特開 2023-2982 測距装置および測距システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023002982

(43)【公開日】2023-01-11

(54)【発明の名称】測距装置および測距システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20221228BHJP

   G01S 17/86 20200101ALI20221228BHJP

   G01S 17/89 20200101ALI20221228BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20221228BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 Z

G01S17/86

G01S17/89

G01C3/06 120Q

G01C3/06 140

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021103874

(22)【出願日】2021-06-23

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 裕之

(72)【発明者】

【氏名】天田 琢

【テーマコード（参考）】

2F112

5J084

【Ｆターム（参考）】

2F112AD01

2F112BA03

2F112BA09

2F112CA12

2F112DA02

2F112DA25

2F112EA03

2F112FA35

5J084AA05

5J084AD01

5J084AD02

5J084BA04

5J084BA05

5J084BA20

5J084BA34

5J084BA38

5J084BB02

5J084CA07

5J084CA65

5J084CA67

5J084DA05

5J084EA07

(57)【要約】

【課題】限られた装置の大きさで、測距精度を高める。
【解決手段】計測対象の範囲に光を照射する複数の投光部と、前記計測対象の範囲にある対象物で反射された光を受光する複数の受光部と、前記複数の投光部が投光するタイミングと、前記複数の受光部が受光するタイミングとに基づいて、前記対象物の距離を算出する測距制御部と、を備え、前記複数の受光部の数は、前記複数の投光部の数より多い。
【選択図】図１－１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

計測対象の範囲に光を照射する複数の投光部と、
前記計測対象の範囲にある対象物で反射された光を受光する複数の受光部と、
前記複数の投光部が投光するタイミングと、前記複数の受光部が受光するタイミングとに基づいて、前記対象物の距離を算出する測距制御部と、
を備え、
前記複数の受光部の数は、前記複数の投光部の数より多い、
ことを特徴とする測距装置。

【請求項2】

前記複数の受光部のそれぞれの画角は、前記複数の投光部のそれぞれの照射範囲より狭い、
ことを特徴とする請求項１に記載の測距装置。

【請求項3】

前記複数の受光部の内、少なくとも一つの受光部の光軸は、他の少なくとも二つの受光部の光軸に対して垂直であり、
前記複数の投光部の光軸は、前記少なくとも一つの受光部の光軸に対して垂直である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の測距装置。

【請求項4】

前記計測対象の範囲を撮像する複数の撮像部を備える、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の測距装置。

【請求項5】

前記計測対象の範囲を撮像する複数の撮像部を備え、
前記複数の撮像部の数は、前記複数の受光部の数より少なく、
前記複数の撮像部の光軸は、前記少なくとも一つの受光部の光軸に対して垂直である、
ことを特徴とする請求項３に記載の測距装置。

【請求項6】

前記複数の受光部の内、少なくとも一つの受光部の光軸は、他の少なくとも二つの受光部の光軸に対して垂直であり、
前記複数の投光部は、前記少なくとも一つの受光部と前記他の少なくとも二つの受光部との間に配置される、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の測距装置。

【請求項7】

前記計測対象の範囲を撮像する複数の撮像部を備え、
前記複数の撮像部の数は、前記複数の受光部の数より少なく、
前記複数の撮像部は、前記少なくとも一つの受光部と前記他の少なくとも二つの受光部との間に配置される、
ことを特徴とする請求項６に記載の測距装置。

【請求項8】

前記複数の受光部のそれぞれは、少なくとも二つの投光部からの前記光を受光する、
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の測距装置。

【請求項9】

前記計測対象の範囲は、前記複数の投光部で光を照射できる全天球の範囲である、
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の測距装置。

【請求項10】

計測対象の範囲に光を照射する複数の投光部を有する投光ユニットと、
前記計測対象の範囲にある対象物で反射された光を受光する複数の受光部を有する受光ユニットと、
前記複数の投光部が投光するタイミングと、前記複数の受光部が受光するタイミングとに基づいて、前記対象物の距離を算出する測距制御部と、
を備え、
前記複数の受光部の数は、前記複数の投光部の数より多い、
ことを特徴とする測距システム。

【請求項11】

前記計測対象の範囲を撮像する複数の撮像部を有する撮像ユニットを備える、
ことを特徴とする請求項１０に記載の測距システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測距装置および測距システムに関する。

【背景技術】

【0002】

撮像装置から被写体までの測距の手法の一つに、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式と呼ばれる、被写体に向けて測距光を照射し、その反射光の時間差から距離を算出する方法がある。これは、所定の照射パターンにより強度変調された赤外光による測距光を被写体に向けて照射した後、被写体によって反射された測距光を赤外線用の撮像素子で受光し、照射パターンにより照射から受光までの時間差を画素ごとに検出、距離を算出するものである。算出された距離値は画素ごとにビットマップ状に集められ、「距離画像」として保存される。このような方式の距離画像生成装置（測距装置）をＴＯＦカメラと呼ぶ。

【0003】

例えば、特許文献１には、複数のセンサやカメラを用いて全方位の３次元情報を一度に取得する全天球撮像装置である測距装置が開示されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、測距精度に改善の余地があった。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、限られた装置の大きさで、測距精度を高めることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、計測対象の範囲に光を照射する複数の投光部と、前記計測対象の範囲にある対象物で反射された光を受光する複数の受光部と、前記複数の投光部が投光するタイミングと、前記複数の受光部が受光するタイミングとに基づいて、前記対象物の距離を算出する測距制御部と、を備え、前記複数の受光部の数は、前記複数の投光部の数より多い、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、受光部の数を投光部の数より多くすることで、限られた装置の大きさで、投光部の投射する光の強度を高め、受光部の焦点距離を長くし、測距精度を高めることができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1-1】図１－１は、第１の実施の形態にかかる撮像装置の構成を示す外観斜視図である。

