特許 7565212 縦グリッドパターンを使用した距離測定

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-02

(45)【発行日】2024-10-10

(54)【発明の名称】縦グリッドパターンを使用した距離測定

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20241003BHJP

   G06T 7/521 20170101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

G01B11/25 H

G06T7/521

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020519793

(86)(22)【出願日】2018-10-03

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-12-17

(86)【国際出願番号】 US2018054183

(87)【国際公開番号】W WO2019070867

(87)【国際公開日】2019-04-11

【審査請求日】2021-08-04

(31)【優先権主張番号】62/569,543

(32)【優先日】2017-10-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】517145315

【氏名又は名称】マジック アイ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木村 昭輝

【審査官】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１８２９８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１６６８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５０４５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１５０１２４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／２５

Ｇ０６Ｔ ７／５２１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

距離センサの投射点から物体の表面に投射パターンを投射するステップであって、前記投射パターンは、前記投射点から投射された複数の光ビームによって生成され、前記複数の光ビームは、前記物体の前記表面に、経度方向及び緯度方向に２次元配列された複数のドットからなり、それぞれが前記経度方向に並ぶ複数のドットからなる複数の列、及び、それぞれが前記緯度方向に並ぶ複数のドットからなる複数の行が形成されたグリッドパターンに配置された複数の投射アーチファクトを生成し、前記複数の投射アーチファクトの中心のドットは、前記グリッドパターンの複数の前記列の中心列である経度線と、前記グリッドパターンの複数の前記行の中心行である緯度線との交点に位置する、投射するステップと、
前記経度線が前記距離センサの投射中心を通る位置から第１の角度だけ回転され、前記緯度線が前記投射中心を通る位置から前記第１の角度とは異なる第２の角度だけ回転されるように前記複数の光ビームの投射を調整し、その結果、調整された投射パターンが前記物体の前記表面に投射されるステップと、
前記調整された投射パターンの少なくとも一部を含む、前記物体の画像を撮影するステップと、
前記画像からの情報を用いて、前記距離センサから前記物体までの距離を計算するステップと、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
前記複数の列は、共通の列に存在する複数のアーチファクトのそれらの投射アーチファクトが非平行であるように、千鳥状に配置される、
ことを特徴とする方法。

【請求項3】

請求項１に記載の方法であって、
前記距離は、前記距離センサのレンズの主点を中心とした球面の半径に対応する、
ことを特徴とする方法。

【請求項4】

請求項１に記載の方法であって、
前記投射パターンの平面は、前記距離センサのベースラインに平行であり、
前記ベースラインは、前記投射点の中心軸と前記距離センサのレンズの中心軸との間の横方向の距離として定義される、
ことを特徴とする方法。

【請求項5】

請求項４に記載の方法であって、
前記複数の投射アーチファクトの各投射アーチファクトは軌跡を有し、前記複数の投射アーチファクトのうちの所定の投射アーチファクトの前記軌跡は、前記ベースラインから前記物体までの距離が変化するにつれて、前記物体の前記表面上での前記所定の投射アーチファクトの動きを記述する、
ことを特徴とする方法。

【請求項6】

請求項５に記載の方法であって、
複数の前記投射点のうちの所定の投射点の軌跡と別の投射点の軌跡との重なりは、前記調整によって最小化される、
ことを特徴とする方法。

【請求項7】

請求項１に記載の方法であって、
前記投射点と前記距離センサのレンズは、前記投射点が撮像素子の光軸方向に前記レンズが接続されている撮像素子の主点と水平になるように、共通の平面内に取り付けられている、
ことを特徴とする方法。

【請求項8】

請求項７に記載の方法であって、
前記主点は、前記レンズの前結節点である、
ことを特徴とする方法。

【請求項9】

請求項１に記載の方法であって、
前記画像を撮影するのに使用される画像装置の視野は半球状である、
ことを特徴とする方法。

【請求項10】

プロセッサによって実行可能な命令がコード化された非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体であって、前記命令が実行されると、前記命令は前記プロセッサに、
距離センサの投射点から物体の表面に投射パターンを投射するステップであって、前記投射パターンは、前記投射点から投射された複数の光ビームによって生成され、前記複数の光ビームは、前記物体の前記表面に、経度方向及び緯度方向に２次元配列された複数のドットからなり、それぞれが前記経度方向に並ぶ複数のドットからなる複数の列、及び、それぞれが前記緯度方向に並ぶ複数のドットからなる複数の行が形成されたグリッドパターンに配置された複数の投射アーチファクトを生成し、前記複数の投射アーチファクトの中心のドットは、前記グリッドパターンの複数の前記列の中心列である経度線と、前記グリッドパターンの複数の前記行の中心行である緯度線との交点に位置する、投射するステップと、
前記経度線が前記距離センサの投射中心を通る位置から第１の角度だけ回転され、前記緯度線が前記投射中心を通る位置から前記第１の角度とは異なる第２の角度だけ回転されるように前記複数の光ビームの投射を調整し、その結果、調整された投射パターンが前記物体の前記表面に投射されるステップと、
前記調整された投射パターンの少なくとも一部を含む、前記物体の画像を撮影するステップと、
前記画像からの情報を用いて、前記距離センサから前記物体までの距離を計算するステップと、
を含む操作を実行させることを特徴とする、非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体。

【請求項11】

請求項１０に記載の非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体であって、
前記投射パターンの平面は、前記距離センサのベースラインに平行であり、
前記ベースラインは、前記投射点の中心軸と前記距離センサのレンズの中心軸との間の横方向の距離として定義される、
ことを特徴とする非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体。

【請求項12】

請求項１１に記載の非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体であって、
前記複数の投射アーチファクトの各投射アーチファクトは軌跡を有し、
前記複数の投射アーチファクトのうちの所定の投射アーチファクトの前記軌跡は、前記ベースラインから前記物体までの距離が変化するにつれて、前記物体の前記表面上での前記所定の投射アーチファクトの動きを記述する、
ことを特徴とする非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体。

