JP2014062796A - Information acquisition device and object detector - Google Patents
Information acquisition device and object detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014062796A JP2014062796A JP2012207605A JP2012207605A JP2014062796A JP 2014062796 A JP2014062796 A JP 2014062796A JP 2012207605 A JP2012207605 A JP 2012207605A JP 2012207605 A JP2012207605 A JP 2012207605A JP 2014062796 A JP2014062796 A JP 2014062796A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light emitting
- light
- laser
- emitting unit
- information acquisition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
本発明は、目標領域に光を投射したときの反射光の状態に基づいて目標領域内の物体を検出する物体検出装置および当該物体検出装置に用いて好適な情報取得装置に関する。 The present invention relates to an object detection apparatus that detects an object in a target area based on the state of reflected light when light is projected onto the target area, and an information acquisition apparatus suitable for use in the object detection apparatus.
従来、光を用いた物体検出装置が種々の分野で開発されている。いわゆる距離画像センサを情報取得装置として用いた物体検出装置では、2次元平面上の平面的な画像のみならず、検出対象物体の奥行き方向の形状や動きを検出することができる。かかる物体検出装置では、レーザ光源やLED(Light Emitting Diode)から、予め決められた波長帯域の光が目標領域に投射され、その反射光がCMOSイメージセンサ等の受光素子により受光(撮像)される。情報取得装置として、種々のタイプのものが知られている。 Conventionally, object detection devices using light have been developed in various fields. An object detection apparatus using a so-called distance image sensor as an information acquisition apparatus can detect not only a planar image on a two-dimensional plane but also the shape and movement of the detection target object in the depth direction. In such an object detection device, light in a predetermined wavelength band is projected from a laser light source or LED (Light Emitting Diode) onto a target area, and the reflected light is received (imaged) by a light receiving element such as a CMOS image sensor. . Various types of information acquisition devices are known.
所定のドットパターンを持つレーザ光を目標領域に照射するタイプの情報取得装置では、ドットパターンを持つレーザ光の目標領域からの反射光が受光素子によって受光される。そして、ドットの受光素子上の受光位置に基づいて、三角測量法を用いて、検出対象物体の各部(検出対象物体上の各ドットの照射位置)までの距離が検出される(たとえば、非特許文献1)。 In an information acquisition apparatus of a type that irradiates a target area with laser light having a predetermined dot pattern, reflected light from the target area of laser light having a dot pattern is received by a light receiving element. Based on the light receiving position of the dot on the light receiving element, the distance to each part of the detection target object (irradiation position of each dot on the detection target object) is detected using triangulation (for example, non-patent) Reference 1).
上記構成の情報取得装置では、ドットパターンを持つレーザ光の目標領域からの反射光を受光素子に導くために、このレーザ光の波長帯域の光のみを透過させる狭帯域のバンドパスフィルタが用いられる。その一方、レーザ光源の温度は、レーザ光源の周りの温度等、レーザ光源を取り巻く使用環境に応じて変化する。このような波長変動に対応するためには、上記バンドパスフィルタの透過波長帯域を、予め広めに設定しておく必要がある。 In the information acquisition apparatus having the above configuration, a narrow band pass filter that transmits only light in the wavelength band of the laser beam is used to guide the reflected light from the target region of the laser beam having the dot pattern to the light receiving element. . On the other hand, the temperature of the laser light source varies depending on the usage environment surrounding the laser light source, such as the temperature around the laser light source. In order to cope with such wavelength fluctuations, it is necessary to set a wide transmission wavelength band of the bandpass filter in advance.
しかしながら、バンドパスフィルタの透過波長帯域が広くなると、ドットパターンを持つレーザ光の目標領域からの反射光以外の光である外乱光も、バンドパスフィルタを透過して受光素子に導かれることになる。このように、受光される外乱光の量が増加すると、距離検出の精度が低下する惧れがある。 However, when the transmission wavelength band of the bandpass filter is widened, disturbance light that is light other than the reflected light from the target region of the laser light having the dot pattern is also transmitted to the light receiving element through the bandpass filter. . Thus, if the amount of ambient light received is increased, the accuracy of distance detection may be reduced.
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、外乱光の影響を抑制して距離検出の精度を高めることが可能な情報取得装置および物体検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an information acquisition device and an object detection device capable of suppressing the influence of ambient light and improving the accuracy of distance detection. And
本発明の第1の態様は、光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置に関する。本態様に係る情報取得装置は、互いに異なる波長のレーザ光を出射する複数の発光部を備えたレーザ光源と、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を所定のドットパターンで目標領域に投射する投射光学系と、前記投射光学系に対して一方向に離れて配置され、前記目標領域から反射された反射光を透過させるためのフィルタを備え、前記フィルタを透過した前記反射光を受光して、前記目標領域をイメージセンサにより撮像する受光光学
系と、実測時に前記イメージセンサにより撮像された前記ドットパターンを含む実測画像に基づいて、前記目標領域に含まれる物体までの距離に関する距離情報を取得する距離取得部と、前記レーザ光源を制御するレーザ制御部と、を備える。前記レーザ制御部は、温度変化に基づく出射波長帯域の変動により前記複数の発光部のうち、測定に用いる発光部を一の発光部から他の発光部へと切り替える所定の切替条件を保持し、当該切替条件に基づいて、前記複数の発光部のうち測定に用いる発光部を決定する。
A 1st aspect of this invention is related with the information acquisition apparatus which acquires the information of a target area | region using light. The information acquisition apparatus according to the present aspect projects a laser light source including a plurality of light emitting units that emit laser beams having different wavelengths, and projects the laser light emitted from the laser light source onto a target region with a predetermined dot pattern. A projection optical system; and a filter disposed in one direction with respect to the projection optical system, the filter configured to transmit the reflected light reflected from the target area, and receiving the reflected light transmitted through the filter Based on a light receiving optical system that images the target area with an image sensor and an actual image including the dot pattern captured by the image sensor at the time of actual measurement, distance information related to a distance to an object included in the target area is acquired. A distance acquisition unit that controls the laser light source, and a laser control unit that controls the laser light source. The laser control unit holds a predetermined switching condition for switching a light emitting unit used for measurement from one light emitting unit to another light emitting unit among the plurality of light emitting units due to a change in an emission wavelength band based on a temperature change, Based on the switching condition, a light emitting unit used for measurement is determined among the plurality of light emitting units.
本発明の第2の態様は、物体検出装置に関する。この態様に係る物体検出装置は、上記第1の態様に係る情報取得装置を有する。 A 2nd aspect of this invention is related with an object detection apparatus. The object detection apparatus according to this aspect includes the information acquisition apparatus according to the first aspect.
本発明によれば、外乱光の影響を抑制して距離検出の精度を高めることが可能な情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the information acquisition apparatus which can suppress the influence of disturbance light and can raise the precision of distance detection, and an object detection apparatus carrying this can be provided.
本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。 The features of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments. However, the following embodiment is merely one embodiment of the present invention, and the meaning of the term of the present invention or each constituent element is not limited to that described in the following embodiment. Absent.
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。本実施の形態には、所定のドットパターンを持つレーザ光を目標領域に照射するタイプの情報取得装置が例示されている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, an information acquisition device of a type that irradiates a target area with laser light having a predetermined dot pattern is exemplified.
