JP7002909B2 - 距離画像測定装置及び距離画像測定方法 - Google Patents

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Description

本発明は、距離画像測定装置及び距離画像測定方法に関する。
近年、対象物までの距離を測定する装置が種々知られている。そのなかで、距離画像測定装置は、光源部で対象物に光を照射し、受光部で対象物からの反射光を検出することで対象物までの距離を測定し、対象物の複数個所の距離測定結果に基づいて距離画像として出力するものである。
ここで、光源部は光照射のために熱を発熱する発熱体である。そこで、光源部の熱を熱伝導する部材を配置し、この部材を介して光源で発生した熱を外部に放熱する。このように、光源部で発生した熱を放熱することで、光源部の温度上昇を抑えることができる。このような技術は、例えば、特開２０１５－２０６５９０号公報に記載されている。
特開２０１５－２０６５９０号公報
ここで、距離画像測定装置において、光源部を筐体に対して角度可変とすることが求められる。これは、光源部から照射される光は、ある発散角度内に限られるので、例えば、画像測定装置の設置位置、検出したい対象物までの距離によっては、距離画像測定装置から照射される光の設定角度を変える必要があるからである。特に、距離画像測定装置を室内の天井に設置し、床上の人物等を検出するように、斜め下方向を測定領域として使用される場合に必要性がある。
また、距離画像測定装置では、測定精度を向上するために、光源の発光量を大きくすることや光源を複数個にすることが行われるようになっており、光源部の発熱量が増加する傾向にある。発熱量の増加に伴って光源部の温度が許容値よりも高くなると、光出力の低下や発光波長の変化等が生じ、測定精度の低下を招く恐れがある。したがって、光源部の熱を効果的に放熱して、光源部の温度上昇を抑制することが求められる。
上記の従来技術では、筐体に対して光源部から照射される光の角度を可変にすることは考慮されておらず、光源部から照射される光の角度が変わった場合に、発光体の放熱効果が低下するという問題が生じていた。
本発明の目的は、光源部の照射角度を筐体に対して可変した場合でも光源部の発熱を効果的に放熱できる距離画像測定装置及び距離画像測定方法を提供することである。
上記目的を達成するために本発明は、対象物の各点までの距離を画像的に測定する距離画像測定装置において、センサ部と、前記センサ部を保持する筐体を備え、前記センサ部は、前記対象物に向けて光を照射する光源部と、前記対象物からの反射光を受光する受光部とを含むものであり、前記センサ部は、所定の回転軸の回りに角度可変に前記筐体に保持されており、前記光源部は、前記回転軸と異なる方向に光を照射するものであり、前記回転軸方向に並んで複数の板状の放熱フィンが前記センサ部と共に回転可能に前記センサ部に設けられているように構成した。
あるいは、対象物までの距離を測定する距離画像測定装置において、対象物に向けて光を照射する光源部と、対象物からの反射光を受光する受光部と、前記光源部と前記受光部を含むセンサ部を有し、前記センサ部を保持する筐体を備え、前記光源部から照射される光の中心軸に垂直な方向を回転軸として、前記センサ部が前記回転軸の回りに角度可変の状態で前記筐体に保持されており、前記光源部の発光面および前記受光部の受光面以外の前記センサ部の周囲に、円板状の放熱フィンが設けられた構成とする。
本発明によれば、光源部から照射される光の角度を筐体に対して可変とした構成において、光源部の温度上昇を抑制できる。
本発明の実施例１に係る距離画像測定装置を下方から見た斜視図である。 本発明の実施例１に係る距離画像測定装置の上面図である。 本発明の実施例１に係る距離画像測定装置の断面図である。 本発明の実施例１に係る距離画像測定装置の使用例を示す図である。 本発明の実施例１に係る距離画像測定装置におけるセンサ部の角度の一例を示す図である。 本発明の実施例１に係る距離画像測定装置におけるセンサ部の角度の別の例を示す図である。 本発明の実施例２に係る距離画像測定装置を下方から見た斜視図である。 本発明の実施例３に係る距離画像測定装置を上方から見た斜視図である。 本発明の実施例３に係る距離画像測定装置を下方から見た斜視図である。
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
本発明の実施例１に係る距離画像測定装置１を、図１から図６を用いて説明する。
