JP7053003B2

JP7053003B2 - センサ装置

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Publication number: JP7053003B2
Application number: JP2018017792A
Authority: JP
Inventors: 淳内村; 博高橋; 将人渡邊
Original assignee: NEC Platforms Ltd; NEC Corp
Current assignee: NEC Platforms Ltd; NEC Corp
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2038-02-05
Also published as: WO2019151060A1; JP2019135447A

Description

本発明は、センサ装置に関する。

特許文献１には、回転可能なレーザー送受手段と、放物線形状を有する反射鏡とを備えたＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）装置が開示されている。レーザー送受手段の回転中心は、反射鏡の放物線の焦点に配されている。そのため、レーザー送受手段から射出され、反射鏡で反射された光の経路は放物線の軸に対して平行である。

米国特許出願公開第２０１１／００４０４８２号明細書

特許文献１に記載されているようなＬｉＤＡＲ装置を用いたセンサ装置は、放物線の軸方向に光を射出する構造を有している。この構造においては、反射鏡とセンサユニットとが光の射出方向に並ぶため、射出方向の厚さが大きくなる。したがって、当該センサ装置は、設置できる場所が限定される場合がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、設置場所の自由度が向上されたセンサ装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、光を射出するとともに、対象物から反射された光を受けるセンサユニットであって、射出される光の方向を第１の回転軸を中心に回転させる走査を行い得るよう構成されている、センサユニットと、前記第１の回転軸に垂直な断面において、反射面の少なくとも一部が放物線をなしている第１の反射鏡と、反射面の少なくとも一部が平面をなしている第２の反射鏡と、を備え、前記センサユニットから射出された光は、前記第１の反射鏡で反射され、その後前記第２の反射鏡で反射されることにより、外部に射出されることを特徴とするセンサ装置が提供される。

本発明によれば、設置場所の自由度が向上されたセンサ装置を提供することができる。

第１実施形態に係る測距装置を含む物体検出システムの概略構成を示す模式図である。第１実施形態に係る測距装置の構造を示す斜視模式図である。第１実施形態に係る測距装置の構造を示す正面模式図である。第１実施形態に係る測距装置の構造を示す上面模式図である。放物線の頂点に反射面が設けられている場合の光路図である。放物線の頂点に反射面が設けられていない場合の光路図である。放物線の頂点に反射面が設けられていない場合の光路図である。第２実施形態に係る測距装置の構造を示す上面模式図である。第３実施形態に係る測距装置の構造を示す上面模式図である。第４実施形態に係る測距装置の構造を示す斜視模式図である。第４実施形態に係る測距装置の構造を示す上面模式図である。第４実施形態に係る測距装置の対数螺旋反射鏡の断面図である。対数螺旋をなす反射面における光の反射を説明する図である。第５実施形態に係る測距装置の構造を示す正面模式図である。第５実施形態に係る測距装置の構造を示す上面模式図である。第６実施形態に係る測距装置の構造を示す斜視模式図である。第６実施形態に係る測距装置の構造を示す上面模式図である。第７実施形態に係る物品陳列棚の構造を示す斜視模式図である。第７実施形態に係る物品陳列棚の構造を示す側面模式図である。第８実施形態に係る物品陳列棚の構造を示す正面模式図である。第９実施形態に係る物品陳列棚の構造を示す側面模式図である。第１０実施形態に係る物品陳列棚の構造を示す斜視模式図である。第１１実施形態に係る測距装置の構造を示す正面模式図である。第１２実施形態に係る測距装置の構造を示す正面模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の例示的な実施形態を説明する。図面において同様の要素又は対応する要素には同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化することがある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る測距装置１００を含む物体検出システムの概略構成を示す模式図である。物体検出システムは、測距装置１００及び制御装置２００を含む。

測距装置１００は、例えばＬｉＤＡＲ装置である。測距装置１００は、所定の範囲に光を射出し、対象物１０からの反射光を検出することにより、測距装置１００からの距離の分布を取得することができる。測距装置１００はより一般的にセンサ装置と呼ばれることもある。図１では１つの測距装置１００が図示されているが、物体検出システムは複数の測距装置１００を備える構成であってもよい。なお、本明細書において、光とは、可視光線に限定されるものではなく、赤外線、紫外線等の肉眼で視認できない光を含むものとする。

制御装置２００は、例えばコンピュータである。制御装置２００は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）２１０、制御部２２０、信号処理部２３０及び記憶部２４０を備える。インターフェース２１０は、制御装置２００と測距装置１００の間を有線又は無線により通信可能に接続する装置である。これにより、制御装置２００と測距装置１００の間は通信可能に接続される。インターフェース２１０は、例えば、イーサネット（登録商標）等の規格に基づく通信装置であり得る。インターフェース２１０は、スイッチングハブ等の中継装置を含んでもよい。物体検出システムが複数の測距装置１００を備えている場合には、スイッチングハブ等により中継を行うことにより、制御装置２００が複数の測距装置１００を制御することができる。

制御部２２０は、測距装置１００の動作を制御する。信号処理部２３０は、測距装置１００から取得された信号を処理することにより、検出範囲内の対象物１０の距離情報を取得する。制御部２２０及び信号処理部２３０の機能は、例えば、制御装置２００に設けられたＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが記憶装置からプログラムを読み出して実行することにより実現され得る。記憶部２４０は、測距装置１００により取得されたデータ、制御装置２００の動作に用いられるプログラム及びデータ等を記憶する記憶装置である。これにより、制御装置２００は、測距装置１００を制御する機能及び、測距装置１００で取得された信号を解析する機能を有する。