【請求項13】

請求項１２に記載の非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体であって、
複数の前記投射点のうちの所定の投射点の軌跡と別の投射点の軌跡との重なりは、前記調整によって最小化される、
ことを特徴とする非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体。

【請求項14】

請求項１０に記載の非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体であって、
前記投射点と前記距離センサのレンズは、前記投射点が撮像素子の光軸方向に前記レンズが接続されている撮像素子の主点と水平になるように、共通の平面内に取り付けられている、
ことを特徴とする非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体。

【請求項15】

請求項１４に記載の非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体であって、
前記主点は、前記レンズの前結節点である、
ことを特徴とする非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１０月８日に出願された米国仮特許出願第６２／５６９，５４３号の優先権を主張し、その全体を本願に引用して援用する。

【背景技術】

【0002】

米国特許出願第１４／９２０，２４６号、１５／１４９，３２３号、及び１５／１４９，４２９号は、距離センサの様々な構成を説明している。そのような距離センサは、セキュリティ、ゲーム、無人車両の制御、及びその他の用途を含む、様々な用途で役立つ可能性がある。

【0003】

これらの出願に記載されている距離センサは、光源（例えば、レーザ）、回折光学素子、及び／又は視野内にパターン（例えば、ドット、ダッシュ、又はその他のアーチファクトのパターン）を生成する光ビームを投射するために連携する他の構成要素を含む。パターンが視野内の物体に入射すると、センサから物体までの距離は、視野の１つ以上の画像におけるパターンの外観（例えば、ドット、ダッシュ、又はその他のアーチファクトの位置関係）に基づいて計算することができる。物体の形状及び寸法を決定することもできる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

一例において、方法は、距離センサの投射点から物体の表面に投射パターンを投射することであって、投射パターンは、投射点から投射された複数の光ビームによって生成され、複数の光ビームは、物体の表面にグリッド状に配置された複数の投射アーチファクトを生成し、複数の投射アーチファクトの中心の投射アーチファクトは、グリッドの経度線とグリッドの緯度線との交点に位置する、投射することと、経度線及び緯度線の少なくとも一方が元の位置から新しい位置に所定量だけ回転されるように複数のビームの投射を調整し、その結果、調整された投射パターンが物体の表面に投射されることと、調整された投射パターンの少なくとも一部を含む、物体の画像を撮影することと、画像からの情報を用いて、距離センサから物体までの距離を計算することと、を含む。

【0005】

別の例では、非一時的な機械読み取り可能な記憶媒体がプロセッサによって実行可能な命令でコード化され、命令が実行されると、命令はプロセッサに、操作を実行させる。操作は、距離センサの投射点から物体の表面に投射パターンを投射することであって、投射パターンは、投射点から投射された複数の光ビームによって生成され、複数の光ビームは、物体の表面にグリッド状に配置された複数の投射アーチファクトを生成し、複数の投射アーチファクトの中心の投射アーチファクトは、グリッドの経度線とグリッドの緯度線との交点に位置する、投射することと、経度線及び緯度線の少なくとも一方が元の位置から新しい位置に所定量だけ回転されるように複数のビームの投射を調整し、その結果、調整された投射パターンが物体の表面に投射されることと、調整された投射パターンの少なくとも一部を含む、物体の画像を撮影することと、画像からの情報を用いて、距離センサから物体までの距離を計算することと、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】距離センサの要素を説明する概略図である。

