CN111856864A - 光源、投影装置、检测装置、机器人、电子设备、移动体及造型装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光源、投影装置、检测装置、机器人、电子设备、移动体以及造型装置。本发明的课题在于，不引起投光部大型化以及成本增加，能使得斑点噪声降低。本发明一实施形态的光源在面内具有多个发光元件。上述多个发光元件的元件配置满足在假定的投影区域中多个上述发光元件的照射光互相重合的元件间隔，并且满足在上述假定的投影区域中所得到的上述各照射光的斑点图案按各照射光而不同的元件间隔。

Description

光源、投影装置、检测装置、机器人、电子设备、移动体及造型 装置

技术领域

本发明涉及光源、投影装置、检测装置、机器人、电子设备、移动体以及造型装置。

背景技术

激光光源具有经过共鸣器放大后能够达到高输出化以及免聚焦等LED(发光二极管，Light Emitting Diode)所不具备的优点，被投影仪或距离检测装置等各种各样设备采用。但是，作为激光特征性质的过干渉性(coherence)，会在作为观察照射对象的观察面的眼的视网膜或照相机的摄像元件等发生斑点噪声这样的斑点花纹的闪烁。斑点噪声会对画质及测量精度产生负面影响，成为激光在实际使用上的缺点，因此，在使用激光时有必要对降低斑点噪声。

以降低斑点噪声为目的，关于包括具有多个发光部的面发光型半导体激光阵列以及控制多个发光部并能够切换发光图形的控制部的激光光源，有已公开的专利文件(参照专利文献1)。

然而，以往降低斑点噪声场合，多采用在光源或者受光侧下功夫以改变斑点花纹，通过使其平均化(重叠)来降低噪声的方法，为获得显著的效果，投光部的大型化或系统复杂化引起成本增加的问题。

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2009－146941号公报

发明内容

本发明就是鉴于上述以往技术所存在的问题而提出来的，其目的在于,提供不引起投光部大型化以及成本增加、能使得斑点噪声降低的光源、投影装置、检测装置、机器人、电子设备、移动体以及造型装置。

为了解决上述课题，实现上述目的，本发明的一实施形态的光源的特征在于：

在面内具有多个发光元件，

上述多个发光元件的元件配置满足在假定的投影区域中多个上述发光元件的照射光互相重合的元件间隔，并且满足在上述假定的投影区域中所得到的上述各照射光的斑点图案按各照射光而不同的元件间隔。

下面说明本发明效果：

根据本发明，具有不引起投光部大型化以及成本增加、能使得斑点噪声降低的效果。

附图说明

图1(a)和(b)为表示激光的斑点噪声的产生原理的概念图。

图2为表示光源的间隔和朝向观测点的入射角之间关系的图。

图3为使用发光元件之间的间距为50μm以下的40cH-VCSEL光源(λ＝780nm)时的实验结果图。

图4为表示使得θ变化时的实验结果一例的图。

图5为表示实施例1涉及的VCSEL阵列的布局构成的一例的图。

图6(a)和(b)为表示使用图5所示的VCSEL阵列使1cH(一个发光元件)点灯场合以及使100cH全部点灯场合的斑点摄影图像的一例的图。

图7为表示使用实施例1涉及的VCSEL阵列时的斑点噪声降低效果实验结果图。

图8为表示实施例2涉及的VCSEL阵列的布局构成的一例的图。

图9为表示将组内不同波长的发光元件的排列顺序设为随机的一例的图。

图10为表示VCSEL阵列构成的变形例的图。

图11为表示第二实施形态涉及的投影装置的构成一例的图。

图12为说明光偏转元件的构成一例的图。

图13为表示第三实施形态涉及的检测装置一例的图。

图14为表示检测装置的框图构成一例的图。

图15为表示第四实施形态涉及的机器人的构成一例的图。

图16为表示第四实施形态涉及的智能手机等电子设备的构成一例的图。

图17为表示第五实施形态涉及的车辆构成一例的图。

图18为表示第五实施形态涉及的其它移动体的构成一例的图。

图19为表示第六实施形态涉及的3D打印机的构成一例的图。

具体实施形态

以下参照附图，对光源、投影装置、检测装置、机器人、电子设备、移动体以及造型装置的实施形态加以说明。本发明不受限于以下实施形态。

(第一实施形态)

首先，对在第一实施形态涉及的观察面发现的斑点以及斑点消失的原理加以说明。

图1为表示激光的斑点(斑点噪声)产生原理的概念图。在图1(a)中，表示以激光光源1000、屏幕1001、照相机1002构成的系统图。在图1(b)中，表示从激光光源1000向屏幕1001投影实心图像时照相机1002所观察到的观察图像(斑点图像)1003。该观察图像1003包括在照相机1002的摄像元件发现的斑点。