上述の物体検出システムの構成は一例であり、物体検出システムは、測距装置１００及び制御装置２００を統括的に制御する装置を更に含んでもよい。また、物体検出システムは、測距装置１００内に制御装置２００の機能が組み込まれている一体型の装置であってもよい。

図２は、第１実施形態に係る測距装置１００の構造を示す斜視模式図である。図３は、測距装置１００を正面から見た構造を示す模式図である。図４は、測距装置１００を上面から見た構造を示す模式図である。これらの図を相互に参照しつつ測距装置１００の構造を説明する。なお、各図に示されているｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、説明の補助のために付されたものであり、測距装置１００の設置方向を限定するものではない。

図２に示されるように、測距装置１００は、基体１１０、蓋体１２０、センサユニット１３０、放物反射鏡１４０、位置調整機構１５０、平面反射鏡１６０及び取付部１７０を備える。

基体１１０は、矩形の板状の部材であり、測距装置１００の筐体の一部として機能する。また、基体１１０は、センサユニット１３０、放物反射鏡１４０、平面反射鏡１６０等を所定の位置に固定する機能を有する。

蓋体１２０は、基体１１０を覆う蓋であり、測距装置１００の筐体の一部として機能する。基体１１０及び蓋体１２０で囲まれた筐体の内部空間には、放物反射鏡１４０、位置調整機構１５０及び平面反射鏡１６０が配される。

センサユニット１３０は、２次元ＬｉＤＡＲ装置である。センサユニット１３０は、図３に示されるように、回転軸ｕを中心にした回転走査が可能である。回転軸ｕは、第１の回転軸と呼ばれることもある。センサユニット１３０はレーザー光を射出するレーザー装置と、対象物１０で反射された反射光を受けて電気信号に変換する光電変換素子とを備える。センサユニット１３０は、図２に示されるように基体１１０及び蓋体１２０の下方に形成された切り欠きに配置される。センサユニット１３０から射出された光は放物反射鏡１４０の反射面１４０ａに入射される。

センサユニット１３０による距離検出手法の例としては、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式が用いられ得る。ＴＯＦ方式とは、光を射出してから、反射光を受け取るまでの時間を計測することにより、距離を測定する方法である。

なお、センサユニット１３０から射出されるレーザー光は、可視光線であってもよいが、赤外線等の不可視光線であってもよい。後述する物品陳列棚の入出品検出用途等においては、利用者に不快感を与えないため、射出光が不可視光線であることが望ましい。当該レーザー光は、例えば、波長９０５ｎｍの赤外線であり得る。

放物反射鏡１４０は、反射面１４０ａを有する反射鏡である。放物反射鏡１４０は、第１の反射鏡と呼ばれることもある。反射面１４０ａは、回転軸ｕに垂直な断面（図３におけるｘｙ平面）において、回転軸ｕ上の点を焦点とする放物線をなしている。言い換えると、センサユニット１３０は、反射面１４０ａがなす放物線の焦点の近傍に配されており、回転軸ｕは、反射面１４０ａがなす放物線の焦点を通る位置に配されている。回転軸ｕは、図３におけるｚ軸と平行である。当該放物線の方程式は、放物線の頂点の座標をＰ（０，０）、焦点の座標をＦ（ａ，０）としたとき、以下の式（１）で表される。

放物線の数学的性質により、センサユニット１３０から射出された光が反射面１４０ａで反射されると、射出光の角度によらず、反射光の射出方向は放物線の軸と平行になる。すなわち、図３に示されるように、センサユニット１３０からの射出角度が異なる光路Ｌ１と光路Ｌ２において、反射面１４０ａでの反射光は互いに平行となる。このように、反射面１４０ａの焦点にセンサユニット１３０を配置することにより、射出光の回転に応じて光路がｙ軸方向に平行移動する平行走査が可能となる。

なお、放物反射鏡１４０の材料は、例えばアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金であり得る。この場合、反射面１４０ａは、例えば、アルミニウム合金の表面を鏡面研磨又はメッキ加工により平滑化することにより形成され得る。なお、後述する他の放物反射鏡についても同様の材料及び工法により形成され得る。

平面反射鏡１６０は、少なくとも一部が平面をなしている反射面１６０ａを有する反射鏡である。平面反射鏡１６０は、第２の反射鏡と呼ばれることもある。反射面１６０ａは、反射面１４０ａにおける反射光の光路上に設けられている。図３及び図４に示されるように、平面反射鏡１６０は、反射面１４０ａで反射された光の向きを、ｘｙ平面内とは異なる向きに変化させる。より具体的には、平面反射鏡１６０での反射光は、略ｚ軸方向、すなわち、回転軸ｕと略平行な方向となる。平面反射鏡１６０での反射光は、測距装置の外部に射出される。これにより、測距装置１００からの射出光の向きは、反射面１４０ａの軸に平行な方向に限定されなくなる。

なお、平面反射鏡１６０の材料も放物反射鏡１４０と同様に、例えばアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金であり得る。この場合、平面反射鏡１６０の反射面１６０ａは、反射面１４０ａと同様の平滑化により形成されてもよいが、鏡面光沢を有するアルミニウム合金の板を基材に貼り付けることにより形成されてもよい。なお、後述する他の平面反射鏡についても同様の材料及び工法により形成され得る。

ここで、蓋体１２０は、平面反射鏡１６０での反射光を吸収、反射等しないように構成されている。具体的には、例えば、蓋体１２０のうちの平面反射鏡１６０での反射光が通過する領域が透過性を有する材料で形成され得る。透過性を有する材料の例としてはアクリル樹脂が挙げられる。あるいは、蓋体１２０のうちの平面反射鏡１６０での反射光が通過する領域を空洞とするような窓が設けられていてもよい。

