CN102375170A - 衍射光学元件、测距装置以及测距方法 - Google Patents

Abstract

提供出射扭转光束的小型衍射光学元件、小型测距装置以及使用了小型衍射光学元件的测距方法。衍射光学元件(130)具有第一衍射光栅，该第一衍射光栅在由x轴、y轴以及z轴构成的坐标空间，将具有与所述x轴平行的偏平面并向所述z轴方向前进的平行光扭转，使得在向所述z轴方向前进了规定距离的位置上，所述偏平面与所述x轴所成的角度成为规定角度。

Description

衍射光学元件、测距装置以及测距方法

技术领域

本发明涉及衍射光学元件、使用了衍射光学元件的测距装置以及测距方法。

背景技术

日本特开2007-187581号公报公开一种测距装置，具备：柱形凸透镜，被入射偏平的光束；摄像机，对通过了柱形凸透镜的光束向对象物投光的激光斑(以下称为投光斑)进行摄影；以及距离取得部，基于由摄像机摄像的投光斑的形状取得与对象物之间的距离。

该测距装置将偏平面相对于柱形凸透镜的轴向倾斜45度而入射偏平光束，因此从柱形凸透镜出射的光束，成为对应于与柱形凸透镜的距离而偏平面的旋转角度变化的光束(以下称为扭转光束)。

因此，在对象物上形成的投光斑的形状，成为对应于与柱形凸透镜之间的距离而旋转角度变化的线段形状，因此日本特开2007-187581号公报所公开的测距装置，对由摄像机摄像的投光斑的旋转角度进行检测，并且基于检测到的旋转角度对与对象物之间的距离进行测定。

在此，柱形透镜难以小型化，因此在日本特开2007-187581号公报所公开的测距装置中，存在难以小型化这种问题。

发明内容

本发明是鉴于这一点而进行的，其目的在与提供出射扭转光束的小型衍射光学元件、小型测距装置以及使用了小型衍射光学元件的测距方法。

为了实现所述目的，本发明第一观点的衍射光学元件的特征在于，具备第一衍射光栅，该第一衍射光栅在由x轴、y轴及z轴构成的坐标空间，将具有与所述x轴平行的偏平面且向所述z轴方向前进的平行光扭转，使得在向所述z轴方向前进了规定距离的位置上，所述偏平面与所述x轴所成的角度成为规定角度。

此外，为了实现所述目的，本发明第二观点的测距装置的特征在于，具备：平行光生成构件，在由x轴、y轴以及z轴构成的坐标空间，生成具有与所述x轴平行的偏平面且向所述z轴方向前进的平行光；衍射光学元件，形成有衍射光栅图案，该衍射光栅图案将所述平行光生成构件生成的平行光扭转，使得通过所述平行光形成的偏平面与所述x轴所成的角度在向所述z轴方向前进了规定距离的位置上成为规定角度；摄像构件，拍摄通过被所述衍射光学元件扭转后的平行光在作为距离的测定对象的对象物上形成的投光斑；以及距离测定构件，基于从所述摄像构件拍摄到的摄像图像中检测出的投光斑相对于所述x轴的倾斜，测定与所述对象物之间的距离。

此外，为了实现所述目的，本发明第三观点的测距方法的特征在于，包括：平行光生成步骤，在由x轴、y轴及z轴构成的坐标空间，生成具有与所述x轴平行的偏平面且向所述z轴方向前进的平行光；衍射步骤，形成有衍射光栅图案的衍射光学元件将所述平行光生成步骤中生成的平行光扭转，使得通过所述平行光形成的偏平面与所述x轴所成的角度在向所述z轴方向前进了规定距离的位置上成为规定角度；摄像步骤，摄像构件对通过在所述衍射步骤中扭转后的平行光在作为距离的测定对象的对象物上形成的投光斑进行摄像；以及距离测定步骤，基于从在所述摄像步骤中摄像的摄像图像中检测出的投光斑相对于所述x轴的倾斜，测定与所述对象物之间的距离。