若从激光光源1000向屏幕1001投影实心图像，则构成实心图像的光P1的一部分在屏幕1001的表面内部发生多重散射。虽然该多重散射的光难以从屏幕1001的表面内部向外部扩散，但是向外部扩散的散射光P2因屏幕1001表面的不规则性(凹凸)形状附加随机的相位成分。散射光P2经由透镜等光学系统聚集于照相机1002的观察面(摄像元件)，激光是干涉光，散射光P2在观察面相互干涉重合。其结果，在观察面上随机地出现明亮场所和暗场所，观察到斑点花纹的斑点图案。这种明暗的闪烁成为影响画质和各种测定的噪声源。由于该现象是由投光系统/对象体/受光系统的所有因素综合导致而成，因照相机1002的透镜或摄像元件的像素尺寸大小等不同条件，所观察到的斑点图案也会产生很大变化。

在图1(b)中，表示用照相机1002观察场合的观察图像1003，但是，即使向屏幕1001投影的实心图像不是照相机1002，而是通过激光显示器等，用人的肉眼观察场合，也在视网膜上依然会出现同样的斑点图案。

接下来，对于降低斑点噪声的可能性加以定性说明。首先，对于斑点噪声的指标加以说明。下列式(1)是表示用于斑点噪声指标的斑点对比度(Cs)的式。

Cs＝σ/S···(1)

在式(1)中，S是投影实心图像时的摄影图像的平均辉度值，σ是标准偏差。如式(1)所示，Cs用表示一般信号强度的信号噪音比(SNR)的倒数表示。式(1)的Cs所示的对比度值越低，表示斑点噪声越低、闪烁越少的图像。

在观察面上观察到的斑点图案是投光系统、对象体、受光系统的所有因素综合导致而成。通常，若设为有多个激光光源1000，则通过各激光光源1000发现的斑点图案并不相同，而呈现出一种随机状态。因此，设置多个激光光源1000，各激光光源1000产生不同的斑点图案，在观察面上将上述斑点图案重合，则因多个随机的斑点图案，观察面的斑点图案得以平均化，从而降低斑点噪声。

基于该观点，关于斑点噪声的平均化和降低之间的关系，将式(1)加以变形。关于在观察面互相重合的n张(n为自然数)的斑点图案(将各斑点图案的图像称为斑点图像)，将斑点图像k的平均辉度设为S_K，标准偏差设为σ_K，斑点对比度设为Cs_K。在该场合下，若将作为照射源的激光光源1000设为相同功率，则各斑点图像的平均辉度S_K、标准偏差σ_K、斑点对比度Cs_K成为相等，因此，可以成为以下式(2)～(4)的关系。

S₁＝S₂＝S₃＝···＝S_n＝S···(2)

σ₁＝σ₂＝σ₃＝···＝σ_n＝σ···(3)

Cs₁＝Cs₂＝Cs₃＝···＝Cs_n＝Cs···(4)

因此，n张斑点图像合成后的辉度值S_SUM，若适用式(2)的条件，则成为下式(5)。

S_SUM＝S1+S2+S3+···+Sn＝S×n···(5)

另外，关于标准偏差σ_SUM，可以利用下式(6)的分散的加法性质。

σ_SUM ²＝σ₁ ²+σ₂ ²+σ₃ ²+···+σ_n ²···(6)

若在式(6)中适用式(3)的条件，则可得到下式(7)。

σ_SUM＝√(σ²×n)＝σ√n···(7)

由以上分析可知，使得n张斑点图像重合观察所得的观察图像的斑点对比度(Cs_SUM)成为下式(8)。

Cs_SUM＝σ√n/(S×n)＝(√n/n)×(σ/S)＝1/√n×Cs···(8)

式(8)表示通过将n张斑点图像平均化，斑点对比度改善(降低)为1/√n。因此，根据计算可以期待当存在n个激光光源1000时斑点对比度(Cs)能够改善1/√n。

在此，为得到上述计算结果，需要将多个随机的斑点图案重合，即，以由各激光光源1000出现的斑点图案各不相同为前提。例如可以通过利用多个光源多重角度来解决该问题。多个光源多重角度是指，通过使得各光源向观测点的光的入射角度不同，生成各光源不同的斑点图案，用该方式使斑点图像多重化。因此，以下作为一例，对于利用多个光源多重角度、且满足上式(8)的面发光型半导体激光器的设定进行研究。

图2为表示光源的间隔和朝向观测点的入射角之间关系的图。图2所示的系统表示其由照相机1002、屏幕1001以及VCSEL(VerticalCavity Surface Emitting LASER)光源1100构成。

