(57)【要約】  投影パターン３０２等は、距離センサの投影ポイント３００等から物体上へ投影される。投影パターン３０２等は、投影ポイント３００等から投影される複数の光のビーム３０６等によって生成される。複数のビーム３０６等は、物体の表面上に配置される複数の投影アーチファクト３０８等を生成する。複数の投影アーチファクト３０８等のレイアウトは、距離センサの投影ポイント３００等と撮像デバイスとの間の位置関係に依存する。距離センサの投影ポイントと撮像デバイスとの間の位置関係を定める少なくとも１つのパラメータは、投影アーチファクト３０８等に関連した軌跡の重なり合いを最小にするようにパターン３０２等を投影する前に最適化される。調整された投影パターン３０２等の少なくとも一部を含む物体の画像が取り込まれる。距離センサから物体までの距離は、画像からの情報を用いて計算される。
2021500541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
距離センサの投影ポイントから物体の表面上へ投影パターンを投影するステップであって、前記投影パターンは前記投影ポイントから投影された複数の光のビームによって生成され、前記複数の光のビームは前記物体の前記表面上へ配置される複数の投影アーチファクトを生成し、前記複数の投影アーチファクトのレイアウトは、前記距離センサの撮像デバイスと前記投影ポイントとの間の位置関係に依存しており、前記距離センサの撮像デバイスと前記投影ポイントとの間の前記位置関係を定める少なくとも１つのパラメータは、前記投影の前に、前記複数の投影アーチファクトに関連した複数の軌跡の重なり合いを最小にするように最適化されている、投影するステップと、
前記投影パターンの少なくとも一部を含む前記物体の画像を取り込むステップと、
前記画像からの情報を用いて前記距離センサから前記物体までの距離を計算するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
プロセッサによって実行可能な命令でエンコードされた非一時的な機械可読記憶媒体であって、実行されるときに、前記命令は、
距離センサの投影ポイントから物体の表面上へ投影パターンを投影するステップであって、前記投影パターンは前記投影ポイントから投影された複数の光のビームによって生成され、前記複数の光のビームは前記物体の前記表面上へ配置される複数の投影アーチファクトを生成し、前記複数の投影アーチファクトのレイアウトは、前記距離センサの撮像デバイスと前記投影ポイントとの間の位置関係に依存しており、前記距離センサの撮像デバイスと前記投影ポイントとの間の前記位置関係を定める少なくとも１つのパラメータは、前記投影の前に、前記複数の投影アーチファクトに関連した複数の軌跡の重なり合いを最小にするように最適化されている、投影することと、
前記投影パターンの少なくとも一部を含む前記物体の画像を取り込むことと、
前記画像からの情報を用いて前記距離センサから前記物体までの距離を計算することと、
を含む動作を前記プロセッサに実行させることを特徴とする、非一時的な機械可読記憶媒体。
【請求項３】
視野の画像を取り込むように配置された撮像デバイスと、
前記撮像デバイスのレンズの周辺の外側に配置され、複数の投影ビームを前記視野に投影するように構成された投影ポイントと、
を備え、
前記撮像デバイスと前記投影ポイントとの間の位置関係を定める少なくとも１つのパラメータは、前記複数の投影ビームによって生成される複数の投影アーチファクトに関連した複数の軌跡の重なり合いを最小にするように調整されることを特徴とする、機器。
【請求項４】
請求項３に記載の機器であって、前記位置関係は、前記撮像デバイスの光軸に直交する方向に調整されることを特徴とする機器。
【請求項５】
請求項３に記載の機器であって、前記位置関係は、前記撮像デバイスの光軸と平行である方向に調整されることを特徴とする機器。
【請求項６】
請求項３に記載の機器であって、前記少なくとも１つのパラメータは、前記複数の投影ビームの中心投影ビームと前記撮像デバイスの光軸との間の角度を含むことを特徴とする機器。
【請求項７】
請求項３に記載の機器であって、前記少なくとも１つのパラメータは、前記撮像デバイスの光軸と平行である軸周りの回転の角度を含むことを特徴とする機器。
【請求項８】
請求項３に記載の機器であって、前記少なくとも１つのパラメータは、前記撮像デバイスの前記レンズの前節点から前記投影ポイントの中心軸までの前記撮像デバイスの光軸に直交する方向の横方向距離を含むことを特徴とする機器。
【請求項９】
請求項３に記載の機器であって、前記少なくとも１つのパラメータは、前記撮像デバイスの光軸の方向の前記投影ポイントと前記撮像デバイスの前記レンズの前節点との間の高さの差を含むことを特徴とする機器。
【請求項１０】
請求項３に記載の機器であって、前記少なくとも１つのパラメータは、前記撮像デバイスの光軸に直交する第１の線と前記複数の投影ビームの中心ビームに直交する第２の線との間の角度を含むことを特徴とする機器。
【請求項１１】
請求項３に記載の機器であって、前記位置関係は、
【数１】
2021500541.tif 000005
に従って定められており、βは、前記撮像デバイスの光軸に直交する第１の線と前記複数の投影ビームの中心ビームに直交する第２の線との間の角度であり、ｂは、前記撮像デバイスの前記光軸の方向の前記投影ポイントと前記撮像デバイスの前節点との間の高さの差であり、ａは、前記撮像デバイスの前記前節点から前記投影ポイントの中心軸までの横方向距離であり、θは、前記中心ビームと前記撮像デバイスの前記光軸との間の角度であり、αは、前記撮像デバイスの前記光軸と平行である軸周りに定められる回転の角度であることを特徴とする機器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の機器であって、ｂ≠０、α＝０°、θ＝４０°、およびβ＝４０°であることを特徴とする機器。
【請求項１３】
請求項１１に記載の機器であって、ｂ≠０、α＝３０°、θ＝４０°、およびβ＝３６°であることを特徴とする機器。
【請求項１４】
請求項１１に記載の機器であって、ｂ≠０、α＝６０°、θ＝４０°、およびβ＝２３°であることを特徴とする機器。
【請求項１５】
請求項１１に記載の機器であって、ｂ≠０、α＝３０°、θ＝７０°、およびβ＝６７°であることを特徴とする機器。
【請求項１６】
請求項１１に記載の機器であって、ｂ≠０、α＝６０°、θ＝７０°、およびβ＝５４°であることを特徴とする機器。
【請求項１７】
請求項１１に記載の機器であって、ｂ≠０、α＝０°、θ＝７０°、およびβ＝７０°であることを特徴とする機器。
【請求項１８】
請求項１１に記載の機器であって、ｂ＝０、α＝９０°、θ＝４０°、およびβ＝０°であることを特徴とする機器。
【請求項１９】
請求項１１に記載の機器であって、ｂ＝０、α＝９０°、θ＝８０°、およびβ＝０°であることを特徴とする機器。
【請求項２０】
請求項１１に記載の機器であって、ｂ＝０、α＝９０°、θ＝６０°、およびβ＝０°であることを特徴とする機器。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１０月２２日に出願した米国仮特許出願第６２／５７５，５０５号の優先権を主張するものであり、これは、全体として引用して本明細書に援用される。本出願は、２０１８年１０月３日に出願した米国特許出願第１６／１５０，９１８号の一部継続（ＣＩＰ）でもあり、これも、全体として引用して援用される。
【０００２】
米国特許出願第１４／９２０，２４６号、第１５／１４９，３２３号、および第１５／１４９，４２９号は、距離センサの様々な構成を説明する。そのような距離センサは、セキュリティ、ゲーム、無人車の制御、および他の用途を含む種々の用途に役立ち得る。
【０００３】
これらの用途で説明されている距離センサは、（例えば、レーザ、回折光学素子、および／または他の協働部品を含む）投影システムを備え、この投影システムは、光のビームを視野に投影する。光のビームは、（ドット、ダッシュ、または他のアーチファクトの）パターンを生成するように広がる。パターンが視野内で物体に入射するとき、センサから物体までの距離は、センサの受光系（例えば、レンズ、撮像デバイス、および／または他の構成部品）によって取り込まれ得る視野の１つ以上の画像におけるパターンの外観（例えば、ドット、ダッシュ、または他のアーチファクトの位置関係）に基づいて計算することができる。物体の形状および寸法を決定することもできる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一例では、方法は、距離センサの投影ポイントから物体の表面上へ投影パターンを投影するステップであって、投影パターンは投影ポイントから投影された複数の光のビームによって生成され、複数の光のビームは物体の表面上へ配置される複数の投影アーチファクトを生成し、複数の投影アーチファクトのレイアウトは、距離センサの撮像デバイスと投影ポイントとの間の位置関係に依存しており、距離センサの撮像デバイスと投影ポイント投影ポイントとの間の位置関係を定める少なくとも１つのパラメータは、投影の前に、複数の投影アーチファクトに関連した複数の軌跡の重なり合いを最小にするように最適化されている、投影するステップと、調整された投影パターンの少なくとも一部を含む物体の画像を取り込むステップと、画像からの情報を用いて距離センサから物体までの距離を計算するステップと、を含む。
【０００５】
別の例では、非一時的な機械可読記憶媒体は、プロセッサによって実行可能な命令でエンコードされている。実行されるときに、命令は、距離センサの投影ポイントから物体の表面上へ投影パターンを投影するステップであって、投影パターンは投影ポイントから投影された複数の光のビームによって生成され、複数の光のビームは物体の表面上へ配置される複数の投影アーチファクトを生成し、複数の投影アーチファクトのレイアウトは、距離センサの投影ポイントと撮像デバイスの間の位置関係に依存しており、距離センサの投影ポイントと撮像デバイスとの間の位置関係を定める少なくとも１つのパラメータは、投影の前に、複数の投影アーチファクトに関連した複数の軌跡の重なり合いを最小にするように最適化されている、投影することと、調整された投影パターンの少なくとも一部を含む物体の画像を取り込むことと、画像からの情報を用いて距離センサから物体までの距離を計算することと、を含む動作をプロセッサに実行させる。
【０００６】
別の例では、機器は、視野の画像を取り込むように配置された撮像デバイスと、撮像デバイスのレンズの周辺の外側に配置され、複数の投影ビームを視野に投影するように構成された投影ポイントと、を備え、撮像デバイスと投影ポイントとの間の位置関係を定める少なくとも１つのパラメータは、複数の投影ビームによって生成される複数の投影アーチファクトに関連した複数の軌跡の重なり合いを最小にするように調整される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】距離センサの要素を示す概略図である。
【図２】距離センサの投影ポイントによって投影されたパターンの一例の一部である複数のドットについての軌跡を示す。
【図３Ａ】投影ポイントから投影されるビームの配置の一例の側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａのビームの配置によって生成された投影パターンの正面図である。
【図３Ｃ】図３Ａおよび図３Ｂに示された投影パターンの単純化された等角図である。
【図３Ｄ】半球視野内の図３Ａ〜図３Ｃの投影パターンの全体的形状である。
【図４Ａ】投影ポイントから投影されるビームの配置の一例の側面図である。
【図４Ｂ】図４Ａのビームの配置によって生成された投影パターン４０２の正面図である。
【図４Ｃ】図４Ａおよび図４Ｂのパターンが平らな表面上へ投影されるときの図４Ａおよび図４Ｂの投影アーチファクトの軌跡の正面図である。
【図５Ａ】投影ポイントから投影されるビームの配置の一例の側面図である。
【図５Ｂ】図５Ａのビームの配置によって生成された投影パターンの正面図である。
【図５Ｃ】平らな表面上へ投影される図５Ａおよび図５Ｂの投影パターンの側面図である。
【図５Ｄ】平らな表面上へ投影される図５Ａおよび図５Ｂの投影パターンの正面図である。
【図５Ｅ】図５Ａ〜図５Ｄのパターンが平らな表面上へ投影されるときの図５Ａ〜図５Ｄの投影アーチファクトの軌跡の正面図である。
