TW202131015A - 距離畫像的作成裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係測量照射至對象物之光的反射光以作成距離畫像之距離畫像的作成裝置，具備有：光學部件，係以可讓光從全周射入之方式形成；至少一個以上的光射出部，係配置於光學部件的外部；受光部，係從全周接受射入至光學部件的反射光；及畫像作成部，係根據反射光的資訊而作成距離畫像；光學部件係具備：環狀的第一透光面，係繞著光學部件之光軸旋轉對稱地形成，且可讓光從全周射入；第一反射面，係形成為環狀而將光反射至光學部件內；第二反射面，係設於第一透光面之中央部且將來自第一反射面的反射光朝向第一反射面之環的內側反射；及第二透光面，係於第一反射面的中央部與第二反射面相對向而供來自第二反射面的光穿透；藉此，提供一種不僅可作成全方位的距離畫像，而且還使用了簡單的構造且不易故障、亦可達成小型輕量化且廉價的光達之距離畫像的作成裝置。

Description

距離畫像的作成裝置

本發明係關於一種作成全方位之距離畫像之距離畫像的作成裝置。

伴隨著近年來機器人(robot)清掃機等各種機器人機器或車輛的自律運轉技術等的進步，需要一種測量與位於周圍之障礙物等對象物之間之距離的技術。作為此種測量技術，已有使用光的遠端偵測(remote sensing)技術(例如專利文獻1至3)，其一係將脈衝狀的光朝向對象物照射，且以光感測器(sensor)捕捉該光被對象物反射而返回為止的飛行時間(ToF：Time of Flight)、或相位差、頻率位移(FMCW：Frequency Modulated Continuous Wave)等，以藉此測量與對象物之間之距離的光達(LiDAR：Light Detection and Ranging)(例如非專利文獻1)。

光達大致可區分為快閃光達(Flash Lidar)和掃描光達(Scanning Lidar)二種，分別具有優點、缺點。

亦即，快閃光達係使用設有以微微秒等級捕捉光的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補性金屬氧化半導體)等的攝像機(camera)等，以全像素直接測量ToF、相位差、FMCW，且統括取 得三維距離畫像者，例如，可使複數個光源[LED或VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直空腔表面發光雷射)等]同時發光，而不掃描即取得測距區域的距離畫像。

由於為此種構造，故快閃光達具有不需要轉軸(spindle)、構造簡單、小型輕量、廉價的優點，而被使用在屋內的機器人技術(robotics)等上。然而，另一方面，快閃光達具有水平測量範圍狹窄至120度左右，而難以取得全方位之距離畫像的缺點。

另一方面，掃描光達係使照明部和受光部的一方或雙方旋轉，且依序進行掃描，藉此作成全方位的距離畫像者，具有測量距離較長的優點，被使用在屋外之車輛的自律運轉等上。然而，另一方面，掃描光達係具有掃描速度慢、距離畫像的作成耗費時間的缺點。再者，亦具有構造複雜、容易故障、難以小型輕量化、亦難以降低成本的缺點。

近年來，在測量範圍狹窄之屋內的機器人技術用途上，全方位之距離畫像的必要性亦日益提升，在該情形下，雖抑制不住地不得不使用掃描光達，但會有如上所述的缺點，儘管小型且廉價，然卻仍需求一種可取得全方位之距離畫像的光達。此外，亦需求一種可取得失真更少之距離畫像的光達。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本特開2008-281427號公報

專利文獻2：日本特開2010-190675號公報

專利文獻3：日本特開2017-195569號公報

[非專利文獻]

非專利文獻1：「實現廣範圍之三維距離測量的3D，開發LiDAR(光達)」https：//news.panasonic.com/jp/press/data/2017/09/jn170911-1/jn170911-1.html

本發明之目的為提供一種距離畫像的作成裝置，該距離畫像的作成裝置不僅可解決上述之各類型光達所具有的缺點而作成全方位的距離畫像，還使用了簡單的構造且不易故障、亦可達成小型輕量化且廉價的光達，而且，使用了可取得失真較少之距離畫像的光達。

本發明人等係致力檢討上述問題的解決方案，發現藉由以下所記載的發明可解決上述問題，終至完成本發明。

項1所述之發明為一種距離畫像的作成裝置，其係藉由測量照射至對象物之光的反射光以作成距離畫像者；該距離畫像的作成裝置係具備有：

光學部件，係以可讓側方之光從360度全周射入之方式形成；

至少一個以上的光射出部，係配置於前述光學部件的外部，且朝向外部的全方位或目標範圍射出光；

受光部，係從全方位或目標範圍接受射入至前述光學部件之來自前述對象物的前述反射光；及

畫像作成部，係測量前述反射光，且根據前述反射光的資訊而作成起自全方位或目標範圍之測距區域的距離畫像；

前述光學部件係具備：環狀的第一透光面，係繞著光學部件中心之光軸旋轉對稱地形成，且以可讓側方之光從360度全周射入之方式形成；第一反射面，係以與前述第一透光面彼此大致相對向之方式形成為環狀，且以將光反射至光學部件內之方式形成；第二反射面，係設於前述第一透光面之環內的中央部且將被前述第一反射面所反射的光朝向前述第一反射面之環的內側部分反射；及第二透光面，係位於前述第一反射面的環內中央部且與前述第二反射面相對向而供被前述第二反射面所反射的光穿透；

且為被設計為射入至前述第一透光面之光中之只有預定之入射角的光經過前述第二透光面而與前述光學部件之光軸大致平行地前進至前述受光部的光學部件。

項2所述之發明為一種距離畫像的作成裝置，其係藉由測量照射至對象物之光的反射光以作成距離畫像者；該距離畫像的作成裝置係具備有：

光學部件，係以可讓光朝向360度全周之側方射出之方式形成；

光射出部，係朝向前述光學部件射出光；

至少一個以上的受光部，係配置於前述光學部件的外部，且從全方位或目標範圍接受從前述光學部件射出且從前述對象物反射而來的前述反射光；及

畫像作成部，係測量前述反射光，且根據前述反射光的資訊而作成起自全方位或目標範圍之測距區域的距離畫像；

前述光學部件係具備：環狀的第一透光面，係繞著光學部件中心之光軸旋轉對稱地形成，且以可讓光朝360度全周之側方射出之方式形成；第一反射面，係以與前述第一透光面彼此大致相對向之方式形成為環狀，且以將光反射至光學部件外之方式形成；第二透光面，係位於前述第一反射面的環內中央部且供從前述光射出部射出的光穿透而射入至光學部件內；及第二反射面，係設於前述第一透光面之環內的中央部且與前述第二透光面相對向而將從前述第二透光面射入的光朝向前述第一反射面反射；

且為被設計為射入至前述光學部件之光之前述光學部件內的光程藉由包含一次凹面反射和一次凸面反射的反射、及以1.90以下之折射率進行的折射所形成的光學部件。

項3所述之發明為一種距離畫像的作成裝置，其係藉由測量照射至對象物之光的反射光以作成距離畫像者；該距離畫像的作成裝置係具備有：

光學部件，係以可讓360度全周之側方的光射入而且可讓光朝向全周的側方射出之方式形成；

光射出部，係射出要射入至前述光學部件的光；

受光部，係接受從已接受到從前述光學部件射出且從前述對象物反射而來之前述反射光的前述光學部件所射出的前述反射光；

光分離機構，係構成為設於前述光學部件與前述受光部之間，將具有共通之光軸之來自前述光射出部的射出光和從前述光學部件朝向前述受光 部射出之前述反射光予以分離，且使來自前述光射出部的前述射出光，以與前述光學部件之光軸大致平行之方式射入至前述光學部件；及

