JP2023116125A - Measuring apparatus - Google Patents

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幸雄 林
Yukio Hayashi
義朗 伊藤
Yoshiro Ito
秀倫 曽根
Hidemichi Sone
和也 本橋
Kazuya Motohashi
祐太 春瀬
Yuta HARUSE
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Koito Manufacturing Co Ltd
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Abstract

To provide a measuring apparatus capable of improving resolution.SOLUTION: A measuring apparatus comprises a light emission section including a light-emitting element emitting light to an object, and a light receiving element receiving light of the light emission section reflected by the object. An instant angle of view in a first direction of the light-emitting element is smaller than an instant angle of view in the first direction of the light receiving element.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、測定装置に関する。 The present invention relates to measuring devices.

特許文献1には、パルス光を射出してから反射光を受光するまでの光の飛行時間に基づいて、反射物までの距離を測定する測距装置が記載されている。 Patent Literature 1 describes a distance measuring device that measures the distance to a reflecting object based on the flight time of light from when pulsed light is emitted until when reflected light is received.

特開2021-152536号公報JP 2021-152536 A

LiDARなどの測定装置を使用する際には、取得する画像の解像度をなるべく向上させることが好ましい。 When using a measurement device such as LiDAR, it is preferable to improve the resolution of the acquired image as much as possible.

本発明は、上記点に鑑み、解像度を向上できる測定装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a measuring apparatus capable of improving resolution.

上記目的を達成するため、本発明は一態様として、対象物に向けて光を発光する発光素子を有する発光部と、前記対象物に反射された前記発光部の光を受光する受光素子と、を備え、前記発光素子の第1方向における瞬時画角は、前記受光素子の前記第1方向における瞬時画角より小さい、測定装置を提供する。 In order to achieve the above object, as one aspect of the present invention, a light-emitting portion having a light-emitting element that emits light toward an object, a light-receiving element that receives the light of the light-emitting portion reflected by the object, wherein the instantaneous angle of view of the light emitting element in the first direction is smaller than the instantaneous angle of view of the light receiving element in the first direction.

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。 In addition, the problems disclosed by the present application and their solutions will be clarified by the description of the mode for carrying out the invention and the drawings.

本発明によれば、解像度を向上できる測定装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the measuring apparatus which can improve a resolution is provided.

第1実施形態における、測定装置1の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measuring device 1 in 1st Embodiment. 第1実施形態における、測定装置1の機能構成の説明図である。2 is an explanatory diagram of the functional configuration of the measuring device 1 in the first embodiment; FIG. 光源12及び受光センサ22の図である。なお、理解を容易にするため、裏面(-Z側)からの透視図としている。3 is a diagram of a light source 12 and a light receiving sensor 22; FIG. In order to facilitate understanding, the diagram is a perspective view from the rear surface (-Z side). 発光素子123、受光素子222、及び対称物90における照射領域の関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the irradiation areas of the light emitting element 123, the light receiving element 222, and the object 90; 第1実施形態における、範囲R及び領域Sでの発光位置及び照射位置の時刻歴を示す図である。4 is a diagram showing time histories of light emission positions and irradiation positions in a range R and a region S in the first embodiment; FIG. 測定方法の一例の説明するためのタイミングチャートである。4 is a timing chart for explaining an example of a measuring method; 第2実施形態における測定装置100の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measuring device 100 in 2nd Embodiment. 第2実施形態における光源112及び受光センサ22の図である。理解を容易にするため、裏面(-Z側)からの透視図としている。It is a figure of the light source 112 and the light receiving sensor 22 in 2nd Embodiment. For easy understanding, the perspective view from the back side (-Z side) is used. 第2実施形態における、照射位置の時刻歴を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the time history of irradiation positions in the second embodiment; 変形例における発光素子及び受光素子の(a)1次元配列の例、(b)1次元配列及び1次元走査の例、及び(c)組み合わせ構成例を示す。(a) an example of one-dimensional array, (b) an example of one-dimensional array and one-dimensional scanning, and (c) an example of combined configuration of light-emitting elements and light-receiving elements in modifications.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、同一の又は類似する構成について共通の符号を付して重複した説明を省略することがある。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, it demonstrates, referring drawings for the form for implementing this invention. In the following description, the same or similar configurations may be denoted by common reference numerals, and redundant description may be omitted.

===第1実施形態===
(概要)
図1は、第1実施形態における測定装置1の全体構成の説明図である。図2では、測定装置1における各機能部に関する機能ブロックが示されている。
===First embodiment===
(overview)
FIG. 1 is an explanatory diagram of the overall configuration of the measuring device 1 according to the first embodiment. In FIG. 2, functional blocks related to each functional unit in the measuring device 1 are shown.

