(57)【要約】【課題】検出効率を高めることが可能な情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を提供する。【解決手段】情報取得装置１は、波長８３０ｎｍ程度のレーザ光を出射するレーザ光源１１１と、コリメータレンズ１１２と、立ち上げミラー１１３と、ＤＯＥ１１４とを備えている。コリメータレンズ１１２の光軸がレーザ光源１１１の光軸からＺ軸負方向にずれるように、コリメータレンズ１１２が配置される。これにより、ＤＯＥ１１４から出射される回折光（ＤＯＥ）の方向が、Ｚ軸方向からＸ軸方向に傾く。これにより、ドットパターンの回折光の照射領域が受光光学系１２の撮像領域に近づき、照射領域と撮像領域の重なり量が大きくなる。【選択図】図７
2014102073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置において、
前記目標領域に所定のドットパターンの光を投射する投射光学系と、
前記投射光学系に対して所定の距離だけ横方向に離れて並ぶように配置され、前記目標領域を撮像する受光光学系と、
前記投射光学系による前記光の投射領域を、当該投射光学系の正面から前記受光光学系側に変位させる投射変位手段と、を有する、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の情報取得装置において、
前記投射光学系は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズとを備え、
前記投射変位手段は、前記レーザ光源の光軸と前記コリメータレンズの光軸とが互いにずれるように、前記レーザ光源の光軸と前記コリメータレンズとを配置する構成を含む、ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項３】
請求項１に記載の情報取得装置において、
前記投射変位手段は、前記投射光学系の設置面を、前記受光光学系の設置面に平行な状態から前記受光光学系側に傾ける構成を含む、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項４】
請求項１に記載の情報取得装置において、
前記投射光学系は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、前記コリメータレンズによって平行光に変換された前記レーザ光を回折によりドットパターンの光に変換する回折光学素子を備え、
前記投射変位手段は、前記回折光学素子による回折作用を調整する構成を含む、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項５】
光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置において、
前記目標領域に所定のドットパターンの光を投射する投射光学系と、
前記投射光学系の設置面に平行な方向に前記投射光学系から所定の距離だけ離れて配置され、前記目標領域を撮像する受光光学系と、
前記受光光学系による撮像領域を、当該受光光学系の正面から前記投射光学系側に変位させる受光変位手段と、を有する、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項６】
請求項５に記載の情報取得装置において、
前記受光光学系は、撮像素子と、前記目標領域からの光を前記撮像素子に集光する集光レンズとを備え、
前記受光変位手段は、前記集光レンズの光軸が前記撮像素子の受光領域の中心から前記投射光学系側にずれるように、前記集光レンズと前記撮像素子を配置する構成を含む、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項７】
請求項５に記載の情報取得装置において、
前記投射変位手段は、前記受光光学系の設置面を、前記投射光学系の設置面に平行な状態から前記投射光学系側に傾ける構成を含む、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項に記載の情報取得装置を有する物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標領域に光を投射したときの反射光の状態に基づいて目標領域内の物体を検出する物体検出装置およびこれに用いて好適な情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を用いた物体検出装置が種々の分野で開発されている。いわゆる距離画像センサを用いた物体検出装置では、２次元平面上の平面的な画像のみならず、検出対象物体の奥行き方向の形状や動きを検出することができる。かかる物体検出装置では、レーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）から、予め決められた波長帯域の光が目標領域に投射され、その反射光がＣＭＯＳイメージセンサ等の受光素子により受光（撮像）される。距離画像センサとして、種々のタイプのものが知られている。
