JP2021071471A - Distance image creation device - Google Patents

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light
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distance image
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文雄 西野
Fumio Nishino
文雄 西野
憲市 本田
Kenichi Honda
憲市 本田
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Tateyama Kagaku Co Ltd
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Tateyama Kagaku Co Ltd
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Abstract

To provide a distance image creation device that not only can create a distance image in all directions but also is hard to fail with a simple structure and can reduce its size and weight using an inexpensive lidar.SOLUTION: A distance image creation device for creating a distance image by measuring reflected light of light radiated on an object comprises: an optical component formed so that light can be incident from the whole circumference; at least one or more light emission sections arranged outside of the optical component; a light receiving section for receiving the reflected light incident on the optical component from the whole circumference; and an image creation section for creating the distance image on the basis of information on the reflected light. The optical component includes: an annular first light transmissive surface which is formed to be rotation symmetry about an optical axis of the optical component and on which the light can be incident from the whole circumference; a first reflection surface which is formed in an annular shape and reflects the light into the optical component; a second reflection surface which is provided at a center portion of the first light transmissive surface and reflects the reflected light from the first reflection surface toward the inside of a ring of the first reflection surface; and a second light transmissive surface which faces the second reflection surface at the center portion of the first reflection surface and transmits the light from the second reflection surface.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、全方位の距離画像を作成する距離画像の作成装置に関する。 The present invention relates to a distance image creating device that creates an omnidirectional distance image.

近年のロボット掃除機などの各種ロボット機器や車両の自律運転技術などの進歩に伴い、周囲にある障害物などの対象物との距離を測定する技術が求められている。このような測定技術として、光を用いたリモートセンシング技術があり(例えば、特許文献1〜3)、その1つに、パルス状の光を対象物に向けて照射し、その光が対象物に反射して戻ってくるまでの飛行時間(ToF:Time of Flight)や、位相差、周波数変位(FMCW:Frequency Modulated Continuous Wave)などを光センサで捉えることにより、対象物との距離を測定するライダー(LiDAR:Light Detection and Ranging)がある(例えば、非特許文献1)。 With the recent advances in various robot devices such as robot vacuum cleaners and autonomous driving technology for vehicles, there is a demand for technology for measuring the distance to an object such as an obstacle in the vicinity. As such a measurement technique, there is a remote sensing technique using light (for example, Patent Documents 1 to 3), one of which is to irradiate a pulsed light toward an object, and the light is applied to the object. A lidar that measures the distance to an object by capturing the flight time (ToF: Time of Light), phase difference, frequency displacement (FMCW: Frequency Modified Pulse), etc. until it is reflected and returned with an optical sensor. (LiDAR: Light Detection and Ringing) (for example, Non-Patent Document 1).

ライダーには、大別すると、フラッシュライダー(Flash Lidar)とスキャニングライダー(Scanning Lidar)の2種類があり、それぞれ、長所、短所を有している。 Riders are roughly classified into two types, Flash lidar and Scanning Lidar, each of which has advantages and disadvantages.

即ち、フラッシュライダーは、ピコ秒レベルで光を捉えるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などが設けられたカメラなどを使って、ToF、位相差、FMCWを全画素で直接計測し、三次元距離画像を一括して取得するものであり、例えば、複数の光源[LEDやVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)など]を同時に発光させて、スキャンレスで測距領域の距離画像を取得することができる。 That is, the flash rider directly measures the ToF, phase difference, and FMCW with all pixels using a camera or the like provided with a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) that captures light at the picosecond level, and obtains a three-dimensional distance image. It is acquired all at once. For example, a plurality of light sources [LED, VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser, etc.)] can be made to emit light at the same time, and a distance image of a distance measuring region can be acquired without scanning.

このような構造のため、フラッシュライダーは、スピンドルが不要で、構造が簡単で、小型軽量、安価であるという長所を有しており、屋内のロボティクスなどで使用されている。しかし、その一方で、フラッシュライダーは、水平測定範囲が最大120°程度と狭く、全方位の距離画像を取得することは難しいという短所がある。 Due to such a structure, the flashrider has advantages that it does not require a spindle, has a simple structure, is small and lightweight, and is inexpensive, and is used in indoor robotics and the like. However, on the other hand, the flashrider has a disadvantage that the horizontal measurement range is as narrow as about 120 ° at the maximum, and it is difficult to acquire a distance image in all directions.

一方、スキャニングライダーは、照明部と受光部の一方、または、両方を回転させて、順次、スキャニングすることにより、全方位の距離画像を作成するものであり、測定距離が長いという長所を有しており、屋外での車両の自律運転などで使用されている。しかし、その一方で、スキャニングライダーは、スキャン速度が遅く、距離画像の作成に時間が掛かるという短所を有している。そして、構造が複雑で、故障し易く、小型軽量化が難しく、コストダウンも難しいという短所もある。 On the other hand, the scanning rider creates an omnidirectional distance image by rotating one or both of the illumination unit and the light receiving unit and scanning them in sequence, and has an advantage that the measurement distance is long. It is used for autonomous driving of vehicles outdoors. However, on the other hand, the scanning rider has a disadvantage that the scanning speed is slow and it takes time to create a distance image. It also has the disadvantages that the structure is complicated, it is easy to break down, it is difficult to reduce the size and weight, and it is difficult to reduce the cost.

近年、測定範囲が狭い屋内のロボティクス用途においても、全方位の距離画像の必要性が高まっており、その場合には、否応なく、スキャニングライダーを使用せざるを得なかったが、上記したような短所があり、小型で安価でありながらも、全方位の距離画像を取得可能なライダーが求められていた。また、歪みのより一層少ない距離画像を取得できるライダーが求められていた。 In recent years, the need for omnidirectional distance images has increased even in indoor robotics applications where the measurement range is narrow, and in that case, a scanning rider had to be used, but as described above. There was a weakness, and there was a need for a rider who could acquire omnidirectional distance images while being small and inexpensive. In addition, there has been a demand for a rider who can acquire a distance image with even less distortion.

特開2008−281427号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-281427 特開2010−190675号公報JP-A-2010-190675 特開2017−195569号公報JP-A-2017-195569

「広範囲での三次元距離計測を実現する3D LiDAR(ライダー)を開発」https://news.panasonic.com/jp/press/data/2017/09/jn170911−1/jn170911−1.html"Development of 3D LiDAR (rider) that realizes 3D distance measurement in a wide range" https://news. Panasonic. com / jp / press / data / 2017/09 / jn170911-1 / jn170911-1. html

本発明は、上記した各タイプのライダーが有する短所を解消して、全方位の距離画像を作成することができるだけでなく、簡便な構造で故障し難く、小型軽量化も可能で安価なライダーを用いた、また、歪みの少ない距離画像を取得できるライダーを用いた距離画像の作成装置を提供することを課題とする。 The present invention not only eliminates the disadvantages of each type of rider described above to create an omnidirectional distance image, but also provides an inexpensive rider that is hard to break due to its simple structure and can be made smaller and lighter. It is an object of the present invention to provide a distance image creating device using a rider that can acquire a distance image that is used and has little distortion.

本発明者は、上記課題の解決について鋭意検討を行い、以下に記載する発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventor has diligently studied the solution to the above problem, found that the above problem can be solved by the invention described below, and completed the present invention.

請求項1に記載の発明は、
対象物に照射した光の反射光を測定することにより、距離画像を作成する距離画像の作成装置であって、
360°全周から側方の光が入射可能に形成された光学部品と、
前記光学部品の外部に配置されて、外部の全方位あるいは目標範囲に向けて光を出射する少なくとも一つ以上の光出射部と、
前記光学部品に入射された前記対象物からの反射光を全方位あるいは目標範囲から受ける受光部と、
前記反射光を測定し、前記反射光の情報に基づいて、全方位あるいは目標範囲からの測距領域の距離画像を作成する画像作成部とを備えており、
前記光学部品が、光学部品中心の光軸回りに回転対称に形成されて、360°全周から側方の光が入射可能に形成された環状の第一透光面と、前記第一透光面と互いに略対向するように環状に形成されて光学部品内へ光を反射するように形成された第一反射面と、前記第一透光面の環内の中央部に設けられ前記第一反射面からの反射光を前記第一反射面の環の内側部分に向けて反射する第二反射面と、前記第一反射面の環内中央部に位置し前記第二反射面と対向して前記第二反射面からの光を透過する第二透光面とを備えた光学部品であることを特徴とする距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 1
It is a distance image creation device that creates a distance image by measuring the reflected light of the light that irradiates the object.
Optical components formed so that lateral light can enter from the entire circumference of 360 °,
At least one or more light emitting portions arranged outside the optical component and emitting light in all directions or toward a target range outside the optical component.
A light receiving portion that receives reflected light from the object incident on the optical component from all directions or a target range, and a light receiving portion.
It is provided with an image creation unit that measures the reflected light and creates a distance image of a distance measuring region from an omnidirectional or target range based on the information of the reflected light.
The optical component is formed rotationally symmetrically around the optical axis at the center of the optical component, and an annular first translucent surface formed so that lateral light can enter from the entire circumference of 360 ° and the first transmissive light. A first reflecting surface formed in an annular shape so as to substantially face each other and reflecting light into an optical component, and a first reflecting surface provided in a central portion of the ring of the first translucent surface. A second reflecting surface that reflects the light reflected from the reflecting surface toward the inner portion of the ring of the first reflecting surface, and a second reflecting surface located at the center of the ring of the first reflecting surface and facing the second reflecting surface. It is a distance image creating apparatus characterized in that it is an optical component including a second light transmitting surface that transmits light from the second reflecting surface.

請求項2に記載の発明は、
対象物に照射した光の反射光を測定することにより、距離画像を作成する距離画像の作成装置であって、
360°全周の側方へ向けて光が出射可能に形成された光学部品と、
前記光学部品へ向けて光を出射する光出射部と、
前記光学部品の外部に配置されて、前記光学部品から出射されて反射してきた光を、全方位あるいは目標範囲から受ける少なくとも一つ以上の受光部と、
前記反射光を測定し、前記反射光の情報に基づいて、全方位あるいは目標範囲からの測距領域の距離画像を作成する画像作成部とを備えており、
前記光学部品が、光学部品中心の光軸回りに回転対称に形成されて、360°全周の側方へ光が出射可能に形成された環状の第一透光面と、前記第一透光面と互いに略対向するように環状に形成されて光学部品外へ光を反射するように形成された第一反射面と、前記第一透光面の環内の中央部に設けられ前記第一反射面への反射光を前記第一反射面に向けて反射する第二反射面と、前記第一反射面の環内中央部に位置し前記第二反射面と対向して前記光出射部から出射した光を前記第二反射面へ向けて光を透過して入射する第二透光面とを備えた光学部品であることを特徴とする距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 2
It is a distance image creation device that creates a distance image by measuring the reflected light of the light that irradiates the object.
Optical components that are formed so that light can be emitted toward the sides of the entire 360 ° circumference,
A light emitting unit that emits light toward the optical component,
At least one light receiving unit that is arranged outside the optical component and receives the light emitted from the optical component and reflected from the omnidirectional or target range.
It is provided with an image creation unit that measures the reflected light and creates a distance image of a distance measuring region from an omnidirectional or target range based on the information of the reflected light.
The optical component is formed in a rotationally symmetrical manner around the optical axis at the center of the optical component, and an annular first translucent surface formed so that light can be emitted laterally around the entire circumference of 360 °, and the first translucent surface. The first reflective surface, which is formed in an annular shape so as to substantially face each other and reflects light to the outside of the optical component, and the first one, which is provided at the center of the ring of the first translucent surface. From the second reflecting surface that reflects the light reflected to the reflecting surface toward the first reflecting surface, and from the light emitting portion that is located at the center of the ring of the first reflecting surface and faces the second reflecting surface. It is a distance image creating apparatus characterized in that it is an optical component including a second light transmitting surface that transmits the emitted light toward the second reflecting surface and enters the light.

請求項3に記載の発明は、
対象物に照射した光の反射光を測定することにより、距離画像を作成する距離画像の作成装置であって、
360°全周の側方へ向けて光が出射可能に形成された光学部品と、
前記光学部品へ向けて光を出射する光出射部と、
前記光学部品から出射されて反射してきた光を、全方位あるいは目標範囲から受ける受光部と、
前記光学部品と前記受光部との間で、共通する光軸を有する出射光と反射光とを分離するように構成された光分離機構と、
前記反射光を測定し、前記反射光の情報に基づいて、全方位あるいは目標範囲からの測距領域の距離画像を作成する画像作成部とを備えており、
前記光学部品が、光学部品中心の光軸回りに回転対称に形成されて、360°全周の側方の光が入出射可能に形成された環状の第一透光面と、前記第一透光面と互いに略対向するように環状に形成されて光学部品内へ光を反射するように形成された第一反射面と、前記第一透光面の環内の中央部に設けられ前記第一反射面からの反射光を前記第一反射面の環の内側部分に向けて反射する第二反射面と、前記第一反射面の環内中央部に位置し前記第二反射面と対向して前記第二反射面からの光を透過する第二透光面とを備えた光学部品であり、
前記受光部は、前記光分離機構により分離された前記反射光を受光するように構成されていることを特徴とする距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 3
It is a distance image creation device that creates a distance image by measuring the reflected light of the light that irradiates the object.
Optical components that are formed so that light can be emitted toward the sides of the entire 360 ° circumference,
A light emitting unit that emits light toward the optical component,
A light receiving unit that receives the light emitted from the optical component and reflected from the omnidirectional or target range.
An optical separation mechanism configured to separate emitted light and reflected light having a common optical axis between the optical component and the light receiving unit.
It is provided with an image creation unit that measures the reflected light and creates a distance image of a distance measuring region from an omnidirectional or target range based on the information of the reflected light.
The optical component is formed in a rotationally symmetric manner around the optical axis at the center of the optical component, and an annular first translucent surface formed so that light on the entire circumference of 360 ° can enter and exit, and the first transmissive surface. A first reflecting surface formed in an annular shape so as to substantially face the light surface and reflecting light into an optical component, and a first reflecting surface provided in a central portion of the ring of the first transmissive surface. A second reflecting surface that reflects the light reflected from the first reflecting surface toward the inner portion of the ring of the first reflecting surface, and a second reflecting surface located at the center of the ring of the first reflecting surface and facing the second reflecting surface. It is an optical component provided with a second light transmitting surface that transmits light from the second reflecting surface.
The light receiving unit is a distance image creating device characterized in that it is configured to receive the reflected light separated by the light separation mechanism.

