位置测量系统及用于位置测量的透镜技术方案

位置测量系统及用于位置测量的透镜。一种位置测量系统，包括：用于发射电磁波的电磁波源、透镜系统、接收装置，以及计算装置。透镜系统具有第一透镜面、设置在第一透镜面的中心轴周围的电磁波屏蔽部以及第二透镜面，用于使经由除电磁波屏蔽部以外的第一透镜面进入的电磁波从第二透镜面射出，以在与电磁波源相对的一位置处形成一电磁波汇聚区。接收装置检测由透镜系统形成的电磁波汇聚区。计算装置基于由接收装置对电磁波汇聚区所检测到的信息，来测量电磁波源的位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种位置测量系统，其通过利用用于形成诸如光或无线电波的电磁波的汇聚区域的透镜系统和镜系统，以及用于检测该电磁波的汇聚区域的接收装置，来测量电磁波源的三维位置。
技术介绍
用于测量发光体(illuminant)(或具有高亮度的物体)的三维位置的传统公知方法，是根据将两个数字相机间的距离作为基线的三角测量原理，通过利用这两个相机对发光体进行拍摄，来计算发光体的坐标。然而，该方法需要两个或更多个相机，并且存在成本高和难以将各个相机的光轴调整到基线长度的问题。另外的问题是，必须在获得正确的对焦后才能对物体进行拍摄以防止产生物体的离焦(out-of-focus)图像；并且只具有每秒最多执行10次或约10次拍摄操作的能力。换句话说，对于高速运动的物体，聚焦无法跟上物体的运动。这又导致无法测量位置的问题，或者导致物体离焦的问题，这将极大地降低位置精度或分辨力。光干涉法是一种公知的用于以高精度测量发光体位置的方法。不过，这种方法需要大量的元件和很高的成本。而且，这些元件的组装需要高位置精度，这导致了成本高和费工的问题。此外，还需要自动对焦机构，其具有不能进行高速测量等缺点。并且，由于将激光束在形成为点或线的形状后照射在物体上，因此必须采取安全预防措施。如前所述，为了以高精度和高分辨率测量发光体的三维位置，需要大量元件和高成本。此外，对焦还需要消耗大量时间，因此难以提高测量速度。而且，采用光干涉法时组装需要高的位置精度。因此，该方法具有成本高和由于使用激光而需要采取预防措施的问题。光干涉法的另一个问题是为测量位置要根据干涉图案进行复杂的计算。已经提出了一种用于利用特种透镜和特种传感器来捕获照明点(point of illumination)的方法。然而，根据该方法，对位于几米外的光源的位置进行高精度的测量需要具有大直径的半球状透镜。因此，这种方法存在将增加透镜重量和材料成本的问题。具体来说，根据这种方法，实际装置在对位于几米外的光源的位置进行高精度测量时遇到困难。
技术实现思路
因此，鉴于上述情况提出了本专利技术，本专利技术提供了一种紧凑、轻便的位置测量系统，其能够通过利用电磁波来简便且低成本地对位置进行测量。在一实施例中，本专利技术包括一种位置测量系统。该系统包括用于发射电磁波的电磁波源；透镜系统，具有第一透镜面、设置在所述第一透镜面的中心轴的周围的电磁波屏蔽部、以及第二透镜面，用于使经由除所述电磁波屏蔽部以外的所述第一透镜面进入的电磁波从所述第二透镜面射出，以在与所述电磁波源相对的一位置处形成一电磁波汇聚区；接收装置，用于检测由所述透镜系统形成的所述电磁波汇聚区；以及计算装置，用于基于由所述接收装置对所述电磁波汇聚区所检测到的信息，来测量所述电磁波源的位置。根据本专利技术的另一方面，一种位置测量系统包括用于发射电磁波的电磁波源；用于反射所述电磁波以形成一电磁波汇聚区的镜；电磁波部件，设置在所述电磁波源与所述镜之间，并且用于改变所述电磁波的方向；接收装置，用于检测由所述镜形成的所述电磁波汇聚区；以及计算装置，用于基于由所述接收装置对所述电磁波汇聚区所检测到的信息，来测量所述电磁波源的位置。本专利技术的透镜系统具有第一透镜面、设置在所述第一透镜面的中心轴周围的电磁波屏蔽部以及第二透镜面。优选地，使经由除所述电磁波屏蔽部以外的所述第一透镜面进入的电磁波从所述第二透镜面射出，以形成一电磁波汇聚区。如上所述，根据本专利技术，可以提供一种紧凑、轻便的位置测量系统，其能够通过利用电磁波来简便且低成本地对位置进行测量。附图说明下面将根据以下附图对本专利技术的多个实施例进行详细描述。