取付部１７０は、測距装置１００を物品陳列棚等に取り付けて固定する部分である。取付部１７０により固定することにより、測距装置１００は、あらゆる向きに取り付けることができる。位置調整機構１５０は、測距装置１００を物品陳列棚等に取り付ける際に平面反射鏡１６０の位置を微調整するための機構である。なお、位置調整機構１５０に代えて、平面反射鏡１６０を移動させる駆動機構が設けられていてもよい。

図３及び図４に示されている光路Ｌ１、Ｌ２は、センサユニット１３０から外部に光が射出される場合の光路について示したものである。これに対し、対象物１０で反射され、測距装置１００に入射された光は、光路Ｌ１、Ｌ２と略同一の経路を逆向きに通過して、センサユニット１３０で受け取られる。

本実施形態の測距装置１００は、放物反射鏡１４０の厚さ、センサユニット１３０の配置位置の制約等に起因して、放物反射鏡１４０の軸方向に厚い構造となる。これに対し、本実施形態の測距装置１００は、放物反射鏡１４０で反射された光を反射させる平面反射鏡１６０を備えている。平面反射鏡１６０は、測距装置１００からの射出光の向きを放物反射鏡がなす放物線の軸の方向と異なる向きに変化させることができる。そのため、本実施形態の測距装置１００は、光の射出方向を放物反射鏡１４０の軸方向と異なる向きにすることができるため、光の射出方向の厚さを小さくすることができる。これにより、本実施形態の測距装置１００は、物品陳列棚の間等の狭い場所への設置が容易となる。したがって、本実施形態によれば、設置場所の自由度が向上された測距装置１００が提供される。

また、本実施形態の測距装置１００において、放物反射鏡１４０の反射面１４０ａは放物線の頂点を除くように設けられている。この構成の理由について、図５乃至図７を参照して説明する。

図５は、放物線の頂点Ｐに反射面１４０ｂが設けられている場合における光路図である。説明の簡略化のため、センサユニット１３０は、反射面１４０ｂの焦点Ｆに配置された点光源として簡略に表示されている。焦点Ｆから射出された光が放物線の軸と平行でない場合（頂点Ｐに向かう向きではない場合）には、反射光は焦点Ｆを通過しない。しかしながら、焦点Ｆから射出された光が放物線の軸と平行（頂点Ｐに向かう向き）であり、頂点Ｐで反射された場合には、反射光は焦点Ｆを通過する。したがって、センサユニット１３０から射出された光が、センサユニット１３０に再入射する。この場合には、対象物１０からの反射光とは異なる反射光をセンサユニット１３０が受け取ることにより測定された信号に対してノイズが生じることがある。このように、放物線の頂点Ｐに反射面１４０ｂが設けられている場合には、検出精度が低下し、十分な検出精度が確保できない場合がある。

これに対し、本実施形態の測距装置１００においては、図６に示されているように、放物線の頂点Ｐを除くように反射面１４０ａが設けられている。したがって、焦点Ｆから射出された光が放物線の軸と平行であった場合であっても反射されることはない。したがって、センサユニット１３０への反射光の再入射は生じないため、検出精度の低減を抑制することができる。以上のように、本実施形態によれば、放物反射鏡１４０の反射面１４０ａが放物線の頂点を除くように設けられていることにより、検出精度が向上された測距装置１００が提供される。

なお、図６においては、反射面１４０ａが放物線の軸の片側に配置されているが、図７に示す変形例のように、反射面１４０ｃが放物線の頂点Ｐを除く両側に配置される構成であってもよい。この変形例に相当する具体的な構成例については後述する。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態として、平面反射鏡を平行移動させることが可能な測距装置の構成例を説明する。上述の実施形態と共通する要素についての説明は省略又は簡略化する。

図８は、本実施形態の測距装置１０１を上面から見た構造を示す模式図である。本実施形態の測距装置１０１は、位置調整機構１５０に代えて駆動機構１５１を備えており、平面反射鏡１６０に代えて平面反射鏡１６１を備えている。駆動機構１５１は、平面反射鏡１６１を放物反射鏡１４０の軸方向（図８中のｘ軸方向）に平行に駆動させる。駆動機構１５１は、モータ等の駆動装置を含む。また、駆動機構１５１は、エンコーダ等の平面反射鏡１６１の位置情報を取得する装置を含む。これらの装置は制御装置２００により制御される。また、駆動機構１５１により取得された平面反射鏡１６１の位置情報は、制御装置２００に供給される。

駆動機構１５１により平面反射鏡１６１が駆動され、ｘ軸方向に平行移動すると、平面反射鏡１６１での反射光も同様にｘ軸方向に平行移動する。これにより、本実施形態の測距装置１０１は、平面反射鏡１６１での反射光をｘ軸方向に平行移動させる走査が可能となる。また、第１実施形態と同様に、本実施形態の測距装置１０１は、平面反射鏡１６１での反射光をｙ軸方向に平行移動させる走査も可能である。したがって、本実施形態の測距装置１０１は、第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、ｘ軸方向、ｙ軸方向の２次元の走査とｚ軸方向の距離測定とを組み合わせることにより、３次元の位置情報の取得が可能な３次元センサ装置として機能する。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態として、平面反射鏡を回転移動させることが可能な測距装置の構成例を説明する。第１実施形態と共通する要素についての説明は省略又は簡略化する。