本実施の形態において、DOE114は、特許請求の範囲に記載の「回折光学素子」に相当する。距離演算部21bは、特許請求の範囲に記載の「距離取得部」に相当する。た
だし、これらの対応関係は、あくまでも一例であって、特許請求の範囲を実施の形態に限定するものではない。
In the present embodiment, the
まず、図1に本実施の形態に係る物体検出装置の概略構成を示す。図1に示すように、物体検出装置は、情報取得装置1と、情報処理装置2とを備えている。テレビ3は、情報処理装置2からの信号によって制御される。
First, FIG. 1 shows a schematic configuration of the object detection apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the object detection device includes an
情報取得装置1は、目標領域全体に赤外光を投射し、その反射光をCMOSイメージセンサにて受光することにより、目標領域にある物体各部の距離(以下、「3次元距離情報」という)を取得する。取得された3次元距離情報は、ケーブル4を介して情報処理装置2に送られる。
The
情報処理装置2は、たとえば、テレビ制御用のコントローラやゲーム機、パーソナルコンピュータ等である。情報処理装置2は、情報取得装置1から受信した3次元距離情報に基づき、目標領域における物体を検出し、検出結果に基づきテレビ3を制御する。
The information processing apparatus 2 is, for example, a television control controller, a game machine, a personal computer, or the like. The information processing device 2 detects an object in the target area based on the three-dimensional distance information received from the
図2に本実施の形態に係る物体検出装置の概略構成を示す。図2には、便宜上、投射光学系11と受光光学系12に関する方向を示すために、互いに直交するX−Y−Z軸が付されている。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the object detection apparatus according to the present embodiment. In FIG. 2, XYZ axes orthogonal to each other are attached for the sake of convenience in order to indicate directions related to the projection
情報取得装置1は、光学部の構成として、投射光学系11と受光光学系12とを備えている。投射光学系11と受光光学系12は、X軸方向に並ぶように、情報取得装置1に配置される。
The
投射光学系11は、レーザ光源111と、コリメータレンズ112と、反射ミラー113と、回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element)114とを備えている。
また、受光光学系12は、フィルタ121と、アパーチャ122と、撮像レンズ123と、CMOSイメージセンサ124とを備えている。この他、情報取得装置1は、回路部の構成として、CPU(Central Processing Unit)21と、レーザ駆動回路22と、撮像
信号処理回路23と、入出力回路24と、メモリ25を備えている。
The projection
The light receiving
さらに、情報取得装置1は、レーザ光源111の温度を検出するための温度センサ130を備えている。温度センサ130は、レーザ光源111の周囲の温度を検出するため、レーザ光源111に近接する位置に配置されている。
Furthermore, the
レーザ光源111は、いわゆるフレームタイプの半導体レーザであり、受光光学系12から離れる方向(X軸負方向)に狭波長帯域のレーザ光を出力する。レーザ光源111には、X軸方向に並ぶように2つの発光部111a、111bが配置されている。これらの発光部からそれぞれ出射されるレーザ光は、想定される使用環境温度において、その波長帯域の一部が互いに重なり合っている。なお、レーザ光源111および発光部111a、111bの詳細については、追って、図6(c)および図8を参照して詳述する。
The
コリメータレンズ112は、レーザ光源111から出射されたレーザ光を平行光よりやや広がった光に変換する。
The
反射ミラー113は、コリメータレンズ112側から入射されたレーザ光をDOE114に向かう方向(Z軸方向)に反射する。
The
DOE114は、板状の部材より構成され、出射面が目標領域に向くように設置されている。DOE114には、入射面に回折パターンが形成されている。この回折パターンに
よる回折作用により、DOE114に入射したレーザ光は、ドットパターンのレーザ光に変換されて、目標領域に照射される。回折パターンは、たとえば、ステップ型の回折格子が所定のパターンで形成された構造とされる。回折格子は、コリメータレンズ112を透過したレーザ光をドットパターンのレーザ光に変換するよう、パターンとピッチが調整されている。ドットパターン中の各ドットは、DOE114に入射したレーザ光が、回折格子によって分離されたものである。
The
DOE114は、反射ミラー113から入射したレーザ光を、放射状に広がるドットパターンのレーザ光として、目標領域に照射する。目標領域における各ドットの大きさは、コリメータレンズ112による収束作用に応じた大きさとなる。DOE114にて回折されないレーザ光(0次光)は、DOE114を透過してそのまま直進する。目標領域における0次光のスポットの大きさも、他のドットと同様、コリメータレンズ112による収束作用に応じた大きさとなる。
The
目標領域から反射されたレーザ光は、フィルタ121とアパーチャ122を介して撮像レンズ123に入射する。
The laser light reflected from the target area enters the
フィルタ121は、レーザ光源111の出射波長を含む波長帯域の光を透過し、可視光の波長帯域をカットするバンドパスフィルタである。フィルタ121の透過波長帯域は、追って、図8を参照して説明する。
The
アパーチャ122は、撮像レンズ123のFナンバーに合うように、外部から入射する光の外周部を遮光する。撮像レンズ123は、アパーチャ122を介して入射された光をCMOSイメージセンサ124上に集光する。撮像レンズ123は、複数枚のレンズからなっている。
The
CMOSイメージセンサ124は、撮像レンズ123にて集光された光を受光して、画素毎に、受光量に応じた信号(電荷)を撮像信号処理回路23に出力する。ここで、CMOSイメージセンサ124は、各画素における受光から高レスポンスでその画素の信号(電荷)を撮像信号処理回路23に出力できるよう、信号の出力速度が高速化されている。
The
CPU21は、メモリ25に格納された制御プログラムに従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、CPU21には、レーザ光源111を制御するためのレーザ制御部21aと、3次元距離情報を生成するための距離演算部21bの機能が付与される。メモリ25には、所定の切替条件25aが保持されている。レーザ制御部21aは、この切替条件25aと、温度センサ130によって検出される温度とに基づいて、発光部111a、111bの何れか一方を、測定に用いる発光部に設定する。
The
レーザ駆動回路22は、CPU21(レーザ制御部21a)からの制御信号に応じてレーザ光源111を駆動する。
The
撮像信号処理回路23は、CMOSイメージセンサ124を制御して、CMOSイメージセンサ124で生成された各画素の信号(電荷)をライン毎に順次取り込む。そして、取り込んだ信号を順次CPU21に出力する。CPU21は、撮像信号処理回路23から供給される信号(撮像信号)をもとに、情報取得装置1から検出対象物体の各部までの距離を、距離演算部21bによる処理によって算出する。入出力回路24は、情報処理装置2とのデータ通信を制御する。
The imaging
情報処理装置2は、CPU31と、入出力回路32と、メモリ33を備えている。
The information processing apparatus 2 includes a
CPU31は、メモリ33に格納された制御プログラムに従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、CPU31には、画像中の物体を検出するための物体検出部31aの機能が付与される。
The
たとえば、制御プログラムがテレビ3の機能を制御するためのプログラムである場合、物体検出部31aは、情報取得装置1から供給される3次元距離情報から画像中の人およびその動き(ジェスチャ)を検出する。そして、検出された動き(ジェスチャ)に応じて、テレビ3の機能(チャンネル切り替えやボリューム調整、等)を制御するための処理が制御プログラムにより実行される。
For example, when the control program is a program for controlling the function of the television 3, the
入出力回路32は、情報取得装置1とのデータ通信を制御する。
The input /
図3(a)は、目標領域に対するレーザ光の照射状態を模式的に示す図、図3(b)は、CMOSイメージセンサ124におけるレーザ光の受光状態を模式的に示す図である。なお、図3(b)には、便宜上、目標領域に平坦な面(スクリーン)が存在するときの受光状態が示されている。
FIG. 3A is a diagram schematically showing the irradiation state of the laser light on the target region, and FIG. 3B is a diagram schematically showing the light receiving state of the laser light in the
投射光学系11からは、ドットパターンを持ったレーザ光(以下、このパターンを持つレーザ光の全体を「DP光」という)が、目標領域に照射される。図3(a)には、DP光の光束領域が実線の枠によって示されている。DP光の光束中には、DOE114による回折作用によって生成されたドット領域(以下、単に「ドット」という)が、DOE114による回折作用によるドットパターンに従って点在している。上記のように、ドットパターン中の各ドットは、DOE114に入射したレーザ光が、回折格子によって分離されたものである。
From the projection
なお、図3(a)において、DP光の光束は、距離検出のために、マトリックス状に並ぶ複数のセグメント領域に区分される。各セグメント領域は、セグメント領域内のドットの点在パターンをもって、他のセグメント領域から区別可能となっている。すなわち、各セグメント領域には、複数のドットが含まれており、セグメント領域内におけるドットの分布が、他のセグメント領域と異なっている。 In FIG. 3A, the light beam of DP light is divided into a plurality of segment regions arranged in a matrix for distance detection. Each segment area can be distinguished from other segment areas by a dot-spotted pattern in the segment area. That is, each segment area includes a plurality of dots, and the distribution of dots in the segment area is different from the other segment areas.
目標領域に平坦な面(スクリーン)が存在すると、これにより反射されたDP光の各セグメント領域は、図3(b)のように、CMOSイメージセンサ124上においてマトリックス状に分布する。
When a flat surface (screen) exists in the target area, the segment areas of DP light reflected thereby are distributed in a matrix on the
図4(a)は、本実施の形態に係る距離検出手法を説明する図である。 FIG. 4A is a diagram for explaining a distance detection method according to the present embodiment.
