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公開番号2021012055
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210204
出願番号2019125223
出願日20190704
発明の名称測距装置
出願人株式会社リコー
代理人個人
主分類G01S 7/481 20060101AFI20210108BHJP(測定;試験)
要約【課題】広範囲および高精度な距離計測をより小規模な構成で実現可能とする測距装置を提供する。
【解決手段】測距装置1は、照明光学系ユニット10と、受光光学系ユニット30と、を有する。照明光学系ユニット10は、第1の光源12と、第2の光源14と、複数のレンズ16と、光路分離素子18と、を有する。照明光学系20は、第1の光源12からの光のみが通過する第1の光学系22と、第2の光源14からの光のみが通過する第2の光学系24と、第1の光源12からの光および第2の光源14の光が通過する第3の光学系26と、を有する。第1の光源12からの光は、第1の光学系22および光路分離素子18を介して第3の光学系26に入射し、第2の光源14からの光は、第2の光学系24および光路分離素子18を介して第3の光学系26に入射する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
照明光学系ユニットと、受光光学系ユニットと、を有する測距装置であって、
前記照明光学系ユニットは、
第1の光源と、第2の光源と、複数のレンズと、光路分離素子と、を有する照明光学系を有し、
前記照明光学系は、
前記第1の光源からの光のみが通過する第1の光学系と、
前記第2の光源からの光のみが通過する第2の光学系と、
前記第1の光源からの光および前記第2の光源からの光が通過する第3の光学系と、を有し、
前記第1の光源からの光は、前記第1の光学系および前記光路分離素子を介して前記第3の光学系に入射し、
前記第2の光源からの光は、前記第2の光学系および前記光路分離素子を介して前記第3の光学系に入射する、
ことを特徴とする測距装置。
続きを表示(約 970 文字)【請求項2】
前記第1の光源および前記第2の光源は、レーザアレイ素子であり、
前記第1の光源および前記第2の光源の各々に対応する光学系の有効像高以上の領域に前記レーザアレイ素子が分布してなる、
ことを特徴とする請求項1に記載の測距装置。
【請求項3】
前記第1の光源および前記第2の光源は、それぞれ、前記レーザアレイ素子が、円形状に配列または半径の異なる複数の円環を同心円状に配置した構成である、
ことを特徴とする請求項2に記載の測距装置。
【請求項4】
前記第1の光源および前記第2の光源の発光角は、それぞれ、対応する光学系の光軸から離れるほど狭い発光角である、
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の測距装置。
【請求項5】
前記第1の光源および前記第2の光源は、互いに異なる波長の光を発光する、
請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の測距装置。
【請求項6】
前記第1の光源および前記第2の光源は、同じタイミングで発光する、
請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の測距装置。
【請求項7】
前記第1の光源および前記第2の光源は、異なるタイミングで発光する、
請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の測距装置。
【請求項8】
前記受光光学系ユニットは、
第1の受光素子および第2の受光素子と、複数のレンズと、第2の光路分離素子と、を有する受光光学系を有し、
前記受光光学系は、
前記第1の受光素子への光のみが通過する第4の光学系と、
前記第2の受光素子への光のみが通過する第5の光学系と、
前記第1の受光素子への光および前記第2の受光素子への光の双方が通過する第6の光学系と、を有し、
前記第1の受光素子への光は、前記第6の光学系、前記第2の光路分離素子、および前記第4の光学系を介して前記第1の受光素子に入射し、
前記第2の受光素子への光は、前記第6の光学系、前記第2の光路分離素子、および前記第5の光学系を介して前記第2の受光素子に入射する、
請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の測距装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、測距装置に関する。
続きを表示(約 4,500 文字)【背景技術】
【0002】