【図2】距離センサの投射点によって投射された例示的なパターンの一部である複数のドットの軌跡を示す図である。

【図3A】投射点から投射されたビームの配置の一例の側面図である。

【図3B】図３Ａのビームの配置によって生成された投射パターンの正面図である。

【図3C】図３Ａ及び３Ｂに図示された投射パターンの簡略化された等角図である。

【図3D】図３Ａ－３Ｃの投射パターンの全体的な形状を半球状の視野で示す図である。

【図4A】投射点から投射されたビームの配置の一例の側面図である。

【図4B】図４Ａのビームの配置によって生成された投射パターン４０２の正面図である。

【図4C】図４Ａ及び４Ｂのパターンが平坦な表面に投射されたときの、図４Ａ及び４Ｂの投射アーチファクトの軌跡を示す正面図である。

【図5A】投射点から投射されたビームの配置の一例を示す側面図である。

【図5B】図５Ａのビームの配置によって生成された投射パターンの正面図である。

【図5C】平坦な表面に投射された図５Ａ及び５Ｂの投射パターンの側面図である。

【図5D】平坦な表面に投射された図５Ａ及び５Ｂの投射パターンの正面図である。

【図5E】図５Ａ－５Ｄのパターンが平坦な表面に投射されたときの、図５Ａ－５Ｄの投射アーチファクトの軌跡の正面図である。

【図5F】図５Ａ－５Ｅの投射パターンの全体的な形状を半球状の視野で示す図である。

【図6A】投射点から投射されたビームの配置の一例の側面図である。

【図6B】図６Ａのビームの配置によって生成された投射パターンの正面図である。

【図6C】平坦な表面に投射された図６Ａ及び６Ｂの投射パターンの側面図である。

【図6D】平坦な表面に投射された図６Ａ及び６Ｂの投射パターンの正面図である。

【図6E】図６Ａ－６Ｄのパターンが平坦な表面に投射されたときの、図６Ａ－６Ｄの投射アーチファクトの軌跡の正面図である。

【図7】本開示の例示的な投射ビームアライメントを示す図である。

【図8】センサから物体までの距離を計算するための例示的な方法のフロー図である。

【図9】センサから物体までの距離を計算するための例示的な電子装置の高レベルブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本開示は、縦グリッドパターンを用いた距離測定のための装置、方法、及び非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体を広く記載している。上述したように、米国特許出願第１４／９２０，２４６号、第１５／１４９，３２３号、及び第１５／１４９，４２９号に記載されているような距離センサは、物体を含む視野内にパターン（例えば、ドット、ダッシュ、又は他のアーチファクトのパターン）を生成する光ビームを投射することによって、物体までの距離（及び潜在的には、物体の形状及び寸法）を決定する。いくつかの例では、センサは、複数の「投射点」を含み、ここで、複数のビームが各投射点から投射されてもよい。複数のビームは、パターンの一部を形成するように扇状に広がってもよい。パターンの外観は、物体までの距離に応じて変化してもよい。例えば、パターンがドットのパターンを含む場合、物体がセンサに近いときにはドットは互いに近くに見え、物体がセンサから遠くにあるときにはドットは互いに遠くに見え得る。

【0008】

図１は、例えば、米国特許出願第１４／９２０，２４６号、第１５／１４９，３２３号、及び第１５／１４９，４２９号に記載されたセンサに類似した距離センサの要素を示す概略図である。図示されているように、センサは、撮像装置のレンズ１００を含み得る。レンズ１００の視野は、ｆで示されてもよい。センサはまた、レンズ１００の周囲に配置された（例えば、光源、回折光学素子、及び／又は他の構成要素の組合せによって形成される）複数の投射点を含み得る。図１は、１つのそのような投射点１０２を例示しているが、他の投射点は、レンズ１００の周囲の異なる位置に同様に構成されて配置されてもよい。レンズ１００の中心軸から投射点１０２の中心軸までの距離ｄは、センサの「ベースライン」として参照されてもよい。

【0009】

投射点１０２は、複数の光のビーム１０４_１－１０４_ｎ（以下、個別に「ビーム１０４」と称するか、又は「ビーム１０４」と総称する）を投射し、ビーム１０４が表面に入射すると、扇状に広がり、投射アーチファクトのパターン１０６（例えば、ドット、ダッシュなど）を形成する。パターン１０６の平面は、センサのベースラインｄと平行であってもよい。図１に示された例では、投射アーチファクトはドットである。図１は、パターン１０６がベースラインｄからの第１の距離Ｄ１で現れるように、また、ベースラインｄからの第２の距離Ｄ２で現れるように、パターン１０６を図示している。

【0010】

同じ投射点１０２から投射されたすべてのビーム１０４は、上述したように、物体距離に応じて、ベースラインｄに沿って同じ方向に移動する。しかしながら、同じ投射点１０２から投射されるビーム１０４の数が増加するにつれて、ビーム１０４によって生成されるアーチファクト（例えば、ドット）の軌跡（すなわち、移動範囲）は、より接近して現れることがあり、場合によっては、重なり合うことさえある。

【0011】

投射アーチファクトの軌跡は、距離センサの投射光学系（例えば、光源、回折光学素子、及び光ビームを投射する他の構成要素を含む光学系のセット）と、受光光学系（例えば、レンズ、撮像装置、及び投射アーチファクトの画像を撮像する他の構成要素）との間の平面方向（例えば、横方向）及び高さ方向（例えば、横方向に垂直な方向）における位置関係によって決定される。投射アーチファクトの軌跡は、放射状のパターン又は線として現れてもよく、センサと投射パターンが投射される物体との間の距離が変化するにつれて、投射アーチファクトの動きを記述する。より具体的には、投射アーチファクトの軌跡は、距離センサの撮像装置に対する投射アーチファクトの動きを距離の変動とともに記述する。

【0012】

図２は、例えば、距離センサの投射点（例えば、図１の投射点１０２など）によって投射された例示的なパターンの一部である複数のドットの軌跡２００を示している。網掛けされていないドットは、センサのベースラインから第１の距離にあるドットの位置を表し、網掛けされたドットは、センサのベースラインから第２の距離にあるドットの位置を表す。網掛けされていないドットと網掛けされたドットとを結ぶ線又は軌跡２００は、センサベースラインからの異なる距離で描かれた網掛けされていないドットと網掛けされたドットとが同じドットであることを表す。図２に示すように、いくつかのドットの軌跡２００は、重なってもよい。重複する軌跡２００は、円２０２によって示される。軌跡２００の重なりが発生すると、投射点から投射されたどのビームが投射パターンのどのドットに対応するかを判断することが困難になる場合がある。これは、正確な計算が、画像内で視認可能なドットを生成したビームを識別する能力に依存する可能性があることから、同様に距離測定の計算を複雑にする可能性がある。

【0013】

このように、距離センサの投射点から投射されるビームの数の増加は、ビームによって生成された投射アーチファクトの軌跡に重なりがある可能性を増加させ得る（そのため距離計算の困難さを増加させる）。一方で、ビームの数が多いことは、距離計算の目的のためにセンサの視野のより良い空間的カバレッジを提供するので、一般的に有利であると考えられる。追加の考慮事項として、製造コスト、センサのサイズ、及び部品の損傷によるセンサの故障を最小限に抑えるために、投射点の数を最小限に抑えることが望ましい場合がある。しかし、より少ない投射点で空間的カバレッジを維持するためには、投射点からより多くのビームを投射することが必要であるかもしれない。

【0014】

本開示の例は、センサの投射点から投射されるビームの数が増加するにつれて、投射アーチファクト軌跡の重なりを最小化する距離センサのためのビーム配置を提供する。特に、本開示の例は、空間的カバレッジの必要性と投射アーチファクト軌跡の重なりを最小化する必要性とのバランスをとる投射アーチファクトの分布を有するパターンを提供する。開示されたパターンの例は、各投射点から、中心ビームに関して対称的に（少なくともｘ方向及びｙ方向に）扇状に広がる複数のビームを投射することによって達成され得る。

