ToFカメラ

対象物までの距離を高精度に測定できる「ToFカメラ」ですが、仕組みや活用方法、さらには機種選定のポイントなど、具体的にどこから手を付ければよいか迷っていませんか。

本記事ではToFカメラの種類やメリット・デメリット、選び方、おすすめメーカーを解説します。ToFカメラの導入を検討中の方や、より適した機種への切り替えを考えている方はぜひ参考にしてください。

とりあえず話を聞きながら考えたい方やすぐにメーカーへ問い合わせをしたい方は、以下のボタンからお問い合わせください。担当者におつなぎいたします。

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ToFカメラの基本情報を解説

そもそもToFカメラとは何かやどんな仕組みや構造で動いているかをご存じでしょうか？本章では、左記のようなToFカメラの基本情報を解説します。

ToFカメラとはどんなもの？普通のカメラとの違いは？

ToFカメラとは、Time of Flightカメラの略称であり、赤外光の飛行時間を活用して距離を計測する仕組みを持つカメラです。

一般的なカメラはカラー撮影により映像を記録するのに対し、ToFカメラは物体までの距離を瞬時に把握できるため、3D情報が得られる点が違いです。

高精度な距離測定が可能で、暗所でも赤外光を利用して物体を検出できるなど、従来のカメラにはない機能を備えています。

ToFカメラの仕組み・原理や構造を確認

ToFカメラの仕組みは、まず赤外光を物体に照射し、反射して戻ってくるまでの時間を測定することで距離を計算する流れです。

原理としては光の速さが一定であることを利用し、戻ってくるまでの時間と光速から対象物との距離を割り出します。

また、構造としては赤外光を発生させる光源と、物体から反射された光を受け取る受光素子、そしてタイミング回路や画像処理プロセッサで構成されており、これらが連動することで高精度かつリアルタイムに距離情報を取得可能です。

さらに赤外線カメラと異なり、物体が放射する熱ではなく反射光を計測する点が特徴で、温度分布の撮影がメインの赤外線カメラとは用途や目的が異なります。

【種類別解説】ToFカメラをタイプごとに分けて紹介

本章では、ToFカメラを種類別に解説していきます。それぞれタイプごとに特徴があるので、自社に適した種類を見つけましょう。

ダイレクトToF（dToF）

ダイレクトToFは、カメラから照射した光が物体に当たって反射し、戻ってくるまでの時間を直接測定する方式です。

太陽光の影響を受けにくく、高精度な距離測定ができる点が強みであり、自動運転車の障害物検知やドローンの障害物回避、産業用ロボットの位置決めなど、安全性や正確性が求められる場面で導入が進んでいます。

インダイレクトToF（iToF）

インダイレクトToFは、反射光の位相差から距離を算出する方式であり、比較的高い解像度を確保しやすい点が特徴です。

センサーや回路をコンパクトに設計できるため、スマートフォンの顔認証やAR/VRデバイスの位置追跡、監視カメラの動体検知などにも用いられ、特に近距離や中距離の測定に適しています。

1D-ToF

1D-ToFは単一の測定ポイントに向けて距離を計測する技術です。

構造がシンプルでコストを抑えやすいことから、工場の自動化でライン上の距離を測定したり、物流の現場でパレットの位置を確認するなど、単純な計測が中心となる用途で重宝されています。

