(57)【要約】【課題】有意な検出情報が得られる対象物（光源１００）の位置の範囲を拡大し、広範囲にわたる対象物の位置を計測可能な位置計測システム等を提供する。【解決手段】光源１００からの光を透過してリング状の光集中領域を形成するレンズ２１０と、このレンズ２１０により形成された光集中領域を検出する受光素子２２０と、この受光素子２２０により検出された光集中領域の検出情報に基づいて光源１００の位置を計測する演算装置３００とを備える。レンズ２１０は、光源１００側から数えた第１面における３次の像面湾曲収差係数が正であり、第２面における３次の像面湾曲収差係数が負であることを特徴とする。【選択図】図１
2010048672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を透過してリング状の光集中領域を形成するレンズと、
前記レンズにより形成された前記光集中領域を検出する受光素子と、
前記受光素子により検出された前記光集中領域の検出情報に基づいて前記光源の位置を計測する演算装置とを備え、
前記レンズは、前記光源側から数えた第１面における３次の像面湾曲収差係数が正であり、第２面における３次の像面湾曲収差係数が負であること
を特徴とする位置計測システム。
【請求項２】
前記レンズは、前記第１面が負のパワーを有し、前記第２面が正のパワーを有することを特徴とする請求項１に記載の位置計測システム。
【請求項３】
前記レンズは、屈折率が１．８乃至２．０であり、前記第１面の曲率半径ｒ１と前記第２面の曲率半径ｒ２とが、
１５≧ｒ１／ｒ２≧５
の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の位置計測システム。
【請求項４】
前記レンズは、中心肉厚が前記第２面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の位置計測システム。
【請求項５】
前記レンズは、
材料がＳＮＰＨ２  Ｏｈａｒａであり、
前記第１面の曲率半径ｒ１と前記第２面の曲率半径ｒ２とが、
ｒ１／ｒ２＝５．３７
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の位置計測システム。
【請求項６】
前記レンズは、
焦点距離が２０００．００００ｍｍであり、
前記第１面の口径が３．１２６８ｍｍであり、
前記第１面の曲率半径が−２９．５５００ｍｍであり、
前記第２面の口径が７．３８３７ｍｍであり、
前記第２面の曲率半径が−５．５０００ｍｍであり、
中心肉厚が５．６８００ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の位置計測システム。
【請求項７】
光源からの光を透過してリング状の光集中領域を形成するレンズと、
前記レンズにより形成された前記光集中領域を検出し、得られた当該光集中領域の検出情報を、前記光源の位置を計測する演算装置に出力する受光素子とを備え、
前記レンズは、前記光源側から数えた第１面における３次の像面湾曲収差係数が正であり、第２面における３次の像面湾曲収差係数が負であること
を特徴とする撮像装置。
【請求項８】
前記レンズは、前記第１面が負のパワーを有し、前記第２面が正のパワーを有することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記レンズは、屈折率が１．８乃至２．０であり、前記第１面の曲率半径ｒ１と前記第２面の曲率半径ｒ２とが、
１５≧ｒ１／ｒ２≧５
の関係を有することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記レンズは、中心肉厚が前記第２面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項７乃至請求項９に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光でレンズの球面収差により形成される光リング像を検出することにより、光源の位置を計測する位置計測システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の３次元位置を計測する技術として、特許文献１、２に開示される技術がある。特許文献１に記載の位置計測システムは、レンズの球面収差を利用することにより対象物としての光源（点光源）位置を計測するものである。この技術では、例えばＬＥＤ等の光源からの光をレンズの球面収差により光リング像（光集中領域）に変換する。そして、この光リング像をＣＣＤセンサにより検出し、この検出した光リング像の検出情報（光リングの直径および検出位置）に基づいて光源位置を計測する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１２３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の位置計測システムにおいては、検出された像の検出情報が有意であれば、その検出情報に基づいて対象物の位置を計測できる。したがって、有意な検出情報を得られる対象物（光源）の位置の範囲が広いほど、広範囲にわたって対象物の位置を計測できるため実用性が高い。
