JP2007285877A - Distance sensor, device with built-in distance sensor, and distance sensor facing directional adjustment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位相差検出方式を採用した距離センサ、この距離センサを内蔵する距離センサ内蔵装置、および、この距離センサの臨み方向を調整するための距離センサ臨み方向調整方法に関する。 The present invention relates to a distance sensor that employs a phase difference detection method, a distance sensor built-in device incorporating the distance sensor, and a distance sensor facing direction adjustment method for adjusting the facing direction of the distance sensor.
位相差検出方式の距離センサを内蔵する距離センサ内蔵装置は、各種分野で用いられている。このような距離センサ内蔵装置の具体例として、例えば、カメラや、物体認識用イメージカメラを備えた移動ロボットなどがある。 A distance sensor built-in device that incorporates a phase difference detection type distance sensor is used in various fields. Specific examples of such a distance sensor built-in device include, for example, a camera and a mobile robot equipped with an object recognition image camera.
カメラでは、撮影レンズが臨む対象物と、距離センサの視野風景内の対象物と、が一致した状態でその距離を知り、この距離に基づいて撮影レンズを制御して撮影レンズの焦点距離を合わせる。したがって、対象物へ撮影レンズを向けた際にその撮影レンズが臨む対象物と距離センサが臨む対象物とを一致させる必要がある。このような対象物の一致は距離センサの臨む方向と撮影レンズの光軸方向とを完全に一致させることで達成が可能である。 In the camera, the distance between the object facing the photographic lens and the object in the field of view of the distance sensor is known, the distance is known, and the photographic lens is controlled based on this distance to adjust the focal length of the photographic lens. . Therefore, when the photographic lens is directed to the object, it is necessary to match the object that the photographic lens faces with the object that the distance sensor faces. Such matching of objects can be achieved by completely matching the direction of the distance sensor and the optical axis direction of the photographing lens.
また、物体認識用のイメージカメラと距離センサを組み合わせる移動ロボットでは、イメージカメラ上に写っている物体に対し距離センサで得られた距離の分布が1対1で対応する必要がある。したがって、対象物へイメージカメラを向けた際にその距離センサが臨む対象物とイメージカメラが臨む対象物とを一致させる必要がある。このような対象物の一致は距離センサの臨む方向とイメージカメラの光軸方向とを完全に一致させることで達成が可能である。 Further, in a mobile robot that combines an image camera for object recognition and a distance sensor, the distribution of distance obtained by the distance sensor needs to correspond one-to-one with an object shown on the image camera. Therefore, when the image camera is pointed at the object, it is necessary to match the object that the distance sensor faces with the object that the image camera faces. Such matching of the objects can be achieved by completely matching the direction of the distance sensor and the optical axis direction of the image camera.
しかしながら上記の距離センサ、撮影レンズ、イメージカメラは、当然ながらそれぞれ空間的に一定の大きさを持っているため、機械的に干渉しないように設置間隔sだけ離して配置する必要がある。この設置間隔sによって一般的には視差と呼ばれるズレが生じる。設置間隔sに対して対象物までの距離dが十分遠ければ視差の影響は小さく問題にならないが、対象物までの距離dが設置間隔sに近づくにつれて視差の影響は無視できなくなるというものであり、設置間隔sを少なくする必要もある。 However, since the distance sensor, the photographing lens, and the image camera have a spatially constant size as a matter of course, it is necessary to dispose them by an installation interval s so as not to interfere mechanically. Due to the installation interval s, a shift generally called parallax occurs. If the distance d to the object is sufficiently far from the installation interval s, the influence of the parallax is small and does not cause a problem. However, as the distance d to the object approaches the installation interval s, the influence of the parallax cannot be ignored. It is also necessary to reduce the installation interval s.
実用上は、距離センサの臨む風景対象物と、レンズの撮影対象物と、が予め決定される設定距離で一致するように調整する。先のカメラであれば距離センサの臨む風景対象物と撮影レンズの撮影対象物とが一致するように調整している。また、物体認識用のイメージカメラと距離センサを組み合わせる移動ロボットでは、距離センサの臨む風景対象物とイメージカメラの撮影対象物とが予め決定される設定距離で一致するように調整している。 Practically, adjustment is made so that the landscape object that the distance sensor faces and the photographing object of the lens coincide with each other at a predetermined set distance. In the case of the previous camera, adjustment is made so that the scenery object that the distance sensor faces and the photographing object of the photographing lens coincide with each other. Further, in a mobile robot that combines an image camera for object recognition and a distance sensor, adjustment is made so that a landscape object that the distance sensor faces and a photographing object of the image camera coincide with each other at a predetermined set distance.