【０００３】
所定のドットパターンを持つレーザ光を目標領域に照射するタイプの距離画像センサでは、各ドット位置におけるレーザ光の目標領域からの反射光が受光素子によって受光される。そして、各ドット位置のレーザ光の受光素子上の受光位置に基づいて、三角測量法を用いて、検出対象物体の各部（検出対象物体上の各ドット位置）までの距離が検出される（たとえば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記物体検出装置では、投射光学系と受光光学系が、光の投射方向に垂直な方向に所定距離だけに互いに離れるように設置される。このため、目標領域では、投射光学系から光が投射された領域と、受光光学系によって撮像可能な領域とが互いに重ならない不使用領域が生じる。かかる不使用領域のため、従来の物体検出装置では、物体の検出効率が低下するとの問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、検出効率を高めることが可能な情報取得装置およびこれを搭載する物体検出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】
【０００７】
本発明の第１の態様は、光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置に関する。本態様に係る情報取得装置は、前記目標領域に所定のドットパターンの光を投射する投射光学系と、前記投射光学系に対して所定の距離だけ横方向に離れて並ぶように配置され、前記目標領域を撮像する受光光学系と、前記投射光学系による前記光の投射領域を、当該投射光学系の正面から前記受光光学系側に変位させる投射変位手段と、を有する。
本発明の第２の態様は、光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置に関する。本態様に係る情報取得装置は、前記目標領域に所定のドットパターンの光を投射する投射光学系と、前記投射光学系の設置面に平行な方向に前記投射光学系から所定の距離だけ離れて配置され、前記目標領域を撮像する受光光学系と、前記受光光学系による撮像領域を、当該受光光学系の正面から前記投射光学系側に変位させる受光変位手段と、を有する。
【０００８】
本発明の第３の態様は、物体検出装置に関する。この態様に係る物体検出装置は、上記第１および第２の態様に係る情報取得装置を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、検出効率を高めることが可能な情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を提供することができる。
【００１０】
本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る物体検出装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る情報取得装置と情報処理装置の構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係る目標領域に対するレーザ光の照射状態とイメージセンサ上のレーザ光の受光状態を示す図である。
【図４】実施の形態に係る投射光学系と受光光学系の外観を示す斜視図である。
【図５】比較例に係る投射光学系と受光光学系の構成を示す側面図、ＤＯＥを透過したレーザ光の状態を模式的に示す図、目標領域におけるドットパターンの投射状態を模式的に示す図である。
【図６】比較例に係るレーザの照射範囲とＣＭＯＳイメージセンサの受光範囲（撮像範囲）を模式的に示す図である。
【図７】実施例１に係る投射光学系と受光光学系の構成を示す側面図、ＤＯＥを透過したレーザ光の状態を模式的に示す図、目標領域におけるドットパターンの投射状態を模式的に示す図である。
【図８】実施例１に係るレーザの照射範囲とＣＭＯＳイメージセンサの受光範囲（撮像範囲）を模式的に示す図、実施例２に係る投射光学系の構成を示す側面図、実施例２に係るＤＯＥを透過したレーザ光の状態を模式的に示す図である。
【図９】実施例３に係る投射光学系の構成を示す側面図、実施例３に係るＤＯＥを透過したレーザ光の状態を模式的に示す図、実施例３に係るレーザの照射範囲とＣＭＯＳイメージセンサの受光範囲（撮像範囲）を模式的に示す図である。
【図１０】実施例４に係る投射光学系と受光光学系の構成を示す側面図、実施例４に係る撮像レンズの作用を模式的に示す図、実施例４に係るレーザの照射範囲とＣＭＯＳイメージセンサの受光範囲（撮像範囲）を模式的に示す図である。
【図１１】実施例４に係る投射光学系と受光光学系の構成を示す側面図、実施例４に係るレーザの照射範囲とＣＭＯＳイメージセンサの受光範囲（撮像範囲）を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。本実施の形態には、所定のドットパターンを持つレーザ光を目標領域に照射するタイプの情報取得装置が例示されている。
【００１３】
