(57)【要約】      （修正有）【課題】物体の表面状態や対象物以外からの光による距離の計測誤差を、簡単な光学系の構成で低減する物体検知センサおよび物体検知方法を提供する。【解決手段】物体検知センサは、物体１０からの光を集光する集光光学系１と、集光光学系１によって集光された光を受光する１次元または２次元の撮像素子２と、物体１０と集光光学系１との間または集光光学系１と撮像素子２との間に配置され、光が通過する開口の形状の自己相間関数がデルタ関数に近似した符号化開口を有するマスク３と、撮像素子２で得られた画像を基に物体１０と撮像素子２との距離および物体１０が存在する方向を決定する処理装置４とを備える。【選択図】図１
2015152423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体からの光を集光する集光光学系と、
この集光光学系によって集光された光を受光する１次元または２次元の撮像素子と、
前記物体と前記集光光学系との間または前記集光光学系と前記撮像素子との間に配置され、光が通過する開口の形状の自己相間関数がデルタ関数に近似した符号化開口を有するマスクと、
前記撮像素子で得られた画像を基に前記物体と前記撮像素子との距離を決定する処理手段とを備えることを特徴とする物体検知センサ。
【請求項２】
請求項１記載の物体検知センサにおいて、
前記処理手段は、
前記符号化開口の画像、前記撮像素子上での画像の位置と前記物体の位置との関係、および前記撮像素子上での画像と前記符号化開口の画像との倍率と、前記物体の位置との関係を予め記憶する記憶手段と、
前記撮像素子上での画像の重心の位置を検出する画像重心位置検出手段と、
前記撮像素子上での画像と前記符号化開口の画像との倍率を検出する画像倍率検出手段と、
前記画像重心位置検出手段での検出結果と、前記画像倍率検出手段での検出結果と、前記記憶手段に予め記憶された関係を基に、前記物体と前記撮像素子との距離を決定する距離決定手段とを備えることを特徴とする物体検知センサ。
【請求項３】
請求項２記載の物体検知センサにおいて、
前記距離決定手段は、前記撮像素子上での画像の位置と前記物体の位置との関係を参照し、前記画像重心位置検出手段が検出した画像の位置に対応する物体の位置情報を取得すると共に、前記倍率と前記物体の位置との関係を参照し、前記画像倍率検出手段が検出した倍率に対応する物体の位置情報を取得し、取得した２つの位置情報が略一致する場合に、この位置情報に含まれる距離の情報から前記物体と前記撮像素子との距離を確定することを特徴とする物体検知センサ。
【請求項４】
請求項２記載の物体検知センサにおいて、
さらに、前記画像重心位置検出手段での検出結果と、前記画像倍率検出手段での検出結果と、前記記憶手段に予め記憶された関係を基に、前記物体が存在する方向を決定する方向決定手段を備えることを特徴とする物体検知センサ。
【請求項５】
請求項４記載の物体検知センサにおいて、
前記方向決定手段は、前記撮像素子上での画像の位置と前記物体の位置との関係を参照し、前記画像重心位置検出手段が検出した画像の位置に対応する物体の位置情報を取得すると共に、前記倍率と前記物体の位置との関係を参照し、前記画像倍率検出手段が検出した倍率に対応する物体の位置情報を取得し、取得した２つの位置情報が略一致する場合に、この位置情報に含まれる方向の情報から前記物体が存在する方向を確定することを特徴とする物体検知センサ。
【請求項６】
請求項３または５記載の物体検知センサにおいて、
さらに、前記２つの位置情報が一致しない場合に、外乱と判定する外乱判定手段を備えることを特徴とする物体検知センサ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の物体検知センサにおいて、
さらに、対象とする物体が存在すると想定される監視空間に光を投光する投光器を備えることを特徴とする物体検知センサ。
【請求項８】
物体と集光光学系との間または前記集光光学系と撮像素子との間に配置され、形状の自己相間関数がデルタ関数に近似した符号化開口を有するマスクを介して、前記物体からの光を１次元または２次元の前記撮像素子で受光する受光ステップと、
前記撮像素子で得られた画像を基に前記物体と前記撮像素子との距離を決定する処理ステップとを含むことを特徴とする物体検知方法。
【請求項９】
請求項８記載の物体検知方法において、
前記処理ステップは、
前記撮像素子上での画像の重心の位置を検出する画像重心位置検出ステップと、
前記撮像素子上での画像と記憶手段に予め記憶された符号化開口の画像との倍率を検出する画像倍率検出ステップと、
