WO2012144339A1 - 情報取得装置および物体検出装置 - Google Patents

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WO2012144339A1
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dot pattern
optical system
segment
area
information acquisition
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PCT/JP2012/059446
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French (fr)
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山口　淳
信雄 岩月
楳田　勝美
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/46—Indirect determination of position data
    • G01S17/48—Active triangulation systems, i.e. using the transmission and reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G—PHYSICS
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G01C3/08—Use of electric radiation detectors

Definitions

  • the present invention relates to an object detection apparatus that detects an object in a target area based on a state of reflected light when light is projected onto the target area, and an information acquisition apparatus suitable for use in the object detection apparatus.
  • An object detection apparatus using a so-called distance image sensor can detect not only a planar image on a two-dimensional plane but also the shape and movement of the detection target object in the depth direction.
  • light in a predetermined wavelength band is projected from a laser light source or LED (Light Emitting Diode) onto a target area, and the reflected light is received (imaged) by a photodetector such as a CMOS image sensor.
  • CMOS image sensor complementary metal-sector
  • a distance image sensor of a type that irradiates a target area with laser light having a predetermined dot pattern reflected light from the target area of laser light having a dot pattern is received by a photodetector. Then, based on the light receiving position of the dot on the photodetector, the distance to each part of the detection target object (irradiation position of each dot on the detection target object) is detected using a triangulation method (for example, non- Patent Document 1).
  • laser light having a dot pattern is generated by diffracting laser light emitted from a laser light source by a diffractive optical element.
  • the diffractive optical element is designed, for example, so that the dot pattern on the target area is uniformly distributed with the same luminance.
  • the brightness of the dots in the peripheral portion may be smaller than the brightness of the dots in the central portion in the target area due to a molding error or the like generated in the diffractive optical element.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an information acquisition device and an object detection device that can suppress a decrease in the accuracy of distance detection in the periphery of a dot pattern.
  • the 1st aspect of this invention is related with the information acquisition apparatus which acquires the information of a target area
  • the information acquisition apparatus is arranged so as to be aligned with a projection optical system that projects a laser beam with a predetermined dot pattern on the target area, a predetermined distance away from the projection optical system, and the target area And a distance acquisition unit that acquires the distance to each part of the object existing in the target area based on the dot pattern imaged by the light receiving optical system.
  • the projection optical system is configured such that the dot density of the dot pattern in the target region is smaller in the peripheral portion than in the central portion of the dot pattern.
  • the distance acquisition unit divides a reference dot pattern reflected by a reference surface and imaged by the light receiving optical system into segment areas, and captures the target area at the time of distance measurement and acquires the captured dot pattern and each segment area The distance for each segment area is obtained by collating with the dots.
  • the segment area is set so that the peripheral area is larger than the central area of the reference dot pattern.
  • the second aspect of the present invention relates to an object detection apparatus.
  • the object detection apparatus according to this aspect includes the information acquisition apparatus according to the first aspect.
  • an information acquisition device and an object detection device that can suppress a decrease in accuracy of distance detection in the peripheral portion of a dot pattern.
  • FIG. 1 It is a figure which shows schematic structure of the object detection apparatus which concerns on embodiment. It is a figure which shows the structure of the information acquisition apparatus and information processing apparatus which concern on embodiment. It is the figure which shows typically the irradiation state of the laser beam with respect to the target area
  • an information acquisition device of a type that irradiates a target area with laser light having a predetermined dot pattern is exemplified.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the object detection apparatus according to the present embodiment.
  • the object detection device includes an information acquisition device 1 and an information processing device 2.
  • the television 3 is controlled by a signal from the information processing device 2.
  • a device including the information acquisition device 1 and the information processing device 2 corresponds to the object detection device of the present invention.
  • the information acquisition device 1 projects infrared light over the entire target area and receives the reflected light with a CMOS image sensor, whereby the distance between each part of the object in the target area (hereinafter referred to as “three-dimensional distance information”). To get.
  • the acquired three-dimensional distance information is sent to the information processing apparatus 2 via the cable 4.
  • the information processing apparatus 2 is, for example, a controller for TV control, a game machine, a personal computer, or the like.
  • the information processing device 2 detects an object in the target area based on the three-dimensional distance information received from the information acquisition device 1, and controls the television 3 based on the detection result.
  • the information processing apparatus 2 detects a person based on the received three-dimensional distance information and detects the movement of the person from the change in the three-dimensional distance information.
  • the information processing device 2 is a television control controller
  • the information processing device 2 detects the person's gesture from the received three-dimensional distance information and outputs a control signal to the television 3 in accordance with the gesture.
  • the application program to be installed is installed.
  • the user can cause the television 3 to execute a predetermined function such as channel switching or volume up / down by making a predetermined gesture while watching the television 3.
  • the information processing device 2 when the information processing device 2 is a game machine, the information processing device 2 detects the person's movement from the received three-dimensional distance information, and displays a character on the television screen according to the detected movement.
  • An application program that operates and changes the game battle situation is installed. In this case, the user can experience a sense of realism in which he / she plays a game as a character on the television screen by making a predetermined movement while watching the television 3.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the information acquisition device 1 and the information processing device 2.
  • the information acquisition apparatus 1 includes a projection optical system 11 and a light receiving optical system 12 as a configuration of the optical unit.
  • the information acquisition device 1 includes a CPU (Central Processing Unit) 21, a laser driving circuit 22, an imaging signal processing circuit 23, an input / output circuit 24, and a memory 25 as a circuit unit.
  • CPU Central Processing Unit
  • the projection optical system 11 irradiates a target area with laser light having a predetermined dot pattern.
  • the light receiving optical system 12 receives the laser beam reflected from the target area.
  • the configurations of the projection optical system 11 and the light receiving optical system 12 will be described later with reference to FIGS.
  • the CPU 21 controls each unit according to a control program stored in the memory 25.
  • the CPU 21 has functions of a laser control unit 21 a for controlling a laser light source 111 (described later) in the projection optical system 11 and a three-dimensional distance calculation unit 21 b for generating three-dimensional distance information. Is granted.
  • the laser drive circuit 22 drives a laser light source 111 (described later) according to a control signal from the CPU 21.
  • the imaging signal processing circuit 23 controls a CMOS image sensor 123 (described later) in the light receiving optical system 12 and sequentially takes in each pixel signal (charge) generated by the CMOS image sensor 123 for each line. Then, the captured signals are sequentially output to the CPU 21.
  • CPU21 calculates the distance from the information acquisition apparatus 1 to each part of a detection target based on the signal (imaging signal) supplied from the imaging signal processing circuit 23 by the process by the three-dimensional distance calculation part 21b.
  • the input / output circuit 24 controls data communication with the information processing apparatus 2.
  • the information processing apparatus 2 includes a CPU 31, an input / output circuit 32, and a memory 33.
  • the information processing apparatus 2 has a configuration for performing communication with the television 3 and for reading information stored in an external memory such as a CD-ROM and installing it in the memory 33.
  • an external memory such as a CD-ROM
  • the configuration of these peripheral circuits is not shown for the sake of convenience.
  • the CPU 31 controls each unit according to a control program (application program) stored in the memory 33.
  • a control program application program
  • the CPU 31 is provided with the function of the object detection unit 31a for detecting an object in the image.
  • a control program is read from a CD-ROM by a drive device (not shown) and installed in the memory 33, for example.
  • the object detection unit 31a detects a person in the image and its movement from the three-dimensional distance information supplied from the information acquisition device 1. Then, a process for operating the character on the television screen according to the detected movement is executed by the control program.
  • the object detection unit 31 a detects a person in the image and its movement (gesture) from the three-dimensional distance information supplied from the information acquisition device 1. To do. Then, processing for controlling functions (channel switching, volume adjustment, etc.) of the television 3 is executed by the control program in accordance with the detected movement (gesture).
  • the input / output circuit 32 controls data communication with the information acquisition device 1.
