JP2014048129A - 物体検出装置および情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の簡素化および小型化を図りつつ、ドットパターンのレーザ光を安定的に目標領域に照射することが可能な情報取得装置およびこれを搭載する物体検出装置を提供する。
【解決手段】発光装置１０と、受光装置２０とが、ベースプレート３００に並べて設置される。発光装置１０は、レーザ光源１１０と、コリメータレンズ１２０と、レーザ光を反射させる反射ミラー１３０と、反射されたレーザ光をドットパターンを有するレーザ光に変換するＤＯＥ１４０と、レーザ光源１１０に供給される電流を所定レベルに維持するＡＣＣ制御回路とを備える。レーザ光源１１０、コリメータレンズ１２０および反射ミラー１３０が、ベースプレート３００の表面に沿って直線状に並び、且つ、ＤＯＥ１４０が目標領域に対向する。
【選択図】図１０

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受光素子により受光される。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受光素子によって受光される。そして、ドットの受光素子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

上記構成の距離画像センサでは、ドットパターンのレーザ光を投射するための光学系として、レーザ光源と、コリメータレンズと、回折光学素子が用いられる。このうち、レーザ光源は、前記ドットパターンのレーザ光を安定的に目標領域に照射するよう制御される必要がある。

たとえば、出射光量をモニタして光出力レベルを調整するＡＰＣ（Auto PowerControl
）制御が、レーザ光源に適用され得る。ＡＰＣ制御には、たとえば、レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を分岐させ、分岐されたレーザ光を光検出器で受光する構成が用いられ得る。しかしながら、この構成では、レーザ光を分岐させる構成が必要となるため、部品点数が増加し、構成の複雑化とコストの上昇を招く。また、光学系にレーザ光を分岐させる構成が必要となるため、装置の大型化も懸念される。

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、装置の簡素化および小型化を図りつつ、ドットパターンのレーザ光を安定的に目標領域に照射することが可能な情報取得装置およびこれを搭載する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、目標領域にドットパターンのレーザ光を照射する発光装置と、前記目標領域を撮像する受光装置と、前記発光装置と前記受光装置が並べて設置される支持部と、を備える。前記発光装置は、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反射させるミラー部と、前記ミラー
部によって反射された前記レーザ光を前記ドットパターンを有するレーザ光に変換して前記目標領域に投射する回折光学素子と、前記レーザ光源に供給される電流を所定レベルに維持する定電流回路と、を備える。前記発光装置は、前記レーザ光源、前記コリメータレンズおよび前記ミラー部が、前記発光装置と前記受光装置が設置される前記支持部の設置面に沿って直線状に並び、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、前記レーザ光源、前記コリメータレンズ、前記ミラー部および前記回折光学素子が前記支持部上に配置される。

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、装置の小型化および簡素化を図りつつ、ドットパターンのレーザ光を安定的に目標領域に照射することが可能な情報取得装置およびこれを搭載する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。 実施の形態に係る発光装置の分解斜視図である。 実施の形態に係る発光装置の構成を示す図である。 実施の形態に係るレーザ光源の構成を示す図である。 実施の形態に係る情報取得装置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の構成と比較例に係る情報取得装置の構成を示す図である。 他の変更例の情報取得装置の構成を示す図である。 他の変更例の情報取得装置の構成を示す図である。

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。

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。図２には、便宜上、投射光学系１００と受光光学系２００に関する方向を示すために、互いに直交するＸ−Ｙ−Ｚ軸が付されている。

情報取得装置１は、光学部の構成として、投射光学系１００と受光光学系２００とを備えている。投射光学系１００と受光光学系２００は、Ｚ軸方向に並ぶように、情報取得装置１に配置される。

投射光学系１００は、レーザ光源１１０と、コリメータレンズ１２０と、反射ミラー１３０と、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１４０とを備えている
。また、受光光学系２００は、フィルタ２１０と、アパーチャ２２０と、撮像レンズ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１は、回路部の構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、ＡＣＣ制御回路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、いわゆるＣＡＮタイプの半導体レーザであり、受光光学系２００から離れる方向（Ｚ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平行光から僅かに広がった光（以下、単に「平行光」という）に変換する。

反射ミラー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（Ｙ軸方向）に反射する。反射ミラー１３０は、入射したレーザ光の略全てを反射する、いわゆる全反射ミラーである。

