(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象物までの距離Ｌを測定する測距装置において、
前記被測定対象物へ特定形状にレーザを照射するレーザ光源と、
該レーザ光源により前記被測定対象物へ前記特定形状に照射されたレーザのスポットを撮影し画像データを取得する撮影手段と、
前記レーザ光源又は前記撮影手段を指定角度θだけ傾けるチルト駆動機構と、
初期位置と、前記チルト駆動機構により指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、前記撮影手段により撮影された画像データ内の前記スポット間の距離Δと、前記特定形状に含まれる既知の長さの比とから、前記スポット間の実際の距離Δ’を算出するスポット間距離算出手段と、
該スポット間距離算出手段により算出された前記スポット間の実際の距離Δ’と前記指定角度θとから、前記被測定対象物までの距離Ｌを算出する被測定対象物距離算出手段とを備える
ことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
前記特定形状は、指定角度θの方向と直交する方向を長手方向とする円又は楕円形状であり、該円の直径又は該楕円形状の長軸若しくは短軸の長さが前記既知の長さである
ことを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記特定形状は、前記被測定対象物に対して平行に照射される２本のレーザ光であり、前記指定角度θの方向と直交する方向のレーザ光の間隔が前記既知の長さである
ことを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項４】
前記スポット間距離算出手段は、
前記画像データ内の前記特定形状に対応する箇所を認識し、認識された箇所の画素数から前記画像データ内の前記スポット間の距離Δを算出する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項５】
前記チルト駆動機構は、
前記レーザ光源又は前記撮影手段を含む光学ユニットが取り付けられた可動体と、
前記レーザ光源又は前記撮影手段の光軸方向に交差する軸線回りに前記可動体を揺動可能に支持する２つの支持機構と、
前記可動体を前記軸線回りに駆動する駆動手段とを有し、
前記支持機構は、前記可動体と軸線方向で離間する２箇所に、前記レーザ光源又は前記撮影手段の光軸方向に対して直交する方向について前記駆動手段と重なる位置に揺動軸が設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項６】
前記駆動手段は、
磁石とコイルとを含む磁気駆動手段であり、
前記指定角度θに対応した電流を前記コイルに流すことにより前記レーザ光源又は前記撮影手段を傾ける
ことを特徴とする請求項５に記載の測距装置。
【請求項７】
前記チルト駆動機構は、前記レーザ光源を指定角度θだけ傾ける
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項８】
被測定対象物までの距離Ｌを測定する測距装置により実行される測距方法において、
前記被測定対象物へ特定形状にレーザを照射し、
該特定形状に照射されたレーザのスポットの画像を撮影手段により撮影し、
照射された前記特定形状のレーザ又は前記撮影手段を指定角度θだけ傾け、
初期位置と、指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、前記撮影手段により撮影された画像内の前記スポット間の距離Δと、前記特定形状に含まれる既知の長さの比とから、前記スポット間の実際の距離Δ’を算出し、
算出された前記スポット間の実際の距離Δ’と前記指定角度θとから、前記被測定対象物までの距離Ｌを算出する
ことを特徴とする測距方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距装置及び測距方法に係り、特に画像認識により測距を行う測距装置及び測距方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カメラを備えていて、画像認識により被測定対象物との間の距離を測定する測距装置が存在する。
たとえば、特許文献１には、ステレオカメラで撮像した基準画像及び比較画像からなる一対の画像の各小領域間のシティブロック距離を演算し、このシティブロック距離の画素単位の離散値が最小となる小領域を互いに対応する小領域として探索し、対応する小領域で対象物までの距離に応じて生じる画素ズレ量を視差として三角測量の原理によって測距を行うステレオ画像による測距装置であって、シティブロック距離の画素単位の離散値が最小となる点を仮の対応点とし、この仮の対応点の前後のシティブロック距離の変化に基づいて、シティブロック距離が連続的に分布し、且つ、シティブロック距離の分布が極小点周りにおいて対称形であるとみなした場合の極小値の位置を特定する手段と、仮の対応点と極小値との差に基づいて、画素ズレ量による視差を１画素以下の分解能で補間する手段とを備えたことを特徴とするステレオ画像による測距装置が記載されている。