  • FIG. 3 (a) is a diagram schematically showing the irradiation state of the laser light on the target area
  • FIG. 3 (b) is a diagram schematically showing the light receiving state of the laser light in the CMOS image sensor 123.
  • FIG. 6B shows a light receiving state when a flat surface (screen) exists in the target area.
  • the projection optical system 11 emits laser light having a dot pattern (hereinafter, the entire laser light having this pattern is referred to as “DP light”) toward the target region. Is done.
  • the DP light projection area is indicated by a solid frame.
  • dot regions hereinafter simply referred to as “dots” in which the intensity of the laser light is increased by the diffractive action of the diffractive optical element are scattered according to the dot pattern by the diffractive action of the diffractive optical element. Yes.
  • the light beam of DP light is divided into a plurality of segment regions arranged in a matrix.
  • dots are scattered in a unique pattern.
  • the dot dot pattern in one segment area is different from the dot dot pattern in all other segment areas.
  • each segment area can be distinguished from all other segment areas with a dot dot pattern.
  • the segment areas of DP light reflected thereby are distributed in a matrix on the CMOS image sensor 123 as shown in FIG.
  • the light in the segment area S0 on the target area shown in FIG. 9A enters the segment area Sp shown in FIG.
  • the light flux region of DP light is indicated by a solid frame, and for convenience, the light beam of DP light is divided into a plurality of segment regions arranged in a matrix.
  • the three-dimensional distance calculation unit 21b detects at which position on the CMOS image sensor 123 each segment region is incident (hereinafter referred to as “pattern matching”), and based on the light receiving position based on the triangulation method. Thus, the distance to each part (irradiation position of each segment area) of the detection target object is detected. Details of such a detection technique are described in, for example, Non-Patent Document 1 (The 19th Annual Conference of the Robotics Society of Japan (September 18-20, 2001), Proceedings, P1279-1280).
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a method of generating a reference template used for the distance detection.
  • a flat reflection plane RS perpendicular to the Z-axis direction is arranged at a predetermined distance Ls from the projection optical system 11.
  • the temperature of the laser light source 111 is maintained at a predetermined temperature (reference temperature).
  • DP light is emitted from the projection optical system 11 for a predetermined time Te.
  • the emitted DP light is reflected by the reflection plane RS and enters the CMOS image sensor 123 of the light receiving optical system 12.
  • an electrical signal for each pixel is output from the CMOS image sensor 123.
  • the output electric signal value (pixel value) for each pixel is developed on the memory 25 of FIG.
  • each segment area is dotted with dots in a unique pattern. Therefore, the pixel value pattern of the segment area is different for each segment area.
  • each segment area has the same size as all other segment areas.
  • the reference template is configured by associating each segment area set on the CMOS image sensor 123 with the pixel value of each pixel included in the segment area.
  • the reference template includes information on the position of the reference pattern area on the CMOS image sensor 123, pixel values of all pixels included in the reference pattern area, and information for dividing the reference pattern area into segment areas. Contains.
  • the pixel values of all the pixels included in the reference pattern area correspond to the DP light dot pattern included in the reference pattern area.
  • the mapping area of the pixel values of all the pixels included in the reference pattern area into segment areas the pixel values of the pixels included in each segment area are acquired.
  • the reference template may further hold pixel values of pixels included in each segment area for each segment area.
  • the configured reference template is held in the memory 25 of FIG. 2 in an unerasable state.
  • the reference template thus stored in the memory 25 is referred to when calculating the distance from the projection optical system 11 to each part of the detection target object.
  • DP light corresponding to a predetermined segment area Sn on the reference pattern is reflected by the object, and the segment area Sn. It is incident on a different region Sn ′. Since the projection optical system 11 and the light receiving optical system 12 are adjacent to each other in the X-axis direction, the displacement direction of the region Sn ′ with respect to the segment region Sn is parallel to the X-axis. In the case of FIG. 4A, since the object is located at a position closer than the distance Ls, the region Sn 'is displaced in the X-axis positive direction with respect to the segment region Sn. If the object is at a position farther than the distance Ls, the region Sn ′ is displaced in the negative X-axis direction with respect to the segment region Sn.
  • the distance Lr from the projection optical system 11 to the portion of the object irradiated with DP light (DPn) is triangulated using the distance Ls. Calculated based on Similarly, the distance from the projection optical system 11 is calculated for the part of the object corresponding to another segment area.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining such a detection technique.
  • FIG. 5A is a diagram showing the setting state of the reference pattern region and the segment region on the CMOS image sensor 123
  • FIG. 5B is a diagram showing a method for searching the segment region at the time of actual measurement
  • FIG. These are figures which show the collation method with the dot pattern of measured DP light, and the dot pattern contained in the segment area
  • the segment area S1 is one pixel in the X-axis direction in the range P1 to P2.
  • the matching degree between the dot pattern of the segment area S1 and the actually measured dot pattern of DP light is obtained.
  • the segment area S1 is sent in the X-axis direction only on the line L1 passing through the uppermost segment area group of the reference pattern area. This is because, as described above, each segment region is normally displaced only in the X-axis direction from the position set by the reference template at the time of actual measurement. That is, the segment area S1 is considered to be on the uppermost line L1.
  • the processing load for the search is reduced.
  • the segment area may protrude from the reference pattern area in the X-axis direction. Therefore, the ranges P1 and P2 are set wider than the width of the reference pattern area in the X-axis direction.
  • a region (comparison region) having the same size as the segment region S1 is set on the line L1, and the similarity between the comparison region and the segment region S1 is obtained. That is, the difference between the pixel value of each pixel in the segment area S1 and the pixel value of the corresponding pixel in the comparison area is obtained. A value Rsad obtained by adding the obtained difference to all the pixels in the comparison region is acquired as a value indicating the similarity.
  • the comparison area is sequentially set while being shifted by one pixel on the line L1. Then, the value Rsad is obtained for all the comparison regions on the line L1. A value smaller than the threshold value is extracted from the obtained value Rsad. If there is no value Rsad smaller than the threshold value, the search for the segment area S1 is regarded as an error. Then, it is determined that the comparison area corresponding to the extracted Rsad having the smallest value is the movement area of the segment area S1. The same search as described above is performed for the segment areas other than the segment area S1 on the line L1. Similarly, the segment areas on the other lines are searched by setting the comparison area on the lines as described above.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an installation state of the projection optical system 11 and the light receiving optical system 12.
  • the projection optical system 11 and the light receiving optical system 12 are installed on a base plate 300 having high thermal conductivity.
  • the optical members constituting the projection optical system 11 are installed on the chassis 11 a, and the chassis 11 a is installed on the base plate 300. Thereby, the projection optical system 11 is installed on the base plate 300.
  • the light receiving optical system 12 is installed on the upper surface of the two pedestals 300a on the base plate 300 and the upper surface of the base plate 300 between the two pedestals 300a.
  • a CMOS image sensor 123 described later is installed on the upper surface of the base plate 300 between the two pedestals 300a, and a holding plate 12a is installed on the upper surface of the pedestal 300a.
  • a lens holder 12b for holding 122 is installed.
  • the projection optical system 11 and the light receiving optical system 12 are installed side by side with a predetermined distance in the X axis direction so that the projection center of the projection optical system 11 and the imaging center of the light receiving optical system 12 are aligned on a straight line parallel to the X axis.
  • a circuit board 200 (see FIG. 7) that holds the circuit unit (see FIG. 2) of the information acquisition device 1 is installed on the back surface of the base plate 300.
  • a hole 300 b for taking out the wiring of the laser light source 111 to the back of the base plate 300 is formed in the lower center of the base plate 300.
  • an opening 300 c for exposing the connector 12 c of the CMOS image sensor 123 to the back of the base plate 300 is formed below the installation position of the light receiving optical system 12 on the base plate 300.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of the projection optical system 11 and the light receiving optical system 12 according to the present embodiment.
