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ToFカメラカスタム開発の事例紹介

ToFカメラカスタム開発の事例紹介
最近、中長距離(5m以上)でToFカメラによる測距を期待されているご相談を多く受けます。販売中のToFカメラ開発キットは30cm~5mをターゲットとした設計のため、測距距離を伸ばすには、挟角化や遠方へ照射できるように光源のカスタマイズが必要となります。今回の特集では、LD(レーザーダイオード)灯数を4灯から2倍の8灯に光量アップを目的としたカスタム対応することで、測距精度の改善が得られたか検証結果の一部をご紹介します。

 

目次

 

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長距離化にはどのような対策があるの?

 

中長距離(5m以上)にある対象物の測距実現するには、それに対応したカメラ構成にする必要があります。
代表的な対策として、下記の対策が考えられます。

・画角を狭める
・LD灯数を増やす
・LDパワーを上げる

今回はLD灯数を増やすカスタムを行った結果、期待されている結果を得ることができたか見てみましょう。

 

長距離化にはどのような対策があるの?

 


 

 

検証に使用した機材は?

 

今回の検証に使用する機体はTB-TOF-EA930SU-IVとその改造機です。

標準版はLDを4灯搭載しておりますが、2倍の8灯を実現するためにToFカメラを2台組み合わせてカスタマイズしました。今回は下記図の左側標準機を「4灯標準版」、右側のカスタマイズ機を「8灯カスタム版」と呼ぶこととします。8灯カスタム版は4灯標準版のLD基板を連結し、8灯のLD発光タイミングを合わせた実験機となります。

この2機種を使用して屋内と屋外で評価を実施しました。

 

「4灯標準版」「8灯カスタム版」の評価

 


 

 

屋内の検証環境は?

 

屋内の10m以上あるフロアを使用して、4灯標準版と8灯カスタム版のToFカメラを比較検証しました。ToFカメラから④の壁までを10mとし、その間にダンボール①を3m、②を5m、③を8mの位置に配置します。この同条件で4灯標準版と8灯カスタム版の結果を比較します。

 

屋内の検証環境

 


 

 

屋内の評価結果は?

 

4灯標準版は5m先のダンボール②までは検知出来ておりますが、8m先のダンボール③と10m先のフロアの壁④の検知は難しい結果となっております。

それに対して、8灯カスタム版はダンボール③、壁④も検知出来ることが評価結果から分かります。LD灯数を増やしたことで光量がアップし、より遠い距離の対象物測距が可能になったことがこの検証結果から確認できます。

 

屋内の評価結果

 


 

 

屋外の検証環境は?

 

晴天時の屋外にて4灯標準版と8灯カスタム版のToFカメラを比較検証を実施しました。

場所は当社エンジニアリングセンターの屋上となります。ToFカメラからダンボール①を3m、②を4m、③を5mの位置に配置します。この同条件で4灯標準版と8灯カスタム版の結果を比較します。

 

屋外の検証結果

 


 

 

屋外の評価結果は?

 

4灯標準版では3m先のダンボール①、4m先のダンボール②は検知可能ですが、5m先のダンボール③は何かあるのは検知できそうですが、ノイズ成分が多い結果となっております。

それに対して、8灯カスタム版はダンボール③の輪郭がはっきり捉えられているのが分かります。太陽光にはLD光源と同じ940nm帯の赤外光が含まれているため、干渉が原因のノイズが発生します。灯数を増やし光量アップすることで、反射光の強度を上げ、ノイズを低減させることが可能だと分かりました。

 

屋外の評価結果

 


 

 

5.8灯カスタム版を実現するには?

 

検証結果から8灯カスタム版はToFカメラの測定範囲を伸ばすのに有効的であることが分かりました。ただし、実現するためには基板変更を伴うカスタマイズが必要となります。

東京エレクトロンデバイスでは標準機でご評価頂いた後、お客様のご要望に合わせ、カスタマイズをお請けします。今回のように長距離化の実現のため、LD灯数を増やしたいというご要望や、逆に、近距離メインのため、4灯も必要なく灯数を減らしたいなどのご要望にもお答えします。ご検討の際にはぜひお気軽にお問い合わせください。

 

8灯カスタム版を実現するには

 

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第4弾:「ToFカメラに最適なアプリケーション~モノ認識/倉庫管理編~」
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