図９は、本実施形態の測距装置１０２を上面から見た構造を示す模式図である。本実施形態の測距装置１０２は、位置調整機構１５０に代えて駆動機構１５２を備えており、平面反射鏡１６０に代えて平面反射鏡１６２を備えている。駆動機構１５２は、平面反射鏡１６２をｙ軸に平行な回転軸ｖを中心として回転させるように駆動させる。回転軸ｖの位置は、回転に応じて平面反射鏡１６２での反射光の向きが変わるような位置であればよく、例えば、放物反射鏡１４０の反射光が通過する経路上であり得る。駆動機構１５２は、モータ等の駆動装置を含む。また、駆動機構１５２は、エンコーダ等の平面反射鏡１６２の角度情報を取得する装置を含む。これらの装置は制御装置２００により制御される。また、駆動機構１５２により取得された平面反射鏡１６２の角度情報は、制御装置２００に供給される。

駆動機構１５２により平面反射鏡１６２が駆動され、平面反射鏡１６２が回転移動すると、平面反射鏡１６２での反射光の向きも回転する。これにより、本実施形態の測距装置１０２は、平面反射鏡１６２での反射光の向きを回転移動させる走査が可能となる。また、第１実施形態と同様に、本実施形態の測距装置１０２は、平面反射鏡１６２での反射光をｙ軸方向に平行移動させる走査も可能である。したがって、本実施形態の測距装置１０２は、第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、回転軸ｖでの回転移動、ｙ軸方向の平行移動及び距離測定を組み合わせることにより、３次元の位置情報の取得が可能な３次元センサ装置として機能する。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態として、対数螺旋反射鏡を更に備えた測距装置の構成例を説明する。上述の実施形態と共通する要素についての説明は省略又は簡略化する。

図１０は、第４実施形態に係る測距装置３００の構造を示す斜視模式図である。図１１は、測距装置３００を上面から見た構造を示す模式図である。これらの図を相互に参照しつつ測距装置３００の構造を説明する。なお、図１０及び図１１において、基体１１０、蓋体１２０、取付部１７０等の光路の説明に必要のない要素については図示を省略していることがある。

測距装置３００は、センサユニット１３０、放物反射鏡３４０、駆動機構３５１、対数螺旋反射鏡３６１及び平面反射鏡３６２、３６３、３６４、３６５を備える。放物反射鏡３４０は、反射面３４０ａ、３４０ｂを有する。反射面３４０ａ、３４０ｂは、回転軸ｕに垂直な断面（図１０におけるｘｙ平面）において、回転軸ｕ上の点を焦点とする放物線をなしている。反射面３４０ａと反射面３０４ｂは、図１１に示されているようにｘｚ平面において、互いに垂直な位置関係になっている。なお、放物反射鏡３４０、平面反射鏡３６３、対数螺旋反射鏡３６１及び平面反射鏡３６５は、それぞれ、第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡及び第４の反射鏡と呼ばれることもある。

センサユニット１３０からｘ軸の負方向に射出された光は、反射面３４０ａにおいてｚ軸方向に反射され、その後、反射面３４０ｂにおいて、対数螺旋反射鏡３６１に向かってｘ軸の正方向に反射される。反射面３４０ａ、３４０ｂで２回反射をさせて光路をｚ方向にシフトさせることにより、放物反射鏡３４０での反射光がセンサユニット１３０により阻害されないようにすることができる。また、反射光がセンサユニット１３０に再入射しないため、図５乃至図７を参照して述べた説明と同様の理由により、検出精度を向上させることができる。

対数螺旋反射鏡３６１は、柱状の形状をなしており、その側面に対数螺旋をなす反射面３６１ａを有する。センサユニット１３０から射出された光は、反射面３６１ａにより反射される。対数螺旋反射鏡３６１は、回転軸ｗを中心として駆動機構３５１により回転可能である。このとき、対数螺旋反射鏡３６１の角度に応じて、反射面３６１ａで反射される光は平行移動する。なお、回転軸ｗは第２の回転軸と呼ばれることもある。

図１２及び図１３を参照して対数螺旋反射鏡３６１の構造をより詳細に説明する。図１２は、本実施形態に係る対数螺旋反射鏡３６１の、回転軸ｗに垂直な面における断面図である。対数螺旋反射鏡３６１の側面である反射面３６１ａは、回転軸ｗに垂直な断面において、４個の対数螺旋が連続的に連結された閉曲線をなしている。このように対数螺旋が連続的に連結された閉曲線とすることにより、センサユニット１３０から射出される光が入射し得る反射面３６１ａのすべてが、回転軸ｗに対して垂直な断面において対数螺旋をなす構成が実現される。これにより、光が対数螺旋反射鏡３６１のどの面に入射された場合であっても反射光を走査に活用することができる。なお、対数螺旋は、等角螺旋又はベルヌーイの螺旋と呼ばれることもある。

図１３は、対数螺旋をなす反射面における光の反射を説明する図である。対数螺旋Ｓｐは、極座標における動径をｒ、極座標における偏角をθ、θの値がゼロのときのｒの値をａ、対数螺旋の中心を通る直線と対数螺旋の接線とのなす角度をｂとしたとき、以下の式（２）の極方程式で表される。

ここで、対数螺旋Ｓｐの外側から式（２）の極方程式の原点Ｏに向かう入射光Ｉ１１、Ｉ２１と、その反射光Ｉ１２、Ｉ２２との関係について考える。入射光Ｉ１１、Ｉ２１が対数螺旋Ｓｐで反射する点における接線をｔ１、ｔ２とし、その法線をＳ１、Ｓ２とする。入射光Ｉ１１は、対数螺旋Ｓｐの動径ｒ１の点において反射し、入射光Ｉ２１は、対数螺旋Ｓｐの動径ｒ２の点において反射するものとする（ただし、ｒ１≠ｒ２）。このとき、対数螺旋Ｓｐの性質により、入射光Ｉ１１と接線ｔ１とのなす角度及び入射光Ｉ２１と接線ｔ２とのなす角度はいずれもｂとなる。したがって、入射光Ｉ１１と法線Ｓ１のなす入射角φと、入射光Ｉ２１と法線Ｓ２のなす入射角φは同一の角度となる。また、反射光Ｉ１２と法線Ｓ１のなす反射角φと、反射光Ｉ２２と法線Ｓ２のなす反射角φも同一の角度となる。φ及びｂが弧度法で表現された角度である場合、φとｂの関係は、以下の式（３）のようになる。