附图说明

图1是表示从实施方式1的衍射光学元件出射的扭转光束的一个例子的图。

图2A是表示从实施方式1的衍射光学元件向离开“1m”的投光面投光的投光斑的一个例子的图。

图2B是表示从实施方式1的衍射光学元件向离开“2m”的投光面投光的投光斑的一个例子的图。

图2C是表示从实施方式1的衍射光学元件向离开“3m”的投光面投光的投光斑的一个例子的图。

图2D是表示从实施方式1的衍射光学元件向离开“4m”的投光面投光的投光斑的一个例子的图。

图2E是表示从实施方式1的衍射光学元件到投光面之间的距离L与向投光面投光的投光斑的dx/dy值之间的关系例的图。

图2F是表示从实施方式1的衍射光学元件到投光面之间的距离的倒数1/L与向投光面投光的投光斑的dx/dy值之间的关系例的图。

图3A是表示搭载了实施方式1的测距装置的投影仪的一个结构例的图。

图3B是表示实施方式1的控制部的一个结构例的硬件构成图。

图3C是表示实施方式1的控制部具有的功能的一个例子的功能框图。

图4A是表示实施方式1的衍射光学元件具有的衍射区域的一个例子的图。

图4B是表示实施方式1的衍射光学元件具有的衍射区域的起点、终点、方向比以及方向余弦的一个例子的图。

图4C是表示实施方式1的变形例2的衍射光学元件具有的衍射区域的起点、终点、方向比以及方向余弦的一个例子的图。

图5是表示实施方式1的测距装置具有的控制部所执行的图像投影处理的一个例子的流程图。

图6是表示实施方式1的变形例1的平行光生成部的一个例子的图。

图7是表示从实施方式2的衍射光学元件出射的扭转光束的一个例子的图。

图8A是表示搭载了实施方式2的测距装置的投影仪的一个结构例的图。

图8B是表示实施方式2的控制部具有的功能的一个例子的功能框图。

图9A是表示实施方式2的衍射光学元件的一个例子的图。

图9B是表示实施方式2的衍射光学元件具有的衍射区域的一个结构例的图。

图9C是表示重复区域的一个结构例的图。

图10A是用于说明实施方式2的衍射光学元件的入射光束的多点分支的图。

图10B是表示由实施方式2的衍射光学元件分割后的光束的终点的一个例子的图。

图10C是表示实施方式2的衍射光学元件的起点、终点、方向比以及方向余弦的一个例子的图。

图11A是表示对实施方式2的衍射光学元件具有的衍射区域进行识别的索引的一个例子的图。

图11B是表示实施方式2的衍射区域起点的x坐标值的一个例子的图。

图11C是表示实施方式2的衍射区域起点的y坐标值的一个例子的图。

图11D是表示实施方式2的衍射区域起点的z坐标值的一个例子的图。

图12A是表示实施方式2的衍射区域终点的x坐标值的一个例子的图。

图12B是表示实施方式2的衍射区域终点的y坐标值的一个例子的图。

图12C是表示实施方式2的衍射区域终点的z坐标值的一个例子的图。

图13A是表示实施方式2的衍射区域的方向比x-x’的一个例子的图。

图13B是表示实施方式2的衍射区域的方向比y-y’的一个例子的图。

图13C是表示实施方式2的衍射区域的方向比z-z’的一个例子的图。

图14A是表示实施方式2的衍射区域的方向余弦l的一个例子的图。

图14B是表示实施方式2的衍射区域的方向余弦m的一个例子的图。

图15是表示实施方式2的衍射区域的方向余弦n的一个例子的图。

图16是表示实施方式2的测距装置具有的控制部所执行的图像投影处理的一个例子的流程图。

图17是表示从实施方式3的衍射光学元件出射的扭转光束的一个例子的图。

图18A是表示从实施方式3的衍射光学元件向离开“1m”的投光面投光的右投光斑的一个例子的图。

图18B是表示从实施方式3的衍射光学元件向离开“2m”的投光面投光的右投光斑的一个例子的图。

图18C是表示从实施方式3的衍射光学元件向离开“3m”的投光面投光的右投光斑的一个例子的图。

图18D是表示从实施方式3的衍射光学元件向离开“4m”的投光面投光的右投光斑的一个例子的图。

图19A是表示从实施方式3的衍射光学元件向离开“1m”的投光面投光的左投光斑的一个例子的图。

图19B是表示从实施方式3的衍射光学元件向离开“2m”的投光面投光的左投光斑的一个例子的图。

图19C是表示从实施方式3的衍射光学元件向离开“3m”的投光面投光的左投光斑的一个例子的图。

图19D是表示从实施方式3的衍射光学元件向离开“4m”的投光面投光的左投光斑的一个例子的图。

图20A是表示搭载了实施方式3的测距装置的投影仪的一个结构例的图。

图20B是表示实施方式3的控制部具有的功能的一个例子的功能框图。

图21A是表示实施方式3的测距装置具有的控制部所执行的图像投影处理的一个例子的流程图。

图21B是表示实施方式3的测距装置具有的控制部所执行的误差除去处理的一个例子的流程图。

图22是表示从实施方式4的衍射光学元件出射的扭转光束的一个例子的图。

图23A是表示从实施方式4的衍射光学元件向离开“1m”的投光面投光的左右重叠投光斑的一个例子的图。

图23B是表示从实施方式4的衍射光学元件向离开“2m”的投光面投光的左右重叠投光斑的一个例子的图。

图23C是表示从实施方式4的衍射光学元件向离开“3m”的投光面投光的左右重叠投光斑的一个例子的图。

图23D是表示从实施方式4的衍射光学元件向离开“4m”的投光面投光的左右重叠投光斑的一个例子的图。

图24A是表示实施方式4的衍射光学元件的一个例子的图。

图24B是表示实施方式4的衍射光学元件具有的衍射区域的一个结构例的图。

图24C是表示左扭转重复区域的一个结构例的图。

图24D是表示右扭转重复区域的一个结构例的图。

图25是表示从实施方式5的衍射光学元件出射的扭转光束的一个例子的图。

图26A是表示从实施方式5的衍射光学元件向离开“1m”的投光面投光的第一左投光斑と第二左投光斑的一个例子的图。

图26B是表示从实施方式5的衍射光学元件向离开“2m”的投光面投光的第一左投光斑和第二左投光斑的一个例子的图。

图26C是表示从实施方式5的衍射光学元件向离开“3m”的投光面投光的第一左投光斑和第二左投光斑的一个例子的图。

图26D是表示从实施方式5的衍射光学元件向离开“4m”的投光面投光的第一左投光斑和第二左投光斑的一个例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。

(实施方式1)

本发明的实施方式1的测距装置100，在图1所示的xyz空间中，相对于对象物进行出射形成了随着在z轴方向上前进而与x轴所成的角度变化的偏平面的出射光。

并且，基于由出射光在对象物上形成的图2A所示的线段形状的投光斑的倾斜，测定与对象物之间的距离。

另外，所谓投光斑是指，与距离投光斑规定距离的周边区域相比而照度高规定值(换句话说被更明亮地照射)的区域。

测距装置100搭载于图3A所示的投影仪190，具备控制部110、平行光生成部120、衍射光学元件130(以下称为DOE：Diffractive OpticalElement)以及摄像部140。

投影仪190除了测距装置100之外，还具备：输入部191，输入与投影仪190的用户的操作相对应的操作信号；以及投影部192，被控制部110控制，将图像向屏幕进行投影。

以下，在对控制部110进行说明之前，对平行光生成部120、DOE130以及摄像部140进行说明。

平行光生成部120生成形成了在图1所示的z轴方向前进且与x轴平行的偏平面的相干的平行光束。

作为具体例，平行光生成部120包括：向图1的z轴方向发出激光光束的激光二极管(以下称为LD：Laser Diode)；将激光光束的x轴方向的宽度进行扩张的柱形凹透镜；以及利用宽度被扩张的激光光束生成平行光束的柱形凸透镜。

DOE130利用由平行光生成部120生成的、形成了与x轴平行的偏平面的平行光束来生成扭转光束，该扭转光束随着平行光束在z轴方向上前进而偏平面与x轴所成的角度增加(换句话说为扭转)，如图1所示那样，在z轴方向上前进了“4米(以下记为m)”的位置上偏平面与x轴所成的角度成为“90°”。

具体地说，DOE130如图4A所示那样，在x轴方向上具有形成有将入射的入射光束的前进方向进行变更的衍射光栅的11个衍射区域130a到130k。

另外，DOE130具有的衍射区域的数量不限定于11个。

此外，衍射光栅可以通过在DOE130的表面上设置的二元(binary)式(即具有大致相同的深度)的多个槽构成，也可以由不同深度的多个槽构成。

衍射区域130a到130k，向图4B所示的方向分别形成有将入射的平行光束的前进方向进行变更的衍射光栅。

另外，图4B的表中，将平行光束入射的点作为起点，将在z轴方向上前进了“4m”的点作为终点，并且用方向余弦示出了从起点朝向终点的出射光的前进方向。

在此，向坐标(-5，0，0)所示起点入射的以z轴方向为前进方向的光束在没有被DOE130变更前进方向的情况下，无论怎样向z方向前进都将到达坐标(-5，0，z)所示到达点(其中，z＞0)。

DOE130的衍射区域130a将该光束(即向坐标(-5，0，0)所示起点入射的、在z轴方向上前进的光束)的前进方向，变更为朝向坐标(0，-5，4000)所示终点的方向。

此外，向坐标(-4，0，0)的起点入射的光束，通过衍射区域130b，前进方向被变更为朝向坐标(0，-4，4000)的终点的方向。

同样地，从坐标(-3，0，0)向(+5，0，0)入射的光束，通过DOE130，前进方向被变更为朝向使坐标(0，-4，4000)的y坐标值偏移“+1”、“+2”、“+3”、“+4”、“+5”、“+6”、“+7”、“+8”及“+9”后的坐标值所示终点的方向。

也就是说，起点的x坐标越大，DOE130越将出射的光束的前进方向向与x轴正方向所成角度变大的方向变更，因此使用起点与终点的x坐标之差异(即方向比)x’-x，y坐标之差异y’-y以及z坐标之差异z’-z计算出的方向余弦1成为越小的值。

同样地，起点的x坐标越大，DOE130越将出射的光束的前进方向向与y轴的正方向所成角度变小的方向变更，因此方向余弦m成为越大的值。

因此，如图2A到图2D所示那样，随着扭转光束投光的与z轴垂直的投光面和起点之间的距离从起点位置到终点位置而增加，在投光面上形成的线段形状的投光斑与x轴所成角度从“0°”增加到“90°”。

线段形状的投光斑进行左旋旋转。此外，投光斑的x轴方向(水平方向)的长度dx、与投光斑的y轴方向(水平方向)的长度dy之比(以下称为dx/dy值)，如图2E所示那样，与从起点起到投光斑为止的距离L成反比例，如图2F所示那样，与从起点起到投光斑为止的距离L的倒数成正比。