図4(a)に示すように、投射光学系11から所定の距離Lsの位置に、Z軸に垂直な平坦な反射平面RSが配置される。出射されたDP光は、反射平面RSによって反射され、受光光学系12のCMOSイメージセンサ124に入射する。
As shown in FIG. 4A, a flat reflection plane RS perpendicular to the Z-axis is disposed at a predetermined distance Ls from the projection
以下、反射平面RSからの反射によって得られた全画素値からなる画像を、「基準画像」、反射平面RSを「基準面」と称する。 Hereinafter, an image composed of all pixel values obtained by reflection from the reflection plane RS is referred to as a “reference image”, and the reflection plane RS is referred to as a “reference plane”.
たとえば、図4(a)に示すように距離Lsよりも近い位置に物体がある場合、基準画像上のセグメント領域Snに対応するDP光(DPn)は、物体によって反射され、セグメント領域Snとは異なる領域Sn’に入射する。投射光学系11と受光光学系12はX軸方向に隣り合っているため、セグメント領域Snに対する領域Sn’の変位方向はX軸に平行となる。図4(a)の場合、物体が距離Lsよりも近い位置にあるため、領域Sn’は、セグメント領域Snに対してX軸正方向に変位する。物体が距離Lsよりも遠い位
置にあれば、領域Sn’は、セグメント領域Snに対してX軸負方向に変位する。
For example, as shown in FIG. 4A, when an object is present at a position closer than the distance Ls, DP light (DPn) corresponding to the segment area Sn on the reference image is reflected by the object, and what is the segment area Sn? It is incident on a different region Sn ′. Since the projection
セグメント領域Snに対する領域Sn’の変位方向と変位量をもとに、投射光学系11からDP光が照射された物体の部分(セグメント領域Snに対応する部分)までの距離Lrが、距離Lsを用いて、三角測量法に基づき算出される。同様にして、他のセグメント領域に対応する物体の部分について、投射光学系11からの距離が算出される。かかる算出手法の詳細は、たとえば、上記非特許文献1(第19回日本ロボット学会学術講演会(2001年9月18−20日)予稿集、P1279−1280)に示されている。
Based on the displacement direction and displacement amount of the region Sn ′ with respect to the segment region Sn, the distance Lr from the projection
このように、3次元距離情報の取得のためには、セグメント領域Snの変位位置を検出する必要がある。このため、実測時には、セグメント領域Snに含まれるドットと、実測時に撮像された画像(以下、「実測画像」という)に含まれるドットとが照合され、実測画像上におけるセグメント領域Snの変位位置が探索される。 Thus, in order to acquire the three-dimensional distance information, it is necessary to detect the displacement position of the segment region Sn. For this reason, at the time of actual measurement, the dots included in the segment area Sn and the dots included in an image captured at the time of actual measurement (hereinafter referred to as “measurement image”) are collated, and the displacement position of the segment area Sn on the actual measurement image is determined. Explored.
たとえば、図4(b)に示すセグメント領域Siの実測時における変位位置を探索する場合、図4(c)に示すように、実測画像上において、セグメント領域Siと同じ位置にある領域Si0を中心にX軸方向に+α画素および−α画素の範囲が探索範囲L0に設定される。探索時には、セグメント領域Siが探索範囲L0において1画素ずつX軸方向に送られ、各送り位置において、セグメント領域Siのドットパターンと実測画像上のドットパターンとが比較される。以下、実測画像上の各送り位置に対応する領域を、「比較領域」と称する。探索範囲L0には、セグメント領域Siと同じサイズの比較領域が1画素おきに設定される。探索範囲L0は、取得しようとする距離の範囲に応じて設定される。取得しようとする距離の範囲が広い程、探索範囲L0は広くなる。 For example, when searching for the displacement position at the time of actual measurement of the segment area Si shown in FIG. 4B, as shown in FIG. 4C, the area Si0 at the same position as the segment area Si is centered on the actual measurement image. In addition, the range of + α pixels and −α pixels in the X-axis direction is set as the search range L0. At the time of search, the segment area Si is sent in the X-axis direction pixel by pixel in the search range L0, and the dot pattern on the segment area Si is compared with the dot pattern on the measured image at each feed position. Hereinafter, a region corresponding to each feed position on the actually measured image is referred to as a “comparison region”. In the search range L0, comparison areas having the same size as the segment area Si are set every other pixel. The search range L0 is set according to the range of distances to be acquired. The wider the range of distances to be acquired, the wider the search range L0.
こうして設定された探索範囲L0において、セグメント領域SiをX軸方向に1画素ずつ送りながら、各送り位置において、セグメント領域Siのドットパターンと、各送り位置の比較領域のドットパターンとのマッチング度合いが求められる。このようにセグメント領域Siを探索範囲L0内においてX軸方向のみに送るのは、上記のように、通常、セグメント領域のドットパターンは、実測時において、X軸方向にのみ変位するためである。 In the search range L0 set in this way, while the segment area Si is fed one pixel at a time in the X-axis direction, the matching degree between the dot pattern of the segment area Si and the dot pattern of the comparison area at each feed position is set at each feed position. Desired. The reason why the segment area Si is sent only in the X-axis direction within the search range L0 is that the dot pattern in the segment area is normally displaced only in the X-axis direction during measurement as described above.
上記マッチング度合いの検出時には、セグメント領域Siの各画素の画素値と、比較領域の対応する画素の画素値との差分が求められる。そして、求めた差分を比較領域の全ての画素について加算した値Rsadが、類似度を示す値として取得される。 At the time of detecting the matching degree, the difference between the pixel value of each pixel in the segment area Si and the pixel value of the corresponding pixel in the comparison area is obtained. A value Rsad obtained by adding the obtained difference to all the pixels in the comparison region is acquired as a value indicating the similarity.
たとえば、一つのセグメント領域中に、n列×m行の画素が含まれている場合、セグメント領域のi列、j行の画素の画素値T(i,j)と、比較領域のi列、j行の画素の画素値I(i,j)との差分が求められる。そして、セグメント領域の全ての画素について差分が求められ、その差分の総和により、以下に示す式の値Rsadが求められる。 For example, when n columns × m rows of pixels are included in one segment area, the pixel values T (i, j) of the i columns in the segment area, the j rows of pixels, and the i columns in the comparison area, A difference from the pixel value I (i, j) of the pixels in the j row is obtained. Then, a difference is obtained for all the pixels in the segment area, and a value Rsad of the following equation is obtained from the sum of the differences.
値Rsadが小さい程、セグメント領域と比較領域との間の類似度が高い。したがって、求めた値Rsadが最小の比較領域が、セグメント領域Siの移動領域として検出される。こうして検出されたセグメント領域Siの変位位置に基づいて、上記のように、三角
測量法により、3次元距離情報が取得される。他のセグメント領域についても、同様の処理が行われる。
The smaller the value Rsad, the higher the degree of similarity between the segment area and the comparison area. Therefore, the comparison area having the minimum obtained value Rsad is detected as the movement area of the segment area Si. Based on the displacement position of the segment region Si thus detected, the three-dimensional distance information is acquired by the triangulation method as described above. Similar processing is performed for the other segment regions.