前記撮像素子上での画像の位置と前記物体の位置との関係、および前記撮像素子上での画像と前記符号化開口の画像との倍率と、前記物体の位置との関係を予め記憶する前記記憶手段を参照し、前記画像重心位置検出ステップでの検出結果と、前記画像倍率検出ステップでの検出結果と、前記記憶手段に予め記憶された関係を基に、前記物体と前記撮像素子との距離を決定する距離決定ステップとを含むことを特徴とする物体検知方法。
【請求項１０】
請求項９記載の物体検知方法において、
前記距離決定ステップは、前記撮像素子上での画像の位置と前記物体の位置との関係を参照し、前記画像重心位置検出ステップで検出した画像の位置に対応する物体の位置情報を取得すると共に、前記倍率と前記物体の位置との関係を参照し、前記画像倍率検出ステップで検出した倍率に対応する物体の位置情報を取得し、取得した２つの位置情報が略一致する場合に、この位置情報に含まれる距離の情報から前記物体と前記撮像素子との距離を確定することを特徴とする物体検知方法。
【請求項１１】
請求項９記載の物体検知方法において、
さらに、前記画像重心位置検出ステップでの検出結果と、前記画像倍率検出ステップでの検出結果と、前記記憶手段に予め記憶された関係を基に、前記物体が存在する方向を決定する方向決定ステップを含むことを特徴とする物体検知方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の物体検知方法において、
前記方向決定ステップは、前記撮像素子上での画像の位置と前記物体の位置との関係を参照し、前記画像重心位置検出ステップで検出した画像の位置に対応する物体の位置情報を取得すると共に、前記倍率と前記物体の位置との関係を参照し、前記画像倍率検出ステップで検出した倍率に対応する物体の位置情報を取得し、取得した２つの位置情報が略一致する場合に、この位置情報に含まれる方向の情報から前記物体が存在する方向を確定することを特徴とする物体検知方法。
【請求項１３】
請求項１０または１２記載の物体検知方法において、
さらに、前記２つの位置情報が一致しない場合に、外乱と判定する外乱判定ステップを含むことを特徴とする物体検知方法。
【請求項１４】
請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の物体検知方法において、
さらに、対象とする物体が存在すると想定される監視空間に光を投光する投光ステップを含むことを特徴とする物体検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体からの光により物体との距離を計測する物体検知センサおよび物体検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、三角測量法の原理で作動する距離センサが知られている（特許文献１参照）。このような距離センサでは、物体からの光がＣＣＤなどの位置検出素子に入射するが、センサから物体までの距離に応じて位置検出素子に入射する光の位置が変わる。したがって、この光の位置を測定することにより、センサから物体までの距離を求めることが可能である。
三角測量法の原理で作動する距離センサでは、物体の表面状態（例えば鏡面物体か否か、色むらの有無など）や対象物以外からの光によって位置検出素子上で検出される光の位置が変わってしまうため、距離の計測誤差が発生するという問題点があった。
【０００３】
物体の表面状態や対象物以外からの光の影響を受け難い距離センサとして、特許文献２に開示された距離センサが知られている。この距離センサでは、ぼけ量の解析が容易となるように構造化した光通過手段を通して物体からの光を取り込み、この光通過手段を通過した光を収束するレンズ系によって構成されたテレセントリック光学系を通過した光を、２つ以上の光に分離し、これら分離した光から、互いに相違する合焦位置の画像をそれぞれ取り込み、これら画像を用いて物体の距離を演算するようにしている。この距離センサでは、ぼけ量の解析が容易となるように構造化した光通過手段を用いることにより、物体の表面状態や対象物以外からの光の影響を受け難くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５０６２３号公報
【特許文献２】特許第２９６３９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、三角測量法の原理で作動する距離センサでは、物体の表面状態や対象物以外からの光によって距離の計測誤差が発生するという問題点があった。