以上のことから、対数螺旋Ｓｐの外側から原点Ｏに向かう入射光Ｉ１１は、対数螺旋Ｓｐのどの点で反射した場合においても同じ反射角φで反射することがわかる。そのため、原点Ｏを中心として対数螺旋Ｓｐを回転させた場合、対数螺旋Ｓｐへの入射光Ｉ１１が反射する点は変化するが、反射光Ｉ１２が反射する方向は変化しないため、反射光Ｉ１２は平行移動する。

本実施形態の対数螺旋反射鏡３６１は、この性質を利用するため、回転軸ｗに垂直な断面において、反射面の少なくとも一部を、回転軸ｗが原点Ｏとなる対数螺旋としている。これにより、対数螺旋反射鏡３６１を回転軸ｗで回転させることにより、反射面３６１ａで反射される光が平行移動するような走査が可能となる。

再び図１１に戻り、対数螺旋反射鏡３６１での反射光による平行走査について説明する。対数螺旋反射鏡３６１で反射された光は、対数螺旋反射鏡３６１の角度に応じて、平面反射鏡３６２又は平面反射鏡３６４のいずれかに入射し反射される。平面反射鏡３６２で反射された光は、平面反射鏡３６３で反射され、測距装置３００の外部に射出される。このときの射出方向は、ｚ軸の正方向である。平面反射鏡３６４で反射された光は、平面反射鏡３６５で反射され、測距装置３００の外部に射出される。このときの射出方向は、ｚ軸の負方向である。

対数螺旋反射鏡３６１が図１１に示されているように時計回りに回転すると、測距装置３００から射出される光は、光路Ｌ５から光路Ｌ６に向かって平行移動する。射出光が光路Ｌ６である状態で更に対数螺旋反射鏡３６１が回転すると、射出光は光路Ｌ６から光路Ｌ７に不連続に変化する。その後、射出光は光路Ｌ７から光路Ｌ８に向かって平行移動し、光路Ｌ８から光路Ｌ５に不連続に変化する。このように、本実施形態の測距装置３００は、ｚ軸の正方向と負方向の異なる向きを交互に走査することができる。

これにより、本実施形態の測距装置３００は、射出光をｘ軸方向に平行移動させる走査が可能である。また、第１実施形態と同様に、本実施形態の測距装置３００は、射出光をｙ軸方向に平行移動させる走査も可能である。したがって、本実施形態の測距装置３００は、第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、ｘ軸方向、ｙ軸方向の２次元の走査とｚ軸方向の距離測定とを組み合わせることにより、３次元の位置情報の取得が可能な３次元センサ装置として機能する。更に、本実施形態の測距装置３００は、ｚ軸の正方向の走査と負方向とを交互に走査することができるため、１台の測距装置３００で互いに異なる２方向の測距を行うことができる。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態として、２つの光学系を備えた測距装置の構成例を説明する。上述の実施形態と共通する要素についての説明は省略又は簡略化する。

図１４は、第５実施形態に係る測距装置４００を正面から見た構造を示す模式図である。図１５は、測距装置４００を上面から見た構造を示す模式図である。これらの図を相互に参照しつつ測距装置４００の構造を説明する。

測距装置４００は、第１の光学系４０１と、第２の光学系４０２とを備える。第１の光学系４０１は、センサユニット１３０、放物反射鏡１４０及び平面反射鏡１６０を備える。第１の光学系４０１は、第１実施形態の測距装置１００と同一のものであるため、説明を省略する。なお、第１の光学系４０１の上面図は、図４と同様である。

第２の光学系４０２は、放物反射鏡４４０及び平面反射鏡４６０を備える。放物反射鏡４４０は、反射面４４０ａを有している。反射面４４０ａは、回転軸ｕに垂直な断面（図１４におけるｘｙ平面）において、回転軸ｕ上の点を焦点とする放物線をなしている。放物反射鏡４４０は、放物反射鏡１４０と線対称な構造を有している。また、平面反射鏡４６０は、平面反射鏡１６０と線対称な構造を有している。放物反射鏡１４０と放物反射鏡４４０は、放物線の軸に対して対称な位置に配置される。また、平面反射鏡１６０と平面反射鏡４６０は、放物線の軸に対して対称な位置に配置される。なお、第２の光学系４０２の各要素を格納する筐体の構造は、例えば、第１実施形態の図２で示した筐体をｙ方向に反転させたものであり得る。

センサユニット１３０から図中の左下方向に光が射出された場合には、反射面４４０ａに入射される。反射面４４０ａで反射された光は、光路Ｌ９、Ｌ１０のように放物線の軸と平行になる。反射面４４０ａで反射された光は、図１５に示されるように、第２の光学系４０２の外部に射出される。

ここで、放物反射鏡１４０の反射面１４０ａ及び放物反射鏡４４０の反射面４４０ａはいずれも放物線の頂点を除くように設けられている。この構成は図７に示されている光路図に相当する。これにより、図５乃至図７の説明で述べたように、放物線の頂点での反射光がセンサユニット１３０に再入射されないため、検出精度の低減を抑制することができる。したがって、本実施形態においても第１実施形態と同様に、検出精度が向上された測距装置４００を提供することができる。更に、本実施形態では、２つの光学系を用いることにより、射出光の走査範囲を広くすることができる。