図5は、投射光学系11と受光光学系12の設置状態を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing an installation state of the projection
投射光学系11と受光光学系12は、熱伝導性の高いベースプレート300上に設置される。投射光学系11を構成する光学部材(レーザ光源111、コリメータレンズ112、反射ミラー113、DOE114)は、シャーシ11aに設置され、このシャーシ11aがベースプレート300の設置面P1に設置される。これにより、投射光学系11がベースプレート300上の設置面P1に設置される。
The projection
なお、レーザ光源111は、熱伝導性の高いホルダ11bに保持されている。このホルダ11bがシャーシ11aに装着されることにより、レーザ光源111がシャーシ11aに設置される。上記の如く、レーザ光源111は、扁平な形状を有するフレームタイプの半導体レーザから成っている。レーザ光の光軸に平行な方向に見たとき、レーザ光源111は、厚み方向の寸法が幅方向の寸法よりも数段小さくなっている。図5に示すように、レーザ光源111は、厚み方向がY軸に平行または略平行となるように配置される。ここで、「略平行」とは、レーザ光源111の厚み方向がY軸に平行な状態からX軸回りに10度程度傾いた状態を含む。
The
なお、図2に示す温度センサ130は、ホルダ11bに近接するよう配置される。
2 is disposed so as to be close to the
受光光学系12は、ベースプレート300上の2つの台座300aの上面(設置面P2)と、2つの台座300aの間のベースプレート300の上面(設置面P2)に設置される。2つの台座300aの間のベースプレート300の上面(設置面P2)には、CMOSイメージセンサ124が設置され、台座300aの上面(設置面P2)には、フィルタ121、アパーチャ122および撮像レンズ123を保持する保持板12aが設置される。撮像レンズ123およびアパーチャ122は、保持板12aに装着されたレンズホルダ12bに保持され、レンズホルダ12bの前部にフィルタ121が装着される。
The light receiving
投射光学系11と受光光学系12は、X軸方向に所定の距離をもって並んでいる。投射光学系11と受光光学系12との間のスペースSに、図2に示す情報取得装置1の回路部を搭載せうる回路基板200(図6参照)が設置される。
The projection
図6(a)は、本実施の形態に係る投射光学系11と受光光学系12の構成を模式的に示す図である。
FIG. 6A is a diagram schematically showing the configuration of the projection
図6(a)に示すように、本実施の形態では、レーザ光源111、コリメータレンズ112および反射ミラー113が直線状に並び、DOE114が目標領域を向くように、レーザ光源111、コリメータレンズ112、反射ミラー113およびDOE114が、ベースプレート300に設置される。レーザ光源111およびコリメータレンズ112の光軸は、反射ミラー113によって垂直に折り曲げられ、Z軸に平行となる。
As shown in FIG. 6A, in the present embodiment, the
なお、このように投射光学系11を構成する光学部品がベースプレート300に設置される構成は、請求項4に記載の構成の一例である。
The configuration in which the optical components constituting the projection
図6(b)は、DOE114におけるレーザ光の出射状態を模式的に示す図である。図6(b)に示すように、レーザ光は、DOE114の回折パターンにより回折された回折光(回折次数が0以外の回折光)と、回折パターンでは回折を受けない0次光に分離される。本実施の形態では、レーザ光源111の光軸が反射ミラー113によってZ軸に平行
となるよう折り曲げられるため、DOE114を透過した0次光は、Z軸に平行な方向に進む。
FIG. 6B is a diagram schematically illustrating a laser beam emission state in the
図6(c)は、レーザ光源111における発光部111a、111bの配置を模式的に示す図である。上記のとおり、レーザ光源111は、フレームタイプの半導体レーザからなっている。
FIG. 6C is a diagram schematically showing the arrangement of the
レーザ光源111は、一つのパッケージに、異なる波長帯域のレーザ光を出射する2つの発光部111a、111bを備える。発光部111a、111bは、基板111c上に、間隔がΔdとなるように一体的に形成されている。基板111cは、フレーム111d上に設置されている。発光部111a、111bは、直線状に並ぶように形成されている。
The
本実施の形態において、レーザ光源111は、発光部111a、111bの並び方向がZ軸方向に平行または略平行となるよう配置される。ここで、「略平行」とは、発光部111a、111bの並び方向がZ軸に平行な状態からX軸回りに10度程度傾いた状態を含む。
In the present embodiment, the
このように発光部111a、111bが配置されると、反射ミラー113によって折り曲げられた後の発光部111a、111bの光軸は、X軸に略平行な方向に、互いにずれるようになる。このため、DOE114によって生成されるドットパターンは、測定に用いられる発光部が発光部111a、111b間で切り替えられることにより、X軸方向、すなわち、投射光学系11と受光光学系12の並び方向に略平行な方向にシフトすることとなる。
When the
図7(a)、(b)は、測定に用いられる発光部が発光部111a、111b間で切り替えられることによって生じるドットパターンのシフトの状態を模式的に示す図である。
FIGS. 7A and 7B are diagrams schematically showing a shift state of a dot pattern generated when the light emitting unit used for measurement is switched between the light emitting
図7(a)は、発光部111aが点灯されたときの目標領域上におけるドットパターンの照射状態を示す図である。図7(a)において、ドットパターンの中心には、DOE114により回折されずにDOE114を透過した0次回折光D0aが照射される。L1aは、ドットパターンのX軸方向の中心位置を示す直線であり、L2は、ドットパターンのY軸方向の中心位置を示す直線である。
FIG. 7A is a diagram showing the irradiation state of the dot pattern on the target area when the
図7(b)は、発光部111bが点灯されたときの目標領域上におけるドットパターンの照射状態を示す図である。図7(b)において、ドットパターンの中心には、DOE114により回折されずにDOE114を透過した0次回折光D0bが照射される。L1bは、ドットパターンのX軸方向の中心位置を示す直線であり、L2は、図7(a)と同様、ドットパターンのY軸方向の中心位置を示す直線である。なお、図7(b)には、便宜上、図7(a)における直線L1aが示されている。
FIG. 7B is a diagram showing the irradiation state of the dot pattern on the target area when the
図7(b)に示すように、点灯される発光部が発光部111aから発光部111bに切り替えられると、目標領域に照射されるドットパターンは、距離ΔLだけX軸負方向にシフトする。他方、図4(a)〜(c)を参照して説明した3次元距離情報の取得形態では、セグメント領域Snを設定するための基準画像が、予め、メモリ25に保持され、実測時には、メモリ25に保持された基準画像を用いて、セグメント領域毎に、上述の3次元距離情報の取得処理が行われる。
As shown in FIG. 7B, when the light emitting section to be lit is switched from the
この場合、たとえば、発光部111aと発光部111bのうち発光部111aを点灯させた状態で基準画像が取得されメモリ25に保持されると、図7(a)、(b)に示すよ
うに、点灯される発光部が発光部111bに切り替えられるとドットパターンがX軸負方向に距離ΔLだけ変位するため、発光部111bを点灯させたときに本来取得されるべき基準画像は、メモリ25に保持された基準画像からX軸負方向に距離ΔLだけずれることとなる。このため、発光部111bを点灯させて3次元距離情報の取得処理を行う場合に、メモリ25に保持された基準画像(発光部111aを点灯させて取得された基準画像)が用いられると、セグメント領域Snの実測画像上におけるX軸方向の変位位置が、距離ΔLだけ誤差を持つこととなり、この誤差により3次元距離情報も誤差を含むこととなる。
In this case, for example, when the reference image is acquired and held in the
したがって、このように発光部111aを点灯させた状態で基準画像が取得されメモリ25に保持される場合には、発光部111bを点灯させて3次元距離情報を取得する際に、ドットパターンのずれ量(距離ΔL)に基づく3次元距離情報の補正処理を行うのが望ましい。たとえば、この補正処理は、上述の探索により検出されるセグメント領域の変位位置を、ドットパターンのずれ量(距離ΔL)だけ、ドットパターンのずれ方向と反対方向に移動させることにより行われる。なお、ドットパターンのずれ量(距離ΔL)に基づく3次元距離情報の誤差が軽微である場合には、この補正処理を省略しても良い。
Accordingly, when the reference image is acquired and held in the
