(57)【要約】【課題】光検出器に入射する光の波長帯域を狭帯域に絞ることができ、これにより、距離検出の精度を高めることが可能な受光装置、物体検出装置および情報取得装置を提供する。【解決手段】情報取得装置１の受光光学系１２は、撮像レンズ１２２を介してＣＭＯＳイメージセンサ１２４に集光される光のうち、レーザ光の波長帯域以外の第１の波長帯域の光を除去するバンドパスフィルタ１２１ａと、レーザ光の波長帯域以外の第２の波長帯域の光を除去するバンドパスフィルタ１２１ｂとを有する。バンドパスフィルタ１２１ｂは、バンドパスフィルタ１２１ａと相俟って、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４に集光される光の波長帯域を、レーザ光の前記波長帯域を含む範囲に制限する。【選択図】図５
2014112033.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、
目標領域に所定のドットパターンでレーザ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、を備え、
前記受光光学系は；
前記目標領域を撮像するための光検出器と、
前記目標領域からの光を前記光検出器に集光する撮像レンズと、
前記撮像レンズを介して前記光検出器に集光される光のうち、前記レーザ光の波長帯域以外の第１の波長帯域の光を除去する第１の波長制限部と、
前記撮像レンズを介して前記光検出器に集光される光のうち、前記レーザ光の波長帯域以外の第２の波長帯域の光を除去することにより、前記第１の波長制限部と相俟って、前記光検出器に集光される光の波長帯域を、前記レーザ光の前記波長帯域を含む範囲に制限する第２の波長制限部と、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、
前記第１の波長制限部と前記第２の波長制限部は、それぞれ、互いに通過波長特性が異なる光干渉型のバンドパスフィルタである、
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、
前記第１の波長制限部は、光干渉型のバンドパスフィルタであり、
前記第２の波長制限部は、所定波長帯域の光を吸収する光吸収材を含有する前記撮像レンズである、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項４】
請求項３に記載の情報取得装置において、
前記撮像レンズは、複数のレンズ要素を含み、これらレンズ要素のうち一つに前記光吸収材が含有されている、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項５】
請求項１に記載の情報取得装置において、
前記第１の波長制限部は、光干渉型のバンドパスフィルタであり、
前記第２の波長制限部は、所定波長帯域の光を吸収する光吸収材を含有する平板状の光吸収板である、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項６】
請求項４に記載の情報取得装置において、
前記バンドパスフィルタは、平板状の基板と、該基板上に積層された誘電体多層膜とを含み、前記光吸収板は、前記バンドパスフィルタの前記基板に所定波長帯域の光を吸収する光吸収材を含有させたものである、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項７】
請求項３ないし６の何れか一項に記載の情報取得装置において、
前記撮像レンズは、前記光検出器に向かう光の広がり角が当該撮像レンズの光の取り込み角よりも小さくなるように構成され、
前記バンドパスフィルタは、前記撮像レンズと前記光検出器の間に配置されている、
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受光光学系を備えた受光装置。
【請求項９】
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、当該物体検出装置に用いて好適な情報取得装置、および当該物体検出装置に搭載される受光装置に関する。
【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光検出器により受光（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、ドットパターンを持つレーザ光の目標領域からの反射光が光検出器によって受光される。そして、ドットの光検出器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の照射位置）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、目標領域からの光が撮像レンズにより集められ、光検出器に導かれる。この場合、集光される光には、ドットパターンを持つレーザ光の他に、太陽光や室内灯からの光等の距離検出に不要な光も含まれる。太陽光や室内灯からの光は、目標領域から取り込まれるドットパターンのレーザ光に比べ強度が高いため、このような不要光が光検出器に入射すると、距離検出の精度が大きく劣化する。このため、これらの不要光は、適切に除去する必要がある。
