JP2012026921A - Optical distance measuring equipment and equipment loaded with the same - Google Patents

Optical distance measuring equipment and equipment loaded with the same Download PDF

Info

Publication number
JP2012026921A
JP2012026921A JP2010167192A JP2010167192A JP2012026921A JP 2012026921 A JP2012026921 A JP 2012026921A JP 2010167192 A JP2010167192 A JP 2010167192A JP 2010167192 A JP2010167192 A JP 2010167192A JP 2012026921 A JP2012026921 A JP 2012026921A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
light receiving
spot
distance measuring
measuring device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010167192A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noboru Kawai
昇 川合
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2010167192A priority Critical patent/JP2012026921A/en
Publication of JP2012026921A publication Critical patent/JP2012026921A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical distance measuring equipment for measuring a distance to each of objects 15 and 16 even when there exists a plurality of objects 15 and 16 in a projecting direction from a light emitting element 11.SOLUTION: The optical distance measuring equipment is provided with: a light emitting element 11; a light collecting part 13 for projection; a condensing part 14 for light reception; and a light receiving element 12. The light receiving element 12 has a light receiving face 12a for receiving optical spots Ls1 and Ls2 condensed by the condensing part 14 for light reception. A plurality of light receiving elements are one-dimensionally or two-dimensionally arrayed in a row on a light receiving face 12a. When the optical spots Ls1 and Ls2 are made incident to the light receiving face 12a, positions x1 and x2 in the light receiving face 12a of the optical spot are searched for each of the optical spots Ls1 and Ls2 based on a signal to be output by each of the plurality of light receiving elements. A distance from the light emitting element 11 to objects 15 and 16 corresponding to each optical spot is calculated by a triangular distance measurement system according to the positions x1 and x2 within the light receiving face of each optical spot.

Description

この発明は光学式測距装置に関し、より詳しくは、発光素子と、上記発光素子から離間して配置され受光素子とを備えて、上記発光素子から対象物へ光を投射し、上記対象物からの反射光を上記受光素子で受光することにより、上記発光素子から上記対象物までの距離を三角測距方式で検知する光学式測距装置に関する。なお、「対象物」とは、上記発光素子からの距離が測定されるべき物体を意味する(以下同様)。   The present invention relates to an optical distance measuring device, and more specifically, includes a light emitting element and a light receiving element disposed apart from the light emitting element, and projects light from the light emitting element to an object. The present invention relates to an optical distance measuring device that detects the distance from the light emitting element to the object by a triangular distance measuring method by receiving the reflected light of the light by the light receiving element. Note that the “object” means an object whose distance from the light emitting element is to be measured (the same applies hereinafter).

また、この発明は、そのような光学式測距装置を搭載した機器に関する。   The present invention also relates to a device equipped with such an optical distance measuring device.

従来、例えば図6に示すように、光学式測距装置100としては、対象物までの距離を三角測距方式で検知するものが知られている(例えば特許文献1(特公平02−19403号公報)、特許文献2(実公平07−34334号公報)参照。)。この光学式測距装置100は、発光ダイオードなどの光源である発光素子101と、投光用集光部103と、受光用集光部104と、受光素子102とを備えている。   Conventionally, as shown in FIG. 6, for example, as an optical distance measuring device 100, one that detects a distance to an object by a triangular distance measuring method is known (for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 02-19403). Gazette) and Patent Document 2 (Japanese Utility Model Publication No. 07-34334). The optical distance measuring device 100 includes a light emitting element 101 that is a light source such as a light emitting diode, a light projecting condensing unit 103, a light receiving condensing unit 104, and a light receiving element 102.

この光学式測距装置100において、発光素子101から出射された光Lは、投光用集光部103によって集光されて、対象物105に照射される。対象物105で反射された一部の光L′は、受光用集光部104を通して絞られ、光スポットLsとして受光素子102の受光面102aに入射する。   In the optical distance measuring device 100, the light L emitted from the light emitting element 101 is condensed by the light projecting condensing unit 103 and is irradiated onto the object 105. A part of the light L ′ reflected by the object 105 is narrowed through the light receiving condensing unit 104 and enters the light receiving surface 102 a of the light receiving element 102 as a light spot Ls.

上記受光素子102は、PSD(Position Sensitive Device:位置検出素子)であり、その受光面102aには、入射する光量に応じた電圧を発生する材料が一様に塗布されている。受光面102aに光スポットが入射すると、光スポットが入射した部分に光量に応じた電圧が発生する。受光面内でその部分から離れた点の電位は、塗布された材料の抵抗により低下する。したがって、受光素子102の両端に発生する電圧の比に基づいて、上記光スポットLsの受光面102a内での位置xを求めることができる。   The light receiving element 102 is a PSD (Position Sensitive Device), and the light receiving surface 102a is uniformly coated with a material that generates a voltage corresponding to the amount of incident light. When a light spot is incident on the light receiving surface 102a, a voltage corresponding to the amount of light is generated at the portion where the light spot is incident. The potential at a point away from that portion in the light receiving surface is lowered by the resistance of the applied material. Therefore, the position x of the light spot Ls in the light receiving surface 102a can be obtained based on the ratio of the voltages generated at both ends of the light receiving element 102.

発光素子101から対象物105までの距離dが変化すると、その変化に応じて、上記光スポットLsが入射する受光面102a内での位置xは変化する。したがって、上記光スポットLsが入射する受光面102a内での位置xを求めることで、その位置xに応じて、発光素子101から対象物105までの距離dを求めることができる(三角測距方式)。   When the distance d from the light emitting element 101 to the object 105 changes, the position x in the light receiving surface 102a on which the light spot Ls enters changes according to the change. Therefore, by obtaining the position x in the light receiving surface 102a on which the light spot Ls is incident, the distance d from the light emitting element 101 to the object 105 can be obtained according to the position x (triangular distance measuring method). ).