また、このような補正処理を行う方法に代えて、発光部111a、111bをそれぞれ点灯させたときの2つの基準画像をメモリ25に保持する方法を用いることもできる。この場合、発光部111aが点灯される際には、発光部111aを点灯させて取得した基準画像を用いて3次元距離情報の取得処理が行われ、発光部111bが点灯される際には、発光部111bを点灯させて取得した基準画像を用いて3次元距離情報の取得処理が行われる。ただし、この場合には、2つの基準画像をメモリ25に保持する必要があるため、上記のように一つの基準画像をメモリ25に保持する場合に比べて、基準画像を保持するために必要なメモリ容量が増加するとの問題がある。よって、この問題からすると、上記のように、発光部111a、111bのうち何れか一方を点灯させたときに取得される基準画像をメモリ25に保持するのが望ましい。
Further, instead of the method of performing such correction processing, a method of holding two reference images in the
なお、図7(a)、(b)に示すように、点灯される発光部が発光部111aと発光部111bとの間で切り替えられるとドットパターンがX軸方向(投射光学系11と受光光学系12の並び方向)にシフトするようレーザ光源111が配置される構成は、請求項3に記載の構成の一例である。
As shown in FIGS. 7A and 7B, when the light emitting unit to be lit is switched between the
図8は、発光部111a、111bから出射されるレーザ光の波長変動特性の一例を示すグラフである。図8において、横軸は、レーザ光源111付近の温度、縦軸は、発光部111a、111bからから出射されるレーザ光の波長(発振波長)である。横軸の温度は、図2に示す温度センサ130によって検出される。また、図8の右端に示された830nm、820nmは、それぞれ、温度が25℃のときの発光部111a、111bの発振波長である。
FIG. 8 is a graph illustrating an example of wavelength variation characteristics of laser light emitted from the
図8に示すように、発光部111a、111bの発振波長は、温度の上昇に伴って長くなる。各グラフにおいて、発振波長がステップ状に変化しているのは、発光部111a、111bにおいて生じるモードホッピングによるものである。ここで、使用環境温度が0℃〜60℃であると想定すると、発光部111aの発振波長は、使用環境温度の変動範囲において、812.8nm〜830.8nmの範囲で変化し、このときのレーザ光の波長変動幅Δλ1は、18nmとなる。したがって、仮に、レーザ光源111に発光部111aのみが配されている場合には、この波長変動幅Δλ1に含まれる波長の光を透過するように、フィルタ121の透過波長帯域が設定される必要がある。
As shown in FIG. 8, the oscillation wavelengths of the
これに対し、本実施の形態では、発光部111aの他に発光部111bがレーザ光源1
11に設けられているため、発光部111aのみが設けられている場合に比べ、フィルタ121の透過波長帯域を狭めることができる。すなわち、図8のグラフにおいて、温度が0〜30℃の範囲では発光部111bを用いて測定が行われ、温度が30〜60℃の範囲では発光部111aを用いて測定が行われるよう、レーザ光源111が制御される。こうすると、目標領域に照射されるレーザ光の波長の変動範囲は、温度が30℃のときの発光部111aの発振波長(822.8nm)から温度が30℃のときの発光部111bの発振波長(830.8nm)の範囲となり、このときのレーザ光の波長変動幅Δλ2は、8nmとなる。
On the other hand, in the present embodiment, in addition to the
11, the transmission wavelength band of the
このように、本実施の形態では、使用環境温度の温度範囲において、発光部111aの発振波長の一部と、発光部111bの発振波長の一部が互いに重複するように、これら2つの発光部111a、111bの発振波長が設定されている。このため、上記のように測定に用いる発光部を切替えることにより、フィルタ121の透過波長帯域を8nm程度に狭めることができ、フィルタ121を透過する外乱光の量を抑制することができる。よって、本実施の形態によれば、3次元距離情報の精度を高めることができる。
As described above, in the present embodiment, in the temperature range of the use environment temperature, the two light emitting units such that a part of the oscillation wavelength of the
なお、このように、使用環境温度の温度範囲(0〜60℃)において、発光部111aの発振波長の一部と発光部111bの発振波長の一部が互いに重複するように、これら2つの発光部111a、111bの発振波長が設定される構成は、請求項6に記載の構成の一例である。
In this way, in the temperature range (0 to 60 ° C.) of the use environment temperature, these two light emission components are such that a part of the oscillation wavelength of the
図9(a)は、発光部111a、111bの切替処理を示すフローチャートである。なお、このフローチャートは、発光部111a、111bの発振波長が図8のグラフに示すように設定されている場合のものである。ここで、図3のメモリ25には、切替条件25aとして、温度値が30℃の閾値温度Tshが保持されている。また、図9(a)の処理は、図3に示すCPU21のレーザ制御部21aの機能によって行われる。
FIG. 9A is a flowchart showing switching processing of the
なお、このように、切替条件25aとして閾値温度Tsがメモリ25に保持される構成は、請求項2に記載の構成の一例である。
The configuration in which the threshold temperature Ts is held in the
図9(a)を参照して、距離取得動作が開始されると(S101:YES)、CPU21は、所定の温度取得タイミングにおいて、温度センサ130により、レーザ光源111の温度Tを取得する(S102)。次に、CPU21は、取得した温度Tが、メモリ25に切替条件25aとして保持された閾値温度Tsh以上であるか否かを判定する(S103)。取得した温度Tが閾値温度Tsh以上である場合、CPU21は、発光部111aを点灯し発光部111bを消灯する(S104)。他方、取得した温度Tが閾値温度Tsh未満である場合、CPU21は、発光部111aを消灯し発光部111bを点灯する(S104)。これにより、レーザ光源111から出射されるレーザ光の波長は、図8に示す波長の変動幅Δλ2の範囲に含まれることとなる。
Referring to FIG. 9A, when the distance acquisition operation is started (S101: YES), the
こうして、測定に用いられる発光部が設定されると、CPU21は、距離取得動作が終了したか否かを判定する(106)。距離取得動作が終了していなければ、CPU21は、処理をS102に進めて、再度、S102以降の処理を実行する。すなわち、CPU21は、所定の温度取得タイミングにおいて、温度センサ130により、レーザ光源111の温度Tを取得し(S102)、取得した温度Tが閾値温度Tsh以上であるか否かに応じて(S103)、測定に用いる発光部を、発光部111aと発光部111bとの間で切り替える(S104、S105)。以下、同様に、距離取得動作が終了するまで、発光部の切替制御が行われる。
Thus, when the light emitting unit used for the measurement is set, the
以上、本実施の形態によれば、レーザ光源111に2つの発光部111a、111bが
設けられ、メモリ25に切替条件25aとして保持された閾値温度Tshと温度センサ130によって取得された温度とに基づいて、測定に用いる発光部が発光部111aと発光部111bとの間で切り替えられる。このため、図8を参照して説明したとおり、フィルタ121の透過波長帯域を狭めることができ、フィルタ121を透過する外乱光の量を抑制することができる。よって、本実施の形態によれば、距離演算部21bにより取得される3次元距離情報の精度を高めることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態によれば、レーザ光源111、コリメータレンズ112および反射ミラー113が直線状に並び、DOE114が目標領域を向くように、レーザ光源111、コリメータレンズ112、反射ミラー113およびDOE114が配置される。これにより、Z軸方向における投射光学系11の背高を低くすることができ、情報取得装置1の小型化を図ることができる。
Further, according to the present embodiment, the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施形態も、上記の他に種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the embodiments of the present invention can be variously modified in addition to the above. .
