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JP2024105178A - Imaging device and ranging system - Google Patents

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JP2024105178A
JP2024105178A JP2023204232A JP2023204232A JP2024105178A JP 2024105178 A JP2024105178 A JP 2024105178A JP 2023204232 A JP2023204232 A JP 2023204232A JP 2023204232 A JP2023204232 A JP 2023204232A JP 2024105178 A JP2024105178 A JP 2024105178A
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JP
Japan
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light
unit
imaging device
receiving unit
light receiving
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Application number
JP2023204232A
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Japanese (ja)
Inventor
圭介 池田
Keisuke Ikeda
裕之 佐藤
Hiroyuki Sato
壮哉 畑崎
Soya Hatazaki
直人 仲村
Naoto Nakamura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Priority to CN202410067298.1A priority patent/CN118393512A/en
Priority to EP24153622.6A priority patent/EP4407341A1/en
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Abstract

【課題】照明手段と受光手段との光軸が同一でないToF方式の撮像装置において、測距対象とする画角において受光手段で受光するドットパターン光が過度に近接する領域を排除し、正確な距離情報を取得する。【解決手段】撮像装置であって、筐体と、構造化光を投光する第1投光部と、前記第1投光部からの前記構造化光を含む入射光が入射する第1受光部と、前記撮像装置が支持される支持部と、を備え、前記第1受光部と、前記第1投光部と、前記支持部とは、前記第1受光部、前記第1投光部、前記支持部の順に、前記筐体の第1方向に関して異なる位置に配置されている。【選択図】図9-1[Problem] In a ToF imaging device in which the optical axes of an illumination means and a light receiving means are not the same, an area in which the dot pattern light received by the light receiving means is excessively close in the angle of view to be measured is eliminated, and accurate distance information is obtained. [Solution] An imaging device comprising a housing, a first light projecting unit that projects structured light, a first light receiving unit into which incident light including the structured light from the first light projecting unit is incident, and a support unit that supports the imaging device, the first light receiving unit, the first light projecting unit, and the support unit being arranged at different positions in a first direction of the housing in the order of the first light receiving unit, the first light projecting unit, and the support unit. [Selected Figure] Figure 9-1

Description

本発明は、撮像装置および測距システムに関する。 The present invention relates to an imaging device and a distance measurement system.

従来、撮像装置から対象物までの測距の手法の一つに、ToF(Time of Flight)方式と呼ばれる、光を照射してから反射光を受光するまでの時間に基づき対象物までの距離を算出する手法が知られている。このToF方式を利用して距離情報を取得するため、ToFセンサを含む受光手段とレーザ光源を含む照明手段とを使用し、測距を行う測距装置としてのToF方式の撮像装置が開発されている。ToF方式の撮像装置は、例えば車両において障害物検出に使用されたり、あるいは構造物内の空間情報の取得に使用されたりする。 Conventionally, one method for measuring the distance from an imaging device to an object is known as the ToF (Time of Flight) method, which calculates the distance to the object based on the time between emitting light and receiving the reflected light. In order to obtain distance information using this ToF method, a ToF imaging device has been developed as a distance measuring device that uses a light receiving means including a ToF sensor and an illumination means including a laser light source. ToF imaging devices are used, for example, to detect obstacles in vehicles or to obtain spatial information inside structures.

特許文献1には、光の反射率や距離が著しく異なる様々な物体が混在するようなシーンにおいて的確に距離情報を取得することを目的として、強発光領域(ドット状)と弱発光領域(均一光)を有する空間的照射パターンを照射する照明手段(構造化照明)を備えるToF方式の測距装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a ToF distance measuring device equipped with an illumination means (structured illumination) that emits a spatial illumination pattern having strong light emission areas (dot-like) and weak light emission areas (uniform light) for the purpose of accurately acquiring distance information in a scene in which various objects with significantly different light reflectances and distances are mixed together.

特許文献1に開示の測距装置によれば、弱発光領域と強発光領域とを有する空間的照射パターンを持つことにより、弱発光領域からの戻り光では距離情報を取得するのに十分なS/N比を確保できなかったとしても、強発光領域からの戻り光により十分なS/N比を確保して正確な距離情報を取得することができる。 The distance measuring device disclosed in Patent Document 1 has a spatial irradiation pattern with weak and strong light emission regions, so that even if the return light from the weak light emission region cannot ensure a sufficient S/N ratio to obtain distance information, the return light from the strong light emission region can ensure a sufficient S/N ratio to obtain accurate distance information.

加えて、特許文献1に開示の測距装置によれば、光の反射率が高かったり、対象物が近方に存在したりする場合に、たとえ強発光領域からの戻り光が強すぎたとしても、弱発光領域の光により受光素子が飽和しない程度の戻り光を受光して正確な距離情報を取得することができる。 In addition, according to the distance measuring device disclosed in Patent Document 1, even if the return light from the strong light emission region is too strong when the light reflectance is high or the target object is located nearby, accurate distance information can be obtained by receiving the return light to an extent that the light receiving element is not saturated by the light from the weak light emission region.

しかしながら、従来のToF方式の撮像装置によれば、照明手段と受光手段との光軸が同一でないため、測距対象とする画角において受光手段で受光するドットパターン光が過度に近接する領域が生じてしまう。このように、従来のToF方式の撮像装置によれば、受光素子上で受光されるドット光同士が近接しすぎた場合、ドット同士が繋がってしまうことでドットパターンとして機能しなくなってしまい、正確な距離情報を取得することができなくなってしまう、という問題がある。 However, with conventional ToF imaging devices, the optical axes of the illumination means and the light receiving means are not the same, resulting in an area where the dot pattern light received by the light receiving means is excessively close to each other at the angle of view that is the subject of distance measurement. Thus, with conventional ToF imaging devices, if the dot lights received on the light receiving element are too close to each other, the dots will connect with each other and will no longer function as a dot pattern, making it impossible to obtain accurate distance information.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、照明手段と受光手段との光軸が同一でないToF方式の撮像装置において、測距対象とする画角において受光手段で受光するドットパターン光が過度に近接する領域を排除し、正確な距離情報を取得することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above, and aims to obtain accurate distance information in a ToF imaging device in which the optical axes of the illumination means and the light receiving means are not the same, by eliminating areas in which the dot pattern light received by the light receiving means is excessively close in the angle of view to be measured.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、撮像装置であって、筐体と、構造化光を投光する第1投光部と、前記第1投光部からの前記構造化光を含む入射光が入射する第1受光部と、前記撮像装置が支持される支持部と、を備え、前記第1受光部と、前記第1投光部と、前記支持部とは、前記第1受光部、前記第1投光部、前記支持部の順に、前記筐体の第1方向に関して異なる位置に配置されている、ことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present invention provides an imaging device comprising a housing, a first light-projecting unit that projects structured light, a first light-receiving unit to which incident light including the structured light from the first light-projecting unit is incident, and a support unit that supports the imaging device, characterized in that the first light-receiving unit, the first light-projecting unit, and the support unit are arranged at different positions in a first direction of the housing in the order of the first light-receiving unit, the first light-projecting unit, and the support unit.

本発明によれば、ドットパターン光を照射する照明手段と受光手段との光軸が同一でないToF方式の撮像装置において、測距対象とする画角において受光手段で受光するドットパターン光が過度に近接する領域を排除し、正確な距離情報を取得することができる、という効果を奏する。 The present invention has the effect of eliminating areas where the dot pattern light received by the light receiving means is excessively close in the angle of view to be measured in a ToF imaging device in which the optical axis of the illumination means that irradiates the dot pattern light and the optical axis of the light receiving means are not the same, thereby making it possible to obtain accurate distance information.

図1は、第1の実施の形態の測距システムの構成の一例を示す図である。FIG. 1 illustrates an example of a configuration of a distance measuring system according to a first embodiment. 図2は、第1の実施の形態の撮像装置の構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of the imaging apparatus according to the first embodiment. 図3は、撮像装置の概略構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an imaging apparatus. 図4は、光学系の配置の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the arrangement of the optical system. 図5は、第1の実施の形態の処理部の機能ブロックの一例を示す図である。FIG. 5 illustrates an example of functional blocks of a processing unit according to the first embodiment. 図6は、撮像装置の支持態様を例示的に示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a supporting manner of the imaging device. 図7は、撮像装置の死角を例示的に示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a blind spot of an imaging device. 図8-1は、望ましいドットパターン像の一例を示す図である。FIG. 8A is a diagram showing an example of a desirable dot pattern image. 図8-2は、実際に得られるドットパターン像(視差による疎密有)の一例を示す図である。FIG. 8B is a diagram showing an example of an actually obtained dot pattern image (with sparseness and density due to parallax). 図9-1は、近接した平面状の測距対象に対する照射例を示す図である。FIG. 9A is a diagram showing an example of irradiation of a nearby planar target for distance measurement. 図9-2は、隣接するドット間のピッチを例示的に示す図である。FIG. 9B is a diagram showing an example of the pitch between adjacent dots. 図10は、ToFカメラの死角を例示的に示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a blind spot of a ToF camera. 図11は、ToF視野角とD/dとの関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the ToF viewing angle and D/d. 図12は、撮像装置の支持部の他の例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing another example of a support portion of the imaging device. 図13は、撮像装置の各光学要素の他の配置例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing another example of the arrangement of the optical elements of the imaging device. 図14は、第2の実施の形態にかかる測距システムの構成を例示的に示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a configuration of a distance measuring system according to the second embodiment. 図15は、第3の実施の形態にかかる測距システムの構成を例示的に示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a configuration of a distance measuring system according to the third embodiment. 図16は、第3の実施の形態にかかる測距システムの変形例を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a modification of the distance measuring system according to the third embodiment. 図17は、第3の実施の形態にかかる測距システムの別の変形例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing another modified example of the distance measuring system according to the third embodiment. 図18は、第3の実施の形態の処理部の機能ブロックの一例を示す図である。FIG. 18 illustrates an example of functional blocks of a processing unit according to the third embodiment. 図19は、第4の実施の形態にかかる測距システムの構成を例示的に示す図である。FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a configuration of a distance measuring system according to the fourth embodiment. 図20は、手振れの影響の例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of the influence of camera shake. 図21は、第5の実施の形態にかかる測距システムの構成を例示的に示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a configuration of a distance measuring system according to the fifth embodiment. In FIG. 図22は、第5の実施の形態にかかる測距システムの変形例を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a modification of the distance measuring system according to the fifth embodiment. 図23は、第5の実施の形態にかかる測距システムの別の変形例を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing another modified example of the distance measuring system according to the fifth embodiment. 図24は、パターン化光の重複の例を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing an example of overlapping of patterned light. 図25は、第6の実施の形態にかかる遮断手段の一例を示す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating an example of a cutoff unit according to the sixth embodiment. 図26は、第6の実施の形態にかかる遮断手段の他の一例を示す図である。FIG. 26 is a diagram showing another example of the interrupter according to the sixth embodiment. 図27は、第6の実施の形態にかかる遮断手段の他の一例を示す図である。FIG. 27 is a diagram showing another example of the interrupter according to the sixth embodiment. 図28は、第6の実施の形態にかかる遮断手段の他の一例を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing another example of the interrupter according to the sixth embodiment. 図29は、第7の実施の形態にかかる測距システムの構成を例示的に示す図である。FIG. 29 is a diagram illustrating an example of a configuration of a distance measuring system according to the seventh embodiment. In FIG.