本発明の目的は、有意な検出情報が得られる対象物（光源）の位置の範囲を拡大し、広範囲にわたる対象物の位置を計測可能な位置計測システム等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、光源からの光を透過してリング状の光集中領域を形成するレンズと、前記レンズにより形成された前記光集中領域を検出する受光素子と、前記受光素子により検出された前記光集中領域の検出情報に基づいて前記光源の位置を計測する演算装置とを備え、前記レンズは、前記光源側から数えた第１面における３次の像面湾曲収差係数が正であり、第２面における３次の像面湾曲収差係数が負であることを特徴とする位置計測システムである。
請求項２に係る発明は、前記レンズは、前記第１面が負のパワーを有し、前記第２面が正のパワーを有することを特徴とする請求項１に記載の位置計測システムである。
請求項３に係る発明は、前記レンズは、屈折率が１．８乃至２．０であり、前記第１面の曲率半径ｒ１と前記第２面の曲率半径ｒ２とが、
１５≧ｒ１／ｒ２≧５
の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の位置計測システムである。
請求項４に係る発明は、前記レンズは、中心肉厚が前記第２面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の位置計測システムである。
請求項５に係る発明は、前記レンズは、材料がＳＮＰＨ２  Ｏｈａｒａであり、前記第１面の曲率半径ｒ１と前記第２面の曲率半径ｒ２とが、
ｒ１／ｒ２＝５．３７
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の位置計測システムである。
請求項６に係る発明は、前記レンズは、焦点距離が２０００．００００ｍｍであり、前記第１面の口径が３．１２６８ｍｍであり、前記第１面の曲率半径が−２９．５５００ｍｍであり、前記第２面の口径が７．３８３７ｍｍであり、前記第２面の曲率半径が−５．５０００ｍｍであり、中心肉厚が５．６８ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の位置計測システムである。
請求項７に係る発明は、光源からの光を透過してリング状の光集中領域を形成するレンズと、前記レンズにより形成された前記光集中領域を検出し、得られた当該光集中領域の検出情報を、前記光源の位置を計測する演算装置に出力する受光素子とを備え、前記レンズは、前記光源側から数えた第１面における３次の像面湾曲収差係数が正であり、第２面における３次の像面湾曲収差係数が負であることを特徴とする撮像装置である。
請求項８に係る発明は、前記レンズは、前記第１面が負のパワーを有し、前記第２面が正のパワーを有することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置である。
請求項９に係る発明は、前記レンズは、屈折率が１．８乃至２．０であり、前記第１面の曲率半径ｒ１と前記第２面の曲率半径ｒ２とが、
１５≧ｒ１／ｒ２≧５
の関係を有することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置である。
請求項１０に係る発明は、前記レンズは、中心肉厚が前記第２面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項７乃至請求項９に記載の撮像装置である。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明によれば、本発明の構成を用いない場合に比べ、より広い画角の範囲に位置する光源に対してリング状の光集中領域を得、光源の位置を計算することができる。
請求項２の発明によれば、レンズの像面湾曲収差を減少させることにより、より広い画角の範囲における光源の位置を計算することができる。
請求項３の発明によれば、半画角３０°以上の範囲で光源の位置を計算可能なシステムを実現することができる。
請求項４の発明によれば、本発明の構成を用いない場合に比べ、より良好な光集中領域を得ることができる。
請求項５の発明によれば、レンズの材料コストを低減し、半画角３０°以上の範囲で光源の位置を計算可能なシステムを実現できる。
請求項６の発明によれば、位置計測システムのカメラに適したサイズのレンズにより、広い画角の範囲における光源の位置を計算可能なシステムを実現することができる。
