JP5187364B2 - 回折光学素子、並びに測距装置及び測距方法 - Google Patents

Description

本発明は、回折光学素子、並びに、回折光学素子を用いた測距装置及び測距方法に関する。

特許文献１には、偏平なビームを入射されるシリンドリカル凸レンズと、シリンドリカル凸レンズを通過したビームによって対象物に投光されるレーザースポット（以下、投光スポットという）を撮像するカメラと、カメラで撮像された投光スポットの形状に基づいて対象物との距離を取得する距離取得部とを備える測距装置が開示されている。この測距装置は、シリンドリカル凸レンズの軸方向に対して偏平面を４５度傾けて偏平ビームを入射するので、シリンドリカル凸レンズから出射されるビームは、シリンドリカル凸レンズとの距離に応じて偏平面の回転角度が変化するビーム（以下、ねじれビームという）となる。このため、対象物に形成される投光スポットの形状は、シリンドリカル凸レンズとの距離に応じて回転角度が変化する線分形状となるので、特許文献１に開示された測距装置は、カメラで撮像された投光スポットの回転角度を検出すると共に、検出した回転角度に基づいて対象物との距離を測定する。

特開２００７−１８７５８１号公報

ここで、シリンドリカルレンズは小型化が困難であるため、特許文献１に開示された測距装置では、小型化が困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、このような点に鑑み、その目的とするところは、ねじれビームを出射する小型の回折光学素子、並びに、小型の測距装置、及び小型の回折光学素子を用いた測距方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る回折光学素子は、
原点、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸からなる座標空間において、
前記ｘ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向へ進行する平行光を、前記ｚ軸の方向へ所定の距離だけ進行した位置において、前記偏平面の前記ｘ軸と成す角度が所定の角度となるようにねじる第１回折格子を備え、
当該第１回折格子は、前記ｚ軸の方向に進む入射光を、互いに異なる進行方向に進む複数の平行光に分割する多点分岐回折格子である、
ことを特徴とする。

第１の観点に係る回折光学素子において、
前記第１回折格子は、前記ｚ軸の方向に進む入射光を、ｘ座標に関して、互いに異なる進行方向に進む複数の平行光に分割する、
としてもよい。
第１の観点に係る回折光学素子において、
前記第１回折格子は、前記ｚ軸の方向に進む入射光を、ｙ座標に関して、互いに異なる進行方向に進む複数の平行光に分割する、
としてもよい。
第１の観点に係る回折光学素子において、
当該第１回折格子は、前記ｚ軸の方向に進む入射光を、互いに異なる進行方向に進む３以上の平行光に分割する多点分岐回折格子である、
としてもよい。
第１の観点に係る回折光学素子において、
前記第１回折格子が形成された回折領域を前記ｘ軸方向に複数有し、
前記ｘ軸方向の複数の回折領域は、原点から離れた位置に形成された領域ほど、前記ｘ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向に進む入射光の進行方向を、原点から前記ｚ軸の方向に所定の距離だけ進行した場合に到達する点のｙ座標に大きな変化を与えるように変更する、
としても良い。

また、第１の観点に係る回折光学素子において、
前記第１回折格子が形成された複数の回折領域は、原点に対して前記ｘ軸の正領域に形成された複数の正領域回折領域と、原点に対して前記ｘ軸の負領域に形成された複数の負領域回折領域と、からなり、
前記複数の正領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記ｘ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向に進む入射光が前記ｚ軸の方向に所定の距離だけ進んだ場合に到達する点のｙ座標を大きくし、かつ前記点のｘ座標を小さくするように前記入射光の進行方向を変更し、
前記複数の負領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記点のｙ座標を小さくし、かつ前記点のｘ座標を大きくするように前記入射光の進行方向を変更する、
としても良い。
また、第１の観点に係る回折光学素子において、
前記第１回折格子が形成された複数の回折領域は、原点に対して前記ｘ軸の正領域に形成された複数の正領域回折領域と、原点に対して前記ｘ軸の負領域に形成された複数の負領域回折領域と、からなり、
前記複数の正領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記ｘ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向に進む入射光が前記ｚ軸の方向に所定の距離だけ進んだ場合に到達する点のｙ座標を小さくし、かつ前記点のｘ座標を小さくするように前記入射光の進行方向を変更し、
前記複数の負領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記点のｙ座標を大きくし、かつ前記点のｘ座標を大きくするように前記入射光の進行方向を変更する、
としても良い。

さらに、第１の観点に係る回折光学素子において、
前記ｙ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向へ進行する平行光を、前記ｚ軸の方向へ所定の距離だけ進行した位置において、前記偏平面の前記ｙ軸と成す角度が所定の角度となるようにねじる第２回折格子を更に備える、
としても良い。

またさらに、第１の観点に係る回折光学素子において、
前記第２回折格子が形成された回折領域を前記ｙ軸方向に複数有し、
前記ｙ軸方向の複数の回折領域は、原点から離れた位置に形成された領域ほど、前記ｙ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向に進む入射光の進行方向を、原点から前記ｚ軸の方向に所定の距離だけ進行した場合に到達する点のｘ座標に大きな変化を与えるように変更する、
としても良い。

また、第１の観点に係る回折光学素子において、
前記第２回折格子が形成された複数の回折領域は、原点に対して前記ｙ軸の正領域に形成された複数の正領域回折領域と、原点に対して前記ｙ軸の負領域に形成された複数の負領域回折領域と、からなり、
前記複数の正領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記ｙ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向に進む入射光が前記ｚ軸の方向に所定の距離だけ進んだ場合に到達する点のｘ座標を大きくし、かつ前記点のｙ座標を小さくするように前記入射光の進行方向を変更し、
前記複数の負領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記点のｘ座標を小さくし、かつ前記点のｙ座標を大きくするように前記入射光の進行方向を変更する、
としても良い。
また、第１の観点に係る回折光学素子において、
前記第２回折格子が形成された複数の回折領域は、原点に対して前記ｙ軸の正領域に形成された複数の正領域回折領域と、原点に対して前記ｘ軸の負領域に形成された複数の負領域回折領域と、からなり、
前記複数の正領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記ｘ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向に進む入射光が前記ｚ軸の方向に所定の距離だけ進んだ場合に到達する点のｘ座標を小さくし、かつ前記点のｙ座標を小さくするように前記入射光の進行方向を変更し、
前記複数の負領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記点のｘ座標を大きくし、かつ前記点のｙ座標を大きくするように前記入射光の進行方向を変更する、
としても良い。

また上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る測距装置は、
原点、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸からなる座標空間において、
前記ｘ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向へ進行する平行光を生成する平行光生成手段と、
前記平行光生成手段で生成された平行光で形成される偏平面の前記ｘ軸と成す角度が前記ｚ軸の方向へ所定の距離だけ進行した位置において所定の角度となるように、前記平行光をねじる回折格子パターンが形成された回折光学素子と、
距離の測定対象である対象物上に、前記回折光学素子でねじられた平行光によって形成された投光スポットを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された撮像画像から検出された投光スポットの前記ｘ軸に対する傾きに基づいて、前記対象物との距離を測定する距離測定手段と、を備える、
ことを特徴とする。

第２の観点に係る測距装置において、
前記回折光学素子は、前記平行光生成手段で生成された前記ｘ軸と平行な偏平面を形成する平行光を複数の平行光に分割し、かつ前記分割した平行光が形成する偏平面の前記ｘ軸と成す角度が前記ｚ軸の方向へ前記所定の距離だけ進行した位置において前記所定の角度となるように、前記生成された平行光をねじり、
前記撮像手段は、前記回折光学素子で分割された複数の平行光によって前記対象物上に形成された複数の投光スポットを撮像し、
前記距離測定手段は、前記撮像手段で撮像された複数の投光スポットの前記ｘ軸に対する傾きに基づいて、前記投光スポットが形成された前記対象物上の複数の点との距離を測定し、
当該測距装置は、前記距離測定手段で測定された複数の距離に応じた複数の画素値を有する距離画像を生成する距離画像生成手段、をさらに備える、
としても良い。

また、第２の観点に係る測距装置において、
前記回折光学素子は、前記平行光生成手段で生成された前記ｘ軸と平行な偏平面を形成する平行光を第１平行光と第２平行光とに分割し、前記ｚ軸の方向へ前記所定の距離だけ進行した位置において、前記第１平行光が形成する偏平面の前記ｘ軸の正方向を基準とした角度が前記所定の角度となり、かつ前記第２平行光が形成する偏平面の前記ｘ軸の負方向を基準とした角度が前記所定の角度となるように、前記生成された平行光をねじり、
前記撮像手段は、前記回折光学素子から出射された前記第１平行光により前記対象物上に形成された第１投光スポットと、前記第２平行光により前記対象物上に形成された第２投光スポットとを撮像し、
当該測距装置は、
前記撮像手段で撮像された撮像画像から、前記第１投光スポットの前記ｘ軸に対する第１傾きと、前記第２投光スポットの前記ｘ軸に対する第２傾きとを検出する傾き検出手段と、
前記傾き検出手段で検出された第１傾きと第２傾きとに基づいて、前記第１傾きと前記第２傾きとの検出誤差を除去する誤差除去手段と、
をさらに備え、
前記距離測定手段は、前記誤差除去手段で誤差を除去された前記第１傾きと前記第２傾きとに基づいて、前記第１投光スポットが形成された前記対象物上の点との距離と、前記第２投光スポットが形成された前記対象物上の点との距離とを測定する、
としても良い。

さらに、第２の観点に係る測距装置において、
前記回折光学素子は、前記第１平行光の偏平面と前記第２平行光の偏平面とが重畳するように、前記生成された平行光を回折させる、
としても良い。