【図1-2】図１－２は、撮像装置の内部構成を示す斜視図である。

【図1-3】図１－３は、撮像装置のシャッタボタン付近を拡大して示す斜視図である。

【図2】図２は、内部壁の一例を示す図である。

【図3】図３は、電池ケースの一例を示す図である。

【図4】図４は、シャッタボタンの断面を示す図である。

【図5】図５は、シャッタボタン付近の構成を示す図である。

【図6】図６は、シャッタボタン付近の断面を示す図である。

【図7-1】図７－１は、ＶＣＳＥＬ投光ユニットを示す斜視図である。

【図7-2】図７－２は、ＶＣＳＥＬ光学系の断面を示す図である。

【図7-3】図７－３は、ＶＣＳＥＬ投光ユニットの配置例を示す図である。

【図8】図８は、ＣＭＯＳ受光ユニットの断面を示す図である。

【図9-1】図９－１は、２つのＣＭＯＳ受光ユニットのＣＭＯＳ基板による接続を示す図である。

【図9-2】図９－２は、ＣＭＯＳ基板の配置を示す図である。

【図10】図１０は、ＣＭＯＳ受光ユニットおよびＶＣＳＥＬ投光ユニットの配置例を示す図である。

【図11-1】図１１－１は、ＴＯＦ受光ユニットを示す外観斜視図である。

【図11-2】図１１－２は、ＴＯＦ受光ユニットの内部構成を示す斜視図である。

【図11-3】図１１－３は、ＴＯＦ受光ユニットの内部構成を一部切欠いて示す図である。

【図12-1】図１２－１は、ＴＯＦ光学系のそれぞれの配置関係を示す図である。

【図12-2】図１２－２は、ＴＯＦ光学系のそれぞれの配置関係を示す図である。

【図13】図１３は、ＶＣＳＥＬ投光ユニットとＴＯＦ受光ユニットとを示す平面図である。

【図14】図１４は、ＶＣＳＥＬ光学系とＴＯＦ光学系との位置関係を示す図である。

【図15】図１５は、ＶＣＳＥＬ光学系とＴＯＦ光学系との位置関係の比較例を示す図である。

【図16】図１６は、ＶＣＳＥＬ光学系の画角を示す図である。

【図17】図１７は、撮像装置のハードウェア構成の例を示すブロック図である。

【図18】図１８は、撮像装置の機能を説明するための機能ブロック図である。

【図19】図１９は、第２の実施の形態にかかる撮像装置の光学系の部分を拡大して示す図である。

【図20】図２０は、ＶＣＳＥＬ光学系の画角を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に添付図面を参照して、測距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。

【0010】

（第１の実施の形態）
ここで、図１－１は第１の実施の形態にかかる撮像装置１００の構成を示す外観斜視図、図１－２は撮像装置１００の内部構成を示す斜視図、図１－３は撮像装置１００のシャッタボタン６２付近を拡大して示す斜視図である。撮像装置１００は、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式の測距装置として機能する。

【0011】

図１－１ないし図１－３に示すように、撮像装置１００は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）投光ユニット２１と、ＴＯＦ受光ユニット６１と、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）受光ユニット３０と、基板（ＣＭＯＳ基板３５、ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂ、メイン基板４１）と、ファン３８と、を備える。

【0012】

ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１は、被写体までの測距を目的として、測定対象となる物体に向けて測距光（赤外光等）を照射する。ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１は、詳細は後述するが、２個のＶＣＳＥＬ投光ユニット２１（ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ及び２１Ｂ）で構成される（図５参照）。

【0013】

ＴＯＦ受光ユニット６１は、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１により測距光を照射された物体からの反射光（散乱光）を受光し、３次元点群データを取得する。

【0014】

ＣＭＯＳ受光ユニット３０は、ＣＭＯＳセンサ３３（図８参照）により２次元画像を取得する。

【0015】

基板（ＣＭＯＳ基板３５、ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂ、メイン基板４１）は、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１とＴＯＦ受光ユニット６１とＣＭＯＳ受光ユニット３０とを駆動／制御するための基板である。基板（ＣＭＯＳ基板３５、ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂ、メイン基板４１）は、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１、ＴＯＦ受光ユニット６１、ＣＭＯＳ受光ユニット３０のそれぞれとケーブル、ＦＰＣ、ＦＦＣ等で接続される。

【0016】

ファン３８は、撮像装置１００の内部に設けられ、強制対流を発生させて撮像装置１００の内部を冷却する。

【0017】

ここで、撮像装置１００が備える複数の基板（ＣＭＯＳ基板３５、ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂ、メイン基板４１）の配列について説明する。

【0018】

図１－２に示すように、ＣＭＯＳ基板３５は、２枚のＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂの間に挟まれるように（Ｚ軸方向に並んで）配列されている。さらに、撮像装置１００の全体の制御／駆動用のメイン基板４１も上記３枚の基板と平行な状態で配列されている。メイン基板４１は、ＶＣＳＥＬ基板２２Ｂよりも外側（－Ｚ側；後カバー１２に近い側）に配置される。

【0019】

このように構成することにより、撮像装置１００の内部におけるスペースを無駄にすることなく、合計４枚の基板（ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂ、ＣＭＯＳ基板３５、メイン基板４１）を撮像装置１００の内部に収納することができる。その結果、４枚の基板（ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂ、ＣＭＯＳ基板３５、メイン基板４１）の配列方向（Ｚ軸方向）のサイズを小型化することができる。また、４枚の基板（ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂ、ＣＭＯＳ基板３５、メイン基板４１）が互いに平行になるように配置されているので、撮像装置１００の内部における自然対流や、ファン３８による強制対流を妨げることなく、基板に沿った気流が発生することになり、装置内部の温度偏差の発生を低減することができる。さらに、後述するカバー部材に設けられた通気口からの空気の流入／流出やカバー部材から外部の空気への放熱（熱伝達）による排熱効率が向上するため、装置内部の温度上昇の発生を低減することができる。

【0020】

また、図１－１ないし図１－３に示すように、撮像装置１００は、電池１８ａ，１８ｂを収納する電池ケース６８ａ，６８ｂ（図３参照）、シャッタボタン６２、操作スイッチユニット１７を備える。

【0021】

シャッタボタン６２は、ＣＭＯＳ受光ユニット３０の撮影タイミングを決定するためにユーザが操作するボタンである。

【0022】

操作スイッチユニット１７は、撮像装置１００の電源ＯＮ／ＯＦＦの切替や、動作モードを切り替えるためにユーザが操作するスイッチである。

【0023】

さらに、図１－１ないし図１－３に示すように、撮像装置１００は、上記各部品を保持するためのカバー部材（前カバー１１、後ろカバー１２、左カバー１３、右カバー１４、電池カバー１５ａ，１５ｂ、底板１６、内部壁１０（図２参照）等）を備える。

【0024】

図１－１に示すように、撮像装置１００は、撮影時に手振れの発生を防止するために、三脚等に固定するためのねじ穴１９を底板１６（－Ｘ側）に備える。ねじ穴１９に三脚等を固定された撮像装置１００は、ユーザが撮像装置１００を把持して撮影するよりも、安定した画像を得ることができる。また、撮像装置１００を三脚等に固定した場合には、リモート操作とすることが更に有効である。