請求項4に記載の発明は、
前記第一透光面に入射した光のうち、所定の入射角の光のみが、前記第二透光面を経て、前記光学部品の光軸に略平行に前記受光部へ進むように設計されていることを特徴とする請求項1または請求項3に記載の距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 4
Of the light incident on the first translucent surface, only light having a predetermined incident angle is designed to travel through the second transmissive surface to the light receiving portion substantially parallel to the optical axis of the optical component. The device for creating a distance image according to claim 1 or 3, wherein the distance image is created.

請求項5に記載の発明は、
前記光出射部から、前記光学部品の光軸に略平行に前記第二透光面に入射した光が、前記第二反射面、前記第一反射面および第一透光面を経て360°全周の側方の測距領域へ進み、前記測距領域内の前記対象物からの前記反射光が前記受光部へ進むように設計されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 5
Light incident on the second light-transmitting surface from the light emitting portion substantially parallel to the optical axis of the optical component passes through the second reflection surface, the first reflection surface, and the first light-transmitting surface at 360 °. The second or third aspect of the present invention is characterized in that the light is designed to advance to the distance measuring region on the side of the periphery and the reflected light from the object in the ranging region travels to the light receiving portion. It is a device for creating the described distance image.

請求項6に記載の発明は、
前記光出射部から、前記光学部品の光軸に略平行に前記第二透光面に入射した光が、前記第二反射面、前記第一反射面および第一透光面を経て、360°全周の側方の測距領域へ進み、前記第一透光面に入射した前記測距領域内の前記対象物からの反射光のうち、所定の入射角の光のみが、前記第二透光面を経て、前記光学部品の光軸に略平行に前記受光部へ進むように設計されていることを特徴とする請求項3に記載の距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 6
Light incident on the second translucent surface from the light emitting portion substantially parallel to the optical axis of the optical component passes through the second reflecting surface, the first reflecting surface, and the first translucent surface, and is 360 °. Of the reflected light from the object in the distance measuring region, which is incident on the first translucent surface, only the light having a predetermined incident angle is the second transmissive light. The distance image creating apparatus according to claim 3, wherein the device is designed so as to travel through an optical surface to the light receiving portion substantially parallel to the optical axis of the optical component.

請求項7に記載の発明は、
前記光出射部が、前記光学部品の前記第二反射面に、前記光学部品の中心の光軸を中心とした環状光を形成するように構成されていることを特徴とする請求項2、請求項3、請求項5または請求項6に記載の距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 7
2. The claim, wherein the light emitting portion is configured to form an annular light centered on the optical axis at the center of the optical component on the second reflecting surface of the optical component. The device for creating a distance image according to claim 3, claim 5 or claim 6.

請求項8に記載の発明は、
前記光出射部が、レーザー光を光源として、前記第二反射面を環状にスキャニングすることにより、前記環状光を形成するように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 8 is
The distance image according to claim 7, wherein the light emitting portion is configured to form the annular light by scanning the second reflecting surface in an annular shape using a laser beam as a light source. It is a making device of.

請求項9に記載の発明は、
前記光学部品に入射する光の前記光学部品内の光路が、少なくとも、1回の凹面反射を含む反射によって形成されるように設計されて、
ワークディスタンスがマイナスになるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 9 is
The optical path of light incident on the optical component is designed to be formed by reflection including at least one concave reflection.
The distance image creating apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the work distance is configured to be negative.

請求項10に記載の発明は、
前記光学部品に入射する光の前記光学部品内の光路が、1回の凹面反射と1回の凸面反射を含む反射と、1.90以下の屈折率での屈折とによって形成されるように設計されて、
前記光学部品における垂直方向の歪みが、全方位視野において解消されるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 10
Designed so that the optical path of light incident on the optical component is formed by reflection including one concave reflection and one convex reflection, and refraction at a refractive index of 1.90 or less. Being done
The distance image creating apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the distortion in the vertical direction in the optical component is eliminated in an omnidirectional field of view. ..

請求項11に記載の発明は、
前記受光部において、撮像素子が用いられていることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 11
The device for creating a distance image according to any one of claims 1 to 10, wherein an image sensor is used in the light receiving unit.

請求項12に記載の発明は、
所望する測距領域に対応する画像だけを、当該画像の面積の50〜250%の撮像面積を有する前記撮像素子で撮像するように構成されていることを特徴とする請求項11に記載の距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 12
The distance according to claim 11, wherein only an image corresponding to a desired ranging region is imaged by the image pickup device having an image pickup area of 50 to 250% of the area of the image. It is an image creation device.

請求項13に記載の発明は、
前記光出射部が、複数の光源を備えて、複数の前記光源の全てが同時に発光しないように間引き点滅して発光するように構成され、
前記画像作成部が、各点滅において作成された距離画像を合成して1つの距離画像を作成するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 13
The light emitting unit is provided with a plurality of light sources, and is configured to blink and emit light by thinning out so that all of the plurality of light sources do not emit light at the same time.
The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the image creating unit is configured to combine the distance images created in each blinking to create one distance image. It is a device for creating a distance image of.

請求項14に記載の発明は、
前記第二透光面が空間部で構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の距離画像の作成装置である。
The invention according to claim 14
The device for creating a distance image according to any one of claims 1 to 13, wherein the second light-transmitting surface is composed of a space portion.

本発明によれば、全方位の距離画像を作成することができるだけでなく、簡便な構造で故障し難く、小型軽量化も可能で安価なライダーを用いた、また、歪みの少ない距離画像を取得できるライダーを用いた距離画像の作成装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible not only to create a distance image in all directions, but also to obtain a distance image with a simple structure, which is hard to break down, can be made smaller and lighter, uses an inexpensive rider, and has less distortion. It is possible to provide a device for creating a distance image using a rider capable of doing so.

本発明の一実施の形態に係る距離画像の作成装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the distance image making apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 光学部品の構成と光出射部の配置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of an optical component and the arrangement of a light emitting part. 光学部品と光出射部の斜視図である。It is a perspective view of an optical component and a light emitting part. 光学部品と光出射部の平面視における模式図である。It is a schematic diagram in the plan view of an optical component and a light emitting part. 本発明の一実施の形態に係る距離画像の作成装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the distance image making apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態の光路を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical path of one Embodiment of this invention. 本発明の他の一実施の形態に係る距離画像の作成装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the distance image making apparatus which concerns on another Embodiment of this invention. 本発明の他の一実施の形態に係る距離画像の作成装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the distance image making apparatus which concerns on another Embodiment of this invention. 本発明の他の一実施の形態に係る距離画像の作成装置の構成を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the distance image making apparatus which concerns on another Embodiment of this invention. 光出射部の平面視における模式図である。It is a schematic diagram in the plan view of a light emitting part. イメージセンサーの平面視における模式図である。It is a schematic diagram in the plan view of an image sensor. 本発明のさらに他の一実施の形態に係る距離画像の作成装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the distance image making apparatus which concerns on still another Embodiment of this invention. 光出射部の平面視における模式図である。It is a schematic diagram in the plan view of a light emitting part. 本発明の実施例における画像の形成を説明する図である。It is a figure explaining the formation of the image in the Example of this invention.

以下、実施の形態に基づき、本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on the embodiments.

本実施の形態に係る距離画像の作成装置(以下、単に「作成装置」ともいう)は、対象物に照射して反射してきた光(反射光)が有する情報に基づいて、測距領域の距離画像を作成する距離画像の作成装置であるが、対象物へ向けて光を出射する光出射部と、対象物で反射した反射光を受光する受光部の配置パターンに応じて、3タイプの作成装置がある。このため、以下においては、それぞれの実施の形態について説明する。なお、以下では、光の情報として、対象物に照射した光が反射して戻ってくるまでの飛行時間(ToF)を用いた例を挙げて説明するが、位相差、周波数変位などを用いてもよい。 The distance image creating device (hereinafter, also simply referred to as “creating device”) according to the present embodiment is the distance of the distance measuring region based on the information possessed by the light (reflected light) reflected by irradiating the object. It is a distance image creating device that creates an image, but three types are created according to the arrangement pattern of the light emitting part that emits light toward the object and the light receiving part that receives the reflected light reflected by the object. There is a device. Therefore, in the following, each embodiment will be described. In the following, an example using the time-of-flight (ToF) until the light irradiated to the object is reflected and returned will be described as the light information, but the phase difference, frequency displacement, etc. will be used. May be good.

[1]第1の実施の形態に係る距離画像の作成装置
本実施の形態に係る作成装置は、光出射部が光学部品の外部に配置され、受光部が光学部品を経て入射された反射光の光軸の先に配置されている作成装置である。
[1] Distance Image Creating Device According to the First Embodiment In the creating device according to the present embodiment, the light emitting portion is arranged outside the optical component, and the light receiving portion is the reflected light incident through the optical component. It is a making device located at the tip of the optical axis of.

1.作成装置の基本的な構成
図1は、本実施の形態の作成装置の概念図であり、10は測距領域からの反射光を受ける光学部品、20は受光部、30は測距領域へ光を照射する光出射部である。そして、受光部20は、画像素子を有するイメージセンサー22(ToFイメージセンサー)を備えている。なお、Lは出射光であり、Lは反射光である。
1. 1. Basic configuration of the creating device FIG. 1 is a conceptual diagram of the creating device of the present embodiment, in which 10 is an optical component that receives reflected light from the ranging area, 20 is a light receiving unit, and 30 is light to the ranging area. It is a light emitting part that irradiates. The light receiving unit 20 includes an image sensor 22 (ToF image sensor) having an image element. Note that L 1 is the emitted light and L 2 is the reflected light.

光出射部30から測距領域に向けて出射された出射光Lは、測距領域で反射された後、反射光Lとして光学部品10で受光される。光学部品10は、レンズ21を備えて、360°全周から側方の光が入射可能に形成されており、360°全方位からの反射光Lが入射された後、レンズ21を通して受光部20に向けて送られる。受光部20に送られた反射光Lが、イメージセンサー22上に投影されることによりToFが求められ、このToFに基づいて、測距領域の距離画像が作成される。 The emitted light L 1 emitted from the light emitting unit 30 toward the ranging region is reflected by the ranging region and then received by the optical component 10 as reflected light L 2. The optical component 10 includes a lens 21 and is formed so that lateral light can be incident from the entire circumference of 360 ° . After the reflected light L 2 from all directions of 360 ° is incident, the light receiving portion is passed through the lens 21. Sent towards 20. ToF is obtained by projecting the reflected light L 2 sent to the light receiving unit 20 onto the image sensor 22, and a distance image of the distance measuring region is created based on this ToF.

2.光学部品および光出射部
次に、光学部品10および光出射部30について説明する。図2は、光学部品の構成および光出射部の配置を示す模式図である。そして、図3は、光学部品と光出射部の斜視図であり、図4は、その平面視における模式図である。また、図5は、本実施の形態に係る距離画像の作成装置の構成を示す模式図である。
2. Optical component and light emitting unit Next, the optical component 10 and the light emitting unit 30 will be described. FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of optical components and the arrangement of light emitting portions. FIG. 3 is a perspective view of the optical component and the light emitting portion, and FIG. 4 is a schematic view thereof in a plan view. Further, FIG. 5 is a schematic view showing a configuration of a distance image creating device according to the present embodiment.

図2において、1は第二反射面、2は第一透光面、3は第一反射面、4は第二透光面である。第二反射面1、第一反射面3は、ミラー(反射鏡)で構成されている。また、21は反射光Lによりイメージセンサー22上に測距領域の画像を投影するためのレンズである。そして、光出射部30は、光学部品10の外部に少なくとも一つ以上の光源32が配置されて構成されている。 In FIG. 2, 1 is a second reflecting surface, 2 is a first translucent surface, 3 is a first reflecting surface, and 4 is a second translucent surface. The second reflecting surface 1 and the first reflecting surface 3 are composed of a mirror (reflecting mirror). Reference numeral 21 denotes a lens for projecting an image in the ranging region on the image sensor 22 by the reflected light L 2. The light emitting unit 30 is configured by arranging at least one or more light sources 32 outside the optical component 10.

光学部品10は、下面中央の第二反射面1と、下面周縁部の第一透光面2と、上面周縁部の第一反射面3と、上面中央部の第二透光面4を具備する透明素材よりなる回転体である。なお、透明素材とは、内部に、固体、液体、気体のいずれかを含む素材であることを示している。 The optical component 10 includes a second reflecting surface 1 at the center of the lower surface, a first translucent surface 2 at the peripheral edge of the lower surface, a first reflecting surface 3 at the peripheral edge of the upper surface, and a second translucent surface 4 at the center of the upper surface. It is a rotating body made of transparent material. The transparent material indicates that the material contains any of solid, liquid, and gas inside.

第二反射面1は、光学部品中心を中心とする円形で、内面がミラーで構成されている。第一透光面2は、第二反射面1の径方向外側に環状に形成され、光入射面を形成している。第一反射面3は、光入射面と略対向するように環状に形成され、内面がミラーで構成されている。また、第二透光面4は、光学部品中心を中心とする円形に形成され、光出射面を形成している。 The second reflecting surface 1 has a circular shape centered on the center of the optical component, and its inner surface is formed of a mirror. The first light transmitting surface 2 is formed in an annular shape on the radial outer side of the second reflecting surface 1 to form a light incident surface. The first reflecting surface 3 is formed in an annular shape so as to substantially face the light incident surface, and its inner surface is composed of a mirror. Further, the second light transmitting surface 4 is formed in a circular shape centered on the center of the optical component, and forms a light emitting surface.