【図５Ｆ】半球視野内の図５Ａ〜図５Ｅの投影パターンの全体的形状である。
【図６Ａ】投影ポイントから投影されるビームの配置の一例の側面図である。
【図６Ｂ】図６Ａのビームの配置によって生成された投影パターンの正面図である。
【図６Ｃ】平らな表面上へ投影される図６Ａおよび図６Ｂの投影パターンの側面図である。
【図６Ｄ】平らな表面上へ投影される図６Ａおよび図６Ｂの投影パターンの正面図である。
【図６Ｅ】図６Ａ〜図６Ｄのパターンが平らな表面上へ投影されるときの図６Ａ〜図６Ｄの投影アーチファクトの軌跡の正面図である。
【図７】本開示の投影ビームアライメントの例である。
【図８】センサから物体までの距離を計算する方法の例の流れ図である。
【図９Ａ】投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有する距離センサの要素の側面ビューを示す概略図である。
【図９Ｂ】図９Ａの距離センサの要素の上面ビューを示す概略図である。
【図１０Ａ】距離センサの投影ポイントの例と撮像デバイスの例との間の位置関係の側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの距離センサの要素をさらに示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａの投影パターンの中心と撮像デバイスの光軸との間の角度が調整されるときの投影ポイント軌跡に与える影響を示す図である。
【図１０Ｄ】図１０Ａの投影パターンの中心と撮像デバイスの光軸との間の角度が調整されるときの投影ポイント軌跡に与える影響を示す図である。
【図１１Ａ】投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサの構成例の構成要素の側面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示されたセンサ部品の上面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａおよび図１１Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１１Ｄ】図１１Ａおよび図１１Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１１Ｅ】図１１Ａおよび図１１Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１１Ｆ】図１１Ａおよび図１１Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１１Ｇ】図１１Ａおよび図１１Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１２Ａ】投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサの構成例の構成要素の側面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示されたセンサ部品の上面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａおよび図１２Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１２Ｄ】図１２Ａおよび図１２Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１２Ｅ】図１２Ａおよび図１２Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１２Ｆ】図１２Ａおよび図１２Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１２Ｇ】図１２Ａおよび図１２Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１３Ａ】投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサの構成例の構成要素の側面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａに示されたセンサ部品の上面図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａおよび図１３Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１３Ｄ】図１３Ａおよび図１３Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１３Ｅ】図１３Ａおよび図１３Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１３Ｆ】図１３Ａおよび図１３Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１３Ｇ】図１３Ａおよび図１３Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１４Ａ】投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサの構成例の構成要素の側面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａに示されたセンサ部品の上面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ａおよび図１４Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１４Ｄ】図１４Ａおよび図１４Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１４Ｅ】図１４Ａおよび図１４Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１４Ｆ】図１４Ａおよび図１４Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１４Ｇ】図１４Ａおよび図１４Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１５Ａ】投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサの構成例の構成要素の側面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａに示されたセンサ部品の上面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ａおよび図１５Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１５Ｄ】図１５Ａおよび図１５Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１５Ｅ】図１５Ａおよび図１５Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１６Ａ】投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサの構成例の構成要素の側面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａに示されたセンサ部品の上面図である。
【図１６Ｃ】図１６Ａおよび図１６Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１６Ｄ】図１６Ａおよび図１６Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１６Ｅ】図１６Ａおよび図１６Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１７Ａ】投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサの構成例の構成要素の側面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａに示されたセンサ部品の上面図である。
【図１７Ｃ】図１７Ａおよび図１７Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１８Ａ】投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサの構成例の構成要素の側面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａに示されたセンサ部品の上面図である。
【図１８Ｃ】図１８Ａおよび図１８Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図１９Ａ】投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサの構成例の構成要素の側面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａに示されたセンサ部品の上面図である。
【図１９Ｃ】図１９Ａおよび図１９Ｂの距離センサによって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。
【図２０】センサから物体までの距離を計算する方法の例の流れ図である。
【図２１】センサから物体までの距離を計算する電子デバイスの例の高レベルブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示は、球状三角測量計算のためにビームレイアウトを最適化するように距離センサの投影システムを調整するための機器、方法、および非一時的なコンピュータ可読媒体を幅広く説明する。上述したように、米国特許出願第１４／９２０，２４６号、第１５／１４９，３２３号、および第１５／１４９，４２９号に記載されたものなどの距離センサは、物体を含む視野内の（例えば、ドット、ダッシュ、または他のアーチファクトの）パターンを生成するように広がる光のビームを投影することによって物体までの距離（そして、潜在的には、物体の形状および寸法）を決定する。いくつかの例では、センサは、複数の「投影ポイント」を含み、各投影ポイントから複数のビームが投影され得る。複数のビームは、パターンの一部を形成するように拡がることができる。パターンの外観は、物体までの距離につれて変化し得る。例えば、パターンがドット群のパターンを含む場合ドット群は、物体がセンサにより近くあるときに互いにより近くに現れることができ、物体がセンサからより遠くに離れているときに互いからより遠くに離れて現れることができる。
【０００９】
例えば、図１は、米国特許出願第１４／９２０，２４６号、第１５／１４９，３２３号、および第１５／１４９，４２９号に記載されたセンサに類似する距離センサの要素を示す概略図である。図示されるように、センサは、撮像デバイスのレンズ１００を備えることができる。レンズ１００の視野は、ｆによって示すことができる。センサは、レンズ１００の周囲に配置された（例えば、光源、回折光学素子、および／または他の構成部品の組合せによって形成された）複数の投影ポイントを含むこともでき、図１は、そのような投影ポイント１０２の１つを示しており、他の投影ポイントが、レンズ１００の周りの異なる位置に同様に構成および配置されてもよい。レンズ１００の中心軸から投影ポイント１０２の中心軸までの距離は、センサの「基準線」と呼ばれることもあり得る。
【００１０】
投影ポイント１０２は、光の複数のビーム１０４１〜１０４ｎ（以下、「ビーム１０４」と個々に呼ばれる、または「ビーム１０４」と総称して呼ばれる）を投影し、これらは拡がり、ビーム１０４が表面に入射するときに投影アーチファクトのパターン１０６（例えば、ドット、ダッシュなど）を形成する。パターン１０６の平面は、センサの基準線ｄと平行であり得る。図１に示された例では、投影アーチファクトは、ドット群である。図１は、基準線ｄからの第１の距離Ｄ１に現れるとともに、基準線ｄからの第２の距離Ｄ２にも現れるパターン１０６を示す。
【００１１】