  • the projection optical system 11 includes a laser light source 111, a collimator lens 112, a rising mirror 113, and a diffractive optical element (DOE: Diffractive Optical Element) 114.
  • the light receiving optical system 12 includes a filter 121, an imaging lens 122, and a CMOS image sensor 123.
  • the laser light source 111 outputs laser light in a narrow wavelength band with a wavelength of about 830 nm.
  • the laser light source 111 is installed so that the optical axis of the laser light is parallel to the X axis.
  • the collimator lens 112 converts the laser light emitted from the laser light source 111 into substantially parallel light.
  • the collimator lens 112 is installed so that its own optical axis is aligned with the optical axis of the laser light emitted from the laser light source 111.
  • the raising mirror 113 reflects the laser beam incident from the collimator lens 112 side.
  • the optical axis of the laser beam is bent 90 ° by the rising mirror 113 and becomes parallel to the Z axis.
  • the DOE 114 has a diffraction pattern on the incident surface.
  • the DOE 114 is formed by injection molding using a resin or using a lithography and dry etching technique on a glass substrate.
  • the diffraction pattern is composed of, for example, a step type hologram. Due to the diffractive action of this diffraction pattern, the laser light reflected by the rising mirror 113 and incident on the DOE 114 is converted into a laser light having a dot pattern and irradiated onto the target area.
  • the diffraction pattern is designed to be a predetermined dot pattern in the target area. The dot pattern in the target area will be described later with reference to FIGS.
  • an aperture (not shown) for making the contour of the laser light circular is arranged between the laser light source 111 and the collimator lens 112. Note that this aperture may be constituted by an emission opening of the laser light source 111.
  • the laser light reflected from the target area passes through the filter 121 and enters the imaging lens 122.
  • the filter 121 transmits light in a wavelength band including the emission wavelength (about 830 nm) of the laser light source 111 and cuts other wavelength bands.
  • the imaging lens 122 condenses the light incident through the filter 121 on the CMOS image sensor 123.
  • the imaging lens 122 includes a plurality of lenses, and an aperture and a spacer are interposed between the predetermined lenses. Such an aperture stops the light from the outside so as to match the F number of the imaging lens 122.
  • the CMOS image sensor 123 receives the light collected by the imaging lens 122 and outputs a signal (charge) corresponding to the amount of received light to the imaging signal processing circuit 23 for each pixel.
  • the output speed of the signal is increased so that the signal (charge) of the pixel can be output to the imaging signal processing circuit 23 with high response from the light reception in each pixel.
  • the filter 121 is arranged so that the light receiving surface is perpendicular to the Z axis.
  • the imaging lens 122 is installed so that the optical axis is parallel to the Z axis.
  • the CMOS image sensor 123 is installed such that the light receiving surface is perpendicular to the Z axis.
  • the filter 121, the imaging lens 122, and the CMOS image sensor 123 are arranged so that the center of the filter 121 and the center of the light receiving region of the CMOS image sensor 123 are aligned on the optical axis of the imaging lens 122.
  • the projection optical system 11 and the light receiving optical system 12 are installed on the base plate 300 as described with reference to FIG.
  • a circuit board 200 is further installed on the lower surface of the base plate 300, and wirings (flexible boards) 201 and 202 are connected from the circuit board 200 to the laser light source 111 and the CMOS image sensor 123.
  • the circuit unit of the information acquisition apparatus 1 such as the CPU 21 and the laser driving circuit 22 shown in FIG.
  • the DOE 114 is normally designed so that the dots of the dot pattern are uniformly distributed with the same brightness in the target area. By dispersing the dots in this way, it is possible to search the target area evenly.
  • the dot pattern is actually generated using the DOE 114 designed in this way, the brightness of the dot differs depending on the region. Moreover, it turned out that there exists a fixed tendency in the difference in the brightness
  • analysis and evaluation of DOE 114 performed by the inventors of the present application will be described.
  • the inventor of the present application adjusted the diffraction pattern of the DOE 114 as a comparative example so that the dots of the dot pattern are uniformly distributed with the same luminance on the target area. Subsequently, the inventor of the present application actually projected the dot pattern onto the target area using the DOE 114 configured according to such a design, and captured the projected state of the dot pattern at that time with the CMOS image sensor 123. Then, the brightness distribution of the dot pattern on the CMOS image sensor 123 was measured from the received light amount (detection signal) of each pixel of the CMOS image sensor 123.
  • FIG. 8A shows measurement results showing the luminance distribution on the CMOS image sensor 123 when the DOE 114 of the comparative example is used.
  • the central portion of FIG. 8A shows the luminance distribution on the light receiving surface (two-dimensional plane) of the CMOS image sensor 123 by color (in this figure, the luminance difference is represented by the color difference).
  • FIG. 8A On the left side and the lower side of FIG. 8A, the luminance values of the portions along the A-A ′ line and the B-B ′ line of the luminance distribution diagram are respectively shown by graphs.
  • FIG. 8 (b) is a diagram schematically showing the luminance distribution of FIG. 8 (a).
  • the luminance level on the CMOS image sensor 123 is displayed in nine stages, and it can be seen that the luminance decreases from the central part toward the peripheral part.
  • the luminance on the CMOS image sensor 123 is maximum at the center and decreases as the distance from the center increases.
  • the luminance variation actually occurs on the CMOS image sensor 123. That is, it can be seen from this measurement result that the dot pattern projected onto the target area has a lower dot brightness as it goes from the center to the periphery.
  • the luminance of the dots changes radially from the center. That is, it is considered that the dots having substantially the same brightness are distributed in a substantially concentric shape with respect to the center of the dot pattern, and the brightness of the dots gradually decreases with increasing distance from the center.
  • the inventors of the present application performed the same measurement as described above for a plurality of DOEs 114 formed in the same manner, this tendency was confirmed in any of the DOEs 114. Therefore, when the DOE 114 is designed so that the dots of the dot pattern are uniformly distributed with the same brightness on the target area, the dots projected on the target area are generally distributed with the above-described tendency. Conceivable.
  • the gain of the detection signal in the peripheral portion of the CMOS image sensor 123 can be set large.
  • the detection signal based on the stray light also becomes large, and it becomes difficult to properly detect the peripheral dots with low luminance.
  • the diffraction pattern of the DOE 114 is adjusted so that the dot pattern is unevenly distributed in the target area.
  • FIG. 9A is a diagram schematically showing the distribution state of dots in the target area of the present embodiment.
  • the DOE 114 according to the present embodiment is configured so that the density of dots in the target area decreases concentrically from the center (in proportion to the distance from the center) by the diffraction action as shown in the figure.
  • a portion indicated by a broken line in the figure is a region where the density of dots is substantially equal.
  • the dot density may be decreased linearly with increasing distance from the center of the dot pattern, or may be decreased stepwise.
  • the dot density is decreased stepwise, as shown in FIGS. 9B and 9C, a plurality of areas are set concentrically from the center of the dot pattern, and the dot density is within each area. Are equal.
  • regions having the same dot density are shown with the same darkness.
  • the density of dots is reduced by, for example, combining a plurality of dots into one.
  • the comparative example it is assumed that 22 dots are included in one segment area (15 pixels ⁇ 15 pixels).
  • the brightness of each dot has the brightness B1 schematically shown on the lower side of FIG. From this state, for example, as indicated by a dotted arrow, the design of the DOE 114 is adjusted so that 11 dots are led to positions where they overlap each other 11 dots, respectively.
  • FIG. 11B 11 dots are included in one segment area, and the dot density is halved compared to the comparative example. At this time, since each dot in FIG.
  • the brightness B2 is about twice as high.
  • the brightness is increased while the dot density is reduced.
  • the dot superposition as described above is not performed at the center of the dot pattern. Accordingly, the density and brightness of the dot at the center of the dot pattern are the same as in the comparative example.