3次元の物体やシーンを計測するための技術として、ステレオ画像を用いた距離計測技術(ステレオ測距技術)がある。このステレオ測距技術は、複数の異なる視点にカメラを配置して撮影範囲が重なるように撮影を行い、撮影画像間で対応点を検出する。対応点に対応する視差に基づき、カメラから対応点までの距離を計測する。
【0003】
ステレオ測距技術は、通常画角のカメラを複数台用いて構成するシステムでは、撮影範囲のみが距離計測可能範囲である。そのため、より広範囲の計測を可能にするため、例えば、特許文献1には、12個のステレオカメラユニットを12面体の各面に取り付け、全方向のカラー画像と距離情報をリアルタイムで取得できる技術が記載されている。また、特許文献2や特許文献3のように、入射面が反対向きになるように配置した2台の魚眼レンズにより構成される全天球カメラを複数台用いることにより、より少ないカメラ数で全方向の距離計測を可能にする構成も既に知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の技術では、測距時の光量向上を図るために、撮影機構に大規模な照明機構を組み合わせた大規模な装置を用いて、距離計測を行っていた。また、従来の技術では、照明機構による照明視差により、測距精度が低下する場合があった。このため、従来の技術では、測距の範囲拡大と高精度化を小規模な構成で実現することは困難であった。
【0005】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広範囲および高精度な距離計測をより小規模な構成で実行可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、照明光学系ユニットと、受光光学系ユニットと、を有する測距装置であって、前記照明光学系ユニットは、第1の光源と、第2の光源と、複数のレンズと、光路分離素子と、を有する照明光学系を有し、前記照明光学系は、前記第1の光源からの光のみが通過する第1の光学系と、前記第2の光源からの光のみが通過する第2の光学系と、前記第1の光源からの光および前記第2の光源からの光が通過する第3の光学系と、を有し、前記第1の光源からの光は、前記第1の光学系および前記光路分離素子を介して前記第3の光学系に入射し、前記第2の光源からの光は、前記第2の光学系および前記光路分離素子を介して前記第3の光学系に入射する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、広範囲および高精度な距離計測をより小規模な構成で実行可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1は、本実施形態にかかる測距装置の全体構成図である。
図2は、本実施形態にかかる照明光学系ユニットの一例の模式図である。
図3は、本実施形態にかかる受光光学系ユニッによる受光量と測距の誤差との関係の一例を示す図である。
図4Aは、本実施形態にかかるレーザアレイ素子の形状の説明図である。
図4Bは、本実施形態にかかるレーザアレイ素子の形状の説明図である。
図5は、本実施形態にかかる光路分離素子の分光分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、図面を参照しながら、本発明に係る測距装置の実施形態を詳細に説明する。また、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。
【0010】
図1は、本実施形態にかかる測距装置の全体構成図である。
【0011】
測距装置1は、被写体を含む撮影空間に光を照射した状態で撮影を行い、撮影空間内に含まれる1または複数の被写体(物体、建築物などを含む)までの距離を測距し、三次元距離データを得る装置である。
【0012】
測距装置1は、照明光学系ユニット10と、受光光学系ユニット30と、を備える。
【0013】
受光光学系ユニット30は、照明光学系ユニット10によって光を照射された撮影空間を撮影し、撮影空間の三次元距離データを得る。三次元距離データは、撮影空間に含まれる被写体(物体、建築物など)までの距離導出に用いられる。受光光学系ユニット30は、例えば、ToF(Time of Flight)方式を利用した三次元復元カメラである。受光光学系ユニット30の詳細は後述する。
【0014】
照明光学系ユニット10は、受光光学系ユニット30による撮影時に撮影空間に光を照射する装置である。すなわち、照明光学系ユニット10は、ToF方式を利用した三次元復元カメラなどに適用される。
【0015】
図2は、照明光学系ユニット10の一例の模式図である。照明光学系ユニット10は、照明光学系20を有する。照明光学系20は、第1の光源12と、第2の光源14と、複数のレンズ16と、光路分離素子18と、を有する。
【0016】
