(57)【要約】【課題】簡単な構成で対象物の検出精度の向上に寄与するパターン光を照射可能な光学装置を提供する。【解決手段】光源で発した光を対象物に投射する光学装置であって、互いにインコヒーレントな光を発する複数の発光素子（ＥＬ）を有するアレイ光源（２０）と、発光素子で発した光が透過する複数のレンズ（２２）を備えるレンズアレイ（２１）と、を有し、アレイ光源の一の発光素子から発した光がレンズアレイの複数のレンズに入射するようにした。【選択図】図１３
2020153820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにインコヒーレントな光を発する、複数の発光素子を有するアレイ光源と、
前記発光素子で発した光が透過する、複数のレンズを備えるレンズアレイと、を有し、
前記アレイ光源の一の発光素子から発した光が前記レンズアレイの複数のレンズに入射することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記アレイ光源は、互いに不均等な位置関係で配置されている複数の前記発光素子を有している請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記光学装置から照射される光は、異なる強度の光を含んでいる請求項１又は請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記アレイ光源は、互いに異なる強度の光を発する複数の前記発光素子を有している請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記アレイ光源は、複数の前記発光素子に対して異なる電気的制御を行う少なくとも２つ以上の電極パターンを有している請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
前記アレイ光源は、互いに異なる発光面積を有する複数の前記発光素子を有している請求項４に記載の光学装置。
【請求項７】
複数の前記発光素子から発せられた光を重ね合わせた第１の強度の光と、単一の前記発光素子から発せられた第２の強度の光を発生させる請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記第１の強度の光を発する複数の前記発光素子が、発振波長をλ、前記マイクロレンズアレイのレンズピッチをｔ、投光距離をＬとして、前記マイクロレンズアレイのレンズ配列軸と平行あるいは垂直な方向に対して、以下の式を満たす間隔Δｘで配置される請求項７に記載の光学装置。
【数３】
2020153820.tif 000005
【請求項９】
前記マイクロレンズアレイは、複数の前記レンズが正方配置、矩形配置または六方配置のいずれかで配置されている請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記発光素子は、垂直共振器型面発光レーザである請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光学装置と、
前記光学装置から発せられ対象物で反射された光を検出する検出部と、
を有することを特徴とする検出装置。
【請求項１２】
前記検出部は複数の撮像部を備え、それぞれの前記撮像部で撮影した画像情報と複数の前記撮像部の視差情報とを用いて、前記対象物の３次元情報を取得する請求項１１に記載の検出装置。
【請求項１３】
前記レンズアレイで複数の前記レンズが並ぶレンズ配列軸が、前記撮像部のイメージセンサの画素配列方向に対して非平行である請求項１２に記載の検出装置。
【請求項１４】
請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の検出装置からの情報が入力されて、該情報に基づき判断を行う判断部と、
前記判断部の判断に基づいて電気信号の制御を行う制御部と、
を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置、検出装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の３次元形状や、物体までの距離情報あるいは深度マッピングなどを取得するための方法として、２台以上のカメラを用いるステレオ画像法が知られている。ステレオ画像法では、一方のカメラの画像上の特定の画素の座標が、他方のカメラの画像においてどの座標に位置するかという対応点を見出して、その座標のずれ量を用いて測定を行う。そのため、単色性の壁や人の顔のような、識別するための特徴（濃淡、形状、色）が乏しい対象物に対しては、カメラ同士の対応点を判定することが難しいという課題があった。
【０００３】
その対策として、パターン照射装置によってパターン光を照射して、対象物に強制的に模様（輝度としての特徴）をつけることで、対応点の認識性を向上させる技術が知られている。また、検出装置における検出精度を向上させるために、単にパターン光を照射するだけでなく、より複雑な（周期性とランダム性を兼ね備えた）パターン光を形成することが求められている。例えば、特許文献１には、画像形成素子により付与されるＮ値の画像情報を、Ｎ＋１値以上の画像情報とした投影画像を照射するようなパターン照射装置が記載されている。具体的には、特許文献１のパターン照射装置は、画像形成素子によって付与されるＮ値の画像情報の最小単位が解像しない解像度を有する投影レンズを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−９９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、パターン照射装置を構成する投影レンズの解像度の設定によって、パターン光の強度の複雑化を図ったものである。しかし、パターン照射装置における光源については特に検討されておらず、さらに効果的なパターン光を形成する余地があった。
【０００６】
本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、簡単な構成で対象物の検出精度の向上に寄与するパターン光を照射可能な光学装置を提供することを目的とする。また、対象物の検出精度に優れる検出装置及び電子機器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】
【０００７】
