JPWO2012117614A1 - 情報取得装置及びその情報取得装置を有する物体検出装置 - Google Patents

Abstract

レーザ光の波長の変化により、回折光学素子によって生成されるレーザ光のドットパターンが変化する場合においても、検出対象物体までの距離を適正に検出し得る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。情報取得装置（１）は、基準テンプレートＴＰのセグメント領域Ｓ１が、実測時に、Ｓ１’の位置に変位すると、その変位量Ｄｉに応じて、基準テンプレートＴＰの最上段の探索ラインＬ１をＬ１’にオフセットさせる。同様に、探索ラインＬａ、ＬｎをそれぞれＬａ’、Ｌｎ’にオフセットさせる。オフセットの量は、中心Ｏから上下に離れるに従って大きくなるように設定される。情報取得装置（１）は、変位量Ｄｉと、各探索ラインのオフセットパターンとを対応付けてオフセットテーブルＯｔを保持する。

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これに用い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、目標領域から反射されたドットパターンをイメージセンサで受光し、イメージセンサ上におけるドットパターン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までの距離が検出される（たとえば、非特許文献１）。

この方式では、たとえば、レーザ光の照射部から所定の距離の位置に反射平面が配置された状態で、ドットパターンを持つレーザ光が出射され、そのときにイメージセンサ上に照射されたレーザ光のドットパターンがテンプレートとして保持される。そして、実測時にイメージセンサ上に照射されたレーザ光のドットパターンとテンプレートに保持されたドットパターンとが照合され、テンプレート上のドットパターンのセグメント領域が実測時のドットパターン上のどの位置に移動したかが検出される。この移動量に基づいて、各セグメント領域に対応する目標領域の各部までの距離が算出される。

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

上記物体検出装置では、ドットパターンのレーザ光を生成するために回折光学素子が用いられる。回折光学素子の光学的特性は、レーザ光の波長に依存する。他方、レーザ光の波長は、光源の温度変化等に応じて変化し易い。このため、温度変化等によってレーザ光の波長が変化すると、これに応じて、レーザ光のドットパターンが変化する。しかし、このようにドットパターンが変化すると、実測時のドットパターンとテンプレートに保持されたドットパターンとの照合が適正に行われなくなる。その結果、検出対象物体に対する距離の検出精度が低下する。

この場合、レーザ光の波長が変わらないよう、レーザ光源の温度を調整する構成が取られ得る。しかし、こうすると、温度調整用にペルチェ素子等が必要となり、コストの上昇を招く。

本発明は、かかる問題を解消するためになされたものであり、レーザ光の波長の変化により、回折光学素子によって生成されるレーザ光のドットパターンが変化する場合においても、検出対象物体までの距離を適正に検出し得る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、光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置に関する。この態様に係る情報取得装置は、所定波長帯域の光を出射する光源と、前記光を所定のドットパターンにて前記目標領域に照射する回折光学素子と、前記目標領域から反射された反射光を受光して信号を出力する受光素子と、前記受光素子によって受光される前記光の基準パターンに複数のセグメント領域を設定した基準テンプレートを保持する記憶部と、前記受光素子によって受光された前記光の実測パターンから前記セグメント領域に対応する対応領域を探索し、探索した前記対応領域の位置に基づいて、前記目標領域に存在する物体の３次元情報を取得する情報取得部と、前記基準パターンの設定領域に対する前記実測パターンの受光領域の広がり具合の変化を検出する広がり検出部と、を備える。前記情報取得部は、前記光源と前記受光素子の並び方向に平行な探索ラインに沿って、前記実測パターンに対する前記対応領域の探索を実行し、前記広がり検出部によって検出される前記広がり具合の前記変化に応じて、前記各セグメント領域に対する前記探索ラインを、前記変化がないときの基準位置から、前記並び方向に垂直な方向に変位させる。

本発明の第２の態様は、物体検出装置に関する。この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、レーザ光の波長の変化により、回折光学素子によって生成されるレーザ光のドットパターンが変化する場合においても、検出対象物体までの距離を適正に検出し得る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。

本発明の特徴は、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、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに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。 実施の形態に係る基準テンプレートの設定方法を説明する図である。 実施の形態に係る距離検出方法を説明する図である。 実施の形態に係る波長の変化によるドットパターンの変化の検証について説明する図である。 実施の形態に係る波長の変化によるドットパターンの変化を説明する図である。 実施の形態に係るオフセットの設定方法を示す図である。 実施の形態に係るオフセットの設定処理を示すフローチャートである。 実施の形態に係る参照セグメント領域の変位の検出方法を示す図である。 実施の形態に係るオフセットの処理の例を示す図である。 変更例に係る更新テーブルの構成と、テンプレートの更新処理を示すフローチャートである。

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。

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。

情報取得装置１は、光学系として、投射光学系１１と受光光学系１２とを備えている。投射光学系１１と受光光学系１２は、Ｘ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１１は、レーザ光源１１１と、コリメータレンズ１１２と、アパーチャ１１３と、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１１４、温度センサ１１５とを備えている。また、受光光学系１２は、アパーチャ１２１と、撮像レンズ１２２と、フィルタ１２３と、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４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、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１１１は、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１１２は、レーザ光源１１１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。アパーチャ１１３は、レーザ光の光束断面を所定の形状に調整する。

ＤＯＥ１１４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、アパーチャ１１３からＤＯＥ１１４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１１２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。

ＤＯＥ１１４は、コリメータレンズ１１２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。ＤＯＥ１１４は、一つの光学素子からなり、回折パターンを持つ面を一つだけ備える。

