JP2016008875A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】距離測定ユニットを複数配置した場合であっても高い距離精度が得られ高解像度を実現できる距離測定装置を提供する事。
【解決手段】複数の距離測定手段と、前記複数の距離測定手段の距離測定の開始のタイミングを制御する制御手段と、前記複数の距離測定手段から出力される距離画像を合成する距離画像合成手段を備え、前記複数の距離測定手段は、光源と、対象物からの反射光を受光し受光するまでの時間を検出する受光部と、前記受光部が検出した時間に基づいて前記対象物までの距離情報を有する距離画像を生成する距離画像生成部を具備し、前記複数の距離測定手段の各々の検出領域の一部が、他の距離測定手段の一つと重なるように配置され、前記制御手段は、前記複数の距離測定手段の夫々の距離測定の開始のタイミングを、当該距離測定を行う距離測定手段の検出領域と一部が重なる他の距離測定手段が距離測定を実施していないときとする事を特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の距離測定手段を備えた距離測定装置に関する。

距離測定装置として、変調した光を対象空間に照射し、対象空間に存在する対象物から反射してくる光との位相差から対象物までの距離を求め、各画素の値が距離を表す二次元の距離画像を生成する距離画像センサを用いたものが知られている。
ここで、距離測定のエリアを広げるには、広角のレンズを取り付けることが考えられる。しかしながら、一般に距離測定装置に用いられている距離画像センサの画素数は少ないため、広角のレンズを付けて得られる距離画像の空間分解能が十分なものでなくなってしまい、物体の細かい形状、または物体の小さな動きを検出することができなくなってしまう。
また、測定エリア全体を照射する必要があるため、投光する光も広げる必要があり、測定エリアを一様に照射するためのレンズが必要となるが、そのようなレンズは高価なものとなってしまう。
さらには光を広げた分だけ対象物に届く光量は低下してしまう。そのため反射して戻ってくる光も低下してしまい、距離画像センサにおいてはＳ／Ｎが低下してしまい、得られる距離精度が悪くなってしまう。

そのため、距離測定装置を複数並べ、各距離測定装置が出力する距離画像を合成し高解像度の画像を生成することが考えられる。
このとき、各距離測定装置を並べるに当たっては、各距離測定装置が出力する距離画像の一部が、他の距離測定装置が出力する距離画像とオーバーラップするように各距離測定装置を配置する。
このような構成とすることにより、ある距離測定装置が出力する距離画像の一部と、他の距離測定装置が出力する距離画像の一部には同じ画像が現れるようになるので、合成あたってこの画像の同じ部分が重なるようにして一つの画像を生成する。

ここで特許文献１（特開２０１２−２４７２２６号公報）には、広い画角を実現するために、複数のカメラユニットを備えた距離画像カメラが開示されている。この距離画像カメラでは、各カメラユニットから取得する距離画像の周辺が、他のカメラユニットによって取得される距離画像とオーバーラップするように、各カメラユニットを配置し、各カメラユニットによって取得される距離画像を合成する方法が開示されている。

しかしながら、ある距離測定装置（カメラユニット）の測定範囲と他の距離測定装置の測定範囲がオーバーラップしているため、ある距離測定装置のオーバーラップしている部分の距離測定において他の距離測定装置が投光した光による距離測定に影響する点については記載されていない。

また、各カメラユニットの赤外光の発光タイミングについては記載されておらず、あるカメラユニットが発する赤外光が他のカメラユニットの距離データ生成に影響を与え、距離データの精度低下を招くことについては考慮されていない。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、距離測定ユニットを複数配置した場合であっても高い距離精度が得られ、高解像度を実現できる距離測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る距離測定装置は、複数の距離測定手段と、前記複数の距離測定手段の距離測定の開始のタイミングを制御する制御手段と、前記複数の距離測定手段から出力される距離画像を合成する距離画像合成手段と、を備える距離測定装置であって、前記複数の距離測定手段は、変調した光を対象空間に照射する光源と、該対象空間に存在する対象物からの反射光を受光し、受光するまでの時間を検出する二次元状に配置された複数の受光素子を有する受光部と、前記受光部の各受光素子が検出した時間に基づいて前記対象物までの距離情報を有する二次元の距離画像を生成する距離画像生成部と、を具備し、前記複数の距離測定手段の各々の検出領域の一部が、他の距離測定手段の少なくともいずれか一つと重なるように配置され、前記制御手段は、前記複数の距離測定手段のそれぞれの距離測定の開始のタイミングを、当該距離測定を行う距離測定手段の検出領域と一部が重なる他の距離測定手段が距離測定を実施していないときとなるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、距離測定ユニットを複数配置した場合であっても高い距離精度が得られ、高解像度を実現できる距離測定装置を提供することができる。