【0025】

ここで、撮像装置１００のカバー部材の一部である内部壁１０について説明する。図２は、内部壁１０の一例を示す図である。

【0026】

図２に示すように、内部壁１０は、前カバー１１と後カバー１２とを接続する。従来のようなカバー部材（外装）だけではモノコック構造のため剛性が低下しやすいが、本実施形態の撮像装置１００においては、前カバー１１と後カバー１２とを内部壁１０で接続することにより、高剛性化を図ることが可能となる。

【0027】

次に、電池ケース６８ａ，６８ｂについて説明する。図３は、電池ケース６８ａ，６８ｂの一例を示す図である。

【0028】

図３に示すように、撮像装置１００は、その内部に電池１８ａ及び１８ｂを内蔵する。そのため、撮像装置１００は、持ち運びや撮影作業の負担を軽減することが可能である。撮像装置１００は、内部壁１０の両面（＋Ｙ側及び－Ｙ側の面）に電池ケース６８ａ及び６８ｂを実装した電池回路基板６７を固定する。電池ケース６８ａ及び６８ｂは、電池１８ａ及び１８ｂを収納する。

【0029】

撮像装置１００は、図１－１に示す電池カバー１５ａ，１５ｂを取り外すことにより、電池１８ａ及び１８ｂをＹ軸方向に着脱することができるので、電池１８ａ及び１８ｂの交換作業を容易にすることができる。

【0030】

なお、撮像装置１００は、図示しない電源コードを利用して駆動するようにしてもよい。なお、電源コードは着脱可能とすることが望ましい。これにより、撮像装置１００の本体に電池を内蔵する必要がなくなるため、撮像装置１００の軽量化や撮影時間の長時間化を実現することができる。

【0031】

また、電源コードを利用して撮像装置１００を駆動する場合、電源コードの差込口をシャッタボタン６２よりも底部（底板１６）側（－Ｘ側）に配備することが望ましい。これにより、電源コードよりもユーザの手指の方が先に光線がけられることになり、シャッタボタン６２を押下するユーザの手指等による死角よりも、電源コードによる死角を小さくすることができる。

【0032】

ここで、シャッタボタン６２について説明する。ここで、図４はシャッタボタン６２の断面を示す図である。

【0033】

図４に示すように、撮像装置１００は、メイン基板４１における－Ｚ側の面にスイッチ６９を備える。また、撮像装置１００は、スイッチ６９と同軸上であって後カバー１２に、シャッタボタン６２を備える。このような構成により、シャッタボタン６２でスイッチ６９を直接押下することが可能になるので、部品点数の削減、及び、構造の簡易化を実現することができる。また、シャッタボタン６２でスイッチ６９を直接押下することが可能になるので、スイッチ６９を確実に反応させることが可能となる。なお、シャッタボタン６２とスイッチ６９との位置が離れている場合には、中間部材を介して両者を接続しても構わない。

【0034】

図４に示すように、撮像装置１００は、メイン基板４１とシャッタボタン６２との間に、スプリング部材６３を備える。スプリング部材６３は、ユーザがシャッタボタン６２を押下した後の開放の際に、シャッタボタン６２を所定の位置まで押し戻すための部品である。

【0035】

次に、シャッタボタン６２の配置について説明する。ここで、図５はシャッタボタン６２付近の構成を示す図である。

【0036】

図５に示すように、撮像装置１００は、各種のカバー部材（本実施形態では、後カバー１２）による死角が発生する領域に、シャッタボタン６２を備える。

【0037】

具体的には、図５に示すＸ－Ｚ断面においては、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆからの出射光の最周辺の画角（下側；－Ｘ側）はθａであり、実質的にθａ＝９０°程度まで確保可能である。一方、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｂからの出射光については、メイン基板４１を収納した後カバー１２の一部が－Ｚ側に突き出した形状を呈している。そのため、最周辺の画角はθｂとなるため、θｂ＜θａとなる。そのため、図５に示すように、後カバー１２における矢印Ｖで示す付近にシャッタボタン６２を配置した場合には、最周辺の画角θｂの光線（出射光線Ｂ）がユーザの手指でけられることがない。しかし、反対側（前カバー１１側）にシャッタボタン６２を配備した場合には、θａ（≒９０°）の光線（出射光線Ａ）がユーザの手指でけられてしまい、画角が狭くなり、好ましくない。

【0038】

また、シャッタボタン６２は、ＴＯＦ受光ユニット６１と電池１８ａ，１８ｂとの間に配置する。このようにシャッタボタン６２をＴＯＦ受光ユニット６１と電池１８ａ，１８ｂとの間に配置することにより、電池１８ａ，１８ｂが収納されている部分（重心に近い箇所）を把持することになるため、疲労を軽減することや手振れを防止することが可能となる。

【0039】

なお、撮像装置１００の後カバー１２に備えたシャッタボタン６２の押下／解除により撮影タイミングを決定するのではなく、有線や無線でリモート操作する構成としてもよい。このようなリモート操作可能な構成にした場合、撮像装置１００は、手振れ防止効果を向上することができる。

【0040】

ここで、図６はシャッタボタン６２付近の断面を示す図である。図６に示すように、撮像装置１００は、メイン基板４１における－Ｚ側の面に、撮像装置１００の作動状態を表するための複数のＬＥＤ素子６５（図６では５個）を備える。また、撮像装置１００は、後カバー１２に、ＬＥＤ素子６５の出射光軸と同軸になるように開口部６４を備える。このような構成とすることで、撮像装置１００は、ＬＥＤ素子６５からの出射光を効率的に開口部６４から外部に出射させることができる。

【0041】

なお、撮像装置１００は、ＬＥＤ素子６５と開口部６４との間を導光板や光ファイバ等で接続するようにしてもよい。これにより、撮像装置１００は、光利用効率を向上させることができる。また、撮像装置１００は、開口部６４にレンズ系や拡散板を備えることにより、ＬＥＤ素子６５からの出射光について、さらに視認性を向上させることができる。

【0042】

次に、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１について説明する。ここで、図７－１はＶＣＳＥＬ投光ユニット２１を示す斜視図、図７－２はＶＣＳＥＬ光学系２３の断面を示す図、図７－３はＶＣＳＥＬ投光ユニット２１の配置例を示す図である。

【0043】

図７－１ないし図７－３に示すように、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１は、ＶＣＳＥＬ基板２２と、ＶＣＳＥＬパッケージ２４と、レンズセル２６とを備える。

【0044】

ＶＣＳＥＬパッケージ２４は、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）を発光点２５とする光源である。レンズセル２６は、複数のレンズから構成されるＶＣＳＥＬ光学系２３を収納する。