特許文献１の装置では、ステレオカメラによる視差（角度差）から輻輳角を求め、既知の基線距離と併せて三角測量の原理に基づく計算をしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８３７５３号公報
【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に記載された測距装置は、ステレオカメラを用いているため、搭載する際のサイズや重量が増してしまうと共に、画像処理の負荷が非常に大きくなってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、小型軽量に適し、画像処理の負荷が少ない測距装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の測距装置は、被測定対象物までの距離Ｌを測定する測距装置において、前記被測定対象物へ特定形状にレーザを照射するレーザ光源と、該レーザ光源により前記被測定対象物へ前記特定形状に照射されたレーザのスポットを撮影し画像データを取得する撮影手段と、前記レーザ光源又は前記撮影手段を指定角度θだけ傾けるチルト駆動機構と、初期位置と、前記チルト駆動機構により指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、前記撮影手段により撮影された画像データ内の前記スポット間の距離Δと、前記特定形状に含まれる既知の長さの比とから、前記スポット間の実際の距離Δ’を算出するスポット間距離算出手段と、該スポット間距離算出手段により算出された前記スポット間の実際の距離Δ’と前記指定角度θとから、前記被測定対象物までの距離Ｌを算出する被測定対象物距離算出手段とを備えることを特徴とする。
このように構成することで、ステレオカメラと比較すると、カメラが１つとなるので軽量化、小型化が可能となり、画像処理の負荷を小さくすることができる。
【０００７】
本発明の測距装置は、前記特定形状は、指定角度θの方向と直交する方向を長手方向とする円又は楕円形状であり、該円の直径又は該楕円形状の長軸若しくは短軸の長さが前記既知の長さであることを特徴とする。
このように構成することで、円形状又は長手方向をもつ楕円形状とするので、レーザのビーム径が小さい場合と比較すると、画像データ上のビーム輪郭が多少ぼけていても誤差を小さくすることができる。
【０００８】
本発明の測距装置は、前記特定形状は、前記被測定対象物に対して平行に照射される２本のレーザ光であり、前記指定角度θの方向と直交する方向のレーザ光の間隔が前記既知の長さであることを特徴とする。
このように構成することで、２つのレーザビームの中心間の長さを検出すれば、精度良くスポット間の距離Δを検出できるので、実際の距離Δ’の算出を精度よくできる。
【０００９】
本発明の測距装置は、前記スポット間距離算出手段は、前記画像データ内の前記特定形状に対応する箇所を認識し、認識された箇所の画素数から前記画像データ内の前記スポット間の距離Δを算出することを特徴とする。
このように構成することで、画素数により距離を容易に算出することができる。
【００１０】
本発明の測距装置は、前記チルト駆動機構は、前記レーザ光源又は前記撮影手段を含む光学ユニットが取り付けられた可動体と、前記レーザ光源又は前記撮影手段の光軸方向に交差する軸線回りに前記可動体を揺動可能に支持する２つの支持機構と、前記可動体を前記軸線回りに駆動する駆動手段とを有し、前記支持機構は、前記可動体と軸線方向で離間する２箇所に、前記レーザ光源又は前記撮影手段の光軸方向に対して直交する方向について前記駆動手段と重なる位置に揺動軸が設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、可動体の下端部や上端部をピボット等で支持して揺動させる方式（以下、「ピポット支持方式」という。）の場合と比較すると、本発明の方式では揺動軸が駆動手段と重なる位置に設けられているため、ピボット支持方式と本発明の方式とにおいて同じ角度揺動させると、本発明の方式の方が可動体の変位が小さくなり、可動体と固定体とが接触しにくくなる。このため、ピボット支持方式と本発明の方式とにおいて、磁石とコイル間を同じ隙間とするのであれば、本発明の方式の方が指示角度θの傾きを大きくできる。
【００１１】
本発明の測距装置は、前記駆動手段は、磁石とコイルとを含む磁気駆動手段であり、前記指定角度θに対応した電流を前記コイルに流すことにより前記レーザ光源又は前記撮影手段を傾けることを特徴とする。
このように構成することで、ジャイロセンサ等の振れ検出素子がなくとも、電流指令のみでレーザ光源を指定角度θに傾けることができる。