一方、特許文献２に開示された距離センサでは、物体の表面状態や対象物以外からの光の影響を受け難くすることができる。しかし、特許文献２に開示された距離センサでは、複数のＣＣＤによって得られる複数の画像の像倍率が等しくなるようにするテレセントリック光学系と、テレセントリック光学系を通過した光を分離する複数のプリズムと、複数のＣＣＤとが必要になり、光学系の構成が複雑になるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、物体の表面状態や対象物以外からの光による距離の計測誤差を、簡単な光学系の構成で低減することができる物体検知センサおよび物体検知方法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】
本発明の物体検知センサは、物体からの光を集光する集光光学系と、この集光光学系によって集光された光を受光する１次元または２次元の撮像素子と、前記物体と前記集光光学系との間または前記集光光学系と前記撮像素子との間に配置され、光が通過する開口の形状の自己相間関数がデルタ関数に近似した符号化開口を有するマスクと、前記撮像素子で得られた画像を基に前記物体と前記撮像素子との距離を決定する処理手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の物体検知センサの１構成例において、前記処理手段は、前記符号化開口の画像、前記撮像素子上での画像の位置と前記物体の位置との関係、および前記撮像素子上での画像と前記符号化開口の画像との倍率と、前記物体の位置との関係を予め記憶する記憶手段と、前記撮像素子上での画像の重心の位置を検出する画像重心位置検出手段と、前記撮像素子上での画像と前記符号化開口の画像との倍率を検出する画像倍率検出手段と、前記画像重心位置検出手段での検出結果と、前記画像倍率検出手段での検出結果と、前記記憶手段に予め記憶された関係を基に、前記物体と前記撮像素子との距離を決定する距離決定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の物体検知センサの１構成例において、前記距離決定手段は、前記撮像素子上での画像の位置と前記物体の位置との関係を参照し、前記画像重心位置検出手段が検出した画像の位置に対応する物体の位置情報を取得すると共に、前記倍率と前記物体の位置との関係を参照し、前記画像倍率検出手段が検出した倍率に対応する物体の位置情報を取得し、取得した２つの位置情報が略一致する場合に、この位置情報に含まれる距離の情報から前記物体と前記撮像素子との距離を確定することを特徴とするものである。
なお、本発明の物体検知センサにおいて、前記処理手段に予め記憶する前記撮像素子上での画像と前記符号化開口の画像との倍率に画像の位相（向き）の情報を含めるようにし、前記画像倍率検出手段が検出する前記撮像素子上での画像と前記符号化開口の画像との倍率にも画像の位相（向き）の情報を含めるようにしてもよい。
【０００９】
また、本発明の物体検知センサの１構成例は、さらに、前記画像重心位置検出手段での検出結果と、前記画像倍率検出手段での検出結果と、前記記憶手段に予め記憶された関係を基に、前記物体が存在する方向を決定する方向決定手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の物体検知センサの１構成例において、前記方向決定手段は、前記撮像素子上での画像の位置と前記物体の位置との関係を参照し、前記画像重心位置検出手段が検出した画像の位置に対応する物体の位置情報を取得すると共に、前記倍率と前記物体の位置との関係を参照し、前記画像倍率検出手段が検出した倍率に対応する物体の位置情報を取得し、取得した２つの位置情報が略一致する場合に、この位置情報に含まれる方向の情報から前記物体が存在する方向を確定することを特徴とするものである。
また、本発明の物体検知センサの１構成例は、さらに、前記２つの位置情報が一致しない場合に、外乱と判定する外乱判定手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の物体検知センサの１構成例は、さらに、対象とする物体が存在すると想定される監視空間に光を投光する投光器を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の物体検知方法は、物体と集光光学系との間または前記集光光学系と撮像素子との間に配置され、形状の自己相間関数がデルタ関数に近似した符号化開口を有するマスクを介して、前記物体からの光を１次元または２次元の前記撮像素子で受光する受光ステップと、前記撮像素子で得られた画像を基に前記物体と前記撮像素子との距離を決定する処理ステップとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、符号化開口を備えたマスクを用いることにより、物体の表面状態や対象とする物体以外からの光の影響を受け難くすることができる。