JP2014048122A - 情報取得装置および物体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の薄型化を図りつつ、受光光学系の光軸ずれを抑えることが可能な情報取得装置および物体検出装置を提供する。
【解決手段】レーザ光源１１０から出射された光を所定のドットパターンで目標領域に投射する投射ユニット１００と、撮像レンズ２２０およびＣＭＯＳイメージセンサ２４０を備え、目標領域を撮像する受光ユニット２００と、ベース４００と、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０が設置されるイメージセンサ回路基板２４１と、イメージセンサ回路基板２４１よりもレーザ光源１１０側に配置される回路基板３００と、を備える。撮像レンズ２２０は、ベース４００に設置され、イメージセンサ回路基板２４１と回路基板３００は、投射ユニット１００と受光ユニット２００の並び方向に並び、且つ、ＦＰＣ３０１によって互いに電気的に接続されている。
【選択図】図１７

Description

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情報取得装置として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。この種の情報取得装置では、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受光素子により受光される。

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情報取得装置では、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受光素子によって受光される。そして、受光素子上におけるドット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

上記情報取得装置では、ドットパターンを持つレーザ光を目標領域に投射する投射光学系と、目標領域からの反射光を受光する受光光学系を並べて保持するためにベース部材が用いられる。

また、上記情報取得装置では、レーザ光源を制御する回路部、距離演算処理を行う回路部、イメージセンサを制御する回路部等の複数の回路部を要する。これらの回路部を、それぞれ別個の回路基板として配すると、装置の大型化を招くとの問題が生じる。これらの回路部を１枚の回路基板に構成することにより、装置の薄型化を図ることができる。

ここで、ベース部材は、通常、レーザ光源等の熱源から発生する熱を効率よく放熱するために金属等が用いられる。また、回路基板は、通常、樹脂材等によって形成される。このように、ベース部材は金属であり、回路基板は樹脂材であるため、撮像レンズ等を保持するベース部材の熱膨張率と、イメージセンサ等を保持する回路基板の熱膨張率に差異が生じる。すなわち、それぞれに略同等の熱が加えられると、ベース部材の伸縮量に対して、回路基板の伸縮量の方が大きくなる。したがって、回路基板に設置されたイメージセンサ等とベース部材に保持された撮像レンズ等に光軸ずれが生じる惧れがある。

本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、装置の薄型化を図りつつ、受光光学系の光軸ずれを抑えることが可能な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、情報取得装置に関する。本態様に係る情報取得装置は、光源から出射された光を所定のドットパターンで目標領域に投射する投射部と、撮像レンズおよび撮像素子を備え、前記目標領域を撮像する受光部と、前記投射部と前記受光部とを並べて設置するためのベースと、前記撮像素子が設置される第１の回路基板と、所定の回路部が配置され、前記第１の回路基板よりも前記光源側に配置される第２の回路基板と、を備える。ここで、前記撮像レンズは、前記ベースに設置され、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板は、前記投射部と前記受光部の並び方向に並び、且つ、可撓性の配線材によって互いに電気的に接続されている。

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備える。

本発明によれば、装置の薄型化を図りつつ、受光光学系の光軸ずれを抑えることが可能な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。

本発明の効果ないし意義は、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、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態により何ら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とイメージセンサ上のレーザ光の受光状態を示す図である。 実施の形態に係る距離検出の手法を説明する図である。 実施の形態に係る情報取得装置の分解斜視図を示す図である。 実施の形態に係るレーザ光源とレーザホルダの組立過程を示す図である。 実施の形態に係るコリメータレンズとコリメータレンズホルダの組立過程を示す図である。 実施の形態に係る撮像レンズと撮像レンズホルダの組立過程を示す図である。 実施の形態に係る撮像レンズと撮像レンズホルダの組立過程を示す図である。 実施の形態に係る回路基板を示す図である。 実施の形態に係るベースを示す図である。 実施の形態に係る投射ユニットの組立過程を示す図である。 実施の形態に係る投射ユニットの組立過程を示す図である。 実施の形態に係る受光ユニットの組立過程を示す図である。 実施の形態に係る受光ユニットの組立過程を示す図である。 実施の形態に係る情報取得装置を示す図である。 実施の形態に係る投射光学系と受光光学系を示す図である。 比較例１、２に係る投射光学系と受光光学系を示す図である。 比較例２に係る熱膨張時における撮像レンズとイメージセンサの位置を示す図である。 変更例に係る回路基板を示す図である。

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に本発明を適用
したものである。

以下に示す実施の形態において、投射ユニット１００は、特許請求の範囲に記載の「投射部」に相当する。レーザ光源１１０は、特許請求の範囲に記載の「光源」に相当する。ＤＯＥ１４０は、特許請求の範囲に記載の「回折光学素子」に相当する。受光ユニット２００は、特許請求の範囲に記載の「受光部」に相当する。ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、特許請求の範囲に記載の「撮像素子」に相当する。イメージセンサ回路基板２４１は、特許請求の範囲に記載の「第１の回路基板」に相当する。撮像レンズホルダ２６０は、特許請求の範囲に記載の「ホルダ」に相当する。回路基板３００は、特許請求の範囲に記載の「第２の回路基板」に相当する。ＦＰＣ３０１、３０２は、特許請求の範囲に記載の「配線材」に相当する。投射ハウジング部４１０は、特許請求の範囲に記載の「前記レーザ光源、前記コリメータレンズ、前記ミラーを装着するための構造」に相当する。ただし、上記請求項と本実施の形態との対応の記載はあくまで一例であって、請求項に係る発明を本実施の形態に限定するものではない。

まず、図１に本実施の形態に係る物体検出装置１の概略構成を示す。図示の如く、物体検出装置１は、情報取得装置２と、情報処理装置３とを備えている。テレビ４は、情報処理装置３からの信号によって制御される。

情報取得装置２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５を介して情報処理装置３に送られる。

情報処理装置３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３は、情報取得装置２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４を制御する。

たとえば、情報処理装置３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３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３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４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。

また、たとえば、情報処理装置３がゲーム機である場合、情報処理装置３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。

図２は、情報取得装置２と情報処理装置３の構成を示す図である。

情報取得装置２は、光学部の構成として、投射光学系１０と受光光学系２０とを備えている。投射光学系１０と受光光学系２０は、Ｘ軸方向に並ぶように、情報取得装置２に配置される。

投射光学系１０は、レーザ光源１１０と、コリメータレンズ１２０と、ミラー１３０と、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１４０を備えている。また、受光光学系２０は、アパーチャ２１０と、撮像レンズ２２０と、フィルタ２３０と、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０とを備えている。この他、情報取得装置２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。

レーザ光源１１０は、受光光学系２０に近づく方向（Ｘ軸正方向）に波長８３０ｎｍ程度の狭波長帯域のレーザ光を出力する。コリメータレンズ１２０は、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光を略平行光に変換する。

ミラー１３０は、コリメータレンズ１２０側から入射されたレーザ光をＤＯＥ１４０に向かう方向（Ｚ軸方向）に反射する。

ＤＯＥ１４０は、入射面に回折パターンを有する。この回折パターンによる回折作用により、ＤＯＥ１４０に入射したレーザ光は、所定の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。

ＤＯＥ１４０の回折パターンは、たとえば、ステップ型の回折ホログラムが所定のパターンで形成された構造とされる。回折ホログラムは、コリメータレンズ１２０により略平行光とされたレーザ光をドットパターンのレーザ光に変換するよう、パターンとピッチが調整されている。ＤＯＥ１４０は、ミラー１３０から入射されたレーザ光を、放射状に広がるドットパターンのレーザ光として、目標領域に照射する。

目標領域から反射されたレーザ光は、アパーチャ２１０を介して撮像レンズ２２０に入射する。

アパーチャ２１０は、撮像レンズ２２０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。撮像レンズ２２０は、アパーチャ２１０を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に集光する。フィルタ２３０は、レーザ光源１１０の出射波長（８３０ｎｍ程度）を含む赤外の波長帯域の光を透過し、可視光の波長帯域をカットするバンドパスフィルタである。

ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、撮像レンズ２２０にて集光された光を受光して、画素毎に、受光量に応じた信号（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２４０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。

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、レーザ光源１１０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距離取得部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１１０を駆動する。

撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を制御して、所定の撮像間隔で、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０により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２から検出対象物の各部までの距離を、距離取得部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３とのデータ通信を制御する。

情報処理装置３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３には、同図に示す構成の他、テレビ４との通信を行うための構成や、Ｃ
Ｄ−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と、物体の動きに応じて、テレビ４の機能を制御するための機能制御部３１ｂ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。

物体検出部３１ａは、情報取得装置２から供給される３次元距離情報から画像中の物体の形状を抽出し、抽出した物体形状の動きを検出する。機能制御部３１ｂは、物体検出部３１ａによる検出結果に応じて所定の処理を実行する。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、機能制御部３１ｂは、物体検出部３１ａによって検出された人の動き（ジェスチャ）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を実行する。また、制御プログラムがテレビ４の機能を制御するためのプログラムである場合、機能制御部３１ｂは、物体検出部３１ａから人の動き（ジェスチャ）に応じた信号に基づき、テレビ４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を実行する。

入出力回路３２は、情報取得装置２とのデータ通信を制御する。

投射光学系１０と受光光学系２０は、投射光学系１０の投射中心と受光光学系２０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、図３（ｂ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０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、図３（ｂ）には、便宜上、目標領域に平坦な面（スクリーン）とスクリーンの前に人物が存在するときの受光状態が示されている。

図３（ａ）に示すように、投射光学系１０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、目標領域に照射される。図３（ａ）には、ＤＰ光の光束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、ＤＯＥ１４０による回折作用により生成されるドット領域（以下、単に「ドット」という）が、ＤＯＥ１４０による回折作用によるドットパターンに従って点在している。

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光は、図３（ｂ）のように、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に分布する。

図３（ｂ）には、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上のＤＰ光の全受光領域が破線の枠によって示され、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像有効領域に入射するＤＰ光の受光領域が実線の枠によって示されている。図３（ａ）に示す目標領域上におけるＤｔ０の光は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上では、図３（ｂ）に示すＤｔ０’の位置に入射する。

図４は、本実施の形態に係る距離検出手法を説明する図である。

図４に示すように、投射光学系１０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。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２０のＣＭＯＳイメージセンサ２４０に入射する。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０から、撮像有効領域内の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）は、図２のメモリ２５上に展開される。

以下、反射平面ＲＳからの反射によって得られた全画素値からなる画像を、「基準画像」、反射平面ＲＳを「基準面」と称する。

たとえば、図４に示すように距離Ｌｓよりも近い位置に物体がある場合、基準画像上の領域Ｓｎに対応するＤＰ光（ＤＰｎ）は、物体によって反射され、領域Ｓｎとは異なる領域Ｓｎ’に入射する。投射光学系１０と受光光学系２０はＸ軸方向に隣り合っているため、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、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、領域Ｓｎに対してＸ軸負方向に変位する。

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１０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、他の領域に対応する物体の部分について、投射光学系１０からの距離が算出される。かかる算出手法の詳細は、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５は、本実施の形態に係る情報取得装置２の構成を示す分解斜視図である。

図５を参照して、情報取得装置２は、投射ユニット１００と、受光ユニット２００と、回路基板３００と、ベース４００を備えている。なお、図２に示すＣＰＵ２１、レーザ駆動回路２２、入出力回路２４およびメモリ２５は、回路基板３００に配され、撮像信号処理回路２３は、イメージセンサ回路基板２４１に配されている。

投射ユニット１００は、図２に示す投射光学系１０（レーザ光源１１０〜ＤＯＥ１４０）の他に、レーザホルダ１１１と、コリメータレンズホルダ１２１と、押さえばね１２２を備えている。レーザホルダ１１１は、レーザ光源１１０を保持し、コリメータレンズホルダ１２１は、コリメータレンズ１２０を保持し、押さえばね１２２は、コリメータレンズホルダ１２１をベース４００に装着するために用いられる。

また、受光ユニット２００は、上述の受光光学系２０（アパーチャ２１０〜ＣＭＯＳイメージセンサ２４０）の他に、レンズバレル２５０と、撮像レンズホルダ２６０と、イメージセンサ回路基板２４１を備えている。レンズバレル２５０は、アパーチャ２１０と撮像レンズ２２０を保持し、撮像レンズホルダ２６０は、レンズバレル２５０とフィルタ２３０を保持する。また、イメージセンサ回路基板２４１には、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０が設置される。イメージセンサ回路基板２４１は、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）３０１によって回路基板３００に接続されている。

図５には、レンズバレル２５０に保持されるアパーチャ２１０と撮像レンズ２２０のうち、アパーチャ２１０が示されている。また、フィルタ２３０は、撮像レンズホルダ２６０のＺ軸負側の面に装着されている。

投射ユニット１００は、ベース４００のＺ軸負側の面に設置される。また、アパーチャ２１０、撮像レンズ２２０およびフィルタ２３０は、レンズバレル２５０と撮像レンズホ
ルダ２６０を介してベース４００のＺ軸負側の面に設置される。

図６（ａ）は、レーザ光源１１０とレーザホルダ１１１の分解斜視図である。図６（ｂ）は、レーザ光源１１０をＺ軸正側から見た斜視図である。図６（ｃ）は、レーザ光源１１０とレーザホルダ１１１が組み立てられた状態の構成体を示す斜視図である。以下、Ｘ軸正方向を前方向、Ｙ軸正方向を左方向、Ｚ軸正方向を上方向とし、適宜、上下左右前後を用いて説明を行う。

図６（ａ）を参照して、レーザ光源１１０は、板ばね１１２によって、レーザホルダ１１１に装着される。また、レーザホルダ１１１には、治具装着部材１１３が装着される。治具装着部材１１３は、レーザ光源１１０の位置調整の際に用いられる。すなわち、ベース４００に対してレーザ光源１１０を位置調整する際に、治具装着部材１１３に位置調整用の治具が装着される。

レーザ光源１１０は、フレームパッケージ型の半導体レーザである。図６（ｂ）に示すように、レーザ光源１１０は、フレーム１１０ａと、モールド１１０ｂと、レーザ素子１１０ｃと、３つの端子１１０ｄを備えている。

フレーム１１０ａは、Ｚ軸方向に扁平な形状を有する。フレーム１１０ａは、レーザ素子１１０ｃにより発生する熱を放熱するため、熱伝導性に優れる金属等により形成される。フレーム１１０ａの前方中央部には、前方に突出した突出部１１０ｅが形成されている。また、フレーム１１０ａの左右の側縁には、左右に突出した鍔部１１０ｆ、１１０ｇが形成されている。

フレーム１１０ａには、モールド１１０ｂが形成されている。モールド１１０ｂは、Ｘ軸正方向が開口した樹脂製の枠部材である。レーザ素子１１０ｃは、フレーム１１０ａ上のモールド１１０ｂに囲われた中央の位置に配置されている。レーザ素子１１０ｃは、ワイヤー等により３つの端子１１０ｄと電気的に接続されている。各端子１１０ｄは、回路基板３００に搭載されたレーザ駆動回路２２に電気的に接続されている。

図６（ａ）に戻り、板ばね１１２は、バネ性のある板状の部材であり、図示の如く、前端部と左右の端部が、それぞれ、下方向に折り曲げられた形状を有する。板ばね１１２の左右の端縁には、下方向に突出する凸部１１２ａ、１１２ｂが形成されている。凸部１１２ａ、１１２ｂの先端は、それぞれ、円弧状になっている。また、板ばね１１２の中央には開口１１２ｃが設けられており、開口１１２ｃの前側端縁から、斜め上方向に突出するように、山折部１１２ｄが形成されている。山折部１１２ｄの頂部は、ＸＺ平面の断面が円弧状になっている。また、板ばね１１２の後端の中央には、鉤状に折り曲げられた鉤部１１２ｅが形成されている。

