(57)【要約】      （修正有）【課題】  簡単な構成で撮像装置の受光感度を上昇させ、精度の高い位置および指示方向計測を実現することができる位置および指示方向計測システムを提供する。【解決手段】  位置および指示方向計測システムは、同心円状の縞模様光１１を投射する投射装置１２と、投射装置から射出された縞模様光１１を撮像する撮像装置１３，１４と、撮像装置から得られた縞画像に基づいて投射装置１２の位置および指示方向を求める演算装置１５とを備える。撮像装置１３，１４は、縞模様光１１を集光するための集光レンズ１６，１７と、集光レンズを介して得られた縞模様光を縞画像に変換する画像センサ１８，１９とを有する。画像センサの受光面は集光レンズの合焦位置を除く位置に配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心円状の縞模様光を投射する投射装置と、前記投射装置から射出された縞模様光を撮像する撮像装置と、前記撮像装置から得られた縞画像に基づいて前記投射装置の位置および指示方向を求める演算装置とを備えた位置および指示方向計測システムであって、前記撮像装置が、前記縞模様光を集光するための集光レンズと、前記集光レンズを介して得られた縞模様光を縞画像に変換する画像センサとを有することを特徴とする位置および指示方向計測システム。
【請求項２】
前記画像センサの受光面が前記集光レンズの合焦位置を除く位置に配置されたことを特徴とする請求項１記載の位置および指示方向計測システム。
【請求項３】
前記集光レンズがＣＣＴＶレンズであることを特徴とする請求項１または２記載の位置および指示方向計測システム。
【請求項４】
前記ＣＣＴＶレンズがＣマウントレンズであり、前記画像センサがＣＳマウントタイプの筐体に搭載されたものであることを特徴とする請求項３記載の位置および指示方向計測システム。
【請求項５】
前記ＣＣＴＶレンズがＣＳマウントレンズであり、前記画像センサがＣマウントタイプの筐体に搭載されたものであることを特徴とする請求項３記載の位置および指示方向計測システム。
【請求項６】
前記画像センサへの前記縞模様光の集光率が、前記ＣＣＴＶレンズの合焦位置を変化させることにより調整可能であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の位置および指示方向計測システム。
【請求項７】
前記投射装置が、レーザ光を放射する光源と、異なる光路を通過する前記レーザ光の干渉により前記縞模様光を生じさせる光学レンズ系とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の位置および指示方向計測システム。
【請求項８】
前記集光レンズと前記画像センサとの間に誘電体膜からなる分光フィルターを配置したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の位置および指示方向計測システム。
【請求項９】
前記演算装置が、前記撮像装置により得られた同心円状の前記縞画像から画像内における円の中心位置および半径を算出し、前記算出した中心位置および半径に基づいて前記投射装置の位置を求めることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の位置および指示方向計測システム。
【請求項１０】
前記演算装置が、前記撮像装置により得られた一部の同心円状の前記縞画像から円の全体像を推定し、前記推定した前記円の全体像から前記円の中心位置および半径を算出し、前記算出した中心位置および半径に基づいて前記投射装置の位置を求めることを特徴とする請求項１〜８のいずれかにの位置および指示方向計測システム。
【請求項１１】
前記撮像装置が複数設けられたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の位置および指示方向計測システム。
【請求項１２】
前記演算装置が、前記複数の撮像装置により得られた同心円状の前記縞画像から画像内における円の中心部をそれぞれ算出し、前記算出したそれぞれの中心部を対応点としてステレオ視することにより前記投射装置の位置を求めることを特徴とする請求項１１記載の位置および指示方向計測システム。