測定装置1は、対象物90までの距離を測定する装置である。測定装置1は、測定光を出射し、対象物90の表面で反射した反射光を検出し、測定光を出射してから反射光を受光するまでの時間を計測することによって、対象物90までの距離をTOF方式(Time of flight)で測定する。測定装置1は、照射部10と、受光部20と、制御部30と、記憶部50とを有する。 The measuring device 1 is a device that measures the distance to the object 90 . The measurement apparatus 1 emits measurement light, detects the reflected light reflected by the surface of the object 90, and measures the time from the emission of the measurement light to the reception of the reflected light. is measured by the TOF method (Time of flight). The measuring device 1 has an irradiation section 10 , a light receiving section 20 , a control section 30 and a storage section 50 .

照射部10は、対象物90に向かって測定光を照射する。照射部10は、所定の画角で測定光を照射することになる。照射部10は、光源12と、投光用光学系14とを有する。光源12は、光を出射する。光源12は、例えば面発光レーザー(VCSEL)により構成される。投光用光学系14は、光源12から出射された光を対象物90に照射する光学系である。 The irradiation unit 10 irradiates the measurement light toward the object 90 . The irradiating unit 10 irradiates measurement light at a predetermined angle of view. The irradiation section 10 has a light source 12 and a projection optical system 14 . The light source 12 emits light. The light source 12 is composed of, for example, a surface emitting laser (VCSEL). The light projection optical system 14 is an optical system that irradiates the object 90 with light emitted from the light source 12 .

以下の説明では、投光用光学系14の光軸(図1において一点鎖線で示す)に沿った方向をZ方向とする。なお、測定装置1の測定対象となる対象物90は、測定装置1に対してZ方向に離れていることになる。また、Z方向に垂直な方向であって、投光用光学系14と受光用光学系24の並ぶ方向をY方向とする。また、Z方向及びY方向に垂直な方向をX方向とする。 In the following description, the direction along the optical axis of the projection optical system 14 (indicated by the dashed-dotted line in FIG. 1) is defined as the Z direction. Note that the object 90 to be measured by the measuring device 1 is separated from the measuring device 1 in the Z direction. A direction perpendicular to the Z direction and in which the light projecting optical system 14 and the light receiving optical system 24 are arranged is defined as the Y direction. A direction perpendicular to the Z direction and the Y direction is defined as the X direction.

投光用光学系14は、光源12から出射される光を対象物90に向かって照射するための光学系である。投光用光学系14の焦点面内に光源12が配置されている。投光用光学系14は、光源12の発光素子123(後述)から射出された光をコリメート光として対象物90に照射する。投光用光学系14は、複数枚(例えば5~7枚)のレンズで構成されたレンズ群によってそれぞれ構成される(図1では、投光用光学系14のレンズ群が簡易的に示されている)。 The light projection optical system 14 is an optical system for irradiating the object 90 with the light emitted from the light source 12 . A light source 12 is arranged in the focal plane of the projection optical system 14 . The light projecting optical system 14 irradiates the object 90 with light emitted from a light emitting element 123 (described later) of the light source 12 as collimated light. The light projecting optical system 14 is composed of a lens group composed of a plurality of (for example, 5 to 7) lenses (in FIG. 1, the lens group of the light projecting optical system 14 is simply shown). ing).

受光部20は、対象物90からの反射光を受光する。受光部20は、対象物90からの反射光を受光することになる。受光部20は、受光センサ22と、受光用光学系24とを有する。 The light receiving unit 20 receives reflected light from the object 90 . The light receiving section 20 receives reflected light from the object 90 . The light receiving section 20 has a light receiving sensor 22 and a light receiving optical system 24 .

受光用光学系24は、対象物90からの反射光を受光センサ22に受光させるための光学系である。受光用光学系24の焦点面内に受光センサ22が配置されている。受光用光学系24は、対象物90の反射光を受光センサ22の受光素子222(後述)に集光する。受光用光学系24も、投光用光学系14と同様に、複数枚(例えば5~7枚)のレンズで構成されたレンズ群によってそれぞれ構成されている(図1では、受光用光学系24のレンズ群が簡易的に示されている)。 The light-receiving optical system 24 is an optical system for causing the light-receiving sensor 22 to receive the reflected light from the object 90 . A light receiving sensor 22 is arranged in the focal plane of the light receiving optical system 24 . The light-receiving optical system 24 collects the light reflected by the object 90 onto a light-receiving element 222 (described later) of the light-receiving sensor 22 . The light-receiving optical system 24, like the light-projecting optical system 14, is each composed of a lens group composed of a plurality of (for example, 5 to 7) lenses (in FIG. 1, the light-receiving optical system 24 lens group is simply shown).

光源12及び受光センサ22の詳しい構成については、後述する。 Detailed configurations of the light source 12 and the light receiving sensor 22 will be described later.