さらに、第２の観点に係る測距装置において、
前記平行光生成手段は、前記ｙ軸と平行な偏平面を形成し、前記ｚ軸の方向へ進行する平行光をさらに生成し、
前記回折光学素子は、前記平行光生成手段で生成された互いに直交する偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向へ進行する平行光を、前記ｚ軸の方向へ前記所定の距離だけ進行した位置において、前記互いに直交するそれぞれの偏平面の前記ｘ軸と成す角度が所定の角度となるようにねじり、
前記距離測定手段は、前記撮像手段で撮像された複数の互いに直交する投光スポットの前記ｘ軸に対する傾きに基づいて、前記互いに直交する投光スポットが形成された前記対象物上の複数の点との距離を測定する、
としても良い。

また上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る測距方法は、
原点、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸からなる座標空間において、
前記ｘ軸と平行な偏平面を形成し、前記ｚ軸の方向へ進行する平行光を生成する平行光生成ステップと、
回折格子パターンが形成された回折光学素子が、前記平行光生成ステップで生成された平行光で形成される偏平面の前記ｘ軸と成す角度が前記ｚ軸の方向へ所定の距離だけ進行した位置において所定の角度となるように、前記平行光をねじる回折ステップと、
撮像手段が、距離の測定対象とする対象物上に、前記回折ステップでねじられた平行光によって形成された投光スポットを撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで撮像された撮像画像から検出された投光スポットの前記ｘ軸に対する傾きに基づいて、前記対象物との距離を測定する距離測定ステップと、を有する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、回折光学素子及び回折光学素子を用いて測距装置を容易に小型化できる。また、小型の回折光学素子を用いて距離を測定できる。

図１は、実施形態１に係る回折光学素子から出射されるねじれビームの一例を表す図である。 図２（ａ）は、実施形態１の回折光学素子から「1m」離れた投光面に投光される投光スポットの一例を表す図である。図２（ｂ）は、実施形態１の回折光学素子から「2m」離れた投光面に投光される投光スポットの一例を表す図である。図２（ｃ）は、実施形態１の回折光学素子から「3m」離れた投光面に投光される投光スポットの一例を表す図である。図２（ｄ）は、実施形態１の回折光学素子から「4m」離れた投光面に投光される投光スポットの一例を表す図である。図２（ｅ）は、実施形態１の回折光学素子から投光面までの距離Ｌと、投光面に投光される投光スポットのｄｘ／ｄｙ値との関係例を表す図である。図２（ｆ）は、実施形態１の回折光学素子から投光面までの距離の逆数１／Ｌと、投光面に投光される投光スポットのｄｘ／ｄｙ値との関係例を表す図である。 図３（ａ）は、実施形態１に係る測距装置を搭載したプロジェクタの一構成例を表す図である。図３（ｂ）は、実施形態１の制御部の一構成例を表すハードウェア構成図である。図３（ｃ）は、実施形態１の制御部が有する機能の一例を表す機能ブロック図である。 図４（ａ）は、実施形態１の回折光学素子が有する回折領域の一例を表す図である。図４（ｂ）は、実施形態１の回折光学素子が有する回折領域の始点、終点、方向比、及び方向余弦の一例を表す図である。図４（ｃ）は、実施形態１の変形例２に係る回折光学素子が有する回折領域の始点、終点、方向比、及び方向余弦の一例を表す図である。 図５は、実施形態１の測距装置が有する制御部で実行される画像投影処理の一例を表すフローチャートである。 図６は、実施形態１の変形例１における平行光生成部の一例を表す図である。 図７は、実施形態２に係る回折光学素子から出射されるねじれビームの一例を表す図である。 図８（ａ）は、実施形態２に係る測距装置を搭載したプロジェクタの一構成例を表す図である。図８（ｂ）は、実施形態２の制御部が有する機能の一例を表す機能ブロック図である。 図９（ａ）は、実施形態２の回折光学素子の一例を表す図である。図９（ｂ）は、実施形態２の回折光学素子が有する回折領域の一構成例を表す図である。図９（ｃ）は、繰返領域の一構成例を表す図である。 図１０（ａ）は、実施形態２の回折光学素子による入射ビームの多点分岐を説明するための図である。図１０（ｂ）は、実施形態２の回折光学素子によって分割されたビームの終点の一例を表す図である。図１０（ｃ）は、実施形態２の回折光学素子の始点、終点、方向比、及び方向余弦の一例を表す図である。 図１１（ａ）は、実施形態２の回折光学素子が有する回折領域を識別するインデックスの一例を表す図である。図１１（ｂ）は、実施形態２における回折領域の始点のｘ座標値の一例を表す図である。図１１（ｃ）は、実施形態２における回折領域の始点のｙ座標値の一例を表す図である。図１１（ｄ）は、実施形態２における回折領域の始点のｚ座標値の一例を表す図である。 図１２（ａ）は、実施形態２における回折領域の終点のｘ座標値の一例を表す図である。図１２（ｂ）は、実施形態２における回折領域の終点のｙ座標値の一例を表す図である。図１２（ｃ）は、実施形態２における回折領域の終点のｚ座標値の一例を表す図である。 図１３（ａ）は、実施形態２における回折領域の方向比ｘ−ｘ’の一例を表す図である。図１３（ｂ）は、実施形態２における回折領域の方向比ｙ−ｙ’の一例を表す図である。図１３（ｃ）は、実施形態２における回折領域の方向比ｚ−ｚ’の一例を表す図である。 図１４（ａ）は、実施形態２における回折領域の方向余弦ｌの一例を表す図である。図１４（ｂ）は、実施形態２における回折領域の方向余弦ｍの一例を表す図である。 図１５は、実施形態２における回折領域の方向余弦ｎの一例を表す図である。 図１６は、実施形態２の測距装置が有する制御部で実行される画像投影処理の一例を表すフローチャートである。 図１７は、実施形態３に係る回折光学素子から出射されるねじれビームの一例を表す図である。 図１８（ａ）は、実施形態３の回折光学素子から「1m」離れた投光面に投光される右投光スポットの一例を表す図である。図１８（ｂ）は、実施形態３の回折光学素子から「2m」離れた投光面に投光される右投光スポットの一例を表す図である。図１８（ｃ）は、実施形態３の回折光学素子から「3m」離れた投光面に投光される右投光スポットの一例を表す図である。図１８（ｄ）は、実施形態３の回折光学素子から「4m」離れた投光面に投光される右投光スポットの一例を表す図である。 図１９（ａ）は、実施形態３の回折光学素子から「1m」離れた投光面に投光される左投光スポットの一例を表す図である。図１９（ｂ）は、実施形態３の回折光学素子から「2m」離れた投光面に投光される左投光スポットの一例を表す図である。図１９（ｃ）は、実施形態３の回折光学素子から「3m」離れた投光面に投光される左投光スポットの一例を表す図である。図１９（ｄ）は、実施形態３の回折光学素子から「4m」離れた投光面に投光される左投光スポットの一例を表す図である。 図２０（ａ）は、実施形態３に係る測距装置を搭載したプロジェクタの一構成例を表す図である。図２０（ｂ）は、実施形態３の制御部が有する機能の一例を表す機能ブロック図である。 図２１（ａ）は、実施形態３の測距装置が有する制御部で実行される画像投影処理の一例を表すフローチャートである。図２１（ｂ）は、実施形態３の測距装置が有する制御部で実行される誤差除去処理の一例を表すフローチャートである。 図２２は、実施形態４に係る回折光学素子から出射されるねじれビームの一例を表す図である。 図２３（ａ）は、実施形態４の回折光学素子から「1m」離れた投光面に投光される左右重畳投光スポットの一例を表す図である。図２３（ｂ）は、実施形態４の回折光学素子から「2m」離れた投光面に投光される左右重畳投光スポットの一例を表す図である。図２３（ｃ）は、実施形態４の回折光学素子から「3m」離れた投光面に投光される左右重畳投光スポットの一例を表す図である。図２３（ｄ）は、実施形態４の回折光学素子から「4m」離れた投光面に投光される左右重畳投光スポットの一例を表す図である。 図２４（ａ）は、実施形態４の回折光学素子の一例を表す図である。図２４（ｂ）は、実施形態４の回折光学素子が有する回折領域の一構成例を表す図である。図２４（ｃ）は、左ねじれ繰返領域の一構成例を表す図である。図２４（ｄ）は、右ねじれ繰返領域の一構成例を表す図である。 図２５は、実施形態５に係る回折光学素子から出射されるねじれビームの一例を表す図である。 図２６（ａ）は、実施形態５の回折光学素子から「1m」離れた投光面に投光される第１左投光スポットと第２左投光スポットの一例を表す図である。図２６（ｂ）は、実施形態５の回折光学素子から「2m」離れた投光面に投光される第１左投光スポットと第２左投光スポットの一例を表す図である。図２６（ｃ）は、実施形態５の回折光学素子から「3m」離れた投光面に投光される第１左投光スポットと第２左投光スポットの一例を表す図である。図２６（ｄ）は、実施形態５の回折光学素子から「4m」離れた投光面に投光される第１左投光スポットと第２左投光スポットの一例を表す図である。

以下、本発明の最良の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る測距装置１００は、図１に示すようなｘｙｚ空間において、ｚ軸方向に進むにつれてｘ軸と成す角度が変化する偏平面を形成する出射光を対象物に対して出射すると共に、出射光によって対象物に形成される図２（ａ）に示すような線分形状の投光スポットの傾きに基づいて、対象物との距離を測定する。尚、投光スポットとは、投光スポットから所定距離までの周辺領域よりも所定値だけ照度が高い（つまり、明るく照らされた）領域をいう。

測距装置１００は、図３（ａ）に示すようなプロジェクタ１９０に搭載され、制御部１１０、平行光生成部１２０、回折光学素子１３０（以下、ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）、及び撮像部１４０を備える。プロジェクタ１９０は、測距装置１００の他に、プロジェクタ１９０のユーザによる操作に応じた操作信号を入力する入力部１９１、及び制御部１１０に制御されて画像をスクリーンへ投影する投影部１９２を備える。以下、制御部１１０について説明する前に、平行光生成部１２０、ＤＯＥ１３０、及び撮像部１４０について説明する。

