JP2020201099A - Distance measuring device, distance measuring system, and distance measuring method - Google Patents

Distance measuring device, distance measuring system, and distance measuring method Download PDF

Info

Publication number
JP2020201099A
JP2020201099A JP2019107486A JP2019107486A JP2020201099A JP 2020201099 A JP2020201099 A JP 2020201099A JP 2019107486 A JP2019107486 A JP 2019107486A JP 2019107486 A JP2019107486 A JP 2019107486A JP 2020201099 A JP2020201099 A JP 2020201099A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
unit
measurement
distance measuring
distance
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
JP2019107486A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
征人 竹本
Masato Takemoto
征人 竹本
信三 香山
Shinzo Kayama
信三 香山
繁 齋藤
Shigeru Saito
繁 齋藤
小田川 明弘
Akihiro Odakawa
明弘 小田川
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.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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 Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2019107486A priority Critical patent/JP2020201099A/en
Publication of JP2020201099A publication Critical patent/JP2020201099A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

To scan a target space by measurement light.SOLUTION: A distance measuring device 1 comprises a light emission control unit 11, a light reception control unit 12, a vibration control unit 13, and a distance acquisition unit 14. The light emission control unit 11 controls timing at which measurement light W1 is outputted by a light emission unit 2 that outputs the measurement light W1 toward a target space S1. The light reception control unit 12 controls the operation of a light reception unit 3. The light reception unit 3 has a plurality of pixel cells 30 for receiving the measurement light W1 reflected by an object 200 existing in the target space S1. The vibration control unit 13 controls the operation of a vibration addition unit 5. The vibration addition unit 5 vibrates an optical element 4. The optical element 4 is arranged on the optical path of the measurement light W1 from the light emission unit 2 to the object 200. The distance acquisition unit 14 finds the distance to the object 200 on the basis of a time from when the light emission unit 2 outputs the measurement light W1 to when the light reception unit 3 receives the measurement light W1.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法に関し、より詳細には、対象物までの距離を求める距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法に関する。 The present disclosure relates to a distance measuring device, a distance measuring system, and a distance measuring method, and more specifically, to a distance measuring device, a distance measuring system, and a distance measuring method for obtaining a distance to an object.

特許文献1には、物体検出装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses an object detection device.

物体検出装置は、照射手段と、受光手段と、検出手段と、を含む。照射手段は、スリット光を、物体検出範囲内でスリット光の長手方向と交差する方向に沿って走査させる。受光手段は、物体検出範囲内に存在する物体で反射されたスリット光が照射される受光面に、照射手段によるスリット光の走査に伴うスリット光の照射位置の移動方向と交差する方向に沿って複数の受光素子が配列されている。検出手段は、物体で反射されたスリット光が受光手段の何れの受光素子で受光されたかに基づいて、スリット光の長手方向に沿った物体の位置を検出する。 The object detection device includes an irradiation means, a light receiving means, and a detection means. The irradiation means scans the slit light along a direction intersecting the longitudinal direction of the slit light within the object detection range. In the light receiving means, the light receiving surface on which the slit light reflected by the object existing in the object detection range is irradiated is along the direction intersecting the moving direction of the slit light irradiation position accompanying the scanning of the slit light by the irradiation means. A plurality of light receiving elements are arranged. The detecting means detects the position of the object along the longitudinal direction of the slit light based on which light receiving element of the light receiving means receives the slit light reflected by the object.

照射手段は、レーザダイオードからなるレーザ光源と、レーザ光源から射出されたレーザ光をスリット状の平行光へ整形するビーム整形器とを内蔵した光源部を備えている。光源部は、スリット状のレーザ光を間欠的に射出する。照射手段は、ガルバノミラーを備える。ガルバノミラーは、モータと、裏面がモータの回転軸の側面に取付けられた平面ミラーとを備える。ガルバノミラー駆動回路は、モータの回転軸が一定の角度範囲内で往復回動するようにモータを駆動することで、モータの回転軸に取付けられた平面ミラーを、一定の角度範囲内で往復揺動させる。これにより、ガルバノミラー(の平面ミラー)で反射されたスリット状のレーザ光が、ガルバノミラーのレーザ光射出側に配置された投光レンズを介して、物体検出装置の前方側をおよそ水平方向に沿って走査する。 The irradiation means includes a light source unit including a laser light source made of a laser diode and a beam shaper that shapes the laser light emitted from the laser light source into slit-shaped parallel light. The light source unit intermittently emits a slit-shaped laser beam. The irradiation means includes a galvano mirror. The galvano mirror includes a motor and a flat mirror whose back surface is attached to the side surface of the rotation shaft of the motor. The galvano mirror drive circuit drives the motor so that the rotation axis of the motor reciprocates within a certain angle range, so that the plane mirror attached to the rotation axis of the motor reciprocates within a certain angle range. Move it. As a result, the slit-shaped laser light reflected by the galvano mirror (plane mirror) is approximately horizontally oriented toward the front side of the object detection device via the projection lens arranged on the laser light emitting side of the galvano mirror. Scan along.

特開2009−156810号公報JP-A-2009-156810

特許文献1に記載されている物体検出装置のような距離測定装置の分野で、距離測定の測定対象となる対象空間を測定光により走査する新たな方法が望まれている。 In the field of a distance measuring device such as the object detecting device described in Patent Document 1, a new method of scanning a target space to be measured for distance measurement with measurement light is desired.

本開示は、対象空間を測定光により走査する新たな方法を提供可能な距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present disclosure to provide a distance measuring device, a distance measuring system, and a distance measuring method capable of providing a new method of scanning a target space with measurement light.

本開示の一態様に係る距離測定装置は、発光制御部と、受光制御部と、振動制御部と、距離取得部と、を備える。前記発光制御部は、対象空間に向けて測定光を出力する発光部から前記測定光を出力させるタイミングを制御する。前記受光制御部は、前記対象空間に存在する対象物で反射した前記測定光を受光するための複数の画素セルを有する受光部の動作を制御する。前記振動制御部は、前記発光部から前記対象物までの前記測定光の光路上に配置されている光学素子を振動させる振動付与部の動作を制御する。前記距離取得部は、前記発光部が前記測定光を出力してから前記受光部が前記測定光を受光するまでの時間に基づいて、前記対象物までの距離を求める。 The distance measuring device according to one aspect of the present disclosure includes a light emitting control unit, a light receiving control unit, a vibration control unit, and a distance acquisition unit. The light emission control unit controls the timing at which the measurement light is output from the light emitting unit that outputs the measurement light toward the target space. The light receiving control unit controls the operation of the light receiving unit having a plurality of pixel cells for receiving the measurement light reflected by the object existing in the target space. The vibration control unit controls the operation of the vibration applying unit that vibrates the optical element arranged on the optical path of the measurement light from the light emitting unit to the object. The distance acquisition unit obtains the distance to the object based on the time from when the light emitting unit outputs the measurement light to when the light receiving unit receives the measurement light.

本開示の一態様に係る距離測定システムは、前記距離測定装置と、前記発光部と、前記受光部と、前記光学素子と、前記振動付与部と、を備える。 The distance measuring system according to one aspect of the present disclosure includes the distance measuring device, the light emitting unit, the light receiving unit, the optical element, and the vibration applying unit.

本開示の一態様に係る距離測定方法は、発光制御ステップと、受光制御ステップと、振動制御ステップと、距離取得ステップと、を含む。前記発光制御ステップは、測定光を出力する発光部から測定光を出力させるタイミングを制御することを含む。前記受光制御ステップは、対象物で反射した前記測定光を受光するための複数の画素セルを有する受光部の動作を制御することを含む。前記振動制御ステップは、前記発光部から前記対象物までの前記測定光の光路上に配置されている光学素子を振動させる振動付与部の動作を制御することを含む。前記距離取得ステップは、前記発光部が前記測定光を出力してから前記受光部が前記測定光を受光するまでの時間に基づいて、前記対象物までの距離を求めることを含む。 The distance measuring method according to one aspect of the present disclosure includes a light emission control step, a light reception control step, a vibration control step, and a distance acquisition step. The light emission control step includes controlling the timing of outputting the measurement light from the light emitting unit that outputs the measurement light. The light receiving control step includes controlling the operation of a light receiving unit having a plurality of pixel cells for receiving the measurement light reflected by the object. The vibration control step includes controlling the operation of a vibration applying unit that vibrates an optical element arranged on an optical path of the measurement light from the light emitting unit to the object. The distance acquisition step includes obtaining the distance to the object based on the time from when the light emitting unit outputs the measurement light to when the light receiving unit receives the measurement light.

本開示は、対象空間を測定光により走査する新たな方法を提供可能である。 The present disclosure can provide a novel method of scanning a target space with measurement light.

図1は、一実施形態の距離測定システムの使用状態を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a usage state of the distance measurement system of one embodiment. 図2は、同上の距離測定システムのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the same distance measuring system. 図3は、同上の距離測定システムに含まれる振動付与部の概略を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of a vibration applying portion included in the same distance measuring system. 図4は、同上の距離測定システムから出力される測定光の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the measurement light output from the same distance measurement system. 図5は、同上の距離測定システムに含まれる画素セルを示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing pixel cells included in the same distance measurement system. 図6は、同上の距離測定システムにおける動作説明図である。FIG. 6 is an operation explanatory diagram in the same distance measuring system. 図7は、同上の距離測定システムの動作を説明するためのタイムチャート図である。FIG. 7 is a time chart diagram for explaining the operation of the same distance measuring system. 図8は、一変形例の距離測定システムの受光部を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing a light receiving portion of a distance measuring system of a modified example.

以下、本開示の実施形態に係る距離測定システム100について、図面を用いて説明する。ただし、下記の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一部に過ぎない。下記の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。 Hereinafter, the distance measurement system 100 according to the embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. However, the following embodiments are only part of the various embodiments of the present disclosure. The following embodiments can be variously modified according to the design and the like as long as the object of the present disclosure can be achieved.

(1)実施形態
(1.1)概要
本実施形態の距離測定システム100は、図1、図2に示すように、距離測定装置1と、発光部2と、受光部3と、光学素子4と、振動付与部5と、を備えている。距離測定システム100は、TOF法(TOF: Time Of Flight)を利用して対象物200までの距離を測定する。距離測定システム100は、例えば、自動車に搭載され障害物を検知する物体認識システム、物体(人)等を検知する監視カメラ、セキュリティカメラ等に利用することができる。
(1) Outline of the Embodiment (1.1) The distance measuring system 100 of the present embodiment has a distance measuring device 1, a light emitting unit 2, a light receiving unit 3, and an optical element 4 as shown in FIGS. 1 and 2. And a vibration imparting unit 5. The distance measuring system 100 measures the distance to the object 200 by using the TOF method (TOF: Time Of Flight). The distance measurement system 100 can be used, for example, in an object recognition system mounted on an automobile to detect an obstacle, a surveillance camera for detecting an object (person), a security camera, or the like.

発光部2は、対象空間S1に向けて測定光W1を出力する。受光部3は、複数の画素セル30を有する。画素セル30は、対象空間S1に存在する対象物200で反射した測定光W1を、受光する。光学素子4は、発光部2から対象物200までの測定光W1の光路LP1上に配置されている。振動付与部5は、光学素子4を振動させる。 The light emitting unit 2 outputs the measurement light W1 toward the target space S1. The light receiving unit 3 has a plurality of pixel cells 30. The pixel cell 30 receives the measurement light W1 reflected by the object 200 existing in the target space S1. The optical element 4 is arranged on the optical path LP1 of the measurement light W1 from the light emitting unit 2 to the object 200. The vibration applying unit 5 vibrates the optical element 4.