畫像作成部，係測量從前述光學部件射出的前述反射光，且根據前述反射光的資訊而作成起自全方位或目標範圍之測距區域的距離畫像；

前述光學部件係具備：環狀的第一透光面，係繞著光學部件中心之光軸旋轉對稱地形成，且以可讓360度全周之側方之光射射出入之方式形成；第一反射面，係以與前述第一透光面彼此大致相對向之方式形成為環狀，且以將光反射至光學部件內之方式形成；第二反射面，係設於前述第一透光面之環內的中央部且將被前述第一反射面所反射的光朝向前述第一反射面之環的內側部分反射；及第二透光面，係位於前述第一反射面的環內中央部且與前述第二反射面相對向而供被前述第二反射面所反射的光和經由前述光分離機構所分離的前述射出光穿透；

且為被設計為射入至前述第一透光面之光中之只有預定之入射角的光經過前述第二透光面而與前述光學部件之光軸大致平行地前進至前述受光部的光學部件。

項4所述之發明係如項3所述之距離畫像的作成裝置，其中，從前述光射出部與前述光學部件之光軸大致平行地射入至前述第二透光面的光，係被設計為經過前述第二反射面、前述第一反射面和前述第一透光面而前進至360度全周之側方的測距區域，且射入至前述第一透光面之前述測距區域內之來自前述對象物的前述反射光中之只有預定之入射角的光經過前述第二透光面而與前述光學部件之光軸大致平行地前進至前述受光部。

項5所述的發明係如項1或項3所述之距離畫像的作成裝置，其中，射入至前述光學部件之光之前述光學部件內的光程，係被設計為藉由包含一次凹面反射和一次凸面反射的反射、及以1.90以下之折射率進行的折射所形成。

項6所述之發明係如項2或項5所述之距離畫像的作成裝置，係構成為前述光學部件中之垂直方向的失真在全方位視野中被消除。

項7所述之發明係如項2或項3所述之距離畫像的作成裝置，係被設計為從前述光射出部與前述光學部件之光軸大致平行地射入至前述第二透光面的光，經過前述第二反射面、前述第一反射面和前述第一透光面而前進至360度全周之側方的測距區域，且前述測距區域之來自前述對象物的前述反射光前進至前述受光部的光學部件。

項8所述之發明係如項1至第項7中任一項所述之距離畫像的作成裝置，其中，射入至前述光學部件之光之前述光學部件內的光程，被設計為藉由至少包含一次凹面反射的反射所形成；

且構成為工作距離(work distance)變為負。

項9所述之發明係如項1至項8中任一項所述之距離畫像的作成裝置，在前述光學部件的前述第二透光面附近設置光吸收構件，該光吸收構件係內表面呈大致平行於前述光學部件之光軸的筒狀，且由吸收漫射光或使光量減少的素材所構成。

項10所述之發明係如項2、項3、項4或項7所述之距離畫像的作成裝置，其中，前述光射出部係構成為在前述光學部件的前述第二反射面，形成以前述光學部件之中心之光軸為中心的環狀光。

項11所述之發明係如項10所述之距離畫像的作成裝置，其中，前述光射出部係構成為以雷射光作為光源，將前述第二反射面呈環狀地掃描而藉此形成前述環狀光。

項12所述之發明係如項1至項11中任一項所述之距離畫像的作成裝置，在前述受光部中使用有攝像元件。

項13所述之發明係如項12所述之距離畫像的作成裝置，係構成為僅將對應所希望之測距區域的畫像，以具有該畫像之面積之50至250%之攝像面積的前述攝像元件進行攝像。

項14所述之發明係如項1至項13中任一項所述之距離畫像的作成裝置，其中，前述光射出部係構成為具備複數個光源，且以複數個前述光源的全部不同時發光之方式間斷閃光地發光；

前述畫像作成部係構成為合成在各閃光中所作成的距離畫像而作成一個距離畫像。

此外，項15所述之發明係如項1至項14中任一項所述之距離畫像的作成裝置，其中，前述第二透光面係以空間部所構成。

依據本發明，即可提供一種距離畫像的作成裝置，該距離畫像的作成裝置不僅可作成全方位的距離畫像，還使用了簡單的構造且不易故障、亦可達成小型輕量化且廉價的光達，而且，使用了可取得失真較少之距離畫像的光達。

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:光學部件

20:受光部

21:透鏡

22:影像感測器

30:光射出部

32:光源

40:光束分離器

50:光吸收構件

a,b:反射光

L₁:射出光

L₂:反射光

P:距離畫像

θ1:俯角

θ2:仰角

p:入射點

圖1係本發明之一實施型態之距離畫像之作成裝置的概念圖。

圖2係顯示光學部件的構成和光射出部之配置的示意圖。

圖3係光學部件和光射出部的立體圖。

圖4係光學部件和光射出部之俯視觀察時的示意圖。

圖5係顯示本發明之一實施型態之距離畫像之作成裝置之構成的示意圖。

圖6係顯示本發明之一實施型態之光程的示意圖。

圖7係本發明之另一實施型態之距離畫像之作成裝置的概念圖。

圖8係顯示本發明之另一實施型態之距離畫像之作成裝置之構成的示意圖。

圖9係示意性地顯示本發明之另一實施型態之距離畫像之作成裝置之構成的立體圖。

圖10係光射出部之俯視觀察時的示意圖。

圖11係影像感測器(image sensor)之俯視觀察時的示意圖。

圖12係顯示本發明之再另一實施型態之距離畫像之作成裝置之構成的示意圖。

圖13係光射出部之俯視觀察時的示意圖。

圖14係說明本發明之實施例之畫像之形成的圖。

以下根據實施型態具體地說明本發明。

本實施型態之距離畫像的作成裝置(以下亦簡稱為「作成裝置」)，雖為根據照射至對象物後反射而來的光(反射光)所具有的資訊以作成測距區域之距離畫像之距離畫像的作成裝置，但依據朝向對象物射出光的光射出部、和接收被對象物所反射之反射光之受光部的配置模式，有三類型的作成裝置。因此，以下將針對各個實施型態進行說明。另外，以下雖列舉了使用照射至對象物之光反射後至返回為止的飛行時間(ToF)以作為光之資訊之例，但亦可使用相位差、頻率位移等。

[1]第一實施型態之距離畫像的作成裝置

本實施型態之作成裝置係將光射出部配置於光學部件的外部，且受光部係配置在經過光學部件而射入之來自前述對象物之反射光之光軸的前頭。

1、作成裝置之基本的構成

圖1係本實施型態之作成裝置的概念圖，10係接受來自測距區域之反射光的光學部件，20係受光部，30係將光照射至測距區域的光射出部。再者，受光部20係具備有具有畫像元件的影像感測器22(ToF影像感測器)。另外，L₁係射出光，L₂係反射光。

