JP7367577B2 - Optical equipment and ranging equipment - Google Patents
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Description
本発明は、光学装置及び測距装置に関する。 The present invention relates to an optical device and a distance measuring device.
今日において、広角度の視野領域内に存在する物体(対象物)までの距離を測定する測距装置が知られている。この測距装置は、光源及び回転ミラー等の光走査機構を有する投光部と、集光レンズ及び受光素子等を有する受光部とを備える。測距装置は、光源からの光を光走査機構で偏向して対象物に投光することで、視野領域内を参照光として走査する。そして、測距装置は、視野領域内に存在する対象物に、投光した光が反射して受光素子で観測されるまでの時間を計測し、計測した時間に基づいて対象物までの距離を計算する(Time of Flight方式)。 BACKGROUND OF THE INVENTION Distance measuring devices are known today that measure the distance to an object within a wide-angle viewing area. This distance measuring device includes a light projecting section having a light source and a light scanning mechanism such as a rotating mirror, and a light receiving section having a condensing lens, a light receiving element, and the like. A distance measuring device scans a viewing area as a reference light by deflecting light from a light source using an optical scanning mechanism and projecting the light onto a target object. The distance measuring device then measures the time it takes for the projected light to be reflected by the object within the viewing area and is observed by the light receiving element, and calculates the distance to the object based on the measured time. Calculate (Time of Flight method).
また、他の測距装置としては、光源からの参照光を、投光レンズを介して視野領域内の対象物に照射し、対象物から反射される反射光を、CCD(Charge coupled device)イメージセンサ、又は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の二次元受光素子で受光して、対象物までの距離を測定する測距装置も知られている。 In addition, as another distance measuring device, reference light from a light source is irradiated onto an object within the field of view through a projection lens, and the reflected light reflected from the object is converted into a CCD (Charge Coupled Device) image. 2. Description of the Related Art Distance measuring devices that measure the distance to an object by receiving light with a sensor or a two-dimensional light receiving element such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor are also known.
他の測距装置の場合、二次元画像の各画素に対応する受光素子でそれぞれ受光した光に基づいて、対象物の複数の測定点までの距離を同時に算出でき、所定角度の視野領域内の距離情報をリアルタイムで取得することができる。 In the case of other distance measuring devices, distances to multiple measurement points on an object can be calculated simultaneously based on the light received by the light-receiving elements corresponding to each pixel of a two-dimensional image. Distance information can be obtained in real time.
また、特許文献1(特許第6123163号公報)には、対象物までの距離を計測する目的で、水平方向のみに沿った全方位の視野内の周囲物体を検出し、検出された周囲物体までの距離及び角度(方位)を測定する技術が開示されている。 Furthermore, in Patent Document 1 (Patent No. 6123163), for the purpose of measuring the distance to a target object, surrounding objects are detected within an omnidirectional field of view along only the horizontal direction, and the detected surrounding objects are A technique for measuring the distance and angle (azimuth) of is disclosed.
しかし、従来の測距装置及び特許文献1の技術の場合、例えば全天球領域等の広範囲の撮像を可能とするには、多数の投受光系が必要となる問題があった。
However, in the case of the conventional distance measuring device and the technique disclosed in
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、一対の投受光系で広範囲の撮像を可能とした光学装置及び測距装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and aims to provide an optical device and a distance measuring device that are capable of capturing a wide range of images using a pair of light projection/reception systems.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、投光部及び受光部が並設された投受光系を一対備え、各投受光系は、非測定面部同士が相対向するように筐体に配置され、非測定面部同士を相対向させた状態の各投受光系を二次元平面上で見た場合に、一方の投受光系の投光部及び受光部と、他方の投受光系の投光部及び受光部は、点対称の位置関係となるように筐体に配置されており、各投光部の投光範囲を合わせた全投光範囲が、各受光部の受光範囲を合わせた全受光範囲に相当するように、各投光部の投光範囲の割合及び各受光部の受光範囲の割合がそれぞれ調整されていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objects, the present invention includes a pair of light emitting/receiving systems in which a light emitting part and a light receiving part are arranged in parallel, and each light emitting/receiving system has non-measurement surface parts facing each other. When viewing each light emitting/receiving system on a two-dimensional plane with the non-measurement surfaces facing each other in the housing, the light emitting part and light receiving part of one light emitting/receiving system and the light receiving part of the other light emitting/receiving system are The light emitting part and the light receiving part of the light emitting/receiving system are arranged in the housing so that they have a point-symmetrical positional relationship, and the total light emitting range including the light emitting range of each light emitting part is the same as that of each light receiving part. It is characterized in that the proportion of the light-emitting range of each light-emitting part and the proportion of the light-receiving range of each light-receiving part are respectively adjusted so as to correspond to the total light-receiving range including the light-receiving ranges.