特公平02−19403号公報Japanese Examined Patent Publication No. 02-19403 実公平07−34334号公報No. 07-34334

ところで、光学式測距装置100から見て、略同じ方向に複数の対象物が存在する場合がある。例えば、光学式測距装置100から見て、まず半透明の第1の対象物が存在し、その後方に不透明の第2の対象物が存在する場合などである。   Incidentally, when viewed from the optical distance measuring device 100, a plurality of objects may exist in substantially the same direction. For example, when viewed from the optical distance measuring device 100, there is a case where a first semi-transparent object is present and an opaque second object is present behind the first object.

このような場合、従来の光学式測距装置100では、受光素子102は第1の対象物からの反射光と第2の対象物からの反射光とを合成して検知してしまうため、個々の対象物についての出力が得られない。つまり、従来の光学式測距装置100は、発光素子からの投光方向に複数の対象物が存在する場合、個々の対象物までの距離を測定できないという問題がある。   In such a case, in the conventional optical distance measuring device 100, the light receiving element 102 combines and detects the reflected light from the first object and the reflected light from the second object. The output for the target object cannot be obtained. That is, the conventional optical distance measuring device 100 has a problem in that when there are a plurality of objects in the light projecting direction from the light emitting elements, the distance to each object cannot be measured.

そこで、この発明の課題は、発光素子からの投光方向に複数の対象物が存在する場合であっても、個々の対象物までの距離を測定できる光学式測距装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an optical distance measuring device that can measure the distance to each object even when there are a plurality of objects in the light projecting direction from the light emitting element. .

また、この発明の課題は、そのような光学式測距装置を搭載した機器を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a device equipped with such an optical distance measuring device.

上記課題を解決するため、この発明の光学式測距装置は、
光を出射する発光素子と、
上記発光素子から出射された光を集光して対象物に照射する投光用集光部と、
上記対象物からの反射光を集光して光スポットにする受光用集光部と、
上記発光素子から離間して配置され、上記受光用集光部によって集光された上記光スポットを受ける受光面を有する受光素子とを備え、この受光素子の上記受光面には複数の受光要素が一次元または二次元に並べて配列され、上記複数の受光要素はそれぞれその受光要素に入射する光強度に応じた信号を出力するようになっており、
上記受光面内に光スポットが入射したとき、上記複数の受光要素がそれぞれ出力する信号に基づいて、各光スポット毎にその光スポットの上記受光面内での位置を求める光スポット位置算出部と、
上記光スポット位置算出部が求めた上記各光スポットの上記受光面内での位置に応じて、上記発光素子から上記各光スポットに対応する対象物までの距離をそれぞれ三角測距方式で算出する距離算出部を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the optical distance measuring device of the present invention is:
A light emitting element that emits light;
A light condensing part for condensing the light emitted from the light emitting element and irradiating the object;
A light receiving condensing part that condenses the reflected light from the object into a light spot;
A light receiving element disposed apart from the light emitting element and having a light receiving surface for receiving the light spot collected by the light receiving condensing unit, wherein the light receiving surface of the light receiving element includes a plurality of light receiving elements. Arranged side by side in one or two dimensions, each of the plurality of light receiving elements outputs a signal corresponding to the light intensity incident on the light receiving element,
A light spot position calculation unit for determining, for each light spot, the position of the light spot in the light receiving surface for each light spot based on a signal output from each of the light receiving elements when the light spot is incident on the light receiving surface; ,
The distance from the light emitting element to the object corresponding to each light spot is calculated by the triangulation method according to the position in the light receiving surface of each light spot obtained by the light spot position calculation unit. A distance calculation unit is provided.

この発明の光学式測距装置では、発光素子から出射された光は、投光用集光部によって集光されて、対象物に照射される。対象物からの反射光は、受光用集光部を通して絞られ、光スポットとして受光素子の受光面に入射する。この受光素子の上記受光面には複数の受光要素が一次元または二次元に並べて配列され、上記複数の受光要素はそれぞれその受光要素に入射する光強度に応じた信号を出力する。したがって、上記受光素子の複数の受光要素の出力は、全体として、上記受光面内の光強度分布を表すものとなる。光スポット位置算出部は、上記受光面内に光スポットが入射したとき、各光スポット毎にその光スポットの上記受光面内での位置を求める。距離算出部は、上記光スポット位置算出部が求めた上記各光スポットの上記受光面内での位置に応じて、上記発光素子から上記各光スポットに対応する対象物までの距離をそれぞれ三角測距方式で算出する。したがって、この発明の光学式測距装置では、上記発光素子からの投光方向に複数の対象物が存在する場合であっても、個々の対象物までの距離を測定できる。   In the optical distance measuring device according to the present invention, the light emitted from the light emitting element is condensed by the light condensing unit and irradiated onto the object. The reflected light from the object is narrowed down through the light receiving condensing unit and enters the light receiving surface of the light receiving element as a light spot. A plurality of light receiving elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on the light receiving surface of the light receiving element, and each of the plurality of light receiving elements outputs a signal corresponding to the light intensity incident on the light receiving element. Therefore, the outputs of the plurality of light receiving elements of the light receiving element represent the light intensity distribution in the light receiving surface as a whole. When the light spot is incident on the light receiving surface, the light spot position calculating unit obtains the position of the light spot in the light receiving surface for each light spot. The distance calculation unit triangulates the distance from the light emitting element to the object corresponding to each light spot according to the position of each light spot obtained by the light spot position calculation unit in the light receiving surface. Calculate using the distance method. Therefore, the optical distance measuring device of the present invention can measure the distances to individual objects even when there are a plurality of objects in the light projecting direction from the light emitting element.