【０００６】
不要光を除去するために、バンドパスフィルタが用いられ得る。この場合、バンドパスフィルタは、不要光の影響を抑制可能なように、狭帯域に構成される。さらに、バンドパスフィルタが撮像レンズの前段に配置されるような場合、バンドパスフィルタは、撮像レンズの光の取り込み角の全範囲において、通過帯域を制限可能である必要もある。しかしながら、バンドパスフィルタには角度依存性があるため、一つのバンドパスフィルタでは、撮像レンズの取り込み角の全範囲において通過波長帯域を狭帯域に絞ることは困難であった。
【０００７】
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、光検出器に入射する光の波長帯域を狭帯域に絞ることができ、これにより、距離検出の精度を高めることが可能な受光装置、物体検出装置および情報取得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】
【０００８】
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、目標領域に所定のドットパターンでレーザ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、を備える。前記受光光学系は、前記目標領域を撮像するための光検出器と、前記目標領域からの光を前記光検出器に集光する撮像レンズと、前記撮像レンズを介して前記光検出器に集光される光のうち、前記レーザ光の波長帯域以外の第１の波長帯域の光を除去する第１の波長制限部と、前記撮像レンズを介して前記光検出器に集光される光のうち、前記レーザ光の波長帯域以外の第２の波長帯域の光を除去することにより、前記第１の波長制限部と相俟って、前記光検出器に集光される光の波長帯域を、前記レーザ光の前記波長帯域を含む範囲に制限する第２の波長制限部と、を有する。
【０００９】
本発明の第２の態様は、受光装置に関する。本態様に係る受光装置は、上記第１の態様における受光光学系を有する。
【００１０】
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の態様に係る情報取得装置を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光検出器に入射する光の波長帯域を狭帯域に絞ることができ、これにより、距離検出の精度を高めることが可能な受光装置、物体検出装置および情報取得装置を提供することができる。
【００１２】
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】
【００１３】
【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】実施の形態に係る投射光学系と受光光学系の構成を示す図である。
【図６】実施の形態、変更例１および変更例２の受光光学系の構成を示す図である。
【図７】実施の形態に係る通過波長帯域特性を示す図である。
【図８】変更例１に係る通過波長帯域特性を示す図である。
【図９】変更例２に係る通過波長帯域特性を示す図である。
【図１０】他の変更例の受光光学系の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。なお、情報取得装置１と情報処理装置２とからなる装置が、本発明の物体検出装置に相当する。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。投射光学系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。
【００２３】
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。
【００２４】
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１２４（後述）を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、Ｃ
Ｄ−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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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１２４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。
【００３２】
