JP2003057028A - 距離センサ - Google Patents
距離センサInfo
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- JP2003057028A JP2003057028A JP2001248606A JP2001248606A JP2003057028A JP 2003057028 A JP2003057028 A JP 2003057028A JP 2001248606 A JP2001248606 A JP 2001248606A JP 2001248606 A JP2001248606 A JP 2001248606A JP 2003057028 A JP2003057028 A JP 2003057028A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡易に視野角の大きい距離センサを提供す
る。 【解決手段】 対象物2からの光を受光する1対の撮像
素子14、16と;1対の撮像素子14、16に対象物
2の像をそれぞれ結像する1対の結像レンズ15、17
と;1対の撮像素子14、16の各々から取得された画
像同士の相関値を算出する相関算出手段18と;当該相
関値を用いて対象物2との距離を計測する距離計測手段
19と;結像レンズ15、17の対象物側に設けられた
視野角拡大手段30とを備えることを特徴とする距離セ
ンサ1とする。
る。 【解決手段】 対象物2からの光を受光する1対の撮像
素子14、16と;1対の撮像素子14、16に対象物
2の像をそれぞれ結像する1対の結像レンズ15、17
と;1対の撮像素子14、16の各々から取得された画
像同士の相関値を算出する相関算出手段18と;当該相
関値を用いて対象物2との距離を計測する距離計測手段
19と;結像レンズ15、17の対象物側に設けられた
視野角拡大手段30とを備えることを特徴とする距離セ
ンサ1とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、距離センサに関
し、特に既存の距離センサの視野角を広める改良に関す
るものである。
し、特に既存の距離センサの視野角を広める改良に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】既存の距離センサとして、例えばライン
センサを2つ用いたパッシブ型の光学距離センサは、カ
メラのオートフォーカスに使用するための仕様になって
おり、測距を点で行なうので、基本的には、ラインセン
サの画角(視野角)が全角で10°程度と比較的狭く設
定されている。
センサを2つ用いたパッシブ型の光学距離センサは、カ
メラのオートフォーカスに使用するための仕様になって
おり、測距を点で行なうので、基本的には、ラインセン
サの画角(視野角)が全角で10°程度と比較的狭く設
定されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら以上のよ
うな従来の距離センサによれば、視野角が狭いため、例
えばトイレや風呂場等に存在する人物の監視に用いた場
合、広い監視対象領域をカバーするためには、多くの数
のセンサが必要であった。さらにこの場合には、距離セ
ンサの数が多いために、距離データの処理量が多く、処
理も複雑なものになってしまっていた。
うな従来の距離センサによれば、視野角が狭いため、例
えばトイレや風呂場等に存在する人物の監視に用いた場
合、広い監視対象領域をカバーするためには、多くの数
のセンサが必要であった。さらにこの場合には、距離セ
ンサの数が多いために、距離データの処理量が多く、処
理も複雑なものになってしまっていた。
【0004】そこで本発明は、簡易に視野角の大きい距
離センサを提供することを目的とする。
離センサを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明による距離センサ1は、例えば
図1、図2に示すように、対象物2からの光を受光する
1対の撮像素子14、16と;1対の撮像素子14、1
6に対象物2の像をそれぞれ結像する1対の結像レンズ
15、17と;1対の撮像素子14、16の各々から取
得された画像同士の相関値を算出する相関算出手段18
と;当該相関値を用いて対象物2との距離を計測する距
離計測手段19と;結像レンズ15、17の対象物2側
に設けられた視野角拡大手段30とを備えることを特徴
とする。
に、請求項1に係る発明による距離センサ1は、例えば
図1、図2に示すように、対象物2からの光を受光する
1対の撮像素子14、16と;1対の撮像素子14、1
6に対象物2の像をそれぞれ結像する1対の結像レンズ
15、17と;1対の撮像素子14、16の各々から取
得された画像同士の相関値を算出する相関算出手段18
と;当該相関値を用いて対象物2との距離を計測する距
離計測手段19と;結像レンズ15、17の対象物2側
に設けられた視野角拡大手段30とを備えることを特徴
とする。
【0006】このように構成すると、距離センサ1は、
結像レンズ15、17の対象物側に設けられた視野角拡
大手段30を備えるので、簡易に視野角の大きい距離セ
ンサを提供することができる。
結像レンズ15、17の対象物側に設けられた視野角拡
大手段30を備えるので、簡易に視野角の大きい距離セ
ンサを提供することができる。
【0007】また請求項2に記載のように、請求項1に
記載の距離センサでは、視野角拡大手段30は、結像レ
ンズ15、17のバックフォーカス位置を変えることな
く実効的な焦点距離を短くすることを特徴とする。
記載の距離センサでは、視野角拡大手段30は、結像レ
ンズ15、17のバックフォーカス位置を変えることな