【請求項１３】
前記演算装置が、前記複数の撮像装置により得られた一部の同心円状の前記縞画像から円の全体像をそれぞれ推定し、前記推定した前記円の全体像から前記円の中心部をそれぞれ算出し、前記算出したそれぞれの中心部を対応点としてステレオ視することにより前記投射装置の位置を求めることを特徴とする請求項１１記載の位置および指示方向計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は投射装置の位置および指示方向を同心円状の縞模様光を利用して高精度に計測する位置および指示方向計測システムに関するものであり、特に縞模様光の撮像装置に集光レンズを用いることにより検出感度を飛躍的に向上させる位置および指示方向計測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
同心円状の縞模様光を投射する投射装置の位置および指示方向を計測する位置および指示方向計測システムは、例えば特許文献１に開示されている。このシステムは、投射装置の３次元位置および光軸方向を算出することができるので、これを用いて色々な分野で利用することが考えられるが、具体的には、例えば、投射装置をペンのように用いることで文字入力装置として利用することができ、また投射装置をポインターとして用いることでコンピュータへの入力インタフェースとして利用することができる。
【０００３】
図１１は、この種の位置および指示方向計測システムの概要を示す図である。図示のように、このシステムは、同心円状の縞模様光１１１を投射する投射装置１１２と、縞模様光１１１が投射される対象物１１３と、対象物１１３の近傍に配置された画像センサ１１４，１１５とを備える。投射装置１１２は、図示しないレーザ光を放射する光源と、異なる光路を通過するレーザ光の干渉により縞模様光を生じさせる光学レンズ系が具備されている。画像センサ１１４，１１５は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、裸（ｂａｒｅ）のＣＣＤセンサ１２１を筐体１２２にそのまま配置し、このＣＣＤセンサ１２１により縞模様光を直接縞画像に変換する。
【０００４】
投射装置１１２より同心円状の縞模様光が対象物１１３に投射されると、これを２つの画像センサ１１４，１１５が撮像する。図１３は、画像センサ１１４，１１５にて得られた縞画像より同心円状の縞模様光の中心を求める方法を示す図である。図示のように、画像センサにより縞模様光の一部を再現する円弧１３１の縞画像が得られる。図１３に示すように、この円弧１３１から２つの法線１３２，１３３を仮定しその交点を円の中心１３４として求める。円の中心１３４は、図１１に示す矢印１１６から分かるように投射装置１１２の指示位置を表す。
【０００５】
図１４（ａ）、（ｂ）は、投射装置の位置の検出方法を説明するための図である。同心円状の縞模様光は点光源（投射装置）から円錐状に投射され、図１４（ａ）に示すように、あるピッチを持って広がっている。投射装置１１２の光軸方向と正対する対象物１１３の面に現れる縞のピッチ幅１４１は、図１４（ｂ）に示すように、投射装置と対象物（画像センサ）間の距離に比例する。そこで画像センサにて得られた縞画像から、その縞のピッチ幅１４１を計測し、これにより得られた値より投射装置が画像センサからどれくらい離れているかを算出することができる。
【特許文献１】特開２００４−２８９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の位置および指示方向計測システムでは、投射装置の位置および指示方向の検出は可能であるが、撮像画像からの縞模様検出に不良発生のおそれがあること、検出エリアが狭いこと、それらを解決するため投射装置に用いるレーザ出力の増大化が必要であることなどの問題を有する。その原因は、縞模様光の光量が小さいこと、および画像センサの検出感度が低いことなどが挙げられる。この状態で得られた縞画像のコントラストは低く、場合によっては光量不足で全く縞画像を検出できないおそれもある。この場合、撮像した縞画像の円弧の一部から円の中心を算出し、また縞のピッチを検出することができない。必要光量を確保するには投射装置に用いるレーザ出力を増大しなければならなく、これは省エネルギーや安全性の点で問題である。また、縞模様光の光量を一定にしたまま縞模様光の投射エリアを狭くすれば画像センサが受けとる出力は増大するので、円の中心およびピッチの計測不良は解消されるが、検出エリアが狭くなるので使い勝手が悪いといった問題が発生する。このように、従来の位置および指示方向計測システムは、検出エラーが発生しやすく、また検出エリアが狭く、使い勝手が悪いという問題を有する。