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「ＤＰ光」という）が、目標領域に向けて照射される。同図（ａ）には、ＤＰ光の投射領域が実線の枠によって示されている。ＤＰ光の光束中には、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高められたドット領域（以下、単に「ドット」という）が、回折光学素子による回折作用によるドットパターンに従って点在している。
【００３３】
なお、図３（ａ）では、便宜上、ＤＰ光の光束が、マトリックス状に並ぶ複数のセグメント領域に区分されている。各セグメント領域には、ドットが固有のパターンで点在している。一つのセグメント領域におけるドットの点在パターンは、他の全てのセグメント領域におけるドットの点在パターンと相違する。これにより、各セグメント領域は、ドットの点在パターンをもって、他の全てのセグメント領域から区別可能となっている。
【００３４】
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ＤＰ光の各セグメント領域は、同図（ｂ）のように、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上においてマトリックス状に分布する。たとえば、同図（ａ）に示す目標領域上におけるセグメント領域Ｓ０の光は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上では、同図（ｂ）に示すセグメント領域Ｓｐに入射する。なお、図３（ｂ）においても、ＤＰ光の光束領域が実線の枠によって示され、便宜上、ＤＰ光の光束が、マトリックス状に並ぶ複数のセグメント領域に区分されている。
【００３５】
上記３次元距離演算部２１ｂでは、各セグメント領域がＣＭＯＳイメージセンサ１２４
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（各セグメント領域の照射位置）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。
【００３６】
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。
【００３７】
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上に設置される。これにより、投射光学系１１がベースプレート３００上に設置される。
【００３８】
受光光学系１２は、ベースプレート３００上の２つの台座３００ａの上面と、２つの台座３００ａの間のベースプレート３００の上面に設置される。２つの台座３００ａの間のベースプレート３００の上面には、後述するＣＭＯＳイメージセンサ１２４が設置され、台座３００ａの上面には保持板１２ａが設置され、この保持板１２ａに、後述するフィルタ１２１および撮像レンズ１２２を保持するレンズホルダ１２ｂが設置される。
【００３９】
投射光学系１１と受光光学系１２は、投射光学系１１の投射中心と受光光学系１２の撮像中心がＸ軸に平行な直線上に並ぶように、Ｘ軸方向に所定の距離をもって並んで設置されている。ベースプレート３００の裏面に、情報取得装置１の回路部（図２参照）を保持する回路基板が設置される。
【００４０】
ベースプレート３００の中央下部には、レーザ光源１１１の配線をベースプレート３００の背部に取り出すための孔３００ｂが形成されている。また、ベースプレート３００の受光光学系１２の設置位置の下部には、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４のコネクタ１２ｃをベースプレート３００の背部に露出させるための開口３００ｃが形成されている。
【００４１】
なお、図４の左半分が発光装置を構成し、右半分が受光装置を構成する。右半分の受光装置は、本発明の受光装置に相当する。
【００４２】
図５は、本実施の形態に係る投射光学系１１と受光光学系１２の構成を模式的に示す図である。
【００４３】
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、アパーチャ１２３と、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４とを備えている。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。フィルタ１２１は、光干渉型の２つのバンドパスフィルタ１２１ａ、１２１ｂを組み合わせることによって構成されている。バンドパスフィルタ１２１ａ、１２１ｂは、それぞれ、透明な基板上に複数の誘電体膜が積層されることにより構成される。バンドパスフィルタ１２１ａ、１２１ｂの特性は、追って、図７を参照して説明する。
【００４８】
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１２４上に集光する。撮像レンズ１２２は、３つのレンズ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃから構成される。３つのレンズ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃは、プラスチック材料からなっている。最上段のレンズ１２２ａと中段のレンズ１２２ｂとの間にアパーチャ１２３が介挿されている。