まず、図１に本実施の形態に係る物体検出装置の概略構成を示す。図示の如く、物体検出装置は、情報取得装置１と、情報処理装置２とを備えている。テレビ３は、情報処理装置２からの信号によって制御される。
【００１４】
情報取得装置１は、目標領域全体に赤外光を投射し、その反射光をＣＭＯＳイメージセンサにて受光することにより、目標領域にある物体各部の距離（以下、「３次元距離情報」という）を取得する。取得された３次元距離情報は、ケーブル４を介して情報処理装置
２に送られる。
【００１５】
情報処理装置２は、たとえば、テレビ制御用のコントローラやゲーム機、パーソナルコンピュータ等である。情報処理装置２は、情報取得装置１から受信した３次元距離情報に基づき、目標領域における物体を検出し、検出結果に基づきテレビ３を制御する。
【００１６】
たとえば、情報処理装置２は、受信した３次元距離情報に基づき人を検出するとともに、３次元距離情報の変化から、その人の動きを検出する。たとえば、情報処理装置２がテレビ制御用のコントローラである場合、情報処理装置２には、受信した３次元距離情報からその人のジャスチャーを検出するとともに、ジェスチャに応じてテレビ３に制御信号を出力するアプリケーションプログラムがインストールされている。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定のジェスチャをすることにより、チャンネル切り替えやボリュームのＵｐ／Ｄｏｗｎ等、所定の機能をテレビ３に実行させることができる。
【００１７】
また、たとえば、情報処理装置２がゲーム機である場合、情報処理装置２には、受信した３次元距離情報からその人の動きを検出するとともに、検出した動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させ、ゲームの対戦状況を変化させるアプリケーションプログラムがインストールされている。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定の動きをすることにより、自身がテレビ画面上のキャラクタとしてゲームの対戦を行う臨場感を味わうことができる。
【００１８】
図２は、情報取得装置１と情報処理装置２の構成を示す図である。
【００１９】
情報取得装置１は、光学部の構成として、投射光学系１１と受光光学系１２とを備えている。この他、情報取得装置１は、回路部の構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、レーザ駆動回路２２と、撮像信号処理回路２３と、入出力回路２４と、メ
モリ２５を備えている。
【００２０】
投射光学系１１は、所定のドットパターンのレーザ光を、目標領域に照射する。受光光学系１２は、目標領域から反射されたレーザ光を受光する。投写光学系１１と受光光学系１２の構成は、追って、図５を参照して説明する。
【００２１】
ＣＰＵ２１は、メモリ２５に格納された制御プログラムに従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ２１には、投射光学系１１内のレーザ光源１１１（後述）を制御するためのレーザ制御部２１ａと、３次元距離情報を生成するための３次元距離演算部２１ｂの機能が付与される。
【００２２】
レーザ駆動回路２２は、ＣＰＵ２１からの制御信号に応じてレーザ光源１１１（後述）を駆動する。撮像信号処理回路２３は、受光光学系１２内のＣＭＯＳイメージセンサ１２３（後述）を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３で生成された各画素の信号（電荷）をライン毎に順次取り込む。そして、取り込んだ信号を順次ＣＰＵ２１に出力する。
【００２３】
ＣＰＵ２１は、撮像信号処理回路２３から供給される信号（撮像信号）をもとに、情報取得装置１から検出対象物の各部までの距離を、３次元距離演算部２１ｂによる処理によって算出する。入出力回路２４は、情報処理装置２とのデータ通信を制御する。
【００２４】
情報処理装置２は、ＣＰＵ３１と、入出力回路３２と、メモリ３３を備えている。なお、情報処理装置２には、同図に示す構成の他、テレビ３との通信を行うための構成や、ＣＤ−ＲＯＭ等の外部メモリに格納された情報を読み取ってメモリ３３にインストールするためのドライブ装置等が配されるが、便宜上、これら周辺回路の構成は図示省略されてい
る。
【００２５】
ＣＰＵ３１は、メモリ３３に格納された制御プログラム（アプリケーションプログラム）に従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ３１には、画像中の物体を検出するための物体検出部３１ａの機能が付与される。かかる制御プログラムは、たとえば、図示しないドライブ装置によってＣＤ−ＲＯＭから読み取られ、メモリ３３にインストールされる。
【００２６】
たとえば、制御プログラムがゲームプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動きを検出する。そして、検出された動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させるための処理が制御プログラムにより実行される。