そして、第一反射面3は、第一透光面2からの入射光を当該回転体内を通過させて第二反射面1に集光し、第二反射面1は第一反射面3からの反射光を当該回転体内を通過させて第二透光面4に集光するミラーを構成するべく、それぞれ適正な湾曲面または平面で構成されている。 Then, the first reflecting surface 3 passes the incident light from the first translucent surface 2 through the rotating body and collects it on the second reflecting surface 1, and the second reflecting surface 1 is from the first reflecting surface 3. Each of the mirrors is composed of an appropriate curved surface or a flat surface so as to form a mirror that allows the reflected light to pass through the rotating body and collect the reflected light on the second translucent surface 4.

これにより、略水平方向から第一透光面2を通過して光学部品10内に入射した反射光Lは、第二透光面4からレンズ21に向けて出射される。なお、ここでの「略水平方向」とは、図2に「View Field」で示される上下方向に一定の角度を含むものであり、このView Fieldの角度の範囲は、所望する測距領域の高さおよび上下方向の幅に応じて適宜決定される。 As a result, the reflected light L 2 that has passed through the first translucent surface 2 from a substantially horizontal direction and is incident on the optical component 10 is emitted from the second transmissive surface 4 toward the lens 21. The "substantially horizontal direction" here includes a certain angle in the vertical direction shown by "View Field" in FIG. 2, and the range of the angle of the View Field is the range of the desired ranging region. It is appropriately determined according to the height and the width in the vertical direction.

光出射部30は、第一反射面3の外面に沿って光学部品10の径方向外側に設置されていることが好ましい。そして、図3、4に示すように、環状に配置された光源32から、径方向外側の360°全方位あるいは目標範囲に向けて、そして、測距領域を上下方向にカバーするように所定の角度で、出射光Lを出射するように構成されていることが好ましい。なお、光源32としては、幅が狭く単一指向性の光を発する光源が使用され、具体的な光源として、例えば、狭角LEDやレーザー光源等を挙げることができる。また、光出射部30の設置場所はこれに限らず、光学部品10の外側に設置されればよく、第一反射面3に沿わない所定位置に設置してもよく、光源32が環状に配置されていなくてもよい。 The light emitting portion 30 is preferably installed on the outer side in the radial direction of the optical component 10 along the outer surface of the first reflecting surface 3. Then, as shown in FIGS. 3 and 4, it is determined that the light source 32 arranged in a ring shape covers the radial outer 360 ° omnidirectional or target range and covers the ranging area in the vertical direction. an angle, which is preferably configured to emit emission light L 1. As the light source 32, a light source having a narrow width and emitting unidirectional light is used, and specific light sources include a narrow-angle LED and a laser light source. Further, the installation location of the light emitting unit 30 is not limited to this, and it may be installed outside the optical component 10, or it may be installed at a predetermined position not along the first reflecting surface 3, and the light source 32 is arranged in an annular shape. It does not have to be.

受光部20は、光学部品10を経由して第二透光面から出射される反射光Lの光軸上に配置されている。受光部20は、反射光Lの光軸に対して垂直な面上に配置されて、複数の撮像素子を有するイメージセンサー22を備えており、光学部品10から出射された反射光Lは、レンズ21を通過してイメージセンサー22上に対象物の画像を形成する。 The light receiving unit 20 is arranged on the optical axis of the reflected light L 2 emitted from the second light transmitting surface via the optical component 10. The light receiving unit 20 is arranged on a plane perpendicular to the optical axis of the reflected light L 2 and includes an image sensor 22 having a plurality of image pickup elements, and the reflected light L 2 emitted from the optical component 10 is , An image of an object is formed on the image sensor 22 through the lens 21.

3.距離画像の作成装置
距離画像は、前記したように、イメージセンサー22上に投影された反射光Lにより計測された光の情報(例えば、ToF)に基づいて作成される。具体的には、図5に示すように、レンズ21を透過した光が、受光部20のイメージセンサー22(ToFイメージセンサー)に投影されると、ToFイメージセンサーに設けられたタイミング発生回路と時間計測回路とにより、ToFが計測される。
3. 3. Distance image creating apparatus distance image, as described above, the measured by the reflected light L 2 projected onto the image sensor 22 optical information (e.g., ToF) is generated based on. Specifically, as shown in FIG. 5, when the light transmitted through the lens 21 is projected onto the image sensor 22 (ToF image sensor) of the light receiving unit 20, the timing generation circuit and time provided in the ToF image sensor are provided. ToF is measured by the measuring circuit.

即ち、受光部20では、投影された画像の各画素のそれぞれに対して、タイミング発生回路と時間計測回路とが連動することによりToFがピコ秒で計測され、その計測結果に基づいて、測距領域の距離画像Pの作成が行われる。なお、イメージセンサー22にはCOMS、CCD(Charge Coupled Device)、APD(Avalanche Photodiode)等を用いることが好ましい。 That is, in the light receiving unit 20, ToF is measured in picoseconds by interlocking the timing generation circuit and the time measurement circuit for each pixel of the projected image, and the distance is measured based on the measurement result. The distance image P of the area is created. It is preferable to use COMS, CCD (Charge Coupled Device), APD (Avalanche Photodiode) or the like for the image sensor 22.

4.好ましい態様
本実施の形態においては、以下の態様がより好ましい。
4. Preferred Embodiments In the present embodiment, the following embodiments are more preferable.

(1)光学部品
光学部品10は、入射した光が第一反射面および第二反射面で反射するとき以外は、方向を変えずに直進し、360°全周の側方から第一透光面2に入射した光が、光学部品10の中心の光軸を中心とする環状で第二透光面4から出射する、または、第二反射面1に、光学部品10の中心の光軸を中心とする環状で、光軸に略平行に入射した光束が、第一透光面2から360°全周の側方へ向けて出射するように、設計されていることが好ましい。
(1) Optical component The optical component 10 travels straight without changing the direction except when the incident light is reflected by the first reflecting surface and the second reflecting surface, and the first transmissive light is transmitted from the side of the entire 360 ° circumference. The light incident on the surface 2 emits light from the second translucent surface 4 in an annular shape centered on the optical axis at the center of the optical component 10, or the optical axis at the center of the optical component 10 is formed on the second reflecting surface 1. It is preferable that the light beam, which is an annular shape having a center and is incident substantially parallel to the optical axis, is designed to be emitted from the first translucent surface 2 toward the side of the entire circumference of 360 °.

具体的には、光学部品は、以下のようにして設計される。 Specifically, the optical component is designed as follows.

即ち、第一透光面2が、特定の曲率を有する湾曲面で特定の角度と特定の屈折率により形成され、第一反射面3が、特定の曲率を有する凹曲面または平面で、特定の角度に形成され、さらに、第二反射面1が特定の曲率を有する凸曲面または平面で、特定の角度に形成され、これらの曲率や角度を上記の条件を満足するように調整して設計される。 That is, the first translucent surface 2 is formed by a curved surface having a specific curvature at a specific angle and a specific refractive index, and the first reflecting surface 3 is a concave curved surface or a flat surface having a specific curvature and is specific. It is designed to be formed at an angle, and further, the second reflecting surface 1 is a convex curved surface or a plane having a specific curvature, and is formed at a specific angle, and these curvatures and angles are adjusted to satisfy the above conditions. To.

上記のように設計されていない場合には、第一透光面2から入射した光が第一反射面3に進まなかったり、第一透光面2から入射した光が第一反射面3までは進むが、第二反射面1で反射した光が、光学部品の中心の光軸に略平行に進まなく、受光部20に届かなかったりする。 If it is not designed as described above, the light incident from the first translucent surface 2 does not proceed to the first reflecting surface 3, or the light incident from the first translucent surface 2 reaches the first reflecting surface 3. However, the light reflected by the second reflecting surface 1 does not travel substantially parallel to the optical axis at the center of the optical component and does not reach the light receiving unit 20.

なお、第一透光面2から入射される光は、様々な角度から入射されるため、全ての入射光が、上記の条件を満たして、光学部品10の中心の光軸に略平行に進んで受光部20に届くとは限らない。 Since the light incident from the first translucent surface 2 is incident from various angles, all the incident light satisfies the above conditions and travels substantially parallel to the optical axis at the center of the optical component 10. It does not always reach the light receiving unit 20.

例えば、第一透光面2から入射された一部の光が、第一反射面3に進まず、直接、第二透光面4から出射して光学部品10の中心の光軸とは非平行な方向に進む場合がある。また、光学部品10の素材による散乱などにより、光学部品10内を直線的に、また幾何学的に進まない場合がある。 For example, a part of the light incident from the first translucent surface 2 does not advance to the first reflecting surface 3 but is directly emitted from the second translucent surface 4 and is not the optical axis at the center of the optical component 10. It may travel in parallel directions. Further, due to scattering by the material of the optical component 10, the optical component 10 may not travel linearly or geometrically.

このように、第一透光面2から入射した光の全てが、受光部20で受光できるとは限らないが、受光部20のイメージセンサー22により、TOFが計測できる量の光が届く必要があり、光学部品10の素材の純度や使用環境なども考慮して設計することが好ましい。 As described above, not all the light incident from the first translucent surface 2 can be received by the light receiving unit 20, but it is necessary that the image sensor 22 of the light receiving unit 20 reaches an amount of light that can be measured by the TOF. Therefore, it is preferable to design the optical component 10 in consideration of the purity of the material and the usage environment.

受光部20のイメージセンサー22にて距離画像の作成に必要な光のみが、第二透光面4から光学部品10の中心の光軸に略平行に出射するようにするために、このように適切な方向に進む光の進路を妨害する光、即ち迷光を抑制しておくことが好ましい。 In order to ensure that only the light required for creating the distance image by the image sensor 22 of the light receiving unit 20 is emitted from the second translucent surface 4 substantially parallel to the optical axis at the center of the optical component 10 in this way. It is preferable to suppress light that obstructs the path of light traveling in an appropriate direction, that is, stray light.

このような方法として、図6の50に示される光吸収部材を光学部品10の第二透光面4近傍に設けることが好ましい。 As such a method, it is preferable to provide the light absorbing member shown in FIG. 60 in the vicinity of the second translucent surface 4 of the optical component 10.

ここで、受光部品10の光路と、上記の光吸収部材について説明する。 Here, the optical path of the light receiving component 10 and the above-mentioned light absorbing member will be described.

図6に、図2の光学部品10に、光吸収部材50を設けた光学部品10を示すと共に、光学部品10の光路を示す。図6において、50は光吸収部材であり、pは第一透光面2上の反射光の一入射点である。第一透光面2上に1個の入射点pを想定したとき、入射点pには、例えば反射光a〜dのように、様々な入射角度で反射光が入射する。入射後の反射光の挙動は、入射角度によって異なる。 FIG. 6 shows the optical component 10 provided with the light absorbing member 50 in the optical component 10 of FIG. 2, and also shows the optical path of the optical component 10. In FIG. 6, 50 is a light absorbing member, and p is one incident point of reflected light on the first translucent surface 2. Assuming one incident point p on the first translucent surface 2, reflected light is incident on the incident point p at various incident angles, for example, reflected light a to d. The behavior of the reflected light after incident differs depending on the incident angle.

光学部品10では、主に第一透光面2の湾曲面の曲率と角度と屈折率、第一反射面3の凹曲面の曲率と角度、第二反射面1の凸曲面の曲率と角度、および第二透光面4とレンズ21との距離の大きさを調整することで、入射角度が特定の光のみ、即ち第二反射面1で反射された後、第二透光面4から光学部品10の光軸に略平行に出射された光だけが、レンズ21部に届くようになっている。即ち、図6では、反射光aのみが受光部に届きその他は届かない。対象物の一点で反射された反射光は、第一透光面2の種々の位置に入射するが、位置によって入射角度が異なる。そして、特定の入射角度で入射した光は第二透光面4から光学部品10の光軸に略平行に出射されて受光部20に達する。 In the optical component 10, mainly the curvature, angle and refractive index of the curved surface of the first translucent surface 2, the curvature and angle of the concave curved surface of the first reflecting surface 3, and the curvature and angle of the convex curved surface of the second reflecting surface 1. By adjusting the size of the distance between the second translucent surface 4 and the lens 21, the incident angle is reflected only by a specific light, that is, by the second reflecting surface 1, and then the light is optical from the second translucent surface 4. Only the light emitted substantially parallel to the optical axis of the component 10 reaches the lens 21 portion. That is, in FIG. 6, only the reflected light a reaches the light receiving portion and the others do not. The reflected light reflected at one point of the object is incident on various positions on the first translucent surface 2, but the incident angle differs depending on the position. Then, the light incident at a specific incident angle is emitted from the second translucent surface 4 substantially parallel to the optical axis of the optical component 10 and reaches the light receiving unit 20.

上記のように、特定の入射角度で入射した光のみが、第二透光面4から光学部品10の光軸に略平行に出射されて受光部20に達することより、距離画像の作成精度を向上させることができる。 As described above, only the light incident at a specific incident angle is emitted from the second translucent surface 4 substantially parallel to the optical axis of the optical component 10 and reaches the light receiving unit 20, thereby improving the accuracy of creating a distance image. Can be improved.

即ち、特定の入射角度で第一透光面2に入射した光、つまり、View Field内の光のみが、受光部20に届く、具体的には、受光部20の環状画像形成部分に届くという特徴は、それ以外の入射角度で第一透光面2に入射する光を、受光部20の環状画像形成部分内に届かせないようにすることができるということとなる。 That is, only the light incident on the first translucent surface 2 at a specific incident angle, that is, the light in the View Field reaches the light receiving unit 20, specifically, the annular image forming portion of the light receiving unit 20. The feature is that the light incident on the first translucent surface 2 at other incident angles can be prevented from reaching the inside of the annular image forming portion of the light receiving unit 20.