以下に添付図面を参照して、撮像装置および測距システムの実施の形態を詳細に説明する。 Embodiments of the imaging device and distance measurement system are described in detail below with reference to the attached drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態にかかる撮像装置1001及び情報処理装置4001を含む測距システム3001のシステム構成を示す図である。図1に示すように、測距システム3001は、撮像装置1001を、PCまたはクラウドなどの情報処理装置4001に接続するシステム構成である。測距システム3001は、撮像装置1001によりToF撮影等を行い、情報処理装置4001により撮像装置1001で取得されたデータに基づく測距処理を行う。撮像装置1001と情報処理装置4001は、それぞれの有する送受信部によって有線通信または無線通信により通信することができる。撮像装置1001から情報処理装置4001へネットワーク経由でデータを送信(出力)してもよく、SDカード等の可搬型の記憶媒体やパーソナルコンピュータなどとのインターフェース回路により送受信部を構成してもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a distance measuring system 3001 including an imaging device 1001 and an information processing device 4001 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the distance measuring system 3001 is a system configuration in which the imaging device 1001 is connected to an information processing device 4001 such as a PC or a cloud. In the distance measuring system 3001, the imaging device 1001 performs ToF photography or the like, and the information processing device 4001 performs distance measuring processing based on data acquired by the imaging device 1001. The imaging device 1001 and the information processing device 4001 can communicate with each other by wired communication or wireless communication using a transmitting/receiving unit that each of them has. Data may be transmitted (output) from the imaging device 1001 to the information processing device 4001 via a network, and the transmitting/receiving unit may be configured by an interface circuit with a portable storage medium such as an SD card or a personal computer.

図2は第1の実施の形態にかかる撮像装置1001の構成を示す外観斜視図、図3は撮像装置1001の概略構成の一例を示す図、図4は光学系の配置の一例を示す図である。本実施形態では、撮像装置1001は、ToF(Time of Flight)方式の測距装置(ToFカメラ)としての機能と、輝度カメラ(RGBカメラ)としての機能を有し、全天球を対象としてToFカメラ及び輝度カメラにより撮像を行う。 Fig. 2 is an external perspective view showing the configuration of the imaging device 1001 according to the first embodiment, Fig. 3 is a diagram showing an example of the schematic configuration of the imaging device 1001, and Fig. 4 is a diagram showing an example of the arrangement of the optical system. In this embodiment, the imaging device 1001 has a function as a distance measuring device (ToF camera) using the ToF (Time of Flight) method and a function as a luminance camera (RGB camera), and captures images of the entire celestial sphere using the ToF camera and the luminance camera.

図2ないし図4に示すように、撮像装置1001は、投光ユニット21と、ToF受光ユニット61と、輝度受光ユニット30と、制御部120と、を備える。投光ユニット21とToF受光ユニット61とがToF方式の測距装置、つまりToFカメラとして機能し、輝度受光ユニット30が輝度カメラとしての機能を有する。 As shown in Figures 2 to 4, the imaging device 1001 includes a light projecting unit 21, a ToF light receiving unit 61, a luminance light receiving unit 30, and a control unit 120. The light projecting unit 21 and the ToF light receiving unit 61 function as a ToF distance measuring device, that is, a ToF camera, and the luminance light receiving unit 30 functions as a luminance camera.

投光ユニット21は、計測対象領域に向けて測距光(赤外光等)を照射する。投光ユニット21は、赤外光を放出する光源210と、発散角を広げる光学素子からなるToF投光系111(投光光学系)とを含み、光源210の光を広角に出射する。ToF投光系111の光学素子は、例えば、レンズやDOE(回折光学素子)、拡散板等を含む。光源210は、例えば、2次元アレイの垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL;Vertical Cavity Surface Emitting Laser)である。本実施形態の撮像装置1001は、互いに反対方向を向いて配置された2個の投光ユニット21を有している。 The light projection unit 21 irradiates distance measurement light (infrared light, etc.) toward the measurement target area. The light projection unit 21 includes a light source 210 that emits infrared light and a ToF light projection system 111 (light projection optical system) consisting of optical elements that widen the divergence angle, and emits the light of the light source 210 at a wide angle. The optical elements of the ToF light projection system 111 include, for example, a lens, a DOE (diffractive optical element), a diffuser, etc. The light source 210 is, for example, a two-dimensional array of vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs). The imaging device 1001 of this embodiment has two light projection units 21 arranged facing in opposite directions.

2個の投光ユニット21は、構造化光であるパターン化光(本実施形態ではドットパターン)を空間中に照射する構造化照明である。換言すると、2個の投光ユニット21は、点状光(スポット光)を投光するものである。理想的には、光が照射される部分と光が照射されない部分に分かれるが、実際には、スポット光にはある程度の光の広がりや少量のマルチパス干渉が生じるため、後述のToFセンサ110で受光されるスポット光の反射光の点とそれ以外の領域とのコントラスト差を必ずしも“100:0”とするものではない。 The two light-projecting units 21 are structured illuminations that project patterned light (a dot pattern in this embodiment) into space, which is structured light. In other words, the two light-projecting units 21 project point-like light (spot light). Ideally, the light is divided into areas that are irradiated and areas that are not irradiated, but in reality, the spot light has a certain degree of light spread and a small amount of multipath interference, so the contrast difference between the points of reflected light of the spot light received by the ToF sensor 110 described below and other areas is not necessarily "100:0".

投光ユニット21から出射された測距光(構造化光)は、計測対象領域に存在する物体で反射される。ToF受光ユニット61は、計測対象領域の物体からの反射光を受光する。ToF受光ユニット61は、測距光に感度を有するToFセンサ110と、入射光をToFセンサ110へ導く光学素子からなるToF受光光学系112(第1受光光学系)とを含む。ToF受光光学系112の光学素子は、例えばレンズを含む。ToFセンサ110は受光画素が二次元に配列した受光素子であり、各画素が計測対象領域内の各位置と対応しているため、ToF受光ユニット61は、計測対象領域内の各位置からの光を個別に受光することができる。本実施形態の撮像装置1001は、互いに異なる方向を向いて配置された4個のToF受光ユニット61を有している。4個のToF受光ユニット61は、第1方向(Z軸)の周囲360度を撮像可能である。複数の投光ユニット21と複数のToF受光ユニット61とは、筐体11の第1方向(Z軸)の周囲に備えられる。 The distance measurement light (structured light) emitted from the light projection unit 21 is reflected by an object present in the measurement target area. The ToF light receiving unit 61 receives the reflected light from the object in the measurement target area. The ToF light receiving unit 61 includes a ToF sensor 110 having sensitivity to the distance measurement light, and a ToF light receiving optical system 112 (first light receiving optical system) consisting of optical elements that guide the incident light to the ToF sensor 110. The optical elements of the ToF light receiving optical system 112 include, for example, a lens. The ToF sensor 110 is a light receiving element in which light receiving pixels are arranged two-dimensionally, and each pixel corresponds to each position in the measurement target area, so that the ToF light receiving unit 61 can individually receive light from each position in the measurement target area. The imaging device 1001 of this embodiment has four ToF light receiving units 61 arranged facing in different directions. The four ToF light receiving units 61 can capture images 360 degrees around the first direction (Z axis). The multiple light projecting units 21 and the multiple ToF light receiving units 61 are provided around the housing 11 in the first direction (Z axis).

輝度受光ユニット30は、CMOSセンサ33により2次元画像を取得する。輝度受光ユニット30は、輝度画像(RGB画像)を撮影するためのCMOSセンサ33と、入射光をCMOSセンサ33へ導く光学素子からなる輝度受光光学系113(第2受光光学系)とを含む。輝度受光光学系113の光学素子は、例えばレンズを含む。 The luminance receiving unit 30 acquires a two-dimensional image using a CMOS sensor 33. The luminance receiving unit 30 includes a CMOS sensor 33 for capturing a luminance image (RGB image) and a luminance receiving optical system 113 (second light receiving optical system) consisting of optical elements that guide incident light to the CMOS sensor 33. The optical elements of the luminance receiving optical system 113 include, for example, a lens.

本実施形態の撮像装置1001は、ToF受光ユニット61の受光データにより距離画像を取得するとともに、輝度受光ユニット30の受光データにより輝度画像(RGB画像)を取得することができる。後述の処理部により、輝度画像(RGB画像)を、距離画像から得られた座標点群に対してマッピングする。これにより、測距システム3001は、周囲空間の距離・形状情報を、色情報付きでデジタルデータ化することが可能になる。 The imaging device 1001 of this embodiment can obtain a distance image from the light reception data of the ToF light receiving unit 61, and can obtain a luminance image (RGB image) from the light reception data of the luminance light receiving unit 30. The luminance image (RGB image) is mapped to the coordinate point group obtained from the distance image by a processing unit described below. This enables the distance measurement system 3001 to convert distance and shape information of the surrounding space into digital data with color information.

制御部120は、投光ユニット21とToF受光ユニット61と輝度受光ユニット30とを駆動または制御する。制御部120は、光源210、ToFセンサ110、CMOSセンサ33のそれぞれとケーブル、FPC、FFC等で接続される。 The control unit 120 drives or controls the light projecting unit 21, the ToF light receiving unit 61, and the luminance light receiving unit 30. The control unit 120 is connected to each of the light source 210, the ToF sensor 110, and the CMOS sensor 33 via a cable, FPC, FFC, etc.

ここで、投光ユニット21は、構造化光を投光する第1投光部の一例である。ToF受光ユニット61は、構造化光を含む入射光が入射する第1受光部の一例である。輝度受光ユニット30は、第2受光部の一例であり、少なくとも輝度を含む情報を出力する。 Here, the light projecting unit 21 is an example of a first light projecting unit that projects structured light. The ToF light receiving unit 61 is an example of a first light receiving unit to which incident light including structured light is incident. The luminance light receiving unit 30 is an example of a second light receiving unit, and outputs information including at least luminance.

本実施形態では、図2ないし図4に示すように、撮像装置1001はZ軸方向に長い長手形状である。撮像装置1001の最も+Z方向側の一段目には、各々の画角が120度以上の4つのToF受光光学系112が、XY平面内の3方向と+Z方向である1方向を向くよう配置されている。撮像装置1001の一段目の-Z方向側となる二段目には、各々の画角が180度以上の2つのToF投光系111と、各々の画角が180度の2つの輝度受光光学系113とが配置されている。2つのToF投光系111はそれぞれ反対方向(+X方向と-X方向)を向き、2つの輝度受光光学系113もそれぞれ反対方向(+Y方向と-Y方向)を向いている。撮像装置1001の-Z方向側の下段には、制御部120、バッテリー130が配置されている。これにより、全天球をカバーする光学系をコンパクトに配置し、撮像装置を小型化することができる。 In this embodiment, as shown in FIG. 2 to FIG. 4, the imaging device 1001 has a long, elongated shape in the Z-axis direction. In the first stage of the imaging device 1001, which is the furthest +Z direction, four ToF light receiving optical systems 112, each with an angle of view of 120 degrees or more, are arranged so as to face three directions in the XY plane and one direction, which is the +Z direction. In the second stage, which is the -Z direction side of the first stage of the imaging device 1001, two ToF light projecting systems 111, each with an angle of view of 180 degrees or more, and two luminance light receiving optical systems 113, each with an angle of view of 180 degrees, are arranged. The two ToF light projecting systems 111 face in opposite directions (+X direction and -X direction), and the two luminance light receiving optical systems 113 also face in opposite directions (+Y direction and -Y direction). In the lower stage on the -Z direction side of the imaging device 1001, the control unit 120 and the battery 130 are arranged. This allows for a compact arrangement of optical systems that cover the entire celestial sphere, making it possible to miniaturize the imaging device.