另外，也可以是，DOE130利用平行光生成部120所生成的、形成了与x轴平行的偏平面的平行光束来生成扭转光束，该扭转光束随着平行光束在z轴方向前进而使偏平面与x轴所成角度减小(即右旋扭转)，在z轴方向上前进了“4m”的位置上偏平面与x轴所成角度成为“-90°”。

也就是说，也可以是，DOE130将向坐标(-5，0，0)所示起点入射的在z轴方向前进的光束的前进方向，通过DOE130的衍射区域130a变更为朝向坐标(0，+5，4000)所示终点的方向，DOE130将从坐标(-4，0，0)向(+5，0，0)入射的光束的前进方向变更为，朝向使坐标(0，+5，4000)的y坐标值偏移“-1”、“-2”、“-3”、“-4”、“-5”、“-6”、“-7”、“-8”、“-9”以及“-10”后的坐标值所示终点的方向。

图3A的摄像部140例如由数字摄像机构成，如图1所示那样，被设置为，光轴LA与z轴大致平行，主扫描方向与x轴平行，并且副扫描方向与y轴平行。

若从DOE130相对于对象物出射扭转光束，则摄像部140受到控制部110控制而对通过扭转光束在对象物上形成的投光斑进行摄像。

图3A的控制部110，例如如图3B所示那样，具备CPU(CentralProcessing Unit)110a、ROM(Read Only Memory)110b、RAM(RandomAccess Memory)110c、硬盘100d以及输入输出端口(以下称为I/O端口)100e。

CPU110a按照在ROM110b或者硬盘100d中保存的程序执行软件处理，由此进行包含有测距装置100的投影仪190的整体控制。

RAM110c在CPU110a执行程序时，暂时存储成为处理对象的信息(数据)。

硬盘100d存储有表示图像的图像数据、程序以及执行程序时参照的各种数据表。

硬盘100d存储的数据表包含有距离表，该距离表保存有如图2F所示那样将表示投光斑的dx/dy值的信息与表示从起点到投光斑的距离的倒数1/L的信息建立了对应的多个信息。

I/O端口100e在与连接于控制部110的各部分之间进行数据的输入输出。

控制部110使用图3B所示的硬件，执行图5所示的图像投影处理，从而作为图3C所示的投光控制部111、摄像控制部112、摄像图像取得部113、投光斑检测部114、倾斜检测部115、信息存储部116、距离测定部117以及投影控制部119起作用。

若开始图5的图像投影处理，则图3C的投光控制部111使图3A的平行光生成部120生成向DOE130入射的平行光，由此开始从DOE130相对于对象物投光扭转光束的投光控制(步骤S01)。

接下来，图3B的摄像控制部112控制图3A的摄像部140，以便对被投光了扭转光束的对象物进行摄像(步骤S02)。

然后，摄像图像取得部113从摄像部140取得表示被投光了扭转光束的对象物的摄像图像(步骤S03)。

然后，投光斑检测部114基于构成摄像图像的像素值的明亮度，检测摄像图像上示出的投光斑(步骤S04)。

接下来，倾斜检测部115在对检测出的投光斑的主扫描方向的长度以及副扫描方向的长度进行检测之后，将检测出的主扫描方向的长度设为dx，将检测出的投光斑的副扫描方向的长度设为dy，计算dx/dy值(步骤S05)。

接下来，距离测定部117从信息存储部116所存储的上述距离表中，检索与表示步骤S05中计算出的dx/dy值的信息建立对应的、表示距离的倒数的信息，计算所检索出的信息所示的值的倒数，由此测定与对象物之间的距离(步骤S06)。

然后，投光控制部111对平行光生成部120进行控制以使其结束平行光的生成，由此结束投光控制(步骤S07)。

接下来，投影控制部119基于步骤S06中测定的距离，进行控制图3A的投影部192的焦点控制，以便焦点在对象物即屏幕上对焦(步骤S08)。

然后，投影控制部119进行控制投影部192的图像投影控制，以便投影由从输入部191输入的操作信号指定的图像(步骤S09)，之后结束图像投影处理的执行。

根据这些结构，形成于DOE130的衍射光栅，将形成了与x轴平行的偏平面且向z轴方向前进的平行光的前进方向变更为，使得在向z轴方向前进了规定距离的位置上，偏平面与x轴所成旋转角度成为规定角度。

因此，DOE130例如与柱形透镜相比为小型且为低价格，而且若入射形成了与x轴平行的偏平面的平行光(平行光束)则能够出射偏平面与x轴所成的旋转角度对应于与DOE130之间的距离进行变化的偏平光(即扭转光束)。

因此，DOE130能够使线段形状的投光斑与x轴所成的旋转角度对应于与DOE130之间的距离而变化，线段形状的投光斑通过相对于测定距离的对象即对象物出射光而形成。

因此，根据这些结构，测距装置100不但小型且价格低，而且能够以与以往同等的精度来测定与对象物之间的距离。

此外，根据这些结构，该DOE130在DOE130所具有的衍射区域130a到130k之中，越是在从原点向x轴方向离开的位置上形成的衍射区域，越是将在z轴方向上前进的入射光(入射光束)的前进方向，向终点的y坐标变大的方向或者y坐标变小的方向变更。

因此，若向DOE130入射形成了与x轴平行的规定宽度的偏平面的平行光，则DOE130能够出射偏平面两端的y坐标值之差异对应于与DOE130之间的距离进行变化的偏平光。

因此，DOE130能够使相对于测距对象物出射光而形成的线段形状的投光斑的两端的y坐标值之差异，对应于与DOE130之间的距离而变化，因此测距装置100虽然小型且价格低，但能够基于投光斑所具有的两端的y坐标值之差异，来测定与对象物之间的距离。

特别是，若对DOE130入射形成了与x轴平行的规定宽度的偏平面的平行光，则DOE130能够出射与DOE130之间的距离越长、偏平面两端的y坐标值之差异越增加的偏平光。

因此，即使与DOE130之间的距离变长、例如摄像图像上示出的投光斑变小，由于投光斑所具有的两端的y坐标值之差异增加，因此测距装置100也能够高精度地测定与对象物之间的距离。

此外，根据这些结构，DOE130在DOE130所具有的衍射区域130a到130k之中，越是在从原点向x轴方向离开的位置上形成的衍射区域，越是将在z轴方向上前进的入射光(入射光束)的前进方向，向终点的y坐标变大的方向且终点的x坐标比起点的x坐标变小的方向，或者向y坐标变小的方向且终点的x坐标比起点x坐标变小的方向进行变更。

因此，若向DOE130入射形成了与x轴平行的规定宽度的偏平面的平行光，则DOE130能够出射偏平面的两端处的x坐标值之差异和y坐标值之差异的双方对应于与DOE130之间的距离进行变化的偏平光。

因此，测距装置100虽然小型且价格低，但能够基于投光斑所具有的两端的x坐标值之差异和y坐标值之差异这双方来测定与对象物之间的距离。

特别是，若向DOE130入射形成了与x轴平行的规定宽度的偏平面的平行光，则DOE130能够出射与DOE130之间的距离越长、偏平面两端的x坐标值之差异越减少、且y坐标值之差异越增加的偏平光。

因此，即使与DOE130之间的距离变长、例如摄像图像上示出的投光斑变小，由于投光斑所具有的两端的y坐标值之差异相对于x坐标值之差异的比例增加(x坐标值之差异相对于y坐标值之差异的比例减少)，因此测距装置100也能够高精度地测定与对象物之间的距离。