【０００７】
従って本発明の目的は、簡単な構成で撮像装置の受光感度を上昇させ、精度の高い位置および指示方向計測を実現することができる位置および指示方向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】
【０００８】
上記目的は、同心円状の縞模様光を投射する投射装置と、前記投射装置から射出された縞模様光を撮像する撮像装置と、前記撮像装置から得られた縞画像に基づいて前記投射装置の位置および指示方向を求める演算装置とを備えた位置および指示方向計測システムであって、前記撮像装置が、前記縞模様光を集光するための集光レンズと、前記集光レンズを介して得られた縞模様光を縞画像に変換する画像センサとを有する位置および指示方向計測システムにより、達成される。
ここで、前記画像センサの受光面は前記集光レンズの合焦位置を除く位置に配置され得る。前記集光レンズはＣＣＴＶレンズとすることができる。前記ＣＣＴＶレンズはＣマウントレンズとすることができ、この場合前記画像センサはＣＳマウントタイプの筐体に搭載され得る。また、前記ＣＣＴＶレンズはＣＳマウントレンズとすることができ、この場合前記画像センサはＣマウントタイプの筐体に搭載され得る。前記画像センサへの前記縞模様光の集光率は、前記ＣＣＴＶレンズの合焦位置を変化させることにより調整可能である。前記投射装置は、レーザ光を放射する光源と、異なる光路を通過する前記レーザ光の干渉により前記縞模様光を生じさせる光学レンズ系とを有する。前記集光レンズと前記画像センサとの間に誘電体膜からなる分光フィルターを配置することができる。
【０００９】
前記演算装置は、前記撮像装置により得られた同心円状の前記縞画像から画像内における円の中心位置および半径を算出し、前記算出した中心位置および半径に基づいて前記投射装置の位置を求めることができ、また前記演算装置は、前記撮像装置により得られた一部の同心円状の前記縞画像から円の全体像を推定し、前記推定した前記円の全体像から前記円の中心位置および半径を算出し、前記算出した中心位置および半径に基づいて前記投射装置の位置を求めることができる。
【００１０】
前記撮像装置は複数設けることができる。この場合、前記演算装置は、前記複数の撮像装置により得られた同心円状の前記縞画像から画像内における円の中心部をそれぞれ算出し、前記算出したそれぞれの中心部を対応点としてステレオ視することにより前記投射装置の位置を求めることができ、また前記演算装置は、前記複数の撮像装置により得られた一部の同心円状の前記縞画像から円の全体像をそれぞれ推定し、前記推定した前記円の全体像から前記円の中心部をそれぞれ算出し、前記算出したそれぞれの中心部を対応点としてステレオ視することにより前記投射装置の位置を求めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像装置に設けられる画像センサの前段に投射装置からの縞模様光を集光するための集光レンズを配置するという簡単な構成で撮像装置の受光感度を上昇させることができ、これにより精度の高い位置および指示方向計測を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を具体的に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る位置および指示方向計測システムの一実施例を示す図である。図１（ａ）に示すように、本システムは、対象物１０に向けて同心円状の縞模様光１１を投射する投射装置１２と、投射装置１２から射出された縞模様光１１を撮像する撮像装置１３，１４と、撮像装置１３，１４から得られた縞画像に基づいて投射装置１２の位置および指示方向を求める演算装置１５とを備える。演算装置１５は例えばパソコン（ＰＣ）等のコンピュータを用いることができる。撮像装置１３，１４は、縞模様光を集光するための集光レンズ１６，１７と、集光レンズを介して得られた縞模様光を縞画像に変換する画像センサとしての裸（ｂａｒｅ）のＣＣＤセンサ（以下、単にＣＣＤセンサという）１８，１９とを具備する。