制御部30は、測定装置1の制御を司る(図2)。制御部30は、照射部10からの光の照射を制御する。また、制御部30は、受光部20の出力結果に基づいて、対象物90までの距離をTOF方式(Time of flight)で測定する。制御部30は、不図示の演算装置及び記憶装置を有する。演算装置は、例えばCPU、GPUなどの演算処理装置である。演算装置の一部がアナログ演算回路で構成されても良い。 The control unit 30 controls the measuring device 1 (FIG. 2). The control unit 30 controls irradiation of light from the irradiation unit 10 . Further, the control unit 30 measures the distance to the object 90 by the TOF method (time of flight) based on the output result of the light receiving unit 20 . The control unit 30 has an arithmetic device and a storage device (not shown). The arithmetic device is, for example, an arithmetic processing device such as a CPU or GPU. A part of the arithmetic device may be composed of an analog arithmetic circuit.

記憶部50は、主記憶装置と補助記憶装置とにより構成され、プログラムやデータを記憶する装置である。記憶部50に記憶されているプログラムを演算装置が実行することにより、対象物90までの距離を測定するための各種処理が実行される。 The storage unit 50 is configured by a main storage device and an auxiliary storage device, and is a device that stores programs and data. Various processes for measuring the distance to the object 90 are executed by the arithmetic device executing the program stored in the storage unit 50 .

記憶部50は、制御部30が取得したデータを記憶することができる。例えば、受光部20が反射光を受光して得られたデータが記憶部50に保存され、その後の解析処理等に利用される。 The storage unit 50 can store data acquired by the control unit 30 . For example, data obtained by the light receiving unit 20 receiving the reflected light is stored in the storage unit 50 and used for subsequent analysis processing and the like.

制御部30は、設定部32と、タイミング制御部34と、測距部36とを有する。設定部32は、各種設定を行う。タイミング制御部34は、各部の処理タイミングを制御する。例えば、タイミング制御部34は、光源12から光を射出させるタイミングなどを制御する。測距部36は、対象物90までの距離を測定する。測距部36は、信号処理部362と、時間検出部364と、距離算出部366とを有する。信号処理部362は、受光センサ22の出力信号を処理する。時間検出部364は、光の飛行時間(光を照射してから反射光が到達するまでの時間)を検出する。距離算出部366は、対象物90までの距離を算出する。 The control section 30 has a setting section 32 , a timing control section 34 and a distance measurement section 36 . The setting unit 32 performs various settings. The timing control section 34 controls the processing timing of each section. For example, the timing control unit 34 controls the timing of emitting light from the light source 12 and the like. The distance measuring unit 36 measures the distance to the object 90 . The distance measurement section 36 has a signal processing section 362 , a time detection section 364 and a distance calculation section 366 . The signal processing section 362 processes the output signal of the light receiving sensor 22 . The time detection unit 364 detects the time of flight of light (time from irradiation of light to arrival of reflected light). The distance calculator 366 calculates the distance to the object 90 .

(光源及び受光センサ)
光源12は、図3に示すように、XY平面(X方向及びY方向に平行な面)に平行な発光面を有する。発光面は、矩形状に構成されている。光源12から射出された光は、投光用光学系14を介して、対象物90に照射される。
(light source and light receiving sensor)
The light source 12 has a light emitting surface parallel to the XY plane (surface parallel to the X direction and the Y direction), as shown in FIG. The light emitting surface is configured in a rectangular shape. The light emitted from the light source 12 is applied to the object 90 via the light projecting optical system 14 .

光源12は、2次元配置された複数の発光素子123を有している。第1実施形態では、それぞれの発光素子123は、制御部30によって生成される画像の1画素に対応する。 The light source 12 has a plurality of light emitting elements 123 arranged two-dimensionally. In the first embodiment, each light emitting element 123 corresponds to one pixel of the image generated by the controller 30. FIG.

受光センサ22は、図3に示すように、2次元配置された複数の受光素子222を有している。受光素子222は、受光量に応じた信号を出力する。受光素子222の具体例としては様々な種類の素子が考えられるが、一例としてSPAD(Single Photon Avalanche Diode)である。SPADで構成された受光素子222は、フォトンを検出するとパルス信号を出力する。発光素子123は投光用光学系14を介して対象物90に光を照射する。 The light receiving sensor 22 has a plurality of light receiving elements 222 arranged two-dimensionally, as shown in FIG. The light receiving element 222 outputs a signal corresponding to the amount of light received. Various types of elements can be considered as specific examples of the light receiving element 222, and one example is SPAD (Single Photon Avalanche Diode). A light-receiving element 222 composed of a SPAD outputs a pulse signal when it detects a photon. The light emitting element 123 irradiates the object 90 with light through the light projecting optical system 14 .

ある発光素子123によって発せられた光を受光する受光素子222の対応関係は予め決められている。詳細に述べると、1つの発光素子123に対して複数の受光素子222が反射光を受光可能に対応付けられており、或る受光素子222の検出位置は、対応する発光素子123の発光位置と共役である。 The correspondence between the light receiving elements 222 that receive the light emitted by a certain light emitting element 123 is determined in advance. More specifically, a plurality of light receiving elements 222 are associated with one light emitting element 123 so as to be able to receive reflected light. is conjugate.