【0045】

ＶＣＳＥＬ基板２２（ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ，２２Ｂ）は、ＶＣＳＥＬパッケージ２４をはんだにより固定する。さらに、ＶＣＳＥＬ基板２２は、ＶＣＳＥＬ光学系２３（すなわち、レンズセル２６）を、上記発光点２５と所定の精度で位置合わせた状態でのねじ締結や接着等の工法で固定する。

【0046】

ＶＣＳＥＬ基板２２（ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ、２２Ｂ）は、ＶＣＳＥＬパッケージ２４を駆動するための駆動回路を搭載する。ＶＣＳＥＬ基板２２の駆動回路は、光源であるＶＣＳＥＬパッケージ２４から射出する光の強度を高めるために大きな電流が流れることから、発熱する。そこで、ＶＣＳＥＬ基板２２は、駆動回路の発熱を小さくするために許容電流の大きい駆動回路を搭載し、かつ、放熱部材（例えばヒートシンク）を搭載する。そのため、ＶＣＳＥＬ基板２２は、他の基板（ＣＭＯＳ基板３５など）と比べて大きくする。このような構成にすることにより、撮像装置１００は、ＶＣＳＥＬ基板２２が過熱しづらくなるので、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１から強い強度の光を投射することができる。

【0047】

図７－３に示すように、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１（ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ及び２１Ｂ）は、ＶＣＳＥＬ光学系２３の出射光軸がＺ軸方向に平行な方向に配置され、かつ、２個のＶＣＳＥＬ投光ユニット２１（ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ及び２１Ｂ）は互いに逆向きに配置されている。

【0048】

ＶＣＳＥＬ光学系２３は、魚眼レンズの機能を有している。ＶＣＳＥＬ光学系２３は、周囲の部品等で光線がけられない状況では、複数の投光部である２個のＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ及び２１Ｂにて計測対象の範囲としての全天球（４π［ｓｒ］）の領域を照射する。

【0049】

ここで計測対象の範囲とは、撮像装置１００を中心としたときの全天球（４π［ｓｒ］）領域のうち、複数の投光部である２個のＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ及び２１Ｂで光を照射できる領域である。前述の通り、計測の対象範囲は、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ及び２１Ｂの周囲の部品等で光線がけられない状況の場合において全天球（４π［ｓｒ］）に対応する。一方、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ及び２１Ｂの周囲の部品で光線がけられる場合、計測対象の範囲は、全天球の領域のうち投光部の周囲の部品でけられずに投光できる範囲となる。

【0050】

撮像装置１００は、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ及び２１Ｂを、前カバー１１及び後カバー１２に対するねじ６６ａ（図１０参照）の締結によりそれぞれ固定する。ねじ締結の際、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ及び２１Ｂのレンズセル２６にそれぞれ設けられた位置決め部が、前カバー１１及び後カバー１２側の位置決め部に対応させて位置決めされる。これにより、前カバー１１に対するＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆの位置合わせ精度、及び、後カバー１２に対するＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｂの位置合わせ精度を維持することができる。

【0051】

このような構成により、撮像装置１００の構成部品の加工誤差（寸法誤差や形状誤差）、組立ばらつきの影響により、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ及び２１Ｂからの出射光が前カバー１１及び後カバー１２等でけられる量（光量）がばらつくことを抑制することができる。その結果、撮像装置１００は、出射光の照度分布が劣化することを回避することができる。

【0052】

なお、ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂは、後述する図１０に示すように互いに平行に配置される。ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂは、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ及び２１Ｂから強い強度の光を射出することによる過熱を低減するために大きくする必要がある。このように、基板の大きさが大きくなるＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂを平行に配置することで、ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂは互いに干渉することが無く撮像装置１００を小型化できる。また、ＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂは、対象の計測範囲である全天球に投射できる最小限の数量で構成されるので、撮像装置１００を小型化できる。

【0053】

次に、ＣＭＯＳ受光ユニット３０について説明する。ここで、図８はＣＭＯＳ受光ユニット３０の断面を示す図である。

【0054】

図８に示すように、ＣＭＯＳ受光ユニット３０は、ＣＭＯＳ光学系３１と、ＣＭＯＳセンサ基板３２と、レンズホルダ３４とを備える。

【0055】

ＣＭＯＳ光学系３１は、複数のレンズ及プリズム等から構成される。ＣＭＯＳセンサ基板３２は、ＣＭＯＳセンサ３３を実装する。レンズホルダ３４は、ＣＭＯＳ光学系３１及びＣＭＯＳセンサ基板３２を一体的に保持する。ＣＭＯＳ基板３２は、レンズホルダ３４の保持部３４ａに対して、接着等の工法により固定される。

【0056】

撮像装置１００は、外部の照明やＶＣＳＥＬ投光ユニット２１から出射されて外部の物体で反射した散乱光を、図８の矢印に示すように、ＣＭＯＳ光学系３１に入射させてＣＭＯＳセンサ３３で受光する。外部の照明に白色光の光源を用いた場合、ＣＭＯＳセンサ３３は外部の物体で反射した散乱光の強度に応じた輝度画像やＲＧＢ画像を撮像することができる。ＶＣＳＥＬ投稿ユニット２１が出射した光が物体で反射した散乱光をＣＭＯＳ光学系３１に入射させた場合、ＣＭＯＳセンサ３３はＶＣＳＥＬ投光ユニット２１の出射した光の波長での輝度画像を撮像することができる。

【0057】

ここで、図９－１は２つのＣＭＯＳ受光ユニット３０のＣＭＯＳ基板３５による接続を示す図、図９－２はＣＭＯＳ基板３５の配置を示す図である。

【0058】

図９－１に示すように、撮像装置１００は、ＣＭＯＳ光学系３１の光軸を、Ｙ軸方向に平行な方向に配置する。また、撮像装置１００は、複数の撮像部である２つのＣＭＯＳ光学系３１（ＣＭＯＳ受光ユニット３０Ｒ，３０Ｌ）を、互いに逆向きに配置する。撮像装置１００は、ＣＭＯＳ受光ユニット３０Ｒ，３０ＬのＣＭＯＳセンサ基板３２を、共通（１個）のＣＭＯＳ基板３５にＦＰＣ等のケーブルにて接続する。

【0059】

なお、図９－２に示すように、撮像装置１００は、ＣＭＯＳ基板３５を、左カバー１３にねじ締結されたブラケット部材３６Ｌ、図示しない右カバー１４にねじ締結されたブラケット部材３６Ｒ、及び、内部壁１０に締結されたブラケット部材３６Ｃの上に、スペーサ部材３７を介してねじ締結する。