【００１３】
投射装置１２は、例えば図１（ｂ）に示すように、レーザ光源（半導体レーザ）２０１、コリメータレンズ２０２および同心円状の干渉模様（縞模様光）を形成するリング形状レンズ２０３を備える。例えば、レーザ光源２０１は波長８５０ｎｍのレーザ光を出力するものであり、リング形状レンズ２０３のレンズ外径は３ｍｍである。光軸上の平面におけるレンズの入射面はｘ＝０．５＊（ｙ−１．５）＊√（ｙ−１．５）（単位はｍｍ）の非球面で構成されている。ここで、ｘは光軸で光の進行方向を正とし、ｙは光軸に垂直な半径方向の軸である。このレンズ２０３の光出射面は平面であり、レンズ素材の屈折率は１．５１である。このレンズ２０３にレーザ光源２０１から出射したレーザ光をコリメータレンズ２０２で平行光として入射させると、前方に同心円状の縞模様光１１が形成される。このレンズ２０３の光軸の延長線上にある同心円状の縞模様光１１の中心点が投射装置１２の指示点となる。撮像装置１３，１４には同心円状の縞模様光１１の一部分である円または円弧が投影される。この円または円弧の画像を演算装置１５により画像処理し、同心円中心を算出する。円弧から同心円中心を求める方法は、上述のように、図１３において、円弧１１３から２つの法線１３２，１３３を仮定しその交点を円の中心１３４として求める。この円中心が投射装置１２の指示点となる。円弧の任意の３点は、撮像装置１３，１４が撮像した全ての円弧情報から抽出することができるので、その点数を多くすればするほど、ノイズ成分がキャンセルされ高い位置精度で中心点を求めることができる。この円の中心座標と円の半径から投射装置と画像センサ間の距離を求める。この円の中心座標から投射装置の指示方向もわかる。これらの処理は演算装置１５内で行うことができる。これにより投射装置の３次元位置を求めることができる。投射装置の３次元位置の求め方については後述する。
【００１４】
本実施例によれば、このような簡単な構成により、従来技術の問題点であった、撮像画像からの縞模様検出に不良発生のおそれがあること、検出エリアが狭いこと、それらを解決するため投射装置に用いるレーザ出力の増大化などの問題を解決することができる。
【００１５】
図２は、本発明に用いる撮像装置の一例を示す図である。図示のように、撮像装置２１は、ＣＣＤカメラとして構成されており、筐体２２に配置されたＣＣＤセンサ２３を有し、受光感度を上昇させることを目的としてＣＣＤセンサ２３の前段に集光レンズ２４を備える。図３は、集光レンズとＣＣＤセンサの受光面との位置関係を示す図である。集光レンズ２４は、縞模様光を比較的少ない歪量にて集光できる点で例えばＣＣＴＶ（Ｃｌｏｓｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）レンズを用いることができるが、これに限定されることはなく、通常の凸レンズなどを用いることもできる。
【００１６】
ＣＣＤセンサの受光面は、図３に示すように、集光レンズ２４の合焦位置（結像位置）である受光面位置２を除く、受光面位置１または受光面位置３に配置される。すなわち、集光レンズの位置に対し結像位置に受光面を配置する通常の結像光学系の使い方（受光面位置２）に対し、本例では結像位置以外に受光面をずらして配置する（受光面位置１または受光面位置３）。この場合、受光面上の縞模様光がＣＣＤセンサの解像度以下にならないように考慮する。受光面上の縞模様光のピッチがＣＣＤセンサの１ピクセル以上、好ましくは５〜１０ピクセル、さらに好ましくは１０〜２０ピクセルとなるようにされる。これによりＣＣＴＶレンズ等の集光レンズが持つ画角内に存在する縞模様光を一点に集光することなく、ある面積を持った状態で集光することができる。
【００１７】