本発明の光学装置は、互いにインコヒーレントな光を発する複数の発光素子を有するアレイ光源と、発光素子で発した光が透過する複数のレンズを備えるレンズアレイと、を有し、アレイ光源の一の発光素子から発した光がレンズアレイの複数のレンズに入射することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、一の発光素子から発した光が複数のレンズに入射することで、レンズアレイから出射する光が干渉による強め合いを生じてパターン光を照射することができる。また、複数の発光素子が互いにインコヒーレントな光を発するので、各発光素子に対応した独立したパターン光を照射できる。このようにしてパターン光を照射することで、簡単な構成の光学装置で対象物の検出精度を向上させることができる。また、この光学装置を検出装置や電子機器に搭載することにより、検出精度の向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用したパターン投光装置（光学装置）を備えた検出装置の一実施形態である物体認識装置を概念的に示す図である。
【図２】パターン投光装置からストライプパターンを対象物に照射している状態を示す図である。
【図３】ストライプパターンを照射した場合の２つのカメラの対応点認識を説明する図である。
【図４】パターン投光装置の概要を示す図であり、（Ａ）は投光用にマイクロレンズアレイのみを備える構成、（Ｂ）はマイクロレンズアレイとは別の光学素子を備える構成を示す。
【図５】１つの発光素子から発した光を、１つのマイクロレンズのみに入射させた場合を示す図である。
【図６】１つの発光素子から発した光を、複数のマイクロレンズに入射させた場合を示す図である。
【図７】１つの発光素子から発した光が、複数のマイクロレンズの間を透過する場合を示す図である。
【図８】複数のマイクロレンズの間で光を透過させないマイクロレンズアレイの構成例を示した図であり、（Ａ）はマイクロレンズの間に隙間を設けない構成、（Ｂ）はマイクロレンズの間に遮光部材を設けた構成を示す。
【図９】１つの発光素子から発した光を、正方配置の複数のマイクロレンズに入射させた場合の発光パターンを示す図である。
【図１０】１つの発光素子から発した光を、六方充填配置の複数のマイクロレンズに入射させた場合の発光パターンを示す図である。
【図１１】１つの発光素子から発した光を、矩形配置の複数のマイクロレンズに入射させた場合の発光パターンを示す図である。
【図１２】２つの発光素子から発した光を、複数のマイクロレンズに入射させた場合の発光パターンを示す図である。
【図１３】複数の発光素子を不均等に配置したアレイ光源から発した光を、複数のマイクロレンズに入射させた場合の発光パターンを示す図である。
【図１４】イメージセンサの画素配列方向に対してアレイ光源及びマイクロレンズアレイを傾けた場合の発光パターンを示す図である。
【図１５】アレイ光源の複数の発光素子の発光強度の設定を説明する図であり、（Ａ）は照射したパターン光、（Ｂ）は発光強度一定の場合のパターン光の強度分布、（Ｃ）は発光強度に差をつけた場合のパターン光の強度分布を示す。
【図１６】アレイ光源の発光素子の発光強度に差をつける構成例を示す図であり、（Ａ）はアレイ光源の電極構成、（Ｂ）は電極に供給する電流量と発光量の関係を示す。
【図１７】アレイ光源の発光素子の発光強度に差をつける構成例を示す図であり、（Ａ）はアレイ光源における各発光素子の発光面積、（Ｂ）は発光面積と電流量と発光量の関係を示す。
【図１８】アレイ光源の発光素子の発光強度に差をつける構成例を示す図であり、（Ａ）は正面視したアレイ光源、（Ｂ）は対応位置にある２つの発光素子から発する光が重なる状態を示す。
【図１９】アレイ光源の複数の発光素子の発光強度に差をつける構成例を示す図であり、（Ａ）は正面視したアレイ光源、（Ｂ）は照射したパターン光を示す。
【図２０】パターン投光装置を有する検出装置を可動機器に適用した例を示す図である。
【図２１】パターン投光装置を有する検出装置を携帯情報端末に適用した例を示す図である。
【図２２】パターン投光装置を有する検出装置を移動体の運転支援システムに適用した例を示す図である。
【図２３】パターン投光装置を有する検出装置を移動体の自律走行システムに適用した例を示す図である。
【図２４】パターン投光装置を有する検出装置を造形装置に適用した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明を適用した実施形態を説明する。図１は、対象物の３次元形状を認識するための物体認識装置１０の概要を示したものである。物体認識装置１０は、計測装置１１と物体認識部１２とを有している。
【００１１】
計測装置１１は、パターン投光装置（光学装置）１３から対象物１４に対してパターン光を照射し、対象物１４で反射した光を３次元測定装置１５で撮像し、撮像した画像に基づいて演算処理部１６で演算処理を行って３次元距離情報を得る。
【００１２】
より詳しくは、パターン投光装置１３は、複数（少なくとも２つ以上）の発光素子を有するアレイ光源２０と、複数のマイクロレンズ２２が所定の配列で並ぶマイクロレンズアレイ２１と、アレイ光源２０の発光（発光タイミング、発光時間、発光量など）を制御する駆動制御部２３と、で構成されており、パターン光（詳細は後述する）を対象物１４へ照射する。
【００１３】
３次元測定装置１５は、視差を利用したステレオカメラであり、撮像部として第１カメラ２５と第２カメラ２６を備えている。第１カメラ２５と第２カメラ２６のそれぞれの露光時間、シャッタスピード、フレームレートなどの撮像条件を、撮像制御部２７が制御して撮影を行う。第１カメラ２５と第２カメラ２６はそれぞれ、イメージセンサ（図示略）と、被写体が反射した光をイメージセンサに導光して受光面上に被写体像を形成させる受光光学系（図示略）とを有している。イメージセンサは受光面上に配列した複数の画素を有し、それぞれの画素は光電変換素子からなる。イメージセンサで受光した光（被写体像）が光電変換され、電気信号として演算処理部１６に送られる。
【００１４】
測定制御部１７によってパターン投光装置１３と３次元測定装置１５が制御される。そして、演算処理部１６では、パターン投光装置１３によってパターン光が対象物１４へ照射された状態で、３次元測定装置１５によって撮影された視差画像（第１カメラ２５による画像と第２カメラ２６による画像）から視差を計算し、対象物１４の３次元情報（距離や形状など）を取得する。
【００１５】
物体認識部１２は、認識する物体の情報を登録するための物体登録部３０、登録した物体の情報を記憶する物体記憶部３１、記憶した物体の情報と計測装置１１で測定した対象物１４の情報を照合する物体照合部３２を有している。計測装置１１で測定した対象物１４の３次元情報と、物体記憶部３１に記憶（登録）された物体情報とを、物体照合部３２で比較照合し、対象物１４がどのようなものであるかを認識する。物体認識部１２で得られた情報は、外部インターフェースに伝送される。
【００１６】