本実施形態では、図3及び図4に示すように、4つの発光素子123が1つの受光素子222に対応付けられている。図3では、対応関係にある4つの発光素子123及び受光素子222の範囲を範囲Rとして太線にて示している。範囲Rは、a、b、c…の各行、及び、1、2、3…の各列に形成される。 In this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, four light emitting elements 123 are associated with one light receiving element 222. FIG. In FIG. 3, the ranges of the four light emitting elements 123 and the light receiving elements 222 that are in a corresponding relationship are indicated by a thick line as a range R. As shown in FIG. A range R is formed in each row of a, b, c, . . . and each column of 1, 2, 3, .

換言すれば、受光素子222は、対応する範囲R内に有る4つの発光素子123の反射光を受光することができる。例えば、a行1列の受光素子222は、a行1列の範囲Rにある4つの発光素子123の発光を受光、検知できる。このとき、発光素子123から出射した測定光は、対象物90上の領域Sで反射し、対応する受光素子222によって受光される(図4)。 In other words, the light receiving element 222 can receive the reflected light of the four light emitting elements 123 within the corresponding range R. For example, the light receiving element 222 in row a, column 1 can receive and detect light emitted from four light emitting elements 123 in range R in row a, column 1. At this time, the measurement light emitted from the light emitting element 123 is reflected by the area S on the object 90 and is received by the corresponding light receiving element 222 (FIG. 4).

受光素子222の瞬時画角は発光素子123の瞬時画角の2倍以上であり、受光素子222は、対応する4つの発光素子123が発した光を受光可能である。瞬時画角は、一例として発光素子123において0.1度と設定され、受光素子222において0.2度と設定される。受光素子222の瞬時画角が発光素子123の2倍以上であるため、受光素子222は、対応する範囲R内にある4つの発光素子123の光を受光できる。 The instantaneous angle of view of the light receiving element 222 is at least twice the instantaneous angle of view of the light emitting element 123 , and the light receiving element 222 can receive light emitted by the corresponding four light emitting elements 123 . For example, the instantaneous angle of view is set to 0.1 degrees for the light emitting element 123 and 0.2 degrees for the light receiving element 222 . Since the instantaneous angle of view of the light receiving element 222 is at least twice that of the light emitting element 123, the light receiving element 222 can receive light from the four light emitting elements 123 within the corresponding range R.

なお、発光素子123や受光素子222の数、配列または瞬時画角は、上記のものに限られない。例えば、9つの発光素子123に対して、1個の受光素子222が受光可能に対応付けられていてもよい。また、光源12及び受光センサ22が一次元(つまり直線状)に配列されていてもよい。いずれの構成においても、発光素子123の瞬時画角よりも受光素子222の瞬時画角は大きい。 The number, arrangement, or instantaneous angle of view of the light-emitting elements 123 and the light-receiving elements 222 are not limited to those described above. For example, one light receiving element 222 may be associated with nine light emitting elements 123 so as to be able to receive light. Alternatively, the light source 12 and the light receiving sensor 22 may be arranged one-dimensionally (that is, linearly). In either configuration, the instantaneous angle of view of the light receiving element 222 is larger than the instantaneous angle of view of the light emitting element 123 .

(測定時の処理)
測定時における、制御部30(タイミング制御部34)による発光素子123の制御は図5に示すように、各範囲Rにおいて実行される。制御部30(タイミング制御部34)は、照射部10の光源12に所定の周期でパルス光を出射させても良い。
(Processing during measurement)
Control of the light-emitting element 123 by the controller 30 (timing controller 34) during measurement is performed in each range R, as shown in FIG. The control unit 30 (timing control unit 34) may cause the light source 12 of the irradiation unit 10 to emit pulsed light at a predetermined cycle.

詳細に述べると、制御部30は各範囲R内にある4つの発光素子123を、定められた順番、かつ、一定の周期で順次発光させる。図3及び図5の例では、各範囲Rにおいて+X-Y側、+X+Y側、-X-Y側、-X+Y側の発光素子123の発光が、一定時間間隔で順次行われ、繰り返される。これに伴い、各領域S内においても、+X-Y側、+X+Y側、-X-Y側、-X+Y側の4つの異なる位置に順次測定光が照射される。対応する受光素子222は、図4に示すように、4つの発光素子123に対応するパルス状の反射光を順次受光する。 Specifically, the control unit 30 sequentially causes the four light emitting elements 123 within each range R to emit light in a predetermined order and at a constant cycle. In the examples of FIGS. 3 and 5, the +XY side, +X+Y side, −XY side, and −X+Y side of the light emitting elements 123 in each range R sequentially emit light at regular time intervals and are repeated. Along with this, within each region S, four different positions on the +XY side, the +X+Y side, the -XY side, and the -X+Y side are sequentially irradiated with the measurement light. The corresponding light receiving element 222 sequentially receives the pulsed reflected light corresponding to the four light emitting elements 123, as shown in FIG.