［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態として、対数螺旋反射鏡及び２つの放物反射鏡を備えた測距装置の構成例を説明する。上述の実施形態と共通する要素についての説明は省略又は簡略化する。

図１６は、第６実施形態に係る測距装置３０１を正面から見た構造を示す模式図である。図１７は、測距装置３０１を上面から見た構造を示す模式図である。本実施形態の測距装置３０１は、第４実施形態における測距装置３００において、放物反射鏡３４０を第５実施形態の放物反射鏡１４０及び放物反射鏡４４０に置き換えたものである。本実施形態においても第４実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、第４実施形態の場合と比べ、放物反射鏡の構造が簡略化される。

［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態として、第５実施形態の測距装置４００を備えた物品陳列棚の構成例を説明する。上述の実施形態と共通する要素についての説明は省略又は簡略化する。

図１８は、第７実施形態に係る物品陳列棚５００の斜視模式図である。図１９は、物品陳列棚５００の側面模式図である。これらの図を相互に参照しつつ物品陳列棚５００の構造を説明する。

物品陳列棚５００は、物品５４０を陳列するための棚であり、例えば、商業施設に設置される商品陳列棚であり得る。物品陳列棚５００は、棚５１０と、２つの測距装置４００とを備える。２つの測距装置４００は、棚５１０の側面に配置されている。棚５１０は、棚板５３０で区分された４つの陳列部５２０を備える。陳列部５２０には商品等の物品５４０が陳列される。また、陳列部５２０は、物品５４０の出し入れを行うための開口部５７０を有する。なお、測距装置４００及び陳列部５２０の個数は図示されたものに限定されるものではなく、複数であっても単数であってもよい。

測距装置４００は、第５実施形態で述べた第１の光学系４０１と、第２の光学系４０２とを備えた装置である。第１の光学系４０１又は第２の光学系４０２を通過してｚ軸の正方向に射出される光は、陳列部５２０の開口部５７０の前面を横切るように通過する。これにより、陳列部５２０の開口部５７０の前面には測距装置４００による検出領域５５０が形成される。顧客５６０が陳列部５２０から物品５４０を取り出した場合、あるいは、取り出した物品５４０を陳列部５２０に戻した場合には、物品５４０及び顧客５６０の手が検出領域５５０を通過する。測距装置４００は、検出領域５５０を通過する物品５４０又は顧客５６０の手を検出することにより物品５４０の出し入れの検出を行う。陳列部５２０に複数の物品５４０が配置され得る場合には、測距装置４００は、出し入れを行った位置又は出し入れを行った物品５４０の形状を検出することにより、出し入れを行った物品５４０を特定してもよい。

本実施形態の物品陳列棚５００は、測距装置４００を備えることにより、陳列されている物品５４０の出し入れの検出を行うことができる。この機能は、例えば、商品の管理、盗難の防止等に用いられ得る。また、上述のように測距装置４００は、光の射出方向の厚さが小さいため、物品陳列棚５００の側面の狭い場所に設置することが可能である。これにより、物品陳列棚５００全体の大きさを低減することができる。

必須ではないが、図１８に示されているように棚板５３０のｙ軸方向の位置は、第１の光学系４０１と、第２の光学系４０２の間とすることが望ましい。第５実施形態の測距装置４００は、第１の光学系４０１と、第２の光学系４０２の間が不感領域となるが、この不感領域に棚板５３０を配置することにより、不感領域を実質的に少なくすることができる。

上述の不感領域に棚板５３０を配置する構成は、言い換えると以下のように説明することもできる。図１８において、上から１段目と３段目の陳列部５２０を第１の陳列部と呼び、上から２段目と４段目の陳列部５２０を第２の陳列部と呼ぶ。また、第１の陳列部に対応する開口部５７０を第１の開口部と呼び、第２の陳列部に対応する開口部５７０を第２の開口部と呼ぶ。このとき、図１８に示されるように、第１の光学系４０１から射出される光は、第１の開口部の前面を横切るように配置され、第２の光学系４０２から射出される光は、第２の開口部の前面を横切るように配置される。この場合において、第１の陳列部と第２の陳列部とは、互いに、棚板５３０で区分されており、棚板５３０の位置が第１の光学系４０１と、第２の光学系４０２の間の不感領域に対応している。

なお、本実施形態の物品陳列棚５００に設置される測距装置の一例として第５実施形態の測距装置４００を挙げたが他の実施形態の測距装置を用いてもよい。

［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態として、第７実施形態に対して測距装置の配置を変更した物品陳列棚の構成例を説明する。上述の実施形態と共通する要素についての説明は省略又は簡略化する。

図２０は、第８実施形態に係る物品陳列棚５０１の正面模式図である。本実施形態の物品陳列棚５０１は、棚５１１と、棚５１１の周囲に配置された４つの測距装置４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄとを備える。本実施形態の物品陳列棚５０１においては、測距装置の配置が第７実施形態におけるものと異なる。測距装置４００ａは棚５１１の左側面に配置されている。測距装置４００ｂは棚５１１の右側面に配置されている。測距装置４００ｃは棚５１１の上面に配置されている。測距装置４００ｄは棚５１１の下面に配置されている。各測距装置４００から射出される光は、陳列部５２１の前面を横切るように通過する。これにより、陳列部５２１の開口部５７１の前面には測距装置４００による検出領域が形成され、測距装置４００は、物品５４０の出し入れの検出を行うことができる。