レーザホルダ１１１は、略立方体形状の保持部材である。レーザホルダ１１１は、レーザ光源１１０により発生する熱を放熱するため、熱伝導性に優れる金属（亜鉛、マグネシウム等）により形成されている。レーザホルダ１１１には、中央に、レーザ光源１１０と板ばね１１２を収容するための開口１１１ａが形成されている。また、レーザホルダ１１１の左側面には、開口１１１ａに続く切り欠き１１１ｂが、レーザ光源１１０の形状に沿うように、形成されている。

図６（ａ）を参照して、レーザホルダ１１１の開口１１１ａは、上部の左右方向の幅が下部の左右方向の幅よりも小さくなっている。また、開口１１１ａ上部の左右方向の幅は、板ばね１１２の左右方向の幅よりもやや大きくなっており、開口１１１ａ下部の左右方向の幅は、レーザ光源１１０の左右方向の幅よりもやや大きくなっている。

開口１１１ａの前方の内側面には、外部に続く円形の開口１１１ｃが形成されている。また、開口１１１ａの底面には、ヒートジェルを注入するための溝１１１ｄが形成されている。さらに、レーザホルダ１１１の上面には、板ばね１１２の鉤部１１２ｅと係合する溝１１１ｅが形成されている。レーザホルダ１１１の下側面および右側面には、治具装着部材１１３を装着するための溝１１１ｆが形成されている。

なお、ＸＹ平面の面内方向における開口１１１ａ下部の内側面の形状は、ＸＹ平面の面内方向におけるレーザ光源１１０の輪郭に対応する形状となっている。すなわち、開口１１１ａ下部の内側面には、レーザ光源１１０の突出部１１０ｅおよび鍔部１１０ｆ、１１０ｇの外側面に当接して、レーザ光源１１０の前後方向および左右方向の位置ずれを規制する壁面１１１ｇ〜１１１ｊが形成されている。さらに、開口１１１ａ下部の内側面には、レーザ光源１１０の突出部１１０ｅの外側面に当接して、レーザ光源１１０を所定の位置に案内する傾斜面１１１ｋが形成されている。

なお、図６（ａ）には図示されていないが、壁面１１１ｊに対して左右対称な位置にも壁面が形成されている。レーザ光源１１０が開口１１１ａに挿入されると、この壁面と壁面１１１ｊとの間に、レーザ光源１１０のフレーム１１０ａ前側に形成された突出部１１０ｅが嵌り込む。また、図６（ａ）には図示されていないが、傾斜面１１１ｋに対して左右対称な位置にも傾斜面が形成されている。半導体レーザ１１０が開口１１１ａに挿入されると、この傾斜面と傾斜面１１１ｋに案内されて、フレーム１１０ａ前側の突出部１１０ｅが壁面１１１ｊとこれに対向する壁面との間に嵌り込む。

治具装着部材１１３は、レーザホルダ１１１を左右に挟み、且つ、溝１１１ｆに嵌り込む形状を有している。治具装着部材１１３には、Ｌ字状に段部１１３ａが形成されている。治具装着部材１１３は、段部１１３ａが形成されることにより、前後方向の厚みが小さくなっている。治具装着部材１１３の、段部１１３ａが形成された部分が、レーザホルダ１１１の溝１１１ｆに嵌まり込むことで、治具装着部材１１３がレーザホルダ１１１に装着される。

レーザ光源１１０のレーザホルダ１１１への装着時には、凸部１１２ａ、１１２ｂがそれぞれ鍔部１１０ｆ、１１０ｇの上に載るように板ばね１１２がレーザ光源１１０の上に重ねられた状態で、レーザ光源１１０と板ばね１１２が、後方から、レーザホルダ１１１の開口１１１ａに挿入される。レーザ光源１１０は、開口１１１ａの内側面に形成された壁面１１１ｇ、１１１ｈによって移動が規制されるまで、前方に押し込まれる。また、板ばね１１２は、鉤部１１２ｅがレーザホルダ１１１の溝１１１ｅに係合するまで、前方に押し込まれる。このとき、板ばね１１２の山折部１１２ｄが開口１１１ａの上方の内側面に押されて下方向に撓み、山折部１１２ｄの復元力によって、レーザ光源１１０の底面が開口１１１ａの底面に押し付けられる。これにより、レーザ光源１１０が、上下方向に位置決めされる。

また、レーザ光源１１０と板ばね１１２がレーザホルダ１１１の開口１１１ａに挿入されると、フレーム１１０ａの前側中央に形成された突出部１１０ｅが、レーザホルダ１１１の開口１１１ａ前方に形成された傾斜面１１１ｋに当接する。その後、さらに、レーザ光源１１０と板ばね１１２がレーザホルダ１１１に挿入されると、上記のように、突出部１１０ｅが、壁面１１１ｊと、これに対向する壁面（図示せず）との間に嵌り込み、鍔部１１０ｆの右側面が壁面１１１ｉに当接する。また、レーザ光源１１０の鍔部１１０ｆ、１１０ｇの前側面が、レーザホルダ１１１の開口１１１ａ前方に形成された壁面１１１ｇ、１１１ｆに当接し、レーザ光源１１０をさらに押し込めなくなる。こうして、レーザ光源１１０が、前後左右方向に位置決めされる。

以上のようにして、レーザホルダ１１１に対するレーザ光源１１０の上下左右前後方向の位置が決定されると、レーザ光源１１０とレーザホルダ１１１との境界部分に接着剤が塗布され、レーザ光源１１０がレーザホルダ１１１に対して接着固定される。その後、図６（ｃ）に示すように、レーザホルダ１１１の溝１１１ｄにヒートジェルが流入され、レーザ光源１１０とレーザホルダ１１１の隙間が埋められる。これにより、レーザ光源１１０のレーザ素子１１０ｃによって生じた熱が、効率よく、フレーム１１０ａを介して、レーザホルダ１１１に伝達される。

その後、図６（ａ）に示すように、下側から治具装着部材１１３がレーザホルダ１１１の溝１１１ｆに嵌め込まれ、治具装着部材１１３がレーザホルダ１１１に装着される。これにより、図６（ｃ）に示すように、レーザ光源１１０とレーザホルダ１１１の組立が完了する。

図７（ａ）は、コリメータレンズ１２０とコリメータレンズホルダ１２１の分解斜視図である。図７（ｂ）、図７（ｃ）は、コリメータレンズ１２０がコリメータレンズホルダ１２１に装着された状態を示す斜視図である。図７（ｄ）は、押さえばね１２２を示す斜視図である。

図７（ａ）を参照して、コリメータレンズホルダ１２１は、正面視において略円形の輪郭を有するとともに、開口１２１ａが形成された有底筒状の枠部材である。また、図７（ｂ）を参照して、コリメータレンズホルダ１２１のＸ軸負側の側面の中央には、開口１２１ａよりも小さい径の開口１２１ｂが形成されている。開口１２１ｂは、レーザ光をミラー１３０へと導くためのものである。

コリメータレンズホルダ１２１の外周面には、コリメータレンズ１２０とコリメータレンズホルダ１２１を接着固定する際に接着剤を流入させるための２つの穴１２１ｃ、１２１ｄが、Ｙ軸方向に並ぶように形成されている。また、コリメータレンズホルダ１２１の外周面には、ＸＹ平面に平行な平坦部１２１ｅ、１２１ｆが、Ｚ軸方向に対称に形成されている。

開口１２１ａの径は、コリメータレンズ１２０の径よりも僅かに大きい。コリメータレンズ１２０のＸ軸負方向の面が開口１２１ａの底に当接するまで、Ｘ軸正側からコリメータレンズ１２０が開口１２１ａに嵌め込まれる（図７（ｃ）参照）。この状態で、穴１２１ｃ、１２１ｄに接着剤が流入され、コリメータレンズ１２０がコリメータレンズホルダ１２１に接着固定される。

