(57)【要約】【課題】  レンズの球面収差による光リング像を検出して光源までの距離を計測する場合に、その測定可能距離を伸ばすことができる位置計測システムを提供する。【解決手段】  本位置計測システムは、光源１２、１２’からの光で球面収差により光リング像を形成するレンズおよびこのレンズにより形成される光リング像を検出する受光素子を有するカメラ１５と、受光素子により検出された光リング像の非飽和領域の光量に基づいて光源１２、１２’までの距離を計測するＰＣ（演算処理装置）１６とを備える。ここで、光源までの距離が所定範囲内にあるときは、ＰＣ１６は、上記光リング像の非飽和領域の光量に代えて、受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて光源までの距離を計測することができる。【選択図】  図５
2006275553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光で球面収差により光リング像を形成するレンズおよび前記レンズにより形成される光リング像を検出する受光素子を有する撮像手段と、前記受光素子により検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測する演算処理装置とを備えたことを特徴とする位置計測システム。
【請求項２】
前記演算処理装置が、前記受光素子により検出された光リング像の非飽和領域の光量に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする請求項１記載の位置計測システム。
【請求項３】
前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記演算処理装置が前記光リング像の光量に代えて、前記受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする請求項１または２記載の位置計測システム。
【請求項４】
光源からの光で球面収差により光リング像を形成するレンズおよび前記レンズにより形成される光リング像を検出する受光素子を有する撮像手段と、前記受光素子により検出された光リング像の検出情報に基づいて前記光源までの距離を計測する演算処理装置とを備え、前記演算処理装置が、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測し、前記光源までの距離が所定範囲内にないときは、前記受光素子により検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする位置計測システム。
【請求項５】
前記演算処理装置が、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測し、前記光源までの距離が所定範囲内にないときは、前記受光素子により検出された光リング像の非飽和領域の光量に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする請求項４記載の位置計測システム。
【請求項６】
前記レンズが半球レンズであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の位置計測システム。
【請求項７】
光源からの光で球面収差により光リング像を形成し、前記形成された光リング像を検出し、前記検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする位置計測方法。
【請求項８】
前記検出された光リング像の光量が前記光リング像の非飽和領域の光量であることを特徴とする請求項７記載の位置計測方法。
【請求項９】
前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記光リング像の光量に代えて、前記検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする請求項７または８記載の位置計測方法。
【請求項１０】
光源からの光で球面収差により光リング像を形成し、前記形成された光リング像を検出し、前記光リング像の検出情報に基づいて前記光源までの距離を計測する位置計測方法であって、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測し、前記光源までの距離が所定範囲内にないときは、前記検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測することを特徴とする位置計測方法。
【請求項１１】
前記検出された光リング像の光量が前記光リング像の非飽和領域の光量であることを特徴とする請求項１０記載の位置計測方法。
【請求項１２】
前記光リング像が、半球レンズによる球面収差により形成されることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の位置計測方法。
【請求項１３】