(实施方式1的变形例1)

在实施方式1中，说明了平行光生成部120由LD、柱形凹透镜以及柱形凸透镜构成。

但是，并不限定于此，例如也可以为，平行光生成部120如图6所示那样包括：向z轴方向发出激光光束的LD121；将激光光束的x轴方向的宽度进行扩张的线段生成器DOE122；以及利用宽度被扩张的激光光束生成平行光束的平凸透镜123。

根据该结构，平行光生成部120不是由2个柱形透镜、而是由线段生成器DOE和平凸透镜构成，因此能够实现小型化以及低价格化。

(实施方式1的变形例2)

在实施方式1中，说明了DOE130在x轴方向上具有多个衍射区域130a到130k。

也可以是，该DOE130在y轴方向上也具有多个衍射区域130p到130z，衍射区域130p到130z如图4C所示那样，越是起点从原点向y轴正方向离开衍射区域，越是将在z轴方向上前进的入射光的前进方向，向终点的x坐标变小且终点的y坐标比起点的y坐标变小的方向(或者终点的x坐标变大且终点的y坐标比起点的y坐标变小的方向)变更。

在该情况下，由前进方向被变更后的光束投影的投光斑，随着从DOE130离开而进行左旋(或者右旋)旋转。

根据这些结构，形成于DOE130的衍射光栅，将形成了与y轴平行的偏平面且向z轴方向前进的平行光的前进方向变更为，使得在向z轴方向前进了规定距离的位置上，偏平面与y轴所成的旋转角度成为规定角度。

因此，DOE130例如与柱形透镜相比为小型且价格低，并且若向DOE130入射形成了与y轴平行偏平面的平行光(平行光束)，则DOE130能够出射偏平面与y轴所成的旋转角度对应于与DOE130之间的距离进行变化的偏平光(即扭转光束)。

因此，DOE130能够使相对于测定距离的对象即对象物出射光而形成的线段形状的投光斑与y轴所成的旋转角度，对应于与DOE130之间的距离而变化。

因此，根据这些结构，测距装置100虽然小型且价格低，但能够以与以往同等的精度来测定与对象物之间的距离。

此外，根据这些结构，DOE130在DOE130所具有的衍射区域130p到130z之中，越是在从原点向y轴的正方向离开的位置上形成的衍射区域，越将向z轴方向前进的入射光(入射光束)的前进方向，向终点的x坐标变小的方向进行变更。

因此，若向DOE130入射形成了与y轴平行的规定宽度的偏平面的平行光，则DOE130能够出射偏平面两端的x坐标值之差异对应于与DOE130之间的距离进行变化的偏平光。

因此，DOE130能够使相对于测距对象物出射光而形成的线段形状的投光斑的两端的x坐标值之差异，对应于与DOE130之间的距离而变化，因此测距装置100虽然小型且价格低，但能够基于投光斑具有的两端的x坐标值之差异，测定与对象物之间的距离。

特别是，若向DOE130入射形成了与y轴平行的规定宽度的偏平面的平行光，则DOE130能够出射与DOE130之间的距离越长、偏平面两端的x坐标值之差异越增加的偏平光。

因此，即使与DOE130之间的距离变长、例如摄像图像上示出的投光斑变小，由于投光斑所具有的两端的x坐标值之差异增加，因此测距装置100也能够高精度地测定与对象物之间的距离。

而且，根据这些结构，DOE130在DOE130所具有的衍射区域130p到130z之中，越是在从原点向y轴方向离开的位置上形成的衍射区域，越是将向z轴方向前进的入射光(入射光束)的前进方向，向终点的x坐标变大方向且终点的y坐标比起点y坐标变小的方向，或者向x坐标变小的方向且终点的y坐标比起点y坐标变小的方向进行变更。

因此，若向DOE130入射形成了与y轴平行的规定宽度的偏平面的平行光，则DOE130能够出射使偏平面两端的y坐标值之差异和x坐标值之差异的双方对应于与DOE130之间的距离进行变化的偏平光。

因此，测距装置100虽然小型且价格低，但能够基于投光斑所具有的两端的y坐标值之差异和x坐标值之差异的双方，测定与对象物之间的距离。

特别是，若向DOE130入射形成；与y轴平行的规定宽度的偏平面的平行光，则DOE130能够出射与DOE130之间的距离越长、偏平面两端的y坐标值之差异越减少且x坐标值之差异越增加的偏平光。

因此，即使与DOE130之间的距离变长、例如摄像图像上示出的投光斑变小，由于投光斑所具有的两端的x坐标值之差异相对于y坐标值之差异的比例增加(y坐标值之差异相对于x坐标值之差异的比例减少)，因此测距装置100也能够高精度地测定与对象物之间的距离。

(实施方式1的变形例3)

在本实施方式中，说明了测距装置100搭载于投影仪190，投影仪190基于测距装置100测定的到屏幕的距离，将焦点对在屏幕上。

但是，不限定于此，也可以为，测距装置100例如搭载于动作捕捉装置(Motion Capture)，动作捕捉装置基于测距装置100测定的到对象物的距离的变化，取得对象物的动作。

计算机游戏机的手势识别等相当于该情况。

此外，也可以为，测距装置100例如搭载于机器人，作为机器人的视觉传感器起作用。

此外，也可以为，测距装置100搭载于对人体等物体进行检测的检测传感器，检测传感器在测距装置100测定的到对象物的距离比规定值近的情况下，检测到人物或者物体的存在。

(实施方式2)

接下来，对实施方式2进行说明。

本发明的实施方式2的测距装置200如图7所示那样，具备形成有将入射的一个偏平光束分支为12个扭转光束的多点分支衍射光栅的DOE203。

该测距装置200基于由12个扭转光束在对象物上形成的12个投光斑的倾斜，计测与在对象物上形成的投光斑上的12个点之间的距离。

另外，对于与实施方式1共同的结构，省略说明。

实施方式2的测距装置200，与实施方式1的测距装置100同样地，由图8A所示的控制部210、平行光生成部220、DOE230及摄像部240构成，搭载于具有输入部291和投影部292的投影仪290上。

另外，对于平行光生成部220以及摄像部240，省略说明。

此外，在对控制部210进行说明之前，对DOE230进行说明。

DOE230如图9A所示那样，具有在x方向上排列的11个衍射区域230a到230k。

在对衍射区域230a到230e、以及230g到230k进行说明之前，对在原点位置上形成的衍射区域230f进行说明。

在衍射区域230f，如图9B所示那样，多个重复区域RRf形成为贴砖(tile)状(即相互邻接)。

在该重复区域RRf，例如按照比通常照射的激光光束的直径足够小的间距排列。

在重复区域RRf，图9C所示的12个要素区域Af到Lf形成为贴砖状。

构成该重复区域RRf的要素区域Af到Lf中如图10A所示那样，形成在被入射向z轴方向前进的激光光束的情况下出射的光束的方向分别不同的12种衍射光栅。

具体地说，要素区域Af如图10A以及图10C所示那样，在起点为原点的情况下，将出射的激光光束的前进方向，变更为朝向图10B及图10C所示的坐标值(-1500，1000，4000)所示终点EAf的方向。