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、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、たとえば、ステップ型の回折格子が所定のパターンで形成された構造とされる。回折格子は、コリメータレンズ１２０により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、反射ミラー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。ドットパターンの各ドットの大きさは、ＤＯＥ１４０に入射する際のレーザ光のビームサイズに応じたものとなる。ＤＯＥ１４０にて回折されないレーザ光（０次光）は、ＤＯＥ１４０を透過してそのまま直進する。

なお、投射光学系１００の詳細な構成は、追って図４ないし図９を参照して、説明する。

目標領域から反射されたレーザ光は、フィルタ２１０とアパーチャ２２０を介して撮像レンズ２３０に入射する。

フィルタ２１０は、レーザ光源１１０の出射波長（８３０ｎｍ程度）を含む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。アパーチャ２２０は、撮像レンズ２３０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２３０は、アパーチャ２２０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。

ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、撮像レンズ２３０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演算部２１ｂの機能が付与される。

ＡＣＣ制御回路２２は、ＣＰＵ２１（レーザ制御部２１ａ）からの制御信号に応じてレーザ光源１１０を駆動する。ＡＣＣ制御回路２２は、電流検出部２２ａと電流調整部２２ｂとを含み、いわゆるＡＣＣ（Auto Current Control）制御を行う。電流検出部２２ａは、レーザ光源１１０に流れる電流の大きさを検出して、電流調整部２２ｂへ出力する。電流調整部２２ｂは、電流検出部２２ａで検出された電流の大きさに基づいて、レーザ光源１１０に流れる電流の大きさを、当該電流の大きさが予め定められた電流レベルとなるように調整する。

なお、予め定められる電流レベルは、所定の幅を有していてもよい。即ち、上限レベルと下限レベルとが規定され、レーザ光源１１０に流れる電流の大きさがこれら上限レベルと下限レベルとの間の値となるよう、電流が調整されてもよい。

撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０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、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、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、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。

投射光学系１００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。同図（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、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。

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２４０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２４０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。

上記距離演算部２１ｂでは、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上における各セグメント領域の位置が検出され、検出された各セグメント領域の位置から、三角測量法に基づいて、検出対象物体の各セグメント領域に対応する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（２０
０１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０）に示されている。

図４は、本実施の形態に係る発光装置１０の構成例を示す分解斜視図である。図５は、本実施の形態に係る発光装置１０の組み立てが完了した状態を示す図である。発光装置１０は、図２中の投射光学系１００が他の部品とともにユニット化された装置である。なお、図４には、図２で示したＸ−Ｙ−Ｚ軸とともに、前後左右上下の方向が示されている。上下方向はＹ軸方向に平行、左右方向はＸ軸方向に平行、前後方向はＺ軸方向に平行である。

図４を参照して、発光装置１０は、上述のレーザ光源１１０と、コリメータレンズ１２０と、反射ミラー１３０と、ＤＯＥ１４０の他に、レーザホルダ１１１と、レンズホルダ１２１と、ＤＯＥホルダ１４１と、ハウジング１５０と、押さえバネ１６０を備えている。

図示の如く、レーザ光源１１０は、ベース１１０ａとＣＡＮ１１０ｂとを有する。ベース１１０ａは、正面視において、外周が一部切り欠かれた円形の輪郭を有する。図６に示すように、ＣＡＮ１１０ｂの内部には、ベース１１０ａから前方に突出した基板１１０ｃの先端にレーザ素子１１０ｄが設置されている。レーザ素子１１０ｄの正面側から出射されたレーザ光は、ＣＡＮ１１０ｂの正面に形成された出射口１１０ｅを通じてレーザ光源１１０の前方へ出射され、コリメータレンズ１２０に入射する。

図４に戻り、レーザホルダ１１１は、正面視において正方形の輪郭を有し、中央に円形の開口１１１ａが形成された枠部材からなっている。開口１１１ａは、レーザホルダ１１１を前後方向に貫通しており、径が異なる円柱状の２つの穴が同軸上に並んだ構成となっている。開口１１１ａの前方の穴の径は後方の穴の径よりも大きくなっており、径が変化する境界には、リング状の段差が形成されている。開口１１１ａの前方の穴の径は、レーザ光源１１０のベース１１０ａの径よりも僅かに大きい。レーザ光源１１０のベース１１０ａの後面が開口１１１ａ内の段差に当接するまで、前側からベース１１０ａを開口１１１ａに嵌め込むことにより、レーザ光源１１０がレーザホルダ１１１に対して位置決めされる。この状態で、ベース１１０ａの外周の切り欠きに接着材が注入され、レーザ光源１１０がレーザホルダ１１１に接着固定される。

