CN115508846A

CN115508846A - 测距装置、测距系统

Info

Publication number: CN115508846A
Application number: CN202210677271.5A
Authority: CN
Inventors: 佐藤裕之; 天田琢
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2022-12-23
Also published as: US20220413107A1; JP2023002982A; EP4109129A1

Abstract

本发明涉及测距装置及测距系统，其目的在于在装置大小受到限制的情况下提高测距精度。本发明提供的测距装置具备：多个光投射部(21)，用于在测量对象的范围内照射光；多个光接受部(30)，用于接受位于所述测量对象的范围内的对象物所反射的光；以及测距控制部，用于根据所述多个光投射部投射光的时间和所述多个光接受部接受光的时间，计算与所述对象物的距离，所述多个光接受部的数量比所述多个光投射部的数量多。

Description

测距装置、测距系统

技术领域

本发明涉及测距装置及测距系统。

背景技术

被称为TOF(飞行时间)方式是测量摄像装置到被摄体之间距离的测距方法之一。该方法向被摄体照射测距光，根据该测距光的反射光的时间差计算距离。具体而言，将以规定照射模式进行了强度调制的红外线测距光照射被摄体之后，以红外线用的摄像元件接收被摄体反射的测距光，通过照射模式检测每个像素从照射光到接受光的时间差，计算距离。而后按像素以位图形式构成求出的距离值的图，作为“距离图像”保存。这种方式的距离图像生成装置(测距装置)被称为TOF相机。

例如，专利文献1(JP特开2019-159284号公报)公开了用多个传感器和照相机一次取得全方位三维信息的全天球摄像装置的测距装置。

但是，在专利文献1中公开的技术方案中测距精度还有待改善。

发明内容

本发明是鉴于上述问题提出的技术方案，其目的在于在装置大小受到限制的情况下提高测距精度。

为了解决上述问题，达到本发明的目的，本发明提供一种测距装置，其特征在于，具备：多个光投射部，用于在测量对象的范围内照射光；多个光接受部，用于接受位于所述测量对象的范围内的对象物所反射的光；以及测距控制部，用于根据所述多个光投射部投射光的时间和所述多个光接受部接受光的时间，计算与所述对象物的距离，所述多个光接受部的数量比所述多个光投射部的数量多。

本发明的效果在于，通过光接受部的数量多于投射部的数量，可以在于在装置大小受到限制的情况下，提高投射部的投射光强度，延长光接受部的焦点距离，从而提高测距精度。

附图说明

图1-1是第一实施方式涉及的摄像装置的外观立体图。

图1-2是摄像装置内部结构的剖视图。

图1-3是摄像装置中快门按钮附近的放大立体图。

图2是摄像装置内壁的示意图。

图3是电池盒的示意图。

图4是快门按钮的剖视图。

图5是快门按钮附近的示意图。

图6是快门按钮附近的剖视图。

图7-1是VCSEL光投射单元的斜视图。

图7-2是VCSEL光学系统的截面图。

图7-3是VCSEL光投射单元配置的示意图。

图8是CMOS光接受单元的剖视图。

图9-1是通过CMOS基板连接两个CMOS光接受单元的示意图。

图9-2是CMOS基板配置的示意图。

图10是CMOS光接受单元以及VCSEL光投射单元的配置的示意图。

图11-1是TOF光接受单元外观的斜视图。

图11-2是TOF光接受单元内部构成的斜视图。

图11-3是TOF光接受单元的内部结构一部分欠缺情况下的示意图。

图12-1是TOF光学系统的配置关系的示意图。

图12-2是TOF光学系统的配置关系的示意图。

图13是VCSEL光投射单元和TOF光接受单元的平面图。

图14是VCSEL光学系统和TOF光学系统的位置关系的示意图。

图15是VCSEL光学系统和TOF光学系统的位置关系的比较例的示意图。

图16是VCSEL光学系统视角的示意图。

图17是摄像装置的硬件结构框图。

图18是摄像装置的功能结构框图。

图19是第二实施方式的摄像装置的光学系统部分的放大示意图。

图20是VCSEL光学系统视角的示意图。

具体实施方式

以下参照附图，详细说明测距装置及测距系统的实施方式。

<第一实施方式>

图1-1是第一实施方式涉及的摄像装置100的外观立体图，图1-2是摄像装置100的内部剖视图，图1-3是放大显示摄像装置100中快门按钮62附近的立体图。摄像装置100是TOF方式的测距装置。

如图1-1至图1-3所示，摄像装置100具备VCSEL(垂直腔面发射激光器)投射单元21、TOF光接受单元61、CMOS(互补金属氧化物半导体)光接受单元30、基板(CMOS基板35、VCSEL基板22F及22B、主板41)、风扇38。

VCSEL光投射单元21以被摄体测距为目的，向成为测定对象的物体照射测距光(红外光等)。VCSEL光投射单元21由两个VCSEL光投射单元21(VCSEL光投射单元21F和21B)构成，详细情况将在后面叙述(参见图5)。