請求項７の発明によれば、本発明の構成を用いない場合に比べ、より広い画角の範囲に位置する光源に対して、光源の位置を計算するために用いられるリング状の光集中領域を得ることができる。
請求項８の発明によれば、レンズの像面湾曲収差を減少させることにより、より広い画角の範囲における光源に対して、リング状の光集中領域を得ることができる。
請求項９の発明によれば、半画角３０°以上の範囲における光源に対して、リング状の光集中領域を得ることができる。
請求項１０の発明によれば、本発明の構成を用いない場合に比べ、より良好な光集中領域を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
＜システム構成＞
図１は、本実施形態が適用される位置計測システムの全体構成を示す図である。
本実施形態の位置計測システムは、図１に示すように、撮影対象である光源１００と、光源１００を撮影する撮像装置であるカメラ２００と、カメラ２００により撮影された画像に基づいて光源１００の三次元位置を計算する演算装置３００とを備える。カメラ２００は、光源からの光を集光するレンズ２１０と、レンズ２１０を透過した光を検出する受光素子２２０とを備える。
【０００８】
光源１００は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）で構成される。本実施形態は、光源１００から発する光の波長を特に限定するものではなく、受光素子２２０の感度と対応させて使用する波長を適宜定めれば良い。例えば、ピーク波長８８０ｎｍの赤外ＬＥＤが用いられる。
【０００９】
レンズ２１０は、光源１００側の面を第１面、受光素子２２０側の面を第２面とする。すなわち、光源１００から発した光は、レンズ２１０の第１面からレンズ２１０に入射し、第２面を通って受光素子２２０に達する。このとき、光線は、第１面および第２面でそれぞれ屈折する。本実施形態のレンズ２１０は、第１面が負のパワーを有し、第２面が正のパワーを有する。また、第２面は球面であり、より良好な光集中領域を得るために、レンズ２１０の中心肉厚ＣＴは第２面の曲率半径よりも大きいものとする。このレンズ２１０のさらに詳細な構成については、後述する。
【００１０】
受光素子２２０は、光源１００が発する光の波長に対する感度を持つ２次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等で構成される。例えば、上記の例示のように、光源１００がピーク波長８８０ｎｍの赤外ＬＥＤである場合、受光素子２２０として、８８０ｎｍ付近の赤外線に感度を持つＣＣＤが用いられる。本実施形態では、レンズ２１０の第１面および第２面で屈折し集光されることにより、受光素子２２０の受光面上にリング形状の光集中領域が形成される。この光集中領域のリング形状は、円形、楕円形またはこれらに近い形状であり、カメラ２００に対する光源１００の位置に応じて、受光素子２２０の受光面上での位置、形状、大きさ等が変化する。
【００１１】
演算装置３００は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータで実現される。上記のように、受光素子２２０の受光面上に形成される光集中領域は、カメラ２００に対する光源１００の位置に応じて、位置、形状、大きさ等が変化する。これを利用し、演算装置３００は、受光素子２２０において得られた光集中領域の位置、形状、大きさ等に基づいて、カメラ２００に対する光源１００の位置（座標）を計算する。また、本実施形態が後述するターゲットの三次元位置の計測システムに適用される場合、演算装置３００は、得られた光源１００の位置に基づいて、さらに光源１００が設けられたターゲットの三軸角度の計算も行う。
【００１２】
＜光集中領域の説明＞
レンズ２１０を透過した光線により受光素子２２０の受光面上に形成されるリング形状の光集中領域について、詳細に説明する。
図２は、レンズ２１０により受光素子２２０の受光面上に形成される光集中領域の形状を説明する図である。
なお、上記のように本実施形態のレンズ２１０は、第１面が負のパワーを有しているが、簡単のため、図２に示す例では、第１面を平面と考え、半球レンズとして説明する。レンズ２１０を半球レンズとする簡略化したモデルを用いても、リング形状の光集中領域が形成される仕組みは同様である。また、光源１００はレンズ２１０の光軸上にあるものとする。
【００１３】
図２において、光源１００から放射された光は、光線の軌跡に示すようにレンズ２１０の第１面に入射する。このとき光は、スネルの法則に従って屈折する。次に光は、球面形状の第２面に到達し屈折する。この第２面での屈折によって光は光軸上に集光されるが、レンズ２１０の球面収差が大きいために１点には集光されず、光軸上のある広がりを持った範囲に集光される。図２を参照して光線を追跡すると、光軸に近いレンズ領域を通過した光線はレンズから離れた光軸上に集光するが、光軸から遠いレンズ領域を通過した光線はレンズに近い光軸上に集光することが分かる。