図７（ｄ）を参照して、押さえばね１２２は、バネ性のある板ばねであり、中央に一段低い段部１２２ａを有する。押さえばね１２２は、Ｙ軸方向に対称な形状を有する。押さえばね１２２には、押さえばね１２２をベース４００に装着するための２つの鉤部１２２ｂが形成されている。

図８（ａ）は、Ｚ軸正側から見たときの受光ユニット２００の分解斜視図である。図８（ｂ）は、Ｚ軸負側から見たときの撮像レンズホルダ２６０の斜視図である。なお、図８（ｂ）の撮像レンズホルダ２６０は、図８（ａ）の撮像レンズホルダ２６０に対して、Ｙ軸方向に反転した状態で示されている。

レンズバレル２５０は、中空の円柱形状を有している。レンズバレル２５０の前面には、アパーチャ２１０が装着されている。レンズバレル２５０の内部には、複数のリング状の溝が形成されており、４枚の撮像レンズ２２０が、それぞれの光軸が一致するように嵌
め込まれている（図示せず）。レンズバレル２５０の外周には、ネジ溝２５１が形成されている。

撮像レンズホルダ２６０は、筒部２６１とベース４００に接続固定されるためのベース装着部２６２とイメージセンサ回路基板２４１を接続固定するためのイメージセンサ装着部２６３を有している。すなわち、筒部２６１の周りに鍔部２６４が形成され、この鍔部２６４のＺ軸正側の面がベース装着部２６２となっており、鍔部２６４のＺ軸負側の、Ｚ軸に垂直な面が、イメージセンサ装着部２６３となっている。

筒部２６１は、正面視において、略円形の形状を有している。筒部２６１には、レンズバレル２５０を収容するための円形の開口２６１ａが形成されている。筒部２６１の内側面には、レンズバレル２５０のネジ溝２５１と噛み合うネジ溝が形成されている（図示せず）。

また、筒部２６１の外周部のＹ軸正方向の位置には、ＸＺ平面に平行な面でカットされたカット部２６１ｂが形成されている。また、カット部２６１ｂの隣接位置には、ＸＺ平面からＹ軸負方向にやや傾いた面でカットされた傾斜部２６１ｃ、２６１ｄが形成されている。また、筒部２６１の外周部のＹ軸負方向の位置にも、同様にカット部２６１ｅ、傾斜部２６１ｆ、２６１ｇが形成されている（図９（ｃ）参照）。

ベース装着部２６２は、正面視において、角が欠けた略方形形状を有している。ベース装着部２６２は、ＸＹ平面に平行な平面となっている。また、図８（ｂ）に示すように、イメージセンサ装着部２６３も、ＸＹ平面に平行な平面となっている。イメージセンサ装着部２６３には、フィルタ２３０とＣＭＯＳイメージセンサ２４０を収容するための略方形状の開口２６３ａが形成されている。イメージセンサ装着部２６３の内側面には、フィルタ２３０を装着するための複数の鍔部２６３ｂが形成されている。複数の鍔部２６３ｂは、開口２６３ａの中心に向かって突出しており、これら鍔部２６３ｂの間にフィルタ２３０が嵌め込まれる。鍔部２６３ｂのＺ軸正側には、ＸＹ平面に平行な平面が形成されている。

なお、ベース装着部２６２には、円形の孔と、Ｕ字型の切り欠きが形成されている。これらの孔と切り欠きは、撮像レンズ２２０とＣＭＯＳイメージセンサ２４０の位置調整の際に用いられる。すなわち、かかる位置調整の際に、これらの孔と切り欠きに位置調整用の治具が装着される。

レンズバレル２５０の撮像レンズホルダ２６０への装着時には、まず、レンズバレル２５０がＺ軸正側から撮像レンズホルダ２６０の開口２６１ａに螺着される。そして、フィルタ２３０が、Ｚ軸負側から撮像レンズホルダ２６０の鍔部２６３ｂの間に嵌め込まれて、接着固定される。こうして、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す構成体が完成する。図９（ａ）は、この構成体をＺ軸正側から見た斜視図、図９（ｂ）は、この構成体をＺ軸負側から見た斜視図である。また、図９（ｃ）は、この構成体をＺ軸正側から見た平面図である。

図８（ａ）に戻り、イメージセンサ回路基板２４１は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０と、コンデンサ２４１ａを搭載する回路基板である。コンデンサ２４１ａは、イメージセンサ回路基板２４１に発生する電気的ノイズを低減させる。なお、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０には、撮像が有効な領域が模式的に示されている。撮像有効領域は、図示のごとく、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０のサイズよりも小さい領域である。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）を参照して、イメージセンサ回路基板２４１には、図２で
示した撮像信号処理回路２３が搭載されている。イメージセンサ回路基板２４１のＺ軸負側の面には、薄い補強板２４１ｂが貼り付けられている。

回路基板３００の四隅には、切り欠き３００ａ〜３００ｄが形成されている。また、回路基板３００の中央付近には、２つのネジ溝３００ｅ、３００ｆが形成されている。回路基板３００には、図２で示したＣＰＵ２１、レーザ駆動回路２２、メモリ２５等が搭載されている。

イメージセンサ回路基板２４１と回路基板３００は、ＦＰＣ３０１によって接続されている。イメージセンサ回路基板２４１と回路基板３００は、ＦＰＣ３０１が一体的に形成されたリジッドフレキシブル基板（フレックスリジッド基板とも称される）である。イメージセンサ回路基板２４１と回路基板３００は、ガラスエポキシ樹脂からなるリジッド層とポリイミドフィルムからなるフレキシブル層が複数積層された構造となっている。イメージセンサ回路基板２４１と回路基板３００は、たとえば、６層構造となっており、このうち、中間の２層がフレキシブル層、それ以外の層がリジッド層となっている。イメージセンサ回路基板２４１、回路基板３００には、フレキシブル層とリジッド層を貫通するように銅めっきされたスルーホール等が形成されており、それぞれの回路パターン、電気素子等と、それぞれのフレキシブル層が電気的に導通可能となっている。

ＦＰＣ３０１は、イメージセンサ回路基板２４１のフレキシブル層と回路基板３００のフレキシブル層に直接接続されている。すなわち、イメージセンサ回路基板２４１と回路基板３００には、ＦＰＣ３０１を接続するためのコネクタ等が配されていない。これにより、イメージセンサ回路基板２４１と回路基板３００は互いに電気的に接続される。図１０（ａ）、（ｂ）において、ＦＰＣ３０１は、Ｚ軸正方向に撓んでおり、Ｘ軸方向に変形可能となっている。

なお、図１０（ａ）、（ｂ）のように、イメージセンサ回路基板２４１と回路基板３０１がＸ軸方向に並ぶように配されており、ＦＰＣ３０１で電気的に接続される構成は、請求項１、２に記載の構成の一例である。また、ＦＰＣ３０１がＺ軸正方向に撓んでおり、Ｘ軸方向に変形可能である構成は、請求項３に記載の構成の一例である。さらに、イメージセンサ回路基板２４１、回路基板３００、ＦＰＣ３０１がリジッドフレキシブル基板である構成は、請求項４に記載の構成の一例である。

図１１（ａ）は、ベース４００をＺ軸負側から見た斜視図、図１０（ｂ）は、ベース４００をＺ軸正側から見た斜視図である。

図１１（ａ）、図１１（ｂ）を参照して、ベース４００は、Ｘ軸方向に長い板状の形状を有し、投射ユニット１００を収容するための投射ハウジング部４１０と、受光ユニット２００を収容するための受光ハウジング部４２０が一体的に形成されている。ベース４００は、剛性が高く、且つ、熱伝導率が高い材料により形成されている。たとえば、ベース４００は、亜鉛、マグネシウム等の金属材料により形成されている。

また、ベース４００には、回路基板３００を装着するための凸部４００ａ〜４００ｄが形成され、さらに、回路基板３００を螺着するためのネジ穴４００ｅ、４００ｆが形成されている。ベース４００には、投射ユニット１００と受光ユニット２００が、互いにＸ軸方向に並ぶように装着される。また、ベース４００は、レーザ光源１１０等で生じた熱を外部に放熱するヒートシンクとして作用する。投射ハウジング部４１０のＺ軸負側の面（光学部材の設置面）は、受光ハウジング部４２０に比べて、Ｚ軸正方向に、一段低くなっている。