これら従来技術の距離センサの臨み方向調整方法について、カメラを例に図を参照しつつ説明する。図11はカメラにおける距離センサの臨み方向調整方法の説明図、図12はカメラにおける距離センサの臨み方向調整方法のフローチャートである。カメラ1は、距離センサ2、左右アオリ調整機構3、上下アオリ調整機構4、撮影レンズ5、筐体ユニット6を備えている。
With reference to the drawings, the conventional method for adjusting the facing direction of the distance sensor will be described taking a camera as an example. FIG. 11 is an explanatory diagram of a method for adjusting the viewing direction of the distance sensor in the camera, and FIG. 12 is a flowchart of the method for adjusting the viewing direction of the distance sensor in the camera. The camera 1 includes a
距離センサ2と撮影レンズ5とは予め筐体ユニット6に組み立てられた状態となっている。前記のように仕様に合わせて任意の設定距離で距離センサ2と撮影レンズ5との臨み方向を一致させるために、まず撮影レンズ5の前方に臨み方向の基準となるチャート7を置いた専用治具を設置し、撮影レンズ5側はその筐体ユニット6の基準面を使ってこの専用治具に位置方向を合わせて設置する(図12のステップS101)。次に距離センサ2に調整用の信号処理電気回路を接続し(ステップS102)、チャート7の画を臨みながら信号を取り出して(ステップS103)、情報を得て臨み方向ズレ量を計算する(ステップS104)。
The
距離センサ2の臨み方向調整は、チャート7の基準中心に合わせるように距離センサ2の臨み方向調整機構(左右アオリ調整機構3・上下アオリ調整機構4)を動かして行う。距離センサ2の臨み方向とチャート7の基準中心のズレ量が規格以内に入らなければ(ステップS105でNO)、臨み方向調整機構による調整後にまた信号を取り出してズレ量を計算し望み方向が規格以内に入ったかを確認する(ステップS106,S103,S104,S105)。そして距離センサ2の臨み方向とチャート基準中心のズレ量が規格以内に入ったならば(ステップS105でYES)、臨み方向調整機構をロック(ステップS107)して調整を完了し(ステップS108)、距離センサ2を電気回路から切り離し(ステップS109)、最後に筐体ユニット6を専用治具から取り外す(ステップS110)ことでカメラの調整を完了する。このようにしてカメラの調整を行う。
The facing direction adjustment of the
また、距離センサおよび距離センサの臨み方向調整方法に係る他の従来技術として、例えば、特許文献1(特開2003−262789号公報;発明の名称「測距手段の睨み調整装置」)がある。この睨み調整装置では、測距手段の睨み方向(臨み方向)を調整取付手段で調整可能に装着したカメラに対して、撮影レンズ装置で撮影したマークの出力信号と、測距手段がマークを検出した出力信号とを利用し、測距手段の睨みを撮影レンズ装置の睨みに合わせるために調整する方向を表示手段に表示させ、表示手段に表示されている調整する方向に向けて調整取付手段を調整する操作を行い測距手段の睨みを撮影レンズ装置の睨みに合わせる、というものである。従来技術の距離センサおよび距離センサの臨み方向調整方法はこのようなものである。 Further, as another conventional technique related to the distance sensor and the direction-of-direction adjustment method of the distance sensor, for example, there is Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-262789; name of invention “sagging adjustment device for distance measuring means”). In this squeeze adjustment device, the output signal of the mark photographed by the photographic lens device and the distance finder detects the mark for a camera that is mounted so that the stagnation direction (direction of view) of the distance finder can be adjusted by the adjustment mounting means. Using the output signal, the display unit displays the adjustment direction for adjusting the sag of the distance measuring unit to the sag of the photographic lens device, and the adjustment mounting unit is directed toward the adjustment direction displayed on the display unit. An adjustment operation is performed to match the sag of the distance measuring means with the sag of the photographic lens device. Such a conventional distance sensor and a method of adjusting the facing direction of the distance sensor are as described above.
図11,12を用いて説明した従来技術の距離センサおよび距離センサの臨み方向調整方法では、距離センサ2を取り付け後に信号処理電気回路に仮配線・接続し、信号を読み出し、情報を得ながら調整し、調整終了後に信号処理電気回路から配線を外すという一連の工程が必要となるため、作業が煩雑でかつ時間を要するという問題があった。
In the prior art distance sensor and the distance direction adjustment method described with reference to FIGS. 11 and 12, the
また、特許文献1に記載の測距手段の睨み調整装置では、装置に光学調整用の構成(プログラムや処理回路)を内蔵させる必要があり、コストの点で問題があった。
また、測距手段自身の出力を使って調整しており、睨み調整視認表示を構成要件とする(作業者が画面を見ながら調整する)ので自動化に不向きであるという問題があった。
Further, the stagnation adjusting device for the distance measuring means described in Patent Document 1 requires a configuration for optical adjustment (program or processing circuit) to be built in the device, which causes a problem in terms of cost.
In addition, since the adjustment is performed using the output of the distance measuring means itself and the stagnation adjustment visual indication is a constituent requirement (the operator adjusts while looking at the screen), there is a problem that it is not suitable for automation.
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、調整量を自動的に計算して簡便かつ容易にその臨み方向を調整できるような距離センサ、距離センサ内蔵装置および距離センサ臨み方向調整方法を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to automatically calculate the adjustment amount and to easily and easily adjust the facing direction, and a built-in distance sensor. An apparatus and a distance sensor facing direction adjustment method are provided.
このような本発明の請求項1に係る距離センサは、
左右で対をなす左側ラインイメージセンサおよび右側ラインイメージセンサが一体に形成されたセンサチップを用いる位相差検出方式の距離センサにおいて、
前記センサチップは、
左側ラインイメージセンサの周囲に設けられた左側光軸マーカと、
右側ラインイメージセンサの周囲に設けられた右側光軸マーカと、
を備えることを特徴とする。
Such a distance sensor according to claim 1 of the present invention is:
In a phase difference detection type distance sensor using a sensor chip in which a left line image sensor and a right line image sensor that are paired on the left and right are integrally formed,
The sensor chip is
A left optical axis marker provided around the left line image sensor;
A right optical axis marker provided around the right line image sensor;
It is characterized by providing.
