(57)【要約】【課題】複数方向に検出領域を設定することが可能な距離測定装置を提供する。【解決手段】距離測定装置の筐体７に設けられた複数の第１投光素子２ａは、筐体７の軸方向に対して９０度をなす方向、すなわち筐体７の全方位に向けて光を出射する。そして、広角レンズ８は、障害物にて反射し筐体７の全方位から入射する光を撮像素子３ａの受光面３ｂに集光する。このため、撮像素子３ａの受光面３ｂは、筐体７の全方位に出射され、障害物にて反射した筐体７の全方位から入射する光を、広角レンズ８を通じて受光する。したがって、撮像素子３ａは、距離測定装置の設置位置に対する両側方に出射され、障害物にて反射した距離測定装置の設置位置に対する両側方からの光を、広角レンズ８を通じて受光する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取付対象に固定される筐体と、
前記筐体に設けられ光を出射することにより前記筐体の周辺に検出領域を形成する投光手段と、
前記筐体に設けられ前記検出領域にある検出対象物にて反射した光を受光する受光面を備えた受光手段と
を備え、前記投光手段が出射した光を前記受光手段が受光するまでの時間に基づいて前記検出対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
前記投光手段は、前記筐体の全方位に前記光を出射し、
前記受光手段は、前記検出対象物にて反射して前記筐体の全方位から入射する光を前記受光面に集光する集光手段を備えたことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の距離測定装置において、
前記集光手段は、前記検出対象物にて反射した前記筐体の全方位からの光が入射する入射面と、該入射面に入射した光を前記受光面に向けて出射する出射面とを有する広角レンズを備えたことを特徴とする距離測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の距離測定装置において、
前記集光手段は、前記検出対象物にて反射した前記筐体の全方位から入射する光を前記受光面に向けて反射する反射部材を備えたことを特徴とする距離測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の距離測定装置において、
前記投光手段は、前記筐体の外周面に周方向に等間隔で設けられた複数の投光素子からなることを特徴とする距離測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の距離測定装置において、
前記集光手段は、前記筐体から突出して配置されたことを特徴とする距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）計測方式の距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、距離測定装置には、例えば特許文献１に示すように、その前端部に設けた投光素子から出射され検出対象物にて反射した光を受光素子にて受光し、光が検出対象物との間を往復するのに要する時間に基づいて検出対象物までの距離を測定するＴＯＦ計測方式のものがある。
【０００３】
また、距離測定装置には、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ等の複数の受光素子が平面状に配置された受光面を有する二次元受光素子を設け、受光面を構成する各素子に入射した光に基づいて検出対象物までの距離を測定するものもある。この構成によれば、二次元画像の各画素に対応する複数の受光素子に入射した光に基づいて、検出対象物における複数の測定点までの距離を同時に取得することが可能となり、例えば検出対象物上の表面を光で走査するレーザスキャン方式等の距離測定装置と比較して、三次元の位置情報を、よりリアルタイムに取得することができる。
【特許文献１】特開２００１−１８３４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の距離測定装置においては、検出領域が距離測定装置の前方に限られるため、距離測定装置の両側方にある検出対象物までの距離を測定することができない。そのため、検出領域が距離測定装置の設置位置に対して一方向に限られる。該装置は、例えば、車両の衝突防止システムに適用することが考えられる。この場合、車両の前方だけでなく両側方を検出することが求められることも多い。しかし、前述したように、検出領域は一方に限られるため、距離測定装置を車両の両側にさらに配置しなければならなかった。特に、車両においては、装置の設置スペースの問題もあり、複数方向の検出を単一の設置で行うことが望まれる場合も多い。しかし、このような装置の具体的構成については、何ら提案されていないのが実状である。なお、該装置は、車両に限らず自動搬送車、ロボット、セキュリティシステム等に適用可能であるが、これらの場合でも同様の問題がある。