  • the dots in the same segment area are overlapped, but actually, a plurality of dots are overlapped so that the pattern of the dots included in each segment area is a unique pattern, Dot density is reduced. Dots that overlap each other need not be included in the same segment area. In this way, the diffraction pattern of the DOE 114 is adjusted so that the dot pattern of each segment area becomes a unique pattern and the density of dots around the dot pattern is reduced.
  • the density of the dots in the peripheral portion is reduced, the luminance in the peripheral portion is increased as described above, so that the dots in the peripheral portion are not easily buried in stray light.
  • the number of dots included in the peripheral segment area is smaller than the number of dots included in the central segment area, the pattern matching accuracy of the peripheral segment area may be reduced. is there.
  • the diffraction pattern of the DOE 114 is adjusted as shown in FIG. 9A, and the peripheral segment area is set larger than the central segment area.
  • FIGS. 11 (a) and 11 (b) are diagrams showing the segment areas in the central part and the peripheral part in the present embodiment, respectively. Also in this embodiment, as in the case of FIGS. 10A and 10B, the density of the dots in the peripheral portion is assumed to be 1 ⁇ 2 of the density of the dots in the central portion.
  • the central segment area is set to 15 pixels ⁇ 15 pixels, and one segment area has 22 Contains dots.
  • the peripheral segment area is set to 21 pixels ⁇ 21 pixels. Since the density of the peripheral portion is 1 ⁇ 2 of the density of the central portion, here, the area of the peripheral segment region is set so that the area of the peripheral segment region is about twice that of the central segment region. One side is set to 21 pixels, for example. In this case, the number of pixels included in the peripheral segment area is approximately twice the number of pixels included in the central segment area. Accordingly, the number of dots (22) included in the peripheral segment area is equal to the number of dots (22) included in the central segment area.
  • the size of the segment area is appropriately set according to the difference in dot density from the center.
  • the segment when the density decreases linearly according to the distance from the central portion, as shown in FIG. 12A, the segment depends on the density of dots on the reference pattern area.
  • the size of the area is set to change.
  • FIGS. 9B and 9C when the density gradually decreases according to the distance from the center, as shown in FIGS. 12B and 12C, respectively, In accordance with the density of dots on the pattern area, the size of the segment area is set to change stepwise.
  • information on the position of the reference pattern area on the CMOS image sensor 123, pixel values of all pixels included in the reference pattern area, information on the vertical and horizontal widths of the segment area, and information on the position of the segment area Is the reference template.
  • the reference template of the present embodiment is also held in the memory 25 of FIG.
  • the reference template thus stored in the memory 25 is referred to by the CPU 21 when calculating the distance from the projection optical system 11 to each part of the detection target object.
  • FIG. 13A is a flowchart showing a dot pattern setting process for a segment area. Such processing is performed when the information acquisition apparatus 1 is activated or when distance detection is started.
  • the reference template includes information for assigning individual segment areas whose sizes are adjusted as described above to the reference pattern area (see FIG. 4B). Specifically, the reference template includes information indicating the position of each segment area on the reference pattern area and information indicating the size (vertical and horizontal width) of each segment area.
  • N segment areas whose sizes are adjusted with respect to the reference pattern area are allocated, and serial numbers from 1 to N are assigned to these segment areas.
  • the CPU 21 of the information acquisition apparatus 1 reads out information on the position of the reference pattern area on the CMOS image sensor 123 and the pixel values of all the pixels included in the reference pattern area from the reference template held in the memory 25 ( S11). Subsequently, the CPU 21 sets 1 to the variable k (S12).
  • the CPU 21 acquires information on the vertical and horizontal widths of the k-th segment area Sk and information on the position of the segment area Sk from the reference template stored in the memory 25 (S13). Subsequently, the CPU 21 sets the dot pattern Dk used for the search from the pixel values of all the pixels included in the reference pattern area and the information on the segment area Sk acquired in S13 (S14). Specifically, the CPU 21 acquires the pixel value of the dot pattern included in the segment area Sk among the pixel values of all the pixels of the reference pattern, and sets this as the search dot pattern Dk.
  • the CPU 21 determines whether the value of k is equal to N (S15).
  • the dot pattern used for the search is set for all the segment areas and the value of k becomes N (S15: YES)
  • the process ends.
  • the CPU 21 increases the value of k by 1 (S16), and returns the process to S13. In this way, N dot patterns used for the search are sequentially set.
  • FIG. 13B is a flowchart showing distance detection processing at the time of actual measurement. This process is performed using the search dot pattern set by the process of FIG. 13A, and is performed in parallel with the process of FIG.
  • the CPU 21 of the information acquisition device 1 first sets 1 to the variable c (S21). Next, the CPU 21 searches the dot pattern on the CMOS image sensor 123 received at the time of actual measurement for an area that matches the c-th search dot pattern Dc set in S14 of FIG. 13A (S22). Such a search is performed on an area having a predetermined width in the left-right direction with respect to a position corresponding to the segment area Sc. If there is an area that matches the search dot pattern Dc, the CPU 21 detects how far the matched area has moved in the left or right direction from the position of the segment area Sc, and the detected movement direction and movement. Using the distance, the distance of the object located in the segment area Sc is calculated based on the triangulation method (S23).
  • the CPU 21 determines whether the value of c is equal to N (S24). The distance is calculated for all the segment areas, and when the value of c becomes N (S24: YES), the process ends. On the other hand, if the value of c has not reached N (S24: NO), the CPU 21 increases the value of c by 1 (S25), and returns the process to S22. Thus, the distance to the detection target object corresponding to the segment area is obtained.
  • the density of the peripheral portion of the dot pattern is set smaller than the density of the central portion.
  • the brightness per dot in the peripheral portion is increased, and each dot is less likely to be buried in stray light, making it easier to grasp the position of the dot.
  • the peripheral segment region is set larger than the central segment region as shown in FIGS. Is done.
  • the CMOS image sensor 123 is used as the photodetector, but a CCD image sensor may be used instead.
  • the laser light source 111 and the collimator lens 112 are arranged in the X-axis direction, and the optical axis of the laser beam is bent in the Z-axis direction by the rising mirror 113.
  • the laser light source 111 may be arranged so as to emit, and the laser light source 111, the collimator lens 112, and the DOE 114 may be arranged side by side in the Z-axis direction.
  • the rising mirror 113 can be omitted, but the dimension of the projection optical system 11 increases in the Z-axis direction.
  • the diffraction pattern of the DOE 114 is set so that the density of the dots in the periphery of the dot pattern is 1 ⁇ 2 of the density of the dots in the center. Has been adjusted.
  • the present invention is not limited to this, and the density of the dots in the periphery of the dot pattern may be set so that the brightness in the periphery is increased.
  • the number of pixels in one segment area is also set to 15 pixels ⁇ 15 pixels in the central portion and 21 pixels ⁇ 21 pixels in the peripheral portion as shown in FIGS. It was done.
  • the present invention is not limited to this, and the number of pixels included in the peripheral segment region may be set to another pixel number so as to be larger than the number of pixels included in the central segment region.
  • the density of dots in the target area is configured to decrease concentrically as the distance from the center increases.
  • an elliptical shape and a rectangular shape may be configured so as to become linearly smaller as the distance from the center increases.
  • the density of the dots may be configured to decrease stepwise as they move away radially from the center of the dot pattern.
  • the segment area is set by dividing the reference pattern area into a matrix, but the segment area may be set so that the segment areas adjacent to each other on the left and right overlap each other.
  • the segment areas may be set so that the segment areas adjacent in the vertical direction overlap each other.
  • each segment region is set so that the peripheral portion is larger than the central portion of the dot pattern as described above.