温度センサ１１５は、レーザ光源１１１の周囲の温度を検出する。

目標領域から反射されたレーザ光は、アパーチャ１２１を介して撮像レンズ１２２に入射する。アパーチャ１２１は、撮像レンズ１２２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１２２は、アパーチャ１２１を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ１２４上に集光する。

フィルタ１２３は、レーザ光源１１１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。ＣＭＯＳイメージセンサ１２４は、撮像レンズ１２２にて集光された光を受光して、画素毎に、受光光量に応じた信号（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１２４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１１１を制御するためのレーザ制御部２１ａと、後述する更新部２１ｂと、３次元距離情報を生成するための３次元距離演算部２１ｃ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１１１を駆動する。撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４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、３次元距離演算部２１ｃ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１２４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１１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、ＤＯＥ１１４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、ＤＯＥ１１４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、他の全て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、他の全て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１２４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１２４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３次元距離演算部２１ｃでは、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４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（２００１年９月１８−２０日）予稿集、Ｐ１２７９−１２８０）に示されている。

図４は、上記距離検出に用いられる基準テンプレートの生成方法を模式的に示す図である。

図４（ａ）に示すように、基準テンプレートの生成時には、投射光学系１１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。この状態で、投射光学系１１からＤＰ光が所定時間Ｔｅだけ出射される。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１２のＣＭＯＳイメージセンサ１２４に入射する。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４から、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）が、図２のメモリ２５上に展開される。なお、以下では、便宜上、メモリ２５に展開された画素値に代えて、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上に照射されたＤＰ光の照射状態をもとに説明を行う。

こうしてメモリ２５上に展開された画素値に基づいて、図４（ｂ）に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上におけるＤＰ光の照射領域を規定する基準パターン領域が設定される。さらに、この基準パターン領域が、縦横に区分されてセグメント領域が設定される。上記のように、各セグメント領域には、固有のパターンでドットが点在する。よって、セグメント領域の画素値のパターンは、セグメント領域毎に異なっている。なお、各セグメント領域は、他の全てのセグメント領域と同じサイズである。

基準テンプレートは、このようにＣＭＯＳイメージセンサ１２４上に設定された各セグメント領域に、そのセグメント領域に含まれる各画素の画素値を対応付けて構成される。

具体的には、基準テンプレートは、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上における基準パターン領域の位置に関する情報と、基準パターン領域に含まれる全画素の画素値と、基準パターン領域をセグメント領域に分割するための情報を含んでいる。基準パターン領域に含まれる全画素の画素値は、基準パターン領域に含まれるＤＰ光のドットパターンに相応するものになる。また、基準パターン領域に含まれる全画素の画素値のマッピング領域をセグメント領域に区分することで、各セグメント領域に含まれる画素の画素値が取得される。なお、基準テンプレートは、さらに、各セグメント領域に含まれる画素の画素値を、セグメント領域毎に保持していても良い。

こうして構成された基準テンプレートは、図２のメモリ２５に、消去不可能な状態で保持される。メモリ２５に保持された基準テンプレートは、投射光学系１１から検出対象物体の各部までの距離を算出する際に参照される。

たとえば、図４（ａ）に示すように距離Ｌｓよりも近い位置に物体がある場合、基準パターン上の所定のセグメント領域Ｓｎに対応するＤＰ光（ＤＰｎ）は、物体によって反射され、セグメント領域Ｓｎとは異なる領域Ｓｎ’に入射する。投射光学系１１と受光光学系１２はＸ軸方向に隣り合っているため、セグメント領域Ｓｎに対する領域Ｓｎ’の変位方向はＸ軸に平行となる。同図の場合、物体が距離Ｌｓよりも近い位置にあるため、領域Ｓｎ’は、セグメント領域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、セグメント領域Ｓｎに対してＸ軸負方向に変位する。

セグメント領域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１１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、他のセグメント領域に対応する物体の部分について、投射光学系１１からの距離が算出される。

かかる距離算出では、基準テンプレートのセグメント領域Ｓｎが、実測時においてどの位置に変位したかを検出する必要がある。この検出は、実測時にＣＭＯＳイメージセンサ１２４上に照射されたＤＰ光のドットパターンと、セグメント領域Ｓｎに含まれるドットパターンとを照合することによって行われる。

図５は、かかる検出の手法を説明する図である。同図（ａ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上における基準テンプレートＴＰ（基準パターン領域Ｐ０）の設定状態を示す図、同図（ｂ）は、実測時におけるセグメント領域の探索方法を示す図、同図（ｃ）は、実測されたＤＰ光のドットパターンと、基準テンプレートＴＰのセグメント領域に含まれるドットパターンとの照合方法を示す図である。

たとえば、同図（ａ）のセグメント領域Ｓ１の実測時における変位位置を探索する場合、同図（ｂ）に示すように、セグメント領域Ｓ１が、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上の範囲Ｒ１〜Ｒ２において、Ｘ軸方向に１画素ずつ送られ、各送り位置において、セグメント領域Ｓ１のドットパターンと、実測されたＤＰ光のドットパターンのマッチング度合いが求められる。この場合、セグメント領域Ｓ１は、基準テンプレート（基準パターン領域Ｐ０）の最上段のセグメント領域群を通るラインＬ１上のみをＸ軸方向に送られる。これは、上記のように、通常、各セグメント領域は、実測時において、基準パターン領域Ｐ０上の位置からＸ軸方向にのみ変位するためである。すなわち、セグメント領域Ｓ１は、最上段のラインＬ１上にあると考えられるためである。このように、Ｘ軸方向にのみ探索を行うことで、探索のための処理負担が軽減される。