【0060】

ＣＭＯＳ光学系３１は、魚眼レンズの機能を有している。ＣＭＯＳ光学系３１は、周囲の部品等で光線がけられない状況では、２個のＣＭＯＳ受光ユニット３０Ｒ及び３０Ｌにて全天球（４π［ｓｒ］）の領域からの散乱光を受光することが可能である。

【0061】

次に、ＣＭＯＳ受光ユニット３０の配置について説明する。ここで、図１０はＣＭＯＳ受光ユニット３０およびＶＣＳＥＬ投光ユニット２１の配置例を示す図である。

【0062】

図１－２および図１０に示すように、撮像装置１００は、ＣＭＯＳ受光ユニット３０（レンズホルダ３４）の一部（又は、全体）を２枚のＶＣＳＥＬ基板２２Ｆ及び２２Ｂの間に配置する。これにより、撮像装置１００は、ＣＭＯＳ光学系３１の入射光軸方向（Ｙ軸方向）のサイズを小型化することができる。

【0063】

図１０に示すように、撮像装置１００は、ＣＭＯＳ受光ユニット３０Ｒ及び３０Ｌを、右カバー１４及び左カバー１３に対するねじ６６ｂの締結によりそれぞれ固定する。ねじ締結の際、ＣＭＯＳ受光ユニット３０Ｒ及び３０Ｌのレンズホルダ３４にそれぞれ設けられた位置決め部が、右カバー１４及び左カバー１３側の位置決め部に対応させて位置決めされる。これにより、右カバー１４に対するＣＭＯＳ受光ユニット３０Ｒの位置合わせ精度、及び、左カバー１３に対するＣＭＯＳ受光ユニット３０Ｌの位置合わせ精度を維持することができる。

【0064】

次に、ＴＯＦ受光ユニット６１について説明する。ここで、図１１－１はＴＯＦ受光ユニット６１を示す外観斜視図、図１１－２はＴＯＦ受光ユニット６１の内部構成を示す斜視図、図１１－３はＴＯＦ受光ユニット６１の内部構成を一部切欠いて示す図である。

【0065】

図１１－１ないし図１１－３に示すように、ＴＯＦ受光ユニット６１は、４眼構成である。ＴＯＦ受光ユニット６１は、測定対象の範囲（全天球）を受光する複数の受光部であるＴＯＦ光学系７１（７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ）と、ＴＯＦセンサ基板７４と、中継基板７７と、ホルダ部材７８とを備える。

【0066】

ＴＯＦセンサ基板７４は、ＴＯＦセンサ７６を実装する。

【0067】

中継基板７７は、ＴＯＦセンサ基板７４とメイン基板４１の中継部となる。

【0068】

ホルダ部材７８は、ＴＯＦ光学系７１（７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ）と、ＴＯＦセンサ基板７４とを一体的に保持する。

【0069】

なお、ＴＯＦセンサ基板７４と中継基板７７、及び、中継基板７７とメイン基板４１は、ＦＰＣ等のケーブルにて接続される。

【0070】

図１１－１ないし図１１－３に示すように、撮像装置１００は、ＴＯＦ受光ユニット６１を一体構造にしたので、工場での組立／調整の設備の簡略化、組立／調整時間の短縮化、一体構造での品質保証等を行うことができる。また、撮像装置１００は、ＴＯＦ受光ユニット６１を一体構造とすることにより、１機種だけではなく、複数の機種に搭載することが可能となるため、低コスト化も可能となる。

【0071】

撮像装置１００は、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１から出射されて外部の物体で反射した光（散乱光）を、ＴＯＦ光学系７１を経由して、ＴＯＦセンサ基板７４上に実装されたＴＯＦセンサ７６で受光する。

【0072】

ここで、図１２－１および図１２－２はＴＯＦ光学系７１のそれぞれの配置関係を示す図である。

【0073】

図１２－１および図１２－２に示すように、ＴＯＦ光学系７１Ａは、その入射光軸が上方（＋Ｘ）を向くように配置されている。ＴＯＦ光学系７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄの入射光軸は水平方向を向いており、ＴＯＦ受光系７１Ｂの入射光軸は右方（＋Ｙ）を向いている。ＴＯＦ光学系７１Ｃ、７１Ｄは、ＴＯＦ光学系７１Ｂに対し、Ｘ軸回りに１２０°回転した角度で配置されている。

【0074】

垂直方向に配置されたＴＯＦ光学系７１Ａの画角（垂直方向；Ｘ－Ｙ断面及びＸ－Ｚ断面）は６５°である。水平方向に配置された（右向きの）ＴＯＦ光学系７１Ｂの画角は、垂直方向（Ｘ－Ｙ断面）で８５°、水平方向（Ｙ－Ｚ断面）で６５°である。ＴＯＦ光学系７１Ｃ、７１ＤもＴＯＦ光学系７１Ｂと同様である。このような配置により、撮像装置１００は、下側の画角８５°以上の領域を除いて、全方向の物体からの反射光（散乱光）を４眼構成のＴＯＦ受光ユニット６１にて受光することが可能である。

【0075】

ＴＯＦ光学系７１（ＴＯＦ光学系７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ）の画角は、ＶＣＳＥＬ光学系２３の画角より狭くなるように構成されるので、ＴＯＦ光学系７１の焦点距離は長くなる。そのため、ＴＯＦ光学系７１は、ＴＯＦセンサ７６の単位画素の受光光量に関連する、単位画角あたりの受光光量を大きくすることができる。それにより、ＴＯＦ光学系７１は、遠方の対象物や反射率の低い対象物で反射された光の受光光量を大きくすることができる。

【0076】

次に、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１とＴＯＦ受光ユニット６１との相対位置関係について説明する。ここで、図１３はＶＣＳＥＬ投光ユニット２１とＴＯＦ受光ユニット６１とを示す平面図、図１４はＶＣＳＥＬ光学系２３とＴＯＦ光学系７１との位置関係を示す図、図１５はＶＣＳＥＬ光学系２３とＴＯＦ光学系７１との位置関係の比較例を示す図である。図１４は、図１３に示す本実施形態の撮像装置１００の構成の平面図から、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１及びＴＯＦ受光ユニット６１における最も外側のレンズのみを抽出したものである。また、本実施形態の比較例の構成を図１５に示す。

【0077】

図１５に示す比較例は、ＴＯＦ光学系７１Ｂ、７１Ｃ、７１ＤをＸ軸回りに３０°回転させた場合の配置に示したものである。図１５に示す比較例は、ＶＣＳＥＬ光学系２３ＦとＴＯＦ光学系７１Ｄが同じ向き（＋Ｚ向き）になるように配置されている。そのため、図１５に示す比較例の配置の撮像装置は、＋Ｚ側に配備されたＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆから出射されて物体で反射された散乱光の光量の大部分を、ＴＯＦ光学系７１Ｄにおいて受光する。