また、本発明の請求項2に係る距離センサは、
請求項1に記載の距離センサにおいて、
前記左側光軸マーカは、上下中心を規定する左側上下方向光軸マーカと、左右中心を規定する左側左右方向光軸マーカと、からなり、
前記右側光軸マーカは、上下中心を規定する右側上下方向光軸マーカと、左右中心を規定する右側左右方向光軸マーカと、からなることを特徴とする。
A distance sensor according to
The distance sensor according to claim 1,
The left optical axis marker consists of a left vertical direction optical axis marker that defines a vertical center, and a left horizontal direction optical axis marker that defines a horizontal center,
The right optical axis marker includes a right vertical direction optical axis marker that defines a vertical center and a right horizontal direction optical axis marker that defines a horizontal center.
本発明の請求項3に係る距離センサ内蔵装置は、
請求項1または請求項2に記載の距離センサを内蔵する距離センサ内蔵装置であって、
距離センサの上下方向の角度を調整する上下アオリ調整機構と、
距離センサの左右方向の角度を調整する左右アオリ調整機構と、
を備え、距離センサの上下左右の角度を調整可能とすることを特徴とする。
A device with a built-in distance sensor according to
A distance sensor built-in device incorporating the distance sensor according to
A vertical tilt adjustment mechanism that adjusts the vertical angle of the distance sensor;
A left and right tilt adjustment mechanism that adjusts the angle of the distance sensor in the left and right direction;
It is possible to adjust the vertical and horizontal angles of the distance sensor.
本発明の請求項4に係る距離センサ臨み方向調整方法は、
請求項3に記載の距離センサ内蔵装置における距離センサ臨み方向調整方法であって、
距離センサの左側のレンズ越しに見える左側光軸マーカの映像のみを用いて左側光軸マーカの位置情報を算出し、
距離センサの右側のレンズ越しに見える右側光軸マーカの映像のみを用いて右側光軸マーカの位置情報を算出し、
左側光軸マーカおよび右側光軸マーカの位置情報から距離センサの臨み方向を求め、
基準臨み方向に対する距離センサの実際の臨み方向ズレを定量化し、これを用いて上下アオリ調整機構および左右アオリ調整機構を調整して距離センサの臨み方向を修正することを特徴とする。
The distance sensor facing direction adjusting method according to
A distance sensor facing direction adjustment method in the distance sensor built-in device according to
Calculate the position information of the left optical axis marker using only the image of the left optical axis marker that can be seen through the lens on the left side of the distance sensor.
Calculate the position information of the right optical axis marker using only the image of the right optical axis marker that can be seen through the right lens of the distance sensor,
Find the facing direction of the distance sensor from the position information of the left optical axis marker and the right optical axis marker,
The present invention is characterized in that an actual viewing direction deviation of the distance sensor with respect to the reference viewing direction is quantified, and using this, the vertical tilt adjusting mechanism and the left / right tilt adjusting mechanism are adjusted to correct the facing direction of the distance sensor.
また、本発明の請求項5に係る距離センサ臨み方向調整方法は、
請求項4に記載の距離センサ臨み方向調整方法において、
距離センサの左右のレンズ前方に配置され、一方のレンズを遮蔽するとともに他方のレンズを開放するシャッタと、
シャッタ越しに、左側ラインイメージセンサ用の左側光軸マーカと、右側ラインイメージセンサ用の右側光軸マーカと、を交互に撮像する撮像装置と、
を備え、
シャッタにより開放された距離センサの左側のレンズ越しに見える左側光軸マーカの映像のみを用いて左側光軸マーカを撮像装置が撮像し、
シャッタにより開放された距離センサの右側のレンズ越しに見える右側光軸マーカの映像のみを用いて右側光軸マーカを撮像装置が撮像し、
撮像により得た画像情報に基づいて左側光軸マーカおよび右側光軸マーカの位置情報を算出することを特徴とする。
Moreover, the distance sensor facing direction adjustment method according to
The distance sensor facing direction adjustment method according to
A shutter that is disposed in front of the left and right lenses of the distance sensor, shields one lens and opens the other lens;
An imaging device that alternately images the left optical axis marker for the left line image sensor and the right optical axis marker for the right line image sensor through the shutter;
With
The imaging device images the left optical axis marker using only the image of the left optical axis marker that can be seen through the left lens of the distance sensor opened by the shutter,
The imaging device images the right optical axis marker using only the image of the right optical axis marker that can be seen through the right lens of the distance sensor opened by the shutter,
The position information of the left optical axis marker and the right optical axis marker is calculated based on image information obtained by imaging.
また、本発明の請求項6に係る距離センサ臨み方向調整方法は、
請求項5に記載の距離センサ臨み方向調整方法において、
撮像装置とシャッタとの間に配置されるスプリッタと、
光を発する照明装置と、
を備え、照明装置からの光をスプリッタで反射させてシャッタを介して左側ラインイメージセンサまたは右側ラインイメージセンサへ到達させて照明することを特徴とする。
A distance sensor facing direction adjustment method according to claim 6 of the present invention includes:
The distance sensor facing direction adjustment method according to
A splitter disposed between the imaging device and the shutter;
A lighting device that emits light;
The light from the illumination device is reflected by a splitter and reaches the left line image sensor or the right line image sensor via a shutter for illumination.
以上のような本発明によれば、調整量を自動的に計算して簡便かつ容易にその臨み方向を調整できるような距離センサ、距離センサ内蔵装置および距離センサ臨み方向調整方法を提供することができる。 According to the present invention as described above, it is possible to provide a distance sensor, a distance sensor built-in device, and a distance sensor facing direction adjustment method that can automatically calculate an adjustment amount and easily and easily adjust the facing direction. it can.