图1是示出根据本专利技术的位置测量系统的第一实施例的原理图；图2是示出具有环形入射窗3的透镜2的示例的视图；图3A和3B是示出形成在图像传感器5上的环形图像的视图，其中，图3A示出了当光源位于光轴上与透镜前端相隔1000mm的位置处时所形成的环形图像，而图3B示出了当光源位于光轴上与透镜前端相隔500mm的位置处时所形成的环形图像；图4A和4B是说明光环图像的形成的视图，其中图4A是透镜2的主视图，图4B是光环图像的视图；图5是示出当光源的位置大大偏离光轴时所形成的示例光环图像的视图；图6是示出光源、透镜系统与光环图像之间的示例关系的视图；图7是示出根据本专利技术的位置测量系统的第二实施例的原理图；图8是示出根据本专利技术的位置测量系统的第二实施例的变型例的原理图；图9是示出根据本专利技术的位置测量系统的第三实施例的原理图；图10是示出由图9中所示的两个光源所形成的光环图像的示例的视图；图11是示出用于对根据本专利技术的位置测量系统的第四实施例进行说明的光环图像的另一示例的视图；图12A是示出根据本专利技术的位置测量系统的第五实施例的原理图，图12B是一天线阵列的原理图；图13是示出本专利技术位置测量系统的第六实施例的原理图；图14是示出本专利技术位置测量系统的第七实施例的原理图； 图15是示出本专利技术位置测量系统的第七实施例的第一变型例的原理图；图16是示出本专利技术位置测量系统的第七实施例的第二变型例的原理图；图17是示出本专利技术位置测量系统的第七实施例第三变型例的原理图；图18是示出本专利技术位置测量系统的第八实施例的原理图；图19是示出本专利技术位置测量系统的第八实施例的第一变型例的原理图；图20是示出本专利技术位置测量系统的第八实施例的第二变型例的原理图；图21是示出根据本专利技术位置测量系统的第八实施例的第三变型例的原理图；图22是示出本专利技术位置测量系统的第九实施例的原理图；以及图23是示出根据本专利技术位置测量系统的第十实施例的原理图。具体实施例方式下面将描述根据本专利技术的位置测量系统的多个实施例。本专利技术用于测量电磁波源的位置。优选地，所述电磁波的波长落在从300nm到1m的范围之内，并且是光(包括紫外线、可见光以及红外线)或者是从毫米波波段到微米波波段范围内的无线电波。图1是示出本专利技术位置测量系统的第一实施例的原理图。如图所示，本实施例包括LED光源1，用于发射波长为例如900nm的光(红外线)；透镜(透镜系统)2，具有一用于允许从LED光源1发出的光进入的环形(圆环形)入射窗3，并且具有大球面像差；图像传感器5，位于所述透镜之后；计算装置7，用于通过计算处理由图像传感器5所拍摄的光环图像(后面将描述)的信号；以及显示装置8，用于显示由所述计算装置计算出的光源的位置的坐标。优选地，在图像传感器5之前与其紧邻地布置有一红外线透射滤光片9(其用于允许波长比900nm长的红外辐射透过)或类似器件，由此将除LED光源1以外的光(噪声)滤除。光学透镜2由透镜保持器4保持，而图像传感器5由图像传感器保持器6保持。图像传感器5可由例如CCD(电荷耦合器件)构成。在本实施例中，使从LED光源1发出的光经由环形入射窗3进入所述位置测量系统。然后由具有大球面像差的光学透镜2汇聚所述光，从而形成一光环(光环图像)，该光环是光汇聚区(电磁波汇聚区)。由图像传感器5检测所述光环图像。由计算装置7通过计算来处理所检测到的信号，从而测量光源1的位置。这里，所述环形包括整个环的形状、一部分环的形状，以及环的变形形状。图2是示出具有环形入射窗3的透镜2的示例的视图。该图是沿着透镜2的光轴所截取的截面图。如图所示，透镜2具有一设在第一透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种位置测量系统，包括：用于发射电磁波的电磁波源；透镜系统，具有：第一透镜面；电磁波屏蔽部，设置在所述第一透镜面的中心轴周围；以及第二透镜面，用于使由从除所述电磁波屏蔽部以外的所述第一透镜面进入的电磁波射出，以在与所述电磁波 源相对的一位置处形成一电磁波汇聚区；接收装置，用于检测由所述透镜系统形成的所述电磁波汇聚区；以及计算装置，用于基于由所述接收装置对所述电磁波汇聚区所检测到的信息，来测量所述电磁波源的位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：濑古保次，
申请(专利权)人：富士施乐株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]