制御部120は、投光ユニット21が投光するタイミングを制御するとともに、ToF受光ユニット61による受光を検出する。まず、制御部120は、光源210を駆動するタイミングを制御し、計測対象領域に向かって光を照射させる。さらに、制御部120は、ToFセンサ110で受光した光の光電変換で得られた受光データを取得する。同時に、制御部120は、CMOSセンサ33による撮像で得られた輝度画像を取得する。 The control unit 120 controls the timing at which the light projection unit 21 projects light, and detects the light received by the ToF light receiving unit 61. First, the control unit 120 controls the timing at which the light source 210 is driven, causing it to emit light toward the area to be measured. Furthermore, the control unit 120 acquires received light data obtained by photoelectric conversion of the light received by the ToF sensor 110. At the same time, the control unit 120 acquires a luminance image obtained by imaging using the CMOS sensor 33.

ここで、ToFセンサ110として直接ToFセンサを用いる場合、制御部120は、例えば、各画素での受光タイミングの情報を含むデータを取得する。一方、ToFセンサ110として間接ToFセンサを用いる場合、制御部120は、例えば、異なる4つの位相における各画素での受光量に基づく位相画像を取得する。後述の処理部により、4つの位相画像から距離画像を生成することができる。 When a direct ToF sensor is used as the ToF sensor 110, the control unit 120 acquires data including information on the timing of light reception at each pixel, for example. On the other hand, when an indirect ToF sensor is used as the ToF sensor 110, the control unit 120 acquires a phase image based on the amount of light received at each pixel at four different phases, for example. A distance image can be generated from the four phase images by a processing unit described below.

撮像装置1001で取得されたデータは、情報処理装置4001の備える処理部5001へ入力される。処理部5001は、例えば、情報処理装置400のCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、SSD(Solid State Drive)などにより構成される。 The data acquired by the imaging device 1001 is input to a processing unit 5001 provided in the information processing device 4001. The processing unit 5001 is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an SSD (Solid State Drive) of the information processing device 400.

図5は、第1の実施形態において、ToF受光ユニット61での受光データに基づき対象物までの距離を算出する処理部5001の一例である。図5に示すように、処理部5001は、画像保存部5010、距離計算部5011、補正値算出部5012、距離補正部5013及び出力部5014の各機能を実現する。 Figure 5 shows an example of a processing unit 5001 that calculates the distance to an object based on light reception data from the ToF light receiving unit 61 in the first embodiment. As shown in Figure 5, the processing unit 5001 realizes the functions of an image storage unit 5010, a distance calculation unit 5011, a correction value calculation unit 5012, a distance correction unit 5013, and an output unit 5014.

画像保存部5010は、ToF受光ユニット61による受光データ(複数枚の位相画像)をRAM等の記憶部に保存する。距離計算部5011は、画像保存部5010によって保存された複数枚の位相画像に基づいて、対象物までの間の距離を示す距離情報を計算する。補正値算出部5012は、例えば、投光ユニット21を発光して距離計算部5011で得られた距離画像におけるスポット光の直接反射光の領域と、それ以外の領域(スポット光の直接反射光が入射しない領域)とで得られた情報を用いて、距離情報を補正する補正値を算出する。距離補正部5013は、補正値算出部5012で算出された補正値を用い、投光ユニット21を発効して得られた距離情報の補正を行う。なお、補正値算出部5012及び距離補正部5013は必須ではないが、前述の補正によりマルチパス低減を行うことができる。 The image storage unit 5010 stores the light reception data (multiple phase images) from the ToF light receiving unit 61 in a storage unit such as a RAM. The distance calculation unit 5011 calculates distance information indicating the distance to the target object based on the multiple phase images stored by the image storage unit 5010. The correction value calculation unit 5012 calculates a correction value for correcting the distance information using information obtained, for example, from the area of the directly reflected light of the spot light in the distance image obtained by the distance calculation unit 5011 after the light projection unit 21 is emitted and from the other area (area where the directly reflected light of the spot light does not enter). The distance correction unit 5013 corrects the distance information obtained by activating the light projection unit 21 using the correction value calculated by the correction value calculation unit 5012. Note that the correction value calculation unit 5012 and the distance correction unit 5013 are not essential, but the above-mentioned correction can reduce multipath.

出力部5014は、距離補正部5013で補正された対象物までの間の距離を示す距離情報を、外部機器に出力する。 The output unit 5014 outputs distance information indicating the distance to the object corrected by the distance correction unit 5013 to an external device.

ここで、撮像装置1001の支持態様について、いくつか例を挙げて説明する。 Here, we will explain some examples of how the imaging device 1001 can be supported.

図6は、撮像装置1001の支持態様を例示的に示す図である。図6(a)に示すように、撮像装置1001は、筐体11の下部に三脚などの器具200を取り付けるネジ穴などの固定手段19(図2参照)を備える。図6(a)に示すように、撮像装置1001は、筐体11に設けられた固定手段19に対して、支持部として機能する三脚などの器具200を取り付けることにより、支持される。すなわち、撮像装置1001は、ToF受光ユニット61と投光ユニット21と支持部とについて、ToF受光ユニット61、投光ユニット21、支持部の順に、筐体11の第1の方向(Z軸)に関して異なる位置に配置する。 Figure 6 is a diagram showing an example of a support form of the imaging device 1001. As shown in Figure 6 (a), the imaging device 1001 has a fixing means 19 (see Figure 2) such as a screw hole for attaching a device 200 such as a tripod to the lower part of the housing 11. As shown in Figure 6 (a), the imaging device 1001 is supported by attaching a device 200 such as a tripod that functions as a support part to the fixing means 19 provided on the housing 11. That is, the imaging device 1001 is arranged in different positions in the first direction (Z axis) of the housing 11 with respect to the ToF light receiving unit 61, the light projecting unit 21, and the support part in this order.

また、図6(b)に示すように、撮像装置1001は、筐体11にユーザの手によって把持可能な把持部14を、投光ユニット21および輝度受光ユニット30の下段に備える。図6(b)に示すように、撮像装置1001は、支持部として機能する把持部14をユーザの手によって把持されることにより、支持される。 As shown in FIG. 6(b), the imaging device 1001 includes a gripping unit 14 that can be held by a user's hand on the housing 11, below the light projecting unit 21 and the luminance receiving unit 30. As shown in FIG. 6(b), the imaging device 1001 is supported by the user's hand gripping the gripping unit 14 that functions as a support unit.

ここで、図7は撮像装置1001の死角を例示的に示す図である。上述したように、本実施形態の撮像装置1001は、ToF受光ユニット61及び投光ユニット21を、それぞれ複数個異なる方向に向けて備える。このようにすることで、撮像装置1001を中心とした周囲の距離画像を、広範囲にわたって得ることができる。ただし、図7に示すように、撮像装置1001は、投光ユニット21からの光や支持部がToF受光ユニット61に映り込むことを回避するため、投光ユニット21及び支持部が存在する方向に非撮像領域となる死角を有する。 Here, FIG. 7 is a diagram showing an example of the blind spot of the imaging device 1001. As described above, the imaging device 1001 of this embodiment has multiple ToF light receiving units 61 and light projecting units 21, each facing in different directions. In this way, a distance image of the surroundings centered on the imaging device 1001 can be obtained over a wide range. However, as shown in FIG. 7, the imaging device 1001 has a blind spot that is a non-imaging area in the direction of the light projecting unit 21 and the support unit to prevent the light from the light projecting unit 21 and the support unit from being captured in the ToF light receiving unit 61.

ここで、図8-1は望ましいドットパターン像の一例を示す図、図8-2は実際に得られるドットパターン像(視差による疎密有)の一例を示す図である。 Here, Figure 8-1 shows an example of a desirable dot pattern image, and Figure 8-2 shows an example of an actually obtained dot pattern image (with sparseness and density due to parallax).

投光ユニット21から平面状の近接した測距対象に照射されたドットパターン光の反射光を、ToF受光ユニット61内のToFセンサ110で受光した際に得られる像は、望ましく図8-1に示すようなものである。しかしながら、実際には、特に近接した対象の測距を行う場合に、ToF受光ユニット61と投光ユニット21との視差によって、図8-2に示すように疎密の分布を持ってしまう。 When the reflected light of the dot pattern light irradiated from the light projecting unit 21 onto a nearby planar target for distance measurement is received by the ToF sensor 110 in the ToF light receiving unit 61, the image obtained is preferably as shown in FIG. 8-1. However, in reality, particularly when measuring the distance of a nearby target, the parallax between the ToF light receiving unit 61 and the light projecting unit 21 results in a sparse and dense distribution as shown in FIG. 8-2.

ところで、図6に示したように、撮像装置1001の使用時において、ToF受光ユニット61が投光ユニット21よりも上側に位置する場合、すなわちToF受光ユニット61と投光ユニット21とを同一箇所に置けない場合においても、図8-2と同様にToFカメラから見て下方の測距点に対応するToFセンサ110の画素でドットパターンは密になる。 Incidentally, as shown in FIG. 6, when the imaging device 1001 is in use, if the ToF light receiving unit 61 is located above the light projecting unit 21, i.e., if the ToF light receiving unit 61 and the light projecting unit 21 cannot be placed in the same location, the dot pattern will be dense at the pixels of the ToF sensor 110 that correspond to the distance measurement points below when viewed from the ToF camera, as in FIG. 8-2.

このようにドットパターンが密になる領域では、1ピクセル内に複数のドットの反射光が入射することで各ドットが分解できず、中~強照射領域に塗りつぶされて弱照射領域が消失してしまう。このような状態になると、例えば特許文献1に記載の装置においては、弱照射領域が存在しない領域が発生して近距離の対象の測距が困難になるなど、当該パターン照明における一部のメリットが失われる。 In areas where the dot pattern is dense like this, the reflected light from multiple dots enters one pixel, making it impossible to resolve each dot, and the weakly illuminated areas disappear as they are filled with areas of medium to strong illumination. In such a state, for example in the device described in Patent Document 1, some of the benefits of the pattern illumination are lost, such as areas without weakly illuminated areas occurring, making it difficult to measure the distance to close-up objects.

ToF受光ユニット61内のToFセンサ110で受光するドットパターン光のうち、ToFセンサ110上で受光されるドット光同士が近接しすぎた場合、ドット同士が繋がってしまうことでドット密度が濃くなり、ドットパターンとして機能しなくなってしまう。このようなドット密度が濃くなる領域は、ToF受光ユニット61の下側に位置してToFカメラの死角に入ることになるため、ToFカメラの視野角内において過度に近接したドットパターン光がなくなり、正確な距離情報を取得することができなくなってしまう、という問題がある。 Of the dot pattern lights received by the ToF sensor 110 in the ToF light receiving unit 61, if the dot lights received on the ToF sensor 110 are too close to each other, the dots will connect with each other, making the dot density high and the dot pattern will no longer function. This type of area with high dot density is located below the ToF light receiving unit 61 and in the blind spot of the ToF camera, so there is no dot pattern light that is too close within the viewing angle of the ToF camera, and accurate distance information cannot be obtained.

ここで、上述の問題についてより具体的に説明する。 Here we explain the above issues in more detail.