図2に示すように、距離測定装置1は、測定制御部10と、距離取得部14と、を備えている。測定制御部10は、発光制御部11と、受光制御部12と、振動制御部13と、を備えている。 As shown in FIG. 2, the distance measuring device 1 includes a measurement control unit 10 and a distance acquisition unit 14. The measurement control unit 10 includes a light emission control unit 11, a light reception control unit 12, and a vibration control unit 13.

発光制御部11は、発光部2に接続されている。発光制御部11は、発光部2の発光制御を行う。発光制御部11は、発光部2から測定光W1を出力させるタイミングを制御する。受光制御部12は、受光部3に接続されている。受光制御部12は、受光部3の受光制御を行う。振動制御部13は、振動付与部5に接続されている。振動制御部13は、振動付与部5の振動制御を行う。距離取得部14は、発光部2が測定光W1を出力してから受光部3が測定光W1を受光するまでの時間に基づいて、対象物200までの距離を求める。 The light emitting control unit 11 is connected to the light emitting unit 2. The light emission control unit 11 controls the light emission of the light emission unit 2. The light emission control unit 11 controls the timing at which the measurement light W1 is output from the light emission control unit 2. The light receiving control unit 12 is connected to the light receiving unit 3. The light receiving control unit 12 controls the light receiving of the light receiving unit 3. The vibration control unit 13 is connected to the vibration applying unit 5. The vibration control unit 13 controls the vibration of the vibration applying unit 5. The distance acquisition unit 14 obtains the distance to the object 200 based on the time from when the light emitting unit 2 outputs the measurement light W1 until the light receiving unit 3 receives the measurement light W1.

本実施形態の距離測定装置1及び距離測定システム100によれば、測定光W1の光路LP1上に配置されている光学素子4が振動付与部5によって振動されることで、測定光W1が、光路LP1と交差する面P100内で振動する。そのため、測定光W1の距離測定システム100からの出射方向が変わる。すなわち、本実施形態の距離測定装置1及び距離測定システム100によれば、光学素子4を振動させることで、測定光W1によって対象空間S1を走査することが可能となる。なお、図1には、発光部2から出力される測定光W1の向きを実線の矢印A1で、測定光W1の振動方向を、実線の矢印A2,A3で示してある。 According to the distance measuring device 1 and the distance measuring system 100 of the present embodiment, the optical element 4 arranged on the optical path LP1 of the measurement light W1 is vibrated by the vibration imparting unit 5, so that the measurement light W1 is transferred to the optical path. It vibrates in the surface P100 intersecting with LP1. Therefore, the emission direction of the measurement light W1 from the distance measurement system 100 changes. That is, according to the distance measuring device 1 and the distance measuring system 100 of the present embodiment, the target space S1 can be scanned by the measuring light W1 by vibrating the optical element 4. In FIG. 1, the direction of the measurement light W1 output from the light emitting unit 2 is indicated by the solid arrow A1, and the vibration direction of the measurement light W1 is indicated by the solid arrows A2 and A3.

(1.2)詳細
本実施形態の距離測定装置1及びそれを備える距離測定システム100について、図1〜図7を参照して、より詳細に説明する。
(1.2) Details The distance measuring device 1 of the present embodiment and the distance measuring system 100 including the distance measuring device 1 will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 7.

(1.2.1)構成
図2に示すように、距離測定システム100は、距離測定装置1と、発光部2と、受光部3と、光学素子4と、振動付与部5と、を備えている。
(1.2.1) Configuration As shown in FIG. 2, the distance measuring system 100 includes a distance measuring device 1, a light emitting unit 2, a light receiving unit 3, an optical element 4, and a vibration applying unit 5. ing.

発光部2は、光源21を備えており、光源21から対象空間S1に向けてパルス状の測定光W1(パルス光)を出力するように構成されている。測定光W1は、単色光であり、パルス幅が比較的短く、ピーク強度が比較的高いことが好ましい。また、距離測定システム100の市街地等での利用を考慮して、測定光W1の波長は、人間の視感度が低く、太陽光等の外乱光の影響を受けにくい近赤外帯の波長域であることが好ましい。本実施形態では、光源21は、例えばレーザダイオードで構成されており、パルスレーザを出力する。光源21が出力するパルスレーザの強度は、日本国におけるレーザ製品の安全基準(JIS C 6802)のクラス1又はクラス2の基準を満たしている。図2では、測定光W1を、仮想線で概念的に記載している。 The light emitting unit 2 includes a light source 21, and is configured to output pulse-shaped measurement light W1 (pulse light) from the light source 21 toward the target space S1. It is preferable that the measurement light W1 is monochromatic light, has a relatively short pulse width, and has a relatively high peak intensity. Further, in consideration of the use of the distance measurement system 100 in urban areas, the wavelength of the measurement light W1 is in the near-infrared wavelength region where human visual sensitivity is low and it is not easily affected by ambient light such as sunlight. It is preferable to have. In the present embodiment, the light source 21 is composed of, for example, a laser diode, and outputs a pulse laser. The intensity of the pulsed laser output by the light source 21 meets the class 1 or class 2 standard of the laser product safety standard (JIS C 6802) in Japan. In FIG. 2, the measurement light W1 is conceptually described by a virtual line.

発光部2は、距離測定装置1が有する測定制御部10(発光制御部11)によって、発光制御される。 The light emitting unit 2 is controlled by the measurement control unit 10 (light emission control unit 11) of the distance measuring device 1.

受光部3は、複数の画素セル30(複数の受光素子)を有するイメージセンサ31を備えている。受光部3は、発光部2から出力され、対象空間S1に存在する対象物200によって反射された反射光である測定光W1を、受光するように構成されている。 The light receiving unit 3 includes an image sensor 31 having a plurality of pixel cells 30 (a plurality of light receiving elements). The light receiving unit 3 is configured to receive the measurement light W1 which is the reflected light output from the light emitting unit 2 and reflected by the object 200 existing in the target space S1.

複数の画素セル30は、2次元アレイ状に配列されている。複数の画素セル30は、ここでは、マトリクス状に配置されている。ただし、これに限られず、複数の画素セル30はハニカムアレイ状等の他のアレイ状に配置されていてもよい。 The plurality of pixel cells 30 are arranged in a two-dimensional array. The plurality of pixel cells 30 are arranged in a matrix here. However, the present invention is not limited to this, and the plurality of pixel cells 30 may be arranged in another array such as a honeycomb array.

画素セル30は、露光している間のみ、光を受光することができる。画素セル30は、ここではフォトダイオードを備える。画素セル30は、受光した測定光W1を電気信号(以下、「画素信号」ともいう)に変換する。 The pixel cell 30 can receive light only during exposure. The pixel cell 30 includes a photodiode here. The pixel cell 30 converts the received measurement light W1 into an electric signal (hereinafter, also referred to as “pixel signal”).

受光部3は、画素信号を距離測定装置1に出力する画素出力部32を更に備えている。本実施形態では、受光部3が複数の画素セル30を有しているので、画素出力部32は、複数の画素セル30に対応した複数の画素信号を出力し得る。画素信号の信号レベルは、画素セル30が受光した測定光W1の受光量に応じた値である。以下、画素信号の信号レベルを「画素値」ともいう。 The light receiving unit 3 further includes a pixel output unit 32 that outputs a pixel signal to the distance measuring device 1. In the present embodiment, since the light receiving unit 3 has a plurality of pixel cells 30, the pixel output unit 32 can output a plurality of pixel signals corresponding to the plurality of pixel cells 30. The signal level of the pixel signal is a value corresponding to the amount of light received by the measurement light W1 received by the pixel cell 30. Hereinafter, the signal level of the pixel signal is also referred to as a “pixel value”.

なお、画素セル30は、アバランシェフォトダイオード(APD:Avalanche Photo Diode)を備えていてもよい。画素セル30がアバランシェフォトダイオードを備える場合、画素信号の信号レベルは、画素セル30が受光した光のパルス数(光子数)に相当し得る。 The pixel cell 30 may include an avalanche photodiode (APD). When the pixel cell 30 includes an avalanche photodiode, the signal level of the pixel signal may correspond to the number of pulses (photons) of the light received by the pixel cell 30.

受光部3は、距離測定装置1が有する測定制御部10(受光制御部12)によって、受光制御される。 The light receiving unit 3 is light receiving controlled by the measurement control unit 10 (light receiving control unit 12) of the distance measuring device 1.

受光部3は、レンズ等の光学系を更に備えていてもよい。また、受光部3は、特定の周波数の光を遮断又は透過させるフィルターを更に備えていてもよい。この場合、距離測定システム100は、光の周波数に関する情報の取得が可能となる。 The light receiving unit 3 may further include an optical system such as a lens. Further, the light receiving unit 3 may further include a filter that blocks or transmits light of a specific frequency. In this case, the distance measurement system 100 can acquire information on the frequency of light.

光学素子4は、ここでは回折格子41である。光学素子4は、ここでは、測定光W1を透過させる透過型の光学素子である。すなわち、光学素子4は、透過型の回折格子41である。 The optical element 4 is a diffraction grating 41 here. Here, the optical element 4 is a transmission type optical element that transmits the measurement light W1. That is, the optical element 4 is a transmission type diffraction grating 41.

図1に示すように、回折格子41は、発光部2から出力される測定光W1の光路LP1上に配置される。回折格子41は、発光部2から対象物200までの測定光W1の光路LP1上(すなわち、発光部2から出力されて対象物200に当たる前の測定光W1の光路LP1上)に、配置されている。 As shown in FIG. 1, the diffraction grating 41 is arranged on the optical path LP1 of the measurement light W1 output from the light emitting unit 2. The diffraction grating 41 is arranged on the optical path LP1 of the measurement light W1 from the light emitting unit 2 to the object 200 (that is, on the optical path LP1 of the measurement light W1 before being output from the light emitting unit 2 and hitting the object 200). There is.

回折格子41は、ここでは2次元回折格子である。回折格子41は、例えば、ガラス基板等の透明な矩形板状の基板の一面において、等間隔のマトリクス状の格子点に、それぞれ凹所を形成してなる。回折格子41は、入射面に入射した測定光W1を、入射面とは反対の出射面から、複数の特定の角度方向に分散(回折)して出射させる。回折格子41から出射される測定光W1(回折光)の方向は、回折格子41の格子間隔、回折格子41への入射光の入射角度、測定光W1の波長等で決まる。 The diffraction grating 41 is a two-dimensional diffraction grating here. The diffraction grating 41 is formed by forming recesses at equidistant matrix-shaped lattice points on one surface of a transparent rectangular plate-shaped substrate such as a glass substrate. The diffraction grating 41 disperses (diffracts) the measurement light W1 incident on the incident surface from an exit surface opposite to the incident surface in a plurality of specific angular directions and emits the light W1. The direction of the measurement light W1 (diffraction light) emitted from the diffraction grating 41 is determined by the lattice spacing of the diffraction grating 41, the angle of incidence of the incident light on the diffraction grating 41, the wavelength of the measurement light W1 and the like.

振動付与部5は、回折格子41(光学素子4)を振動させる。振動付与部5は、回折格子41を、光路LP1と交差する面内で振動させる。ここでは、振動付与部5は、回折格子41を光路LP1と交差する面内で、互いに交差する2方向(図4の上下方向及び左右方向)に沿って振動させる。 The vibration imparting unit 5 vibrates the diffraction grating 41 (optical element 4). The vibration imparting unit 5 vibrates the diffraction grating 41 in a plane intersecting with the optical path LP1. Here, the vibration imparting unit 5 vibrates the diffraction grating 41 in the plane intersecting the optical path LP1 along two directions (vertical direction and horizontal direction in FIG. 4) intersecting each other.

振動付与部5は、図3に示すように、少なくとも1つ(ここでは4つ)の弾性部51と、少なくとも1つ(ここでは2つの)のアクチュエータ52と、を備えている。 As shown in FIG. 3, the vibration applying portion 5 includes at least one (four in this case) elastic portion 51 and at least one (two in this case) actuator 52.