なお、レーザホルダ１１１は、亜鉛等の熱伝導率が高い物質により形成され、一般的なダイカスト鋳造によって製造される。

コリメータレンズ１２０は、円柱状の外周面を有する大径部１２０ａと、大径部１２０ａよりも径が小さい小径部１２０ｂを有する。

レンズホルダ１２１は、正面視において略円形の輪郭を有し、中央に開口１２１ａが形成された枠部材からなっている。開口１２１ａは、レンズホルダ１２１を前後方向に貫通しており、径が異なる円柱状の２つの穴が同軸上に並んだ構成となっている。開口１２１ａの前方の穴の径は後方の穴の径よりも大きくなっており、径が変化する境界には、リング状の段差が形成されている。開口１２１ａの前方の穴の径は、コリメータレンズ１２０の大径部１２０ａの径よりも僅かに大きい。コリメータレンズ１２０の大径部１２０ａの後面が開口１２１ａ内の段差に当接するまで、前側から大径部１２０ａを開口１２１ａに嵌め込むことにより、コリメータレンズ１２０がレンズホルダ１２１に対して位置決めされる。この状態で、コリメータレンズ１２０がレンズホルダ１２１に接着固定される。

レンズホルダ１２１の上面には、前後に延びる凹部１２１ｃが形成されている。凹部１２１ｃには、前後に延びる凸部１２１ｄが形成されている。レンズホルダ１２１の側面に
は、それぞれ、コリメータレンズ１２０とレンズホルダ１２１を接着固定する際に接着剤を流入させるための２つの溝１２１ｂが形成されている。

レンズホルダ１２１の下側面には、左右方向（Ｘ軸方向）に直線状に延びる矩形状の溝（図示せず）が形成されている。この溝は、レンズホルダ１２１の位置を前後方向（Ｚ軸方向）に調整する際に用いられる。なお、この溝の中心とレンズホルダ１２１の周方向における凸部１２１ｄの中心は、互いに１８０度ずれた状態にある。したがって、凸部１２１ｄが真上を向くと、溝は真下を向く。

ＤＯＥホルダ１４１は、下面に、ＤＯＥ１４０を装着するための段部（図示せず）が形成されている。また、ＤＯＥホルダ１４１の中央には、レーザ光を目標領域に導くための開口１４１ａが形成されている。ＤＯＥ１４０は、ＤＯＥホルダ１４１の下方向から、ＤＯＥホルダ１４１に嵌め込まれ、接着固定される。また、ＤＯＥホルダ１４１の左右の端部には、ＤＯＥホルダ１４１をハウジング１５０に固定するための段部１４１ｂが形成されている。

ハウジング１５０は、上面視において長方形の輪郭の、有底の枠部材からなっている。ハウジング１５０は、ネジ孔１５０ｈの形状を除いて、Ｙ−Ｚ平面に平行な面に対して左右対称な形状となっている。ハウジング１５０は、亜鉛等の熱伝導性の高い物質により形成され、一般的なダイカスト鋳造によって製造される。

ハウジング１５０の内部後側には、図示のごとく、ＹＺ平面の面内方向に４５°傾いたミラー装着部１５０ａが形成されている。反射ミラー１３０は、ミラー装着部１５０ａに装着され、接着固定される。また、ハウジング１５０の前方の側面には、Ｕ字型の開口１５０ｂが形成されている。開口１５０ｂの左右方向の幅は、レーザ光源１１０のＣＡＮ１１０ｂの径よりも大きい。

ハウジング１５０の底面には、Ｚ軸調整用治具（図示せず）をレンズホルダ１２１の溝に案内するための孔（図示せず）が形成されている。この孔の径は、レンズホルダ１２１の溝のＺ軸方向の幅よりも大きくなっている。ハウジング１５０の左右方向にならぶ２つの側面には、それぞれ、ハウジング１５０の内部にＵＶ接着剤を流入させるための２つの孔１５０ｃが形成されている。