受光部20による反射光の受光により得られたデータは、記憶部50に保存されるとともに、以下のように処理される。 Data obtained by receiving the reflected light by the light receiving unit 20 is stored in the storage unit 50 and processed as follows.

図6は、測定方法の一例の説明するためのタイミングチャートである。図6の上側には、光源12がパルス光を出射するタイミング(出射タイミング)が示されている。図6の中央には、パルス状の反射光が到達するタイミング(到達タイミング)が示されている。受光素子222は、受光量に応じた信号を出力する。図6の下側には、受光素子222の出力信号が示されている。 FIG. 6 is a timing chart for explaining an example of the measuring method. The upper part of FIG. 6 shows the timing (emission timing) at which the light source 12 emits pulsed light. The center of FIG. 6 shows the timing (arrival timing) at which the pulsed reflected light arrives. The light receiving element 222 outputs a signal corresponding to the amount of light received. The lower part of FIG. 6 shows the output signal of the light receiving element 222 .

制御部30の測距部36(信号処理部362)は、受光素子222の出力信号に基づいて、反射光の到達タイミングを検出する。例えば、信号処理部362は、受光素子222の出力信号のピークのタイミングに基づいて、反射光の到達タイミングを検出する。なお、信号処理部362は、外乱光(例えば太陽光)の影響を除去するため、受光素子222の出力信号のDC成分をカットした信号のピークに基づいて、反射光の到達タイミングを求めても良い。 The distance measurement unit 36 (signal processing unit 362 ) of the control unit 30 detects the arrival timing of the reflected light based on the output signal of the light receiving element 222 . For example, the signal processor 362 detects the arrival timing of the reflected light based on the peak timing of the output signal of the light receiving element 222 . In addition, in order to remove the influence of disturbance light (for example, sunlight), the signal processing unit 362 may obtain the arrival timing of the reflected light based on the peak of the signal obtained by cutting the DC component of the output signal of the light receiving element 222. good.

次に、測距部36(時間検出部364)は、光の出射タイミングと、光の到達タイミングとに基づいて、光を照射してから反射光が到達するまでの時間Tfを検出する。時間Tfは、測定装置1と対象物90との間を光が往復する時間に相当する。そして、測距部36(距離算出部366)は、時間Tfに基づいて、対象物90までの距離を算出する。 Next, the distance measurement unit 36 (time detection unit 364) detects the time Tf from when the light is emitted to when the reflected light arrives, based on the light emission timing and the light arrival timing. The time Tf corresponds to the time it takes the light to make a round trip between the measurement device 1 and the object 90 . Then, the distance measuring section 36 (distance calculating section 366) calculates the distance to the object 90 based on the time Tf.

上記のような処理により、制御部30は、各発光素子123に対応した画素を持つ画像を生成するとともに、画素毎に対象物90までの距離を算出し、距離画像を生成することができる。 Through the above processing, the control unit 30 can generate an image having pixels corresponding to the light emitting elements 123, calculate the distance to the object 90 for each pixel, and generate a distance image.

===第2実施形態===
第2実施形態による測定装置100について、図7から図9を用いて以下に説明する。
=== Second Embodiment ===
A measuring device 100 according to the second embodiment will be described below with reference to FIGS. 7 to 9. FIG.

測定装置100の照射部110は、光源12とは構成の異なる光源112を備える。また、測定装置100は、走査部40をさらに備える(図7)。測定装置100における、その他の構成は、測定装置1と同様である。以下では、第1実施形態の測定装置1と同様の構成または部品等に対しては同じ参照番号を付し、説明を省略する。 The irradiation unit 110 of the measurement device 100 includes a light source 112 having a configuration different from that of the light source 12 . Moreover, the measuring device 100 further includes a scanning unit 40 (FIG. 7). Other configurations of the measuring device 100 are the same as those of the measuring device 1 . Below, the same reference numbers are attached to the same configurations or parts as those of the measuring apparatus 1 of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

走査部40は、測定光の照射される角度を変化させることにより、測定光を走査させる機能を有する。走査方法は、フォトニック結晶、液晶などさまざまなものが採用され得る。例えば、走査部40がガルバノスキャナやMEMSミラー等のように、回転または移動する鏡を備え、この鏡にレーザー光を反射させてレーザー光を走査させる構成とすることができる。鏡は、1以上の平面鏡でもよいし、多面体形状に形成されてもよい。あるいは、走査部40がモータ等の駆動装置を備え、投光用光学系14をXY方向に移動させることによって測定光を走査させてもよい。 The scanning unit 40 has a function of scanning the measurement light by changing the irradiation angle of the measurement light. Various scanning methods such as photonic crystals and liquid crystals can be employed. For example, the scanning unit 40 may have a mirror that rotates or moves, such as a galvanometer scanner or a MEMS mirror, and the laser beam may be reflected by the mirror and scanned with the laser beam. The mirrors may be one or more plane mirrors, or may be formed in a polyhedral shape. Alternatively, the scanning unit 40 may include a driving device such as a motor, and the measurement light may be scanned by moving the light projecting optical system 14 in the XY directions.