また、医療機器においても、機器同士の位置確認などで活用が進んでいます。

3D-ToF

3D-ToFは光の飛行時間を基に三次元の形状データを取得する方式であり、複雑な物体の形状把握が可能です。

自動運転車では周囲環境の3Dマッピングに利用され、ゲーム業界ではモーションキャプチャなどリアルタイムでの動きの計測に応用されています。

加えて、建築分野でも現場の空間を正確にスキャンする手段として活用が広がっています。

LiDAR

LiDARはレーザー光を用いて対象物との距離や位置を測定する方式のToFカメラであり、長距離測定や広範囲スキャンが得意です。

自動運転車が周囲の障害物を捉える際に重要なセンサーとして注目されているほか、地形測量の現場でも広範囲の地形マッピングに使われています。

さらに、農業分野では作物の成長状態を見守るシステムとして導入されるケースもあります。

ステレオカメラ

ステレオカメラは二つのカメラを用いて得られる視差から距離を算出する方式のToFカメラであり、撮影対象を高解像度で捉えつつリアルタイムに処理することが可能です。

ロボットの障害物回避やドローンの飛行制御に活かされるほか、監視カメラの用途では人物や物体の動きをより正確に把握できます。

構造化光

構造化光は、特定のパターンを被写体に投影し、その変形具合から三次元情報を読み取る方式のToFカメラです。

高精度に物体の形状を認識できるため、製品の検査を行う産業用のシステムや医療現場での3Dスキャンに使用されています。

そしてエンターテインメント分野でも、モーションキャプチャ技術として人の動きを詳細に捉える場面で採用されています。

超音波ToF

超音波ToFは音波を使って対象との距離を測る方式であり、光を使用しないため、視界が悪い環境でも測定できる点が強みです。

自動車の駐車アシストや産業用ロボットの障害物検知、医療機器での診断技術にも応用されており、光学方式とは異なるアプローチで幅広い分野を支えています。

光学式ToF

光学式ToFは専用の光学センサーを使って距離を計測する方式であり、画像処理と組み合わせることでリアルタイムに高精度なデータを取得できる点が特徴です。

スマートフォンの顔認証や監視カメラでの動体検知、産業用検査での製品検査など、スピードと正確さを必要とする場面で活躍しています。

赤外線ToF

赤外線ToFは赤外光を用いて距離を測定する技術であり、暗所でも測定精度が落ちにくいことが利点です。

スマートフォンの顔認証機能や夜間監視用のカメラ、産業用ロボットの障害物検知など、可視光だけでは測定が難しい環境下での活用が特に期待されています。

従来の距離測定技術と比較した際のメリット・デメリットを解説

ToFカメラはその他の距離測定技術と比べると、メリットもありますが、当然デメリットもあります。

ToFカメラのメリット

ToFカメラのメリットとして、高精度な距離測定が挙げられます。

これは光の飛行時間を基準に算出するため、誤差が少なく自動運転車の障害物検知や産業用ロボットの位置決めなどで、安全性や効率を高める場面に適しています。

加えて、ToFカメラは赤外光を利用することで暗い環境下でもしっかりと物体を検出できるため、夜間監視やスマートフォンの顔認証に活用され、明るさに左右されにくい高い実用性が期待できます。

また、高速処理能力を備えていることからリアルタイムでの3Dイメージングが可能となり、ゲーム分野のモーションキャプチャやAR/VR機器の精密な動きの追跡にも応用されています。

ToFカメラのデメリット

ToFカメラは高精度なテクノロジーを用いるため、従来の方式よりもコストが高くなることがあり、導入には十分な費用対効果の検討が求められます。

ただし、必要な機能を見極めて最適なモデルを選定し、複数のベンダーから見積もりを取得することで、比較的安価に抑えられる場合もあります。

ToFカメラは、強い太陽光や反射の多い環境では測定精度が下がるリスクがあるため、遮光フィルターの設置や機器のレイアウトを工夫し、光学条件を整えることが重要になります。

加えて、近距離から中距離への測定には優れる一方で、極端に遠い距離やごく近い範囲での測定には限界がある場合もあるため、用途に合わせて他の測定技術との併用やカメラ仕様の検討が欠かせません。

自社のニーズにマッチしたToFカメラを選定するための選び方のポイント

ToFカメラを導入する際には、使用目的や運用環境、予算などを踏まえて最適なモデルを選ぶことが重要です。以下に示す複数の選び方を順番に検討すれば、導入後の運用で無理なく活用しやすいカメラを見極められるでしょう。

測定範囲

測定範囲は光源の出力やセンサーの感度によって左右され、近距離から遠距離までの対応が異なるため、使用環境に合わせた選定が必須です。

例えば自動運転車やドローンのように広範囲での検知が必要な場面では、長い測定距離に対応できるモデルを選ぶことで安全性や作業効率が向上します。逆に室内のみで使用する場合は、無理に遠距離の対応を追求する必要はありません。