同じ投影ポイント１０２から投影される全てのビーム１０４は、上述したように、物体距離に従って基準線ｄに沿って同じ方向に移動する。しかしながら、同じ投影ポイント１０２から投影されるビーム１０４の本数が増加するにつれて、ビーム１０４群によって作り出されるアーチファクト（例えば、ドット）の軌跡（すなわち、移動範囲）は、より近くに一緒に現れることができ、場合によっては、重なり合うことすらあり得る。
【００１２】
投影アーチファクトの軌跡は、平面（例えば、側面）方向および高さ方向（例えば、側面方向に直交する方向）における距離センサの投影光学系（例えば、光のビームを投影する光源、回折光学素子、および他の構成部品を含む光学部品のセット）と受光光学系（例えば、投影アーチファクトの画像を取り込むレンズ、撮像デバイス、および他の構成部品）との間の位置関係によって決定される。投影アーチファクトの軌跡は、放射状パターンまたは線として現れることができ、センサと投影パターンが投影される物体との間の距離が変わるときの投影アーチファクトの移動を説明する。より具体的には、投影アーチファクトの軌跡は、距離の変化につれての距離センサの撮像デバイスに対しての投影アーチファクトの移動を説明する。
【００１３】
例えば、図２は、（例えば、図１の投影ポイント１０２などの）距離センサの投影ポイントによって投影されたパターンの一例の一部である複数のドットについての軌跡２００を示す。暗くしていないドットは、センサ基準線からの第１の距離におけるドットの位置を表し、一方、暗くしたドットは、センサ基準線からの第２の距離におけるドットの位置を表す。暗くしていないドットを暗くしたドットにつないでいる線または軌跡２００は、センサ基準線から異なる距離で示された暗くしていないドットおよび暗くしたドットが同じドットであることを表す。図２に示されたように、一部のドットの軌跡２００は、重なり合い得る。重なり合っている軌跡２００は、円２０２によって示されている。軌跡２００の重なり合いが生じるとき、投影ポイントから投影されたどのビームが、投影パターン内のどのドット群に対応するのかを決定するのは難しくなり得る。このことは、距離測定計算を複雑にし得る。正確な計算は、画像に見られるドット群を生成したビームを特定する能力に依拠し得るからである。
【００１４】
したがって、距離センサの投影ポイントから投影されるビームの本数の増加は、ビームによって生成される投影アーチファクトの軌跡に重なり合いが存在する可能性を増加させ得る（そして、したがって、距離計算の難しさを増大させる）。他方で、多数のビームは、距離計算のためにセンサの視野のよりよい空間範囲を与えるので、一般に有利とみなされる。さらなる考慮事項として、製造コスト、センササイズ、および構成部品の損傷によるセンサ故障を最小にするために投影ポイントの個数を最小に保つことが望ましいものであり得る。けれども、より少ない投影ポイントを有する空間範囲を維持するために、投影ポイントからより多数のビームを投影する必要があり得る。
【００１５】
本開示の例は、センサ投影ポイントから投影されたビームの本数が増加するときに投影アーチファクト軌跡の重なり合いを最小にする距離センサのためのビーム配置を提供する。詳細には、本開示の例は、空間範囲の必要性と投影アーチファクト軌跡の重なり合いを最小にする必要性とのバランスをとる投影アーチファクトの分布を有するパターンを提供する。開示されたパターンの例は、中心ビームから（少なくともｘ方向およびｙ方向に）対称的に拡がる複数のビームを各投影ポイントから投影することによって実現することができる。
【００１６】
上述したように、投影アーチファクトの軌跡は、放射状パターンまたは線として現れ得る。本開示の例は、投影アーチファクト軌跡と複数の投影アーチファクトを含む投影パターンの線の両方が線形であるように現れ得ることを考慮に入れる。したがって、投影アーチファクトと距離センサの撮像デバイスとの間の位置関係、中心投影アーチファクトの方向、または複数の投影アーチファクトによって生成される投影パターンの回転位相は、投影パターンを形成する複数の投影アーチファクトの軌跡の重なり合いを最小にするように調整することができる。さらに、本開示の例は、投影パターンを形成する面が湾曲しているときに、投影アーチファクト軌跡と投影パターンの線がなす角度が徐々に変わるかもしれず、これにより、投影パターン全体にわたっての軌跡の重なり合いを均一になくすことがより困難になることを明らかにする。
【００１７】
本開示の例は、距離センサの投影光学系と受光光学系との間の位置関係が面（例えば、横）方向および高さ方向（例えば、横方向に直交する方向）における少なくとも１つに調整される距離センサを提供する。例えば、各投影ポイントは、投影ポイントの一部を調整するように調整され、それによって受光光学系に対する投影ポイントの位置関係を調整することもできる。この位置関係の調整により、投影ポイント軌跡の重なり合いを最小にするように投影パターンの最適化を可能にする。
【００１８】
本開示の文脈内で、投影ポイントの「調整」は、工場内で行われる投影ポイントと撮像デバイスの間の位置関係の調整を指す。例えば、調整は、組立前に、距離センサの構成部品についての適切な寸法および位置を計算および選択することによって行われ得る。構成部品は、距離センサの組立中に「事前調整」することもできる。しかしながら、投影ポイントまたはその位置の「調整」のいかなる説明も、組立後に、例えば、現場で調整可能であることを示唆することは意味されていない。
【００１９】
さらなる本開示の例は、投影アーチファクトが複数の行列状に配置されているほぼ矩形形状を有する投影パターン（すなわち、複数の投影アーチファクトによって生成されるパターン）を説明する。この文脈では、投影パターンの中心にある投影アーチファクトは、投影パターンの「原点」とみなすことができる。原点と交差する行は投影パターンの「緯度」線と呼ばれる場合もあり、一方、原点と交差する列は、投影パターンの「経度」線と呼ばれる場合もある。一例では、投影ポイントからの１本以上のビームの投影の角度は、投影アーチファクト軌跡の重なり合いを最小にする調整された投影パターンを実現するために投影パターンの緯度線および経度線の１つ以上が所定の角度だけ回転させられるように調整することができる。
【００２０】
図３Ａは、投影ポイント３００から投影されるビームの配置の一例の側面図を示し、一方、図３Ｂは、図３Ａのビームの配置によって生成された投影パターン３０２の正面図を示す。図３Ａおよび図３Ｂの例では、ビームの配置は、球面３０４上へ、すなわち、丸みのある（平らでない）形状を有する表面上へ投影される。
【００２１】
図示されるように、投影ポイント３００は、（以下、「ビーム３０６」と個々に呼ばれる、または「ビーム３０６」と総称して呼ばれる）複数のビーム３０６１〜３０６ｍを投影する。複数のビーム３０６は、中心ビーム３０６ｉを含む。残りのビーム３０６は、ｘ軸に沿った両方向におよびｙ軸に沿った両方向に中心ビーム３０６ｉから拡がる。図面を簡単化するために、第１のビーム３０６１と中心ビーム３０６ｉとの間および中心ビーム３０６ｉと最後のビーム３０６ｍとの間に存在し得るビーム３０６は、図３Ａに示されていない。
【００２２】
図３Ｂに示されるように、複数のビーム３０６によって生成された結果として得られるパターン３０２は、矩形格子状に配置された複数の投影アーチファクト（例えば、ドット群）を備える。格子の行は示した座標系のｘ軸に沿って延び、一方、格子の列はｙ軸に沿って延びる。行列は、予め定められた規則（例えば、等角度間隔、等正弦値間隔など）に従った間隔で中心ビーム３０６ｉからｘ軸およびｙ軸に対応する方位角で配置される。
【００２３】
投影アーチファクトは、互い違いに配置されたパターンで配置されてもよく（例えば、行に沿ったまたは列に沿った全ての投影アーチファクトが同一直線上にあることができないように、各行または列が隣接した行または列からシフトされている）、または連続的なパターンで配置されてもよい（例えば、行に沿ったまたは列に沿った全ての投影アーチファクトが同一直線上にあるように、各行または列が隣接した各行または列と整列される）。投影アーチファクトのパターンは互い違いに配置されていようと連続的であろうと、パターンは、規則的であり（すなわち、投影アーチファクトの配置が、ランダムではなく規則的であり）、中心ビーム３０６ｉによって生成された中心投影アーチファクト３０８から外向きに延びることができる。中心投影アーチファクト３０８は、は、「経度線」３１０（または中心列）および「緯度線」３１２（または中心行）の交点にあり、パターン３０２の「原点」とみなされ得る。
【００２４】
一例では、パターン３０２が球面３０４上へ投影されるとき、経度線３１０は、ｙ軸周りに第１の所定の角度だけ回転させられ得る。代替としてまたは加えて、緯度線３１２は、ｘ軸周りに第２の所定の角度だけ回転させられ得る。これは、図３Ｂに示されており、パターン３０２の形状は、球面３０４の丸みのある形状に確定するように湾曲している。
【００２５】
中心投影アーチファクト３０８、回転させられた経度線３１０、および／または回転させられた緯度線３１２が投影される球面３０４は、常に平面であるので、パターン３０２の各行または列は、中心投影アーチファクト３０８を通過する平面を備える。図３Ａおよび図３Ｂに示された投影パターン３０２の単純化された等角図を示す図３Ｃに示されるように、球面３０４の平面上へ投影される投影アーチファクトの各線は、直線になる。
【００２６】
図３Ｃに示された例では、投影ポイント３００およびパターン３０２の緯度線によって形成された表面は、（円錐体の頂点または狭い端部として投影ポイント３００を有する）円錐形であり、一方、投影ポイント３００およびパターン３０２の経度線によって形成された表面は、平らな面または平坦面である。これは、投影ポイントによって形成された格子線が曲線になるからである。経度線上に配置される格子線は、直線であり、一方、矩形形状（それぞれの線がなす角度）は、３次元位置の差に関して均一である。一例では、投影パターン３０２の例に従う距離センサから物体までの距離は、距離センサのレンズの主点に中心がある球面３０４の半径に対応する。センサは、投影ポイント３００を含む複数の投影ポイントの中心に配置することができ、主点は、センサのレンズの前節点（前側のノーダルポイント）であり得る。
【００２７】
図３Ｄは、半球視野内の図３Ａ〜図３Ｃの投影パターン３０２の全体的形状を示す。より具体的には、図３Ｄは、投影ポイント３００に対しての投影パターンの格子線の向きを示す。図示されるように、投影パターン３０２は、緯度線３２６および経度線３２８のうちの１つ以上をそれぞれ所定の角度ηおよびθだけ回転させることによって調整することができる。ηおよびθは、投影パターン３０２が投影される物体の用途および形状に応じて等しくてもまたは等しくなくてもよい。
【００２８】
例えば、緯度線３２６は、新しい位置３２２でｙ方向に（すなわち、ｙ軸に沿った方向に）ずらされ得る。一例では、新しい位置３２２への緯度線３２６のシフトは、角度ηだけ緯度線３２６を回転させることによって達成される。
【００２９】
経度線３２８は、新しい位置３２４までｘ方向に（すなわち、ｘ軸に沿った方向に）ずらされ得る。一例では、新しい位置３２４への経度線３２８のシフトは、角度θだけ経度線３２８を回転させることによって達成される。
【００３０】
図３Ｄは、このビームレイアウトによって生成され得る投影アーチファクトの例のいくつかを示す。緯度線３２６（そのためη＝０）および経度線３２８（そのためθ＝０）の原点位置の交点にある中心投影アーチファクト３０８に加えて、以下の投影アーチファクト、すなわち、中心投影アーチファクト３０８から座標（θ，η）にあり（例えば、ｘ方向とｙ方向の両方にずらされ）、調整されたパターンで中心投影アーチファクト３０８の新しい位置を表す投影アーチファクト３３０、座標（θ，０）にある投影アーチファクト３３２、および座標（０，η）にある投影アーチファクト３３４も示されている。
【００３１】
図４Ａは、投影ポイント４００から投影されるビームの配置の一例の側面図を示し、一方、図４Ｂは、図４Ａのビームの配置によって生成された投影パターン４０２の正面図を示す。図４Ａおよび図４Ｂの例では、ビームの配置は、平らな表面４０４上へ投影される。
【００３２】