図１２（ａ）は、投射ハウジング部４１０周辺をＺ軸負側から見た斜視図である。図１２（ｂ）は、投射ハウジング部４１０周辺をＹ軸正側から見た斜視図である。図１２（ｃ）は、投射ハウジング部４１０周辺をＺ軸正側から見た斜視図である。

図１２（ａ）を参照して、投射ハウジング部４１０は、Ｚ軸負側の面に、レーザホルダ１１１、コリメータレンズホルダ１２１およびミラー１３０を装着するための構造を有している。投射ハウジング部４１０には、Ｚ軸正方向に一段低くなった段部４１１と、Ｚ軸負方向に突出する壁部４１２と、コリメータレンズホルダ装着部４１３と、ミラー装着部４１４が形成されている。

段部４１１には、中央に円形の開口４１１ａが形成され、さらに、２つの隅に方形状の穴４１１ｂ、４１１ｃが形成されている。壁部４１２は、ＹＺ平面に平行な平面となっており、中央にＵ字型の切り欠き４１２ａが形成されている。切り欠き４１２ａのＹ軸方向の幅は、レーザホルダ１１１の開口１１１ｃ（図６（ａ）参照）のＹ軸方向の幅よりも広く、レーザホルダ１１１のＸ軸正方向の外側面のＹ軸方向の幅よりも狭い。また、段部４１１から壁部４１２の上端（Ｚ軸負方向の端部）までの高さは、レーザホルダ１１１のＺ軸方向の幅よりもやや大きい。また、段部４１１のＹ軸方向の幅は、レーザホルダ１１１のＹ軸方向の幅よりもかなり広い。

図１２（ｂ）を参照して、コリメータレンズホルダ装着部４１３には、ＸＹ平面に平行な底面４１３ａと、ＸＹ平面からＹＺ平面の面内方向かつＺ軸負方向に所定の角度だけ傾いた傾斜面４１３ｂ、４１３ｃが形成されている。底面４１３ａの中央には、略方形状の開口４１３ｄが形成されている。また、コリメータレンズホルダ装着部４１３のＹ軸正負方向には、押さえばね１２２を装着するための押さえばね装着部４１３ｅが形成されている。押さえばね装着部４１３ｅには、押さえばね１２２の鉤部１２２ｂと係合して押さえばね１２２を抜け止めする係合部が設けられている。

また、ミラー装着部４１４は、ＸＹ平面からＸＺ平面の面内方向かつＺ軸負方向に４５°傾いた２つの傾斜面からなっている。２つの傾斜面間のＹ軸方向の幅は、ミラー１３０のＹ軸方向の幅よりも狭い。また、ミラー装着部４１４のＺ軸正方向の端部からＸ軸正方向に所定の距離だけ離れた位置に、Ｘ軸正方向におけるミラー１３０の変位を規制して、ミラー１３０を傾斜させた状態で固定するための２つの凸部４１４ａが形成されている。

図１２（ｃ）を参照して、投射ハウジング部４１０の前面（Ｚ軸正方向）には、ＤＯＥ装着部４１５が形成されている。ＤＯＥ装着部４１５は、ＤＯＥ１４０を僅かな隙間をもって嵌め込むことが可能な輪郭を有し、また、ベース４００の表面よりも一段低い平坦な底面４１５ａを有している。底面４１５ａのＺ軸方向の深さは、ＤＯＥ１４０の厚みよりもやや深い。また、底面４１５ａは、ＸＹ平面に平行な平面となっている。また、ＤＯＥ装着部４１５には、ＤＯＥ１４０の外周と僅かな隙間をもって対向する壁面４１５ｂ〜４１５ｅが形成されている。壁面４１５ｂ、４１５ｄは、ＸＺ平面に平行な平面となっており、壁面４１５ｃ、４１５ｅは、ＹＺ平面に平行な平面となっている。

ＤＯＥ装着部４１５の底面４１５ａの中央には、レーザ光源１１０からのレーザ光をＤＯＥ１４０に導くための開口４１５ｆが形成されている。また、ＤＯＥ装着部４１５の４隅には、ＤＯＥ１４０をベース４００に接着する際に接着剤を塗布するための略Ｕ字型の接着溝４１５ｇ〜４１５ｊが形成されている。

図１２（ａ）を参照して、投射ユニット１００の組立時には、まず、ミラー１３０が、ミラー装着部４１４に載置される。このとき、ミラー１３０のＺ軸正側の端部が２つの凸部４１４ａに押し当てられる。この状態で、ミラー１３０が接着固定される。これにより
、ミラー１３０が、ＸＹ平面に対して、ＹＺ平面の面内方向に４５°の傾きを持つように、投射ハウジング部４１０に装着される。

次に、コリメータレンズ１２０が装着されたコリメータレンズホルダ１２１が、傾斜面４１３ｂ、４１３ｃに載せられる。このとき、コリメータレンズホルダ１２１の平坦部１２１ｆ（図７（ｂ）参照）は、コリメータレンズホルダ装着部４１３の底面４１３ａに接触せず、コリメータレンズホルダ１２１の円周部と、傾斜面４１３ｂ、４１３ｃが互いに線接触する。

そして、押さえばね１２２が、コリメータレンズホルダ１２１の押さえばね装着部４１３ｅに装着される。このとき、押さえばね１２２の段部１２２ａがＺ軸負方向に撓み、その復元力によって、コリメータレンズホルダ１２１の平坦部１２１ｅがＺ軸正方向に押される。これにより、コリメータレンズホルダ１２１は、傾斜面４１３ｂ、４１３ｃに押し付けられ、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の移動が抑制される。

次に、レーザ光源１１０が装着されたレーザホルダ１１１に治具が取り付けられ、レーザホルダ１１１のＸ軸正方向の外側面が壁部４１２のＸ軸負側の面に押し当てられる。

図１３（ａ）は、レーザホルダ１１１が、治具により、壁部４１２に押し当てられた状態を示す斜視図である。なお、図１３（ａ）には、便宜上、位置調整用の治具の図示が省略されている。

図１３（ａ）に示す状態において、レーザホルダ１１１と段部４１１との間には、Ｚ軸方向およびＹ軸方向に、所定の隙間が存在する。レーザホルダ１１１は、治具により、壁部４１２に押し付けられつつ、ＹＺ平面の面内方向に変位される。こうして、レーザ光源１１０を変位させながら、レーザ光源１１０の光軸とコリメータレンズ１２０の光軸が一致するよう、レーザ光源１１０のＹＺ平面の面内方向における位置調整が行われる。この調整は、レーザ光を点灯させた状態で行われる。

かかる調整の後、コリメータレンズ１２０の位置調整が行われる。ここでは、治具を用いて、コリメータレンズホルダ１２１がＸ軸方向に変位され、コリメータレンズ１２０の焦点位置がレーザ光源１１０の発光点に対して適正な位置となるよう、コリメータレンズ１２０のＸ軸方向の位置調整が行われる。

図１３（ｂ）を参照して、こうして位置調整がなされた後、穴４１１ｂ、４１１ｃを介して、レーザホルダ１１１と壁部４１２の接触部に接着剤が塗布される。これにより、レーザホルダ１１１が投射ハウジング部４１０に接着固定される。こうしてレーザホルダ１１１が投射ハウジング部４１０に固定された状態において、レーザ光源１１０のフレーム１１０ａのＺ軸正側の面は、ベース４００の表面（段部４１１の表面）に平行または略平行となり、また、フレーム１１０ａのＺ軸正側の面は、レーザホルダ１１１を介して、ベース４００の表面（段部４１１の表面）に対向することとなる。

