特開 2024-105178 撮像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】P2024105178

(43)【公開日】2024-08-06

(54)【発明の名称】撮像装置および測距システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 17/894 20200101AFI20240730BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20240730BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20240730BHJP

【ＦＩ】

G01S17/894

G01S7/481 Z

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 2023204232

(22)【出願日】2023-12-01

(31)【優先権主張番号】P 2023009747

(32)【優先日】2023-01-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 圭介

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 裕之

(72)【発明者】

【氏名】畑崎 壮哉

(72)【発明者】

【氏名】仲村 直人

【テーマコード（参考）】

2F112

5J084

【Ｆターム（参考）】

2F112AD01

2F112BA06

2F112CA05

2F112CA08

2F112DA02

2F112DA15

2F112DA25

2F112EA07

2F112GA01

5J084AA05

5J084AC08

5J084AD01

5J084BA04

5J084BA07

5J084BA20

5J084BA34

5J084BA40

5J084BA48

5J084BB02

5J084CA65

5J084CA67

5J084DA04

5J084DA05

5J084EA04

(57)【要約】

【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

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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。

【請求項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。

【請求項7】

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。

【請求項8】

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。

【請求項9】

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。

【請求項10】

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。

【請求項11】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像装置および測距システムに関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【0007】

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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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。

【発明の効果】

【0009】

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。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】図３は、撮像装置の概略構成の一例を示す図である。

【図4】図４は、光学系の配置の一例を示す図である。

【図5】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。

【図6】図６は、撮像装置の支持態様を例示的に示す図である。

【図7】図７は、撮像装置の死角を例示的に示す図である。

【図8-1】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。

【図8-2】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。

【図9-1】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9-2】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。

【図10】図１０は、ＴｏＦカメラの死角を例示的に示す図である。

【図11】図１１は、ＴｏＦ視野角とＤ／ｄとの関係を示す図である。

【図12】図１２は、撮像装置の支持部の他の例を示す図である。

【図13】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。

【図14】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。

【図15】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。

【図16】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。

【図17】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。

【図18】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。

【図19】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。

【図20】図２０は、手振れの影響の例を示す図である。

【図21】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。

【図22】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。

【図23】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。

【図24】図２４は、パターン化光の重複の例を示す図である。

【図25】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。

【図26】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27】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28】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29】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。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

（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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

ここで、上述の問題についてより具体的に説明する。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

（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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

（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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

（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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

（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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

（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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

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。

【0107】

（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。

【0108】

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。

【0109】

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。

【0110】

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。

【0111】

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。

【0112】

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。

【0113】

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。

【符号の説明】

【0114】

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

【先行技術文献】

【特許文献】

【0115】

【特許文献1】特開２０１９－１１３５３０号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8-1】

【図8-2】

【図9-1】

【図9-2】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】