【００２７】
また、制御プログラムがテレビ３の機能を制御するためのプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動き（ジェスチャ）を検出する。そして、検出された動き（ジェスチャ）に応じて、テレビ３の機能（チャンネル切り替えやボリューム調整、等）を制御するための処理が制御プログラムにより実行される。
【００２８】
入出力回路３２は、情報取得装置１とのデータ通信を制御する。
【００２９】
図３（ａ）は、目標領域に対するレーザ光の照射状態を模式的に示す図、図３（ｂ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３におけるレーザ光の受光状態を模式的に示す図である。なお、同図（ｂ）には、便宜上、目標領域に平坦な面（スクリーン）が存在するときの受光状態が示されている。
【００３０】
同図（ａ）に示すように、投射光学系１１からは、ドットパターンを持ったレーザ光（以下、このパターンを持つレーザ光の全体を「ＤＭＰ光」という）が、目標領域に向けて照射される。同図（ａ）には、ＤＭＰ光の投射領域が破線の枠によって示されている。ＤＭＰ光内の各ドットは、投射光学系１１内の回折光学素子による回折作用によってレーザ光の強度が点在的に高められた領域を模式的に示している。ＤＭＰ光の光束中には、レーザ光の強度が高められた領域が、所定のドットパターンに従って点在している。
【００３１】
目標領域に平坦な面（スクリーン）が存在すると、これにより反射されたＤＭＰ光の各ドット位置の光は、同図（ｂ）のように、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３上で分布する。たとえば、目標領域上におけるＰ０のドット位置の光は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３上では、Ｐｐのドット位置の光に対応する。
【００３２】
上記３次元距離演算部２１ｂでは、各ドットに対応する光がＣＭＯＳイメージセンサ１２３上のどの位置に入射したかが検出され、その受光位置から、三角測量法に基づいて、検出対象物体の各部（ドットパターン上の各ドット位置）までの距離が検出される。かかる検出手法の詳細は、たとえば、上記非特許文献１（第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０）に示されている。
【００３３】
図４は、投射光学系１１と受光光学系１２の設置状態を示す斜視図である。
【００３４】
投射光学系１１と受光光学系１２は、熱伝導性の高いベースプレート３００上に設置される。投射光学系１１を構成する光学部材は、シャーシ１１ａに設置され、このシャーシ１１ａがベースプレート３００の設置面Ｐ１に設置される。これにより、投射光学系１１がベースプレート３００上の設置面Ｐ１に設置される。
【００３５】
受光光学系１２は、ベースレート３００上の２つの台座３００ａの上面（設置面Ｐ２）と、２つの台座３００ａの間のベースプレート３００の上面（設置面Ｐ２）に設置される。２つの台座３００ａの間のベースプレート３００の上面（設置面Ｐ２）には、後述するＣＭＯＳイメージセンサ１２３が設置され、台座３００ａの上面（設置面Ｐ２）には、後述するフィルタ１２１および撮像レンズ１２２を保持する保持板１２ａが設置される。撮像レンズ１２２は、保持板１２ａに装着されたレンズホルダ１２ｂに保持され、レンズホルダ１２ｂの前部にフィルタ１２１が装着される。
【００３６】
投射光学系１１と受光光学系１２は、Ｘ軸方向に所定の距離をもって並んでいる。投射光学系１１と受光光学系１２との間のスペースＳに、回路基板（後述）が設置される。
【００３７】
＜比較例＞
図５（ａ）は、比較例に係る投射光学系１１と受光光学系１２の構成を模式的に示す図である。本比較例では、投射光学系１１と受光光学系１２の設置面Ｐ１、Ｐ２は、ともにＸ−Ｙ平面に平行であり、投射光学系１１と受光光学系１２の正面方向はＺ軸方向である。なお、便宜上、図５（ａ）では、設置面Ｐ２が一つの面として模式的に示されている。
【００３８】
投射光学系１１は、レーザ光源１１１と、コリメータレンズ１１２と、立ち上げミラー１１３と、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１１４を備えている
。また、受光光学系１２は、フィルタ１２１と、撮像レンズ１２２と、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３とを備えている。
【００３９】
レーザ光源１１１は、波長８３０ｎｍ程度の狭波長帯域のレーザ光を出力する。レーザ光源１１１は、レーザ光の光軸がＸ軸に平行となるように設置される。コリメータレンズ１１２は、レーザ光源１１１から出射されたレーザ光を略平行光に変換する。コリメータレンズ１１２は、自身の光軸がレーザ光源１１１から出射されたレーザ光の光軸に整合するように設置される。立ち上げミラー１１３は、コリメータレンズ１１２側から入射されたレーザ光を反射する。レーザ光の光軸は、立ち上げミラー１１３によって９０°折り曲げられてＺ軸に平行となる。