TOF光接受单元61接收来自VCSEL光投射单元21照射的测距光受到物体反射的反射光(散射光)，取得三维点群数据。

CMOS光接受单元30通过CMOS传感器33(参见图8)取得二维图像。

基板(CMOS基板35、VCSEL基板22F和22B、主板41)是用于驱动/控制VCSEL光投射单元21、TOF光接受单元61以及CMOS光接受单元30的基板。基板(CMOS基板35、VCSEL基板22F及22B、主板41)分别与VCSEL光投射单元21、TOF光接受单元61、CMOS光接受单元30通过电缆、FPC、FFC等连接。

风扇38设置在摄像装置100的内部，通过产生强制对流来冷却摄像装置100的内部。

在此说明摄像装置100所具备的多个基板(CMOS基板35、VCSEL基板22F及22B、主板41)的排列。

如图1-2所示，CMOS基板35被设置为夹在两张VCSEL基板22F和22B之间沿Z轴方向排列。摄像装置100的整体控制/驱动用的主板41也被设置为以平行于上述三张基板的状态排列。主板41被配置在VCSEL基板22B的外侧，即-Z一方，靠近后盖12。

通过上述构成，可以把VCSEL基板22F及22B、CMOS基板35、主板41共计四张基板合理地布置在摄像装置100内部，避免浪费摄像装置100内部的空间。其结果，可以使VCSEL基板22F及22B、CMOS基板35、主板41的四张基板的排列方向，即Z轴方向的尺寸小型化。由于VCSEL基板22F及22B、CMOS基板35、主板41的四张基板以相互平行的方式配置，因此可以在不会遮挡摄像装置100内部自然对流和风扇38产生的强制对流的情况下产生沿着基板的气流，减少装置内部温度偏差的发生。进而，由于来自后述的设于外罩部件上的通气口的空气的流入/流出，或通过外罩部件向外排出的空气的散热(热传递)的排热效率提高，因此能够减少装置内部温度上升的发生。

另外，如图1-1至图1-3所示，摄像装置100具备收纳电池18a、18b的电池盒68a、68b(参见图3)、快门按钮62、操作开关单元17。

快门按钮62由用户操作，用于决定CMOS光接受单元30的摄影时机。

操作开关单元17由用户操作，用于进行摄像装置100的电源ON/OFF的切换和动作模式的切换。

进而，如图1-1至图1-3所示，摄像装置100具备用于保持上述各部件的前盖11、后盖12、左盖13、右盖14、电池盖15a、15b、底板16、内壁10等外罩部件(参见图2)。

如图1-1所示，摄像装置100为了防止摄影时发生抖动，在底板16(-X一方)上设有用于固定三脚架等的螺孔19。把三脚架等固定在螺孔19中的摄像装置100进行拍摄，与用户把持摄像装置100进行拍摄相比，更能够获得稳定的图像。而摄像装置100固定在三脚架等上时远程操作更加有效。

在此说明作为摄像装置100的外罩部件一部分的内壁10。图2是一例内壁10的示意图。

如图2所示，内壁10连接前盖11和后盖12。像以往那样，仅靠外罩部件(外装)，由于是单体构造，所以刚性容易降低，但在本实施方式的摄像装置100中，通过用内壁10连接前盖11和后盖12，可以提高刚性。

接下来说明电池盒68a、68b。图3是一例电池盒68a、68b的示意图。

如图3所示，摄像装置100在其内部内置电池18a及18b。因此，摄像装置100能够减轻携带和摄影作业的负担。摄像装置100的内壁10的两个侧面(+Y一方的面及-Y一方的面)固定安装了电池盒68a及68b的电池电路基板67。电池盒68a及68b收纳电池18a及18b。

卸下摄像装置100的图1-1所示的电池盖15a、15b，可以在Y轴方向装卸电池18a及18b，因此方便进行电池18a及18b的更换作业。

也可以利用未图示的电源线驱动摄像装置100。优选电源线是可装卸的。这样就不需要在摄像装置100的主机中内置电池，能够减轻摄像装置100的重量和延长摄影时间。

当利用电源线驱动摄像装置100时，优选将电源线的插入口配置在比快门按钮62更靠近底部(底板16)一方(-X一方)。这样，用户的手指比电源线先对光线发现遮挡，与按动快门按钮62的用户手指等造成的死角相比，电源线造成的死角相对小。

在此说明快门按钮62。图4是快门按钮62的剖视图。

如图4所示，摄像装置100之中主板41的-Z一方的表面上设有开关69。摄像装置100的后盖12上具备与开关69同轴的快门按钮62。通过这样的构成，能够用快门按钮62直接按动开关69，减少零部件数量以及简化结构。由于可以用快门按钮62直接按动开关69，所以可以确保开关69反应。另外，在快门按钮62和开关69的位置分开的情况下，也可以通过中间部件将两者连接起来。