また、ハウジング１５０の左右方向にならぶ２つの内側面の下端には、互いに向き合う一対の傾斜面１５０ｄが形成されている。２つの傾斜面１５０ｄは、それぞれ、Ｘ−Ｚ平面に平行な面に対して下方向に同じ角度だけ傾いている。２つの傾斜面１５０ｄにレンズホルダ１２１を載せると、レンズホルダ１２１は、Ｘ軸方向（左右方向）において、変位が規制される。

ハウジング１５０の上面には、ＤＯＥホルダ１４１を装着するための段部１５０ｅと、４つのネジ穴１５０ｆが形成されている。Ｚ軸方向における段部１５０ｅの幅は、ＤＯＥホルダ１４１の左右の段部１４１ｂの幅よりも僅かに大きい。ハウジング１５０の左右方向に並ぶ２つの外側面の下端には、ハウジング１５０の外側方向に突出した２つの鍔部１５０ｇが形成されている。２つの鍔部１５０ｇには、それぞれ、後述するベースプレート３００にハウジング１５０を固定するためのネジ孔１５０ｈが形成されている。

押さえバネ１６０は、バネ性のある板ばねであり、中央に、一段低い段部１６０ａを有する。押さえバネ１６０は、左右対称な形状を有する。押さえバネ１６０には、押さえバネ１６０をハウジング１５０に上部から固定するための４つのネジ孔１６０ｂが形成されている。

発光装置１０の組立時には、まず、図４において、反射ミラー１３０が、ハウジング１５０内のミラー装着部１５０ａに装着される。これにより、反射ミラー１３０が、Ｘ−Ｚ平面に対してＹ−Ｚ平面の面内方向に４５度の傾きを持つように、ハウジング１５０内に設置される。

次に、コリメータレンズ１２０が装着されたレンズホルダ１２１が、コリメータレンズ１２０側の溝とレンズホルダ１２１側の孔とが合うように、一対の傾斜面１５０ｄ上に載せられ、ハウジング１５０の内部に収容される。このとき、凸部１２１ｄが真上を向くようにレンズホルダ１２１を傾斜面１５０ｄ上に載せることで、溝１２１ｂと孔１５０ｃとを整合させることができる。

そして、押さえバネ１６０の４つのネジ孔１６０ｂがハウジング１５０の４つのネジ穴１５０ｆに合うように、押さえバネ１６０がハウジング１５０の上部に当てられる。この状態で、上方から、４つのネジ孔１６０ｂを介して、４つの金属製のネジ１６１が４つのネジ穴１５０ｆに螺着される。このとき、レンズホルダ１２１の凸部１２１ｄが、押さえバネ１６０の段部１６０ａによって、下方向に押し付けられる。これにより、レンズホルダ１２１は、押さえバネ１６０の付勢によって、ハウジング１５０の傾斜面１５０ｄに押し付けられ、Ｘ軸方向（左右方向）、Ｙ軸方向（上下方向）に動かないように仮固定される。

こうしてレンズホルダ１２１がハウジング１５０に仮固定されると、レンズホルダ１２１と、ハウジング１５０の内側面の間には、レンズホルダ１２１がＺ軸方向（前後方向）に移動可能なように、所定の隙間が存在する。

次に、レーザ光源１１０のＣＡＮ１１０ｂがハウジング１５０のＵ字型の開口１５０ｂに挿入されるよう、レーザホルダ１１１の後面がハウジング１５０の外側面に当てられる。レーザ光源１１０のＣＡＮ１１０ｂとハウジング１５０の開口１５０ｂとの間には、レーザ光源１１０がＸＹ軸方向（上下左右方向）に移動可能なように、所定の隙間が存在する。

この状態で、ＸＹ軸調整用治具（図示せず）により、レーザホルダ１１１をハウジング１５０に押し付けつつ、レーザ光源１１０がＸＹ軸方向（上下左右方向）に変位され、ＸＹ軸方向（上下左右方向）の位置調整が行われる。これにより、レーザ光源１１０の光軸とコリメータレンズ１２０の光軸が整合する。また、ハウジング１５０の下部に形成された孔（図示せず）を介して、レンズホルダ１２１の溝にＺ軸調整用治具（図示せず）が係合され、レンズホルダ１２１のＺ軸方向（前後方向）の位置調整が行われる。これにより、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に位置付けられる。