なお、上記光スポット位置算出部と上記距離算出部を、CPU(中央演算処理装置)を含むハードウエアとそのハードウエアを動作させるソフトウエア(コンピュータプログラム)とによって構成すれば、個々の対象物までの距離を並行して、実質的に同時に求めることができる。   In addition, if the light spot position calculation unit and the distance calculation unit are configured by hardware including a CPU (Central Processing Unit) and software (computer program) that operates the hardware, individual objects can be obtained. In parallel and substantially simultaneously.

一実施形態の光学式測距装置では、上記光スポット位置算出部は、上記各光スポットの光強度分布の重心をその光スポットの上記受光面内での位置として求めることを特徴とする。   In the optical distance measuring device according to an embodiment, the light spot position calculation unit obtains the center of gravity of the light intensity distribution of each light spot as the position of the light spot in the light receiving surface.

この一実施形態の光学式測距装置では、上記光スポット位置算出部は、上記各光スポットの光強度分布の重心をその光スポットの上記受光面内での位置として求める。したがって、上記各光スポットの上記受光面内での位置を精度良く求めることができる。   In the optical distance measuring device according to this embodiment, the light spot position calculation unit obtains the center of gravity of the light intensity distribution of each light spot as the position of the light spot in the light receiving surface. Therefore, the position of each light spot in the light receiving surface can be obtained with high accuracy.

一実施形態の光学式測距装置では、上記光スポット位置算出部は、上記受光面内に入射する上記光スポットの光強度分布のピークの数に応じて、上記対象物の数を求めることを特徴とする。   In the optical distance measuring device of one embodiment, the light spot position calculation unit obtains the number of the objects according to the number of peaks of the light intensity distribution of the light spot incident on the light receiving surface. To do.

この一実施形態の光学式測距装置では、上記光スポット位置算出部は、上記受光面内に入射する上記光スポットの光強度分布のピークの数に応じて、上記対象物の数を求める。したがって、距離を測定すべき対象物の数を正確に求めることができる。この求めた対象物の数に応じて、上記受光面内で幾つの光スポットの位置を求めるかを決定することができる。   In the optical distance measuring device of this one embodiment, the light spot position calculation unit obtains the number of objects according to the number of peaks of the light intensity distribution of the light spot incident on the light receiving surface. Therefore, the number of objects whose distance is to be measured can be accurately obtained. It is possible to determine how many light spots are to be obtained within the light receiving surface in accordance with the obtained number of objects.

一実施形態の光学式測距装置では、上記各光スポットに対応する対象物毎に、上記距離算出部が求めた上記距離を表示画面上に並べて表示する表示部を備えたことを特徴とする。   In one embodiment, the optical distance measuring device includes a display unit that displays the distances calculated by the distance calculation unit side by side on a display screen for each object corresponding to each of the light spots. .

この一実施形態の光学式測距装置では、表示部は、上記各光スポットに対応する対象物毎に、上記距離算出部が求めた上記距離を表示画面上に並べて表示する。したがって、ユーザは、上記発光素子から対象物までの距離を、対象物毎に、ひと目で認識できる。   In the optical distance measuring device according to the embodiment, the display unit displays the distances obtained by the distance calculation unit side by side on the display screen for each object corresponding to each light spot. Therefore, the user can recognize at a glance the distance from the light emitting element to the object for each object.

この発明の機器は、上記光学式測距装置を備えたことを特徴とする。   A device according to the present invention includes the optical distance measuring device.

この発明の機器では、上記光学式測距装置の動作によって、上記発光素子からの投光方向に複数の対象物が存在する場合であっても、個々の対象物までの距離を測定できる。   In the apparatus of the present invention, the distance to each object can be measured by the operation of the optical distance measuring device even when a plurality of objects are present in the light projecting direction from the light emitting element.

以上より明らかなように、この発明の光学式測距装置およびそれを搭載した機器では、上記発光素子からの投光方向に複数の対象物が存在する場合であっても、個々の対象物までの距離を測定できる。   As is clear from the above, in the optical distance measuring device of the present invention and the device on which the optical distance measuring device is mounted, even when there are a plurality of objects in the light projecting direction from the light emitting element, each object is Can be measured.

この発明の一実施形態の光学式測距装置が有する光学系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical system which the optical distance measuring device of one Embodiment of this invention has. 発光素子からの投光方向に二つの対象物が存在する場合に、CMOSイメージャが出力する受光面内の光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution in the light-receiving surface which a CMOS imager outputs, when two target objects exist in the light projection direction from a light emitting element. 発光素子からの投光方向に一つの対象物が存在する場合に、CMOSイメージャが出力する受光面内の光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution in the light-receiving surface which a CMOS imager outputs, when one target exists in the light projection direction from a light emitting element. 上記光学式測距装置が有する信号処理回路のブロック構成を示す図である。It is a figure which shows the block configuration of the signal processing circuit which the said optical distance measuring device has. 液晶表示素子に表示される表示内容を例示する図である。It is a figure which illustrates the display content displayed on a liquid crystal display element. 上記光学式測距装置を内蔵した機器としてのパーソナルコンピュータを示す図である。It is a figure which shows the personal computer as an apparatus incorporating the said optical distance measuring device. 従来の光学式測距装置の構成および動作状態を示す図である。を示す図である。It is a figure which shows the structure and operation state of the conventional optical distance measuring device. FIG.

図1は、この発明の一実施形態の光学式測距装置が有する光学系の構成を示している。   FIG. 1 shows a configuration of an optical system included in an optical distance measuring device according to an embodiment of the present invention.

この光学式測距装置10は、発光素子11と、投光用集光部13と、受光用集光部14と、受光素子12とを備えている。   The optical distance measuring device 10 includes a light emitting element 11, a light projecting condensing unit 13, a light receiving condensing unit 14, and a light receiving element 12.