なお、実測時には、検出対象物体の位置によっては、セグメント領域が基準テンプレートＴＰの基準パターン領域Ｐ０の範囲からＸ軸方向にはみ出すことが起こり得る。このため、範囲Ｒ１〜Ｒ２は、基準パターン領域Ｐ０のＸ軸方向の幅よりも広く設定される。

上記マッチング度合いの検出時には、ラインＬ１上に、セグメント領域Ｓ１と同じサイズの領域（比較領域）が設定され、この比較領域とセグメント領域Ｓ１との間の類似度が求められる。すなわち、セグメント領域Ｓ１の各画素の画素値と、比較領域の対応する画素の画素値との差分が求められる。そして、求めた差分を比較領域の全ての画素について加算した値Ｒｓａｄが、類似度を示す値として取得される。

たとえば、図５（ｃ）のように、一つのセグメント領域中に、ｍ列×ｎ行の画素が含まれている場合、セグメント領域のｉ列、ｊ行の画素の画素値Ｔ（ｉ，ｊ）と、比較領域のｉ列、ｊ行の画素の画素値Ｉ（ｉ，ｊ）との差分が求められる。そして、セグメント領域の全ての画素について差分が求められ、その差分の総和により、値Ｒｓａｄが求められる。すなわち、値Ｒｓａｄは、次式により算出される。

値Ｒｓａｄが小さい程、セグメント領域と比較領域との間の類似度が高い。

探索時には、比較領域が、ラインＬ１上を１画素ずつずらされつつ順次設定される。そして、ラインＬ１上の全ての比較領域について、値Ｒｓａｄが求められる。求めた値Ｒｓａｄの中から、閾値より小さいものが抽出される。閾値より小さい値Ｒｓａｄが無ければ、セグメント領域Ｓ１の探索はエラーとされる。そして、抽出されたＲｓａｄの中で最も値が小さいものに対応する比較領域が、セグメント領域Ｓ１の移動領域であると判定される。ラインＬ１上のセグメント領域Ｓ１以外のセグメント領域も、上記と同様の探索が行われる。また、他のライン上のセグメント領域も、上記と同様、そのライン上に比較領域が設定されて、探索が行われる。

こうして、実測時に取得されたＤＰ光のドットパターンから、各セグメント領域の変位位置が探索されると、上記のように、その変位位置に基づいて、三角測量法により、各セグメント領域に対応する検出対象物体の部位までの距離が求められる。

ところで、ＤＰ光のドットパターンは、ＤＯＥ１１４の形状や位置、および、レーザ光源１１１から出射されるレーザ光の波長に依存して変わり得る。しかしながら、これらの要素は、温度によって変化し易く、また、時間の経過によっても変化し得る。特に、ＤＯＥ１１４が樹脂材料により形成された場合には、温度によってＤＯＥ１１４の特性が変わり易い。このようにＤＯＥ１１４の特性が変化し、あるいは、レーザ光の波長が変化すると、これに伴い、ドットパターンが変化する。このようにドットパターンが変化すると、実測時のドットパターンと基準テンプレートに保持されたドットパターンとの照合が適正に行われなくなる。その結果、検出対象物体に対する距離の検出精度が低下する惧れがある。

一般に、回折パターンの回折角θは、以下の式によって求まる。

θ＝ａｒｃｓｉｎ（λ／ｐ） …（１）

ここで、λはレーザ光の波長、ｐは回折パターンのピッチである。この式から、回折角θは、レーザ光の波長λが大きくなるほど大きくなり、回折パターンのピッチｐが大きくなるほど小さくなる。

本実施の形態で用いるＤＯＥ１１４は、上記のように、一つの光学素子からなり、回折パターンを持つ面を一つだけ備える。本願の発明者は、このようにＤＯＥ１１４が構成される場合、レーザ光の波長の変化に応じてドットパターンがどのように変化するかを測定した。

図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、レーザ光の波長が基準波長から２ｎｍおよび４ｎｍ増加したときの測定結果を示す図である。これらの測定では、基準テンプレートとして保持されたドットパターンを平坦な反射平面に照射した。そして、このときにＣＭＯＳイメージセンサ１２４上に照射されたドットパターンと、基準ドットパターンとのマッチングを測定した。マッチングは、図５（ｂ）を参照して説明したように、比較領域を１画素ずつ右方向に移動させながら、セグメント領域と比較領域について上記数１の値Ｒｓａｄを求め、求めた値Ｒｓａｄから閾値より小さいものが抽出されたかによって行った。そして、この抽出が行えなかったときに、そのセグメント領域をエラーとした。

なお、比較領域の移動範囲は、対応するセグメント領域のドットが反射平面により反射されたときにＣＭＯＳイメージセンサ１２４に照射されると想定される位置を中心として、左右方向に６０画素の範囲とした。

また、図５（ａ）では、隣り合うセグメント領域が互いに重なることなく区分されたが、この測定では、たとえば、図５（ａ）のセグメント領域Ｓ１の右側の次のセグメント領域は、セグメント領域Ｓ１を右に１画素だけずらした領域であり、セグメント領域Ｓ１と次のセグメント領域は、互いに重なる領域を持っている。他のセグメント領域も、左右方向の隣のセグメント領域と重なる領域を持っている。同様に、上下に隣り合うセグメント領域も、互いに重なる領域を持っている。

図６（ａ）の７つの画面は、それぞれ、上記測定によるマッチング結果を示している。基準テンプレートの基準パターン領域のうち、マッチングが取れなかったセグメント領域は白い点で示されている。