図9-1は、近接した平面状の測距対象に対する照射例を示す図である。図9-1に示すように、例えば、ToF受光ユニット61内のToFセンサ110の受光面からY方向に距離Dだけ離れた平面状の測距対象の距離画像を得ることを考える。撮像装置1001は、ToF受光ユニット61と投光ユニット21との光軸がZ方向に距離dだけ離間しており、投光ユニット21はToF受光ユニット61に対してZ方向マイナス側(図中下側)に配置されている。例えば、投光ユニット21から照射するドットパターン光は、5度間隔で照射されると考える。なお、図9-1に示す撮像装置1001は、投光ユニット21に対してZ方向マイナス側に、三脚などの器具200を備える。 Figure 9-1 is a diagram showing an example of illumination of a nearby planar distance measurement target. As shown in Figure 9-1, for example, consider obtaining a distance image of a planar distance measurement target that is a distance D away in the Y direction from the light receiving surface of the ToF sensor 110 in the ToF light receiving unit 61. In the imaging device 1001, the optical axes of the ToF light receiving unit 61 and the light projecting unit 21 are spaced a distance d apart in the Z direction, and the light projecting unit 21 is disposed on the negative Z side (lower side in the figure) relative to the ToF light receiving unit 61. For example, consider that the dot pattern light emitted from the light projecting unit 21 is emitted at 5 degree intervals. The imaging device 1001 shown in Figure 9-1 is equipped with a device 200 such as a tripod on the negative Z side relative to the light projecting unit 21.

図9-2は、隣接するドット間のピッチを例示的に示す図である。 Figure 9-2 is an example diagram showing the pitch between adjacent dots.

図9-2(a)ないし図9-2(c)は、図9-1に示す撮像装置1001において、ToF受光ユニット61内のToFセンサ110の受光面からY方向に距離Dを変動させた場合における隣接するドット間のピッチを示す図である。より詳細には、図9-2(a)ないし図9-2(c)は、D/dを0.5、1、2としたときにドットパターン光の各ドットの反射光がToF受光ユニット61から見て視野角のいずれの角度から入射して受光するかと、そのドット像と隣接するドット像のピッチがToF受光ユニット61内のToFセンサ110上で何ピクセルに相当するかと、示している。 Figures 9-2(a) to 9-2(c) are diagrams showing the pitch between adjacent dots when the distance D is changed in the Y direction from the light receiving surface of the ToF sensor 110 in the ToF light receiving unit 61 in the imaging device 1001 shown in Figure 9-1. More specifically, Figures 9-2(a) to 9-2(c) show at what viewing angle the reflected light of each dot of the dot pattern light is received when D/d is set to 0.5, 1, or 2, and how many pixels the pitch between that dot image and the adjacent dot image corresponds to on the ToF sensor 110 in the ToF light receiving unit 61.

図9-2(a)ないし図9-2(c)に示すように、D/dが小さくなるほどピッチの偏りは大きくなり、D/d=0.5では視野角-60度以下において隣接するドット像とのピッチが1ピクセル以下となる領域が発生する。このような領域では、1ピクセル上に複数のドット像の一部が重複することでドット間の非照射領域がToF受光ユニット61内のToFセンサ110上で失われ、前述のようにパターン照明におけるメリットが失われる。 As shown in Figures 9-2(a) to 9-2(c), the smaller D/d is, the greater the pitch deviation becomes, and when D/d = 0.5, there are areas where the pitch between adjacent dot images is 1 pixel or less at viewing angles of -60 degrees or less. In such areas, multiple dot images partially overlap on one pixel, and the non-illuminated areas between the dots are lost on the ToF sensor 110 in the ToF light receiving unit 61, and the benefits of pattern illumination are lost as described above.

ここで、図10はToFカメラの死角を例示的に示す図である。前述したように、本実施形態の撮像装置1001では、ToF受光ユニット61より下方に配置される投光ユニット21の光がToF受光ユニット61に直接入射しないようにするとともに、三脚などの器具200の映り込み防止の目的も兼ねて図10中の下方に死角を設ける。具体的には、図10に示すように、撮像装置1001は、筐体11に段差11aを設ける。撮像装置1001は、筐体11に設けた段差11aに従い、ToF受光ユニット61と投光ユニット21との光学系に対して段差を形成する。撮像装置1001は、ToF受光ユニット61の画角-60度以下の入射光を筐体11に設けた段差11aにより遮蔽し、死角となるようにしている。これにより、ToF受光ユニット61は、投光ユニット21から照射される最大画角のパターン化光を回避する配置となっている。 Here, FIG. 10 is a diagram showing an example of a blind spot of a ToF camera. As described above, in the imaging device 1001 of this embodiment, a blind spot is provided below in FIG. 10 so that the light of the light projecting unit 21 arranged below the ToF light receiving unit 61 does not directly enter the ToF light receiving unit 61, and also for the purpose of preventing the reflection of the equipment 200 such as a tripod. Specifically, as shown in FIG. 10, the imaging device 1001 provides a step 11a in the housing 11. The imaging device 1001 forms a step in the optical system between the ToF light receiving unit 61 and the light projecting unit 21 according to the step 11a provided in the housing 11. The imaging device 1001 blocks incident light with an angle of view of the ToF light receiving unit 61 of -60 degrees or less by the step 11a provided in the housing 11, so that it becomes a blind spot. As a result, the ToF light receiving unit 61 is positioned to avoid the patterned light with the maximum angle of view emitted from the light projecting unit 21.

図9-2(c)に示すように、撮像装置1001は、ToF受光ユニット61の画角-60度以下の死角を用いることにより、D/d=0.5以上の近距離測距の場合において、ToF受光ユニット61の画角-60度以下に存在する隣接するドット像とのピッチが1ピクセル以下となる領域を隠すことができる。これにより、ToF受光ユニット61で受光した像からは分解されていないドット像が除かれ、ToF受光ユニット61内のToFセンサ110上で非照射領域が存在しない領域を判別してデータから除外する手間がなくなる。 As shown in FIG. 9-2(c), the imaging device 1001 uses a blind spot of the ToF light receiving unit 61 at or below -60 degrees in the field of view, and in the case of close-range distance measurement with D/d=0.5 or more, it is possible to hide areas where the pitch between adjacent dot images that exist at or below the field of view of the ToF light receiving unit 61 at or below -60 degrees is 1 pixel or less. This removes unresolved dot images from the image received by the ToF light receiving unit 61, eliminating the need to identify areas on the ToF sensor 110 in the ToF light receiving unit 61 where no non-irradiated areas exist and remove them from the data.

ところで、撮像装置1001の筐体11は、投光ユニット21から照射される波長(例として850nm、940nmなどの可視外光)の光を吸収しやすい材質であることが好ましい。撮像装置1001の筐体11は、例えば艶消しの黒色アルマイト処理を行ったアルミ合金とする。撮像装置1001の筐体11を投光ユニット21から照射される波長の光を吸収しやすい材質で構成することで、外気への放熱性の向上によって内部の発熱部品の温度上昇を抑制する効果も期待できる。 Incidentally, the housing 11 of the imaging device 1001 is preferably made of a material that easily absorbs light of wavelengths (for example, visible light of 850 nm, 940 nm, etc.) irradiated from the light-projecting unit 21. The housing 11 of the imaging device 1001 is, for example, an aluminum alloy that has been subjected to a matte black anodizing treatment. By constructing the housing 11 of the imaging device 1001 from a material that easily absorbs light of wavelengths irradiated from the light-projecting unit 21, it is expected that the effect of suppressing the temperature rise of internal heat-generating components by improving heat dissipation to the outside air can be achieved.

なお、撮像装置1001の筐体11に関しては、投光ユニット21から照射される光の波長を吸収しやすい表面処理をしてあれば前述の例に限るものではなく、黒体テープの貼付や黒体塗料の塗布などであってもよい。 The housing 11 of the imaging device 1001 is not limited to the above example, and may be provided with a surface treatment that easily absorbs the wavelength of light emitted from the light projecting unit 21, such as the application of black body tape or the application of black body paint.

なお、本実施形態の撮像装置1001では、筐体11に設けた段差11aによってToF受光ユニット61の死角を設けているが、その他の方法によって死角とする角度からの入射光を遮光してもよい。例えば、図9-1に示す撮像装置1001は、ToF受光ユニット61に付随するToFセンサ110の中心をZ方向にずらすことで、死角とすべき範囲の画角からの入射光をToFセンサ110の受光範囲に入らないようにするなどを行ってもよい。 In the imaging device 1001 of this embodiment, a blind spot for the ToF light receiving unit 61 is provided by a step 11a provided in the housing 11, but incident light from an angle that is to be a blind spot may be blocked by other methods. For example, the imaging device 1001 shown in FIG. 9-1 may shift the center of the ToF sensor 110 associated with the ToF light receiving unit 61 in the Z direction to prevent incident light from an angle of view in a range that should be a blind spot from entering the light receiving range of the ToF sensor 110.

なお、例えばToFセンサ110の画角-60度以下が死角である撮像装置1001からD=50mm以上において所望の距離画像取得を行いたい場合、撮像装置1001の装置サイズは、D/d≧0.5であればよいことから、ToF受光ユニット61と投光ユニット21との距離D=100mm以下となるサイズにすればよい。 For example, if you want to obtain a desired distance image at D = 50 mm or more from the imaging device 1001, whose blind spot is the viewing angle of the ToF sensor 110 of -60 degrees or less, the device size of the imaging device 1001 only needs to be D/d ≧ 0.5, so the size should be such that the distance D between the ToF light receiving unit 61 and the light projecting unit 21 is 100 mm or less.

また、撮像装置1001の装置サイズは、図6(b)に示すように把持部14を把持する場合、把持部14の太さが断面40mm×30mm程度の角柱であったり、φ40程度の円柱あるいはこれらに近い小判型形状のようなものであったりすると、片手で安定して把持しやすい。 In addition, when the imaging device 1001 is held by the gripping portion 14 as shown in FIG. 6(b), if the gripping portion 14 is a rectangular column with a cross-section of about 40 mm x 30 mm, a cylinder with a diameter of about 40 mm, or an oval shape similar to these, it can be easily and stably held in one hand.

本実施形態の撮像装置1001では、ToF受光ユニット61の死角とする視野角について-60度を閾値としているが、これは光学設計や対象とするD/d、ToFセンサ110のピクセルのサイズなどによっても変動する。 In the imaging device 1001 of this embodiment, the threshold value for the viewing angle that is the blind spot of the ToF light receiving unit 61 is -60 degrees, but this varies depending on the optical design, the target D/d, the pixel size of the ToF sensor 110, etc.

ここで、図11はToF視野角とD/dとの関係を示す図である。より詳細には、図11は、ToF受光ユニット61の光学系をfθレンズあるいはfθレンズに準ずるものであると仮定したときのD/dと、そのとき最もToF受光ユニット61のToFセンサ110上でドットのピッチが狭くなる視野角と、を示すものである。 Here, FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the ToF viewing angle and D/d. More specifically, FIG. 11 shows D/d when it is assumed that the optical system of the ToF light receiving unit 61 is an fθ lens or equivalent to an fθ lens, and the viewing angle at which the dot pitch is narrowest on the ToF sensor 110 of the ToF light receiving unit 61.

図9-2(a)ないし図9-2(c)において、D/dを0.5,1,2としたときのToFセンサ110上で受光するドット像の隣接するドット像とのピッチの変化を示した。図9-2(a)ないし図9-2(c)においては、D/d=0.5で約-67度、D/d=1で約-57度、D/d=1で約-50度で最小値をとる例を示している。図11は、図9-2(a)ないし図9-2(c)において示した最小値をとるようなピッチの変化に対応している。 Figures 9-2(a) to 9-2(c) show the change in pitch between adjacent dot images received by the ToF sensor 110 when D/d is 0.5, 1, and 2. Figures 9-2(a) to 9-2(c) show examples where the minimum value is approximately -67 degrees when D/d = 0.5, approximately -57 degrees when D/d = 1, and approximately -50 degrees when D/d = 1. Figure 11 corresponds to the change in pitch that results in the minimum value shown in Figures 9-2(a) to 9-2(c).