本実施形態において、測距装置４００ａはｚ軸の負方向に光を射出し、測距装置４００ｂはｚ軸の正方向に光を射出する。すなわち、測距装置４００ａと測距装置４００ｂは互いに平行で、かつ逆の向きの光を射出する。同様に、測距装置４００ｃと測距装置４００ｄも互いに平行で、かつ逆の向きの光を射出する。これにより、複数の顧客５６０が同時に物品５４０の出し入れを行うような場面であっても、物品５４０等により光が遮られにくくなり、検出精度が向上する。

また、測距装置４００ａ、４００ｂは、ｚ軸方向に光を射出し、測距装置４００ｃ、４００ｄはｙ軸方向に光を射出するので、これらは光の射出方向が互いに垂直である。これにより、２方向から顧客５６０が物品５４０の出し入れを行った場所を検出することができ、更に検出精度が向上する。

［第９実施形態］
次に、本発明の第９実施形態として、第７実施形態に対して測距装置の配置を変更した物品陳列棚の構成例を説明する。上述の実施形態と共通する要素についての説明は省略又は簡略化する。

図２１は、第９実施形態に係る物品陳列棚５０２の側面模式図である。本実施形態の物品陳列棚５０２は、棚５１１の形状と、第２の光学系４０２の配置が第７実施形態におけるものと異なる。本実施形態の棚５１１は、最下段の棚板５３１が顧客側に突出している。これに対応させるため、最下段に設けられた第２の光学系４０２は、その上段の第１の光学系４０１に対して、角度θをなすように傾けて設けられている。これにより、最下段に設けられた第２の光学系４０２により形成される検出領域５５１は、その上段の第１の光学系４０１により形成される検出領域５５０に対して角度θをなしている。これにより、段ごとに棚板の幅が異なる棚に対しても適切な位置に検出領域を配置させることができる。第２の光学系４０２を傾けて配置する際には、第１の光学系４０１内のセンサユニット１３０の回転軸ｕを中心に第２の光学系４０２を回転させることにより、平行走査が可能な光学配置を維持したまま検出領域を傾けることができる。

なお、角度θの範囲は、例えば、１６０度より大きく１８０度より小さい範囲に設定される。第１の光学系４０１と第２の光学系４０２はｘ方向に縦長な形状であるため、角度θが１６０度以下になると部材同士が干渉する場合があるためである。

［第１０実施形態］
次に、本発明の第１０実施形態として、第６実施形態の測距装置３０１を備えた物品陳列棚の構成例を説明する。上述の実施形態と共通する要素についての説明は省略又は簡略化する。

図２２は、第１０実施形態に係る物品陳列棚５０３の斜視模式図である。本実施形態の物品陳列棚５０３は、棚５１０、５１２と、２つの測距装置３０１とを備える。２つの測距装置３０１は、棚５１０の側面と棚５１２の側面との間に配置されている。第６実施形態の測距装置３０１は２方向に光を射出し、検出領域を形成することができるため、測距装置３０１は左右の棚５１０、５１２の両方に対して物品５４０の出し入れの検出を行うことができる。これにより、例えば、第５実施形態の測距装置４００を設置した場合と比べ、測距装置の設置個数を削減することができる。なお、本実施形態の物品陳列棚５０３に用いる測距装置は、第４実施形態の測距装置３００であってもよい。

上述の実施形態において説明した装置は以下の第１１実施形態又は第１２実施形態のようにも構成することができる。

［第１１実施形態］
図２３は、第１１実施形態に係るセンサ装置６００の正面模式図である。センサ装置６００は、センサユニット６３０と、第１の反射鏡６４０と、第２の反射鏡６６０とを備える。センサユニット６３０は、光を射出するとともに、対象物から反射された光を受けるセンサユニットであって、射出される光の方向を第１の回転軸ｕを中心に回転させる走査を行い得るよう構成されている。第１の反射鏡６４０は、第１の回転軸ｕに垂直な断面において、反射面６４０ａの少なくとも一部が放物線をなしている。第２の反射鏡６６０は、反射面６６０ａの少なくとも一部が平面をなしている。センサユニット６３０から射出された光は、第１の反射鏡６４０で反射され、その後第２の反射鏡６６０で反射されることにより、外部に射出される。

本実施形態によれば、設置場所の自由度が向上されたセンサ装置が提供される。

［第１２実施形態］
図２４は、第１２実施形態に係るセンサ装置７００の機能ブロック図である。センサ装置７００は、センサユニット７３０と、第１の反射鏡７４０とを備える。センサユニット７３０は、光を射出するとともに、対象物から反射された光を受けるセンサユニットであって、射出される光の方向を所定の回転軸ｕを中心に回転させる走査を行い得るよう構成されている。第１の反射鏡７４０は、センサユニット７３０から射出された光を反射する第１の反射面７４０ａを有し、回転軸ｕに垂直な断面において、第１の反射面７４０ａの少なくとも一部が放物線をなしている。第１の反射面７４０ａは、放物線の頂点を除く位置に設けられている。

本実施形態によれば、検出精度が向上されたセンサ装置が提供される。

［変形実施形態］
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した実施形態、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した実施形態も本発明を適用し得る実施形態であると理解されるべきである。

上述の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
光を射出するとともに、対象物から反射された光を受けるセンサユニットであって、射出される光の方向を第１の回転軸を中心に回転させる走査を行い得るよう構成されている、センサユニットと、
前記第１の回転軸に垂直な断面において、反射面の少なくとも一部が放物線をなしている第１の反射鏡と、
反射面の少なくとも一部が平面をなしている第２の反射鏡と、
を備え、
前記センサユニットから射出された光は、前記第１の反射鏡で反射され、その後前記第２の反射鏡で反射されることにより、外部に射出される
ことを特徴とするセンサ装置。