また、本発明では、従来の距離センサと比較して光学系の構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る物体検知センサの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る物体検知センサの処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】物体の距離および方向の変化による画像の変化を説明するための図である。
【図４】物体の距離および方向の変化による画像の変化を説明するための図である。
【図５】物体が集光光学系の光軸から逸れた方向に存在し、かつ合焦位置よりも遠方にある場合の撮像素子上での画像の例を示す図である。
【図６】物体の距離および方向の変化による画像の変化を説明するための図である。
【図７】物体が集光光学系の光軸から逸れた方向に存在し、かつ合焦位置よりも近方にある場合の撮像素子上での画像の例を示す図である。
【図８】物体の距離および方向の変化による画像の変化を説明するための図である。
【図９】物体が集光光学系の光軸上に存在し、かつ合焦位置よりも遠方にある場合の撮像素子上での画像の例を示す図である。
【図１０】物体が集光光学系の光軸上に存在し、かつ合焦位置よりも近方にある場合の撮像素子上での画像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る物体検知センサの構成を示すブロック図である。物体検知センサは、物体１０からの光を集光する集光光学系１と、集光光学系１によって集光された光を受光する１次元または２次元の撮像素子２と、集光光学系１と撮像素子２との間に配置され、光が通過する開口の形状の自己相間関数がデルタ関数に近似した符号化開口を有するマスク３と、撮像素子２で得られた画像を基に物体１０と撮像素子２との距離および物体１０が存在する方向を決定する処理装置４とを備えている。
【００１４】
物体１０からの光は、集光光学系１によって集光され、マスク３に入射する。入射した光のうち一部はマスク３によって遮られ、マスク３の符号化開口部に入射した光のみがマスク３を通過して撮像素子２に入射する。符号化開口は、マスク３を集光光学系１（または撮像素子２）側から見たときの開口部の平面形状の自己相間関数がデルタ関数に近似した貫通孔（または貫通孔の集合）である。このような符号化開口については、例えば特許文献２に開示されている。
【００１５】
撮像素子２は、例えば１次元または２次元のＣＣＤからなる。マスク３を通過した光を撮像素子２で受光することにより、１次元または２次元の画像を得ることができる。
処理装置４は、撮像素子２で得られた画像を基に、物体１０と撮像素子２との距離および物体１０が存在する方向を決定する。図２は処理装置４の構成例を示すブロック図である。
【００１６】
処理装置４は、符号化開口の画像、撮像素子２上での画像の位置と物体１０の位置との関係、および撮像素子２上での画像と符号化開口の画像との倍率と、物体１０の位置との関係を予め記憶する記憶部４０と、撮像素子２上での画像の重心の位置を検出する画像重心位置検出部４１と、撮像素子２上での画像と符号化開口の画像との倍率を検出する画像倍率検出部４２と、画像重心位置検出部４１での検出結果と、画像倍率検出部４２での検出結果と、記憶部４０に予め記憶された関係を基に、物体１０と撮像素子２との距離および物体１０が存在する方向を決定する距離・方向決定部４３とから構成される。距離・方向決定部４３は、距離決定手段、方向決定手段および外乱判定手段を構成している。
【００１７】
物体１０からの光がマスク３の符号化開口を通過したことによって得られる画像の撮像素子２上での位置、画像の大きさ、画像の向きは、物体１０と撮像素子２との距離および物体１０が存在する方向によって変わる。図３、図４、図６、図８は物体１０の距離および方向の変化による画像の変化を説明するための図である。図３、図４、図６、図８の例では、「５」、「４」、「３」、「２」、「１」という形状の符号化開口が形成されたものをマスク３としている。また、図３、図４、図６、図８における５は集光光学系１の光軸を表し、６は集光光学系１の合焦位置を表している。
【００１８】
例えば図３に示すように物体１０が集光光学系１の光軸５から逸れた方向に存在し、かつ物体１０が合焦位置６にある場合（集光光学系１の光軸５に沿った物体１０と撮像素子２との距離がＸ２）、物体１０の表面で反射したスポット光はマスク３の符号化開口の「４」、「３」、「２」の部分を介して撮像素子２に結像する。合焦しているので、撮像素子２上での画像は、開口形状によらず、スポット光と同様の点状の形になる。