図２及び図３は、３次元測定装置１５による対象物１４の３次元情報の取得について示したものである。図２に示すように、３次元測定装置１５は、所定の間隔をおいて配置した第１カメラ２５及び第２カメラ２６のそれぞれから画像を取得し、２つの画像の視差情報を用いて、３次元形状を測定する。より詳しくは、第１カメラ２５で取得した画像上のある点の画素の座標が、第２カメラ２６で取得した画像においてどの座標に位置するかを割り出し、その座標のずれ量を用いて三角測量法で奥行き情報を計算する。
【００１７】
例えば、対象物１４である立方体を、３次元測定装置１５で撮影した結果、図３のように、第１カメラ２５で撮影された画像Ｇ１と、第２カメラ２６で撮影された画像Ｇ２が得られる。このとき、画像Ｇ１中の立方体の辺上の点Ａは、第１カメラ２５のイメージセンサ上の画素の座標（ｘ１Ａ、ｙ１Ａ）に位置している。一方、画像Ｇ２では、第１カメラ２５と第２カメラ２６が離れている距離に応じて、対象物の点Ａは、第２カメラ２６のイメージセンサ上の画素で座標（ｘ２Ａ、ｙ２Ａ）に位置する。この２つの画素中の座標と、第１カメラ２５及び第２カメラ２６の間の距離とによって、三角測量に基づき対象物１４の奥行きの測定を行い、３次元形状を測定することができる。
【００１８】
立方体の辺上に位置する点Ａは、画像上で隣にあるもの（例えば、対象物１４の背後にある背景など）に対して、輝度や色調が大きく変化する箇所である。このような輝度や色調の境界部分については、パターン光の照射を行わない場合でも、第１カメラ２５で撮影される画像Ｇ１と第２カメラ２６で撮影される画像Ｇ２のそれぞれで、点Ａに相当する位置（対応点）を認識しやすく、三角測量による奥行き情報を取得できる。
【００１９】
一方、点Ｂのような立方体の面上に位置するある点を測定対象にすると、周辺と比較して輝度や色調の差がほとんどないという場合がある。そのため、第１カメラ２５で撮影した画像Ｇ１中の点Ｂの座標（ｘ１Ｂ、ｙ１Ｂ）に対応する点が、第２カメラ２６で撮影した画像Ｇ２中のどの座標に該当するかが識別できず、三角測量による奥行きの測定ができない可能性がある。特に、単色性の壁面や人の顔のような、濃淡や形状や色などの特徴に乏しい対象物に対しては、３次元測定装置１５だけでは対応点を認識しにくいという問題がある。
【００２０】
図２及び図３に示すように、本実施形態のパターン投光装置１３は、対象物に対してパターン光を投光することによって、特徴のない箇所に輝度としての特徴を加えている。図２及び図３は、対象物１４である立方体に対してパターン投光装置１３が、間隔の異なる複数の縞状部分からなるストライプパターン光ＰＳを投光した場合を示している。ストライプパターン光ＰＳによって立方体の面上に２値のストライプパターンを形成し、ｘ軸方向に対するコントラストの情報が増加している。その結果、立方体の面上の点Ｂについて、周辺画素との輝度の差が生じ（コントラストが大きくなり）、第１カメラ２５で撮影した画像Ｇ１中での座標（ｘ１Ｂ、ｙ１Ｂ）と、第２カメラ２６で撮影した画像Ｇ２中での座標（ｘ２Ｂ、ｙ２Ｂ）とを認識可能になった。つまり、点Ａだけでなく点Ｂについても、対応点として認識して奥行き情報の取得が可能となる。このように、パターン光を投射することで、特徴のない箇所においても奥行き情報を取得することができる。
【００２１】
図４は、計測装置１１を構成するパターン投光装置１３を示したものである。パターン投光装置１３を構成するアレイ光源２０は、面発光レーザであり、発光面上に所定の位置関係で配置された複数の面発光レーザ素子（以下、発光素子とする）ＥＬを有している。本実施形態では発光素子ＥＬとして、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical  Cavity  Surface  Emitting  Laser）を用いている。駆動制御部２３によって、アレイ光源２０の各発光素子ＥＬにおける出力パワー、放射角、駆動条件（パルス幅、繰り返し周波数、発光タイミングなど）が制御される。マイクロレンズアレイ２１は、複数のマイクロレンズ２２を規則的に配列（具体的な配列については、図９から図１１を参照）したものである。
【００２２】
アレイ光源２０の各発光素子ＥＬから発振されたレーザ光Ｑは、マイクロレンズアレイ２１の各レンズ間ピッチよりも大きいビーム径でマイクロレンズアレイ２１へと入射され、マイクロレンズアレイ２１によって拡げられて対象物へ照射される。図４では、対象物の位置にある仮想の平面として照射面Ｓを示している。図４（Ａ）は、アレイ光源２０で発したレーザ光Ｑを照射する光学系が、マイクロレンズアレイ２１のみで構成された形態を示している。図４（Ｂ）は、より広角に照射するために、マイクロレンズアレイ２１の後に別の光学素子２４を配置した形態を示している。光学素子２４として、負のパワーを持つレンズや拡散板などを用いることができる。光学素子２４の数は単数でも複数でもよい。
【００２３】
パターン投光装置１３は、マイクロレンズアレイ２１中のマイクロレンズ２２から出射されるレーザ光が互いに干渉を起こし、マイクロレンズ２２のピッチと配列に依存した周期的なパターン光を投光するように構成されている。図５及び図６を参照して、パターン投光装置１３によるパターン光の形成について説明する。なお、図５及び図６では、説明を簡略化するため、マイクロレンズアレイ２１は、複数のマイクロレンズ２２が一定のレンズピッチｔで１次元的（直列状）に配列されているものとする。
【００２４】
図５のように、アレイ光源２０の１つの発光素子ＥＬが発したレーザ光の平面波が、マイクロレンズアレイ２１中の１つのマイクロレンズ２２にのみ入射する形態を示している。この場合、入射したレーザ光は、マイクロレンズ２２の曲率や屈折率などによって定められた放射角Θで集光及び発散して、マイクロレンズアレイ２１から出射される。そして、１つの発光素子ＥＬから発したレーザ光は、１つのマイクロレンズ２２のみを透過し、各マイクロレンズ２２から出射されるレーザ光の相互干渉は生じていない。
【００２５】
一方、図６のように、アレイ光源２０の１つの発光素子ＥＬが発したレーザ光の平面波が、マイクロレンズアレイ２１内の複数のマイクロレンズ２２に入射した場合、それぞれのマイクロレンズ２２から放射角Θの光が発散して放射される。ここで、それぞれのマイクロレンズ２２から出射される光は、同一の平面波から作られた光であるため、マイクロレンズ２２を出た後も同じ波面になる。その結果、それぞれのマイクロレンズ２２から出た光が互いに干渉し、下記式（１）及び（１’）に示すような、波長λとマイクロレンズ２２間のピッチｔに依存した角度θで強め合いを起こす。式（１）中のｍは整数である。
【数１】
2020153820.tif 000003
【００２６】
すなわち、少なくとも２つ以上のマイクロレンズ２２に光を入射させた場合、角度θの周期で、ｍ≦Θ／θの数（ｍは整数）のパターン光が発生する。マイクロレンズアレイ２１のマイクロレンズ２２が１次元的に配置されている場合、パターン光も１次元的に配列される。