本発明に係る距離測定装置の第１の実施形態における全体構成を示すブロック図である。 本発明に係る距離測定装置の第１の実施形態における配置関係を説明するための要部の概略構成図である。 本発明に係る距離測定装置における距離測定ユニットの構成の一例を示すブロック図である。 照射光と反射光の一例を示すグラフである。 本発明に係る距離測定装置の一実施の形態における制御フローを示す図である。 本発明に係る距離測定装置の第２の実施形態における配置関係を説明するための要部の概略構成図である。

本発明に係る距離測定装置は、複数の距離測定手段（１１，１２，１５）と、前記複数の距離測定手段の距離測定の開始のタイミングを制御する制御手段（１３）と、前記複数の距離測定手段から出力される距離画像を合成する距離画像合成手段（１４）と、を備える距離測定装置であって、前記複数の距離測定手段は、変調した光を対象空間に照射する光源（３２）と、該対象空間に存在する対象物（３５）からの反射光を受光し、受光するまでの時間を検出する二次元状に配置された複数の受光素子を有する受光部（３３）と、前記受光部の各受光素子が検出した時間に基づいて前記対象物までの距離情報を有する二次元の距離画像を生成する距離画像生成部（３４）と、を具備し、前記複数の距離測定手段の各々の検出領域の一部が、他の距離測定手段の少なくともいずれか一つと重なるように配置され、前記制御手段は、前記複数の距離測定手段のそれぞれの距離測定の開始のタイミングを、当該距離測定を行う距離測定手段の検出領域と一部が重なる他の距離測定手段が距離測定を実施していないときとなるように制御することを特徴とする。
このように本発明に係る距離測定装置では、ある距離測定装置（距離測定ユニット）の距離測定を行うにあたり、他の距離測定装置の距離測定が終了したのちに光の投光を行うようにすることで、高い距離精度が得られ、高解像度を実現することができる。

次に、本発明に係る距離測定装置についてさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

＜第１の実施形態＞
本発明に係る距離測定装置の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る距離測定装置の第１の実施形態における全体構成を示すブロック図である。図１に示すように本発明の距離測定装置は２つの距離測定ユニット（第１の距離測定ユニット１１、第２の距離測定ユニット１２：複数の距離測定手段）と、前記距離測定ユニットを制御するための制御手段である制御部１３と、前記距離測定ユニットのそれぞれが出力する距離画像を合成して一枚の距離画像を生成する距離画像合成手段である距離画像合成部１４を備える。
図１の距離測定ユニットは、光を照射して、測定対象物で反射して戻ってきた光から対象物までの距離を示す距離画像を生成するユニットである。

図２は本発明に係る距離測定装置の第２の実施形態における配置関係を説明するための要部の概略構成図である。図２に示すように図１の２つの距離測定ユニット（第１の距離測定ユニット１１、第２の距離測定ユニット１２）は、検出領域（第１の検出領域２１，第２の検出領域２２）においてｘ方向の一部がオーバーラップする（重なる）ように、ｘ方向に並んで配置されている。このような構成とすることにより、空間分解能を低下させずにｘ方向の測定エリアを広げることが可能となる。

次に、本発明に係る距離測定装置における距離測定ユニットの構成の一例を図３にブロック図で示す。図３に示すように距離測定ユニット（第１の距離測定ユニット１１、第２の距離測定ユニット１２）は光源３２、距離画像センサ３３、センサ制御部３１、距離画像生成部３４により構成され、対象物３５までの距離を測定する。
図３の光源３２は測定対象物３５が存在する空間（対象空間）に対して変調した赤外光もしくは可視光を照射する。光源３２が照射する光は正弦波、または矩形波に変調したものである。光源３２としては、発光ダイオード、半導体レーザ等が挙げられる。