從光射出部30朝向測距區域射出的射出光L₁係在測距區域被反射之後，作為反射光L₂被光學部件10接收。光學部件10係具備透鏡(lens)21，以可讓側方之光從360度全周射入之方式形成，在被射入來自360度全方位的反射光L₂之後，通過透鏡21而朝向受光部20傳送。被送至受光部20的反射光L₂藉由投影至影像感測器22上而求出ToF，且根據此ToF而作成測距區域的距離畫像。

2、光學部件和光射出部

接著說明光學部件10和光射出部30。圖2係顯示光學部件之構成和光射出部之配置的示意圖。再者，圖3係光學部件和光射出部的立體圖，圖4則為光學部件和光射出部之俯視觀察時的示意圖。此外，圖5係顯示本實施型態之距離畫像之作成裝置之構成的示意圖。

在圖2中，1係第二反射面，2係第一透光面，3係第一反射面，4係第二透光面。第二反射面1、第一反射面3係由反射鏡(mirror)所構成。此外，21係用以藉由反射光L₂將測距區域之畫像投影於影像感測器22上的透鏡。再者，光射出部30係以在光學部件10的外部配置至少一個以上的光源32之方式構成。

光學部件10係由透明素材所構成的旋轉體，其係具備：下面中央的第二反射面1；下面周緣部的第一透光面2；上面周緣部的第一反射面3；及上面中央部的第二透光面4。另外，所謂透明素材係指在內部包含有固體、液體、氣體之任一者的素材。

第二反射面1係以光學部件中心為中心的圓形，且內表面由反射鏡所構成。第一透光面2係呈環狀地形成於第二反射面1的徑方向外側，形成有光入射面。第一反射面3係以與光入射面大致相對向之方式形成為環狀，且內表面由反射鏡所構成。此外，第二透光面4係形成為以光學部件中心為中心的圓形，形成有光射出面。

再者，為了要構成第一反射面3係使來自第一透光面2的入射光通過該旋轉體內而聚光於第二反射面1，第二反射面1係使被第一反 射面3所反射的光通過該旋轉體內而聚光於第二透光面4的反射鏡，分別以適當的彎曲面或平面來構成。

藉此，從大致水平方向通過第一透光面2而射入至光學部件10內的反射光L₂，係從第二透光面4朝向透鏡21射出。另外，在此之「大致水平方向」係指圖2中「View Field(視野)」所示的在上下方向上包含有一定的角度者，此View Field之角度的範圍，係依據所希望之測距區域之高度和上下方向的寬度而適當地決定。

光射出部30較佳為沿著第一反射面3的外面配置於光學部件10的徑方向外側。再者，如圖3、4所示，較佳為構成為從呈環狀配置的光源32，朝向徑方向外側之360度全方位或目標範圍，然後，以將測距區域朝上下方向覆蓋之方式以預定的角度射出射出光L₁。另外，作為光源32而言，係使用寬度狹窄而發出單一指向性之光的光源，作為具體的光源而言，例如可列舉狹角LED或雷射光源等。此外，光射出部30的設置場所不予以限定，設置於光學部件10的外側即可，亦可設置於不沿著第一反射面3的預定位置，光源32亦可不呈環狀地配置。

受光部20係配置在經由光學部件10而從第二透光面射出之反射光L₂的光軸上。受光部20係具備有配置在相對於反射光L₂的光軸為垂直的面上，具有複數個攝像元件的影像感測器22，而從光學部件10射出的反射光L₂，係通過透鏡21而將對象物的畫像形成於影像感測器22上。

3、距離畫像的作成裝置

如前所述，距離畫像係根據藉由投影於影像感測器22上的反射光L₂所測量之光的資訊(例如ToF)而作成。具體而言，如圖5所示，當穿透過透 鏡21的光投影於受光部20的影像感測器22(ToF影像感測器)時，即藉由設於ToF影像感測器的時序(timing)產生電路和時間測量電路來測量ToF。

亦即，在受光部20中，係對於所投影之畫像之各畫素的各者藉由時序產生電路和時間測量電路連動，以微微秒來測量ToF，且根據此測量結果而進行測距區域之距離畫像P的作成。另外，影像感測器22較佳為使用CMOS、CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)、APD(Avalanche Photodiode，崩潰光二極體)等。

4、較佳態樣

在本實施型態中，更佳為下述的態樣。

(1)光學部件

光學部件10較佳為設計成除了所射入的光透過第一反射面和第二反射面反射以外，未改變方向而直線前進且從360度全周之側方射入至第一透光面2的光，呈以光學部件10之中心的光軸為中心的環狀，從第二透光面4射出，或者，與光軸大致平行地射入的光束呈以光學部件10之中心的光軸為中心的環狀，從第一透光面2朝向360度全周的側方射出至第二反射面1。再者，較佳為設計成射入至前述第一透光面之光中之僅預定之入射角的光，經過前述第二透光面而與前述光學部件之光軸大致平行地前進至前述受光部。

具體而言，光學部件係設計為如下。

亦即，係設計成第一透光面2以具有特定之曲率的彎曲面藉由特定的角度和特定的折射率而形成，第一反射面3為具有特定之曲率的凹曲面或平面且形成為特定的角度，再者，第二反射面1為具有特定之曲 率的凸曲面或平面且形成為特定的角度，且將此等曲率或角度以滿足上述條件之方式進行調整。

當未以上述之方式設計時，從第一透光面2所射入的光雖不會前進至第一反射面3，或者從第一透光面2射入的光會前進至第一反射面3，但被第二反射面1所反射的光，不會與光學部件之中心的光軸大致平行地前進，而不會抵達受光部20。

另外，由於從第一透光面2射入的光係從各種角度射入，故未必所有的入射光都會以滿足上述之條件之方式與光學部件10之中心之光軸大致平行地前進而抵達受光部20。

例如，從第一透光面2射入之一部分的光，會有不前進至第一反射面3而直接地從第二透光面4射出而朝與光學部件10之中心之光軸為非平行的方向前進的情形。此外，亦會有因為光學部件10之素材所導致的散射等，而不會直線性地、或者幾何學性地於光學部件10內部前進的情形。

如此，從第一透光面2射入之光雖未必全都可在受光部20受光，但較佳為必須要有可藉由受光部20的影像感測器22測得ToF之量的光到達，亦要考慮到光學部件10之素材的純度或使用環境等進行設計。

在受光部20的影像感測器22，為了使只有作成距離畫像所需的光從第二透光面4與光學部件10之中心之光軸大致平行地射出，較佳為先抑制會妨礙以此方式朝適當之方向前進之光之路程的光亦即漫射光。

以此種方法而言，較佳為將圖6之50所示之光吸收構件設置於光學部件10的第二透光面4的附近。

在此說明光學部件10的光程、和上述的光吸收構件。

圖6係顯示在圖2的光學部件10上設置有光吸收構件50的光學部件10，並且顯示光學部件10的光程。在圖6中，50係光吸收構件，p係第一透光面2上之反射光的一入射點。假設在第一透光面2上有一個入射點p時，入射點p係例如反射光a至d所示，讓反射光以各種入射角度射入。射入後之反射光的行為，係依入射角度而有不同。