【００１２】
本発明の測距装置は、前記チルト駆動機構は、前記レーザ光源を指定角度θだけ傾けることを特徴とする。
このように構成することで、レーザ光源は撮影手段より重量が軽いために、駆動力が小さくてすむ。
【００１３】
本発明の測距方法は、被測定対象物までの距離Ｌを測定する測距装置により実行される測距方法において、前記被測定対象物へ特定形状にレーザを照射し、該特定形状に照射されたレーザのスポットの画像を撮影手段により撮影し、照射された前記特定形状のレーザ又は前記撮影手段を指定角度θだけ傾け、初期位置と、指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、前記撮影手段により撮影された画像内の前記スポット間の距離Δと、前記特定形状に含まれる既知の長さの比とから、前記スポット間の実際の距離Δ’を算出し、算出された前記スポット間の実際の距離Δ’と前記指定角度θとから、前記被測定対象物までの距離Ｌを算出することを特徴とする。
このように構成することで、測距装置において、ステレオカメラと比較すると、カメラが１つとなるので軽量化、小型化が可能となり、画像処理の負荷を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、特定形状のレーザを、初期位置と、チルト駆動機構により指定角度θだけ傾けた位置とで照射したスポットを撮影し、撮影された画像から距離Ｌを算出する構成により、小型軽量で画像処理の負荷の低い測距装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る測距装置の概略外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る測距装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る測距処理のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る測距処理の概念図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る測距処理の概念図である。
【図６】本発明の他の実施の形態１に係る測距処理の概念図である。
【図７】本発明の他の実施の形態２に係る測距処理の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜実施の形態＞
〔測距装置１の構成〕
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る測距装置１の機構部の構成について説明する。
測距装置１は、被測定対象物２（図４）までの距離Ｌを測定する。測距装置１は、例えば、スマートフォン（Smart Phone）、携帯型ＰＣ（Personal Computer）、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Data Assistant）、専用端末、デジタルカメラ(Digital Camera）、車載カメラ、アクションカム等を含む、画像撮像機能を備えた小型、軽量の端末等である。
なお、測距装置１は、自動車や船舶や列車等の乗り物、工作機械、ロボット、建設用機器、工場の機械のアクチュエータ等の距離や長さの測定に用いることも可能である。
【００１７】
測距装置１の機構部は、光学ユニット１０、チルト駆動機構２０、撮影部３０（撮影手段）、及び固定体４０を含んで構成される。
【００１８】
光学ユニット１０は、レーザ光源１００及びレンズ等の光学素子を含んでいる。
レーザ光源１００は、被測定対象物２へ特定形状Ｓでレーザを照射する。本発明の実施の形態において、この特定形状Ｓは、撮影部３０で画素に渡って形状を確認できる特定直径の円形状である。本実施形態においては、この特定直径は直径数ｍｍ〜数十ｃｍ程度である。また、レーザ光源１００のレーザの波長は、一般的な可視波長の赤色〜緑色〜青色〜紫色、又は混合色の白色等である。また、この他に、レーザの波長として、撮影部３０で画像として撮像可能な非可視波長、例えば近赤外線等であってもよい。
光学素子は、レーザを特定直径の円形状に広げて保つためのガラス又は樹脂の凹凸レンズ、プリズム等を含む。本実施形態では、少なくとも数ｃｍ〜数百ｍ程度の範囲で、この円形状の特定形状のレーザを殆ど拡散させず被測定対象物２へ照射させる。
なお、光学素子として、レーザを特定直径の円形状から、円形状を拡散させるモード等へ切り替え、撮影部３０の照明として利用するための構造とするための機構、絞り等を含んでいてもよい。
【００１９】
チルト駆動機構２０は、レーザ光源１００を指定角度θだけ傾けるための機構である。チルト駆動機構２０は、光学ユニット１０と、可動体２００、支持機構２１０、及び駆動部２２０を備えている。
可動体２００は、光学ユニット１０が取り付けられる軸等の部材である。