このように、特定の入射角度以外の入射角度で第一透光面2に入射する光を、受光部20の環状画像形成部分内に届かせないようにすることができるという特徴は、距離画像の作成精度を向上させることに大きな効果をもたらす。 As described above, the feature that the light incident on the first translucent surface 2 at an incident angle other than the specific incident angle can be prevented from reaching the annular image forming portion of the light receiving unit 20 is a distance image. It has a great effect on improving the creation accuracy of.

例えば、特許文献1に記載の発明のような魚眼レンズを用いた距離測定装置を屋外で使用する場合、投光手段により投光された光の波長と同様の波長を含む太陽光が、魚眼レンズにより集光され、受光部に入射する。このとき、対象物において反射した光の受光部における検出を、太陽光が妨害することになる。妨害光の対策として、魚眼レンズの表面の一部をマスキングしたとしても、妨害光の遮断の効果は低い。 For example, when a distance measuring device using a fish-eye lens as in the invention described in Patent Document 1 is used outdoors, sunlight containing a wavelength similar to the wavelength of the light projected by the light projecting means is collected by the fish-eye lens. It is illuminated and incident on the light receiving part. At this time, the sunlight interferes with the detection of the light reflected by the object in the light receiving portion. Even if a part of the surface of the fisheye lens is masked as a countermeasure against the disturbed light, the effect of blocking the disturbed light is low.

しかし、本発明の光学部品10の場合、特定の入射角で第一透光面2に入射した光のみが、受光部20の環状画像形成部分に届き、特定の入射角度以外の入射角で第一透光面2に入射する光については、受光部20の環状画像形成部分内に届かせないようにすることができるため、太陽光などの有害光が、受光部20の環状画像形成部分に届いて、距離画像の作成を阻害する現象を抑制することができる。 However, in the case of the optical component 10 of the present invention, only the light incident on the first translucent surface 2 at a specific incident angle reaches the annular image forming portion of the light receiving portion 20, and the light enters at an incident angle other than the specific incident angle. Since the light incident on the translucent surface 2 can be prevented from reaching the annular image forming portion of the light receiving unit 20, harmful light such as sunlight is directed to the annular image forming portion of the light receiving unit 20. It is possible to suppress the phenomenon of reaching and hindering the creation of a distance image.

なお、特定の入射角度で第一透光面2には入射しない光の内、一部の光が、複数の反射を経た後、第2透光面4から光軸に略平行に出射し、受光部20に届く場合があることが想定される。 Of the light that does not enter the first translucent surface 2 at a specific incident angle, some of the light passes through a plurality of reflections and then is emitted from the second transmissive surface 4 substantially parallel to the optical axis. It is assumed that it may reach the light receiving unit 20.

しかし、本発明の光学部品10の場合、このような光は、受光部20の環状画像形成部分内には受光されず、環状画像形成部分外に進むので、距離画像の作成精度に影響を与えることはない。 However, in the case of the optical component 10 of the present invention, such light is not received in the annular image forming portion of the light receiving portion 20, but travels outside the annular image forming portion, which affects the creation accuracy of the distance image. There is no such thing.

また、光学部品10の第二反射面1や第二透光面4の大きさによっては、第二反射面1の縁の近くの第一透光面2から一回も反射をせずに、第二透光面4に略平行に入射する光が想定されるが、このような光も、受光部20の環状画像形成部分内には受光されず、環状画像形成部分外に進むので、距離画像の作成精度に影響を与えることはない。 Further, depending on the size of the second reflecting surface 1 and the second translucent surface 4 of the optical component 10, the first translucent surface 2 near the edge of the second reflecting surface 1 may not be reflected even once. Light that is incident on the second translucent surface 4 substantially in parallel is assumed, but such light is not received inside the annular image forming portion of the light receiving portion 20, and travels outside the annular image forming portion. It does not affect the image creation accuracy.

このように、本発明の光学部品10は、特定の入射角度で第一透光面2に入射した環状画像の形成に必要な光のみが、受光部20の環状画像形成部分に届き、受光部20に届く他の光があっても、受光部20の環状画像形成部分内には受光されず、環状画像形成部分外に進むため、距離を測定するための環状画像形成部分には、測定を妨害する光は届かず、距離画像を精度よく作成できる。 As described above, in the optical component 10 of the present invention, only the light necessary for forming the annular image incident on the first translucent surface 2 at a specific incident angle reaches the annular image forming portion of the light receiving unit 20, and the light receiving unit 20 Even if there is other light that reaches 20, the light is not received inside the annular image forming portion of the light receiving portion 20, and the light travels outside the annular image forming portion. Therefore, the measurement is performed on the annular image forming portion for measuring the distance. Interfering light does not reach, and distance images can be created accurately.

次に、図6の場合、上記光路設計に加えて光学部品10の第二透光面4とレンズ21の間に光学部品10の光軸を中心とし、例えば内面が光軸に平行な筒状の光吸収部材50が設置されている。即ち、反射光b、dのように第二透光面4から光軸に対して略平行と異なる方向に出射される反射光があり、これらが迷光となってレンズ21に届く場合がある。この場合、正確な画像が形成されない恐れがある。そこで、光吸収部材50を設置することで、迷光がレンズに届く前に除去される、あるいは光量が低減されるため、より確実に正確な画像が形成される。 Next, in the case of FIG. 6, in addition to the above optical path design, a tubular shape having the optical axis of the optical component 10 as the center between the second translucent surface 4 of the optical component 10 and the lens 21, for example, the inner surface parallel to the optical axis. The light absorbing member 50 of the above is installed. That is, there are reflected lights such as reflected lights b and d that are emitted from the second translucent surface 4 in a direction substantially parallel to the optical axis, and these may reach the lens 21 as stray light. In this case, an accurate image may not be formed. Therefore, by installing the light absorbing member 50, the stray light is removed before it reaches the lens, or the amount of light is reduced, so that a more reliable and accurate image is formed.

なお、光吸収部材50を構成する素材は、特に限定されず、迷光を吸収または光量を減少させる素材であればよい。具体的には、反射が限りなく小さい黒い素材が挙げられ、例えば表面に黒い顔料を含んだ塗料を塗布した物体が適用される。また、表面を粗面にすることで迷光をより効果的に除去することができる。また、形状は、光学部品に応じて適宜設計すればよく、光学部品の光軸に対して平行な面を備えていてもよいし、一部凹凸があってもよい。 The material constituting the light absorbing member 50 is not particularly limited, and may be any material that absorbs stray light or reduces the amount of light. Specific examples thereof include a black material having extremely small reflection, and for example, an object coated with a paint containing a black pigment on the surface is applied. In addition, the stray light can be removed more effectively by making the surface rough. Further, the shape may be appropriately designed according to the optical component, and may have a surface parallel to the optical axis of the optical component, or may have some irregularities.

次に、光学部品10は、光学部品10に入射する光の光学部品10内の光路が、第一透光面から第二透光面、あるいは、第二透光面から第一透光面へ光路を曲げる際に、少なくとも、1回の凹面反射を含む反射によって形成されるように設計されて、ワークディスタンスがマイナスになるように構成されていることが好ましい。 Next, in the optical component 10, the optical path of the light incident on the optical component 10 in the optical component 10 changes from the first translucent surface to the second transmissive surface, or from the second transmissive surface to the first transmissive surface. It is preferable that the optical path is designed to be formed by reflection including at least one concave reflection when bending the optical path, and is configured to have a negative work distance.

このように、ワークディスタンスがマイナスになるように構成されていることにより、対象物に対して、ピントずれを発生することなく撮像することができる。 As described above, since the work distance is configured to be negative, it is possible to take an image of an object without causing out-of-focus.

また、光学部品10は、光学部品10に入射する光の光学部品10内の光路が、1回の凹面反射と1回の凸面反射を含む反射と、1.90以下の屈折率での屈折とによって形成されるように設計されて、前記光学部品における垂直方向の歪みが、全方位視野において解消されるように構成されていることが好ましい。 Further, in the optical component 10, the optical path of the light incident on the optical component 10 is reflected including one concave reflection and one convex reflection, and refraction at a refractive index of 1.90 or less. It is preferable that the optical component is designed to be formed by the above-mentioned optical component so that the distortion in the vertical direction is eliminated in the omnidirectional field of view.

魚眼レンズや超広角レンズなどの一般的な広角レンズを用いて全方位視野の距離画像を取得する場合、レンズにおける屈折だけで全方位視野を取得する光路設計がなされる。しかし、このような広角レンズは、屈折率が高く、光全方位視野における垂直方向の歪みが発生する。即ち、本来円形であるはずのビームスポットが広角レンズを透過すると三角形に歪む現象が発生する。 When a distance image of an omnidirectional field of view is acquired using a general wide-angle lens such as a fisheye lens or an ultra-wide-angle lens, an optical path design is made in which the omnidirectional field of view is acquired only by refraction in the lens. However, such a wide-angle lens has a high refractive index, and vertical distortion occurs in the optical omnidirectional field of view. That is, when the beam spot, which should be originally circular, passes through the wide-angle lens, a phenomenon of being distorted into a triangle occurs.

一方、本実施の形態の光学部品10の場合は、レンズの屈折だけで全方位視野を取得する広角レンズとは異なり、光学部品10に入射する光の光学部品10内の光路が、第一透光面2から第二透光面4、あるいは、第二透光面4から第一透光面2へ光路を曲げる際に、1回の凹面反射と1回の凸面反射を含む反射と、1.90以下の屈折率での屈折とによって形成されるように設計されていることにより、前記光学部品における垂直方向の歪みが、全方位視野において解消される。 On the other hand, in the case of the optical component 10 of the present embodiment, unlike the wide-angle lens that acquires an omnidirectional field of view only by refraction of the lens, the optical path of the light incident on the optical component 10 in the optical component 10 is the first transparency. When bending the optical path from the light surface 2 to the second light-transmitting surface 4 or from the second light-transmitting surface 4 to the first light-transmitting surface 2, a reflection including one concave reflection and one convex reflection, and 1 Designed to be formed by refraction at a refraction of .90 or less, vertical distortion in the optics is eliminated in the omnidirectional field of view.

また、View Fieldの角度の範囲は、前記のように、所望する測距領域の高さおよび上下方向の幅に応じて適宜決定されるが、例えば車両用途の全方位ライダーの場合、水平方向より上方の視野に比べて、下方の視野が大きいことが好ましい。具体的には、垂直視野(画角)は、水平方向を基準として−47°〜+5°、即ち、水平方向より下方への傾斜角度(俯角)θ1が47°、水平方向より上方への傾斜角度(仰角)θ2が5°に設定されていることが好ましい。 Further, the range of the angle of the View Field is appropriately determined according to the height of the desired range-finding region and the width in the vertical direction as described above, but in the case of an omnidirectional rider for vehicle use, for example, from the horizontal direction. It is preferable that the lower field of view is larger than the upper field of view. Specifically, the vertical field of view (angle of view) is −47 ° to + 5 ° with respect to the horizontal direction, that is, the inclination angle (depression angle) θ1 downward from the horizontal direction is 47 °, and the inclination is upward from the horizontal direction. It is preferable that the angle (elevation angle) θ2 is set to 5 °.

このとき、光学部品10より得られる環状画像においては、俯角側の画像は、イメージセンサー22の径方向内側に投影され、仰角側の画像は径方向外側に投影されることになるが、イメージセンサー22の画素数は、イメージセンサー22の円周の長さに比例して円環の径方向外側が多く、内側が少ないため、水平方向の視野における解像度(角度分解能)が上昇し、遠方視野になるに従い、角度分解能が上昇する。 At this time, in the annular image obtained from the optical component 10, the image on the depression angle side is projected on the inside in the radial direction of the image sensor 22, and the image on the elevation angle side is projected on the outside in the radial direction. Since the number of pixels of 22 is larger in the radial direction of the annulus and less in the inner direction in proportion to the circumference of the image sensor 22, the resolution (angle resolution) in the horizontal field of view increases, and the image sensor 22 has a distant field of view. As the result increases, the angular resolution increases.

本実施の形態の作成装置を以上のような構成とすることにより、車載可能なサイズに小型軽量化することができる。 By configuring the creating device of the present embodiment as described above, it is possible to reduce the size and weight to a size that can be mounted on a vehicle.

即ち、これまでのライダーから得られる距離画像は、多数の2次元画像を重ね合わせて、2次元画像に奥行きを加えることにより作成されるため、距離画像の作成に当たっての情報量が莫大なものとなる。このため、PC(パーソナルコンピュータ)で処理しようとすると、演算処理に伴う負荷やメモリが大きくなり、高価なPCを使用せざるを得ない。そして、このような状態で、遠方の情報を得るために必要な角度分解能を全ての視野エリアに適用しようとすると、負荷やメモリのさらなる増大化を招いて、より高価で大きな消費電力の演算処理装置が必要となり、車載可能なサイズを超えてしまう。 That is, since the distance image obtained from the rider so far is created by superimposing a large number of two-dimensional images and adding depth to the two-dimensional image, the amount of information in creating the distance image is enormous. Become. Therefore, when trying to process with a PC (personal computer), the load and memory associated with the arithmetic processing become large, and an expensive PC must be used. Then, in such a state, if an attempt is made to apply the angular resolution required for obtaining distant information to all the visual field areas, the load and memory will be further increased, and more expensive and large power consumption arithmetic processing will be performed. A device is required, which exceeds the size that can be mounted on a vehicle.

しかし、上記のようにした場合には、近傍から遠距離までの画像を、大きな負荷やメモリを必要とすることなく、安価なPCを用いても十分な解像度で容易に距離画像を作成することができるため、作成装置の大型化や大電力化を招くことがなく、十分に車載可能なサイズの作成装置を提供することができる。 However, in the above case, it is possible to easily create a distance image from a near distance to a long distance with sufficient resolution even using an inexpensive PC without requiring a large load or memory. Therefore, it is possible to provide a production device having a size that can be sufficiently mounted on a vehicle without causing an increase in size and power of the production device.