図４は、本発明を実証する実験のレイアウトを示す図である。投射装置１２には上述のとおりレーザ光を放射する光源と、異なる光路を通過するレーザ光により干渉模様（縞模様光）を生じさせる光学レンズ系が具備されている。集光レンズ１６，１７を装着した撮像装置（ＣＣＤカメラ）１３，１４を集光レンズ１６，１７の光軸と投射装置１２の光軸が平行になるように配置する。この場合、ＣＣＤカメラ１３，１４の撮像面（ＣＣＤセンサ１８，１９の受光面）が投射装置１２の光軸方向に対して垂直に配置されている。実験では以下の２箇所に集光レンズ装着ＣＣＤカメラ１３，１４を配置した。
（１）投射装置の光軸位置
（２）カメラの画角θ内で投射装置の光源を撮像できる中心位置から最も離れた位置
以下、上記（１）の場合を「中心位置」、（２）の場合を「画角位置」と呼ぶことにする。使用したＣＣＤカメラ、集光レンズは以下の通りである。
【００１８】
・ＣＣＤカメラ  株式会社ビュープラスＦｌｅａカメラ、センササイズ１／３”、解像度１０２４×７６８、ＣＳマウントタイプ
・集光レンズ１：ＣＯＳＭＩＣＡＲ  ＣＣＴＶレンズ  ｆ＝１２ｍｍ  Ｆ１．４、画角２１．８８°、画像処理用途  メガピクセル対応  歪み小、Ｃマウント
・集光レンズ２：ＦＵＪＩＮＯＮ  ＣＣＴＶレンズ  ｆ＝６ｍｍ  Ｆ１．２、画角４３．６°、画像処理用途  メガピクセル対応  歪み小、Ｃマウント
【００１９】
本実施例では、ＣＳマウントタイプのＣＣＤカメラにＣマウントのＣＣＴＶレンズを装着することにより、図３に示した結像位置以外に受光面をずらして配置させている。この場合の位置関係は図３の受光面位置１に相当する。
【００２０】
図５（ａ）は上記集光レンズ１を装着したＣＣＤカメラを中心位置に置いて撮像した縞画像を示す図、図５（ｂ）は集光レンズ非装着のＣＣＤカメラを中心位置に置いて撮像した縞画像を示す図である。また、図５（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ撮像された同心円状の縞画像の中心付近の画像を０から２５５の階調数で表した分布図である。図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、中心部では２５５以上に飽和しているので中心部から４番目のピーク値にて両者の階調数を比較すると、上記集光レンズ１を装着したＣＣＤカメラを用いた場合では２３５．５階調、集光レンズ非装着のＣＣＤカメラでは６９．６階調であり、上記集光レンズ１を装着した場合の方が階調数は大幅に改善されている。
【００２１】
図６（ａ）は上記集光レンズ１を装着したＣＣＤカメラを画角位置に置いて撮像した縞画像を示す図、図６（ｂ）は集光レンズ非装着のＣＣＤカメラを画角位置に置いて撮像した縞画像を示す図である。また、図６（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ撮像された同心円状の縞画像の画角位置付近の画像を階調数で表した分布図である。図６（ｃ）に示すように、上記集光レンズ１を装着したＣＣＤカメラを用いた場合では１６３．３階調、集光レンズ非装着のＣＣＤカメラでは４０．０階調であり、上記集光レンズ１を装着した場合の方が画角位置でも階調数は大幅に改善されている。
【００２２】
図７（ａ）は上記集光レンズ２を装着したＣＣＤカメラを画角位置に置いて撮像した縞画像を示す図、図７（ｂ）は集光レンズ非装着のＣＣＤカメラを画角位置に置いて撮像した縞画像を示す図である。図７（ａ）に示すように、上記集光レンズ２を装着したＣＣＤカメラを用いた場合では１３５．０階調、集光レンズ非装着のＣＣＤカメラでは２３．６階調であり、上記集光レンズ２を用いた場合でも階調数は大幅に改善されている。
【００２３】
以上のことから集光レンズを装着したＣＣＤカメラを用いレンズの結像位置以外に画像センサの受光面をずらして配置することにより、縞画像の明るさやコントラストを大幅に改善できることが実証された。よって、従来技術の問題点であった撮像した画像の円弧の一部から円の中心を算出し、また縞のピッチを検出する際のエラーを防ぐことができる。また少ない光量で縞画像を検出できるのでレーザ出力の増大化も防ぐことができる。よって投射装置の投射エリアを狭めるといった必要もないので、従来の投射エリアが狭いといった問題も解決できる。
【００２４】
