円の直径の条件を表す図である。図１８において、観測点ｎ及び観測点ｎ＋１は、仮想の観測点である。ｄは、発光部２１１から観測点ｎ＋１までの距離を表す。θｓは、発光部２１１における角度分解能を表す。すなわち、θｓは、発光部２１１の複数の観測点７０のうち、隣接する観測点７０それぞれに対して発光点から光線を出した際の、二つの光線の角度を表す。較正用マーク１０の表面上に少なくとも１つの観測点７０が得られるようにするためには、較正用マーク１０の断面円の直径は、少なくともｄ×ｔａｎ（θｓ）以上である必要がある。したがって、較正用マーク１０は、このような条件に基づいて設計され設置される必要がある。

＜変形例＞
光学式距離測定部２０１の受光部には、発光部から発光される光の反射光を通し他の波長の光を遮断又は減衰させるようなフィルタが設けられてもよい。このように構成されることによって、光学式距離測定部２０１がより正確に距離情報及び受光量情報を取得することが可能となる。そして、較正部２０３ｂにおける較正処理の精度を向上させることが可能となる。

図１５に示された位置測定装置２０の例では、光学式距離測定部２０１、対象判定部２０２、較正部２０３ｂ、位置測定部２０４の全てが一体に構成される例を示しているが、位置測定装置２０の構成は図１５の例に限定されない。例えば、上述した第一実施形態と同じように、第三実施形態の位置測定装置２０は、例えばセンサユニット２１及び位置測定ユニット２２の二つの装置で構成されても良い（図９参照）。

また、第三実施形態の位置測定装置２０は、上述した第一実施形態と同じように、複数のセンサユニット２１によって一台の位置測定ユニット２２が共有されても良い（図１０参照）。
また、第三実施形態の較正部２０３ｂは、上述した第一実施形態の較正部２０３ａと同じように、較正用マーク１０のグローバル座標の値の全ては記憶していないように構成されても良い（図１２参照）。

［第四実施形態］
図１９は、第四実施形態における位置測定システム１のシステム構成を表すシステム構成図である。第四実施形態における位置測定システム１では、較正用マーク１０の形状が円柱形ではなく球形となる。図１９では、球体の較正用マーク１０は天井から吊されている。また、第四実施形態における位置測定装置２０は、発光部２１１から較正用マーク１０の中心点までの距離Ｌ_ｍを算出する方法が第三実施形態の場合と異なり、他の処理は同じである。そのため、距離Ｌ_ｍを算出する方法のみ説明する。なお、球体の較正用マーク１０の設置方法は、天井から吊すのではなく、どのような方法が採用されても良い。

図２０は、較正処理において実行される処理のうち、発光部２１１から較正用マーク１０の中心点までの距離Ｌ_ｍを算出する方法の概略を表す図である。図２０に示されている観測点７０は、較正マーク１０の表面上に位置する観測点７０のうち、発光部２１１からの距離が最も短い観測点７０である。このとき、観測点７０と発光部２１１との間の距離をｄとする。図２０において、Ｌ軸は、発光部２１１の発光点と、上記の観測点７０とを結ぶ直線をＸ−Ｙ平面に射影してできる線に沿ったものである。Ｌ軸は、較正用マーク１０の中心点を通過するように設定される。そのため、較正用マーク１０の中心点のＺの値は０となる。観測点７０は、発光部２１１からの距離が最も短い観測点７０であるため、発光部２１１と観測点７０とを結ぶ線（光線）及びＬ軸に共通する平面によって較正用マーク１０の球体の断面を形成した場合に、その断面上に較正マーク１０の中心点があると近似することができる。

また、Ｘ−Ｙ平面上に伸びる軸であってＬ軸と垂直な軸を、Ｍ軸と呼ぶ。図２０において、発光部２１１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に傾いており、この傾きによって生じるＭ軸を中心とした傾きの回転角をθとして表す。発光部２１１のＸ軸方向の傾き（θｘ）及びＹ軸方向の傾き（θｙ）は既知であるため、回転角θも既知の値である。また、図２０において、発光部２１１の発光点からＬ軸上に下ろした垂線とＬ軸との交点を原点としている。較正用マーク１０の中心点のＬ軸の座標値はＬ_ｍである。また、発光部２１１のＺ軸の座標値はＺ_ｓである。なお、Ｚ_ｓの値は、発光部２１１の高さ（自装置の高さ）から、較正用マーク１０の中心点の高さを引いた値である。発光部２１１の高さ及び較正用マーク１０の中心点の高さは、既知の値として予め較正部２０３ｂが記憶している。そのため、較正部２０３ｂは、Ｚ_ｓの値を算出することが可能である。また、較正用マーク１０の球体の半径はｒであり、ｒの大きさも予め較正部２０３ｂが記憶している。