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Abstract

ドットパターンの周辺部における距離検出の精度の低下を抑制することができる情報取得装置および物体検出装置を提供する。レーザ光源（１１１）から出射されたレーザ光は、ＤＯＥ（１１４）によりドットパターンの光に変換されて目標領域に投射される。ＤＯＥは、目標領域におけるドットパターン周辺部の輝度を高めるために、周辺部のドットの密度が、中心部のドットの密度に比べて小さくなるよう構成される。基準面にドットパターンを照射したときに撮像されたドットパターンが区分されてセグメント領域が構成される。各セグメント領域のドットと、距離測定時に目標領域を撮像して取得されたドットパターンとを照合することにより、前記各セグメント領域についての距離が取得される。セグメント領域は、ドットパターンの中心部よりも周辺部の方が大きくなるよう設定される。

Description

情報取得装置および物体検出装置
　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、当該物体検出装置に用いて好適な情報取得装置に関する。
　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。
　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）。
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
　上記物体検出装置では、レーザ光源から出射されたレーザ光を回折光学素子により回折させて、ドットパターンを持つレーザ光が生成される。この場合、回折光学素子は、たとえば、目標領域上のドットパターンが同じ輝度で均一に分布するよう設計される。しかしながら、回折光学素子に生じる成形誤差等により、目標領域において、周辺部のドットの輝度が、中心部のドットの輝度に比べて小さくなることがある。この場合、周辺部のドットの密度を低下させて周辺部のドットの輝度を高めるようにするのが望ましい。しかし、こうすると、周辺部における距離検出の精度が低下する惧れがある。
　本発明は、このような課題を解消するためになされたものであり、ドットパターンの周辺部における距離検出の精度の低下を抑制することができる情報取得装置および物体検出装置を提供することを目的とする。
　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、前記受光光学系により撮像された前記ドットパターンに基づいて目標領域に存在する物体の各部までの距離を取得する距離取得部と、を備える。ここで、前記投射光学系は、前記目標領域における前記ドットパターンのドットの密度が、前記ドットパターンの中心部よりも周辺部の方が小さくなるよう構成される。前記距離取得部は、基準面により反射され前記受光光学系により撮像された基準ドットパターンをセグメント領域に区分し、距離測定時に目標領域を撮像して取得された撮像ドットパターンと前記各セグメント領域内のドットとを照合することにより、前記各セグメント領域についての距離を取得する。前記セグメント領域は、前記基準ドットパターンの中心部よりも周辺部の方が大きくなるよう設定される。
　本発明の第２の態様は、物体検出装置に関する。本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。
　本発明によれば、ドットパターンの周辺部における距離検出の精度の低下を抑制することができる情報取得装置および物体検出装置を提供することができる。
　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。
実施の形態に係る物体検出装置の概略構成を示す図である。 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。 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を模式的に示す図およびＣＭＯＳイメージセンサにおけるレーザ光の受光状態を模式的に示す図である。 実施の形態に係る基準テンプレートの生成方法を模式的に示す図である。 実施の形態に係る基準テンプレート上のセグメント領域が実測時においてどの位置に変位したかを検出する手法を説明する図である。 実施の形態に係る投射光学系と受光光学系の設置状態を示す斜視図である。 実施の形態に係る投射光学系と受光光学系の構成を模式的に示す図である。 実施の形態の比較例に係るＣＭＯＳイメージセンサ上の輝度分布を示す測定結果および輝度分布を模式的に示す図である。 実施の形態に係る目標領域におけるドットの分布状態を模式的に示す図である。 実施の形態に係る周辺部のドットの密度を小さくする方法を説明する図である。 実施の形態に係る中心部および周辺部のセグメント領域を示す図である。 実施の形態に係る基準パターン領域に対して設定されるセグメント領域の大きさを模式的に示す図である。 実施の形態に係るセグメント領域に対するドットパターンの設定処理および実測時における距離検出の処理を示すフローチャートである。 実施の形態に係る目標領域におけるドットの分布状態の変更例を模式的に示す図である。 実施の形態に係る基準パターン領域に対して設定されるセグメント領域の大きさの変更例を模式的に示す図である。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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ェスチャ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。
　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。
　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。
　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。
　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６、７を参照して説明する。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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であり、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。
　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、回折光学素子の回折作用によるドットパターンに従って点在している。
　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。
　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１２３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１２３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。
　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１２３上のどの位置に入射したかの検出（以下、「パターンマッチング」という）が行われ、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。
　図４は、上記距離検出に用いられる基準テンプレートの生成方法を模式的に示す図である。
　図４（ａ）に示すように、基準テンプレートの生成時には、投射光学系１１から所定の距離Ｌｓの位置に、Ｚ軸方向に垂直な平坦な反射平面ＲＳが配置される。レーザ光源１１１の温度は、所定の温度（基準温度）に維持される。この状態で、投射光学系１１からＤＰ光が所定時間Ｔｅだけ出射される。出射されたＤＰ光は、反射平面ＲＳによって反射され、受光光学系１２のＣＭＯＳイメージセンサ１２３に入射する。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３から、画素毎の電気信号が出力される。出力された画素毎の電気信号の値（画素値）が、図２のメモリ２５上に展開される。
　こうしてメモリ２５上に展開された画素値に基づいて、図４（ｂ）に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３上におけるＤＰ光の照射領域を規定する基準パターン領域が設定される。さらに、この基準パターン領域が、縦横に区分されてセグメント領域が設定される。上記のように、各セグメント領域には、固有のパターンでドットが点在する。よって、セグメント領域の画素値のパターンは、セグメント領域毎に異なっている。なお、図４（ｂ）の例では、各セグメント領域は、他の全てのセグメント領域と同じサイズである。
　基準テンプレートは、このようにＣＭＯＳイメージセンサ１２３上に設定された各セグメント領域に、そのセグメント領域に含まれる各画素の画素値を対応付けて構成される。
　具体的には、基準テンプレートは、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３上における基準パターン領域の位置に関する情報と、基準パターン領域に含まれる全画素の画素値と、基準パターン領域をセグメント領域に分割するための情報を含んでいる。基準パターン領域に含まれる全画素の画素値は、基準パターン領域に含まれるＤＰ光のドットパターンに相応するものになる。また、基準パターン領域に含まれる全画素の画素値のマッピング領域をセグメント領域に区分することで、各セグメント領域に含まれる画素の画素値が取得される。なお、基準テンプレートは、さらに、各セグメント領域に含まれる画素の画素値を、セグメント領域毎に保持していても良い。