(2)光出射部
(a)光源
光源32としては、上記したように、幅が狭く、単一指向性に優れる光を発することができる狭角LEDやレーザー光源が、好ましく用いられる。
(2) Light emitting unit (a) Light source As the light source 32, as described above, a narrow-angle LED or a laser light source capable of emitting light having a narrow width and excellent unidirectionality is preferably used.

レーザー光源としては、消費電流が小さく、密集化が容易であり、低電量でも高速変調が可能なVCSELが好ましく、赤外線レーザーであるとより好ましい。中でも、目にとって安全性の高いアイセーフレーザーが特に好ましい。 As the laser light source, a VCSEL that consumes a small amount of current, is easy to be densely packed, and is capable of high-speed modulation even with a low electric charge is preferable, and an infrared laser is more preferable. Of these, an eye-safe laser, which is highly safe for the eyes, is particularly preferable.

(b)光点の形成
光源32から出射される出射光Lは、少なくとも1つ以上の光点からの出射とすることが好ましい。具体的には、LED光源の場合では、光源から出射された出射光Lを光点状に分散する拡散レンズを取り付けて、複数の光点からの出射とする。
(B) the outgoing light L 1 emitted from the light spots forming the light source 32 is preferably the exit from at least one light spot. Specifically, in the case of the LED light source is fitted with a diffusion lens for dispersing the emitted light L 1 emitted from the light source to the light spot shape, and emitted from the plurality of light spots.

そして、レーザー光源の場合は、拡散レンズやホログラムレンズを取り付け、レーザー光を少なくとも1つ以上の光点から出射された光にすることが好ましい。このようにして、イメージセンサー22の各画素に一致する複数の光点を生成させることにより、隣の光源から出射された出射光の反射光との干渉が軽減されるため、より正確な距離画像の作成が可能となる。また、より遠方まで届く光を一度に複数のポイントで計測することができる。 Then, in the case of a laser light source, it is preferable to attach a diffusion lens or a hologram lens so that the laser light is emitted from at least one or more light spots. By generating a plurality of light spots matching each pixel of the image sensor 22 in this way, interference of the emitted light emitted from the adjacent light source with the reflected light is reduced, so that a more accurate distance image is obtained. Can be created. In addition, the light that reaches farther can be measured at a plurality of points at once.

(c)光源の等分間引き点滅
また、光源が複数の場合には、複数の光源を等間隔で間引き、隣り合う光源が同時に光を出射しないように、例えば、交互に点滅させて、各点滅において作成された距離画像を合成して1つの距離画像を作成することも好ましい。具体的には、図4に示すように、円環状に配置された複数の光源32を交互にAグループとBグループに分け、Aグループの光源32とBグループの光源32とを交互に点滅させ、各点灯ごとに撮像し、撮像された距離画像を基に合成して1つの距離画像にする。このような間欠的な点滅により、光源の発熱による光出射部の温度上昇を抑制することができ、また、隣接する光源同士での干渉の発生を防止することができる。
(C) Equal-minute blinking of light sources In addition, when there are multiple light sources, the plurality of light sources are thinned out at equal intervals so that adjacent light sources do not emit light at the same time, for example, they are blinked alternately. It is also preferable to combine the distance images created in the above to create one distance image. Specifically, as shown in FIG. 4, a plurality of light sources 32 arranged in an annular shape are alternately divided into A group and B group, and the light source 32 of group A and the light source 32 of group B are alternately blinked. , An image is taken for each lighting, and the captured distance image is combined into one distance image. By such intermittent blinking, it is possible to suppress a temperature rise of the light emitting portion due to heat generation of the light source, and it is possible to prevent the occurrence of interference between adjacent light sources.

(d)光源のハイブリット化
光源としてLEDを使用した場合、少ない数で広範囲に一気に照射できるが、光が届く距離は短い。一方、VCSELなどのレーザーを使用した場合、光が届く距離は長いが、広範囲に照射するためには多数設ける必要がある。
(D) Hybridization of light source When an LED is used as a light source, it is possible to irradiate a wide range at once with a small number, but the distance that the light reaches is short. On the other hand, when a laser such as a VCSEL is used, the light reaches a long distance, but it is necessary to provide a large number of lasers in order to irradiate a wide range.

そこで、LEDとレーザーとをハイブリッド化した光源を備えた作成装置とすることが好ましい。このようなハイブリッド化した光源を備えた作成装置を、例えば、車両(移動体)に搭載した場合、目先の近距離の領域に対しては、LED照射によって近傍の反射光の情報を得ることができ、一方、遠方の領域に対しては、レーザー照射によって遠距離の反射光の情報を確保することができるため、近傍から遠距離までの画像を十分な情報量で作成することができ、従来の作成装置で対応できなかった高い精度を得ることができる。 Therefore, it is preferable to use a production device provided with a light source in which an LED and a laser are hybridized. When a creating device equipped with such a hybridized light source is mounted on a vehicle (moving body), for example, it is possible to obtain information on the reflected light in the vicinity by irradiating a laser for a short-distance region in the immediate vicinity. On the other hand, for a distant region, information on the reflected light at a long distance can be secured by laser irradiation, so that an image from a near distance to a long distance can be created with a sufficient amount of information. It is possible to obtain high accuracy that could not be handled by the production device of.

(3)受光部
受光部20には、取得された距離画像のうち、所望する領域を指定する領域指定機構と、指定された領域に対応する距離画像だけを、当該画像の面積の50〜250%の範囲で前記受光部の撮像素子上に所望の面積で形成する距離画像形成面積指定機構とを備えていることが好ましい。
(3) Light-receiving unit In the light-receiving unit 20, only a region designation mechanism for designating a desired region and a distance image corresponding to the designated region among the acquired distance images are provided with 50 to 250 of the area of the image. It is preferable to provide a distance image forming area designation mechanism for forming a desired area on the image sensor of the light receiving portion in the range of%.

このように、所望する領域を指定し、指定された領域に対応する距離画像だけを、所望の面積で形成することで、所望する領域のより詳細な距離情報を取得することができる。 In this way, by designating a desired region and forming only a distance image corresponding to the designated region in a desired area, more detailed distance information of the desired region can be obtained.

[2]第2の実施の形態に係る距離画像の作成装置
本実施の形態に係る作成装置は、第1の実施の形態に係る作成装置とは逆に、光出射部から光学部品を経由して360°全周から側方へ向けて出射された後、測距領域で反射してきた光を、光学部品の外部に配置された受光部で受光している。
[2] Distance image creating device according to the second embodiment The creating device according to the present embodiment, contrary to the creating device according to the first embodiment, passes through an optical component from a light emitting unit. After being emitted from the entire circumference of 360 ° toward the side, the light reflected in the distance measuring region is received by a light receiving unit arranged outside the optical component.

1.作成装置の基本的な構成
図7は、本実施の形態の作成装置の概念図であり、図7に示すように、本実施の形態においては、光出射部30の前方に、光学部品10が配置されて、光出射部30から出射された光を、360°全周から測距領域に照射するように構成されている。
1. 1. Basic configuration of the creating device FIG. 7 is a conceptual diagram of the creating device of the present embodiment. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the optical component 10 is placed in front of the light emitting unit 30. It is arranged so as to irradiate the distance measuring region with the light emitted from the light emitting unit 30 from the entire circumference of 360 °.

即ち、光出射部30から出射された出射光Lは、光学部品10を経由することにより、水平方向に360°全方位あるいは目標範囲に向けて出射される。そして、出射光Lが測距領域で反射された反射光Lは、レンズ21を通して、受光部20に向けて送られる。受光部20に送られた反射光Lは、イメージセンサー22上に投影され、第一の実施の形態と同様に、イメージセンサー22において捉えられたToFなどの反射光Lの情報に基づいて、測距領域の距離画像が作成される。 That is, the outgoing light L 1 emitted from the light emitting unit 30, by way of the optical component 10, and is emitted toward the full 360 ° -direction or target range in the horizontal direction. Then, the reflected light L 2 from which the emitted light L 1 is reflected in the distance measuring region is sent to the light receiving unit 20 through the lens 21. The reflected light L 2 sent to the light receiving unit 20 is projected onto the image sensor 22, and is based on the information of the reflected light L 2 such as ToF captured by the image sensor 22 as in the first embodiment. , A distance image of the ranging area is created.

2.光学部品、光出射部および受光部
次に、光学部品10、光出射部30および受光部20について説明する。図8、図9は本実施の形態の作成装置の構成を示す模式図である。また、図10は光出射部の平面視における模式図であり、図11は受光部の平面視における模式図である。
2. Optical component, light emitting unit and light receiving unit Next, the optical component 10, the light emitting unit 30 and the light receiving unit 20 will be described. 8 and 9 are schematic views showing the configuration of the creating apparatus of this embodiment. Further, FIG. 10 is a schematic view of the light emitting portion in a plan view, and FIG. 11 is a schematic view of the light receiving portion in a plan view.

図8に示すように、本実施の形態においても、光学部品10は、下面中央の第二反射面1と、下面周縁部の第一透光面2と、上面周縁部の第一反射面3と、上面中央部の第二透光面4を具備する透明素材よりなる回転体である。 As shown in FIG. 8, also in the present embodiment, the optical component 10 includes the second reflecting surface 1 at the center of the lower surface, the first translucent surface 2 at the lower peripheral edge portion, and the first reflecting surface 3 at the upper surface peripheral portion. And, it is a rotating body made of a transparent material including the second translucent surface 4 at the center of the upper surface.

しかし、本実施の形態においては、光学部品10の第二透光面4の上方に、光出射部30が設けられており、光源32から出射された出射光Lは、光軸に略平行に第二透光面4から光学部品10に入射する。光学部品10に入射した出射光Lは、第二反射面1のミラーで反射した後、さらに第一反射面3のミラーで反射して第一透光面2を通って水平方向に360°全方位あるいは目標範囲の出射領域に出射され、測距領域に向けて照射される。 However, in this embodiment, above the second transparent surface 4 of the optical component 10, the light emitting unit 30 is provided, the outgoing light L 1 emitted from the light source 32 is substantially parallel to the optical axis It is incident on the optical component 10 from the second translucent surface 4. Outgoing light L 1 incident on the optical component 10 is reflected by the second mirror reflective surface 1, further reflected by 360 ° in the horizontal direction through the first transmission surface 2 by a mirror of the first reflecting surface 3 It is emitted to the emission region in all directions or the target range, and is irradiated toward the ranging region.

光学部品10の径方向外側には、第一反射面3の外面に沿って環状の受光部20が設置されている。出射光Lが測距領域で反射した反射光Lは、レンズ21を通過して受光部20で受光され、イメージセンサー22上に測距領域の画像が投影される。受光部20は、イメージセンサー22上に投影された反射光Lの情報に基づいて、測距領域の距離画像を作成する。 An annular light receiving portion 20 is installed along the outer surface of the first reflecting surface 3 on the radial outer side of the optical component 10. The reflected light L 2 reflected by the emitted light L 1 in the ranging region passes through the lens 21 and is received by the light receiving unit 20, and an image in the ranging region is projected on the image sensor 22. The light receiving unit 20 creates a distance image of the distance measuring region based on the information of the reflected light L 2 projected on the image sensor 22.

本実施の形態では、図10に示すように、少なくとも一つ以上の光源32が第二反射面1の直径に略等しい外径の円形に配置された環状の光出射部30が用いられる。このように、環状の光源から出射される出射光Lを、光学部品10を経由して360°全方位方向に出射した場合、全測距領域に向けて、より均一な照度で出射光Lを照射することができる。なお、光源32としては、第1の実施の形態と同様、狭角LEDやレーザー光源等が用いられる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 10, an annular light emitting unit 30 in which at least one or more light sources 32 are arranged in a circle having an outer diameter substantially equal to the diameter of the second reflecting surface 1 is used. In this way, when the emitted light L 1 emitted from the annular light source is emitted in the omnidirectional direction of 360 ° via the optical component 10, the emitted light L with a more uniform illuminance toward the entire ranging region. 1 can be irradiated. As the light source 32, a narrow-angle LED, a laser light source, or the like is used as in the first embodiment.

また、光源にレーザー光を用いる場合、環状の出射光を生成させる手段としては、光を環状に出射させて瞬間的に環状化する方法や、出射されたレーザー光で光出射面を環状にスキャニングすることにより環状光を形成する描画により環状化する方法が挙げられる。従来のスキャニングライダーでは、360°の周囲に向けてレーザー光を回転させているのに対して、本実施の形態では光学部品を通して出射することにより、第二反射面に環状光を描画するだけで周囲に向けてレーザー光を出射することができる。これにより、描画に必要なスキャニングを高速で行うことができるため、360°全方位の画像をスピーディに取得することができる。 When a laser beam is used as a light source, as a means for generating an annular emitted light, a method of emitting the light in an annular shape to instantaneously circulate the light, or scanning the light emitting surface in an annular shape with the emitted laser light. A method of forming an annular light by drawing an annular light can be mentioned. In the conventional scanning rider, the laser beam is rotated toward the circumference of 360 °, but in the present embodiment, by emitting the laser beam through the optical component, only the annular light is drawn on the second reflecting surface. Laser light can be emitted toward the surroundings. As a result, scanning required for drawing can be performed at high speed, and 360 ° omnidirectional images can be quickly acquired.

具体的に、瞬間的に環状化する方法の場合には、1つのレーザー光源を用いて、出射される光が、拡散レンズまたはホログラムレンズによって、受光部における画素に一致した複数の光点状に分散するようにする。なお、これに換えて、複数のレーザー光源を受光部における画素に一致するように配置してもよい。この方法は、短時間で全体を照射することができる一方で、測定対象間でレーザーの散乱光が相互反射して間接光となるため、測定精度の低下を招く恐れがある。 Specifically, in the case of the method of instantaneously circularizing, one laser light source is used, and the emitted light is formed into a plurality of light spots matching the pixels in the light receiving portion by the diffusion lens or the hologram lens. Try to be distributed. Instead of this, a plurality of laser light sources may be arranged so as to match the pixels in the light receiving unit. While this method can irradiate the entire surface in a short time, the scattered light of the laser is mutually reflected between the measurement targets to become indirect light, which may lead to a decrease in measurement accuracy.