在光學部件10中，主要藉由調整第一透光面2之彎曲面的曲率、角度和折射率、第一反射面3之凹曲面的曲率和角度、第二反射面1之凸曲面的曲率和角度、以及第二透光面4與透鏡21之間之距離的大小，從而使只有入射角度為特定的光，亦即被第二反射面1反射之後，只有從第二透光面4與光學部件10之光軸大致平行地射出的光，抵達透鏡21部。亦即，在圖6中，只有反射光a抵達受光部而其他則不會抵達。在對象物的一點所反射的反射光，雖會射入至第一透光面2的各種位置，但入射角度係依位置而有所不同。再者，以特定之入射角度所射入的光係從第二透光面4與光學部件10之光軸大致平行地射出而到達受光部20。

綜上所述，只有以特定之入射角度射入的光從第二透光面4與光學部件10之光軸大致平行地射出而到達受光部20，藉此可提升距離畫像的作成精確度。

亦即，以特定之入射角度射入至第一透光面2的光，亦即只有View Field內的光抵達受光部20。具體而言，抵達受光部20之環狀畫像形成部分的特徵，將可使得不讓以該特定之入射角度以外的入射角度射入至第一透光面2的光抵達受光部20的環狀畫像形成部分內。

如此，可使得不讓以特定之入射角度以外的入射角度射入至第一透光面2的光抵達受光部20的環狀畫像形成部分內的特徵，在提升距離畫像的作成精確度上可帶來巨大的功效。

例如，當在屋外使用如專利文獻1所記載之發明般之利用魚眼透鏡的距離測量裝置時，包含與藉由投光手段所投光之光之波長相同波長的太陽光，藉由魚眼透鏡聚光而射入至受光部。此時，太陽光將會妨礙在對象物所反射之光在受光部中的檢出。作為因應妨礙光的對策，即使將魚眼透鏡之表面的一部分予以遮罩，阻斷妨礙光的功效亦低。

然而，以本發明之光學部件10的情形而言，只有以特定的入射角度射入至第一透光面2的光會抵達受光部20的環狀畫像形成部分，至於以特定之入射角度以外的入射角射入至第一透光面2的光，則可使得其不要抵達受光部20的環狀畫像形成部分內，故可抑制太陽光的有害光抵達受光部20的環狀畫像形成部分而阻礙距離畫像的作成的現象。

另外，亦假設會有以特定的入射角度未射入至第一透光面2之光中之一部分的光經過複數次的反射之後，從第二透光面4與光軸大致平行地射出，而抵達受光部20的情形。

然而，以本發明之光學部件10的情形而言，此種光不會在受光部20的環狀畫像形成部分內受光，而會前進至環狀畫像形成部分外，因此不會對於距離畫像的作成精確度造成影響。

此外，雖設想依光學部件10之第二反射面1或第二透光面4的大小而定，會有一次都未從第二反射面1之邊緣之附近的第一透光面2反射而與第二透光面4大致平行地射入的光，但此種光也不會在受光部 20的環狀畫像形成部分內受光，而會前進至環狀畫像形成部分外，因此不會對於距離畫像的作成精確度造成影響。

如此，本發明的光學部件10係只有以特定的入射角度射入至第一透光面2之形成環狀畫像所需的光抵達受光部20的環狀畫像形成部分，縱使有抵達受光部20的其他的光，也不會在受光部20的環狀畫像形成部分內受光，而會前進至環狀畫像形成部分外，因此妨礙測量的光不會抵達用以測量距離的環狀畫像形成部分，而可精確度良好地作成距離畫像。

接著，以圖6的情形而言，除上述光程設計外還在光學部件10的第二透光面4與透鏡21之間以光學部件10的光軸為中心設置有例如內面為大致平行於光軸的筒狀的光吸收構件50。亦即，會有出現如反射光b、d般從第二透光面4朝與相對於光軸大致平行相異的方向射出的反射光，而此等反射光成為漫射光而抵達透鏡21的情形。此時，會有無法形成正確的畫像之虞。因此，藉由設置光吸收構件50從而在漫射光抵達透鏡之前予以去除，或者降低光量，故可更確實地形成正確的畫像。

另外，構成光吸收構件50的素材並無特別限定，若為吸收漫射光或使光量減少的素材即可。具體而言，係可列舉反射極端的小的黑色素材，例如應用表面塗布有含黑色顏料之塗料的物體。此外，藉由將表面作成粗面從而可更有效地去除漫射光。此外，形狀係依據光學部件而適當地設計即可，可具備相對於光學部件的光軸為平行的面，亦可一部分具有凹凸。

接著，光學部件10較佳為被設計成射入至光學部件10之光之光學部件10內的光程，從第一透光面朝第二透光面、或從第二透光面朝第一透光面彎曲光程時，藉由至少包含一次凹面反射的反射而形成，且構成為工作距離變為負。

如此，藉由構成為工作距離變為負，即可對於對象物不會失焦地進行攝像。

此外，光學部件10較佳為被設計成射入至光學部件10之光之光學部件10內的光程藉由包含一次凹面反射和一次凸面反射的反射、及以1.90以下的折射率進行之折射所形成，且構成為前述光學部件中之垂直方向的失真在全方位視野中被消除。

在使用魚眼透鏡或超廣角透鏡等一般的廣角透鏡而取得全方位視野的距離畫像時，係被作成僅以透鏡的折射取得全方位視野的光程設計。然而，此種廣角透鏡折射率高，會產生在光全方位視野上之垂直方向的失真。亦即，當原本應為圓形的聚束點(beam spot)穿透廣角透鏡時即產生變形為三角形的現象。

另一方面，以本實施型態之光學部件10的情形而言，不同於僅藉由透鏡的折射取得全方位視野的廣角透鏡，藉由將射入至光學部件10之光之光學部件10內的光程設計成從第一透光面2向第二透光面4、或從第二透光面4向第一透光面2彎曲光程時，藉由包含一次凹面反射和一次凸面反射的反射、和以1.90以下之折射率所進行的折射而形成，而使前述光學部件上之垂直方向的失真在全方位視野中被消除。

此外，如前所述，View Field之角度的範圍雖依所希望之測距區域之高度及上下方向的寬度而適當地決定，但當例如為車輛用途之全方位光達的情形下，較佳為相較於比水平方向更上方的視野，下方的視野更大。具體而言，垂直視野(畫角)較佳為以水平方向為基準設定為-47度至+5度，亦即比水平方向更往下方的傾斜角度(俯角)θ1設定為47度、比水平方向更往上方的傾斜角度(仰角)θ2設定為5度。

此時，在從光學部件10獲得的環狀畫像中，俯角側的畫像雖會被投影至影像感測器22的徑方向內側，而仰角側的畫像則被投影至徑方向外側，但影像感測器22的像素數，由於圓環的徑方向外側與影像感測器22之圓周的長度成比例地較多，圓環的徑方向內側與影像感測器22之圓周的長度成比例地較少，因此水平方向之視野的解析度(角度分辨率)上升，且角度分辨率隨著愈往遠方視野愈上升。

藉由將本實施型態之作成裝置設為如上的構成，即可小型輕量化為可供車載的大小。

亦即，由於至目前為止從光達獲得的距離畫像係藉由重疊多數個二維畫像而對於二維畫像附加上縱深而作成，故作成距離畫像時的資訊量會變得龐大。因此，若欲以PC(personal computer，個人電腦)處理時，伴隨演算處理的負荷或記憶體會變大，而不得不使用高價的PC。再者，在此種狀態下，若欲為了獲得遠方的資訊而將所需的角度分辨率應用於所有視野區域時，會導致負荷或記憶體更進一步的增大，而需要更高價且更大消耗電力的演算處理裝置，而會超過可供車載的大小。