光源からの光で球面収差により光リング像を形成するレンズおよび前記レンズにより形成される光リング像を検出する受光素子を有する撮像手段と、前記受光素子により検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測する演算処理装置とを備えた位置計測システムにおいて、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときに前記受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測することにより、前記光リング像の光量に基づく位置計測の値を補正することを特徴とする位置計測システム。
【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、光源までの距離を計測する位置計測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光源の３次元位置を高精度、高分解能で計測する技術は、従来から種々の方法が提案されている。例えば、自動焦点機構を持ったカメラを用いる方法があるが、この方法はカメラ２台が必要でコストが高い、あるいは焦点合わせに時間がかかるために計測の高速化が困難であるという問題がある。また、光干渉法としてレーザ光を利用する技術があるが、この技術はレーザ光を使用するために、安全面での注意が必要である等の問題があり、また、いわゆる光干渉レンズ法では干渉模様から位置を計測するための計算が複雑であるという問題がある。
【０００３】
特許文献１に記載の位置計測システムは、このような問題点を解決するものとして提案されたものである。この技術は、レンズの球面収差を利用することにより光源（点光源）位置を計測するものである。すなわち、この方法では、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）に変換し、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）に基づいて光源位置を計測しようとするものである。
【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】
しかしながら、特許文献１の方法では、光源がレンズから近い場合は問題ないが、光源がレンズから遠く離れている場合には、光リング像のリング径の変化量が小さく、位置計測の分解能が低くなる。そのため、特許文献１の方法は、光源がレンズから遠く離れている場合の光源距離の計測には適しておらず、光源距離の測定限界距離が短いという問題があった。
【０００５】
従って本発明の目的は、レンズの球面収差による光リング像を検出して光源までの距離を計測する場合に、その測定可能距離を伸ばすことができる位置計測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、光源からの光で球面収差により光リング像を形成するレンズおよび前記レンズにより形成される光リング像を検出する受光素子を有する撮像手段と、前記受光素子により検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測する演算処理装置とを備えた位置計測システムにより、達成される。ここで、前記演算処理装置は、前記受光素子により検出された光リング像の非飽和領域の光量に基づいて前記光源までの距離を計測することができる。また、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記演算処理装置は前記光リング像の光量に代えて、前記受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測することができる。本願において、光源までの距離が所定範囲内にあるときとは、光リング像の直径が光源距離により変化し、それを検出することが容易な範囲にあるときをいう。
【０００７】
また、本発明に係る位置計測システムは、光源からの光で球面収差により光リング像を形成するレンズおよび前記レンズにより形成される光リング像を検出する受光素子を有する撮像手段と、前記受光素子により検出された光リング像の検出情報に基づいて前記光源までの距離を計測する演算処理装置とを備え、前記演算処理装置が、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測し、前記光源までの距離が所定範囲内にないときは、前記受光素子により検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測するものである。ここで、前記演算処理装置は、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測し、前記光源までの距離が所定範囲内にないときは、前記受光素子により検出された光リング像の非飽和領域の光量に基づいて前記光源までの距離を計測することができる。また、前記レンズは半球レンズとすることができる。