如图4所示，摄像装置100在主板41和快门按钮62之间具备弹簧部件63。弹簧部件63用于在用户按动快门按钮62后的开放时，将快门按钮62推回到规定位置。

接下来说明快门按钮62的配置。图5是快门按钮62附近的构成的示意图。

如图5所示，摄像装置100在由各种外罩部件(在本实施方式中为后盖12)产生死角的区域中具备快门按钮62。

具体而言，在图5所示的X-Z剖面上，来自VCSEL光投射单元21F的射出光最周外围的视角(下方；-X一方)为θa，实际上可以确保θa约为90°。另一方面，关于来自VCSEL光投射单元21B的射出光，收纳了主板41的后盖12的一部分呈向-Z一方突出的形状。为此，最外围的视角为θb，θb＜θa。因此，如图5所示，在后盖12上以箭头V表示的部位附近配置快门按钮62的情况下，最外围的视角θb的光线(射出光线B)不会受到用户手指遮挡。但是，如果快门按钮62配置在相反一方(前盖11一方)，则θa(≈90°)的光线(射出光线A)受到用户手指遮挡，视角变窄，不由选这种配置。

另外，将快门按钮62配置在TOF光接受单元61和电池18a、18b之间。这样，通过将快门按钮62配置在TOF光接受单元61和电池18a、18b之间，可以手持容纳电池18a、18b的部分(接近重心的地方)，因此能够减轻疲劳和防止抖动。

再者，还可以不通过摄像装置100的后盖12所具备的快门按钮62的按动/解除，而是通过有线或无线远程操作来决定摄影时机。摄像装置100采用这种可远程操作的构成，能够提高防抖动效果。

图6是快门按钮62附近的剖面图。如图6所示，摄像装置100在主板41的-Z一方的侧面上具备用于表示摄像装置100的工作状态的多个LED元件65(图6中为5个)。摄像装置100在后盖12上以与LED元件65的射出光轴同轴的方式具备开口部64。通过采用这样的构成，摄像装置100能够使来自LED元件65的射出光有效地从开口部64向外部射出。

摄像装置100也可以在LED元件65和开口部64之间用导光板或光纤等连接。由此，摄像装置100能够提高光利用效率。摄像装置100通过在开口部64具备透镜系统和扩散板，能够进一步提高对来自LED元件65的射出光的视认性。

接下来说明VCSEL光投射单元21。图7-1是VCSEL光投射单元21的斜视图，图7-2是VCSEL光学系统23的截面图，图7-3是一例VCSEL光投射单元21的配置的示意图。

如图7-1至图7-3所示，VCSEL光投射单元21包括VCSEL基板22、VCSEL封装24以及透镜单元26。

VCSEL封装24是将VCSEL(面发光激光器)作为发光点25的光源。透镜单元26收纳由多个透镜构成的VCSEL光学系统23。

VCSEL基板22(VCSEL基板22F、22B)以焊锡固定VCSEL封装24。而且，VCSEL基板22还用与上述发光点25以规定精度对位状态下的螺钉固定或粘接等方法固定VCSEL光学系统23(即透镜单元26)。

VCSEL基板22(VCSEL基板22F、22B)搭载用于驱动VCSEL封装24的驱动电路。为了提高从作为光源的VCSEL封装24射出的光的强度，VCSEL基板22的驱动电路中通过大电流而发热。对此，为了减小驱动电路的发热，VCSEL基板22搭载大许可电流的驱动电路，并且搭载有散热部件(例如散热片)。因此，VCSEL基板22比其它基板(CMOS基板35等)大。通过采用这样的构成，VCSEL基板22不易过热，摄像装置100能够从VCSEL光投射单元21投射大强度的光。

如图7-3所示，VCSEL光投射单元21(VCSEL光投射单元21F和21B)配置在VCSEL光学系统23的射出光轴与Z轴方向平行的方向上，并且两个VCSEL光投射单元21(VCSEL光投射单元21F和21B)相互反向配置。

VCSEL光学系统23具有鱼眼镜头功能。VCSEL光学系统23在光线不受周围部件等遮挡的情况下，通过作为多个光投射部的两个VCSEL光投射单元21F及21B，照射作为测量对象范围的全天球(4n[sr])区域。

在此，测量对象范围是指，以摄像装置100为中心时的全天球(4π[sr])区域之中，由作为多个光投射部的两个VCSEL光投射单元21F及21B所能够照射的区域。如前所述，测量对象范围对应于光线不受到VCSEL光投射单元21F及21B周围部件等遮挡的情况下的全天球(4π[sr])。而在VCSEL光投射单元21F和21B周围的部件遮挡光线的情况下，测量对象范围是整个天球的区域之中不受到光投射部周围部件遮挡的投射范围。