【００２７】
なお、マイクロレンズアレイ２１に入射する光が、ガウシアンビームのような発散したレーザ光であっても、そのビーム径が十分に大きければ、マイクロレンズアレイ２１中では平面波として認識され、干渉を起こしてパターン光を形成する。
【００２８】
本実施形態のパターン投光装置１３では、図６のようにして、アレイ光源２０中の一の発光素子ＥＬが発したレーザ光を複数のマイクロレンズ２２に入射させることによって、所定の周期性を有するパターン光を投射させている。
【００２９】
なお、１つの発光素子ＥＬから発したレーザ光を複数のマイクロレンズ２２に入射させる場合に、隣り合うマイクロレンズ２２の間から光が透過すること（図７参照）を防ぐ必要がある。マイクロレンズ２２を通らずに透過する光は、上記のような干渉を起こすことなく直進するので、０次の干渉光のみを強めたり、あるいは投光するパターン光のバックグランドノイズとなってパターン光のコントラストを下げたりしてしまう。
【００３０】
その対策として、図８（Ａ）に示すように、複数のマイクロレンズ２２を、互いの間に隙間が無いように隣接配置した構成のマイクロレンズアレイ２１を用いる。あるいは、図８（Ｂ）に示すように、複数のマイクロレンズ２２の間の隙間を、光が透過しない遮光部材２８で塞いだ構造のマイクロレンズアレイ２１を用いてもよい。
【００３１】
先に説明した図６では、マイクロレンズ２２を１次元的に配列した簡略なモデルを示した。図９から図１１は、１つの発光素子ＥＬと、２次元的に配列されたマイクロレンズ２２とによるパターン光の形成を示している。図９から図１１の各形態のマイクロレンズアレイ２１は、個々のマイクロレンズ２２の外形が円形状であり、マイクロレンズ２２の間の隙間を遮光部材（図８（Ｂ）参照）で塞いでいる。
【００３２】
図９に示すマイクロレンズアレイ２１の構成例では、複数のマイクロレンズ２２が、ｘ軸とｙ軸の両方向に一定のピッチｔで正方格子状に配列されている。そして、発光素子ＥＬから放射されたレーザ光Ｑが、マイクロレンズアレイ２１に対して、ｘ軸とｙ軸のそれぞれの方向で少なくとも２つ以上のマイクロレンズ２２を含むビーム径の入射範囲で入射するように設定している。これにより、レーザ光Ｑが入射したそれぞれのマイクロレンズ２２から出た光が、ｘ軸とｙ軸の両方向で互いに干渉を起こして、２次元的なパターン光Ｐを発生する。パターン光Ｐの周期の角度は、上記の式（１’）によって決まる。また、パターン光Ｐの配列は、マイクロレンズアレイ２１のレンズ配列によって決まる、すなわち、図９では、正方格子状に配列されたマイクロレンズ２２に対応して、正方格子状のパターン光Ｐが形成されている。
【００３３】
図１０に示すマイクロレンズアレイ２１の構成例では、複数のマイクロレンズ２２の中心が、同一のレンズピッチｔの辺で構成される連続した正三角形の頂点に位置する配列、すなわち六方充填配置（六方配置）になっている。この場合、ｘ軸とｙ軸のそれぞれの方向で少なくとも２つ以上のマイクロレンズ２２を含む入射範囲で発光素子ＥＬからのレーザ光Ｑを入射させると、マイクロレンズ２２の配列に対応して、六角格子（正三角格子）状のパターン光Ｐが形成される。
【００３４】
図１１に示すマイクロレンズアレイ２１の構成例では、複数のマイクロレンズ２２は、ｘ軸方向に一定のピッチｔｘで配列され、ｙ軸方向に一定のピッチｔｙで配列され、ピッチｔｘとピッチｔｙの値が異なっている（ｔｘ＞ｔｙ）。すなわち、複数のマイクロレンズ２２が正方格子ではない矩形格子状に配列（矩形配置）されている。この場合、ｘ軸とｙ軸のそれぞれの方向で少なくとも２つ以上のマイクロレンズ２２を含む入射範囲で発光素子ＥＬからのレーザ光Ｑを入射させると、マイクロレンズ２２の配列に対応した矩形格子状のパターン光Ｐが形成される。
【００３５】
図６、図９から図１１では、１つの発光素子ＥＬによるパターン光の形成を説明したが、実際のパターン投光装置１３は、アレイ光源２０が、マイクロレンズアレイ２１と平行な発光面上に複数の発光素子ＥＬを備えている。複数の発光素子ＥＬを備えたパターン投光装置１３によるパターン光の形成について、以下に説明する。
【００３６】
アレイ光源２０における複数の発光素子のそれぞれから、複数のマイクロレンズ２２を入射範囲に含むようにマイクロレンズアレイ２１にレーザ光を放射する場合、各発光素子から発するレーザ光を、互いに位相が揃っていないインコヒーレントな（波動が互いに干渉しない）レーザ光にすることで、マイクロレンズアレイ２１から出射されるレーザ光同士が干渉せずに、発光素子ごとに個別のパターン光を生成することができる。
【００３７】
例えば、図１２のようにアレイ光源２０中に２つの発光素子ＥＬ１、ＥＬ２があり、発光素子ＥＬ２が発光素子ＥＬ１に対してｘ軸方向にｘａ、ｙ軸方向にｙａずれた位置にあるものとする。このとき、発光素子ＥＬ１が発するレーザ光Ｑ１と、発光素子ＥＬ２が発するレーザ光Ｑ２を、図１２に示すように部分的に重なるようにしてマイクロレンズアレイ２１の複数のマイクロレンズ２２に入射させると、同じ角度で強め合う光を発生させる。しかし、レーザ光Ｑ１とレーザ光Ｑ２がインコヒーレントな関係にあるため、互いに干渉を起こさない。そのため、発光素子ＥＬ１が発するレーザ光Ｑ１によるパターン光Ｐ１に対して、発光素子ＥＬ１と発光素子ＥＬ２のずれ量（ｘａ、ｙａ）に依存した分だけずれた位置に、発光素子ＥＬ２が発するレーザ光Ｑ２によるパターン光Ｐ２が独立して形成される。すなわち、アレイ光源２０からインコヒーレントな光をマイクロレンズアレイ２１に入射した場合、アレイ光源２０中の光源配置（発光素子の相対的な位置関係）を転写した周期的なパターン光が生成される。
【００３８】
ところで、パターン投光装置１３が投光するパターンは、３次元測定装置１５が第１カメラ２５の画像と第２カメラ２６の画像で対応点の抽出を行う視差探索範囲内で、類似したパターンがないこと、すなわちランダム性を有するパターンであることが求められる。仮に視差探索範囲内での探索の結果、同じパターンが出現すると、どちらが画像上の対応点であるか判断することが出来ず、対応点の認証を誤ってしまうおそれがある。また、３次元測定装置１５が測定を想定している測定距離に対して対象物が前後すると、対象物（照射面）上のパターン光が拡大や縮小される。すると、パターン投光装置１３が投光するパターンにランダム性を持たせていても、パターン光の拡大や縮小によって、３次元測定装置１５で検出するパターンがランダム性を失うことが起こり得る。そのため、パターンが拡大、縮小してもランダム性を維持できるように、周期性とランダム性を兼ね備えたパターンを投光することが望ましい。
【００３９】