　構成された基準テンプレートは、図２のメモリ２５に、消去不可能な状態で保持される。こうしてメモリ２５に保持された基準テンプレートは、投射光学系１１から検出対象物体の各部までの距離を算出する際に参照される。
　たとえば、図４（ａ）に示すように距離Ｌｓよりも近い位置に物体がある場合、基準パターン上の所定のセグメント領域Ｓｎに対応するＤＰ光（ＤＰｎ）は、物体によって反射され、セグメント領域Ｓｎとは異なる領域Ｓｎ’に入射する。投射光学系１１と受光光学系１２はＸ軸方向に隣り合っているため、セグメント領域Ｓｎに対する領域Ｓｎ’の変位方向はＸ軸に平行となる。図４（ａ）の場合、物体が距離Ｌｓよりも近い位置にあるため、領域Ｓｎ’は、セグメント領域Ｓｎに対してＸ軸正方向に変位する。物体が距離Ｌｓよりも遠い位置にあれば、領域Ｓｎ’は、セグメント領域Ｓｎに対してＸ軸負方向に変位する。
　セグメント領域Ｓｎに対する領域Ｓｎ’の変位方向と変位量をもとに、投射光学系１１からＤＰ光（ＤＰｎ）が照射された物体の部分までの距離Ｌｒが、距離Ｌｓを用いて、三角測量法に基づき算出される。同様にして、他のセグメント領域に対応する物体の部分について、投射光学系１１からの距離が算出される。
　かかる距離算出では、基準テンプレートのセグメント領域Ｓｎが、実測時においてどの位置に変位したかを検出する必要がある。この検出は、実測時にＣＭＯＳイメージセンサ１２３上に照射されたＤＰ光のドットパターンと、セグメント領域Ｓｎに含まれるドットパターンとを照合することによって行われる。
　図５は、かかる検出の手法を説明する図である。同図（ａ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３上における基準パターン領域とセグメント領域の設定状態を示す図、同図（ｂ）は、実測時におけるセグメント領域の探索方法を示す図、同図（ｃ）は、実測されたＤＰ光のドットパターンと、基準テンプレートのセグメント領域に含まれるドットパターンとの照合方法を示す図である。
　たとえば、同図（ａ）のセグメント領域Ｓ１の実測時における変位位置を探索する場合、同図（ｂ）に示すように、セグメント領域Ｓ１が、範囲Ｐ１～Ｐ２において、Ｘ軸方向に１画素ずつ送られ、各送り位置において、セグメント領域Ｓ１のドットパターンと、実測されたＤＰ光のドットパターンのマッチング度合いが求められる。この場合、セグメント領域Ｓ１は、基準パターン領域の最上段のセグメント領域群を通るラインＬ１上のみをＸ軸方向に送られる。これは、上記のように、通常、各セグメント領域は、実測時において、基準テンプレートにより設定された位置からＸ軸方向にのみ変位するためである。すなわち、セグメント領域Ｓ１は、最上段のラインＬ１上にあると考えられるためである。このように、Ｘ軸方向にのみ探索を行うことで、探索のための処理負担が軽減される。
　なお、実測時には、検出対象物体の位置によっては、セグメント領域が基準パターン領域の範囲からＸ軸方向にはみ出すことが起こり得る。このため、範囲Ｐ１～Ｐ２は、基準パターン領域のＸ軸方向の幅よりも広く設定される。
　上記マッチング度合いの検出時には、ラインＬ１上に、セグメント領域Ｓ１と同じサイズの領域（比較領域）が設定され、この比較領域とセグメント領域Ｓ１との間の類似度が求められる。すなわち、セグメント領域Ｓ１の各画素の画素値と、比較領域の対応する画素の画素値との差分が求められる。そして、求めた差分を比較領域の全ての画素について加算した値Ｒｓａｄが、類似度を示す値として取得される。
　たとえば、図５（ｃ）のように、一つのセグメント領域中に、ｍ列×ｎ行の画素が含まれている場合、セグメント領域のｉ列、ｊ行の画素の画素値Ｔ（ｉ，ｊ）と、比較領域のｉ列、ｊ行の画素の画素値Ｉ（ｉ，ｊ）との差分が求められる。そして、セグメント領域の全ての画素について差分が求められ、その差分の総和により、値Ｒｓａｄが求められる。すなわち、値Ｒｓａｄは、次式により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　値Ｒｓａｄが小さい程、セグメント領域と比較領域との間の類似度が高い。
　探索時には、比較領域が、ラインＬ１上を１画素ずつずらされつつ順次設定される。そして、ラインＬ１上の全ての比較領域について、値Ｒｓａｄが求められる。求めた値Ｒｓａｄの中から、閾値より小さいものが抽出される。閾値より小さい値Ｒｓａｄが無ければ、セグメント領域Ｓ１の探索はエラーとされる。そして、抽出されたＲｓａｄの中で最も値が小さいものに対応する比較領域が、セグメント領域Ｓ１の移動領域であると判定される。ラインＬ１上のセグメント領域Ｓ１以外のセグメント領域も、上記と同様の探索が行われる。また、他のライン上のセグメント領域も、上記と同様、そのライン上に比較領域が設定されて、探索が行われる。
　こうして、実測時に取得されたＤＰ光のドットパターンから、各セグメント領域の変位位置が探索されると、上記のように、その変位位置に基づいて、三角測量法により、各セグメント領域に対応する検出対象物体の部位までの距離が求められる。
　図６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。
　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。
　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１２３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。
　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２００（図７参照）が設置される。
　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１２３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。
　図７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。
　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。
　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。
　ＤＯＥ１１４は、入射面に回折パターンを有する。ＤＯＥ１１４は、樹脂による射出成型もしくはガラス基材にリソグラフィとドライエッチング手法を用いるなどして形成される。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。目標領域におけるドットパターンについては、追って図８～１０を参照して説明する。
　なお、レーザ光源１１１とコリメータレンズ１１２との間には、レーザ光の輪郭を円形にするためのアパーチャ（図示せず）が配される。なお、このアパーチャは、レーザ光源１１１の出射開口によって構成されても良い。
　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。
　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。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。かかるアパーチャは、撮像レンズ１２２のＦナンバーに合うように、外部からの光に絞りを掛ける。
　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。
　フィルタ１２１は、受光面がＺ軸に垂直にな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。
　投射光学系１１と受光光学系１２は、図６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１の回路部が実装されている。
　図７の構成において、ＤＯＥ１１４は、通常、ドットパターンのドットが、目標領域において、同じ輝度で、且つ、均一に分散するように設計される。このようにドットを分散させることにより、目標領域を満遍なく探索することが可能となる。しかしながら、このように設計されたＤＯＥ１１４を用いて実際にドットパターンを生成すると、ドットの輝度が領域によって相違することが分かった。また、ドットの輝度の相違には、一定の傾向があることが分かった。以下、本件出願の発明者が行ったＤＯＥ１１４の分析および評価について説明する。
　まず、本件出願の発明者は、比較例として、ドットパターンのドットが目標領域上で同じ輝度で且つ均一に分布するよう、ＤＯＥ１１４の回折パターンを調整した。続いて、本件出願の発明者は、かかる設計に従って構成されたＤＯＥ１１４を用いて、実際に目標領域にドットパターンを投射し、そのときのドットパターンの投射状態をＣＭＯＳイメージセンサ１２３によって撮像した。そして、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３の各画素の受光光量（検出信号）から、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３上におけるドットパターンの輝度分布を測定した。
　図８（ａ）は、比較例のＤＯＥ１１４を用いた場合のＣＭＯＳイメージセンサ１２３上の輝度分布を示す測定結果である。図８（ａ）の中央部分は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３の受光面（２次元平面）上における輝度を色（この図には、輝度の違いが色の違いによって表されている）によって示す輝度分布図である。図８（ａ）の左側および下側には、それぞれ、かかる輝度分布図のＡ－Ａ’直線およびＢ－Ｂ’直線に沿う部分の輝度値がグラフにより示されている。図８（ａ）の左側および下側のグラフは、それぞれ、最大輝度を１０として正規化されている。なお、図８（ａ）の左側および下側のグラフに示されるように、実際には、図８（ａ）の中央部分に示された図の周りの領域にも輝度が存在するが、かかる領域の輝度は低いため、便宜上、図８（ａ）の中央部分の図には、かかる領域の輝度が表わされていない。