ところで、ToF受光ユニット61においては、ToFセンサ110上のピクセルのサイズによって、どの視野角で複数のドット光が単一ピクセルで重複するかが変化する。基本的には、ドット像の隣接するドット像とのピッチが最小となる視野角で最もドット像が重複しやすくなるため、その角度以下の視野角を遮蔽することになる。 Incidentally, in the ToF light receiving unit 61, the viewing angle at which multiple dot lights overlap in a single pixel changes depending on the size of the pixel on the ToF sensor 110. Basically, the dot images are most likely to overlap at the viewing angle at which the pitch between adjacent dot images is smallest, so viewing angles below that angle are blocked.

図11に示されるように、ドット像の隣接するドット像とのピッチが最小となる視野角は、基本的に-40度を超えることはない。図11中では省略しているが、ドット像の隣接するドット像とのピッチが最小となる視野角は、距離Dが無限遠(D/d=∞)であっても-42度程度である。したがって、基本的には、閾値は最大で-42度程度であり、それ以上の角度まで遮蔽すると無駄に距離画像の情報を減らしてしまうことになりやすい。 As shown in Figure 11, the viewing angle at which the pitch between adjacent dot images is smallest basically does not exceed -40 degrees. Although omitted in Figure 11, the viewing angle at which the pitch between adjacent dot images is smallest is approximately -42 degrees even if the distance D is infinite (D/d = ∞). Therefore, basically, the threshold is a maximum of approximately -42 degrees, and blocking angles greater than this tends to unnecessarily reduce the information in the distance image.

撮像装置1001は、D/d<0.5レベルの超近距離での測距を実用上において行うことは少ない。一方で、撮像装置1001は、D/d>5レベルではドット間のピッチは十分なピクセル数を確保できることが多い。したがって、撮像装置1001は、図11に示されるように、死角とする閾値の推奨角度を概ね-67度~-46度の範囲とする。 In practice, the imaging device 1001 rarely performs distance measurement at an extremely close distance level where D/d<0.5. On the other hand, the imaging device 1001 can often ensure a sufficient number of pixels for the pitch between dots at a level where D/d>5. Therefore, as shown in FIG. 11, the imaging device 1001 sets the recommended threshold angle for blind spots to a range of approximately -67 degrees to -46 degrees.

このように本実施形態によれば、パターン化された構造化光(例:ドットパターン)の密度分布が過度に高い部分に相当する光が実使用する視野角の外に存在することで、視野角内において過度に近接したドットパターン光がなくなる。これにより、ドットパターン光を照射する照明手段と受光手段との光軸が同一でないToF方式の撮像装置において、測距対象とする画角において受光手段で受光するドットパターン光が過度に近接する領域を排除し、正確な距離情報を取得することができる、という効果を奏する。 As described above, according to this embodiment, light corresponding to an excessively high density distribution of patterned structured light (e.g., dot pattern) is present outside the field of view angle actually used, and therefore excessively close dot pattern light does not exist within the field of view angle. This has the effect of eliminating areas where the dot pattern light received by the light receiving means is excessively close within the field of view angle to be measured in a ToF imaging device in which the optical axes of the illumination means that irradiates the dot pattern light and the light receiving means are not the same, thereby making it possible to obtain accurate distance information.

なお、本実施形態の撮像装置1001は、支持部として三脚などの器具200(図6(a)参照)やユーザの手によって把持される把持部14(図6(b)参照)を例に挙げて説明したが、これに限るものではない。ここで、図12は撮像装置1001の支持部の他の例を示す図である。図12に示すように、例えば、建造物の天井に対する固定手段230を支持部として設けて、撮像装置1001を屋内空間の測距手段として用いてもよい。 The imaging device 1001 of this embodiment has been described using as an example a tripod or other device 200 (see FIG. 6(a)) or a gripping unit 14 (see FIG. 6(b)) that is held by the user's hand as a support unit, but is not limited to this. FIG. 12 is a diagram showing another example of a support unit for the imaging device 1001. As shown in FIG. 12, for example, a fixing means 230 for a ceiling of a building may be provided as a support unit, and the imaging device 1001 may be used as a distance measuring means for an indoor space.

また、本実施形態の撮像装置1001は、装置全周の距離画像を得るために、図9-1に示されるように、Y方向の正方向、負方向の両方に対称に各光学要素(ToF受光ユニット61、輝度受光ユニット30)を設けるようにしたが、これに限るものではない。ここで、図13は撮像装置1001の各光学要素の他の配置例を示す図である。図13に示すように、撮像装置1001は、例えば、片面のみに各光学要素(ToF受光ユニット61、輝度受光ユニット30)を設けたものであってもよい。そして、図13に示すように、撮像装置1001は、支持部として機能する三脚などの器具200を取り付ける固定手段19の前段に、例えば電動モータなどによって回転する回転テーブルである回転手段220を設けるようにしてもよい。この場合、撮像装置1001は、回転手段220によって装置自体を回転させながら全周の距離画像を取得する。 In addition, in the imaging device 1001 of this embodiment, in order to obtain a distance image of the entire circumference of the device, as shown in FIG. 9-1, the optical elements (ToF light receiving unit 61, luminance light receiving unit 30) are provided symmetrically in both the positive and negative Y directions, but this is not limited to this. Here, FIG. 13 is a diagram showing another arrangement example of the optical elements of the imaging device 1001. As shown in FIG. 13, the imaging device 1001 may be provided with the optical elements (ToF light receiving unit 61, luminance light receiving unit 30) on only one side, for example. As shown in FIG. 13, the imaging device 1001 may be provided with a rotating means 220, which is a rotating table rotated by, for example, an electric motor, in front of the fixing means 19 to which the device 200, such as a tripod, which functions as a support section, is attached. In this case, the imaging device 1001 obtains a distance image of the entire circumference while rotating the device itself by the rotating means 220.

なお、本実施形態では、照射パターンとしてドットパターンを照射する投光ユニット21を例に挙げてきたが、これに限るものではなく、不規則なドット配置によるランダムドットパターンやストライプパターンなどの任意のパターン化光を照射する投光ユニット21であってもよい。 In this embodiment, the light-projecting unit 21 that projects a dot pattern as the irradiation pattern has been given as an example, but this is not limited thereto, and the light-projecting unit 21 may project any patterned light, such as a random dot pattern with an irregular dot arrangement or a stripe pattern.

(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態について説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described.

第2の実施の形態は、投光ユニット21を輝度受光ユニット30よりもToF受光ユニット61に近い位置に配置する点が、第1の実施の形態と異なる。以下、第2の実施の形態の説明では、第1の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第1の実施の形態と異なる箇所について説明する。 The second embodiment differs from the first embodiment in that the light projecting unit 21 is positioned closer to the ToF light receiving unit 61 than the luminance light receiving unit 30. In the following explanation of the second embodiment, the explanation of the same parts as in the first embodiment will be omitted, and only the differences from the first embodiment will be explained.

図14は、第2の実施の形態にかかる撮像装置1002及び情報処理装置4002を含む測距システム3002のシステム構成を例示的に示す図である。第1の実施の形態の撮像装置1002は、投光ユニット21と輝度受光ユニット30とをToF受光ユニット61から同等の近接した位置に配置するようにしたが、これに限るものではない。図14に示すように、本実施形態の撮像装置1002は、投光ユニット21を輝度受光ユニット30と同等以上にToF受光ユニット61に近い位置に配置する。 Fig. 14 is a diagram showing an example of the system configuration of a distance measuring system 3002 including an imaging device 1002 and an information processing device 4002 according to the second embodiment. In the imaging device 1002 of the first embodiment, the light projecting unit 21 and the luminance light receiving unit 30 are arranged at positions equally close to the ToF light receiving unit 61, but this is not limited thereto. As shown in Fig. 14, in the imaging device 1002 of this embodiment, the light projecting unit 21 is arranged at a position closer to the ToF light receiving unit 61 than the luminance light receiving unit 30.

これにより、本実施形態によれば、ToF受光ユニット61と投光ユニット21との視差を減らすことができる。結果として、投光ユニット21から照射されるパターン化光をToF受光ユニット61内のToFセンサ110で受光した際に生じるドット分布の不均一(図8-2参照)が軽減される。 Therefore, according to this embodiment, it is possible to reduce the parallax between the ToF light receiving unit 61 and the light projecting unit 21. As a result, the non-uniformity of the dot distribution (see FIG. 8-2) that occurs when the patterned light irradiated from the light projecting unit 21 is received by the ToF sensor 110 in the ToF light receiving unit 61 is reduced.

(第3の実施の形態)
次に、第3の実施の形態について説明する。
Third Embodiment
Next, a third embodiment will be described.

第3の実施の形態は、周囲全面に光を照射する均一照明を備える点が、第2の実施の形態と異なる。以下、第3の実施の形態の説明では、第2の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第2の実施の形態と異なる箇所について説明する。 The third embodiment differs from the second embodiment in that it is equipped with uniform lighting that irradiates the entire surrounding area with light. In the following explanation of the third embodiment, the explanation of the same parts as in the second embodiment will be omitted, and only the differences from the second embodiment will be explained.

図15は、第3の実施の形態にかかる撮像装置1003及び情報処理装置4003を含む測距システム3003のシステム構成を例示的に示す図である。図15に示すように、本実施形態の撮像装置1003は、第2の実施の形態で説明した構成に加えて、投光ユニット21から照射されるドットパターン光のドット間の距離情報を獲得するために、さらに筐体11の周囲全面に均一照度の拡散光を照射する第2投光部である均一照明71を備える。 Fig. 15 is a diagram showing an example of the system configuration of a distance measuring system 3003 including an image capturing device 1003 and an information processing device 4003 according to the third embodiment. As shown in Fig. 15, in addition to the configuration described in the second embodiment, the image capturing device 1003 of this embodiment further includes a uniform illumination 71, which is a second light projecting unit that projects diffuse light of uniform illuminance over the entire periphery of the housing 11, in order to obtain distance information between dots in the dot pattern light projected from the light projecting unit 21.

本実施形態の撮像装置1003は、均一照明71によって周囲全面に拡散光を照射するが、均一照明71によって得られる距離画像では集光されている投光ユニット21に対して照明の照度が低いため遠距離での測距精度が低下する。しかしながら、撮像装置1003は、均一照明71によって筐体11の周囲全面に均一照度の拡散光を照射することによって、投光ユニット21から照射されるドットパターン間のブランクになっている部位の距離・形状の情報を、補間する情報として使用することができる。 The imaging device 1003 of this embodiment irradiates the entire surrounding area with diffused light using uniform illumination 71, but the illuminance of the illumination is low relative to the projecting unit 21 that is concentrating the light in the distance image obtained using uniform illumination 71, resulting in reduced distance measurement accuracy at long distances. However, by irradiating the entire surrounding area of the housing 11 with diffused light of uniform illuminance using uniform illumination 71, the imaging device 1003 can use information on the distance and shape of the blank areas between the dot patterns irradiated by the projecting unit 21 as interpolating information.

このとき、図15に示すように、投光ユニット21がToF受光ユニット61の直近に配置されている場合には、第2の実施の形態で説明したように、投光ユニット21から照射されるパターン化光をToF受光ユニット61内のToFセンサ110で受光した際に生じるドット分布の不均一(図8-2参照)が軽減される。 In this case, as shown in FIG. 15, if the light-projecting unit 21 is disposed immediately adjacent to the ToF light-receiving unit 61, as described in the second embodiment, the unevenness of the dot distribution (see FIG. 8-2) that occurs when the patterned light irradiated from the light-projecting unit 21 is received by the ToF sensor 110 in the ToF light-receiving unit 61 is reduced.