発光素子11は、透光性樹脂(図示せず)により樹脂封止された発光ダイオードまたは面発光レーザなどからなる光源である。発光素子11は、光出射面11aから或る方向、この例では対象物15,16が存在する方向へ光を出射する。   The light emitting element 11 is a light source composed of a light emitting diode or a surface emitting laser sealed with a translucent resin (not shown). The light emitting element 11 emits light from the light emitting surface 11a in a certain direction, in this example, the direction in which the objects 15 and 16 are present.

投光用集光部13は、正の屈折力を有するレンズを含み、発光素子11から出射された光Lを集光して対象物15,16に照射する。   The light projecting condensing unit 13 includes a lens having a positive refractive power, condenses the light L emitted from the light emitting element 11 and irradiates the objects 15 and 16.

受光用集光部14は、正の屈折力を有するレンズを含み、対象物15,16からの反射光L1,L2を集光して光スポットLs1,Ls2にする。   The light receiving condensing unit 14 includes a lens having a positive refractive power, and condenses the reflected lights L1 and L2 from the objects 15 and 16 into light spots Ls1 and Ls2.

受光素子12は、発光素子11とは別体として樹脂封止されたCMOSイメージャであり、発光素子11から水平方向に離間して配置されている。この受光素子12は、受光用集光部14によって集光された光スポットLs1,Ls2を受ける受光面12aを有している。三角測距を行うために、発光素子11の光出射面11aと受光素子12の受光面12aとは、略同一の平面内で、略同一の高さレベルに位置している。   The light receiving element 12 is a CMOS imager sealed with resin as a separate body from the light emitting element 11, and is spaced apart from the light emitting element 11 in the horizontal direction. The light receiving element 12 has a light receiving surface 12a that receives the light spots Ls1 and Ls2 collected by the light receiving condensing unit 14. In order to perform the triangulation, the light emitting surface 11a of the light emitting element 11 and the light receiving surface 12a of the light receiving element 12 are located at substantially the same height level in substantially the same plane.

上記受光素子12の受光面12aには、受光要素として、複数のフォトダイオード12−1,12−2,…,12−nが一次元(この例ではx方向)に並べて配列されている。フォトダイオードの個数nは、例えばn=2000〜10000の範囲内の数とする。複数のフォトダイオード12−1,12−2,…,12−nは、それぞれそのフォトダイオードに入射する光強度に応じた信号を出力する。したがって、受光素子12の複数のフォトダイオード12−1,12−2,…,12−nの出力は、全体として、受光面12a内の光強度分布を表すものとなる(後述の図2A、図2B参照。)。   On the light receiving surface 12a of the light receiving element 12, a plurality of photodiodes 12-1, 12-2,..., 12-n are arranged in one dimension (in the x direction in this example) as light receiving elements. The number n of photodiodes is, for example, a number in the range of n = 2000 to 10,000. The plurality of photodiodes 12-1, 12-2,..., 12-n each output a signal corresponding to the light intensity incident on the photodiode. Therefore, the outputs of the plurality of photodiodes 12-1, 12-2,..., 12-n of the light receiving element 12 represent the light intensity distribution in the light receiving surface 12a as a whole (FIG. 2A and FIG. 2B).

なお、このような受光素子12としては、市販されている「ラインセンサ」を使用することができる。   A commercially available “line sensor” can be used as the light receiving element 12.

図3は、上記光学式測距装置10が有する信号処理回路20のブロック構成を示している。この信号処理回路20は、光スポット位置算出部21と、距離算出部22と、表示処理部23とを備えている。   FIG. 3 shows a block configuration of the signal processing circuit 20 included in the optical distance measuring device 10. The signal processing circuit 20 includes a light spot position calculation unit 21, a distance calculation unit 22, and a display processing unit 23.

光スポット位置算出部21は、上記受光素子(CMOS(コンプリメンタリ・メタル・オキサイド・セミコンダクタ)イメージャ)12の複数のフォトダイオード12−1,12−2,…,12−nがそれぞれ出力する信号に基づいて、受光面12a内に入射する光スポットの受光面12a内での位置を求める。   The light spot position calculation unit 21 is based on signals output from a plurality of photodiodes 12-1, 12-2, ..., 12-n of the light receiving element (CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) imager) 12, respectively. Thus, the position of the light spot incident on the light receiving surface 12a in the light receiving surface 12a is obtained.

特に、この光スポット位置算出部21は、まず、受光面12a内に入射する光スポットの光強度分布のピークの数に応じて、対象物の数を求める。これにより、対象物の数を求めることができる。また、この求めた対象物の数に応じて、受光面12a内で幾つの光スポットの位置を求めるかを決定することができる。次に、光スポット位置算出部21は、各光スポット毎に(つまり各対象物毎に)、その光スポットの受光面12a内での位置xを求める。ここで、光スポットの受光面12a内での位置xは、各光スポットの光強度分布の重心を算出することによって、精度良く求めることができる。   In particular, the light spot position calculation unit 21 first obtains the number of objects according to the number of peaks of the light intensity distribution of the light spot incident on the light receiving surface 12a. Thereby, the number of objects can be obtained. Further, it is possible to determine how many light spots are to be obtained in the light receiving surface 12a in accordance with the obtained number of objects. Next, the light spot position calculation part 21 calculates | requires the position x in the light-receiving surface 12a of the light spot for every light spot (that is, for every target object). Here, the position x of the light spot in the light receiving surface 12a can be obtained with high accuracy by calculating the center of gravity of the light intensity distribution of each light spot.

距離算出部22は、光スポット位置算出部21が求めた各光スポットの受光面12a内での位置に応じて、発光素子11から各光スポットに対応する対象物までの距離をそれぞれ三角測距方式で算出する。   The distance calculation unit 22 triangulates the distance from the light emitting element 11 to the object corresponding to each light spot according to the position of each light spot in the light receiving surface 12a obtained by the light spot position calculation unit 21. Calculate by the method.