図６（ａ）の中央の画面は、マッチング判定の対象とされるＣＭＯＳイメージセンサ１２４上の領域（以下、「判定対象領域」という）を、通常の領域としたときの測定結果である。中央の画面の左右の画面は、それぞれ、判定対象領域を通常の領域から左方向と右方向に１画素ずつずらしたときの測定結果である。中央の画面の上側の２つの画面は、それぞれ、判定対象領域を通常の領域から上方向に１画素および２画素ずらしたときの測定結果である。中央の画面の下側の２つの画面は、それぞれ、判定対象領域を通常の領域から下方向に１画素および２画素ずらしたときの測定結果である。

図６（ａ）の中央の画面を参照すると、基準パターン領域の全ての領域について、略マッチングが取れていることが分かる。このことから、レーザ光源１１１の波長が基準波長から２ｎｍ程度変化しても、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４に照射されるドットパターンは大きく変化しないことが分かる。具体的には、基準パターン領域の全領域において、波長変動による上下方向のドットパターンのズレ量は、マッチングが取られ得る範囲に収まっていると言える。なお、通常、ドットパターンの上下方向のズレ量が１画素未満であれば、マッチングが取られ得る。

図６（ａ）の中央の画面の直上の画面を参照すると、判定対象領域を１画素上にずらした場合には、基準パターン領域の上下方向の中央の領域と、その下の領域では、マッチングが取れないことが分かる。これは、判定対象領域を中央の画面のときの状態から１画素上にずらしたことにより、これらの領域において、ドットパターンのズレ量が１画素以上になった為であると言える。これに対し、基準パターン領域の上下方向の中央の領域の上の領域では、上側に行くほどマッチングが取れていることが分かる。このことから、この領域では、同図中央の画面の状態においてドットパターンが１画素までの範囲で上にずれていたため、その状態から判定対象領域を上方向に１画素ずらしても、ドットパターンのズレ量が１画素までの範囲に収まっているものと考えられる。この検討から、レーザ光源１１１の波長が基準波長から２ｎｍ長くなると、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４に照射されるドットパターンは、中央から上に向かう程、上方向にシフトすることが分かる。

図６（ａ）の最も上側の画面を参照すると、判定対象領域を２画素上にずらした場合には、基準パターン領域の全ての領域において、マッチングが取れないことが分かる。このことから、基準パターン領域の上端部の領域においても、波長変動によるドットパターンのシフト量は、１画素の範囲であることが分かる。

図６（ａ）の中央の画面の直下の画面を参照すると、判定対象領域を１画素下にずらした場合には、基準パターン領域の上下方向の中央の領域と、その上の領域では、マッチングが取れないことが分かる。これは、判定対象領域を中央の画面のときの状態から１画素下にずらしたことにより、これらの領域において、ドットパターンのズレ量が１画素を超えることになった為であると言える。これに対し、基準パターン領域の上下方向の中央の領域の下の領域では、下側に行くほどマッチングが取れていることが分かる。このことから、この領域では、同図中央の画面の状態においてドットパターンが１画素までの範囲で下にずれていたため、その状態から判定対象領域を下方向に１画素ずらしても、ドットパターンのズレ量が１画素までの範囲に収まっているものと考えられる。この検討から、レーザ光源１１１の波長が基準波長から２ｎｍ長くなると、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４に照射されるドットパターンは、中央から下に向かう程、下方向にシフトすることが分かる。

図６（ａ）の最も下側の画面を参照すると、判定対象領域を２画素下にずらした場合には、基準パターン領域の全ての領域において、マッチングが取れないことが分かる。このことから、基準パターン領域の下端部の領域においても、波長変動によるドットパターンのシフト量は、１画素の範囲であることが分かる。

図６（ａ）の中央の画面の左右の画面を参照すると、判定対象領域を１画素左右にずらしても、基準パターン領域の全ての領域において、マッチングが取れていることが分かる。これは、比較領域を左右方向にずらしながらセグメント領域と比較領域とのマッチング判定が行われるため、波長変動によってドットパターンが左右方向にずれても、また、判定対象領域を左右方向に１画素程度ずらしても、マッチングが取られるためであると考えられる。よって、中央の画面の左右の画面からは、レーザ光源１１１の波長が基準波長から２ｎｍ長くなったことによって、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４に照射されるドットパターンが左右方向にシフトするか否かは分からない。

次に、図６（ｂ）の中央の画面を参照すると、基準パターン領域の上下方向の中央の領域では、略マッチングが取れており、中央の領域から上下に向かう程、マッチングが取られなくなることが分かる。このことから、レーザ光源１１１の波長が基準波長から４ｎｍ程度変化すると、上下に向かう程、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上のドットパターンが上下方向にシフトすることが分かる。また、この画面と、図６（ａ）の中央の画面とを比較すると、波長変動が大きくなる程、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上におけるドットパターンの上下方向のシフト量が大きくなることが分かる。

図６（ｂ）の中央の画面の直上の画面を参照すると、判定対象領域を１画素上にずらした場合には、基準パターン領域の上下方向の中央の領域と、その下の領域では、マッチングが取れないことが分かる。これは、判定対象領域を中央の画面のときの状態から１画素上にずらしたことにより、これらの領域において、ドットパターンのズレ量が１画素を超えることになった為であると言える。これに対し、基準パターン領域の上側の領域では、同図中央の画面ではエラーとなっていたセグメント領域についてマッチングが取れていることが分かる。このことから、この領域では、ドットパターンのずれが、判定対象領域を上方向に１画素ずらすことにより、１画素以上のズレから１画素までのズレに収まったことが分かる。