図３の結像レンズ３６は、光源３２から照射された光が測定対象物３５で反射されて戻ってくる光を結像して、距離画像センサ３３へ導く。
図３の距離画像センサ３３は、光源３２から照射された光が測定対象物３５で反射されて戻ってくる光を受光し、照射時と受光時の位相差情報を生成する複数の受光素子を有する受光部であり、この複数の受光素子が二次元状に配列されているものである。

ここで、図４に照射光と反射光の一例をグラフに示す。
図４に示すように矩形波変調した光を照射すると、測定対象物３５の距離に応じて、図４に示すΦだけずれた反射光が戻ってくる。距離画像センサ３３はこのΦを各素子ごとに求めている。

図３の距離画像生成部３４は、距離画像センサ３３から出力される複数の位相情報をもとに距離情報を算出し、距離画像として出力する。また、同時に距離画像生成が終了したことを示すｅｎｄ信号を出力する。
図３のセンサ制御部３１は、距離測定ユニット（第１の距離測定ユニット１１，第２の距離測定ユニット１２，後述する第３の距離測定ユニット１５）の制御をつかさどる。具体的には、ｓｔａｒｔ信号を受信すると、光源３２に光の照射の指示を出し、また距離画像センサ３３に位相情報生成の指示を出す。さらに、センサ制御部３１は距離画像生成部３４に距離画像生成の指示を出す。

図１に戻り、さらに説明を続ける。図１の距離画像合成部１４は、第１の距離測定ユニット１１及び第２の距離測定ユニット１２から出力される距離画像を合成して合成画像を生成する。合成画像を生成するにおいては、第１の距離測定ユニット１１の検出領域（第１の検出領域２１）と第２の距離測定ユニット１２の検出領域（第２の検出領域２２）の一部がオーバーラップしていることを利用する。すなわち、第１の距離測定ユニット１１が出力する第１の距離画像と第２の距離測定ユニット１２が出力する第２の距離画像のそれぞれに同じ画像パターンとなっている部分があるので、その部分が一致するようにして一つの距離画像に合成を行う。

図１の制御部１３は、第１の距離測定ユニット１１、第２の距離測定ユニット１２の距離測定開始タイミングの制御を行う。制御としては、まず第１の距離測定ユニット１１へ距離測定開始を指示するためにｓｔａｒｔ１信号を送る。そして第１の距離測定ユニット１１での距離測定が終了しｅｎｄ１信号が送られてきたら、次に第２の距離測定ユニット１２へ距離測定開始を指示するためにｓｔａｒｔ２信号を送る。そして第２の距離測定ユニット１２での距離測定が終了しｅｎｄ２信号が送られてきたら、再び第１の距離測定ユニット１１へ距離測定開始を指示するためにｓｔａｒｔ１信号を送る。このように交互に距離測定を行うこと（互いに検出領域が重なる２つの距離測定ユニットの場合、一方の距離測定の際には他方は距離測定を実施しないこと）により、一方の距離測定を行っている時に、他方の距離測定による反射光の影響がなくなるので距離測定精度の低下を防ぐことが可能となる。

次に、図５を参照しながら本発明に係る距離測定装置の制御フローの一例について説明する。図５は本発明に係る距離測定装置の一実施の形態における制御フローを示す図である。以下にステップ１（Ｓ１）からステップ７（Ｓ７）まで順に説明する。
なお、以下に示す実施形態においては図２に示すように、第１の距離測定ユニット１１の検出領域（第１の検出領域２１）と、第２の距離測定ユニット１２の検出領域（第２の検出領域２２とは）一部が重複しているものである。

（ステップ１：Ｓ１）
先ず、制御部１３から第１の距離測定ユニット１１へ距離測定の開始を指示するｓｔａｒｔ１信号を送信する。
これにより第１の距離測定ユニット１１では光源３２から光を照射し、反射してきた反射光から距離画像センサ３３及び距離画像生成部３４にて距離画像の生成を行う。
（ステップ２：Ｓ２）
次に、第１の距離測定ユニット１１の距離測定の終了を示すｅｎｄ１信号が送られてくるのを待つ。そして、ｅｎｄ１信号が送られてきたら、第１の距離測定ユニット１１の距離測定が終了したので次にステップ３に進む。
（ステップ３：Ｓ３）
ｅｎｄ１信号と同時に第１の距離画像が出力されているので、その第１の距離画像を合成画像合成部１４にて保持する。