く実効的な焦点距離を短くすることを特徴とする。
【0008】また請求項3に記載のように、請求項1又
は請求項2に記載の距離センサ1では、例えば図4、図
5に示すように、視野角拡大手段30は、結像レンズ1
5、17の対象物2側に設けられた第1の凸レンズ3
1、33と、第1の凸レンズ31、33の対象物2側に
第1の所定間隔離れて配置された第2の凸レンズ32、
34とを備え;前記第1の所定間隔は第1の凸レンズ3
1、33の焦点距離と第2の凸レンズ32、34の焦点
距離とに基づいて定められた値であることを特徴とす
る。
は請求項2に記載の距離センサ1では、例えば図4、図
5に示すように、視野角拡大手段30は、結像レンズ1
5、17の対象物2側に設けられた第1の凸レンズ3
1、33と、第1の凸レンズ31、33の対象物2側に
第1の所定間隔離れて配置された第2の凸レンズ32、
34とを備え;前記第1の所定間隔は第1の凸レンズ3
1、33の焦点距離と第2の凸レンズ32、34の焦点
距離とに基づいて定められた値であることを特徴とす
る。
【0009】また請求項4に記載のように、請求項1又
は請求項2に記載の距離センサ1では、例えば図6に示
すように、視野角拡大手段30は、結像レンズ15、1
7の対象物2側に設けられた第3の凸レンズ41、43
と、第3の凸レンズ41、43の対象物2側に第2の所
定間隔離れて配置された凹レンズ42、44とを備え;
前記第2の所定間隔は第3の凸レンズ41、43の焦点
距離と凹レンズ42、44の焦点距離に基づいて定めら
れた値であることを特徴とする。
は請求項2に記載の距離センサ1では、例えば図6に示
すように、視野角拡大手段30は、結像レンズ15、1
7の対象物2側に設けられた第3の凸レンズ41、43
と、第3の凸レンズ41、43の対象物2側に第2の所
定間隔離れて配置された凹レンズ42、44とを備え;
前記第2の所定間隔は第3の凸レンズ41、43の焦点
距離と凹レンズ42、44の焦点距離に基づいて定めら
れた値であることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符
号を付し、重複した説明は省略する。
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符
号を付し、重複した説明は省略する。
【0011】図1は、本発明による実施の形態である距
離センサ1のブロック図である。距離センサ1は、距離
センサ10と、距離センサ10の結像レンズ15、17
の対象物2側に設けられた視野角拡大手段としての光学
系30とを含んで構成されている。光学系30は、基本
的には結像レンズ15、17のバックフォーカス位置を
変えることなく実効的な焦点距離を短くするものであ
る。距離センサ10は、典型的にはパッシブ型光学距離
センサである。パッシブ型光学距離センサ10について
は図2を参照してあとで説明する。また、パッシブ型光
学距離センサ10は、既存のもの(例えばオートフォー
カスカメラに用いられるようなもの)でよい。
離センサ1のブロック図である。距離センサ1は、距離
センサ10と、距離センサ10の結像レンズ15、17
の対象物2側に設けられた視野角拡大手段としての光学
系30とを含んで構成されている。光学系30は、基本
的には結像レンズ15、17のバックフォーカス位置を
変えることなく実効的な焦点距離を短くするものであ
る。距離センサ10は、典型的にはパッシブ型光学距離
センサである。パッシブ型光学距離センサ10について
は図2を参照してあとで説明する。また、パッシブ型光
学距離センサ10は、既存のもの(例えばオートフォー
カスカメラに用いられるようなもの)でよい。
【0012】パッシブ型光学距離センサ10は、オート
フォーカスカメラに採用されているようなタイプのもの
で、典型的には1対のラインCCDやCMOSセンサを
用いて、対象物2の表面の明暗状態(コントラストの違
い)を検出する。1対のラインCCDの対応する画素が
どれかを後述の相関処理により同定し、三角法により距
離を測定するものである。パッシブ型光学距離センサ1
0は、視野角(画角)が全角で10°程度と狭く、例え
ば対象物を監視する監視装置にそのまま用いた場合、広
い監視対象領域をカバーするためには、比較的多くのセ
ンサを必要とする。
フォーカスカメラに採用されているようなタイプのもの
で、典型的には1対のラインCCDやCMOSセンサを
用いて、対象物2の表面の明暗状態(コントラストの違
い)を検出する。1対のラインCCDの対応する画素が
どれかを後述の相関処理により同定し、三角法により距
離を測定するものである。パッシブ型光学距離センサ1
0は、視野角(画角)が全角で10°程度と狭く、例え
ば対象物を監視する監視装置にそのまま用いた場合、広
い監視対象領域をカバーするためには、比較的多くのセ
ンサを必要とする。
【0013】ここで、図2のブロック図を参照して、本
実施の形態で用いるパッシブ型光学距離センサ10(以
下単に距離センサ10という)について説明する。距離
センサ10は、第1の受光部11、第2の受光部12
と、センサ制御部13とを含んで構成されている。第1
の受光部11、第2の受光部12には、対象物2からの
光を受光する1対の撮像素子としての第1のラインCC
D14、第2のラインCCD16と、第1のラインCC
D14、第2のラインCCD16に対象物2の像をそれ
ぞれ結像する1対の結像レンズとしての結像レンズ1
5、結像レンズ17とが備えられている。対象物2から
の光は、結像レンズ15、17を介してそれぞれ第1の
ラインCCD14、第2のラインCCD16にそれぞれ
結像される。また、対象物2からの光は、典型的には対
象物2に照射されている照射光の対象物2からの反射光