【００４９】
アパーチャ１２３は、中央に、撮像レンズ１２２の取り込み角に応じた開口を有する。すなわち、アパーチャ１２３の開口は、撮像レンズ１２２の最上段のレンズ１２２ａのＦナンバーに応じた径となっている。
【００５０】
ＣＭＯＳイメージセンサ１２４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１２４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。
【００５１】
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１２４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１２４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１２４が配置される。
【００５２】
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の下面には、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１２４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１の回路部が実装されている。
【００５３】
図６（ａ）は、受光装置のより詳細な構成を示す断面図である。図６（ａ）は、図４のＡ−Ａ’断面図である。ただし、図６（ａ）には、図４のレンズホルダ１２ｂが図示省略され、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４は、カバーガラス１２４ａのみが示されている。
【００５４】
受光装置は、上記図５に示したバンドパスフィルタ１２１ａ、１２１ｂと、レンズ１２２ａ〜１２２ｃと、アパーチャ１２３と、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４の他に、フィルタホルダ１２５と、鏡筒１２６と、スペーサ１２７を備えている。
【００５５】
フィルタホルダ１２５は、２段の円形の凹部が同軸に形成され、各凹部にそれぞれバンドパスフィルタ１２１ａ、１２１ｂが装着される。鏡筒１２６は、２段の円形の凹部が同軸に形成され、下側の凹部にレンズ１２２ａ〜１２２ｃとアパーチャ１２３が収容され、上側の凹部にフィルタホルダ１２５が装着される。鏡筒１２６の下側の凹部には、下から順に、レンズ１２２ｃ、スペーサ１２７、レンズ１２２ｂ、アパーチャ１２３、レンズ１２２ａが積み重ねられ、さらに、レンズ１２２ａの上面に載るように、フィルタホルダ１２５が鏡筒１２６に装着される。レンズ１２２ａ〜１２２ｃの光軸は互いに一致し、また、この光軸は、バンドパスフィルタ１２１ａ、１２１ｂの中心と、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４の受光領域の中心を貫く。鏡筒１２６が、図４のレンズホルダ１２ｂに装着される。
【００５６】
本実施の形態では、レンズ１２２ａ〜１２２ｃの光軸を中心に、アパーチャ１２３によって規定される取り込み角の範囲で光が取り込まれ、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４のカバーガラス１２４ａへと導かれる。カバーガラス１２４ａの下面側に示された実線は、レンズ１２２ａ〜１２２ｃによる結像面Ｐａであり、この結像面ＰａにＣＭＯＳイメージセンサ１２４の受光面が配される。
【００５７】
本実施の形態では、取り込み角の範囲にある光線の、バンドパスフィルタ１２１ａの入射面に対する入射角の最大値は３５°である。また、レンズ１２２ｃからカバーガラス１２４ａに向かう光線のカバーガラス１２４ａの入射面に対する入射角の最大値は３７°である。
【００５８】
図７（ａ）は、バンドパスフィルタ１２１ａの光透過特性を示す図、図７（ｂ）は、バンドパスフィルタ１２１ｂの光透過特性を示す図である。図７（ａ）、（ｂ）において、横軸は波長、縦軸は透過率である。また、図７（ａ）、（ｂ）には、入射角が０°の場合（実線）と、３５°の場合（破線）の光透過特性が示されている。なお、入射角３５°は、上記のように、取り込み角の範囲にある光線の、バンドパスフィルタ１２１ａの入射面に対する入射角の最大値である。
【００５９】
本実施の形態では、２つのバンドパスフィルタ１２１ａ、１２１ｂのそれぞれによって、図７（ａ）、（ｂ）の特性に従って不要光が除去される。このため、取り込み角の範囲内にある光は、図７（ａ）、（ｂ）の特性を合わせた図７（ｃ）の光学特性によって、不要光が除去される。図７（ｃ）において、範囲Ｗａは、２つのバンドパスフィルタ１２１ａ、１２１ｂによる透過率が入射角０°〜３５°の範囲において８５％以上となるときの通過波長帯域幅である。この場合、通過波長帯域は８１０〜８５０ｎｍ程度であり、帯域幅Ｗａは、４０ｎｍ程度となる。なお、０°でのバンドパスフィルタの帯域幅Ｗａ’は９０ｎｍ程度である。