光源112は発光素子123を備えるが、発光素子123の数は第1実施形態と異なり、受光素子222の数と同じである。図8に示すように、発光素子123は範囲R内に1つずつ配列され、受光素子222は対応する1つの発光素子123の光を受光可能である。 The light source 112 includes light emitting elements 123, and the number of light emitting elements 123 is the same as the number of light receiving elements 222 unlike the first embodiment. As shown in FIG. 8, the light emitting elements 123 are arranged one by one within the range R, and the light receiving element 222 can receive the light of one corresponding light emitting element 123 .

受光センサ22は、図8に示すように、2次元配置された複数の受光素子222を有している。この構成は第1実施形態と同じである。受光素子222は発光素子123と同じ行数及び同じ列数で配列される。 The light receiving sensor 22 has a plurality of light receiving elements 222 arranged two-dimensionally, as shown in FIG. This configuration is the same as the first embodiment. The light receiving elements 222 are arranged in the same number of rows and the same number of columns as the light emitting elements 123 .

測定時における制御部30(タイミング制御部34)による制御は図9に示すように実行される。制御部30は、各範囲Rにおいて発光素子123を一定周期で発光させる。同時に制御部30は、走査部40を制御して、走査光の方向を発光素子123の発光の度に変更する。具体的には、図10に示すように、領域S内の4つの異なる位置(+X-Y側、+X+Y側、-X-Y側、-X+Y側)に順次測定光を照射し、これを繰り返す。 Control by the control section 30 (timing control section 34) during measurement is performed as shown in FIG. The control unit 30 causes the light emitting element 123 to emit light in each range R at regular intervals. At the same time, the control unit 30 controls the scanning unit 40 to change the direction of the scanning light each time the light emitting element 123 emits light. Specifically, as shown in FIG. 10, four different positions (+XY side, +X+Y side, −XY side, −X+Y side) in the region S are sequentially irradiated with the measurement light, and this is repeated. .

このように測定光の出射方向を変えることにより、1つの領域Sに対して4つの測定箇所に測定光を照射し、測定を実行できる。各測定箇所は、取得される画像における画素に相当する。 By changing the emission direction of the measurement light in this manner, measurement can be performed by irradiating the measurement light onto four measurement points in one region S. FIG. Each measurement point corresponds to a pixel in the acquired image.

信号処理部362の制御、及び距離画像の生成方法は、第1実施形態と同じである。 The control of the signal processing unit 362 and the method of generating the distance image are the same as in the first embodiment.

このような処理を行うことにより、制御部30は、発光素子123の数の4倍の画素数を持つ距離画像を生成し、画素毎に対象物90までの距離を算出することができる。 By performing such processing, the control unit 30 can generate a distance image having pixels four times the number of light emitting elements 123 and calculate the distance to the object 90 for each pixel.

===変形例===
上記各実施形態では、発光素子123及び受光素子222はX方向及びY方向に2次元配列されていたが、1次元配列とできる。具体的には、図10(a)の光源312及び受光センサ322に示すように、X方向またはY方向だけに発光素子123または受光素子222を並べてもよい。また、1つの素子(単素子)だけの構成とすることも可能である。
=== Variation ===
Although the light-emitting elements 123 and the light-receiving elements 222 are arranged two-dimensionally in the X and Y directions in each of the above-described embodiments, they can be arranged one-dimensionally. Specifically, as shown in the light source 312 and the light receiving sensor 322 in FIG. 10A, the light emitting elements 123 or the light receiving elements 222 may be arranged only in the X direction or the Y direction. It is also possible to have a configuration with only one element (single element).

また、上記各実施形態において、走査部40は、X方向及びY方向に測定光を走査させていたが、1方向(1次元)に走査を実行してもよい。例えば、図10(b)の光源412及び受光センサ422に示すように、発光素子123をX方向に1次元配列し、走査部40によって測定光をX方向に走査させることで、取得する画像の画素数を増加させることが可能である。 Further, in each of the above-described embodiments, the scanning unit 40 scans the measurement light in the X direction and the Y direction, but scanning may be performed in one direction (one dimension). For example, as shown in the light source 412 and the light receiving sensor 422 in FIG. 10B, the light emitting elements 123 are arranged one-dimensionally in the X direction, and the scanning unit 40 scans the measurement light in the X direction. It is possible to increase the number of pixels.