本発明によれば、一対の投受光系で広範囲の撮像を可能とすることができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to capture a wide range of images using a pair of light emitting and receiving systems.
以下、添付図面を参照して、実施の形態の距離計測装置の説明をする。 Hereinafter, a distance measuring device according to an embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.
(概要)
実施の形態の距離計測装置は、参照光を投光する投光系と、その参照光が対象物で反射された反射光を受光する受光系に半天球領域以上の画角を備えたレンズ群(例えば、魚眼レンズ)を使用し、投光部と受光部の測定面側が同じ方向になるように、同一平面上に配置された略半天球領域の空間を測定可能な空間距離測定部(第1投受光系1a又は第2の投受光系1b)を構成する。
(overview)
The distance measuring device of the embodiment includes a lens group that includes a light projecting system that projects a reference light, and a light receiving system that receives reflected light that is reflected by the reference light from a target object, each having an angle of view that is equal to or larger than a hemispherical area. (for example, a fisheye lens), the spatial distance measurement unit (first A light projecting/
この空間距離測定部では、投光部から射出した参照光の投射画角の一部が受光部の魚眼レンズによって遮られ、また、受光部の受光画角の一部も投光部の魚眼レンズによって遮られる。このため、1組の投受光系では、半天球全域を測定することは困難となる。従って、2つの空間距離測定部を配置して用いても全天球測距を可能とすることは困難となる。 In this spatial distance measuring section, a part of the projected angle of view of the reference light emitted from the light projecting part is blocked by the fisheye lens of the light receiving part, and a part of the receiving field angle of the light receiving part is also blocked by the fisheye lens of the light projecting part. It will be done. For this reason, it is difficult to measure the entire hemispherical area with one set of light emitting and receiving systems. Therefore, even if two spatial distance measurement sections are arranged and used, it is difficult to perform omnidirectional distance measurement.
このようなことから、第1の実施の形態の距離計測装置は、2つの空間距離測定部(第1投受光系1a及び第2の投受光系1b)の非測定面同士が互いに対向するように配置し、かつ、各空間距離測定部の投光部と受光部とが互いに点対称になるように配置する。
For this reason, the distance measuring device of the first embodiment is configured such that the non-measuring surfaces of the two spatial distance measuring units (the first light emitting/receiving
これにより、一方の面における投光部の非投光領域(遮られる画角領域)を、他方の面の投光領域で補填でき、また、一方の面の受光部の非受光領域(遮られる画角領域)を他方の面の受光領域で補填できる。このため、投光部と受光部を必要以上に増設することなく、全天球空間(360度空間)の対象物までの距離を同時に測定可能な距離計測装置を簡素な構成で実現できる。 As a result, the non-light-emitting area of the light-emitting part on one surface (obstructed viewing angle area) can be compensated for by the light-emitting area on the other surface, and also the non-light-receiving area of the light-receiving part on one surface (obstructed (field angle area) can be compensated for by the light receiving area on the other surface. Therefore, it is possible to realize a distance measuring device that can simultaneously measure the distance to an object in an omnidirectional space (360-degree space) with a simple configuration, without adding more light projectors and light receivers than necessary.
[第1の実施の形態]
(距離計測装置の構成)
図1は、第1の実施の形態となる距離計測装置の基本的な構成を示すブロック図である。この距離計測装置は、一例としてTOF(Time of Flight)方式で測距を行う距離計測装置となっている。距離計測装置は、略180度の視野領域内における測距の対象物までの距離を測定する。そして、距離計測装置は、測定した対象物の各部までの距離を、例えば色で区別して示す距離画像を生成して出力する。
[First embodiment]
(Configuration of distance measuring device)
FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of a distance measuring device according to a first embodiment. This distance measuring device is, for example, a distance measuring device that measures distance using a TOF (Time of Flight) method. The distance measuring device measures the distance to a target object within a viewing area of approximately 180 degrees. Then, the distance measuring device generates and outputs a distance image that shows distances to each part of the measured object, distinguished by color, for example.