以上の位置調整によって、目標領域において所望のドットパターンが得られるようになる。

こうして位置調整がなされた後、レーザホルダ１１１の左右の２つの側面とハウジング１５０の側面との境界に、左右均等にＵＶ接着剤が添着される。ＵＶ接着剤が添着された後、再度、レーザ光の光軸のずれが確認され、問題なければ、ＵＶ接着剤に紫外線が照射されて、レーザホルダ１１１がハウジング１５０に接着固定される。なお、レーザ光の光軸のずれの確認において問題があった場合には、再度、レーザホルダ１１１が微調整された後に、ＵＶ接着剤に紫外線が照射され、レーザホルダ１１１がハウジング１５０に接着固定される。

さらに、ハウジング１５０の左右の側面に形成された孔１５０ｃを介して、レンズホルダ１２１とハウジング１５０内部の傾斜面１５０ｄとが互いに当接する位置に、左右均等にＵＶ接着剤が添着される。ＵＶ接着剤が添着された後、再度、レーザ光源１１０とコリメータレンズ１２０の位置関係が確認され、問題なければ、ＵＶ接着剤に紫外線が照射されて、レンズホルダ１２１がハウジング１５０に接着固定される。なお、レーザ光源１１０とコリメータレンズ１２０の位置関係の確認において問題があった場合には、再度、レンズホルダ１２１が微調整された後に、ＵＶ接着剤に紫外線が照射され、レンズホルダ１２１がハウジング１５０に接着固定される。

こうして、ハウジング１５０に対するレーザ光源１１０とコリメータレンズ１２０の設置が完了した後、ＤＯＥ１４０が装着されたＤＯＥホルダ１４１の段部１４１ｂがハウジング１５０の段部１５０ｅが嵌め込まれ、ＤＯＥホルダ１４１がハウジング１５０に固着される。こうして、図５に示すように、発光装置１０の組み立てが完了する。

本実施の形態では、上記のように、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光の光路が折り曲げられるよう投射光学系１００が構成されているため、Ｙ軸方向において、発光装置１０を薄くすることができる。

図７ないし図９は、情報取得装置１の組立過程を示す斜視図である。なお、便宜上、受光装置２０の組立過程と受光装置２０のベースプレート３００への装着過程は図示を省略する。受光装置２０は、図２中の受光光学系２００が他の部品とともにユニット化された装置である。

図７において、３００は、発光装置１０と受光装置２０を支持するベースプレートである。

ベースプレート３００には、発光装置１０と受光装置２０が配置される。ベースプレート３００は、図示の如く、長方形の板状の形状を有している。また、ベースプレート３００は、熱伝導性を有し、かつ、耐可撓性に優れるステンレス等からなる。

ベースプレート３００には、発光装置１０をベースプレート３００に固定するための２つのネジ穴３００ａが形成されている。また、ベースプレート３００には、発光装置１０の設置位置を決める段部３０１が形成されている。発光装置１０の設置位置は、あらかじめ、発光装置１０の発光中心と受光装置２０の受光中心が、互いにＺ軸方向に並ぶように設定される。

また、発光装置１０と受光装置２０の設置間隔は、情報取得装置１と目標領域の基準面との距離に応じて、設定される。基準面は、どの程度離れた目標物を検出対象とするかによって、情報取得装置１との距離が変わる。検出対象の目標物までの距離が近くなるほど、発光装置１０と受光装置２０の設置間隔は狭くなる。逆に、検出対象の目標物までの距離が遠くなるほど、発光装置１０と受光装置２０の設置間隔は広くなる。

このように、ベースプレート３００の大きさは、発光装置１０と受光装置２０の並び方向において広くなる。本実施の形態では、このように広い面積のベースプレート３００が、発光装置１０から発生する熱を放熱するためのヒートシンクとして用いられ、レーザ光源１１０の温度上昇が抑制される。また、ベースプレート３００のハウジング１５０の底面が接触する部分（図中点線部）には、ハウジング１５０とベースプレート３００の密着性を向上させるために、放熱樹脂３００ｂが塗布される。

ベースプレート３００の中央下部には、レーザ光源１１０の配線をベースプレート３００の背部に取り出すための孔３０２が形成されている。また、ベースプレート３００の受光装置２０の設置位置の下部には、受光装置２０のコネクタ２０２をベースプレート３００の背部に露出させるための開口３０３が形成されている。さらに、ベースプレート３００には、図示のごとく、鍔部３０４が形成されており、鍔部３０４には、後述するカバー４００をベースプレート３００に固定するためのネジ穴３０４ａが形成されている。