　図８（ｂ）は、図８（ａ）の輝度分布を模式的に示す図である。図８（ｂ）では、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３上の輝度の大きさが、９段階に分けて表示されており、中心部から周辺部に向かうに従って輝度が低くなっていることが分かる。
　図８（ａ）、（ｂ）に示す如く、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３上の輝度は、中心において最大となっており、中心から離れるに従って低くなっている。このように、目標領域においてドットパターンのドットが同じ輝度で且つ均一に分布するようＤＯＥ１１４が設計された場合でも、実際には、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３上において輝度のばらつきが生じてしまう。すなわち、この測定結果から、目標領域に投射されたドットパターンは、中心部から周辺部に向かうにつれて、ドットの輝度が低下することが分かる。
　また、図８（ａ）、（ｂ）を参照すると、ドットの輝度は、中央から放射状に変化することが分かる。つまり、輝度が略同じであるドットは、ドットパターンの中心に対して略同心円状に分布し、中心から離れるにしたがって徐々にドットの輝度が低下するものと考えられる。本件出願の発明者が同様に形成された複数のＤＯＥ１１４について上記と同様の測定を行ったところ、この傾向は、何れのＤＯＥ１１４でも同じく確認された。よって、ドットパターンのドットが目標領域上で同じ輝度で且つ均一に分布するようにＤＯＥ１１４を設計した場合には、目標領域に投射されるドットは、一般に、上記のような傾向で分散するものと考えられる。
　このように輝度のばらつきが生じると、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３の中心部と周辺部において、セグメント領域に含まれるドット数は略同じであるにも拘わらず、輝度が低い周辺部においては、自然光や照明灯の光などの迷光によって、ドットが検出されにくくなってしまう。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３の周辺部のセグメント領域において、パターンマッチングの精度が低下する惧れがある。
　なお、このように周辺部の輝度が低くなる場合、周辺部のドットに基づく検出信号を大きくするために、たとえば、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３の周辺部の検出信号のゲインを大きく設定することが考えられる。しかしながら、このように周辺部のゲインが大きく設定されても、迷光に基づく検出信号も大きくなってしまうため、輝度の低い周辺部のドットを適正に検出することが困難となる。
　そこで、本実施の形態では、図９（ａ）に示すように、目標領域においてドットパターンが不均一に分布するよう、ＤＯＥ１１４の回折パターンが調整される。
　図９（ａ）は、本実施の形態の目標領域におけるドットの分布状態を模式的に示す図である。本実施の形態のＤＯＥ１１４は、回折作用により、図示の如く、目標領域においてドットの密度が同心円状に中心から離れるに従って（中心からの距離に比例して）小さくなるよう構成されている。図中の破線で示す部分は、ドットの密度が略等しい領域である。
　ドットの密度は、ドットパターンの中心から放射状に離れるに従ってリニアに低下させてもよく、あるいは、段階的に低下させてもよい。たとえば、ドットの密度を段階的に低下させる場合、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、ドットパターンの中心から同心円状に複数の領域を設定し、それぞれの領域内ではドットの密度を等しくする。図９（ｂ）、（ｃ）において、ドットの密度が等しい領域は、同じ濃さで示されている。
　ここで、ドットの密度は、たとえば、複数のドットを一つに纏めることにより小さくされる。たとえば、図１０（ａ）に示すように、比較例において、一つのセグメント領域（１５画素×１５画素）に、２２個のドットが含まれているとする。この場合、ドットパターンの周辺部のセグメント領域では、個々のドットの輝度が、同図（ａ）の下側に模式的に示された輝度Ｂ１を持っているとする。この状態から、たとえば、点線矢印に示すように、１１個のドットが他の１１個のドットにそれぞれ重なる位置に導かれるように、ＤＯＥ１１４の設計が調整される。これにより、同図（ｂ）のように、一つのセグメント領域に、１１個のドットが含まれるようになり、比較例に比べてドットの密度が１／２になる。このとき、同図（ｂ）の各ドットは、比較例の２つのドットが重ねられたものであるため、同図（ｂ）の下側に模式的に示すように、比較例の各ドットの２倍程度の輝度Ｂ２を持つようになる。こうして、ドットの密度が減じられながら、輝度が高められる。なお、ドットパターンの中心部では、上記のようなドットの重ね合わせは行われない。したがって、ドットパターンの中心部のドットは、比較例の場合と、密度も輝度も変わらない。
　なお、図１０の例では、同じセグメント領域内のドット同士が重ねられたが、実際には、各セグメント領域に含まれるドットのパターンが固有のパターンとなるように、複数のドットが重ねられ、ドットの密度が小さくなる。互いに重なるドットは、同じセグメント領域に含まれなくても良い。このように各セグメント領域のドットのパターンが固有のパターンとなり、且つ、ドットパターン周辺部のドットの密度が小さくなるように、ＤＯＥ１１４の回折パターンが調整される。
　このように、周辺部のドットの密度が小さくなると、上記のように周辺部の輝度が高められるため、周辺部のドットが迷光に埋もれ難くなる。しかしながら、周辺部のセグメント領域に含まれるドットの数は、中心部のセグメント領域に含まれるドットの数に比べて少なくなるために、周辺部のセグメント領域のパターンマッチングの精度が低下する惧れがある。
　そこで、本実施の形態では、ＤＯＥ１１４の回折パターンを図９（ａ）に示すように調整すると共に、さらに、周辺部のセグメント領域を中心部のセグメント領域に比べて大きくなるよう設定する。
　図１１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本実施の形態における中心部および周辺部のセグメント領域を示す図である。なお、本実施の形態においても、図１０（ａ）、（ｂ）の場合と同様、周辺部のドットの密度は、中心部のドットの密度の１／２であるとする。
　図１１（ａ）に示すように、本実施の形態の場合も、図１０（ａ）と同様、中心部のセグメント領域は１５画素×１５画素に設定されており、一つのセグメント領域には２２個のドットが含まれている。そして、図１１（ｂ）に示すように、本実施の形態の場合、周辺部のセグメント領域は２１画素×２１画素に設定されている。なお、周辺部の密度は中心部の密度の１／２であるため、ここでは、周辺部のセグメント領域の面積が、中心部のセグメント領域の約２倍となるよう、周辺部のセグメント領域の一辺は、たとえば２１画素に設定される。こうすると、周辺部のセグメント領域に含まれる画素の数は、中心部のセグメント領域に含まれる画素の数の約２倍となる。これにより、周辺部のセグメント領域に含まれるドットの数（２２個）が、中心部のセグメント領域に含まれるドットの数（２２個）に等しくなる。
　このように、セグメント領域の大きさは、中心部とのドットの密度の違いに応じて、適宜設定される。たとえば、図９（ａ）に示すように、中心部からの距離に応じてリニアに密度が小さくなる場合、図１２（ａ）に示すように、基準パターン領域上のドットの密度に応じてセグメント領域の大きさが変化するよう設定される。また、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、中心部からの距離に応じて段階的に密度が小さくなる場合、それぞれ、図１２（ｂ）、（ｃ）に示すように、基準パターン領域上のドットの密度に応じて、段階的にセグメント領域の大きさが変化するよう設定される。
　本実施の形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３上における基準パターン領域の位置に関する情報と、基準パターン領域に含まれる全画素の画素値と、セグメント領域の縦横の幅に関する情報と、セグメント領域の位置に関する情報が、基準テンプレートとなる。本実施の形態の基準テンプレートも、図２のメモリ２５に、消去不可能な状態で保持される。こうしてメモリ２５に保持された基準テンプレートは、投射光学系１１から検出対象物体の各部までの距離を算出する際にＣＰＵ２１により参照される。
　図１３（ａ）は、セグメント領域に対するドットパターンの設定処理を示すフローチャートである。かかる処理は、情報取得装置１の起動時または距離検出が開始されたときに行われる。なお、基準テンプレートには、基準パターン領域（図４（ｂ）参照）に対して、上記のように大きさが調整された個々のセグメント領域を割り当てるための情報が含まれている。具体的には、基準テンプレートには、各セグメント領域の基準パターン領域上の位置を示す情報と、各セグメント領域の大きさ（縦横幅）を示す情報が含まれている。ここでは、基準パターン領域に対して大きさが調整されたＮ個のセグメント領域が割り当てられ、これらセグメント領域には１～Ｎまでの通し番号が付けられているものとする。