【0078】

また、図１５に示す比較例の配置の撮像装置は、－Ｚ側に配備されたＶＣＳＥＬ光学系２３Ｂから出射されて物体で反射された散乱光の光量の半分を、ＴＯＦ光学系７１Ｂで受光し、残りをＴＯＦ光学系７１Ｃで受光する。その結果、図１５に示す比較例の配置の撮像装置は、３個のＴＯＦ受光ユニット７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄが受光する光量に大きな偏差を生じやすくなり（光量比は概ね、７１Ｂ：７１Ｃ：７１Ｄ＝０．５：０．５：１）、検出精度の低下を招きやすくなる。

【0079】

これに対して、図１４に示すように、撮像装置１００は、ＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆ、２３ＢをＸ－Ｙ平面に対して対称に配置し、かつ、ＴＯＦ光学系７１Ｂ、７１Ｃ、７１ＤをＸ－Ｙ平面に対して対称に配置する。そのため、撮像装置１００は、図１５に示す比較例と比較すると、３個のＴＯＦ光学系７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄにおいて受光する光量の偏差（３個のＴＯＦ光学系間の偏差）を小さくすることができる。結果として、撮像装置１００は、検出精度をより高くすることが可能となる。

【0080】

次に、ＶＣＳＥＬ光学系２３の画角について説明する。図１６は、ＶＣＳＥＬ光学系２３の画角を示す図である。

【0081】

図１６に示すように、撮像装置１００は、ＴＯＦ受光ユニット６１におけるＴＯＦ光学系７１Ａを上側（＋Ｘ側）から１段目に配置し、ＴＯＦ光学系７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄを２段目に配置する。撮像装置１００は、３段目にＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆ、２３Ｂ、及び、ＣＭＯＳ光学系３１Ｒ、３１Ｌを配置する。

【0082】

図１６は、ＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆ、及び、ＴＯＦ光学系７１Ａ及び７１Ｂの垂直断面（Ｚ－Ｘ断面）における最周辺の画角の光線を模式的に図示したものである。図１６においては、説明が煩雑になることを回避するために、ＴＯＦ光学系７１Ｂ、７１Ｃ、７１ＤをＸ軸回りに回転させて、ＴＯＦ光学系７１Ｂの入射光軸がＺ軸と平行になるようにした。なお、下記説明においては、ＴＯＦ光学系７１Ａ～７１Ｄ、及び、１７１Ａ～１７１Ｄは、図１２－２に示す光学系よりも広画角化設計されている（最大画角：９０°）ものとする。

【0083】

図１６に示すように、撮像装置１００は、＋Ｚ側のＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆの上側の照射可能範囲の最周辺の画角はθvcsel2＞９０°なので、背面側（－Ｚ側）のＶＣＳＥＬ光学系２３Ｂによる投光（照射光）と合わせて、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１の照射可能範囲は半天球の領域（２π［ｓｒ］）を網羅することができる。

【0084】

ＴＯＦ受光ユニット６１の上側の受光可能範囲は、上向きのＴＯＦ光学系７１Ａの受光可能範囲（画角θtof1）、及び、水平向きのＴＯＦ光学系７１Ｂ（及び、７１Ｃ、７１Ｄ）の受光可能範囲（画角θtof2）から、半天球の領域を網羅することができる。従って、撮像装置１００は、上側の半天球の撮影可能範囲を網羅的に撮影することが可能である。なお、ＣＭＯＳ受光ユニット３０による「撮影可能範囲」は、「ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１による照射可能範囲」と「ＣＭＯＳ受光ユニット３０による受光可能範囲」が重なり合う領域である。

【0085】

次に、撮像装置１００のハードウェア構成について説明する。なお、ここでは撮像装置１００から被写体までの測距にかかるハードウェア構成について説明する。

【0086】

図１７は、撮像装置１００のハードウェア構成の例を示すブロック図である。図１７において、撮像装置１００は、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１、ＴＯＦ受光ユニット６１、ＣＭＯＳ受光ユニット３０に加えて、測距制御部２３０を具備する。

【0087】

測距制御部２３０は、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１、ＴＯＦ受光ユニット６１、ＣＭＯＳ受光ユニット３０と接続され、カバー部材内に内蔵される。測距制御部２３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２３１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３３、ＳＳＤ（Solid State Drive）２３４、光源駆動回路２３５、センサＩ／Ｆ（Interface）２３６、入出力Ｉ／Ｆ２３７、ＲＧＢセンサＩ／Ｆ２４０を有する。これらは、システムバス２４２で相互に電気的に接続されている。

【0088】

ＣＰＵ２３１は、ＲＯＭ２３２やＳＳＤ２３４等の記憶装置からプログラムやデータをＲＡＭ２３３上に読み出し、処理を実行することで、測距制御部２３０全体の制御や後述する機能を実現する。なお、ＣＰＵ２３１の有する機能の一部、又は全部を、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の電子回路により実現させてもよい。

【0089】

ＲＯＭ２３２は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することが可能な不揮発性の半導体メモリ（記憶装置）である。ＲＯＭ２３２には、撮像装置１００の起動時に実行されるＢＩＯＳ（Basic Input／Output System）、ＯＳ設定等のプログラムやデータが格納されている。

【0090】

ＲＡＭ２３３は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の半導体メモリ（記憶装置）である。

【0091】

ＳＳＤ２３４は、測距制御部２３０による処理を実行するプログラムや各種データが記憶された不揮発性メモリである。なお、ＳＳＤはＨＤＤ（Hard Disk Drive）等であっても良い。

【0092】

光源駆動回路２３５は、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１に電気的に接続され、ＣＰＵ２３１等から入力した制御信号に応じてＶＣＳＥＬ投光ユニット２１に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。光源駆動回路２３５は、制御信号に応じて、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１に含まれる複数の発光部を発光駆動させる。駆動信号として矩形波や正弦波、又は所定の波形形状の電圧波形を用いることができる。なお、光源駆動回路２３５は、電圧波形の周波数を変化させて、駆動信号の周波数を変調することができる。

【0093】

センサＩ／Ｆ２３６は、ＴＯＦ受光ユニット６１に電気的に接続され、ＴＯＦ受光ユニット６１の出力する位相信号を入力するインターフェースである。入出力Ｉ／Ｆ２３７は、ＰＣ（Personal Computer）等の外部装置と接続するためのインターフェースである。