支持機構２１０は、レーザ光源１００の光軸Ｐと交差する軸線（Ｘ軸）回りに可動体２００を揺動可能に支持する２つのベアリング等の軸受けである。この軸線を、本実施形態では、Ｘ軸として示す。また、支持機構２１０には、可動体２００と固定体４０との間においてＸ軸方向で離間する２箇所に、揺動軸２１１が設けられている。なお、図１においては、Ｘ軸とお互い直交する方向をＹ軸、Ｚ軸とし、光軸Ｐ（レンズ光軸、光学素子の光軸）に沿う方向をＺ軸とする。
駆動部２２０は、可動体２００をＸ軸回りに駆動する。具体的には、駆動部２２０は、コイル２２１（図２）と磁石２２２とを含むアクチュエータやモータ等の磁気駆動手段である。駆動部２２０は、支持機構２１０を軸止し、固定体４０に固定されている。駆動部２２０は、Ｘ軸に対して、支持機構２１０と重なる位置に備えられている。
【００２０】
撮影部３０は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）イメージセンサ等と、機械若しくは電子シャッター等のシャッターとを備える、静止画及び／又は動画の撮像手段である。
撮影部３０は、被測定対象物２へ特定形状に照射されたレーザのスポットを撮影し、画像データ６１０（図２）を取得する。この際、撮影部３０は、光学ユニット１０のレーザ光源１００が照射される際の初期位置と、チルト駆動機構２０により初期位置から指定角度θだけチルト駆動された位置とについて画像データ６１０を取得する。本実施形態では、このレーザ照射と駆動の際、シャッターを解放しておき、レーザ光源１００の光跡が「ブレ画像」として撮像される。
【００２１】
固定体４０は、支持機構２１０を介して可動体２００をＸ軸回りに揺動可能に支持するための部材である。固定体４０は、測距装置１のケースに取り付け可能であり、レーザ光源１００及び撮影部３０の光を透過するよう少なくとも一面が開口されている。
なお、図１においては、固定体４０を箱状の形状に記載した。しかしながら、固定体４０の形状は任意である。
【００２２】
次に、図２により、測距装置１の制御構成について説明する。
測距装置１は、上述の機構部に加え、制御部５０と記憶部６０とを含んでいる。
制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マイクロコントローラ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の制御演算手段である。また、制御部５０は、各種Ｉ／Ｏ（Input / Output）回路、電流測定回路とＡ／Ｄコンバータ（Analog to Digital Converter）とを備えている。また、制御部５０は、画像認識のためのアクセレレータ等を含んでいてもよい。
記憶部６０は、ＲＡＭ（Random Access Memory ）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の一時的でない記憶媒体である。
【００２３】
制御部５０は、駆動撮影指示部５００（駆動撮影指示手段）、スポット間距離算出部５１０（スポット間距離算出手段）、及び被測定対象物距離算出部５２０（被測定対象物距離算出手段）を含んでいる。
【００２４】
駆動撮影指示部５００は、測距の開始と終了とに際して、光学ユニット１０と、チルト駆動機構２０と、撮影部３０とを制御する。
駆動撮影指示部５００は、測距を開始した場合、撮影部３０のシャッターを開放させて被測定対象物２（図１）の撮影を開始させる。この上で、駆動撮影指示部５００は、角度電流値テーブル６００を読み出して、指定角度θに対応した電流をコイル２２１に流すよう制御する。すると、駆動部２２０により、レーザ光源１００が指定角度θだけ駆動される。その後、駆動撮影指示部５００は、撮影部３０のシャッターを閉じさせ、画像データ６１０を取得させる。
なお、図１、図２においては、Ｘ軸の左右に同様の駆動部２２０がある例を示しているものの、磁気駆動手段は片側だけに設けられていてもよい。また、駆動撮影指示部５００は、図示しない超音波センサ等により、被測定対象物２と撮影部３０とが略垂直で相対したことを検出してから撮影を開始するようにしてもよい。
【００２５】
スポット間距離算出部５１０は、撮影部３０により撮影された画像データ６１０内のスポット間の画素数の距離Δを算出する。具体的には、スポット間距離算出部５１０は、画像データ６１０から特定形状に対応するスポットの箇所を各種画像認識により認識する。この上で、スポット間距離算出部５１０は、認識された特定形状のスポット間の画素数をカウントし、スポット間の画素数の距離Δを算出する。また、スポット間距離算出部５１０は、認識された特定形状に対応する箇所から、特定形状に含まれる「既知の長さ」Ａ’に対応する画素の長さＡを算出する。この「既知の長さ」Ａ’は、本実施形態では円形状における円の直径である。また、スポット間距離算出部５１０は、特定形状データ６２０を記憶部６０から読み出して、特定形状に含まれる「既知の長さ」Ａ’と、「既知の長さ」Ａ’に対応する画素の長さＡとの比を算出する。スポット間距離算出部５１０は、算出された比と、画素数の距離Δとから、スポット間の実際の距離Δ’を算出する。