距離計測装置は、投受光装置1、発光制御部2、投光部12、受光部13、受光制御部10、距離計算部7、画像処理部8及びCPU(Center Processing Unit)26を有している。投光部12及び受光部13は、一つの投受光系を形成している。後述するが、第1の実施の形態の距離計測装置の場合、投受光装置1は、この投受光系を一対有している。すなわち、第1の実施の形態の距離計測装置は、投光部12及び受光部13を備えた第1の投受光系1aと、後述する投光部14及び受光部15を備えた第2の投受光系1bとを備えている。
The distance measuring device includes a light emitting/receiving
投光部12(及び投光部14)は、光源部3及び投光光学系4を備えている。光源部3としては、複数のレーザ発光部を備えた面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting LASER)を用いることができる。発光制御部2は、光源部3の各レーザ光の点灯制御、消灯制御及び発光量の調整制御を行う。面発光レーザの複数の発光部から出射されたレーザ光は、レンズ郡からなる投光光学系4を介して、隣接する照射領域との間でのみ照射領域が重なるように対象物に照射される。なお、面発光レーザ(VCSEL)の代りに、端面レーザダイオード(LD)又は発光ダイオード(LED)を用いてもよい。
The light projecting section 12 (and the light projecting section 14) includes a
受光部13(及び受光部15)は、レンズ郡を備えた受光光学系5及び受光部(TOFセンサ)6を有する。受光部6は、例えば0度の位相の位相信号及び180度の位相の位相信号等のように、所定の位相差を有する位相信号を記憶するための、第1の受光部6a及び第2の受光部6bを有している。
The light receiving section 13 (and the light receiving section 15) includes a light receiving optical system 5 including a group of lenses and a light receiving section (TOF sensor) 6. The
対象物で反射された光(反射光)は、受光光学系5を介して受光部6に照射される。受光部6は、第1の受光部6a及び第2の受光部6bにより、異なる位相のタイミングで反射光を受光し、各位相の位相信号を、距離計算部7に供給する。受光制御部10は、このような受光部6における反射光の受光制御を行う。
The light reflected by the object (reflected light) is irradiated onto the
距離計算部7は、各位相の位相信号に基づいて、対象物までの距離を計算し、この計算結果となる距離データを画像処理部8へ供給する。 The distance calculation section 7 calculates the distance to the object based on the phase signals of each phase, and supplies the distance data resulting from this calculation to the image processing section 8 .
画像処理部8は、距離データに基づき対象物の画像の色相を変えるカラー化処理を施した距離画像を生成する。この距離画像は、例えば外部の表示装置(ディスプレイ)に出力されて表示される。ユ-ザは、カラー化された距離画像を見ることで、対象物までの距離及び形状を容易に認識できる。なお、距離画像を生成する際に行う画像処理は、例えば明度又はコントラスト等を変える画像処理でもよい。 The image processing unit 8 generates a distance image that is subjected to colorization processing that changes the hue of the image of the target object based on the distance data. This distance image is output and displayed on, for example, an external display device (display). By viewing the colored distance image, the user can easily recognize the distance and shape of the object. Note that the image processing performed when generating the distance image may be, for example, image processing that changes brightness or contrast.
CPU26は、このような距離計測装置の全体の動作を制御する。 The CPU 26 controls the overall operation of such a distance measuring device.
(TOF方式による距離計測動作)
図2は、TOF方式による距離計測動作を説明するためのタイミングチャートである。このうち、図2(a)は、対象物に対する投光時間を示し、図2(b)は、対象物からの反射光の受光時間を示す。また、図2(c)及び図2(d)は、受光部6の第1の受光部6a及び第2の受光部6bの受光時間(電荷蓄積時間)をそれぞれ示している。
(Distance measurement operation using TOF method)
FIG. 2 is a timing chart for explaining the distance measurement operation using the TOF method. Of these, FIG. 2(a) shows the light projection time to the target object, and FIG. 2(b) shows the light reception time of the reflected light from the target object. Further, FIGS. 2(c) and 2(d) show the light receiving time (charge accumulation time) of the first light receiving section 6a and the second light receiving section 6b of the
TOF方式では、図2(a)に示す投光時刻、及び、図2(b)に示す受光時刻の時間差により距離を算出する。すなわち、光源部3から対象物に照射された光の反射光は、対象物までの距離に応じて、投光のタイミングから時間φだけ遅れて受光部(TOFセンサ)6で受光される。光源部3からの照射光としては、例えば赤外線光が用いられる。
In the TOF method, the distance is calculated based on the time difference between the light emission time shown in FIG. 2(a) and the light reception time shown in FIG. 2(b). That is, the reflected light of the light irradiated onto the object from the
第1の受光部6aは、光源部3が対象物に照射光を照射している間隔で受光を行う。第2の受光部6bは、第1の受光部6aの受光が終了した時刻から、第1の受光部6aと同じ間隔で受光を行う。これにより、第1の受光部6aは、図2(b)に示す前半の受光時間分の電荷を蓄積し(図2(c)の斜線部分を参照)、第2の受光部6bは、図2(b)に示す後半の受光時間分の電荷を蓄積する(図2(d)の斜線部分を参照)。
The first light receiving section 6a receives light at intervals during which the
距離計算部7は、受光部6aで蓄積された電荷と、受光部6bで蓄積された電荷との比率(各位相信号の差分)に基づいて、反射光が受光されるまでの時間差φ[sec]を求めると共に、光の速度c[m/s]を用いて、対象物までの距離を算出する。 The distance calculation unit 7 calculates the time difference φ [sec ] and calculate the distance to the object using the speed of light c [m/s].