図６（ｂ）の最も上側の画面を参照すると、最上端の領域では、判定対象領域を２画素上にずらしても、未だマッチングが取れている。この画面と、その直下の画面とを比較すると、上側に向かう程、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上におけるドットパターンの上方向のズレ量が大きいことが分かる。

図６（ｂ）の中央の画面の直下の画面を参照すると、判定対象領域を１画素下にずらした場合には、基準パターン領域の上下方向の中央の領域と、その上の領域では、マッチングが取れないことが分かる。これは、判定対象領域を中央の画面のときの状態から１画素下にずらしたことにより、これらの領域において、ドットパターンのズレ量が１画素を超えることになった為であると言える。これに対し、基準パターン領域の上側の領域では、同図中央の画面ではエラーとなっていたセグメント領域についてマッチングが取れていることが分かる。このことから、この領域では、ドットパターンのずれが、判定対象領域を上方向に１画素ずらすことにより、１画素以上のズレから半画素までのズレに収まったことが分かる。

図６（ｂ）の最も下側の画面を参照すると、最下端の領域では、判定対象領域を２画素下にずらしても、未だマッチングが取れている。この画面と、その直上の画面とを比較すると、下側に向かう程、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上におけるドットパターンの下方向のズレ量が大きいことが分かる。

以上の測定結果から、次のことが分かる。

（１）波長が大きくなると、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上のドットパターンが上下方向にシフトする。

（２）波長変動によるドットパターンのズレ量は、上下に向かう程大きくなる。

上記測定からは、波長変動によるドットパターンの左右方向のずれは直接評価できなかった。しかし、回折パターンの特性上、左右方向にも、上下方向と同様の傾向があるものと考えられる。したがって、次のことも予測できる。

（３）波長が大きくなると、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上のドットパターンが左右方向にシフトする。

（４）波長変動によるドットパターンのズレ量は、左右に向かう程大きくなる。

本願の発明者は、さらに、レーザ光源１１１の波長を変化させながら、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上に照射されるドットパターンの挙動を撮影した。この撮影により、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４上に照射されるドットパターンは、レーザ光源１１１の波長変動により、ドットパターン領域の中心から放射上にシフトすることが確認された。

図７は、以上の測定結果に基づき、波長によって、基準パターン領域内の各セグメント領域がどのように変位するかを模式的に示す図である。なお、同図（ａ）〜（ｄ）には、便宜上、一部のセグメント領域のみが示されている。

同図（ａ）には、波長λ１（基準波長）の場合のセグメント領域Ｓ１〜Ｓ８が示されている。

同図（ｂ）には、温度の上昇等により、レーザ光の波長が長波長側にシフトし、波長λ２（λ１＜λ２）になった場合のセグメント領域Ｓ１〜Ｓ８が示されている。この場合、図６を参照して説明したように、セグメント領域Ｓ１〜Ｓ８は、同図（ａ）の場合に比べ、基準パターン領域の中心から外側に放射状にシフトする。また、基準パターン領域の外周部に近いセグメント領域Ｓ１〜Ｓ４の変位量ΔＤｓ１〜Ｄｓ４は、基準パターン領域の中心部に近いセグメント領域Ｓ５〜Ｓ８の変位量ΔＤｓ５〜ΔＤｓ８よりも大きくなる。

同図（ｃ）には、さらなる温度の上昇等により、レーザ光の波長がさらに長波長側にシフトし、波長λ３（λ１＜λ２＜λ３）となった場合のセグメント領域Ｓ１〜Ｓ８が示されている。この場合、セグメント領域Ｓ１〜Ｓ８は、同図（ｂ）の場合に比べ、さらに基準パターン領域の外側にシフトする。よって、セグメント領域Ｓ１〜Ｓ８の変位量ΔＤｓ’１〜ΔＤｓ’８は、同図（ｂ）の場合よりも大きくなる。

このように、ＤＯＥ１１４を用いた場合、レーザ光の波長が長波長側にシフトするにしたがって、セグメント領域は、外側にシフトする。さらに、基準パターン領域の外側に近いほどセグメント領域の変位量は大きくなる。また、各セグメント領域は、基準パターン領域の中央を中心として、略対称（放射状）に変位する。

各セグメント領域の変位量は、レーザ光の波長変動に応じたものである。よって、各セグメントのＹ軸方向の位置は、レーザ光の波長をもとに算出可能である。なお、この特性は、回折パターンが形成された層が単層の１枚のＤＯＥであれば同様に現れ、ＤＯＥ１１４の回折パターンによっては異ならない。

本実施の形態では、上記の特性を利用し、実測時に、セグメント領域のＹ軸方向の変位量を検出し、検出した変位量に応じて、セグメント領域を探索する際の走査ラインをＹ軸方向にオフセットさせる。具体的には、基準テンプレートＴＰの所定のセグメント領域（参照セグメント領域）がＹ軸方向にどの程度変位したかを検出し、この検出結果に応じて、オフセットの方向と量が設定される。