受光装置２０は、図２で示したように、フィルタ２１０と、アパーチャ２２０と、撮像レンズ２３０と、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０とを備えている。受光装置２０は、基板固定部２０１により、ベースプレート３００に固定されている。ベースプレート３００の背面には、ベースプレート３００に形成された開口３０３を介して、受光装置２０のコネクタ２０２が露出している。

発光装置１０は、ハウジング１５０の側面がベースプレート３００の段部３０１に当接するように、配置される。発光装置１０は、ベースプレート３００の表面に塗布された放熱樹脂３００ｂにより、ハウジング１５０の底面がベースプレート３００に密着させられる。この状態で、２つのネジ穴３００ａと２つのネジ孔１５０ｈとが合わされ、２つの金属製のネジ３０５がそれぞれネジ孔１５０ｈとネジ穴３００ａに螺着される。なお、ネジ３０５は、ステンレス等の熱伝導率の高い金属からなる。これにより、発光装置１０が、ベースプレート３００に固着される。

こうして、図８に示す構成体が組み立てられる。その後、この構成体にカバー４００が装着される（図９）。このとき、ベースプレート３００のネジ穴３０４ａと、カバー４００のネジ孔４００ａが合わされ、カバー４００がベースプレート３００にネジ止めされる。これにより、図９に示す構成体の組立が完了する。図９（ａ）は、この構成体を前面から見た斜視図であり、図９（ｂ）は、この構成体を背面から見た斜視図である。

カバー４００の前面には、発光装置１０から出射された光を目標物に導くための投射窓４０１と、目標物からの反射光を受光装置２０に導くための受光窓４０２が形成されている。ベースプレート３００の背面には、さらに、回路基板５００（図１０（ａ）参照）が設置される（図９には図示せず）。この回路基板５００に対し、ベースプレート３００の背部に形成された孔３０２を介して、レーザ光源１１０が接続される。また、回路基板５００は、ベースプレート３００の背部に形成された開口３０３を介して、受光装置２０のコネクタ２０２と接続される。回路基板５００には、図２に示すＣＰＵ２１やＡＣＣ制御回路２２等の情報取得装置１の回路部が実装されている。

図１０は、本実施の形態に係る発光装置１０の構成と比較例における発光装置の構成を示す模式図である。

図１０（ａ）を参照して、前述のとおり、本実施の形態におけるレーザ光源１１０は、出射光軸がＺ軸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、反射ミラー１３０によりＹ軸正方向に反射されてＤＯＥ１４０に入射する。このように、本実施の形態では、投射光学系１００のうち、レーザ光源１１０と、コリメータレンズ１２０と、反射ミラー１３０が、ベースプレート３００の表面に沿って並ぶため、ハウジング１５０の目標領域に向かう方向（Ｙ軸正方向）の高さＨを非常に小さくすることができる。

これに対し、同図（ｂ）に示す比較例１のように、投射光学系１００を目標領域に向かう方向に並べた場合、投射光学系１００のすべてが、目標領域に向かう方向に並ぶため、
ハウジング１５０の高さＨ０は、本実施の形態のハウジング１５０の高さＨよりもかなり高くなる。

また、レーザ光源１１０は、目標領域に安定的にＤＰ光を照射するよう制御される必要がある。たとえば、レーザ光源１１０の発光量をフォトダイオードによりモニタし、発光量を調整するＡＰＣ（Auto Power Control）制御が、レーザ光源１１０に適用され得る。このようにＡＰＣ制御を行う場合、たとえば、同図（ｂ）のような投射光学系１００に、さらに、フロントモニタ方式の構成が適用され得る。しかしながら、このような場合、同図（ｃ）に示す比較例２にように、フォトダイオード１９５にレーザ光を導くために、投射光路中にハーフミラー１９６等の分光素子を新たに配置する必要がある。この場合、ハウジング１５０の高さＨ’０は、比較例１に比べてさらに高いものとなる。

同図（ａ）に戻り、本実施の形態では、ＡＣＣ制御回路２２により、ＡＣＣ制御を行うことにより、レーザ光源１１０に流れる電流を一定レベルに維持し、所望の発光量を維持するような構成とされている。よって、同図（ｃ）に示す比較例２のように、新たに分光素子を用意する必要はないため、発光装置１０の簡素化および薄型化を図ることができる。