然而，在構成為如上所述的情形下，由於從附近至遠距離為止的畫像，不需更大的負荷或記憶體，使用廉價的PC亦可用充分的解析度容易地作成距離畫像，故不會導致作成裝置的大型化或大電力化，而可提供可充分供車載之大小的作成裝置。

(2)光射出部

(a)光源

作為光源32而言，如上所述，較佳為使用寬度狹窄，且可發出單一指向性優異的光之狹角LED或雷射光源。

作為雷射光源而言，較佳為消耗電流小、密集化容易、低電量亦可進行高速調變的VCSEL，更佳為紅外線雷射。其中尤以對於眼睛而言安全性更高的護眼雷射(eye safe laser)特佳。

(b)光點的形成

從光源32射出的射出光L₁較佳為設為從至少一個以上之光點的射出。具體而言，以LED光源的情形而言，係安裝將從光源射出的射出光L₁分散成光點狀的擴散透鏡，作成從複數個光點的射出。

再者，以雷射光源的情形而言，較佳為安裝擴散透鏡或全像攝影透鏡(hologram lens)，將雷射光設為從至少一個以上之光點射出的光。如此一來，藉由產生與影像感測器22之各畫素一致的複數個光點，而減輕與從相鄰的光源射出之射出光之反射光的干擾，故可作成更正確的距離畫像。此外，可一次以複數個點來測量抵達更遠方的光。

(c)光源的均等間斷閃光

此外，當光源為複數個時，較佳為以使複數個光源等間隔地間斷，相鄰的光源不要同時射出光之方式，例如使之交替閃光，且將在各閃光中所作成的距離畫像予以合成而作成一個距離畫像。具體而言，如圖4所示，係將呈圓環狀配置的複數個光源32予以交替地區分為A群組(group)和B群組，且使A群組的光源32和B群組的光源32交替地閃光，且依各點亮進行攝像，根據所攝像的距離畫像予以合成而作成一個距離畫像。藉由此種間歇的閃光，可抑制因為光源之發熱所導致之光射出部的溫度上升，而且，可防止鄰接之光源彼此間之干擾的產生。

(d)光源的複合(hybrid)化

當使用LED作為光源時，雖使用少數即可一氣呵成地照射廣範圍，但光抵達的距離較短。另一方面，當使用VCSEL等雷射時，光抵達的距離雖較長，但若要照射廣範圍則必須設置多數個。

因此，較佳為設為具備有將LED和雷射予以複合化而成之光源的作成裝置。當將此種具備有複合化而成之光源的作成裝置例如搭載於車輛(移動體)時，對於眼前之近距離的區域，可藉由LED照射來獲得附近之反射光的資訊，另一方面，對於遠方的區域，則可藉由雷射照射來確保遠距離之反射光的資訊，故可用充分的資訊量來作成從附近至遠距離為止的畫像，且可獲得習知之作成裝置所無法對應的高精確度。

(3)受光部

在受光部20中較佳為具備有：區域指定機構，係指定所取得之距離畫像中之所希望的區域；及距離畫像形成面積指定機構，係僅將對應於所指 定之區域的距離畫像，於該畫像之面積的50至250%的範圍內以所希望的面積形成於前述受光部的攝像元件上。

如此，即可指定所希望的區域，且只將對應於所指定之區域的距離畫像以所希望的面積來形成，從而取得所希望之區域之更詳細的距離資訊。

[2]第二實施型態之距離畫像的作成裝置

與第一實施型態之作成裝置相反地，本實施型態之作成裝置係在從光射出部經由光學部件而從360度全周朝向側方射出之後，將在測距區域反射而來的光，以配置於光學部件之外部的受光部來受光。

1、作成裝置的基本構成

圖7係本實施型態之作成裝置的概念圖，如圖7所示，在本實施型態中，係構成為在光射出部30的前方配置有光學部件10，且將從光射出部30所射出的光從360度全周照射至測距區域。

亦即，從光射出部30射出的射出光L₁係藉由經由光學部件10而呈水平方向地朝向360度全方位或目標範圍射出。再者，射出光L₁在測距區域從對象物反射而來的反射光L₂，係通過透鏡21而朝向受光部20傳送。被傳送至受光部20的反射光L₂，係投影至影像感測器22上，且與第一實施型態同樣地，根據在影像感測器22所捕捉之ToF等反射光L₂的資訊而作成測距區域的距離畫像。

2、光學部件、光射出部和受光部

接著說明光學部件10、光射出部30和受光部20。圖8、圖9係顯示本實施型態之作成裝置之構成的示意圖。此外，圖10係光射出部之俯視觀察時的示意圖，圖11係受光部之俯視觀察時的示意圖。

如圖8所示，在本實施型態中，光學部件10亦為由透明素材所構成的旋轉體，其係具備：下面中央的第二反射面1；下面周緣部的第一透光面2；上面周緣部的第一反射面3；及上面中央部的第二透光面4。

然而，在本實施型態中，在光學部件10之第二透光面4的上方係設有光射出部30，而從光源32射出的射出光L₁，係大致平行於光軸從第二透光面4射入至光學部件10。射入至光學部件10的射出光L₁係在藉由第二反射面1的反射鏡朝向第一反射面3反射之後，又藉由第一反射面3的反射鏡反射並通過第一透光面2而呈水平方向地射出至360度全方位或目標範圍的射出區域，且朝向測距區域照射。

在光學部件10的徑方向外側，係沿著第一反射面3的外面設置有環狀的受光部20。射出光L₁在測距區域所反射的反射光L₂，係通過透鏡21而在受光部20受光，且將測距區域的畫像投影至影像感測器22上。受光部20係根據投影至影像感測器22上之反射光L₂的資訊而作成測距區域的距離畫像。

此外，在本實施型態中，係被設計成射入至前述光學部件之光之前述光學部件的光程，藉由包含一次凹面反射和一次凸面反射的反射、及以1.90以下之折射率所進行的折射而形成。

在本實施型態中，如圖10所示，係使用至少一個以上光源32配置為與第二反射面1之直徑大致相等之外鏡的圓形而成之環狀的光射 出部30。如此，當使從環狀的光源射出之射出光L₁經由光學部件10朝360度全方位射出時，即可朝向全測距區域以更均勻的照度照射射出光L₁。另外，作為光源32而言，係與第一實施型態同樣地使用狹角LED或雷射光源等。

此外，當使用雷射光於光源時，作為產生環狀之射出光的手段而言，可列舉使光呈環狀地射出而瞬間地環狀化的方法、或藉由以所射出的雷射光將光射出面呈環狀地掃描而形成環狀光的描繪，藉此予以環狀化的方法。在習知的掃描光達中係使雷射光朝向360度的周圍旋轉，相對於此，在本實施型態中則通過光學部件而射出，藉此只要描繪環狀光於第二反射面就可朝向周圍射出雷射光。藉此，即可高速地進行描繪所需的掃描，故可快速地取得360度全方位的畫像。

具體而言，以瞬間地環狀化之方法的情形而言，係使用一個雷射光源，而使所射出的光藉由擴散透鏡或全像攝影透鏡分散為與受光部中之畫素一致的複數個光點狀。另外，取而代之，亦可將複數個雷射光源配置成與受光部中的畫素一致。此方法係可在短時間內照射整體，另一方面，由於雷射的散射光會在測量對象間彼此反射而成為間接光，因此會有招致測量精確度之降低之虞。