【００６０】
このように、本実施の形態によれば、２つのバンドパスフィルタ１２１ａ、１２１ｂを組み合わせることで、入射角０°〜３５°の範囲において、狭帯域のフィルタ特性を実現することができる。したがって、本実施の形態によれば、撮像レンズ１２２の取り込み角の全範囲において、通過波長帯域を狭帯域に絞ることが可能となり、これにより、物体検出の精度を高めることができる。なお、２つのバンドパスフィルタ１２１ａ、１２１ｂには、比較的安価なバンドパスフィルタを用い得る。
【００６１】
＜変更例１＞
図６（ｂ）は、変更例１に係る受光装置の構成を示す断面図である。同図は、本変更例の受光装置を図６（ａ）の場合と同様に切断したときの断面図である。図６（ｂ）中、図６（ａ）と同一部分には同一符号が付されている。図６（ｂ）においても、図６（ａ）と同様、図４のレンズホルダ１２ｂが図示省略され、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４はカバ
ーガラス１２４ａのみが示されている。
【００６２】
図示のとおり、本変更例では、一つのバンドパスフィルタ１２１ｃのみが用いられ、これに伴い、フィルタホルダ１２５ａの形状が変更されている。また、撮像レンズ１２２を構成する３つのレンズのうち、最上段のレンズ１２２ｄが上記実施の形態から変更されている。
【００６３】
フィルタホルダ１２５ａは、円形の凹部を一つ備え、この凹部にバンドパスフィルタ１２１ｃが装着される。レンズ１２２ｄは、可視光を吸収する素材からなっている。たとえば、レンズ１２２ｄは、プラスチック材料に、メタクリル樹脂を主剤とする染料を混ぜた材料から形成される。可視光を吸収する染料であれば、他の染料がレンズ１２２ｄに混ぜ込まれても良い。レンズ１２２ｄのレンズ作用は、図６（ａ）のレンズ１２２ａと同じである。
【００６４】
図８（ａ）は、レンズ１２２ｄの光透過特性を示す図、図８（ｂ）は、バンドパスフィルタ１２１ｃの光透過特性を示す図である。図８（ａ）、（ｂ）において、横軸は波長、縦軸は透過率である。また、図８（ａ）、（ｂ）には、入射角が０°の場合（実線）と、３５°の場合（破線）の光透過特性が示されている。なお、入射角３５°は、上記実施の形態の場合と同様、撮像レンズ１２２の取り込み角の範囲にある光線の、バンドパスフィルタ１２１ｃの入射面に対する入射角の最大値である。
【００６５】
図８（ａ）に示すように、レンズ１２２ｄの光透過特性は、入射角が０°と３５°の場合で略同じであり、レンズ１２２ｄの光透過特性には、角度依存性が殆どない。
【００６６】
本変更例では、バンドパスフィルタ１２１ｃとレンズ１２２ｄによって、それぞれ、図８（ａ）、（ｂ）の特性に従って不要光が除去される。このため、取り込み角の範囲内にある光は、図８（ａ）、（ｂ）の特性を合わせた図８（ｃ）の光学特性によって、不要光が除去される。図８（ｃ）において、範囲Ｗｂは、バンドパスフィルタ１２１ｃとレンズ１２２ｄとによる透過率が、入射角０°〜３５°の範囲において、８５％以上となるときの通過波長帯域幅である。この場合も、通過波長帯域は８１０〜８５０ｎｍ程度であり、帯域幅Ｗｂは、４０ｎｍ程度となる。なお、０°でのバンドパスフィルタの帯域幅Ｗｂ’は９０ｎｍ程度である。
【００６７】
このように、本変更例によれば、バンドパスフィルタ１２１ｃとレンズ１２２ｄとを組み合わせることで、入射角０°〜３５°の範囲において、狭帯域のフィルタ特性を実現することができる。したがって、本実施の形態によれば、撮像レンズ１２２の取り込み角の全範囲において、通過波長帯域を狭帯域に絞ることが可能となり、これにより、物体検出の精度を高めることができる。なお、バンドパスフィルタ１２１ｃには、比較的安価なバンドパスフィルタを用い得る。また、レンズ１２２ｄに染料を混ぜ込んでも、レンズ１２２ｄのコストはそれ程上がらない。
【００６８】
さらに、本変更例によれば、上記実施の形態に比べ、バンドパスフィルタを一つ省略できる。このため、部品点数を抑制できるとともに、撮像レンズ１２２の光軸方向における受光装置の寸法を小さくすることができる。すなわち、図６（ａ）では、結像面Ｐａからフィルタホルダ１２５の上端までの高さがＨａであったが、本変更例では、結像面Ｐｂからフィルタホルダ１２５の上端までの高さをＨｂに抑制することができる。
【００６９】
なお、本変更例では、最上段のレンズ１２２ｄに、可視光吸収のための染料を混ぜ込んだが、最上段のレンズ１２２ｄに代えて、中段のレンズ１２２ｂまたは最下段のレンズ１２２ｃに可視光吸収のための染料を混ぜ込んでもよい。あるいは、３つのレンズ１２２ｄ
、１２２ｂ、１２２ｃのうち何れか２つまたは全てに、可視光吸収のための染料を混ぜ込んでもよい。
【００７０】
＜変更例２＞