である。この場合、照射光は自然光であっても人工光で
あってもよい。
実施の形態で用いるパッシブ型光学距離センサ10(以
下単に距離センサ10という)について説明する。距離
センサ10は、第1の受光部11、第2の受光部12
と、センサ制御部13とを含んで構成されている。第1
の受光部11、第2の受光部12には、対象物2からの
光を受光する1対の撮像素子としての第1のラインCC
D14、第2のラインCCD16と、第1のラインCC
D14、第2のラインCCD16に対象物2の像をそれ
ぞれ結像する1対の結像レンズとしての結像レンズ1
5、結像レンズ17とが備えられている。対象物2から
の光は、結像レンズ15、17を介してそれぞれ第1の
ラインCCD14、第2のラインCCD16にそれぞれ
結像される。また、対象物2からの光は、典型的には対
象物2に照射されている照射光の対象物2からの反射光
である。この場合、照射光は自然光であっても人工光で
あってもよい。
【0014】また、センサ制御部13内には、第1のラ
インCCD14、第2のラインCCD16の各々から取
得された画像同士の相関値を算出する相関算出手段とし
ての相関算出部18と、この相関値を用いて対象物2と
の距離を計測する距離計測手段としての距離計測部19
とが備えられている。またセンサ制御部13又はセンサ
制御部13の構成の一部は、例えば距離センサ10に接
続される不図示の外部装置内に備えるようにしてもよ
い。
インCCD14、第2のラインCCD16の各々から取
得された画像同士の相関値を算出する相関算出手段とし
ての相関算出部18と、この相関値を用いて対象物2と
の距離を計測する距離計測手段としての距離計測部19
とが備えられている。またセンサ制御部13又はセンサ
制御部13の構成の一部は、例えば距離センサ10に接
続される不図示の外部装置内に備えるようにしてもよ
い。
【0015】さらにセンサ制御部13内には、第1のラ
インCCD14、第2のラインCCD16のそれぞれに
ついて時間をずらして取得された画像の差画像を形成す
る差画像形成部20を備えるとよい。これによりセンサ
制御部13は、第1のラインCCD14、第2のライン
CCD16から取得した画像から、動きのある対象物2
の像を抽出することができる。差画像を形成するための
2つの画像は時間をずらして取得するが、ずらす時間
は、対象物2の移動量が大きくなり過ぎず、実質的には
ほぼ同位置とみなせる程度の時間、例えば0.1秒程度
とすればよい。あるいはテレビ周期の1〜10周期(1
/30〜1/3)とする。このような差画像をとると背
景が除去され動きのある対象物2の像を抽出することが
できる。差画像を利用する場合については後でさらに詳
しく説明する。
インCCD14、第2のラインCCD16のそれぞれに
ついて時間をずらして取得された画像の差画像を形成す
る差画像形成部20を備えるとよい。これによりセンサ
制御部13は、第1のラインCCD14、第2のライン
CCD16から取得した画像から、動きのある対象物2
の像を抽出することができる。差画像を形成するための
2つの画像は時間をずらして取得するが、ずらす時間
は、対象物2の移動量が大きくなり過ぎず、実質的には
ほぼ同位置とみなせる程度の時間、例えば0.1秒程度
とすればよい。あるいはテレビ周期の1〜10周期(1
/30〜1/3)とする。このような差画像をとると背
景が除去され動きのある対象物2の像を抽出することが
できる。差画像を利用する場合については後でさらに詳
しく説明する。
【0016】ここで相関値とは、第1のラインCCD1
4と第2のラインCCD16との視差により発生する相
対的結像位置差のことであり、相関処理により、典型的
には画素数で出力される値である。センサ制御部13内
の距離計測部19は、この相関値により即ち第1のライ
ンCCD14と第2のラインCCD16との視差から三
角法により距離を算出する。視差からの距離の算出方法
は、図3を参照して後で説明する。
4と第2のラインCCD16との視差により発生する相
対的結像位置差のことであり、相関処理により、典型的
には画素数で出力される値である。センサ制御部13内
の距離計測部19は、この相関値により即ち第1のライ
ンCCD14と第2のラインCCD16との視差から三
角法により距離を算出する。視差からの距離の算出方法
は、図3を参照して後で説明する。
【0017】また、相関処理とは、第1のラインCCD
14と第2のラインCCD16からそれぞれ得られた画
像のどちらか一方を、2つの画像がほぼ一致するまでず
らして、そのずらした量例えば画素数を算出する処理で
ある。一致の判断は、全体の信号の強さで行う。信号が
ピークなったところが一致点即ち相関ピーク位置であ
る。
14と第2のラインCCD16からそれぞれ得られた画
像のどちらか一方を、2つの画像がほぼ一致するまでず
らして、そのずらした量例えば画素数を算出する処理で
ある。一致の判断は、全体の信号の強さで行う。信号が
ピークなったところが一致点即ち相関ピーク位置であ
る。
【0018】差画像形成による相関処理は、第1のライ
ンCCD14と第2のラインCCD16からそれぞれ得
られた差画像を適正な値で2値化し、そのエッジ部を抽
出する事により、動きのある領域部分を抽出する。その
後、抽出領域のみで相関処理を施す。即ち、相関値から
対象物2の距離を求めることができる。又、第1のライ
ンCCD14と第2のラインCCD16を複数個の領域
に分け、対応する領域毎で相関処理を施す事により、背
景の多くある部分と対象物2とをおよそ区分する事もで
きる。
ンCCD14と第2のラインCCD16からそれぞれ得
られた差画像を適正な値で2値化し、そのエッジ部を抽
出する事により、動きのある領域部分を抽出する。その
後、抽出領域のみで相関処理を施す。即ち、相関値から