較正部２０３ｂは、このように、発光部２１１からの距離が最も短い観測点７０に基づいて、発光部２１１から較正用マーク１０の中心点までの距離Ｌ_ｍを算出する。以下、距離Ｌ_ｍの具体的な算出法について説明する。

図２０において、観測点７０の座標（ａ_Ｌ，ａ_Ｚ）はそれぞれ式２、式３のように表される。

較正用マーク１０の中心点は、直線ｚ＝０と、観測点７０を中心とする半径ｒの円との交点となる。観測点７０を中心とする半径ｒの円は式４のように表される。

したがって、ｚ＝０と式４とを連立して解くと、Ｌ_ｍの値は式５のように表される。

以上から、Ｌ_ｍの値は式６のように表される。

以上のように構成された第四実施形態の位置測定システム１では、球体の形状をした共通の較正用マーク１０を用いて複数台の位置測定装置２０の較正処理を実行することが可能となる。そのため、位置測定装置２０毎に専用の較正用マーク１０を設置する必要が無くなるため、較正処理に要するコストや作業時間を削減することが可能となる。

また、以上のように構成された第四実施形態の位置測定システム１では、較正部２０３ｂが自装置におけるＸ軸及びＹ軸を中心とした回転角に応じて較正処理を行う。そのため、位置測定システム１に備えられた位置測定装置２０がそれぞれ異なる傾きで設置された場合であっても、共通の較正用マーク１０を用いて精度良く較正処理を行うことが可能となる。すなわち、各位置測定装置２０の傾きに応じて較正用マーク１０の位置を変えて設置する必要が無くなる。また、一台の位置測定装置２０に着目すると、自装置と較正用マーク１０との相対的な傾きに拘わらず、精度良く較正処理を行うことが可能となるという効果がある。

＜変形例＞
第四実施形態の位置測定装置２０は、第三実施形態と同様に変形して構成されても良い。

［第五実施形態］
図２１は、第五実施形態における位置測定システム１のシステム構成を表すシステム構成図である。第五実施形態における位置測定システム１では、位置測定装置２０の測定面が第三実施形態の測定面と異なる。また、測定面が異なることに応じて、較正用マーク１０の中心点のローカル座標の値を算出する方法が第三実施形態の場合と異なる。第五実施形態における位置測定システム１のその他の構成及び処理は、第三実施形態と同じである。なお、図２１では、位置測定装置２０は、半円柱形又は半球形の形状を有し、床面９０方向に向けて天井面８０に設置される。ただし、第五実施形態において、位置測定装置２０の設置位置や形状は図２１に示すものに限定されない。

以下、測定面と、距離Ｌ_ｍを算出する方法とについて説明する。なお、第五実施形態における測定面５０の構成は、図８に示されるとおりである。すなわち、第五実施形態の測定面５０では、複数の測定点６０は二次元の平面上に配置される。図８の場合は、各測定点６０は、縦方向及び横方向に等間隔に並べられる。なお、各測定点６０の横方向の間隔や縦方向の間隔は、一定であってもよいし、各点同士で異なってもよい。

第五実施形態の較正部２０３ｂは、較正用マーク１０の天板に位置する複数の観測点７０において取得された距離情報に基づいて、較正用マーク１０の中心点のローカル座標を算出する。具体的には、較正部２０３ｂは、天板に位置する複数の観測点７０に基づいて、天板の円形の形状を推定する。そして、較正部２０３ｂはこの推定結果に基づいて、較正用マーク１０の中心点を推定する。