対象物までの距離d[m]は、以下の数式に基づいて算出される。 The distance d [m] to the object is calculated based on the following formula.
d[m]=(c[m/s])×(φ[s]/2) d[m]=(c[m/s])×(φ[s]/2)
(投受光装置の構成)
次に、第1の実施の形態となる距離計測装置に設けられている投受光装置1の説明をする。図3は、投受光装置1の上面図、図4は、投受光装置1を構成する一対の投受光系をそれぞれ示す図である。このうち、図4(a)は、第1の投受光系1aの正面図であり、図4(b)は、第2の投受光系2aの正面図である。また、図5は、投受光装置1の側面図である。
(Configuration of light emitting/receiving device)
Next, the light emitting/receiving
図3~図5に示すように、投受光装置1は、対となる第1の投受光系1a及び第2の投受光系1bを、非測定面部同士が相対向するように筐体9に設けて形成されている。なお、「非測定面部」は、各投受光系1a、1bの、投光及び受光を行わない側の面部である。換言すると、第1の投受光系1a及び第2の投受光系1bは、互いの背面部同士が相対向するように筐体9に設けられている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the light emitting/receiving
第1の投受光系1aに対しては、図4(a)に示すように、上側に受光部13が設けられ、下側に投光部12が設けられている。これに対して、第2の投受光系1bに対しては、図4(b)に示すように、上側に投光部14が設けられ、下側に受光部15が設けられている。
As shown in FIG. 4(a), the first light emitting/receiving
すなわち、非測定面部同士を相対向させた状態の第1の投受光系1a及び第2の投受光系1bを二次元平面上で見た場合に、図5に示すように第1の投受光系1aの投光部12及び受光部13と、第2の投受光系1bの投光部14及び受光部15は、対象点9を中心とした点対称の位置関係となるように筐体9に配置されている。
In other words, when the first light emitting/receiving
また、各投光部12、14の投光範囲を合わせた全投光範囲が、各受光部13、15の受光範囲を合わせた全受光範囲に相当するように、各投光部12、14の投光範囲の割合及び各受光部13、15の受光範囲の割合がそれぞれ調整されている。
In addition, each of the
具体的には、図5に示すように、第1の投受光系1aの投光部12の投光範囲(投影画角)は、180度以上の投光範囲となっており、受光部13の受光範囲(受光画角)は、180度以上の受光範囲となっている。同様に、第2の投受光系1bの投光部14の投光範囲(投影画角)は、180度以上の投光範囲となっており、受光部15の受光範囲(受光画角)は、180度以上の受光範囲となっている。
Specifically, as shown in FIG. 5, the light projecting range (projection angle of view) of the
図3に実線で示す投光範囲49は、第2の投受光系1bの投光部14における、地面に対して水平方向の投光範囲を示し、図3に点線で示す受光範囲50は、第1の投受光系1aの受光部13における、地面に対して水平方向の受光範囲を示している。各投光部12、14の投光範囲を180度以上の投光範囲とし、各受光部13、15の受光範囲を180度以上の受光範囲とすることで、この図3に示すように地面に対して水平方向に360度の撮像範囲を実現することができる。
A
また、図5に実線で示す投光範囲51は、第1の投受光系1aの投光部12における、地面に対して垂直方向の投光範囲を示し、点線で示す受光範囲52は、第1の投受光系1aの受光部13における、地面に対して垂直方向の受光範囲を示す。また、図5に実線で示す投光範囲53は、第2の投受光系1bの投光部14における、地面に対して垂直方向の投光範囲を示し、点線で示す受光範囲54が、第2の投受光系1bの受光部15における、地面に対して垂直方向の受光範囲である。各投光部12、14の投光範囲を180度以上の投光範囲とし、各受光部13、15の受光範囲を180度以上の受光範囲とすることで、この図5に示すように地面に対して垂直方向に360度の撮像範囲を実現することができる。
Further, a
図6は、第1の投受光系1a及び第2の投受光系1bの光学構成を示す図である。この図6に示すように、各投光部12、14は、面発光レーザ(VCSEL)を備える光源部3が設けられたVCSEL基板25を有する。また、各投光部12、14は、180度以上の投光範囲(画角領域)にレーザ光を投射可能とする魚眼レンズ等の広角レンズを備えた広角レンズ郡40と、VCSEL基板25からのレーザ光を広角レンズ郡40に導光する投光レンズ群41とを有する。
FIG. 6 is a diagram showing the optical configuration of the first light projecting/receiving
また、図6に示すように、各受光部13、15は、受光部(TOFセンサ)6が設けられたTOF基板24を有する。また、各受光部13、15は、180度以上の受光範囲(受光画角)からの反射光を集光する魚眼レンズ等の広角レンズを備えた広角レンズ郡42と、広角レンズ群42で集光された反射光を、受光部(TOFセンサ)6に導光する受光レンズ群43とを有する。
Further, as shown in FIG. 6, each of the
(投受光装置の投受光動作)
このような投受光装置1は、上述のように第1の投受光系1aの投光部12及び受光部13の位置と、第2の投受光系1bの投光部14及び受光部15の位置とが対称点19を中心とした点対象配置になっている。このような配置とすることで、図3に示すように、投光部14から投光された光により、地面に対して水平方向の360度空間においては遮光されること無く投光範囲49を形成する。この投光範囲からの反射光を、受光範囲49の受光部15で受光することができる。
(Light emitting/receiving operation of the light emitting/receiving device)
As described above, such a light emitting/receiving