【０００８】
本発明に係る位置計測方法は、光源からの光で球面収差により光リング像を形成し、前記形成された光リング像を検出し、前記検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測するものである。ここで、前記検出された光リング像の光量は前記光リング像の非飽和領域の光量とすることができる。また、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記光リング像の光量に代えて、前記検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測することができる。
また、本発明に係る位置計測方法は、光源からの光で球面収差により光リング像を形成し、前記形成された光リング像を検出し、前記光リング像の検出情報に基づいて前記光源までの距離を計測する位置計測方法であって、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときは、前記検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測し、前記光源までの距離が所定範囲内にないときは、前記検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測するものである。ここで、前記検出された光リング像の光量は前記光リング像の非飽和領域の光量とすることができる。また前記光リング像は、半球レンズによる球面収差により形成されるものとすることができる。
【０００９】
さらに、本発明に係る位置計測システムは、光源からの光で球面収差により光リング像を形成するレンズおよび前記レンズにより形成される光リング像を検出する受光素子を有する撮像手段と、前記受光素子により検出された光リング像の光量に基づいて前記光源までの距離を計測する演算処理装置とを備えたものであって、前記光源までの距離が所定範囲内にあるときに前記受光素子により検出された光リング像の直径に基づいて前記光源までの距離を計測することにより、前記光リング像の光量に基づく位置計測の値を補正するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、レンズの球面収差による光リング像を検出して光源までの距離を計測する場合に、その測定可能距離を伸ばすことができる位置計測システムを得ることができる。従来の位置計測システムは光リング像のリング径の変化に基づいて光源距離を求めるため測定限界距離が短いが、本発明では、この測定限界距離を飛躍的に伸ばすことができる。しかも、本発明は、従来の位置計測システムのソフトウェアを改良するだけで測定可能距離を伸ばすことができるので、簡易かつ低コストで実現可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を説明するが、その前に、本発明の前提となる、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して光源位置を計測する方法について説明する。
【００１２】
図１（ａ）、（ｂ）は、半球レンズと受光素子を有するカメラ（撮像手段）１５を用いて光源位置を計測する方法を説明するための図である。図１（ａ）に示すように、光源（点光源）１２から発せられた光線は半球レンズ１１によって集光され、受光素子１３上に図１（ｂ）に示すような光リング１４を形成する。その原理は前述の特許文献１に記載のとおりである。
【００１３】
すなわち、図１（ａ）において、点光源１２から放射された光は、光線の軌跡に示すように半球レンズ１１の第１面である平面に入射する。ここで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レンズ第２面に到達し、屈折する。第２面が球面であるため、光は光軸上に集光されるが、レンズ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。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。従って、図１（ａ）に示すような光軸上の位置に受光素子（ＣＣＤセンサー）１３の受光面を設置すると、光がレンズの光軸付近から離れるに従い、最初は、受光面上の光位置も同様に光軸から離れていくが、しかし、光がさらにレンズの光軸から遠ざかると、今度はレンズ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。つまり、レンズを通過する光が光軸から離れるに従い、受光面上では光は最初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、そしてさらに光軸を通過して反対側に広がっていく挙動を示す。受光面の２次元平面で考えると、この折り返し点は光軸を中心とした円となり、さらにその折り返し点では光密度が高い光集中領域となるために、図１（ｂ）のような光リング１４が形成される。
【００１４】