第1の光源12および第2の光源14は、光を出射する光源である。本実施形態では、第1の光源12および第2の光源14は、複数個のレーザ素子を二次元平面に沿って配列したアレイ構成である。すなわち、第1の光源12および第2の光源14は、面発光する光源である。第1の光源12および第2の光源14は、例えば、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)である。
【0017】
光路分離素子18は、入射光を偏光方向に応じて透過と反射とに切り分けるビームスプリット構造である。
【0018】
照明光学系20は、180度を超える画角に対応した広角レンズ(いわゆる、魚眼レンズ)である。照明光学系20は、第1の光学系22と、第2の光学系24と、第3の光学系26と、を有する。
【0019】
第1の光学系22は、第1の光源12からの光のみが通過する光学系である。第2の光学系24は、第2の光源14からの光のみが通過する光学系である。第3の光学系26は、第1の光源12からの光および第2の光源14からの光の両方が通過する光学系である。
【0020】
第1の光学系22および第2の光学系24は、各々、全体として正のパワーを有する光学系である。また、第1の光学系22および第2の光学系24は、各々、ストレート光学系を構成している。
【0021】
詳細には、第1の光学系22は、第1の光源12に近い側から離れる方向に向かって、複数のレンズ16が配列されてなる。詳細には、第1の光学系22は、レンズ16A、レンズ16B、レンズ16C、レンズ16D、およびレンズ16Eが、第1の光源12に近い側から離れる側に向かって、この順に直列に配列されている。
【0022】
レンズ16Aは、ガラス材料で構成された両面が非球面の両凸レンズである。レンズ16Bは、ガラス材料で構成された両面が球面の両凹レンズである。レンズ16Cは、ガラス材料で構成された両面が球面の両凸レンズである。レンズ16Dは、ガラス材料で構成された両面が非球面の両凸レンズである。レンズ16Eは、ガラス材料で構成された両面が球面の両凸レンズである。レンズ16Dおよびレンズ16Eは、レンズ面で貼り合わされた接合レンズを形成している。
【0023】
第1の光源12は、第1の光学系22の結像面(結像位置)に配置されていればよい。
【0024】
第2の光学系24は、第2の光源14に近い側から離れる方向に向かって、複数のレンズ16が配列されてなる。詳細には、第2の光学系24は、レンズ16F、レンズ16G、レンズ16H、レンズ16I、およびレンズ16Jが、第2の光源14に近い側から離れる側に向かって、この順に直列に配列されている。
【0025】
レンズ16Fは、ガラス材料で構成された両面が非球面の両凸レンズである。レンズ16Gは、ガラス材料で構成された両面が球面の両凹レンズである。レンズ16Hは、ガラス材料で構成された両面が球面の両凸レンズである。レンズ16Iは、ガラス材料で構成された両面が非球面の両凸レンズである。レンズ16Jは、ガラス材料で構成された両面が球面の両凸レンズである。レンズ16Iおよびレンズ16Jは、レンズ面で貼り合わされた接合レンズを形成している。
【0026】
第2の光源14は、第2の光学系24の結像面(結像位置)に配置されていればよい。
【0027】
第1の光学系22と第2の光学系24とは、各々の光軸(第1の光学系22の光軸A1と、第2の光学系24の光軸A2)が直交する方向となるように配置されている。また、第1の光学系22および第2の光学系24は、これらの各々の光軸の交点が、光路分離素子18におけるこれらの光軸に対して45°の角度で配置されたプリズム上となるように配置されている。
【0028】
なお、本実施形態では、第1の光源12の光出射面上には、偏光板12Aが設けられている。同様に、第2の光源14の光出射面上には、偏光板14Aが設けられている。偏光板12Aおよび偏光板14Aは、互に異なる偏光成分の光を透過する。例えば、偏光板12Aおよび偏光板14Aは、P偏光またはS偏光した光を透過する。
【0029】
本実施形態では、偏光板12Aが第1の光源12からの光をP偏光して第1の光学系22へ透過する場合を一例として説明する。また、本実施形態では、偏光板14Aが第2の光源14からの光をS偏光して第2の光学系24へ透過する場合を一例として説明する。なお、偏光板12AがS偏光し、偏光板14AがP偏光してもよい。
【0030】
本実施形態では、光路分離素子18は、第1の光源12から偏光板12Aおよび第1の光学系22を介して光路分離素子18に到った光を透過し、第2の光源14から偏光板14Aおよび第2の光学系24を介して光路分離素子18に到った光を第3の光学系26の光軸A0に一致する方向に反射する。
(【0031】以降は省略されています)

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