出射された光を描画により環状化する方法の場合には、1つ以上のレーザー光源を用いて出射された光を高速走査(スキャニング)してレーザーの光軸を制御し、その後、レーザープロジェクターを用いて、出射された光を複数の光点状に分散させる。なお、このとき出射された複数の光点は受光部における画素に一致していることが好ましい。この方法は、全体の照射に時間が掛かるものの、上記した間接光の発生がなく、測定精度の低下を招かない。 In the case of the method of circularizing the emitted light by drawing, the emitted light is scanned (scanned) at high speed using one or more laser light sources to control the optical axis of the laser, and then the laser projector is operated. It is used to disperse the emitted light into a plurality of light spots. It is preferable that the plurality of light spots emitted at this time coincide with the pixels in the light receiving unit. In this method, although it takes time to irradiate the whole body, the above-mentioned indirect light is not generated and the measurement accuracy is not deteriorated.

なお、スキャニング手段としては、高速にレーザーの光軸を制御することができる手段であれば、特に限定されないが、MEMSミラーや液体レンズ、光フェーズドアレー、スローライトビーム掃引素子などを用いて行うことが好ましい。 The scanning means is not particularly limited as long as it can control the optical axis of the laser at high speed, but it is performed by using a MEMS mirror, a liquid lens, an optical phased array, a slow light beam sweep element, or the like. Is preferable.

そして、レーザープロジェクターにより環状に描画する方法としては、短時間で描画可能だが負荷が高く発熱し易いベクタースキャンと、描画時間は長いが負荷が低く(描画不要の箇所では照射をストップする)発熱し難いラスタースキャンから、適宜、選択して用いることができる。 As a method of drawing in a ring shape with a laser projector, vector scan, which can draw in a short time but has a high load and easily generates heat, and vector scan, which has a long drawing time but a low load (irradiation is stopped at a place where drawing is unnecessary), generates heat. From the difficult raster scan, it can be appropriately selected and used.

また、受光部のイメージセンサーとして、図11に示すような、複数のCMOSやAPDが受光素子として環状に配置されたカメラを使用する場合、画像の取得手段としては、ローリングシャッターとグローバルシャッターから、適宜、選択して用いることができる。なお、出射光の環状化に、上記したラスタースキャンを採用した場合には、間接光の影響を考慮して、ローリングシャッターの採用が好ましい。 Further, when a camera in which a plurality of CMOSs and APDs are arranged in a ring shape as a light receiving element as shown in FIG. 11 is used as an image sensor of the light receiving unit, as an image acquisition means, a rolling shutter and a global shutter are used. It can be appropriately selected and used. When the above-mentioned raster scan is used for circularizing the emitted light, it is preferable to use a rolling shutter in consideration of the influence of indirect light.

3.好ましい態様
(1)光学部品
本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、第二反射面1に、光学部品10の中心の光軸を中心とする環状で、光軸に略平行に入射した光束が、第一透光面2から360°全周の側方へ向けて出射するように、設計されていることが好ましい。
3. 3. Preferred Embodiment (1) Optical component Also in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the second reflecting surface 1 has an annular shape centered on the optical axis at the center of the optical component 10, and the optical axis is substantially the same. It is preferable that the light flux incident in parallel is designed so as to be emitted from the first translucent surface 2 toward the side of the entire circumference of 360 °.

即ち、第一透光面2が、特定の曲率を有する湾曲面で特定の角度と特定の屈折率により形成され、第一反射面3が、特定の曲率を有する凹曲面または平面で、特定の角度に形成され、さらに、第二反射面1が特定の曲率を有する凸曲面または平面で、特定の角度に形成され、これらの曲率や角度を上記の条件を満足するように調整して設計される。 That is, the first translucent surface 2 is formed by a curved surface having a specific curvature at a specific angle and a specific refractive index, and the first reflecting surface 3 is a concave curved surface or a flat surface having a specific curvature and is specific. It is designed to be formed at an angle, and further, the second reflecting surface 1 is a convex curved surface or a plane having a specific curvature, and is formed at a specific angle, and these curvatures and angles are adjusted to satisfy the above conditions. To.

上記のように設計されていない場合には、第二反射面1に光軸に略平行に入射した光が第一反射面3に進まなかったり、第二反射面1に光軸に略平行に入射した光が第一反射面3までは進むが、第一反射面3で反射した光が、第一透光面2から360°全周の側方に向けて出射しなかったりする。 If it is not designed as described above, the light incident on the second reflecting surface 1 substantially parallel to the optical axis does not proceed to the first reflecting surface 3, or is substantially parallel to the second reflecting surface 1 on the optical axis. The incident light travels to the first reflecting surface 3, but the light reflected by the first reflecting surface 3 may not be emitted from the first translucent surface 2 toward the entire 360 ° side.

ここで、受光部10の光路について説明する。 Here, the optical path of the light receiving unit 10 will be described.

光学部品10では、主に第一透光面2の湾曲面の曲率と角度と屈折率、第一反射面3の凹曲面の曲率と角度、第二反射面1の凸曲面の曲率と角度を調整することで、光出射部30から出射される出射光が、光軸に略平行に第二反射面1に入射すると、第二反射面1で特定の角度で反射し、第一反射面3に特定の角度で届く。 In the optical component 10, the curvature, angle, and refractive index of the curved surface of the first translucent surface 2 are mainly determined, the curvature and angle of the concave curved surface of the first reflecting surface 3, and the curvature and angle of the convex curved surface of the second reflecting surface 1. By adjusting, when the emitted light emitted from the light emitting unit 30 enters the second reflecting surface 1 substantially parallel to the optical axis, it is reflected by the second reflecting surface 1 at a specific angle, and the first reflecting surface 3 Reach at a specific angle.

特定の角度で第一反射面3に入射した出射光は、第一反射面3で特定の角度で反射し、第一透光面2に届き、第一透光面2により屈折し、光学部品10の外部へ360°全周の側方の測距領域に特定の角度で照射する。 The emitted light incident on the first reflecting surface 3 at a specific angle is reflected by the first reflecting surface 3 at a specific angle, reaches the first transmitting surface 2, is refracted by the first transmitting surface 2, and is an optical component. The outside of 10 is irradiated at a specific angle to the lateral ranging area around 360 °.

そして、光出射部30から出射される出射光が光軸に略平行に入射する第二反射面1上の種々の位置により、第一透光面2から光学部品10の外部へ照射する位置及び出射角度が異なる。これにより、光出射部30から出射される出射光の1つの光点は、光学部品10内で散乱せず、1つの光点として光学部品10の360°全周の側方へ照射するため、対象物からの反射光を受光部20で受光するときに妨害要素となる有害光を抑制できる。
即ち、距離画像の作成を阻害する現象を抑制することができる。
Then, at various positions on the second reflecting surface 1 where the emitted light emitted from the light emitting unit 30 is incident substantially parallel to the optical axis, the position where the first translucent surface 2 irradiates the outside of the optical component 10 and the position The emission angle is different. As a result, one light spot of the emitted light emitted from the light emitting unit 30 is not scattered in the optical component 10, but is irradiated to the side of the entire 360 ° of the optical component 10 as one light spot. When the light receiving unit 20 receives the reflected light from the object, the harmful light that becomes an interfering element can be suppressed.
That is, it is possible to suppress a phenomenon that hinders the creation of a distance image.

また、第1の実施の形態と同様に、ワークディスタンスがマイナスになるように構成されている光学部品10が用いられることも好ましい。このような光学部品10を用いることで、例えば、光源がレーザー光である場合、光学部品10から出射された光は、レーザー光が届く距離において、光学部品10からの距離が大きくなるとビームスポットの径も大きくなるが、ビームスポットの形状はぼやけることなく維持されるため、受光部20において、どのような距離にある対象物に対しても、ピントずれを発生することなく撮像することができ、ピントずれに起因するライダーとしての誤差が生じない。 Further, as in the first embodiment, it is also preferable to use the optical component 10 configured so that the work distance is negative. By using such an optical component 10, for example, when the light source is a laser beam, the light emitted from the optical component 10 becomes a beam spot when the distance from the optical component 10 increases in the distance that the laser beam reaches. Although the diameter is large, the shape of the beam spot is maintained without blurring, so that the light receiving unit 20 can take an image of an object at any distance without causing out-of-focus. There is no error as a rider due to out of focus.

また、第1の実施の形態と同様に、全方位視野における垂直方向の歪みが解消されている光学部品が用いられることも好ましい。 Further, as in the first embodiment, it is also preferable to use an optical component in which the distortion in the vertical direction in the omnidirectional field of view is eliminated.

(2)光出射部
また、光出射部においても、第1の実施の形態と同様に、光出射部30に複数の光点を形成する手段および光源を等分間引き点滅させる手段を設けることが好ましい。
(2) Light emitting unit Further, in the light emitting unit, as in the first embodiment, the light emitting unit 30 may be provided with a means for forming a plurality of light spots and a means for blinking the light source for equal minutes. preferable.

なお、光出射部30からの出射光が、光学部品10に対して、第二透光面4を経て光軸に略平行に第二反射面1に入射するように、光出射部30と光学部品10の間に光の出射角度調整手段を設けてもよい。具体的には、凸レンズや凹レンズなどである。 The light emitted from the light emitting unit 30 and the optical component 10 are optically aligned with the light emitting unit 30 so that the light emitted from the light emitting unit 30 enters the second reflecting surface 1 substantially parallel to the optical axis via the second translucent surface 4. Light emission angle adjusting means may be provided between the parts 10. Specifically, it is a convex lens or a concave lens.

[3]第3の実施の形態に係る距離画像の作成装置
本実施の形態に係る作成装置は、光学部品を光の入出射のいずれかに使用する第1の実施の形態および第2の実施の形態とは異なり、光の入出射のいずれにおいても、光学部品を使用する作成装置である。
[3] Distance Image Creating Device According to the Third Embodiment The creating device according to the third embodiment is a first embodiment and a second embodiment in which an optical component is used for either input or output of light. It is a production device that uses optical components for both light input and output, unlike the form of.

1.作成装置の構成
図12は、本実施の形態の作成装置の構成を示す模式図であり、図13は、光出射部の平面視における模式図である。なお、図12において40は、光学部品10と受光部20との間で、共通する光軸を有する出射光Lと反射光Lとを分離するように構成された光分離機構として設けられたビームスプリッターである。
1. 1. Configuration of the Creation Device FIG. 12 is a schematic view showing the configuration of the creation device of the present embodiment, and FIG. 13 is a schematic view of the light emitting portion in a plan view. In FIG. 12, 40 is provided as an optical separation mechanism configured to separate the emitted light L 1 and the reflected light L 2 having a common optical axis between the optical component 10 and the light receiving unit 20. It is a beam splitter.

図12に示すように、本実施の形態においても、光学部品10は、下面中央の第二反射面1と、下面周縁部の第一透光面2と、上面周縁部の第一反射面3と、上面中央部の第二透光面4を具備する透明素材よりなる回転体である。 As shown in FIG. 12, also in the present embodiment, the optical component 10 also includes the second reflecting surface 1 at the center of the lower surface, the first translucent surface 2 at the lower peripheral edge portion, and the first reflecting surface 3 at the upper surface peripheral portion. And, it is a rotating body made of a transparent material including the second translucent surface 4 at the center of the upper surface.

しかし、本実施の形態において、光学部品10は、第一透光面2に全方位から入射した光を第二透光面4から同一方向の光軸で受光部20に向けて出射すると共に、第二透光面4に同一方向の光軸で入射した光を第一透光面2から水平方向に360°全方位あるいは目標範囲の測距領域に向けて出射する。 However, in the present embodiment, the optical component 10 emits light incident on the first translucent surface 2 from all directions from the second translucent surface 4 toward the light receiving portion 20 along the optical axis in the same direction. Light incident on the second translucent surface 4 with an optical axis in the same direction is emitted from the first transmissive surface 2 in the horizontal direction at 360 ° in all directions or toward a ranging region in a target range.

具体的には、第二透光面4を出射光Lの入射面および反射光Lの出射面とし、入射角および出射角を同じ角度(図12では90°)にする。また、入射光および出射光の光軸上に光軸に対して所定の角度(図12では45°)で傾斜するビームスプリッター40を設置する。光出射部30は、光軸の側方に配置されて、ビームスプリッター40に対して45°の角度で出射光Lを出射させ、第二透光面4に向けて反射させる。これにより、出射光Lを光軸に略平行な角度で光学部品10に入射させることができる。そして、光学部品10に入射した出射光Lは、その後、水平方向360°全方位方向に設けられたView Fieldに出射される。 Specifically, the second translucent surface 4 is set as the incident surface of the emitted light L 1 and the emitted surface of the reflected light L 2 , and the incident angle and the emitted angle are the same (90 ° in FIG. 12). Further, a beam splitter 40 is installed on the optical axes of the incident light and the emitted light so as to be inclined at a predetermined angle (45 ° in FIG. 12) with respect to the optical axis. The light emitting unit 30 is arranged on the side of the optical axis, is emitted light emitted L 1 at an angle of 45 ° to the beam splitter 40, it is reflected toward the second transmission surface 4. Thus, it can be incident on the optical component 10 in a substantially parallel angles emitted light L 1 to the optical axis. Then, the emitted light L 1 incident on the optical component 10 is then emitted to the View Field provided in the horizontal direction 360 ° in all directions.