VCSEL光源1100作为“面发光型半导体激光器”的一例。VCSEL光源1100在面内具有相当于激光光源1000的多个发光元件1101。在此，为便于说明入射角，仅显示多个发光元件1101中的二个发光元件1101。各发光元件1101是发出干涉光的半导体激光二极管等的元件。

屏幕1001使用白色扩散板。在该系统中，通过改变VCSEL光源1100至屏幕1001之间的距离和VCSEL光源1100的二个发光元件1101之间的距离，从二个发光元件1101入射至屏幕1001的各自光形成的角度θ变化。例如，若扩大发光元件1101之间的距离(D)，则角度θ变大，若扩大其至屏幕1001之间的距离(LWD)，则角度θ变小。即，θ的数值能够随着光源间隔的调整而被改变。又，θ根据光源和屏幕的距离而变化。

图3为表示使用发光元件之间的间距(D)为50μm以下的40cH-VCSEL光源场合的实验结果图。各发光元件的振荡波长一律为λ＝780nm。在图3中，将横轴设为点灯光源数(n个)，纵轴设为斑点对比度(Cs)的变化率，绘制斑点噪音的测定结果。纵轴是将n＝1时的斑点图案作为斑点对比度(Cs)的基准的场合的变化率。

图3的虚线为表示式(8)所示的1/√n的理论值的曲线(理论值曲线)。由该测定结果可知，点灯光源数量为4(即n＝4)之前斑点对比度(Cs)追随理论值的曲线降低，斑点噪声降低。然而，点灯光源数量n＝4以后，即便点灯光源数量从4个依次增多，斑点对比度(Cs)也几乎没有发生变化，斑点噪声没有降低到理论值。

然而，即便将点灯光源数量增至40个，与点灯光源数量为4个时的数值相比，其斑点对比度(Cs)几乎没有发生变化，相对于理论值，其实际降低效果止于1/3以下。

由该结果可知，单纯依靠增加点灯光源数量而获得斑点噪声降低效果在某种程度停止，即使增加点灯光源数量也不能期待斑点噪声的充分降低。由此可知，仅靠使用配置有多个发光元件作为VCSEL光源1100而获得的斑点噪声降低效果是有限的。

因此，本发明人研究将有助于降低斑点的发光元件如何有效地集聚在VCSEL光源1100上的设计。

在实验中，通过逐渐改变图2所示的VCSEL光源1100的元件间隔(D)，并标注θ的数值。并且，在各θ角度下，都使一个发光元件和与θ对应的元件间隔的发光元件点灯，使用照相机1002拍摄屏幕1001。然后，根据由照相机1002的拍摄图像，对每个θ值，测定互相重合的斑点图案的斑点对比度(Cs)。

图4为表示使得θ变化场合的实验结果一例的图。在图4中，表示以θ为横轴，以斑点对比度(Cs)的变化率为纵轴时的实验结果。

由图4所示结果可知，θ值越大，斑点对比度(Cs)就越低，当其达到大约0.04～0.05度时，会收敛至式(8)所示的理论值1/√n。由该实验结果可知，存在可以收敛至理论值1/√n的θ。以下，将可以收敛至该实验结果所示的理论值的设定总称为“具有降低斑点噪声效果的设定”。

这样，虽然0.04～0.05度这个值本身随着照相机1002和屏幕1001的几何条件或检测对象表面的粗糙度等各种条件发生变化，并非绝对数值，但该实验结果暗示在使用VCSEL光源1100、在多个光源多重角度下为了获得斑点噪声的降低效果，考虑与对象物之间的距离等，此外，必须确保发光元件1101之间的适当距离的设计布局(元件配置)。即，若基于该实验结果，在VCSEL光源面上将发光元件以适当的元件间隔集成，能够在不会导致投光部大型化以及成本增加的情况下降低斑点噪声。

以下，表示关于图4的实验结果所示的“具有降低斑点噪声效果的设定”中的将发光元件集成化的VCSEL光源的布局构成的实施例。

(实施例1)

图5为表示实施例1涉及的VCSEL阵列的布局构成的一例的图。图5中所示的VCSEL阵列11是在VCSEL阵列面内将100个面发光型发光元件a以相同的元件间隔等间距配置所得的构成布局。

在图5中，发光元件a(X、Y)的X的位置所示数字表示行序号，Y的位置所示数字表示列序号。即，发光元件a的总数为5行×20列＝100个。端子数受限制，各发光元件a并不单独发光，例如以1、4、9、···、100即n的平方进行点灯控制。但是将其设定为n的平方是为了便于将其同斑点噪声降低效果的理论值作比较，并不局限于此。