図１３は、ランダム性と周期性を兼ね備えたパターン光を生成する形態のパターン投光装置１３を示している。このパターン投光装置１３は、複数の発光素子ＥＬを、ｘ軸、ｙ軸のそれぞれの方向で互いの間隔を不均一にして（不均等な位置関係になるように）配置したアレイ光源２０と、一定のレンズピッチｔで複数のマイクロレンズ２２を配列したマイクロレンズアレイ２１とによって構成されている。各発光素子ＥＬから発したレーザ光Ｑは、ｘ軸とｙ軸の両方向で少なくとも２つのマイクロレンズ２２に入射する。複数の発光素子ＥＬが発するレーザ光Ｑの集まりを、図１３では複合レーザ光ＱＺとして表している。
【００４０】
先に図１２を参照して説明したように、各発光素子が発する光がインコヒーレントなアレイ光源２０を光源として用いた場合、各発光素子の位置に応じて独立した（干渉のない）複数のパターン光を形成することができる。従って、図１３に示すパターン投光装置１３では、アレイ光源２０中の複数の発光素子ＥＬのランダムな配置を転写したパターン光ＰＲが形成される。また、図１３に示すパターン投光装置１３では、アレイ光源２０中の全ての発光素子ＥＬが発するレーザ光Ｑが、マイクロレンズアレイ２１に入射する際に、ｘ軸とｙ軸のそれぞれの方向において２つ以上のマイクロレンズ２２に入射するように、アレイ光源２０とマイクロレンズアレイ２１の位置関係が定められている。これにより、アレイ光源２０中の各発光素子ＥＬが発するレーザ光がマイクロレンズアレイ２１を通ることで干渉光を作る（図６参照）。その結果、図１３に示すようなランダム性と周期性を兼ね備えたパターン光ＰＲを投光することができる。
【００４１】
このようにして、ランダム性と周期性を兼ね備えたパターン光を対象物に投射することにより、均一な光の投射では特徴の検出が難しい対象物であっても、３次元測定装置１５による測定が可能になる。上述の通り、投射するパターン光におけるランダム性とは、３次元測定装置１５の第１カメラ２５と第２カメラ２６において、対応点認識を行うために実施する視差探索範囲内において、類似したパターンが現れないことを意味する。
【００４２】
パターン投光装置１３が投射するパターン光の周期性の長さは、３次元測定装置１５における第１カメラ２５及び第２カメラ２６の視差探索範囲と、対応点抽出を行う際の画素数に依存する。つまり、パターン光の照射領域を各カメラ２５、２６で撮像したときに、イメージセンサの画素の配列方向で、パターンの所定の輝点が繰り返して現れるまでの長さが、パターンの周期の長さとなる。そのため、マイクロレンズアレイ２１におけるマイクロレンズ２２の間のピッチｔを小さくし、複数のマイクロレンズ２２にレーザ光を入射させて生じる干渉光の強め合う角度θを大きくすることで、周期性を長くすることができる。しかし、角度θを大きくすることは、ランダムパターンを投光する領域を大きくすることに相当し、これを実現するためには、アレイ光源２０の面積の大型化と発光点数の増加が必要になる。その結果、アレイ光源２０を製造するためのコスト増大や、アレイ光源２０を駆動するための回路（駆動制御部２３）の大型化などが生じてしまう。
【００４３】
図１３は、マイクロレンズアレイ２１におけるマイクロレンズ２２の配列方向（マイクロレンズ２２が並ぶ配列軸）が、各カメラ２５、２６のイメージセンサの画素配列方向と同じである場合、すなわちｄθ＝０の場合を示している。このとき、パターン光ＰＲにおけるｘ軸方向のパターンの周期は、アレイ光源２０の発光素子ＥＬの配列をそのまま反映したΔＰである。例えば、アレイ光源２０の特定の発光素子ＥＬを基準発光点ＥＬｃとした場合、各カメラ２５、２６でパターン光ＰＲを撮影すると、基準発光点ＥＬｃに対応する輝点が周期ΔＰごとに現れる。
【００４４】
図１４は、アレイ光源２０の面積増大や発光点数の増加を伴わずに、長い周期でランダム性を持つパターン光を形成する方法を示したものである。図１３の形態と図１４の形態は、アレイ光源２０の面積や発光素子ＥＬの数、マイクロレンズアレイ２１のレンズピッチなどは、同条件である。そして、図１４の形態では、マイクロレンズアレイ２１におけるマイクロレンズ２２の配列方向（マイクロレンズ２２が並ぶ配列軸）を、第１カメラ２５及び第２カメラ２６におけるイメージセンサの画素配列方向に対して、角度ｄθ回転させている。また、アレイ光源２０についても、図１３の形態に対して角度ｄθ回転させている。すると、投光されるパターン光ＰＲ’も角度ｄθに依存して回転するため、ｘ軸方向におけるパターン光の周期（基準発光点ＥＬｃに対応する輝点が次に現れるまでの長さ）ΔＰ’が長くなる（ΔＰ’＞ΔＰ）。言い換えれば、パターン光ＰＲ’では、パターン光ＰＲ（図１３）に比して、ランダム性が繰り返される周期が長くなる。このように、干渉による強め合いの角度θが小さい場合でも、アレイ光源２０の大面積化を行うことなく、長い周期でランダムなパターン光を投光することが可能になる。
【００４５】
なお、図１４の例では、イメージセンサの画素配列方向に対して、アレイ光源２０とマイクロレンズアレイ２１の両方を角度ｄθ傾けて配置しているが、アレイ光源２０を回転させずに、マイクロレンズアレイ２１におけるマイクロレンズ２２の配列方向のみを角度ｄθ傾けることも可能である。この場合も、イメージセンサの画素配列方向において、パターンの周期を長くさせる効果が得られる。
【００４６】
パターン投光装置１３が投光するパターン光は、複数の発光点（発光素子ＥＬ）の配置をランダムにすることに加えて、光強度に差をつけることによってランダム性を向上させることができる。パターン光の光強度の値が２値だけの場合、表現できるパターンが限られて、３次元測定装置１５による対応点探索の際に誤った点を検出してしまう可能性がある。このような場合に、３値以上の光強度でパターン光を投光することで、対応点の認識率を向上させることができる。
【００４７】
図１５は、アレイ光源２０において、各発光素子ＥＬを一定強度で発光させた場合と、強度差をつけて発光させた場合との比較を示している。図１５（Ａ）は、パターン光中の１周期Ｐｎを取り出したものであり、当該周期Ｐｎ内の所定の断面Ｋ−Ｋ’における光の強度分布を図１５（Ｂ）と図１５（Ｃ）に示す。パターン内の最大強度と最小強度を基準に量子化を行い、等間隔に３等分した輝度のグループに分ける。そして３次元測定装置１５における第１カメラ２５及び第２カメラ２６のイメージセンサ上で、画素ごとに、いずれの輝度グループに該当しているかを判定する。
【００４８】
図１５（Ｂ）は、アレイ光源２０に含まれる各発光素子ＥＬを同一の発光量に制御した場合を示している。この場合、発生するパターン中の輝点の強度も同一となり、パターン光の強度は「０」と「２」の２値で表現される。
【００４９】