以藉由描繪將所射出的光予以環狀化的方法的情形而言，係將使用一個以上的雷射光源所射出的光進行高速掃移(掃描)以控制雷射的光軸，之後，使用雷射投影機(laser projector)使所射出的光分散成複數個光點狀。另外，此時射出的複數個光點較佳為與受光部中的畫素一致。此 方法雖在整體的照射上耗費時間，但不會有上述之間接光的產生，不會招致測量精確度的降低。

另外，作為掃描手段而言，若為可高速地控制雷射之光軸的手段則無特別限定，但較佳為使用MEMS(Micro Electronic Mechanical System，微電子機械系統)反射鏡或液體透鏡、光學相位陣列(phased array)、慢光束(slow light beam)掃移元件等來進行。

再者，以藉由雷射投影機描繪成環狀的方法而言，係可適當地選擇雖可短時間地進行描繪但負荷高且易於發熱的向量掃描(vector scan)、和描繪時間雖長但負荷較低(不需要描繪的位置則停止照射)且不易發熱的光柵掃描(raster scan)來使用。

此外，當使用如圖11所示之由複數個CMOS或APD作為受光元件配置成環狀而成的攝像機作為受光部的影像感測器時，以作為畫像的取得手段而言，係可從滾動快門(rolling shutter)和全域快門(global shutter)適當地選擇來使用。另外，當採用上述的光柵掃描於射出光的環狀化時，考慮間接光的影響，較佳為採用滾動快門。

3、較佳態樣

(1)光學部件

在本實施型態中，亦與第一實施型態同樣地，較佳為被設計成大致平行於光軸射入至第二反射面1的光，呈以光學部件10之中心之光軸為中心的環狀地從第一透光面2朝向360度全周的側方射出。

亦即，係被設計成第一透光面2以具有特定之曲率的彎曲面藉由特定的角度和特定的折射率而形成，第一反射面3為具有特定之曲率 的凹曲面或平面且形成為特定的角度，再者，第二反射面1為具有特定之曲率的凸曲面或平面且形成為特定的角度，且將此等曲率或角度以滿足上述條件之方式進行調整。

當未以上述之方式設計時，大致平行於光軸射入至第二反射面1的光雖不會前進至第一反射面3，或者大致平行於光軸射入至第二反射面1的光雖不會前進至第一反射面3，但被第一反射面3所反射的光，不會從第一透光面2朝向360度全周的側方射出。

在此說明受光部10的光程。

在光學部件10中，主要藉由調整第一透光面2之彎曲面的曲率、角度和折射率、第一反射面3之凹曲面的曲率和角度、第二反射面1之凸曲面的曲率和角度，從而當從光射出部30射出的射出光大致平行於光軸射入至第二反射面1時，即在第二反射面1以特定的角度反射，且以特定的角度抵達第一反射面3。

以特定的角度射入至第一反射面3的射出光，係在第一反射面3以特定的角度反射，且抵達第一透光面2，且藉由第一透光面2折射，朝向光學部件10的外部以特定的角度照射至360度全周之側方的測距區域。

再者，從第一透光面2朝光學部件10的外部照射的位置和射出角度，係依據從光射出部30射出的射出光大致平行於光軸射入之第二反射面1上的各種位置而有所不同。藉此，使得從光射出部30射出之射出光的一個光點不會在光學部件10內散射，而會作為一個光點朝光學部件10之360度全周的側方照射，因此可抑制在藉由受光部20接受來自對象 物的反射光時會成為妨礙要素的有害光。亦即，可抑制會阻礙距離畫像之作成的現象。

此外，較佳為與第一實施型態同樣地，使用構成為工作距離變為負的光學部件10。藉由使用此種光學部件10，從而例如當光源為雷射光時，從光學部件10射出的光，在雷射光抵達的距離中，起自光學部件10的距離變大時聚束點的直徑亦會變大，但由於聚束點的形狀被清楚地維持，故在受光部20中，對於任何距離的對象物都可不失焦地進行攝像，不會產生因為失焦所引起之作為光達的誤差。

此外，較佳為與第一實施型態同樣地，使用全方位視野中之垂直方向的失真被消除的光學部件。

(2)光射出部

此外，較佳為在光射出部中，亦與第一實施型態同樣地，在光射出部30設置形成複數個光點的手段和使光源均等間斷閃光的手段。

另外，亦可在光射出部30與光學部件10之間設置光的射出角度調整手段，以使來自光射出部30的射出光相對於光學部件10，經過第二透光面4大致平行於光軸射入至第二反射面1。具體而言，係凸透鏡或凹透鏡等。

[3]第三實施型態之距離畫像的作成裝置

本實施型態之作成裝置，不同於將光學部件使用於光的射入射出之任一者的第一實施型態及第二實施型態，係在光的射入射出中都使用光學部件的作成裝置。

1、作成裝置的構成

圖12係顯示本實施型態之作成裝置之構成的示意圖，圖13係光射出部之俯視觀察時的示意圖。另外，圖12中，40係在光學部件10與受光部20之間被設作光分離機構的光束分離器(beam splitter)，該光分離機構係構成為將具有共通之光軸的射出光L₁與反射光L₂予以分離。

圖12所示，在本實施型態中，光學部件10亦為由透明素材所構成的旋轉體，其係具備：下面中央的第二反射面1；下面周緣部的第一透光面2；上面周緣部的第一反射面3；及上面中央部的第二透光面4。

然而，在本實施型態中，光學部件10係將從360度全方位射入至第一透光面2的光，從第二透光面4以相同方向的光軸朝向受光部20射出，並且將以相同方向的光軸射入至第二透光面4的光，從第一透光面2呈水平方向地朝向360度全方位或目標範圍的測距區域而射出。

具體而言，係將第二透光面4設為來自光射出部30之射出光L₁的入射面、以及從對象物反射之後射入至光學部件10內且被第二反射面1、第一反射面3所反射之反射光L₂的射出面，且將入射角和射出角設為相同的角度(圖12中係90度)。此外，在入射光和射出光的光軸上，設置相對於光軸以預定的角度(圖12中係45度)傾斜的光束分離器40。光射出部30係配置於光軸的側方，且使射出光L₁以45度的角度對於光束分離器40射出，且使之朝向第二透光面4反射。藉此，即可使射出光L₁以大致平行於光軸的角度射入至光學部件10。再者，射入至光學部件10的射出光L₁係於之後經光學部件10內的第二反射面1、第一反射面3反射而呈水平方向地射出至設於360度全方位方向上的View Field。

另一方面，受光部20係配置於前述光軸上之光束分離器40的上方，接收穿透過光束分離器40的光。藉此，使通過光束分離器40之來自水平方向360度全方位的反射光L₂被受光部20接收，且使測距區域整體的畫像投影至受光部20的影像感測器上，且根據反射光L₂的資訊而作成測距區域的距離畫像。