各发光元件a的元件间隔(间距)为了设为“具有降低斑点噪声效果的设定”，设定为满足以下二条件的300μm。300μm作为一例，并不局限于此。

条件1：在假定的投影区域，多个发光元件的照射光互相重合的元件间隔。

条件1是以下条件：例如考虑到设想的屏幕距离(LWD)以及发光元件的放射角(FFP)，在屏幕的照射区域(投影区域)VCSEL阵列11的两端的发光元件的光互相充分重合。若两端的发光元件的光互相充分重合，位于它们之间的发光元件的光必定也互相充分重合。其是活用所配置的所有光源的场合一例，上述多个发光光源中，只要至少相邻的发光元件的照射光互相重合的元件间隔，即可获得斑点降低效果。

条件2：在设想的投影区域所得的各照射光的斑点图案按各照射光而不同的元件间隔。

条件2是表示例如在设想的屏幕距离(LWD)能确保多重光源所需的各激光形成的角度(θ)收敛至理论值的条件。能确保角度(θ)收敛至理论值的值是指，其满足即便增加点灯元件数量、各照射光的斑点图案也按各照射光而不同的条件。

图6为表示使用图5所示的VCSEL阵列11使1cH(一个发光元件)点灯场合以及使100cH全部点灯场合的斑点摄影图像的一例的图。图6(a)为1cH点灯时的斑点摄影图像，图6(b)为100cH全部点灯时的斑点摄影图像。

比较这些拍摄图像可知，与1cH发光时的拍摄图像相比，100cH全部发光时的拍摄图像明暗闪烁急剧减少，通过使用多重光源获得了斑点噪声的降低效果。

图7为表示使用实施例1涉及的VCSEL阵列11时的斑点噪声降低效果实验结果图。图7与图3所示的40cH-VCSEL光源的实验结果不同，即便增加发光光源数量，斑点对比度(Cs)仍然持续降低，追随虚线曲线(理论值)，能够获得接近于理论值的斑点噪声降低效果。

在图7中，在所绘制的实测值与虚线的理论值之间存在若干差异，可以认为，导致该差异的原因之一是在摄影图像中包含照相机自身的像素不均匀性等所有的可变因素。另外，若增加点灯光源数量，其中也存在有相似斑点图案的可能性，这也可以认为是原因之一。为了正确测定若干差异，由于观察系统自身存在测定极限，需要在检测微小的斑点噪声上下功夫。

由以上结果可知，若将发光元件的元件间隔满足上述条件1以及条件2那样合适地设定，即便在VCSEL光源1芯片中设置多个发光元件场合，也能够显示根据发光元件的点灯数量获得理论值1/√n的斑点噪声降低效果的有效性。因此，如果在VCSEL光源面内将发光元件集成化，使其满足上述条件1以及条件2，便能够在避免投光部大型化以及成本增加的情况下降低斑点噪声。

图5所示布局仅为其中一例，发光元件的数量、开口部的形状、发光元件的配置等并不局限于此。只要满足条件1以及条件2，亦可适当变更发光元件的数量、开口部的形状、发光元件的配置等。

(实施例2)

图8为表示实施例2涉及的具有不同振荡波长(以下略称为波长)的发光元件a的VCSEL阵列的布局构成的其中一例的图。表示不同波长(波长按顺序分别为波长λ1、波长λ2、波长λ3、波长λ4、波长λ5)的发光元件a以一维配置。

斑点图案的形成是由于激光照射在屏幕上时所产生的相位混乱的散射光在观察面上的互相干涉。该散射光的相位偏差主要取决于屏幕表面的起伏(凹凸)所导致的光路长度和激光的振荡波长。在实施例1中，通过多个光源多重角度下各个光源的激光所形成的角度θ来改变光路长度，改变散射光的相位，使得斑点图案变化。对此，在该实施例2中，通过调制激光本身的振荡波长，使散射光的相位发生改变，进而通过将改变后的斑点图案叠加，降低斑点噪声(多重波长)。因此，在为得到不同的斑点图案而利用多重波长场合，并非一定要满足单独波长时的条件2，具有缓和布局限制的优点。

在图8中，表示将5个不同的波长(波长λ1、波长λ2、波长λ3、波长λ4、波长λ5)的发光元件a(发光元件组)作为最小单位的一组，整体10组(5种波长×10组＝50个)的发光元件a按照30μm的间距以一维排列的布局。

在各组内，发光元件a的排列顺序为指定的波长顺序。即，各波长的发光元件a按周期配置，各组之间的同一波长的发光元件a的间距为150μm(30μm×5＝150μm)。为利用多重光源获得斑点降低效果，需要有150μm以上的元件间间距，该设定以上述系统为前提条件。

通过在该布局中设定元件间间距，包含于全部组的相同波长的各发光元件a因满足多个光源多重角度所必要的元件间间距，各组内的相邻的发光元件a之间振荡波长不同，因此，成为互不相同的斑点图案。因此，即便在实施例2的布局结构中依然能够期待与发光元件数量相对应的斑点噪声降低效果。