平行光生成部１２０は、図１に示すようなｚ軸方向に進行し、かつｘ軸と平行な偏平面を形成するコヒーレントな平行ビームを生成する。具体例として、平行光生成部１２０は、図１のｚ軸方向にレーザービームを発光するレーザーダイオード（以下、ＬＤ：Laser Diodeという）と、レーザービームのｘ軸方向の幅を拡張するシリンドリカル凹レンズと、幅を拡張されたレーザービームから平行ビームを生成するシリンドリカル凸レンズとで構成される。

ＤＯＥ１３０は、平行光生成部１２０で生成されたｘ軸に平行な偏平面を形成する平行ビームから、平行ビームがｚ軸方向に進行するにつれて偏平面とｘ軸とが成す角度が増加し（つまり、ねじれ）、図１に示すように、ｚ軸方向に「4メートル（以下、mと表記する）」進行した位置で偏平面とｘ軸とが成す角度が「90°」となるねじれビームを生成する。

具体的には、ＤＯＥ１３０は、図４（ａ）に示すように、入射される入射ビームの進行方向を変更する回折格子が形成された１１個の回折領域１３０ａから１３０ｋをｘ軸方向に有する。尚、ＤＯＥ１３０が有する回折領域の数は１１個に限定されるものではない。また、回折格子は、ＤＯＥ１３０の表面に設けられたバイナリ式（つまり、略同一の深さを有する）の複数の溝で構成されても良いし、異なる深さの複数の溝で構成されても良い。

回折領域１３０ａから１３０ｋは、図４（ｂ）に示すような方向へ、入射される平行ビームの進行方向を変更する回折格子がそれぞれ形成されている。尚、図４（ｂ）の表は、平行ビームが入射される点を始点とし、ｚ軸方向に「4m」進んだ点を終点とし、かつ始点から終点へ向かう出射光の進行方向を方向余弦で表している。

ここで、座標(-5, 0, 0)で表される始点に入射されたｚ軸方向を進行方向とするビームは、ＤＯＥ１３０により進行方向を変更されない場合には、どれだけｚ方向に進行しても座標(-5, 0, z)で表される到達点に到達する（ただし、z > 0）。このビーム（つまり、座標(-5, 0, 0)で表される始点に入射されたｚ軸方向に進行するビーム）を、ＤＯＥ１３０の回折領域１３０ａは、座標(0, -5, 4000）で表される終点へ向かう方向に進行方向を変更する。また、座標(-4, 0, 0)の始点に入射されたビームは、回折領域１３０ｂによって、座標(0, -4, 4000）の終点へ向かう方向に進行方向を変更される。同様に、座標(-3, 0, 0)から(+5, 0, 0)に入射されたビームは、ＤＯＥ１３０によって、座標(0, -4, 4000）をｙ座標値「+1」、「+2」、「+3」、「+4」、「+5」、「+6」、「+7」、「+8」、及び「+9」だけシフトさせた座標値で表される終点へ向かう方向に進行方向を変更される。

つまり、始点のｘ座標が大きくなる程、ＤＯＥ１３０は、出射するビームの進行方向を、ｘ軸の正方向と成す角が大きくなる方向へ変更するため、始点と終点とのｘ座標の差異（つまり、方向比）ｘ’−ｘ、ｙ座標の差異ｙ’−ｙ、及びｚ座標の差異ｚ’−ｚを用いて算出される方向余弦ｌが小さい値となる。同様に、始点のｘ座標が大きくなる程、ＤＯＥ１３０は、出射するビームの進行方向を、ｙ軸の正方向と成す角が小さくなる方向に変更するため、方向余弦ｍが大きい値となる。

このため、図２（ａ）から図２（ｄ）に示すように、ねじれビームが投光されるｚ軸に垂直な投光面と始点との距離が、始点の位置から終点の位置まで増加するにつれて、投光面に形成される線分形状の投光スポットとｘ軸とが成す角度が「０°」から「９０°」まで増加し、線分形状の投光スポットは、左回りに回転する。また、投光スポットのｘ軸方向（水平方向）の長さｄｘと、投光スポットのｙ軸方向（水平方向）の長さｄｙとの比（以下、ｄｘ／ｄｙ値という）は、図２（ｅ）に示すように始点から投光スポットまでの距離Ｌと反比例し、図２（ｆ）に示すように始点から投光スポットまでの距離Ｌの逆数と正比例する。

尚、ＤＯＥ１３０は、平行光生成部１２０で生成されたｘ軸に平行な偏平面を形成する平行ビームから、平行ビームがｚ軸方向に進行するにつれて偏平面とｘ軸とが成す角度が減少し（つまり、右回りにねじれ）、ｚ軸方向に「4m」進行した位置で偏平面とｘ軸とが成す角度が「-90°」となるような、右回転を行うねじれビームを生成してもよい。

つまり、ＤＯＥ１３０は、座標(-5, 0, 0)で表される始点に入射されたｚ軸方向に進行するビームを、ＤＯＥ１３０の回折領域１３０ａによって、座標(0, +5, 4000）で表される終点へ向かう方向に進行方向を変更され、座標(-4, 0, 0)から(+5, 0, 0)に入射されたビームは、ＤＯＥ１３０によって、座標(0, +5, 4000）をｙ座標値「-1」、「-2」、「-3」、「-4」、「-5」、「-6」、「-7」、「-8」、「-9」、及び「-10」だけシフトさせた座標値で表される終点へ向かう方向に進行方向を変更させても良い。

図３（ａ）の撮像部１４０は、例えば、デジタルカメラで構成され、図１に示すように、光軸ＬＡがｚ軸と略平行となり、主走査方向がｘ軸と平行となり、かつ副走査方向がｙ軸と平行となるように設置されている。撮像部１４０は、ＤＯＥ１３０から対象物に対してねじれビームが出射されると、制御部１１０により制御されて、ねじれビームによって対象物上に形成される投光スポットを撮像する。

図３（ａ）の制御部１１０は、例えば、図３（ｂ）に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１０ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１０ｃ、ハードディスク１００ｄ、及び入出力ポート（以下、Ｉ／Ｏポートという）１００ｅを備える。

ＣＰＵ１１０ａは、ＲＯＭ１１０ｂ又はハードディスク１００ｄに保存されたプログラムに従ってソフトウェア処理を実行することで、測距装置１００を含むプロジェクタ１９０の全体制御を行う。ＲＡＭ１１０ｃは、ＣＰＵ１１０ａによるプログラムの実行時において、処理対象とする情報（データ）を一時的に記憶する。

ハードディスク１００ｄは、画像を表す画像データ、プログラム、及びプログラムの実行時に参照される各種のデータテーブルを記憶している。ハードディスク１００ｄが記憶するデータテーブルは、図２（ｆ）に示すような投光スポットのｄｘ／ｄｙ値を表す情報と、始点から投光スポットまでの距離の逆数１／Ｌを表す情報とを対応付けた複数の情報を保存した距離テーブルを含む。Ｉ／Ｏポート１００ｅは、制御部１１０と接続する各部との間でデータの入出力を行う。

制御部１１０は、図３（ｂ）に示したハードウェアを用いて、図５に示すような画像投影処理を実行することで、図３（ｃ）に示すような投光制御部１１１、撮像制御部１１２、撮像画像取得部１１３、投光スポット検出部１１４、傾き検出部１１５、情報記憶部１１６、距離測定部１１７、及び投影制御部１１９として機能する。

図５の画像投影処理を開始すると、図３（ｃ）の投光制御部１１１は、図３（ａ）の平行光生成部１２０に対してＤＯＥ１３０へ入射する平行光を生成させることで、ＤＯＥ１３０から対象物に対してねじれビームを投光させる投光制御を開始する（ステップＳ０１）。次に、図３（ｂ）の撮像制御部１１２は、ねじれビームが投光された対象物を撮像するように、図３（ａ）の撮像部１４０を制御する（ステップＳ０２）。その後、撮像画像取得部１１３は、ねじれビームが投光された対象物を表す撮像画像を撮像部１４０から取得する（ステップＳ０３）。

その後、投光スポット検出部１１４は、撮像画像を構成する画素値の明度に基づいて、撮像画像に表された投光スポットを検出する（ステップＳ０４）。次に、傾き検出部１１５は、検出した投光スポットの主走査方向の長さ及び副走査方向の長さを検出した後に、検出した主走査方向の長さをｄｘとし、検出した投光スポットの副走査方向の長さをｄｙとして、ｄｘ／ｄｙ値を算出する（ステップＳ０５）。

次に、距離測定部１１７は、情報記憶部１１６が記憶する上記の距離テーブルから、ステップＳ０５で算出されたｄｘ／ｄｙ値を表す情報と対応付けられた距離の逆数を表す情報を検索し、検索された情報で表される値の逆数を算出することで、対象物との距離を測定する（ステップＳ０６）。その後、投光制御部１１１は、平行光生成部１２０に対して平行光の生成を終了するように制御することで、投光制御を終了する（ステップＳ０７）。

次に、投影制御部１１９は、ステップＳ０６で測定された距離に基づいて、焦点を対象物であるスクリーンへ合わせるように、図３（ａ）の投影部１９２を制御する焦点制御を行う（ステップＳ０８）。その後、投影制御部１１９は、入力部１９１から入力された操作信号により指定された画像を投影するように投影部１９２を制御する画像投影制御を行った後に（ステップＳ０９）、画像投影処理の実行を終了する。

これらの構成によれば、ＤＯＥ１３０に形成された回折格子は、ｘ軸と平行な偏平面を形成しながらｚ軸の方向へ進行する平行光の進行方向を、ｚ軸の方向へ所定の距離だけ進行した位置において、偏平面のｘ軸と成す回転角度が所定の角度となるように変更する。このため、ＤＯＥ１３０は、例えば、シリンドリカルレンズと比べて小型かつ低価格でありながら、ｘ軸に平行な偏平面を形成する平行光（平行ビーム）を入射されると、ｘ軸と成す偏平面の回転角度がＤＯＥ１３０との距離に応じて変化する偏平光（つまり、ねじれビーム）を出射できる。よって、距離を測定する対象である対象物に対して出射光により形成される線分形状の投光スポットのｘ軸と成す回転角度を、ＤＯＥ１３０との距離に応じて変化させることができる。よってこれらの構成によれば、測距装置１００は、小型かつ低価格であるにも関わらず、従来と同等の精度で対象物との距離を測定できる。