【００１９】
図４に示すように物体１０が集光光学系１の光軸５から逸れた方向に存在し、かつ物体１０が合焦位置６よりも遠方にある場合（集光光学系１の光軸５に沿った物体１０と撮像素子２との距離がＸ３（Ｘ２＜Ｘ３））、物体１０の表面で反射したスポット光はマスク３の符号化開口の「５」、「４」の部分を介して撮像素子２に結像する。撮像素子２上での画像は、反転し、ぼけが生じているので、図５に示すような形状となる。
【００２０】
図６に示すように物体１０が集光光学系１の光軸５から逸れた方向に存在し、かつ物体１０が合焦位置６よりも近方にある場合（集光光学系１の光軸５に沿った物体１０と撮像素子２との距離がＸ１（Ｘ１＜Ｘ２））、物体１０の表面で反射したスポット光はマスク３の符号化開口の「３」、「２」、「１」の部分を介して撮像素子２に結像する。撮像素子２上での画像は、ぼけが生じているので、図７に示すような形状となる。
【００２１】
図８に示すように物体１０が集光光学系１の光軸５上に存在し、かつ物体１０が合焦位置６にある場合（集光光学系１の光軸５に沿った物体１０と撮像素子２との距離がＸ２）、物体１０の表面で反射したスポット光はマスク３の符号化開口の「４」、「３」、「２」の部分を介して撮像素子２に結像する。合焦しているので、撮像素子２上での画像は、開口形状によらず、スポット光と同様の点状の形になる。
【００２２】
また、物体１０が集光光学系１の光軸５上に存在し、かつ物体１０が合焦位置６よりも遠方にある場合（集光光学系１の光軸５に沿った物体１０と撮像素子２との距離がＸ３）、物体１０の表面で反射したスポット光はマスク３の符号化開口の「４」、「３」、「２」の部分を介して撮像素子２に結像する。撮像素子２上での画像は、反転し、ぼけが生じているので、図９に示すような形状となる。物体１０が更に遠方にある場合は、ぼけが大きくなると同時に画像の大きさも大きくなる。
【００２３】
また、物体１０が集光光学系１の光軸５上に存在し、かつ物体１０が合焦位置６よりも近方にある場合（集光光学系１の光軸５に沿った物体１０と撮像素子２との距離がＸ１）、物体１０の表面で反射したスポット光はマスク３の符号化開口の「４」、「３」、「２」の部分を介して撮像素子２に結像する。撮像素子２上での画像は、ぼけが生じているので、図１０に示すような形状となる。物体１０が更に近方にある場合は、ぼけが大きくなると同時に画像の大きさも大きくなる。
【００２４】
記憶部４０は、集光光学系１の光軸５に沿った物体１０と撮像素子２との距離が基準距離で、物体１０が存在する方向が基準方向であるときに撮像素子２で得られる符号化開口の画像を予め記憶している。ここでは、基準距離をＸ１とする。基準方向は、集光光学系１の光軸５の方向とする。また、記憶部４０は、撮像素子２上での画像の位置と物体１０の位置との関係を予め記憶し、さらに撮像素子２上での画像と前記符号化開口の画像との倍率と、物体１０の位置との関係を予め記憶している。ここで、物体１０の位置は、集光光学系１の光軸５に沿った物体１０と撮像素子２との距離と、物体１０が存在する方向（物体１０が存在する方向と光軸５とのなす角）によって表される。
【００２５】
画像重心位置検出部４１は、撮像素子２上での画像の重心の位置を検出する。なお、画像の重心位置を求める技術は画像処理において周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。ここで、画像の重心としては、画像の形状重心と輝度重心とがあるが、本発明では、画像の形状重心の位置を求めてもよいし、画像の輝度重心の位置を求めてもよい。
【００２６】
画像倍率検出部４２は、記憶部４０に予め記憶された前記符号化開口の画像を拡大縮小して、拡大縮小後の画像を撮像素子２で得られた画像と照合することにより、撮像素子２上での画像と前記符号化開口の画像との倍率を検出する。ここでは、基準距離をＸ１としているので、集光光学系１の光軸５に沿った物体１０と撮像素子２との距離がＸ１である場合、撮像素子２上での画像は記憶部４０に予め記憶された符号化開口の画像の大きさと一致し、撮像素子２上での画像の大きさＡと記憶部４０に予め記憶された符号化開口の画像の大きさＢとの倍率Ａ／Ｂは１となる。
【００２７】
物体１０が基準距離Ｘ１よりも近方に存在する場合、撮像素子２上での画像は記憶部４０に予め記憶された符号化開口の画像よりも大きくなる（倍率Ａ／Ｂ増大）。物体１０が基準距離Ｘ１よりも遠方に存在する場合、撮像素子２上での画像は、記憶部４０に予め記憶された符号化開口の画像よりも小さくなり（倍率Ａ／Ｂ減少）、物体１０が合焦位置６にある場合に最小となる（倍率Ａ／Ｂは極小値）。