此外，在本實施型態中，於光射出亦使用了光學部件10，故如圖13所示，使用環狀光，且以配置複數個光源32成圓形之方式使之發光。

2、較佳態樣

(1)光學部件

在本實施型態中，亦與第一實施型態或第二實施型態同樣地，較佳為被設計成抑制在藉由受光部20接收來自對象物的反射光時會成為妨礙要素的有害光，且可精確度良好地作成距離畫像。此外，在本實施型態中，亦與第一實施型態或第二實施型態同樣地，較佳為被設計成對於任何距離的對象物都可不失焦地進行攝像，不會產生因為失焦所引起之作為光達的誤差。此外，亦與第一實施型態或第二實施型態同樣地，較佳為使用在全方位視野之垂直方向的失真被消除的光學部件。

(2)光射出部

此外，在光射出部中，亦與第一實施型態或第二實施型態同樣地，較佳為在光射出部30設置形成複數個光點的手段和使光源均等間斷閃光的手段。

[4]第一透光部和第二透光部

在上述的第一至第三實施型態中，雖已針對第一透光面2和第二透光面4作為藉由透明素材所形成之光學部件10的一個面進行了說明，但由於透光面的作用係在於讓光穿透，因此不一定要是光學部件10的一個面，而亦可為空間部。尤其第二透光面係位於裝置的內側，故即使是空間部亦無妨，可謀求進一步的輕量化。再者，即使以此方式藉由空間部來形成第二透光面4，光程亦不會與上述的實施型態不同。

[5]對於無人機(drone)的應用

在上述中，雖主要針對關於機器人機器或車輛之自律運轉技術的光達進行了說明，但可明瞭本發明之距離畫像的作成裝置在應用於無人機時，具有飛躍性地顯著的功效。

以下針對此點進行說明。

習知的掃描光達係在掃描旋轉的同時，產生欲使裝置逆旋轉的反作用力矩(torque)，而會使無人機的位置或姿勢變動。然而，由於飛行體並無抵銷反作用力矩的支撐，故需要用其他機構來使反力矩(anti-torque)產生的設計。此外，習知的掃描光達係由於掃描旋轉的自轉而會產生欲保持姿勢的陀螺儀(gyro)效應。因此，將掃描速度高速化時，陀螺儀效應即增大，而會妨礙快速的姿勢變更等，將妨礙無人機的操縱。再者，由於習知的光達係成為旋轉機構等複雜的構成，因此重量重、對於飛行造成負擔、且對於能量的消耗造成極大負荷。

相對於此，在本實施型態中，係從光射出部30朝向360度全方位射出，且藉由光學部件10接收來自全方位的反射光，因此不需要進行伴隨朝向360度全方位之旋轉的掃描即可取得全方位的畫像。因此，不 需要使照明部和受光部20旋轉，不會發生因為掃描旋轉所導致的反作用力矩或陀螺儀效應，亦不會對於飛行造成負擔或能量的極大消耗。

再者，可提供一種簡單的構造且無可動部故不易故障，亦可達成小型輕量化且廉價的裝置，且極為適合用來搭載在無人機之距離畫像的作成裝置。

此外，藉由使用光學部件10於反射光L₂的聚光以替代魚眼透鏡或超廣角透鏡，可作成失真被抑制之更正確的距離畫像。

因此，本實施型態之距離畫像的作成裝置藉由應用於無人機可發揮飛躍性地顯著的功效。

[6]本實施型態之功效

在第一至第三實施型態的任一者中，均將形成為可讓光對於360度全周之側方射入射出之光學部件予以適當地配置，藉此即可涵蓋測距區域的整體而高精確度地作成全方位的距離畫像。

再者，由於此等實施型態之距離畫像的作成裝置，在將光照射於測距區域的整體且根據反射光的資訊而作成距離畫像的點上，與習知的快閃光達相同，因此在測量範圍狹窄之屋內的機器人技術用途上可理想地使用，且在屋外的自律運轉用途上，亦可與習知的掃描光達同樣地使用。

此外，由於與習知的快閃光達相同，故可充分地發揮快閃光達的優點，亦即不需要轉軸，構造簡單，且小型輕量、廉價的優點。

[實施例]

以下根據實施例更具體地說明本發明。

在本實施例中，已驗證了可達成習知之作成裝置所無法獲致之功能的提升，亦即抑制將距離畫像的作成裝置相對於地面呈鉛直方向配置，且當聚光反射光時之水平方向往上之視野中之畫像解析度的降低。

在本實施例中，作為距離畫像的作成裝置，係使用了具備有以第二反射面位於地面側之方式配置之光學部件之距離畫像的作成裝置(圖2)。此時，準備了環狀畫像之發射方向的大小為1/3(若以縱方向的直徑來說，中央1/3為不會顯現之處，上1/3、下1/3為畫像)俯角的最大值為47度(約45度)的光學部件作為光學部件。此外，攝像元件係使用畫素數480×480dot(像點)的攝像元件，使環狀畫像一致(內切圓)(參照圖14)。另外，圖14係說明本實施例之畫像之形成的圖。

以上述構成的情形而言，內周大小，亦即俯角約45度(≒俯角47度)之水平(橫方向)的角度分辨率，由於畫素數為約500dot，故若將360度除以500dot，則成為0.72度/dot。此外，相當於環狀畫像的縱半部分、下方俯角21度之水平(橫方向)的角度分辨率，由於畫素數為約1000dot，故若將360度除以1000dot，則成為(360度/1000dot)=0.36度/dot。另一方面，外周大小，亦即大致水平方向(俯角≒5度)之水平(橫方向)的角度分辨率，由於畫素數為約1500dot，故若將360度除以1500dot，則成為(360度/1500dot)=0.24度/dot。由此結果來看，角度分辨率係隨著從向下的視野往水平方向的視野移動而提升。

接著調查將作成裝置設置於1.5m之高度時的解析度。首先，以俯角45度的情形而言，從作成裝置至位於地面上之測量對象為止的直線距離，係1.5m÷cos(90度-45度)=2.1m，相對於該地面的解析度，係成為 2.1m×tan(0.76度/2)×2=26.6mm/dot。此外，在俯角21度下，從作成裝置至測量對象為止的直線距離係1.5m÷cos(90度-21度)=7.9m，假定角度分辨率為與俯角45度相同的0.72度/dot時，相對於該地面的解析度，成為7.9m×tan(0.79度/2)×2=104.4mm/dot，解析度相較於俯角45度會大幅變差。

相對於此，在本實施例中，俯角21度的角度分辨率係如前述高至0.36度/dot。因此，解析度成為7.9m×tan(0.36度/2)×2=49.5mm/dot，可明瞭抑制了解析度的降低。

另外，在上述之第一實施型態至第三實施型態中，如各個圖所示，雖以光學部件的第二反射面位置朝下之方式設置有距離畫像的作成裝置，但不限定於設置成此種方向，亦可配合使用用途或測距區域設置成適合、適當的方向。

此外，當測距區域比View Field之上下方向的寬度更廣角的情形、或因為障礙而發生死角的情形下，藉由設置複數台距離畫像的作成裝置，即可對應此等情形。

綜上雖已根據實施型態說明了本發明，但本發明不限定於上述的實施型態。在與本發明相同或相等的範圍內，可對於上述實施型態施加各種變更。

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:光學部件

20:受光部

21:透鏡

30:光射出部

32:光源

L₁:射出光

L₂:反射光

θ1:俯角

θ2:仰角

Claims (15)