また、これらの構成によれば、ＤＯＥ１３０が有する回折領域１３０ａから１３０ｋの内で、原点からｘ軸の方向に離れた位置に形成された回折領域ほど、ｚ軸の方向に進む入射光（入射ビーム）の進行方向を、終点のｙ座標が大きくなる方向又はｙ座標が小さくなる方向へ変更する。このため、ＤＯＥ１３０は、ｘ軸に平行な所定幅の偏平面を形成する平行光を入射されると、偏平面の両端におけるｙ座標値の差異がＤＯＥ１３０との距離に応じて変化する偏平光を出射できる。よって、測距の対象物に対して出射光により形成される線分形状の投光スポットの両端におけるｙ座標値の差異をＤＯＥ１３０との距離に応じて変化させることができるので、測距装置１００は、小型かつ低価格であるにも関わらず、投光スポットが有する両端のｙ座標値の差異に基づいて、対象物との距離を測定できる。特に、ＤＯＥ１３０は、ｘ軸に平行な所定幅の偏平面を形成する平行光を入射されると、ＤＯＥ１３０との距離が長くなる程、偏平面の両端におけるｙ座標値の差異が増加する偏平光を出射できる。よって、測距装置１００は、ＤＯＥ１３０との距離が長くなり、例えば、撮影画像に表された投光スポットが小さくなったとしても、投光スポットが有する両端のｙ座標値の差異が増加するので、対象物との距離を精度良く測定できる。

さらに、これらの構成によれば、ＤＯＥ１３０が有する回折領域１３０ａから１３０ｋの内で、原点からｘ軸の方向に離れた位置に形成された回折領域ほど、ｚ軸の方向に進む入射光（入射ビーム）の進行方向を、終点のｙ座標が大きくなる方向であって、かつ終点のｘ座標が始点のｘ座標よりも小さくなる方向、又はｙ座標が小さくなる方向であって、かつ終点のｘ座標が始点ｘ座標よりも小さくなる方向へ変更する。このため、ＤＯＥ１３０は、ｘ軸に平行な所定幅の偏平面を形成する平行光を入射されると、偏平面の両端におけるｘ座標値の差異とｙ座標値の差異との双方がＤＯＥ１３０との距離に応じて変化する偏平光を出射できる。よって、測距装置１００は、小型かつ低価格であるにも関わらず、投光スポットが有する両端のｘ座標値の差異とｙ座標値の差異との双方に基づいて、対象物との距離を測定できる。特に、ＤＯＥ１３０は、ｘ軸に平行な所定幅の偏平面を形成する平行光を入射されると、ＤＯＥ１３０との距離が長くなる程、偏平面の両端におけるｘ座標値の差異が減少し、かつｙ座標値の差異が増加する偏平光を出射できる。よって、測距装置１００は、ＤＯＥ１３０との距離が長くなり、例えば、撮影画像に表された投光スポットが小さくなったとしても、投光スポットが有する両端のｘ座標値の差異に対するｙ座標値の差異の割合が増加（ｙ座標値の差異に対するｘ座標値の差異の割合が減少）するので、対象物との距離を精度良く測定できる。

（実施形態１の変形例１）
実施形態１において、平行光生成部１２０は、ＬＤと、シリンドリカル凹レンズと、シリンドリカル凸レンズとで構成されるとして説明した。しかし、これに限定される訳ではなく、例えば、平行光生成部１２０は、図６に示すように、ｚ軸方向にレーザービームを発光するＬＤ１２１と、レーザービームのｘ軸方向の幅を拡張するラインジェネレータＤＯＥ１２２と、幅を拡張されたレーザービームから平行ビームを生成する平凸レンズ１２３とで構成されても良い。この構成によれば、平行光生成部１２０は、２つのシリンドリカルレンズでなくラインジェネレータＤＯＥと平凸レンズとで構成されるため、容易に小型化及び低価格化できる。

（実施形態１の変形例２）
実施形態１において、ＤＯＥ１３０は、複数の回折領域１３０ａから１３０ｋをｘ軸方向に有するとして説明した。このＤＯＥ１３０は、複数の回折領域１３０ｐから１３０ｚをｙ軸方向にさらに有し、回折領域１３０ｐから１３０ｚは、図４（ｃ）に示すように、始点が原点からｙ軸の正方向に離れた回折領域ほど、ｚ軸の方向に進む入射光の進行方向を、終点のｘ座標が小さくなり、かつ終点のｙ座標が始点のｙ座標よりも小さくなる方向（又は終点のｘ座標が大きくなり、かつ終点のｙ座標が始点のｙ座標よりも小さくなる方向）へ変更しても良い。この場合、進行方向を変更されたビームにより投影される投光スポットは、ＤＯＥ１３０から離れるにつれて左回り（又は右回り）に回転する。

これらの構成によれば、ＤＯＥ１３０に形成された回折格子は、ｙ軸と平行な偏平面を形成しながらｚ軸の方向へ進行する平行光の進行方向を、ｚ軸の方向へ所定の距離だけ進行した位置において、偏平面のｙ軸と成す回転角度が所定の角度となるように変更する。このため、ＤＯＥ１３０は、例えば、シリンドリカルレンズと比べて小型かつ低価格でありながら、ｙ軸に平行な偏平面を形成する平行光（平行ビーム）を入射されると、ｙ軸と成す偏平面の回転角度がＤＯＥ１３０との距離に応じて変化する偏平光（つまり、ねじれビーム）を出射できる。よって、距離を測定する対象である対象物に対して出射光により形成される線分形状の投光スポットのｙ軸と成す回転角度を、ＤＯＥ１３０との距離に応じて変化させることができる。よってこれらの構成によれば、測距装置１００は、小型かつ低価格であるにも関わらず、従来と同等の精度で対象物との距離を測定できる。

またこれらの構成によれば、ＤＯＥ１３０が有する回折領域１３０ｐから１３０ｚの内で、原点からｙ軸の正方向に離れた位置に形成された回折領域ほど、ｚ軸の方向に進む入射光（入射ビーム）の進行方向を、終点のｘ座標が小さくなる方向へ変更する。このため、ＤＯＥ１３０は、ｙ軸に平行な所定幅の偏平面を形成する平行光を入射されると、偏平面の両端におけるｘ座標値の差異がＤＯＥ１３０との距離に応じて変化する偏平光を出射できる。よって、測距の対象物に対して出射光により形成される線分形状の投光スポットの両端におけるｘ座標値の差異をＤＯＥ１３０との距離に応じて変化させることができるので、測距装置１００は、小型かつ低価格であるにも関わらず、投光スポットが有する両端のｘ座標値の差異に基づいて、対象物との距離を測定できる。特に、ＤＯＥ１３０は、ｙ軸に平行な所定幅の偏平面を形成する平行光を入射されると、ＤＯＥ１３０との距離が長くなる程、偏平面の両端におけるｘ座標値の差異が増加する偏平光を出射できる。よって、測距装置１００は、ＤＯＥ１３０との距離が長くなり、例えば、撮影画像に表された投光スポットが小さくなったとしても、投光スポットが有する両端のｘ座標値の差異が増加するので、対象物との距離を精度良く測定できる。

さらに、これらの構成によれば、ＤＯＥ１３０が有する回折領域１３０ｐから１３０ｚの内で、原点からｙ軸の方向に離れた位置に形成された回折領域ほど、ｚ軸の方向に進む入射光（入射ビーム）の進行方向を、終点のｘ座標が大きくなる方向であって、かつ終点のｙ座標が始点ｙ座標よりも小さくなる方向、又はｘ座標が小さくなる方向であって、かつ終点のｙ座標が始点ｙ座標よりも小さくなる方向へ変更する。このため、ＤＯＥ１３０は、ｙ軸に平行な所定幅の偏平面を形成する平行光を入射されると、偏平面の両端におけるｙ座標値の差異とｘ座標値の差異との双方がＤＯＥ１３０との距離に応じて変化する偏平光を出射できる。よって、測距装置１００は、小型かつ低価格であるにも関わらず、投光スポットが有する両端のｙ座標値の差異とｘ座標値の差異との双方に基づいて、対象物との距離を測定できる。特に、ＤＯＥ１３０は、ｙ軸に平行な所定幅の偏平面を形成する平行光を入射されると、ＤＯＥ１３０との距離が長くなる程、偏平面の両端におけるｙ座標値の差異が減少し、かつｘ座標値の差異が増加する偏平光を出射できる。よって、測距装置１００は、ＤＯＥ１３０との距離が長くなり、例えば、撮影画像に表された投光スポットが小さくなったとしても、投光スポットが有する両端のｙ座標値の差異に対するｘ座標値の差異の割合が増加（ｘ座標値の差異に対するｙ座標値の差異の割合が減少）するので、対象物との距離を精度良く測定できる。

（実施形態１の変形例３）
本実施形態において、測距装置１００は、プロジェクタ１９０に搭載され、プロジェクタ１９０は、測距装置１００が測定したスクリーンまでの距離に基づいてスクリーンに焦点を合わせるとして説明した。しかし、これに限定される訳ではなく、測距装置１００は、例えば、モーションキャプチャに搭載され、モーションキャプチャは、測距装置１００が測定した対象物までの距離の変化に基づいて、対象物の動作を取得しても良い。コンピュータゲーム機におけるジェスチャー認識などがこれに相当する。また、測距装置１００は、例えば、ロボットに搭載され、ロボットの視覚センサとして機能しても良い。さらに、測距装置１００は、人体などの物体を検知する検知センサに搭載され、検知センサは、測距装置１００が測定した対象物までの距離が所定値よりも近くなった場合に、人物又は物体の存在を検知しても良い。