図15に示すように、本実施形態の撮像装置1003は、ToF受光ユニット61、投光ユニット21、輝度受光ユニット30および均一照明71、把持部14の順に配置した構成である。このような構成にすることにより、撮像装置1003は、発熱しやすい投光ユニット21と均一照明71とを離間した構成とし、撮像装置1003の温度上昇を分散させやすくしている。 As shown in FIG. 15, the imaging device 1003 of this embodiment is configured with the ToF light receiving unit 61, the light projecting unit 21, the luminance light receiving unit 30, the uniform illumination 71, and the grip 14 arranged in this order. With this configuration, the imaging device 1003 is configured with the light projecting unit 21 and the uniform illumination 71, which tend to generate heat, spaced apart, making it easier to disperse the temperature rise of the imaging device 1003.

このように本実施形態によれば、投光ユニット21から照射されるドットパターン光のドット間の距離情報を獲得することができるとともに、撮像装置1003の温度上昇を抑えることができる。 In this way, according to this embodiment, it is possible to obtain distance information between dots of the dot pattern light emitted from the light projection unit 21, and also to suppress the temperature rise of the imaging device 1003.

ここで、図16は第3の実施の形態にかかる撮像装置1003の変形例を示す図である。図16に示すように、撮像装置1003は、ToF受光ユニット61の直近であって、ToF受光ユニット61から同等以上に近接する距離に、投光ユニット21と均一照明71とを配置する。また、撮像装置1003は、把持部14と投光ユニット21および均一照明71との間に、輝度受光ユニット30を配置している。このような構成にすることにより、撮像装置1003は、発熱しやすい投光ユニット21と均一照明71とを把持部14から離した構成とし、手で触れる部分の温度上昇によるやけどなどのリスクを低減することができる。 Here, FIG. 16 is a diagram showing a modified example of the imaging device 1003 according to the third embodiment. As shown in FIG. 16, the imaging device 1003 arranges the light projecting unit 21 and the uniform illumination 71 in close proximity to the ToF light receiving unit 61, at a distance equal to or closer to the ToF light receiving unit 61. The imaging device 1003 also arranges the luminance light receiving unit 30 between the grip 14 and the light projecting unit 21 and the uniform illumination 71. With this configuration, the imaging device 1003 has a configuration in which the light projecting unit 21 and the uniform illumination 71, which tend to generate heat, are separated from the grip 14, thereby reducing the risk of burns and the like due to a rise in temperature in parts that are touched by the hand.

ここで、図17は第3の実施の形態にかかる撮像装置1003の別の変形例を示す図である。図17に示すように、撮像装置1003は、ToF受光ユニット61の直近に、投光ユニット21と輝度受光ユニット30とを同等以上に近接する距離に配置し、把持部14と投光ユニット21および輝度受光ユニット30の間に均一照明71を配置している。言い換えれば、撮像装置1003は、投光ユニット21と輝度受光ユニット30との両方をToF受光ユニット61に近接させて視差を最小限とし、周囲全面を照射するため視差の影響のない均一照明71をToF受光ユニット61から最も離した構成とする。 Here, FIG. 17 is a diagram showing another modified example of the imaging device 1003 according to the third embodiment. As shown in FIG. 17, the imaging device 1003 has the light projecting unit 21 and the luminance receiving unit 30 disposed at an equally close distance or closer to the ToF light receiving unit 61, and has the uniform illumination 71 disposed between the grip 14 and the light projecting unit 21 and the luminance receiving unit 30. In other words, the imaging device 1003 has both the light projecting unit 21 and the luminance receiving unit 30 disposed close to the ToF light receiving unit 61 to minimize parallax, and has the uniform illumination 71, which is not affected by parallax, disposed the furthest from the ToF light receiving unit 61 to illuminate the entire surrounding area.

なお、投光ユニット21が、ToF受光ユニット61に対して、輝度受光ユニット30や均一照明71に比べて同等以上に近接した配置であれば、輝度受光ユニット30や均一照明71の配置は、図15~図17以外の組み合わせであってもよい。 In addition, as long as the light projecting unit 21 is positioned at a position equal to or closer to the ToF light receiving unit 61 than the luminance light receiving unit 30 and the uniform illumination 71, the positioning of the luminance light receiving unit 30 and the uniform illumination 71 may be in combinations other than those shown in Figures 15 to 17.

図18は、第3の実施形態において、ToF受光ユニット61での受光データに基づき対象物までの距離を算出する処理部5003の一例である。図18に示すように、処理部5003は、画像保存部5030、距離計算部5031、補正値算出部5032、距離補正部5033及び出力部5034の各機能を実現する。 Fig. 18 shows an example of a processing unit 5003 in the third embodiment that calculates the distance to an object based on light reception data from the ToF light receiving unit 61. As shown in Fig. 18, the processing unit 5003 realizes the functions of an image storage unit 5030, a distance calculation unit 5031, a correction value calculation unit 5032, a distance correction unit 5033, and an output unit 5034.

画像保存部5030は、ToF受光ユニット61による受光データ(複数枚の位相画像)をRAM等の記憶部に保存する。距離計算部5031は、画像保存部5030によって保存された複数枚の位相画像に基づいて、対象物までの間の距離を示す距離情報を計算する。補正値算出部5032は、投光ユニット21を発光して距離計算部5031で得られた距離情報1と、均一照明71を発光して距離計算部5031で得られた距離情報2とを用いて、距離情報を補正する補正値を算出する。距離補正部5033は、補正値算出部5032で算出された補正値を用い、投光ユニット21を発光して得られた距離情報1の補正を行う。なお、本実施形態では、処理部5001に代えて、第1の実施形態の処理部5003を用いて補正値の算出と距離の補正を行ってもよい。その場合は第1の実施形態で説明した通り、補正値算出部5012及び距離補正部5013により、マルチパス低減を行うことができる。 The image storage unit 5030 stores the light reception data (multiple phase images) from the ToF light receiving unit 61 in a storage unit such as a RAM. The distance calculation unit 5031 calculates distance information indicating the distance to the target object based on the multiple phase images stored by the image storage unit 5030. The correction value calculation unit 5032 calculates a correction value for correcting the distance information using distance information 1 obtained by the distance calculation unit 5031 by emitting light from the light projecting unit 21 and distance information 2 obtained by the distance calculation unit 5031 by emitting uniform illumination 71. The distance correction unit 5033 uses the correction value calculated by the correction value calculation unit 5032 to correct the distance information 1 obtained by emitting light from the light projecting unit 21. In this embodiment, instead of the processing unit 5001, the processing unit 5003 of the first embodiment may be used to calculate the correction value and correct the distance. In that case, as described in the first embodiment, multipath reduction can be performed by the correction value calculation unit 5012 and the distance correction unit 5013.

出力部5034は、距離補正部5033で補正された対象物までの間の距離を示す距離情報を、外部機器に出力する。 The output unit 5034 outputs distance information indicating the distance to the object corrected by the distance correction unit 5033 to an external device.

(第4の実施の形態)
次に、第4の実施の形態について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described.

第4の実施の形態は、投光ユニット21の手振れによる変動を少なくする構成とした点が、第1の実施の形態と異なる。以下、第4の実施の形態の説明では、第1の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第1の実施の形態と異なる箇所について説明する。 The fourth embodiment differs from the first embodiment in that it is configured to reduce fluctuations in the light-projecting unit 21 caused by camera shake. In the following explanation of the fourth embodiment, explanations of the same parts as in the first embodiment will be omitted, and only the differences from the first embodiment will be explained.

図19は、第4の実施の形態にかかる撮像装置1004及び情報処理装置4004を含む測距システム3004のシステム構成を例示的に示す図である。第1の実施の形態の撮像装置1004は、投光ユニット21と輝度受光ユニット30とをToF受光ユニット61から同等以上に近接する位置に配置するようにしたが、これに限るものではない。図19(a)に示すように、本実施形態の撮像装置1004は、ToF受光ユニット61と投光ユニット21との間に、輝度受光ユニット30を備える。すなわち、本実施形態の撮像装置1004は、投光ユニット21を把持部14の近傍に配置した構成である。 Fig. 19 is a diagram showing an example of the system configuration of a distance measuring system 3004 including an imaging device 1004 and an information processing device 4004 according to the fourth embodiment. In the imaging device 1004 of the first embodiment, the light projecting unit 21 and the luminance light receiving unit 30 are arranged at positions equally close to the ToF light receiving unit 61, but this is not limited to the above. As shown in Fig. 19(a), the imaging device 1004 of this embodiment includes the luminance light receiving unit 30 between the ToF light receiving unit 61 and the light projecting unit 21. That is, the imaging device 1004 of this embodiment is configured such that the light projecting unit 21 is arranged near the grip portion 14.

これにより、図19(b)に示すように、投光ユニット21の手振れ時の変動は、ToF受光ユニット61および輝度受光ユニット30の手振れ時の変動よりも小さくなる。 As a result, as shown in FIG. 19(b), the fluctuation of the light-projecting unit 21 due to hand shake is smaller than the fluctuation of the ToF light-receiving unit 61 and the luminance light-receiving unit 30 due to hand shake.

撮像装置1004は、把持部14を把持する手持ちでの撮影時には手振れが生じうる。特に、投光ユニット21で1回の距離画像の取得中に複数回の撮影を行い統合する場合(例えば複数回撮影を行った結果の平均を出力したり、近距離用に光源出力を低くした撮影と遠距離用に光源出力を強くした撮影を行ったのちに情報を統合したりするなど)、最も手振れによる影響が大きいのは投光ユニット21である。 When the imaging device 1004 is held by hand by gripping the gripping portion 14, camera shake may occur. In particular, when multiple images are taken and integrated while the light projection unit 21 is acquiring a single distance image (for example, the average of the results of multiple images is output, or the information is integrated after images are taken with low light source output for close distances and images with high light source output for long distances), the light projection unit 21 is most affected by camera shake.

ここで、手振れの影響の例として、ドットパターンを照射する投光ユニット21の場合を挙げて以下に説明する。 As an example of the effect of camera shake, the following describes the case of a light projection unit 21 that projects a dot pattern.

図20は、手振れの影響の例を示す図である。S/N比の良好な距離の情報は、投光ユニット21でドットパターンが照射された箇所のみから得られる。このとき照射箇所が疎かつ局所的になるため、手振れによって撮影中に投光ユニット21が大きく変動する。このように投光ユニット21が大きく変動することでドットパターンの照射箇所が変動すると、図20に示すように、測距対象の形状が大きく変化したかのような結果になる可能性がある。これにより、1回の距離画像の取得中の複数の撮影結果において対象の形状的特徴が一致せず、統合後の距離画像の品質が低下してしまうことが考えられる。 Figure 20 is a diagram showing an example of the effects of camera shake. Distance information with a good S/N ratio is obtained only from the points where the dot pattern is projected by the light-projecting unit 21. In this case, the projected points are sparse and localized, so camera shake causes the light-projecting unit 21 to move significantly during shooting. If the projected points of the dot pattern move due to the light-projecting unit 21 moving significantly in this way, as shown in Figure 20, the result may appear as if the shape of the target to be measured has changed significantly. This may result in the shape features of the target not matching in multiple shooting results during the acquisition of a single distance image, and the quality of the integrated distance image may be reduced.

これに対して、ToF受光ユニット61では、手振れによってToF受光ユニット61から見た像の位置に変動が生じても投光ユニット21による照射位置の変動が小さければ、得られる対象の形状情報はほとんど変化しないため、特徴点抽出などの結果から手振れ補正を後から行うことができる。 In contrast, with the ToF light receiving unit 61, even if camera shake causes fluctuations in the position of the image seen by the ToF light receiving unit 61, as long as the fluctuation in the illumination position by the light projecting unit 21 is small, the shape information of the object obtained will hardly change, and camera shake correction can be performed later based on the results of feature point extraction, etc.