第五実施形態の較正部２０３ｂが天板の円形の形状を推定する方法はどのように行われても良い。例えば、自装置の設置位置の高さ（ｚ）と、較正用マーク１０の天板の高さ（ｚｍ）とを既知の値として較正部２０３ｂが予め記憶している場合について説明する。この場合、較正部２０３ｂは、較正用マーク１０上の各観測点７０のうち、ローカル座標の高さの値がｚ−ｚｍに等しい又は近い値を有する観測点７０を、天板に位置する観測点７０であると推定する。較正部２０３ｂは、推定された複数の観測点７０のみを、Ｘ−Ｙ平面に射影する。そして、較正部２０３ｂは、この射影された観測点７０によって形成される形状に基づき、最小自乗法などの方法により円形の形状を推定する。

また、較正用マーク１０の円形の形状の推定は以下のように行われても良い。図２２は、推定方法の概略を表す図である。図２２の場合、較正部２０３ｂには、Ｚ軸方向に複数の値ｚ１〜ｚ４が設定される。較正部２０３ｂは、較正用マーク１０上の各観測点７０の高さがどの値とどの値との間に位置するか判定する。そして、較正部２０３ｂは、最も多くの観測点７０が位置すると判定された値と値の間（図２２の場合は、値ｚ１と値ｚ２との間）に位置する観測点７０のみを、Ｘ−Ｙ平面に射影する。そして、較正部２０３ｂは、この射影された観測点７０によって形成される形状に基づき、最小自乗法などの方法により円形の形状を推定する。

また、較正用マーク１０の円形の形状の推定は以下のように行われても良い。較正部２０３ｂは、隣接する二つの観測点７０同士のローカル座標の高さの差を算出し、この差が所定の高さ閾値よりも小さい場合に、この二つの観測点７０が天板に位置する観測点７０であると推定する。較正部２０３ｂは、推定された複数の観測点７０のみを、Ｘ−Ｙ平面に射影する。そして、較正部２０３ｂは、この射影された観測点７０によって形成される形状に基づき、最小自乗法などの方法により円形の形状を推定する。

図２３は、上記の高さ閾値を説明する図である。図２３において、観測点７０−１は、天板と側面との境界線である縁に位置する。観測点７０−２は、観測点７０−１に隣接し、較正用マーク１０の側面に位置する。観測点７０−１に対応する光線と観測点７０−２に対応する光線とが為す角度は、発光部２１１における角度分解能θ_ｓを表す。また、発光部２１１の高さはｚである。また、観測点７０−１へ向けた光線とＸ−Ｙ平面とがなす角はθである。また、発光部２１１と観測点７０−１とのＸ−Ｙ平面上の距離はｄである。ここで、発光部２１１と観測点７０−１とのＸ−Ｙ平面上の距離と、発光部２１１と観測点７０−２とのＸ−Ｙ平面上の距離は等しいものと仮定する。そうすると、観測点７０−１の高さｚ１と、観測点７０−２の高さｚ２とはそれぞれ以下のように表される。

ｚ１＝ｚ―ｄ｛ｔａｎθ｝
ｚ２＝ｚ−ｄ｛ｔａｎ（θ＋θ_ｓ）｝

したがって、観測点７０−１と観測点７０−２との高さの差Δｚは以下のように表される。

Δｚ＝ｄ｛ｔａｎ（θ＋θ_ｓ）−ｔａｎθ｝

高さ閾値は、Δｚと等しいか、Δｚよりも小さい値として設定されることが望ましい。
以上のように構成された第五実施形態の位置測定システム１では、二次元上に配置された観測点７０に基づいて距離の測定を行う複数の位置測定装置２０において、円柱の形状をした共通の較正用マーク１０を用いた較正処理を実行することが可能となる。そのため、位置測定装置２０毎に専用の較正用マーク１０を設置する必要が無くなるため、較正処理に要するコストや作業時間を削減することが可能となる。

＜変形例＞
第三実施形態の位置測定装置２０と、第五実施形態の位置測定装置２０とが、共通の較正用マーク１０を用いて較正処理を行う様に構成されても良い。また、第五実施形態の位置測定装置２０も、第三実施形態と同様に変形して構成されても良い。

［第六実施形態］
図２４は、第六実施形態における位置測定システム１のシステム構成を表すシステム構成図である。第六実施形態における位置測定システム１では、較正用マーク１０の形状が円柱形ではなく球形となる。図２４では、球体の較正用マーク１０は天井から吊されている。また、第六実施形態における位置測定装置２０は、較正用マーク１０の中心点のローカル座標の値を算出する方法が第五実施形態の場合と異なり、他の処理は同じである。そのため、較正用マーク１０の中心点のローカル座標の値を算出する方法のみ説明する。なお、球体の較正用マーク１０の設置方法は、天井から吊すのではなく、どのような方法が採用されても良い。