図１５（Ｃ）は、アレイ光源２０に含まれる各発光素子ＥＬの発光量に差をつけるように制御した場合を示している。この場合、投影されるパターン光の光強度に差が現れ、「０」と「２」だけではなく、その間の中間値を含む３値以上の強度分布が作られる。その結果、パターン光のランダム性を向上させ、２つのカメラ２５、２６による対応点の認識率を向上させることが可能となる。
【００５０】
図１６から図１９を参照して、アレイ光源２０においてパターン光の強度に差をつける方法を説明する。図１６と図１７は、個々の発光素子の発光量や発光面積に差を持たせる形態であり、図１８と図１９は、複数の発光素子から発する光を重ねることで強度を異ならせる形態である。
【００５１】
図１６は、アレイ光源２０中の発光素子ＥＬに電流供給する電極を、少なくとも２つ以上の電極パターンで構成した例である。図１６（Ａ）に示すように、アレイ光源２０において３つの独立した電極パターンＦ１、Ｆ２、Ｆ３を形成している。図１６（Ｂ）は、発光面積が同じ発光素子ＥＬにおける、注入電流量Ｉに対する発光量Ｊの関係を示したグラフである。注入電流量Ｉが飽和点に達するまでは、発光量Ｊが線形的に増加する。そして、電極パターンＦ１では注入電流量Ｉ１、電極パターンＦ２では注入電流量Ｉ２、電極パターンＦ３では注入電流量Ｉ３として、１つの発光素子ＥＬへの注入電流量を異ならせることで、電極パターンで分類される発光素子ＥＬごとに異なる発光量Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３で発光させることができる。その結果、４段階の発光量（０、Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３）に対応した４値で表現されるパターン光の投光を実現できる。
【００５２】
図１７は、アレイ光源２０の発光素子ＥＬが、少なくとも２種類以上の異なる発光面積を有している例である。図１７（Ａ）に示すように、アレイ光源２０上に設けられる複数の発光素子ＥＬが、面積小（ＥＬ-ｅ１）、面積中（ＥＬ-ｅ２）、面積大（ＥＬ-ｅ３）という、発光面積が異なる３種類に分けられている。
【００５３】
図１７（Ｂ）に示すように、発光素子ＥＬの発光面積が大きくなるにつれて、レーザ光を発振させるために必要な注入電流量が増加する傾向になる。そのため、各発光素子ＥＬへの注入電流量Ｉを一定にすると、面積小の発光素子ＥＬ-ｅ１の発光量Ｊ１、面積中の発光素子ＥＬ-ｅ２の発光量Ｊ２、面積大の発光素子ＥＬ-ｅ３の発光量Ｊ３は、Ｊ２＞Ｊ１＞Ｊ３の順になる。その結果、４段階の発光量（０、Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３）に対応した４値で表現されるパターン光の投光を実現できる。なお、発光素子としてＶＣＳＥＬを用いる場合、一例として、２０μｍ２〜５００μｍ２の間で発光面積を選択することが好ましい。
【００５４】
図１６と図１７の例では、発光素子ＥＬへの注入電流量や発光素子ＥＬの発光面積を３段階に異ならせているが、これらの値を、２段階、あるいは４段階以上に異ならせることも可能である。
【００５５】
図１８は、パターン光内に周期的に並ぶ特定の点の輝度を高くするため、アレイ光源２０において、発光素子ｎからｘ軸方向とｙ軸方向の少なくとも一方に所定量（Δｘ）シフトさせた位置に、対応する発光素子ｎ’を配置した例を示している。発光素子ｎと発光素子ｎ’はインコヒーレントなレーザ光を発する。先に図１２を参照して説明したように、アレイ光源２０の各発光素子が発する光がインコヒーレントな場合、互いに干渉することなく、発光素子のシフト量に依存してパターン光もずれることになる。
【００５６】
従って、図１８（Ｂ）に示すように、発光素子ｎのｍ次の干渉光と発光素子ｎ’のｍ−１次干渉光を重ねることによって、強度の重ね合わせが生じた部分でパターン光の輝度を高める（２倍にする）ことができる。一方、発光素子ｎ、ｎ’以外の位置にある各発光素子ＥＬから発した光は、上記のような干渉光の重ね合わせを生じない。すなわち、複数の発光素子ｎ、ｎ’から発せられた光を重ね合わせた第１の強度の光と、単一の発光素子ＥＬから発せられた第２の強度の光が発生する。
【００５７】
具体的には、投光距離がＬ、マイクロレンズアレイ２１のレンズピッチがｔ、発光素子が発振する光の波長がλであるとして、発光素子同士の干渉光を重ねるためには、発光素子を、マイクロレンズアレイ２１のレンズ配列軸と平行な方向や垂直な方向（ｘ軸方向とｙ軸方向のどちらか一方、あるいは両方向）に、下記式（２）を満たすΔｘだけずらした位置に配置するとよい。
【数２】
2020153820.tif 000004
【００５８】
図１８では、干渉光を重ねる関係にある（すなわち、間隔Δｘをおいて配置される）発光素子ｎと発光素子ｎ’を、アレイ光源２０の四隅にのみ配置した場合を示している。これに対して図１９（Ａ）は、アレイ光源２０中の四隅に限らない任意の位置で、複数の発光素子が、干渉光の重ね合わせが生じる間隔Δｘで配置されている場合を示している。図１９（Ａ）中に白抜きで示しているのが、干渉光の重ね合わせが生じる配置の発光素子ＥＬｗであり、黒塗りで示しているのが、干渉光の重ね合わせが生じない配置の発光素子ＥＬｖである。
【００５９】
図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）のアレイ光源２０を用いて、マイクロレンズアレイ２１を通して周期性を持たせて投光したパターン光ＰＲを示している。図１９（Ｂ）中に白抜きで示しているのが、干渉光の重ね合わせが生じる発光素子ＥＬｗに対応した輝点であり、黒塗りで示しているのが、干渉光の重ね合わせが生じない発光素子ＥＬｖに対応した輝点である。図１９（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ２１のレンズ配列に応じたパターンの周期性、アレイ光源２０の発光素子配置に応じたパターンのランダム性に加えて、パターン中の光強度にも差がつけられており、３次元測定装置１５での対応点の認識率を大幅に向上させることができる。
【００６０】
アレイ光源２０が発するパターン光の強度に差をつける方法として、個々の発光素子の発光量や発光面積に差を持たせる方法（図１６、図１７）と、複数の発光素子から発する光を重ねて強度を高める方法（図１８、図１９）を併用することも可能である。
【００６１】
以上のように、本発明を適用したパターン投光装置１３では、アレイ光源２０中の個々の発光素子が発するレーザ光を、マイクロレンズアレイ２１の複数のマイクロレンズ２２に入射させるという簡単な構成によって、周期性やランダム性のある複雑なパターン光を対象物に照射することができる。これにより、パターン投光装置１３を用いる計測装置１１における計測（検出）精度、計測装置１１を搭載した物体認識装置１０における物体認識精度が向上する。
【００６２】