（ステップ４：Ｓ４）
そしてしかる後に、制御部１３から第２の距離測定ユニット１２へ距離測定を開始を指示するｓｔａｒｔ２信号を送信する。
これにより第２の距離測定ユニット１２では光源３２から光を照射し、反射してきた反射光から距離画像センサ３３及び距離画像生成部３４にて距離画像の生成を行う。
（ステップ５：Ｓ５）
第２の距離測定ユニット１２の距離測定の終了を示すｅｎｄ２信号が送られてくるのを待つ。ｅｎｄ２信号が送られてきたら、距離測定ユニット１２の距離測定が終了したので次のステップ６に進む。
（ステップ６：Ｓ６）
ｅｎｄ２信号と同時に第２の距離画像が出力されているので、その第２の距離画像と、保存されている第１の距離画像を合成して合成画像を生成する。

（ステップ７：Ｓ７）
引き続き、距離画像の取得を行う場合はステップ１に戻って同様のステップを繰り返し、距離測定が全て終了するまで行う。

以上のように、第１の距離測定ユニット１１による距離測定と、第２の距離測定ユニット１２による距離測定とを順次行うことにより、他方が照射した光の影響を受けないので、測定距離精度の低下を防ぐことが可能となる。

＜第２の実施形態＞
また、図６は本発明に係る距離測定装置の第２の実施形態における配置関係を説明するための要部の概略構成図である。図６では、距離測定ユニット（第１の距離測定ユニット１１、第２の距離測定ユニット１２、第３の距離測定ユニット１５）を３つＸ方向に並べた場合の配置の例を示す。図６に示すように３つの距離測定ユニットを並べた場合は、第１の検出領域２１と第３の検出領域２３はオーバーラップするところ（重なるところ）がないので、距離測定を同時に行っても他方に影響を与えることがない。このため、第１の距離測定ユニット１１による距離測定と第３の距離測定ユニット１５による距離測定は同時に行って、第２の距離測定ユニット１２による距離測定はその後に行うことも可能であり、測定時間短縮となるため好ましい。

図２および図６では、いずれもＸ方向に距離測定ユニットを並べた場合について述べたが、Ｙ方向に並べた場合においても同様に制御することにより、距離精度の低下を防ぐことが可能となる。

以上の各実施形態で説明したように、本発明に係る距離測定装置によれば、距離測定ユニットを複数配置した場合であっても高い距離精度が得られ、高解像度を実現できることがわかった。

１０ 距離測定装置
１１ 第１の距離測定ユニット
１２ 第２の距離測定ユニット
１３ 制御部
１４ 距離画像合成部
１５ 第３の距離測定ユニット
２１ 第１の測定エリア
２２ 第２の測定エリア
２３ 第３の測定エリア
３１ センサ制御部
３２ 光源
３３ 距離画像センサ
３４ 距離画像生成部
３５ 対象物
３６ 結像レンズ

特開２０１２−２４７２２６号公報

Claims (2)

1. 複数の距離測定手段と、
   前記複数の距離測定手段の距離測定の開始のタイミングを制御する制御手段と、
   前記複数の距離測定手段から出力される距離画像を合成する距離画像合成手段と、
   を備える距離測定装置であって、
   前記複数の距離測定手段は、変調した光を対象空間に照射する光源と、該対象空間に存在する対象物からの反射光を受光し、受光するまでの時間を検出する二次元状に配置された複数の受光素子を有する受光部と、前記受光部の各受光素子が検出した時間に基づいて前記対象物までの距離情報を有する二次元の距離画像を生成する距離画像生成部と、を具備し、
   前記複数の距離測定手段の各々の検出領域の一部が、他の距離測定手段の少なくともいずれか一つと重なるように配置され、
   前記制御手段は、前記複数の距離測定手段のそれぞれの距離測定の開始のタイミングを、当該距離測定を行う距離測定手段の検出領域と一部が重なる他の距離測定手段が距離測定を実施していないときとなるように制御することを特徴とする距離測定装置。
2. 前記制御手段は、前記複数の距離測定手段のうち検出領域が重ならない距離測定手段の距離測定の開始のタイミングが同時となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。