第六実施形態の較正部２０３ｂは、較正用マーク１０の表面上に位置する観測点７０に基づいて、最小自乗法などの方法により球形の形状を推定する。そして、較正部２０３ｂは、この推定結果に基づいて、較正用マーク１０の中心点のローカル座標を算出する。

また、較正部２０３ｂは、較正用マーク１０の球形の半径を既知の値として予め記憶している場合には、以下のような方法によって較正用マーク１０の中心点のローカル座標の値を算出しても良い。較正部２０３ｂは、較正用マーク１０の表面上に位置する観測点７０の中から、最も距離が小さい観測点７０のローカル座標を取得する。そして、較正部２０３ｂは、このローカル座標から、光線方向に球形の半径分だけ球形の内側に進んだ位置の座標を、中心点のローカル座標として算出する。

以上のように構成された第六実施形態の位置測定システム１では、二次元上に配置された観測点７０に基づいて距離の測定を行う複数の位置測定装置２０において、球形の形状をした共通の較正用マーク１０を用いた較正処理を実行することが可能となる。そのため、位置測定装置２０毎に専用の較正用マーク１０を設置する必要が無くなるため、較正処理に要するコストや作業時間を削減することが可能となる。

＜変形例＞
第四実施形態の位置測定装置２０と、第六実施形態の位置測定装置２０とが、共通の較正用マーク１０を用いて較正処理を行う様に構成されても良い。また、第六実施形態の位置測定装置２０も、第三実施形態と同様に変形して構成されても良い。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…位置測定システム， １０…較正用マーク， ２０…位置測定装置（測定装置）， ２１…センサユニット， ２２…位置測定ユニット， ３０…円柱， ４０…壁面， ５０…測定面， ６０…測定点， ７０…観測点， ８０…天井面， ９０…床面， １０１…反射部， １０２…支柱部， ２０１…光学式距離測定部， ２０２…対象判定部， ２０３…較正部， ２０４…位置測定部， ２１１…発光部

Claims (15)