弾性部51は、例えばコイル状のばねを備えている。ばねは、一端が回折格子41(光学素子4)の基板の側面に固定され、他端が回折格子41を収容する筐体の壁面に固定されている。4つのばねは、回折格子41の4つの側面にそれぞれ固定されている。回折格子41は、ばねの伸縮方向に沿った面内(図3の紙面に平行な面内)で振動可能となるように、4つのばねにより保持されている。 The elastic portion 51 includes, for example, a coiled spring. One end of the spring is fixed to the side surface of the substrate of the diffraction grating 41 (optical element 4), and the other end is fixed to the wall surface of the housing accommodating the diffraction grating 41. The four springs are fixed to each of the four sides of the diffraction grating 41. The diffraction grating 41 is held by four springs so that it can vibrate in a plane along the expansion / contraction direction of the spring (in a plane parallel to the paper surface of FIG. 3).

アクチュエータ52は、弾性部51の振動方向に沿った向きの力を、回折格子41に与える。2つのアクチュエータ52は、回折格子41の4つの側面のうちの隣り合う2つの側面に、それぞれ力を与える。これにより、回折格子41が振動する。 The actuator 52 applies a force in the direction along the vibration direction of the elastic portion 51 to the diffraction grating 41. The two actuators 52 apply a force to two adjacent side surfaces of the four side surfaces of the diffraction grating 41, respectively. As a result, the diffraction grating 41 vibrates.

アクチュエータ52は、例えば、印加された電圧を力に変換するピエゾ式のアクチュエータである。ただし、これに限られず、アクチュエータ52は、静電式のアクチュエータ、ボイスコイル等の電磁誘導式のアクチュエータ等であってもよい。 The actuator 52 is, for example, a piezo type actuator that converts an applied voltage into a force. However, the present invention is not limited to this, and the actuator 52 may be an electrostatic actuator, an electromagnetic induction type actuator such as a voice coil, or the like.

振動付与部5(アクチュエータ52)は、距離測定装置1が有する測定制御部10(振動制御部13)によって、振動制御される。 The vibration applying unit 5 (actuator 52) is vibration-controlled by the measurement control unit 10 (vibration control unit 13) of the distance measuring device 1.

図2に示すように、距離測定装置1は、測定制御部10と、距離取得部14と、を備えている。距離測定装置1は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するマイクロコンピュータで構成されている。つまり、距離測定装置1は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムで実現されている。そして、距離測定装置1は、プロセッサが適宜のプログラムを実行することにより、測定制御部10及び距離取得部14として機能する。プログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。 As shown in FIG. 2, the distance measuring device 1 includes a measurement control unit 10 and a distance acquisition unit 14. The distance measuring device 1 is composed of, for example, a microcomputer having a processor and a memory. That is, the distance measuring device 1 is realized by a computer system having a processor and a memory. Then, the distance measuring device 1 functions as a measurement control unit 10 and a distance acquisition unit 14 when the processor executes an appropriate program. The program may be pre-recorded in a memory, may be recorded through a telecommunication line such as the Internet, or may be recorded and provided on a non-temporary recording medium such as a memory card.

測定制御部10は、発光制御部11と、受光制御部12と、振動制御部13と、を備えている。 The measurement control unit 10 includes a light emission control unit 11, a light reception control unit 12, and a vibration control unit 13.

発光制御部11は、発光部2の発光制御において、光源21から測定光W1を出力させるタイミング(発光タイミング)、光源21から出力される測定光W1のパルス幅(発光時間)等を制御する。 The light emission control unit 11 controls the timing at which the measurement light W1 is output from the light source 21 (light emission timing), the pulse width of the measurement light W1 output from the light source 21 (light emission time), and the like in the light emission control of the light emission unit 2.

受光制御部12は、受光部3の受光制御において、複数の画素セル30を露光するタイミング(露光タイミング)、露光幅(露光時間)等を制御する。 The light receiving control unit 12 controls the timing (exposure timing), the exposure width (exposure time), and the like of exposing the plurality of pixel cells 30 in the light receiving control of the light receiving unit 3.

振動制御部13は、振動付与部5の振動制御において、アクチュエータ52を振動させるタイミング、周波数(周期)等を制御する。 The vibration control unit 13 controls the timing, frequency (cycle), and the like of vibrating the actuator 52 in the vibration control of the vibration applying unit 5.

振動制御部13は、振動付与部5により回折格子41を面内で振動させることで、回折格子41から出射される測定光W1(回折光)を、光路LP1と交差する面P100内で振動させる。言い換えれば、振動制御部13は、光路LP1と交差する面P100内で測定光W1が2次元的に振動するように、振動付与部5により光学素子4(回折格子41)を振動させる。 The vibration control unit 13 vibrates the diffraction grating 41 in the plane by the vibration imparting unit 5, so that the measurement light W1 (diffraction light) emitted from the diffraction grating 41 is vibrated in the surface P100 intersecting the optical path LP1. .. In other words, the vibration control unit 13 vibrates the optical element 4 (diffraction grating 41) by the vibration imparting unit 5 so that the measurement light W1 vibrates two-dimensionally in the surface P100 intersecting the optical path LP1.

本実施形態では、振動制御部13は、回折格子41から出射される測定光W1の軌跡が、光路LP1と交差する面P100内で略∞の字を描くように、振動付与部5により回折格子41を振動させる。例えば、回折格子41によって分散(回折)された測定光W1のうちの0次光に着目した場合、振動制御部13は、光路LP1と交差する面P100内で0次光の軌跡が略∞の字を描くように、振動付与部5により回折格子41を振動させる(図4参照)。例えば振動制御部13は、回折格子41が水平方向に1回振動する間に鉛直方向に2回振動するように、振動付与部5を制御すればよい。図4では、測定光W1の軌跡を、実線の矢印で示してある。 In the present embodiment, the vibration control unit 13 uses the vibration grating 5 to draw a substantially ∞ character in the surface P100 where the locus of the measurement light W1 emitted from the diffraction grating 41 intersects the optical path LP1. Vibrate 41. For example, when focusing on the 0th-order light of the measurement light W1 dispersed (diffracted) by the diffraction grating 41, the vibration control unit 13 has a trajectory of the 0th-order light of substantially ∞ in the surface P100 intersecting the optical path LP1. The diffraction grating 41 is vibrated by the vibration imparting unit 5 so as to draw a character (see FIG. 4). For example, the vibration control unit 13 may control the vibration applying unit 5 so that the diffraction grating 41 vibrates once in the horizontal direction and vibrates twice in the vertical direction. In FIG. 4, the locus of the measurement light W1 is indicated by a solid arrow.

振動付与部5が回折格子41を振動させる周波数(振動周波数)は、例えば数100Hz〜数kHz程度である。ここでの振動周波数とは、回折格子41の2次元的な振動の周波数(ここでは、回折格子41の水平方向の振動の振動数に等しく、鉛直方向の振動の振動数の半分)を意味する。ここでは、回折格子41が1回、2次元的に振動する間に、測定光W1は、点P1→P2→P3→P4→P5→P6→P7→P8→P1の順に移動する(図4参照)。 The frequency (vibration frequency) at which the vibration imparting unit 5 vibrates the diffraction grating 41 is, for example, about several hundred Hz to several kHz. The vibration frequency here means the frequency of the two-dimensional vibration of the diffraction grating 41 (here, it is equal to the frequency of the vibration in the horizontal direction of the diffraction grating 41 and half of the frequency of the vibration in the vertical direction). .. Here, while the diffraction grating 41 vibrates once and two-dimensionally, the measurement light W1 moves in the order of points P1 → P2 → P3 → P4 → P5 → P6 → P7 → P8 → P1 (see FIG. 4). ).

本実施形態の距離測定システム100では、測定光W1はパルス光である。また、距離測定装置1は、測定光W1(パルス光)の発光周期が、振動付与部5が光学素子4を振動させる振動周期(上記の振動周波数の逆数)よりも短くなるように、発光部2及び振動付与部5を制御する。そのため、測定光W1は、∞の字の中の複数の点で離散的に発光することとなる。例えば、回折格子41の2次元的な振動の一周期の間に、測定光W1が8回発光する(パルス光を出力する)ように発光制御部11が発光部2を制御する場合、測定光W1は、図4の点P1〜P8にそれぞれ相当する位置で順に、発光時間だけ照射されることとなる。 In the distance measurement system 100 of the present embodiment, the measurement light W1 is pulse light. Further, the distance measuring device 1 has a light emitting unit so that the light emitting period of the measurement light W1 (pulse light) is shorter than the vibration period (the reciprocal of the above vibration frequency) in which the vibration applying unit 5 vibrates the optical element 4. 2 and the vibration applying unit 5 are controlled. Therefore, the measurement light W1 emits light discretely at a plurality of points in the character ∞. For example, when the light emitting control unit 11 controls the light emitting unit 2 so that the measurement light W1 emits light eight times (outputs pulsed light) during one cycle of the two-dimensional vibration of the diffraction grating 41, the measurement light W1 is irradiated for the light emission time in order at the positions corresponding to the points P1 to P8 in FIG.

このように、回折格子41を振動させることで、回折格子41から出射される測定光W1を、光路LP1と交差する面P100内で振動させることができる。つまり、回折格子41を振動させることで、距離測定システム100からの測定光W1の出射方向を変更することが可能となる。測定光W1の出射方向を変更することで、対象空間S1における異なる方向(点P1〜点P8にそれぞれ対応する方向)において、距離測定システム100から対象物200までの距離を測定することが可能となる。 By vibrating the diffraction grating 41 in this way, the measurement light W1 emitted from the diffraction grating 41 can be vibrated in the surface P100 intersecting the optical path LP1. That is, by vibrating the diffraction grating 41, it is possible to change the emission direction of the measurement light W1 from the distance measurement system 100. By changing the emission direction of the measurement light W1, it is possible to measure the distance from the distance measurement system 100 to the object 200 in different directions (directions corresponding to points P1 to P8) in the target space S1. Become.

測定光W1の出射方向が変わると、受光部3の複数の画素セル30のうちで反射光を受光し得る画素セル30も、変わる。すなわち、出射方向が互いに異なる測定光W1は、複数の画素セル30のうちの異なる画素セル30によって、受光されることとなる。例えば、光路LP1と交差する面P100において点P1を通る測定光W1は、図5に示す2つの画素セル301によって、受光され得る。同様に、点P2を通る測定光W1は画素セル302によって、点P3を通る測定光W1は画素セル303によって、点P4を通る測定光W1は画素セル304によって、点P5を通る測定光W1は画素セル301によって、点P6を通る測定光W1は画素セル306によって、点P7を通る測定光W1は画素セル307によって、点P8を通る測定光W1は画素セル308によって、それぞれ受光され得る。図5では、画素セル301〜304,306〜308を、それぞれドットハッチングで示してある。 When the emission direction of the measurement light W1 changes, the pixel cell 30 capable of receiving the reflected light among the plurality of pixel cells 30 of the light receiving unit 3 also changes. That is, the measurement light W1 having different emission directions is received by different pixel cells 30 among the plurality of pixel cells 30. For example, the measurement light W1 passing through the point P1 on the surface P100 intersecting the optical path LP1 can be received by the two pixel cells 301 shown in FIG. Similarly, the measurement light W1 passing through the point P2 is by the pixel cell 302, the measurement light W1 passing through the point P3 is by the pixel cell 303, the measurement light W1 passing through the point P4 is by the pixel cell 304, and the measurement light W1 passing through the point P5 is. The pixel cell 301 can receive the measurement light W1 passing through the point P6 by the pixel cell 306, the measurement light W1 passing through the point P7 by the pixel cell 307, and the measurement light W1 passing through the point P8 by the pixel cell 308. In FIG. 5, pixel cells 301 to 304 and 306 to 308 are shown by dot hatching, respectively.