一方、受光部20は、前記光軸上のビームスプリッター40の上方に配置され、ビームスプリッター40を透過した光を受光する。これにより、ビームスプリッター40を通過した水平方向360°全方位からの反射光Lが受光部20で受光され、受光部20のイメージセンサー上に測距領域全体の画像が投影され、反射光Lの情報に基づいて、測距領域の距離画像が作成される。 On the other hand, the light receiving unit 20 is arranged above the beam splitter 40 on the optical axis and receives light transmitted through the beam splitter 40. As a result, the reflected light L 2 from all directions of 360 ° in the horizontal direction that has passed through the beam splitter 40 is received by the light receiving unit 20, an image of the entire distance measuring region is projected on the image sensor of the light receiving unit 20, and the reflected light L A distance image of the ranging area is created based on the information of 2.

また、本実施の形態では、光出射用にも光学部品10を用いているため、図13に示すように、環状光が用いられ、複数の光源32を円く配置して発光させている。 Further, in the present embodiment, since the optical component 10 is also used for emitting light, annular light is used as shown in FIG. 13, and a plurality of light sources 32 are arranged in a circle to emit light.

2.好ましい態様
(1)光学部品
本実施の形態においても、第1の実施の形態や第2の実施の形態と同様に、対象物からの反射光を受光部20で受光するときに妨害要素となる有害光を抑制し、距離画像を精度よく作成できるように設計されていることが好ましい。また、本実施の形態においても、第1の実施の形態や第2の実施の形態と同様に、どのような距離にある対象物に対しても、ピントずれを発生することなく撮像することができ、ピントずれに起因するライダーとしての誤差が生じないように設計されていることが好ましい。また、第1の実施の形態や第2の実施の形態と同様に、全方位視野における垂直方向の歪みが解消されている光学部品が用いられることも好ましい。
2. Preferred Embodiment (1) Optical component Also in the present embodiment, as in the first embodiment and the second embodiment, when the light reflected from the object is received by the light receiving unit 20, it becomes an interfering element. It is preferable that the design is such that harmful light is suppressed and a distance image can be created accurately. Further, also in the present embodiment, as in the first embodiment and the second embodiment, it is possible to take an image of an object at any distance without causing an out-of-focus. It is possible, and it is preferable that it is designed so that an error as a rider due to out-of-focus does not occur. Further, as in the first embodiment and the second embodiment, it is also preferable to use an optical component in which the distortion in the vertical direction in the omnidirectional field of view is eliminated.

(2)光出射部
また、光出射部においても、第1の実施の形態や第2の実施の形態と同様に、光出射部30に複数の光点を形成する手段および光源を等分間引き点滅させる手段を設けることが好ましい。
(2) Light emitting unit Also, in the light emitting unit, as in the first embodiment and the second embodiment, the means and the light source for forming a plurality of light spots in the light emitting unit 30 are drawn for equal minutes. It is preferable to provide a means for blinking.

[4]第一透光部および第二透光部
上記の実施の形態においては、第一透光面2および第二透光面4について、透明素材により形成される光学部品10の1つの面として説明したが、透光面の役割は光を透光させることにあるため、必ずしも、光学部品10の1つの面でなくても、空間部であってもよい。特に、第二透光面は、装置の内側に位置するため、空間部であっても支障はなく、一層の軽量化を図ることができる。そして、このように第二透光面4を空間部で形成しても、光路は上記した実施の形態と異ならない。
[4] First Translucent Section and Second Transmissive Section In the above embodiment, the first transmissive surface 2 and the second transmissive surface 4 are one surface of an optical component 10 formed of a transparent material. However, since the role of the translucent surface is to transmit light, it may not necessarily be one surface of the optical component 10 but may be a space portion. In particular, since the second translucent surface is located inside the device, there is no problem even in a space portion, and further weight reduction can be achieved. Even if the second translucent surface 4 is formed in the space portion in this way, the optical path is not different from the above-described embodiment.

[5]ドローンへの適用
上記においては、主として、ロボット機器や車両の自律運転技術に関するライダーについて説明したが、本発明の距離画像の作成装置は、ドローンに適用した場合、飛躍的に顕著な効果を有することが分かった。
以下、この点について説明する。
[5] Application to drones In the above, the rider related to the autonomous driving technology of robot equipment and vehicles has been mainly described, but the distance image creating device of the present invention has a dramatically remarkable effect when applied to a drone. Was found to have.
This point will be described below.

従来のスキャニングライダーは、スキャン回転すると同時に、装置に逆回転させようとする反作用トルクが生じ、ドローンの位置や姿勢が変動する。しかし、飛行体は、反作用トルクを相殺する支えがないため、別の機構でアンチトルクを発生させる設計が必要となる。また、従来のスキャニングライダーは、スキャン回転の自転により、姿勢を保持しようとするジャイロ効果が発生する。このため、スキャン速度を高速化するとジャイロ効果は大きくなり、スピーディな姿勢変更が妨げられる等、ドローンの操縦を妨害することになる。さらに、従来のライダーは、回転機構など複雑な構成となっているため、重量が重く、飛行への負担やエネルギーの消費に大きな負荷をかけている。 In the conventional scanning rider, at the same time as the scan rotation, a reaction torque is generated in the device to rotate in the reverse direction, and the position and attitude of the drone fluctuate. However, since the flying object does not have a support for canceling the reaction torque, it is necessary to design the anti-torque by another mechanism. Further, in the conventional scanning rider, the rotation of the scan rotation causes a gyro effect to maintain the posture. For this reason, if the scanning speed is increased, the gyro effect becomes larger, which hinders the speedy change of posture and hinders the operation of the drone. Furthermore, since the conventional rider has a complicated structure such as a rotation mechanism, it is heavy and puts a heavy load on flight and energy consumption.

これに対して、本実施の形態においては、光出射部30より、360°全方位に向けて出射し、光学部品10により全方位からの反射光を受光するため、360°全方位に向けた回転を伴うスキャンニングをすることなく全方位の画像を取得することができる。このため、照明部および受光部20を回転させる必要が無く、スキャン回転による反作用トルクや、ジャイロ効果が発生せず、飛行への負担やエネルギーの大きな消費もない。 On the other hand, in the present embodiment, the light emitting unit 30 emits light in all directions of 360 °, and the optical component 10 receives the reflected light from all directions, so that the light is directed in all directions of 360 °. Images in all directions can be acquired without scanning with rotation. Therefore, it is not necessary to rotate the illumination unit and the light receiving unit 20, no reaction torque or gyro effect due to the scan rotation is generated, and there is no burden on flight or large energy consumption.

そして、簡便な構造であり、可動部がないため故障し難く、小型軽量化も可能で安価な装置となり、ドローン搭載用として極めて好ましい距離画像の作成装置を提供することが可能となる。 Further, since it has a simple structure and does not have a moving part, it is hard to break down, it can be made smaller and lighter, and it becomes an inexpensive device, and it becomes possible to provide an extremely preferable distance image creating device for mounting on a drone.

また、反射光L2の集光に魚眼レンズや超広角レンズに替えて光学部品10を用いることにより、歪みが抑制されたより正確な距離画像を作成することができる。 Further, by using the optical component 10 instead of the fisheye lens or the ultra-wide-angle lens for condensing the reflected light L2, it is possible to create a more accurate distance image in which distortion is suppressed.

このため、本実施の形態の距離画像の作成装置は、ドローンに適用することにより飛躍的に顕著な効果を発揮することができる。 Therefore, the distance image creating device of the present embodiment can dramatically exert a remarkable effect when applied to a drone.

[6]本実施の形態による効果
第1〜第3の実施の形態のいずれにおいても、360°全周の側方に対して光が入出射可能に形成された光学部品を適切に配置することにより、測距領域の全体に亘って、全方位の距離画像を精度高く作成することができる。
[6] Effect of the present embodiment In any of the first to third embodiments, an optical component formed so that light can enter and exit is appropriately arranged on the side of the entire 360 ° circumference. As a result, it is possible to create a distance image in all directions with high accuracy over the entire distance measurement area.

そして、これらの実施の形態に係る距離画像の作成装置は、測距領域の全体に光を照射して反射光の情報に基づいて距離画像を作成する点において、従来のフラッシュライダーと同じであるため、測定範囲が狭い屋内のロボティクス用途において、好ましく使用することができ、屋外での自律運転用途においても、従来のスキャニングライダーと同様に使用することができる。 The distance image creating device according to these embodiments is the same as the conventional flash rider in that the entire distance measuring region is irradiated with light to create a distance image based on the reflected light information. Therefore, it can be preferably used in indoor robotics applications where the measurement range is narrow, and can be used in the same way as a conventional scanning rider in outdoor autonomous driving applications.

また、従来のフラッシュライダーと同じであるため、フラッシュライダーの長所、即ち、スピンドルが不要で、構造が簡単で、小型軽量、安価であるという長所が、存分に発揮される。 In addition, since it is the same as a conventional flashrider, the advantages of the flashrider, that is, the advantages of no spindle, simple structure, small size, light weight, and low cost, are fully exhibited.

以下、実施例に基づき、本発明をより具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples.

本実施例では、距離画像の作成装置を、地面に対して鉛直方向に配置して、反射光を集光した場合の水平方向上向きの視野における画像解像度の低下が抑制されるという、従来の作成装置ではなし得なかった機能の向上が達成できることを検証した。 In this embodiment, the conventional creation in which the distance image creation device is arranged in the vertical direction with respect to the ground to suppress the decrease in image resolution in the horizontal upward field of view when the reflected light is focused. It was verified that the improvement of functions that could not be achieved by the device can be achieved.

本実施例において、距離画像の作成装置としては、第二反射面が地面側に位置するように配置された光学部品を備えた距離画像の作成装置(図2)を用いた。このとき、光学部品として、環状画像の放射方向の寸法が1/3(縦方向の直径でいうと、中央1/3が映らない場所で、上1/3、下1/3が画像)で俯角の最大値が47°(約45°)の光学部品を用意した。また、撮像素子には画素数480×480dotの撮像素子を用い、環状画像を一致(内接円)させた(図14参照)。なお、図14は、本実施例における画像の形成を説明する図である。 In this embodiment, as the distance image creating device, a distance image creating device (FIG. 2) including an optical component arranged so that the second reflecting surface is located on the ground side is used. At this time, as an optical component, the radial dimension of the annular image is 1/3 (in terms of the diameter in the vertical direction, the upper 1/3 and the lower 1/3 are images in a place where the central 1/3 is not reflected). An optical component having a maximum depression angle of 47 ° (about 45 °) was prepared. Further, an image sensor having 480 × 480 dots of pixels was used as the image sensor, and the circular images were matched (inscribed circles) (see FIG. 14). Note that FIG. 14 is a diagram illustrating the formation of an image in this embodiment.

上記構成の場合、内周寸法、すなわち俯角約45°(≒俯角47°)の水平(横方向)の角度分解能は、画素数が約500dotであるため、これで360°を除すると、0.72°/dotになる。また、環状画像の縦半分相当、下方俯角21°の水平(横方向)の角度分解能は、画素数が約1000dotであるため、これで360°を除すると、(360°/1000dot)=0.36°/dotとなる。一方、外周寸法、即ち、ほぼ水平方向(俯角≒5°)の水平(横方向)の角度分解能は、画素数が約1500dotであるため、これで360°を除すると、(360°/1500dot)=0.24°/dotとなる。この結果より、下向きの視野から水平方向の視野に移行するに従って角度分解能が向上することが分かる。 In the case of the above configuration, the inner peripheral dimension, that is, the horizontal (horizontal) angular resolution of the depression angle of about 45 ° (≈ depression angle of 47 °) is 0. It becomes 72 ° / dot. Further, since the number of pixels is about 1000 dots in the horizontal (horizontal) angular resolution of the downward depression angle of 21 °, which is equivalent to the vertical half of the circular image, when 360 ° is divided by this, (360 ° / 1000 dots) = 0. It becomes 36 ° / dot. On the other hand, the outer peripheral dimension, that is, the horizontal (horizontal) angular resolution in the substantially horizontal direction (depression angle ≈5 °) has a number of pixels of about 1500 dots, so when 360 ° is divided by this, (360 ° / 1500 dots). = 0.24 ° / dot. From this result, it can be seen that the angular resolution improves as the field of view shifts from the downward field of view to the horizontal field of view.

次に、作成装置を1.5mの高さに設置したときの解像度を調べた。まず、俯角45°の場合、作成装置から地面上にある測定対象までの直線距離は、1.5m÷cos(90°−45°)=2.1mとなり、当該地面に対する解像度は、2.1m×tan(0.76°/2)×2=26.6mm/dotとなる。また、俯角21°では、作成装置から測定対象までの直線距離は、1.5m÷cos(90°−21°)=7.9mとなり、角度分解能が俯角45°と同じ0.72°/dotと仮定した場合には、当該地面に対する解像度は、7.9m×tan(0.79°/2)×2=104.4mm/dotとなり、俯角45°と比較して解像度が大幅に悪くなる。 Next, the resolution when the creating device was installed at a height of 1.5 m was investigated. First, when the depression angle is 45 °, the linear distance from the creation device to the measurement target on the ground is 1.5 m ÷ cos (90 ° -45 °) = 2.1 m, and the resolution with respect to the ground is 2.1 m. × tan (0.76 ° / 2) × 2 = 26.6 mm / dot. At a depression angle of 21 °, the linear distance from the creation device to the measurement target is 1.5 m ÷ cos (90 ° -21 °) = 7.9 m, and the angular resolution is 0.72 ° / dot, which is the same as the depression angle of 45 °. Assuming that, the resolution with respect to the ground is 7.9 m × tan (0.79 ° / 2) × 2 = 104.4 mm / dot, which is significantly worse than the depression angle of 45 °.

これに対して、本実施例では、俯角21°における角度分解能が、前記のように0.36°/dotと高い。このため、解像度は、7.9m×tan(0.36°/2)×2=49.5mm/dotとなり、解像度の低下が抑制されていることが分かる。 On the other hand, in this embodiment, the angular resolution at a depression angle of 21 ° is as high as 0.36 ° / dot as described above. Therefore, the resolution is 7.9 m × tan (0.36 ° / 2) × 2 = 49.5 mm / dot, and it can be seen that the decrease in resolution is suppressed.