【0015】

上述したように、投射アーチファクトの軌跡は、放射状のパターン又は線として現れてもよい。本開示の例では、投射アーチファクトの軌跡及び複数の投射アーチファクトを含む投射パターンの線の両方が、線形に現れ得るという事実を考慮している。このように、投射アーチファクトと距離センサの撮像装置との間の位置関係、中心投射アーチファクトの方向、又は複数の投射アーチファクトによって生成される投射パターンの回転位相は、投射パターンを形成する複数の投射アーチファクトの軌跡の重なりを最小にするように調整することができる。本開示のさらなる例は、投射パターンを形成する平面が湾曲している場合、投射アーチファクトの軌跡と投射パターンの線とによって形成される角度が徐々に変化する可能性があり、それによって、投射パターン全体にわたる軌跡の重なりを一様に排除することがより困難になるという事実を考慮している。

【0016】

本開示の例では、投射アーチファクトが複数の行及び列に配置された全体的に長方形の形状を有する投射パターン（すなわち、複数の投射アーチファクトによって作成されたパターン）が記載されている。この文脈では、投射パターンの中心に位置する投射アーチファクトは、投射パターンの「原点」と見なされてもよい。原点と交差する行は、投射パターンの「緯度」線と呼ばれてもよく、原点と交差する列は、投射パターンの「経度」線と呼ばれてもよい。本開示のさらなる例は、投射パターンの緯度線及び経度線のうちの１つ以上を所定の角度だけ回転させて、投射アーチファクト軌跡の重なりを最小化する調整された投射パターンを達成するように、投射点からの１つ以上のビームの投射角度を調整してもよい。

【0017】

図３Ａは、投射点３００から投射されたビームの配置の一例の側面図を示し、図３Ｂは、図３Ａのビームの配置によって生成された投射パターン３０２の正面図を示す。図３Ａ及び３Ｂの例では、ビームの配置は、球面３０４、すなわち、丸みを帯びた（平坦でない）形状を有する表面に投射される。

【0018】

図示されているように、投射点３００は、複数のビーム３０６_１－３０６_ｍ（以下、個別に「ビーム３０６」と称するか、又は「ビーム３０６」と総称する）を投射する。複数のビーム３０６は、中心ビーム３０６_ｉを含む。残りのビーム３０６は、中心ビーム３０６_ｉからｘ軸に沿った両方向に、かつｙ軸に沿った両方向に扇状に広がる。図面を簡略化するために、第１のビーム３０６_１と中心ビーム３０６_ｉとの間、及び中心ビーム３０６_ｉと最後のビーム３０６_ｍとの間に存在し得るビーム３０６は、図３Ａでは図示されていない。

【0019】

複数のビーム３０６によって生成される結果パターン３０２は、図３Ｂに示すように、長方形のグリッド内に配置された複数の投射アーチファクト（例えば、ドット）を含む。グリッドの行は、図示された座標系のｘ軸に沿って延び、グリッドの列はｙ軸に沿って延びる。行及び列は、所定の規則（例えば、等しい角度間隔、等しい正弦値間隔など）に従って間隔をおいて、中心ビーム３０６_ｉからのｘ軸及びｙ軸に対応する方位に配置される。

【0020】

投射アーチファクトは、千鳥状のパターン（例えば、行又は列に沿ったすべての投射アーチファクトが平行にならないように各行又は列が隣接する行又は列からオフセットされている）で配置されてもよいし、連続したパターン（例えば、行又は列に沿ったすべての投射アーチファクトが平行になるように各行又は列が隣接する行又は列と整列している）で配置されていてもよい。投射アーチファクトのパターンが千鳥状であろうと連続的であろうと、パターンは規則的であり（すなわち、投射アーチファクトの配置は、ランダムではなく規則的である）、中心ビーム３０６_ｉによって生成された中心投射アーチファクト３０８から外方に延びていてもよい。中心投射アーチファクト３０８は、「経度線」３１０（又は中心列）と「緯度線」３１２（又は中心行）との交点に位置し、パターン３０２の「原点」と見なされてもよい。

【0021】

一例では、パターン３０２が球面３０４に投射されているとき、経度線３１０は、ｙ軸の周りに第１の所定角度だけ回転されてもよい。代替的に、又はそれに加えて、緯度線３１２は、ｘ軸の周りに第２の所定角度だけ回転されてもよい。これは図３Ｂに示されている、パターン３０２の形状が球面３０４の丸みを帯びた形状に準拠するように湾曲している。

【0022】

中心投射アーチファクト３０８、回転経度線３１０、及び／又は回転緯度線３１２が投射される球面３０４は常に平面であるので、パターン３０２の各行又は列は、中心投射アーチファクト３０８を通過する平面を含む。図３Ａ及び３Ｂに図示された投射パターン３０２の簡略化された等角図を示す図３Ｃに示されるように、球面３０４の平面上に投射される投射アーチファクトの各線は、直線となる。

【0023】

図３Ｃに示された例では、投射点３００及びパターン３０２の緯度線によって形成される表面は、（円錐の頂点又は細い端部としての投射点３００を有する）円錐形であり、一方、投射点３００及びパターン３０２の経度線によって形成される表面は平坦又は平面である。このため、投射点によって形成されるグリッド線は曲線となる。経度線上に配置されたグリッド線は直線であり、長方形の形状（それぞれの線によって形成された角度）は、３次元の位置の差に対して一様である。一例では、例示的な投射パターン３０２によれば、距離センサから物体までの距離は、距離センサのレンズの主点を中心とする球面３０４の半径に対応する。センサは、投射点３００を含む複数の投射点の中心に配置されてもよく、主点は、センサのレンズの前結節点であってもよい。