【００１４】
より詳細には、図２に示すような光軸上の位置に受光素子２２０の受光面を設置し、光線の軌跡と受光面に到達する光とを観察すると、光軸に近い位置では、光線の軌跡がレンズ２１０の光軸から離れるにしたがって、受光面上の光の位置も、光軸から次第に離れていく。しかし、光線の軌跡がレンズ２１０の光軸からより遠ざかると、レンズ２１０による屈折の効果が大きくなり、逆に光軸に近づき始める。すなわち、レンズ２１０を通過する光線の軌跡が光軸から離れるにしたがって、受光素子２２０の受光面上の光は、最初は光軸から離れていき、途中で折り返して光軸に近づき始め、さらに光軸を通過して反対側に広がっていく。
【００１５】
このような関係を受光素子２２０の受光面の２次元平面で考えると、受光面に到達する光の折り返し位置は、光軸を中心とした円となる。そして、その折り返し位置では光密度が高い光集中領域となる。そのため、図２に示すようなリング形状の光集中領域２２１が形成される。この光集中領域２２１は、光源１００がレンズ２１０の光軸上にあるときは真円形となる。光源１００がレンズ２１０から離れるにしたがってリングの直径が小さくなり、光源１００がレンズ２１０に近づくとリングの直径が大きくなる。また、光源１００がレンズ２１０の光軸に垂直な方向に移動した場合には、光集中領域２２１全体が光源１００の移動方向と反対の方向に移動する。したがって、光源１００の位置と光集中領域２２１の形状や座標との関係を数式化することによって、光集中領域２２１の形状や座標の情報から光源１００の位置（座標）が得られる。
【００１６】
図３は、光源１００の３次元座標と光集中領域２２１との関係を示す概略図である。
光源１００の３次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、ｘ，ｙ，ｚは、近似的に次の式１−３のように表される。
ｘ＝Ｌ×ｃｏｓ（θ）                （式１）
ｙ＝Ｌ×ｓｉｎ（θ）×ｃｏｓ（ｓ）  （式２）
ｚ＝Ｌ×ｓｉｎ（θ）×ｃｏｓ（ｓ）  （式３）
ここで、θは、レンズ２１０の第１面において、光軸が通る点（光軸点）と光源１００とをつなぐ線分と、光軸とがなす角度である。ｓは、受光素子２２０の受光面において、光軸点と光集中領域２２１の中心とをつなぐ線分と、光軸点に対する鉛直線とがなす角度である。
【００１７】
光集中領域２２１のリングの直径Ｄは、レンズ２１０の第１面での光軸点から光源１００までの距離Ｌとレンズ特性値ａおよびｂとから近似的に次の式４のように表される。
Ｄ＝ａ／Ｌ＋ｂ  （式４）
レンズ特性値ａ、ｂは、レンズの曲率や屈折率から求められる値である。したがって、この式４に受光素子２２０の受光面で得られた光集中領域２２１の像（すなわち、カメラ２００の撮影画像）の直径を代入して光源１００までの距離Ｌを求め、得られたＬを上記の式１〜式３に代入することで光源１００の３次元座標が求まる。
【００１８】
＜レンズの構成＞
次に、本実施形態のレンズ２１０の構成について説明する。
上記の光集中領域２２１の説明では、簡単のために、レンズ２１０を、第１面を平面とする半球レンズとして説明した。しかし、実際にカメラ２００のレンズ２１０を半球レンズで構成すると、半画角２５°程度で光集中領域２２１の像が点状に縮小してしまう。そのため、像の直径に基づいて光源１００の距離を求めることが困難となる。詳しくは後述するが、本実施形態が適用される位置計測システムは、できるだけ広い画角に対応し、広範囲にわたって光源１００の位置を計測できる方が、実用性が高い。
【００１９】
そこで、より広い画角での位置計測を実現すべく、本実施形態で用いられるレンズ２１０は、第１面と第２面の像面湾曲収差係数の正負が逆になるように構成される。具体的には、第１面の像面湾曲収差係数が正、第２面の像面湾曲収差係数が負となるように構成される。このようにして、レンズ２１０全体での像面湾曲収差が改善されることで、半画角がある程度大きくなっても、光集中領域２２１の像が縮小してしまうことを防止する。
【００２０】
これを実現するための具体的構成として、レンズ２１０の第１面が緩い負のパワーを有し、第２面が正のパワーを有するように構成される。ただし、光集中領域２２１の像がリング形状となるには、上記のようにレンズ２１０の球面収差が寄与しているため、レンズ２１０全体の大まかな形状としては、半球レンズに近い形状となっている。
【００２１】
さらに詳細に説明すると、第１面の曲率半径ｒ１を小さくすると、レンズ系全体での像面湾曲収差は改善されていくが、同時にコマ収差や非点収差が増大していき、光リング像の形状を損なうこととなる。一方、曲率半径ｒ１を大きくし過ぎると、像面湾曲の補正が不足し、上述したように光集中領域２２１のリング像の径が画角の増大と共に急激に小さくなってしまう。一般的な感度のセンサと、比較的入手が容易な光源波長に対応する屈折率が１．８から２．０のレンズ材料を用い、半画角３０°以上の位置計測を可能とするためには、