距離取得部14は、発光制御部11から、発光部2が測定光W1を出力させるタイミングに関する情報を取得する。距離取得部14は、受光制御部12から、受光部3の画素セル30から受け取った画素信号に関する情報を取得する。距離取得部14は、振動制御部13から、振動付与部5の振動数及び振動タイミングに関する情報を取得する。距離取得部14は、発光制御部11から受け取った情報と、受光制御部12から受け取った情報と、振動制御部13から受け取った情報とに基づいて、距離測定システム100から対象物200までの距離を求める。 The distance acquisition unit 14 acquires information regarding the timing at which the light emitting unit 2 outputs the measurement light W1 from the light emission control unit 11. The distance acquisition unit 14 acquires information regarding a pixel signal received from the pixel cell 30 of the light receiving unit 3 from the light receiving control unit 12. The distance acquisition unit 14 acquires information on the frequency and vibration timing of the vibration applying unit 5 from the vibration control unit 13. The distance acquisition unit 14 is the distance from the distance measurement system 100 to the object 200 based on the information received from the light emission control unit 11, the information received from the light reception control unit 12, and the information received from the vibration control unit 13. Ask for.

距離取得部14は、発光部2が測定光W1を出力してから受光部3が測定光W1を受光するまでの時間に基づいて、対象物200までの距離を求める。距離取得部14を備える距離測定システム100が距離を求める具体的な方法については、「(1.2.2)動作」の欄で説明する。 The distance acquisition unit 14 obtains the distance to the object 200 based on the time from when the light emitting unit 2 outputs the measurement light W1 until the light receiving unit 3 receives the measurement light W1. A specific method for obtaining the distance by the distance measuring system 100 including the distance acquisition unit 14 will be described in the column of “(1.2.2) Operation”.

(1.2.2)動作
次に、距離測定システム100が、対象空間S1に存在する対象物200までの距離を求める動作の具体例について、図6、図7を参照して説明する。
(1.2.2) Operation Next, a specific example of the operation of the distance measuring system 100 to obtain the distance to the object 200 existing in the target space S1 will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

図6に示すように、距離測定システム100は、1回の距離測定に対応する期間(以下、「フレームF1」という)を、k個(kは、2以上の整数)のサブ期間を含むように分割する。ここでは、距離測定装置1は、フレームF1を、互いに等しい時間長さを有するk個のサブ期間(第1サブ期間Tt1〜第kサブ期間Ttk)を含むように分割する。各サブ期間の後には、待機時間が続く。 As shown in FIG. 6, the distance measurement system 100 includes k (k is an integer of 2 or more) sub-periods corresponding to one distance measurement (hereinafter, referred to as “frame F1”). Divide into. Here, the distance measuring device 1 divides the frame F1 so as to include k sub-periods (first sub-period Tt1 to k-th sub-period Ttk) having equal time lengths with each other. Each sub-period is followed by a waiting time.

本実施形態の距離測定システム100では、フレームF1の長さ(時間的な長さ)は、回折格子41の振動周期と等しく設定される。つまり、1回のフレームF1の間に、測定光W1が、(2次元的に)1周期分の軌跡を描く。例えば、回折格子41の振動周波数が1kHzの場合、フレームF1の長さは1msである。 In the distance measurement system 100 of the present embodiment, the length (temporal length) of the frame F1 is set to be equal to the vibration period of the diffraction grating 41. That is, the measurement light W1 draws a locus for one cycle (two-dimensionally) during one frame F1. For example, when the vibration frequency of the diffraction grating 41 is 1 kHz, the length of the frame F1 is 1 ms.

したがって、フレームF1をk個のサブ期間を含むように分割することは、測定光W1の軌跡(図4参照)をk個の部分に分割することに相当する。ここでは、距離測定装置1は、フレームF1を、第1サブ期間Tt1〜第8サブ期間Tt8の8個のサブ期間を含むように分割する。第1サブ期間Tt1は、ここでは、回折格子41から出射される測定光W1が、面P100内の点P1(或いはその近傍)を通る期間に相当する。同様に、第2サブ期間Tt2〜第8サブ期間Tt8は、回折格子41から出射される測定光W1が、面P100内の点P2〜P8(或いはその近傍)を通る期間に、それぞれ相当する。 Therefore, dividing the frame F1 so as to include k sub-periods corresponds to dividing the locus of the measurement light W1 (see FIG. 4) into k portions. Here, the distance measuring device 1 divides the frame F1 so as to include eight sub-periods of the first sub-period Tt1 to the eighth sub-period Tt8. The first sub-period Tt1 here corresponds to a period in which the measurement light W1 emitted from the diffraction grating 41 passes through the point P1 (or its vicinity) in the surface P100. Similarly, the second sub-period Tt2 to the eighth sub-period Tt8 correspond to the periods during which the measurement light W1 emitted from the diffraction grating 41 passes through the points P2 to P8 (or its vicinity) in the surface P100, respectively.

図7に示すように、距離測定装置1は、各サブ期間を、n個(nは、2以上の整数)の測定期間が含まれるように、更に分割する。つまり、距離測定装置1は、1つのサブ期間を、第1測定期間Tm1〜第n測定期間Tmnのn個の測定期間が含まれるように分割する。例えば、各測定期間の長さは等しく設定される。 As shown in FIG. 7, the distance measuring device 1 further divides each sub-period so that n (n is an integer of 2 or more) measurement periods are included. That is, the distance measuring device 1 divides one sub-period so as to include n measurement periods of the first measurement period Tm1 to the nth measurement period Tmn. For example, the length of each measurement period is set equally.

また、図7に示すように、距離測定装置1は、各測定期間を、n個の分割期間に更に分割する。ここでは、距離測定装置1は、各測定期間を、第1分割期間Ts1〜第n分割期間Tsnのn個の分割期間に等分する。 Further, as shown in FIG. 7, the distance measuring device 1 further divides each measurement period into n division periods. Here, the distance measuring device 1 divides each measurement period into n division periods of the first division period Ts1 to the nth division period Tsn.

そして、距離測定装置1の測定制御部10は、1つのサブ期間において、各測定期間の最初の分割期間(第1分割期間Ts1)で、発光部2から測定光W1(パルス光)を出力させる。 Then, the measurement control unit 10 of the distance measuring device 1 outputs the measurement light W1 (pulse light) from the light emitting unit 2 in the first division period (first division period Ts1) of each measurement period in one sub period. ..

また、距離測定装置1の測定制御部10は、各測定期間において、第1分割期間Ts1〜第n分割期間Tsnのいずれかで、受光部3の画素セル30を露光させる。測定制御部10は、第1測定期間Tm1〜第n測定期間Tmnにおいて、画素セル30を露光させるタイミングを、第1分割期間Ts1〜第n分割期間Tsnまで1つずつ順次ずらす。 Further, the measurement control unit 10 of the distance measuring device 1 exposes the pixel cell 30 of the light receiving unit 3 in any of the first division period Ts1 to the nth division period Tsn in each measurement period. The measurement control unit 10 sequentially shifts the timing of exposing the pixel cell 30 from the first division period Ts1 to the nth division period Tsn one by one in the first measurement period Tm1 to the nth measurement period Tmn.

要するに、発光制御部11は、発光部2から測定光W1を複数回出力させる。受光制御部12は、複数回出力される測定光W1に対して、受光部3を、発光部2からの測定光W1の出力の開始時点からの経過時間が互いに異なるタイミングで露光させる。 In short, the light emitting control unit 11 causes the light emitting unit 2 to output the measurement light W1 a plurality of times. The light receiving control unit 12 exposes the light receiving unit 3 to the measurement light W1 output a plurality of times at different timings from the start time of the output of the measurement light W1 from the light emitting unit 2.

より詳細には、測定制御部10は、第1測定期間Tm1では第1分割期間Ts1で画素セル30を露光させ、第2測定期間Tm2では第2分割期間Ts2で画素セル30を露光させ、第n測定期間Tmnでは第n分割期間Tsnで画素セル30を露光させるというように、画素セル30の露光タイミングを制御する(図7参照)。そのため、1つのサブ期間で見ると、画素セル30は、第1分割期間Ts1〜第n分割期間Tsnの全てが、いずれかの測定期間において露光されることとなる。 More specifically, the measurement control unit 10 exposes the pixel cell 30 in the first division period Ts1 in the first measurement period Tm1 and exposes the pixel cell 30 in the second division period Ts2 in the second measurement period Tm2. In the n measurement period Tmn, the exposure timing of the pixel cell 30 is controlled so that the pixel cell 30 is exposed in the nth division period Tsn (see FIG. 7). Therefore, when viewed in one sub-period, in the pixel cell 30, all of the first division period Ts1 to the nth division period Tsn are exposed in any of the measurement periods.

受光部3の画素セル30は、露光している期間のみ、対象物200で反射された反射光を検知することができる。発光部2が発光してから受光部3に反射光が到達するまでの時間は、距離測定システム100から対象物200までの距離に応じて変化する。距離測定システム100から対象物200までの距離をd、光の速度をcとすると、発光部2が発光してから時間t=2d/c後に、反射光が受光部3に到達する。したがって、距離測定装置1は、いずれの分割期間で受光部3の画素セル30が反射光を受光したか、言い換えれば、いずれの測定期間で受光部3の画素セル30が反射光を受光したか、に基づいて、このサブ期間での測定光W1の出射方向における対象物200までの距離を、算出することが可能となる。 The pixel cell 30 of the light receiving unit 3 can detect the reflected light reflected by the object 200 only during the exposure period. The time from when the light emitting unit 2 emits light until the reflected light reaches the light receiving unit 3 varies depending on the distance from the distance measuring system 100 to the object 200. Assuming that the distance from the distance measurement system 100 to the object 200 is d and the speed of light is c, the reflected light reaches the light receiving unit 3 after a time t = 2d / c after the light emitting unit 2 emits light. Therefore, in the distance measuring device 1, in which division period the pixel cell 30 of the light receiving unit 3 received the reflected light, in other words, in which measurement period the pixel cell 30 of the light receiving unit 3 received the reflected light. , It is possible to calculate the distance to the object 200 in the emission direction of the measurement light W1 in this sub-period.

例えば図7の例では、各測定期間において第2分割期間Ts2と第3分割期間Ts3とに跨がる時間に、対象物200からの反射光が到達している。この場合、第1分割期間Ts1で画素セル30が露光される第1測定期間Tm1では、受光部3は反射光の存在を検知しない。一方、第2分割期間Ts2で画素セル30が露光される第2測定期間Tm2、及び第3分割期間Ts3で画素セル30が露光される第3測定期間Tm3では、反射光が受光部3に到達するタイミングで画素セル30が露光されるので、受光部3は反射光を検知することとなる。これにより、距離測定装置1(距離取得部14)は、発光部2が発光を開始してから第2分割期間Ts2が開始するまでの期間に相当する距離(c×Ts/2)と、発光部2が発光を開始してから第3分割期間Ts3が終了するまでの期間に相当する距離(3×c×Ts/2)と、の間の距離範囲に、対象物200が存在する、と判定することができる。ここで、上記の「c」は光速を示し、「Ts」は分割期間の長さを示す。 For example, in the example of FIG. 7, the reflected light from the object 200 reaches the time spanning the second division period Ts2 and the third division period Ts3 in each measurement period. In this case, in the first measurement period Tm1 in which the pixel cell 30 is exposed in the first division period Ts1, the light receiving unit 3 does not detect the presence of the reflected light. On the other hand, in the second measurement period Tm2 in which the pixel cell 30 is exposed in the second division period Ts2 and the third measurement period Tm3 in which the pixel cell 30 is exposed in the third division period Ts3, the reflected light reaches the light receiving unit 3. Since the pixel cell 30 is exposed at the timing of the exposure, the light receiving unit 3 detects the reflected light. As a result, the distance measuring device 1 (distance acquisition unit 14) emits light with a distance (c × Ts / 2) corresponding to the period from the start of light emission by the light emitting unit 2 to the start of the second division period Ts2. It is said that the object 200 exists in the distance range between the distance (3 × c × Ts / 2) corresponding to the period from the start of light emission by the unit 2 to the end of the third division period Ts3. Can be determined. Here, "c" above indicates the speed of light, and "Ts" indicates the length of the division period.