【００４０】
ＤＯＥ１１４は、入射面に回折パターンを有する。回折パターンは、たとえば、ステップ型のホログラムにより構成される。この回折パターンによる回折作用により、立ち上げミラー１１３により反射されＤＯＥ１１４に入射したレーザ光は、ドットパターンのレーザ光に変換されて、目標領域に照射される。回折パターンは、目標領域において所定のドットパターンとなるように設計されている。
【００４１】
図５（ｂ）に示すように、レーザ光がＤＯＥ１１４を透過すると、レーザ光は、回折パターンにより回折された回折光（回折次数が０以外の回折光）と、回折パターンでは回折を受けない０次光に分離される。本比較例では、レーザ光の光軸ＯがＺ軸方向となっているため、０次光は、Ｚ軸に平行に進む。
【００４２】
図５（ｃ）は、目標領域にＺ軸に直交する仮想平面を設定したときのＤＭＰ光（ドットパターン）と０次光Ｄ０の関係を模式的に示す図である。ＤＭＰ光は、ＤＯＥ１１４に入射するときのレーザ光の光軸を中心に上下左右に均等に広がる長方形の輪郭の光に変換される。ＤＭＰ光の中には、無数のドットパターンが点在する。０次光は、ＤＭＰ光の中心、すなわち、レーザ光の光軸の位置に入射する。
【００４３】
図５（ａ）に戻って、目標領域から反射されたレーザ光は、フィルタ１２１を透過して撮像レンズ１２２に入射する。
【００４４】
フィルタ１２１は、レーザ光源１１１の出射波長（８３０ｎｍ程度）を含む波長帯域の光を透過し、その他の波長帯域をカットするバンドパスフィルタである。フィルタ１２１の透過波長帯域を狭帯域にする場合、フィルタ１２１は、２つのバンドパスフィルタを組み合わせることによって構成される。撮像レンズ１２２は、フィルタ１２１を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ１２３上に集光する。撮像レンズ１２２は複数のレンズから構成され、所定のレンズとレンズとの間にアパーチャとスペーサが介挿されている。
【００４５】
ＣＭＯＳイメージセンサ１２３は、撮像レンズ１２２にて集光された光を受光して、画素毎に、受光光量に応じた信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力する。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３は、各画素における受光から高レスポンスでその画素の信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力できるよう、信号の出力速度が高速化されている。
【００４６】
フィルタ１２１は、受光面がＺ軸に直交するように配置される。撮像レンズ１２２は、光軸がＺ軸に平行となるように設置される。ＣＭＯＳイメージセンサ１２３は、受光面がＺ軸に垂直になるように設置される。また、フィルタ１２１の中心とＣＭＯＳイメージセンサ１２３の受光領域の中心が撮像レンズ１２２の光軸上に並ぶように、フィルタ１２１、撮像レンズ１２２およびＣＭＯＳイメージセンサ１２３が配置される。
【００４７】
投射光学系１１と受光光学系１２は、図４を参照して説明したように、ベースプレート３００に設置されている。ベースプレート３００には、さらに、回路基板２００が設置され、この回路基板２００から、レーザ光源１１１およびＣＭＯＳイメージセンサ１２３に配線（フレキシブル基板）２０１、２０２が接続されている。回路基板２００には、図２に示すＣＰＵ２１やレーザ駆動回路２２等の情報取得装置の回路部が実装されている。
【００４８】
図６（ａ）は、目標領域にＸ−Ｙ平面に平行な仮想平面Ｐａを設定したときのＤＭＰ光の照射領域Ｅ１と、受光光学系１２による撮像領域（受光領域）Ｒ１との関係を模式的に示す図である。
【００４９】
本比較例では、図５（ｃ）に示したように、ＤＭＰ光は、０次光を中心としてＸ軸方向およびＹ軸方向に均等に広がる。よって、図６（ａ）に示すように、ＤＭＰ光のＸ軸方向の照射領域Ｅ１は、仮想平面Ｐａ上において、０次光を中心にＸ軸方向に均等に広がる。他方、受光光学系１２では、撮像レンズ１２２の光軸とＣＭＯＳイメージセンサ１２３の受光領域の中心とが一致し、且つ、撮像レンズ１２２の光軸がＺ軸に平行となっているため、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３により撮像可能な撮像領域Ｒ１は、撮像レンズ１２２の光軸を中心としてＸ軸方向およびＹ軸方向に均等に広がる。よって、図６（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の撮像領域Ｒ１は、仮想平面Ｐａ上において、撮像レンズ１２２の光軸を中心にＸ軸方向に均等に広がる。
【００５０】
ここで、投射光学系１１と受光光学系１２は、Ｘ軸方向に所定の距離だけ離れている。このため、図６（ａ）に示すように、仮想平面Ｐａ上において、照射領域Ｅ１と撮像領域Ｒ１は、領域Ａ１においてのみ重なり、照射領域Ｅ１の領域Ａ２と、撮像領域Ｒ１の領域Ａ３は、物体検出に用いられない不使用領域となる。