以下、本発明を実施するための最良の形態の距離センサ、距離センサ内蔵装置および距離センサ臨み方向調整方法について図を参照しつつ説明する。まず、距離センサについて説明する。図1は本形態の距離センサの構造図である。図2は本形態の距離センサの内部構造図である。 Hereinafter, a distance sensor, a distance sensor built-in device, and a distance sensor facing direction adjustment method according to the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. First, the distance sensor will be described. FIG. 1 is a structural diagram of a distance sensor according to this embodiment. FIG. 2 is an internal structure diagram of the distance sensor of this embodiment.
本形態の距離センサ10は、図1,図2に示されるように、レンズユニット11、絞り12、パッケージ13、センサチップ14、リード15、ワイヤ16、透明樹脂17を備えている。
レンズユニット11は透明な樹脂で形成され、凸レンズである左レンズ11L,右レンズ11R(以下左レンズ11L,右レンズ11Rを総称してレンズ11L,11Rという)を備える。
絞り12はセンサチップ14へ不要な光が入り込まないように遮光性のある樹脂を材料としており、左絞り孔12L,右絞り孔12R(以下左絞り孔12L,右絞り孔12Rを総称して絞り孔12L,12Rという)を備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the distance sensor 10 of this embodiment includes a
The
The
パッケージ13は遮光性のある樹脂を材料としており、射出成形法を用いたモールド成形により、複数のリード15と一体に成形される。また外部へ信号を出力するためにパッケージ13の外辺にはリード15の一部が外部リード15aとして突出している。パッケージ13の中央のダイパッド部にはセンサチップ14が接着剤によって固定配置されている。
The
センサチップ14は、特に図2で示すように、多数の電極部14aと、左右対の左側ラインイメージセンサ14Lおよび右側ラインイメージセンサ14R(以下、左側ラインイメージセンサ14Lおよび右側ラインイメージセンサ14Rを総称してイメージセンサ14L,14Rという)を備えている。イメージセンサ14L,14Rは、それぞれ多数の受光素子が一列に配置された構造となっている。なお、特に示さないが、センサチップ14には、その他に信号処理のための信号増幅部、デジタル回路部、信号出力回路部など必要な機能を実現する回路が形成されている。また、左右対で一組のイメージセンサ14L,14Rは、図中では一組であるが複数組形成されるようにしても良い。
As shown in FIG. 2 in particular, the
リード15は、鉄もしくは銅を基材とする合金である。外部リード15aは先に説明したようにリード15と一体の構成である。
ワイヤ16は、例えば金線やアルミ線である。パッケージ13にインサートされているリード15とセンサチップ14の電極部14aとがワイヤ16によってワイヤーボンディングされて、センサチップ14の電極部14aとリード15とを電気的に接続する。
透明樹脂17は、距離センサ10内の内部空隙に充填される樹脂であり、機械振動・衝撃等からセンサチップ14を保護する。
The
The
The
これら構成を有する距離センサ10は、以下のようにして測距する。図3は測距原理の説明図である。三角測量原理に基づく位相差検出方式の測距原理を採用している。左右対のレンズ11L,11Rは、光軸間距離bを隔てて配置され、それらの焦点距離fにイメージセンサ14L,14Rがそれぞれ位置する。
The distance sensor 10 having these configurations measures the distance as follows. FIG. 3 is an explanatory diagram of the distance measuring principle. The phase detection principle of the phase difference detection method based on the triangulation principle is adopted. The pair of left and
左レンズ11Lには左側ラインイメージセンサ14Lが対応し、右レンズ11Rには右側ラインイメージセンサ14Rが対応する。距離センサ10を無限遠に置かれた検出対象物Obに正対させた場合、それぞれのレンズ11L,11Rを通るお互いに平行な2本の光線i0がイメージセンサ14L,14R上の基準位置P0に結像する。
また、距離センサ10から距離dだけ離れた検出対象物Obのように対象が有限距離にある場合は、前記基準位置P0からずれた位置PLとPRとに結像し、そのときの基準位置P0からのズレ量XLとXRとすると、次式が成立する。
The
In the object as a detection target object Ob apart from the distance sensor 10 by a distance d is in when in a finite distance, focused on the position P L and P R shifted from the reference position P 0, at that time When shift amount X L and X R from the reference position P 0, the following equation is established.
[数1]
d=b×f/(XL+XR)
[Equation 1]
d = b × f / (X L + X R )
ここで、bとfは距離センサ10に固有で既知の値なので、イメージセンサ14L,14Rに結像した対象映像の相対的な位置関係XLとXRとから、対象までの距離dが求められる。
Since b and f is the distance sensor 10 of known values at specific, the
このような測距原理のもと、距離センサ10は以下のように動作する。距離センサが臨む風景からの光はレンズユニット11の左右一対一組のレンズ11L,11Rによって集光集束され、絞り12の絞り孔12L,12Rで絞り込まれつつ通過し、パッケージ13に内蔵されているセンサチップ14のイメージセンサ14L,14Rに結像する。このとき、風景内の物の距離に応じて左右それぞれのイメージセンサ14L,14Rには位相のずれた画が投影されるため、この位相ズレを精緻に求めることにより風景内にあるそれぞれの物の距離を連続的に測定することが可能となる。
イメージセンサ14L,14Rは出力制御部141によって制御駆動されて受光信号を出力する。A/D変換部142は受光信号を受光データに変換して信号処理部143へ出力し、上記数1に基づいて計算されて距離情報が算出される。なお、A/D変換部142および信号処理部143は距離センサ10の外部に設けてもよい。
距離センサ10の測距原理はこのようなものである。
Based on such a distance measurement principle, the distance sensor 10 operates as follows. The light from the scenery facing the distance sensor is condensed and focused by a pair of left and
The
The distance measuring principle of the distance sensor 10 is as described above.