（付記２）
前記センサユニットは、前記放物線の焦点の近傍に配される
ことを特徴とする付記１に記載のセンサ装置。

（付記３）
前記第１の回転軸は、前記放物線の焦点を通る位置に配される
ことを特徴とする付記１又は２に記載のセンサ装置。

（付記４）
前記第２の反射鏡を移動させることが可能な駆動機構を更に備える
ことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のセンサ装置。

（付記５）
前記駆動機構は、前記第２の反射鏡を平行移動させることが可能である
ことを特徴とする付記４に記載のセンサ装置。

（付記６）
前記駆動機構は、前記第２の反射鏡を回転移動させることが可能である
ことを特徴とする付記４に記載のセンサ装置。

（付記７）
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間の光路に配された第３の反射鏡を更に備え、
前記第３の反射鏡は、第２の回転軸を中心に回転可能であり、前記第２の回転軸に対して垂直な断面において、反射面の少なくとも一部が前記第２の回転軸を中心とする対数螺旋をなしている
ことを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載のセンサ装置。

（付記８）
前記第１の反射鏡で反射された光が入射し得る前記第３の反射鏡の反射面のすべてが、前記第２の回転軸に対して垂直な断面において前記対数螺旋をなしている
ことを特徴とする付記７に記載のセンサ装置。

（付記９）
前記第３の反射鏡の反射面は、前記第２の回転軸に対して垂直な断面において、複数の前記対数螺旋が連続的に連結された閉曲線をなしている
ことを特徴とする付記７又は８に記載のセンサ装置。

（付記１０）
反射面の少なくとも一部が平面をなしている第４の反射鏡を更に備え、
前記第３の反射鏡に入射された光は、前記第２の反射鏡又は前記第４の反射鏡で反射されることにより、外部に射出される
ことを特徴とする付記７乃至９のいずれか１項に記載のセンサ装置。

（付記１１）
前記第２の反射鏡で反射された後の光の射出方向と、前記第４の反射鏡で反射された後の光の射出方向とは、互いに異なる向きである
ことを特徴とする付記１０に記載のセンサ装置。

（付記１２）
前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とは略平行である
ことを特徴とする付記７乃至１１のいずれか１項に記載のセンサ装置。

（付記１３）
前記第２の反射鏡で反射された後の光の射出方向と前記第１の回転軸の向きとは略平行である
ことを特徴とする付記１乃至１１のいずれか１項に記載のセンサ装置。

（付記１４）
付記１乃至１３のいずれか１項に記載のセンサ装置と、
物品を陳列する陳列部と、
を備える物品陳列棚。

（付記１５）
前記陳列部は、前記物品の出し入れを行うための開口部を有し、
前記センサ装置は、前記センサ装置から射出される光が、前記開口部の前面を横切るように配置される
ことを特徴とする付記１４に記載の物品陳列棚。

１００測距装置
１３０センサユニット
１４０放物反射鏡
１６０平面反射鏡

Claims

光を射出するとともに、対象物から反射された光を受けるセンサユニットであって、射出される光の方向を第１の回転軸を中心に回転させる走査を行い得るよう構成されている、センサユニットと、
前記第１の回転軸に垂直な断面において、反射面の少なくとも一部が放物線をなしている第１の反射鏡と、
反射面の少なくとも一部が平面をなしている第２の反射鏡と、
を備え、
前記センサユニットから射出された光は、前記第１の反射鏡で反射され、その後前記第２の反射鏡で反射されることにより、外部に射出され、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間の光路に配された第３の反射鏡を更に備え、
前記第３の反射鏡は、第２の回転軸を中心に回転可能であり、前記第２の回転軸に対して垂直な断面において、反射面の少なくとも一部が前記第２の回転軸を中心とする対数螺旋をなしている
ことを特徴とするセンサ装置。
前記センサユニットは、前記放物線の焦点の近傍に配される
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
前記第１の回転軸は、前記放物線の焦点を通る位置に配される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
前記第２の反射鏡を移動させることが可能な駆動機構を更に備える
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサ装置。
前記駆動機構は、前記第２の反射鏡を平行移動させることが可能である
ことを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
前記駆動機構は、前記第２の反射鏡を回転移動させることが可能である
ことを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
前記第１の反射鏡で反射された光が入射し得る前記第３の反射鏡の反射面のすべてが、前記第２の回転軸に対して垂直な断面において前記対数螺旋をなしている
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
前記第３の反射鏡の反射面は、前記第２の回転軸に対して垂直な断面において、複数の前記対数螺旋が連続的に連結された閉曲線をなしている
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセンサ装置。
反射面の少なくとも一部が平面をなしている第４の反射鏡を更に備え、
前記第３の反射鏡に入射された光は、前記第２の反射鏡又は前記第４の反射鏡で反射されることにより、外部に射出される
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサ装置。
前記第２の反射鏡で反射された後の光の射出方向と、前記第４の反射鏡で反射された後の光の射出方向とは、互いに異なる向きである
ことを特徴とする請求項９に記載のセンサ装置。
前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とは略平行である
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のセンサ装置。
前記第２の反射鏡で反射された後の光の射出方向と前記第１の回転軸の向きとは略平行である
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のセンサ装置。
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のセンサ装置と、
物品を陳列する陳列部と、
を備える物品陳列棚。
前記陳列部は、前記物品の出し入れを行うための開口部を有し、
前記センサ装置は、前記センサ装置から射出される光が、前記開口部の前面を横切るように配置される
ことを特徴とする請求項１３に記載の物品陳列棚。