【００２６】
被測定対象物距離算出部５２０は、スポット間距離算出部５１０により算出されたスポット間の実際の距離Δ’と指定角度θとから、被測定対象物２までの距離Ｌを算出する。この算出のための式は、下記の式（１）となる：
距離Ｌ  ＝  実際の距離Δ’  ／  ｔａｎθ  ……  式（１）
【００２７】
また、記憶部６０は、角度電流値テーブル６００、画像データ６１０、及び特定形状データ６２０を記憶する。
角度電流値テーブル６００は、複数の指定角度θに対応した電流値のテーブルである。この角度電流値テーブル６００の値に従ってコイル２２１に電流が流されると、チルト駆動機構２０が指摘角度θに傾けられる。
画像データ６１０は、撮影部３０により取得された画像のデータである。画像データ６１０は、例えば、ＢＭＰ（Bitmap）やＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）等の形式のファイルである。また、画像データ６１０は、動画データから静止画像を切り出して抽出した静止画像のファイルであってもよい。
特定形状データ６２０は、特定形状の定義データ、特定形状に含まれる「既知の長さ」Ａ’のデータ等を含んでいる。また、本実施形態において、特定形状データ６２０は、光学ユニット１０から照射される円形状のレーザの直径に対応する長さのデータを含んでいる。
【００２８】
なお、駆動撮影指示部５００、スポット間距離算出部５１０、及び被測定対象物距離算出部５２０は、記憶部６０に記憶された制御プログラム（図示せず）を制御部５０が実行することで、それぞれの機能を実行する。
【００２９】
〔本発明の実施の形態に係る測距処理〕
次に、図３〜図５により、本発明の実施の形態に係る測距処理について説明する。
本実施形態の測距処理では、被測定対象物２（図４）へ特定形状にレーザを照射し、可動体２００をＸ軸回りに回転させて、照射された特定形状のレーザを指定角度θだけ傾ける。この際、初期位置と、指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、レーザのスポットの画像を撮影する。そして、撮影された画像内のスポット間の画素数の距離Δと、特定形状に含まれる既知の長さの比とから、スポット間の実際の距離Δ’を算出する。最終的に、算出されたスポット間の実際の距離Δ’と指定角度θとから、被測定対象物２までの距離Ｌを算出する。
本実施形態の測距処理は、主に制御部５０が、記憶部６０に記憶された制御プログラムを、各部と協働し、ハードウェア資源を用いて実行する。
以下で、図３のフローチャートにより、本実施形態の測距処理をステップ毎に詳しく説明する。
【００３０】
（ステップＳ１０１）
まず、駆動撮影指示部５００が、レーザ照射撮影開始処理を行う。
駆動撮影指示部５００は、測距を開始する際、チルト駆動機構２０を初期位置に移動させ、撮影部３０にシャッターを開かせ、撮影を開始させるよう指示する。
また、記憶部６０の角度電流値テーブル６００から、指定角度θに対応する値を読み出す。
なお、この状態では、光学ユニット１０と被測定対象物２とは、光軸Ｐに対して、ほぼ垂直に対向している。
【００３１】
（ステップＳ１０２）
次に、駆動撮影指示部５００が、チルト駆動処理を行う。
駆動撮影指示部５００は、チルト駆動機構２０の駆動部２２０のコイル２２１に電流を流し始める。
この際、駆動撮影指示部５００は、電流測定回路により、コイル２２１に流れる電流を監視する。
【００３２】
（ステップＳ１０３）
次に、駆動撮影指示部５００は、角度電流値テーブル６００の値に対応して規定の電流が流れているか否かを判定する。駆動撮影指示部５００は、電流測定回路により、指定角度θだけ傾けるように電流が流れたことを検知した場合、Ｙｅｓと判定する。制御部５０は、それ以外の場合には、Ｎｏと判定する。
Ｙｅｓの場合、駆動撮影指示部５００は、処理をステップＳ１０４に進める。
Ｎｏの場合、駆動撮影指示部５００は、処理をステップＳ１０２に戻して電流の監視を続ける。
【００３３】
（ステップＳ１０４）
指定角度θだけ傾けるように電流が流れた場合、駆動撮影指示部５００が、レーザ照射駆動終了処理を行う。
駆動撮影指示部５００は、撮影部３０にシャッターを閉じ、画像データ６１０を取得するよう指示する。これにより、画像データ６１０が、撮影部３０から記憶部６０に、ＤＭＡ（Direct Memory Access）転送等で保存される。
【００３４】
図４及び図５により、上述のレーザを照射し傾ける際のスポットの関係について説明する。
図４の側面図では、光学ユニット１０が初期位置から下に、指定角度θだけ傾けられたことを示している。
図５の左図は、レーザの照射直後の被測定対象物２のスポットを示している。
図５の右図は、指定角度θだけ傾けられた状態のスポットの光跡として、実際に取得されるブレ画像を示している。