このようにレーザホルダ１１１が投射ハウジング部４１０に固定された状態において、レーザホルダ１１１と段部４１１の間に、所定の隙間が存在する。この隙間に、開口４１１ａを介して、ヒートジェルが流入され、この隙間がヒートジェルによって埋められる。上述のように、レーザ光源１１０のフレーム１１０ａとレーザホルダ１１１はともに金属で構成され、フレーム１１０ａとレーザホルダ１１１との隙間がヒートジェルで埋められている。したがって、レーザ光源１１０で発生した熱は、レーザホルダ１１１、ヒートジェルを介して、ベース４００に効率よく伝達される。こうして、伝達されたレーザ光源１１０の熱は、表面積の広いベース４００により、効率よく外部に放熱される。

さらに、開口４１３ｄを介して、コリメータレンズホルダ１２１とコリメータレンズホルダ装着部４１３の傾斜面４１３ｂ、４１３ｃとが接触する位置に、左右均等に接着剤が塗布される。これにより、コリメータレンズホルダ１２１が投射ハウジング部４１０に接着固定される。

しかる後、図１２（ｃ）に示すように、ＤＯＥ１４０が、ＤＯＥ装着部４１５に嵌め込まれる。ＤＯＥ装着部４１５の底面４１５ａは、ＸＹ平面に平行な平面となっているため、ＤＯＥ１４０をＤＯＥ装着部４１５の底面４１５ａに設置することにより、投射ハウジング部４１０に対するＤＯＥ１４０のＺ軸方向の位置が決定される。また、ＤＯＥ１４０のＹ軸正側の側面とＸ軸負方向の側面が、それぞれ、壁面４１５ｂ、４１５ｃに押し当てられ、ＤＯＥ１４０のＹ軸方向とＸ軸方向の位置が決定される。この状態で、接着溝４１５ｇ〜４１５ｊに接着剤が流入され、ＤＯＥ１４０が投射ハウジング部４１０に固着される。

こうして、図１３（ｂ）に示すように、投射ユニット１００の組立が完了する。

図１４（ａ）は、ベース４００の受光ハウジング部４２０周辺をＺ軸負側から見た斜視図である。図１４（ｂ）は、ベース４００の受光ハウジング部４２０の周辺をＺ軸負側から見た平面図である。図１４（ｃ）は、ベース４００の受光ハウジング部４２０の周辺をＺ軸正側から見た平面図である。なお、撮像レンズホルダ２６０には、上述のようにして、レンズバレル２５０とフィルタ２３０が取り付けられている。

図１４（ａ）を参照して、受光ハウジング部４２０には、ＸＹ平面に平行な平坦部４２１に略円形の開口４２２が形成されている。図１４（ｂ）に示すように、開口４２２のＹ軸正負方向の位置には、ＸＺ平面に平行な面でカットされたカット部４２２ａ、４２２ｂが形成されている。開口４２２のＸ軸方向の幅は、撮像レンズホルダ２６０の筒部２６１（図９（ｃ）参照）Ｘ軸方向の幅よりもやや大きい。また、カット部４２２ａ、４２２ｂのＸ軸方向の幅は、筒部２６１のカット部２６１ｂ、２６１ｅよりもやや広い。また、開口４２２のＺ軸正側の縁には、開口４２２の中心に向かって突出する鍔部４２２ｃ〜４２２ｆが形成されている。

また、図１４（ｃ）に示すように、受光ハウジング部４２０のＺ軸正側の面には、略Ｕ字型の接着溝４２２ｇ〜４２２ｊが形成されている。

図１４（ａ）に戻り、受光ユニット２００の組立時には、まず、撮像レンズホルダ２６０に対するイメージセンサ回路基板２４１の装着作業が行われる。ここでは、撮像レンズホルダ２６０が治具に固定され、また、イメージセンサ回路基板２４１の補強板２４１ｂが治具により吸着されて、イメージセンサ回路基板２４１が撮像レンズホルダ２６０のイメージセンサ装着部２６３に押し当てられる。この状態で、所定のチャートパターンを確認しながら、イメージセンサ回路基板２４１のＸ軸方向、およびＹ軸方向の位置が調整される。これにより、撮像レンズ２２０の光軸とＣＭＯＳイメージセンサ２４０の中心軸（ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像領域の中心をＺ軸方向に貫く軸：以下、同様）が整合する。

また、この状態で、レンズバレル２５０を回転させることにより、撮像レンズ２２０のフォーカス位置（Ｚ軸方向）調整が行われる。これにより、撮像レンズ２２０によってＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に結像される領域が、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の撮像可能領域に位置づけられるようになる。

こうして、撮像レンズ２２０とＣＭＯＳイメージセンサ２４０のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の位置調整が完了すると、イメージセンサ回路基板２４１が撮像レンズホルダ２６０に接着固定される。

なお、このように、イメージセンサ回路基板２４１が撮像レンズホルダ２６０に装着される構成は、請求項５に記載の構成の一例である。

次に、ベース４００に対する撮像レンズホルダ２６０および回路基板３００の装着作業が行われる。ここでは、治具により、撮像レンズホルダ２６０が把持される。そして、撮像レンズホルダ２６０の筒部２６１（図９（ｃ）参照）が、受光ハウジング部４２０の開口４２２に通され、撮像レンズホルダ２６０のベース装着部２６２（図９（ａ）参照）が、受光ハウジング部４２０の平坦部４２１に押し当てられる。

次に、切り欠き３００ａ〜３００ｄ（図５参照）が、それぞれ、凸部４００ａ〜４００ｄ（図１１（ａ）参照）に係合し、且つ、Ｚ軸正側の面が凸部４００ａ、４００ｃの間の壁の上面と投射ハウジング部４１０（図１１（ａ）参照）の上面に当接するように、回路基板３００が、Ｚ軸負側からベース４００に重ねられる。この状態で、ネジ４０１、４０２が、回路基板３００のネジ溝３００ｅ、３００ｆを介して、ネジ穴４００ｅ、４００ｆに螺着され、回路基板３００がベース４００に装着される。このように、回路基板３００は、ベース４００の投射ハウジング部４１０を覆うようにしてベース４００に装着される。これにより、図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示す構成体が組み立てられる。なお、この状態では、未だ、撮像レンズホルダ２６０はベース４００に接着固定されていない。

なお、このように、Ｚ軸負側の面に設けられた投射ハウジング部４１０を覆うように回路基板３００がベース４００に装着される構成は、請求項７に記載の構成の一例である。

図１５（ａ）は、受光ハウジング部４２０周辺をＺ軸負側から見た斜視図、図１５（ｂ）は、受光ハウジング部４２０周辺をＺ軸正側から見た平面図である。

図１５（ｂ）を参照して、撮像レンズホルダ２６０の筒部２６１に形成された傾斜部２６１ｃ、２６１ｄと、開口４２２の内側面との間には、所定の隙間が存在する。また、同様に傾斜部２６１ｆ、２６１ｇと、開口４２２の内側面との間にも、所定の隙間が存在する。これらの隙間により、撮像レンズホルダ２６０は、ベース４００に対して、ＸＹ平面の面内方向に回転可能となっている。図１５（ｂ）の状態では、撮像レンズホルダ２６０がベース４００に接着固定される前に、撮像レンズホルダ２６０の回転位置調整が行われる。

この調整では、上記のように受光ハウジング部４２０に押し付けられた状態にある撮像レンズホルダ２６０が、治具により、ＸＹ平面の面内方向に回転される。そして、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の横方向（Ｘ軸方向）の画素の並び方向が、投射光学系１０の投射中心（射出瞳）と受光光学系２０の受光中心（入射瞳）の並び方向（Ｘ軸方向）に平行となる位置に、撮像レンズホルダ２６０が受光ハウジング部４２０に対して位置付けられる。この調整では、たとえば、Ｘ軸に平行な直線を撮像し、撮像された直線が撮像画像上において水平となるように、撮像レンズホルダ２６０の回転位置が調整される。

こうして回転位置調整がなされた後、接着溝４２２ｇ、４２２ｈを介して、レンズバレル２５０と撮像レンズホルダ２６０の筒部２６１の接触部に接着剤が塗布される。これにより、レンズバレル２５０と撮像レンズホルダ２６０が接着固定される。また、接着溝４２２ｉ、４２２ｊを介して、撮像レンズホルダ２６０の筒部２６１と受光ハウジング部４２０の接着溝４２２ｉ、４２２ｊが接着固定される。