光リング１４は、光源が光軸上にある時は真円形をしており、光源がレンズから離れるに従い直径が小さくなり、光源がレンズに近づくと直径が大きくなる。また、光源が光軸に垂直な方向に移動した場合には、光リング全体が光源の移動方向と反対の方向に移動する。従って、光源位置と光リングの形状や座標との関係を数式化することにより、光リングの形状や座標の信号から光源の座標を測定することができる。光源の座標は、例えば次のようにして求めることができる。
【００１５】
ここでは２個の光源位置を、１個の半球レンズを用いて同時に計測した例を図２を用いて説明する。図２に示すように、光源２ａ、２ｂには波長９００ｎｍの発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた。この光源２ａ，２ｂから放射した光は、カメラ１５の赤外線透過フィルタ３１を通過し、半球レンズ１１に入射する。半球レンズ１１は屈折率１．５１で、曲率半径１０ｍｍの形状のものを利用した。半球レンズ１１はその平坦面を前面とした。また、余分な光を除去する目的で、Φ６ｍｍのアパーチャ３２をレンズ前面に設置した。半球レンズ１１はレンズホルダ３３で支持されている。
【００１６】
この半球レンズ１１の無限遠光源に対する近軸光線の焦点位置は半球レンズ出射面の後ろ１９．５ｍｍにあるが、この半球レンズ１１をこれよりレンズ側に設置することにより、大きい球面収差の効果により外周部の光強度が大きいリング像（光リング）を形成することができる。ここでは受光素子（イメージセンサ）１３を半球レンズ１１の後ろ６ｍｍのところに設置し、光リングを検出した。イメージセンサ１３で得られた光リングの検出情報は、ＰＣ（演算処理装置）４で演算処理され、その結果をディスプレイ装置３４に表示する。
【００１７】
この場合に形成されるリング像の一例を図３に示す。図３はシミュレーション結果であるが、実際に撮影した画像も本結果と一致することが確認できている。光源２ａは位置座標（１０００，０，０）に配置し、光源２ｂは座標（１０００，２００，１００）に配置した。図３に示されているように、二つの光リングはオーバーラップしているが、外周部の光強度が強い光リングであるために、各々を簡単に識別することができる。各々の光リングの外径と中心位置から、各々の光源２ａ，２ｂの３次元位置を計測することができる。
【００１８】
図４は、光源の位置算出を説明するための光源の３次元座標と光リングとの関係を示す概略図である。光源（ＬＥＤ）の３次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、ｘ，ｙ，ｚは近似的に次のようにあらわされる。ここで、θはレンズ平坦面での光軸と光源との角度、ｓはセンサ面での光軸点に対する鉛直線と光リングの中心との角度である。
ｘ＝Ｌ＊ｃｏｓ（θ）    （式１）
ｙ＝Ｌ＊ｓｉｎ（θ）＊ｃｏｓ（ｓ）    （式２）
ｚ＝Ｌ＊ｓｉｎ（θ）＊ｃｏｓ（ｓ）    （式３）
【００１９】
光リングの直径Ｄは、レンズ平坦面での光軸点から光源までの距離Ｌとレンズ特性値ａおよびｂとから近似的に次のように表される。レンズ特性値ａおよびｂはレンズの曲率や屈折率から求められる値である。
Ｄ＝ａ／Ｌ＋ｂ    （式４）
【００２０】
この式４にカメラ画像から得られる直径を代入して光源の距離Ｌを求め、上述の式１〜式３に代入することで光源の３次元座標が求められる。
【００２１】
ところで、上記式４によれば、リング径は距離に反比例して小さくなる。したがって、距離が大きくなるとａ／Ｌは０に近づいてＤ≒ｂとなる。すなわち、リング径Ｄは光源の距離Ｌにほとんど関係なくなる。これは、光源がレンズから遠くに離れる場合には、光リング像のリング径の変化量が小さく、位置計測の分解能が低くなることを意味する。つまり、この方法では、光源距離の測定限界距離は短い。本発明では、この点を次のようにして解決する。
【００２２】
図５は、本発明に係る位置計測システムの一実施例を示す図である。本実施例は、図示のように、光源（例えばＬＥＤ）１２（１２’）からの光で球面収差により光リング像を形成するレンズおよびこのレンズにより形成される光リング像を検出する受光素子（センサ）を有するカメラ（撮像手段）１５と、受光素子により検出された光リング像の非飽和領域の光量に基づいて光源までの距離を計測するＰＣ（演算処理装置）１６とを備える。ここで、光リング像を形成するレンズは例えば半球レンズであるが、これに限定されない。また、受光素子は例えばＣＣＤエリアセンサであるが、これに限定されない。さらに、光リング像とは、前述の光集中領域としての光リングおよびそのリング内側を含むものである。また、光リング像の非飽和領域とは、光リング像における光の強度が飽和していない領域をいう。これについては後述する。
【００２３】
図５において、カメラ１５のセンサが受光する全光量Ｉ、Ｉ’は、光源１２、１２’までの距離Ｌ、Ｌ’の２乗に反比例するので、次式で表される。
Ｉ＝ａ／Ｌ２    （式５）
Ｉ’＝ａ／（Ｌ’）２    （式６）
この式５と式６から、距離Ｌ’は次式で表される。