同样地，要素区域Bf在起点为原点的情况下，将出射的激光光束的前进方向，变更为朝向坐标值(-500，1000，4000)所示终点EBf的方向。

此外，要素区域Cf及Df，将激光光束的前进方向，分别变更为朝向使终点EBf的x坐标值分别偏移“1000”以及“2000”后的终点ECf及EDf的方向。

此外，要素区域Ef到Hf将激光光束的前进方向，分别变更为朝向使终点EAf到EDf的y坐标值分别偏移“-1000”后的终点EEf到EHf的方向，要素区域If到Lf将激光光束的前进方向，分别变更为朝向使终点EAf到EDf的y坐标值分别偏移“-2000”后的终点EIf到Elf的方向。

图9A所示的衍射区域230a到230e、以及230g到230k，与已经说明了的衍射区域230f同样，分别具有未图示的多个重复区域RRa到RRe、以及RRg到RRk。

此外，重复区域RRa到RRe、以及RRg到RRk，分别具有未图示的要素区域Aa到La、Ab到Lb、Ac到Lc、Ad到Ld、Ae到Le、Ag到Lg、Ah到Lh、Ai到Li、Aj到Lj、以及Ak到Lk。

在此，为了识别这些区域Aa到Lk，使用图11A的表所示的衍射区域索引和要素区域索引。

所谓衍射区域索引是指对包含有要素区域的衍射区域进行识别的索引。

例如，要素区域Aa包含于衍射区域230a，因此要素区域Aa的衍射区域索引为“a”，要素区域Ab包含于衍射区域230b，因此要素区域Ab的衍射区域索引为“b”。

此外，所谓要素区域索引是指对重复区域中的要素区域的位置进行识别的索引。

例如，要素区域Aa的位置是与图9C所示的重复区域RRf中的要素区域Af相当的位置，因此要素区域Aa的要素区域索引为“A”，要素区域Ba是与图9C所示的重复区域RRf中的要素区域Bf相当的位置，因此要素区域Ba的要素区域索引为“B”。

若使用该衍射区域索引和要素区域索引，则上述的要素区域Aa到Lk的起点，由图11B到图11D所示的x坐标值、y坐标值及z坐标值来表示。

也就是说，区域Aa以及Lk的起点的位置，分别由坐标值(-5，0，0)以及坐标值(5，0，0)来表示。

此外，通过上述区域Aa到Lk后的激光光束的终点，由图12A到图12C分别所示那样的x坐标值、y坐标值以及z坐标值来表示。

也就是说，如图12A所示，相同的要素区域索引识别出的要素区域(即重复区域中的相对位置分别相同的要素区域)，即使衍射区域索引不同(即包含有要素区域的衍射区域不同)，入射光束的前进方向也被变更为朝向相同的x坐标值的终点的方向。

因此，要素区域Aa到Lk的终点的位置的x坐标值，成为“-1500”、“-500”、“+500”以及“+1500”这四个坐标值中的任意一个。

与此相对，如图12B所示，相同的要素区域索引识别出的要素区域，越是衍射区域索引的英文字母顺序靠后的索引(即如图11B所示那样，起点的x坐标越大)，越将入射光束的前进方向变更为朝向更大y坐标值的终点的方向。

因此，要素区域Aa到Lk的终点的y坐标值，包含于“995到1005”、“-5到+5”以及“-1005到-995”这3个坐标范围中的任意一个。

因此，根据这些结构，若向DOE230入射形成了与x轴平行的偏平面的平行光束，则DOE230能够将偏平面与x轴所成的旋转角度对应于与DOE230之间的距离进行变化的扭转光束，分割为终点的x坐标成为“-1500”的方向、成为“-500”的方向、成为“+500”的方向以及成为“+1500”的方向的至少4个方向而出射。

此外，根据这些结构，若向DOE230入射形成了与x轴平行的偏平面的平行光束，则DOE230能够将偏平面与x轴所成的旋转角度对应于与DOE230之间的距离进行变化的扭转光束，分割为终点的y坐标包含于“995到1005”的方向、包含于“-5到+5”的方向以及包含于“-1005到-995”的方向的至少3个方向而出射。

也就是说，要素区域Aa到Lk的终点，基于终点的x坐标以及y坐标被分类为12个类型。

也就是说，若向DOE230如图7所示那样入射形成了与x轴平行的偏平面的相干的平行光束，则DOE230能够向12个方向出射12个左旋的扭转光束。

另外，要素区域Aa到Lk的起点和终点之间的、x坐标之差异(即方向比)、y坐标之差异及z坐标之差异，成为图13A到图13C所示的值，使用这些差异计算出的方向余弦l、m以及n成为图14A、图14B以及图15所示的值。

接下来，再次参照图8A继续对实施方式2的测距装置200进行说明。

图8A的控制部210执行图16所示的图像投影处理，由此不仅作为图8B所示的投光控制部211、摄像控制部212、摄像图像取得部213、投光斑检测部214、倾斜检测部215、信息存储部216、距离测定部217以及投影控制部219，还作为距离图像生成部218a以及投影图像修正部218b起作用。

若开始图16的图像投影处理，则投光控制部211开始投光控制，使12个扭转光束相对于对象物投光(步骤S11)。

接下来，摄像控制部212进行摄像控制，由此使图8A的摄像部240摄像对象物上形成的12个投光斑(步骤S12)。

然后，摄像图像取得部213从摄像部240取得摄像图像(步骤S13)。

然后，投光斑检测部214基于构成摄像图像的像素值的明亮度，对摄像图像上示出的12个投光斑进行检测(步骤S14)。

接下来，倾斜检测部215针对检测出的12个投光斑分别计算dx/dy值(步骤S15)。

接下来，距离测定部217从信息存储部216中存储的上述距离表，针对步骤S15中计算出的12个dx/dy值，分别检索与各个值建立了对应的距离的倒数，计算检索出的值的倒数，由此分别测定与对象物上的形成了投光斑的12个点之间的距离(步骤S16)。

另外，距离图像生成部218a生成将测定出的12个距离作为像素值的距离图像。

然后，投光控制部211结束投光控制(步骤S17)。

接下来，投影控制部219基于步骤S16中测定出的与对象物上的12个点之间的距离(即距离图像示出的距离)之中、与位于最中心的点之间的距离，进行控制图8A的投影部292的焦点控制，以便焦点向对象物即屏幕进行对焦(步骤S18)。

然后，投影控制部219基于测定出的与12个点之间的距离，计算屏幕相对于投影部292的光轴的倾斜角度(步骤S19)。

具体地说，步骤S09中计算的屏幕的倾斜角度，包括有屏幕的水平方向与投影部292的光轴所成的角度、以及屏幕的垂直方向与投影部292的光轴所成的角度。

然后，投影图像修正部218b使用步骤S09中计算出的倾斜角度，计算将投影至屏幕的图像的变形消除的变形修正矩阵(步骤S20)。

作为具体例，投影图像修正部218b计算进行日本专利4380557号公报所公开那样的梯形修正的修正矩阵。

接下来，投影图像修正部218b使用步骤S20中计算出的修正矩阵，对向屏幕投影的投影图像进行修正(步骤S21)。

接下来，投影控制部219在进行了将修正后的投影图像向屏幕进行投影的投影控制之后(步骤S22)，结束图像投影处理的执行。

根据这些结构，测距装置200基于由DOE230分割的平行光束在对象物上形成的多个投光斑相对于x轴的倾斜，测定与对象物上的形成了投光斑的多个点之间的距离。

因此，例如TOF(Time of Flight)型的传感器那样，测距装置200不需要有特殊且高价的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)传感器或者MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)扫描仪，因此测距装置200虽然小型且价格低，但也能够测定与对象物上的多个点之间的距离而生成距离图像。