このような距離センサ10において、レンズ11L,11Rに対し相対するセンサチップ14の位置が理想的に組み合わされてレンズ光軸と距離センサの臨み方向が完全に一致することが望ましい。しかしながら、実際にはある程度の位置ずれが発生し、その結果、レンズ11L,11Rの光軸と距離センサ10の臨み方向は一致していない。従って、レンズ光軸方向とは別に距離センサ10としての臨み方向を知る必要がある。そこで、本発明ではセンサチップ14に光軸マーカを付ける構成を採用した。以下、本発明の特徴的な光軸マーカについて図を参照しつつ説明する。
In such a distance sensor 10, it is desirable that the position of the
図4は光軸マーカの説明図である。センサチップ14の表面であってイメージセンサ14L,14Rの周囲に光軸マーカが設けられるものであり、詳しくは左側ラインイメージセンサ14Lの周囲において上下方向を示す左側上下方向光軸マーカ144Lと、左右方向を示す左側左右方向光軸マーカ145Lが配置され、また、右側ラインイメージセンサ14Rの周囲において上下方向を示す右側上下方向光軸マーカ144Rと、左右方向を示す右側左右方向光軸マーカ145Rが配置される(以下、左側上下方向光軸マーカ144L,左側左右方向光軸マーカ145L,右側上下方向光軸マーカ144R,右側左右方向光軸マーカ145Rを総称するとき、上下左右光軸マーカ144L,144R,145L,145Rという)。これら上下左右光軸マーカ144L,144R,145L,145Rにより、距離センサ10の臨み方向を判別できるようになる。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the optical axis marker. An optical axis marker is provided on the surface of the
判別方法であるが、レンズ11の対物側(検出対象物のある側)からレンズ光軸方向に沿って距離センサ10を臨み、レンズ11L,11Rを通して内部を覗き込んだときに見えるセンサチップ14上の左右それぞれの上下左右光軸マーカ144L,144R,145L,145Rの位置によって、距離センサ10の臨み方向を知る、というものである。
なお光軸マーカの配置や形状は、本実施例に限定される必要はなく、適宜最適化することが可能である。
As a discrimination method, on the
The arrangement and shape of the optical axis marker need not be limited to the present embodiment, and can be optimized as appropriate.
続いてこのような距離センサを搭載した距離センサ内蔵装置について説明する。図5,図6は距離センサ内蔵装置および距離センサ臨み方向調整方法の説明図である。図の距離センサ内蔵装置20はカメラの場合を例にとっている。
距離センサ内蔵装置20は、距離センサ10、左右アオリ調整機構21、上下アオリ調整機構22、撮影レンズ23、筐体ユニット24を備えている。
左右アオリ調整機構21は、距離センサ10の左右方向の角度を調整する。
上下アオリ調整機構22は、距離センサ10の上下方向の角度を調整する。
これにより、距離センサ内蔵装置20では距離センサ10の上下左右の角度を調整可能としている。
Next, a distance sensor built-in device equipped with such a distance sensor will be described. 5 and 6 are explanatory diagrams of the distance sensor built-in device and the distance sensor facing direction adjustment method. The distance sensor built-in
The distance sensor built-in
The left / right
The vertical
Thus, the distance sensor built-in
続いて実際の臨み方向調整方法について説明する。先のカメラによる距離センサ内蔵装置20の調整を例に挙げる。
図5,図6で示すように、調整システム100に距離センサ内蔵装置20を載置して調整するものである。調整システム100は大別して、視認装置30、照明装置40、シャッタ装置50を備える。視認装置30は、調整用結像レンズ31、CCDカメラ32を備える。照明装置40は、照明光源41、集光投影レンズ42、プレートビームスプリッタ43を備える。このような調整システム100で距離センサ内蔵装置20をセットすると調整可能に位置決めされる。
Next, an actual approach direction adjustment method will be described. The adjustment of the distance sensor built-in
As shown in FIGS. 5 and 6, the distance sensor built-in
カメラ20では、予め距離センサ10と撮影レンズ23とが筐体ユニット24に組み付けられており、このようなカメラ20が調整システム100の専用治具に据え付けられる。距離センサ10には、図上で詳しく示していないが、臨み方向を調整するため左右アオリ調整機構21と上下アオリ調整機構22とが取り付けられている。さらに専用治具には、距離センサ10の検出物対象の位置に視認装置30が配置される。距離センサ10に相対して基準となる調整用結像レンズ31及びCCDカメラ32が位置する。この2つの間にプレートビームスプリッタ43が置かれる。照明装置40の照明光源41と集光投影レンズ42とは距離センサ10が臨む方向からやや離れた位置に配置され、集光投影レンズ42で集光された直線ビームが、プレートビームスプリッタ43に向かって光を照射すると、プレートビームスプリッタ43で反射した光が距離センサ10へ到達する。
In the
続いてこのような調整システム100を用いて、距離センサ内蔵装置20の距離センサ10の臨み方向測定及び臨み方向調整を行う手順を図を参照しつつ説明する。図7は距離センサの臨み方向調整方法のフローチャートである。図8は距離センサ左右レンズを通してCCDカメラで据えた左右のラインイメージセンサ及び左右・上下光軸マーカを示す図である。図9は右レンズを通してCCDカメラで据えた右側ラインイメージセンサ14R及びその左右・上下の光軸マーカ144R,145Rを示す図である。図10は左レンズを通してCCDカメラで据えた左側ラインイメージセンサ14L及びその左右・上下の光軸マーカ144L,145Lを示す図である。
Next, a procedure for performing the direction-of-sight measurement and the direction-of-sight adjustment of the distance sensor 10 of the distance sensor built-in