【0024】

図３Ｄは、図３Ａ－３Ｃの投射パターン３０２の全体的な形状を半球状の視野で示している。より具体的には、図３Ｄは、投射点３００に対する投射パターンのグリッド線の配向を図示している。図示されているように、投射パターン３０２は、緯度線３２６及び経度線３２８のうちの１つ以上を、それぞれ所定の角度η及びθだけ回転させることによって調整されてもよい。η及びθは、投射パターン３０２が投射される物体の用途及び形状に応じて、等しくても等しくなくてもよい。

【0025】

例えば、緯度線３２６は、ｙ方向（すなわち、ｙ軸に沿った方向）に新しい位置３２２にシフトしてもよい。一例では、新しい位置３２２への緯度線３２６のシフトは、緯度線３２６をηの角度だけ回転させることによって達成される。

【0026】

経度線３２８は、ｘ方向（すなわち、ｘ軸に沿った方向）に新しい位置３２４にシフトされてもよい。一例では、新しい位置３２４への経度線３２８のシフトは、経度線３２８をθの角度だけ回転させることによって達成される。

【0027】

図３Ｄは、このビームレイアウトによって生成され得る例示的な投射アーチファクトのいくつかを示している。緯度線３２６の元の位置（η＝０の場合）と経度線３２８の元の位置（θ＝０の場合）との交点に位置する中心投射アーチファクト３０８に加えて、以下の投射アーチファクト、すなわち中心投射アーチファクト３０８から（θ，η）の座標に位置し（例えば、ｘ方向及びｙ方向の両方にシフトされている）、調整されたパターンにおける中心投射アーチファクト３０８の新しい位置を表す投射アーチファクト３３０、座標（θ，０）に位置する投射アーチファクト３３２、及び座標（０，η）に位置する投射アーチファクト３３４も示されている。

【0028】

図４Ａは、投射点４００から投射されたビームの配置の一例の側面図を示し、図４Ｂは、図４Ａのビームの配置によって生成された投射パターン４０２の正面図を示す。図４Ａ及び４Ｂの例では、ビームの配置は、平坦な表面４０４に投射されている。

【0029】

図示されているように、投射点４００は、複数のビーム４０６_１－４０６_ｍ（以下、個別に「ビーム４０６」と呼ぶか、又は「ビーム４０６」と総称する）を投射する。複数のビーム４０６は、中心ビーム４０６_ｉを含む。残りのビーム４０６は、中心ビーム４０６_ｉからｘ軸に沿った両方向に、及びｙ軸に沿った両方向に扇状に広がる。図面を簡略化するために、第１のビーム４０６_１と中心ビーム４０６_ｉとの間、及び中心ビーム４０６_ｉと最後のビーム４０６_ｍとの間に存在し得るビーム４０６は、図４Ａでは図示されていない。

【0030】

複数のビーム４０６によって生成される結果パターン４０２は、図４Ｂに示すように、長方形のグリッド内に配置された複数の投射アーチファクト（例えば、ドット）を含む。グリッドの行は、図示された座標系のｘ軸に沿って延び、グリッドの列はｙ軸に沿って延びる。行及び列は、所定の規則（例えば、等しい角度間隔、等しい正弦値間隔など）に従って間隔をおいて、中心ビーム４０６_ｉからのｘ軸及びｙ軸に対応する方位に配置される。

【0031】

投射アーチファクトは、千鳥状のパターン（例えば、行又は列に沿ったすべての投射アーチファクトが平行にならないように各行又は列が隣接する行又は列からオフセットされている）で配置されてもよいし、連続したパターン（例えば、行又は列に沿ったすべての投射アーチファクトが平行になるように各行又は列が隣接する行又は列と整列している）で配置されていてもよい。投射アーチファクトのパターンが千鳥状であろうと連続的であろうと、パターンは規則的であり（すなわち、投射アーチファクトの配置は、ランダムではなく規則的である）、中心ビーム４０６_ｉによって生成された中心投射アーチファクト４０８から外方に延びていてもよい。中心投射アーチファクト４０８は、経度線４１０と緯度線４１２との交点に位置し、パターン４０２の「原点」と見なされてもよい。

【0032】

図４Ｃは、図４Ａ及び４Ｂのパターン４０２が平面４０４に投射されたときの図４Ａ及び図４Ｂの投射アーチファクトの軌跡４１４の正面図を示す。図示されているように、軌跡４１４は重なり合っていない。

【0033】

図４Ｃはまた、投射点４００に対するレンズ４１６の位置を示す。ベースライン４１８によって示されるように、投射点４００は、レンズ４１６から半径方向又はｘ方向にある程度の距離ａの位置にある。しかし、ｙ方向においては、投射点４００の位置とレンズとの間の差はゼロである。言い換えれば、レンズ４１６及び投射点４００は、例えば、投射点４００が、撮像装置の光軸の方向において、レンズの撮像装置の主点（例えば、前結節点）と水平になるように、同じ平面内に取り付けられていてもよい。

【0034】

図５Ａは、投射点５００から投射されるビームの配置の一例の側面図を示し、図５Ｂは、図５Ａのビームの配置によって生成される投射パターン５０２の正面図を示す。図５Ａ及び５Ｂの例では、ビームの配置は、球面５０４、すなわち、丸みを帯びた（平坦でない）形状を有する表面に投射される。

【0035】

図示されているように、投射点５００は、複数のビーム５０６_１－５０６_ｍ（以下、個別に「ビーム５０６」と呼ぶか、又は「ビーム５０６」と総称する）を投射する。複数のビーム５０６は、中心ビーム５０６_ｉを含む。残りのビーム５０６は、中心ビーム５０６_ｉからｘ軸に沿った両方向に、及びｙ軸に沿った両方向に扇状に広がる。図面を簡略化するために、第１のビーム５０６_１と中心ビーム５０６_ｉとの間、及び中心ビーム５０６_ｉと最後のビーム５０６_ｍとの間に存在し得るビーム５０６は、図５Ａでは図示されていない。