上述の説明から明らかなように、距離測定システム100の測定可能距離(距離測定システム100が距離測定を可能な距離の上限)は、n×Ts×c/2で表される。例えば、分割期間の長さTsが10ns、測定期間の数nが10の場合、測定可能距離は15mである。また、距離測定装置1による距離の分解能は、Ts×c/2で表される。例えば、分割期間の長さTsが10nsの場合、距離の分解能は1.5mである。サブ期間の長さTtは、読み出し期間(後述)を無視すれば、n×Ts×nで表される。例えば、分割期間の長さTsが10ns、測定期間の数(=分割期間の数)nが10の場合、読み出し期間を無視すれば、サブ期間の長さTtは10μsである。 As is clear from the above description, the measurable distance of the distance measuring system 100 (the upper limit of the distance that the distance measuring system 100 can measure the distance) is represented by n × Ts × c / 2. For example, when the length Ts of the division period is 10 ns and the number n of the measurement periods is 10, the measurable distance is 15 m. Further, the resolution of the distance by the distance measuring device 1 is represented by Ts × c / 2. For example, when the length Ts of the division period is 10 ns, the resolution of the distance is 1.5 m. The length Tt of the sub-period is represented by n × Ts × n, ignoring the read period (described later). For example, when the length Ts of the division period is 10 ns and the number of measurement periods (= number of division periods) n is 10, the length Tt of the sub period is 10 μs if the read period is ignored.

各サブ期間において、複数の測定期間の各々の後には、読み出し期間がある。読み出し期間は、イメージセンサ31が、複数の画素セル30から画素信号を取得(以下、「画素値を読み出す」ともいう)し、画素出力部32が、取得した画素信号を距離測定装置1へ出力するための期間である。 In each sub-period, after each of the plurality of measurement periods, there is a read period. During the reading period, the image sensor 31 acquires pixel signals from a plurality of pixel cells 30 (hereinafter, also referred to as “reading pixel values”), and the pixel output unit 32 outputs the acquired pixel signals to the distance measuring device 1. It is a period to do.

ここでは、画素出力部32は、複数の画素セル30のうちで、現在のサブ期間に対応する画素セル30の画素信号(画素値)のみを、距離測定装置1(受光制御部12)へと出力する。すなわち、点P1(図4参照)に測定光W1が照射される第1サブ期間Tt1では、画素出力部32は、点P1に対応する画素セル301(図5参照)の画素信号のみを、距離測定装置1へと出力する。また、点P2(図4参照)に測定光W1が照射される第2サブ期間Tt2では、画素出力部32は、点P2に対応する画素セル302(図5参照)の画素信号のみを、距離測定装置1へと出力する。つまり、受光制御部12は、振動周期に応じて振動する光学素子4の振動位置に応じて、複数の画素セル30のうちで画素信号を出力させる画素セル30を変更する。例えば、第1サブ期間Tt1においては、光学素子4の振動位置は、点P1に対応する位置である。このように、画素信号を出力させる画素セル30を限定することで、受光部3から距離測定装置1へ送信される信号のデータ量を小さくすることができる。 Here, the pixel output unit 32 transfers only the pixel signal (pixel value) of the pixel cell 30 corresponding to the current sub-period to the distance measuring device 1 (light receiving control unit 12) among the plurality of pixel cells 30. Output. That is, in the first sub-period Tt1 in which the measurement light W1 is applied to the point P1 (see FIG. 4), the pixel output unit 32 transmits only the pixel signal of the pixel cell 301 (see FIG. 5) corresponding to the point P1 at a distance. Output to measuring device 1. Further, in the second sub-period Tt2 in which the measurement light W1 is applied to the point P2 (see FIG. 4), the pixel output unit 32 transmits only the pixel signal of the pixel cell 302 (see FIG. 5) corresponding to the point P2 at a distance. Output to measuring device 1. That is, the light receiving control unit 12 changes the pixel cell 30 that outputs the pixel signal among the plurality of pixel cells 30 according to the vibration position of the optical element 4 that vibrates according to the vibration cycle. For example, in the first sub-period Tt1, the vibration position of the optical element 4 is a position corresponding to the point P1. By limiting the pixel cell 30 that outputs the pixel signal in this way, the amount of data of the signal transmitted from the light receiving unit 3 to the distance measuring device 1 can be reduced.

距離取得部14は、各サブ期間において受光部3の画素セル30から出力される画素信号に基づいて、このサブ期間に対応する測定光W1の出射方向において、対象空間S1に存在する対象物200までの距離を求める。 The distance acquisition unit 14 is based on the pixel signal output from the pixel cell 30 of the light receiving unit 3 in each sub period, and the object 200 existing in the target space S1 in the emission direction of the measurement light W1 corresponding to this sub period. Find the distance to.

このようにして、距離取得部14は、第1サブ期間Tt1においては、点P1を通る測定光W1の出射方向に存在する対象物200までの距離を求め、第2サブ期間Tt2においては、点P2を通る測定光W1の出射方向に存在する対象物200までの距離を求める。すなわち、距離測定システム100は、複数の出射方向において、対象空間S1に存在する対象物200までの距離を求めることができる。 In this way, the distance acquisition unit 14 obtains the distance to the object 200 existing in the emission direction of the measurement light W1 passing through the point P1 in the first sub-period Tt1, and the point in the second sub-period Tt2. The distance to the object 200 existing in the emission direction of the measurement light W1 passing through P2 is obtained. That is, the distance measurement system 100 can obtain the distance to the object 200 existing in the target space S1 in a plurality of emission directions.

複数(k個)のサブ期間のすべてについて、対象物200までの距離が求まると、距離取得部14は、求めたk個の距離に基づいて、距離画像を生成する。距離画像は、例えば、各画素の画素値が、対象空間S1に存在する対象物200までの距離に相当する画像である。本実施形態では、距離取得部14は、サブ期間の数(8個)の画素を少なくとも含む距離画像を、生成可能である。 When the distance to the object 200 is obtained for all of the plurality of (k) sub-periods, the distance acquisition unit 14 generates a distance image based on the obtained k distances. The distance image is, for example, an image in which the pixel value of each pixel corresponds to the distance to the object 200 existing in the target space S1. In the present embodiment, the distance acquisition unit 14 can generate a distance image including at least the number of pixels (8) in the sub-period.

なお、上述の説明では、回折格子41による測定光W1の0次光に着目して説明したが、回折格子41からは、測定光W1のm次光(mは1以上の整数)も出射される。そのため、測定光W1のm次光を用いて、0次光の場合と同様の距離の測定を行うことが可能である。すなわち、測定光W1を回折格子41で回折させることで、複数の干渉縞に相当する複数の光を生成することができ、複数の光によって、空間内の複数の位置までの距離を測定することが可能となる。要するに、距離測定システム100によれば、測定光W1の回折光が存在する範囲内で、対象空間S1に存在する対象物200までの距離を測定することが可能である。 In the above description, the 0th-order light of the measurement light W1 by the diffraction grating 41 has been focused on, but the m-th order light (m is an integer of 1 or more) of the measurement light W1 is also emitted from the diffraction grating 41. To. Therefore, it is possible to measure the distance in the same manner as in the case of the 0th order light by using the mth order light of the measurement light W1. That is, by diffracting the measurement light W1 with the diffraction grating 41, a plurality of lights corresponding to a plurality of interference fringes can be generated, and the distances to a plurality of positions in the space can be measured by the plurality of lights. Is possible. In short, according to the distance measurement system 100, it is possible to measure the distance to the object 200 existing in the target space S1 within the range in which the diffracted light of the measurement light W1 exists.

距離測定システム100は、0次光を用いて得られた距離画像とm次光を用いて得られた距離画像とを合成した合成距離画像を、生成してもよい。0次光の反射光を受光するための画素セル30と、m次光の反射光を受光するための画素セル30とは、少なくとも一部が重複していてもよいし、別々の画素セル30であってもよい。 The distance measurement system 100 may generate a composite distance image obtained by synthesizing a distance image obtained by using 0th order light and a distance image obtained by using mth order light. At least a part of the pixel cell 30 for receiving the reflected light of the 0th order light and the pixel cell 30 for receiving the reflected light of the mth order light may overlap, or the pixel cells 30 are separate. It may be.

(2)変形例
上述の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上述の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。上記実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。なお、以下では、上記実施形態を「基本例」と呼ぶこともある。また、距離測定システム100の距離測定装置1と同様の機能は、距離測定方法、(コンピュータ)プログラム、又はプログラムを記録した非一時的記録媒体等で具現化されてもよい。
(2) Modified Example The above-described embodiment is only one of the various embodiments of the present disclosure. The above-described embodiment can be changed in various ways depending on the design and the like as long as the object of the present disclosure can be achieved. A modified example of the above embodiment is listed. The modifications described below can be applied in combination as appropriate. In the following, the above embodiment may be referred to as a "basic example". Further, the same function as the distance measuring device 1 of the distance measuring system 100 may be realized by a distance measuring method, a (computer) program, a non-temporary recording medium on which the program is recorded, or the like.

一態様に係る距離測定方法は、発光制御ステップと、受光制御ステップと、振動制御ステップと、距離取得ステップと、を含む。発光制御ステップは、測定光W1を出力する発光部2から測定光W1を出力させるタイミングを制御することを含む。受光制御ステップは、対象物200で反射した測定光W1を受光するための複数の画素セル30を有する受光部3の動作を制御することを含む。振動制御ステップは、発光部2から対象物200までの測定光W1の光路LP1上に配置されている光学素子4を振動させる振動付与部5の動作を制御することを含む。距離取得ステップは、発光部2が測定光W1を出力してから受光部3が測定光W1を受光するまでの時間から、対象物200までの距離を求めることを含む。 The distance measuring method according to one aspect includes a light emission control step, a light reception control step, a vibration control step, and a distance acquisition step. The light emission control step includes controlling the timing of outputting the measurement light W1 from the light emitting unit 2 that outputs the measurement light W1. The light receiving control step includes controlling the operation of the light receiving unit 3 having a plurality of pixel cells 30 for receiving the measurement light W1 reflected by the object 200. The vibration control step includes controlling the operation of the vibration applying unit 5 that vibrates the optical element 4 arranged on the optical path LP1 of the measurement light W1 from the light emitting unit 2 to the object 200. The distance acquisition step includes obtaining the distance to the object 200 from the time from when the light emitting unit 2 outputs the measurement light W1 until the light receiving unit 3 receives the measurement light W1.