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数方向に検出領域を設定することができる距離測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、取付対象に固定される筐体と、前記筐体に設けられ光を出射することにより前記筐体の周辺に検出領域を形成する投光手段と、前記筐体に設けられ前記検出領域にある検出対象物にて反射した光を受光する受光面を備えた受光手段とを備え、前記投光手段が出射した光を前記受光手段が受光するまでの時間に基づいて前記検出対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、前記投光手段は、前記筐体の全方位に前記光を出射し、前記受光手段は、前記検出対象物にて反射して前記筐体の全方位から入射する光を前記受光面に集光する集光手段を備えたことをその要旨とする。
【０００７】
本発明によれば、受光手段の受光面は、投光手段から筐体の全方位に出射され、検出対象物にて反射した筐体の全方位から入射する光を、集光手段を通じて受光する。投光手段は、筐体の全方位に光を出射するため、その出射方向の何れかが、距離測定装置の設置位置に対する両側側を結ぶ方向と一致する。このため、受光手段は、距離測定装置の設置位置に対する両側方に出射され、検出対象物にて反射した距離測定装置の設置位置に対する両側方からの光を、集光手段を通じて受光する。したがって、距離測定装置の設置位置に対する両側方の検出対象物までの距離を測定することが可能となり、複数方向に検出領域を設定することができる。なお、本明細書において「筐体の全方位」とは、少なくとも筐体の設置位置に対する側方に相当する全ての方位と定義する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記集光手段は、前記検出対象物にて反射した前記筐体の全方位からの光が入射する入射面と、該入射面に入射した光を前記受光面に向けて出射する出射面とを有する広角レンズを備えたことをその要旨とする。
【０００９】
本発明によれば、検出対象物にて反射した筐体の全方位からの光は広角レンズの入射面に入射し、該入射面に入射した光は同広角レンズの出射面から受光面に向けて出射される。このため、検出対象物にて反射した距離測定装置の両側方からの光を受光面に集光することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記集光手段は、前記検出対象物にて反射した前記筐体の全方位から入射する光を前記受光面に向けて反射する反射部材を備えたことをその要旨とする。
【００１１】
本発明によれば、検出対象物にて反射し筐体の全方位から入射する光は、反射部材により受光面に向けて反射される。このため、検出対象物にて反射した距離測定装置の両側方からの光を受光面に集光することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記投光手段は、前記筐体の外周面に周方向に等間隔で設けられた複数の投光素子からなることをその要旨とする。
本発明によれば、筐体の外周面に周方向に等間隔で設けられた複数の投光素子から、筐体の全方位に光が出射される。したがって、筐体の全方位に均等に光が出射され、距離測定装置の設置位置に対する全方位において検出対象物までの距離を的確に測定することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記集光手段は、前記筐体から突出して配置されたことをその要旨とする。
本発明によれば、集光手段は、筐体から突出して配置されるため、筐体の全方位に配置された検出対象物に対向配置される。このため、集光手段に筐体の全方位からの光が入射する。したがって、筐体の全方位から入射する光を受光面に集光することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数方向に検出領域を設定することが可能な距離測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、本発明の距離測定装置を、車両周辺にある検出対象物としての障害物までの距離を測定し該測定値の変化に基づいて障害物の有無を判定して搭乗者に報知する衝突防止システムに適用したものである。
【００１６】
図１は、本実施の形態の距離測定装置１の全体構成を示したものである。同図に示すように、距離測定装置１は、投光部２と、受光手段としての受光部３とを備えている。投光部２は、投光手段としての複数の投光素子として第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃを備え、第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃはそれぞれ投光回路４に接続されている。投光回路４は、距離測定装置１を統括的に制御する制御回路５に接続されている。投光回路４は、制御回路５からの制御信号に基づいて第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃに駆動信号を供給する。第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃは、赤外線ＬＥＤ等であり、投光回路４から供給される駆動信号に基づいてパルス光を出射（投光）する。これにより距離測定装置１の周辺には、検出領域Ａが形成される。