１５≧ｒ１／ｒ２≧５
の条件を満たす必要がある。レンズ２１０の屈折率が高ければ、より高い性能を得られるが、屈折率の高いレンズ材料は高価であり、コストの増大を招くため、上記の範囲でレンズ２１０を構成することが現実的である。
【００２２】
図４は、本実施形態のレンズ２１０に入射する光軸外からの光線の挙動を説明する図である。
光源１００から出射した光線は、上記の条件を満足するレンズ２１０の第１面で屈折し、第２面で再び屈折する。このとき、光軸以外から絞り中心に入射した主光線が第２面の法線と一致すれば、主光線は第２面で屈折せず、直進する。また、周辺光線（マージナルレイ）は、第１面での屈折により、主光線を中心とした楕円として第２面に投影されるため、あたかも光軸上の光源から楕円形状の絞りを通過してレンズ２１０に入射した光束と同じような振る舞いをする。本実施形態では、主光線が、第２面の法線と完全に一致してはおらず、第２面で直進しているわけでは無いが、概ね上記と等しい振る舞いをする。したがって、無限遠からの光の焦点面よりもレンズ２１０側にセンサを配置することにより、楕円形状の光リング像を得ることが可能となる。
【００２３】
図５は、本実施形態に用いられる具体的なレンズ２１０の設計パラメータの例を示す図表である。
図５において、レンズ２１０の項目を参照すると、第１面（フロント）の曲率半径ｒ１が−２９．５５００ｍｍ、第２面（バック）の曲率半径ｒ２が−５．５０００ｍｍ、中心肉厚ＣＴ（ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ）が５．６８００ｍｍとなっている。したがって、ｒ１／ｒ２≒５．３７であり、上記の１５≧ｒ１／ｒ２≧５という条件を満足する。また中心肉厚ＣＴは、ＣＴ＞ｒ２を満足している。
【００２４】
また、光源１００から出射した光は、レンズ２１０の第１面に近接して設けられた絞り（図４に示す絞り２３０）を通過した後、第１面に入射する。上記の通り、第２面では主光線の屈折がほとんど無いため、第１面における屈折でレンズ２１０の倍率がほぼ決定される。そして、第１面における負のパワーにより３次の像面湾曲収差係数が正となり、第２面で発生する負の像面湾曲収差係数を打ち消す方向に作用する。
【００２５】
図６は、図５に示したレンズ２１０を含む本実施形態の光学系の各面で発生する３次収差係数を示す図表である。
図６において、面１は光源１００、面２は絞り２３０、面３はレンズ２１０の第１面、面４はレンズ２１０の第２面、面５は受光素子２２０の受光面（収差の総和）を示す。また図６において、ＰＥＴＺＶＡＬ値が像面湾曲の度合いを示している。図示のように、ＰＥＴＺＶＡＬ値は、面３（第１面）で正の値となっており、面４（第２面）の負の値を減少させている（面５の値参照）。
【００２６】
図７乃至図９は、本実施形態により受光素子２２０の受光面に形成される像の形状およびコントラストをシミュレーションした結果を示す図である。また、図１０および図１１は、本実施形態と比較するために半球レンズを用いて行ったシミュレーション結果を示す図である。
図７および図１０は、光源１００がレンズ２１０の光軸上にある場合の光集中領域２２１の像である。また、図８および図１１は、光源１００がレンズ２１０の光軸からはずれた位置（半画角：２４．２２°）にある場合の光集中領域２２１の像である。また、図９は、光源１００がレンズ２１０の光軸からはずれた位置（半画角：４０．３６°）にある場合の光集中領域２２１の像である。
【００２７】
これらの図を比較参照すると、光源１００がレンズ２１０の光軸上にあるとき（図７および図１０）は、いずれも光集中領域２２１の像が円形のリングを形成している。しかし、光源１００が半画角２４．２２°の位置にあるときは、本実施形態（図８）では光集中領域２２１の像がほぼ円形のリングを形成しているが、半球レンズを用いた場合（図１１）は、光集中領域２２１の像がリングを形成していない。したがって、リングのサイズに基づいて光源１００までの距離を求める計算を行うことが困難である。
【００２８】
本実施形態では、さらに光源１００が半画角４０．３６°の位置にあっても（図９）、楕円形状ながら、光集中領域２２１の像がリング形状を維持しており、リングのサイズに基づいて光源１００までの距離を求める計算を行うことが可能である。画角８０°以上（半球レンズを用いた場合の２倍以上）の範囲にわたって光源１００までの距離を求めることができることを考慮すると、本実施形態のレンズ２１０を用いた位置計測システムは、非常に実用性が高いと言える。
【００２９】
図１２は、本実施形態に用いられるレンズ２１０の具体的な一例における収差図である。また、図１３は、本実施形態と比較するために提示する半球レンズの収差図である。