ここで、調整方法で用いる調整原理について説明する。説明のため上記調整システム100のシャッタ装置50を取り去った場合を想定し、距離センサ10のレンズ11L,11R越しに、内部のセンサチップ14の表面を照らし出すものとする。すると、照明光によって照らし出されたセンサチップ14のイメージセンサ14L,14Rの周囲の上下左右光軸マーカ144L,144R,145L,145Rを含む映像がプレートビームスプリッタ43を透過し、調整用結像レンズ31を経てCCDカメラ32で当該映像を映し出すこととなる。
Here, the adjustment principle used in the adjustment method will be described. For the sake of explanation, it is assumed that the shutter device 50 of the adjustment system 100 is removed, and the surface of the
図8はこのようにして得られたCCDカメラ32の映像である。実は、左右のレンズ11Lおよび11Rに対しそれぞれセンサチップ14上の上下左右光軸マーカ144L,145Lおよび144R,145Rが対応していて別々の像として写るため、図8のように重なって見える。
FIG. 8 is an image of the
上下左右光軸マーカ144L,144R,145L,145Rの映像は、距離センサ10内のセンサチップ14の取り付け誤差や、距離センサ10の臨み方向に対するCCDカメラ32の相対的な据え付け時ねじれ角度ズレなどによって、上下方向左右方向に僅かにずれている。
The images of the up / down / left / right
このような状態において、距離センサ10においてはレンズ11L,11Rのほぼ焦点位置にセンサチップ14の表面が置かれるため、レンズ11L,11Rの対物側より臨むイメージセンサ14R,14Lの上下左右光軸マーカ144L,144R,145L,145Rはおおよそ無限遠の風景として見える前提がある。この場合、CCDカメラ32で捕らえられる視野内における上下左右光軸マーカ144L,144R,145L,145Rの位置は距離センサ10の臨み方向と調整用結像レンズ31の光軸の成す角に依存する。すなわち、距離センサ10の臨み方向に対し調整用結像レンズ11の光軸が正対し成す角が0度の場合は、上下左右光軸マーカ144L,144R,145L,145RがCCDカメラ32の視野中心に写り、傾くに従って視野中心からずれた位置に写ることになる。
In such a state, since the surface of the
この場合、この傾き角と、CCDカメラ32の視野中心から上下左右光軸マーカ144L,144R,145L,145Rとが写っている位置までの距離とは比例するので、次のような関係になる。
In this case, the inclination angle is proportional to the distance from the center of the field of view of the
[数2]
Δ=ε×n
Δ:傾き角
n:CCDカメラ32の視野中心から上下左右光軸マーカ144L,144R,145L,145Rの結像位置までの距離
ε:調整用結像レンズ系の画角から求められる比例係数
[Equation 2]
Δ = ε × n
Δ: Inclination angle n: Distance from the center of the field of view of the
この距離nを少なくすることで、傾き角も小さくなる。傾き角が小さくなると、図8のような二重像において、両者が重なった状態の映像となる。調整原理はこのようなものである。 By reducing the distance n, the tilt angle is also reduced. When the tilt angle is reduced, the double image as shown in FIG. The adjustment principle is like this.
なお、実際の調整において図8のような映像を用いる信号処理は上下左右光軸マーカ144L,144R,145L,145Rの区別が難しい。
そこで、シャッタ装置50により、距離センサ10のレンズ11L,11Rの左右どちらか一方の映像を遮蔽して左側の上下方向光軸マーカ144Lおよび左右方向光軸マーカ145Lと、右側の上下方向光軸マーカ144Rおよび左右方向光軸マーカ145Rと、の映像を分離し左右別々に取り込むことで対処する。
In actual adjustment, it is difficult to distinguish the upper, lower, left, and right
Therefore, the shutter device 50 shields the left and right images of the
調整方法であるが、まず、調整システム100の専用治具に距離センサ内蔵装置(カメラ)20を設置する(図7のステップS11)。このとき、図示しない調整システム100の基準面および距離センサ内蔵装置(カメラ)20の基準面により、調整システム100に対する距離センサ内蔵装置(カメラ)20の撮影レンズ23の位置と方向を合わせる。専用治具上には、予め視認装置30、照明装置40、シャッタ装置50が配置されており、距離センサ内蔵装置(カメラ)20を設置すれば、以下の操作により距離センサ内蔵装置(カメラ)20の仕様に合わせて任意の設定距離で撮影レンズ23と距離センサ10の臨み方向を一致させることができる。なお、この時点で、視認装置30の調整用結像レンズ31およびCCDカメラ32の光軸方向は、距離センサ10の基準となる臨み方向とほぼ一致している。
In the adjustment method, first, the distance sensor built-in device (camera) 20 is installed in a dedicated jig of the adjustment system 100 (step S11 in FIG. 7). At this time, the position and direction of the photographing
続いて照明装置40がプレートビームスプリッタ43に向かって照明光を照射するとプレートビームスプリッタ43で反射して方向を変え距離センサ10に向かってビーム状の照明光が到達する(図7のステップS11)。ここに距離センサ10が臨む方向とプレートビームスプリッタ43からの反射光の方向とは略一致している。
Subsequently, when the
次にシャッタ装置50を切り替えて(ステップS12)、CCDカメラ32によって右側の上下方向光軸マーカ144Rおよび左右方向光軸マーカ145Rの映像を取り込む(ステップS13)。図9のように右のレンズ越しに見える映像を観察する。
同様にシャッタ装置50を切り替えて(ステップS14)、CCDカメラ32によって左側の上下方向光軸マーカ144Lおよび左右方向光軸マーカ145Lの映像を取り込む(ステップS15)。図10のように左のレンズ越しに見える映像を観察する。
Next, the shutter device 50 is switched (step S12), and the image of the right vertical