摄像装置100通过螺钉66a(参见图10)紧固，把VCSEL光投射单元21F和21B分别固定在前盖11和后盖12上。在螺钉紧固时，分别设置在VCSEL光投射单元21F和21B的透镜单元26上的定位部与前盖11和后盖12一方的定位部相对应地定位。由此，能够保持VCSEL光投射单元21F相对于前盖11的定位精度、以及VCSEL光投射单元21B相对于后盖12的定位精度。

通过这样的构成，可以抑制由于摄像装置100的构成部件的加工误差(尺寸误差或形状误差)、组装偏差的影响，导致来自VCSEL光投射单元21F及21B的射出光受到前盖11及后盖12等遮挡的量(光量)的偏差。其结果，摄像装置100能够避免射出光照度分布劣化。

VCSEL基板22F及22B如后述的图10所示，相互平行地配置。VCSEL基板22F和22B需要加大，以减小从VCSEL光投射单元21F和21B发射大强度的光所带来的过热。这样，通过平行配置加大了基板尺寸的VCSEL基板22F和22B，能够实现摄像装置100的小型化而VCSEL基板22F和22B之间不会相互干涉。由于VCSEL基板22F及22B以可投射作为对象测量范围的全天球的最少数量构成，因此能够实现摄像装置100小型化。

接下来说明CMOS光接受单元30。图8是CMOS光接受单元30的剖视图。

如图8所示，CMOS光接受单元30具备CMOS光学系统31、CMOS传感器基板32和透镜托架34。

CMOS光学系统31包括多个透镜及棱镜等。CMOS传感器基板32上安装CMOS传感器33。透镜托架34把CMOS光学系统31和CMOS传感器基板32作为一个整体来保持。CMOS基板32通过粘接等方法固定在透镜托架34的保持部34a上。

摄像装置100中，从外部照明或VCSEL光投射单元21射出后受到外部物体反射的散射光如图8的箭头所示地入射CMOS光学系统31，由CMOS传感器33接受光。当外部照明使用白色光光源时，CMOS传感器33能够拍摄与外部物体反射的散射光的强度相应的亮度图像和RGB图像。而当VCSEL光投射单元21发射的光受到物体反射的散射光入射CMOS光学系统31时，CMOS传感器33能够拍摄VCSEL光投射单元21射出的光的波长的亮度图像。

在此，图9-1是用CMOS基板35连接两个CMOS光接受单元30的示意图，图9-2是CMOS基板35的配置的示意图。

如图9-1所示，摄像装置100中CMOS光学系统31被配置为其光轴在与Y轴方向平行的方向上，作为多个摄像部的两个CMOS光学系统31(CMOS光接受单元30R、30L)被配置相互反向，CMOS光接受单元30R、30L的CMOS传感器基板32通过FPC等电缆与共同(1个)的CMOS基板35连接。

如图9-2所示，摄像装置100中CMOS基板35通过衬垫部件37，螺接在与左盖13螺接的托架部件36L、与未图示的右盖14螺接的托架部件36R、以及与内壁10紧固的托架部件36C上。

CMOS光学系统31具有鱼眼镜头功能。CMOS光学系统31在周围零部件等不遮挡光线的情况下，可以通过两个CMOS光接受单元30R及30L接收来自全天球(4π[sr])区域的散射光。

接下来说明CMOS光接受单元30的配置。图10是表示CMOS光接受单元30以及VCSEL光投射单元21的配置例的图。

如图1-2和图10所示，摄像装置100中CMOS光接受单元30(透镜托架34)的一部分(或全部)配置在两个VCSEL基板22F和22B之间。由此，摄像装置100能够在CMOS光学系统31的入射光轴方向(Y轴方向)实现小型化。

如图10所示，摄像装置100中CMOS光接受单元30R及30L通过螺钉66b的紧固而分别固定在右盖14及左盖13上。在螺钉紧固时，使分别设置在CMOS光接受单元30R及30L的透镜托架34上的定位部与右盖14及左盖13一方的定位部相对应而定位。由此，可以保持CMOS光接受单元30R相对于右盖14的位置对准精度以及CMOS光接受单元30L相对于左盖13的位置对准精度。

接下来说明TOF光接受单元61。在此，图11-1是TOF光接受单元61外观的斜视图，图11-2是TOF光接受单元61的内部结构的斜视图，图11-3是TOF光接受单元61的内部结构的一部分欠缺情况下的示意图。

如图11-1至图11-3所示，TOF光接受单元61为四眼结构。TOF光接受单元61具备TOF光学系统71(71A、71B、71C、71D)、TOF传感器基板74、中继基板77、托架部件78。TOF光学系统71是接受位于测量对象范围(全天球)内对象物反射的光的多个光接受部。