本開示における距離測定システム100は、例えば、距離測定装置1の測定制御部10及び距離取得部14等に、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における測定制御部10及び距離取得部14としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路(IC)又は大規模集積回路(LSI)を含む1ないし複数の電子回路で構成される。ここでいうIC又はLSI等の集積回路は、集積の度合いによって呼び方が異なっており、システムLSI、VLSI(Very Large Scale Integration)、又はULSI(UltraLarge Scale Integration)と呼ばれる集積回路を含む。さらに、LSIの製造後にプログラムされる、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又はLSI内部の接合関係の再構成若しくはLSI内部の回路区画の再構成が可能な論理デバイスについても、プロセッサとして採用することができる。複数の電子回路は、1つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、1つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。ここでいうコンピュータシステムは、1以上のプロセッサ及び1以上のメモリを有するマイクロコントローラを含む。したがって、マイクロコントローラについても、半導体集積回路又は大規模集積回路を含む1ないし複数の電子回路で構成される。 The distance measurement system 100 in the present disclosure includes, for example, a computer system in the measurement control unit 10 and the distance acquisition unit 14 of the distance measurement device 1. The main configuration of a computer system is a processor and memory as hardware. When the processor executes the program recorded in the memory of the computer system, the functions as the measurement control unit 10 and the distance acquisition unit 14 in the present disclosure are realized. The program may be pre-recorded in the memory of the computer system, may be provided through a telecommunications line, and may be recorded on a non-temporary recording medium such as a memory card, optical disk, hard disk drive, etc. that can be read by the computer system. May be provided. A processor in a computer system is composed of one or more electronic circuits including a semiconductor integrated circuit (IC) or a large scale integrated circuit (LSI). The integrated circuit such as IC or LSI referred to here has a different name depending on the degree of integration, and includes an integrated circuit called a system LSI, VLSI (Very Large Scale Integration), or ULSI (Ultra Large Scale Integration). Further, an FPGA (Field-Programmable Gate Array) programmed after the LSI is manufactured, or a logical device capable of reconfiguring the junction relationship inside the LSI or reconfiguring the circuit partition inside the LSI should also be adopted as a processor. Can be done. A plurality of electronic circuits may be integrated on one chip, or may be distributed on a plurality of chips. The plurality of chips may be integrated in one device, or may be distributed in a plurality of devices. The computer system referred to here includes a microcontroller having one or more processors and one or more memories. Therefore, the microcontroller is also composed of one or more electronic circuits including a semiconductor integrated circuit or a large-scale integrated circuit.

また、距離測定システム100における複数の機能が、1つの筐体に集約されていることは距離測定システム100に必須の構成ではない。距離測定システム100の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。さらに、距離取得部14等、距離測定システム100の少なくとも一部の機能は、例えば、サーバ装置及びクラウド(クラウドコンピューティング)等によって実現されてもよい。反対に、上述の実施形態のように、距離測定システム100の全ての機能が、1つの筐体に集約されていてもよい。 Further, it is not an essential configuration for the distance measurement system 100 that a plurality of functions in the distance measurement system 100 are integrated in one housing. The components of the distance measurement system 100 may be distributed in a plurality of housings. Further, at least a part of the functions of the distance measuring system 100 such as the distance acquisition unit 14 may be realized by, for example, a server device and a cloud (cloud computing). On the contrary, as in the above-described embodiment, all the functions of the distance measuring system 100 may be integrated in one housing.

一変形例において、図8に示すように、発光部2は、複数の光源21を有していてもよい。複数の光源21は、アレイ状に配置されていてもよく、特に、回折格子41の格子点と同様のマトリクス状に配置されていてもよい。複数の光源21の配置は、回折格子41の格子点の配置に対して相似な配置であってもよい。隣り合う光源21の間の間隔d1は、回折格子41の格子間隔と等しくてもよい。この場合、測定光W1の強度ムラ(面P100内における、0次光、1次光等の複数の回折光の間で生じ得る強度ムラ)を低減することが可能となる。 In one modification, as shown in FIG. 8, the light emitting unit 2 may have a plurality of light sources 21. The plurality of light sources 21 may be arranged in an array, and in particular, may be arranged in a matrix similar to the lattice points of the diffraction grating 41. The arrangement of the plurality of light sources 21 may be similar to the arrangement of the lattice points of the diffraction grating 41. The distance d1 between adjacent light sources 21 may be equal to the grid spacing of the diffraction grating 41. In this case, it is possible to reduce the intensity unevenness of the measurement light W1 (intensity unevenness that can occur between a plurality of diffracted lights such as 0th-order light and primary light in the surface P100).

基本例では、受光制御部12は、光学素子4の振動位置に応じて、複数の画素セル30のうちの対応する画素セル30のみから画素信号を出力させていたが、これに限られない。一変形例において、受光制御部12は、振動周期に応じて振動する光学素子4の振動位置によらず、複数の画素セル30の全てから、それぞれ画素信号を受け取ってもよい。この場合、例えば、光学素子4の位置ずれ等によって、想定されている画素セル30とは別の画素セル30で反射光が受光された場合であっても、そのデータを利用することが可能となる。 In the basic example, the light receiving control unit 12 outputs a pixel signal from only the corresponding pixel cell 30 of the plurality of pixel cells 30 according to the vibration position of the optical element 4, but the present invention is not limited to this. In one modification, the light receiving control unit 12 may receive pixel signals from all of the plurality of pixel cells 30 regardless of the vibration position of the optical element 4 that vibrates according to the vibration cycle. In this case, for example, even when the reflected light is received by a pixel cell 30 different from the assumed pixel cell 30 due to a misalignment of the optical element 4, the data can be used. Become.

一変形例において、イメージセンサ31は、測定期間後の読み出し期間において、複数の画素セル30の全てから画素値を読み出してもよいし、現在のサブ期間に対応する画素セル30のみから画素値を読み出してもよい。 In one modification, the image sensor 31 may read the pixel values from all of the plurality of pixel cells 30 in the read period after the measurement period, or may read the pixel values only from the pixel cells 30 corresponding to the current sub period. You may read it.

基本例の距離測定システム100では、1つのサブ期間に着目した場合、光学素子4が1回振動する間に、測定光W1を出力(発光)し反射光を受光するという動作を発光と露光との時間差を変えながらn回行っていたが、これに限られない。一変形例において、各サブ期間に関して、測定光W1を出力し反射光を受光するという動作を、光学素子4の1回の振動周期において1回のみ行い、これを、発光と露光との時間差を変えながらn回の振動周期について行ってもよい。つまり、1回目の振動周期では、受光部3を第1分割期間Ts1に相当するタイミングで露光させ、2回目の振動周期では、受光部3を第2分割期間Ts2に相当するタイミングで露光させる、等としてもよい。このようにしても、対象空間S1に存在する対象物200までの距離を測定することが可能である。 In the distance measurement system 100 of the basic example, when focusing on one sub-period, the operation of outputting (light emitting) the measurement light W1 and receiving the reflected light while the optical element 4 vibrates once is called light emission and exposure. It was performed n times while changing the time difference of, but it is not limited to this. In one modification, the operation of outputting the measurement light W1 and receiving the reflected light is performed only once in one vibration cycle of the optical element 4 for each sub-period, and this is performed to reduce the time difference between light emission and exposure. It may be performed for n vibration cycles while changing. That is, in the first vibration cycle, the light receiving unit 3 is exposed at a timing corresponding to the first division period Ts1, and in the second vibration cycle, the light receiving unit 3 is exposed at a timing corresponding to the second division period Ts2. And so on. Even in this way, it is possible to measure the distance to the object 200 existing in the object space S1.

一変形例において、光学素子4は、測定光W1を拡散させる拡散板であってもよい。この場合でも、拡散板を振動させることで、距離測定システムからの測定光W1の出射方向が変わる。そのため、測定光W1によって対象空間S1を走査することが可能となる。 In one modification, the optical element 4 may be a diffuser that diffuses the measurement light W1. Even in this case, the emission direction of the measurement light W1 from the distance measurement system is changed by vibrating the diffuser plate. Therefore, the target space S1 can be scanned by the measurement light W1.

一変形例において、光学素子4は、測定光W1を反射する反射型の光学素子であってもよい。この場合でも、反射型の光学素子を振動させることで、距離測定システムからの測定光W1の出射方向が変わる。そのため、測定光W1によって対象空間S1を走査することが可能となる。例えば、光学素子4は、反射型の回折格子41であってもよいし、反射型の拡散板であってもよい。 In one modification, the optical element 4 may be a reflective optical element that reflects the measurement light W1. Even in this case, the emission direction of the measurement light W1 from the distance measurement system is changed by vibrating the reflection type optical element. Therefore, the target space S1 can be scanned by the measurement light W1. For example, the optical element 4 may be a reflection type diffraction grating 41 or a reflection type diffusion plate.

一変形例において、光学素子4及び振動付与部5は、シリコン基板又はガラス基板等に微細加工技術によって集積化されたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)であってもよい。 In one modification, the optical element 4 and the vibration imparting portion 5 may be MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) integrated on a silicon substrate, a glass substrate, or the like by a microfabrication technique.

光学素子4の振動は、基本例のものに限られない。例えば、振動制御部13は、光学素子4が鉛直方向に1/2回振動する間に、光学素子4を水平方向に複数回振動させる等してもよい。なお、測定光W1の軌跡が、面P100内における所定の領域を(隙間なく)埋めるように、測定光W1が走査されることが好ましい。 The vibration of the optical element 4 is not limited to that of the basic example. For example, the vibration control unit 13 may vibrate the optical element 4 a plurality of times in the horizontal direction while the optical element 4 vibrates 1/2 times in the vertical direction. It is preferable that the measurement light W1 is scanned so that the locus of the measurement light W1 fills a predetermined region (without gaps) in the surface P100.

(3)まとめ
以上説明した実施形態及び変形例等から以下の態様が開示されている。
(3) Summary The following aspects are disclosed from the embodiments and modifications described above.

第1の態様に係る距離測定装置(1)は、発光制御部(11)と、受光制御部(12)と、振動制御部(13)と、距離取得部(14)と、を備える。発光制御部(11)は、対象空間(S1)に向けて測定光(W1)を出力する発光部(2)から測定光(W1)を出力させるタイミングを制御する。受光制御部(12)は、受光部(3)の動作を制御する。受光部(3)は、対象空間(S1)に存在する対象物(200)で反射した測定光(W1)を受光するための複数の画素セル(30)を有する。振動制御部(13)は、振動付与部(5)の動作を制御する。振動付与部(5)は、光学素子(4)を振動させる。光学素子(4)は、発光部(2)から対象物(200)までの測定光(W1)の光路(LP1)上に配置されている。距離取得部(14)は、発光部(2)が測定光(W1)を出力してから受光部(3)が測定光(W1)を受光するまでの時間に基づいて、対象物(200)までの距離を求める。 The distance measuring device (1) according to the first aspect includes a light emitting control unit (11), a light receiving control unit (12), a vibration control unit (13), and a distance acquisition unit (14). The light emission control unit (11) controls the timing at which the measurement light (W1) is output from the light emitting unit (2) that outputs the measurement light (W1) toward the target space (S1). The light receiving control unit (12) controls the operation of the light receiving unit (3). The light receiving unit (3) has a plurality of pixel cells (30) for receiving the measurement light (W1) reflected by the object (200) existing in the target space (S1). The vibration control unit (13) controls the operation of the vibration applying unit (5). The vibration applying portion (5) vibrates the optical element (4). The optical element (4) is arranged on the optical path (LP1) of the measurement light (W1) from the light emitting unit (2) to the object (200). The distance acquisition unit (14) is based on the time from when the light emitting unit (2) outputs the measurement light (W1) to when the light receiving unit (3) receives the measurement light (W1). Find the distance to.

この態様によれば、振動付与部(5)が光学素子(4)を振動させることで、発光部(2)からの測定光(W1)の出力方向が振動する。そのため、測定光(W1)によって対象空間(S1)を走査することが可能となる。 According to this aspect, the vibration applying portion (5) vibrates the optical element (4), so that the output direction of the measurement light (W1) from the light emitting portion (2) vibrates. Therefore, the target space (S1) can be scanned by the measurement light (W1).

第2の態様の距離測定装置(1)では、第1の態様において、発光部(2)は、パルス光を出力するよう構成される。距離測定装置(1)は、パルス光の発光周期が、振動付与部(5)が光学素子(4)を振動させる振動周期よりも短くなるように、発光部(2)及び振動付与部(5)を制御する。 In the distance measuring device (1) of the second aspect, in the first aspect, the light emitting unit (2) is configured to output pulsed light. The distance measuring device (1) has a light emitting unit (2) and a vibration applying unit (5) so that the light emitting cycle of the pulsed light is shorter than the vibration cycle in which the vibration applying unit (5) vibrates the optical element (4). ) Is controlled.