図１２および図１３を比較すると、本実施形態のレンズ２１０を用いた場合には像面湾曲収差が大きく改善していることが分かる。
【００３０】
＜適用例＞
次に、上記のように構成された位置計測システムの適用例を説明する。
図１４は、本実施形態が適用される一定空間における位置計測システムの全体構成例を示す図である。
図１４に示す例では、直方体に区画された一定空間（部屋等）の４つの角に、それぞれカメラ２００が設置されている。カメラ２００のレンズ２１０が図７乃至図９に示した特性を持つ場合、有効な（光源１００の位置を計算できる可能な）画角は８０°以上であるから、１つのカメラ２００で、ほぼ空間全体に対応する。ただし、空間内に遮蔽物が存在し、光源１００を撮像できない場合等を考慮し、図１４に示すように複数のカメラ２００を適宜設置して良い。各カメラ２００は、演算装置３００に接続されており、受光素子２２０で検出される光集中領域２２１の検出情報を演算装置３００へ出力する。
【００３１】
この空間内に、光源１００を設けたターゲット１１０が置かれると、カメラ２００が光源１００を撮像し、得られたリング形状の光集中領域２２１の位置、サイズ等の情報に基づいて、空間内のターゲット１１０の位置が検出される。ターゲット１１０は、空間内の特定の位置に固定されるものであっても良いし、人が携帯して移動したり手で動かしたりするものであっても良い。
【００３２】
また、一般に、三次元空間中に配置される６点の相対的な位置関係が予めわかっている場合は、これらの点をカメラで撮影して得られた画像から、６点により形成される対象物の三次元空間での位置（以下、三次元位置）および角度（ロール角、ピッチ角およびヨー角：以下、三軸角度）を計算することが可能である。そこで、ターゲット１１０の表面上の決まった位置に６個の光源１００を設けておき、これらの光源１００をカメラ２００で撮影し、６個の光源１００の位置関係を求めることで、ターゲット１１０の空間内における向きを計算することが可能なシステムを実現できる。
【００３３】
なお、上記の実施形態では、光源１００をＬＥＤにより構成される発光点としたが、これに限定するものではない。例えば、光源１００としてＬＥＤの代わりに再帰反射板を設け、カメラ２００の近くに設けられた照明装置から光を照射し、再帰反射板による反射光をカメラ２００により撮影するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態が適用される位置計測システムの全体構成を示す図である。
【図２】本実施形態のレンズにより受光素子の受光面上に形成される光集中領域の形状を説明する図である。
【図３】本実施形態における光源の３次元座標と光集中領域との関係を示す概略図である。
【図４】本実施形態のレンズに入射する光軸外からの光線の挙動を説明する図である。
【図５】本実施形態に用いられる具体的なレンズの設計パラメータの例を示す図表である。
【図６】図５に示したレンズを含む本実施形態の光学系の各面で発生する３次収差係数を示す図表である。
【図７】本実施形態により受光素子の受光面に形成される像の形状およびコントラストをシミュレーションした結果を示す図であり、光源がレンズの光軸上にある場合の光集中領域の像を示す図である。
【図８】本実施形態により受光素子の受光面に形成される像の形状およびコントラストをシミュレーションした結果を示す図であり、光源がレンズの光軸からはずれた位置（半画角：２４．２２°）にある場合の光集中領域の像を示す図である。
【図９】本実施形態により受光素子の受光面に形成される像の形状およびコントラストをシミュレーションした結果を示す図であり、光源がレンズの光軸からはずれた位置（半画角：４０．３６°）にある場合の光集中領域の像を示す図である。
【図１０】半球レンズを用いて受光素子の受光面に形成される像の形状およびコントラストをシミュレーションした結果を示す図であり、光源がレンズの光軸上にある場合の光集中領域の像を示す図である。
【図１１】半球レンズを用いて受光素子の受光面に形成される像の形状およびコントラストをシミュレーションした結果を示す図であり、光源がレンズの光軸からはずれた位置（半画角：２４．２２°）にある場合の光集中領域の像を示す図である。
【図１２】本実施形態に用いられるレンズの具体的な一例における収差図である。
【図１３】半球レンズの収差図ある。
【図１４】本実施形態が適用される一定空間における位置計測システムの全体構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００…光源、２００…カメラ、２１０…レンズ、２２０…受光素子、２２１…光集中領域、３００…演算装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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