なお、輝度受光ユニット30においても、一般的な手振れ補正を用いることで、手振れによる影響をある程度抑制できる。そのため、最優先して手振れによる変動を抑制したい対象は、投光ユニット21である。 The luminance light receiving unit 30 can also suppress the effects of camera shake to some extent by using general camera shake correction. Therefore, the light projecting unit 21 is the unit for which you want to suppress fluctuations caused by camera shake as a top priority.

以上の理由より、本実施形態の撮像装置1004は、手振れによる変動が最も少ない把持部14の近傍に投光ユニット21を配置している。 For the above reasons, the imaging device 1004 of this embodiment has the light-projecting unit 21 positioned near the gripping portion 14, where fluctuations due to camera shake are minimal.

このように本実施形態によれば、投光ユニット21の手振れによる変動を少なくすることができる。 In this way, this embodiment can reduce fluctuations in the light-projecting unit 21 caused by camera shake.

(第5の実施の形態)
次に、第5の実施の形態について説明する。
Fifth embodiment
Next, a fifth embodiment will be described.

第5の実施の形態は、周囲全面に光を照射する均一照明を備える点が、第4の実施の形態と異なる。以下、第5の実施の形態の説明では、第4の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第4の実施の形態と異なる箇所について説明する。 The fifth embodiment differs from the fourth embodiment in that it is equipped with uniform lighting that irradiates the entire surrounding area with light. In the following explanation of the fifth embodiment, the explanation of the same parts as the fourth embodiment will be omitted, and only the differences from the fourth embodiment will be explained.

図21は、第5の実施の形態にかかる撮像装置1005及び情報処理装置4005を含む測距システム3005のシステム構成を例示的に示す図である。図21に示すように、本実施形態の撮像装置1005は、第4の実施の形態で説明した構成に加えて、投光ユニット21から照射されるドットパターン光のドット間の距離情報を獲得するために、さらに周囲全面に光を照射する均一照明71を備える。 Fig. 21 is a diagram showing an example of the system configuration of a distance measurement system 3005 including an image capture device 1005 and an information processing device 4005 according to the fifth embodiment. As shown in Fig. 21, in addition to the configuration described in the fourth embodiment, the image capture device 1005 of this embodiment further includes uniform illumination 71 that irradiates light over the entire surrounding area in order to obtain distance information between dots of the dot pattern light irradiated from the light projection unit 21.

本実施形態の撮像装置1005は、均一照明71によって周囲全面に光を照射するが、均一照明71によって得られる距離画像では集光されている投光ユニット21に対して照明の照度が低いため遠距離での測距精度が低下する。しかしながら、撮像装置1005は、均一照明71によって周囲全面に光を照射することによって、投光ユニット21から照射されるドットパターン間のブランクになっている部位の距離・形状の情報を、補間する情報として使用することができる。 The imaging device 1005 of this embodiment irradiates the entire surrounding area with uniform illumination 71, but the illuminance of the illumination is low relative to the projecting unit 21 where the light is focused in the distance image obtained by uniform illumination 71, so the distance measurement accuracy at long distances is reduced. However, by irradiating the entire surrounding area with uniform illumination 71, the imaging device 1005 can use information on the distance and shape of the blank areas between the dot patterns irradiated by the projecting unit 21 as interpolating information.

図21に示すように、本実施形態の撮像装置1005は、ToF受光ユニット61、輝度受光ユニット30、投光ユニット21および均一照明71、把持部14の順に配置した構成である。 As shown in FIG. 21, the imaging device 1005 of this embodiment is configured with a ToF light receiving unit 61, a luminance light receiving unit 30, a light projecting unit 21, a uniform illumination 71, and a grip portion 14 arranged in this order.

このように本実施形態の撮像装置1005によれば、投光ユニット21と均一照明71とを光学要素の中では最下段に置くことで、投光ユニット21および均一照明71の内部の光源に対する把持部14内に内蔵された電源供給手段からの配線を最短にし、発光遅延を最小限に抑制することができる。 In this way, according to the imaging device 1005 of this embodiment, by placing the light projecting unit 21 and the uniform lighting 71 at the lowest level among the optical elements, the wiring from the power supply means built into the gripping portion 14 to the light sources inside the light projecting unit 21 and the uniform lighting 71 can be minimized, and light emission delays can be minimized.

ここで、図22は第5の実施の形態にかかる撮像装置1005の変形例を示す図である。図22に示すように、撮像装置1005は、ToF受光ユニット61の直近であって、ToF受光ユニット61から同等以上に近接する距離に、輝度受光ユニット30と均一照明71とをする。また、撮像装置1005は、把持部14と輝度受光ユニット30および均一照明71との間に、投光ユニット21を配置している。このような構成にすることにより、撮像装置1005は、発熱しやすい投光ユニット21と均一照明71とを離間した構成とし、撮像装置1005の温度上昇を分散させやすくすることができる。 Here, FIG. 22 is a diagram showing a modified example of the imaging device 1005 according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 22, the imaging device 1005 has the luminance light receiving unit 30 and uniform illumination 71 located immediately adjacent to the ToF light receiving unit 61 and at a distance equal to or closer to the ToF light receiving unit 61. The imaging device 1005 also has the light projecting unit 21 located between the grip 14 and the luminance light receiving unit 30 and uniform illumination 71. With this configuration, the imaging device 1005 has a configuration in which the light projecting unit 21 and uniform illumination 71, which tend to generate heat, are spaced apart, making it easier to disperse the temperature rise of the imaging device 1005.

ここで、図23は第5の実施の形態にかかる撮像装置1005の別の変形例を示す図である。図23に示すように、撮像装置1005は、ToF受光ユニット61、均一照明71の順に配置し、その次段に投光ユニット21および輝度受光ユニット30を把持部14に近接して配置している。言い換えれば、撮像装置1005は、投光ユニット21および輝度受光ユニット30を共に把持部14の近傍に置いた構成としている。これにより、撮像装置1005は、投光ユニット21だけではなく、輝度受光ユニット30の手振れ量を抑制することができる。また、撮像装置1005は、輝度受光ユニット30の露光時間を長くする必要があるときでも、手振れによるブラーの影響を小さくすることができる。 Here, FIG. 23 is a diagram showing another modified example of the imaging device 1005 according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 23, the imaging device 1005 has the ToF light receiving unit 61 and the uniform illumination 71 arranged in that order, and the light projecting unit 21 and the luminance light receiving unit 30 arranged next to the grip part 14. In other words, the imaging device 1005 has a configuration in which both the light projecting unit 21 and the luminance light receiving unit 30 are placed near the grip part 14. This allows the imaging device 1005 to suppress the amount of camera shake not only of the light projecting unit 21 but also of the luminance light receiving unit 30. Furthermore, the imaging device 1005 can reduce the effect of blur due to camera shake even when it is necessary to extend the exposure time of the luminance light receiving unit 30.

なお、投光ユニット21が、把持部14に対して、輝度受光ユニット30や均一照明71に比べて同等以上に近接した配置であれば、輝度受光ユニット30や均一照明71の配置は、図21~図23以外の組み合わせであってもよい。 In addition, as long as the light projecting unit 21 is positioned at a position equal to or closer to the gripping portion 14 than the luminance receiving unit 30 and the uniform illumination 71, the positioning of the luminance receiving unit 30 and the uniform illumination 71 may be in combinations other than those shown in Figures 21 to 23.

(第6の実施の形態)
次に、第6の実施の形態について説明する。
Sixth embodiment
Next, a sixth embodiment will be described.

第6の実施の形態は、撮像装置1006の投光ユニット21に対しその投光範囲の一部を遮光する遮蔽手段を設けた構成である点が、第1~第5の構成と異なる。 The sixth embodiment differs from the first to fifth embodiments in that it is configured to provide a shielding means for blocking part of the light projection range of the light projection unit 21 of the imaging device 1006.

図24は撮像装置1006の投光ユニット21のパターン化光の重複について示す図である。パターン化光をドットパターン光としたとき、投光範囲が重複していない面(1)においてはドットパターン同士が離間しているが、撮像装置1006から遠距離となる面(2)より遠方においては過度に近接したドット光間の干渉が見られる。面(3)においてはドット同士がちょうど重なることでドットパターンが問題なく機能するが、面(4)、(5)などでは過度に近接したドット光同士が干渉することでドットパターンとしての機能が損なわれる。 Figure 24 is a diagram showing the overlap of patterned light from the light projection unit 21 of the imaging device 1006. When the patterned light is dot pattern light, the dot patterns are spaced apart on surface (1) where the projection ranges do not overlap, but interference between excessively close dot lights is observed at distances farther than surface (2), which is a long distance from the imaging device 1006. On surface (3), the dots overlap exactly, so the dot pattern functions without problems, but on surfaces (4) and (5), etc., interference between excessively close dot lights impairs the function of the dot pattern.

そこで本実施形態では上記の問題を回避するにあたり、所望の撮像領域において投光範囲が重複しないように、投光ユニット21からのパターン化光の一部を遮蔽する遮蔽手段を設ける。 Therefore, in this embodiment, to avoid the above problem, a shielding means is provided to block part of the patterned light from the light projection unit 21 so that the light projection ranges do not overlap in the desired imaging area.

図25は、第6の実施の形態にかかる遮断手段の一例を示す図である。遮蔽手段の一例として、図25(a)に示す構成に対して図25(b)のように筐体11に対して遮光形状11bを追加することができる。これにより、投光ユニット21から上方へ投光されるパターン化光の一部(図25(b)で「光を遮蔽する範囲」と示した部分)が遮蔽される。この遮光形状11bを任意のせり出し量にすることで、パターン化光が重複する範囲を変更し、所望の距離においてパターン化光の投光範囲の重複に伴う問題を回避することができる。本構成では、左右両側の遮光形状11bのせり出し量は投光ユニット21の配光角度θが90度以下となる長さ未満である。なお、θ=90度の時は、パターン化光は無限遠まで重複しない。 Figure 25 is a diagram showing an example of the blocking means according to the sixth embodiment. As an example of the blocking means, a light-blocking shape 11b can be added to the housing 11 as shown in Figure 25(b) for the configuration shown in Figure 25(a). This blocks a part of the patterned light projected upward from the light-projecting unit 21 (the part shown as "light-blocking range" in Figure 25(b)). By setting the light-blocking shape 11b to an arbitrary protrusion amount, the overlapping range of the patterned light can be changed, and problems associated with overlapping of the projection range of the patterned light at a desired distance can be avoided. In this configuration, the protrusion amount of the light-blocking shape 11b on both the left and right sides is less than the length at which the light distribution angle θ of the light-projecting unit 21 is 90 degrees or less. Note that when θ = 90 degrees, the patterned light does not overlap up to infinity.

図26は、第6の実施の形態にかかる遮断手段の他の一例を示す図である。図26は、撮像装置1006の投光ユニット21の周囲の断面を示す。遮蔽手段の他の一例として、図26に示すように、光学系21aの鏡筒外周にリング状部材12を追加することができる。このリング状部材12により、投光ユニット21の投光範囲の一部が遮蔽される。 Fig. 26 is a diagram showing another example of the blocking means according to the sixth embodiment. Fig. 26 shows a cross section of the periphery of the light projecting unit 21 of the imaging device 1006. As another example of the blocking means, as shown in Fig. 26, a ring-shaped member 12 can be added to the outer periphery of the lens barrel of the optical system 21a. This ring-shaped member 12 blocks part of the light projection range of the light projecting unit 21.