1. 測定範囲内に配置された物体までの距離を、光を照射することによって複数の測定点毎に測定する測定装置であって、
   前記測定点毎に測定された距離を表す距離情報と、前記測定点毎に受光された光の光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定部と、
   前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有する対象物に対応する測定点であると判定する対象判定部と、
   前記対象判定部によって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における前記対象物の位置を算出し、当該ローカル座標系における位置と、同一の対象物のグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正部と、
   を備える測定装置。
2. 前記位置測定部は、前記対象物のグローバル座標系における位置を測定し、
   前記較正部は、一の前記光学式距離測定部についての前記較正を行う際に、他の前記光学式距離測定部によって取得された前記距離情報に基づいて測定された前記対象物のグローバル座標系における位置を用いて、前記較正を行うことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記対象物判定部は、前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有し水平面での断面が円形である対象物に対応する測定点であると判定し、
   前記較正部は、前記対象判定部によって判定された測定点の距離に基づいて、前記対象物の前記断面の円の中心位置の水平面上の位置を、自装置の基準点を原点とするローカル座標系で測定し、当該ローカル座標系における位置と、同一の対象物の断面の中心位置の水平面上の位置のグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記測定点は線状に並び、
   前記較正部は、前記光学式距離測定部の水平面に対する傾きを予め記憶しており、当該傾きの値に基づいて、前記対象物の前記断面の円の中心位置の水平面上の位置を、自装置の基準点を原点とするローカル座標系で測定する、ことを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
5. 前記対象物は、垂直方向に伸びる円柱形であり、
   前記較正部は、前記円柱形の水平面の断面の円の半径を予め記憶しており、当該半径の値に基づいて前記断面の円の中心位置の水平面上の位置を前記ローカル座標系で測定することを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
6. 前記対象物は、球形であり、
   前記較正部は、前記球形の半径を予め記憶しており、当該半径の値に基づいて前記球の中心位置の水平面上の位置を前記ローカル座標系で測定することを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
7. 前記測定点は面状に並び、
   前記較正部は、前記対象判定部によって判定された測定点の集合によって表される形状に基づいて、前記対象物の前記断面の円の中心位置の水平面上の位置を、自装置の基準点を原点とするローカル座標系で測定する、ことを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
8. 前記対象物は、円柱形であり、
   前記較正部は、前記対象判定部によって判定された測定点のうち、前記円柱の天板部分に対応する測定点を選択し、選択された測定点の集合によって表される形状に基づいて、前記対象物の前記断面の円の中心位置の水平面上の位置を、自装置の基準点を原点とするローカル座標系で測定する、ことを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
9. 前記対象物は、球形であり、
   前記較正部は、前記球形の半径を予め記憶しており、前記対象判定部によって判定された測定点のうち距離が最も短い測定点を選択し、選択された測定点から前記測定点へ照射された光の進行方向に前記半径分進んだ位置を前記中心位置と推定し、この推定結果に基づいて、前記対象物の前記断面の円の中心位置の水平面上の位置を、自装置の基準点を原点とするローカル標系で測定する、ことを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
10. 前記対象判定部によって判定された測定点の距離と、前記較正部による較正の結果とに基づいて、前記対象物のグローバル座標系における位置を測定する位置測定部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の測定装置。
11. 光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有する複数の較正用マークと、
    複数の測定点に対して光を発し、反射光を受光することによって各測定点の距離を測定し、測定点毎に測定された距離を表す距離情報と、前記測定点毎に受光された光の光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定部と、
    前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、前記較正用マークに対応する測定点であると判定する対象判定部と、
    前記対象判定部によって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における前記較正用マークの位置を算出し、当該ローカル座標における位置と、同一の前記較正用マークのグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正部と、
    を備える位置測定システム。
12. 測定範囲内に配置された物体までの距離を、光を照射することによって複数の測定点毎に測定する測定装置が行う測定方法であって、
    前記測定装置が、前記測定点毎に測定された距離を表す距離情報と、前記測定点毎に受光された光の光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定ステップと、
    前記測定装置が、前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有する対象物に対応する測定点であると判定する対象判定ステップと、
    前記測定装置が、前記対象判定ステップによって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における前記対象物の位置を算出し、当該ローカル座標系における位置と、同一の対象物のグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正ステップと、
    を備える測定方法。
13. 測定範囲内に配置された物体までの距離を、光を照射することによって複数の測定点毎に測定する測定装置としてコンピューターを動作させるためのプログラムであって、
    前記測定点毎に測定された距離を表す距離情報と、前記測定点毎に受光された光の光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定ステップと、
    前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有する対象物に対応する測定点であると判定する対象判定ステップと、
    前記対象判定ステップによって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における前記対象物の位置を算出し、当該ローカル座標系における位置と、同一の対象物のグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正ステップと、
    を前記コンピューターに対して実行させるためのプログラム。
14. 光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有する複数の較正用マークを有する位置測定システムが、複数の測定点に対して光を発し、反射光を受光することによって各測定点の距離を測定し、測定点毎に測定された距離を表す距離情報と、前記測定点毎に受光された光の光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定ステップと、
    前記位置測定システムが、前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、前記較正用マークに対応する測定点であると判定する対象判定ステップと、
    前記位置測定システムが、前記対象判定ステップによって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における前記較正用マークの位置を算出し、当該ローカル座標系における位置と、同一の前記較正用マークのグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正ステップと、
    を備える較正方法。
15. 光源方向に対して多くの入射光を反射する反射面を有する複数の較正用マークを有する位置測定システムとしてコンピューターを動作させるためのプログラムであって、
    複数の測定点に対して光を発し、反射光を受光することによって各測定点の距離を測定し、測定点毎に測定された距離を表す距離情報と、前記測定点毎に受光された光の光量を表す受光量情報と、を取得する光学式距離測定ステップと、
    前記受光量情報において、前記光量が所定の閾値を超える測定点を、前記較正用マークに対応する測定点であると判定する対象判定ステップと、
    前記対象判定ステップによって判定された測定点の距離に基づいて、自装置の基準点を原点とするローカル座標系における前記較正用マークの位置を算出し、当該ローカル座標系における位置と、同一の前記較正用マークのグローバル座標系における位置とに基づいて、較正を行う較正ステップと、
    を前記コンピューターに実行させるためのプログラム。

Images