図８は、オフセットの設定方法を示す図である。

たとえば、同図（ａ）に示すセグメント領域Ｓ１を参照セグメント領域とする。この場合、同図（ｂ）のように、実測時に、セグメント領域Ｓ１がＳ１’の位置に変位したとすると、基準テンプレートＴＰの最上段のセグメント領域の探索ラインＬ１が上方向にオフセットされ、Ｌ１’が探索ラインとされる。また、中心ラインＯから１段上のセグメント領域の探索ラインＬａが上方向にオフセットされ、Ｌａ’が探索ラインとされる。同様に、中心ラインＯから１段下のセグメント領域の探索ラインＬｂが下方向にオフセットされてＬｂ’が探索ラインとされ、最上段のセグメント領域の探索ラインＬｎが下方向にオフセットされてＬｎ’が探索ラインとされる。

各段の探索ラインのオフセット量は、中心ラインから離れた段ほど大きくなる。各段の探索ラインのオフセット量は、セグメント領域Ｓ１の変位量から、各段のセグメント領域のＹ軸方向の変位量を算定し、算定した変位量に合うように設定される。中心ラインから上下に同じ距離だけ離れた段の探索ラインのオフセット量は、互いに等しい。なお、上下に隣り合う複数の段に対して、同じシフト量が設定されても良い。ただし、この場合も、オフセット量は、中心ラインから離れた段ほど大きく設定される。

このように基準テンプレートの各段の探索ラインをシフトさせることにより、実測時にレーザ光に波長変動が生じ、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４におけるドットパターンの照射領域が変化しても、各セグメント領域に対するマッチングがエラーとなり難くなる。よって、物体検出が円滑に行われるようになる。

図８（ｃ）は、探索ラインのオフセットを設定するために用いられるオフセットテーブルＯｔを示す図である。かかるオフセットテーブルＯｔは、予め、メモリ２５に格納されている。

オフセットテーブルＯｔには、参照セグメント領域のＹ軸方向の変位量（ΔＤｉ）に対応付けて、オフセットパターンが保持される。変位量ΔＤｉは、参照セグメント領域が、基準テンプレートにて規定された位置（基準位置）からＹ軸正方向（拡張方向）とＹ軸負方向（縮小方向）の何れに変位したかを示すために、正負の符号を持っている。この符号が正の場合、参照セグメント領域が基準位置からＹ軸正方向（拡張方向）に変位し、この符号が負の場合、参照セグメント領域が基準位置からＹ軸負方向（縮小方向）に変位することが示される。変位量ΔＤ−１からΔＤ−ｎは負の符号を持ち、変位量ΔＤ１からΔＤｎは正の符号を持つ。オフセットパターンＰｉには、対応する変位量ΔＤｉのときに基準テンプレートＴＰの各段のセグメント領域に適用される探索ラインのオフセット（オフセットの量と方向）が保持される。

図９は、テンプレート更新時の処理を示す図である。図９の処理は、図２の更新部２１ｂによって行われる。更新部２１ｂは、実測時において、所定の時間間隔で、図９の処理を行う。

図９（ａ）を参照して、更新部２１ｂは、前回の更新時に温度センサ１１５から取得した温度（前回温度）と現在温度センサ１１５により検出された温度（現在温度）との差分が閾値Ｔｓを超えるかを判定する（Ｓ１０１）。なお、情報取得装置１の起動時には、基準テンプレートＴＰを構成したときの基準温度と現在温度との差分が閾値Ｔｓを超えるかが判定される。

Ｓ１０１の判定がＹＥＳであれば、テンプレートの更新が行われる（Ｓ１０３）。Ｓ１０１の判定がＮＯであれば、直近の実測時におけるセグメント領域の探索において、探索がエラーとなったセグメント領域の全セグメント領域に対する割合が閾値Ｅｓを超えるかが判定される。Ｓ１０２の判定がＹＥＳであれば、テンプレートの更新が行われ（Ｓ１０３）、ＮＯであれば、テンプレートの更新が終了する。

図９（ｂ）は、図９（ａ）のＳ１０３における更新処理を示すフローチャートである。図９（ｂ）の処理は、メモリ２５に予め保持された上記基準テンプレートＴＰと、実測時に取得されメモリ２５に展開されたドットパターンの情報とを参照して行われる。基準テンプレートＴＰは、上記のように、基準パターン領域Ｐ０の位置に関する情報と、基準パターン領域Ｐ０に含まれる全画素の画素値と、基準パターン領域Ｐ０をセグメント領域に分割するための情報を含んでいる。以下では、説明の便宜上、ドットパターンをベースに、説明行う。

図９（ｂ）を参照して、更新部２１ｂは、まず、実測時のＤＰ光のＣＭＯＳイメージセンサ１２４上のドットパターンから、予め設定された参照セグメント領域の変位位置を探索する（Ｓ２０１）。

本実施の形態では、図１０（ａ）に示す如く、基準テンプレートＴＰの基準パターン領域Ｐ０の最上段のセグメント領域が、参照セグメント領域Ｓｒ１〜Ｓｒｎとして設定されている。これら参照セグメント領域Ｓｒ１〜Ｓｒｎが、図１０（ｂ）に示す探索領域ＭＡ内のどの位置にあるかが探索される。探索領域ＭＡは、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４の受光領域のうち、最上段のみを大きく囲う領域をカバーする。また、探索は、参照セグメント領域Ｓｒ１〜Ｓｒｎのそれぞれについて、探索領域ＭＡの全てを照合することにより行われる。すなわち、探索領域ＭＡの最上段に対して探索が行われた後、最上段よりも１画素だけ下にある次の段について探索が行われ、以下同様に、下の段へと探索が行われる。探索は、図５（ｃ）を参照して説明したと同様の方法で行われる。これにより、図１０（ｃ）または図１０（ｄ）に示すように、最上段の参照セグメント領域Ｓｒ１〜ＳｒｎのＹ軸方向の変位量Δｄ１〜Δｄｎが取得される。