この例によれば、リング状部材12を投光ユニット21の光軸方向に移動させることでパターン化光を遮蔽する範囲を調整することが可能である。また、たとえば図26に示すように、リング状部材12の内周をめねじ、光学系21aの鏡筒外周をおねじにすれば、リングの回転によってリングの位置が光軸方向に前後するため、パターン化光を遮蔽する範囲を微調整することが容易である。 In this example, it is possible to adjust the range over which the patterned light is blocked by moving the ring-shaped member 12 in the direction of the optical axis of the light projecting unit 21. Also, for example, as shown in FIG. 26, if the inner circumference of the ring-shaped member 12 is female-threaded and the outer circumference of the lens barrel of the optical system 21a is male-threaded, the position of the ring moves back and forth in the direction of the optical axis as the ring rotates, making it easy to fine-tune the range over which the patterned light is blocked.

図27は、第6の実施の形態にかかる遮断手段の他の一例を示す図である。図27に示すように、リング状部材12を光学系21aの鏡筒外周に直接固定するのではなく、投光ユニット21を固定する筐体11側の投光ユニット21の外周に、円筒形の凸部を設け、ここにリング状部材12を固定しても同様の効果が得られる。 Figure 27 is a diagram showing another example of the blocking means according to the sixth embodiment. As shown in Figure 27, instead of fixing the ring-shaped member 12 directly to the outer periphery of the lens barrel of the optical system 21a, a cylindrical protrusion is provided on the outer periphery of the light-projecting unit 21 on the side of the housing 11 to which the light-projecting unit 21 is fixed, and the ring-shaped member 12 is fixed to this protrusion, and the same effect can be obtained.

図28は、第6の実施の形態にかかる遮断手段の他の一例を示す図である。図28は、投光ユニット21を光軸方向から見た図である。遮蔽手段のさらに他の一例として、図28に示すように、光学系21aの内部に絞り羽根部材13を追加することができる。この絞り羽根部材13により、投光ユニット21の投光範囲の一部が遮蔽される。 Fig. 28 is a diagram showing another example of the blocking means according to the sixth embodiment. Fig. 28 is a diagram showing the light projecting unit 21 as viewed from the optical axis direction. As yet another example of the blocking means, as shown in Fig. 28, an aperture blade member 13 can be added inside the optical system 21a. This aperture blade member 13 blocks part of the light projection range of the light projecting unit 21.

絞り羽根部材13は、開閉することにより開口部21bの大きさを調整可能となっている。絞り羽根部材13を開けば、図28(a)に示すように開口部21bは大きくなり、絞り羽根部材13を閉じれば、図28(b)に示すように開口部21bは小さくなる。このように、絞り羽根部材13の開閉によって、投光ユニット21の投光範囲外縁部の光の遮蔽範囲の大小を調整することが可能となる。 The aperture blade member 13 can adjust the size of the opening 21b by opening and closing it. When the aperture blade member 13 is opened, the opening 21b becomes larger as shown in FIG. 28(a), and when the aperture blade member 13 is closed, the opening 21b becomes smaller as shown in FIG. 28(b). In this way, by opening and closing the aperture blade member 13, it is possible to adjust the size of the light blocking range at the outer edge of the projection range of the light projection unit 21.

(第7の実施の形態)
次に、第7の実施の形態について説明する。
Seventh embodiment
Next, a seventh embodiment will be described.

第7の実施の形態は、撮像装置1007が処理部5007を備える測距装置であり、撮像装置1007により測距システム3007が構成される点が、第1の実施の形態ないし第6の実施の形態と異なる。以下、第7の実施の形態の説明では、第1の実施の形態ないし第6の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第1の実施の形態ないし第6の実施の形態と異なる箇所について説明する。 The seventh embodiment differs from the first to sixth embodiments in that the imaging device 1007 is a distance measuring device equipped with a processing unit 5007, and the imaging device 1007 constitutes a distance measuring system 3007. In the following explanation of the seventh embodiment, explanations of the same parts as the first to sixth embodiments will be omitted, and only differences from the first to sixth embodiments will be explained.

図29は、第7の実施の形態にかかる撮像装置1007(測距システム3007)の構成を例示的に示す図である。図29に示すように、撮像装置1007は、処理部5007を備える測距装置である。 Fig. 29 is a diagram showing an example of the configuration of an imaging device 1007 (distance measurement system 3007) according to the seventh embodiment. As shown in Fig. 29, the imaging device 1007 is a distance measurement device including a processing unit 5007.

処理部5007は、例えば、撮像装置1007のCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、SSD(Solid State Drive)などにより構成される。処理部5007の機能は、第1の実施形態における情報処理装置4001の処理部5001と同様である。 The processing unit 5007 is configured by, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an SSD (Solid State Drive), etc. of the imaging device 1007. The function of the processing unit 5007 is similar to that of the processing unit 5001 of the information processing device 4001 in the first embodiment.

このように本実施形態によれば、ドットパターン光を照射する照明手段と受光手段との光軸が同一でないToF方式の撮像装置において、測距対象とする画角において受光手段で受光するドットパターン光が過度に近接する領域を排除し、正確な距離情報を出力することができる、という効果を奏する。 As described above, according to this embodiment, in a ToF imaging device in which the optical axis of the illumination means that irradiates the dot pattern light and the light receiving means are not the same, it is possible to eliminate areas in which the dot pattern light received by the light receiving means is excessively close in the angle of view that is the subject of distance measurement, and to output accurate distance information.

なお、本実施形態においては、第3の実施の形態で説明した投光ユニット21および均一照明71を備える撮像装置1003に対して、処理部5007を備える構成としたが、これに限るものではなく、第1の実施の形態で説明した投光ユニット21を備える撮像装置1001に対して、処理部5007を備える構成としてもよい。 In this embodiment, the imaging device 1003 equipped with the light projection unit 21 and uniform illumination 71 described in the third embodiment is configured to include a processing unit 5007, but this is not limited thereto, and the imaging device 1001 equipped with the light projection unit 21 described in the first embodiment may be configured to include a processing unit 5007.

以上、本発明に係る各実施形態を説明したが、上述の各実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら新規な実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。さらに、異なる実施形態および変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Although each embodiment of the present invention has been described above, the above-mentioned embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These new embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These new embodiments and modifications are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention and its equivalents described in the claims. Furthermore, components from different embodiments and modifications may be combined as appropriate.

11 筐体
11a 段差
11b 遮光形状
12 リング状部材
13 絞り羽根部材
14,200,230 支持部
21 第1投光部
21a 光学系
21b 開口部
30 第2受光部
61 第1受光部
71 第2投光部
1001 撮像装置、測距装置
3001 測距システム
4001 情報処理装置
5001 処理部
REFERENCE SIGNS LIST 11 Housing 11a Step 11b Light-shielding shape 12 Ring-shaped member 13 Diaphragm blade member 14, 200, 230 Support portion 21 First light-projecting portion 21a Optical system 21b Opening 30 Second light-receiving portion 61 First light-receiving portion 71 Second light-projecting portion 1001 Imaging device, distance measuring device 3001 Distance measuring system 4001 Information processing device 5001 Processing portion

特開2019-113530号公報JP 2019-113530 A

Claims (11)

撮像装置であって、
筐体と、
構造化光を投光する第1投光部と、
前記第1投光部からの前記構造化光を含む入射光が入射する第1受光部と、
前記撮像装置が支持される支持部と、
を備え、
前記第1受光部と、前記第1投光部と、前記支持部とは、前記第1受光部、前記第1投光部、前記支持部の順に、前記筐体の第1方向に関して異なる位置に配置されている、
ことを特徴とする撮像装置。
1. An imaging device, comprising:
A housing and
A first light projecting unit that projects structured light;
a first light receiving unit to which incident light including the structured light from the first light projecting unit is incident;
a support portion on which the imaging device is supported;
Equipped with
the first light receiving unit, the first light projecting unit, and the support unit are arranged at different positions in the first direction of the housing in the order of the first light receiving unit, the first light projecting unit, and the support unit;
1. An imaging device comprising:
前記第1受光部は、前記第1方向の周囲360度を撮像可能である、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The first light receiving unit is capable of capturing an image of 360 degrees around the first direction.
2. The imaging device according to claim 1 .
前記第1投光部と前記第1受光部とは、それぞれ複数設けられ、
複数の第1投光部と複数の第1受光部とは、前記筐体の前記第1方向の軸の周囲に備えられる、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The first light-emitting unit and the first light-receiving unit are each provided in a plurality of units,
The plurality of first light emitting units and the plurality of first light receiving units are provided around an axis of the housing in the first direction.
2. The imaging device according to claim 1 .
前記第1受光部は、非撮像領域を有し、
前記非撮像領域は、前記第1投光部と前記支持部とを含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
the first light receiving unit has a non-imaging region,
The non-imaging region includes the first light projecting portion and the support portion.
2. The imaging device according to claim 1 .
前記筐体は、前記第1投光部と前記第1受光部との間に段差を設けており、
前記段差は、前記第1受光部の死角を形成し、前記第1投光部から前記第1受光部に対して前記構造化光の直接入射を避ける、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
the housing has a step between the first light emitting unit and the first light receiving unit,
The step forms a blind spot of the first light receiving unit and prevents the structured light from being directly incident on the first light receiving unit from the first light projecting unit.
2. The imaging device according to claim 1 .
輝度画像を撮影する第2受光部をさらに備え、
前記第1投光部は、前記第1受光部に対して、前記第2受光部と同等以上に近接して配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
A second light receiving unit that captures a luminance image is further provided,
The first light projecting unit is disposed at a position equal to or closer to the first light receiving unit than the second light receiving unit.
2. The imaging device according to claim 1 .
前記筐体の周囲全面に均一照度の拡散光を照射する第2投光部をさらに備え、
前記第1投光部は、前記第1受光部に対して、前記第2投光部および前記第2受光部と同等以上に近接して配置される、
ことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
a second light projecting unit that projects diffuse light of uniform illuminance onto the entire periphery of the housing;
The first light projecting unit is disposed closer to the first light receiving unit than the second light projecting unit and the second light receiving unit.
7. The imaging device according to claim 6.
輝度画像を撮影する第2受光部をさらに備え、
前記第1投光部は、前記支持部に対して、前記第2受光部と同等以上に近接して配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
A second light receiving unit that captures a luminance image is further provided,
The first light projecting unit is disposed at a position equal to or closer to the support unit than the second light receiving unit.
2. The imaging device according to claim 1 .
前記筐体の周囲全面に均一照度の拡散光を照射する第2投光部をさらに備え、
前記第1投光部は、前記支持部に対して、前記第2投光部および前記第2受光部と同等以上に近接して配置される、
ことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
a second light projecting unit that projects diffuse light of uniform illuminance onto the entire periphery of the housing;
The first light-projecting unit is disposed at a position at least as close to the support unit as the second light-projecting unit and the second light-receiving unit.
7. The imaging device according to claim 6.
複数の前記第1投光部と、
遮蔽手段と、をさらに備え、
複数の前記第1投光部の一の前記第1投光部の投光範囲は、他の前記第1投光部の前記投光範囲と重なる重複領域を含み、
前記遮蔽手段は、前記重複領域に向けて射出される光の少なくとも一部を遮蔽する、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
A plurality of the first light projecting units;
and a shielding means,
a light-projection range of one of the plurality of first light-projecting units includes an overlapping region that overlaps with the light-projection range of another of the first light-projecting units,
The shielding means shields at least a portion of the light emitted toward the overlap region.
2. The imaging device according to claim 1 .
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記第1受光部での受光データに基づき対象物までの距離を算出する処理部と、
を備えることを特徴とする測距システム。
An imaging device according to any one of claims 1 to 10;
A processing unit that calculates a distance to an object based on the light reception data from the first light receiving unit;
A ranging system comprising:
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