如本实施例那样，将50个发光元件a按照直线一维配置时，在各个发光元件a为单一波长的多重光源中，需要7.35mm(计算式：150μm×(50-1)＝7.35mm)的发光区域成为1.47mm(计算式：30μm×(50-1)＝1.47mm)，因此，即使芯片尺寸缩小至1/5亦能够获得相同的1/√50的斑点对比度降低效果。

图8所示布局是其中一例，发光元件组具有的发光元件数量、波长的顺序、开口部的形状、发光元件组的配置等并不局限于此。在满足条件1和条件2以及多重波长的条件下，亦可适当变更发光元件组具有的发光元件数量、波长的顺序、开口部的形状、发光元件组的配置等。

图9为将组内不同波长(按波长顺序，分别为波长λ1、波长λ2、波长λ3、波长λ4、波长λ5)的发光元件的排列顺序随机地设为λ1、λ4、λ2、λ5、λ3，使得相邻波长的发光元件不处于相邻位置的例子。通过设为该配置，与按照波长顺序排列的图8相比，相邻发光元件之间的波长差大，因此，即使各个发光元件的波长出现偏差场合，也能确保相邻发光元件之间的波长差，容易获得斑点噪声降低效果。

元件之间的波长差变大，为获得不同的斑点图案所必需的元件间间距也会变小，因此，可以期待通过系统更进一步的小型化。另外，即使维持元件之间间距场合，即便使整体的波长差Δλ(λ1-λ5)变窄，仍然能够获得相同的斑点降低效果，因此，容易形成用于使得发光元件发出不同波长的光的构造。

即使在实施例2中，通过在VCSEL光源的面内将不同振荡波长的发光元件集成化，也能获得在避免导致投光部大型化以及成本增加的情况下降低斑点噪声的效果。另外，由于使用不同波长的激光，不一定需要满足单波长时的条件2，能够缓和布局结构的制约。因此，与多个光源多重角度相比，能够以较小间隔设置各发光元件，因此，能提高集成密度。通过提高集成密度，可以期待芯片的小型化、能利用多余区域因而设计自由度增加等效果。

(实施例3)

图10为表示VCSEL阵列11的构成的变形例的图。图10所示的VCSEL阵列11至少具有一个以上被称为层的发光元件组a1，其被控制使多个发光元件同时发光。在图10中表示发光元件组a1以一维形式配置，但也可以按照二维形式配置。控制各层222各自独立的发光时间。

在图10所示的层222中，发光元件a2按十字型配置5个。在同一层222内，各发光元件a2被控制在相同时间发光。

如图10所示，各层222的间距A和各发光元件a2的间距(间距B以及间距C)基于实施例1的元件间间距的条件1以及条件2设定。另外，使得各发光元件的振荡波长不同时，适用实施例2的光源。

在此，作为层222的发光元件a2，按十字型配置5个，但并不局限于此。既可以增减发光元件a2的数量，也可以使用蜂窝式结构那样的布局配置更多的发光元件a2。

另外，关于发光元件a2的开口部，表示四方形，但亦可使用六边形或其它形状。

(第二实施形态)

对于第一实施形态涉及的具有面发光型半导体激光器的投影装置加以说明。图11为表示第二实施形态涉及的投影装置的构成一例的图。图11所示的投影装置10包括VCSEL阵列11、光学系统12和光偏转元件13。

光学系统12由透镜构成，将从VCSEL阵列11的各发光元件射出的光导向光偏转元件13。

光偏转元件13通过将从光学系统12发出的光投影至投影区域，将投影光14投影到对象物15。

图11所示的投影光14是VCSEL阵列11的各发光元件a的各射出光互相重合的光，在光偏转元件13的反射面被偏向后投影至对象物15上。即使在第二实施形态中，通过将投影光14投影在假定的投影区域，也能获得斑点噪声降低效果。

(光偏转元件)

光偏转元件13为能够将激光沿1轴或2轴方向扫描的可动反射镜。可动反射镜可以列举例如微机电系统(Micro Electro MechanicalSystems，简记为MEMS)镜、多面镜、检流计镜等，只要能使激光沿1轴或2轴方向扫描，也可以使用其它方式。在本实施例中，使用能够将由光学系统12形成的线束光14在扫描范围内的检测对象15上进行1轴扫描的可动式反射镜。可动反射镜使得线束光进行光扫描，形成二维面状的投影图形。

图12为表示作为光偏转元件13一例的MEMS镜(也称为MEMS反射扫描仪)构成一例的图。图12所示的MEMS反射扫描仪在支持基板131上设有可动部132和两组蛇行状梁部133。