図示されるように、投影ポイント４００は、（以下、「ビーム４０６」と個々に呼ばれるまたは「ビーム４０６」と総称して呼ばれる）複数のビーム４０６１〜４０６ｍを投影する。複数のビーム４０６は、中心ビーム４０６ｉを含む。残りのビーム４０６は、ｘ軸に沿った両方向におよびｙ軸に沿った両方向に中心ビーム４０６ｉから拡がる。図面を簡単化するために、第１のビーム４０６１と中心ビーム４０６ｉとの間および中心ビーム４０６ｉと最後のビーム４０６ｍとの間に存在し得るビーム４０６は、図４に示されていない。
【００３３】
図４Ｂに示されるように、複数のビーム４０６によって生成された結果として得られるパターン４０２は、矩形格子状に配置された複数の投影アーチファクト（例えば、ドット群）を備える。格子の行は示した座標系のｘ軸に沿って延び、一方、格子の列はｙ軸に沿って延びる。行列は、予め定められた規則（例えば、等角度間隔、等正弦値間隔など）に従った間隔で中心ビーム４０６ｉからｘ軸およびｙ軸に対応する方位角で配置される。
【００３４】
投影アーチファクトは、互い違いに配置されたパターンで配置されてもよく（例えば、行に沿ったまたは列に沿った全ての投影アーチファクトが同一直線上にあることができないように、各行または列が隣接した行または列からシフトされている）、または連続的なパターンで配置されてもよい（例えば、行に沿ったまたは列に沿った全ての投影アーチファクトが同一直線上にあるように、各行または列が隣接した各行または列と整列される）。投影アーチファクトのパターンは互い違いに配置されていようと連続的であろうと、パターンは、規則的であり（すなわち、投影アーチファクトの配置が、ランダムではなく規則的であり）、中心ビーム４０６ｉによって生成された中心投影アーチファクト４０８から外向きに延びることができる。中心投影アーチファクト４０８は、経度線４１０および緯度線４１２の交点にあり、パターン４０２の「原点」とみなされ得る。
【００３５】
図４Ｃは、図４Ａおよび図４Ｂのパターン４０２が平らな表面４０４上へ投影されるとき図４Ａおよび図４Ｂの投影アーチファクトの軌跡１４の正面図を示す。図示されるように、軌跡４１４は、重なり合わない。
【００３６】
図４Ｃは、投影ポイント４００に対してのレンズ４１６の位置を示す。基準線４１８によって示されるように、投影ポイント４００は、レンズ４１６から半径またはｘ方向にいくらかの距離で配置される。しかしながら、ｙ方向に、投影ポイント４１６とレンズの位置の間の差はゼロである。言い換えれば、レンズ４１６および投影ポイント４００は、例えば、投影ポイント４００が撮像デバイスの光軸の方向にレンズの撮像デバイスの主点（例えば、前節点）と一様の高さになるように同じ平面内に取り付けることができる。
【００３７】
図５Ａは、投影ポイント５００から投影されるビームの配置の一例の側面図を示し、一方、図５Ｂは、図５Ａのビームの配置によって生成された投影パターン５０２の正面図を示す。図５Ａおよび図５Ｂの例では、ビームの配置は、球面５０４上へ、すなわち、丸みのある（平らでない）形状を有する表面上へ投影される。
【００３８】
図示されるように、投影ポイント５００は、（以下、「ビーム５０６」と個々に呼ばれる、または「ビーム５０６」と総称して呼ばれる）複数のビーム５０６１〜５０６ｍを投影する。複数のビーム５０６は、中心ビーム５０６ｉを含む。残りのビーム５０６は、ｘ軸に沿った両方向におよびｙ軸に沿った両方向に中心ビーム５０６ｉから拡がる。図面を簡単化するために、第１のビーム５０６１と中心ビーム５０６ｉとの間および中心ビーム５０６ｉと最後のビーム５０６ｍとの間に存在し得るビーム５０６は、図５Ａに示されていない。
【００３９】
図５Ｂに示されるように、複数のビーム５０６によって生成された結果として得られるパターン５０２は、矩形格子状に配置された複数の投影アーチファクト（例えば、ドット群）を備える。格子の行は示した座標系のｘ軸に沿って延び、一方、格子の列はｙ軸に沿って延びる。行列は、予め定められた規則（例えば、等角度間隔、等正弦値間隔など）に従った間隔で中心ビーム５０６ｉからｘ軸およびｙ軸に対応する方位角で配置される。
【００４０】
投影アーチファクトは、互い違いに配置されたパターンで配置されてもよく（例えば、行に沿ったまたは列に沿った全ての投影アーチファクトが同一直線上にあることができないように、各行または列が隣接した行または列からシフトされている）、または連続的なパターンで配置されてもよい（例えば、行に沿ったまたは列に沿った全ての投影アーチファクトが同一直線上にあるように、各行または列が隣接した各行または列と整列される）。投影アーチファクトのパターンは互い違いに配置されていようと連続的であろうと、パターンは、規則的であり（すなわち、投影アーチファクトの配置が、ランダムではなく規則的であり）、中心ビーム５０６ｉによって生成された中心投影アーチファクト５０８から外向きに延びることができる。中心投影アーチファクト５０８は、経度線５１０および緯度線５１２の交点にあり、パターン５０２の「原点」とみなされ得る。
【００４１】
図５Ｃは、平らな表面上５１６へ投影される図５Ａおよび図５Ｂの投影パターン５０２の側面図を示し、一方、図５Ｄは、平らな表面５１６上へ投影される図５Ａおよび図５Ｂの投影パターン５０２の正面図を示す。図５Ｃに示されるように、パターン５０２が平らな表面５１６上へ投影されるときとは異なって、パターン５０２は曲がる。以下に図５Ｅに関連して説明するように、これは、投影アーチファクトの軌跡の重なり合いを引き起こし得る。これは、パターン５０２が球面５０４上へ投影され、そのほぼ矩形格子形状を維持する図５Ａおよび図５Ｂの例とは対照的である。
【００４２】
図５Ｅは、図５Ａ〜図５Ｄのパターン５０２が平らな表面５２０上へ投影されるときの図５Ａ〜図５Ｄの投影アーチファクトの軌跡５１４の正面図を示す。図示されるように、軌跡５１４は、平らな表面５２０上へ投影されるときに重なり合う。
【００４３】
図５Ｅは、投影ポイント５００に対してのレンズ５１６の位置も示す。基準線５１８によって示されるように、投影ポイント５００は、レンズ５１６から半径またはｘ方向にいくらかの距離で配置される。しかしながら、ｙ方向に、投影ポイント５００とレンズ５１６の位置の間の差はゼロである。言い換えれば、レンズ５１６および投影ポイント５００は、例えば、投影ポイント５００が撮像デバイスの光軸の方向にレンズの撮像デバイスの主点（例えば、前節点）と一様の高さになるように同じ平面内に取り付けることができる。
【００４４】
図５Ｆは、半球視野内の図５Ａ〜図５Ｅの投影パターン５０２の全体的形状を示す。より具体的には、図５Ｆは、投影ポイント５００に対しての投影パターンの格子線の向きを示す。図示されるように、投影パターン５０２は、それぞれ所定の角度ηおよびθだけ緯度線５２６および経度線５２８のうちの１つ以上を回転させることによって調整することができる。ηおよびθは、投影パターン５０２が投影される物体の用途および形状に応じて等しくてもまたは等しくなくてもよい。
【００４５】
例えば、緯度線５２６は、新しい位置５２２までｙ方向に（すなわち、ｙ軸に沿った方向に）ずらされ得る。一例では、新しい位置５２２への緯度線５２６のシフトは、角度ηだけ緯度線５２６を回転させることによって達成される。
【００４６】
経度線５２８は、新しい位置５２４までｘ方向に（すなわち、ｘ軸に沿った方向に）ずらされ得る。一例では、新しい位置５２４への経度線５２８のシフトは、角度θだけ経度線５２８を回転させることによって達成される。
【００４７】
図５Ｆは、このビームレイアウトによって生成され得る投影アーチファクトの例のいくつかを示す。緯度線５２６（そのためθ＝０）および経度線５２８（そのためη＝０）の原点位置の交点にある中心投影アーチファクト５０８に加えて、以下の投影アーチファクト、すなわち、中心投影アーチファクト５０８から座標（θ，η）にあり（例えば、ｘ方向とｙ方向の両方にずらされ）、調整されたパターンで中心投影アーチファクト５０８の新しい位置を表す投影アーチファクト５３０、および座標（０，η）にある投影アーチファクト５３２、および座標（θ，０）にある投影アーチファクト５３４も示されている。
【００４８】
図６Ａは、投影ポイント６００から投影されるビームの配置の一例の側面図を示し、一方、図６Ｂは、図６Ａのビームの配置によって生成された投影パターン６０２の正面図を示す。図６Ａおよび図６Ｂの例では、ビームの配置は、球面６０４上へ、すなわち、丸みのある（平らでない）形状を有する表面上へ投影される。
【００４９】
図示されるように、投影ポイント６００は、（以下、「ビーム６０６」と個々に呼ばれるまたは「ビーム６０６」と総称して呼ばれる）複数のビーム６０６１〜６０６ｍを投影する。複数のビーム６０６は、中心ビーム６０６ｉを含む。残りのビーム６０６は、ｘ軸に沿った両方向におよびｙ軸に沿った両方向に中心ビーム６０６ｉから拡がる。図面を簡単化するために、第１のビーム６０６１と中心ビーム６０６ｉの間および中心ビーム６０６ｉと最後のビーム６０６ｍとの間に存在し得るビーム６０６は、図６Ａに示されていない。
【００５０】
図６Ｂに示されるように、複数のビーム６０６によって生成された結果として得られるパターン６０２は、矩形格子状に配置された複数の投影アーチファクト（例えば、ドット群）を備える。格子の行は示した座標系のｘ軸に沿って延び、一方、格子の列はｙ軸に沿って延びる。行列は、予め定められた規則（例えば、等角度間隔、等正弦値間隔など）に従った間隔で中心ビーム６０６ｉからｘ軸およびｙ軸に対応する方位角で配置される。
【００５１】
投影アーチファクトは、互い違いに配置されたパターンで配置されてもよく（例えば、行に沿ったまたは列に沿った全ての投影アーチファクトが同一直線上にあることができないように、各行または列が隣接した行または列からシフトされている）、または連続的なパターンで配置されてよい（例えば、行に沿ったまたは列に沿った全ての投影アーチファクトが同一直線上にあるように、各行または列が隣接した各行または列と整列される）。
【００５２】
投影アーチファクトのパターンは互い違いに配置されていようと連続的であろうと、パターンは、規則的であり（すなわち、投影アーチファクトの配置が、ランダムではなく規則的であり）、中心ビーム６０６ｉによって生成された中心投影アーチファクト６０８から外向きに延びることができる。中心投影アーチファクト６０８は、経度線６１０および緯度線６１２の交点にあり、パターン６０２の「原点」とみなされ得る。
【００５３】
一例では、パターン６０２が中心投影アーチファクト６０８に中心がある球面６０４上へ投影されているとき、図６Ｂに示されるように、パターン６０２は、地球の赤道の真上から地球の経度線（例えば、子午線）および緯度線（例えば、赤道）を直接見ているのに似ている形状をとることができる。
【００５４】
図６Ｃは、平らな表面上へ投影される図６Ａおよび図６Ｂの投影パターン６０２の側面図を示し、一方、図６Ｄは、平らな表面上へ投影される図６Ａおよび図６Ｂの投影パターン６０２の正面図を示す。
【００５５】
図６Ｅは、図６Ａ〜図６Ｄのパターン６０２が平らな表面６１４上へ投影されるときの図６Ａ〜図６Ｄの投影アーチファクトの軌跡６２０の正面図を示す。図示されるように、軌跡６２０は、重なり合わない。
【００５６】
図６Ｅは、投影ポイント６００に対してのレンズ６１６の位置も示す。基準線６１８によって示されるように、投影ポイント６００は、レンズ６１６から半径またはｘ方向にいくらかの距離で配置される。しかしながら、ｙ方向に、投影ポイント６００とレンズ６１６の位置の間の差はゼロである。言い換えれば、レンズ６１６および投影ポイント６００は、例えば、投影ポイント６００が撮像デバイスの光軸の方向にレンズの撮像デバイスの主点（例えば、前節点）と一様の高さになるように同じ平面内に取り付けることができる。
【００５７】
図７は、本開示の投影ビームアライメントの例を示す。詳細には、図７は、レンズ／撮像デバイスの前節点７００、第１の投影ポイント７０２１、および第２の投影ポイント７０２２を含む距離センサの様々な構成要素を示す。
【００５８】
図示されるように、前節点７００は、第１の投影ポイント７０２１および第２の投影ポイント７０２２の各々からの（例えば、ｘ軸に沿った）横方向距離に配置される。第１の投影ポイント７０２１および第２の投影ポイント７０２２は、前節点７００の（例えば、ｚ軸に沿った）背後の距離ｂに配置される。また、角度ωは、第１の投影ポイント７０２１と第２の投影ポイント７０２２との間で（および距離センサの一部であり得る任意の他の投影ポイント間で）定義される。
【００５９】