適切な測定範囲を設定すると、機器の性能を最大限に生かせるうえ、運用コストの面でも有利になるでしょう。

解像度

解像度はセンサーのピクセル数やレンズの品質によって変わり、取得できる画像や3Dデータの精細度に影響を与えます。

医療や産業用検査など高精度な分析が必要な現場では、高解像度のカメラを選ぶことで詳細な情報を得られ、判断の信頼性を高められます。

必要な解像度を見極めることで、撮影データの取り扱いもスムーズになり、機器の運用効率向上につながるでしょう。

フレームレート

フレームレートはプロセッサの性能やデータ転送速度によって左右され、1秒あたりに何枚の画像を処理できるかを示す重要な指標です。

高速で動く物体を追跡したり、リアルタイム解析が必要な場面では、高いフレームレートを持つカメラが活躍します。

例えば、スポーツ解析や監視カメラなど、動体検知が重視されるケースでは、フレームレートをしっかりと確認することで、精度の高い検知とスムーズな運用を実現できます。

光源の種類

光源にはLEDやレーザーなど様々な方式があり、それぞれに消費電力や測定精度の面で特性が異なります。

屋外のように周囲の光の影響を受けやすい環境ではレーザー光源が安定しやすい一方、近距離中心であればLED光源で十分な場合もあります。

そのため、想定する使用環境や消費電力の要件を踏まえて最適な光源を選ぶことで、カメラを長期間かつ効率的に運用できるでしょう。

消費電力

消費電力は光源やプロセッサの性能に加えて、システム全体の設計にも左右されます。

バッテリー駆動を想定するドローンやポータブルデバイスでは、低消費電力の機種を選ぶことで稼働時間を延ばし、安定した稼働を実現できます。

消費電力を抑えた機器を導入すれば、運用コストの削減にもつながり、長期的な視点でみると効果が期待できます。

サイズと重量

サイズと重量はカメラの設計や素材により左右され、ドローンなどへの搭載時には特に重要になります。

軽量かつコンパクトなモデルであれば、取り付けや持ち運びが容易になり、用途の幅が広がります。

一方で、必要以上に大型化すると取り回しが悪くなるため、自社の使用シーンを踏まえて適切なサイズと重量のバランスを見極めることが大切です。

耐環境性

屋外や工場など、温度変化やホコリ、水滴が多い場所での使用を想定するなら、耐環境性の高いカメラが不可欠です。

カメラ本体の素材やシーリング技術によって耐久性や防水・防塵性能は異なります。過酷な現場であっても安定的に稼働するモデルを選ぶことで、故障リスクを抑えつつ長期運用が見込めるようになります。

データ転送速度

リアルタイムで大量のデータを扱う際には、カメラと制御装置との間のデータ転送速度が大事です。

通信インターフェースやプロセッサ性能が整っていれば、高解像度でもスムーズに映像をやり取りでき、監視カメラやスポーツ解析などの分野で有効に活用できます。

転送が遅い機種を選んでしまうと処理が遅れ、全体のパフォーマンスが低下することもあるため、必要な転送速度を見積もったうえで機種を選ぶことがポイントです。

視野角

視野角はレンズの設計や配置によって決まり、どの程度の範囲を一度にカバーできるかを示します。

広い視野角が必要な監視や自動運転などの用途では、視野が狭いと死角が増えてしまいます。一方で、限られた領域だけを高精度に計測したい場合は、必要以上の視野角は不要です。

以上より、用途に合わせて視野角を検討すると、最小限のコストと最大限の性能を両立しやすくなります。

タイミング精度

タイミング精度は距離測定の正確さに直結し、高度なタイミング回路や高精度のクロックを搭載しているほど誤差が少なくなります。

例えば、医療や産業用検査などの精密な作業に適したToFカメラを導入すれば、正確な計測による信頼性の高いデータを得ることができます。

用途においてどの程度の精度が必要かを見極め、必要な水準をクリアするモデルを選ぶことが重要です。

インターフェース

ToFカメラが採用する通信プロトコルや接続方式によって、他機器との連携や拡張性が変わってきます。

産業用ロボットや自動運転車など、大規模なシステムと組み合わせる場合には、扱いやすいインターフェースを選ぶことでデータ転送や制御がスムーズになります。

互換性を意識した選択を行えば、導入後の運用や拡張の面でもメリットが大きいでしょう。

【各社の強みを紹介】おすすめのToFカメラメーカー

ToFカメラを製造しているメーカーは多々ありますが、各社に強みがあります。本章では、当編集部おすすめのToFカメラメーカーをピックアップし、各社の強みを紹介します。