なお、上記した第1の実施の形態〜第3の実施の形態においては、それぞれの図に示すように、光学部品の第二反射面が下向きに位置するように距離画像の作成装置が設置されているが、このような向きに設置することに限られず、使用用途や測距領域に合わせて適宜、適切な向きに設置することができる。 In the first to third embodiments described above, as shown in each figure, a distance image creating device is installed so that the second reflecting surface of the optical component is located downward. However, the installation is not limited to such an orientation, and the installation can be appropriately performed in an appropriate orientation according to the intended use and the distance measuring area.

また、View Fieldの上下方向の幅よりも測距領域が広角な場合や、障害により死角が発生する場合は、距離画像の作成装置を複数台設置することにより、これらに対応することができる。 Further, when the distance measuring area is wider than the width in the vertical direction of the View Field or when a blind spot is generated due to an obstacle, it is possible to deal with these by installing a plurality of distance image creating devices.

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications can be made to the above embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.

1 第二反射面
2 第一透光面
3 第一反射面
4 第二透光面
10 光学部品
20 受光部
21 レンズ
22 イメージセンサー
30 光出射部
32 光源
40 ビームスプリッター
50 光吸収部材
出射光
反射光
P 距離画像
θ1 俯角
θ2 仰角
p 入射点
1 Second reflective surface 2 First transmissive surface 3 First reflective surface 4 Second transmissive surface 10 Optical component 20 Light receiving part 21 Lens 22 Image sensor 30 Light emitting part 32 Light source 40 Beam splitter 50 Light absorbing member L 1 Emitted light L 2 Reflected light P Distance image θ1 Depression angle θ2 Elevation angle p Incident point

Claims (14)

対象物に照射した光の反射光を測定することにより、距離画像を作成する距離画像の作成装置であって、
360°全周から側方の光が入射可能に形成された光学部品と、
前記光学部品の外部に配置されて、外部の全方位あるいは目標範囲に向けて光を出射する少なくとも一つ以上の光出射部と、
前記光学部品に入射された前記対象物からの反射光を全方位あるいは目標範囲から受ける受光部と、
前記反射光を測定し、前記反射光の情報に基づいて、全方位あるいは目標範囲からの測距領域の距離画像を作成する画像作成部とを備えており、
前記光学部品が、光学部品中心の光軸回りに回転対称に形成されて、360°全周から側方の光が入射可能に形成された環状の第一透光面と、前記第一透光面と互いに略対向するように環状に形成されて光学部品内へ光を反射するように形成された第一反射面と、前記第一透光面の環内の中央部に設けられ前記第一反射面からの反射光を前記第一反射面の環の内側部分に向けて反射する第二反射面と、前記第一反射面の環内中央部に位置し前記第二反射面と対向して前記第二反射面からの光を透過する第二透光面とを備えた光学部品であることを特徴とする距離画像の作成装置。
It is a distance image creation device that creates a distance image by measuring the reflected light of the light that irradiates the object.
Optical components formed so that lateral light can enter from the entire circumference of 360 °,
At least one or more light emitting portions arranged outside the optical component and emitting light in all directions or toward a target range outside the optical component.
A light receiving portion that receives reflected light from the object incident on the optical component from all directions or a target range, and a light receiving portion.
It is provided with an image creation unit that measures the reflected light and creates a distance image of a distance measuring region from an omnidirectional or target range based on the information of the reflected light.
The optical component is formed rotationally symmetrically around the optical axis at the center of the optical component, and an annular first translucent surface formed so that lateral light can enter from the entire circumference of 360 ° and the first transmissive light. A first reflecting surface formed in an annular shape so as to substantially face each other and reflecting light into an optical component, and a first reflecting surface provided in a central portion of the ring of the first translucent surface. A second reflecting surface that reflects the light reflected from the reflecting surface toward the inner portion of the ring of the first reflecting surface, and a second reflecting surface located at the center of the ring of the first reflecting surface and facing the second reflecting surface. An apparatus for creating a distance image, which is an optical component including a second light transmitting surface that transmits light from the second reflecting surface.
対象物に照射した光の反射光を測定することにより、距離画像を作成する距離画像の作成装置であって、
360°全周の側方へ向けて光が出射可能に形成された光学部品と、
前記光学部品へ向けて光を出射する光出射部と、
前記光学部品の外部に配置されて、前記光学部品から出射されて反射してきた光を、全方位あるいは目標範囲から受ける少なくとも一つ以上の受光部と、
前記反射光を測定し、前記反射光の情報に基づいて、全方位あるいは目標範囲からの測距領域の距離画像を作成する画像作成部とを備えており、
前記光学部品が、光学部品中心の光軸回りに回転対称に形成されて、360°全周の側方へ光が出射可能に形成された環状の第一透光面と、前記第一透光面と互いに略対向するように環状に形成されて光学部品外へ光を反射するように形成された第一反射面と、前記第一透光面の環内の中央部に設けられ前記第一反射面への反射光を前記第一反射面に向けて反射する第二反射面と、前記第一反射面の環内中央部に位置し前記第二反射面と対向して前記光出射部から出射した光を前記第二反射面へ向けて光を透過して入射する第二透光面とを備えた光学部品であることを特徴とする距離画像の作成装置。
It is a distance image creation device that creates a distance image by measuring the reflected light of the light that irradiates the object.
Optical components that are formed so that light can be emitted toward the sides of the entire 360 ° circumference,
A light emitting unit that emits light toward the optical component,
At least one light receiving unit that is arranged outside the optical component and receives the light emitted from the optical component and reflected from the omnidirectional or target range.
It is provided with an image creation unit that measures the reflected light and creates a distance image of a distance measuring region from an omnidirectional or target range based on the information of the reflected light.
The optical component is formed in a rotationally symmetrical manner around the optical axis at the center of the optical component, and an annular first translucent surface formed so that light can be emitted laterally around the entire circumference of 360 °, and the first translucent surface. The first reflective surface, which is formed in an annular shape so as to substantially face each other and reflects light to the outside of the optical component, and the first one, which is provided at the center of the ring of the first translucent surface. From the second reflecting surface that reflects the light reflected to the reflecting surface toward the first reflecting surface, and from the light emitting portion that is located at the center of the ring of the first reflecting surface and faces the second reflecting surface. An apparatus for creating a distance image, which is an optical component including a second translucent surface that transmits the emitted light toward the second reflecting surface and is incident.
対象物に照射した光の反射光を測定することにより、距離画像を作成する距離画像の作成装置であって、
360°全周の側方へ向けて光が出射可能に形成された光学部品と、
前記光学部品へ向けて光を出射する光出射部と、
前記光学部品から出射されて反射してきた光を、全方位あるいは目標範囲から受ける受光部と、
前記光学部品と前記受光部との間で、共通する光軸を有する出射光と反射光とを分離するように構成された光分離機構と、
前記反射光を測定し、前記反射光の情報に基づいて、全方位あるいは目標範囲からの測距領域の距離画像を作成する画像作成部とを備えており、
前記光学部品が、光学部品中心の光軸回りに回転対称に形成されて、360°全周の側方の光が入出射可能に形成された環状の第一透光面と、前記第一透光面と互いに略対向するように環状に形成されて光学部品内へ光を反射するように形成された第一反射面と、前記第一透光面の環内の中央部に設けられ前記第一反射面からの反射光を前記第一反射面の環の内側部分に向けて反射する第二反射面と、前記第一反射面の環内中央部に位置し前記第二反射面と対向して前記第二反射面からの光を透過する第二透光面とを備えた光学部品であり、
前記受光部は、前記光分離機構により分離された前記反射光を受光するように構成されていることを特徴とする距離画像の作成装置。
It is a distance image creation device that creates a distance image by measuring the reflected light of the light that irradiates the object.
Optical components that are formed so that light can be emitted toward the sides of the entire 360 ° circumference,
A light emitting unit that emits light toward the optical component,
A light receiving unit that receives the light emitted from the optical component and reflected from the omnidirectional or target range.
An optical separation mechanism configured to separate emitted light and reflected light having a common optical axis between the optical component and the light receiving unit.
It is provided with an image creation unit that measures the reflected light and creates a distance image of a distance measuring region from an omnidirectional or target range based on the information of the reflected light.
The optical component is formed in a rotationally symmetric manner around the optical axis at the center of the optical component, and an annular first translucent surface formed so that light on the entire circumference of 360 ° can enter and exit, and the first transmissive surface. A first reflecting surface formed in an annular shape so as to substantially face the light surface and reflecting light into an optical component, and a first reflecting surface provided in a central portion of the ring of the first transmissive surface. A second reflecting surface that reflects the light reflected from the first reflecting surface toward the inner portion of the ring of the first reflecting surface, and a second reflecting surface located at the center of the ring of the first reflecting surface and facing the second reflecting surface. It is an optical component provided with a second light transmitting surface that transmits light from the second reflecting surface.
The light receiving unit is a distance image creating device characterized in that it is configured to receive the reflected light separated by the light separation mechanism.
前記第一透光面に入射した光のうち、所定の入射角の光のみが、前記第二透光面を経て、前記光学部品の光軸に略平行に前記受光部へ進むように設計されていることを特徴とする請求項1または請求項3に記載の距離画像の作成装置。 Of the light incident on the first translucent surface, only light having a predetermined incident angle is designed to travel through the second transmissive surface to the light receiving portion substantially parallel to the optical axis of the optical component. The device for creating a distance image according to claim 1 or 3, wherein the distance image is created. 前記光出射部から、前記光学部品の光軸に略平行に前記第二透光面に入射した光が、前記第二反射面、前記第一反射面および第一透光面を経て360°全周の側方の測距領域へ進み、前記測距領域内の前記対象物からの前記反射光が前記受光部へ進むように設計されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の距離画像の作成装置。 Light incident on the second light-transmitting surface from the light emitting portion substantially parallel to the optical axis of the optical component passes through the second reflection surface, the first reflection surface, and the first light-transmitting surface at 360 °. The second or third aspect of the present invention is characterized in that the light is designed to advance to the distance measuring region on the side of the periphery and the reflected light from the object in the ranging region travels to the light receiving portion. The device for creating the described distance image. 前記光出射部から、前記光学部品の光軸に略平行に前記第二透光面に入射した光が、前記第二反射面、前記第一反射面および第一透光面を経て、360°全周の側方の測距領域へ進み、前記第一透光面に入射した前記測距領域内の前記対象物からの反射光のうち、所定の入射角の光のみが、前記第二透光面を経て、前記光学部品の光軸に略平行に前記受光部へ進むように設計されていることを特徴とする請求項3に記載の距離画像の作成装置。 Light incident on the second translucent surface from the light emitting portion substantially parallel to the optical axis of the optical component passes through the second reflecting surface, the first reflecting surface, and the first translucent surface, and is 360 °. Of the reflected light from the object in the distance measuring region, which is incident on the first translucent surface, only the light having a predetermined incident angle is the second transmissive light. The distance image creating apparatus according to claim 3, wherein the device is designed so as to travel through an optical surface to the light receiving portion substantially parallel to the optical axis of the optical component. 前記光出射部が、前記光学部品の前記第二反射面に、前記光学部品の中心の光軸を中心とした環状光を形成するように構成されていることを特徴とする請求項2、請求項3、請求項5または請求項6に記載の距離画像の作成装置。 2. The claim, wherein the light emitting portion is configured to form an annular light centered on the optical axis at the center of the optical component on the second reflecting surface of the optical component. Item 3. The device for creating a distance image according to claim 5 or 6. 前記光出射部が、レーザー光を光源として、前記第二反射面を環状にスキャニングすることにより、前記環状光を形成するように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の距離画像の作成装置。 The distance image according to claim 7, wherein the light emitting portion is configured to form the annular light by scanning the second reflecting surface in an annular shape using a laser beam as a light source. Creation device. 前記光学部品に入射する光の前記光学部品内の光路が、少なくとも、1回の凹面反射を含む反射によって形成されるように設計されて、
ワークディスタンスがマイナスになるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の距離画像の作成装置。
The optical path of light incident on the optical component is designed to be formed by reflection including at least one concave reflection.
The device for creating a distance image according to any one of claims 1 to 8, wherein the work distance is configured to be negative.
前記光学部品に入射する光の前記光学部品内の光路が、1回の凹面反射と1回の凸面反射を含む反射と、1.90以下の屈折率での屈折とによって形成されるように設計されて、
前記光学部品における垂直方向の歪みが、全方位視野において解消されるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の距離画像の作成装置。
Designed so that the optical path of light incident on the optical component is formed by reflection including one concave reflection and one convex reflection, and refraction at a refractive index of 1.90 or less. Being done
The distance image creating apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the distortion in the vertical direction in the optical component is eliminated in an omnidirectional field of view.
前記受光部において、撮像素子が用いられていることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の距離画像の作成装置。 The device for creating a distance image according to any one of claims 1 to 10, wherein an image sensor is used in the light receiving unit. 所望する測距領域に対応する画像だけを、当該画像の面積の50〜250%の撮像面積を有する前記撮像素子で撮像するように構成されていることを特徴とする請求項11に記載の距離画像の作成装置。 The distance according to claim 11, wherein only an image corresponding to a desired ranging region is imaged by the image pickup device having an image pickup area of 50 to 250% of the area of the image. Image creation device. 前記光出射部が、複数の光源を備えて、複数の前記光源の全てが同時に発光しないように間引き点滅して発光するように構成され、
前記画像作成部が、各点滅において作成された距離画像を合成して1つの距離画像を作成するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の距離画像の作成装置。
The light emitting unit is provided with a plurality of light sources, and is configured to blink and emit light by thinning out so that all of the plurality of light sources do not emit light at the same time.
The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the image creating unit is configured to combine the distance images created in each blinking to create one distance image. Distance image creation device.
前記第二透光面が空間部で構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の距離画像の作成装置。 The device for creating a distance image according to any one of claims 1 to 13, wherein the second translucent surface is composed of a space portion.
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