TOF传感器基板74上安装TOF传感器76。

中继基板77为TOF传感器基板74和主板41的中继部。

托架部件78一体地保持TOF光学系统71(71A、71B、71C、71D)和TOF传感器基板74。

TOF传感器基板74和中继基板77、以及中继基板77和主板41均通过FPC等电缆连接。

如图11-1至图11-3所示，摄像装置100由于TOF光接受单元61采用一体结构，因此有助于工厂的组装/调整设备的简化、组装/调整时间的缩短、一体结构的质量保证等。而且，由于TOF光接受单元61采用一体结构，摄像装置100不限于搭载在一个机种上，还可以搭载在多个机种上，从而有助于降低成本。

在摄像装置100中，从VCSEL光投射单元21射出后受到外部物体反射的光(散射光)经由TOF光学系统71，由安装在TOF传感器基板74上的TOF传感器76接受。

图12-1和图12-2均是TOF光学系统71的配置关系示意图。

如图12-1及图12-2所示，TOF光学系统71A被配置成其入射光轴朝向上方(+X)。TOF光学系统71B、71C、71D的入射光轴朝向水平方向，TOF受光系统71B的入射光轴朝向右方(+Y)。TOF光学系统71C、71D相对于TOF光学系统71B，以绕X轴旋转120°的角度配置。

配置在垂直方向上的TOF光学系统71A的视角(垂直方向；X-Y截面和X-Z截面)为65°。配置在水平方向(向右)的TOF光学系统71B的视角在垂直方向(X-Y截面)为85°，在水平方向(Y-Z截面)为65°。TOF光学系统71C、71D与TOF光学系统71B相同。通过这样的配置，摄像装置100除了下方的视角85°以上的区域以外，能够通过4眼构成的TOF光接受单元61接收来自物体的全方位的反射光(散射光)。

TOF光学系统71(TOF光学系统71A、71B、71C、71D)构成为其视角小于VCSEL光学系统23的视角，因此TOF光学系统71的焦距增大。为此，TOF光学系统71的与TOF传感器76的单位像素接受的光量有关的单位视角所能够接受的光量增大。由此，TOF光学系统71能够接受受到远方的对象物或反射率低的对象物所反射的光的光量增大。

接下来说明VCSEL光投射单元21和TOF光接受单元61的相对位置关系。图13是VCSEL光投射单元21和TOF光接受单元61的平面图，图14是VCSEL光学系统23和TOF光学系统71的位置关系示意图，图15是VCSEL光学系统23和TOF光学系统71的位置关系的比较例的示意图。图14是只从图13所示的本实施方式的摄像装置100的构成的平面图中提取VCSEL光投射单元21和TOF光接受单元61最外侧的透镜的示意图。本实施方式的比较例的构成如图15所示。

图15所示的比较例表示的是将TOF光学系统71B、71C、71D绕X轴旋转30°情况下的配置。在图15所示的比较例中，VCSEL光学系统23F和TOF光学系统71D配置为向着相同方向(朝向+Z)。因此，图15所示的比较例配置的摄像装置在TOF光学系统71D中接受从配置在+Z一方的VCSEL光学系统23F射出后受到物体反射的散射光的大部分光量。

图15所示的比较例配置的摄像装置中，从配置在-Z一方的VCSEL光学系统23B射出后受到物体反射的散射光的光量，一半由TOF光学系统71B接受，剩下的另一半由TOF光学系统71C接受。其结果，图15所示的比较例配置的摄像装置中三个TOF光接受单元71B、71C、71D所接受的光量容易产生较大的偏差(光量比约为71B∶71C∶71D＝0.5∶0.5∶1)，容易导致检测精度下降。

对此，在如图14所示的摄像装置100中，VCSEL光学系统23F、23B相对于X-Y平面对称配置，TOF光学系统71B、71C、71D相对于X-Y平面对称配置。因此，摄像装置100与图15所示的比较例相比，能够减小在三个TOF光学系统71B、71C、71D接收的光量的偏差(三个TOF光学系统之间的偏差)。其结果，摄像装置100能够进一步提高检测精度。

接下来说明VCSEL光学系统23的视角。图16是VCSEL光学系统23的视角的示意图。

如图16所示，摄像装置100将TOF光接受单元61中的TOF光学系统71A从上方(+X一方)配置在第一节，将TOF光学系统71B、71C、71D配置在第二节。摄像装置100的第三节配置VCSEL光学系统23F、23B以及CMOS光学系统31R、31L。

图16是VCSEL光学系统23F和TOF光学系统71A及71B的垂直断面(Z-X断面)中最外围的视角的光线的模式图。在图16中，为了避免说明变得繁杂，使TOF光学系统71B、71C、71D围绕X轴旋转，使TOF光学系统71B的入射光轴与Z轴平行。在以下的说明中，TOF光学系统71A～71D以及171A～171D被设计成比图12-2所示的光学系统具有更大视角(最大视角为90°)。

如图16所示，摄像装置100中+Z一方的VCSEL光学系统23F的上方可照射范围的最外围视角为θvcsel2＞90°，因此，结合后方(-Z一方)的VCSEL光学系统23B的光投射(照射光)，VCSEL光投射单元21的可照射范围覆盖半天球区域(2π[sr])。