Similarly, the shutter device 50 is switched (step S14), and the image of the left vertical
この場合、上下左右光軸マーカ144L,144R,145L,145RはCCDカメラ32の画面内で左右別々の座標値をもつので、2つの映像を別途画像処理して左右それぞれに上下光軸マーカの中心位置YiR,YiLと左右光軸マーカの中心位置XiR,XiLを求める。これら中心位置を次式のように平均して左右の中心位置を算出し、距離センサ10の臨み方向に相当する座標(Xc,Yc)を得る(ステップS16)。
In this case, the vertical and horizontal
[数3]
Xc=(XiL+XiR)/2
Yc=(YiL+YiR)/2
[Equation 3]
Xc = ( XiL + XiR ) / 2
Y c = (Y iL + Y iR ) / 2
次にこの座標(Xc,Yc)とCCDカメラ32の基準中心座標(X0,Y0)から、次式で示すように、上下方向・左右方向のズレ量を得て左右方向と上下方向の傾きズレ角(Δx,Δy)を求める(ステップS17)。
Next, from the coordinates (X c , Y c ) and the reference center coordinates (X 0 , Y 0 ) of the
[数4]
Δx=ε×(Xc−Xo)
Δy=ε×(Yc−Yo)
[Equation 4]
Δx = ε × (X c −X o )
Δy = ε × (Y c −Y o )
そして、求められた上下方向傾きズレ角Δyと左右方向傾きズレ角Δxの値が規格以内でなければ(ステップS18でNO)、距離センサ10の左右アオリ調整機構21、上下アオリ調整機構22を上記(Xc,Yc)だけ移動させるように調整して方向を合わせる(ステップS19)。その後もう一度距離センサ10の臨み方向を測定し(ステップS12〜18)、臨み方向の傾きズレ角Δが規格未達成であれば(ステップS18でNO)規格の精度を満たすまで先の手順に沿って複数回測定と調整とを繰り返す。
If the calculated values of the vertical inclination angle Δy and the horizontal inclination angle Δx are not within the specifications (NO in step S18), the left / right
距離センサ10の臨み方向調整が規格を満たしたら(ステップS18でYES)、距離センサ10の左右アオリ調整機構21、上下アオリ調整機構22をロックして(ステップS20)、調整を完了する(ステップS21)。最後に、専用治具から距離センサ内蔵装置(カメラ)20を取り外して一連の作業を終了する(ステップS22)。
なお、上記処理において、ステップS12,S13と、ステップS14,S15と、を交換して左→右の順で映像処理を行っても良い。
If the facing direction adjustment of the distance sensor 10 satisfies the standard (YES in step S18), the left / right
In the above processing, the video processing may be performed in the order of left → right by exchanging steps S12 and S13 and steps S14 and S15.
以上本発明の距離センサ、距離センサ内蔵装置および距離センサ臨み方向調整方法について説明した。本明細書では特に距離センサ内蔵装置がカメラである場合を例に挙げて説明したが、カメラ以外でも距離センサを内蔵する装置(ロボット等)に採用することができる。 The distance sensor, the distance sensor built-in device, and the distance sensor facing direction adjustment method of the present invention have been described above. In this specification, the case where the device with a built-in distance sensor is a camera has been described as an example. However, a device other than a camera (such as a robot) that incorporates a distance sensor can be used.
また、距離センサ臨み方向調整方法で用いる調整システムは、調整量を自動的に計算できるものであり、調整量を図示しない表示部に数値表示して調整量を確認できる。また、左右アオリ調整機構21、上下アオリ調整機構22にアクチュエータを結合し、視認装置からの信号を制御部が受けてアクチュエータにより左右アオリ調整機構21、上下アオリ調整機構22を調整させるような閉ループフィードバック制御を行えば、測定から調整まで自動化することも可能である。
The adjustment system used in the distance sensor facing direction adjustment method can automatically calculate the adjustment amount, and the adjustment amount can be confirmed by numerically displaying the adjustment amount on a display unit (not shown). In addition, an actuator is coupled to the left / right
また、距離センサ、距離センサ内蔵装置および距離センサ臨み方向調整方法の一例を挙げたが基本的な構成が同じであれば、部分的な配置やミラーなどの構成が異なっても実現可能であるため、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜構成を変えることは可能である。 Also, examples of the distance sensor, the distance sensor built-in device, and the distance sensor facing direction adjustment method are given. However, if the basic configuration is the same, it can be realized even if the partial arrangement or the configuration of the mirror is different. The configuration can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention.