パナソニック株式会社

パナソニック株式会社は日本を代表する総合電機メーカーであり、家電から産業機器まで幅広い分野で活躍しています。

同社のToFカメラ「D-IMager」シリーズは高精度な距離測定と高速データ処理が特徴で、自動運転車の障害物検知や産業用ロボットの位置制御など、正確さとスピードが求められる現場での導入が進んでいます。

実際に自動車産業や物流倉庫など、多種多様な業界で活用されており、性能と信頼性の高さが評価されています。

ソニー株式会社

ソニー株式会社は映像・音響機器やゲーム、半導体など多角的に事業を展開する日本の電機大手であり、特にイメージセンサーの分野で世界的な評価を得ています。

主力製品であるToFカメラ「IMX556PLR」は高感度と高解像度に強みがあり、暗所でも安定した精度が得られるのが特徴です。

例えば、スマートフォンの顔認証やカメラのオートフォーカス機能に用いられるほか、ゲーム機器のAR/VR分野でも優れたパフォーマンスを発揮します。

ルーシッドビジョンラボ株式会社

ルーシッドビジョンラボ株式会社は画像処理技術を専門とし、産業用カメラの開発・製造を行う企業です。

同社のToFカメラ「Helios」シリーズは高速処理による高精度な3Dイメージングが特徴で、ロボットビジョンや産業用検査の現場で数多くの実績があります。

物流倉庫ではパレットの位置確認などに活用されており、安定した測定とスピーディなデータ処理によって作業効率の改善に貢献しています。

トッパン株式会社

トッパン株式会社は印刷技術を基盤に、エレクトロニクスやセキュリティなど幅広い領域に進出している企業です。

同社の「TOPPAN ToFカメラ」は外光耐性が高く、高速かつ高精度な3Dイメージングが可能です。

屋外環境でも安定して距離情報が取得できるため、自動運転や物流領域で導入が進み、夜間や強い日差し下でも一定の精度を維持できる点が評価されています。

マクニカ株式会社

マクニカ株式会社は半導体や電子部品の販売とともに、技術サポートに定評のある企業です。

主力のToFカメラ「DCC-RGBD1」は高解像度の3Dデータを取得しやすく、WindowsやLinux向けの開発キットも用意されているため、ロボット制御や物流、自動倉庫などでスムーズに導入しやすい環境が整えられています。

また、開発者向けの手厚いサポートを強みに、多様な業界で活躍しています。

オムロン株式会社

オムロン株式会社は制御機器や自動化技術を中心に事業を展開し、産業用機器からヘルスケア機器まで幅広い分野で実績を持っています。

同社のToFカメラ「HVC-P2」は高精度な顔認識と動体検知を得意としており、セキュリティ分野や産業ロボット分野だけでなく、医療現場での患者モニタリングなどにも応用されています。

高い信頼性と豊富な導入事例から、さらなる用途の拡大が期待されています。

STマイクロエレクトロニクス株式会社

STマイクロエレクトロニクス株式会社は多彩な半導体製品を手掛ける企業で、小型かつ低消費電力のセンサーに定評があります。

代表的なToFカメラ「VL53L1X」はモバイルデバイス向けに最適化されており、スマートフォンやドローンなどバッテリー駆動機器に搭載しやすい点が特徴です。

消費電力の少なさと高精度な距離測定の両立により、幅広いアプリケーションで採用が進んでいます。

ルネサスエレクトロニクス株式会社

ルネサスエレクトロニクス株式会社は自動車向けや産業用の半導体製品で高い評価を得ており、特に自動運転領域での実績が豊富です。

「R-Car」シリーズのToFカメラはリアルタイム処理と高精度な距離測定に強みがあり、自動車や産業ロボットの制御に役立っています。

高度な運転支援や倉庫管理など、正確で高速な処理が必要な場面で頼もしい存在と言えます。

キヤノン株式会社

キヤノン株式会社はカメラやプリンターなど映像機器の製造で世界的に知られる企業で、プロ仕様の撮影機器にも強みがあります。

自社のToFカメラは高い距離測定精度と高解像度を両立しており、映像制作や産業用検査だけでなく、医療分野の3Dスキャンでも利用されています。

映像技術のノウハウが豊富なことから、高品位な画像処理と確かな信頼性を提供している点が特徴的です。

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