以上、本実施の形態によれば、レーザ光源１１０から反射ミラー１３０までの光学系が、ベースプレート３００の表面と平行に並んで設置され、反射ミラー１３０にて光軸が折り曲げられたレーザ光がＤＯＥ１４０に入射するため、投射光学系１００を収容するハウジング１５０は、目標領域に向かう方向の高さが低くなる。よって、情報取得装置１の薄型化を図ることができる。

また、本実施の形態によれば、ＡＣＣ制御回路２２により、レーザ光源１１０に流れる電流の大きさが一定レベルに維持される。より具体的には、レーザ光源１１０に流れる電流がモニタされ、レーザ光源１１０に流れる電流の大きさが一定レベルとなるよう、ＡＣＣ制御が行われる。よって、目標領域に対して安定的にＤＰ光を照射することができる。

さらに、本実施の形態によれば、フォトダイオードを用いてレーザ光源１１０から出射されたレーザ光を検出するような構成ではないため、レーザ光を分岐させる構成は不要である。よって、部品点数の増加による構成の複雑化とコストの上昇を抑制できる。また、装置の大型化を抑制できる。

なお、レーザ光源１１０にフォトダイオードを内蔵し、バックモニタ方式のＡＣＣ制御を行う構成とした場合には、フロントモニタ方式と異なり、分光素子等は不要となる。しかしながら、レーザ光源１１０にフォトダイオードが内蔵されている分、レーザ光源１１０の小型化が難しくなり、結果、発光装置１０の更なる小型化が難しくなる。

本実施の形態では、レーザ光源１１０にフォトダイオードが内蔵されないので、レーザ光源１１０の小型化が図り易く、発光装置１０の更なる小型化が容易となる。これにより、情報取得装置１の小型化を図ることができる。

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、ＣＡＮタイプのレーザ光源１１０が用いられたが、これに限らず、たとえば、フレームタイプのレーザ光源（以下、「フレームレーザ」という）が用いられてもよい。

図１１は、フレームレーザ１７０の構成を示す図である。

フレームレーザ１７０は、半導体レーザであり、フレーム１７１と、レーザ素子１７２と、３つの端子１７３とを備える。

フレーム１７１は、上下方向に扁平な形状を有する。フレーム１７１には、収容部１７１ａが形成されており、収容部１７１ａにレーザ素子１７２が配置されている。収容部１７１ａの前面は、出射口１７１ｂとして開口している。なお、上下方向が、フレームレーザ１７０の厚み方向となり、左右方向が、フレームレーザ１７０の幅方向となる。

また、フレーム１７１は、前部１７１ｃが後述するレーザホルダの開口部に嵌め込まれる。前部１７１ｃの上部の両側面１７１ｄは、前部１７１ｃに続く後部１７１ｅの両側面１７１ｆより内側に窪んでいる。

３つの端子１７３は、レーザ素子１７２と電気的に接続されている。各端子１７３は、回路基板５００に搭載されたＡＣＣ制御回路２２に電気的に接続される。

レーザ素子１７２の正面側から出射されたレーザ光は、出射口１７１ｂを通じてフレームレーザ１７０の前方へ出射される。

図１２は、レーザホルダ１８０に対するフレームレーザ１７０の取付構造について説明するための図である。図１２（ａ）は、フレームレーザ１７０がレーザホルダ１８０に装着される前の状態を示す。図１２（ｂ）は、フレームレーザ１７０がレーザホルダ１８０に装着された状態を示す。図１２（ｃ）は、フレームレーザ１７０がレーザホルダ１８０に装着された状態を示す水平断面図である。

レーザホルダ１８０には、中央に開口部１８１が形成されている。開口部１８１は、図１２（ａ）に示す如く、フレームレーザ１７０におけるフレーム１７１の前部１７１ｃに対応した形状を有する。図１２（ｃ）に示すように、フレームレーザ１７０の傾斜面１７１ｇが開口部１８１の傾斜面１８１ａに当接するまで、フレームレーザ１７０の前部１７１ｃを開口部１８１に嵌め込むことにより、フレームレーザ１７０がレーザホルダ１８０に対して位置決めされる。この状態で、フレームレーザ１７０がレーザホルダ１８０に接着固定される。