1. 一種距離畫像的作成裝置，其係藉由測量照射至對象物之光的反射光以作成距離畫像者；該距離畫像的作成裝置係具備有：

   光學部件，係以可讓側方之光從360度全周射入之方式形成；

   至少一個以上的光射出部，係配置於前述光學部件的外部，且朝向外部的全方位或目標範圍射出光；

   受光部，係從全方位或目標範圍接受射入至前述光學部件之來自前述對象物的前述反射光；及

   畫像作成部，係測量前述反射光，且根據前述反射光的資訊而作成起自全方位或目標範圍之測距區域的距離畫像；

   前述光學部件係具備：環狀的第一透光面，係繞著光學部件中心之光軸旋轉對稱地形成，且以可讓側方之光從360度全周射入之方式形成；第一反射面，係以與前述第一透光面彼此大致相對向之方式形成為環狀，且以將光反射至光學部件內之方式形成；第二反射面，係設於前述第一透光面之環內的中央部且將被前述第一反射面所反射的光朝向前述第一反射面之環的內側部分反射；及第二透光面，係位於前述第一反射面的環內中央部且與前述第二反射面相對向而供被前述第二反射面所反射的光穿透；

   且為被設計為射入至前述第一透光面之光中之只有預定之入射角的光經過前述第二透光面而與前述光學部件之光軸大致平行地前進至前述受光部的光學部件。
2. 一種距離畫像的作成裝置，其係藉由測量照射至對象物之光的反射光以作成距離畫像者；該距離畫像的作成裝置係具備有：

   光學部件，係以可讓光朝向360度全周之側方射出之方式形成；

   光射出部，係朝向前述光學部件射出光；

   至少一個以上的受光部，係配置於前述光學部件的外部，且從全方位或目標範圍接受從前述光學部件射出且從前述對象物反射而來的前述反射光；及

   畫像作成部，係測量前述反射光，且根據前述反射光的資訊而作成起自全方位或目標範圍之測距區域的距離畫像；

   前述光學部件係具備：環狀的第一透光面，係繞著光學部件中心之光軸旋轉對稱地形成，且以可讓光朝360度全周之側方射出之方式形成；第一反射面，係以與前述第一透光面彼此大致相對向之方式形成為環狀，且以將光反射至光學部件外之方式形成；第二透光面，係位於前述第一反射面的環內中央部且供從前述光射出部射出的光穿透而射入至光學部件內；及第二反射面，係設於前述第一透光面之環內的中央部且與前述第二透光面相對向而將從前述第二透光面射入的光朝向前述第一反射面反射；

   且為被設計為射入至前述光學部件之光之前述光學部件內的光程藉由包含一次凹面反射和一次凸面反射的反射、及以1.90以下之折射率進行的折射所形成的光學部件。
3. 一種距離畫像的作成裝置，其係藉由測量照射至對象物之光的反射光以作成距離畫像者；該距離畫像的作成裝置係具備有：

   光學部件，係以可讓360度全周之側方的光射入而且可讓光朝向全周的側方射出之方式形成；

   光射出部，係射出要射入至前述光學部件的光；

   受光部，係接受從已接受到從前述光學部件射出且從前述對象物反射而來之前述反射光的前述光學部件所射出的前述反射光；

   光分離機構，係構成為設於前述光學部件與前述受光部之間，將具有共通之光軸之來自前述光射出部的射出光和從前述光學部件朝向前述受光部射出之前述反射光予以分離，且使來自前述光射出部的前述射出光，以與前述光學部件之光軸大致平行之方式射入至前述光學部件；及

   畫像作成部，係測量從前述光學部件射出的前述反射光，且根據前述反射光的資訊而作成起自全方位或目標範圍之測距區域的距離畫像；

   前述光學部件係具備：環狀的第一透光面，係繞著光學部件中心之光軸旋轉對稱地形成，且以可讓360度全周之側方之光射射出入之方式形成；第一反射面，係以與前述第一透光面彼此大致相對向之方式形成為環狀，且以將光反射至光學部件內之方式形成；第二反射面，係設於前述第一透光面之環內的中央部且將被前述第一反射面所反射的光朝向前述第一反射面之環的內側部分反射；及第二透光面，係位於前述第一反射面的環內中央部且與前述第二反射面相對向而供被前述第二反射面所反射的光和經由前述光分離機構所分離的前述射出光穿透；

   且為被設計為射入至前述第一透光面之光中之只有預定之入射角的光經過前述第二透光面而與前述光學部件之光軸大致平行地前進至前述受光部的光學部件。
4. 如請求項3所述之距離畫像的作成裝置，其中，從前述光射出部與前述光學部件之光軸大致平行地射入至前述第二透光面的光，係被設計為經過前述第二反射面、前述第一反射面和前述第一透光面而前進至360度全周之側方的測距區域，且射入至前述第一透光面之前述測距區域內之來自前述對象物的前述反射光中之只有預定之入射角的光經過前述第二透光面而與前述光學部件之光軸大致平行地前進至前述受光部。
5. 如請求項1、請求項3或請求項4所述之距離畫像的作成裝置，其中，射入至前述光學部件之光之前述光學部件內的光程，係被設計為藉由包含一次凹面反射和一次凸面反射的反射、及以1.90以下之折射率進行的折射所形成。
6. 如請求項2或請求項5所述之距離畫像的作成裝置，係構成為前述光學部件中之垂直方向的失真在全方位視野中被消除。
7. 如請求項2或請求項3所述之距離畫像的作成裝置，係被設計為從前述光射出部與前述光學部件之光軸大致平行地射入至前述第二透光面的光，經過前述第二反射面、前述第一反射面和前述第一透光面而前進至360度全周之側方的測距區域，且前述測距區域之來自前述對象物的前述反射光前進至前述受光部的光學部件。
8. 如請求項1至第請求項7中任一項所述之距離畫像的作成裝置，其中，射入至前述光學部件之光之前述光學部件內的光程，被設計為藉由至少包含一次凹面反射的反射所形成；

   且構成為工作距離變為負。
9. 如請求項1至請求項8中任一項所述之距離畫像的作成裝置，在前述光學部件的前述第二透光面附近設置光吸收構件，該光吸收構件係內表面呈大致平行於前述光學部件之光軸的筒狀，且由吸收漫射光或使光量減少的素材所構成。
10. 如請求項2、請求項3、請求項4或請求項7所述之距離畫像的作成裝置，其中，前述光射出部係構成為在前述光學部件的前述第二反射面，形成以前述光學部件之中心之光軸為中心的環狀光。
11. 如請求項10所述之距離畫像的作成裝置，其中，前述光射出部係構成為以雷射光作為光源，將前述第二反射面呈環狀地掃描而藉此形成前述環狀光。
12. 如請求項1至請求項11中任一項所述之距離畫像的作成裝置，在前述受光部中使用有攝像元件。
13. 如請求項12所述之距離畫像的作成裝置，係構成為僅將對應所希望之測距區域的畫像，以具有該畫像之面積之50至250%之攝像面積的前述攝像元件進行攝像。
14. 如請求項1至請求項13中任一項所述之距離畫像的作成裝置，其中，前述光射出部係構成為具備複數個光源，且以複數個前述光源的全部不同時發光之方式間斷閃光地發光；

    前述畫像作成部係構成為合成在各閃光中所作成的距離畫像而作成一個距離畫像。
15. 如請求項1至請求項14中任一項所述之距離畫像的作成裝置，其中，前述第二透光面係以空間部所構成。

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