同様に、投光部12から投光された光により、地面に対して水平方向の360度空間においては遮光されることが無い投光範囲を形成する。この投光範囲からの反射光を、受光部13で受光することができる。
Similarly, the light projected from the
一方、地面に対して垂直方向の360度空間においては、図5に示すように、第1の投受光系1aの投光部12の投光範囲51の一部は、受光部13によって遮光される。しかし、この投光部12の遮光領域は、第2の投受光系1bの投光部12の投光範囲53により補填される。
On the other hand, in a 360-degree space perpendicular to the ground, as shown in FIG. Ru. However, this light blocking area of the
同様に、地面に対して垂直方向の360度空間においては、図5に示すように、第2の投受光系1bの投光部14の投光範囲53の一部は、受光部15によって遮光される。しかし、この投光部14の遮光領域は、第1の投受光系1aの投光部14の投光範囲51により補填される。
Similarly, in a 360-degree space perpendicular to the ground, as shown in FIG. be done. However, this light blocking area of the
また、地面に対して垂直方向の360度空間においては、第1の投受光系1aの受光部13の受光範囲52が、投光部12によって遮光される。しかし、第2の投受光系1bの受光部15の受光範囲54により、受光部13の遮光領域が補填される。
Further, in a 360-degree space perpendicular to the ground, the
同様に、地面に対して垂直方向の360度空間においては、第2の投受光系1bの受光部15の受光範囲54が、投光部14によって遮光される。しかし、第1の投受光系1aの受光部13の受光範囲52により、受光部15の遮光領域が補填される。
Similarly, in a 360-degree space perpendicular to the ground, the
このように、第1の投受光系1aの投光部12及び第2の投受光系1bの投光部14、第1の投受光系1aの受光部13及び第2の投受光系1bの受光部15を、それぞれ点対称に配置する。これにより、一方の投受光系における投光部の遮光領域(非投光領域)を、他方の投受光系の投光領域で補填することができる。また、一方の投受光系の受光部の遮光領域(非受光領域)を、他方の投受光系の受光領域で補填することができる。
In this way, the
(第1の実施の形態の効果)
このように、第1の実施の形態の距離計測装置は、一対の投受光系1a、1bによる簡易な構成で、全天球空間(360度空間)の対象物までの距離を同時に測定可能とする距離計測装置を実現できる。一対の投受光系1a及び1bで実現できるため、必要とする投受光系の数を最小限にすることができ、装置の小型化及び低コスト化を実現することができる。
(Effects of the first embodiment)
In this way, the distance measuring device of the first embodiment has a simple configuration consisting of a pair of light emitting/receiving
また、全天球領域の測距を行う場合、光源から射出される光が遮光されることなく、また、その照射領域を撮像するには、複数の投光部と複数の受光部が必要になり、距離計測装置が大型化する問題があった。 In addition, when performing ranging over a spherical area, multiple light emitters and multiple light receivers are required to ensure that the light emitted from the light source is not blocked and to image the irradiated area. Therefore, there was a problem in that the distance measuring device became larger.
しかし、第1の実施の形態の距離計測装置は、一対の投受光系1a、1bのうち、一方の投光部の投光領域の欠損を、他方の投光部の投光領域が補い、一方の受光部の受光領域の欠損を、他方の受光部の受光領域で補うようになっている。このため、少ない部品点数で、全天球空間(360度空間)を測距可能な距離計測装置を実現でき、距離計測装置を小型化することができる。
However, in the distance measuring device of the first embodiment, the loss of the light emitting area of one of the light emitting parts of the pair of light emitting/receiving
また、多数の投受光系で構成される距離計測装置の場合、測距を完了するまでに、「投受光系の数×一つの投受光系が必要とする測距時間」の時間を要するため、測距を完了するまでに長時間を要する。この問題は、半天球領域以上の領域の全ての対象物の距離情報を取得する場合、より顕著となる。 In addition, in the case of a distance measuring device consisting of multiple light emitting/receiving systems, it takes the time equal to "the number of light emitting/receiving systems x the distance measurement time required by one light emitting/receiving system" to complete distance measurement. , it takes a long time to complete distance measurement. This problem becomes more noticeable when distance information for all objects in an area larger than a hemispherical area is acquired.