【００５１】
撮像領域Ｒ１を有効に用いる場合には、たとえば、図６（ｂ）のように、照射領域Ｅ１の右端（Ｘ軸正方向の端）を撮像領域Ｒ１の右端まで延ばすように、ＤＯＥ１１４の回折パターンを調整する方法が用いられ得る。こうすると、撮像領域Ｒ１の撮像可能領域Ｒ１の全てに、ＤＭＰ光を投射できる。しかし、この場合、照射領域Ｅ１の不使用領域Ａ６が
図６（ａ）の場合よりも顕著に広がり、ＤＭＰ光の照射に無駄が生じる。
【００５２】
このように、比較例では、照射領域Ｅ１と撮像領域Ｒ１が有効に利用されておらず、物体検出に用いられない不使用領域Ａ２、Ａ３、Ａ６が生じるため、物体の検出効率が低下するとの問題がある。
【００５３】
以下、かかる問題を解消するための実施例を示す。以下の実施例では、投射光学系１１と受光光学系１２の基本的な構成は、上記比較例と同じである。このため、以下の実施例では、上記比較例の番号と同じ番号が各部材に付されている。
【００５４】
＜実施例１＞
図７（ａ）は、本実施例の構成を示す図である。この図は、上記比較例の図５（ａ）に対応する。
【００５５】
図示のように、本実施例では、コリメータレンズ１１２の配置位置が、上記比較例に比べて、下方向（Ｚ軸負方向）にずらされている。すなわち、上記比較例では、レーザ光源１１１から出射されたレーザ光の光軸とコリメータレンズ１１２の光軸が一致するようコリメータレンズ１１２が配置されたが、本実施例では、レーザ光の光軸に対してコリメータレンズ１１２の光軸が下方向にずらされている。
【００５６】
これにより、コリメータレンズ１１２を透過した後のレーザ光の光軸が、Ｘ軸に平行な方向からＺ軸負方向に傾き、これに伴い、立ち上げミラー１１３により反射されたレーザ光の光軸が、Ｚ軸正方向から、Ｘ軸正方向、すなわち、受光光学系１２の方向に傾く。
【００５７】
図７（ｂ）は、ＤＯＥ１１４を透過した後のレーザ光の状態を模式的に示す図である。
【００５８】
レーザ光がＤＯＥ１１４を透過すると、レーザ光は、回折パターンにより回折された回折光（回折次数が０以外の回折光）と、回折パターンでは回折を受けない０次光に分離される。本実施例では、レーザ光の光軸ＯがＺ軸方向からＸ軸正方向に傾いているため、０次光は、Ｚ軸方向からＸ軸正方向に傾いた方向に進む。また、回折光の進行方向も、図５（ｂ）の場合に比べて、Ｘ軸正方向に傾く。すなわち、ＤＭＰ光は、全体的に、図５（ｂ）の場合よりもＸ軸正方向に傾く方向に進む。
【００５９】
図７（ｃ）は、目標領域にＺ軸に直交する仮想平面を設定したときのＤＭＰ光（ドットパターン）と０次光Ｄ０の関係を模式的に示す図である。
【００６０】
上記のように、ＤＭＰ光は、図５（ｂ）の場合よりもＸ軸正方向に傾く方向に進むため、仮想平面上におけるＤＭＰ光の輪郭は、図７（ｃ）のように台形状になる。ＤＭＰ光の中には、無数のドットパターンが点在するが、ドットパターンの密度は、Ｘ軸正方向に向かうにつれて疎になり、Ｘ軸負方向に向かうにつれて密になる。０次光は、ＤＭＰ光の中心からＸ軸負方向にずれた位置に入射する。
【００６１】
なお、本実施例では、図７（ｂ）に示すように、ＤＯＥ１１４の配置を、ＤＯＥ１１４の入射面がＺ軸に直交する状態のままとしたが、レーザ光の光軸ＯがＤＯＥ１１４の入射面に垂直となるように、ＤＯＥ１１４を傾けても良い。また、仮想平面においてＤＭＰ光の輪郭が長方形に近づくように、ＤＯＥ１１４の回折パターンを調整しても良い。
【００６２】
図８（ａ）は、目標領域にＸ−Ｙ平面に平行な仮想平面Ｐａを設定したときのＤＭＰ光の照射領域Ｅ１と、受光光学系１２による撮像領域（受光領域）Ｒ１との関係を模式的に示す図である。
【００６３】
本実施例では、上記のように、ＤＭＰ光の投射方向が、Ｚ軸方向からＸ軸正方向に傾けられたため、比較例に比べ、Ｘ軸方向におけるＤＭＰ光の照射領域Ｅ１が、受光光学系１２の撮像領域により多く重なるようになる。図８（ａ）には、仮想平面Ｐａにおいて投射領域Ｅ１と撮像領域Ｒ１とが完全に重なった状態が示されている。
【００６４】
このように、本実施例によれば、物体検出に用いられない不使用領域が削減され、照射領域Ｅ１と撮像領域Ｒ１を物体検出のために有効に利用できるため、物体の検出効率を高めることができる。
【００６５】
なお、本実施例では、比較例に対し、コリメータレンズ１１２の位置をＺ軸負方向にずらしたが、コリメータレンズ１１２の位置は比較例と同じとし、レーザ光源１１１の位置をＺ軸正方向にずらしても良い。また、コリメータレンズ１１２の光軸がレーザ光源１１１の光軸から下方向（Ｚ軸負方向）にずれるように、コリメータレンズ１１２とレーザ光源１１１の両方の配置位置を調整しても良い。
【００６６】
コリメータレンズ１１２の光軸とレーザ光源１１１の光軸のずらし量は、図８（ａ）に示す照射領域Ｅ１を撮像領域Ｒ１側にどの程度シフトさせるかによって、適宜設定される。
【００６７】
＜実施例２＞
図８（ｂ）は、本実施例の構成を示す図である。この図は、上記比較例の図５（ａ）の投射光学系１１の部分に対応する。