対象物2の距離を求めることができる。又、第1のライ
ンCCD14と第2のラインCCD16を複数個の領域
に分け、対応する領域毎で相関処理を施す事により、背
景の多くある部分と対象物2とをおよそ区分する事もで
きる。
【0019】ここで、パッシブ型光学距離センサ10
で、対象物2と背景との区別を明確にするための、差画
像を利用する場合について説明する。
で、対象物2と背景との区別を明確にするための、差画
像を利用する場合について説明する。
【0020】対象物2を撮像した画像は、電気的な撮像
信号として第1のラインCCD14、第2のラインCC
D16から時系列的に取得される。第1のラインCCD
14、第2のラインCCD16から異なる時間に取得さ
れた画像は、それぞれのラインCCD毎に差画像形成部
20により差画像が形成される。ここで、異なる時間で
取得された画像で差画像を形成するのは、取得された画
像から背景部分を除去し、対象物2の画像を抽出するた
めである。これにより、移動する対象物2のみが抽出さ
れることになる。また差画像は、短時間例えば0.1秒
だけずれた時点の画像から形成するようにする。画像の
ずれは僅かであるので、対象物2の位置はほとんど変わ
らなく、距離の測定には差支えない。しかし背景は消去
され対象物2の像を抽出できる。
信号として第1のラインCCD14、第2のラインCC
D16から時系列的に取得される。第1のラインCCD
14、第2のラインCCD16から異なる時間に取得さ
れた画像は、それぞれのラインCCD毎に差画像形成部
20により差画像が形成される。ここで、異なる時間で
取得された画像で差画像を形成するのは、取得された画
像から背景部分を除去し、対象物2の画像を抽出するた
めである。これにより、移動する対象物2のみが抽出さ
れることになる。また差画像は、短時間例えば0.1秒
だけずれた時点の画像から形成するようにする。画像の
ずれは僅かであるので、対象物2の位置はほとんど変わ
らなく、距離の測定には差支えない。しかし背景は消去
され対象物2の像を抽出できる。
【0021】対象物2が抽出された差画像は、対象物2
の移動により明から暗、または、暗から明になった程度
が比較的大きな画素を、対象物2の境界とみなすことが
できる。そしてこの境界の内側の画素領域で、相関処理
を施し、三角法により対象物2の距離を測定することに
より、対象物2の距離を正確かつ安定して測定すること
ができる。
の移動により明から暗、または、暗から明になった程度
が比較的大きな画素を、対象物2の境界とみなすことが
できる。そしてこの境界の内側の画素領域で、相関処理
を施し、三角法により対象物2の距離を測定することに
より、対象物2の距離を正確かつ安定して測定すること
ができる。
【0022】ここで、図3の模式図を参照して、前述の
視差から対象物2までの距離Aを三角法により算出する
方法について説明する。ここで、wはラインCCD間距
離(基線長)、fはラインCCDの受光レンズを単一レ
ンズとしたときそのレンズの焦点距離、dはラインCC
Dの結像面上の視差である。ここでの焦点距離は、一般
に用いられている組み合わせレンズを使用する場合は、
その組み合わせレンズの焦点距離とする。これにより対
象物2までの距離Aは、次式で算出できる。 A = w × f / d ………(1) このように、対象物2の距離を算出できる。
視差から対象物2までの距離Aを三角法により算出する
方法について説明する。ここで、wはラインCCD間距
離(基線長)、fはラインCCDの受光レンズを単一レ
ンズとしたときそのレンズの焦点距離、dはラインCC
Dの結像面上の視差である。ここでの焦点距離は、一般
に用いられている組み合わせレンズを使用する場合は、
その組み合わせレンズの焦点距離とする。これにより対
象物2までの距離Aは、次式で算出できる。 A = w × f / d ………(1) このように、対象物2の距離を算出できる。
【0023】図1に戻って、さらに距離センサ1につい
て説明する。光学系30は、結像レンズ15、17の対
象物2側にそれぞれ設けられた第1の凸レンズ31、3
3と、この第1の凸レンズ31、33の対象物2側に第
1の所定間隔離れてそれぞれ配置された第2の凸レンズ
32、34とを備えている。また、第1の所定間隔は、
第1の凸レンズ31、33の焦点距離F1と第2の凸レ
ンズ32、34の焦点距離F2とに基づいて定められた
値である。
て説明する。光学系30は、結像レンズ15、17の対
象物2側にそれぞれ設けられた第1の凸レンズ31、3
3と、この第1の凸レンズ31、33の対象物2側に第
1の所定間隔離れてそれぞれ配置された第2の凸レンズ
32、34とを備えている。また、第1の所定間隔は、
第1の凸レンズ31、33の焦点距離F1と第2の凸レ
ンズ32、34の焦点距離F2とに基づいて定められた
値である。
【0024】ここで、図4の概略図を参照して、光学系
30についてさらに説明する。光学系30は、結像レン
ズ15、17のバックフォーカス位置を変えずに実効的
な焦点距離を短くすれば、距離センサ10の視野角を大
きくすることができる。即ち、第1の凸レンズ31、3
3と、第2の凸レンズ32、34とのレンズ間隔即ち第
1の所定間隔をF1+F2とし、m=F2/F1(F1
>F2)とすれば、光学系30により、距離センサ1の
合成の焦点距離F0’は、距離センサ10の結像レンズ
15、17の焦点距離F0のm倍になる。また図示のよ
うに、合成焦点距離F0’の主平面は、P1の位置とな
る(F0’<F0)。
30についてさらに説明する。光学系30は、結像レン
ズ15、17のバックフォーカス位置を変えずに実効的
な焦点距離を短くすれば、距離センサ10の視野角を大
きくすることができる。即ち、第1の凸レンズ31、3