TOF光接受单元61的上方的光可接受范围，基于朝上的TOF光学系统71A的光可接受范围(视角θtof1)、以及水平朝向的TOF光学系统71B(以及71C、71D)的光可接受范围(视角θtof2)，可以覆盖半天球的区域。因此，摄像装置100的摄影可以覆盖上方半天球的可拍摄范围。CMOS光接受单元30的“可拍摄范围”是“VCSEL光投射单元21的可照射范围”和“CMOS光接受单元30的光可接受范围”重叠的区域。

接下来说明摄像装置100的硬件构成。在此说明从摄像装置100到被摄体的测距所涉及的硬件构成。

图17是摄像装置100的一例硬件结构框图。在图17中，摄像装置100除了具备VCSEL光投射单元21、TOF光接受单元61、CMOS光接受单元30之外，还具备测距控制部230。

测距控制部230与VCSEL光投射单元21、TOF光接受单元61、CMOS光接受单元30连接，内置于盖部件内部。测距控制部230具有CPU(中央处理器)231、ROM(只读存储器)232、RAM(随机访问存储器)233、SSD(固态驱动器)234、光源驱动电路235、传感器I/F(接口)236、输入输出I/F237、RGB传感器I/F240。这些零部件通过系统总线242相互电连接。

CPU231通过从ROM232和SSD234等存储装置中将程序和数据读到RAM233上进行处理，实现测距控制部230整体上的控制和后述的功能。CPU231具有的一部分或全部功能也可以通过ASIC(集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)等电路实现。

ROM232是在切断电源状况下也能保持程序和数据的非易失性半导体存储器(存储装置)。ROM232中存储有在摄像装置100启动时执行的BIOS(基本输入输出系统)、OS设定等程序和数据。

RAM233是暂时保存程序和数据的易失性半导体存储器(存储装置)。

SSD234是存储执行测距控制部230执行的处理的程序和各种数据的非易失性存储器。另外，SSD也可以是HDD(硬盘驱动器)等。

光源驱动电路235是与VCSEL光投射单元21电连接，根据从CPU231等输入的控制信号向VCSEL光投射单元21输出驱动电压等驱动信号的电路。光源驱动电路235按照控制信号，驱动VCSEL光投射单元21中的多个发光部发光。作为驱动信号，可以使用矩形波、正弦波、或者规定的波形形状的电压波形。光源驱动电路235可以改变电压波形的频率，用以调制驱动信号的频率。

传感器I/F236与TOF光接受单元61电连接，是输入TOF光接受单元61输出的相位信号的接口。输入输出I/F237是用于与PC(个人计算机)等外部装置连接的接口。

RGB传感器I/F240与CMOS光接受单元30电连接，是输入CMOS光接受单元30输出的RGB信号的接口。

图18是用于说明摄像装置100的功能结构框图。如图18所示，摄像装置100具备作为摄像装置100的功能的测距控制部230。

测距控制部230具备发光控制部238、光接受处理部239、RGB图像处理部241。测距控制部230通过控制VCSEL光投射单元21经由发光控制部238的发光、TOF光接受单元61经由光接受处理部239的光接受、以及CMOS光接受单元30经由RGB图像处理部241的光接受同步，可以取得相同时间的距离图像和RGB图像。

发光控制部238至少具有作为摄像装置100的功能的驱动信号输出部238a。

驱动信号输出部238a将驱动信号输出到VCSEL光投射单元21，使其同时发光。驱动信号输出部238a还通过以规定的电压波形及规定的发光频率输出驱动信号，能够对VCSEL光投射单元21的发光进行时间调制(时间控制)。在本实施方式中，作为一个示例，以MHz(兆赫兹)大小的频率，在规定时间向VCSEL光投射单元21输出矩形波或正弦波的驱动信号。

光接受处理部239至少具有作为摄像装置100的功能的相位信号输入部239a、距离图像取得部239b、存储部239c、距离图像结合部239d。

相位信号输入部239a通过传感器I/F236等实现，输入TOF光接受单元61输出的相位信号。相位信号输入部239a可以输入TOF光接受单元61的二维排列的每个像素的相位信号。相位信号输入部239a还将输入的相位信号输出到距离图像取得部239b。在本实施方式中，相位信号输入部239a与TOF光接受单元61连接。因此，对应于TOF光学系统71(71A、71B、71C、71D)的四组的相位信号被输出。

距离图像取得部239b根据从相位信号输入部239a输入的TOF光接受单元61的每个像素的相位信号，取得从摄像装置100到对象物的距离图像数据。在此，距离图像是指将按每个像素取得的距离数据按照像素的位置二维排列而生成的图像，例如，是将距离变换为像素的亮度而生成的图像。距离图像取得部239b将取得的四个距离图像数据输出到存储部239c。