この態様によれば、振動付与部(5)が光学素子(4)を一周期振動させる間に、少なくとも一回パルス光が出力される。つまり、振動付与部(5)が光学素子(4)を一周期振動させる間に、少なくとも一回の距離の測定を行うことができる。そのため、光学素子(4)の振動の一周期における少なくとも1つの振動位置で、距離の測定を行うことが可能となる。パルス光の発光周期は、振動周期の半分以下であってもよい。この場合、振動付与部(5)が光学素子(4)を一周期振動させる間に、2回以上パルス光が出力されるので、振動付与部(5)が光学素子(4)を一周期振動させる間に、複数回の距離の測定を行うことができる。 According to this aspect, the pulsed light is output at least once while the vibration applying unit (5) vibrates the optical element (4) for one cycle. That is, the distance can be measured at least once while the vibration applying unit (5) vibrates the optical element (4) for one cycle. Therefore, it is possible to measure the distance at at least one vibration position in one cycle of the vibration of the optical element (4). The emission cycle of the pulsed light may be half or less of the vibration cycle. In this case, since the pulsed light is output twice or more while the vibration applying unit (5) vibrates the optical element (4) for one cycle, the vibration applying unit (5) vibrates the optical element (4) for one cycle. During the period, the distance can be measured a plurality of times.

第3の態様の距離測定装置(1)では、第2の態様において、受光制御部(12)は、複数の画素セル(30)から画素信号を受け取るよう構成される。受光制御部(12)は、振動周期に応じて振動する光学素子(4)の振動位置に応じて、複数の画素セル(30)のうちで画素信号を出力させる画素セル(30)を変更する。 In the distance measuring device (1) of the third aspect, in the second aspect, the light receiving control unit (12) is configured to receive pixel signals from a plurality of pixel cells (30). The light receiving control unit (12) changes the pixel cell (30) that outputs a pixel signal among the plurality of pixel cells (30) according to the vibration position of the optical element (4) that vibrates according to the vibration cycle. ..

この態様によれば、距離測定装置(1)は、複数の画素セル(30)全てから画素信号を受け取るのではなく、光学素子(4)の振動位置に応じた画素セル(30)のみから画素信号を受け取る。そのため、受光部(3)から距離測定装置(1)へ送信される信号のデータ量を小さくすることができる。 According to this aspect, the distance measuring device (1) does not receive pixel signals from all of the plurality of pixel cells (30), but pixels only from the pixel cells (30) according to the vibration position of the optical element (4). Receive a signal. Therefore, the amount of data of the signal transmitted from the light receiving unit (3) to the distance measuring device (1) can be reduced.

第4の態様の距離測定装置(1)では、第2の態様において、受光制御部(12)は、複数の画素セル(30)から画素信号を受け取るよう構成される。受光制御部(12)は、振動周期に応じて振動する光学素子(4)の振動位置によらず、複数の画素セル(30)の全てからそれぞれ画素信号を受け取る。 In the distance measuring device (1) of the fourth aspect, in the second aspect, the light receiving control unit (12) is configured to receive pixel signals from a plurality of pixel cells (30). The light receiving control unit (12) receives pixel signals from all of the plurality of pixel cells (30) regardless of the vibration position of the optical element (4) that vibrates according to the vibration cycle.

この態様によれば、例えば、光学素子(4)の位置ずれ等によって、想定されている画素セル(30)とは別の画素セル(30)で反射光が受光された場合であっても、そのデータを利用することが可能となる。 According to this aspect, even when the reflected light is received by a pixel cell (30) different from the assumed pixel cell (30) due to, for example, a misalignment of the optical element (4). The data can be used.

第5の態様の距離測定装置(1)では、第1〜第4のいずれか1つの態様において、光学素子(4)は、回折格子(41)である。 In the distance measuring device (1) of the fifth aspect, in any one of the first to fourth aspects, the optical element (4) is a diffraction grating (41).

この態様によれば、振動付与部(5)が回折格子(41)を振動させることによって、測定光(W1)の進行方向を変えることが可能となる。また、測定光(W1)を回折格子(41)で回折させることで、複数の干渉縞に相当する複数の光を生成することができ、複数の光によって、空間内の複数の位置までの距離を測定することが可能となる。 According to this aspect, the traveling direction of the measurement light (W1) can be changed by vibrating the diffraction grating (41) by the vibration applying portion (5). Further, by diffracting the measurement light (W1) with the diffraction grating (41), a plurality of lights corresponding to a plurality of interference fringes can be generated, and the distances to a plurality of positions in the space by the plurality of lights. Can be measured.

第6の態様の距離測定装置(1)では、第5の態様において、回折格子(41)は、2次元回折格子である。発光部(2)は、回折格子(41)の格子間隔に相当する間隔でアレイ状に配置された複数の光源(21)を有する。 In the distance measuring device (1) of the sixth aspect, in the fifth aspect, the diffraction grating (41) is a two-dimensional diffraction grating. The light emitting unit (2) has a plurality of light sources (21) arranged in an array at intervals corresponding to the lattice intervals of the diffraction grating (41).

この態様によれば、回折格子(41)で生成される複数の光の強度のばらつきを抑えることが可能となる。 According to this aspect, it is possible to suppress variations in the intensities of a plurality of lights generated by the diffraction grating (41).

第7の態様の距離測定装置(1)では、第1〜第4のいずれか1つの態様において、光学素子(4)は、測定光(W1)を拡散させる拡散板である。 In the distance measuring device (1) of the seventh aspect, in any one of the first to fourth aspects, the optical element (4) is a diffuser that diffuses the measurement light (W1).

この態様によれば、振動付与部(5)が拡散板を振動させることによって、測定光(W1)の進行方向を変えることが可能となる。 According to this aspect, the traveling direction of the measurement light (W1) can be changed by vibrating the diffuser plate by the vibration applying portion (5).

第8の態様の距離測定装置(1)では、第1〜第7のいずれか1つの態様において、光学素子(4)は、測定光(W1)を透過させる透過型の光学素子である。 In the distance measuring device (1) of the eighth aspect, in any one of the first to seventh aspects, the optical element (4) is a transmission type optical element that transmits the measurement light (W1).

この態様によれば、振動付与部(5)が光学素子(4)を振動させることによって、測定光(W1)の進行方向を変えることが可能となる。 According to this aspect, the traveling direction of the measurement light (W1) can be changed by vibrating the optical element (4) by the vibration applying portion (5).

第9の態様の距離測定装置(1)では、第1〜第7のいずれか1つの態様において、光学素子(4)は、測定光(W1)を反射する反射型の光学素子である。 In the distance measuring device (1) of the ninth aspect, in any one of the first to seventh aspects, the optical element (4) is a reflection type optical element that reflects the measurement light (W1).

この態様によれば、振動付与部(5)が光学素子(4)を振動させることによって、測定光(W1)の進行方向を変えることが可能となる。 According to this aspect, the traveling direction of the measurement light (W1) can be changed by vibrating the optical element (4) by the vibration applying portion (5).

第10の態様の距離測定装置(1)では、第1〜第9のいずれか1つの態様において、振動制御部(13)は、光路(LP1)と交差する面内で測定光(W1)が2次元状に振動するように、振動付与部(5)により光学素子(4)を振動させる。 In the distance measuring device (1) of the tenth aspect, in any one of the first to ninth aspects, the vibration control unit (13) emits the measurement light (W1) in the plane intersecting the optical path (LP1). The optical element (4) is vibrated by the vibration applying portion (5) so as to vibrate in a two-dimensional manner.

この態様によれば、測定光(W1)を2次元状に振動させることが可能となる。 According to this aspect, the measurement light (W1) can be vibrated in a two-dimensional manner.

第11の態様の距離測定装置(1)では、第1〜第10のいずれか1つの態様において、発光制御部(11)は、発光部(2)から測定光(W1)を複数回出力させる。受光制御部(12)は、複数回出力される測定光(W1)において、受光部(3)を、発光部(2)からの測定光(W1)の出力の開始時点からの経過時間が互いに異なるタイミングで露光させる。 In the distance measuring device (1) of the eleventh aspect, in any one of the first to tenth aspects, the light emitting control unit (11) causes the light emitting unit (2) to output the measurement light (W1) a plurality of times. .. In the measurement light (W1) that is output a plurality of times, the light receiving control unit (12) causes the light receiving unit (3) to have the elapsed time from the start of the output of the measurement light (W1) from the light emitting unit (2). Expose at different timings.

この態様によれば、発光部(2)からの測定光(W1)の出力及び受光部(3)での測定光(W1)の受光という測定処理を、出力から受光までの時間を変えながら複数回行う。そのため、どの測定処理において測定光(W1)が受光されたかを判定することで、対象物(200)までの距離を測定することが可能となる。 According to this aspect, a plurality of measurement processes of outputting the measurement light (W1) from the light emitting unit (2) and receiving the measurement light (W1) at the light receiving unit (3) are performed while changing the time from the output to the light reception. Do it times. Therefore, it is possible to measure the distance to the object (200) by determining in which measurement process the measurement light (W1) is received.

第12の態様の距離測定システム(100)は、第1〜第11のいずれか1つの態様の距離測定装置(1)と、発光部(2)と、受光部(3)と、光学素子(4)と、振動付与部(5)と、を備える。 The distance measuring system (100) according to the twelfth aspect includes a distance measuring device (1), a light emitting unit (2), a light receiving unit (3), and an optical element (1) according to any one of the first to eleventh aspects. 4) and a vibration imparting unit (5) are provided.

この態様によれば、振動付与部(5)が光学素子(4)を振動させることで、発光部(2)からの測定光(W1)の出力方向が振動する。そのため、測定光W1によって対象空間S1を走査することが可能となる。 According to this aspect, the vibration applying portion (5) vibrates the optical element (4), so that the output direction of the measurement light (W1) from the light emitting portion (2) vibrates. Therefore, the target space S1 can be scanned by the measurement light W1.

第13の態様の距離測定方法は、発光制御ステップと、受光制御ステップと、振動制御ステップと、距離取得ステップと、を含む。発光制御ステップは、測定光(W1)を出力する発光部(2)から測定光(W1)を出力させるタイミングを制御することを含む。受光制御ステップは、対象物(200)で反射した測定光(W1)を受光するための複数の画素セル(30)を有する受光部(3)の動作を制御することを含む。振動制御ステップは、発光部(2)から対象物(200)までの測定光(W1)の光路(LP1)上に配置されている光学素子(4)を振動させる振動付与部(5)の動作を制御することを含む。距離取得ステップは、発光部(2)が測定光(W1)を出力してから受光部(3)が測定光(W1)を受光するまでの時間から、対象物(200)までの距離を求めることを含む。 The distance measuring method of the thirteenth aspect includes a light emission control step, a light reception control step, a vibration control step, and a distance acquisition step. The light emission control step includes controlling the timing of outputting the measurement light (W1) from the light emitting unit (2) that outputs the measurement light (W1). The light receiving control step includes controlling the operation of the light receiving unit (3) having a plurality of pixel cells (30) for receiving the measurement light (W1) reflected by the object (200). In the vibration control step, the operation of the vibration applying unit (5) that vibrates the optical element (4) arranged on the optical path (LP1) of the measurement light (W1) from the light emitting unit (2) to the object (200). Including controlling. In the distance acquisition step, the distance from the object (200) is obtained from the time from when the light emitting unit (2) outputs the measurement light (W1) to when the light receiving unit (3) receives the measurement light (W1). Including that.

この態様によれば、振動付与部(5)が光学素子(4)を振動させることで、発光部(2)からの測定光(W1)の出力方向が振動する。そのため、測定光W1によって対象空間S1を走査することが可能となる。 According to this aspect, the vibration applying portion (5) vibrates the optical element (4), so that the output direction of the measurement light (W1) from the light emitting portion (2) vibrates. Therefore, the target space S1 can be scanned by the measurement light W1.