図１は本実施例の距離画像測定装置１を下方から見た斜視図である。距離画像測定装置１は、測定する対象物に向けて光を照射する光源部２と、対象物からの反射光を受光する受光部３と、光源部２と受光部３を含むセンサ部４と、筐体６とを備える。
本実施例では、水平面をｘｙ平面とし、鉛直方向をｚ軸とし、光源部２から照射される光の中心軸１５ａに垂直なｘｙ面内の軸をｘ軸とする。したがって、ｙ軸は光源部２から照射される光の中心軸１５ａがｘｙ平面に平行な場合の光の照射方向である。
ここで、距離画像測定装置１の測定動作について説明する。距離画像測定装置１は、光源部２から照射される光として２次元的な広がりを持つ光を発光し、撮像素子を利用して対象物３１（図４に図示）まで往復してくる時間から距離を計測する。対象物３１の各座標についての距離を計測し、距離画像を取得する。
あるいは、代替技術として、距離画像測定装置１は、光源部２から照射される光としてレーザを発光し、このレーザが対象物３１まで往復してくる時間から距離を計測する。光源部２は、レーザ光を対象物３１の上下方向及び左右方向に走査して各走査角における距離を計測することで、走査角度である各座標についての距離を計測して対象物における距離画像を取得する。
対象物３１までの距離の計測については、対象物３１までの時間から計測する以外に、例えばステレオカメラ等を用いての両カメラからの視野角の相違等からなどで代替して計測できる。
距離画像測定装置１の測定結果は、図示しない表示部に２次元画像として表示される。
光源部２の発光面および受光部３の受光面以外のセンサ部４の周囲に、円板状の放熱フィン５が備えられる。光源部２から照射される光の中心軸１５ａに垂直で水平面に平行（ｘ軸に平行）な方向を回転軸７として、センサ部４は回転軸７の回りに角度調整可能な状態で筐体６に保持されている。放熱フィン５のフィン面は回転軸７に対して垂直な面内に設けられている。
図２は距離画像測定装置１の上面図であり、図３は図２における距離画像測定装置１のＡ－Ａ断面図である。センサ部４に備えられた円板状の放熱フィン５は、光源部２の発光面と反対側の、センサ部４に対向する筐体６の側面８との間に空隙９をあけて配置されている。
図３において、センサ部４（光源部２）の調整角度として、ｙｚ平面におけるｙ軸からの角度をθとする。光源部２の内部には、光源１０の発光を駆動する光源実装基板１１に取り付けられた光源１０が配置される。図３は、光源部２からの照射光の角度が斜め下方向の場合を示している。
筐体６に対してセンサ部４の角度を変えるには、手動で変えられるようにセンサ部４を回転軸７に対して保持してもよいし、また、回転角度の指示に基づくモータ等の動力を用いて構成してもよい。
筐体６の内部には、光源１０の発光タイミングの制御回路や、受光部３の受光信号により対象物までの距離を求める演算回路や、算出された距離データから対象物の画像を生成する画像処理回路等を含む回路基板１２が備えられる。
筐体６の上部には、筐体６を天井等の外部部材に取り付ける固定部１３が備えられる。固定部１３の鉛直方向に平行な中心軸１４の回りに、筐体６は角度調整可能に構成されている。
図４は距離画像測定装置１の使用例を示す図である。ここでは室内に距離画像測定装置１を設置する場合を示している。距離画像測定装置１は固定部１３を介してねじ等により天井２１に取り付けられる。センサ部４に備えられた光源部２からの照射光１５は、ある発散角度を持って床面２２の上に存在する対象物３１に対して斜め下方向に照射され、対象物３１からの反射光１６がセンサ部４に備えられた受光部３に入射する。本実施例では、光源部２で光が照射されてから受光部３に入射するまでの時間に基づいて、対象物３１までの距離が測定される。
光源部２からの照射光１５の発散角度は有限なので、対象物３１の距離を測定可能な範囲も限られる。したがって、距離画像測定装置１を設置する天井２１の高さや、測定したい対象物３１までの方向と距離に応じて、距離画像測定装置１から対象物３１に照射される光の角度を変える必要がある。
本実施例では、光源部２からの照射光の中心軸１５ａに垂直で水平面に平行な方向を回転軸７として、センサ部４が回転軸７の回りに角度調整可能なことによって、距離画像測定装置１を天井２１に取り付けた後でも、対象物３１の位置に対して所望の照射角度にセンサ部４の姿勢を設定することができる。また、筐体６が固定部１３の鉛直方向に平行な中心軸１４の回りに角度調整可能なことによって、距離画像測定装置１を天井２１に取り付けた後でも、鉛直方向の回りの広い方位角に対して測定可能な状態に距離画像測定装置１の姿勢を設定することができる。