【0036】

複数のビーム５０６によって生成される結果パターン５０２は、図５Ｂに示すように、長方形のグリッド内に配置された複数の投射アーチファクト（例えば、ドット）を含む。グリッドの行は、図示された座標系のｘ軸に沿って延び、グリッドの列はｙ軸に沿って延びる。行及び列は、所定の規則（例えば、等しい角度間隔、等しい正弦値間隔など）に従って間隔をおいて、中心ビーム５０６_ｉからのｘ軸及びｙ軸に対応する方位に配置される。

【0037】

投射アーチファクトは、千鳥状のパターン（例えば、行又は列に沿ったすべての投射アーチファクトが平行にならないように各行又は列が隣接する行又は列からオフセットされている）で配置されてもよいし、連続したパターン（例えば、行又は列に沿ったすべての投射アーチファクトが平行になるように各行又は列が隣接する行又は列と整列している）で配置されていてもよい。投射アーチファクトのパターンが千鳥状であろうと連続的であろうと、パターンは規則的であり（すなわち、投射アーチファクトの配置は、ランダムではなく規則的である）、中心ビーム５０６_ｉによって生成された中心投射アーチファクト５０８から外方に延びていてもよい。中心投射アーチファクト５０８は、経度線５１０と緯度線５１２との交点に位置し、パターン５０２の「原点」と見なされてもよい。

【0038】

図５Ｃは、平面５１６に投射された図５Ａ及び５Ｂの投射パターン５０２の側面図を示し、図５Ｄは、平面５１６に投射された図５Ａ及び５Ｂの投射パターン５０２の正面図を示す。図５Ｃに図示されているように、パターン５０２が平面５１６に投射されているときとは異なり、パターン５０２は曲がっている。以下の図５Ｅに関連して議論されるように、これは、投射アーチファクトの軌跡が重なり合うことを引き起こす可能性がある。これは、パターン５０２が球面５０４に投射され、その一般的に長方形のグリッド形状を維持する、図５Ａ及び５Ｂの例とは対照的である。

【0039】

図５Ｅは、図５Ａ－５Ｄのパターン５０２が平面５２０に投射されたときの、図５Ａ－５Ｄの投射アーチファクトの軌跡５１４の正面図を示す。図示されているように、軌跡５１４は、平面５２０に投射されたときに重なっている。

【0040】

図５Ｅはまた、投射点５００に対するレンズ５１６の位置も示している。ベースライン５１８によって示されるように、投射点５００は、レンズ５１６から半径方向又はｘ方向にある程度の距離ａの位置にある。しかし、ｙ方向においては、投射点５００の位置とレンズ５１６との間の差はゼロである。言い換えれば、レンズ５１６及び投射点５００は、例えば、投射点５００が、撮像装置の光軸の方向において、レンズの撮像装置の主点（例えば、前結節点）と水平になるように、同じ平面内に取り付けられていてもよい。

【0041】

図５Ｆは、図５Ａ－５Ｅの投射パターン５０２の全体的な形状を半球状の視野で示している。より具体的には、図５Ｆは、投射点５００に対する投射パターンのグリッド線の配向を図示している。図示されているように、投射パターン５０２は、緯度線５２６及び経度線５２８のうちの１つ以上を、それぞれ所定の角度η及びθだけ回転させることによって調整されてもよい。η及びθは、投射パターン５０２が投射される物体の用途及び形状に応じて、等しくても等しくなくてもよい。

【0042】

例えば、緯度線５２６は、ｙ方向（すなわち、ｙ軸に沿った方向）に新しい位置５２２にシフトしてもよい。一例では、新しい位置５２２への緯度線５２６のシフトは、緯度線５２６をηの角度だけ回転させることによって達成される。

【0043】

経度線５２８は、ｘ方向（すなわち、ｘ軸に沿った方向）に新しい位置５２４にシフトされてもよい。一例では、新しい位置５２４への経度線５２８のシフトは、経度線５２８をθの角度だけ回転させることによって達成される。

【0044】

図５Ｆは、このビームレイアウトによって生成され得る例示的な投射アーチファクトのいくつかを示している。緯度線５２６の元の位置（θ＝０の場合）と経度線５２８の元の位置（η＝０の場合）との交点に位置する中心投射アーチファクト５０８に加えて、以下の投射アーチファクト、すなわち中心投射アーチファクト５０８から（θ，η）の座標に位置し（例えば、ｘ方向及びｙ方向の両方にシフトされている）、調整されたパターンにおける中心投射アーチファクト５０８の新しい位置を表す投射アーチファクト５３０、座標（０，η）に位置する投射アーチファクト５３２、及び座標（θ，０）に位置する投射アーチファクト５３４も示されている。

【0045】

図６Ａは、投射点６００から投射されるビームの配置の一例の側面図を示し、図６Ｂは、図６Ａのビームの配置によって生成される投射パターン６０２の正面図を示す。図６Ａ及び６Ｂの例では、ビームの配置は、球面６０４、すなわち、丸みを帯びた（平坦でない）形状を有する表面に投射される。

【0046】

図示されているように、投射点６００は、複数のビーム６０６_１－６０６_ｍ（以下、個別に「ビーム６０６」と呼ぶか、又は「ビーム６０６」と総称する）を投射する。複数のビーム６０６は、中心ビーム６０６_ｉを含む。残りのビーム６０６は、中心ビーム６０６_ｉからｘ軸に沿った両方向に、及びｙ軸に沿った両方向に扇状に広がる。図面を簡略化するために、第１のビーム６０６_１と中心ビーム６０６_ｉとの間、及び中心ビーム６０６_ｉと最後のビーム６０６_ｍとの間に存在し得るビーム６０６は、図６Ａでは図示されていない。