(实施方式2的变形例1)

在实施方式2中，说明了DOE230的重复区域RRa到RRk具有的通过相同的要素区域索引识别的要素区域，越是衍射区域索引按照英文字母顺序靠后的索引(即如图11B所示那样，起点的x坐标越大)，越将入射光束的前进方向变更为朝向更大的y坐标值的终点的方向，并出射多个左旋的扭转光束。

但是，不限定于此，也可以为，DOE230代替重复区域RRa到RRk(以下称为左重复区域RRa到RRk)而具有右重复区域RRa’到RRk’，右重复区域RRa’到RRk’具有的通过相同的要素区域索引识别的要素区域，衍射区域索引越成为按照英文字母顺序靠后的索引(即如图11B所示那样，起点的x坐标越大)，越将入射光束的前进方向变更为朝向更小的y坐标值的终点的方向，并出射多个右旋的扭转光束。

(实施方式2的变形例2)

在实施方式2以及实施方式2的变形例1中，也可以是，若向DOE230入射形成了与x轴平行的偏平面的平行光束，则DOE230将偏平面与x轴所成的旋转角度对应于与DOE230之间的距离进行变化的右旋转或者左旋转的扭转光束，分割为终点的x坐标成为“-1500”的方向、成为“-500”的方向、成为“+500”的方向以及成为“+1500”的方向这至少4方向而出射。

此外，在该结构中，说明了若向DOE230入射形成了与x轴平行的偏平面的平行光束，则DOE230将偏平面与x轴所成的旋转角度对应于与DOE230之间的距离进行变化的右旋转或者左旋转的扭转光束，分割为终点的y坐标包含于“995到1005”的方向、包含于“-5到+5”的方向、包含于“-1005到-995”的方向这至少3方向而出射。

但是，不限定于此，也可以是，若向DOE230入射形成了与y轴平行的偏平面的平行光束，则DOE230将偏平面与y轴所成的旋转角度对应于与DOE230之间的距离进行变化的右旋转或者左旋转的扭转光束，分割为终点的y坐标成为“-1500”的方向、成为“-500”的方向、成为“+500”的方向以及成为“+1500”的方向这至少4方向而出射。

此外，在该构成中，也可以是，若向DOE230入射形成了与y轴平行的偏平面的平行光束，则DOE230将偏平面与y轴所成的旋转角度对应于与DOE230之间的距离进行变化的右旋转或者左旋转的扭转光束，分割为终点的x坐标包含于“995到1005”的方向、包含于“-5到+5”的方向以及包含于“-1005到-995”的方向这至少3方向而出射。

(实施方式3)

接下来，对实施方式3进行说明。

本发明的实施方式3的测距装置300，如图17所示那样，使用DOE330将一个偏平光束分割为6个右扭转光束和6个左扭转光束。

DOE330出射的右扭转光束，是朝向光束的前进方向，偏平面以规定比例右旋(即顺时针)地扭转的光束。

因此，右扭转光束的投光斑(以下，称为右投光斑)，如图18A到图18D所示那样，随着右扭转光束前进，以规定比例右旋地旋转，与x轴的正方向所成的角度从180°向90°减少。

与此相对，DOE330出射的左扭转光束，是朝向光束的前进方向，偏平面以与右扭转光束相同的比例左旋(即逆时针)地扭转的光束。

因此，左扭转光束的投光斑(以下，称为左投光斑)，如图19A到图19D所示那样，随着左扭转光束前进，以与右扭转光束相同的规定比例左旋地旋转，与x轴的正方向所成的角度从0°向90°增加。

实施方式3的测距装置300对6个右投光斑的倾斜和6个左投光斑的倾斜进行检测，并且，使用检测到的右投光斑的倾斜和左投光斑的倾斜的组合对12个倾斜进行修正之后，基于修正后的倾斜计测与对象物上的12个点之间的距离。

另外，关于与实施方式2共同的结构，省略说明。

实施方式3的测距装置300与实施方式2的测距装置200同样地，由图20A所示的控制部310、平行光生成部320、DOE330以及摄像部340构成，搭载于具有输入部391及投影部392的投影仪390上。

图20A的控制部310执行图21A所示的图像投影处理，由此不仅作为图20B所示的投光控制部311、摄像控制部312、摄像图像取得部313、投光斑检测部314、倾斜检测部315a、信息存储部316、距离测定部317、距离图像生成部318a、投影图像修正部318b以及投影控制部319，还作为误差除去部315b起作用。

若图21A的图像投影处理开始，则图20B的投光控制部311、摄像控制部312、摄像图像取得部313、投光斑检测部314以及倾斜检测部315a，执行与图16的步骤S11到S15的处理同样的处理(步骤S31到S35)。

接下来，误差除去部315b执行从表示步骤S35中检测出的倾斜的dx/dy值中将误差除去的、图21B所示的误差除去处理。

若图21A的图像投影处理开始，则误差除去部315b使用12个dx/dy值，分别计算12个投光斑与x轴的正方向所成的倾斜角度(步骤S51)。

作为具体例，误差除去部315b在根据dx/dy值计算正切(即tangent)之后，使用反正切函数(即arctangent)计算投光斑的倾斜角度。

接下来，误差除去部315b在从6个右投光斑中选择一个右投光斑之后，确定在摄像图像中与所选择的右投光斑距离最近的左投光斑。

然后，误差除去部315b将所选择的右投光斑与所确定的左投光斑作为一对，取得右投光斑和左投光斑的组合(步骤S52)。

在此，DOE330出射的右扭转光束的偏平面，以与左扭转光束的偏平面相同的比例，向与左扭转光束相反方向(即右旋)扭转，因此如果图20A的摄像部340的主扫描方向与x轴无误差地平行，则右投光斑的倾斜角度和左投光斑的倾斜角度由以下的式(1)表示。

右投光斑的倾斜角度＝180°-左投光斑的倾斜角度…(1)

因此，若用主扫描方向与x轴的正方向所成的角度来表示摄像部340的主扫描方向与x轴之间的平行度的误差(以下称为平行度误差)，则使用以下的式(2)进行表示。

平行度误差＝右投光斑的倾斜角度-(180°-左投光斑的倾斜角度)…(2)

因此，误差除去部315b对所述式(2)带入在步骤S51中计算出的倾斜角度，由此确定平行度误差(步骤S53)。

然后，误差除去部315b在从步骤S51中计算出的倾斜角度中将平行度误差除去之后，使用除去了平行度误差的倾斜角度，再次计算6个右投光斑的dx/dy以及6个左投光斑的dx/dy(步骤S54)。

然后，误差除去部315b结束误差除去处理的执行。

若图21A的步骤S36的处理结束，则图20B的距离测定部317使用图21B的步骤S54中再次计算出的12个dx/dy值，分别测定与对象物上的形成了投光斑的12个点之间的距离(步骤S36)。

另外，距离图像生成部318a生成将测定出的12个距离作为像素值的距离图像。

然后，投光控制部211结束投光控制(步骤S37)。

然后，投影图像修正部318b以及投影控制部319，在执行了与图16的步骤S18到S22同样的处理即步骤S39到S43之后，结束图像投影处理的执行。

根据这些结构，误差除去部315b基于检测出的右投光斑的倾斜和左投光斑的倾斜，从检测出的右投光斑的倾斜和左投光斑的倾斜中将检测误差除去，因此即使在例如摄像部340的主扫描方向与x轴的平行度存在误差的情况、DOE230的衍射方向存在误差的情况下，也能够高精度地测定与对象物上的点之间的距离。