【００１７】
受光部３は、撮像素子３ａを備え、該撮像素子３ａは、受光回路６に接続されている。受光回路６は、前記制御回路５に接続されている。撮像素子３ａは、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）等の複数の受光素子から構成される受光面３ｂ（図２参照）を備えている。受光回路６は、撮像素子３ａの受光量に基づいた障害物Ｗの各部からの反射光の受光時点に対応する受光信号を、制御回路５に出力する。制御回路５は、受光信号に基づいて、第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃが出射した光（パルス光）を撮像素子３ａの各受光素子が受光するまでの時間、すなわち第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃから出射された光が障害物Ｗとの間を往復するのに要する時間を導出する。そして、制御回路５は、導出した時間に基づいて障害物Ｗまでの距離を算出し、該算出した距離データ（測定結果）を衝突防止システムのメインコンピュータＭに出力する。メインコンピュータＭは、該距離データに基づいて、障害物Ｗの存在を搭乗者に報知する旨の音声や警告音等を出力する。
【００１８】
次に、投光部２及び受光部３の構成について説明する。
図２に示すように、投光部２を構成する距離測定装置１の筐体７は、略半球状に形成され、その投光面としての球面（外周面７ａ）側を前方側にして取付対象としての車両Ｖの前部に固定されている。なお、本実施の形態では、車両Ｖの前方が距離測定装置１の設置位置に対する前方となる。図２及び図３に示すように、筐体７の基端部の外周面７ａには、複数（本実施の形態では８個）の第１投光素子２ａが、筐体７の軸心を中心とする周方向に等間隔で設けられている。すなわち、各第１投光素子２ａは、筐体７の軸心を中心とし該軸心から同筐体７の対応する部分（同筐体７の基端部の外周面７ａ）までの距離と略同一の半径Ｒ１を有する環状に配設されている。また、筐体７において前記第１投光素子２ａよりも先端側の外周面７ａには、複数（本実施の形態では８個）の第２投光素子２ｂが、筐体７の軸心を中心とする周方向に等間隔で設けられている。すなわち、各第２投光素子２ｂは、筐体７の軸心を中心とし該軸心から同筐体７の対応する部分までの距離と略同一の半径Ｒ２を有する環状に配設されている。また、筐体７において前記第２投光素子２ｂよりも先端側の外周面７ａには、複数（本実施の形態では８個）の第３投光素子２ｃが、筐体７の軸心を中心とする周方向に等間隔で設けられている。すなわち、各第３投光素子２ｃは、筐体７の軸心を中心とし該軸心から同筐体７の対応する部分までの距離と略同一の半径Ｒ３を有する環状に配設されている。このように、投光部２には、第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃが、同投光部２の先端側（投光部２の軸方向一端側）に向かうほど同投光部２の径方向内側に位置するように設けられている。
【００１９】
また、図２に示されるように、前記各第１投光素子２ａの光軸は、それぞれ筐体７の軸方向に対して９０度をなす方向（直交する方向）に設定されている。したがって、これら複数（８個）の第１投光素子２ａにより、筐体７の径方向であって筐体７の設置位置に対する側方に相当する全ての方位（全方位）に、光が出射される。また、前記各第２投光素子２ｂの光軸は、それぞれ筐体７の軸方向に対して６０度をなす方向に設定され、各第３投光素子２ｃの光軸は、それぞれ筐体７の軸方向に対して３０度をなす方向に設定されている。このため、投光部２の前記第１投光素子２ａよりも先端側であって同第１投光素子２ａよりも投光部２の径方向内側に設けられた第２投光素子２ｂにより、筐体７の全周から筐体７の軸方向に対して６０度をなす方向に向けて光が出射される。また、投光部２の該第２投光素子２ｂよりもさらに先端側であって同第２投光素子２ｂよりも投光部２の径方向内側に設けられた第３投光素子２ｃにより、筐体７の全周から筐体７の軸方向に対して３０度をなす方向に向けて光が出射される。したがって、複数（２４個）の投光素子（第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃ）により、投光部２の先端側に向かうにつれて同筐体７の軸方向に傾斜する方向に向けて光が出射される。すなわち、光は放射方向へ出射される。
【００２０】