表示処理部23は、各光スポットに対応する対象物毎に、距離算出部22が求めた距離を、この例では液晶表示素子(LCD)19の表示画面上に並べて表示するように2次元画像を作成する画像処理を行う。この例では、表示処理部23とLCD19とによって、表示部が構成されている。   The display processing unit 23 displays a distance obtained by the distance calculation unit 22 for each object corresponding to each light spot, in this example so as to be displayed side by side on a display screen of a liquid crystal display element (LCD) 19. Image processing to create. In this example, the display processing unit 23 and the LCD 19 constitute a display unit.

この例では、信号処理回路20(光スポット位置算出部21と距離算出部22と表示処理部23)は、CPU(中央演算処理装置)を含むハードウエアとそのハードウエアを動作させるソフトウエア(コンピュータプログラム)とによって構成されている。   In this example, the signal processing circuit 20 (light spot position calculation unit 21, distance calculation unit 22, and display processing unit 23) includes hardware including a CPU (Central Processing Unit) and software (computer) that operates the hardware. Program).

この光学式測距装置10は、全体として、次のように動作する。   The optical distance measuring device 10 operates as follows as a whole.

(1) まず、図1において、発光素子11からの投光方向に対象物15が存在せず、一つの対象物16のみが存在する場合の動作について説明する。   (1) First, in FIG. 1, an operation when the object 15 does not exist in the light projecting direction from the light emitting element 11 and only one object 16 exists will be described.

この場合、発光素子11から出射された光Lは、投光用集光部13によって集光されて、対象物16に照射される。対象物16で反射された一部の光L2は、受光用集光部14を通して絞られ、光スポットLs2として受光素子12の受光面12aに入射する。   In this case, the light L emitted from the light emitting element 11 is condensed by the light projecting condensing unit 13 and irradiated onto the object 16. A part of the light L2 reflected by the object 16 is narrowed down through the light receiving condensing unit 14 and enters the light receiving surface 12a of the light receiving element 12 as a light spot Ls2.

このとき、受光素子12の複数のフォトダイオード12−1,12−2,…,12−nの出力が表す受光面12a内の光強度分布は、図2Bに示すように、一つのピークIs2を示すものとなる。   At this time, the light intensity distribution in the light receiving surface 12a represented by the outputs of the plurality of photodiodes 12-1, 12-2,..., 12-n of the light receiving element 12 has one peak Is2 as shown in FIG. It will be shown.

ここで、図3中の光スポット位置算出部21は、まず、受光面12a内に入射する光スポットの光強度分布のピークIs2の数が一つであることに応じて、対象物の数が一つ(この例では図1中に示す対象物16)であると決定する。次に、光スポット位置算出部21は、光スポットLs2の受光面12a内での位置x2を求める。   Here, the light spot position calculation unit 21 in FIG. 3 first has one object according to the number of peaks Is2 of the light intensity distribution of the light spot incident on the light receiving surface 12a. (In this example, it is determined to be the object 16 shown in FIG. 1). Next, the light spot position calculation unit 21 obtains the position x2 of the light spot Ls2 within the light receiving surface 12a.

次に、距離算出部22は、その位置x2に応じて、図1中に示す発光素子11から対象物16までの距離d2を三角測距方式で算出する。   Next, the distance calculation unit 22 calculates a distance d2 from the light emitting element 11 to the object 16 shown in FIG. 1 according to the position x2 by a triangulation method.

距離算出部22が求めた対象物16までの距離d2は、表示処理部23によってLCD19の表示画面に表示される。   The distance d2 to the object 16 obtained by the distance calculation unit 22 is displayed on the display screen of the LCD 19 by the display processing unit 23.

(2) 次に、図1において、発光素子11からの投光方向に半透明の第1の対象物15と不透明の第2の対象物16とが存在する場合、つまり二つの対象物が存在する場合の動作について説明する。   (2) Next, in FIG. 1, when there is a semi-transparent first object 15 and an opaque second object 16 in the light projecting direction from the light emitting element 11, that is, there are two objects. The operation when doing this will be described.

この場合、発光素子11から出射された光Lは、投光用集光部13によって集光されて、まず対象物15に照射され、一部の光L1が反射される。光Lの残りの部分は、対象物15透過して、対象物16に照射されて反射される。対象物15,16でそれぞれ反射された光L1,L2は、受光用集光部14を通して絞られ、光スポットLs1,Ls2として受光素子12の受光面12aに入射する。   In this case, the light L emitted from the light emitting element 11 is condensed by the light projecting condensing unit 13, and is first irradiated to the object 15, and a part of the light L <b> 1 is reflected. The remaining part of the light L is transmitted through the object 15 and is irradiated and reflected on the object 16. The lights L1 and L2 reflected by the objects 15 and 16, respectively, are narrowed down through the light receiving condensing unit 14 and enter the light receiving surface 12a of the light receiving element 12 as light spots Ls1 and Ls2.

このとき、受光素子12の複数のフォトダイオード12−1,12−2,…,12−nの出力が表す受光面12a内の光強度分布は、図2Aに示すように、二つのピークIs1,Is2を示すものとなる。   At this time, the light intensity distribution in the light receiving surface 12a represented by the outputs of the plurality of photodiodes 12-1, 12-2,..., 12-n of the light receiving element 12 has two peaks Is1, as shown in FIG. Is2 is shown.