図６（ｃ）は、変更例２に係る受光装置の構成を示す断面図である。同図は、本変更例の受光装置を図６（ａ）の場合と同様に切断したときの断面図である。図６（ｃ）中、図６（ａ）と同一部分には同一符号が付されている。図６（ｃ）においても、図６（ａ）と同様、図４のレンズホルダ１２ｂが図示省略され、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４はカバーガラス１２４ａのみが示されている。
【００７１】
図示のとおり、本変更例では、図６（ａ）の撮像レンズ１２２が４つのレンズ１２２ｅ〜１２２ｈから構成され、鏡筒１２６ａの形状が、図６（ａ）の鏡筒１２６から変更されている。さらに、図６（ａ）のフィルタホルダ１２５が省略され、一つのバンドパスフィルタ１２１ｄがレンズ１２２ｈとカバーガラス１２４ａの間に配置されている。
【００７２】
鏡筒１２６ａは、下面が開放された円柱状の形状を有し、上面中央に、アパーチャとなる円形の穴１２６ｂが形成されている。穴１２６ｂの上面は、面取り加工が施されている。穴１２６ｂは、レンズ１２２ｅの光の取り込み角を規定する。鏡筒１２６ａ内の円形の凹部には、上から順に、レンズ１２２ｅ、１２２ｆ、１２２ｇ、１２２ｈが収容され、レンズ１２２ｅ、１２２ｆの間と、レンズ１２２ｆ、１２２ｇの間に、それぞれ、スペーサ１２７ａ、１２７ｂが介挿されている。
【００７３】
レンズ１２２ｅ〜１２２ｈの光軸は互いに一致し、また、この光軸は、穴１２６ｂの中心と、バンドパスフィルタ１２１ｄの中心と、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４の受光領域の中心を貫く。鏡筒１２６ａが、図４のレンズホルダ１２ｂに装着される。
【００７４】
本変更例では、レンズ１２２ｅ〜１２２ｈの光軸を中心に、穴１２６ｂによって規定される取り込み角の範囲で光が取り込まれ、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４のカバーガラス１２４ａへと導かれる。カバーガラス１２４ａの下面側に示された実線は、レンズ１２２ｅ〜１２２ｈによる結像面Ｐｃである。
【００７５】
本変更例において、取り込み角の範囲にある光線の、レンズ１２２ｅの入射面に対する入射角の最大値は、上記実施の形態と同様、３５°である。レンズ１２２ｈからカバーガラス１２４ａに向かう光線のカバーガラス１２４ａの入射面に対する入射角の最大値は２０°であり、上記実施の形態よりも小さい。
【００７６】
本変更例では、このようにカバーガラス１２４ａに対する光線の最大入射角を小さくするために、４つのレンズ１２２ｅ〜１２２ｈを組み合わせて撮像レンズ１２２が構成されている。なお、本変更例では、結像面Ｐｃが、上記実施の形態における結像面Ｐａ（図６（ａ）参照）よりも広い。本変更例では、入射角や結像面の広さの変更に伴い、上記実施の形態とは異なるＣＭＯＳイメージセンサ１２４が用いられる。
【００７７】
本変更例において、最上段のレンズ１２２ｅは、上記変更例１と同様、可視光を吸収するための染料がプラスチック材料に混ぜ込まれた素材となっている。また、バンドパスフィルタ１２１ｄは、入射角が０〜２０°の範囲で透過率が良好となる光透過特性を有する。
【００７８】
図９（ａ）は、レンズ１２２ｅの光透過特性を示す図、図９（ｂ）は、バンドパスフィルタ１２１ｄの光透過特性を示す図である。図９（ａ）、（ｂ）において、横軸は波長、縦軸は透過率である。
【００７９】
図９（ａ）には、レンズ１２２ｅに対する光線の入射角が０°の場合（実線）と、３５°の場合（破線）の光透過特性が示されている。ここで、入射角３５°は、上記実施の形態の場合と同様、撮像レンズ１２２の取り込み角の範囲にある光線の、レンズ１２２ｅの入射面に対する入射角の最大値である。また、図９（ｂ）には、バンドパスフィルタ１２１ｄに対する入射角が０°の場合（実線）と、２０°の場合（破線）の光透過特性が示されている。ここで、入射角２０°は、バンドパスフィルタ１２１ｄに入射する光線の入射角の最大値である。
【００８０】
図９（ａ）に示すように、上記変更例１と同様、レンズ１２２ｅの光透過特性には、角度依存性が殆ど見られない。
【００８１】
本変更例では、レンズ１２２ｅとバンドパスフィルタ１２１ｄによって、それぞれ、図９（ａ）、（ｂ）の特性に従って不要光が除去される。このため、取り込み角の範囲内にある光は、図９（ａ）、（ｂ）の特性を合わせた図９（ｃ）の光学特性によって、不要光が除去される。図９（ｃ）において、範囲Ｗｃは、レンズ１２２ｅとバンドパスフィルタ１２１ｄとによる透過率が、パスフィルタ１２１ｄに対する入射角が０°〜２０°の範囲において８５％以上となるときの通過波長帯域幅である。この場合、通過波長帯域は８１０〜８５０ｎｍ程度であり、帯域幅Ｗｃは、４０ｎｍ程度となる。なお、０°でのバンドパスフィルタの帯域幅Ｗｃ’は５０ｎｍ程度である。
【００８２】
このように、本変更例によれば、レンズ１２２ｅとバンドパスフィルタ１２１ｄとを組み合わせることで、バンドパスフィルタ１２１ｄに対する入射角が０°〜２０°の範囲において、狭帯域のフィルタ特性を実現することができる。したがって、本実施の形態によれば、撮像レンズ１２２の取り込み角の全範囲において、通過波長帯域を狭帯域に絞ることが可能となり、これにより、物体検出の精度を高めることができる。なお、バンドパスフィルタ１２１ｅには、比較的安価なバンドパスフィルタを用い得る。また、レンズ１２２ｅに染料を混ぜ込んでも、レンズ１２２ｅのコストはそれ程上がらない。