【0094】

ＲＧＢセンサＩ／Ｆ２４０は、ＣＭＯＳ受光ユニット３０に電気的に接続され、ＣＭＯＳ受光ユニット３０の出力するＲＧＢ信号を入力するインターフェースである。

【0095】

図１８は、撮像装置１００の機能を説明するための機能ブロック図である。図１８において、撮像装置１００の機能として、測距制御部２３０を具備する。

【0096】

測距制御部２３０は、発光制御部２３８、受光処理部２３９、ＲＧＢ画像処理部２４１を具備する。測距制御部２３０は、発光制御部２３８を介したＶＣＳＥＬ投光ユニット２１による発光と、受光処理部２３９を介したＴＯＦ受光ユニット６１による受光と、ＲＧＢ画像処理部２４１を介したＣＭＯＳ受光ユニット３０による受光を同期させて制御することで、同じタイミングでの距離画像とＲＧＢ画像を取得することができる。

【0097】

発光制御部２３８は、撮像装置１００の機能として、駆動信号出力部２３８ａを少なくとも有する。

【0098】

駆動信号出力部２３８ａは、駆動信号をＶＣＳＥＬ投光ユニット２１に出力し、同時発光させる。また、駆動信号出力部２３８ａは、所定の電圧波形、及び所定の発光周波数で駆動信号を出力することで、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１による発光を時間変調（時間的制御）することができる。本実施形態では、一例として、ＭＨｚ（メガヘルツ）程度の周波数で矩形波、又は正弦波の駆動信号を所定のタイミングでＶＣＳＥＬ投光ユニット２１に出力する。

【0099】

受光処理部２３９は、撮像装置１００の機能として、位相信号入力部２３９ａ、距離画像取得部２３９ｂ、格納部２３９ｃ、距離画像結合部２３９ｄを少なくとも有する。

【0100】

位相信号入力部２３９ａは、センサＩ／Ｆ２３６等により実現され、ＴＯＦ受光ユニット６１が出力する位相信号を入力する。位相信号入力部２３９ａは、ＴＯＦ受光ユニット６１における二次元に配列された画素毎の位相信号を入力することができる。また、位相信号入力部２３９ａは、入力した位相信号を距離画像取得部２３９ｂに出力する。なお、本実施形態では、位相信号入力部２３９ａにＴＯＦ受光ユニット６１が接続されている。このため、ＴＯＦ光学系７１（７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ）に対応する４セット分の位相信号が出力されることになる。

【0101】

距離画像取得部２３９ｂは、位相信号入力部２３９ａから入力したＴＯＦ受光ユニット６１の画素毎の位相信号に基づいて、撮像装置１００から対象物までの距離画像データを取得する。ここで、距離画像とは、画素毎に取得した距離データを画素の位置に応じて二次元に配列させて生成された画像であり、例えば、距離を画素の輝度に変換して生成された画像である。距離画像取得部２３９ｂは、取得した４つの距離画像データを格納部２３９ｃに出力する。

【0102】

格納部２３９ｃは、ＲＡＭ２３３等により実現され、距離画像取得部２３９ｂから入力した距離画像データを一時格納する。

【0103】

距離画像結合部２３９ｄは、格納部２３９ｃで一時格納された４つの距離画像データを読み出し、これらを結合して１つの全天球距離画像データを生成する。

【0104】

なお、距離画像結合部２３９ｄは、ＣＰＵ２３１が制御プログラムを実行することにより実現される。しかしながら、当該例に限定されず、距離画像結合部２３９ｄの一部又は全部を、同様の各機能を実行するように設計された専用のハードウェア、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＤＳＰ（digital signal processor）、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）等の半導体集積回路や従来の回路モジュール等によって実現するようにしてもよい。

【0105】

ＲＧＢ画像処理部２４１は、ＲＧＢ画像入力部２４１ａ、ＲＧＢ画像格納部２４１ｂ、ＲＧＢ画像結合部２４１ｃを有している。

【0106】

ＲＧＢ画像入力部２４１ａは、ＣＭＯＳ受光ユニット３０が出力するＲＧＢ画像を入力する。例えば、ＲＧＢ画像入力部２４１ａは、ＣＭＯＳ受光ユニット３０における二次元に配列された画素毎のＲＧＢ信号を入力することができる。ＲＧＢ画像入力部２４１ａは、入力したＦＲＧＢ画像をＲＧＢ画像格納部２４１ｂに出力する（本実施形態では、ＲＧＢ画像処理部２４１に２つのＣＭＯＳ受光ユニット３０Ｒ及び３０Ｌが接続されているため、２つのＲＧＢ画像を出力する）。なお、ＲＧＢ画像入力部２４１ａは、ＲＧＢセンサＩ／Ｆ２４０等により実現される。

【0107】

ＲＧＢ画像格納部２４１ｂは、ＲＡＭ２３３等により実現され、ＲＧＢ画像入力部２４１ａから入力したＲＧＢ画像データを一時格納する。

【0108】

ＲＧＢ画像結合部２４１ｃは、ＲＧＢ画像格納部２４１ｂで一時格納された２つのＲＧＢ画像データを読み出し、これらを結合して１つの全天球ＲＧＢ画像データを生成する。なお、ＲＧＢ画像結合部２４１ｃは、ＣＰＵ２３１が制御プログラムを実行することにより実現される。しかしながら、当該例に限定されず、ＲＧＢ画像結合部２４１ｃの一部又は全部を、同様の各機能を実行するように設計された専用のハードウェア、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の半導体集積回路や従来の回路モジュール等によって実現するようにしてもよい。

【0109】

なお、上述では、図１８に示した構成が撮像装置１００に内蔵されるものとして説明しているが、これはこの例に限定されない。例えば、図１８に示した構成を、撮像装置１００と接続可能な外部の情報処理装置に持たせてもよい。

【0110】

このように本実施形態によれば、投光部（ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ，２１Ｂ）の数を受光部（ＴＯＦ光学系７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ）の数より少なくして計測対象の範囲をカバーするようにしたので、投光部の光源をより大きくして照射する光の強度を高めることができるため、遠方物や低反射物であっても十分な受光量を得ることができ、測定精度を高めることができる。また、本実施形態によれば、受光部の数を投光部の数より多くして計測対象の範囲をカバーするようにしたので、一つの受光部の画角を狭く設定することができるため、受光部の焦点距離を長くすることができ受光部のレンズのＦ値を大きくとることができ、遠方物の測距精度を高めることができる。すなわち、本実施形態によれば、受光部の数を投光部の数より多くすることで、限られた装置の大きさで、投光部の投射する光の強度を高め、受光部の焦点距離を長くし、測距精度を高めることができる。