存储部239c由RAM233等实现，暂时保存从距离图像取得部239b输入的距离图像数据。

距离图像结合部239d读取暂时保存在存储部239c中的四个距离图像信息，将它们结合起来生成一个全天球距离图像数据。

距离图像结合部239d是通过CPU231执行控制程序来实现的。但是，不限于该例，也可以通过被设计成执行相同的各功能的专用硬件，例如ASIC(集成电路)、DSP(数字信号处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)等的半导体集成电路或现有的电路模块等，来实现一部分或全部距离图像结合部239d。

RGB图像处理部241具有RGB图像输入部241a、RGB图像存储部241b、RGB图像结合部241c。

RGB图像输入部241a输入从CMOS光接受单元30输出的RGB图像。例如，RGB图像输入部241a能够输入CMOS光接受单元30中二维排列的每个像素的RGB信号。RGB图像输入部241a将输入的FRGB图像输出到RGB图像存储部241b(在本实施例中，由于RGB图像处理部241与两个CMOS光接收单元30R和30L连接，因此输出两个RGB图像)。RGB图像输入部241a通过RGB传感器I/F240等实现。

RGB图像存储部241b由RAM233等实现，暂时保存从RGB图像输入部241a输入的RGB图像数据。

RGB图像结合部241c读取在RGB图像存储部分241b中暂时存储的两个RGB图像，并将它们结合以生成一个全天球RGB图像。另外，RGB图像结合部241c通过CPU231执行控制程序来实现。但是，不限于该例，RGB图像结合部241c的一部分或者全部也可以通过为了执行同样的各功能而设计的专用硬件，例如ASIC(集成电路)、DSP(数字信号处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)等的半导体集成电路或者现有的电路模块等来实现。

以上以图18所示的构成内置于摄像装置100中进行说明，但本发明不限于该例。例如可以是与摄像装置100连接的外部的信息处理装置具有图18所示的结构。

这样，本实施方式的光投射部(VCSEL光投射单元21F、21B)的数量比光接受部(TOF光学系统71A、71B、71C、71D)的数量少，从而覆盖了测量对象的范围，因此能够加大光投射部的光源，提高光照射强度，为此，即使是远处的物体和低反射物体，也能够接受到充分光量，提高测量精度。另外，本实施方式由于光接受部的数量多于光投射部的数量，从而覆盖了测量对象的范围，因此能够将一个光接受部的视角设定得较窄，从而延长光接受部的焦点距离，增大光接受部的透镜的F值，提高远距离物体的测距精度。也就是说，本实施方式通过使光接受部的数量多于光投射部的数量，能够以有限的装置大小，提高光投射部投射的光的强度，延长光接受部的焦点距离，提高测距精度。

<第二实施方式>

接下来说明第二实施方式。

第二实施例与第一实施例实施方式的不同之处在于，将TOF光接受单元分割为上下两节，在两者之间配置VCSEL光投射单元和CMOS光接受单元。以下，在第二实施方式的说明中，省略与第一实施方式相同部分的说明，仅说明与第一实施方式不同的部分。

但是，如图16所示，摄像装置100为了确保VCSEL光投射单元21的射出光所照射的上方半天球(2π[sr])的可照射范围，需要将VCSEL光学系统23F最外侧放入透镜的位置配置到比TOF光学系统71B的最外侧透镜的位置更右侧(+Z一方)。其结果，必然E1＞D1，摄像装置100的Z轴方向的尺寸容易增大。

另外如图16所示，摄像装置100需要使TOF光学系统71B的下方的视角θtof3的入射光线不会受到VCSEL光学系统23F遮挡。因此，θtof3≤60°，死角A容易变大。其结果，即使在VCSEL光学系统23F下方的视角(可照射范围)θvcsel2＞90°的情况下，可拍摄范围也受到TOF光学系统71B下方死角A的规限。因此，在有些情况下摄像装置100的摄影不能覆盖下方半天球。

在此，图19是放大显示第二实施方式的摄像装置200的光学系统部分的示意图。

如图19所示，在本实施方式的摄像装置200中，将TOF光接受单元分为上下两节，在两者之间配置VCSEL光投射单元(VCSEL光学系统23F、23B)和CMOS光接受单元(CMOS光学系统31R、31L)。进一步详细而言，摄像装置200中TOF光学系统71A配置在第一节，TOF光学系统71B、71C、71D配置在第三节，在两者之间(第二节)配置VCSEL光学系统23F、23B以及CMOS光学系统31R、31L。

摄像装置200通过TOF光学系统71A～71D，分别由安装在TOF传感器基板74A～74D上的TOF传感器接受从VCSEL光学系统23F、23B射出后受到外部物体反射的光(散射光)。

图20是VCSEL光学系统123的视角的示意图。图20是VCSEL光学系统23F以及TOF光学系统71A和71B的垂直截面(Z-X断面)中最外围的视角的光线的模式图。图20中TOF光学系统71B、71C、71D绕X轴旋转，使TOF光学系统71B的入射光轴与Z轴平行。