可动部132包括反射镜1320。两组蛇行状梁部133各自一端与可动部132连接，另一端由支持基板131支持。两组蛇行状梁部133分别由蛇行状的多个梁部构成，在各梁部，每隔一个地设有因施加第一电压而变形的第一压电部件1331以及因施加第二电压而变形的第二压电部件1332。第一压电部件1331和第二压电部件1332在各相邻梁部独立设置。两组蛇行状梁部133分别因向第一压电部件1331和第二压电部件1332施加电压而变形，使可动部132的反射镜1320围绕旋转轴旋转。

具体地说，向第一压电部件1331和第二压电部件1332施加逆相位的电压，使各梁部发生翘曲。由此，相邻梁部朝不同方向弯曲，其被累积，与连接到两组蛇行状梁部133的可动部132一起，反射镜1320以旋转轴为中心往返旋转。进而，以逆相对第一压电部件1331和第二压电部件1332施加具有与将旋转轴设为旋转中心反射镜共振模式一致的驱动频率的正弦波，能够在低电压下获得非常大的旋转角度。

驱动波形并不局限于正弦波，也可以是例如锯齿波。而且也不局限于共振模式，也可以使用以非共振模式驱动。

光偏转元件13并不局限于MEMS镜，也可以是多面镜、检流计镜等，只要是具有使得光扫描的反射部的可动物皆可。使用MEMS镜，在小型化、轻量化方面有利。MEMS镜的驱动方式可以是静电式、压电式、电磁式等任何一种。

(第三实施形态)

表示将第一实施形态涉及的面发光型半导体激光器适用于检测装置的例子。在此，作为检测装置的一例，表示向检测所述检测对象的三维检测装置的适用例。

图13为表示第三实施形态涉及的检测装置一例的图。图13所示的检测装置1包括检测信息获取单元20和控制单元30。

检测信息获取单元20包括作为投影手段的投影装置10和作为摄像手段的照相机21。投影装置10包括VCSEL阵列11、光学系统12、以及光偏转元件13。检测信息获取单元20根据控制单元30的控制部31的控制，通过光偏转元件13使得VCSEL阵列11的多个发光元件a的光偏转，投影至检测区域。控制部31通过调节VCSEL阵列11的各发光元件a的辉度和点灯时间，向检测区域整体投影指定图形的投影光14。例如，通过控制发光元件a的点灯和熄灭(开/关)，投影黑白的格雷码图形等所希望的投影图形的投影光14。

照相机21的位置及角度得到固定，使得投影装置10投影至检测对象的投影光14的投影中心300成为摄像区域40的中心。由此，照相机21对投影区域进行摄像。

照相机21包括透镜210和摄像元件211。摄像元件211使用例如CCD(电荷耦合器件，Charge Coupled Device)或CMOS(互补型金属氧化物半导体，Complementary Metal OxideSemiconductor)的图像传感器等。入射到照相机21的光经由透镜210成像在摄像元件211上，进行光电转换。在摄像元件211进行光电转换的电子信号转换成图像信号，该图像信号从照相机21输出到控制单元30的计算处理部32。

控制单元30实行投影装置10的图形光的投影控制和照相机21的摄像控制等，基于照相机21所拍摄的图像信号实行检测对象的三维检测等的计算处理。控制部31也可以实行将投影装置10投影的图形光切换为其它图形光的控制。另外，控制部31也可以实行输出计算处理部32用于三维坐标计算的校准信息的控制。

控制单元30包括计算处理部32，作为检测手段。计算处理部32基于输入的图像信号进行三维坐标的计算(检测)，获得三维形状。另外，计算处理部32按照来自控制部31的指令将计算出的表示三维形状的三维形状信息输出至计算机等(图中未标示)。在图13中，表示对控制单元30安装一组的检测信息获取单元20的结构，但是，对于控制单元30也可以安装多组检测信息获取单元20。

(控制部的功能块的说明)

图14为表示检测装置1的模块构成的一例的图。在图14中，对于已作说明的部分标注同样的符号，在此省略其详细说明。

图14所示的计算处理部32对从照相机21输出的图像信号进行解析。计算处理部32通过使用图像信号的解析结果和校准信息的计算处理，实行三维信息的复原处理，由此，实行对象物的三维检测。计算处理部32将复原后的三维信息提供给控制部31。

控制部31包括系统控制部310、图案存储部311、光源驱动/检测部312、光扫描驱动/检测部313和摄像控制部314。

光扫描驱动/检测部313根据系统控制部310的控制，驱动光偏转元件13。系统控制部310控制光扫描驱动/检测部313，使得照射至光偏转元件13的偏转中心的光照射测定对象。摄像控制部314根据系统控制部310的控制，控制照相机21的摄像时间和曝光量。