筐体７の頂部には、受光部３を構成する集光手段としての広角レンズ８が組み付けられており、筐体７の内部において該広角レンズ８に対応する位置には、図示しない支持部材に支持された前記撮像素子３ａがその受光面３ｂが広角レンズ８に対向するように配置され固定されている。広角レンズ８の先端部（検出面８ａ）は、同筐体７の頂部から露出している。広角レンズ８は、略半球状に形成された１８０度の画角を有する魚眼レンズであり、筐体７から同筐体７の軸方向に突出する球面状の検出面（入射面）８ａと、筐体７の内部に配設された撮像素子３ａに対向する素子対向面（出射面）８ｂとを備えている。広角レンズ８の検出面８ａに入射した光は、素子対向面８ｂから撮像素子３ａの受光面３ｂに向けて屈折され同受光面３ｂに収束される。このため、図４（ａ）に示すように、距離測定装置１の設置位置に対する前方に障害物Ｗ１がある場合には、投光素子２ｃからの光は同障害物Ｗ１にて反射し投光部２の軸方向から入射する光（反射光）が、受光面３ｂに集光される。したがって、車両Ｖの前方にある障害物Ｗ１までの距離を測定することが可能となる。また、距離測定装置１の設置位置に対する側方に障害物Ｗ２がある場合には、投光素子２ａ，２ｂからの光は同障害物Ｗ２にて反射し投光部２の径方向から入射する光（反射光）が、受光面３ｂに集光される。したがって、車両Ｖの側方にある障害物Ｗ２までの距離を測定することが可能となる。また、図４（ｂ）に示すように、投光部２の全周から光が出射される。投光部２の全周から出射された光は広角レンズ８を通じて受光面３ｂに集光される。このため、距離測定装置１の設置面（車両Ｖの前面）Ｓ１に対して３６０度の範囲（全方位）にある障害物Ｗ２までの距離を測定することが可能となる。したがって、車両Ｖの上方及び下方にある障害物Ｗ（Ｗ１，Ｗ２）までの距離を測定することができる。
【００２１】
次に、上記実施の形態の作用効果を以下に記載する。
（１）距離測定装置１の筐体７に設けられた複数の第１投光素子２ａは、筐体７の軸方向に対して９０度をなす方向、すなわち筐体７の全方位に向けて光を出射する。そして、広角レンズ８は、障害物Ｗ（Ｗ２）にて反射し筐体７の全方位から入射する光を撮像素子３ａの受光面３ｂに集光する。このため、撮像素子３ａの受光面３ｂは、筐体７の全方位に出射され、障害物Ｗ（Ｗ２）にて反射した筐体７の全方位から入射する光を、広角レンズ８を通じて受光する。第１投光素子２ａは、筐体７の全方位に光を出射するため、その出射方向の何れかが、距離測定装置１の設置位置に対する両側側を結ぶ方向と一致する。このため、撮像素子３ａは、距離測定装置１の設置位置に対する両側方に出射され、障害物Ｗ（Ｗ２）にて反射した距離測定装置１の設置位置に対する両側方からの光を、広角レンズ８を通じて受光する。したがって、距離測定装置１の設置位置に対する両側方の障害物Ｗ（Ｗ２）までの距離を測定することが可能となり、複数方向に検出領域Ａを設定することができる。
【００２２】
（２）第２及び第３投光素子２ｂ，２ｃは、筐体７の軸方向に傾斜する方向、すなわち筐体７の先端側に向けて光を出射する。そして、広角レンズ８は、障害物Ｗ（Ｗ１）にて反射し筐体７の先端側から入射する光を撮像素子３ａの受光面３ｂに集光する。このため、撮像素子３ａの受光面３ｂは、筐体７の先端側、すなわち距離測定装置１の設置位置に対する前方に出射され、障害物Ｗ（Ｗ１）にて反射した距離測定装置１の設置位置に対する前方から入射する光を、広角レンズ８を通じて受光する。したがって、距離測定装置１の設置位置に対する前方の障害物Ｗ（Ｗ１）までの距離を測定することが可能となり、検出領域Ａを距離測定装置１の設置位置に対する前方に拡大することができる。
【００２３】
（３）障害物Ｗ（Ｗ２）にて反射した筐体７の全方位からの光は広角レンズ８の検出面８ａに入射し、該検出面８ａに入射した光は同広角レンズ８の素子対向面８ｂから受光面３ｂに向けて出射される。このため、障害物Ｗ（Ｗ２）にて反射した距離測定装置１の設置位置に対する両側方からの光を受光面３ｂに集光することができる。
【００２４】
（４）筐体７の外周面７ａに周方向に等間隔で設けられた複数の第１投光素子２ａから、筐体７の全方位に光が出射される。したがって、筐体７の全方位に均等に光が出射され、距離測定装置１の設置位置に対する全方位において障害物Ｗ（Ｗ２）までの距離を的確に測定することができる。また、筐体７の外周面７ａに周方向に等間隔で設けられた複数の第２及び第３投光素子２ｂ，２ｃから、筐体７の先端側に光が出射される。したがって、筐体７の前方側にも均等に光が出射され、距離測定装置１の設置位置に対する前方にある障害物Ｗ（Ｗ１）までの距離を的確に測定することができる。
【００２５】
（５）広角レンズ８は、筐体７から突出して配置されるため、筐体７の全方位に配置された障害物Ｗ（Ｗ１，Ｗ２）に対向配置される。このため、広角レンズ８に筐体７の全方位からの光が入射する。したがって、筐体７の全方位から入射する光を受光面３ｂに集光することができる。
【００２６】
尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、受光部３の集光手段として広角レンズ８を用いたが、このような態様に限定されない。例えば、図５に示すように、受光部９の集光手段として、反射部材としての略円錐状に形成された全方位ミラー１０を筐体７の頂部から露出するように設け、その基端側に収束レンズ１１を設ける。そして、投光部２の全方位から入射する光を全方位ミラー１０の反射面１０ａにより受光面３ｂに向けて反射させて、撮像素子３ａの受光面３ｂに集光させるようにしてもよい。この構成によれば、障害物Ｗ（Ｗ２）にて反射し筐体７の全方位から入射する光は、全方位ミラー１０の反射面１０ａにより受光面３ｂに向けて反射される。このため、障害物Ｗ（Ｗ２）にて反射した距離測定装置１の両側方からの光を受光面３ｂに集光することができる。
【００２７】
・上記実施の形態では、投光部２を構成する筐体７を略半球状に形成したが、筐体７の形状は同筐体７の全方位に光を出射することが可能な構成であればよく、例えば円筒状、円錐状及び多角柱状等に形成してもよい。
【００２８】
・上記実施の形態では、第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃにより、投光部２の先端側に向かうにつれて同投光部２の軸方向に傾斜する方向に光が出射されるようにしたが、このような態様に限定されず、前記第２及び第３投光素子２ｂ，２ｃを省略し、投光部２の径方向のみに光が出射されるようにしてもよい。また、上記実施の形態では、第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃにより、投光部２の径方向を含む３方向に光を出射するようにしたが、２方向でもよく、４方向以上でもよい。また、上記実施の形態では、軸方向に光を出射する投光素子を設けてもよい。また、第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃの数は適宜変更可能である。
【００２９】
・上記実施の形態では、筐体７の外周面７ａに環状に配置した第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃにより筐体７の全方位に光を出射したが、このような態様に限定されず、例えば、１つの投光素子と、前記１つの投光素子からの光を筐体７の全方位に出射する投光レンズとにより筐体７の全方位に光を出射するようにしてもよい。
【００３０】
・上記実施の形態では、制御回路５は、衝突防止システムのメインコンピュータＭに距離データを出力したが、例えば制御回路５に液晶ディスプレイ等の表示装置を接続し、該表示装置に障害物Ｗ（Ｗ１，Ｗ２）の各部までの距離に応じて色分けした画像を表示するための画像データを出力し搭乗者に障害物の存在を報知するようにしてもよい。
【００３１】
・上記実施の形態では、距離測定装置１を衝突防止システムに適用したが、このような態様に限定されず、例えば、自動搬送車、ロボット、室内を監視するセキュリティシステム等に適用可能である。
【００３２】
・上記実施の形態では、筐体７の頂部を前方側に向けて設置したが、筐体７の頂部を天頂側に向けて設置し、後方も含む周囲３６０°の範囲に検出領域を持つようにしてもよい。
【００３３】
・上記実施の形態では、広角レンズ８は、筐体７の頂部、すなわち第１〜第３投光素子２ａ〜２ｃの同軸上に配置されているが、障害物Ｗ（Ｗ１，Ｗ２）にて反射し筐体７の全方位から入射する光が入射する位置であれば、同軸上に配置されていなくてもよい。
【００３４】
・上記実施の形態では、広角レンズ８は、撮像素子３ａに対向配置されているが、このような態様に限定されず、広角レンズ８の検出面８ａに入射した光を、例えば反射ミラーを介して撮像素子３ａの受光面３ｂに収束させてもよい。
【００３５】
・上記実施の形態では、広角レンズ８として１８０度の画角を有する魚眼レンズを用いたが、その他の広角レンズを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施の形態の距離測定装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】本実施の形態の距離測定装置の概略断面図。
【図３】本実施の形態の距離測定装置の平面図。
【図４】（ａ）（ｂ）距離測定装置の検出領域を説明するための説明図。
【図５】別例の距離測定装置の概略断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１…距離測定装置、２ａ〜２ｃ…投光手段としての第１〜第３投光素子、３，９…受光手段としての受光部、３ｂ…受光面、７…筐体、７ａ…外周面、８…集光手段としての広角レンズ、１０…集光手段としての反射部材、１０ａ…反射面、Ｖ…取付対象としての車両、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２…検出対象物としての障害物。
【図１】
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【図２】
2008281427.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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