ここで、図3中の光スポット位置算出部21は、まず、受光面12a内に入射する光スポットの光強度分布のピークIs1,Is2の数が二つであることに応じて、対象物の数が二つ(この例では図1中に示す対象物15,16)であると決定する。次に、光スポット位置算出部21は、各光スポットLs1,Ls2毎に、その光スポットの受光面12a内での位置を求める。この例では、光スポットLs1の受光面12a内での位置x1と、光スポットの受光面12a内での位置x2とを求める。   Here, the light spot position calculation unit 21 in FIG. 3 first determines the number of objects according to the number of peaks Is1 and Is2 of the light intensity distribution of the light spot incident on the light receiving surface 12a being two. Two (in this example, the objects 15 and 16 shown in FIG. 1) are determined. Next, the light spot position calculation part 21 calculates | requires the position in the light-receiving surface 12a of the light spot for each light spot Ls1, Ls2. In this example, the position x1 of the light spot Ls1 in the light receiving surface 12a and the position x2 of the light spot in the light receiving surface 12a are obtained.

次に、距離算出部22は、各光スポットの受光面12a内での位置x1,x2に応じて、図1中に示す発光素子11から対象物15,16までの距離d1,d2を三角測距方式で算出する。   Next, the distance calculation unit 22 triangulates the distances d1 and d2 from the light emitting element 11 to the objects 15 and 16 shown in FIG. 1 according to the positions x1 and x2 of the light spots in the light receiving surface 12a. Calculate using the distance method.

距離算出部22が求めた対象物15,16までの距離d1,d2は、例えば図4に示すように、表示処理部23によってLCD19の表示画面に並べて表示される。図4の例では、画面の左半分に対象物15,16を特定する識別番号(「1」、「2」)が、画面の上から下へ向かって表示されている。画面の左半分の表示に対応して、画面の右半分に、対象物15,16までの距離d1,d2(この例では「1.0m」「1.5m」)が、画面の上から下へ向かって表示されている。したがって、ユーザは、発光素子11から対象物15,16までの距離d1,d2を、対象物15,16毎に、ひと目で認識できる。   The distances d1 and d2 to the objects 15 and 16 obtained by the distance calculation unit 22 are displayed side by side on the display screen of the LCD 19 by the display processing unit 23, for example, as shown in FIG. In the example of FIG. 4, identification numbers (“1” and “2”) for identifying the objects 15 and 16 are displayed from the top to the bottom of the screen in the left half of the screen. Corresponding to the display of the left half of the screen, the distances d1 and d2 (in this example, “1.0 m” and “1.5 m”) to the objects 15 and 16 are displayed on the right half of the screen from the top to the bottom. It is displayed towards. Therefore, the user can recognize the distances d1 and d2 from the light emitting element 11 to the objects 15 and 16 at a glance for each of the objects 15 and 16.

このように、この光学式測距装置10では、発光素子11からの投光方向に複数の対象物15,16が存在する場合であっても、個々の対象物15,16までの距離を測定できる。   As described above, the optical distance measuring device 10 measures the distances to the individual objects 15 and 16 even when there are a plurality of objects 15 and 16 in the light projecting direction from the light emitting element 11. it can.

また、この例では、光スポット位置算出部21と距離算出部22と表示処理部23を、CPU(中央演算処理装置)を含むハードウエアとそのハードウエアを動作させるソフトウエア(コンピュータプログラム)とによって構成しているので、個々の対象物15,16までの距離を並行して、実質的に同時に求めることができる。   In this example, the light spot position calculation unit 21, the distance calculation unit 22, and the display processing unit 23 are made up of hardware including a CPU (central processing unit) and software (computer program) that operates the hardware. Since it comprises, the distance to each object 15 and 16 can be calculated | required substantially simultaneously in parallel.

図5は、上記光学式測距装置10を、機器の一例としてのパーソナルコンピュータ40に内蔵した例を示している。   FIG. 5 shows an example in which the optical distance measuring device 10 is built in a personal computer 40 as an example of a device.

この例では、パーソナルコンピュータ40は、コンピュータ本体41と、ディスプレイ部42と、キーボード43と、マウス44とを備えている。光学式測距装置10の発光素子11と受光素子12は、ディスプレイ部42の上縁部42aに組み込まれている。光学式測距装置10の信号処理回路20(光スポット位置算出部21と距離算出部22と表示処理部23)は、コンピュータ本体41内のCPU(中央演算処理装置)を含むハードウエアとそのハードウエアを動作させるソフトウエア(コンピュータプログラム)とによって構成されている。光学式測距装置10のLCD19は、ディスプレイ部42の表示画面に相当する。   In this example, the personal computer 40 includes a computer main body 41, a display unit 42, a keyboard 43, and a mouse 44. The light emitting element 11 and the light receiving element 12 of the optical distance measuring device 10 are incorporated in the upper edge portion 42 a of the display unit 42. The signal processing circuit 20 (light spot position calculation unit 21, distance calculation unit 22, and display processing unit 23) of the optical distance measuring device 10 includes hardware including a CPU (Central Processing Unit) in the computer main body 41 and its hardware. And software (computer program) for operating the wear. The LCD 19 of the optical distance measuring device 10 corresponds to the display screen of the display unit 42.

このように、上記光学式測距装置10は、パーソナルコンピュータ40に組み込んでコンパクトに内蔵することができる。このパーソナルコンピュータ40では、上記光学式測距装置10の動作によって、発光素子11からの投光方向に複数の対象物が存在する場合であっても、個々の対象物までの距離を測定できる。しかも、個々の対象物までの距離を並行して、実質的に同時に求めることができる。   As described above, the optical distance measuring device 10 can be built into the personal computer 40 and compactly incorporated. In the personal computer 40, the distance to each object can be measured by the operation of the optical distance measuring device 10 even when there are a plurality of objects in the light projecting direction from the light emitting element 11. Moreover, the distances to the individual objects can be obtained substantially simultaneously in parallel.