【００３５】
（ステップＳ１０５）
次に、スポット間距離算出部５１０が、スポット間距離算出処理を行う。
スポット間距離算出部５１０は、特定形状データ６２０を読み出す。また、スポット間距離算出部５１０は、保存された画像データ６１０を画像認識して、特定形状を検出する。本実施形態の場合、スポット間距離算出部５１０は、例えば、レーザの波長に対応した色の円形状のスポットが移動した光跡を認識する。
図５によると、スポット間距離算出部５１０は、この上で、特定形状に含まれる「既知の長さ」Ａ’に対応する画素の長さＡを算出する。
【００３６】
また、スポット間距離算出部５１０は、初期位置の際のレーザによる特定形状Ｓのスポットを認識して、このスポットの最大の長さを直径として認識する。スポット間距離算出部５１０は、この直径の画素数を、画素の長さＡとして算出する。
また、スポット間距離算出部５１０は、画像データ６１０内のスポット間の画像上の距離である、画素数の距離Δについても算出する。スポット間距離算出部５１０は、ブレ画像における指定角度θの傾き後の特定形状Ｓ’のレーザのスポットを認識する。スポット間距離算出部５１０は、このＳ’のスポットについて、傾きの方向と垂直方向における最大の長さとなる線（長軸）の位置を認識する。スポット間距離算出部５１０は、この上で、Ｓのスポットの直径と、Ｓ’のスポットの線との間の画総数を、スポット間の画素数の距離Δとして算出する。
【００３７】
スポット間距離算出部５１０は、下記の式（２）の関係から、実際の距離Δ’を算出する。
画素の長さＡ  ：  「既知の長さ」Ａ'
＝  画素数の距離Δ  ：  実際の距離Δ’  ……  式（２）
これにより、画素の長さＡからスポット間の実際の距離Δ’を精度よく算出できる。
なお、スポット間距離算出部５１０は、円形状のレーザが傾いていることにより、僅かにＳ’のスポットが歪むため、これを補正してもよい。
【００３８】
（ステップＳ１０６）
次に、被測定対象物距離算出部５２０が、被測定対象物距離算出処理を行う。
被測定対象物距離算出部５２０は、スポット間の実際の距離Δ’と指定角度θとから、上述の式（１）にて、被測定対象物２までの距離Ｌを算出する。
被測定対象物距離算出部５２０は、算出した距離Ｌを出力する。この際、被測定対象物距離算出部５２０は、図示しないディスプレイや他の機器等に実際の距離Ｌを表示しても、他のプログラム等の処理に用いられるよう数値の値だけ出力してもよい。
以上により、本発明の実施の形態に係る測距処理を終了する。
【００３９】
〔本実施形態の主な効果〕
以上のように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
従来、特許文献１のような技術では、ステレオカメラを用いて画像処理を行って測距をしていた。
これに対して、本発明の実施の形態に係る測距装置１は、被測定対象物２までの距離Ｌを測定する測距装置１において、被測定対象物２へ特定形状にレーザを照射するレーザ光源１００と、レーザ光源１００により被測定対象物２へ特定形状に照射されたレーザのスポットを撮影し画像データ６１０を取得する撮影部３０と、レーザ光源１００を指定角度θだけ傾けるチルト駆動機構２０と、初期位置と、チルト駆動機構２０により指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、撮影部３０により撮影された画像データ６１０内のスポット間の距離Δと、特定形状に含まれる既知の長さの比とから、スポット間の実際の距離Δ’を算出するスポット間距離算出部５１０と、スポット間距離算出部５１０により算出されたスポット間の実際の距離Δ’と指定角度θとから、被測定対象物２までの距離Ｌを算出する被測定対象物距離算出部５２０とを備えることを特徴とする。
このように構成することで、ステレオカメラと比較すると、カメラが１つとなるので軽量化、小型化が可能となる。また、画像処理の負荷を小さくすることができる。また、リアルタイム（実時間）での測距が可能となる。
【００４０】
また、従来、レーザの反射時間等を測定することで測距を行うような測距装置も存在した。
しかしながら、このような従来の測距装置では、測距を行うためのレーザの波長が固定されていた。
これに対して、本実施形態に係る測距装置１は、赤外線等を含め、撮影部３０で撮影可能なレーザの波長であれば、測距が可能となる。このため、例えば、波長変更可能なレーザや撮影光源用のレーザ等でも測距に使用できる。
【００４１】
また、本発明の実施の形態に係る測距装置１は、特定形状が、指定角度θの方向と直交する方向を長手方向とする円形状であり、円の直径又の長さが前記既知の長さであることを特徴とする。
このように構成したことで、画像データ６１０中の円形の直径を算出するだけで、容易に画素の長さＡを算出できる。また、円形状であるので、被測定対象物２が多少傾いていても、容易に画素の長さＡを算出でき、距離Ｌの測定精度を高めることができる。
