JP2010048672A - Position-measuring system and imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a position measurement system that measures the position of a light source by detecting a light ring image formed by spherical aberration of a lens with light from the light source.
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。
As a technique for measuring the three-dimensional position of an object, there are techniques disclosed in
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。
In this type of position measurement system, if the detection information of the detected image is significant, the position of the object can be measured based on the detection information. Therefore, the wider the range of the position of the object (light source) from which significant detection information can be obtained, the higher the practicality because the position of the object can be measured over a wide range.
An object of the present invention is to provide a position measurement system or the like that can expand the range of the position of an object (light source) from which significant detection information can be obtained and can measure the position of the object over a wide range.
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。
According to the first aspect of the present invention, a lens that transmits light from a light source to form a ring-shaped light concentration region, a light receiving element that detects the light concentration region formed by the lens, and a light detection element that detects the light concentration region And a calculation device that measures the position of the light source based on the detected information on the light concentration region, and the lens has a positive third-order field curvature aberration coefficient on the first surface counted from the light source side. And a third-order field curvature aberration coefficient on the second surface is negative.
The invention according to
In the invention according to
15 ≧ r1 / r2 ≧ 5
The position measurement system according to
The invention according to
In the invention according to
r1 / r2 = 5.37
The position measurement system according to
According to a sixth aspect of the invention, the lens has a focal length of 200.0000 mm, a diameter of the first surface is 3.1268 mm, a radius of curvature of the first surface is −29.5500 mm, 6. The position measurement system according to
The invention according to claim 7 is a lens that transmits light from a light source to form a ring-shaped light concentration region, and detects the light concentration region formed by the lens, and the obtained light concentration region A light-receiving element that outputs detection information to an arithmetic unit that measures the position of the light source, and the lens has a positive third-order field curvature aberration coefficient on the first surface counted from the light source side. An imaging apparatus characterized in that the third-order field curvature aberration coefficient on the second surface is negative.
The invention according to
In the invention according to claim 9, the lens has a refractive index of 1.8 to 2.0, and a curvature radius r1 of the first surface and a curvature radius r2 of the second surface are:
15 ≧ r1 / r2 ≧ 5
The imaging apparatus according to claim 7, wherein:
The invention according to
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。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to obtain a ring-shaped light concentration region with respect to a light source located in a wider range of view angle and to calculate the position of the light source than in the case where the configuration of the present invention is not used. it can.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to calculate the position of the light source in a wider range of angle of view by reducing the field curvature aberration of the lens.
According to the invention of
According to the fourth aspect of the present invention, a better light concentration region can be obtained as compared with the case where the configuration of the present invention is not used.
According to the invention of
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to realize a system capable of calculating the position of the light source in a wide field angle range by using a lens having a size suitable for the camera of the position measurement system.
According to the invention of claim 7, compared to the case where the configuration of the present invention is not used, a ring-shaped light concentration region used for calculating the position of the light source with respect to the light source located in a wider range of angle of view. Can be obtained.
According to the invention of
According to the ninth aspect of the present invention, a ring-shaped light concentration region can be obtained with respect to a light source in a range of a half angle of view of 30 ° or more.
According to the tenth aspect of the present invention, a better light concentration region can be obtained as compared with the case where the configuration of the present invention is not used.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<System configuration>
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a position measurement system to which the present embodiment is applied.