こうして、図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、受光ユニット２００の組立が完了する。

図１６（ａ）は、回路基板３００がベース４００に装着された状態の情報取得装置２をＺ軸負側から見た斜視図である。図１６（ｂ）は、当該情報取得装置２をＺ軸正側から見た斜視図である。

上述のようにして、投射ユニット１００と受光ユニット２００の組立が完了すると、回路基板３００の四隅に設けられた切り欠き３００ａ〜３００ｄと、これら切り欠き３００ａ〜３００ｄに係合するベース４００の凸部４００ａ〜４００ｄとの間に、接着剤が塗布される。これにより、回路基板３００がベース４００に接着固定される。

こうして、図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように、情報取得装置２の組立が完了する。

図１７は、本実施の形態に係る情報取得装置２の投射光学系１０と受光光学系２０の構成を示す模式図である。

図１７を参照して、本実施の形態におけるレーザ光源１１０は、出射光軸がＸ軸に平行となり、且つ、フレーム１１０ａのＺ軸正側の面がベース４００のＺ軸負側の表面に平行となるように設置される。レーザ光源１１０から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２０により、略平行光に変換される。そして、コリメータレンズ１２０を透過したレーザ光が、ミラー１３０によりＺ軸正方向に反射されてＤＯＥ１４０に入射する。

なお、このように、レーザ光源１１０、コリメータレンズ１２０、ミラー１３０がＸ軸方向に直線状に並び、且つ、ＤＯＥ１４０が目標領域に対向するように配される構成は、請求項６に記載の構成の一例である。

本実施の形態では、図１６（ａ）、（ｂ）のように情報取得装置２の組み立てが完了した状態において、イメージセンサ回路基板２４１と回路基板３００は、Ｘ軸方向に並ぶように配される。また、この状態において、ＦＰＣ３０１が、Ｚ軸方向に撓んでいる。

図１８（ａ）、１８（ｂ）は、それぞれ、比較例１、比較例２に係る情報取得装置２の投射光学系１０と受光光学系２０の構成を示す模式図である。

図１８（ａ）に示す比較例１では、回路基板３００に代えて、イメージセンサ回路基板２４１のＺ軸負側の位置に、回路基板３１０が配されている。回路基板３１０には、回路基板３００と同様、ＣＰＵ２１、レーザ駆動回路２２等が搭載されている。回路基板３１０とイメージセンサ回路基板２４１は、ＦＰＣ３１１によって電気的に接続されている。回路基板３１０には、ＦＰＣ３１１を接続するためのコネクタ３１０ａが設けられている。

比較例１の場合、イメージセンサ回路基板２４１と回路基板３１０がＺ軸方向に並び、また、ＦＰＣ３１１の接続のためにコネクタ３１０ａを設ける必要があるため、Ｚ軸方向における情報取得装置２の幅が大きくなる。

これに対し、本実施の形態では、イメージセンサ回路基板２４１と回路基板３００が、Ｘ軸方向に並ぶように配されるため、比較例１に比べて、イメージセンサ回路基板２４１の厚み分、情報取得装置２を薄型化することができる。また、本実施の形態では、イメー
ジセンサ回路基板２４１と回路基板３００は、リジッドフレキシブル基板であるため、比較例１におけるＦＰＣ３１１とコネクタ３１０ａの配置スペースが不要となる。したがって、情報取得装置２をより薄型化することができる。

ここで、図１８（ｂ）の比較例２に示すように、本実施の形態におけるイメージセンサ回路基板２４１と回路基板３００を単純に一体化させた１枚の回路基板３２０を用いることによっても、情報取得装置２の薄型化を図ることができる。比較例２の場合、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０と撮像信号処理回路２３は、回路基板３２０に搭載される。

しかし、比較例２の場合、レーザ光源１１０で生じた熱によって、ベース４００と回路基板３２０が、それぞれ、Ｘ軸方向に膨張することが起こり得る。

図１９（ａ）は、比較例２におけるベース４００と回路基板３２０が熱膨張していないときの撮像レンズ２２０の光軸Ａ１とＣＭＯＳイメージセンサ２４０の中心軸Ａ２を示す模式図である。図１９（ｂ）は、比較例２におけるベース４００と回路基板３２０が熱膨張したときの撮像レンズ２２０の光軸Ａ１とＣＭＯＳイメージセンサ２４０の中心軸Ａ２を示す模式図である。

図１９（ａ）を参照して、ベース４００と回路基板３２０が熱膨張していない場合、上述のように撮像レンズ２２０とＣＭＯＳイメージセンサ２４０の位置調整を行うことにより、撮像レンズ２２０の光軸Ａ１とＣＭＯＳイメージセンサ２４０の中心軸Ａ２は互いに一致している。

図１９（ｂ）では、レーザ光源１１０の発熱により、ベース４００が、Ｘ軸正方向に変位量ΔＢ１だけ膨張している。また、回路基板３２０は、レーザ光源１１０の発熱により、Ｘ軸正方向に変位量ΔＣ１だけ膨張している。上述のように、ベース４００は、金属等により形成され、回路基板３２０は、ガラスエポキシ樹脂によって形成されている。通常、樹脂材は、金属よりも熱膨張率が高い。したがって、回路基板３２０の変位量ΔＣ１は、ベース４００の変位量ΔＢ１よりも大きくなっている。

上述のように、撮像レンズ２２０は、レンズバレル２５０、撮像レンズホルダ２６０を介して、ベース４００に保持されている。また、比較例２において、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、回路基板３２０に保持されている。したがって、撮像レンズ２２０は、ベース４００の膨張に従って、変位量ΔＢ１だけ変位し、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、回路基板３２０の膨張に従って、変位量ΔＣ１だけ変位する。すなわち、撮像レンズ２２０の光軸Ａ１と、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の中心軸Ａ２は、互いに変位量ΔＣ１から変位量ΔＢ１を差分した変位量ΔＡ１だけずれることになる。

このように、撮像レンズ２２０の光軸Ａ１とＣＭＯＳイメージセンサ２４０の中心軸Ａ２がずれると、目標領域で反射されたＤＰ光の入射位置が適正な位置からずれることとなり、距離取得の処理に悪影響を及ぼす惧れがある。

なお、ここでは、ベース４００と回路基板３２０の熱膨張率の違いによって、撮像レンズ２２０の光軸がＣＭＯＳイメージセンサ２４０の中心軸に対してずれが生じることを説明したが、実際には、回路基板３２０はベース４００に接着固定されるため、回路基板３２０がＺ軸負方向に撓むように変化することも想定され得る。この場合、撮像レンズ２２０の光軸がＣＭＯＳイメージセンサ２４０の中心軸に対して傾くことも起こり得る。

これに対し、本実施の形態では、図１７に示すように、回路基板３００とイメージセンサ回路基板２４１はＦＰＣ３０１によって接続されているため、レーザ光源１１０の発熱
により回路基板３００が膨張したとしても、ＦＰＣ３０１が撓むことによって、回路基板３００の熱膨張がイメージセンサ回路基板２４１に伝わることはない。また、イメージセンサ回路基板２４１は、主要な熱源となるレーザ光源１１０から十分に離れているため、熱膨張の程度は極めて軽微である。したがって、本実施の形態では、熱膨張による撮像レンズ２２０の光軸とＣＭＯＳイメージセンサ２４０の中心軸のずれが効果的に抑制され得る。

このように、本実施の形態では、レーザ光源１１０の発熱によりベース４００が熱膨張したとしても、撮像レンズ２２０の光軸とＣＭＯＳイメージセンサ２４０の中心軸のずれを抑えることができる。したがって、適正に距離取得を行うことができる。