フレームレーザ１７０が装着されたレーザホルダ１８０が、レーザホルダ１１１と同様（図８参照）、ハウジング１５０に装着される。レーザホルダ１８０がハウジング１５０に装着された状態において、フレームレーザ１７０の厚み方向（図１２（ａ）のＹ軸方向）が、反射ミラー１３０によるレーザ光の反射方向と平行となる。

このように、フレームレーザ１７０を用いるとともに、フレームレーザ１７０の厚み方向が、反射ミラー１３０によるレーザ光の反射方向と平行となるように、フレームレーザ１７０をハウジング１５０内に配置するような構成とすれば、ハウジング１５０（発光装置１０）のＹ軸方向の高さを一層小さくすることが可能となり、情報取得装置１を一層薄型化することが可能となる。

また、上記実施の形態では、レーザ光源１１０を収容するレーザホルダ１１１を設けたが、ハウジング１５０内に直接、レーザ光源１１０が収容されるようにしてもよい。フレームレーザ１７０が用いられた場合も同様に、ハウジング１５０内に直接、フレームレーザ１７０が収容されるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、定電流回路として、ＡＣＣ制御回路２２が用いられ、ＡＣＣ制御回路２２により、レーザ光源１１０に流れる電流の大きさをフィードバックしてレーザ光源１１０に流れる電流の大きさを一定レベルに維持するＡＣＣ制御が実行される。しかしながら、レーザ光源１１０に流れる電流をフィードバックせずに、レーザ光源１１０に一定レベルの電流を供給する定電流回路が用いられてもよい。ただし、ＡＣＣ制御回路２２を用いることにより、より高精度に、レーザ光源１１０に流れる電流を一定レベルに維持することが可能となる。

また、上記実施の形態では、反射ミラー１３０がＹＺ平面の面内方向に４５°傾くように、ミラー装着部１５０ａが形成されたが、目標領域の方向に応じて、ミラーの傾きは、どの方向に傾かせても良く、また、傾き角度も任意に変更可能である。

また、ドットパターンのレーザ光を用いる手法であれば、種々の距離検出原理の情報取得装置に本発明を適用可能である。

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、受光光学系２００の構成も、適宜変更可能である。また、情報取得装置１と情報処理装置２は一体化されても良いし、情報取得装置１と情報処理装置２がテレビやゲーム機、パーソナルコンピュータと一体化されても良い。

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
１０ … 発光装置
２０ … 受光装置
２２ … ＡＣＣ制御回路（定電流回路）
２２ａ … 電流検出部
２２ｂ … 電流調整部
１１０ … レーザ光源
１２０ … コリメータレンズ
１３０ … 反射ミラー（ミラー部）
１４０ … ＤＯＥ（回折光学素子）
１５０ … ハウジング
３００ … ベースプレート（支持部）
１７０ … フレームレーザ（レーザ光源）

Claims (5)

1. 目標領域にドットパターンのレーザ光を照射する発光装置と、
   前記目標領域を撮像する受光装置と、
   前記発光装置と前記受光装置が並べて設置される支持部と、を備え、
   前記発光装置は；
   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反射させるミラー部と、
   前記ミラー部によって反射された前記レーザ光を前記ドットパターンを有するレーザ光に変換して前記目標領域に投射する回折光学素子と、
   前記レーザ光源に供給される電流を所定レベルに維持する定電流回路と、を備え、
   前記レーザ光源、前記コリメータレンズおよび前記ミラー部が、前記発光装置と前記受光装置が設置される前記支持部の設置面に沿って直線状に並び、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、前記レーザ光源、前記コリメータレンズ、前記ミラー部および前記回折光学素子が前記支持部上に配置される、
   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、
   前記定電流回路は；
   前記レーザ光源に流れる電流の大きさを検出する電流検出部と、
   前記電流検出部により検出された電流の大きさに基づいて、前記レーザ光源に流れる電流を調整する電流調整部と、を含む、
   ことを特徴とする情報取得装置。
3. 請求項１または２に記載の情報取得装置において、
   前記レーザ光源、前記コリメータレンズ、前記ミラー部および前記回折光学素子を保持するハウジングを備え、前記ハウジングが、前記支持部上に設置される、
   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、
   前記レーザ光源は、フレームタイプの半導体レーザであり、当該半導体レーザの厚み方向が、前記ミラー部による前記レーザ光の反射方向に平行となるよう、前記半導体レーザが前記支持部に配置される、
   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を有する物体検出装置。

Images