　情報取得装置１のＣＰＵ２１は、まず、メモリ２５に保持されている基準テンプレートから、ＣＭＯＳイメージセンサ１２３上における基準パターン領域の位置に関する情報と、基準パターン領域に含まれる全画素の画素値を読み出す（Ｓ１１）。続いて、ＣＰＵ２１は、変数ｋに１をセットする（Ｓ１２）。
　次に、ＣＰＵ２１は、メモリ２５に保持されている基準テンプレートから、ｋ番目のセグメント領域Ｓｋの縦横の幅に関する情報と、セグメント領域Ｓｋの位置に関する情報を取得する（Ｓ１３）。続いて、ＣＰＵ２１は、基準パターン領域に含まれる全画素の画素値と、Ｓ１３で取得したセグメント領域Ｓｋの情報から、探索に用いるドットパターンＤｋを設定する（Ｓ１４）。具体的には、ＣＰＵ２１は、基準パターンの全画素の画素値のうち、セグメント領域Ｓｋに含まれるドットパターンの画素値を取得し、これを探索用のドットパターンＤｋとする。
　次に、ＣＰＵ２１は、ｋの値がＮに等しいかを判定する（Ｓ１５）。全てのセグメント領域について探索に用いるドットパターンが設定されて、ｋの値がＮになると（Ｓ１５：ＹＥＳ）、処理が終了する。他方、ｋの値がＮに到達していないと（Ｓ１５：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、ｋの値を１増やして（Ｓ１６）、処理をＳ１３に戻す。こうして、探索に用いるＮ個のドットパターンが順次設定される。
　図１３（ｂ）は、実測時における距離検出の処理を示すフローチャートである。かかる処理は、図１３（ａ）の処理により設定された探索用のドットパターンを用いて行われ、図１３（ａ）の処理と並行して行われる。
　情報取得装置１のＣＰＵ２１は、まず、変数ｃに１をセットする（Ｓ２１）。次に、ＣＰＵ２１は、実測時に受光したＣＭＯＳイメージセンサ１２３上のドットパターンから、図１３（ａ）のＳ１４で設定したｃ番目の探索用のドットパターンＤｃと一致する領域を探索する（Ｓ２２）。かかる探索は、セグメント領域Ｓｃに対応する位置に対して左右方向に所定の幅を有する領域に対して行われる。探索用のドットパターンＤｃと一致する領域があれば、ＣＰＵ２１は、一致した領域がセグメント領域Ｓｃの位置から左右どちらの方向にどれだけの距離を移動したかを検出し、検出した移動方向と移動距離を用いて、三角測量法に基づきセグメント領域Ｓｃに位置する物体の距離を算出する（Ｓ２３）。
　次に、ＣＰＵ２１は、ｃの値がＮに等しいかを判定する（Ｓ２４）。全てのセグメント領域について距離の算出が行われ、ｃの値がＮになると（Ｓ２４：ＹＥＳ）、処理が終了する。他方、ｃの値がＮに到達していないと（Ｓ２４：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、ｃの値を１増やして（Ｓ２５）、処理をＳ２２に戻す。こうして、セグメント領域に対応する検出対象物体までの距離が求められる。
　以上、本実施の形態によれば、図９（ａ）～（ｃ）に示すように、ドットパターンの周辺部の密度が中心部の密度よりも小さく設定される。これにより、周辺部におけるドット１つ当たりの輝度が高められ、各ドットが迷光に埋もれ難くなりドットの位置を把握し易くなる。また、このようにドットの密度を中心部と周辺部で変化させた場合、周辺部のセグメント領域が、図１２（ａ）～（ｃ）に示すように、中心部のセグメント領域よりも大きく設定される。これにより、目標領域の周辺部のセグメント領域についてパターンマッチングを行う際に、セグメント領域内に含まれるドット数が増えるため、パターンマッチングの精度が向上され得る。このように、本実施の形態によれば、ドットパターンの密度（輝度）とセグメント領域の大きさを調整することにより、ドットパターンの周辺部における距離検出の精度の低下を抑制することができる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態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。
　たとえば、上記実施の形態では、光検出器として、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、上記実施の形態では、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。
　また、上記実施の形態では、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ドットパターンの周辺部のドットの密度が中心部のドットの密度の１／２となるよう、ＤＯＥ１１４の回折パターンが調整された。しかしながら、これに限らず、ドットパターンの周辺部のドットの密度は、周辺部の輝度が大きくなるよう設定されればよい。
　また、上記実施の形態では、一つのセグメント領域の画素数も、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、中心部において１５画素×１５画素、周辺部において２１画素×２１画素に設定された。しかしながら、これに限らず、周辺部のセグメント領域に含まれる画素数が、中心部のセグメント領域に含まれる画素数よりも大きくなるよう、他の画素数とされても良い。
　また、上記実施の形態では、図９（ａ）～（ｃ）に示すように、目標領域におけるドットの密度は、同心円状に中心から離れるに従って小さくなるよう構成されたが、これに限らず、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、楕円形状および方形状に中心から離れるに従ってリニアに小さくなるよう構成されても良い。この場合も、図１４（ｃ）、（ｄ）に示すように、ドットの密度は、ドットパターンの中心から放射状に離れるに従って、段階的に小さくなるよう構成されても良い。図１４（ａ）～（ｄ）に示すようにドットの密度が設定される場合、図１５（ａ）～（ｄ）に示すように、ドットの密度に応じてセグメント領域の大きさが設定される。
　さらに、上記実施の形態では、基準パターン領域をマトリックス状に区分することによりセグメント領域が設定されたが、左右に隣り合うセグメント領域が互いにオーバーラップするようにセグメント領域が設定されてもよく、また、上下に隣り合うセグメント領域が互いにオーバーラップするようにセグメント領域が設定されてもよい。この場合も、各セグメント領域は、上記のように、ドットパターンの中心部よりも周辺部の方が大きくなるように設定される。
　この他、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。
　　　１　情報取得装置
　　１１　投射光学系
　　１２　受光光学系
　　２１　ＣＰＵ（距離取得部）
　２１ｂ　３次元距離演算部（距離取得部）
　　２３　撮像信号処理回路（距離取得部）
　１１１　レーザ光源
　１１２　コリメータレンズ
　１１４　ＤＯＥ（回折光学素子）
　１２１　フィルタ
　１２２　撮像レンズ（集光レンズ）
　１２３　ＣＭＯＳイメージセンサ（撮像素子）

Claims (6)

  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、
    　前記受光光学系により撮像された前記ドットパターンに基づいて目標領域に存在する物体の各部までの距離を取得する距離取得部と、を備え、
    　前記投射光学系は、前記目標領域における前記ドットパターンのドットの密度が、前記ドットパターンの中心部よりも周辺部の方が小さくなるよう構成され、
    　前記距離取得部は、基準面により反射され前記受光光学系により撮像された基準ドットパターンをセグメント領域に区分し、距離測定時に目標領域を撮像して取得された撮像ドットパターンと前記各セグメント領域内のドットとを照合することにより、前記各セグメント領域についての距離を取得し、
    　前記セグメント領域は、前記基準ドットパターンの中心部よりも周辺部の方が大きくなるよう設定される、
    ことを特徴とする情報取得装置。
  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、前記基準面における前記ドットの密度が、前記基準ドットパターンの中心からの距離に応じて小さくなるよう構成され、
    　前記セグメント領域は、前記基準ドットパターンの中心から距離に応じて大きくなるよう構成される、
    ことを特徴とする情報取得装置。
  3. 　請求項２に記載の情報取得装置において、
    　前記投射光学系は、前記基準面における前記ドットの密度が、前記基準ドットパターンの中心から放射状に離れるに従って段階的に小さくなるよう構成され、
    　前記セグメント領域は、前記基準ドットパターンの中心から放射状に離れるに従って段階的に大きくなるよう構成される、
    ことを特徴とする情報取得装置。
  4. 　請求項１ないし３の何れか一項に記載の情報取得装置において、
    　前記投射光学系は、前記基準面における前記ドットの輝度が、前記基準ドットパターンの中心部よりも周辺部の方が高くなるよう構成されている、
    ことを特徴とする情報取得装置。
  5. 　請求項１ないし４の何れか一項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が入射するコリメータレンズと、
    　前記コリメータレンズを透過し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と、を備え、
    　前記受光光学系は、
    　撮像素子と、
    　目標領域からの前記レーザ光を前記撮像素子に集光する集光レンズと、
    　前記レーザ光の波長帯域の光を抽出して前記撮像素子に導くためのフィルタと、を備える、
    ことを特徴とする情報取得装置。
  6. 　請求項１ないし５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。
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