3と、第2の凸レンズ32、34とのレンズ間隔即ち第
1の所定間隔をF1+F2とし、m=F2/F1(F1
>F2)とすれば、光学系30により、距離センサ1の
合成の焦点距離F0’は、距離センサ10の結像レンズ
15、17の焦点距離F0のm倍になる。また図示のよ
うに、合成焦点距離F0’の主平面は、P1の位置とな
る(F0’<F0)。
【0025】図5の概念図を参照して、光学系30によ
り、距離センサ10の視野角が大きくなる原理について
説明する。対象物2からの光線が第2の凸レンズ32、
34の中心にθ1の角度で入射されると、第1の凸レン
ズ31、33での光線高さh 1は、以下の様になる。 h1=(F1+F2)×tanθ1 ………(2) また、第1の凸レンズ31、33の結像関係より、 1/(F1+F2)+1/b=1/F1 ………(3) 但し、bは、第1の凸レンズ31、33からラインCC
D側に計った、結像レンズ15、17が無いとした場合
に、θ1の角度で入射した光線が光軸と交差する点まで
の距離である。また、第1の凸レンズ31、33から出
射された光線の光軸となす角をθ2とすると、 h1=b×tanθ2 ………(4) となる。従って、上式の(2)、(3)、(4)式よ
り、 tanθ2=m×tanθ1 ………(5) を得る。さらに、mは1より小さいので、θ2<θ1と
なる。従って、距離センサ1の視野角は、結像レンズ1
5、17の最大視野角をθ2とすると、上述のように光
学系30により、最大視野角をθ1に変換することがで
きる。
り、距離センサ10の視野角が大きくなる原理について
説明する。対象物2からの光線が第2の凸レンズ32、
34の中心にθ1の角度で入射されると、第1の凸レン
ズ31、33での光線高さh 1は、以下の様になる。 h1=(F1+F2)×tanθ1 ………(2) また、第1の凸レンズ31、33の結像関係より、 1/(F1+F2)+1/b=1/F1 ………(3) 但し、bは、第1の凸レンズ31、33からラインCC
D側に計った、結像レンズ15、17が無いとした場合
に、θ1の角度で入射した光線が光軸と交差する点まで
の距離である。また、第1の凸レンズ31、33から出
射された光線の光軸となす角をθ2とすると、 h1=b×tanθ2 ………(4) となる。従って、上式の(2)、(3)、(4)式よ
り、 tanθ2=m×tanθ1 ………(5) を得る。さらに、mは1より小さいので、θ2<θ1と
なる。従って、距離センサ1の視野角は、結像レンズ1
5、17の最大視野角をθ2とすると、上述のように光
学系30により、最大視野角をθ1に変換することがで
きる。
【0026】また、図6の概略図に示すように、光学系
30は、結像レンズ15、17の対象物2側に設けられ
た第3の凸レンズ41、43と、この第3の凸レンズ4
1、43の対象物2側に第2の所定間隔離れて配置され
た凹レンズ42、44とを備えるようにしてもよい。こ
の場合、第2の所定間隔は、第3の凸レンズ41、43
の焦点距離F3と、凹レンズ42、44の焦点距離F4
に基づいて定められた値である。また、第3の凸レンズ
41、43と、凹レンズ42、44とのレンズ間隔即ち
第2の所定間隔をF3−F4とし、m=F4/F3(F
3>F4)とすれば、光学系30により、距離センサ1
の合成の焦点距離F0”は、距離センサ10の結像レン
ズ15、17の焦点距離F0のm倍になる。また図示の
ように、合成焦点距離F0”の主平面は、P2の位置と
なる(F0”<F0)。このように、前述の2つの凸レ
ンズを用いた場合と同様に、距離センサ1の視野角は、
光学系30により、大きくすることができる。
30は、結像レンズ15、17の対象物2側に設けられ
た第3の凸レンズ41、43と、この第3の凸レンズ4
1、43の対象物2側に第2の所定間隔離れて配置され
た凹レンズ42、44とを備えるようにしてもよい。こ
の場合、第2の所定間隔は、第3の凸レンズ41、43
の焦点距離F3と、凹レンズ42、44の焦点距離F4
に基づいて定められた値である。また、第3の凸レンズ
41、43と、凹レンズ42、44とのレンズ間隔即ち
第2の所定間隔をF3−F4とし、m=F4/F3(F
3>F4)とすれば、光学系30により、距離センサ1
の合成の焦点距離F0”は、距離センサ10の結像レン
ズ15、17の焦点距離F0のm倍になる。また図示の
ように、合成焦点距離F0”の主平面は、P2の位置と
なる(F0”<F0)。このように、前述の2つの凸レ
ンズを用いた場合と同様に、距離センサ1の視野角は、
光学系30により、大きくすることができる。
【0027】さらにこの場合には、同じ焦点距離比の2
つの凸レンズを使用した場合に比較して、2つのレンズ
間距離を短くすることができるので、光学系のサイズを
小さくできる長所がある。
つの凸レンズを使用した場合に比較して、2つのレンズ
間距離を短くすることができるので、光学系のサイズを
小さくできる長所がある。
【0028】さらに、図7に距離センサ1は、例えば対
象物を監視する監視システムに用いた場合、視野角が大
きいので、広い監視対象領域を監視するのに必要な距離
センサの数を減らすことができ、監視システム全体を小
型化することに大きく寄与する。
象物を監視する監視システムに用いた場合、視野角が大
きいので、広い監視対象領域を監視するのに必要な距離
センサの数を減らすことができ、監視システム全体を小
型化することに大きく寄与する。
【0029】また、図7の模式的斜視図に示すように、
距離センサ1は、閉空間例えばトイレ内に存在する人物
を監視する監視システムに用いた場合に、次に説明する
ような利点がある。
距離センサ1は、閉空間例えばトイレ内に存在する人物
を監視する監視システムに用いた場合に、次に説明する