一例として第１の投影ポイント７０２１を取り上げると、第１の投影ポイント７０２１は、中心ビーム７０４を含む複数の光のビームを投影する。簡単にするために、中心ビーム７０４だけが、図７に示されている。中心ビーム７０４は、複数のビームによって生成される投影パターンの中心投影アーチファクト７０６を生成する。簡単にするために、中心投影アーチファクト７０６だけが、図７に示されている。
【００６０】
第１の投影ポイント７０２１に対しての中心ビーム７０４の向きは、複数の角度によって説明することができる。例えば、αの角度は、中心ビーム７０４によって定められる平面７０８と前節点７００の中心軸７１２および第１の投影ポイント７０２１を通過する放射状線７１０との間で定めることができる。
【００６１】
ロール軸εは、どのように中心ビーム７０６が中心投影アーチファクト７０６の位置を調整するように回転できるのかを示す。中心ビームは、ｙ軸に沿って角度θだけ、および／またはｘ軸に沿って角度ηだけ回転させることができる。また、角度δは、中心ビーム７０６と、前節点７００の中心軸７１２と平行な角度で第１の投影ポイント７０２１を通過する線との間で定義される。
【００６２】
図８は、センサから物体までの距離を計算する方法８００の例の流れ図を示す。一実施形態では、図９に示されるとともに以下説明されるように、方法８００は、イメージングセンサ（例えば、距離センサの任意のイメージングセンサ）に組み込まれたプロセッサ、または汎用コンピューティングデバイスによって実行することができる。
【００６３】
方法８００は、ステップ８０２で開始する。ステップ８０４において、投影パターンは、距離センサの投影ポイントから物体上へ投影され得る。上述したように、投影パターンは、複数のビームが物体に入射するときに、投影アーチファクトのパターン（例えば、ドット群、ダッシュ、ｘなど）が少なくともイメージングセンサによって見ることができるように投影ポイントから複数のビームを投影することによって生成することができる。パターンは、（例えば、複数の行および複数の列のような）投影アーチファクトが内部に配置される矩形格子を含むことができる。
【００６４】
やはり上述したように、投影パターンの中心投影アーチファクトは、投影パターンの経度線（例えば、中心列）および緯度線（例えば、中心行）の交点に生成される。
【００６５】
ステップ８０６では、経度線および緯度線の少なくとも１つが投影される角度が、投影パターンの形状を調整するように所定の量だけ回転することができ、調整された投影パターンが物体上へ投影される結果となる。一例では、投影パターンの形状は、投影パターンが投影される物体の形状を補償するように調整される。例えば、物体が球面または丸みのある表面を有する場合、投影パターンは、適切に調整されない場合、歪んで現れ得る。この歪みは、いくつかの投影アーチファクトの軌跡の重なり合いを引き起こし得る。一例では、経度線は、第１の所定の角度だけその原点位置から回転させられ得る一方、緯度線は、第２の所定の角度だけその原点位置から回転させられる。第１の所定の角度および第２の所定の角度は、等しくてもよく、または等しくなくてもよい。
【００６６】
ステップ８０８において、物体の少なくとも１つの画像が取り込まれ得る。調整された投影パターンの少なくとも一部は、物体の表面で見ることができ得る。
【００６７】
ステップ８１０において、距離センサから物体までの距離は、ステップ８０８において取り込まれた画像からの情報を用いて計算され得る。一実施形態では、三角測量技法を使用して距離を計算することができる。例えば、投影パターンを構成する複数の投影アーチファクト間の位置関係が、計算のために基礎として使用され得る。
【００６８】
方法８００は、ステップ８１２において終了する。方法８００は、距離センサのさらなる投影ポイントのために（並列でまたは連続的に）繰り返されてもよい。
【００６９】
明示していないが、上述された方法８００のブロック、機能、または動作のいくつかは、特定のアプリケーションのために記憶、表示、および／または出力することを含むことができることに留意されたい。言い換えれば、方法８００において説明される任意のデータ、記録、フィールド、および／または中間結果は、特定のアプリケーションに応じて別のデバイスに記憶、表示、および／または出力することができる。さらに、決定動作を説明するまたは判断を伴う図８のブロック、機能、または動作は、決定動作の両分岐が実施されることを示唆しない。言い換えれば、決定動作の分岐の一方は、決定動作の結果に応じて、実施されなくてもよい。
【００７０】
上述したように、本開示の例は、距離センサの投影光学系と受光光学系との間の位置関係が面（例えば、横）方向および高さ方向（例えば、横方向に直交する方向）の少なくとも１つで自由に調整可能である距離センサを提供する。
【００７１】
例えば、図９Ａは、投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有する距離センサ９００の要素の側面ビューを示す概略図である。図９Ｂは、図９Ａの距離センサの要素９００の上面図を示す概略図である。図示されるように、センサ９００は、撮像デバイスのレンズ９０２を備えることができる。センサ９００は、レンズ９０２の周囲に配置された（例えば、光源、回折光学素子、および／または他の構成部品の組合せによって形成される）複数の投影ポイントを含むこともでき、図９Ａおよび図９Ｂは、そのような投影ポイント９０４の１つを示しており、レンズ９０２の周りの異なる位置に同様に構成および配置されてもよい。レンズ９０２の前節点から投影ポイント９０４の中心軸までの（例えば、撮像デバイスの光軸に直交する方向の）横方向距離Ｌは、センサ９００の「基準線」とも呼ばれ得る。
【００７２】
上述したように、投影ポイント９０４は、ビーム９０６が表面に入射するときに投影アーチファクトのパターン（例えば、ドット、ダッシュなど）を拡げ、形成する光の複数のビーム９０６１〜９０６ｎ（以下、「ビーム９０６」と個々に呼ばれるまたは「ビーム９０６」と総称して呼ばれる）を投影する。パターンの中心の方向は、センサ９００の基準線Ｌに直交することができ、一方、投影パターンは、投影パターンの中心に関して軸周りに対称であり得る。
【００７３】
一例では、投影ポイント９０４は、投影ポイント９０４が複数のビーム９０６を投影する方向および／または角度を調整するように調整され得る。投影ポイント９０４の調整は、このようにして、（レンズ９０２を含む）センサの受光光学系に対する位置関係も調整する。この場合には、投影ポイント９０４の３次元位置は、基準線Ｌの長さによるとともに撮像デバイスの光軸の方向の投影ポイント９０４と撮像デバイスの前節点との間の高さｂの差によっても決定することができる。図９Ａおよび図９Ｂに示された例では、ｂ＝０である。
【００７４】
撮像デバイスの光軸に対する投影パターンの中心の方向は、光軸に対して半径方向の角度θによって決定することができ、ただし、θは、投影パターンの中心を生成する投影ビームと撮像デバイスの光軸との間の角度を示す。加えて、回転の角度αは、撮像デバイスの光軸と平行である軸周りに定めることができる。
【００７５】
例えば、図１０Ａは、距離センサの投影ポイント１０００の例と撮像デバイス１００２の例との間の位置関係の側面図を示す。図１０Ｂは、図１０Ａの距離センサの要素をさらに示す。投影ポイント１０００によって平らな表面１００８上へ投影される投影パターン１００６の中心は、参照番号１００４によって示される。
【００７６】
図１０Ａに示されるように、寸法「ｂ」は、投影ポイント１０００の高さと撮像デバイスの前節点の高さ（この高さは、撮像デバイスの光軸の方向に定められる）との間の差を定義する。寸法「ａ」は、距離センサの基準線の長さを定義する。本開示の例は、寸法ｂが 調整されることを可能にし、これは、軌跡の重なり合いを最小にするように投影ポイントの軌跡１０１２の発散角を調整する。このようにして、投影ポイント軌跡１０１２および投影ポイントの線１０１０（例えば、行）の傾斜は、投影パターン１００６と投影平面との間の位置関係に従って変わる。しかしながら、１０Ｂに示されるように、線１０１０が直線を形成するとき、軌跡の重なり合いを最小にする調整は、線１０１０が曲がっているときよりも容易に行うことができる。
【００７７】
さらなる本開示の例は、角度θおよびαが、投影ポイント１０００から投影される投影ビームの広がりおよび距離センサのサイズに対して調整されることも可能にする。例えば、図１０Ｃおよび図１０Ｄは、投影パターン１００４の中心と図１０Ａの撮像デバイス１００２の光軸との間の角度θが調整されるときに投影ポイント軌跡に影響を及ぼすことを示す。
【００７８】
図１１Ａは、調整可能な投影ポイントを有するセンサ１１００の構成例の構成要素の側面図を示す。図１１Ｂは、図１１Ａに示されたセンサ部品の上面図を示す。
【００７９】
図１１Ａおよび図１１Ｂに示されるように、センサ１１００は、レンズを備える撮像デバイス１１０２と、複数の投影ポイント１１０４１〜１１０４ｎ（以下、「投影ポイント１１０４」と個々に呼ばれるまたは「投影ポイント１１０４」と総称して呼ばれる）とを含む。一例では、センサ１１００は、撮像デバイス１１０２ごとに４つの投影ポイント１１０４を含むが、他の例では、より多くのまたはより少ない投影ポイントが含まれてもよい。
【００８０】
撮像デバイス１１０２の光軸１１０６に対して投影ポイント１１０４（例えば、投影ポイント１１０４１）によって発せられる投影パターンの中心の方向は、光軸１１０６に対して半径方向の角度θによって決定することができ、ただし、θは、投影ポイント１１０４によって投影された中心投影ビーム１１０８（すなわち、投影パターンの中心を生成するビーム）と撮像デバイス１１０２の光軸１１０６との間の角度を示す。図１１Ａおよび図１１Ｂに示された例では、θの値は、４０度である。
【００８１】
加えて、回転の角度αは、撮像デバイスの光軸１１０６と平行である軸周りに定めることができる。図１１Ａおよび図１１Ｂに示された例では、αの値は、ゼロ度である。
【００８２】
基準線ａは、撮像デバイスのレンズの前節点から投影ポイント１１０４の中心軸１１１０までの（例えば、撮像デバイス１１０２の光軸１１０６に直交する方向の）横方向距離を定義する。
【００８３】
撮像デバイスの光軸１１０６の方向の投影ポイント１１０４と撮像デバイス１１０２の前節点との間の高さｂの差は、ｂとして定義することができる。図１１Ａおよび図１１Ｂに示された例では、ｂの値は、ゼロでない。
【００８４】
撮像デバイスの光軸１１０６に直交する線１１１２と中心ビーム１１０８に直交する線１１１４との間の角度は、βとして定義することができる。図１１Ａおよび図１１Ｂに示された例では、β値は、４０度である。
【００８５】
したがって、これらの定義を用いて、投影ポイント軌跡の重なり合いを最小にするための最適な投影パターンを与える撮像デバイス１１０２と投影ポイント１１０４との間の位置関係は、
【数１】
2021500541.tif 000003
のように定義することができる。
【００８６】
図１１Ｃ〜図１１Ｇは、図１１Ａおよび図１１Ｂの距離センサ１１００によって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。図１１Ｃ〜図１１Ｇに示された例では、βの最適値は−４０°であるが、実際値は−４０°を超えるか、または−４０°未満であり得る。したがって、図１１Ｃ〜図１１Ｇは、投影ポイント軌跡の重なり合いが、Δβの変化につれてどのように変化し得るのか（すなわち、βの最適値と実際値の間の差）を示す。図１１Ｃの例では、α＝０°、θ＝４０°、β＝−４０°、およびΔβ＝０である。したがって、図１１Ｃは、θに対してのβの最適値の一例を示す。図示するように、図１１Ｃの投影ポイント軌跡の重なり合いが最小である。
【００８７】
図１１Ｄの例では、α＝０°、θ＝４０°、β＝−４６．７°、およびΔβ＝−６．７である。これを図１１Ｅの例と比較するが、ただし、α＝０°、θ＝４０°、β＝−５３．７°、およびΔβ＝−１３．７である。図１１Ｄの例と比較されると、図１１Ｅの例における軌跡間隔は、より均一である。しかしながら、βの値は、４０°の最適値から逸脱している。
【００８８】
図１１Ｆの例では、α＝０°、θ＝４０°、β＝−３１．２°、およびΔβ＝７．８である。これを図１１Ｇの例と比較するが、ただし、α＝０°、θ＝４０°、β＝１５．６°、およびΔβ＝１３．１である。やはり、βの値は、最適値４０°から逸脱している。
【００８９】