この実施形態では、上記光学式測距装置10が一つの対象物16、二つの対象物15,16が存在する場合について述べたが、これに限られるものではない。上記光学式測距装置10は、発光素子11の投光方向に三つ以上の複数の対象物が存在する場合であっても、上述の動作の仕方と同様の動作によって、個々の対象物までの距離を測定できる。   In this embodiment, the case where the optical distance measuring device 10 includes one object 16 and two objects 15 and 16 is described, but the present invention is not limited to this. Even if there are three or more objects in the light projecting direction of the light-emitting element 11, the optical distance measuring device 10 can move to individual objects by the same operation as described above. Can be measured.

また、発光素子11の投光方向に二つの対象物15,16が存在する場合において、第1の対象物15は半透明であるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、第1の対象物15が不透明であり、投光用集光部13の照射範囲に第1の対象物15のエッジが存在し、そのエッジ越しに第2の対象物16が存在する場合にも、本発明は適用可能である。   Further, in the case where the two objects 15 and 16 exist in the light projecting direction of the light emitting element 11, the first object 15 is assumed to be translucent, but the present invention is not limited to this. For example, when the first object 15 is opaque, the edge of the first object 15 exists in the irradiation range of the projecting light collecting unit 13, and the second object 16 exists beyond the edge. In addition, the present invention is applicable.

また、上記受光素子12では、複数のフォトダイオード12−1,12−2,…,12−nが一次元(この例ではx方向)に並べて配列されているものとしたが、これに限られるものではない、受光素子12の受光面12a内に複数のフォトダイオードが二次元に並べて配列されているものとしても良い。このような受光素子12としては、市販されている「エリアセンサ」を使用することができる。そのようにした場合、発光素子と対象物との間の水平方向の位置の差および高さ方向の位置の差を加味して、発光素子から個々の対象物までの距離をより精度良く測定することができる。   In the light receiving element 12, a plurality of photodiodes 12-1, 12-2,..., 12-n are arranged in one dimension (in this example, the x direction). A plurality of photodiodes may be two-dimensionally arranged in the light receiving surface 12 a of the light receiving element 12. As such a light receiving element 12, a commercially available “area sensor” can be used. In such a case, the distance from the light emitting element to each object is measured with higher accuracy by taking into account the difference in the horizontal position and the height position between the light emitting element and the object. be able to.

この例では、受光素子12は、CMOSイメージャであるものとしたが、それに代えてCCD(チャージ・カップルド・デバイス)イメージャを用いることもできる。   In this example, the light receiving element 12 is a CMOS imager, but a CCD (Charge Coupled Device) imager can be used instead.

10 光学式測距装置
11 発光素子
12 受光素子
13 投光用集光部
14 受光用集光部
15 第1の対象物
16 第2の対象物
20 信号処理回路
Ls1 第1の光スポット
Ls2 第2の光スポット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical distance measuring device 11 Light emitting element 12 Light receiving element 13 Condensing part for light projection 14 Condensing part for light reception 15 1st target object 16 2nd target object 20 Signal processing circuit Ls1 1st light spot Ls2 2nd Light spot

Claims (5)

光を出射する発光素子と、
上記発光素子から出射された光を集光して対象物に照射する投光用集光部と、
上記対象物からの反射光を集光して光スポットにする受光用集光部と、
上記発光素子から離間して配置され、上記受光用集光部によって集光された上記光スポットを受ける受光面を有する受光素子とを備え、この受光素子の上記受光面には複数の受光要素が一次元または二次元に並べて配列され、上記複数の受光要素はそれぞれその受光要素に入射する光強度に応じた信号を出力するようになっており、
上記受光面内に光スポットが入射したとき、上記複数の受光要素がそれぞれ出力する信号に基づいて、各光スポット毎にその光スポットの上記受光面内での位置を求める光スポット位置算出部と、
上記光スポット位置算出部が求めた上記各光スポットの上記受光面内での位置に応じて、上記発光素子から上記各光スポットに対応する対象物までの距離をそれぞれ三角測距方式で算出する距離算出部を備えたことを特徴とする光学式測距装置。
A light emitting element that emits light;
A light condensing part for condensing the light emitted from the light emitting element and irradiating the object;
A light receiving condensing part that condenses the reflected light from the object into a light spot;
A light receiving element disposed apart from the light emitting element and having a light receiving surface for receiving the light spot collected by the light receiving condensing unit, wherein the light receiving surface of the light receiving element includes a plurality of light receiving elements. Arranged side by side in one or two dimensions, each of the plurality of light receiving elements outputs a signal corresponding to the light intensity incident on the light receiving element,
A light spot position calculation unit for determining, for each light spot, the position of the light spot in the light receiving surface for each light spot based on a signal output from each of the light receiving elements when the light spot is incident on the light receiving surface; ,
The distance from the light emitting element to the object corresponding to each light spot is calculated by the triangulation method according to the position in the light receiving surface of each light spot obtained by the light spot position calculation unit. An optical distance measuring device comprising a distance calculating unit.
請求項1に記載の光学式測距装置において、
上記光スポット位置算出部は、上記各光スポットの光強度分布の重心をその光スポットの上記受光面内での位置として求めることを特徴とする光学式測距装置。
The optical distance measuring device according to claim 1.
The optical spot position calculating unit obtains the center of gravity of the light intensity distribution of each light spot as the position of the light spot in the light receiving surface.
請求項1または2に記載の光学式測距装置において、
上記光スポット位置算出部は、上記受光面内に入射する上記光スポットの光強度分布のピークの数に応じて、上記対象物の数を求めることを特徴とする光学式測距装置。
The optical distance measuring device according to claim 1 or 2,
The optical spot position calculating unit calculates the number of the objects according to the number of peaks of the light intensity distribution of the light spot incident on the light receiving surface.
請求項1から3までのいずれか一つに記載の光学式測距装置において、
上記各光スポットに対応する対象物毎に、上記距離算出部が求めた上記距離を表示画面上に並べて表示する表示部を備えたことを特徴とする光学式測距装置。
The optical distance measuring device according to any one of claims 1 to 3,
An optical distance measuring device comprising: a display unit that displays the distances calculated by the distance calculation unit side by side on a display screen for each object corresponding to each of the light spots.
請求項1から4までのいずれか一つに記載の光学式測距装置を備えたことを特徴とする機器。   An apparatus comprising the optical distance measuring device according to any one of claims 1 to 4.
JP2010167192A 2010-07-26 2010-07-26 Optical distance measuring equipment and equipment loaded with the same Pending JP2012026921A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010167192A JP2012026921A (en) 2010-07-26 2010-07-26 Optical distance measuring equipment and equipment loaded with the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010167192A JP2012026921A (en) 2010-07-26 2010-07-26 Optical distance measuring equipment and equipment loaded with the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012026921A true JP2012026921A (en) 2012-02-09