ような利点がある。
【0030】図7、8の模式図を参照して、トイレに距
離センサ1を用いた監視システム101を設置した例を
説明する。図8(a)はトイレの側面図、図8(b)は
距離センサ1側(側面図左方)から立っている人物10
2を見た図である。図中人物102がトイレ内に存在し
ている。XY軸を床面103内に置くように、直交座標
系XYZがとられている。また、床面103と垂直に、
四方に壁104a、104b、104c(図7では不図
示)、104d(以下区別しないときは単に壁104と
いう)が形成されている。
離センサ1を用いた監視システム101を設置した例を
説明する。図8(a)はトイレの側面図、図8(b)は
距離センサ1側(側面図左方)から立っている人物10
2を見た図である。図中人物102がトイレ内に存在し
ている。XY軸を床面103内に置くように、直交座標
系XYZがとられている。また、床面103と垂直に、
四方に壁104a、104b、104c(図7では不図
示)、104d(以下区別しないときは単に壁104と
いう)が形成されている。
【0031】また、距離センサ1の視野角は、トイレの
幅程度になるように設定する。このように設定した複数
の距離センサ1は、壁104aに複数設置される。これ
により、監視システム101は、複数の距離センサ1が
各々監視する対象の領域である複数の監視エリア106
を監視することができる。また、複数の距離センサ1
は、筐体105に取りつけて壁104aに設置するとよ
い。さらに、複数の距離センサ1は、監視エリア106
が、立っている人物102のおよそ頭部から床面103
までの像が、適当な間隔で配分されるように、設置する
数、向きを設定する。また、人物102が不在の場合の
床面103や壁104までの距離を、トイレ内に人物1
02が存在しない状態のいわば背景の距離として設定し
ておくとよい。
幅程度になるように設定する。このように設定した複数
の距離センサ1は、壁104aに複数設置される。これ
により、監視システム101は、複数の距離センサ1が
各々監視する対象の領域である複数の監視エリア106
を監視することができる。また、複数の距離センサ1
は、筐体105に取りつけて壁104aに設置するとよ
い。さらに、複数の距離センサ1は、監視エリア106
が、立っている人物102のおよそ頭部から床面103
までの像が、適当な間隔で配分されるように、設置する
数、向きを設定する。また、人物102が不在の場合の
床面103や壁104までの距離を、トイレ内に人物1
02が存在しない状態のいわば背景の距離として設定し
ておくとよい。
【0032】このように、複数の距離センサ1を設定す
ることで、人物102までの距離を測定すると同時に、
複数の距離センサ1のうちどの距離センサ1が人物10
2を検出したかで、人物102の存在、床面103から
の高さ即ちその姿勢を判断することができる。また距離
センサ1は、差画像を取得し、画像上の人物102の像
を抽出することにより、抽出された人物102の像の画
像上の位置から、トイレ幅方向(Y軸方向)の位置も得
ることができる。
ることで、人物102までの距離を測定すると同時に、
複数の距離センサ1のうちどの距離センサ1が人物10
2を検出したかで、人物102の存在、床面103から
の高さ即ちその姿勢を判断することができる。また距離
センサ1は、差画像を取得し、画像上の人物102の像
を抽出することにより、抽出された人物102の像の画
像上の位置から、トイレ幅方向(Y軸方向)の位置も得
ることができる。
【0033】ここで図9の模式的側面図を参照して、人
物102の位置情報である高さ、位置を算出する方法の
一例を説明する。床面103から高さHの壁104aに
設置された距離センサ1が、壁104aから距離L(X
軸方向)の監視エリア106を監視しているとする。こ
の監視エリア106に存在する人物102の距離センサ
1からの距離がAと測定されたとすると、人物102の
高さH1と、壁104aからの距離L1は、次式で求め
ることができる。 H1=AH/(H2+L2)1/2 ………(6) L1=AL/(H2+L2)1/2 ………(7) 距離Lに直交する床面103と平行方向(Y軸方向(図
7参照))の位置は、前述のように、距離センサ1のラ
インCCD上の人物102の像の位置から得ることがで
きる。このように、トイレ内に存在する人物102の位
置情報を容易に算出することができる。
物102の位置情報である高さ、位置を算出する方法の
一例を説明する。床面103から高さHの壁104aに
設置された距離センサ1が、壁104aから距離L(X
軸方向)の監視エリア106を監視しているとする。こ
の監視エリア106に存在する人物102の距離センサ
1からの距離がAと測定されたとすると、人物102の
高さH1と、壁104aからの距離L1は、次式で求め
ることができる。 H1=AH/(H2+L2)1/2 ………(6) L1=AL/(H2+L2)1/2 ………(7) 距離Lに直交する床面103と平行方向(Y軸方向(図
7参照))の位置は、前述のように、距離センサ1のラ
インCCD上の人物102の像の位置から得ることがで
きる。このように、トイレ内に存在する人物102の位
置情報を容易に算出することができる。
【0034】また監視システム101は、上述のよう
に、監視する領域が閉空間(トイレ、風呂、エレベータ
ー内、オフィス内)の場合、壁等で囲まれているので、
人物102が不在の場合の床面103や壁104までの
距離を基準距離として設定しておき、その状態からの変
化を追うことで、人物102の状態を判断することがで
きる。
に、監視する領域が閉空間(トイレ、風呂、エレベータ
ー内、オフィス内)の場合、壁等で囲まれているので、
人物102が不在の場合の床面103や壁104までの