図１２Ａは、投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサ１２００の構成例の構成要素の側面図を示し、図１２Ｂは、図１２Ａに示されたセンサ部品の上面図を示す。
【００９０】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、センサ１２００は、レンズを備える撮像デバイス１２０２と、複数の投影ポイント１２０４１〜１２０４ｎ（以下、「投影ポイント１２０４」と個々に呼ばれるまたは「投影ポイント１２０４」と総称して呼ばれる）とを含む。一例では、センサ１２００は、撮像デバイス１２０２ごとに４つの投影ポイント１２０４を含むが、他の例では、より多くのまたはより少ない投影ポイントが含まれてもよい。
【００９１】
上記の通り、撮像デバイス１２０２の光軸１２０６に対して投影ポイント１２０４（例えば、投影ポイント１２０４１）によって発せられる投影パターンの中心の方向は、光軸１２０６に対して半径方向の角度θによって決定することができ、ただし、θは、投影ポイント１２０４によって投影された中心投影ビーム１２０８（すなわち、投影パターンの中心を生成するビーム）と撮像デバイス１２０２の光軸１２０６との間の角度を示す。図１２Ａおよび図１２Ｂに示された例では、θの値は、４０度である。
【００９２】
加えて、回転の角度αは、撮像デバイスの光軸１２０６と平行である軸周りに定めることができる。図１２Ａおよび図１２Ｂに示された例では、αの値は、３０度である。
【００９３】
基準線ａは、撮像デバイスのレンズの前節点から投影ポイント１２０４の中心軸１２１０までの（例えば、撮像デバイス１２０２の光軸１２０６に直交する方向に）横方向距離を定める。
【００９４】
撮像デバイスの光軸１２０６の方向の投影ポイント１２０４と撮像デバイス１２０２の前節点との間の高さｂの差は、ｂとして定義することができる。図１２Ａおよび図１２Ｂに示された例では、ｂの値は、ゼロでない。
【００９５】
撮像デバイスの光軸１２０６に直交する線１２１２と中心ビーム１２０８に直交する線１２１４との間の角度は、βとして定義することができる。図１２Ａおよび図１２Ｂに示された例では、βの値は、３６度である。
【００９６】
図１２Ｃ〜図１２Ｇは、図１２Ａおよび図１２Ｂの距離センサ１２００によって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。図１２Ｃ〜図１２Ｇに示された例では、βの最適値は−３６°であるが、実際値は−３６°を超えるか、または−３６°未満であり得る。したがって、図１２Ｃ〜図１２Ｇは、投影ポイント軌跡の重なり合いが、Δβの変化につれてどのように変化し得るのか（すなわち、βの最適値と実際値の間の差）を示す。図１２Ｃの例では、α＝３０°、θ＝４０°、β＝−３６°、およびΔβ＝０である。したがって、図１２Ｃは、θに対してのβの最適値の一例を示す。図示するように、図１２Ｃの投影ポイント軌跡の重なり合いが最小である。
【００９７】
図１２Ｄの例では、α＝３０°、θ＝４０°、β＝−４２．３°、およびΔβ＝−６．３である。これを図１２Ｅの例と比較するが、ただし、α＝３０°、θ＝４０°、β＝−４６．７°、およびΔβ＝−１０．７である。図１２Ｆの例では、α＝３０°、θ＝４０°、β＝−２４．４°、およびΔβ＝１１．６である。これを図１２Ｇの例と比較するが、ただし、α＝３０°、θ＝４０°、β＝１６．９°、およびΔβ＝１９．１である。
【００９８】
図１３Ａは、投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサ１３００の構成例の構成要素の側面図を示し、図１３Ｂは、図１３Ａに示されたセンサ部品の上面図を示す。
【００９９】
図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるように、センサ１３００は、レンズを備える撮像デバイス１３０２と、複数の投影ポイント１３０４１〜１３０４ｎ（以下、「投影ポイント１３０４」と個々に呼ばれるまたは「投影ポイント１３０４」と総称して呼ばれる）とを含む。一例では、センサ１３００は、撮像デバイス１３０２ごとに４つの投影ポイント１３０４を含むが、他の例では、より多くのまたはより少ない投影ポイントが含まれてもよい。
【０１００】
上記の通り、撮像デバイス１３０２の光軸１３０６に対して投影ポイント１３０４（例えば、投影ポイント１３０４１）によって発せられる投影パターンの中心の方向は、光軸１３０６に対して半径方向の角度θによって決定することができ、ただし、θは、投影ポイント１３０４によって投影された中心投影ビーム１３０８（すなわち、投影パターンの中心を生成するビーム）と撮像デバイス１３０２の光軸１３０６との間の角度を示す。図１３Ａおよび図１３Ｂに示された例では、θの値は、４０度である。
【０１０１】
加えて、回転の角度αは、撮像デバイスの光軸１３０６と平行である軸周りに定めることができる。図１３Ａおよび図１３Ｂに示された例では、αの値は、６０度である。
【０１０２】
基準線ａは、撮像デバイスのレンズの前節点から投影ポイント１３０４の中心軸１３１０までの（例えば、撮像デバイス１３０２の光軸１３０６に直交する方向の）横方向距離を定義する。
【０１０３】
撮像デバイスの光軸１３０６の方向の投影ポイント１３０４と撮像デバイス１３０２の前節点との間の高さｂの差は、ｂとして定義することができる。図１３Ａおよび図１３Ｂ示された例では、ｂの値は、ゼロでない。
【０１０４】
撮像デバイスの光軸１３０６に直交する線１３１２と中心ビーム１３０８に直交する線１３１４との間の角度は、βとして定義することができる。図１３Ａおよび図１３Ｂに示された例では、βの値は、２３度である。
【０１０５】
図１３Ｃ〜図１３Ｇは、図１３Ａおよび図１３Ｂの距離センサ１３００によって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。図１３Ｃ〜図１３Ｇに示された例では、βの最適値は−２２．８°であるが、実際値は−２２．８°を超えるか、または−２２．８°未満であり得る。したがって、図１３Ｃ〜図１３Ｇは、投影ポイント軌跡の重なり合いが、Δβの変化につれてどのように変化し得るのか（すなわち、βの最適値と実際値の間の差）を示す。図１３Ｃの例では、α＝６０°、θ＝４０°、β＝２２．８°、およびΔβ＝０である。したがって、図１３Ｃは、θに対してのβの最適値の一例を示す。図示するように、図１３Ｃの投影ポイント軌跡の重なり合いが最小である。
【０１０６】
図１３Ｄの例では、α＝６０°、θ＝４０°、β＝−３５．９°、およびΔβ＝−１３．１である。これを図１３Ｅの例と比較するが、ただし、α＝６０°、θ＝４０°、β＝−４１．２°、およびΔβ＝−１８．４である。図１３Ｆの例では、α＝６０°、θ＝４０°、β＝−１５．０°、およびΔβ＝７．８である。これを図１３Ｇの例と比較するが、ただし、α＝６０°、θ＝４０°、β＝６．６５°、およびΔβ＝１６．１である。
【０１０７】
図１４Ａは、投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサ１４００の構成例の構成要素の側面図を示し、図１４Ｂは、図１４Ａに示されたセンサ部品の上面図を示す。
【０１０８】
図１４Ａおよび図１４Ｂに示されるように、センサ１４００は、レンズを備える撮像デバイス１４０２と、複数の投影ポイント１４０４１〜１４０４ｎ（以下、「投影ポイント１４０４」と個々に呼ばれるまたは「投影ポイント１４０４」と総称して呼ばれる）とを含む。一例では、センサ１４００は、撮像デバイス１４０２ごとに４つの投影ポイント１４０４を含むが、他の例では、より多くのまたはより少ない投影ポイントが含まれてもよい。
【０１０９】
上記の通り、撮像デバイス１４０２の光軸１４０６に対して投影ポイント１４０４（例えば、投影ポイント１４０４１）によって発せられる投影パターンの中心の方向は、光軸１４０６に対して半径方向の角度θによって決定することができ、ただし、θは、投影ポイント１４０４によって投影された中心投影ビーム１４０８（すなわち、投影パターンの中心を生成するビーム）と撮像デバイス１４０２の光軸１４０６との間の角度を示す。図１４Ａおよび図１４Ｂに示された例では、θの値は、４０度である。
【０１１０】
加えて、回転の角度αは、撮像デバイスの光軸１４０６と平行である軸周りに定めることができる。図１４Ａおよび図１４Ｂに示された例では、αの値は、９０度である。
【０１１１】
基準線ａは、撮像デバイスのレンズの前節点から投影ポイント１４０４の中心軸１４１０までの（例えば、撮像デバイス１４０２の光軸１４０６に直交する方向の）横方向距離を定義する。
【０１１２】
撮像デバイスの光軸１４０６の方向の投影ポイント１４０４と撮像デバイス１４０２の前節点との間の高さの差は、ｂとして定義することができる。図１４Ａおよび図１４Ｂに示された例では、ｂの値は、ゼロである。
【０１１３】
撮像デバイスの光軸１４０６に直交する線１４１２と中心ビーム１４０８に直交する線１４１４との間の角度は、βとして定義することができる。図１４Ａおよび図１４Ｂに示された例では、βの値は、ゼロ度である。
【０１１４】
図１４Ｃ〜図１４Ｇは、図１４Ａおよび図１４Ｂの距離センサ１４００によって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。図１４Ｃ〜図１４Ｇに示された例では、βの最適値は０°であるが、実際値は０°を超えるか、または０°未満であり得る。したがって、図１４Ｃ〜図１４Ｇは、投影ポイント軌跡の重なり合いが、Δβの変化につれてどのように変化し得るのか（すなわち、βの最適値と実際値の間の差）を示す。図１４Ｃの例では、α＝９０°、θ＝４０°、β＝０°、およびΔβ＝０である。したがって、図１４Ｃは、θに対してのβの最適値の一例を示す。図示するように、図１４Ｃの投影ポイント軌跡の重なり合いが最小である。したがって、センサ１４００の構成要素の変更を何ら行うことなく、投影パターンは、ｂ＝０およびβ＝０を設定することによって最適化（すなわち、軌跡の重なり合いを最小化）することができる。
【０１１５】
図１４Ｄの例では、α＝９０°、θ＝４０°、β＝−８．６°、およびΔβ＝−８．６である。これを図１４Ｅの例と比較するが、ただし、α＝９０°、θ＝４０°、β＝−１６．９°、およびΔβ＝−１６．９である。図１４Ｆの例では、α＝９０°、θ＝４０°、β＝８．６°、およびΔβ＝８．６である。これを図１４Ｇの例と比較するが、ただし、α＝９０°、θ＝４０°、β＝１６．９°、およびΔβ＝１６．９である。
【０１１６】
図１５Ａは、投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサ１５００の構成例の構成要素の側面図を示す。図１５Ｂは、図１５Ａに示されたセンサ部品の上面図を示す。
【０１１７】
図１５Ａおよび図１５Ｂに示されるように、センサ１５００は、レンズを備える撮像デバイス１５０２と、複数の投影ポイント１５０４１〜１５０４ｎ（以下、「投影ポイント１５０４」と個々に呼ばれるまたは「投影ポイント１５０４」と総称して呼ばれる）とを含む。一例では、センサ１５００は、撮像デバイス１５０２ごとに４つの投影ポイント１５０４を含むが、他の例では、より多くのまたはより少ない投影ポイントが含まれてもよい。
【０１１８】
上記の通り、撮像デバイス１５０２の光軸１５０６に対して投影ポイント１５０４（例えば、投影ポイント１５０４１）によって発せられる投影パターンの中心の方向は、光軸１５０６に対して半径方向の角度θによって決定することができ、ただし、θは、投影ポイント１５０４によって投影された中心投影ビーム１５０８（すなわち、投影パターンの中心を生成するビーム）と撮像デバイス１５０２の光軸１５０６との間の角度を含む。図１５Ａおよび図１５Ｂに示された例では、θの値は、８０度である。
【０１１９】
加えて、回転の角度αは、撮像デバイスの光軸１５０６と平行である軸周りに定めることができる。図１５Ａおよび図１５Ｂに示された例では、αの値は、９０度である。
【０１２０】
基準線ａは、撮像デバイスのレンズの前節点から投影ポイント１５０４の中心軸１５１０までの（例えば、撮像デバイス１５０２の光軸１５０６に直交する方向の）横方向距離を定義する。
【０１２１】
撮像デバイスの光軸１５０６の方向の投影ポイント１５０４と撮像デバイス１５０２の前節点との間の高さｂの差は、ｂとして定義することができる。図１５Ａおよび図１５Ｂに示された例では、ｂの値は、ゼロである。
【０１２２】