以上に説明したパターン投光装置１３を各種電子機器に用いた適用例を、図２０から図２４を参照して説明する。これらの適用例における検出装置５０は、図１に示す物体認識装置１０のうち計測装置１１の部分に対応するものである。検出装置５０では、図１に示す３次元測定装置１５と演算処理部１６と測定制御部１７が、パターン投光装置１３から発せられて対象物で反射された光を検出する検出部である。なお、図２０から図２４では、検出装置５０が備える判断部などの機能ブロックを、作図の都合上、検出装置５０の外側に記載している。
【００６３】
図２０は、可動機器の動作制御に検出装置５０を使用した適用例を示す。可動機器である多関節アーム５１は、屈曲可能なジョイントで接続された複数のアームを有し、先端にハンド部５２を備えている。多関節アーム５１は、例えば工場の組み立てラインなどで用いられ、対象物５３の検査、搬送、組み付けの際に、ハンド部５２によって対象物５３を把持する。
【００６４】
多関節アーム５１におけるハンド部５２の直近に検出装置５０が搭載されている。検出装置５０は、パターン投光装置１３からの光の投射方向がハンド部５２の向く方向に一致するように設けられており、対象物５３及びその周辺領域を検出対象とする。検出装置５０は、対象物５３を含む照射領域からの反射光を３次元測定装置１５で受光して撮像を行い、画像データを生成する。そして、得られた画像情報に基づいて、判断部５４が対象物５３に関する各種情報を判断する。具体的には、検出装置５０を用いて検出される情報は、対象物５３までの距離、対象物５３の形状、対象物５３の位置、複数の対象物５３が存在する場合の互いの位置関係などである。そして、判断部５４での判断結果に基づいて、駆動制御部５５が多関節アーム５１及びハンド部５２の動作を制御して、対象物５３の把持や移動などを行わせる。
【００６５】
図２０の適用例では、３次元測定装置１５における複数のカメラ（第１カメラ２５及び第２カメラ２６）で対応点を認識しやすい（周期性とランダム性を兼ね備えた）パターン光を投射可能な検出装置５０（パターン投光装置１３）を用いることによって、対象物５３の高精度な３次元情報を得ることができる。また、多関節アーム５１（特に、ハンド部５２の直近）に検出装置５０を搭載することによって、把持の対象物である対象物５３を近距離から検出することができ、多関節アーム５１から離れた位置に配した検出装置による遠方からの検出と比較して、検出精度や認識精度の向上を図ることができる。
【００６６】
図２１は、電子機器の使用者認証に検出装置５０を使用した適用例を示す。電子機器である携帯情報端末６０は、使用者の認証機能を備えている。認証機能は、専用のハードウェアによって実現してもよいし、携帯情報端末６０を制御するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）がＲＯＭ（Read  Only  Memory）などのプログラムを実行することにより実現してもよい。
【００６７】
使用者の認証を行う際には、携帯情報端末６０に搭載した検出装置５０のパターン投光装置１３から、携帯情報端末６０を使用する使用者６１へ向けてパターン光が投射される。使用者６１及びその周囲で反射された光が、検出装置５０の３次元測定装置１５で受光されて撮像が行われる。検出装置５０により使用者６１を撮像した画像情報と、予め登録された使用者情報との一致度を、判断部６２が判断して、登録済みの使用者であるか否かを判定する。すなわち、判断部６２は、図１に示す物体認識装置１０の物体認識部１２における物体登録部３０、物体記憶部３１、物体照合部３２を包括した機能を有する。検出装置５０で使用者情報として検出する具体的な部位は、使用者６１の顔、耳、頭部などの形状（輪郭や凹凸）である。
【００６８】
図２１の適用例では、３次元測定装置１５における複数のカメラ（第１カメラ２５及び第２カメラ２６）で対応点を認識しやすいパターン光を投射可能な検出装置５０（パターン投光装置１３）を用いることによって、使用者６１に関する高精度な３次元情報を得ることができる。特に、パターン投光装置１３から発するパターン光を用いることで、使用者６１の顔などのうち凹凸が少なくコントラストの低い箇所についても確実に３次元情報を得ることができるので、使用者を認識するための情報量を多くさせる効果が得られ、認識精度の向上を実現できる。
【００６９】
図２１は検出装置５０を携帯情報端末６０に搭載した例であるが、検出装置５０を用いた使用者認証を、据え置き式のパーソナルコンピュータ、プリンタなどのＯＡ機器、建物のセキュリティシステムなどに利用することも可能である。また、機能面では、個人の認証機能に限らず、顔などの立体形状のスキャニングに用いることも可能である。この場合も、上記のパターン光を照射する検出装置５０（パターン投光装置１３）の搭載によって、高精度なスキャニングを実現できる。
【００７０】
図２２は、自動車などの移動体における運転支援システムに検出装置５０を使用した適用例を示す。自動車６４は、減速や操舵などの運転動作の一部を自動的に行うことが可能な運転支援機能を備えている。運転支援機能は、専用のハードウェアによって実現してもよいし、自動車６４の電装系を制御するＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）がＲＯＭなどのプログラムを実行することにより実現してもよい。
【００７１】
自動車６４の車内に搭載した検出装置５０のパターン投光装置１３から、自動車６４を運転する運転者６５へ向けて光が投射される。運転者６５及びその周囲で反射された光が検出装置５０の３次元測定装置１５で受光されて撮像が行われる。判断部６６が、運転者６５を撮像した画像情報に基づいて、運転者６５の顔（表情）や姿勢などの情報を判断する。そして、判断部６６の判断結果に基づいて、運転制御部６７がブレーキや操舵輪を制御して、運転者６５の状況に応じた適切な運転支援を行う。例えば、脇見運転や居眠り運転を検出したときの自動減速や自動停止などの制御を行うことができる。
【００７２】
図２２の適用例では、３次元測定装置１５における複数のカメラ（第１カメラ２５及び第２カメラ２６）で対応点を認識しやすいパターン光を投射可能な検出装置５０（パターン投光装置１３）を用いることによって、運転者６５に関する高精度な３次元情報を得ることができる。特に、上記のパターン光の投光によって、運転者６５の状態についてより多くの情報が得られるようになるため、運転支援の精度向上を実現できる。
【００７３】
図２２は検出装置５０を自動車６４に搭載した例であるが、自動車以外の移動体として、電車や航空機などに適用することも可能である。また、検出の対象として、移動体の運転者や操縦者の顔や姿勢の検出以外に、客席における乗客の状態や、客席以外の車内の状態の検出に用いることも可能である。また、機能面では、図２１の適用例と同様にして、運転者の個人認証に用いることも可能である。例えば、検出装置５０を用いて運転者６５を検出して、予め登録された運転者情報と合致した場合にのみ、エンジンの始動を許可したり、ドアロックの施錠や解錠を許可したりするという制御が可能である。