図５と図６を用いて、センサ部４に設けた円板状の放熱フィン５の効果を説明する。図５は距離画像測定装置１におけるセンサ部４の角度の一例として、光源部２から水平方向に光が照射される場合（光源部２からの照射光の中心軸１５ａのｙ軸に対する角度θが０度の場合）を示す図である。図６はセンサ部４の角度の別の例として、光源部２から鉛直下向きに光が照射される場合（照射光の中心軸１５ａのｙ軸に対する角度θが－９０度の場合）を示す図である。
本実施例では、光源部２の発光面および受光部３の受光面以外のセンサ部４の周囲に備えた放熱フィン５を円板状とし、センサ部４に対向する筐体６の側面８と、放熱フィン５の外縁部との間に空隙９が存在することで、センサ部４の角度が回転軸７の回りに変化した場合でも、筐体６の側面８と放熱フィン５の外縁部が接触することはない。この意味では、放熱フィン５は真円でなくても、放熱フィン５の外縁部が接触することがなければ、楕円形状や若干の角状を含んで一部に突起を持つような構成の変形例とすることができる。これにより、センサ部４の角度によらず、空隙９に放熱フィン５が常に存在するので、光源部２から放熱フィン５に伝わった熱が、空隙９を流れる空気に放熱される。さらに、センサ部４の回転軸７を水平面に平行に配置することで、空隙９を鉛直上向きに流れる自然対流４１によって、放熱フィン５に伝わった熱を効率的に放熱することができる。
この意味では、放熱フィン５の熱が自然対流４１によって放熱されるのであれば、放熱フィン５はｙz平面に対して若干の傾きを持ち、重力方向の成分を一部に持った方向に延びる構成の変形例とすることができる。また、センサ部４の回転軸がｘｙ平面（水平面）から傾いて配置される変形例において、放熱フィン５を略重力方向に形成することで、放熱フィン５の熱が自然対流４１によって放熱される構成とすることができる。
以上の構成とすることで、光源部から照射される光の角度を筐体に対して可変とした構成において、光源部から照射される光の角度を変化させた場合でも、光源部の温度上昇を抑制可能な距離画像測定装置を実現できる。
次に、本発明の実施例２に係る距離画像測定装置１０１を、図７を用いて説明する。なお、以下の実施例において、実施例１と共通の部品には実施例１と同じ番号を付与し、詳細な説明は省略する。
図７は本実施例の距離画像測定装置１０１を下方から見た斜視図である。実施例１と異なる点は、筐体１０６の側面にフィン１０２が鉛直方向に沿って形成されていることである。その他は実施例１で説明した構成を備えており、光源部２からの照射光の中心軸に垂直で水平面に平行な回転軸７の回りにセンサ部４の姿勢を設定可能なことや、鉛直方向の回りに距離画像測定装置１０１の姿勢を設定可能なこと、およびセンサ部４に設けた円板状の放熱フィン５により、光源部２から照射される光の角度によらずに自然対流による放熱効果が得られることも実施例１と同様である。
本実施例では、筐体１０６の側面にフィン１０２を設けることで、筐体１０６の表面積を拡大し、筐体１０６の内部に備えられた、図７では図示していない回路基板１２から筐体１０６に伝わった熱の放熱性を高めることができる。また、光源部２で発生した熱が、センサ部４から筐体１０６に伝わり、筐体１０６から放熱される効果も高めることができる。さらに、フィン１０２を鉛直方向に沿って配置することで、鉛直上向きに流れる自然対流によって効率的に放熱することができる。
以上の構成とすることで、光源部の温度上昇をさらに抑制可能な距離画像測定装置を実現できる。
次に、本発明の実施例３に係る距離画像測定装置２０１を、図８および図９を用いて説明する。
図８は本実施例の距離画像測定装置２０１を上方から見た斜視図であり、図９は距離画像測定装置２０１を下方から見た斜視図である。実施例１と異なる点は、筐体２０６の上面に上面開口部２０２が設けられ、筐体２０６の底面に底面開口部２０３が設けられていることである。筐体２０６の上面開口部２０２と底面開口部２０３は鉛直方向に沿って投影した位置に設けられている。
その他は実施例１で説明した構成を備えており、光源部２からの照射光の中心軸に垂直で水平面に平行な回転軸７の回りにセンサ部４の姿勢を設定可能なことや、鉛直方向の回りに距離画像測定装置１０１の姿勢を設定可能なこと、およびセンサ部４に設けた円板状の放熱フィン５により、光源部２から照射される光の角度によらずに自然対流による放熱効果が得られることも実施例１と同様である。