距離を基準距離として設定しておき、その状態からの変
化を追うことで、人物102の状態を判断することがで
きる。
【0035】このように、監視システム101は、トイ
レにどの程度の大きさの人物102が進入し、どのよう
な人物102の状態(どの位置で、立っている、座って
いる、倒れている)にあるか、また、その人物102は
動いているか、また退出したかといった一連の動きを簡
単な装置で追従することができる。この場合、距離の変
化を取得していくことにより、距離が比較的正確でなく
ても状態の判断に使うことはできる。また、監視システ
ム101は、距離センサ1で差画像を用いるので、例え
ば、人物102に動きが無くなった場合には、領域の特
定ができなくなるが、一連の動きから総合的に人物10
2の状態の判定をすることができるので、静止している
または動きがゆっくりである人物102の存在も監視で
きる。これは、例えばトイレに座っている人物102や
風呂にゆっくり浸かっている人物102等動きの少ない
人物102を監視する場合に有効である。
レにどの程度の大きさの人物102が進入し、どのよう
な人物102の状態(どの位置で、立っている、座って
いる、倒れている)にあるか、また、その人物102は
動いているか、また退出したかといった一連の動きを簡
単な装置で追従することができる。この場合、距離の変
化を取得していくことにより、距離が比較的正確でなく
ても状態の判断に使うことはできる。また、監視システ
ム101は、距離センサ1で差画像を用いるので、例え
ば、人物102に動きが無くなった場合には、領域の特
定ができなくなるが、一連の動きから総合的に人物10
2の状態の判定をすることができるので、静止している
または動きがゆっくりである人物102の存在も監視で
きる。これは、例えばトイレに座っている人物102や
風呂にゆっくり浸かっている人物102等動きの少ない
人物102を監視する場合に有効である。
【0036】以上のように、監視システム101は、視
野角の大きい距離センサ1を用いることで、監視対象領
域を監視するのに必要な距離センサの数を減らすことが
できるので、非常に安価な装置を構築することができ
る。また対象物を監視する距離センサであるので、人物
のプライバシーを守ることができるので、トイレや風呂
等での状態監視において非常に有効である。
野角の大きい距離センサ1を用いることで、監視対象領
域を監視するのに必要な距離センサの数を減らすことが
できるので、非常に安価な装置を構築することができ
る。また対象物を監視する距離センサであるので、人物
のプライバシーを守ることができるので、トイレや風呂
等での状態監視において非常に有効である。
【0037】以上のような本実施の形態によれば、距離
センサ1は、例えば既存の距離センサに単純な光学系を
付加することにより、簡易に視野角の大きい距離センサ
を提供することができる。また、単純な光学系の付加を
するだけになるので、単純で非常に安価である。
センサ1は、例えば既存の距離センサに単純な光学系を
付加することにより、簡易に視野角の大きい距離センサ
を提供することができる。また、単純な光学系の付加を
するだけになるので、単純で非常に安価である。
【0038】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、対象物か
らの光を受光する1対の撮像素子と、前記1対の撮像素
子に前記対象物の像をそれぞれ結像する1対の結像レン
ズと、前記1対の撮像素子の各々から取得された画像同
士の相関値を算出する相関算出手段と、当該相関値を用
いて前記対象物との距離を計測する距離計測手段と、前
記結像レンズの対象物側に設けられた視野角拡大手段と
を備えることを特徴とするので、簡易に視野角の大きい
距離センサを提供することができる。
らの光を受光する1対の撮像素子と、前記1対の撮像素
子に前記対象物の像をそれぞれ結像する1対の結像レン
ズと、前記1対の撮像素子の各々から取得された画像同
士の相関値を算出する相関算出手段と、当該相関値を用
いて前記対象物との距離を計測する距離計測手段と、前
記結像レンズの対象物側に設けられた視野角拡大手段と
を備えることを特徴とするので、簡易に視野角の大きい
距離センサを提供することができる。
【図1】本発明の実施の形態である距離センサの構成例
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図2】既存の距離センサの構成例を示すブロック図で
ある。
ある。
【図3】図2の場合における、対象物の距離を算出する
方法を説明する模式図である。
方法を説明する模式図である。
【図4】図1の場合における、凸レンズ2枚を用いた光
学系を説明する模式図である。
学系を説明する模式図である。
【図5】図4の場合における、凸レンズ2枚を用いた光
学系の視野角が大きくなる原理を説明する概念図であ
る。
学系の視野角が大きくなる原理を説明する概念図であ
る。
【図6】図1の場合における、凸レンズと凹レンズを用
いた光学系を説明する模式図である。
いた光学系を説明する模式図である。
【図7】本発明の実施の形態である距離センサを用いた
監視システムを説明する模式的斜視図である。
監視システムを説明する模式的斜視図である。
【図8】図7の場合における、監視システムをトイレに
設置する場合を説明する模式的側面図(a)、距離セン
サ側から立っている人物を見た模式図(b)である。
設置する場合を説明する模式的側面図(a)、距離セン
サ側から立っている人物を見た模式図(b)である。
【図9】図7の場合における、人物の距離から人物の位
置情報を算出する方法を説明する模式的側面図である。
置情報を算出する方法を説明する模式的側面図である。