【００２８】
さらに、物体１０が合焦位置６よりも遠ざかると、倍率Ａ／Ｂは極小値から増大し始め、集光光学系１の光軸５に沿った物体１０と撮像素子２との距離が大きくなるに従って倍率Ａ／Ｂの絶対値は増大する。ただし、物体１０が合焦位置６よりも遠方にある場合、撮像素子２上での画像が反転する。ここでは、撮像素子２上での画像が反転する場合、倍率Ａ／Ｂに負の符号を与える。したがって、物体１０が合焦位置６よりも近方にある場合の倍率Ａ／Ｂの符号は正で、物体１０が合焦位置６よりも遠方にある場合の倍率Ａ／Ｂの符号は負となる。
【００２９】
画像倍率検出部４２は、記憶部４０に予め記憶された符号化開口の画像に拡大／縮小処理および反転／非反転処理を施すことにより、撮像素子２で得られた画像と最も良く一致する符号化開口の画像を探索する。なお、上記の説明のとおり、「５」、「４」、「３」、「２」、「１」という符号化開口の全ての形状が撮像素子２上で得られることはないが、一致率が最も高くなる画像を探索すればよい。探索した画像の拡大縮小率が倍率Ａ／Ｂの絶対値となる。また、記憶部４０に予め記憶された符号化開口の画像を反転した画像と撮像素子２で得られた画像とが最も良く一致した場合には、倍率Ａ／Ｂに負の符号を付与する。画像の拡大／縮小処理、反転／非反転処理は周知の技術であり、画像の照合も周知の技術である。こうして、画像倍率検出部４２は倍率Ａ／Ｂを求めることができる。
【００３０】
次に、距離・方向決定部４３は、画像重心位置検出部４１での検出結果と、画像倍率検出部４２での検出結果と、記憶部４０に予め記憶された関係を基に、物体１０と撮像素子２との距離および物体１０が存在する方向を決定する。距離・方向決定部４３は、記憶部４０に予め記憶された、撮像素子２上での画像の位置と物体１０の位置との関係を参照し、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置に対応する物体１０の位置情報（物体１０と撮像素子２との距離および物体１０が存在する方向）を取得する。また、距離・方向決定部４３は、記憶部４０に予め記憶された、画像の倍率と物体１０の位置との関係を参照し、画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂに対応する物体１０の位置情報を取得する。
【００３１】
そして、距離・方向決定部４３は、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した物体１０の位置と、画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した物体１０の位置とが略一致する場合、この位置を物体１０の位置として最終的に確定する。ここで、略一致とは、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した距離と画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した距離との隔たりの絶対値が所定の距離しきい値以下で、かつ画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した方向（角度）と画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した方向（角度）との隔たりの絶対値が所定の方向（角度）しきい値以下であることを言う。
【００３２】
なお、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した物体１０の位置と、画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した物体１０の位置とが略一致する場合において、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した距離を、物体１０と撮像素子２との距離としてもよいし、画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した距離を、物体１０と撮像素子２との距離としてもよいし、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した距離と画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した距離との平均値を、物体１０と撮像素子２との距離としてもよい。