撮像デバイスの光軸１５０６に直交する線１５１２と中心ビーム１５０８に直交する線１５１４との間の角度は、βとして定義することができる。図１５Ａおよび図１５Ｂに示された例では、βの値は、ゼロ度である。
【０１２３】
図１５Ｃ〜図１５Ｅは、図１５Ａおよび図１５Ｂの距離センサ１５００によって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。図１５Ｃ〜図１５Ｅに示された例では、βの最適値は０°であるが、実際値は０°を超えるか、または０°未満であり得る。したがって、図１５Ｃ〜図１５Ｅは、投影ポイント軌跡の重なり合いが、Δβの変化につれてどのように変化し得るのか（すなわち、βの最適値と実際値の間の差）を示す。図１５Ｄの例では、α＝９０°、θ＝８０°、β＝０°、およびΔβ＝０である。したがって、図１５Ｄは、θに対してのβの最適値の一例を示す。図示するように、図１５Ｄの投影ポイント軌跡の重なり合いが最小である。したがって、センサ１５００の構成要素の変更を何ら行うことなく、投影パターンは、ｂ＝０およびβ＝０を設定することによって最適化（すなわち、軌跡の重なり合いを最小化）することができる。
【０１２４】
図１５Ｃの例では、α＝９０°、θ＝８０°、β＝−１６．９°、およびΔβ＝−１６．９である。これを図１５Ｅの例と比較するが、ただし、α＝９０°、θ＝８０°、β＝−１６．９°、およびΔβ＝１６．９である。
【０１２５】
図１６Ａは、投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサ１６００の構成例の構成要素の側面図を示す。図１６Ｂは、図１６Ａに示されたセンサ部品の上面図を示す。
【０１２６】
図１６Ａおよび図１６Ｂに示されるように、センサ１６００は、レンズを備える撮像デバイス１６０２と、複数の投影ポイント１６０４１〜１６０４ｎ（以下、「投影ポイント１６０４」と個々に呼ばれるまたは「投影ポイント１６０４」と総称して呼ばれる）とを含む。一例では、センサ１６００は、撮像デバイス１６０２ごとに４つの投影ポイント１６０４を含むが、他の例では、より多くのまたはより少ない投影ポイントが含まれてもよい。
【０１２７】
上記の通り、撮像デバイス１６０２の光軸１６０６に対して投影ポイント１６０４（例えば、投影ポイント１６０４１）によって発せられる投影パターンの中心の方向は、光軸１６０６に対して半径方向の角度θによって決定することができ、ただし、θは、投影ポイント１６０４によって投影された中心投影ビーム１６０８（すなわち、投影パターンの中心を生成するビーム）と撮像デバイス１６０２の光軸１６０６との間の角度を示す。図１６Ａおよび図１６Ｂに示された例では、θの値は、７０度である。
【０１２８】
加えて、回転の角度αは、撮像デバイスの光軸１６０６と平行である軸周りに定めることができる。図１６Ａおよび図１６Ｂに示された例では、αの値は、９０度である。
【０１２９】
基準線ａは、撮像デバイスのレンズの前節点から投影ポイント１６０４の中心軸１６１０までの（例えば、撮像デバイス１６０２の光軸１６０６に直交する方向の）横方向距離を定義する。
【０１３０】
撮像デバイスの光軸１６０６の方向の投影ポイント１６０４と撮像デバイス１６０２の前節点との間の高さｂの差は、ｂとして定義することができる。図１６Ａおよび図１６Ｂに示された例では、ｂの値は、ゼロである。
【０１３１】
撮像デバイスの光軸１６０６に直交する線１６１２と中心ビーム１６０８に直交する線１６１４との間の角度は、βとして定義することができる。図１６Ａおよび図１６Ｂに示された例では、βの値は、ゼロ度である。
【０１３２】
図１６Ｃ〜図１６Ｅは、図１６Ａおよび図１６Ｂの距離センサ１６００によって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。図１６Ｃ〜図１６Ｅに示された例では、βの最適値は０°であるが、実際値は、０°を超えるか、または０°未満であり得る。したがって、図１６Ｃ〜図１６Ｅは、投影ポイント軌跡の重なり合いが、Δβの変化につれてどのように変化し得るのか（すなわち、βの最適値と実際値の間の差）を示す。図１６Ｄの例では、α＝９０°、θ＝６０°、β＝０°、およびΔβ＝０である。したがって、図１６Ｄは、θに対してのβの最適値の一例を示す。図示するように、図１６Ｄの投影ポイント軌跡の重なり合いが最小である。したがって、センサ１６００の構成要素の変更を何ら行うことなく、投影パターンは、ｂ＝０およびβ＝０を設定することによって最適化（すなわち、軌跡の重なり合いを最小化）することができる。
【０１３３】
図１６Ｃの例では、α＝９０°、θ＝６０°、β＝−１６．９°、およびΔβ＝−１６．９である。これを図１６Ｅの例と比較するが、ただし、α＝９０°、θ＝６０°、β＝−１６．９°、およびΔβ＝１６．９である。
【０１３４】
本開示の他の例は、三角測量のベース長が
【数２】
2021500541.tif 000004
によって与えられることを考慮に入れる。したがって、センサの基準線（「ａ」）の長さが長くなるほど、三角測量の距離分解能（すなわち、センサからの距離の変化に関しての投影パターンの像の移動量）がより高くなる。したがって、センサのサイズが基準線の方向に規制されるとき、撮像デバイスの光軸の方向の投影ポイントと撮像デバイスの前節点との間の高さの距離（「ｂ」）を増加させることによって、基準線の長さを「増加させる」ことが可能であり得る。この場合には、角度θおよびαの値を調整することによって高さｂの差を最適化することが可能であり得る。
【０１３５】
図１７Ａは、投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサ１７００の構成例の構成要素の側面図を示す。図１７Ｂは、図１７Ａに示されたセンサ部品の上面図を示す。
【０１３６】
図１７Ａおよび図１７Ｂに示されるように、センサ１７００は、レンズを備える撮像デバイス１７０２と、複数の投影ポイント１７０４１〜１７０４ｎ（以下、「投影ポイント１７０４」と個々に呼ばれるまたは「投影ポイント１７０４」と総称して呼ばれる）とを含む。一例では、センサ１７００は、撮像デバイス１７０２ごとに４つの投影ポイント１７０４を含むが、他の例では、より多くのまたはより少ない投影ポイントが含まれてもよい。
【０１３７】
上記の通り、撮像デバイス１７０２の光軸１７０６に対して投影ポイント１７０４（例えば、投影ポイント１７０４１）によって発せられる投影パターンの中心の方向は、光軸１７０６に対して半径方向の角度θによって決定することができ、ただし、θは、投影ポイント１７０４によって投影された中心投影ビーム１７０８（すなわち、投影パターンの中心を生成するビーム）と撮像デバイス１７０２の光軸１７０６との間の角度を示す。図１７Ａおよび図１７Ｂに示された例では、θの値は、７０度である。
【０１３８】
加えて、回転の角度αは、撮像デバイスの光軸１７０６と平行である軸周りに定めることができる。図１７Ａおよび図１７Ｂに示された例では、αの値は、３０度である。
【０１３９】
基準線ａは、撮像デバイスのレンズの前節点から投影ポイント１７０４の中心軸１７１０までの（例えば、撮像デバイス１７０２の光軸１７０６に直交する方向の）横方向距離を定義する。
【０１４０】
撮像デバイスの光軸１７０６の方向の投影ポイント１７０４と撮像デバイス１７０２の前節点との間の高さｂの差は、ｂとして定義することができる。図１７Ａおよび図１７Ｂに示された例では、ｂの値は、ゼロでない。
【０１４１】
撮像デバイスの光軸１７０６に直交する線１７１２と中心ビーム１７０８に直交する線１７１４との間の角度は、βとして定義することができる。図１７Ａおよび図１７Ｂに示された例では、βの値は、６７度である。
【０１４２】
図１７Ｃは、図１７Ａおよび図１７Ｂの距離センサ１７００によって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。図１７Ｃに示された例では、βの最適値は６７．２°である。図１７Ｃの例では、α＝３０°、θ＝７０°、β＝−６６．８°、およびΔβ＝０．４である。図示するように、図１７Ｃの投影ポイント軌跡の重なり合いが最小である。
【０１４３】
図１７Ａ〜図１７Ｃの例では、回転の角度αの値は、比較的大きい（例えば、４５度よりも９０度に近い）。したがって、投影パターン方向（例えば、中心ビーム１７０８の投影の方向）は、撮像デバイス１７０２の周囲の接線方向に近づく。これは、投影パターンを投影ポイントに干渉させ得る。さらに、構成要素のレイアウトに応じて、回転の角度αの方向にさらなる規制が存在し得る。したがって、本開示の例は、α、θ、およびｂの値を適切に選択することによって干渉を最小にする。
【０１４４】
図１８Ａは、投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサ１８００の構成例の構成要素の側面図を示す。図１８Ｂは、図１８Ａに示されたセンサ部品の上面図を示す。
【０１４５】
図１８Ａおよび図１８Ｂに示されるように、センサ１８００は、レンズを備える撮像デバイス１８０２と、複数の投影ポイント１８０４１〜１８０４ｎ（以下、「投影ポイント１８０４」と個々に呼ばれるまたは「投影ポイント１８０４」と総称して呼ばれる）とを含む。一例では、センサ１８００は、撮像デバイス１８０２ごとに４つの投影ポイント１８０４を含むが、他の例では、より多くのまたはより少ない投影ポイントが含まれてもよい。
【０１４６】
上記の通り、撮像デバイス１８０２の光軸１８０６に対して投影ポイント１８０４（例えば、投影ポイント１８０４１）によって発せられる投影パターンの中心の方向は、光軸１８０６に対して半径方向の角度θによって決定することができ、ただし、θは、投影ポイント１８０４によって投影された中心投影ビーム１８０８（すなわち、投影パターンの中心を生成するビーム）と撮像デバイス１８０２の光軸１８０６との間の角度を示す。図１８Ａおよび図１８Ｂに示された例では、θの値は、７０度である。
【０１４７】
加えて、回転の角度αは、撮像デバイスの光軸１８０６と平行である軸周りに定めることができる。図１８Ａおよび図１８Ｂに示された例では、αの値は、６０度である。
【０１４８】
基準線ａは、撮像デバイスのレンズの前節点から投影ポイント１８０４の中心軸１８１０までの（例えば、撮像デバイス１８０２の光軸１８０６に直交する方向の）横方向距離を定義する。
【０１４９】
撮像デバイスの光軸１８０６の方向の投影ポイント１８０４と撮像デバイス１８０２の前節点との間の高さｂの差は、ｂとして定義することができる。図１８Ａおよび図１８Ｂに示された例では、ｂの値は、ゼロでない。
【０１５０】
撮像デバイスの光軸１８０６に直交する線１８１２と中心ビーム１８０８に直交する線１８１４との間の角度は、βとして定義することができる。図１８Ａおよび図１８Ｂに示された例では、βの値は、５４度である。
【０１５１】
図１８Ｃは、図１８Ａおよび図１８Ｂの距離センサ１８００によって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである、図１８Ｃに示された例では、βの最適値は−５３．９°である、図１８Ｃの例では、α＝６０°、θ＝７０°、β＝−５３．５°、およびΔβ＝０．４である。図示するように、図１８Ｃの投影ポイント軌跡の重なり合いが最小である。
【０１５２】
図１９Ａは、投影パターンを最適化するように調整されているポジションにある投影ポイントを有するセンサ１９００の構成例の構成要素の側面図を示す。図１９Ｂは、図１９Ａに示されたセンサ部品の上面図を示す。
【０１５３】
図１９Ａおよび図１９Ｂに示されるように、センサ１９００は、レンズを備える撮像デバイス１９０２と複数の投影ポイント１９０４１−１９０４ｎ（以下、「投影ポイント１９０４」と個々に呼ばれるまたは「投影ポイント１９０４」と総称して呼ばれる）とを含む。一例では、センサ１９００は、撮像デバイス１９０２ごとに４つの投影ポイント１９０４を含むが、他の例では、より多くのまたはより少ない投影ポイントが含まれてもよい。
【０１５４】
上記の通り、撮像デバイス１９０２の光軸１９０６に対して投影ポイント１９０４（例えば、投影ポイント１９０４１）によって発せられる投影パターンの中心の方向は、光軸１９０６に対して半径方向の角度θによって決定することができ、ただし、θは、投影ポイント１９０４によって投影された中心投影ビーム１９０８（すなわち、投影パターンの中心を生成するビーム）と撮像デバイス１９０２の光軸１９０６との間の角度を示す。図１９Ａおよび図１９Ｂに示された例では、θの値は、７０度である。