【0047】

複数のビーム６０６によって生成される結果パターン６０２は、図６Ｂに示すように、長方形のグリッド内に配置された複数の投射アーチファクト（例えば、ドット）を含む。グリッドの行は、図示された座標系のｘ軸に沿って延び、グリッドの列はｙ軸に沿って延びる。行及び列は、所定の規則（例えば、等しい角度間隔、等しい正弦値間隔など）に従って間隔をおいて、中心ビーム６０６_ｉからのｘ軸及びｙ軸に対応する方位に配置される。

【0048】

投射アーチファクトは、千鳥状のパターン（例えば、行又は列に沿ったすべての投射アーチファクトが平行にならないように各行又は列が隣接する行又は列からオフセットされている）で配置されてもよいし、連続したパターン（例えば、行又は列に沿ったすべての投射アーチファクトが平行になるように各行又は列が隣接する行又は列と整列している）で配置されていてもよい。

【0049】

投射アーチファクトのパターンが千鳥状であろうと連続的であろうと、パターンは規則的であり（すなわち、投射アーチファクトの配置は、ランダムではなく規則的である）、中心ビーム６０６_ｉによって生成された中心投射アーチファクト６０８から外方に延びていてもよい。中心投射アーチファクト６０８は、経度線６１０と緯度線６１２との交点に位置し、パターン６０２の「原点」と見なされてもよい。

【0050】

一例では、パターン６０２が中心投射アーチファクト６０８を中心とする球面６０４上に投射されているとき、パターン６０２は、図６Ｂに示すように、地球の赤道の真上から地球の経度（例えば、子午線）及び緯度（例えば、赤道）線を直接見ることに似た形状になり得る。

【0051】

図６Ｃは、平面に投射された図６Ａ及び６Ｂの投射パターン６０２の側面図を示し、図６Ｄは、平面に投射された図６Ａ及び６Ｂの投射パターン６０２の正面図を示す。

【0052】

図６Ｅは、図６Ａ－６Ｄのパターン６０２が平面６１４に投射されたときの、図６Ａ－６Ｄの投射アーチファクトの軌跡６２０の正面図を示す。図示されているように、軌跡６２０は重なり合っていない。

【0053】

図６Ｅはまた、投射点６００に対するレンズ６１６の位置も示している。ベースライン６１８によって示されるように、投射点６００は、レンズ６１６から半径方向又はｘ方向にある程度の距離ａの位置にある。しかし、ｙ方向においては、投射点６００の位置とレンズ６１６との間の差はゼロである。言い換えれば、レンズ６１６及び投射点６００は、例えば、投射点６００が、撮像装置の光軸の方向において、レンズの撮像装置の主点（例えば、前結節点）と水平になるように、同じ平面内に取り付けられていてもよい。

【0054】

図７は、本開示の例示的な投射ビームアライメントを示す。特に、図７は、レンズ／撮像デバイスの前結節点７００、第１の投射点７０２_１、及び第２の投射点７０２_２を含む距離センサの様々な構成要素を示している。

【0055】

図示されるように、前結節点７００は、第１の投射点７０２_１及び第２の投射点７０２_２のそれぞれから（例えば、ｘ軸に沿って）横方向の距離ａだけ離れた位置に配置される。第１の投射点７０２_１及び第２の投射点７０２_２は、（例えば、ｚ軸に沿って）前結節点７００の後方に距離ｂだけ離れた位置に配置されている。さらに、第１の投射点７０２_１と第２の投射点７０２_２との間（及び距離センサの一部であり得る任意の他の投射点間）には、角度ωが定義されている。

【0056】

第１の投射点７０２_１を例にとると、第１の投射点７０２_１は、中心ビーム７０４を含む複数の光ビームを投射する。簡略化のために、中心ビーム７０４のみが図７に示されている。中心ビーム７０４は、複数のビームによって生成される投射パターンの中心投射アーチファクト７０６を生成する。単純化のために、中心投射アーチファクト７０６のみが図７に示されている。

【0057】

第１の投射点７０２_１に対する中心ビーム７０４の向きは、複数の角度によって記述されてもよい。例えば、中心ビーム７０４によって定義される平面７０８と、前結節点７００の中心軸７１２及び第１の投射点７０２_１を通る放射状線７１０との間に角度αが定義されてもよい。

【0058】

回転軸εは、中心投射アーチファクト７０６の位置を調整するために、中心ビーム７０６をどのように回転させ得るかを示している。中心ビームは、ｙ軸に沿った角度θ及び／又はｘ軸に沿った角度ηによって回転されてもよい。さらに、中心ビーム７０６と第１の投射点７０２_１を通る線との間に、前結節点７００の中心軸７１２と平行な角度でδの角度が定義されている。

【0059】

図８は、センサから物体までの距離を計算するための例示的な方法８００のフロー図を示す。一実施形態では、方法８００は、図９に図示され、以下に論じられるように、撮像センサ（距離センサの任意の撮像センサなど）又は汎用コンピューティングデバイスに統合されたプロセッサによって実行されてもよい。

【0060】

方法８００は、ステップ８０２で始まる。ステップ８０４では、投射パターンが、距離センサの投射点から物体に投射され得る。上述したように、投射パターンは、複数のビームが物体に入射したときに、投射アーチファクトのパターン（例えば、ドット、ダッシュ、Ｘ’ｓなど）が少なくとも撮像センサによって視認されるように、投射点から複数のビームを投射することによって作成されてもよい。このパターンは、投射アーチファクトが配置される（例えば、複数の行及び複数の列としての）長方形のグリッドを含み得る。