【００３３】
また、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した物体１０の位置と、画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した物体１０の位置とが略一致する場合において、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した方向（角度）を、物体１０が存在する方向としてもよいし、画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した方向（角度）を、物体１０が存在する方向としてもよいし、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した方向（角度）と画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した方向（角度）との中間の方向を、物体１０が存在する方向としてもよい。
【００３４】
また、距離・方向決定部４３は、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した物体１０の位置と、画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した物体１０の位置とが一致しない場合、検出しようとする対象物ではなく、外乱と判定する。例えば図６の状態において、距離Ｘ１で物体１０よりも光軸５に近い場所（図６の１３）から外乱光が入射すると、撮像素子２上での画像の位置は、物体１０からの光によって得られる画像よりも左側となり、図１０に示すような形状となる。したがって、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した物体１０の位置と、画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した物体１０の位置とは一致しない。
【００３５】
以上のようにして、本実施の形態では、物体１０と撮像素子２との距離および物体１０が存在する方向を求めることができる。本実施の形態では、符号化開口を備えたマスク３を用いることにより、物体１０の表面状態や対象とする物体１０以外からの光の影響を受け難くすることができる。また、本実施の形態では、特許文献２に開示された距離センサと比較して光学系の構成を簡略化することができる。
【００３６】
なお、距離のみを求める場合には、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した距離と画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した距離との隔たりの絶対値が所定の距離しきい値以下（略一致）であることを確認して、物体１０と撮像素子２との距離を確定してもよい。また、方向のみを求める場合には、画像重心位置検出部４１が検出した画像の位置を基に決定した方向（角度）と画像倍率検出部４２が検出した倍率Ａ／Ｂを基に決定した方向（角度）との隔たりの絶対値が所定の方向（角度）しきい値以下（略一致）であることを確認して、物体１０が存在する方向を確定してもよい。
【００３７】
本実施の形態において、対象とする物体１０が存在すると想定される監視空間に光を投光する投光器を設けるようにしてもよい。これにより、投光器無しでは物体１０からの反射光量が弱過ぎて物体検知ができないような場合でも、物体１０と撮像素子２との距離および物体１０が存在する方向を計測することができる。
【００３８】
また、本実施の形態では、集光光学系１と撮像素子２との間にマスク３を配置しているが、これに限るものではなく、集光光学系１の前（物体１０と集光光学系１との間）にマスク３を配置してもよい。
【００３９】
本実施の形態で説明した処理装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、物体からの光により物体との距離を計測する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…集光光学系、２…撮像素子、３…マスク、４…処理装置、５…光軸、６…合焦位置、１０…物体、４０…記憶部、４１…画像重心位置検出部、４２…画像倍率検出部、４３…距離・方向決定部。
【図１】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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