Ｌ’＝Ｌ√Ｉ／Ｉ’    （式７）
【００２４】
従って、カメラ１５の受光する全光量Ｉ、Ｉ’をモニターすることで、光源までの距離がＬからＬ’に変化したとき、既知の距離Ｌの値から光源１２’までの距離Ｌ’を算出することができる。この光量と距離との対応関係をＰＣ１６内のテーブルに格納しておき、光量の検出値に基づいてテーブルから対応する距離を引き出すこともできる。これにより、光源位置がレンズから比較的遠く、リング径がほとんど変化しない場合でも、センサが受光する全光量変化をモニターすることにより、精度をよく光源距離を計測することができる。
【００２５】
図６は、本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。上述の実施例は、光源が光軸上を移動する場合であるが、本実施例は、光源が光軸外を自由に移動する場合である。すなわち、光源１２、１２’とカメラ１５を結ぶ線と光軸との角度がそれぞれθ、θ’の場合、カメラ１５のセンサが受光する全光量Ｉ、Ｉ’は、次式で表される。
Ｉ＝ａ・ｃｏｓθ／Ｌ２    （式８）
Ｉ’＝ａ・ｃｏｓθ’／（Ｌ’）２    （式９）
この式８と式９から、距離Ｌ’は次式で表される。
Ｌ’＝Ｌ√Ｉ・ｃｏｓθ’／（Ｉ’・ｃｏｓθ）    （式１０）
【００２６】
角度θ、θ’はリング像の中心位置から決定されるので、その値を用いることによって、光源とレンズとのなす角度が変化しても、光量をモニターすることにより距離Ｌ’を精度よく計測することができる。この光量と距離との対応関係をＰＣ１６内のテーブルに格納しておき、光量の検出値に基づいてテーブルから対応する距離を引き出すこともできる。これにより、光源位置がレンズから比較的遠く、リング径がほとんど変化しない場合でも、センサが受光する全光量変化をモニターすることにより、精度をよく光源距離を計測することができる。
【００２７】
図７（ａ）、（ｂ）は光源位置が比較的レンズに近い場合の光リング像の一例を示す図である。上述のとおり、センサが受光する全光量は光源距離の関数として表される。しかし、光源位置がレンズから近い場合には、図７（ａ）に示すように、光リング像７０の外周部（光リング）７１および中心部７２は光強度（輝度）が強く、その中間部７３は光強度（輝度）は弱い。そのため、外周部７１および中心部７２では、図７（ｂ）に示すように、センサのダイナミックレンジ７４を越えて輝度が飽和することがある。一方、その中間部７３では、センサのダイナミックレンジ７４を越えず輝度は飽和しない。従って、このままでは、レンズの全光量は光源位置に対して、上記式５〜式１０で表わすことができない。そこで、光リング像を受光するセンサの輝度が飽和していない中間部７３（非飽和領域）に対応する画素の情報だけを集めて、その領域（非飽和領域）の全光量をモニターする。これは、非飽和領域に対応する画素の情報が光源距離により変化する、すなわち距離情報を有するからである。これにより、上記式５〜式１０を用いて、光源距離を精度良く計測することができ、しかも測定可能距離を伸ばすことができる。
【００２８】
図８は、光源位置が比較的レンズから遠い場合の光リング像の例を示す図であり、（ａ）は位置計測ができる限界距離付近のリング像、（ｂ）は限界距離よりさらに遠ざけた場合のリング像である。本例では、光リング像８１、８２はいずれも全体がセンサのダイナミックレンジを越えず輝度は飽和しない非飽和領域である。光リング像８２は、光リング像８１よりも遠方にあるので、それだけ輝度が低くなる。この場合、全光量を適用して、上記式５〜式１０を用いて、光源距離を精度良く計測することができ、しかも測定可能距離を伸ばすことができる。
【００２９】
図９は、光源位置がさらにレンズから遠い場合の光リング像の例を示す図である。この場合、特にリング外周部９１の光量が低くなり光リング像のエッジ抽出が容易でないことがある。この場合でも光リング像の中心部分９２は光量が最も高いので、その位置を容易に計測できる。この中心位置から光源の存在する方向を決め、光リング像全体の光量から光源の距離を決定することができる。この場合も、光リング像全体がセンサのダイナミックレンジを越えず輝度は飽和しない非飽和領域である。従って、全光量を適用して、上記式５〜式１０を用いて、光源距離を精度良く計測することができ、しかも測定可能距離を伸ばすことができる。
【００３０】
本発明は、上述のように、レンズの球面収差による光リング像の非飽和領域の光量に基づいて光源（点光源）までの距離を計測するものであるが、光源距離が近い場合には、従来どおり光リング像のリング径（直径）から光源距離を計測することとし、光源距離が遠くなった場合に、リング径はほとんど変化しないので、光リング像（非飽和領域）の光量に基づいて光源までの距離を計測するようにすることができる。このように両者を併用することによっても、測定可能距離を伸ばすことができる。この場合、光源距離に関して、光量とリング径との対応関係および光量と距離との対応関係をそれぞれＰＣ内のテーブルに格納しておき、光量の検出値に基づいてテーブルから対応する距離を引き出すこともできる。