（実施形態２）
次に、実施形態２について説明を行う。本発明の実施形態２に係る測距装置２００は、図７に示すように、入射された１つの偏平ビームを１２個のねじれビームに分岐させる多点分岐回折格子が形成されたＤＯＥ２０３を備える。この測距装置２００は、１２個のねじれビームによって対象物に形成された１２個の投光スポットの傾きに基づいて、対象物上に形成された投光スポット上の１２個の点との距離を計測する。尚、実施形態１と共通する構成については説明を省略する。

実施形態２に係る測距装置２００は、実施形態１の測距装置１００と同様に、図８（ａ）に示すような制御部２１０、平行光生成部２２０、ＤＯＥ２３０、及び撮像部２４０で構成され、入力部２９１及び投影部２９２を有するプロジェクタ２９０に搭載されている。尚、平行光生成部２２０及び撮像部２４０については説明を省略する。また、制御部２１０について説明する前に、ＤＯＥ２３０について説明する。

ＤＯＥ２３０は、図９（ａ）に示すように、ｘ方向に並んだ１１個の回折領域２３０ａから２３０ｋを有する。回折領域２３０ａから２３０ｅについて説明する前に、原点の位置に形成された回折領域２３０ｆについて説明する。

回折領域２３０ｆには、図９（ｂ）に示すように、複数の繰返領域ＲＲｆがタイル状に（つまり、互いに隣接して）形成されている。この繰返領域ＲＲｆには、例えば、通常照射されるレーザービームの径よりも十分に小さいピッチで並んでいる。繰返領域ＲＲｆには、図９（ｃ）に示すような１２個の要素領域ＡｆからＬｆがタイル状に形成されている。この繰返領域ＲＲｆを構成する要素領域ＡｆからＬｆは、図１０（ａ）に示すように、ｚ軸方向へ進行するレーザービームが入射された場合に出射するビームの方向がそれぞれ異なる１２種類の回折格子が形成されている。

具体的には、要素領域Ａｆは、図１０（ａ）及び図１０（ｃ）に示すように始点が原点である場合に、出射するレーザービームの進行方向を、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に示すような座標値(-1500, 1000, 4000)で表される終点ＥＡｆに向かう方向へ変更する。同様に、要素領域Ｂｆは、始点が原点である場合に、出射するレーザービームの進行方向を、座標値(-500, 1000, 4000)で表される終点ＥＢｆに向かう方向へ変更する。さらに、要素領域Ｃｆ及びＤｆは、レーザービームの進行方向を、終点ＥＢｆをｘ座標値「1000」及び「2000」だけそれぞれシフトさせた終点ＥＣｆ及びＥＤｆに向かう方向へそれぞれ変更する。

また、要素領域ＥｆからＨｆは、レーザービームの進行方向を、終点ＥＡｆからＥＤｆをそれぞれｙ座標値「-1000」だけシフトさせた終点ＥＥｆからＥＨｆに向かう方向へそれぞれ変更し、要素領域ＩｆからＬｆは、レーザービームの進行方向を、終点ＥＡｆからＥＤｆをそれぞれｙ座標値「-2000」だけシフトさせた終点ＥＩｆからＥＬｆに向かう方向へそれぞれ変更する。

図９（ａ）に示す回折領域２３０ａから２３０ｅ及び２３０ｇから２３０ｋは、既に説明した回折領域２３０ｆと同様に、それぞれ不図示の繰返領域ＲＲａからＲＲｅ及びＲＲｇからＲＲｋを複数有する。また、繰返領域ＲＲａからＲＲｅ及びＲＲｇからＲＲｋは、それぞれ不図示の要素領域ＡａからＬａ、ＡｂからＬｂ、ＡｃからＬｃ、ＡｄからＬｄ、ＡｅからＬｅ、ＡｇからＬｇ、ＡｈからＬｈ、ＡｉからＬｉ、ＡｊからＬｊ、及びＡｋからＬｋを有する。

ここで、これらの領域ＡａからＬｋを識別するために、図１１（ａ）の表に示すような回折領域インデックスと要素領域インデックスとを用いる。回折領域インデックスとは、要素領域を含む回折領域を識別するインデックスである。例えば、要素領域Ａａは回折領域２３０ａに含まれるため、要素領域Ａａの回折領域インデックスは「ａ」であり、要素領域Ａｂは回折領域２３０ｂに含まれるため、要素領域Ａｂの回折領域インデックスは「ｂ」である。また、要素領域インデックスとは、繰返領域における要素領域の位置を識別するインデックスである。例えば、要素領域Ａａの位置は、図９（ｃ）に示す繰返領域ＲＲｆにおける要素領域Ａｆに相当する位置であるため、要素領域Ａａの要素領域インデックスは「Ａ」であり、要素領域Ｂａは、図９（ｃ）に示す繰返領域ＲＲｆにおける要素領域Ｂｆに相当する位置であるため、要素領域Ｂａの要素領域インデックスは「Ｂ」である。

この回折領域インデックスと要素領域インデックスとを用いると、上記の要素領域ＡａからＬｋの始点は、図１１（ｂ）から（ｄ）に示すようなｘ座標値、ｙ座標値、及びｚ座標値で表される。つまり、領域Ａａ及びＬｋの始点の位置は、座標値(-5, 0, 0)及び座標値(5, 0, 0)でそれぞれ表される。

また、上記の領域ＡａからＬｋを通過したレーザービームの終点は、図１２（ａ）から（ｃ）にそれぞれ示すようなｘ座標値、ｙ座標値、及びｚ座標値で表される。つまり、図１２（ａ）に示すように、同じ要素領域インデックスで識別される要素領域（つまり、繰返領域における相対位置がそれぞれ同じ要素領域）は、回折領域インデックスが異なっても（つまり、要素領域を含む回折領域が異なっても）、入射ビームの進行方向を、同じｘ座標値の終点へ向かう方向へ変更する。このため、要素領域ＡａからＬｋの終点の位置を表すｘ座標値は、「-1500」、「-500」、「+500」、及び「+1500」という４個の座標値の内いずれかとなる。

これに対して、図１２（ｂ）に示すように、同じ要素領域インデックスで識別される要素領域は、回折領域インデックスがアルファベット順において遅いインデックスとなる程（つまり、図１１（ｂ）に示すように、始点のｘ座標が大きくなる程）、入射ビームの進行方向を、より大きなｙ座標値の終点へ向かう方向へ変更する。このため、要素領域ＡａからＬｋの終点を表すｙ座標値は、「995から1005」、「-5から+5」、及び「-1005から-995」という３つの座標範囲のいずれかに含まれる。

よってこれらの構成によれば、ｘ軸に平行な偏平面を形成する平行ビームを入射されると、ＤＯＥ２３０は、ｘ軸と成す偏平面の回転角度がＤＯＥ２３０との距離に応じて変化するねじれビームを、終点のｘ座標が「-1500」となる方向と、「-500」となる方向と、「+500」となる方向と、「+1500」となる方向との少なくとも４方向に分割して出射できる。

またこれらの構成によれば、ｘ軸に平行な偏平面を形成する平行ビームを入射されると、ＤＯＥ２３０は、ｘ軸と成す偏平面の回転角度がＤＯＥ２３０との距離に応じて変化するねじれビームを、終点のｙ座標が「995から1005」に含まれる方向と、「-5から+5」に含まれる方向と、「-1005から-995」に含まれる方向との少なくとも３方向に分割して出射できる。

つまり、要素領域ＡａからＬｋの終点は、終点のｘ座標及びｙ座標に基づいて１２個のパターンに分類される。つまり、回折領域素子２３０は、図７に示すように、ｘ軸と平行な偏平面を形成するコヒーレントな平行ビームを入射されると１２個の左回りのねじれビームを１２方向に対して出射できる。

尚、要素領域ＡａからＬｋにおける始点と終点とのｘ座標の差異（つまり、方向比）、ｙ座標の差異、及びｚ座標の差異は、図１３（ａ）から図１３（ｃ）に示すような値となり、これらの差異を用いて算出される方向余弦ｌ、ｍ、及びｎは、図１４（ａ）及び（ｂ）並びに図１５に示すような値となる。

次に、図８（ａ）を再度参照して、実施形態２に係る測距装置２００について説明を続ける。図８（ａ）の制御部２１０は、図１６に示すような画像投影処理を実行することで、図８（ｂ）に示すような投光制御部２１１、撮像制御部２１２、撮像画像取得部２１３、投光スポット検出部２１４、傾き検出部２１５、情報記憶部２１６、距離測定部２１７及び投影制御部２１９としてだけでなく、距離画像生成部２１８ａ及び投影画像補正部２１８ｂとして機能する。

図１６の画像投影処理を開始すると、投光制御部２１１は、投光制御を開始して、１２個のねじれピームを対象物に対して投光させる（ステップＳ１１）。次に、撮像制御部２１２は、撮像制御を行うことで、対象物上に形成された１２個の投光スポットを、図８（ａ）の撮像部２４０に対して撮像させる（ステップＳ１２）。その後、撮像画像取得部２１３は、撮像部２４０から撮像画像を取得する（ステップＳ１３）。

その後、投光スポット検出部２１４は、撮像画像を構成する画素値の明度に基づいて、撮像画像に表された１２個の投光スポットを検出する（ステップＳ１４）。次に、傾き検出部２１５は、検出した１２個の投光スポットそれぞれに対してｄｘ／ｄｙ値を算出する（ステップＳ１５）。

次に、距離測定部２１７は、ステップＳ１５で算出された１２個のｄｘ／ｄｙ値に対して、それぞれと対応付けられた距離の逆数を、情報記憶部２１６が記憶する上記の距離テーブルから検索した後に、検索された値の逆数を算出することで、対象物上の投光スポットが形成された１２個の点との距離をそれぞれ測定する（ステップＳ１６）。尚、距離画像生成部２１８ａは、測定された１２個の距離を画素値とした距離画像を生成する。その後、投光制御部２１１は、投光制御を終了する（ステップＳ１７）。