【００６８】
図示の如く、本実施例では、投射光学系１１の設置面Ｐ１が、Ｚ軸に垂直な状態から時計方向に傾けられている。設置面Ｐ１は、ベースプレート３００に形成された台座３０１の上面に設定されている。このように設置面Ｐ１が傾けられることにより、投射光学系１１全体が時計方向に傾けられる。これにより、ＤＭＰ光の投射方向も、時計方向に傾けられる。
【００６９】
図８（ｃ）は、ＤＯＥ１１４を透過した後のレーザ光の状態を模式的に示す図である。
【００７０】
レーザ光がＤＯＥ１１４を透過すると、レーザ光は、回折パターンにより回折された回折光（回折次数が０以外の回折光）と、回折パターンでは回折を受けない０次光に分離される。本実施例では、上記のように投射光学系１１全体を傾けることによりレーザ光の光軸ＯがＺ軸方向からＸ軸正方向に傾いているため、０次光は、Ｚ軸方向からＸ軸正方向に傾いた方向に進む。また、回折光の進行方向も、図５（ｂ）の場合に比べて、Ｘ軸正方向に傾く。すなわち、ＤＭＰ光は、全体的に、図５（ｂ）の場合よりもＸ軸正方向に傾く方向に進む。
【００７１】
本実施例における仮想平面Ｐａ上の照射領域Ｅ１と撮像領域Ｒ１の関係は、上記実施例１で示した図８（ａ）の場合と同様である。すなわち、本実施例では、上記のように、ＤＭＰ光の投射方向が、Ｚ軸方向からＸ軸正方向に傾けられたため、比較例に比べ、Ｘ軸方向におけるＤＭＰ光の照射領域Ｅ１が、受光光学系１２の撮像領域により多く重なるようになる。
【００７２】
このように、本実施例によれば、物体検出に用いられない不使用領域が削減され、照射領域Ｅ１と撮像領域Ｒ１を物体検出のために有効に利用できるため、物体の検出効率を高めることができる。
【００７３】
なお、設置面Ｐ１の傾き角は、図８（ａ）に示す照射領域Ｅ１を撮像領域Ｒ１側にどの程度シフトさせるかによって、適宜設定される。
【００７４】
＜実施例３＞
図９（ａ）は、本実施例の構成を示す図である。この図は、上記比較例の図５（ａ）の投射光学系１１の部分に対応する。
【００７５】
図示のように、本実施例における投射光学系１１の配置状態および投射光学系１１内の各部材の配置状態は、比較例（図５（ａ）参照）と同じである。本実施例では、ＤＯＥ１１４の回折作用が、比較例から変更されている。
【００７６】
図９（ｃ）は、ＤＯＥ１１４を透過した後のレーザ光の状態を模式的に示す図である。
【００７７】
レーザ光がＤＯＥ１１４を透過すると、レーザ光は、回折パターンにより回折された回折光（回折次数が０以外の回折光）と、回折パターンでは回折を受けない０次光に分離される。本実施例では、回折光の進行方向が、比較例の場合に比べてＸ軸正方向に傾くように、ＤＯＥ１１４の回折パターンが調整されている。これにより、ＤＭＰ光は、全体的に、図５（ｂ）の場合よりもＸ軸正方向に傾く方向に進む。なお、０次光は、レーザ光の光軸に沿ってＺ軸方向に進む。
【００７８】
図９（ｃ）は、目標領域にＸ−Ｙ平面に平行な仮想平面Ｐａを設定したときのＤＭＰ光の照射領域Ｅ１と、受光光学系１２による撮像領域（受光領域）Ｒ１との関係を模式的に示す図である。
【００７９】
本実施例では、上記のように、ＤＭＰ光の投射方向が、Ｚ軸方向からＸ軸正方向に傾けられたため、比較例に比べ、Ｘ軸方向におけるＤＭＰ光の照射領域Ｅ１が、受光光学系１２の撮像領域により多く重なるようになる。なお、本実施例では、０次光はレーザ光の光軸に沿って進むため、仮想領域Ｐａ上の投射光学系１１の正面の位置に０次光が投射される。
【００８０】
このように、本実施例によれば、物体検出に用いられない不使用領域が削減され、照射領域Ｅ１と撮像領域Ｒ１を物体検出のために有効に利用できるため、物体の検出効率を高めることができる。
【００８１】
なお、本実施例では、回折光の進行方向が、比較例の場合に比べてＸ軸正方向に傾くように、ＤＯＥ１１４の回折パターンが調整されたが、比較例とは無関係に、図９の照射領域Ｅ１に略均等な密度でドットが分散するように、ＤＯＥ１１４の回折パターンを設定しても良い。
【００８２】
＜実施例４＞
図１０（ａ）は、本実施例の構成を示す図である。この図は、上記比較例の図５（ａ）に対応する。
【００８３】
図示のように、本実施例では、撮像レンズ１２２の配置位置が、上記比較例に比べて、左方向（Ｘ軸負方向）にずらされている。すなわち、上記比較例では、撮像レンズ１２２の光軸がＣＭＯＳイメージセンサ１２３の受光領域の中心に一致するよう撮像レンズ１２２が配置されたが、本実施例では、撮像レンズ１２２の光軸がＣＭＯＳイメージセンサ１２３の受光領域の中心から左方向にずらされている。
【００８４】
これにより、図１０（ｂ）に示すように、撮像レンズ１２２を介したＣＭＯＳイメージ
センサ１２３の光の取り込み方向がＸ軸負方向に傾き、これに伴い、受光光学系１２の撮像領域Ｒ１が、上記比較例の場合に比べ、Ｘ軸負方向、すなわち、投射光学系１１の方向にシフトする。
【００８５】
図１０（ｃ）は、目標領域にＸ−Ｙ平面に平行な仮想平面Ｐａを設定したときのＤＭＰ光の照射領域Ｅ１と、受光光学系１２による撮像領域（受光領域）Ｒ１との関係を模式的に示す図である。