たとえば、上記実施の形態では、図6(a)に示すように、フレームタイプの半導体レーザからなるレーザ光源111を、厚み方向がY軸に平行または略平行となるように配置したが、図10(a)に示すように、厚み方向がZ軸に平行または略平行となるように、レーザ光源111が配置されても良い。こうすると、上記実施の形態に比べて、Z軸方向における投射光学系11の背高をさらに低くすることができ、情報取得装置1のさらなる小型化を図ることができる。
For example, in the above embodiment, as shown in FIG. 6A, the
なお、このようにレーザ光源111を配置すると、図10(b)、(c)に示すように、点灯される発光部が発光部111a、111bとの間で切り替えられたときにDP光(ドットパターン)がシフトする方向が、Y軸に平行な方向となる。図10(b)、(c)は、それぞれ、発光部111a、111bが点灯されたときの目標領域に対するドットパターンの照射状態を模式的に示す図である。L2aは、発光部111aが点灯されたときの、Y軸方向におけるドットパターンの中心位置を示す直線であり、L2bは、発光部111bが点灯されたときの、Y軸方向におけるドットパターンの中心位置を示す直線である。点灯される発光部が発光部111aから発光部111bに切り替えられると、目標領域に照射されるドットパターンは、距離ΔL’だけY軸負方向にシフトする。
When the
この場合、たとえば、発光部111aが点灯されたときに取得された基準画像がメモリ25に保持され、この基準画像が、発光部111bを点灯する際にも用いられると、以下のとおり、図4(b)、(c)を参照して説明した3次元距離情報の取得動作が適正に行われないことが起こり得る。
In this case, for example, when the reference image acquired when the
図11(a)、(b)は、この問題を説明するための図である。図11(a)は、発光部111aが点灯されたときのセグメント領域Siの探索動作を模式的に示す図、図11(b)は、発光部111bが点灯されたときのセグメント領域Siの探索動作を模式的に示す図である。
FIGS. 11A and 11B are diagrams for explaining this problem. FIG. 11A schematically shows a search operation for the segment area Si when the
まず、図11(a)を参照して、上記のように、メモリ25に保持される基準画像が、発光部111aを点灯した状態で取得されたものである場合、距離測定の際に点灯される発光部が発光部111aであると、距離測定時に取得される実測画像と、メモリ25に保持された基準画像が、互いに、Y軸方向にずれることはない。このため、図11(a)に示すように、セグメント領域Siは比較領域Cjに正しくマッチングし、セグメント領域Siの探索動作は、適正に行われる。
First, referring to FIG. 11A, as described above, when the reference image held in the
これに対し、点灯される発光部は発光部111bに切り替えられると、本来取得されるべき基準画像が、図10(c)に示すように、メモリ25に保持された基準画像に対して、Y軸負方向に距離ΔL’だけずれているため、距離測定時に取得される実測画像もまた、メモリ25に保持された基準画像に対して、Y軸負方向に距離ΔL’だけずれている。このため、図11(b)に示すように、セグメント領域Siにマッチングする比較領域もまた、セグメント領域SiのX軸方向の探索範囲に対して、Y軸負方向に距離ΔL’だけずれている。この場合、セグメント領域Siの探索を行っても、図11(b)に示すように、セグメント領域Siが比較領域Cjにマッチングせず、セグメント領域Siの探索動作は、エラーとなる可能性が高い。
On the other hand, when the light emitting unit to be lit is switched to the
したがって、図10(a)のように、厚み方向がZ軸に平行または略平行となるようにレーザ光源111を配置すると、上記実施の形態に比べて、Z軸方向における投射光学系11の背高をさらに低くすることができるが、その反面、セグメント領域の探索がエラーとなって、3次元距離情報を適正に取得できないことが起こり得る。これに対し、上記実施の形態のように、厚み方向がY軸に平行または略平行となるようにレーザ光源111を配置する場合には、図7(a)、(b)に示すように、基準画像と実測画像が互いにX軸方向にずれることが起こり得るものの、基準画像と実測画像が互いにY軸方向にずれることは無いため、3次元距離情報の取得がエラーとなって3次元距離情報が取得されないことは起こり得ない。したがって、3次元距離情報の取得がエラーとなることを回避するためには、上記実施の形態のように、厚み方向がY軸に平行または略平行となるようにレーザ光源111を配置するのが望ましい。
Therefore, as shown in FIG. 10A, when the
なお、図10(c)に示す距離ΔL’が小さくなると、これに伴い、図11(b)におけるセグメント領域Siと比較領域Cjとの間のY軸方向のずれ量も小さくなるため、探索動作において、セグメント領域Siが比較領域Cjに正しくマッチングする可能性が高まる。ここで、図10(c)に示す距離ΔL’は、図6(c)に示す発光部111aと発光部111bとの間の間隔Δdに対応する。したがって、セグメント領域Siが比較領域Cjに正しくマッチングする程度に発光部111aと発光部111bとの間の間隔Δdが小さい場合には、図10(a)のように、厚み方向がZ軸に平行または略平行となるようにレーザ光源111を配置して、Z軸方向における投射光学系11の背高を低くするのが望ましい。
As the distance ΔL ′ shown in FIG. 10C decreases, the amount of shift in the Y-axis direction between the segment region Si and the comparison region Cj in FIG. In this case, the possibility that the segment region Si correctly matches the comparison region Cj is increased. Here, the distance ΔL ′ shown in FIG. 10C corresponds to the distance Δd between the
なお、図10(a)に示すように、レーザ光源111の厚み方向がZ軸に略平行となるようにレーザ光源111が配置される構成、すなわち、発光部111a、111bの並び方向(レーザ光源111の幅方向)が反射ミラー113によって折り曲げられる前後のコリメータレンズ112の光軸を含む平面(XZ平面)に対して略垂直となるようにレーザ光源111が配置される構成は、請求項5に記載の構成の一例である。
As shown in FIG. 10A, the
図10(a)に示す変更例においても、上記実施の形態と同様、発光部毎に基準画像をメモリ25に保持しておき、測定に用いられる発光部に応じて、セグメント領域の探索に用いる基準画像を切り替えるようにしても良い。ただし、この場合には、上記のように、基準画像を記憶するためのメモリ容量が大きくなるとの問題が生じる。
In the modified example shown in FIG. 10A as well, the reference image is held in the
また、上記実施の形態では、温度センサ130によって検出された温度Tが閾値温度Tsh以上であるか否かによって、測定に用いる発光部が、発光部111aと発光部111bとの間で切り替えられた。しかしながら、発光部を切り替えるための条件は、これに限らず、発振波長がフィルタ121の透過波長帯域に含まれる発光部を適正に選択可能な他の条件が用いられて良い。
Moreover, in the said embodiment, the light emission part used for a measurement was switched between the
たとえば、図12(a)に示すフローチャートでは、CMOSイメージセンサ124の
総受光光量Rが、閾値Rsh以下となったか否かによって、測定に用いられる発光部が、発光部111aと発光部111bとの間で切り替えられる。すなわち、図12(a)の処理では、距離取得動作が開始されると(S111:YES)、発光部111aが消灯され、発光部111bが点灯される(S112)。そして、所定のタイミングで、CMOSイメージセンサ124の総受光光量Rが取得され(S113)、取得された総受光光量Rが、閾値Rsh以下となったか否かが判定される(S114)。
For example, in the flowchart shown in FIG. 12A, the light emitting units used for the measurement are the
取得された総受光光量Rが閾値Rsh以下であれば(S114:YES)、現在使用されている発光部(ここでは、発光部111a)の発振波長が、温度変化によって、フィルタ121の透過波長帯域を外れたと判定され、測定に用いられる発光部が、他方の発光部(ここでは、発光部111b)に切り替えられる(S115)。また、取得された総受光光量Rが閾値Rsh以下でなければ(S114:NO)、現在使用されている発光部(ここでは、発光部111a)の発振波長が、未だ、フィルタ121の透過波長帯域に含まれていると判定され、現在使用されている発光部がそのまま、測定に用いられる。以上の処理が、距離取得動作が終了されるまで(S116:YES)、繰り返される。
If the acquired total received light amount R is less than or equal to the threshold value Rsh (S114: YES), the oscillation wavelength of the currently used light emitting unit (here, the
図12(a)のフローチャートでは、切替条件25aとして、閾値Rshがメモリ25に保持される。ここで、閾値Rshは、選択された発光部の発振波長がフィルタ121の透過波長帯域に含まれることとなるように設定される。
In the flowchart of FIG. 12A, the threshold value Rsh is held in the
また、図12(b)に示すフローチャートでは、セグメント領域に対する探索処理のエラーレートEが、閾値Esh以上となったか否かによって、測定に用いられる発光部が、発光部111aと発光部111bとの間で切り替えられる。図12(b)のフローチャートは、図12(a)のフローチャートのS113、S114が、S121、S122に置き換えられている。
Further, in the flowchart shown in FIG. 12B, the light emitting units used for the measurement are the
すなわち、図12(b)のフローチャートでは、距離取得動作が開始されると(S111:YES)、発光部111aが消灯され、発光部111bが点灯される(S112)。そして、所定のタイミングで、セグメント領域に対する探索処理のエラーレートEが取得され(S121)、取得されたエラーレートEが、閾値Esh以上となったか否かが判定される(S121)。取得されたエラーレートEが閾値Esh以上であれば(S121:YES)、現在使用されている発光部(ここでは、発光部111a)の発振波長が、温度変化によって、フィルタ121の透過波長帯域を外れたためエラーレートが増加したと判定され、測定に用いられる発光部が、他方の発光部(ここでは、発光部111b)に切り替えられる(S115)。また、取得されたエラーレートEが閾値Esh以上でなければ(S114:NO)、現在使用されている発光部(ここでは、発光部111a)の発振波長が、未だ、フィルタ121の透過波長帯域に含まれていると判定され、現在使用されている発光部がそのまま、測定に用いられる。
That is, in the flowchart of FIG. 12B, when the distance acquisition operation is started (S111: YES), the
図12(b)のフローチャートでは、切替条件25aとして、閾値Eshがメモリ25に保持される。ここで、閾値Eshは、図12(a)の場合と同様、選択された発光部の発振波長がフィルタ121の透過波長帯域に含まれることとなるように設定される。
In the flowchart of FIG. 12B, the threshold value Esh is held in the