Family

ID=45780011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010167192A Pending JP2012026921A (en) 2010-07-26 2010-07-26 Optical distance measuring equipment and equipment loaded with the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012026921A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017032314A (en) * 2015-07-29 2017-02-09 シャープ株式会社 Human body portion detection sensor
JP2020504305A (en) * 2017-01-05 2020-02-06 イノビュージョン アイルランド リミテッドInnovusion Ireland Limited High resolution lidar using high frequency pulse firing.
US11391823B2 (en) 2018-02-21 2022-07-19 Innovusion, Inc. LiDAR detection systems and methods with high repetition rate to observe far objects
US11460554B2 (en) 2017-10-19 2022-10-04 Innovusion, Inc. LiDAR with large dynamic range
US11579300B1 (en) 2018-08-21 2023-02-14 Innovusion, Inc. Dual lens receive path for LiDAR system
US11604279B2 (en) 2017-01-05 2023-03-14 Innovusion, Inc. MEMS beam steering and fisheye receiving lens for LiDAR system
US11675055B2 (en) 2019-01-10 2023-06-13 Innovusion, Inc. LiDAR systems and methods with beam steering and wide angle signal detection
US11927696B2 (en) 2018-02-21 2024-03-12 Innovusion, Inc. LiDAR systems with fiber optic coupling
US11953601B2 (en) 2016-12-30 2024-04-09 Seyond, Inc. Multiwavelength lidar design

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017032314A (en) * 2015-07-29 2017-02-09 シャープ株式会社 Human body portion detection sensor
US11953601B2 (en) 2016-12-30 2024-04-09 Seyond, Inc. Multiwavelength lidar design
JP2020504305A (en) * 2017-01-05 2020-02-06 イノビュージョン アイルランド リミテッドInnovusion Ireland Limited High resolution lidar using high frequency pulse firing.
JP7123941B2 (en) 2017-01-05 2022-08-23 イノビュージョン インコーポレイテッド High resolution lidar using high frequency pulse emission
US11604279B2 (en) 2017-01-05 2023-03-14 Innovusion, Inc. MEMS beam steering and fisheye receiving lens for LiDAR system
JP7465312B2 (en) 2017-01-05 2024-04-10 セヨンド インコーポレイテッド High resolution lidar using high frequency pulse emission.
US11460554B2 (en) 2017-10-19 2022-10-04 Innovusion, Inc. LiDAR with large dynamic range
US11391823B2 (en) 2018-02-21 2022-07-19 Innovusion, Inc. LiDAR detection systems and methods with high repetition rate to observe far objects
US11782138B2 (en) 2018-02-21 2023-10-10 Innovusion, Inc. LiDAR detection systems and methods with high repetition rate to observe far objects
US11927696B2 (en) 2018-02-21 2024-03-12 Innovusion, Inc. LiDAR systems with fiber optic coupling
US11579300B1 (en) 2018-08-21 2023-02-14 Innovusion, Inc. Dual lens receive path for LiDAR system
US11675055B2 (en) 2019-01-10 2023-06-13 Innovusion, Inc. LiDAR systems and methods with beam steering and wide angle signal detection

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2012026921A (en) Optical distance measuring equipment and equipment loaded with the same
CN106716059B (en) Detector for optically determining the position of at least one object
US10120066B2 (en) Apparatus for making a distance determination
US8610043B2 (en) Proximity sensor having an array of single photon avalanche diodes and circuitry for switching off illumination source and associated method, computer readable medium and firmware
US10048376B2 (en) Distance measuring device and photodetector
JP5411499B2 (en) A method for measuring the relative movement of an object and an optical input device in two dimensions using a single self-mixing laser.
JP5138119B2 (en) Object detection device and information acquisition device
US20120133955A1 (en) Application using a single photon avalanche diode (spad)
US9702690B2 (en) Lens-less optical position measuring sensor
WO2016143482A1 (en) Optical detection device
US20150085302A1 (en) Method for measuring displacement of large-range moving platform
TW201716745A (en) Image ranging system, light source module and image sensing module
TW201122941A (en) Method of determining pointing object position for three dimensional interaction display
US9494688B2 (en) Range sensor and range image sensor
US7595479B2 (en) Tilt detector and tilt detecting method for the same
US20120133617A1 (en) Application using a single photon avalanche diode (spad)
JP2007010556A (en) Optical range finding sensor, and equipment provided therewith
CN108489607A (en) Water body optical attenuation coefficient measuring device and method
JP2022051244A (en) Distance measuring device
JP2013047658A (en) Light detecting device
JPH0242311A (en) Detector for inclined angle
JP2008224622A (en) Light quantity distribution measuring method
JP3967607B2 (en) Height measuring device
RU2443974C2 (en) Apparatus for contactless measurement of diameter of articles
CN206818149U (en) A kind of laser displacement measurement device