また、本実施例では、図３に示すように、集光レンズによる縞模様光の結像位置と受光面位置の相対位置を光軸方向に変化させることが可能な構成になっている。これは集光レンズにＣＣＴＶレンズを用いた本実施例により実現されるものであり、ＣＣＴＶレンズのピント調整機構を用いてこれを実現することができる。このピント調整によりレンズの結像位置を前後させて結像位置と受光面位置の相対位置を光軸方向に変化させることができる。これにより縞模様光の集光率を調整することができる。結果として撮像に必要な光量に応じて集光率を変えることができ、使い勝手のよい位置および指示方向計測システムが実現できる。
【００２５】
図８および図９を用いて投射装置の位置を検出する方法を説明する。まず撮像した画像の輝度分布を調べ、ある点を中心に輝度のピークがあるかどうかを判断する。次に一点を中心に輝度のピークがある場合には撮像画像内に円の中心があると判断する。無い場合には撮像画像内に円の中心がないと判断する。
【００２６】
図８（ａ）〜（ｃ）は、撮像画像内に円の中心がある場合の投射装置の位置を検出する方法を説明するための図である。まず、図８（ａ）の撮像画像から、図８（ｂ）に示すように撮像画像のエッジを抽出する。そこから円の中心座標とｎ番目の円の半径を求める。ここで画像センサ（ＣＣＤセンサ）の受光面に添ってある平面を仮定する。円の中心座標はこの仮想平面における投射装置の２次元位置を表す。次に、図８（ｃ）に示すように、ｎ番目の円の半径の逆数と、投射装置と画像センサ間の距離は正比例の関係にあるので、これに従い投射装置と画像センサ間の距離を求める。この処理は演算装置内で行うことができる。演算装置内に図８（ｃ）に示すような関係を記憶しておくことにより、ｎ番目の円の半径を検出すれば投射装置と画像センサ間の距離を求めることができる。これにより投射装置の３次元位置を求めることができる。２つのカメラでこの作業を行えば投射装置の３次元位置をさらに正確に求めることができる。２つのカメラでこの作業を行う場合には、円の中心座標の検出を省くことも可能である。この場合、半径の逆数を算出してそれぞれの画像センサからの投射装置までの距離を算出し、その交点が投射装置の３次元位置として検出される。
【００２７】
図９（ａ）〜（ｃ）は、撮像画像内に円の中心がない場合の投射装置の位置を検出する方法を説明するための図である。まず、図９（ａ）の撮像画像から、図９（ｂ）に示すように撮像画像のエッジを抽出する。これにより円の全体像を推定する。推定した円の全体像から円の中心位置および半径を算出する。図９（ｃ）に示すように、推定した円の半径の逆数と、投射装置と画像センサ間の距離は正比例の関係にあるので、以後、上述の撮像画像内に円の中心がある場合と同様にして投射装置の３次元位置を求める。
【００２８】
投射装置の３次元位置を求める別の方法を以下に示す。これはステレオ画像法による３次元計測を行う方法である。図８および図９に示した方法により撮像画像から円の中心を求める。これを２つのカメラで行う。２つのカメラから得られたそれぞれの中心部を対応点としてステレオ視することにより投射装置の３次元位置を算出する。
【００２９】
図１０（ａ）、（ｂ）は、撮像装置に分光フィルターを設けた例を示す図である。図１０（ａ）に示す撮像装置１３の拡大図を図１０（ｂ）に示す。分光フィルター１０１は、集光レンズ１６と画像センサ（ＣＣＤセンサ）１８の間に配置されるもので、例えば誘電体膜からなる。分光フィルター１０１は環境光を除去し縞模様光のみを透過する役割を持つ。すなわち、縞模様光の波長のみを通過して、その他の波長領域の光をカットすることによりＳＮ比が向上し、縞模様光の検出精度を向上させることができる。しかしながら誘電体膜からなる分光フィルターの問題点として光の入射角依存性が非常に大きく、設計した入射角から外れると極端に透過率が低下するといった点が挙げられる。従来はこの問題により、誘電体膜からなる分光フィルターを使用することが難しかった。すなわち従来のシステムではカメラの設置位置により光の入射角は様々に変化するのでカメラの設置位置が大幅に制約された。本実施例はこれを解消するものである。本実施例では集光レンズを通過した光は画像センサ１８にほぼ垂直に入射するので、集光レンズと画像センサの間に分光フィルター１０１を配置することにより、光の入射角をほぼ一定（分光フィルターに対し入射角が約０°）に保つことができる。そこで入射角が約０°の際に縞模様光の透過率が最大となるように誘電体膜からなる分光フィルターを設計することにより、ＳＮ比が高い縞模様光の検出が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は投射装置の位置および指示方向を同心円状の縞模様光を利用して高精度に計測する位置および指示方向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】