しかし、第1の実施の形態の距離計測装置の場合、一対の投受光系1a、1bの撮像時間で、全天球領域の全ての対象物に対する測距を完了することができる。このため、測距に要する時間を大幅に短縮化することができる。
However, in the case of the distance measuring device of the first embodiment, distance measurement for all objects in the entire celestial sphere region can be completed within the imaging time of the pair of light emitting/receiving
また、従来の距離計測装置に設けられる光走査装置は、ロータを介したモータによって駆動されるため、回転に伴う騒音と可動部の信頼性が懸念される問題もあった。 In addition, since the optical scanning device provided in the conventional distance measuring device is driven by a motor via a rotor, there are also concerns about noise caused by rotation and reliability of the movable part.
しかし、第1の実施の形態の距離計測装置の場合、可動部が不要な構成にすることができることで、回転に伴う騒音を防止でき、また、可動部の耐久性を向上させることができる。 However, in the case of the distance measuring device according to the first embodiment, since the movable part is unnecessary, noise caused by rotation can be prevented, and the durability of the movable part can be improved.
なお、投光部12の投光範囲を例えば270度とし、投光部14の投光範囲を90度とする等のように、投光部12及び投光部14が、所定の割合で投光範囲を分担してもよい。同様に、受光部13の受光範囲を例えば120度とし、受光部15の受光範囲を140度とする等のように、受光部13及び受光部15が、所定の割合で受光範囲を分担してもよい。
Note that the
[第2の実施の形態]
次に、第2の実施の形態の距離計測装置の説明をする。この第2の実施の形態の距離計測装置は、第1の投受光系1aの投光部12と受光部13との間に、投光部12から受光部13に直接入射する光を遮光するための遮光壁を設け、第2の投受光系1bの投光部14と受光部15との間に、投光部14から受光部15に直接入射する光を遮光するための遮光壁を設けた例である。この点が、第1の実施の形態及び第2の実施の形態の差異となる。このため、以下、両者の差異の説明のみ行い、重複説明は省略する。
[Second embodiment]
Next, a distance measuring device according to a second embodiment will be explained. The distance measuring device according to the second embodiment is arranged between the light projecting
図7は、第2の実施の形態の投受光装置1の側面図である。この図7に示すように、第1の投受光系1aの投光部12と受光部13との間に、投光部12から受光部13に直接入射する光を遮光するための遮光壁27が設けられている。また、第2の投受光系1bの投光部14と受光部15との間に、投光部14から受光部15に直接入射する光を遮光するための遮光壁27が設けられている。
FIG. 7 is a side view of the light emitting/receiving
投光部12の投光範囲は180度以上あるため、投光部12から出射された光の一部は、直接的に受光部13に入射し、ノイズ光となって測距に不具合を生ずるおそれがある。同様に、投光部14から出射された光の一部は、直接的に受光部15に入射し、ノイズ光となって測距に不具合を生ずるおそれがある。
Since the light projection range of the
しかし、この第2の実施の形態のように、投光部12と受光部13の間に遮光壁27を設け、投光部14と受光部15の間に遮光壁27を設けることで、受光部13及び受光部15に対するノイズ光の入射を防止できる。このため、全天球空間(360度空間)において、安定性の高い正確な測距を可能とすることができる他、上述の第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
However, as in the second embodiment, by providing the
[第3の実施の形態]
次に、第3の実施の形態の距離計測装置の説明をする。この第3の実施の形態の距離計測装置は、測距用の距離画像と共に、RGB(赤、緑、青)のカラー画像も取得可能とした例である。この点が、上述の各実施の形態と第3の実施の形態との差異となる。このため、以下、差異の説明のみ行い、重複説明は省略する。
[Third embodiment]
Next, a distance measuring device according to a third embodiment will be explained. The distance measuring device of the third embodiment is an example in which it is possible to obtain an RGB (red, green, blue) color image as well as a distance image for distance measurement. This point is a difference between each of the above embodiments and the third embodiment. Therefore, only the differences will be explained below, and duplicate explanations will be omitted.