その他変形例として、図10(c)には発光素子123及び受光素子222の配列、並びに走査部40の走査方法の組み合わせを列挙している。これらは例示であり、それ以外の配列、走査方法も考えられる。 As other modifications, combinations of the arrangement of the light emitting elements 123 and the light receiving elements 222 and the scanning method of the scanning unit 40 are listed in FIG. These are only examples, and other arrangements and scanning methods are also conceivable.

===小括===
上記各実施形態及び変形例では、測定装置1、100は、対象物90に向けて光を発光する発光素子123を有する光源12(発光部に相当する)と、対象物90に反射された光源12、112の光を受光する受光素子222と、を備え、発光素子123のX方向またはY方向(第1方向に相当)における瞬時画角は、受光素子222の第1方向における瞬時画角より小さい。
===Summary===
In each of the above-described embodiments and modifications, the measurement apparatus 1 and 100 include the light source 12 (corresponding to the light emitting unit) having the light emitting element 123 that emits light toward the object 90, and the light source reflected by the object 90. and a light receiving element 222 for receiving light of 12, 112, and the instantaneous angle of view of the light emitting element 123 in the X direction or the Y direction (corresponding to the first direction) is larger than the instantaneous angle of view of the light receiving element 222 in the first direction. small.

上記構成により、受光素子222の数よりも多くの画素及び測定点を有する、すなわち高い解像度を有する画像を生成することが可能となる。換言すれば、画像の画素数に比較して、少ない受光素子222の数とし、簡易な構成で測定装置1、100を構成することができる。 With the above configuration, it is possible to generate an image having more pixels and measurement points than the number of light receiving elements 222, that is, having a high resolution. In other words, the number of light-receiving elements 222 is small compared to the number of pixels of the image, and the measurement apparatus 1, 100 can be configured with a simple configuration.

光源12、112は、第1方向に並んだ複数の発光素子123(第1発光素子に相当)を有し、受光素子222は、第1方向に並ぶ複数の発光素子123の反射光を受光可能である。また、発光素子123の第1方向における瞬時画角は、受光素子222の第1方向における瞬時画角よりも小さい。 The light sources 12 and 112 have a plurality of light emitting elements 123 (corresponding to first light emitting elements) arranged in the first direction, and the light receiving element 222 can receive reflected light from the plurality of light emitting elements 123 arranged in the first direction. is. Also, the instantaneous angle of view of the light emitting element 123 in the first direction is smaller than the instantaneous angle of view of the light receiving element 222 in the first direction.

上記構成では、受光素子222が複数の発光素子123から受光するため、受光素子222の数よりも多くの画素及び測定点を有する、すなわち高い解像度を有する画像を生成することが可能となる。 In the above configuration, since the light receiving element 222 receives light from the plurality of light emitting elements 123, it is possible to generate an image having more pixels and measurement points than the number of light receiving elements 222, that is, having high resolution.

光源12は、第1方向に交差する第2方向に並ぶ複数の発光素子123(第2発光素子に相当)を有し、受光素子222は、第2方向に並ぶ複数の発光素子123の反射光を受光可能である。 The light source 12 has a plurality of light emitting elements 123 (corresponding to second light emitting elements) arranged in a second direction that intersects the first direction, and the light receiving element 222 receives reflected light from the plurality of light emitting elements 123 arranged in the second direction. can be received.

上記構成では、2次元配列された複数の発光素子123の光を受光素子222が受光可能であるから、受光素子222は、2次元に配列された画素を取得することが可能である。高い解像度を有する画像を生成することが可能となる。 In the above configuration, the light receiving element 222 can receive light from the plurality of light emitting elements 123 arranged two-dimensionally, so the light-receiving element 222 can obtain pixels arranged two-dimensionally. It is possible to generate images with high resolution.

光源12は、発光を行う度に、発光させる発光素子123を切り替える。 The light source 12 switches the light emitting element 123 to emit light each time it emits light.

上記構成により、受光素子222の数よりも多くの画素及び測定点を有する、すなわち高い解像度を有する画像を生成することが可能となる。 With the above configuration, it is possible to generate an image having more pixels and measurement points than the number of light receiving elements 222, that is, having a high resolution.

測定装置100は、発光素子123から出射した光を第1方向及び第1方向に交差する第2方向の少なくとも1つの方向に走査する走査部40をさらに備える。 The measurement apparatus 100 further includes a scanning unit 40 that scans the light emitted from the light emitting element 123 in at least one of a first direction and a second direction intersecting the first direction.

上記構成では走査部40を用いて測定光を走査するため、発光素子123の数をさらに減少させることが可能である。 Since the scanning unit 40 is used to scan the measurement light in the above configuration, the number of the light emitting elements 123 can be further reduced.

光源12、112は、第1方向において異なる位置に光を走査可能であり、受光素子222は、異なる位置に照射された光の反射光を受光可能である。 The light sources 12 and 112 can scan light to different positions in the first direction, and the light receiving element 222 can receive reflected light of the light irradiated to different positions.