如图20所示，通过使摄像装置200的最外围视角Ωvcse.2大于90°，能够确保VCSEL光投射单元(VCSEL光学系统23F、23B)上方的可照射范围为半天球(2π[sr])的区域。摄像装置200以TOF光学系统71B(以及71C、71D)上方的光可接受范围(视角Ωtof2)、以及TOF光学系统71A的光可接受范围(视角Ωtof1)，作为整个TOF光接受单元上方的光可接受范围，可以覆盖半天球的区域(2π[sr])。因此，摄像装置200的摄影可以覆盖上方半天球的可拍摄范围。

本实施方式的摄像装置200中VCSEL光学系统23F(第二节)的上方(第一节)仅配置TOF光学系统71A。因此，与第一实施方式的摄像装置100不同，可以使D2＝E2，不需要增大Z轴方向的尺寸，有利于小型化。

另外如图20所示，可以将摄像装置200中VCSEL光学系统23F下方的最外围视角Ωvcsel2扩大到不至受到TOF受光系统71B遮挡的程度(Ωvcsel2≤85°左右)。

另一方面，摄像装置200通过TOF光学系统71B下方的光可接受范围(视角Ωtof3)，能够确保TOF光接受单元在Z-X断面上的光可接受范围达到90°。因此，摄像装置200通过包含TOF光学系统71C及71D的受光可能范围，摄影几乎可以覆盖下方半天球的可拍摄范围。

如此，本实施方式的摄影几乎能够覆盖可拍摄范围。

上述各实施方式的说明中测距装置(摄像装置100、200)一体具备多个作为光投射部的VCSEL光投射单元21F、21B、多个作为光接受部的TOF光学系统71(71A、71B、71C、71D)、多个作为摄像部的CMOS光接受单元30R、30L、以及进行测距运算的测距控制部230，但本发明不限于此。例如，也可以应用如下测距系统，即，像具有多个作为光投射部的VCSEL光投射单元21F、21B的光投射单元、具有多个作为光接受部的TOF光学系统71(71A、71B、71C、71D)的TOF光接受单元、具有多个作为摄像部的CMOS光接受单元30R、30L的CMOS摄像单元、以及进行测距运算的测距控制部230那样，作为单独的装置分别构成，通过网络等相互连接这些装置。

上述各实施方式虽然是本发明的优选实施例，但并不限定于此，允许在不脱离本发明要旨的范围内通过各种变形来实施。

附图标记说明

21F、21B 光投射部，

30R、30L 摄像部，

71A、71B、71C、71D 光接受部，

100、200 测距装置，

230 测距控制部。

Claims

1.一种测距装置，其特征在于，具备：

多个光投射部，用于在测量对象的范围内照射光；

多个光接受部，用于接受位于所述测量对象的范围内的对象物所反射的光；以及

测距控制部，用于根据所述多个光投射部投射光的时间和所述多个光接受部接受光的时间，计算与所述对象物的距离，

所述多个光接受部的数量比所述多个光投射部的数量多。

2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述多个光接受部各自的视角小于所述多个光投射部各自的照射范围。

3.根据权利要求1或2所述的测距装置，其特征在于，

所述多个光接受部之中至少一个光接受部的光轴与至少另外两个光接受部的光轴相垂直，

所述多个光投射部的光轴与所述至少一个光接受部的光轴相垂直。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的测距装置，其特征在于，具备多个摄像部，用于拍摄所述测量对象的范围。

5.根据权利要求3所述的测距装置，其特征在于，

具备多个摄像部，用于拍摄所述测量对象的范围，

所述多个摄像部的数量比所述多个光接受部的数量少，

所述多个摄像部的光轴与所述至少一个光接受部的光轴相垂直。

6.根据权利要求1或2所述的测距装置，其特征在于，

所述多个光投射部被配置在所述至少一个光接受部和所述至少另外两个光接受部之间。

7.根据权利要求6的测距装置，其特征在于，

具备多个摄像部，用于拍摄所述测量对象的范围，

所述多个摄像部的数量比所述多个光接受部的数量少，

所述多个摄像部被配置在所述至少一个光接受部和所述至少另外两个光接受部之间。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的测距装置，其特征在于，所述多个光接受部各自接收来自至少两个光投射部的所述光。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的测距装置，其特征在于，所述测量对象的范围是所述多个光投射部可以照射光的全天球的范围。

10.一种测距系统，其特征在于，具备：

光投射单元，其中具有多个在测量对象的范围内照射光的光投射部；

光接受单元，其中具有多个接受受到位于所述测量对象的范围内的对象物所反射的光的光接受部；以及

所述多个光接受部的数量比所述多个光投射部的数量多。

11.根据权利要求10所述的测距系统，其特征在于，具备摄像单元，该摄像单元具有多个拍摄所述测量对象的范围的摄像部。