図8は、第3の実施の形態の距離計測装置に設けられている投受光装置1の側面図である。この第3の実施の形態においても、投受光装置1は、上述と同様に一対の投受光系1a、1bを有しているが、受光部13及び受光部15が、TOF方式による測距の他、可視光(自然光)に基づくカラー画像の撮像も可能となっている。
FIG. 8 is a side view of the light emitting/receiving
具体的には、受光部13は、TOF基板24及び受光部(TOFセンサ)6と共に、魚眼レンズ等の広角レンズ群42、赤外光受光系43a、可視光受光系43b、プリズム28、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)基板29、及び、CMOSセンサ30を有する。なお、受光部15の構成も、この受光部13の構成と同じ構成である。
Specifically, the
広角レンズ群42は、光源3から出射された赤外線光の反射光の他、可視光を集光する。プリズム28は、赤外線光を透過して、可視光を反射する反射膜28aを有している。このため、広角レンズ群42で集光された光のうち、赤外線光は、プリズム28の反射膜28aを透過し、赤外光受光系43aを介して受光部(TOFセンサ)6に照射される。これにより、上述のように対象物までの距離が算出される。
The wide-
これに対して、広角レンズ群42で集光された光のうち、可視光は、プリズム28の反射膜28aにより反射され、可視光受光系43bを介してCMOS基板29のCMOSセンサ30に照射される。これにより、CMOSセンサ30により、自然光によるカラー画像を撮像することができる。
On the other hand, visible light among the light focused by the wide-
また、赤外光受光系43a及び可視光受光系43bは、同じ光学部品で形成されている。
Further, the infrared
このような第3の実施の形態の場合、受光部6のTOFセンサで取得した点郡データでは把握困難であった、高精細でカラー化された対象物の状況等を把握可能とすることができる他、上述の各実施の形態と同じ効果を得ることができる。
In the case of the third embodiment, it is possible to grasp the situation of a high-definition, colored object, etc., which is difficult to grasp using point group data acquired by the TOF sensor of the
また、第3の実施の形態の場合、図8に示すように、受光部13と受光部15は、広角レンズ群42及びプリズム28が、赤外光受光系及び可視光受光系の共通光学部品となっている。また、広角レンズ群42及びプリズム28の反射膜28aまでの光軸が、赤外光受光系及び可視光受光系で同一の光軸となっている。このため、赤外光受光系及び可視光受光系にそれぞれ一つずつ必要となる広角レンズ群42を一つに削減することができる。また、赤外光受光系及び可視光受光系でそれぞれ必要となる2つの光路スペースも、広角レンズ群42及びプリズム28の反射膜28aまでの間、一つの光路スペースとすることができる。
In addition, in the case of the third embodiment, as shown in FIG. 8, in the
このため、光学部品及び光路の設置スペースを削減でき、投受光装置1の小型化を通じて、距離計測装置を小型化できる。特に、広い設置スペースが必要となる魚眼レンズ等の広角レンズ群42を共通光学部品とすることができるため、設置スペースを大きく削減できる。
Therefore, the installation space for optical components and optical paths can be reduced, and by downsizing the light emitting/receiving
また、赤外光受光系43a及び可視光受光系43bを、同じ光学部品で形成することで、光学部品とその付帯部品の種類の削減も可能となり、装置の低コスト化に寄与することができる。さらに、組み立て工数も削減できるため、生産性の向上も図ることができる。
Furthermore, by forming the infrared
最後に、上述の各実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。また、各実施の形態及び各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Finally, each of the embodiments described above is presented as an example, and is not intended to limit the scope of the present invention. Each of the novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. Further, each embodiment and modifications of each embodiment are included within the scope and gist of the invention, and are included within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
1 投受光装置
1a 第1の投受光系
1b 第2の投受光系
2 発光制御部
3 光源部(VCSEL)
4 投光光学系
5 受光光学系
6 受光部(TOFセンサ)
6a 第1の受光部
6b 第2の受光部
7 距離計算部
8 画像処理部
9 投受光装置の筺体
10 受光制御部
12 第1の投受光系の投光部
13 第1の投受光系の受光部
14 第2の投受光系の投光部
15 第2の投受光系の受光部
19 対称点
24 TOF基板
25 VCSEL基板
26 CPU
27 遮光壁
28 プリズム
28a 反射膜
29 CMOS基板
30 CMOSセンサ
40 広角レンズ郡
41 投光レンズ群
42 広角レンズ郡
43 受光レンズ群
43a 赤外光受光系
43b 可視光受光系
1 Light emitting/receiving
4 Light emitting optical system 5 Light receiving
6a First light receiving section 6b Second light receiving section 7 Distance calculation section 8
27 Light-shielding
Claims (7)
前記第1の投受光系と前記第2の投受光系とは、非測定面部同士が相対向するように筐体に配置され、
非測定面部同士を相対向させた状態の前記第1の投受光系と前記第2の投受光系とを二次元平面上で見た場合に、一前記第1の投光部は前記第2の投光部と、前記第1の受光部は前記第2の受光部と、それぞれ互いに点対称の位置関係となるように前記筐体に配置されており、
前記第1の投光部と前記第2の投光部の投光範囲を合わせた全投光範囲が、前記第1の受光部と前記第2の受光部の受光範囲を合わせた全受光範囲に相当すること
を特徴とする光学装置。 An optical device comprising: a first light emitting/receiving system having a first light projecting section and a first light receiving section; and a second light projecting/receiving system having a second light projecting section and a second light receiving section. hand,
The first light emitting/receiving system and the second light emitting/receiving system are arranged in a housing so that the non-measurement surface portions face each other,
When the first light projecting/receiving system and the second light projecting/receiving system are viewed on a two-dimensional plane with their non-measurement surface portions facing each other, the first light projecting section is opposite to the second light projecting section. The light projecting unit and the first light receiving unit are arranged in the housing so as to have a point-symmetrical positional relationship with the second light receiving unit, respectively,
The total light emitting range that is the sum of the light emitting ranges of the first light emitting part and the second light emitting part is the total light receiving range that is the sum of the light receiving ranges of the first light receiving part and the second light receiving part. An optical device characterized by being equivalent to .