As shown in FIG. 1, the position measurement system according to the present embodiment includes a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
<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。
<Description of light concentration area>
The ring-shaped light concentration region formed on the light receiving surface of the
FIG. 2 is a diagram for explaining the shape of the light concentration region formed on the light receiving surface of the
As described above, the
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。
In FIG. 2, the light emitted from the
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。
More specifically, when the light receiving surface of the
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。
Considering such a relationship in the two-dimensional plane of the light receiving surface of the
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。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the three-dimensional coordinates of the
Assuming that the three-dimensional coordinates of the
x = L × cos (θ) (Formula 1)
y = L × sin (θ) × cos (s) (Formula 2)
z = L × sin (θ) × cos (s) (Formula 3)
Here, θ is an angle formed by a line segment connecting the point where the optical axis passes (optical axis point) and the
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。
The ring diameter D of the
D = a / L + b (Formula 4)
The lens characteristic values a and b are values obtained from the curvature and refractive index of the lens. Therefore, the distance L to the
<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。
<Lens configuration>
Next, the configuration of the
In the description of the
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。
Therefore, in order to realize position measurement with a wider angle of view, the
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。
As a specific configuration for realizing this, the first surface of the
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。
More specifically, when the radius of curvature r1 of the first surface is reduced, the field curvature aberration of the entire lens system is improved, but at the same time, coma and astigmatism increase, and the optical ring image The shape will be damaged. On the other hand, if the curvature radius r1 is excessively increased, the correction of the field curvature is insufficient, and as described above, the diameter of the ring image in the
15 ≧ r1 / r2 ≧ 5
It is necessary to satisfy the conditions. If the refractive index of the
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。
FIG. 4 is a diagram for explaining the behavior of light rays from the outside of the optical axis that enter the
The light beam emitted from the
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。
FIG. 5 is a chart showing an example of design parameters of
Referring to the item of the
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。
The light emitted from the
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)。
FIG. 6 is a chart showing third-order aberration coefficients generated on each surface of the optical system of the present embodiment including the
In FIG. 6,
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。
7 to 9 are diagrams showing the results of simulating the shape and contrast of the image formed on the light receiving surface of the
7 and 10 are images of the
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。
Comparing these figures, when the
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。
In the present embodiment, even when the
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。
FIG. 12 is an aberration diagram of a specific example of the
Comparing FIG. 12 and FIG. 13, it can be seen that when the
<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。
<Application example>
Next, an application example of the position measurement system configured as described above will be described.
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of a position measurement system in a fixed space to which the present embodiment is applied.
In the example shown in FIG. 14,
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。
When the
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。
In general, when the relative positional relationship of six points arranged in a three-dimensional space is known in advance, an object formed by six points from an image obtained by photographing these points with a camera. It is possible to calculate a position (hereinafter referred to as a three-dimensional position) and an angle (roll angle, pitch angle and yaw angle: hereinafter referred to as a three-axis angle) of an object in a three-dimensional space. Therefore, six
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。
In the above embodiment, the
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
DESCRIPTION OF
Claims (10)
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。 A lens that transmits light from the light source and forms a ring-shaped light concentration region;
A light receiving element for detecting the light concentration region formed by the lens;
An arithmetic unit that measures the position of the light source based on detection information of the light concentration area detected by the light receiving element;
The lens has a third-order field curvature aberration coefficient on the first surface counted from the light source side is positive and a third-order field curvature aberration coefficient on the second surface is negative. system.
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。 The lens has a refractive index of 1.8 to 2.0, and a curvature radius r1 of the first surface and a curvature radius r2 of the second surface are:
15 ≧ r1 / r2 ≧ 5
The position measurement system according to claim 1, wherein:
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。 The lens is
The material is SNPH2 Ohara,
The radius of curvature r1 of the first surface and the radius of curvature r2 of the second surface are:
r1 / r2 = 5.37
The position measurement system according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
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。 The lens is
The focal length is 200.0000 mm;
The aperture of the first surface is 3.1268 mm;
The radius of curvature of the first surface is −29.5500 mm;
The aperture of the second surface is 7.3837 mm;
The radius of curvature of the second surface is −5.5000 mm;
6. The position measuring system according to claim 5, wherein the center thickness is 5.6800 mm.
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。 A lens that transmits light from the light source and forms a ring-shaped light concentration region;
A light receiving element that detects the light concentration area formed by the lens and outputs the obtained detection information of the light concentration area to an arithmetic device that measures the position of the light source;
The lens is characterized in that the third-order field curvature aberration coefficient on the first surface counted from the light source side is positive, and the third-order field curvature aberration coefficient on the second surface is negative. .
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。 The lens has a refractive index of 1.8 to 2.0, and a curvature radius r1 of the first surface and a curvature radius r2 of the second surface are:
15 ≧ r1 / r2 ≧ 5
The imaging apparatus according to claim 7, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008213081A JP2010048672A (en) | 2008-08-21 | 2008-08-21 | Position-measuring system and imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008213081A JP2010048672A (en) | 2008-08-21 | 2008-08-21 | Position-measuring system and imaging device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010048672A true JP2010048672A (en) | 2010-03-04 |
Family
ID=42065873
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008213081A Pending JP2010048672A (en) | 2008-08-21 | 2008-08-21 | Position-measuring system and imaging device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2010048672A (en) |
-
2008
- 2008-08-21 JP JP2008213081A patent/JP2010048672A/en active Pending
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