1 距離測定装置
11 発光制御部
12 受光制御部
13 振動制御部
14 距離取得部
2 発光部
21 光源
3 受光部
30 画素セル
4 光学素子
41 回折格子
5 振動付与部
100 距離測定システム
200 対象物
LP1 光路
S1 対象空間
W1 測定光
1 Distance measuring device 11 Light emitting control unit 12 Light receiving control unit 13 Vibration control unit 14 Distance acquisition unit 2 Light emitting unit 21 Light source 3 Light receiving unit 30 Pixel cell 4 Optical element 41 Diffraction grating 5 Vibration imparting unit 100 Distance measurement system 200 Object LP1 Optical path S1 Target space W1 Measurement light

Claims (13)

対象空間に向けて測定光を出力する発光部から前記測定光を出力させるタイミングを制御する発光制御部と、
前記対象空間に存在する対象物で反射した前記測定光を受光するための複数の画素セルを有する受光部の動作を制御する受光制御部と、
前記発光部から前記対象物までの前記測定光の光路上に配置されている光学素子を振動させる振動付与部の動作を制御する振動制御部と、
前記発光部が前記測定光を出力してから前記受光部が前記測定光を受光するまでの時間に基づいて、前記対象物までの距離を求める距離取得部と、
を備える、
距離測定装置。
A light emitting control unit that controls the timing of outputting the measurement light from the light emitting unit that outputs the measurement light toward the target space,
A light receiving control unit that controls the operation of a light receiving unit having a plurality of pixel cells for receiving the measurement light reflected by the object existing in the target space.
A vibration control unit that controls the operation of a vibration applying unit that vibrates an optical element arranged on the optical path of the measurement light from the light emitting unit to the object.
A distance acquisition unit that obtains the distance to the object based on the time from when the light emitting unit outputs the measurement light to when the light receiving unit receives the measurement light.
To prepare
Distance measuring device.
前記発光部は、パルス光を出力するよう構成され、
前記距離測定装置は、前記パルス光の発光周期が、前記振動付与部が前記光学素子を振動させる振動周期よりも短くなるように、前記発光部及び前記振動付与部を制御する、
請求項1に記載の距離測定装置。
The light emitting unit is configured to output pulsed light.
The distance measuring device controls the light emitting unit and the vibration applying unit so that the light emitting cycle of the pulsed light is shorter than the vibration cycle in which the vibration applying unit vibrates the optical element.
The distance measuring device according to claim 1.
前記受光制御部は、前記複数の画素セルから画素信号を受け取るよう構成され、
前記受光制御部は、前記振動周期に応じて振動する前記光学素子の振動位置に応じて、前記複数の画素セルのうちで前記画素信号を出力させる画素セルを変更する、
請求項2に記載の距離測定装置。
The light receiving control unit is configured to receive pixel signals from the plurality of pixel cells.
The light receiving control unit changes the pixel cell that outputs the pixel signal among the plurality of pixel cells according to the vibration position of the optical element that vibrates according to the vibration cycle.
The distance measuring device according to claim 2.
前記受光制御部は、前記複数の画素セルから画素信号を受け取るよう構成され、
前記受光制御部は、前記振動周期に応じて振動する前記光学素子の振動位置によらず、前記複数の画素セルの全てからそれぞれ画素信号を受け取る、
請求項2に記載の距離測定装置。
The light receiving control unit is configured to receive pixel signals from the plurality of pixel cells.
The light receiving control unit receives pixel signals from all of the plurality of pixel cells regardless of the vibration position of the optical element that vibrates according to the vibration cycle.
The distance measuring device according to claim 2.
前記光学素子は、回折格子である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の距離測定装置。
The optical element is a diffraction grating.
The distance measuring device according to any one of claims 1 to 4.
前記回折格子は2次元回折格子であり、
前記発光部は、前記回折格子の格子間隔に相当する間隔でアレイ状に配置された複数の光源を有する、
請求項5に記載の距離測定装置。
The diffraction grating is a two-dimensional diffraction grating, and is
The light emitting unit has a plurality of light sources arranged in an array at intervals corresponding to the lattice intervals of the diffraction grating.
The distance measuring device according to claim 5.
前記光学素子は、前記測定光を拡散させる拡散板である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の距離測定装置。
The optical element is a diffuser that diffuses the measurement light.
The distance measuring device according to any one of claims 1 to 4.
前記光学素子は、前記測定光を透過させる透過型の光学素子である、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の距離測定装置。
The optical element is a transmissive optical element that transmits the measurement light.
The distance measuring device according to any one of claims 1 to 7.
前記光学素子は、前記測定光を反射する反射型の光学素子である、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の距離測定装置。
The optical element is a reflective optical element that reflects the measurement light.
The distance measuring device according to any one of claims 1 to 7.
前記振動制御部は、前記光路と交差する面内で前記測定光が2次元状に振動するように、前記振動付与部により前記光学素子を振動させる、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の距離測定装置。
The vibration control unit vibrates the optical element by the vibration imparting unit so that the measurement light vibrates in a two-dimensional manner in a plane intersecting the optical path.
The distance measuring device according to any one of claims 1 to 9.
前記発光制御部は、前記発光部から前記測定光を複数回出力させ、
前記受光制御部は、前記複数回出力される前記測定光において、前記受光部を、前記発光部からの前記測定光の出力の開始時点からの経過時間が互いに異なるタイミングで露光させる、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の距離測定装置。
The light emission control unit outputs the measurement light from the light emitting unit a plurality of times.
The light receiving control unit exposes the light receiving unit to the measurement light that is output a plurality of times at different timings from the start time of the output of the measurement light from the light emitting unit.
The distance measuring device according to any one of claims 1 to 10.
請求項1〜11のいずれか1項に記載の距離測定装置と、
前記発光部と、
前記受光部と、
前記光学素子と、
前記振動付与部と、
を備える、
距離測定システム。
The distance measuring device according to any one of claims 1 to 11,
With the light emitting part
With the light receiving part
With the optical element
With the vibration applying part
To prepare
Distance measurement system.
測定光を出力する発光部から測定光を出力させるタイミングを制御する発光制御ステップと、
対象物で反射した前記測定光を受光するための複数の画素セルを有する受光部の動作を制御する受光制御ステップと、
前記発光部から前記対象物までの前記測定光の光路上に配置されている光学素子を振動させる振動付与部の動作を制御する振動制御ステップと、
前記発光部が前記測定光を出力してから前記受光部が前記測定光を受光するまでの時間に基づいて、前記対象物までの距離を求める距離取得ステップと、
を含む、
距離測定方法。
A light emission control step that controls the timing of outputting the measurement light from the light emitting unit that outputs the measurement light,
A light receiving control step that controls the operation of a light receiving unit having a plurality of pixel cells for receiving the measurement light reflected by the object, and a light receiving control step.
A vibration control step that controls the operation of the vibration applying unit that vibrates the optical element arranged on the optical path of the measurement light from the light emitting unit to the object.
A distance acquisition step of obtaining the distance to the object based on the time from when the light emitting unit outputs the measurement light to when the light receiving unit receives the measurement light.
including,
Distance measurement method.
JP2019107486A 2019-06-07 2019-06-07 Distance measuring device, distance measuring system, and distance measuring method Pending JP2020201099A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019107486A JP2020201099A (en) 2019-06-07 2019-06-07 Distance measuring device, distance measuring system, and distance measuring method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019107486A JP2020201099A (en) 2019-06-07 2019-06-07 Distance measuring device, distance measuring system, and distance measuring method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020201099A true JP2020201099A (en) 2020-12-17

Family

ID=73741967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019107486A Pending JP2020201099A (en) 2019-06-07 2019-06-07 Distance measuring device, distance measuring system, and distance measuring method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020201099A (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5015080A (en) * 1990-03-26 1991-05-14 General Electric Company Continuous wide angle beam steerer using lens translation and phase shifter
JPH08233544A (en) * 1995-02-28 1996-09-13 Komatsu Ltd Confocal optical apparatus
JPH11194295A (en) * 1997-11-06 1999-07-21 Olympus Optical Co Ltd Optical system
JP2004282013A (en) * 2002-10-16 2004-10-07 Eastman Kodak Co Light modulation device using vcsel array including electromechanical grating device
JP2007011104A (en) * 2005-07-01 2007-01-18 National Institute Of Information & Communication Technology Light beam controller and stereoscopic image display apparatus using the same
JP2011089874A (en) * 2009-10-22 2011-05-06 Toyota Central R&D Labs Inc Distance image data acquisition device
JP2017195569A (en) * 2016-04-22 2017-10-26 コニカミノルタ株式会社 Monitoring system
WO2019086004A1 (en) * 2017-11-06 2019-05-09 深圳奥比中光科技有限公司 Structured light projection module, depth camera, and method for manufacturing structured light projection module

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5015080A (en) * 1990-03-26 1991-05-14 General Electric Company Continuous wide angle beam steerer using lens translation and phase shifter
JPH08233544A (en) * 1995-02-28 1996-09-13 Komatsu Ltd Confocal optical apparatus
JPH11194295A (en) * 1997-11-06 1999-07-21 Olympus Optical Co Ltd Optical system
JP2004282013A (en) * 2002-10-16 2004-10-07 Eastman Kodak Co Light modulation device using vcsel array including electromechanical grating device
JP2007011104A (en) * 2005-07-01 2007-01-18 National Institute Of Information & Communication Technology Light beam controller and stereoscopic image display apparatus using the same
JP2011089874A (en) * 2009-10-22 2011-05-06 Toyota Central R&D Labs Inc Distance image data acquisition device
JP2017195569A (en) * 2016-04-22 2017-10-26 コニカミノルタ株式会社 Monitoring system
WO2019086004A1 (en) * 2017-11-06 2019-05-09 深圳奥比中光科技有限公司 Structured light projection module, depth camera, and method for manufacturing structured light projection module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4246208A2 (en) System and method for reduced-speckle laser line generation
JP6111617B2 (en) Laser radar equipment
JP2020509389A (en) LIDAR system with flexible scan parameters
KR102650443B1 (en) Fully waveform multi-pulse optical rangefinder instrument
EP2824418A1 (en) Surround sensing system
US11408982B2 (en) Electromagnetic wave detection apparatus, program, and electromagnetic wave detection system
US20220229188A1 (en) Detection device with at least one sensor device, an analysis device, a light source, and a carrier medium
KR102275104B1 (en) Electromagnetic wave detection device, program, and information acquisition system
US11754678B2 (en) Electromagnetic wave detection apparatus, program, and electromagnetic wave detection system
KR20200031680A (en) Electromagnetic wave detection device, recording medium, and electromagnetic wave detection system
US11573301B2 (en) Electromagnetic wave detection apparatus, program, and electromagnetic wave detection system
JP2020201099A (en) Distance measuring device, distance measuring system, and distance measuring method
JP2021124332A (en) Distance measuring device
JP2011203156A (en) Distance measuring device
WO2020116035A1 (en) Distance information acquisition device, distance information acquisition method, and program
JP2004053532A (en) Optical shape measuring device
US20090251670A1 (en) Optical feedback for high speed scan mirror
JP2008014815A (en) Terahertz-pulse light measuring apparatus
WO2023074207A1 (en) Control device, control method, and control program
WO2020022150A1 (en) Electromagnetic wave detection device and information acquisition system
JP5761786B2 (en) Small phase shift device
JP2023066231A (en) Control device, control method, and control program
JP2022153818A (en) Ranging device and method for determining distance
TW202314280A (en) Optical device
CN116134291A (en) Distance measuring device, distance measuring method, and distance measuring program

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211105

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220902

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221018

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20230418