【００４２】
また、本発明の実施の形態に係る測距装置１は、スポット間距離算出部５１０が、画像データ６１０内の特定形状に対応する箇所を認識し、認識された箇所の画素数から画像データ６１０内のスポット間の距離Δを算出することを特徴とする。
このように構成することで、画素数によりスポット間の距離Δを検出できるので、画像からの長さの認識の負担を減らして、容易に距離Ｌを算出することができる。
【００４３】
また、本発明の実施の形態に係る測距装置１は、チルト駆動機構２０が、レーザ光源１００を含む光学ユニット１０が取り付けられた可動体２００と、レーザ光源１００の光軸方向に交差するＸ軸回りに可動体２００を揺動可能に支持する２つの支持機構２１０と、可動体２００をＸ軸回りに駆動する駆動部２２０とを有し、支持機構２１０は、可動体２００とＸ軸方向で離間する２箇所に、Ｘ軸方向について駆動部２２０と重なる位置に揺動軸２１１が設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、可動体をピボットで支持して揺動させるピポット支持方式と比較すると、本実施形態の測距装置１では、光軸Ｐの方向に対して直交するＸ軸方向からみたとき、支持機構２１０が駆動部２２０と重なる位置に設けられていることとなる。このため、ピポット支持方式と本実施形態の測定装置１とを比べると、可動体２００を揺動させた際に可動体２００の変位が小さくなり、可動体２００と固定体４０とが接触しにくくなる。このため、ピポット支持方式と本実施形態の測定装置１とにおいて、磁石とコイル間を同じ隙間とするのであれば、本実施形態の測定装置１の方が指定角度θの傾きを大きくすることが可能となり、被測定対象物２に対して適切な角度に傾けることが可能になる。
【００４４】
また、本発明の実施の形態に係る測距装置１は、駆動部２２０が、磁石２２２とコイル２２１とを含む磁気駆動手段であり、指定角度θに対応した電流をコイル２２１に流すことによりレーザ光源１００を傾けることを特徴とする
このように構成したことで、ジャイロセンサ等の振れ検出素子がなくとも、電流指令のみで指摘角度を傾けることができる。このため、測距装置１の構成を簡略化でき、コストを削減できる。
【００４５】
また、本発明の実施の形態に係る測距装置１は、チルト駆動機構２０が、レーザ光源１００を指定角度θだけ傾けることを特徴とする。
このように構成することで、レーザ光源１００は、撮影部３０より重量が軽いために、撮影部３０を可動体２００に含めてこれら全体を傾けるよりも駆動力が小さくなる。このため、レーザ光源１００を傾けるのに必要な電流消費を少なくし、又、素早く傾けて撮像することが可能となる。
【００４６】
〔他の実施の形態〕
＜他の実施の形態１＞
なお、上述の実施の形態として、レーザの特定形状として、特定直径の円形状であるように記載した。しかしながら、レーザの特定形状は、円形以外のものも可能である。
図６によると、本発明の他の実施の形態１として、指定角度θの方向と直交する方向を長手方向とする楕円形状であり、楕円形状の長軸の長さが「既知の長さ」である楕円形の特定形状を用いることも可能である。
この場合、楕円形状の初期位置の特定形状Ｓ２のスポット、指摘角度θの傾き後の特定形状Ｓ２’のスポットについて、長手方向の長軸の長さを、上述の画素の長さＡとして取得する。これにより、上述の実施の形態と同様にように距離Ｌを算出可能である。
このように長手方向を長くした楕円形状とすることで、レーザの直径が小さい円形状の場合と比較して、ビーム輪郭が多少ボケていても、誤差を小さくすることができる。つまり、ボケがスポット径の大きさに比較して大きくなる場合、スポットの長さを大きくすることで、誤差が少なくなる。
【００４７】
＜他の実施の形態２＞
また、図７によると、本発明の他の実施の形態２として、特定形状が、被測定対象物２に対して平行に照射される２本のレーザ光であり、指定角度θの方向と直交する方向のレーザ光の間隔が既知の長さであるよう構成することも可能である。
このように構成することで、２つのレーザによる特定形状となる、Ｓ３ａとＳ３ｂのスポット間の長さを、「既知の長さ」Ａ’に対応する画素の長さＡとして算出可能である。この際、レーザのビーム強度などにより２つのレーザの中心間の距離を画素の長さＡとして検出すれば、精度良く検出できる。
このため、実際の距離Δ’の算出を精度よくできる。また、レーザの直径を広げたり楕円形にしたりするための光学素子が必要なくなるため、コストを低減できる。
【００４８】
＜その他の実施の形態＞
なお、上述の実施の形態、他の実施の形態１、及び他の実施の形態２では、撮影部３０がシャッターを開いたまま、レーザ光源１００が初期位置から指定角度θまでチルト駆動された位置の被測定対象物２の画像を取得するよう記載した。しかしながら、撮影部３０は、初期位置と、チルト駆動された位置とで、別々に画像を取得するように構成してもよい。また、撮影部３０は、初期位置からチルト駆動された位置まで動画を取得して、初期位置とチルト駆動された位置の特定形状を認識してもよい。