光源驱动/检测部312根据系统控制部310的控制，控制VCSEL阵列11的各发光元件的点灯及熄灯。

图案存储部311读取存储于例如检测装置1的非易失性的存储介质的投影图像的图形信息。图形信息是为了形成投影图像(投影图形)的图形信息。图案存储部311根据来自系统控制部310的指令读取图形信息，传送至系统控制部310。系统控制部310基于来自图案存储部311的图形信息控制光源驱动/检测部312。

系统控制部310基于从计算处理部32提供的复原的三维信息，指示对图案存储部311读取图形信息。系统控制部310根据从图案存储部311读取的图形信息，控制光源驱动/检测部312。

另外，系统控制部310根据读取的图形信息，对计算处理部32指示计算方法。

计算处理部32、系统控制部310、摄像控制部314由在CPU(中央处理器，CentralProcessing Unit)上运行的检测程序实现。具体地说，CPU通过从ROM(只读存储器，ReadOnly Memory)读取检测程序实行，实现计算处理部32、系统控制部310、摄像控制部314。该实现方法是一例，并不局限于此。例如，也可以由相互协调运行的硬件电路构成计算处理部32、系统控制部310、摄像控制部314的一部分或全部。又，并不局限于计算处理部32、系统控制部310、摄像控制部314，其它模块也可以由检测程序实现。

在第三实施形态中，将检测装置的各设定设为“具有降低斑点噪声效果的设定”。由此，在拍摄检测对象的图像中，斑点噪声得以降低，解析所拍摄图像的辉度信息时的检测精度得以提高。

(第四实施形态)

以下，将对第四实施形态加以说明。第四实施形态是将第三实施形态涉及的检测装置1与机器人手臂(多关节手臂)组合使用的例子。

图15为表示第四实施形态涉及的机器人的构成一例的图。图15表示将检测装置1适用于具有多关节的机器人手臂的例子。机器人手臂70具有用于捡拾对象物的手部71，距离手部71很近的地方搭载检测装置1。机器人手臂70具有分别能够弯曲的多个可动部，根据控制变更手部71的位置以及朝向。

检测装置1设为使得光的投影方向与手部71的朝向一致，将手部71的捡拾对象15作为检测对象检测。

这样，在第四实施形态中，通过将检测装置1搭载在机器人手臂70上，能够近距离检测捡拾对象物，与使用照相机等进行远距离检测相比，能提高检测精度。例如，在工厂的各种组装流水线等的FA(Factory Automation)领域，为了进行零件检验或辨识等，利用机器人手臂70等的机器人。通过在机器人上搭载检测装置1，能精度良好地实行零件检验或辨识。

(第五实施形态)

以下对于第五实施形态加以说明，第五实施形态是将第三实施形态涉及的检测装置1搭载于智能手机或PC等电子设备上使用的例子。

图16为表示第五实施形态涉及的智能手机等电子设备的构成一例的图。表示在智能手机80上适用检测装置1的例子。在智能手机80上搭载检测装置1及使用者的认证功能。使用者的认证功能由例如专用的硬件设置。“认证功能部”并不局限于其专用的硬件，也可以通过计算机构成的CPU实行ROM等程序等实现本功能。检测装置1检测使用者81的脸、耳朵、头部的形状等。基于该检测结果，使用者的认证功能判断使用者81是否为登录于智能手机80上的用户。

这样，在第五实施形态中，通过在智能手机80上搭载检测装置1，能够高精度地检测使用者81的脸、耳朵、头部形状等，能提高辨识精度。在本实施例中，检测装置1搭载于智能手机80，但也可以将其搭载于PC或打印机等电子设备。另外，即使作为功能方面，也并不局限于个人认证功能，也可以用于脸形状的扫描等。

(第六实施形态)

以下对于第六实施形态加以说明，第六实施形态是将第三实施形态涉及的检测装置1搭载于移动体上使用的例子。

图17为表示第六实施形态涉及的车辆结构的一例的图。表示将检测装置1适用于汽车的例子。在汽车车内85搭载检测装置1和驾驶(运行)支援功能。驾驶支援功能由例如专用的硬件设置。“驾驶支援部”并不局限于其专用的硬件，也可以通过其它方法例如计算机构成的CPU实行ROM等的程序等实现本功能。检测装置1检测驾驶员86的脸或姿势等。基于该检测结果，驾驶支援功能实行根据驾驶员86的状况的合适的支援。