次に、投影制御部２１９は、ステップＳ１６で測定された対象物上の１２個の点との距離（つまり、距離画像で表される距離）の内で、最も中心に位置する点との距離に基づいて、焦点を対象物であるスクリーンへ合わせるように、図８（ａ）の投影部２９２を制御する焦点制御を行う（ステップＳ１８）。その後、投影制御部２１９は、測定された１２個の点との距離に基づいて、投影部２９２の光軸に対するスクリーンの傾斜角度を算出する（ステップＳ１９）。具体的には、ステップＳ０９で算出されるスクリーンの傾斜角度は、スクリーンの水平方向と投影部２９２の光軸とが成す角度と、スクリーンの垂直方向と投影部２９２の光軸とが成す角度とを含む。

その後、投影画像補正部２１８ｂは、ステップＳ０９で算出された傾斜角度を用いて、スクリーンに投影される画像の歪みをキャンセルする歪み補正行列を算出する（ステップＳ２０）。具体例としては、投影画像補正部２１８ｂは、特許文献である特許４３８０５５７号公報に開示されているような台形補正を行う補正行列を算出する。次に、投影画像補正部２１８ｂは、スクリーンへ投影する投影画像を、ステップＳ２０で算出された補正行列を用いて補正する（ステップＳ２１）。次に、投影制御部２１９は、補正された投影画像をスクリーンへ投影する投影制御を行った後に（ステップＳ２２）、画像投影処理の実行を終了する。

これらの構成によれば、ＤＯＥ２３０で分割された平行ビームにより対象物上に形成される複数の投光スポットのｘ軸に対する傾きに基づいて、対象物上における投光スポットが形成された複数の点との距離を測定する。よって、例えば、ＴＯＦ（Time of Flight）型のセンサのように、特殊で高価なＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ又はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャナを測距装置２００は必要としないため、小型及び安価であるにも関わらず、対象物上の複数の点との距離を測定して、距離画像を生成できる。

（実施形態２の変形例１）
実施形態２においては、ＤＯＥ２３０の繰返領域ＲＲａからＲＲｋが有する同じ要素領域インデックスで識別される要素領域は、回折領域インデックスがアルファベット順において遅いインデックスとなる程（つまり、図１１（ｂ）に示すように、始点のｘ座標が大きくなる程）、入射ビームの進行方向を、より大きなｙ座標値の終点へ向かう方向へ変更するため、複数の左回りのねじれビームを出射するとして説明した。しかし、これに限定される訳ではなく、ＤＯＥ２３０は、繰返領域ＲＲａからＲＲｋ（以下、左繰返領域ＲＲａからＲＲｋという）に代えて右繰返領域ＲＲａ’からＲＲｋ’を有し、右繰返領域ＲＲａ’からＲＲｋ’が有する同じ要素領域インデックスで識別される要素領域は、回折領域インデックスがアルファベット順において遅いインデックスとなる程（つまり、図１１（ｂ）に示すように、始点のｘ座標が大きくなる程）、入射ビームの進行方向を、より小さなｙ座標値の終点へ向かう方向へ変更し、複数の右回りのねじれビームを出射する構成を採用できる。

（実施形態２の変形例２）
実施形態２及び実施形態２の変形例１において、ＤＯＥ２３０は、ｘ軸に平行な偏平面を形成する平行ビームを入射されると、ｘ軸と成す偏平面の回転角度がＤＯＥ２３０との距離に応じて変化する右回転又は左回転のねじれビームを、終点のｘ座標が「-1500」となる方向と、「-500」となる方向と、「+500」となる方向と、「+1500」となる方向との少なくとも４方向に分割して出射する構成を採用できる。またこの構成において、ＤＯＥ２３０は、ｘ軸に平行な偏平面を形成する平行ビームを入射されると、ＤＯＥ２３０は、ｘ軸と成す偏平面の回転角度がＤＯＥ２３０との距離に応じて変化する右回転又は左回転のねじれビームを、終点のｙ座標が「995から1005」に含まれる方向と、「-5から+5」に含まれる方向と、「-1005から-995」に含まれる方向との少なくとも３方向に分割して出射するとして説明した。
しかしこれに限定される訳ではなく、ＤＯＥ２３０は、ｙ軸に平行な偏平面を形成する平行ビームを入射されると、ｙ軸と成す偏平面の回転角度がＤＯＥ２３０との距離に応じて変化する右回転又は左回転のねじれビームを、終点のｙ座標が「-1500」となる方向と、「-500」となる方向と、「+500」となる方向と、「+1500」となる方向との少なくとも４方向に分割して出射する構成を採用できる。またこの構成において、ＤＯＥ２３０は、ｙ軸に平行な偏平面を形成する平行ビームを入射されると、ＤＯＥ２３０は、ｙ軸と成す偏平面の回転角度がＤＯＥ２３０との距離に応じて変化する右回転又は左回転のねじれビームを、終点のｘ座標が「995から1005」に含まれる方向と、「-5から+5」に含まれる方向と、「-1005から-995」に含まれる方向との少なくとも３方向に分割して出射する構成を採用できる。

（実施形態３）
次に、実施形態３について説明を行う。本発明の実施形態３に係る測距装置３００は、図１７に示すように、ＤＯＥ３３０を用いて１つの偏平ビームを、６個の右ねじれビームと、６個の左ねじれビームとに分割する。

ＤＯＥ３３０が出射する右ねじれビームは、ビームの進行方向に向かって、所定の割合で右回り（つまり、時計回り）に偏平面がねじれるビームである。このため、右ねじれビームの投光スポット（以下、右投光スポットという）は、図１８（ａ）から（ｄ）に示すように、右ねじれビームが進行するにつれて、所定の割合で右回りに回転し、ｘ軸の正方向と成す角が１８０°から９０°へ減少する。

これに対して、ＤＯＥ３３０が出射する左ねじれビームは、ビームの進行方向に向かって、右ねじれビームと同じ割合で左回り（つまり、反時計回り）に偏平面がねじれるビームである。このため、左ねじれビームの投光スポット（以下、左投光スポットという）は、図１９（ａ）から（ｄ）に示すように、左ねじれビームが進行するにつれて、右ねじれビームと同じ所定の割合で左回りに回転し、ｘ軸の正方向と成す角が０°から９０°へ増加する。

実施形態３の測距装置３００は、６個の右投光スポットの傾きと、６個の左投光スポットの傾きとを検出すると共に、検出された右投光スポットの傾きと左投光スポットの傾きとの組み合せを用いて１２個の傾きを補正した後に、補正後の傾きに基づいて対象物上の１２個の点との距離を計測する。尚、実施形態２と共通する構成については説明を省略する。

実施形態３に係る測距装置３００は、実施形態２の測距装置２００と同様に、図２０（ａ）に示すような制御部３１０、平行光生成部３２０、ＤＯＥ３３０、及び撮像部３４０で構成され、入力部３９１及び投影部３９２を有するプロジェクタ３９０に搭載されている。

図２０（ａ）の制御部３１０は、図２１（ａ）に示すような画像投影処理を実行することで、図２０（ｂ）に示すような投光制御部３１１、撮像制御部３１２、撮像画像取得部３１３、投光スポット検出部３１４、傾き検出部３１５ａ、情報記憶部３１６、距離測定部３１７、距離画像生成部３１８ａ、投影画像補正部３１８ｂ、及び投影制御部３１９としてだけでなく、誤差除去部３１５ｂとして機能する。

図２１（ａ）の画像投影処理が開始されると、図２０（ｂ）の投光制御部３１１、撮像制御部３１２、撮像画像取得部３１３、投光スポット検出部３１４、及び傾き検出部３１５ａは、図１６のステップＳ１１からＳ１５までの処理と同様の処理を実行する（ステップＳ３１からＳ３５）。次に、誤差除去部３１５ｂは、ステップＳ３５で検出された傾きを表すｄｘ／ｄｙ値から誤差を除去する、図２１（ｂ）に示すような誤差除去処理を実行する。

図２１（ａ）の画像投影処理を開始すると、誤差除去部３１５ｂは、１２個のｄｘ／ｄｙ値を用いて、１２個の投光スポットがｘ軸の正方向と成す傾き角度をそれぞれ算出する（ステップＳ５１）。具体例としては、誤差除去部３１５ｂは、ｄｘ／ｄｙ値から正接（つまり、タンジェント）を算出した後に、逆正接関数（つまり、アークタンジェント）を用いて投光スポットの傾き角度を算出する。

次に、誤差除去部３１５ｂは、６個の右投光スポットから１つの右投光スポットを選択した後に、選択した右投光スポットから撮像画像において最も距離が近い左投光スポットを特定する。その後、誤差除去部３１５ｂは、選択した右投光スポットと、特定した左投光スポットとをペアとして、右投光スポットと左投光スポットとの組み合せを取得する（ステップＳ５２）。

ここで、ＤＯＥ３３０が出射する右ねじれビームの偏平面は、左ねじれビームの偏平面と同じ割合で、左ねじれビームと逆方向（つまり、右回り）にねじれるため、図２０（ａ）の撮像部３４０における主走査方向とｘ軸とが誤差なく平行であれば、右投光スポットの傾き角度と、左投光スポットの傾き角度とは、以下の式（１）で表される。

右投光スポットの傾き角度＝１８０°−左投光スポットの傾き角度・・・（１）

このため、撮像部３４０における主走査方向とｘ軸との平行度の誤差（以下、平行度誤差という）を、主走査方向とｘ軸の正方向とが成す角度で表すと、以下の式（２）を用いて表される。