【０１５５】
加えて、回転の角度αは、撮像デバイスの光軸１９０６と平行である軸周りに定めることができる。図１９Ａおよび図１９Ｂに示された例では、αの値は、ゼロ度である。
【０１５６】
基準線ａは、撮像デバイスのレンズの前節点から投影ポイント１９０４の中心軸１９１０までの（例えば、撮像デバイス１９０２の光軸１９０６に直交する方向の）横方向距離を定義する。
【０１５７】
撮像デバイスの光軸１９０６の方向の投影ポイント１９０４と撮像デバイス１９０２の前節点との間の高さｂの差は、ｂとして定義することができる。図１９Ａおよび図１９Ｂに示された例では、ｂの値は、ゼロでない。
【０１５８】
撮像デバイスの光軸１９０６に直交する線１９１２と中心ビーム１９０８に直交する線１９１４との間の角度は、βとして定義することができる。図１９Ａおよび図１９Ｂに示された例では、βの値は、７０度である。
【０１５９】
図１９Ｃは、図１９Ａおよび図１９Ｂの距離センサ１９００によって発せられた投影ポイントの軌跡を描くチャートである。図１９Ｃに示された例では、βの最適値は−７０°である。図１９Ｃの例では、α＝０°、θ＝７０°、β＝−６９．９°、およびΔβ＝０．１である。図示するように、図１９Ｃの投影ポイント軌跡の重なり合いが最小である。
【０１６０】
ａ、ｂ、α、β、およびθの値は、式１によって一意的に決定することができるが、値を設定する際にいくらかの誤差が生じ得る。場合によっては、便宜のため、最適値からわずかに（例えば、ある所定の許容値以内で）逸脱する値を採用することが望ましい場合がある。例えば、図１１Ａ〜図１９Ｃに示された例では、βの値が最適値＋／−１０°以内であるときに、良好な結果（すなわち、投影ポイント軌跡の最小の重なり合い）がそれでも実現される。
【０１６１】
図２０は、センサから物体までの距離を計算する方法２０００の例の流れ図を示す。一実施形態では、図２１に示されるとともに以下に説明されるように、方法２０００は、イメージングセンサ（例えば、距離センサの任意のイメージングセンサ）に組み込まれたプロセッサ、または専用コンピューティングデバイスによって実行することができる。
【０１６２】
方法２０００はステップ２００２で開始する。ステップ２００４において、投影パターンは、距離センサの投影ポイントから物体上へ投影され得る。一例では、距離センサの投影光学系（例えば、光源、回折光学素子、および他の構成部品を含む投影ポイントを含む光学部品のセット）と受光光学系（例えば、レンズおよび他の構成部品を含む撮像デバイスを含む光学部品のセット）との間の位置関係は、投影パターンを投影する前に、（例えば、位置関係を定める少なくとも１つのパラメータを調整することによって）調整または最適化され得る。例えば、位置関係は、距離センサの構成要素の選択および設計中に、ならびに／または距離センサの構成要素の組立中に調整することができる。一例では、位置関係は、以下のパラメータ、すなわち、投影光学系の投影ポイントによって投影される中心投影ビームと受光光学系の光軸との間の角度θ、受光光学系の光軸と平行である軸周りの回転の角度α、基準線ａ（すなわち、受光光学系のレンズの前節点から投影ポイントの中心軸までの受光光学系の光軸に直交する方向の横方向距離）、受光光学系の光軸の方向の投影ポイントと前節点との間の高さの差ｂ、および受光光学系の光軸に直交する線と投影ポイントから投影される中心ビームに直交する線との間の角度βのうちの少なくとも１つを調整することによって調整される。上で、ａ、ｂ、α、β、およびθの間の関係は、図１に従って定義することができる（上述）。
【０１６３】
上述したように、ステップ２００４において投影される投影パターンは、複数のビームが物体に入射するときに、投影アーチファクトのパターン（例えば、ドット群、ダッシュ、ｘなど）が少なくともイメージングセンサによって見ることができるように投影ポイントから複数のビームを投影することによって生成することができる。やはり上述したように、投影アーチファクトのレイアウトは、平面（例えば、側面）方向および高さ方向（例えば、側面方向に直交する方向）の距離センサの投影光学系と受光光学系との間の位置関係に依存し得る。
【０１６４】
ステップ２００６において、物体の少なくとも１つの画像が取り込まれ得る。投影パターンの少なくとも一部は、物体の表面で見ることができ得る。
【０１６５】
ステップ２００８において、距離センサから物体までの距離は、ステップ２００６において取り込まれた画像からの情報を用いて計算され得る。一実施形態では、三角測量技法を使用して距離を計算する。例えば、投影パターンを構成する複数の投影アーチファクト間の位置関係が、計算のために基礎として使用され得る。
【０１６６】
方法２０００は、ステップ２０１０において終了する。方法２０００は、距離センサのさらなる投影ポイントのために（並列でまたは連続的に）繰り返されてもよい。
【０１６７】
明示していないが、上述された方法２０００のブロック、機能、または動作のいくつかは、特定のアプリケーションのために記憶、表示、および／または出力することを含むことができることに留意されたい。言い換えれば、方法２０００において説明される任意のデータ、記録、フィールド、および／または中間結果は、特定のアプリケーションに応じて別のデバイスに記憶、表示、および／または出力することができる。さらに、決定動作を説明するまたは判断を伴う図２０のブロック、機能、または動作は、決定動作の両分岐が実施されることを示唆しない。言い換えれば、決定動作の分岐の一方は、決定動作の結果に応じて、実施されなくてもよい。
【０１６８】
図２１は、センサから物体までの距離を計算するための電子デバイス２１００の例の高レベルブロック図を示す。したがって、電子デバイス２１００は、距離センサなどの電子デバイスまたはシステムのプロセッサとして実装することができる。
【０１６９】
図２１に示されるように、電子デバイス２１００は、ハードウェアのプロセッサ素子２１０２、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、またはマルチコアプロセッサと、メモリ２１０４、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／またはリードオンリメモリ（ＲＯＭ）と、センサから物体までの距離を計算するためのモジュール２１０５と、様々な入出力装置２１０６、例えば、限定するものではないがテープドライブ、フロッピードライブ、ハードディスクドライブ、またはコンパクトディスクドライブを含む記憶装置と、受信機と、送信機と、ディスプレイと、出力ポートと、入力ポートと、キーボード、キーパッド、マウス、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスとを備える。
【０１７０】
１つのプロセッサ素子が示されているが、電子デバイス２１００は、複数のプロセッサ素子を用いてもよいことに留意されたい。さらに、１つの電子デバイス２１００が図に示されているが、上述した方法が、例示した特定の例について分散方式または並列方式で実施される場合、すなわち、上記方法のブロックまたは方法全体が複数のまたは並列の電子デバイスにわたって実施される場合、この図の電子デバイス２１００は、それらの複数の電子デバイスの各々を表すことが意図されている。
【０１７１】
本開示は、機械可読命令によって、および／または機械可読命令とハードウェアの組合せで、例えば、ハードウェアデバイス、汎用コンピュータ、もしくは任意の他のハードウェアの均等物上で展開された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、または状態機械を用いて実施することができ、例えば、上述した方法に関連したコンピュータ可読命令は、上記開示した方法のブロック、機能、および／または動作を実行するようにハードウェアプロセッサを構成するために使用され得ることに留意されたい。
【０１７２】
一例では、センサから物体までの距離を計算する本モジュールまたはプロセス２１０５のための命令およびデータ、例えば、機械可読命令は、メモリ２１０４に読み込まれ、ハードウェアのプロセッサ要素２１０２によって実行されて、方法８００または方法２０００に関連して上述したようにブロック、機能、または動作を実施することができる。さらに、ハードウェアのプロセッサが、「動作」を行うように命令を実行するときに、これは、動作を実行するために、動作を直接実行する、および／または別のハードウェアデバイスまたは構成要素を助ける、指令する、もしくはこれと協働するハードウェアのプロセッサ、例えば、コプロセッサなどを含むことができる。
【０１７３】
上述した方法に関連する機械可読命令を実行するプロセッサは、プログラムされたプロセッサまたは専用プロセッサとして理解することができる。したがって、本開示のセンサから物体までの距離を計算する本モジュール２１０５は、有形のまたは物理的な（幅広く非一時的な）コンピュータ可読記憶装置または媒体、例えば、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ＲＯＭメモリ、ＲＡＭメモリ、磁気もしくは光学ドライブ、デバイス、またはディスケットなどに記憶することができる。より具体的には、コンピュータ可読記憶装置は、安全センサシステムのコンピュータまたはコントローラなどのプロセッサまたは電子デバイスによってアクセスされるデータおよび／または命令などの情報を記憶する機能をもたらす任意の物理デバイスを備えることができる。
【０１７４】
上記開示のおよび他の特徴および機能の変形例またはその代替例は、他の多くの異なるシステムまたは応用例に組み込まれてもよいことを理解されよう。現在予想されていないまたは予期していないその中の様々な代替例、変更例、または変形例は、後に行われてもよく、これは、以下の特許請求の範囲によって包含されることも意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ−４Ｃ】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図５Ｃ−５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ−６Ｂ】
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【図６Ｃ−６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ−９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ−１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１２Ａ−１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
2021500541.tif 000032
【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１３Ａ−１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１３Ｇ】
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【図１４Ａ−１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１４Ｇ】
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【図１５Ａ−１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１６Ａ−１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１７Ａ−１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ−１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９Ａ−１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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