(实施方式4)

接下来，对实施方式4进行说明。

本发明的实施方式4的测距装置如图22所示那样，使用DOE430将一个偏平光束分割为12个左右重叠扭转光束。

DOE430出射的左右重叠扭转光束是右扭转光束与左扭转光束重叠的光束，其投光斑(以下，称为左右重叠投光斑)与x轴(或者y轴)所成的角度，如图23A到图23D所示那样，随着左右重叠扭转光束前进以规定比例变化。

DOE430出射的构成左右重叠扭转光束的2个扭转光束(即右扭转光束和左扭转光束)，与实施方式3同样，偏平面以相同的规定比例向相互相反的方向扭转，因此左右重叠投光斑的形状，成为相对于与y轴平行的直线总是大致线对称，该性质被利用于平行度修正。

如图24A所示那样，DOE430具有在x方向上排列的11个衍射区域430a到430k。

在对衍射区域430a到430e、以及430g到430k进行说明之前，对在原点位置形成的衍射区域430f进行说明。

在衍射区域430f中，如图24B所示那样，在实施方式2中说明了的为了出射左扭转光束而使用的多个左重复区域RRf、和在实施方式2的变形例1中说明了的为了出射右扭转光束而使用的多个右重复区域RRf’，以规定比例形成为贴砖状。

另外，左重复区域RRf以及右重复区域RRf’，例如以与通常照射的激光光束的直径相比足够小的间距排列。

此外，说明了左重复区域RRf和右重复区域RRf’在x轴方向及y轴方向上按照每个区域(或者每多个区域)交错地(即方格状：棋盘格状)形成，但不限定于此。

例如，左重复区域RRf和右重复区域RRf’可以仅在x轴方向上按照每个区域(或者每多个区域)交错地(即条纹线状)形成，也可以仅在y轴方向上按照每个区域(或者每多个区域)交错地(即边界线(borderline)状)形成。

图24A所示的衍射区域430a到430e、以及430g到430k，与已经说明了的衍射区域430f同样，分别具有多个未图示的左重复区域RRa到RRe及RRg到RRk、和左重复区域RRa’到RRe’及RRg’到RRk’。

在此，在实施方式3的测距装置中，形成成为一对的右投光斑的右扭转光束的前进方向、与形成成为一对的左投光斑的左扭转光束的前进方向分别不同，因此有时从DOE430到右投光斑的距离、与从DOE430到左投光斑的距离分别不同，在这种情况下，有可能不能够正确地进行平行度修正。

但是，根据实施方式4的测距装置的构成，形成了左右重叠投光斑的左右重叠扭转光束的前进方向为一个方向(即构成左右重叠扭转光束的左扭转光束的前进方向与右扭转光束的前进方向相同或者大致相同)，因此从DOE430到左右重叠投光斑的距离也是一个(即从DOE430到构成左右重叠投光斑的左投光斑的距离与到构成左右重叠投光斑的右投光斑的距离相同的或者大致相同)，因此与实施方式3相比能够更正确地进行平行度修正。

(实施方式5)

接下来，对实施方式5进行说明。

本发明的实施方式5的测距装置所具有的平行光生成部，如图25所示那样，生成形成了与x轴平行的偏平面的向z轴方向前进的偏平光束、和形成了与y轴平行的偏平面的向z轴方向前进的偏平光束。

此外，实施方式5的测距装置所具有的DOE530，将形成了与x轴平行的偏平面的偏平光束分割为12个左扭转光束(以下称为第一左扭转光束)，将形成了与y轴平行的偏平面的偏平光束分割为12个左扭转光束(以下称为第二左扭转光束)。

此外，DOE530使各个第一左扭转光束(或者第二左扭转光束)的前进方向，向与第二左扭转光束(或者第一左扭转光束)重叠的(例如交叉)方向变化。

因此，即使投光面在z轴方向上从DOE530离开，如图26A到图26D所示那样，第一左扭转光束的投光斑(以下，称为第一左投光斑)和第二左扭转光束的投光斑(以下，称为第二左投光斑)也继续相互重叠(交叉)。

此外，DOE530出射的第一左扭转光束和第二左扭转光束，偏平面以相同的规定比例向相同方向扭转，因此第一左投光斑和第二左投光斑所成的角度保持一定而不变化。

因此，实施方式5的测距装置若从摄像图像中检测出第一左投光斑(或者第二左投光斑)，则检测出在摄像图像中与检测出的投光斑以规定角度交叉的第二左投光斑(或者第一左投光斑)。

根据这些结构，例如实施方式4那样，重合的投光斑相互所成的角度不会因投光面与DOE430之间的距离而变化，因此测距装置只要检测出第一左投光斑(或者第二左投光斑)，就能够容易地检测出第二左投光斑(或者第一左投光斑)。

然后，实施方式5的测距装置，使相互重合的第一左投光斑和第二左投光斑成为一对。

接下来，测距装置基于构成一对的第一左投光斑的倾斜来计算对象物的第一左投光斑上的点与DOE530之间的距离，基于构成一对的第二左投光斑的倾斜来计算对象物的第二左投光斑上的点与DOE530之间的距离。

然后，测距装置将2个距离的平均值作为第一左投光斑和第二左投光斑的交点与DOE530之间的距离。

然后，测距装置针对12个对计算构成一对的第一左投光斑和第二左投光斑的交点与DOE530之间的距离，由此生成距离图像。

根据这些结构，测距装置基于交叉的2个投光斑相对于x轴的倾斜，测定与对象物上的投光斑的交点之间的距离。

因此，与仅基于一个投光斑的倾斜测定距离的情况相比，距离测定所使用的信息量多2倍，因此测距装置能够高精度地对对象物上的多个点之间的距离进行测定。

另外，除了能够预先装配有用于实现本发明的功能的结构的测距装置之外，还能够通过程序的应用使现有的测距装置作为本发明的测距装置发挥作用。

即，使控制现有测距装置的计算机(CPU等)执行用于实现上述实施方式所示例的测距装置100、200及300等的各功能结构的测距程序来进行适用，从而能够作为本发明的测距装置100、200及300等发挥作用。

此外，本发明的测距方法，能够使用上述实施方式中示例的测距装置100、200及300等来实施。

这种程序的发布方法是任意的，例如除了能够储存在存储卡、CD-ROM或者DVD-ROM等记录介质中而发布之外，还能够经由因特网等的通信介质进行发布。

以上，详细说明了本发明的优选实施例，但本发明不限定于特定实施例，能够在权利要求书记载的本发明的宗旨的范围内进行各种变形、变更。

Claims (15)

1.一种衍射光学元件，其中，

具备第一衍射光栅，该第一衍射光栅在由x轴、y轴及z轴构成的坐标空间，将具有与所述x轴平行的偏平面且向所述z轴方向前进的平行光扭转，使得在向所述z轴方向前进了规定距离的位置上，所述偏平面与所述x轴所成的角度成为规定角度。

2.如权利要求1记载的衍射光学元件，其中，

在所述x轴方向上具有多个形成有所述第一衍射光栅的衍射区域，

所述x轴方向的多个衍射区域，越是在从原点向所述x轴的正方向离开的位置上形成的区域，越将形成了与所述x轴平行的偏平面并且向所述z轴方向前进的入射光的前进方向，向在从原点向所述z轴方向前进了规定距离的情况下到达的点的y坐标变大的方向或者变小的方向中的任一个方向进行变更。