【００３１】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る位置および指示方向計測システムの一実施例を示す図である。
【図２】本発明に用いる撮像装置の一例を示す図である。
【図３】集光レンズとＣＣＤセンサの受光面との位置関係を示す図である。
【図４】本発明を実証する実験のレイアウトを示す図である。
【図５】（ａ）は集光レンズ１を装着したＣＣＤカメラを中心位置に置いて撮像した縞画像を示す図、（ｂ）は集光レンズ非装着のＣＣＤカメラを中心位置に置いて撮像した縞画像を示す図、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ撮像された同心円状の縞画像の中心付近の画像を０から２５５の階調数で表した分布図である。
【図６】（ａ）は集光レンズ１を装着したＣＣＤカメラを画角位置に置いて撮像した縞画像を示す図、（ｂ）は集光レンズ非装着のＣＣＤカメラを画角位置に置いて撮像した縞画像を示す図、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ撮像された同心円状の縞画像の画角位置付近の画像を階調数で表した分布図である。
【図７】（ａ）は集光レンズ２を装着したＣＣＤカメラを画角位置に置いて撮像した縞画像を示す図、（ｂ）は集光レンズ非装着のＣＣＤカメラを画角位置に置いて撮像した縞画像を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、撮像画像内に円の中心がある場合の投射装置の位置を検出する方法を説明するための図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、撮像画像内に円の中心がない場合の投射装置の位置を検出する方法を説明するための図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、撮像装置に分光フィルターを設けた例を示す図である。
【図１１】位置および指示方向計測システムの概要を示す図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は画像センサの正面図および側面図を示す図である。
【図１３】画像センサにて得られた縞画像より同心円状の縞模様光の中心を求める方法を示す図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は、投射装置の位置の検出方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  対象物
１１  縞模様光
１２  投射装置
１３，１４  撮像装置
１５  演算装置
１６，１７  集光レンズ
１８，１９  ＣＣＤセンサ
２０１  レーザ光源
２０２  コリメータレンズ
２０３  縞模様光形成用レンズ
【図１】
2007139721.tif 000003
【図２】
2007139721.tif 000004
【図３】
2007139721.tif 000005
【図４】
2007139721.tif 000006
【図５】
2007139721.tif 000007
【図６】
2007139721.tif 000008
【図７】
2007139721.tif 000009
【図８】
2007139721.tif 000010
【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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