＜実施の形態の効果＞
以上、本実施の形態では、ＣＰＵ２１、レーザ駆動回路２２等が配される回路基板３００と、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０、撮像信号処理回路２３等が配されるイメージセンサ回路基板２４１がＸ軸方向に並んで配されるため、情報取得装置２を薄型化することができる。また、回路基板３００とイメージセンサ回路基板２４１は、可撓性のＦＰＣ３０１によって電気的に接続されているため、熱膨張による撮像レンズ２２０の光軸とＣＭＯＳイメージセンサ２４０の中心軸のずれを抑制することができる。これにより、適正に距離取得を行うことができる。

また、本実施の形態では、回路基板３００とイメージセンサ回路基板２４１は、リジッドフレキシブル基板であるため、ＦＰＣ３０１の接続にコネクタ等を要しない。したがって、情報取得装置２をより薄型化することができる。

また、本実施の形態では、レーザ光源１１０からミラー１３０までの光学部材がベース４００の表面に平行になるよう、投射光学系１０の光路が折り曲げられて各光学部材が配されているため、情報取得装置２の厚みを薄く構成することができる。

＜変更例＞
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、回路基板３００およびイメージセンサ回路基板２４１は、リジッドフレキシブル基板により構成されたが、リジッド基板により構成されても良い。この場合、図２０に示すように、回路基板３００の背面とイメージセンサ回路基板２４１の背面に、それぞれ、コネクタ３００ｇとコネクタ２４１ｃが配され、これらのコネクタ２４１ｃ、３００ｇにＦＰＣ３０２が接続される。

本変更例によれば、上記実施の形態と同様、熱膨張による撮像レンズ２２０の光軸とＣＭＯＳイメージセンサ２４０の中心軸のずれを抑制できる。なお、本変更例では、上記実施の形態に比べ、コネクタ２４１ｃ、３００ｇとＦＰＣ３０２の配置スペース分だけ、情報取得装置２の厚みが増加する。しかしながら、本変更例では、図１８（ａ）の比較例１のように回路基板３１０とイメージセンサ回路基板２４１がＺ軸方向に並ぶ構成に比べて、情報取得装置２の薄型化を図ることができる。情報取得装置２の薄型化のためには、上記実施の形態のように、リジッドフレキシブル基板が用いられるのが望ましい。

また、上記実施の形態および変更例では、回路基板３００とイメージセンサ回路基板２４１を電気的に接続するために、ＦＰＣ３０１、３０２が用いられたが、ＦＰＣ３０１、３０２に代えて、導線、電気ケーブル等、他の電気的接続手段が用いられても良い。

また、上記実施の形態では、１枚の回路基板３００に、ＣＰＵ２１、メモリ２５、レーザ駆動回路２２等が搭載されたが、複数の回路基板に分かれて、これらの回路部が搭載されていても良い。この場合も、複数の回路基板をＸ軸方向に並べて配置することにより、情報取得装置２の薄型化を図ることができる。

また、上記実施の形態では、イメージセンサ回路基板２４１に撮像信号処理回路２３が配置されたが、イメージセンサ回路基板２４１に配置される回路部は、必ずしも、撮像信号処理回路２３に限られない。たとえば、イメージセンサ回路基板２４１を上記実施の形態よりも広くし、回路基板３００を上記実施の形態よりも狭くして、回路基板３００に搭載されていた回路部の一部をイメージセンサ回路基板２４１の方に搭載するようにして良い。

また、上記実施の形態では、回路基板３００が、レーザ光源１１０、コリメータレンズ１２０およびミラー１３０を全て覆うように、ベース４００に設置されたが、これら光学部材の一部を覆うように、回路基板３００が設置されても良い。

なお、本実施の形態および変更例では、回路基板３００のＺ軸負側の側面とイメージセンサ回路基板２４１のＺ軸負側の側面が、同一平面に含まれるよう構成されたが、回路基板３００のＺ軸負側の側面とイメージセンサ回路基板２４１のＺ軸負側の側面は、必ずしも同一平面に含まれなくとも良く、Ｚ軸方向にややずれていても良い。

また、上記実施の形態では、距離取得の処理がＣＰＵ２１の機能により実行されたが、この処理が回路を用いたハードウェア構成により実行されても良い。この場合、距離取得を行う回路部は、回路基板３００に搭載されていても良い。

また、上記実施の形態では、レーザ光源１１０として、フレームパッケージ型の半導体レーザが用いられたが、ＣＡＮパッケージ型の半導体レーザが用いられても良い。また、レーザ光源１１０に代えて、ＬＥＤ等、他の光源が用いられても良い。

また、上記実施の形態では、目標領域に照射されるレーザ光の波長帯以外の波長帯の光を除去するためにフィルタ２３０を配したが、たとえば、目標領域に照射されるレーザ光以外の光の信号成分を、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０から出力される信号から除去する回路構成が配されるような場合には、フィルタ２３０が省略され得る。 また、上記実施の形態では、受光素子として、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０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。さらに、投射光学系１０および受光光学系２０の構成も、適宜変更可能である。また、テレビ等の制御入力以外の制御形態にも、本発明は適用可能である。

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 … 物体検出装置
２ … 情報取得装置
３ … 情報処理装置
１００ … 投射ユニット（投射部）
１１０ … レーザ光源（光源）
１２０ … コリメータレンズ
１３０ … ミラー
１４０ … ＤＯＥ（回折光学素子）
２００ … 受光ユニット（受光部）
２２０ … 撮像レンズ
２４０ … ＣＭＯＳイメージセンサ（撮像素子）
２４１ … イメージセンサ回路基板（第１の回路基板）
２６０ … 撮像レンズホルダ（ホルダ）
３００ … 回路基板（第２の回路基板）
３０１、３０２ ＦＰＣ（配線材）
４００ … ベース
４１０ … 投射ハウジング部（構造）

Claims (8)

1. 光源から出射された光を所定のドットパターンで目標領域に投射する投射部と、
   撮像レンズおよび撮像素子を備え、前記目標領域を撮像する受光部と、
   前記投射部と前記受光部とを並べて設置するためのベースと、
   前記撮像素子が設置される第１の回路基板と、
   所定の回路部が配置され、前記第１の回路基板よりも前記光源側に配置される第２の回路基板と、を備え、
   前記撮像レンズは、前記ベースに設置され、
   前記第１の回路基板と前記第２の回路基板は、前記投射部と前記受光部の並び方向に並び、且つ、可撓性の配線材によって互いに電気的に接続されている、
   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、
   前記第１の回路基板と前記第２の回路基板は、ＦＰＣにより電気的に接続されている、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、
   前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とＦＰＣは、それぞれが一体となるように形成されたリジッドフレキシブル基板である、
   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、
   前記投射部は、前記光源から出射された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光を反射させるミラーと、前記ミラーに反射された前記光を前記ドットパターンを有する光に変換して前記目標領域に投射する回折光学素子をさらに備え、
   前記光源、前記コリメータレンズおよび前記ミラーが直線状に並び、且つ、前記回折光学素子が前記目標領域に対向するように、前記光源、前記コリメータレンズ、前記ミラーおよび前記回折光学素子が前記ベースに配される、
   ことを特徴とする情報取得装置。
5. 請求項４に記載の情報取得装置において、
   前記ベースには、前記光源、前記コリメータレンズおよび前記ミラーを装着するための構造が、前記目標領域に対向する面と反対側の面に、一体的に形成されており、
   前記第２の回路基板は、前記構造の少なくとも一部を覆うように配置される、
   ことを特徴とする情報取得装置。
6. 請求項４または５に記載の情報取得装置において、
   前記第１の回路基板は、前記撮像素子が前記撮像レンズに向き合うように配置され、
   前記第２の回路基板は、前記光源、前記コリメータレンズ、前記ミラーを覆うように前記ベースに装着される、
   ことを特徴とする情報取得装置。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の情報取得装置において、
   前記受光部は、前記撮像レンズを保持するホルダを備え、
   前記撮像レンズは、前記ホルダを介して、前記ベースに設置され、
   前記ホルダの前記目標領域側の端部と反対側の端部に前記第１の回路基板が装着される、
   ことを特徴とする情報取得装置。
8. 請求項１ないし７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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