上記構成とすることにより、各位置の受光結果を画素とした画像を生成することが可能となる。また、測定光を走査するため、発光素子123の数よりも画素数を増やし、解像度の高い画像を生成することが可能となる。 With the above configuration, it is possible to generate an image in which the light receiving result at each position is used as a pixel. Moreover, since the measurement light is scanned, the number of pixels is increased more than the number of the light emitting elements 123, and an image with high resolution can be generated.

測定装置1、100は、第1位置に光源12が光を照射したときに受光素子222が受光した受光結果と、第1位置とは第1方向の位置が異なる第2位置に光源12が光を照射したときに受光素子222が受光した受光結果と、をそれぞれ記憶する記憶部50を更に有する。 The measuring devices 1 and 100 measure the result of light received by the light receiving element 222 when the light source 12 irradiates the light at the first position, and the light source 12 at the second position different in the first direction from the first position. and a light receiving result received by the light receiving element 222 when the light is irradiated.

上記構成では、異なる位置における受光結果が記憶されることにより、位置毎の受光結果を解析し、各位置の受光結果を画素とした画像を生成することが可能となる。 In the above configuration, by storing the results of light reception at different positions, it is possible to analyze the results of light reception for each position and generate an image using the results of light reception at each position as pixels.

以上、本発明の実施形態につき詳述したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の実施形態の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments and includes various modifications. In addition, the above-described embodiment describes the configuration in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the described configurations. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of the above embodiment with another configuration.

1、100 測定装置
10、110 照射部
12、112 光源
14 投光用光学系
20 受光部
22 受光センサ
222 受光素子
24 受光用光学系
90 対象物
1, 100 measuring devices 10, 110 irradiation units 12, 112 light source 14 light projecting optical system 20 light receiving unit 22 light receiving sensor 222 light receiving element 24 light receiving optical system 90 object

Claims (7)

対象物に向けて光を発光する発光素子を有する発光部と、
前記対象物に反射された前記発光部の光を受光する受光素子と、を備え、
前記発光素子の第1方向における瞬時画角は、前記受光素子の前記第1方向における瞬時画角より小さい、測定装置。
a light-emitting unit having a light-emitting element that emits light toward an object;
a light-receiving element that receives the light of the light-emitting unit reflected by the object;
The measuring device, wherein an instantaneous angle of view of the light emitting element in the first direction is smaller than an instantaneous angle of view of the light receiving element in the first direction.
前記発光部は、前記発光素子として、前記第1方向に並んだ複数の第1発光素子を有し、
前記受光素子は、前記第1方向に並ぶ前記複数の第1発光素子の反射光を受光可能である、請求項1に記載の測定装置。
The light emitting unit has a plurality of first light emitting elements arranged in the first direction as the light emitting elements,
2. The measuring device according to claim 1, wherein said light receiving element is capable of receiving reflected light from said plurality of first light emitting elements arranged in said first direction.
前記発光部は、前記発光素子として、前記第1方向に交差する第2方向に並ぶ複数の第2発光素子を有し、
前記受光素子は、前記第2方向に並ぶ前記複数の第2発光素子の反射光を受光可能である、請求項2に記載の測定装置。
The light emitting unit has, as the light emitting elements, a plurality of second light emitting elements arranged in a second direction intersecting the first direction,
3. The measuring device according to claim 2, wherein said light receiving element is capable of receiving reflected light from said plurality of second light emitting elements arranged in said second direction.
前記発光部は、発光を行う度に、発光させる前記発光素子を切り替える、請求項2または3に記載の測定装置。 4. The measuring device according to claim 2, wherein said light emitting unit switches said light emitting element to emit light each time it emits light. 前記発光素子から出射した光を前記第1方向及び前記第1方向に交差する第2方向の少なくとも1つの方向に走査する走査部をさらに備える、請求項1から3のいずれか1項に記載の測定装置。 4. The apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a scanning unit that scans the light emitted from the light emitting element in at least one of the first direction and a second direction crossing the first direction. measuring device. 前記発光部は、前記第1方向の位置が異なる第1位置及び第2位置に光を走査可能であり、
前記受光素子は、前記第1位置及び前記第2位置に照射された光の反射光を受光可能である、請求項1から5のいずれか1項に記載の測定装置。
The light emitting unit can scan light to a first position and a second position that are different in the first direction,
The measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the light receiving element is capable of receiving reflected light of light irradiated to the first position and the second position.
第1位置に前記発光部が光を照射したときに前記受光素子が受光した受光結果と、前記第1位置とは前記第1方向の位置が異なる第2位置に前記発光部が光を照射したときに前記受光素子が受光した受光結果と、をそれぞれ記憶する記憶部を更に有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の測定装置。
The light-receiving result received by the light-receiving element when the light-emitting unit irradiates the light at the first position, and the light-emitting unit irradiates the light at the second position different from the first position in the first direction. 7. The measuring apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a storage unit for storing a light receiving result received by said light receiving element when said light receiving element receives light.
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