平行度誤差＝右投光スポットの傾き角度−（１８０°−左投光スポットの傾き角度）・・・（２）

よって、誤差除去部３１５ｂは、上記の式（２）に対して、ステップＳ５１で算出された傾き角度を代入することで、平行度誤差を特定する（ステップＳ５３）。その後、誤差除去部３１５ｂは、ステップＳ５１で算出された傾き角度から平行度誤差を除去した後に、平行度誤差を除去された傾き角度を用いて６個の右投光スポットのｄｘ／ｄｙ及び６個の左投光スポットのｄｘ／ｄｙを再算出する（ステップＳ５４）。その後、誤差除去部３１５ｂは、誤差除去処理の実行を終了する。

図２１（ａ）のステップＳ３６の処理が終了すると、図２０（ｂ）の距離測定部３１７は、図２１（ｂ）のステップＳ５４で再算出された１２個のｄｘ／ｄｙ値を用いて、対象物上の投光スポットが形成された１２個の点との距離をそれぞれ測定する（ステップＳ３６）。尚、距離画像生成部３１８ａは、測定された１２個の距離を画素値とした距離画像を生成する。その後、投光制御部２１１は、投光制御を終了する（ステップＳ３７）。

その後、投影画像補正部３１８ｂ及び投影制御部３１９は、図１６のステップＳ１８からＳ２２と同様の処理を実行した後に（ステップＳ３９からＳ４３）、画像投影処理の実行を終了する。

これらの構成によれば、検出された右投光スポットの傾きと左投光スポットの傾きとに基づいて、検出された右投光スポットの傾きと左投光スポットの傾きとから検出誤差を除去するため、例えば、撮像部３４０の主走査方向とｘ軸との平行度に誤差がある場合や、ＤＯＥ２３０の回折方向に誤差がある場合であっても、精度良く対象物上の点との距離を測定できる。

（実施形態４）
次に、実施形態４について説明を行う。本発明の実施形態４に係る測距装置は、図２２に示すように、ＤＯＥ４３０を用いて１つの偏平ビームを、１２個の左右重畳ねじれビームに分割する。
ＤＯＥ４３０が出射する左右重畳ねじれビームは、右ねじれビームと左ねじれビームとが重畳されたもので、その投光スポット（以下、左右重畳投光スポットという）がｘ軸（又はｙ軸）と成す角度は、図２３（ａ）から（ｄ）に示すように左右重畳ねじれビームが進行するにつれて所定の割合で変化する。

ＤＯＥ４３０が出射する左右重畳ねじれビームを構成する２つのねじれビーム（つまり、右ねじれビームと左ねじれビームと）は、実施形態３と同様に、同じ所定の割合で互いに逆方向に偏平面がねじれるため、左右重畳投光スポットの形状は、ｙ軸と平行な直線に対して常に略線対称になり、この性質は平行度補正に利用される。

ＤＯＥ４３０は、図２４（ａ）に示すように、ｘ方向に並んだ１１個の回折領域４３０ａから４３０ｋを有する。回折領域４３０ａから４３０ｅについて説明する前に、原点の位置に形成された回折領域４３０ｆについて説明する。

回折領域４３０ｆには、図２４（ｂ）に示すように、実施形態２で説明した左ねじれビームを出射するために用いられる複数の左繰返領域ＲＲｆと、実施形態２の変形例１で説明した右ねじれビームを出射するために用いられる複数の右繰返領域ＲＲｆ’とが、所定の割合でタイル状に形成されている。尚、左繰返領域ＲＲｆ及び右繰返領域ＲＲｆ’は、例えば、通常照射されるレーザービームの径よりも十分に小さいピッチで並んでいる。また、ｘ軸方向及びｙ軸方向に１領域（又は複数領域）毎に交互に（つまり、チェッカー状：市松模様状に）形成されているとして説明するが、これに限定される訳ではない。例えば、左繰返領域ＲＲｆと右繰返領域ＲＲｆ’とは、ｘ軸方向のみ１領域（又は複数領域）毎に交互に（つまり、ストライプライン状に）形成されていても良いし、ｙ軸方向のみ１領域（又は複数領域）毎に交互に（つまり、ボーダーライン状に）形成されていても良い。

図２４（ａ）に示す回折領域４３０ａから４３０ｅ及び４３０ｇから４３０ｋは、既に説明した回折領域４３０ｆと同様に、それぞれ不図示の左繰返領域ＲＲａからＲＲｅ及びＲＲｇからＲＲｋと、左繰返領域ＲＲａ’からＲＲｅ’及びＲＲｇ’からＲＲｋ’とを複数有する。

ここで、実施形態３に係る測距装置では、ペアとされる右投光スポットを形成する右ねじれビームの進行方向と、左投光スポットを形成する左ねじれビームの進行方向とがそれぞれ異なるため、ＤＯＥ４３０から右投光スポットまでの距離とＤＯＥ４３０から左投光スポットまでの距離とがそれぞれ異なる場合があり、そのような場合には平行度補正が正しく行われない可能性がある。しかし、実施形態４に係る測距装置の構成によれば、左右重畳投光スポットを形成する左右重畳ねじれビームの進行方向は１つの方向であるため（つまり、左右重畳ねじれビームを構成する左ねじれビームの進行方向と右ねじれビームの進行方向とは同じ又は略同一である）、ＤＯＥ４３０から左右重畳投光スポットまでの距離も１つであり（つまり、ＤＯＥ４３０から左右重畳投光スポットを構成する左投光スポットまでの距離と右投光スポットまでの距離とは同じ又は略同一であるため）、平行度補正を実施形態３と比較してより正確に行える。

（実施形態５）
次に、実施形態５について説明を行う。本発明の実施形態５に係る測距装置が有する平行光生成部は、図２５に示すように、ｘ軸に平行な偏平面を形成するｚ軸方向に進行する偏平ビームと、ｙ軸に平行な偏平面を形成するｚ軸方向に進行する偏平ビームとを生成する。

また、実施形態５の測距装置が有するＤＯＥ５３０は、ｘ軸に平行な偏平面を形成する偏平ビームを１２個の左ねじれビーム（以下、第１左ねじれビームという）に分割し、ｙ軸に平行な偏平面を形成する偏平ビームを１２個の左ねじれビーム（以下、第２左ねじれビームという）に分割する。また、ＤＯＥ５３０は、それぞれの第１左ねじれビーム（又は第２左ねじれビーム）の進行方向を、第２左ねじれビーム（又は第１左ねじれビーム）に重畳される（例えば、交差する）方向に変化させる。このため、図２６（ａ）から（ｄ）に示すように、投光面がｚ軸方向にＤＯＥ５３０から離れても、第１左ねじれビームの投光スポット（以下、第１左投光スポットという）と、第２左ねじれビームの投光スポット（以下、第２左投光スポットという）とは、互いに重畳（交差）し続ける。また、ＤＯＥ５３０が出射する第１左ねじれビームと第２左ねじれビームとは、同じ所定の割合で偏平面が同方向にねじれるため、第１左投光スポットと第２左投光スポットとが成す角度が一定のまま変化しない。

このため、実施形態５の測距装置は、第１左投光スポット（又は第２左投光スポット）を撮像画像から検出すると、検出した投光スポットと撮像画像において所定の角度で交差する第２左投光スポット（又は第１左投光スポット）を検出する。

これらの構成によれば、例えば、実施形態４のように、投光面とＤＯＥ４３０との距離によって、重なり合う投光スポットが互いに成す角度が変化しないので、第１左投光スポット（又は第２左投光スポット）を検出しさえすれば、第２左投光スポット（又は第１左投光スポット）を容易に検出できる。

その後、実施形態５の測距装置は、互いに重なり合う第１左投光スポットと第２左投光スポットとをペアとする。次に、測距装置は、ペアを構成する第１左投光スポットの傾きに基づいて対象物における第１左投光スポット上の点とＤＯＥ５３０との距離、及びペアを構成する第２左投光スポットの傾きに基づいて対象物における第２左投光スポット上の点とＤＯＥ５３０との距離とを算出する。その後、測距装置は、２つの距離の平均値を、第１左投光スポットと第２左投光スポットとの交点とＤＯＥ５３０との距離とする。その後、測距装置は、１２個のペアについてペアを構成する第１左投光スポットと第２左投光スポットとの交点とＤＯＥ５３０との距離を算出することで、距離画像を生成する。

これらの構成によれば、交差する２つの投光スポットのｘ軸に対する傾きに基づいて、対象物上における投光スポットの交点との距離を測定するため、１つの投光スポットの傾きのみに基づいて距離を測定する場合と比べて、距離の測定に用いられる情報量が２倍多いので、精度良く対象物上の複数の点との距離を測定できる。

尚、本発明に係る機能を実現するための構成を予め備えた測距装置として提供できることはもとより、プログラムの適用により、既存の測距装置を本発明に係る測距装置として機能させることもできる。すなわち、上記実施形態で例示した測距装置１００、２００、及び３００などによる各機能構成を実現させるための測距プログラムを、既存の測距装置を制御するコンピュータ（ＣＰＵなど）が実行できるように適用することで、本発明に係る測距装置１００として機能させることができる。また、本発明に係る測距方法は、上記実施形態で例示した測距装置１００、２００、及び３００などを用いて実施できる。

このようなプログラムの配布方法は任意であり、例えば、メモリカード、ＣＤ−ＲＯＭ、又はＤＶＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に格納して配布できる他、インターネットなどの通信媒体を介して配布することもできる。

以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１００，２００，３００・・・測距装置、１１０，２１０，３１０・・・制御部、１１０ａ・・・ＣＰＵ、１１０ｂ・・・ＲＯＭ、１１０ｃ・・・ＲＡＭ、１１０ｄ・・・ハードディスク、１１０ｅ・・・Ｉ／Ｏポート、１１１，２１１，３１１・・・投光制御部、１１２，２１２，３１２・・・撮像制御部、１１３，２１３，３１３・・・撮像画像取得部、１１４，２１４，３１４・・・投光スポット検出部、１１５，２１５，３１５ａ・・・傾き検出部、１１６，２１６，３１６・・・情報記憶部、１１７，２１７，３１７・・・距離測定部、１１９，２１９，３１９・・・投影制御部、１２０，２２０，３２０・・・平行光生成部、１３０，２３０，３３０・・・回折光学素子（ＤＯＥ）、１４０，２４０，３４０・・・撮像部、１９１，２９１，３９１・・・入力部、１９２，２９２，３９２・・・投影部、２１８ａ，３１８ａ・・・距離画像生成部、２１８ｂ，３１８ｂ・・・投影画像補正部、３１５ｂ・・・誤差除去部