図９（ｂ）に戻り、Ｓ２０１において、参照セグメント領域Ｓｒ１〜ＳｒｎのＹ軸方向の変位量Δｄ１〜Δｄｎが取得されると、更新部２１ｂは、取得されたＹ軸方向の変位量Δｄ１〜Δｄｎに基づいて、平均Ｙ軸変位量Δｄを算出する（Ｓ２０２）。

なお、図７に示したように、セグメント領域の変位量は、基準パターン領域Ｐ０の外側に近いほど、大きくなるため、本実施の形態のように最上段に参照セグメント領域Ｓｒ１〜Ｓｒｎが設定されるか、もしくは、最下段に参照セグメント領域Ｓｒ１〜Ｓｒｎが設定されるのが望ましい。また、参照セグメント領域Ｓｒ１〜Ｓｒｎの変位量は、図１０（ｃ）、（ｄ）に示すように、外乱成分等により、誤差を含む可能性があるため、Ｓ２０１、Ｓ２０２にように、所定数の参照セグメント領域のＹ軸変位量を取得し、これらを平均した値をＹ軸方向の変位量とするのが望ましい。

次に、更新部２１ｂは、取得した平均Ｙ軸変位量Δｄに最も近い変位量ΔＤｉを、図８（ｃ）に示すオフセットテーブルＯｔから抽出する（Ｓ２０３）。そして、更新部２１ｂは、抽出した変位量ΔＤｉに対応するオフセットパターンＰｉを、実測時に用いるオフセットパターンとして設定する（Ｓ２０４）。

図１１は、オフセット処理の例を示す図である。

図１１（ａ）は、図１０（ｂ）のＳ２０１にて探索された参照セグメント領域Ｓｒ１〜Ｓｒｎの位置が、基準位置からＹ軸正方向に平均変位量Δｄだけ変位した場合を示している。この場合、図１０（ｂ）のＳ２０４によって、平均変位量Δｄに対応するオフセットパターンに応じて、基準パターン領域Ｐ０の各段の探索ラインがオフセットされる。

たとえば、図１１（ｂ）のように、最上段のセグメント領域は、最上段の位置からオフセット量ΔＬＯ１だけＹ軸正方向にオフセットされた探索ラインＬ１’に沿って探索される。また、上からｊ番目の段のセグメント領域Ｓｐｊを探索する際には、ｊ番目の段の位置からオフセット量ΔＬＯｊだけＹ軸正方向にオフセットされた探索ラインＬｊ’に沿って探索される。このオフセット量ΔＬＯｊは、オフセット量ΔＬＯ１よりも、小さい。また、最下段のセグメント領域Ｓｐｎを探索する際には、最下段の位置からオフセット量ΔＬＯｎだけＹ軸正方向にオフセットされた探索ラインＬｎ’に沿って探索される。このオフセット量ΔＬＯｎは、オフセット量ΔＬＯ１と同程度の値である。

このように、全ての段の探索ラインがオフセットされ、オフセット後の探索ラインＬ’１〜Ｌ’ｎに従って、各段の探索が行われる。これにより、波長が変化し、セグメント領域がＹ軸方向に変位した場合においても、ドットパターンを基準パターン領域Ｐ０の各セグメント領域と円滑に照合することができる。

以上、本実施の形態によれば、参照セグメント領域の実測時におけるＹ軸方向の変位量に基づいて、各セグメント領域の探索ラインがオフセットされるため、レーザ光のドットパターンが、レーザ光の波長変動によって変化しても、適正に、セグメント領域の探索が行われ得る。よって、検出対象物体までの距離を適正に検出することができる。

また、本実施の形態では、参照セグメント領域Ｓｒ１〜ＳｒｎのＹ軸方向の変位量に応じて、オフセットパターンを抽出して設定するだけで良いため、レーザ光の波長変動に対応するための処理量を削減することができる。

さらに、本実施の形態では、ベルチェ素子等の温度制御素子により、波長を一定に制御せずとも、適宜、波長変動に応じてオフセットパターンを更新することにより、検出物体までの距離を精度よく測定することができる。よって、物体検出装置のコストダウンと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、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、波長変動が生じた場合に、基準テンプレートＴＰは変更せずに、基準テンプレートの各段のセグメント領域の探索ラインをオフセットさせるようにしたが、基準テンプレートＴＰを波長の変化に応じて変化させるようにしても良い。

たとえば、図１２（ａ）のように、参照セグメント領域の変位量ΔＤｉと更新テンプレートＴＰ’ｉとを対応付けた更新テーブルＴｒをメモリ２５に保持し、この更新テーブルＴｒを用いて、実動作時に用いるテンプレートを基準テンプレートＴＰから更新テンプレートＴＰ’ｉに切り替えても良い。この場合、更新テンプレートＴＰ’は、基準テンプレートＴＰの各段のセグメント領域が、変位量ΔＤｉに応じて上または下（Ｙ軸正負の方向）にシフトするように構成されている。

図１２（ｂ）は、本変更例におけるテンプレートの更新処理を示すフローチャートである。この処理は、図９（ａ）のＳ１０３において行われる。

Ｓ２０１〜Ｓ２０３は、図９のＳ２０１〜Ｓ２０３と同じである。Ｓ２１０では、Ｓ２０３にて抽出された変位量ΔＤｉに対応する更新テンプレートＴＰ’ｉが、実測時に用いるテンプレートとして設定される。