3.如权利要求2记载的衍射光学元件，其中，

所述x轴方向的多个衍射区域，越是在从原点向所述x轴的正方向离开的位置上形成的区域，越将形成了与所述x轴平行的偏平面并且向所述z轴方向前进的入射光的前进方向，向如下方向中的任一个方向进行变更：

在从原点向所述z轴方向前进了规定距离的情况下到达的到达点的y坐标变大、并且所述到达点的x坐标与前进方向不变更的情况下的到达点的x坐标相比变小的方向；或者

在从原点向所述z轴方向前进了规定距离的情况下到达的到达点的y坐标变小、并且所述到达点的x坐标与前进方向不变更的情况下的到达点的x坐标相比变小的方向。

4.如权利要求1记载的衍射光学元件，其中，

还具备第二衍射光栅，该第二衍射光栅将具有与所述y轴平行的偏平面且向所述z轴方向前进的平行光扭转，使得在向所述z轴方向前进了规定距离的位置上，所述偏平面与所述y轴所成的旋转角度成为规定角度。

5.如权利要求4记载的衍射光学元件，其中，

还在所述y轴方向上具有多个形成有所述第二衍射光栅的衍射区域，

所述y轴方向的多个衍射区域，越是在从原点向所述y轴的正方向离开的位置上形成的区域，越将形成了与所述y轴平行的偏平面并且向所述z轴方向前进的入射光的前进方向，向在从原点向所述z轴方向前进了规定距离的情况下到达的点的x坐标变小的方向或者变大的方向中的任一个方向进行变更。

6.如权利要求5记载的衍射光学元件，其中，

所述y轴方向的多个衍射区域，越是在从原点向所述y轴的正方向离开的位置上形成的区域，越将形成了与所述y轴平行的偏平面并且向所述z轴方向前进的入射光的前进方向，向如下方向中的任一个方向进行变更：

在从原点向所述z轴方向前进了规定距离的情况下到达的到达点的x坐标变小、并且所述到达点的y坐标与前进方向不变更的情况下的到达点的y坐标相比变小的方向；或者

在从原点向所述z轴方向前进了规定距离的情况下到达的到达点的x坐标变大、并且所述到达点的y坐标与前进方向不变更的情况下的到达点的y坐标相比变小的方向。

7.如权利要求1记载的衍射光学元件，其中，

所述第一衍射光栅是将向所述z轴方向前进的入射光分割为向相互不同的前进方向前进的多个平行光的多点分支衍射光栅。

8.如权利要求7记载的衍射光学元件，其中，

所述第一衍射光栅将向所述z轴方向前进的入射光，分割为向x坐标相互不同的前进方向前进的多个平行光。

9.如权利要求7记载的衍射光学元件，其中，

所述第一衍射光栅将向所述z轴方向前进的入射光，分割为向y坐标相互不同的前进方向前进的多个平行光。

10.一种测距装置，具备：

平行光生成构件，在由x轴、y轴以及z轴构成的坐标空间，生成具有与所述x轴平行的偏平面且向所述z轴方向前进的平行光；

衍射光学元件，形成有衍射光栅图案，该衍射光栅图案将所述平行光生成构件生成的平行光扭转，使得通过所述平行光形成的偏平面与所述x轴所成的角度在向所述z轴方向前进了规定距离的位置上成为规定角度；

摄像构件，拍摄通过被所述衍射光学元件扭转后的平行光在作为距离的测定对象的对象物上形成的投光斑；以及

距离测定构件，基于从所述摄像构件拍摄到的摄像图像中检测出的投光斑相对于所述x轴的倾斜，测定与所述对象物之间的距离。

11.如权利要求10记载的测距装置，其中，

所述衍射光学元件将所述平行光生成构件生成的、具有与所述x轴平行的偏平面的平行光分割为多个平行光，并且将所述生成的平行光扭转，使得所述分割后的平行光形成的偏平面与所述x轴所成的角度在向所述z轴方向前进了所述规定距离的位置上成为所述规定角度，

所述摄像构件拍摄通过被所述衍射光学元件分割后的多个平行光在所述对象物上形成的多个投光斑，

所述距离测定构件基于所述摄像构件拍摄到的多个投光斑相对于所述x轴的倾斜，测定与形成有所述投光斑的所述对象物上的多个点之间的距离，

该测距装置还具备距离图像生成构件，该距离图像生成构件生成具有与所述距离测定构件测定出的多个距离相对应的多个像素值的距离图像。

12.如权利要求11记载的测距装置，其中，

所述衍射光学元件将所述平行光生成构件生成的、具有与所述x轴平行的偏平面的平行光分割为第一平行光和第二平行光，并将所述生成的平行光扭转，使得在向所述z轴方向前进了所述规定距离的位置上，所述第一平行光形成的偏平面的以所述x轴的正方向为基准的角度成为所述规定角度，并且所述第二平行光形成的偏平面的以所述x轴的负方向为基准的角度成为所述规定角度，

所述摄像构件拍摄通过从所述衍射光学元件出射的所述第一平行光在所述对象物上形成的第一投光斑、和通过所述第二平行光在所述对象物上形成的第二投光斑，

该测距装置还具备：

倾斜检测构件，从所述摄像构件所摄像的摄像图像中，检测所述第一投光斑相对于所述x轴的第一倾斜、和所述第二投光斑相对于所述x轴的第二倾斜；以及

误差除去构件，基于所述倾斜检测构件检测出的第一倾斜和第二倾斜，除去所述第一倾斜和所述第二倾斜的检测误差，

所述距离测定构件基于被所述误差除去构件除去误差后的所述第一倾斜和所述第二倾斜，测定与形成有所述第一投光斑的所述对象物上的点之间的距离、与形成有所述第二投光斑的所述对象物上的点之间的距离。

13.如权利要求12记载的测距装置，其中，

所述衍射光学元件使所述生成的平行光衍射，使得所述第一平行光的偏平面与所述第二平行光的偏平面重叠。

14.如权利要求10记载的测距装置，其中，

所述平行光生成构件还生成形成了与所述y轴平行的偏平面且向所述z轴方向前进的平行光，

所述衍射光学元件将所述平行光生成构件生成的、具有相互正交的偏平面且向所述z轴方向前进的平行光扭转，使得在向所述z轴方向前进了规定距离的位置上，所述相互正交的各个偏平面与所述x轴所成的角度成为规定角度，

所述距离测定构件基于所述摄像构件拍摄到的多个相互正交的投光斑相对于所述x轴的倾斜，测定与形成有所述相互正交的投光斑的所述对象物上的多个点之间的距离。

15.一种测距方法，包括：

平行光生成步骤，在由x轴、y轴及z轴构成的坐标空间，生成具有与所述x轴平行的偏平面且向所述z轴方向前进的平行光；

衍射步骤，形成有衍射光栅图案的衍射光学元件将所述平行光生成步骤中生成的平行光扭转，使得通过所述平行光形成的偏平面与所述x轴所成的角度在向所述z轴方向前进了规定距离的位置上成为规定角度；

摄像步骤，摄像构件对通过在所述衍射步骤中扭转后的平行光在作为距离的测定对象的对象物上形成的投光斑进行摄像；以及

距离测定步骤，基于从在所述摄像步骤中摄像的摄像图像中检测出的投光斑相对于所述x轴的倾斜，测定与所述对象物之间的距离。

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