Claims (17)

1. 原点、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸からなる座標空間において、
   前記ｘ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向へ進行する平行光を、前記ｚ軸の方向へ所定の距離だけ進行した位置において、前記偏平面の前記ｘ軸と成す角度が所定の角度となるようにねじる第１回折格子を備え、
   当該第１回折格子は、前記ｚ軸の方向に進む入射光を、互いに異なる進行方向に進む複数の平行光に分割する多点分岐回折格子である、
   ことを特徴とする回折光学素子。
2. 前記第１回折格子は、前記ｚ軸の方向に進む入射光を、ｘ座標に関して、互いに異なる進行方向に進む複数の平行光に分割する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
3. 前記第１回折格子は、前記ｚ軸の方向に進む入射光を、ｙ座標に関して、互いに異なる進行方向に進む複数の平行光に分割する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の回折光学素子。
4. 当該第１回折格子は、前記ｚ軸の方向に進む入射光を、互いに異なる進行方向に進む３以上の平行光に分割する多点分岐回折格子である、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回折光学素子。
5. 前記第１回折格子が形成された回折領域を前記ｘ軸方向に複数有し、
   前記ｘ軸方向の複数の回折領域は、原点から離れた位置に形成された領域ほど、前記ｘ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向に進む入射光の進行方向を、原点から前記ｚ軸の方向に所定の距離だけ進行した場合に到達する点のｙ座標に大きな変化を与えるように変更する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回折光学素子。
6. 前記第１回折格子が形成された複数の回折領域は、原点に対して前記ｘ軸の正領域に形成された複数の正領域回折領域と、原点に対して前記ｘ軸の負領域に形成された複数の負領域回折領域と、からなり、
   前記複数の正領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記ｘ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向に進む入射光が前記ｚ軸の方向に所定の距離だけ進んだ場合に到達する点のｙ座標を大きくし、かつ前記点のｘ座標を小さくするように前記入射光の進行方向を変更し、
   前記複数の負領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記点のｙ座標を小さくし、かつ前記点のｘ座標を大きくするように前記入射光の進行方向を変更する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の回折光学素子。
7. 前記第１回折格子が形成された複数の回折領域は、原点に対して前記ｘ軸の正領域に形成された複数の正領域回折領域と、原点に対して前記ｘ軸の負領域に形成された複数の負領域回折領域と、からなり、
   前記複数の正領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記ｘ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向に進む入射光が前記ｚ軸の方向に所定の距離だけ進んだ場合に到達する点のｙ座標を小さくし、かつ前記点のｘ座標を小さくするように前記入射光の進行方向を変更し、
   前記複数の負領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記点のｙ座標を大きくし、かつ前記点のｘ座標を大きくするように前記入射光の進行方向を変更する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の回折光学素子。
8. 前記ｙ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向へ進行する平行光を、前記ｚ軸の方向へ所定の距離だけ進行した位置において、前記偏平面の前記ｙ軸と成す角度が所定の角度となるようにねじる第２回折格子を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回折光学素子。
9. 前記第２回折格子が形成された回折領域を前記ｙ軸方向に複数有し、
   前記ｙ軸方向の複数の回折領域は、原点から離れた位置に形成された領域ほど、前記ｙ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向に進む入射光の進行方向を、原点から前記ｚ軸の方向に所定の距離だけ進行した場合に到達する点のｘ座標に大きな変化を与えるように変更する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の回折光学素子。
10. 前記第２回折格子が形成された複数の回折領域は、原点に対して前記ｙ軸の正領域に形成された複数の正領域回折領域と、原点に対して前記ｙ軸の負領域に形成された複数の負領域回折領域と、からなり、
    前記複数の正領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記ｙ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向に進む入射光が前記ｚ軸の方向に所定の距離だけ進んだ場合に到達する点のｘ座標を大きくし、かつ前記点のｙ座標を小さくするように前記入射光の進行方向を変更し、
    前記複数の負領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記点のｘ座標を小さくし、かつ前記点のｙ座標を大きくするように前記入射光の進行方向を変更する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の回折光学素子。
11. 前記第２回折格子が形成された複数の回折領域は、原点に対して前記ｙ軸の正領域に形成された複数の正領域回折領域と、原点に対して前記ｘ軸の負領域に形成された複数の負領域回折領域と、からなり、
    前記複数の正領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記ｘ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向に進む入射光が前記ｚ軸の方向に所定の距離だけ進んだ場合に到達する点のｘ座標を小さくし、かつ前記点のｙ座標を小さくするように前記入射光の進行方向を変更し、
    前記複数の負領域回折領域は、原点から離れた位置の回折領域ほど、前記点のｘ座標を大きくし、かつ前記点のｙ座標を大きくするように前記入射光の進行方向を変更する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の回折光学素子。
12. 原点、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸からなる座標空間において、
    前記ｘ軸と平行な偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向へ進行する平行光を生成する平行光生成手段と、
    前記平行光生成手段で生成された平行光で形成される偏平面の前記ｘ軸と成す角度が前記ｚ軸の方向へ所定の距離だけ進行した位置において所定の角度となるように、前記平行光をねじる回折格子パターンが形成された回折光学素子と、
    距離の測定対象である対象物上に、前記回折光学素子でねじられた平行光によって形成された投光スポットを撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段で撮像された撮像画像から検出された投光スポットの前記ｘ軸に対する傾きに基づいて、前記対象物との距離を測定する距離測定手段と、を備える、
    ことを特徴とする測距装置。
13. 前記回折光学素子は、前記平行光生成手段で生成された前記ｘ軸と平行な偏平面を形成する平行光を複数の平行光に分割し、かつ前記分割した平行光が形成する偏平面の前記ｘ軸と成す角度が前記ｚ軸の方向へ前記所定の距離だけ進行した位置において前記所定の角度となるように、前記生成された平行光をねじり、
    前記撮像手段は、前記回折光学素子で分割された複数の平行光によって前記対象物上に形成された複数の投光スポットを撮像し、
    前記距離測定手段は、前記撮像手段で撮像された複数の投光スポットの前記ｘ軸に対する傾きに基づいて、前記投光スポットが形成された前記対象物上の複数の点との距離を測定し、
    当該測距装置は、前記距離測定手段で測定された複数の距離に応じた複数の画素値を有する距離画像を生成する距離画像生成手段、をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の測距装置。
14. 前記回折光学素子は、前記平行光生成手段で生成された前記ｘ軸と平行な偏平面を形成する平行光を第１平行光と第２平行光とに分割し、前記ｚ軸の方向へ前記所定の距離だけ進行した位置において、前記第１平行光が形成する偏平面の前記ｘ軸の正方向を基準とした角度が前記所定の角度となり、かつ前記第２平行光が形成する偏平面の前記ｘ軸の負方向を基準とした角度が前記所定の角度となるように、前記生成された平行光をねじり、
    前記撮像手段は、前記回折光学素子から出射された前記第１平行光により前記対象物上に形成された第１投光スポットと、前記第２平行光により前記対象物上に形成された第２投光スポットとを撮像し、
    当該測距装置は、
    前記撮像手段で撮像された撮像画像から、前記第１投光スポットの前記ｘ軸に対する第１傾きと、前記第２投光スポットの前記ｘ軸に対する第２傾きとを検出する傾き検出手段と、
    前記傾き検出手段で検出された第１傾きと第２傾きとに基づいて、前記第１傾きと前記第２傾きとの検出誤差を除去する誤差除去手段と、
    をさらに備え、
    前記距離測定手段は、前記誤差除去手段で誤差を除去された前記第１傾きと前記第２傾きとに基づいて、前記第１投光スポットが形成された前記対象物上の点との距離と、前記第２投光スポットが形成された前記対象物上の点との距離とを測定する、
    ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の測距装置。
15. 前記回折光学素子は、前記第１平行光の偏平面と前記第２平行光の偏平面とが重畳するように、前記生成された平行光を回折させる、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の測距装置。
16. 前記平行光生成手段は、前記ｙ軸と平行な偏平面を形成し、前記ｚ軸の方向へ進行する平行光をさらに生成し、
    前記回折光学素子は、前記平行光生成手段で生成された互いに直交する偏平面を形成しながら前記ｚ軸の方向へ進行する平行光を、前記ｚ軸の方向へ前記所定の距離だけ進行した位置において、前記互いに直交するそれぞれの偏平面の前記ｘ軸と成す角度が所定の角度となるようにねじり、
    前記距離測定手段は、前記撮像手段で撮像された複数の互いに直交する投光スポットの前記ｘ軸に対する傾きに基づいて、前記互いに直交する投光スポットが形成された前記対象物上の複数の点との距離を測定する、
    ことを特徴とする請求項１２から１５のいずれか１項に記載の測距装置。
17. 原点、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸からなる座標空間において、
    前記ｘ軸と平行な偏平面を形成し、前記ｚ軸の方向へ進行する平行光を生成する平行光生成ステップと、
    回折格子パターンが形成された回折光学素子が、前記平行光生成ステップで生成された平行光で形成される偏平面の前記ｘ軸と成す角度が前記ｚ軸の方向へ所定の距離だけ進行した位置において所定の角度となるように、前記平行光をねじる回折ステップと、
    撮像手段が、距離の測定対象とする対象物上に、前記回折ステップでねじられた平行光によって形成された投光スポットを撮像する撮像ステップと、
    前記撮像ステップで撮像された撮像画像から検出された投光スポットの前記ｘ軸に対する傾きに基づいて、前記対象物との距離を測定する距離測定ステップと、を有する、
    ことを特徴とする測距方法。

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