1 距離センサ
2 対象物
10 パッシブ型光学距離センサ
11 第1の受光部
12 第2の受光部
13 センサ制御部
14 第1のラインCCD
15 結像レンズ(第1のラインCCD側)
16 第2のラインCCD
17 結像レンズ(第2のラインCCD側)
18 相関算出部
19 距離計測部
20 差画像形成部
30 光学系
31 第1の凸レンズ(第1のラインCCD側)
32 第2の凸レンズ(第1のラインCCD側)
33 第1の凸レンズ(第2のラインCCD側)
34 第2の凸レンズ(第2のラインCCD側)
41 第3の凸レンズ(第1のラインCCD側)
42 凹レンズ(第1のラインCCD側)
43 第3の凸レンズ(第2のラインCCD側)
44 凹レンズ(第2のラインCCD側)
101 監視システム
102 人物
103 床面
104 壁
105 筐体
106 監視エリア
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 味村 一弘
東京都千代田区六番町6−28 住友大阪セ
メント株式会社内
(72)発明者 加藤 圭
東京都千代田区六番町6−28 住友大阪セ
メント株式会社内
Fターム(参考) 2F112 AC03 BA00 BA03 CA02 DA05
2H011 AA06 BA05 BB01 DA06
2H051 AA00 BB02 CB04 CB07 CB29
GB06
Claims (4)
- 【請求項1】 対象物からの光を受光する1対の撮像素
子と;前記1対の撮像素子に前記対象物の像をそれぞれ
結像する1対の結像レンズと;前記1対の撮像素子の各
々から取得された画像同士の相関値を算出する相関算出
手段と;当該相関値を用いて前記対象物との距離を計測
する距離計測手段と;前記結像レンズの対象物側に設け
られた視野角拡大手段とを備えることを特徴とする;距
離センサ。 - 【請求項2】 前記視野角拡大手段は、前記結像レンズ
のバックフォーカス位置を変えることなく実効的な焦点
距離を短くすることを特徴とする;請求項1に記載の距
離センサ。 - 【請求項3】 前記視野角拡大手段は、前記結像レンズ
の対象物側に設けられた第1の凸レンズと、前記第1の
凸レンズの対象物側に第1の所定間隔離れて配置された
第2の凸レンズとを備え;前記第1の所定間隔は前記第
1の凸レンズの焦点距離と前記第2の凸レンズの焦点距
離とに基づいて定められた値であることを特徴とする;
請求項1又は請求項2に記載の距離センサ。 - 【請求項4】 前記視野角拡大手段は、前記結像レンズ
の対象物側に設けられた第3の凸レンズと、前記第3の
凸レンズの対象物側に第2の所定間隔離れて配置された
凹レンズとを備え;前記第2の所定間隔は前記第3の凸
レンズの焦点距離と前記凹レンズの焦点距離に基づいて
定められた値であることを特徴とする;請求項1又は請
求項2に記載の距離センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001248606A JP2003057028A (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | 距離センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001248606A JP2003057028A (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | 距離センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003057028A true JP2003057028A (ja) | 2003-02-26 |
Family
ID=19077742
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001248606A Pending JP2003057028A (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | 距離センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003057028A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013042786A1 (ja) * | 2011-09-21 | 2013-03-28 | Saitoh Mitsumasa | 定在波レーダーによる人体異常検知装置及びその利用方法 |
KR102196661B1 (ko) * | 2019-06-26 | 2020-12-30 | 한국원자력연구원 | 스캐너 시스템 및 이를 구비하는 원전 해체 시스템 |
Citations (8)
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---|---|---|---|---|
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JPH0868936A (ja) * | 1994-08-31 | 1996-03-12 | Toshiba Corp | アフォ−カル結像光学装置およびその光学装置を用いたレ−ザ装置 |
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-
2001
- 2001-08-20 JP JP2001248606A patent/JP2003057028A/ja active Pending
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