また、上記実施の形態では、レーザ光源111に2つの発光部111a、111bが設けられたが、3つ以上の発光部がレーザ光源111に設けられても良い。この場合も、上記実施の形態と同様、一つの発光部が用いられる場合よりも、フィルタ121の透過波長帯域を狭めることができるように、各発光部の発振波長が設定される。また、上記実施の形態と同様、選択された発光部の発振波長が、そのときの使用環境温度において、フィルタ121の透過波長帯域に含まれるよう、複数の発光部の中から一の発光部が、測定に用いる発光部として選択される。
In the above embodiment, the
図13(a)、(b)は、3つの発光部111e〜111gがレーザ光源111に配置される場合の構成例を示す図である。この場合、図13(b)に示すように、基板111c上に、直線状に並ぶように3つの発光部111e〜111g形成される。また、これら3つの発光部111e〜111gは、図13(a)に示す発振特性を有する。使用環境温度の範囲が0〜60℃の場合、0〜23℃の範囲では発光部111eが測定に用いられ、23℃〜40℃の範囲では発光部111fが測定に用いられ、40℃〜60℃の範囲では発光部111gが測定に用いられる。
FIGS. 13A and 13B are diagrams illustrating a configuration example when three light emitting
このように発光部111e〜111fが切替制御されると、目標領域に照射されるレーザ光の波長の変動範囲は、温度が30℃のときの発光部111eの発振波長(830nm程度)から温度が23℃のときの発光部111eの発振波長(836nm程度)の範囲となり、このときのレーザ光の波長変動幅Δλ3は、6nm程度となる。したがって、上記実施の形態に比べて、レーザ光の波長変動幅Δλ3をさらに狭くすることができ、フィルタ121の透過波長帯域をさらに狭めることができる。よって、フィルタ121を透過する外乱光の量をさらに抑制することができ、距離演算部21bにより取得される3次元距離情報の精度をさらに高めることができる。
When the
図14(a)は、この場合のレーザ制御部21aによる制御処理を示すフローチャート、図14(b)は、メモリ25に保持される切替条件25aを示す図である。
FIG. 14A is a flowchart showing the control processing by the
本変更例では、図14(b)に示すように、切替条件25aとして、2つの閾値温度Tsh1、Tsh2が保持される。発光部111e〜111fが図13(a)の発振特性を持つ場合、閾値温度Tsh1は23℃、閾値温度Tsh2は40℃である。
In this modified example, as shown in FIG. 14B, two threshold temperatures Tsh1 and Tsh2 are held as the switching
図14(a)のフローチャートにおいて、CPU21は、所定のタイミングで取得したレーザ光源111の温度T(S102)が、閾値温度Tsh1よりも低い場合(S131:NO、S132:NO)、発光部eを点灯させる(S135)。また、温度Tが閾値温度Tsh1以上で閾値温度Tsh2未満の場合(S131:NO、S132:YES)、CPU21は、発光部111fを点灯させる(S134)。また、温度Tが閾値温度Tsh2以上の場合(S131:YES)、CPU21は、発光部111gを点灯させる(S133)。
In the flowchart of FIG. 14A, when the temperature T (S102) of the
なお、図14(a)、(b)には、温度センサ130によって取得された温度によって発光部111e〜111gを切替制御するようにしたが、図12(a)、(b)と同様に、CMOSイメージセンサ124の総受光光量またはセグメント領域探索時のエラーレートに基づいて、発光部111e〜111gが切替制御されても良い。この場合、発振波長が他の2つの発振波長の間にある発光部111fがまず点灯され、その後、CMOSイメージセンサ124の総受光光量またはセグメント領域探索時のエラーレートが閾値を満たさなくなったときに、測定に用いる発光部が、発光部111e、111fのうち閾値を満たす方の発光部に切り替えられる。
In FIGS. 14A and 14B, the
なお、このように、出射波長帯域の一部が互いに重なり合う3つの発光部111e〜111gをレーザ光源111に配置し、切替条件25aとして2つの閾値温度Tsh1、Tsh2を用いる構成は、請求項7に記載の構成の一例である。
In this way, the configuration in which the three light emitting
また、上記実施の形態では、レーザ光源111の厚み方向がY軸に略平行とされ、図10(a)に示す変更例では、レーザ光源111の厚み方向がZ軸に略平行とされたが、レーザ光源111の配置は、これらの配置に限られず、たとえば、レーザ光源111の厚み方向がY軸とZ軸に45°程度傾くようにレーザ光源111が配置されても良い。
In the above embodiment, the thickness direction of the
また、上記実施の形態では、図8に示すように、使用環境温度の温度範囲が前半と後半に分割され、使用される発光部が当該温度範囲の前半と後半とで切り替えられた。しかし、使用される発光部を切り替えるための温度は、必ずしも、使用環境温度の温度範囲の中間の温度でなくても良く、各発光部の発振波長に応じて、適宜、所定の温度に調整され得る。 Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG. 8, the temperature range of use environment temperature was divided | segmented into the first half and the second half, and the light emission part used was switched by the first half and the second half of the said temperature range. However, the temperature for switching the light emitting unit to be used is not necessarily an intermediate temperature in the temperature range of the operating environment temperature, and is appropriately adjusted to a predetermined temperature according to the oscillation wavelength of each light emitting unit. obtain.
また、上記実施の形態では、レーザ光源111として、フレームタイプの半導体レーザが用いられたが、CANタイプの半導体レーザが用いられても良い。
In the above embodiment, a frame type semiconductor laser is used as the
また、上記実施の形態では、受光素子として、CMOSイメージセンサ124を用いたが、これに替えて、CCDイメージセンサを用いることもできる。
In the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、レーザ光源111の光軸を、反射ミラー113で折り曲げるよう構成されたが、反射ミラー113を省略し、レーザ光源111と、コリメータレンズ112と、DOE114を直線状に並べて配置するよう、投射光学系11を構成しても良い。この場合、反射ミラー113を省略できるが、投射光学系11の寸法がDP光の出射方向に大きくなる。さらに、受光光学系12の構成も、適宜変更可能である。
In the above embodiment, the optical axis of the
また、上記実施の形態では、情報取得装置1と情報処理装置2が別体であったが、これらが一体化されても良く、さらに、これらがテレビ3や他の機器に内蔵されても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。 In addition, the embodiment of the present invention can be variously modified as appropriate within the scope of the technical idea shown in the claims.
1 … 情報取得装置
2 … 情報処理装置
11 … 投射光学系
12 … 受光光学系
21a … レーザ制御部
21b … 距離演算部(距離取得部)
25 … メモリ
25a … 切替条件
111 … レーザ光源(光源)
111a、111b … 発光部
111e、111f、111c … 発光部
112 … コリメータレンズ(レンズ)
113 … 反射ミラー
114 … DOE(回折光学素子)
121 … フィルタ
130 … 温度センサ
DESCRIPTION OF
25 ...
111a, 111b ...
113 ...
121… Filter 130… Temperature sensor
Claims (8)
前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を所定のドットパターンで目標領域に投射する投射光学系と、
前記投射光学系に対して一方向に離れて配置され、前記目標領域から反射された反射光を透過させるためのフィルタを備え、前記フィルタを透過した前記反射光を受光して、前記目標領域をイメージセンサにより撮像する受光光学系と、
実測時に前記イメージセンサにより撮像された前記ドットパターンを含む実測画像に基づいて、前記目標領域に含まれる物体までの距離に関する距離情報を取得する距離取得部と、
前記レーザ光源を制御するレーザ制御部と、を備え、
前記レーザ制御部は、温度変化に基づく出射波長帯域の変動により前記複数の発光部のうち、測定に用いる発光部を一の発光部から他の発光部へと切り替える所定の切替条件を保持し、当該切替条件に基づいて、前記複数の発光部のうち測定に用いる発光部を決定する
ことを特徴とする情報取得装置。 A laser light source including a plurality of light emitting units that emit laser beams having different wavelengths;
A projection optical system for projecting the laser light emitted from the laser light source onto a target area with a predetermined dot pattern;
The filter is disposed in one direction away from the projection optical system, and includes a filter for transmitting the reflected light reflected from the target area, receiving the reflected light transmitted through the filter, and A light receiving optical system for imaging by an image sensor;
A distance acquisition unit that acquires distance information related to a distance to an object included in the target area based on an actual measurement image including the dot pattern imaged by the image sensor at the time of actual measurement;
A laser control unit for controlling the laser light source,
The laser control unit holds a predetermined switching condition for switching a light emitting unit used for measurement from one light emitting unit to another light emitting unit among the plurality of light emitting units due to a change in an emission wavelength band based on a temperature change, An information acquisition apparatus that determines a light emitting unit to be used for measurement among the plurality of light emitting units based on the switching condition.