本実施例では、筐体２０６に上面開口部２０２と底面開口部２０３を設けることで、筐体２０６の内部に備えられた、図８および図９では図示していない回路基板１２の熱を、筐体２０６の下方から上方に向けて底面開口部２０３、上面開口部２０２を通って流れる自然対流によって効率的に放熱することができる。また、光源部２で発生した熱が、センサ部４から筐体２０６に伝わり、筐体２０６から放熱される効果も高めることができる。
以上の構成とすることで、光源部の温度上昇をさらに抑制可能な距離画像測定装置を実現できる。
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記の実施例は本発明をわかりやすくするために詳細に説明したものであり、本発明は必ずしも説明したすべての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成を追加・削除・置換することが可能である。
１…距離画像測定装置、２…光源部、３…受光部、４…センサ部、５…放熱フィン、６…筐体、７…光源部から照射される光の中心軸に垂直で水平面に平行な回転軸、８…センサ部に対向する筐体の側面、９…空隙、１０…光源、１１…光源実装基板、１２…回路基板、１３…固定部、１４…固定部の鉛直方向に平行な中心軸、１５…照射光、１５ａ…照射光の中心軸、１６…反射光、２１…天井、２２…床面、３１…対象物

Claims (11)

  1. 対象物の各点までの距離を画像的に測定する距離画像測定装置において、センサ部と、前記センサ部を保持する筐体を備え、前記センサ部は、前記対象物に向けて光を照射する光源部と、前記対象物からの反射光を受光する受光部とを含むものであり、前記センサ部は、所定の回転軸の回りに角度可変に前記筐体に保持されており、前記光源部は、前記回転軸と異なる方向に光を照射するものであり、前記回転軸方向に並んで複数の板状の放熱フィンが前記センサ部と共に回転可能に前記センサ部に設けられていることを特徴とする距離画像測定装置。
  2. 請求項１に記載の距離画像測定装置において、前記放熱フィンは、円板状に形成され、前記光源部の発光面および前記受光部の受光面以外の前記センサ部の周囲に設けられていることを特徴とする距離画像測定装置。
  3. 請求項１に記載の距離画像測定装置において、前記放熱フィンのフィン面が、前記回転軸に対して垂直な面内に設けられていることを特徴とする距離画像測定装置。
  4. 請求項１に記載の距離画像測定装置において、前記放熱フィンが、前記センサ部に対向する前記筐体の側面との間に空隙をあけて配置されていることを特徴とする距離画像測定装置。
  5. 請求項１に記載の距離画像測定装置において、前記回転軸は、前記光源部から水平方向に照射される光の中心軸に垂直で水平面に平行な方向を回転軸として、前記センサ部が前記回転軸の回りに角度可変の状態で前記筐体に保持されていることを特徴とする距離画像測定装置。
  6. 請求項５に記載の距離画像測定装置において、前記放熱フィンのフィン面が、前記回転軸に対して垂直な面内に設けられていることを特徴とする距離画像測定装置。
  7. 請求項５に記載の距離画像測定装置において、前記放熱フィンが、前記センサ部に対向する前記筐体の側面との間に空隙をあけて配置されていることを特徴とする距離画像測定装置。
  8. 請求項５に記載の距離画像測定装置において、前記筐体の側面に、フィン面を鉛直方向と平行に配置した側面フィンを有することを特徴とする距離画像測定装置。
  9. 請求項５に記載の距離画像測定装置において、前記筐体の上面に上面開口部が設けられ、前記筐体の底面に底面開口部が設けられ、前記上面開口部と前記底面開口部は鉛直方向に沿って投影した位置に設けられていることを特徴とする距離画像測定装置。
  10. 請求項１に記載の距離画像測定装置において、前記回転軸は、前記光源部から水平方向に照射される光の中心軸に垂直で水平面に平行な方向を回転軸として、前記センサ部が前記回転軸の回りに角度可変の状態で前記筐体に保持されており、前記筐体を外部部材に取り付ける固定部を前記筐体の上部に備え、前記固定部の鉛直方向に平行な中心軸の回りに前記筐体が角度可変であることを特徴とする距離画像測定装置。
  11. センサ部を所定の回転軸の回りに角度可変に筐体に保持し、前記センサ部の光源部から対象物に向けて前記回転軸と異なる方向に光を照射し、前記対象物からの反射光を前記センサ部の受光部で受光することで前記対象物の各点までの距離を画像的に測定すると共に、前記センサ部の回転軸方向に並べて前記センサ部と共に回転する複数の板状の放熱フィンにより前記センサ部の熱を放熱する距離画像測定方法。
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