このように構成することで、複雑な特定形状の場合、ブレ画像よりも容易に特定形状を認識可能となる。また、初期位置とチルト駆動された位置とで画像データを比較して、特定形状自体を認識しやすくなる。また、撮影部３０にシャッターがない構成でも、動画を撮影中等であっても測距が可能となる。
【００４９】
また、上述の実施の形態、他の実施の形態１、及び他の実施の形態２では、レーザをＸ軸について上から下に傾けるように記載した。しかしながら、レーザを下から上、左右、若しく斜めに傾けてもよい。
このように構成することで、撮影し測距する際の構成を柔軟にできる。また、初期位置に関わらずレーザを上下又は左右に傾けることで、測距完了するまでの待ち時間を少なくすることができる。
【００５０】
また、上述の実施の形態、他の実施の形態１、及び他の実施の形態２では、レーザをチルト駆動する構成について記載した。しかしながら、レーザの代わりに、撮影部３０を指定角度θだけチルト駆動しても、同様の手法により測距が可能である。この場合、図１に示すような配置関係において、カメラを可動体２００の光学ユニット１０内に含め、レーザ光源１００を撮影部３０の位置に置き換えるように構成することが可能である。
【００５１】
つまり、このような他の構成の測距装置は、被測定対象物２までの距離Ｌを測定する測距装置において、被測定対象物２へ特定形状にレーザを照射するレーザ光源１００と、レーザ光源１００により被測定対象物２へ特定形状に照射されたレーザのスポットを撮影し画像データ６１０を取得する撮影部３０と、撮影部３０を指定角度θだけ傾けるチルト駆動機構２０と、初期位置と、チルト駆動機構２０により指定角度θだけチルト駆動された位置とについて、撮影部３０により撮影された画像データ６１０内のスポット間の距離Δと、特定形状に含まれる既知の長さの比とから、スポット間の実際の距離Δ’を算出するスポット間距離算出部５１０と、スポット間距離算出部５１０により算出されたスポット間の実際の距離Δ’と指定角度θとから、被測定対象物２までの距離Ｌを算出する被測定対象物距離算出部５２０とを備えることを特徴とする。
また、このような他の構成の測距装置は、チルト駆動機構２０が、撮影部３０を含む光学ユニット１０が取り付けられた可動体２００と、撮影部３０の光軸方向に交差するＸ軸回りに可動体２００を揺動可能に支持する２つの支持機構２１０と、可動体２００をＸ軸回りに駆動する駆動部２２０とを有し、支持機構２１０は、可動体２００とＸ軸方向で離間する２箇所に、Ｘ軸方向について駆動部２２０と重なる位置に揺動軸２１１が設けられていることを特徴とする。
また、このような他の構成の測距装置は、駆動部２２０が、磁石２２２とコイル２２１とを含む磁気駆動手段であり、指定角度θに対応した電流をコイル２２１に流すことにより撮影部３０を傾けることを特徴とする。
このように構成した場合、手ぶれ補正機能付きの撮影部に、固定されたレーザ光源を追加するだけで測距が可能となり、コストを削減できる。
【００５２】
また、角度電流値テーブル６００は、電流を流した後、指摘角度θまで傾くまでの時間である特定時間の値についても含んでいてもよい。
この場合、図示しないリアルタイムタイマー等により、コイル２２１部に電流が流されてから特定時間が経過したことを検知し、駆動撮影指示部５００は、特定時間が経過した場合に、指定角度θになったものと判断してもよい。
このように構成することで、光学ユニット１０がチルト駆動機構２０により確実に傾けられてから画像データ６１０を取得することができる。このため、測距の精度を高めることができる。
【００５３】
また、上述のように、電流による指定角度θに傾けるのではなく、角度センサにより正確な角度でレーザを傾けるように構成してもよい。
これにより、精度を高めて測距をすることができ、測距装置１を柔軟に構成することが可能でとなる。
【００５４】
なお、上記実施の形態の構成及び動作は例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行することができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
１  測距装置
２  被測定対象物
１０  光学ユニット
２０  チルト駆動機構
３０  撮影部
４０  固定体
５０  制御部
６０  記憶部
１００  レーザ光源
２００  可動体
２１０  支持機構
２１１  揺動軸
２２０  駆動部
２２１  コイル
２２２  磁石
５００  駆動撮影指示部
５１０  スポット間距離算出部
５２０  被測定対象物距離算出部
６００  角度電流値テーブル
６１０  画像データ
６２０  特定形状データ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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