【0111】

（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。

【0112】

第２の実施の形態は、ＴＯＦ受光ユニットを上下二段に分割し、両者の間にＶＣＳＥＬ投光ユニット及びＣＭＯＳ受光ユニットを配置する構成とした点が、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。

【0113】

ところで、図１６に示したように、撮像装置１００は、ＶＣＳＥＬ投光ユニット２１の出射光による上側の半天球（２π［ｓｒ］）の照射可能範囲を確保するためには、ＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆの最外側のレンズの位置をＴＯＦ光学系７１Ｂの最外側のレンズの位置よりも、右側（＋Ｚ側）になるように配置する必要がある。その結果、必然的にＥ１＞Ｄ１となり、撮像装置１００のＺ軸方向の寸法が大きくなりやすい。

【0114】

また、図１６に示したように、撮像装置１００は、ＴＯＦ光学系７１Ｂの下側の画角θtof3の入射光線を、ＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆでけられないようにする必要がある。そのため、θtof3≦６０°程度となり、死角Ａが大きくなりやすい。その結果、ＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆの下側の画角（照射可能範囲）をθvcsel2＞９０°とした場合でも、ＴＯＦ光学系７１Ｂの下側の死角Ａにより撮影可能範囲が規定されてしまう。従って、撮像装置１００は、下側の半天球を網羅した撮影をすることができない場合がある。

【0115】

ここで、図１９は第２の実施の形態にかかる撮像装置２００の光学系の部分を拡大して示す図である。

【0116】

図１９に示すように、本実施形態の撮像装置２００においては、ＴＯＦ受光ユニットを上下二段に分割し、両者の間にＶＣＳＥＬ投光ユニット（ＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆ、２３Ｂ）及びＣＭＯＳ受光ユニット（ＣＭＯＳ光学系３１Ｒ、３１Ｌ）を配置する構成とした。より詳細には、撮像装置２００は、ＴＯＦ光学系７１Ａを１段目に配置し、ＴＯＦ光学系７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄを３段目に配置し、両者の間（２段目）にＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆ、２３Ｂ、及び、ＣＭＯＳ光学系３１Ｒ、３１Ｌを配置する。

【0117】

撮像装置２００は、ＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆ、２３Ｂを出射されて外部の物体で反射した光（散乱光）を、ＴＯＦ光学系７１Ａ～７１Ｄを介して、各々ＴＯＦセンサ基板７４Ａ～７４Ｄ上に実装されたＴＯＦセンサで受光する。

【0118】

図２０は、ＶＣＳＥＬ光学系１２３の画角を示す図である。図２０は、ＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆ、及び、ＴＯＦ光学系７１Ａ及び７１Ｂの垂直断面（Ｚ－Ｘ断面）における最周辺の画角の光線を模式的に図示したものである。図２０においては、ＴＯＦ光学系７１Ｂ、７１Ｃ、７１ＤをＸ軸回りに回転させて、ＴＯＦ光学系７１Ｂの入射光軸がＺ軸と平行になるようにした。

【0119】

図２０に示すように、撮像装置２００は、ＶＣＳＥＬ投光ユニット（ＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆ、２３Ｂ）の上側の照射可能範囲について、最周辺の画角Ωvcsel2を９０°より大きくすることにより、半天球（２π［ｓｒ］）の領域を確保することができる。また、撮像装置２００は、ＴＯＦ光学系７１Ｂ（及び、７１Ｃ、７１Ｄ）の上側の受光可能範囲（画角Ωtof2）、及び、ＴＯＦ光学系１７１Ａの受光可能範囲（画角Ωtof1）により、ＴＯＦ受光ユニット全体の上側の受光可能範囲として、半天球の領域（２π［ｓｒ］）を網羅することができる。従って、撮像装置２００は、上側の半天球の撮影可能範囲を網羅的に撮影することが可能である。

【0120】

なお、本実施形態の撮像装置２００においては、ＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆ（２段目）の上側（１段目）にはＴＯＦ光学系７１Ａしか配置されていない。そのため、第１の実施形態の撮像装置１００とは異なり、Ｄ２＝Ｅ２とすることが可能であり、Ｚ軸方向の寸法を拡大する必要がなく、小型化可能である。

【0121】

また、図２０に示すように、撮像装置２００は、ＶＣＳＥＬ光学系２３Ｆの下側の最周辺の画角Ωvcsel2を、ＴＯＦ受光系７１Ｂでけられない程度にまで広げることができる（Ωvcsel2≦８５°程度）。

【0122】

一方、撮像装置２００は、ＴＯＦ受光ユニットの受光可能範囲を、ＴＯＦ光学系７１Ｂの下側の受光可能範囲（画角Ωtof3）により、Ｚ－Ｘ断面にて９０°まで確保可能である。従って、撮像装置２００は、ＴＯＦ光学系７１Ｃ及び７１Ｄの受光可能範囲を含めることにより、下側の半天球の撮影可能範囲をほぼ網羅的に撮影することが可能である。

【0123】

このように本実施形態によれば、撮影可能範囲をほぼ網羅的に撮影することができる。

【0124】

なお、各実施形態においては、複数の投光部であるＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ，２１Ｂと、複数の受光部であるＴＯＦ光学系７１（７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ）と、複数の撮像部であるＣＭＯＳ受光ユニット３０Ｒ，３０Ｌと、測距演算を行う測距制御部２３０と、を一体に備えた測距装置（撮像装置１００，２００）について説明したが、これに限るものではない。例えば、複数の投光部であるＶＣＳＥＬ投光ユニット２１Ｆ，２１Ｂを有する投光ユニットと、複数の受光部であるＴＯＦ光学系７１（７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ）を有するＴＯＦ受光ユニットと、複数の撮像部であるＣＭＯＳ受光ユニット３０Ｒ，３０Ｌを有するＣＭＯＳ撮像ユニットと、測距演算を行う測距制御部２３０とのように別体の装置としてそれぞれ構成し、これらの装置をネットワーク等で相互に接続した測距システムを適用してもよい。

【0125】

なお、上述の各実施形態は、本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形による実施が可能である。

【符号の説明】

【0126】

２１Ｆ，２１Ｂ 投光部
３０Ｒ，３０Ｌ 撮像部
７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ 受光部
１００，２００ 測距装置
２３０ 測距制御部

【先行技術文献】

【特許文献】

【0127】

【特許文献1】特開２０１９－１５９２８４号公報

【図1-1】

【図1-2】

【図1-3】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7-1】

【図7-2】

【図7-3】

【図8】

【図9-1】

【図9-2】

【図10】

【図11-1】

【図11-2】

【図11-3】

【図12-1】

【図12-2】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】