11:レンズユニット
11L:左レンズ
11R:右レンズ
12:絞り
12L:左絞り孔
12R:右絞り孔
13:パッケージ
14:センサチップ
15:リード
16:ワイヤ
20:距離センサ内蔵装置(カメラ)
21:左右アオリ調整機構
22:上下アオリ調整機構
23:撮影レンズ
24:筐体ユニット
30:視認装置
31:調整用結像レンズ
32:CCDカメラ
40:照明装置
41:照明光源
42:集光投影レンズ
43:プレートビームスプリッタ
50:シャッタ装置
100:調整システム
144L,144R:上下方向光軸マーカ
145L,145R:左右方向光軸マーカ
11:
21: Left / right tilt adjustment mechanism 22: Vertical tilt adjustment mechanism 23: Shooting lens 24: Housing unit 30: Viewing device 31: Adjustment imaging lens 32: CCD camera 40: Illumination device 41: Illumination light source 42: Condensing projection lens 43: Plate beam splitter 50: Shutter device 100:
Claims (6)
前記センサチップは、
左側ラインイメージセンサの周囲に設けられた左側光軸マーカと、
右側ラインイメージセンサの周囲に設けられた右側光軸マーカと、
を備えることを特徴とする距離センサ。 In a phase difference detection type distance sensor using a sensor chip in which a left line image sensor and a right line image sensor that are paired on the left and right are integrally formed,
The sensor chip is
A left optical axis marker provided around the left line image sensor;
A right optical axis marker provided around the right line image sensor;
A distance sensor comprising:
前記左側光軸マーカは、上下中心を規定する左側上下方向光軸マーカと、左右中心を規定する左側左右方向光軸マーカと、からなり、
前記右側光軸マーカは、上下中心を規定する右側上下方向光軸マーカと、左右中心を規定する右側左右方向光軸マーカと、からなることを特徴とする距離センサ。 The distance sensor according to claim 1,
The left optical axis marker consists of a left vertical direction optical axis marker that defines a vertical center, and a left horizontal direction optical axis marker that defines a horizontal center,
The right optical axis marker comprises a right up / down direction optical axis marker defining a vertical center and a right / left direction optical axis marker defining a left / right center.
距離センサの上下方向の角度を調整する上下アオリ調整機構と、
距離センサの左右方向の角度を調整する左右アオリ調整機構と、
を備え、距離センサの上下左右の角度を調整可能とすることを特徴とする距離センサ内蔵装置。 A distance sensor built-in device incorporating the distance sensor according to claim 1 or 2,
A vertical tilt adjustment mechanism that adjusts the vertical angle of the distance sensor;
A left and right tilt adjustment mechanism that adjusts the angle of the distance sensor in the left and right direction;
A device with a built-in distance sensor, characterized in that the vertical and horizontal angles of the distance sensor can be adjusted.
距離センサの左側のレンズ越しに見える左側光軸マーカの映像のみを用いて左側光軸マーカの位置情報を算出し、
距離センサの右側のレンズ越しに見える右側光軸マーカの映像のみを用いて右側光軸マーカの位置情報を算出し、
左側光軸マーカおよび右側光軸マーカの位置情報から距離センサの臨み方向を求め、
基準臨み方向に対する距離センサの実際の臨み方向ズレを定量化し、これを用いて上下アオリ調整機構および左右アオリ調整機構を調整して距離センサの臨み方向を修正することを特徴とする距離センサ臨み方向調整方法。 A distance sensor facing direction adjustment method in the distance sensor built-in device according to claim 3,
Calculate the position information of the left optical axis marker using only the image of the left optical axis marker that can be seen through the lens on the left side of the distance sensor.
Calculate the position information of the right optical axis marker using only the image of the right optical axis marker that can be seen through the right lens of the distance sensor,
Find the facing direction of the distance sensor from the position information of the left optical axis marker and the right optical axis marker,
The distance sensor viewing direction characterized by quantifying the actual viewing direction deviation of the distance sensor with respect to the reference viewing direction and using this to adjust the vertical tilt adjustment mechanism and the horizontal tilt adjustment mechanism to correct the facing direction of the distance sensor. Adjustment method.
距離センサの左右のレンズ前方に配置され、一方のレンズを遮蔽するとともに他方のレンズを開放するシャッタと、
シャッタ越しに、左側ラインイメージセンサ用の左側光軸マーカと、右側ラインイメージセンサ用の右側光軸マーカと、を交互に撮像する撮像装置と、
を備え、
シャッタにより開放された距離センサの左側のレンズ越しに見える左側光軸マーカの映像のみを用いて左側光軸マーカを撮像装置が撮像し、
シャッタにより開放された距離センサの右側のレンズ越しに見える右側光軸マーカの映像のみを用いて右側光軸マーカを撮像装置が撮像し、
撮像により得た画像情報に基づいて左側光軸マーカおよび右側光軸マーカの位置情報を算出することを特徴とする距離センサ臨み方向調整方法。 The distance sensor facing direction adjustment method according to claim 4,
A shutter that is disposed in front of the left and right lenses of the distance sensor, shields one lens and opens the other lens;
An imaging device that alternately images the left optical axis marker for the left line image sensor and the right optical axis marker for the right line image sensor through the shutter;
With
The imaging device images the left optical axis marker using only the image of the left optical axis marker that can be seen through the left lens of the distance sensor opened by the shutter,
The imaging device images the right optical axis marker using only the image of the right optical axis marker that can be seen through the right lens of the distance sensor opened by the shutter,
A distance sensor facing direction adjustment method, wherein position information of a left optical axis marker and a right optical axis marker is calculated based on image information obtained by imaging.
撮像装置とシャッタとの間に配置されるスプリッタと、
光を発する照明装置と、
を備え、照明装置からの光をスプリッタで反射させてシャッタを介して左側ラインイメージセンサまたは右側ラインイメージセンサへ到達させて照明することを特徴とする距離センサ臨み方向調整方法。 The distance sensor facing direction adjustment method according to claim 5,
A splitter disposed between the imaging device and the shutter;
A lighting device that emits light;
A distance sensor facing direction adjustment method comprising: irradiating light from a lighting device by reflecting it with a splitter and reaching a left line image sensor or a right line image sensor via a shutter.
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JP2011154721A (en) * | 2008-03-18 | 2011-08-11 | Panasonic Corp | Driver monitoring apparatus, driver monitoring method, and vehicle |
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