を特徴とする請求項1に記載の光学装置。 A first light blocking wall through which light enters directly from the first light projecting section is provided between the first light projecting section and the first light receiving section of the first light projecting/receiving system, and a first light shielding wall that allows light to enter directly from the first light projecting section; A second light shielding wall that blocks light directly entering from the second light projector is provided between the second light projector and the second light receiver of the light projector/receiver system. The optical device according to claim 1, characterized in that:
広角レンズと、前記広角レンズを介して入射される光を第1の光及び第2の光に分光するビームスプリッタとを備えた共通光学系と、
前記ビームスプリッタからの前記第1の光を、前記第1の受光部に導光する第1の光学系と、
前記ビームスプリッタからの前記第2の光を、前記第2の受光部に導光する第2の光学系と、を備え、
前記第1の光学系及び前記第2の光学系は、同じ光学素子構成で形成されていること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光学装置。 The first light receiving section is
a common optical system including a wide-angle lens and a beam splitter that splits light incident through the wide-angle lens into first light and second light;
a first optical system that guides the first light from the beam splitter to the first light receiving section;
a second optical system that guides the second light from the beam splitter to the second light receiving section,
The optical device according to claim 1 or 2, wherein the first optical system and the second optical system are formed with the same optical element configuration.
を特徴とする請求項3に記載の光学装置。 The beam splitter guides infrared light as the first light to the first light receiving section, and guides visible light as the second light to the second light receiving section. Item 3. The optical device according to item 3.
広角レンズと、前記広角レンズを介して入射される光を第1の光及び第2の光に分光するビームスプリッタとを備えた共通光学系と、
前記ビームスプリッタからの前記第1の光を、前記第1の受光部に導光する第1の光学系と、
前記ビームスプリッタからの前記第2の光を、前記第2の受光部に導光する第2の光学系と、を備え、
前記第1の光学系及び前記第2の光学系は、同じ光学部品構成で形成されていること
を特徴とする請求項4に記載の光学装置。 The second light receiving section is
a common optical system including a wide-angle lens and a beam splitter that splits light incident through the wide-angle lens into first light and second light;
a first optical system that guides the first light from the beam splitter to the first light receiving section;
a second optical system that guides the second light from the beam splitter to the second light receiving section,
The optical device according to claim 4, wherein the first optical system and the second optical system are formed with the same optical component configuration.
前記光学装置で受光された光に基づいて、それぞれ所定分位相が異なる位相画像を生成すると共に、各前記位相画像に基づいて、対象物との間の距離を計算する距離計算部と、
計算された前記対象物との間の距離に基づいて、前記対象物との間の距離に対応する距離画像を生成する画像処理部と、
を有する測距装置。 An optical device according to any one of claims 1 to 5,
a distance calculation unit that generates phase images having different phases by a predetermined amount based on the light received by the optical device, and calculates a distance to the target object based on each of the phase images;
an image processing unit that generates a distance image corresponding to the distance to the target object based on the calculated distance to the target object;
A distance measuring device with a
前記第1の受光部と前記第2の受光部とを同時に受光制御する受光制御部と、をさらに備えること
を特徴とする請求項6に記載の測距装置。 a light emission control section that simultaneously controls light emission of the first light projection section and the second light projection section;
The distance measuring device according to claim 6, further comprising: a light reception control section that simultaneously controls light reception of the first light receiving section and the second light receiving section.
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