【００８３】
さらに、本変更例によれば、上記実施の形態に比べ、バンドパスフィルタを一つ省略できる。このため、部品点数を抑制できるとともに、撮像レンズ１２２の光軸方向における受光装置の寸法を小さくすることができる。すなわち、図６（ａ）では、結像面Ｐａからフィルタホルダ１２５の上端までの高さがＨａであったが、本変更例では、結像面Ｐｃからフィルタホルダ１２５の上端までの高さをＨｃに抑制することができる。
【００８４】
加えて、本変更例によれば、バンドパスフィルタ１２１ｄに入射する光線の最大入射角が２０°に抑えられているため、図９（ｂ）に示すように、バンドパスフィルタ１２１ｄの波長８３０ｎｍ前後の通過波長帯域を狭めることができる。その結果、図９（ｃ）に示すように、レンズ１２２ｅとバンドパスフィルタ１２１ｄとを組み合わせたときの帯域幅Ｗｃ’を、図７（ｃ）および図８（ｃ）の帯域幅Ｗａ’およびＷｂ’よりも顕著に狭めることができ、不要光の除去効果をさらに高めることができる。すなわち、帯域幅Ｗｃ’と通過波長帯域の帯域幅Ｗｃとの間の差分の範囲は、本来であれば除去したい波長の範囲であり、この差分の範囲が広いほど、本来除去したい波長の不要光がレンズ１２２ｅとバンドパスフィルタ１２１ｄを透過する。本変更例では、帯域幅Ｗｃ’が、図７（ｃ）および図８（ｃ）の帯域幅Ｗａ’およびＷｂ’よりも顕著に狭いため、このような不要光を効果的に除去することができる。なお、通過波長帯域の帯域幅Ｗｃは、レーザ光源１１１の温度変化等によるレーザ光の波長変動に対応可能な広さであれば良い。本変更例によれば、通過波長帯域の帯域幅Ｗｃを、レーザ光の波長変動に対応可能な広さに絞ることが可能となる。
【００８５】
なお、本変更例では、最上段のレンズ１２２ｅに、可視光吸収のための染料を混ぜ込んだが、最上段のレンズ１２２ｅに代えて、レンズ１２２ｆ〜１２２ｈの何れかに可視光吸収のための染料を混ぜ込んでもよい。あるいは、４つのレンズ１２２ｅ〜１２２ｈのうち何れか２つ、３つまたは全てに、可視光吸収のための染料を混ぜ込んでもよい。
【００８６】
＜他の変更例＞
図１０（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図６（ｂ）に記載の変更例１に係る受光装置を、さらに変更した構成を示す断面図である。図１０（ａ）、（ｂ）中、図６（ｂ）と同一部分には同一符号が付されている。
【００８７】
図１０（ａ）の変更例では、図６（ｂ）の変更例１に比べ、最上段のレンズが上記実施の形態と同様のレンズ１２２ａに戻され、レンズ１２２ｃとカバーガラス１２４ａとの間に、光吸収板１２８が、レンズ１２２ａ〜１２２ｃの光軸に垂直となるように配置されている。
【００８８】
光吸収板１２８は、一定の厚みの平板形状を有し、プラスチック材料に可視光吸収のための染料が混ぜ込まれた材料から形成されている。光吸収板１２８は、たとえば、図８（ａ）と同様の光透過特性を有する。光吸収板１２８をこのように構成することにより、バンドパスフィルタ１２１ｃと光吸収板１２８とを組み合わせて、図８（ｃ）と同様のフィルタ特性を実現でき、物体検出の精度を高めることができる。
【００８９】
なお、光吸収板１２８に入射する光線の入射角の最大値は、上記のように、３７°であり、バンドパスフィルタ１２１ｃにおける入射角の最大値である３５°よりも大きい。しかしながら、光吸収板１２８には角度依存性がないため、このように光線の入射角の最大値が大きい位置に光吸収板１２８を配置しても、適切に、可視光を除去することができる。
【００９０】
また、図１０（ａ）の変更例では、別途、光吸収板１２８が配置されたが、光吸収板１２８を配置するのに代えて、たとえば、カバーガラス１２４ａに可視光吸収のための染料を混ぜ込んでも良い。さらに、光吸収板１２８の配置位置を、バンドパスフィルタ１２１ｃの上面や、バンドパスフィルタ１２１ｃとレンズ１２２ａの間など、他の位置に変更しても良く、光吸収板１２８をバンドパスフィルタ１２１ｃの上面または下面に貼り付けて、光吸収板１２８をバンドパスフィルタ１２１ｃ一体化しても良い。
【００９１】
次に、図１０（ｂ）の変更例では、図６（ｂ）の変更例１に比べ、最上段のレンズが上記実施の形態と同様のレンズ１２２ａに戻され、バンドパスフィルタ１２１ｃがバンドパスフィルタ１２１ｅに置き換えられている。
【００９２】
図１０（ｂ）の右側に、バンドパスフィルタ１２１ｅの層構造が拡大されて示されている。図示のとおり、バンドパスフィルタ１２１ｅは、基板１２１ｅ１の上に複数の誘電体膜が積層された誘電体層１２１ｅ２が形成された構造を有する。基板１２１ｅ１は、一定の厚みの平板形状を有し、プラスチック材料に可視光吸収のための染料が混ぜ込まれた材料から形成されている。染料は、上記実施の形態と同様、メタクリル樹脂を主剤とする染料が用いられ得る。このように、基板１２１ｅ１に染料が混ぜ込まれていることを除けば、バンドパスフィルタ１２１ｅの構成は、変更例１に係るバンドパスフィルタ１２１ｃの構成と同じである。