本変更例では、図１２（ｂ）のＳ２１０にて更新テンプレートＴＰ’ｉが実測時に用いるテンプレートとして設定されると、更新テンプレートＴＰ’ｉの各段に対応するラインを探索ラインとして、各段のセグメント領域の探索が行われる。これにより、各段の探索ラインが、基準テンプレートＴＰを用いる場合の位置（基準位置）から変位される。

本変更例によっても、上記実施の形態と同様、レーザ光のドットパターンが、レーザ光の波長変動によって変化しても、適正に、セグメント領域の探索が行われ得る。よって、検出対象物体までの距離を適正に検出することができる。

また、上記実施の形態では、あらかじめオフセットパターンを変位量ΔＤｉに対応付けて記憶するようにしたが、参照セグメント領域の変位量から、基準テンプレートの各段のセグメント領域のオフセット量を演算により求めるようにしても良い。

また、上記実施の形態では、基準パターン領域Ｐ０からのＹ軸変位量の測定は、最上ラインのセグメント領域のみについて実施したが、最下ラインや中央のラインについても、あわせてＹ軸変位量を測定してもよい。これにより、Ｙ軸変位量の検出精度を向上させることができる。なお、Ｙ軸変位量の測定は、１つ以上のセグメント領域であればいくつでもよく、たとえば、左上と右上のセグメント領域のみからＹ軸変位量を測定してもよい。

また、上記実施の形態では、基準テンプレートＴＰが一つだけ用意されたが、異なる波長に適するように基準テンプレートＴＰを複数用意するようにしても良い。この場合、所定の基準テンプレートＴＰについて、範囲ＭＡ（図１０（ｂ）参照）における参照セグメント領域Ｓｒ１〜Ｓｒｎの探索を行った結果、参照セグメント領域Ｓｒ１〜Ｓｒｎの探索エラーが閾値を超えて発生したような場合に、他の基準テンプレートＴＰを用いて参照セグメント領域Ｓｒ１〜Ｓｒｎの探索を行い、探索エラーが閾値以下となった基準テンプレートＴＰを実測時に用いるようにしても良い。

また、上記実施の形態では、隣り合うセグメント領域が互いに重なることなく区分されたが、所定のセグメント領域と、当該セグメント領域に対し上下左右に隣り合うセグメント領域が、互いに重なる領域を持っていても良い。

また、基準パターン領域の形状は、上記実施の形態のように長方形である他、正方形等、他の形状であっても良い。また、更新パターン領域の形状も適宜変更可能である。

さらに、上記実施の形態では、受光素子として、ＣＭＯＳイメージセンサ１２４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。

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
１１１ レーザ光源（光源）
１１４ ＤＯＥ（回折光学素子）
１２４ ＣＭＯＳイメージセンサ（受光素子）
２１ ＣＰＵ
２１ｂ 更新部（広がり検出部、情報取得部）
２１ｃ ３次元距離演算部（情報取得部）
２５ メモリ（記憶部）

Claims (6)

1. 光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置において、
   所定波長帯域の光を出射する光源と、
   前記光を所定のドットパターンにて前記目標領域に照射する回折光学素子と、
   前記目標領域から反射された反射光を受光して信号を出力する受光素子と、
   前記受光素子によって受光される前記光の基準パターンに複数のセグメント領域を設定した基準テンプレートを保持する記憶部と、
   前記受光素子によって受光された前記光の実測パターンから前記セグメント領域に対応する対応領域を探索し、探索した前記対応領域の位置に基づいて、前記目標領域に存在する物体の３次元情報を取得する情報取得部と、
   前記基準パターンの設定領域に対する前記実測パターンの受光領域の広がり具合の変化を検出する広がり検出部と、を備え、
   前記情報取得部は、前記光源と前記受光素子の並び方向に平行な探索ラインに沿って、前記実測パターンに対する前記対応領域の探索を実行し、前記広がり検出部によって検出される前記広がり具合の前記変化に応じて、前記各セグメント領域に対する前記探索ラインを、前記変化がないときの基準位置から、前記並び方向に垂直な方向に変位させる、
   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、
   前記情報取得部は、
   前記基準パターンの受光領域よりも前記実測パターンの受光領域が広がった場合には、前記各セグメント領域を探索するための前記探索ラインを、前記並び方向に垂直な方向に前記設定領域の中心から離れるように、前記各セグメント領域に対する前記基準位置から変位させ、
   前記基準パターンの受光領域よりも前記実測パターンの受光領域が狭くなった場合には、前記各セグメント領域を探索するための前記探索ラインを、前記並び方向に垂直な方向に前記設定領域の中心に近づくように、前記各セグメント領域に対する前記基準位置から変位させる、
   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、
   前記情報取得部は、前記設定領域の中心に近い前記セグメント領域よりも前記設定領域の中心から遠い前記セグメント領域の方が前記基準位置に対する前記探索ラインの変位量を大きく設定する、
   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、
   前記広がり検出部は、前記設定領域の中心から前記並び方向に垂直な方向に最も離れた前記セグメント領域が前記実測パターンにおいてどの位置にあるかを探索し、当該探索の結果に基づいて、前記基準パターンの前記設定領域に対する前記実測パターンの前記受光領域の前記広がり具合の変化を検出する、
   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において、
   前記情報取得部は、前記各探索ラインのオフセットパターンを前記広がり具合の前記変化の大きさに対応づけたテーブルを保持し、実測時に、前記広がり検出部により検出された前記変化の大きさに対応する前記オフセットパターンに基づいて、前記各探索ラインを対応する前記基準位置からオフセットさせる、
   ことを特徴とする情報取得装置。
6. 請求項１ないし５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。