前記レーザ光源の温度を検出するための温度センサをさらに備え、
前記レーザ制御部は、前記温度センサにより検出される温度が所定の閾値以上であるか否かを、前記切替条件として保持する、
ことを特徴とする情報取得装置。 The information acquisition device according to claim 1,
A temperature sensor for detecting the temperature of the laser light source;
The laser control unit holds whether the temperature detected by the temperature sensor is equal to or higher than a predetermined threshold as the switching condition.
An information acquisition apparatus characterized by that.
前記複数の発光部は、測定に用いる発光部が一の発光部から他の発光部に切り替えられたときに目標領域においてドットパターンがシフトする方向が、前記投射光学系と前記受光光学系の並び方向に略平行となるよう配置されている、
ことを特徴とする情報取得装置。 In the information acquisition device according to claim 1 or 2,
The plurality of light emitting units are arranged such that a direction in which a dot pattern shifts in a target region when a light emitting unit used for measurement is switched from one light emitting unit to another light emitting unit is an alignment of the projection optical system and the light receiving optical system. Arranged so as to be substantially parallel to the direction,
An information acquisition apparatus characterized by that.
前記投射光学系は、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光が入射するコリメータレンズと、前記コリメータレンズを透過した光を反射するミラーと、前記ミラーによって反射された光を前記ドットパターンの光に変換する回折光学素子とを備え、前記レーザ光源、前記コリメータレンズおよび前記ミラーが直線状に並び、前記回折光学素子が前記目標領域を向くように、前記レーザ光源、前記コリメータレンズ、前記ミラーおよび前記回折光学素子が配置される、
ことを特徴とする情報取得装置。 In the information acquisition device according to any one of claims 1 to 3,
The projection optical system includes a collimator lens on which the laser light emitted from the laser light source is incident, a mirror that reflects light transmitted through the collimator lens, and light reflected by the mirror as light of the dot pattern. A diffractive optical element for conversion, the laser light source, the collimator lens, and the mirror are arranged in a straight line, and the diffractive optical element faces the target area, the laser light source, the collimator lens, the mirror, and the mirror A diffractive optical element is disposed;
An information acquisition apparatus characterized by that.
前記レーザ光源は、フレームタイプの半導体レーザであり、
前記半導体レーザには、前記複数の発光部が、レーザ光の出射方向に垂直な方向に一列に並ぶように配置され、
前記複数の発光部の並び方向が、前記ミラーによって折り曲げられる前後の前記コリメータレンズの光軸を含む平面に対して略垂直となるように、前記半導体レーザが配置される、
ことを特徴とする情報取得装置。 The information acquisition device according to claim 4,
The laser light source is a frame type semiconductor laser,
In the semiconductor laser, the plurality of light emitting units are arranged in a line in a direction perpendicular to a laser beam emission direction,
The semiconductor laser is arranged so that the arrangement direction of the plurality of light emitting units is substantially perpendicular to a plane including the optical axis of the collimator lens before and after being bent by the mirror.
An information acquisition apparatus characterized by that.
前記レーザ光源は、所定の温度帯域において第1の波長帯域のレーザ光を出射する第1
の発光部と、前記温度帯域において前記第1の波長帯域と一部が重複する第2の波長帯域のレーザ光を出射する第2の発光部とを備え、
前記切替条件は、前記第1および第2の発光部のうち、前記フィルタの透過波長帯域に含まれる波長のレーザ光を出射する発光部が選択されるように規定されている、
ことを特徴とする情報取得装置。 In the information acquisition device according to any one of claims 1 to 5,
The laser light source emits a laser beam having a first wavelength band in a predetermined temperature band.
And a second light emitting unit that emits laser light in a second wavelength band that partially overlaps the first wavelength band in the temperature band,
The switching condition is defined such that a light emitting unit that emits laser light having a wavelength included in the transmission wavelength band of the filter is selected from the first and second light emitting units.
An information acquisition apparatus characterized by that.
前記レーザ光源は、所定の温度帯域において出射波長帯域の一部が互いに重なり合う3つの発光部を備え、
前記切替条件は、前記3つの発光部のうち、前記フィルタの透過波長帯域に含まれる波長のレーザ光を出射する発光部が選択されるように規定されている、
ことを特徴とする情報取得装置。 In the information acquisition device according to any one of claims 1 to 5,
The laser light source includes three light emitting units in which a part of the emission wavelength band overlaps with each other in a predetermined temperature band,
The switching condition is defined such that a light emitting unit that emits laser light having a wavelength included in the transmission wavelength band of the filter is selected from the three light emitting units.
An information acquisition apparatus characterized by that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012207605A JP2014062796A (en) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | Information acquisition device and object detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012207605A JP2014062796A (en) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | Information acquisition device and object detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014062796A true JP2014062796A (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=50618169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012207605A Pending JP2014062796A (en) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | Information acquisition device and object detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014062796A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101732793B1 (en) | 2015-05-12 | 2017-05-04 | (주)쎄미시스코 | Defect detection system and method |
CN115437162A (en) * | 2022-08-19 | 2022-12-06 | 北京驭光科技发展有限公司 | Laser projector, camera assembly and electronic device |
KR20230086397A (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-15 | 한국전자기술연구원 | ToF sensor device and Method for determining distance using the same |
-
2012
- 2012-09-20 JP JP2012207605A patent/JP2014062796A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101732793B1 (en) | 2015-05-12 | 2017-05-04 | (주)쎄미시스코 | Defect detection system and method |
KR20230086397A (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-15 | 한국전자기술연구원 | ToF sensor device and Method for determining distance using the same |
KR102596435B1 (en) * | 2021-12-08 | 2023-11-01 | 한국전자기술연구원 | ToF sensor device and Method for determining distance using the same |
CN115437162A (en) * | 2022-08-19 | 2022-12-06 | 北京驭光科技发展有限公司 | Laser projector, camera assembly and electronic device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI427265B (en) | Measuring apparatus | |
WO2012137674A1 (en) | Information acquisition device, projection device, and object detection device | |
JP5138116B2 (en) | Information acquisition device and object detection device | |
EP3935559B1 (en) | Ir illumination module for mems-based eye tracking | |
US9329025B2 (en) | Measuring device | |
JP5143312B2 (en) | Information acquisition device, projection device, and object detection device | |
WO2012147495A1 (en) | Information acquisition device and object detection device | |
JP2012237604A (en) | Information acquisition apparatus, projection device and object detection device | |
JP2012078152A (en) | Light projection beam adjusting method | |
TW201829977A (en) | Inclination measuring device and control system | |
US20110043825A1 (en) | Measuring apparatus | |
US10859369B2 (en) | Displacement measuring apparatus | |
US20140132956A1 (en) | Object detecting device and information acquiring device | |
WO2020180545A1 (en) | Ir illumination module for mems-based eye tracking | |
JP2014062796A (en) | Information acquisition device and object detector | |
JP2007147299A (en) | Apparatus and method for measuring displacement | |
JP2014044113A (en) | Information acquisition device and object detector | |
JPWO2012117614A1 (en) | Information acquisition apparatus and object detection apparatus having the information acquisition apparatus | |
JP2014132219A (en) | Information acquisition device and object detector | |
JP2014052307A (en) | Information acquisition device and object detection device | |
US20220109821A1 (en) | Multi-image projector and electronic device having multi-image projector | |
WO2013046928A1 (en) | Information acquiring device and object detecting device | |
EP3637044B1 (en) | Multi-image projector and electronic device having the multi-image projector | |
JP2014085282A (en) | Information acquisition device and object detection device | |
US8351042B1 (en) | Object detecting device and information acquiring device |