【００３１】
次に、レンズの球面収差を利用して光リング像を形成し、光リング像の光量を全て利用して光源の３次元（３Ｄ）位置を計測した実施例について説明する。
図１０（ａ）、（ｂ）は、光源ＬＥＤが比較的近距離の位置から遠ざかった場合に、どのように光リング像の光量分布が変化するかを示した図である。光源距離が近い場合には、図１０（ａ）に示すように、輝度が飽和している領域（飽和領域）１０１は大きいが、遠ざかると、図１０（ｂ）に示すように、その領域は小さくなる。逆に、輝度が飽和していない領域（非飽和領域）１０２は光源距離が近い場合には図１０（ａ）に示すように小さいが、遠ざかると、図１０（ｂ）に示すように、その領域は大きくなる。このようにリング像内の光量分布は変化するが、その全光量がどのように変化するかを実際に測定した。図１１にその実験データをグラフに整理した。横軸は距離の逆数（１／ｍ）であり、縦軸が全光量である。全光量とは各画素の輝度値を全て積算した値である。センサーには２５６階調、４８０×６４０画素、１／３インチのエリアセンサを利用した。球面収差の大きいレンズには半径１２ｍｍの半球レンズを用いた。光源にはＬＥＤを用いた。実験では、この光源をレンズの光軸方向に１ｍ〜３．１８ｍの間で移動させた。図中の■印が実測データ値であるが、その値は近似式
ｙ＝ａｘ３＋ｂｘ２＋ｃｘ＋ｄ    （式１１）
で表せることが分かった。ｙはセンサーが受光した光量の積算量であり、ｘは光源距離の逆数である。このように、光リング像の全光量は光源位置の関数として表されるので、光リング像の全光量を測定することにより、光源の位置を計測できる。光リング像の光量による位置計測では、このデータからも分かるように、比較的遠距離にある光源の３次元位置を計測できる。
【００３２】
また、光源が比較的近距離にある場合に、光リングの直径から距離を計測し、同時に光量することにより、光量による位置計測の値を補正することができる。ＬＥＤの光量は電池の消耗や使用による劣化などにより変化することがあるが、光リング像の直径は光量により影響を受けないことから、光リング像の直径から計測する値を正しい値として、光量による位置計測の値を補正することができる。これにより、光リング像の光量を用いた位置計測の精度を保つことができるようになった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
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、光源までの距離を計測する位置計測システムに関するものであり、産業上の利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）、（ｂ）は半球レンズと受光素子を有するカメラ（撮像手段）を用いて光源位置を計測する方法を説明するための図である。
【図２】２個の光源位置を１個の半球レンズを用いて同時に計測する場合の例を示す図である。
【図３】図２の場合に形成されるリング像の一例を示す図である。
【図４】光源の位置算出を説明するための光源の３次元座標と光リングとの関係を示す概略図である。
【図５】本発明に係る位置計測システムの一実施例を示す図である。
【図６】本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は光源位置が比較的レンズに近い場合の光リング像の一例を示す図である。
【図８】光源位置が比較的レンズから遠い場合の光リング像の例を示す図であり、（ａ）は位置計測ができる限界距離付近のリング像、（ｂ）は限界距離よりさらに遠ざけた場合のリング像である。
【図９】光源位置がさらにレンズから遠い場合の光リング像の例を示す図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は光源ＬＥＤが比較的近距離の位置から遠ざかった場合に、どのように光リング像の光量分布が変化するかを示した図である。
【図１１】光源距離に対して光リング像の全光量変化を測定した実験データの一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１０  光軸
１１  半球レンズ
１２、１２’  光源
１３  受光素子
１４  光リング像
１５  カメラ（撮像手段）
１６  ＰＣ（演算処理装置）
【図１】
2006275553.tif 000003
【図２】
2006275553.tif 000004
【図３】
2006275553.tif 000005
【図４】
2006275553.tif 000006
【図５】
2006275553.tif 000007
【図６】
2006275553.tif 000008
【図７】
2006275553.tif 000009
【図８】
2006275553.tif 000010
【図９】
2006275553.tif 000011
【図１０】
2006275553.tif 000012
【図１１】
2006275553.tif 000013