【００７４】
図２３は、移動体における自律走行システムに検出装置５０を使用した適用例を示す。図２２の適用例とは異なり、図２３の適用例では、移動体７０の外部にある対象物のセンシングに検出装置５０を用いている。移動体７０は、外部の状況を認識しながら自動で走行することが可能な自律走行型の移動体である。
【００７５】
移動体７０に検出装置５０が搭載されており、検出装置５０は移動体７０の進行方向及びその周辺領域に向けてパターン投光装置１３から光を照射する。移動体７０の移動エリアである室内７１において、移動体７０の進行方向に机７２が設置されている。移動体７０に搭載した検出装置５０のパターン投光装置１３から投射された光のうち、机７２及びその周囲で反射された光が、検出装置５０の３次元測定装置１５で受光されて撮像される。そして、撮像された画像情報などに基づいて、机７２との距離や机７２の位置、机７２以外の周辺状況など、室内７１のレイアウトに関する情報を算出する。この算出された情報に基づいて、移動体７０の移動経路や移動速度などを判断部７３が判断し、判断部７３の判断結果に基づいて、運転制御部７４が移動体７０の走行（駆動源であるモータの動作など）を制御する。
【００７６】
図２３の適用例では、３次元測定装置１５における複数のカメラ（第１カメラ２５及び第２カメラ２６）で対応点を認識しやすいパターン光を投射可能な検出装置５０（パターン投光装置１３）を用いることによって、室内７１に関する高精度な３次元情報を得ることができる。特に、上記のパターン光の投光によって、室内７１でコントラストの低い箇所についても確実に３次元情報を得ることができるので、移動体７０の自律走行の精度向上を実現できる。
【００７７】
図２３は、室内７１で走行する自律走行型の移動体７０に検出装置５０を搭載した例であるが、屋外で走行する自律走行型の車両（いわゆる自動運転車両）に適用することもできる。また、自律走行型ではなく、運転者が運転を行う自動車などの移動体における運転支援システムに適用することも可能である。この場合、検出装置５０を用いて移動体の周辺状況を検出して、検出された周辺状況に応じて、運転者の運転を支援することができる。
【００７８】
図２４は、造形装置である３Ｄプリンタ８０に検出装置５０を使用した適用例を示す。３Ｄプリンタ８０のヘッド部８１にはノズル８２が設けられており、ノズル８２から造形液を吐出して造形物８３を形成する。検出装置５０は、ヘッド部８１に搭載されており、造形物８３の形成中に、造形物８３及びその周辺に向けて３次元測定装置１５からパターン光を照射する。そして、造形物８３を含む照射領域からの反射光を３次元測定装置１５で受光して撮像を行い、画像データを生成する。得られた画像情報に基づいて、判断部８４が造形物８３に関する各種情報（造形物８３の形成状態）を判断する。この判断結果に基づいて、３Ｄプリンタ８０の動作制御部８５が、ヘッド部８１の移動や、ノズル８２からの造形液の吐出を制御する。
【００７９】
図２４の適用例では、３次元測定装置１５における複数のカメラ（第１カメラ２５及び第２カメラ２６）で対応点を認識しやすいパターン光を投射可能な検出装置５０（パターン投光装置１３）を用いることによって、形成作業の進行中に造形物８３に関する高精度な３次元情報を得ることができる。特に、上記のパターン光の投光によって、造形物８３のうちコントラストの低い箇所についても確実に３次元情報を得ることができるので、高精度に造形物８３を形成できる。なお、図２４では、検出装置５０を３Ｄプリンタ８０のヘッド部８１に搭載しているが、３Ｄプリンタ８０の他の位置に検出装置５０を搭載することも可能である。
【００８０】
以上、図示実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨内における変更や改良が可能である。
【００８１】
上記実施形態では、アレイ光源２０の発光素子としてＶＣＳＥＬを用いているが、ＶＣＳＥＬ以外に、端面発光レーザなどを用いることも可能である。ＶＣＳＥＬは、発光領域の二次元化の容易さや、複数の発光領域の配置の自由度の高さといった点で有利であるが、ＶＣＳＥＬ以外の光源を用いた場合でも、複数の発光素子の配置関係や、各発光素子とマイクロレンズアレイの位置関係などの設定によって、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０      ：物体認識装置
１１      ：計測装置
１２      ：物体認識部
１３      ：パターン投光装置（光学装置）
１５      ：３次元測定装置
１６      ：演算処理部
１７      ：測定制御部
２０      ：アレイ光源
２１      ：マイクロレンズアレイ（レンズアレイ）
２２      ：マイクロレンズ（レンズ）
２３      ：駆動制御部
２５      ：第１カメラ（撮像部）
２６      ：第２カメラ（撮像部）
２７      ：撮像制御部
２８      ：遮光部材
５０      ：検出装置
５１      ：多関節アーム
６０      ：携帯情報端末
６４      ：自動車
７０      ：移動体
８０      ：３Ｄプリンタ
ＥＬ      ：発光素子
ＥＬ１    ：発光素子
ＥＬ２    ：発光素子
ＥＬｖ    ：発光素子
ＥＬｗ    ：発光素子
Ｐ        ：パターン光
Ｐ１      ：パターン光
Ｐ２      ：パターン光
ＰＲ      ：パターン光
ＰＲ'    ：パターン光
Ｑ        ：レーザ光
Ｑ１      ：レーザ光
Ｑ２      ：レーザ光
【図１】
2020153820.tif 000006
【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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【図８】
2020153820.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2020153820.tif 000020
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2020153820.tif 000023
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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