这样，在第六实施形态中，通过在汽车上搭载检测装置1，能够高精度地检测驾驶员86的脸、姿势等，能提高车内85的驾驶员86的状态辨识精度。在本实施例中，将检测装置1搭载于汽车上，但也可以将其搭载于电车车内或飞机的驾驶位(或旅客座位上)等。另外，即使在功能方面，也并不局限于对驾驶员86的脸、姿势等状态辨识，也可以用于对驾驶员86以外的搭乘者或车内85的状况辨识等。另外，也可以实行驾驶员86的个人认证、判断该人是否是作为车的驾驶员预先登录者这样的汽车安全确认。

图18为表示第六实施形态涉及的其它移动体的结构一例的图。图18表示将检测装置1适用于自律型移动体的例子。在移动体87上搭载检测装置1，对移动体87的周围进行检测。基于该检测结果，移动体87计算自身移动路径的判断，以及桌子位置等的室内89的布局。

这样，在第六实施形态中，通过在移动体87上搭载检测装置1，能够高精度地检测移动体87周边，能实行移动体87的运行的支援。在本实施例中，将检测装置1搭载于移动体87，但也可以将其搭载于汽车等。另外，不仅室内，也可以在室外使用，用于检测建筑物等。

(第七实施形态)

以下对于第七实施形态加以说明。第七实施形态是将第三实施形态涉及的检测装置1搭载于造型装置上使用的例子。

图19为表示第七实施形态涉及的造型装置构成一例的图。图19表示将检测装置1适用于作为造型装置一例的3D打印机90的头部91的例子。头部91是“头”的一例，包括排出用于制作形成物92的造型液的喷嘴93。检测装置1在制作中检测由3D打印机90形成的形成物92的形状。基于该检测结果，实行3D打印机90的形成控制。

这样，在第七实施形态中，通过在3D打印机90搭载检测装置1，能在制作中检测形成物92的形状，能够高精度地制作形成物92。在本实施例中，将检测装置1搭载于3D打印机90的头部91，但也可以将其搭载于3D打印机90内的其它位置。

上述各个实施形态仅仅是适合于实施本发明的具体化的示例，而非据此来对本发明的技术上的范围进行限定性的解释。即，在不脱离本发明的精神或主旨的情况下，本发明能够以各种各样的其它形式来实施。

Claims (14)

1.一种光源，其特征在于：

在面内具有多个发光元件，

上述多个发光元件的元件配置满足在假定的投影区域中多个上述发光元件的照射光互相重合的元件间隔，并且满足在上述假定的投影区域中所得到的上述各照射光的斑点图案按各照射光而不同的元件间隔。

2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于:

上述多个发光元件的元件配置为，满足随着上述发光元件的点灯数量增加同时，在上述假定的投影区域中所得到的斑点对比度为追随在不同的斑点图案重叠时所得到的斑点对比度的理论值曲线的元件间隔。

3.根据权利要求1所述的光源，其特征在于:

在上述面内设有不同振荡波长的上述发光元件。

4.根据权利要求3所述的光源，其特征在于:

在上述面内设有多个振荡波长相同的发光元件。

5.根据权利要求4所述的光源，其特征在于:

在上述面内振荡波长不同的发光元件的元件间隔比振荡波长相同的发光元件的元件间隔狭。

6.根据权利要求5所述的光源，其特征在于:

上述各振荡波长的发光元件以相同的元件间隔配置。

7.根据权利要求4～6任一个所述的光源，其特征在于:

将包含上述各振荡波长的各发光元件至少各一个的发光元件组设为最小单位，配置使得多个上述最小单位的发光元件组的相同振荡波长的发光元件位于周期的位置。

8.一种投影装置，其特征在于，包括：

权利要求1～7中任一个所述的光源；

对上述光源的上述各发光元件的光进行导向的光学系统；以及

将由上述光学系统导向的光朝上述投影区域反射的光偏转元件。

9.一种检测装置，其特征在于，包括：

权利要求8所述的投影装置；

对上述投影区域进行摄像的摄像装置；以及

基于由上述摄像装置摄像的信息对位于上述投影区域的检测对象进行检测的检测器。

10.一种机器人，其特征在于，包括：

权利要求9中所述的检测装置；以及

安装上述检测装置的多关节臂。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：

权利要求9所述的检测装置；以及

基于上述检测装置的对使用者的检测结果、实行对使用者进行认证的认证部。

12.一种移动体，其特征在于，包括：

权利要求9所述的检测装置；以及

基于上述检测装置的检测结果、支援移动体运行的运行支援部。

13.一种造型装置，其特征在于，包括：

权利要求9所述的检测装置；以及

基于上述检测装置的检测结果、制作形成物的头部。

14.一种光源，具有多个面发光元件，其特征在于：

上述多个面发光元件的元件配置为：

上述多个面发光元件之中，至少邻接的面发光元件的照射光互相重合的元件间隔，以及

设定上述元件间隔，使得上述照射光的照射区域中的斑点图案按上述各照射光而不同。

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