【0061】

また、上述したように、投射パターンの中心投射アーチファクトは、投射パターンの経度線（例えば、中心の列）と緯度線（例えば、中心の行）との交点に作成される。

【0062】

ステップ８０６において、経度線及び緯度線の少なくとも一方が投射される角度は、投射パターンの形状を調整するために所定の量だけ回転させてもよく、その結果、調整された投射パターンが物体に投射される。一例では、投射パターンの形状は、投射パターンが投射される物体の形状を補正するように調整される。例えば、物体が球形又は丸みを帯びた表面を有する場合、適切に調整されないと、投射パターンが歪んで見えることがある。この歪みは、いくつかの投射アーチファクトの軌跡が重なり合う原因となることがある。一例では、経度線は、第１の所定角度だけ元の位置から回転されてもよく、緯度線は、第２の所定角度だけ元の位置から回転される。第１の所定角度と第２の所定角度とは、等しくてもよいし、等しくなくてもよい。

【0063】

ステップ８０８では、物体の少なくとも１つの画像が撮影され得る。調整された投射パターンの少なくとも一部は、物体の表面上で視認可能であってもよい。

【0064】

ステップ８１０では、ステップ８０８で撮影された画像からの情報を使用して、距離センサから物体までの距離が計算されてもよい。一実施形態では、三角測量技術が距離を計算するために使用される。例えば、投射パターンを構成する複数の投射アーチファクトの間の位置関係を計算の基礎として使用することができる。

【0065】

方法８００は、ステップ８１２で終了する。方法８００は、距離センサの追加の投射点について（平行して、又は順次に）繰り返されてもよい。

【0066】

明示的に規定されていないが、上述した方法８００のブロック、機能、又は操作のいくつかは、特定のアプリケーションのために格納、表示、及び／又は出力することを含み得ることに留意すべきである。言い換えれば、方法８００で論じられた任意のデータ、レコード、フィールド、及び／又は中間結果は、特定のアプリケーションに応じて、別のデバイスに格納、表示、及び／又は出力することができる。さらに、決定操作を列挙する、又は決定を伴う図８のブロック、機能、又は操作は、決定操作の両方の分岐が実行されることを意味するものではない。言い換えれば、決定操作の結果によっては、決定操作の分岐のいずれかが実行されない場合がある。

【0067】

図９は、センサから物体までの距離を計算するための例示的な電子デバイス９００の高レベルブロック図を描いている。このように、電子デバイス９００は、距離センサなどの電子デバイス又はシステムのプロセッサとして実装されてもよい。

【0068】

図９に描かれているように、電子デバイス９００は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、又はマルチコアプロセッサなどのハードウェアプロセッサ要素９０２と、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び／又は読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）などのメモリ９０４と、センサから物体までの距離を計算するためのモジュール９０５と、例えばテープドライブ、フロッピードライブ、ハードディスクドライブ又はコンパクトディスクドライブを含むがこれらに限定されないストレージデバイス、受信機、送信機、ディスプレイ、出力ポート、入力ポート、及びキーボード、キーパッド、マウス、マイクなどのユーザ入力デバイスなどの様々な入出力デバイス９０６と、を含む。

【0069】

１つのプロセッサ要素が示されているが、電子デバイス９００は複数のプロセッサ要素を採用してもよいことに留意すべきである。さらに、図には１つの電子デバイス９００が示されているが、上記の方法が特定の例示的な例について分散型又は並列方式で実装される場合、すなわち、上記の方法のブロック又は方法全体が複数の又は並列の電子デバイスにわたって実装される場合、この図の電子デバイス９００は、それらの複数の電子デバイスのそれぞれを表すことを意図している。

【0070】

本開示は、機械可読命令及び／又は機械可読命令とハードウェアとの組合せにより、例えば、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、又はハードウェアデバイス上に配置されたステートマシン、汎用コンピュータ又は任意の他のハードウェア等価物を使用して実装することができ、例えば、上記で論じられた方法に関するコンピュータ可読命令は、上記で開示された方法のブロック、機能、及び／又は動作を実行するようにハードウェアプロセッサを構成するために使用され得ることに留意すべきである。

【0071】

一例では、センサから物体までの距離を計算するための現在のモジュール又はプロセス９０５のための命令及びデータ、例えば機械可読命令は、メモリ９０４にロードされ、方法８００に関連して上で議論されたようなブロック、機能又は操作を実施するためにハードウェアプロセッサ要素９０２によって実行され得る。さらに、ハードウェアプロセッサが「操作」を実行するための命令を実行する場合、これは、ハードウェアプロセッサが直接操作を実行すること、及び／又は操作を実行するために、別のハードウェアデバイス又は構成要素、例えばコプロセッサなどを促進し、指示し、又は協働することを含み得る。

【0072】

上述の方法に関連する機械可読命令を実行するプロセッサは、プログラムされたプロセッサ又は特殊なプロセッサとして認識することができる。このように、本開示のセンサから物体までの距離を計算するための本開示のモジュール９０５は、有形又は物理的な（広くは非一時的な）コンピュータ可読記憶装置又は媒体、例えば、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ＲＯＭメモリ、ＲＡＭメモリ、磁気ドライブ又は光学ドライブ、デバイス又はディスケットなどに記憶することができる。より具体的には、コンピュータ可読記憶装置は、プロセッサ、又はコンピュータ又は安全センサシステムのコントローラなどの電子デバイスによってアクセスされるデータ及び／又は命令などの情報を格納する機能を提供する任意の物理デバイスを含み得る。

【0073】

上記に開示された特徴及び機能並びに他の特徴及び機能の変形、又はそれらの代替物は、他の多くの異なるシステム又はアプリケーションに組み合わせることができることが理解されよう。現時点で不測の又は予期されない様々な代替、修正、又は変更がその後行われる可能性があり、これらも以下の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。

【図1】

【図2】

【図3A-3C】

【図3D】

【図4A-4C】

【図5A-5B】

【図5C-5E】

【図5F】

【図6A-6B】

【図6C-6D】

【図6E】

【図7】

【図8】

【図9】