【００８６】
本実施例では、上記のように、受光光学系１２の撮像領域が、Ｘ軸負方向にシフトしたため、上記比較例に比べ、Ｘ軸方向におけるＤＭＰ光の照射領域Ｅ１と、受光光学系１２の撮像領域とがより多く重なるようになる。図１０（ｃ）には、仮想平面Ｐａにおいて投射領域Ｅ１と撮像領域Ｒ１とが完全に重なった状態が示されている。
【００８７】
このように、本実施例によれば、物体検出に用いられない不使用領域が削減され、照射領域Ｅ１と撮像領域Ｒ１を物体検出のために有効に利用できるため、物体の検出効率を高めることができる。
【００８８】
なお、本実施例では、比較例に対し、撮像レンズ１２２の位置をＸ軸負方向にずらしたが、撮像レンズ１２２の位置は比較例と同じとし、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３の位置をＸ軸正方向にずらしても良い。また、撮像レンズ１２２の光軸がＣＭＯＳイメージセンサ１２３の受光領域の中心から左方向（Ｘ軸負方向）にずれるように、撮像レンズ１２２とＣＭＯＳイメージセンサ１２３の両方の配置位置を調整しても良い。
【００８９】
撮像レンズ１２２の光軸とＣＭＯＳイメージセンサ１２３の受光領域の中心のずらし量は、図１０（ｃ）に示す撮像領域Ｒ１を照射領域Ｅ１側にどの程度シフトさせるかによって、適宜設定される。
【００９０】
＜実施例５＞
図１１（ａ）は、本実施例の構成を示す図である。この図は、上記比較例の図５（ａ）に対応する。
【００９１】
図示の如く、本実施例では、受光光学系１２の設置面Ｐ２が、Ｚ軸に垂直な状態から反時計方向に傾けられている。設置面Ｐ２は、ベースプレート３００に形成された台座３０２の上面に設定されている。このように設置面Ｐ２が傾けられることにより、受光光学系１２全体が反時計方向に傾けられる。これにより、受光光学系１２の撮像方向も、反時計方向に傾けられる。
【００９２】
図１１（ｂ）は、目標領域にＸ−Ｙ平面に平行な仮想平面Ｐａを設定したときのＤＭＰ光の照射領域Ｅ１と、受光光学系１２による撮像領域（受光領域）Ｒ１との関係を模式的に示す図である。
【００９３】
本実施例では、上記のように、受光光学系１２の撮像方向が、Ｚ軸方向からＸ軸負方向に傾けられたため、上記比較例に比べ、Ｘ軸方向におけるＤＭＰ光の照射領域Ｅ１と、受光光学系１２の撮像領域とがより多く重なるようになる。したがって、本実施例によれば、物体検出に用いられない不使用領域が削減され、照射領域Ｅ１と撮像領域Ｒ１を物体検出のために有効に利用できるため、物体の検出効率を高めることができる。
【００９４】
なお、受光光学系１２の傾き角は、図１１（ｂ）に示す撮像領域Ｒ１を照射領域Ｅ１側にどの程度シフトさせるかによって、適宜設定される。
【００９５】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施例も上記の他に種々の変更が可能である。
【００９６】
たとえば、上記実施例では、受光素子として、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３を用いたが、これに替えて、ＣＣＤイメージセンサを用いることもできる。また、上記実施例では、レーザ光源１１１とコリメータレンズ１１２をＸ軸方向に並べ、立ち上げミラー１１３でレーザ光の光軸をＺ軸方向に折り曲げるようにしたが、レーザ光をＺ軸方向に出射するようレーザ光源１１１を配置し、レーザ光源１１１と、コリメータレンズ１１２と、ＤＯＥ１１４をＺ軸方向に並べて配置するようにしても良い。この場合、立ち上げミラー１１３を省略できるが、投射光学系１１の寸法がＺ軸方向に大きくなる。さらに、受光光学系１２の構成も、適宜変更可能である。
【００９７】
また、上記のように種々の実施例について説明したが、これらは適宜組み合わせて実施することもできる。
【００９８】
本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１  情報取得装置
２  情報処理装置
１１  投射光学系
１２  受光光学系
１１１  レーザ光源
１１２  コリメータレンズ
１１４  ＤＯＥ（回折光学素子）
１２２  撮像レンズ
１２３  ＣＭＯＳイメージセンサ
３０１  台座（投射変位手段）
３０２  台座（受光変位手段）
Ｐ１、Ｐ１  設置面
【図１】
2014102073.tif 000003
【図２】
2014102073.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014102073.tif 000006
【図５】
2014102073.tif 000007
【図６】
2014102073.tif 000008
【図７】
2014102073.tif 000009
【図８】
2014102073.tif 000010
【図９】
2014102073.tif 000011
【図１０】
2014102073.tif 000012
【図１１】
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