【００９３】
本変更例において、基板１２１ｅ１は、たとえば、図８（ａ）と同様の光透過特性を有する。また、誘電体層１２１ｅ２は、たとえば、図８（ｂ）と同様の光透過特性を有する。基板１２１ｅ１と誘電体層１２１ｅ２をこのように構成することにより、基板１２１ｅ
１と誘電体層１２１ｅ２とを組み合わせて、図８（ｃ）と同様のフィルタ特性を実現でき、物体検出の精度を高めることができる。
【００９４】
また、本変更例によれば、基板１２１ｅ１に可視光吸収のための染料を混ぜ込む構成であるため、図１０（ａ）の変更例にように別途光吸収板１２８を配置する場合に比べて、部品点数を削減でき、また、レンズ光軸方向の寸法を小さくすることができる。
【００９５】
図１０（ｃ）は、図６（ｃ）に記載の変更例２に係る受光装置を、さらに変更した構成を示す断面図である。図１０（ｃ）中、図６（ｃ）と同一部分には同一符号が付されている。
【００９６】
本変更例では、図６（ｃ）の変更例２に比べ、最上段のレンズが上記実施の形態と同様のレンズ１２２ａに戻され、バンドパスフィルタ１２１ｄがバンドパスフィルタ１２１ｆに置き換えられている。
【００９７】
図１０（ｃ）の右側に、バンドパスフィルタ１２１ｆの層構造が拡大されて示されている。図示のとおり、バンドパスフィルタ１２１ｆは、基板１２１ｆ１の上に複数の誘電体膜が積層された誘電体層１２１ｆ２が形成された構造を有する。基板１２１ｆ１は、一定の厚みの平板形状を有し、プラスチック材料に可視光吸収のための染料が混ぜ込まれた材料から形成されている。このように、基板１２１ｆ１に染料が混ぜ込まれていることを除けば、バンドパスフィルタ１２１ｆの構成は、変更例２に係る図６（ｃ）のバンドパスフィルタ１２１ｄの構成と同じである。
【００９８】
本変更例において、基板１２１ｆ１は、たとえば、図９（ａ）と同様の光透過特性を有する。また、誘電体層１２１ｆ２は、たとえば、図９（ｂ）と同様の光透過特性を有する。基板１２１ｆ１と誘電体層１２１ｆ２をこのように構成することにより、基板１２１ｆ１と誘電体層１２１ｆ２とを組み合わせて、図９（ｃ）と同様のフィルタ特性を実現でき、物体検出の精度を高めることができる。
【００９９】
以上、本発明の実施の形態および変更例について説明したが、本発明は、上記実施の形態および変更例に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記の他に種々の変更が可能である。
【０１００】
たとえば、上記変更例では、レンズや光吸収板に混ぜ込む染料が、可視光を吸収するものとされたが、他の波長帯の光を吸収する光吸収材をレンズや光吸収板に混ぜ込むようにしても良い。すなわち、混ぜ込まれた光吸収材の透過波長特性とバンドパスフィルタの透過波長特性とを組み合わせるによって、レーザ光の波長帯を含む狭帯域の通過波長帯が実現できれば良い。
【０１０１】
また、上記実施の形態および変更例では、光検出器として、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４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。
【０１０２】
また、上記実施の形態および変更例では、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。
【０１０３】
また、上記のように実施の形態と種々の変更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。
【０１０４】
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】
【０１０５】
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
１２２  撮像レンズ
１２２ａ〜１２２ｈ  レンズ（レンズ要素）
１２４  ＣＭＯＳイメージセンサ（光検出器）
１２１ａ、１２１ｂ  バンドパスフィルタ（第１の波長制限部、第２の波長制限部）
１２１ｃ、１２１ｄ  バンドパスフィルタ（第１の波長制限部）
１２２ｄ、１２２ｅ  レンズ（第２の波長制限部）
１２１ｅ１、１２１ｆ１  基板（基板、光吸収板）
１２１ｅ２、１２１ｆ２  誘電体層（誘電体膜）
１２８  光吸収板
【図１】
2014112033.tif 000003
【図２】
2014112033.tif 000004
【図３】
2014112033.tif 000005
【図４】
2014112033.tif 000006
【図５】
2014112033.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014112033.tif 000009
【図８】
2014112033.tif 000010
【図９】
2014112033.tif 000011
【図１０】
2014112033.tif 000012