专利名称：物体检测装置及信息取得装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据向目标区域投射光时的反射光的状态来对目标区域内的物体进行检测的物体检测装置及适合使用于该物体检测装置的信息取得装置。
背景技术：
以往，在各种领域中开发出利用了光的物体检测装置。在利用了所谓的距离图像传感器的物体检测装置中，不仅能够检测二维平面上的平面的图像，还能够对检测对象物体的进深方向的形状、移动进行检测。在这样的物体检测装置中，从激光光源或LED (LightEmitting Diode)向目标区域投射预先确定的波段的光,并通过CMOS图像传感器等受光元件来接受其反射光。作为距离图像传感器，公知有各种类型的图像传感器。在将具有规定的点图案的激光向目标区域照射的类型的距离图像传感器中，通过 受光元件接受具有点图案的激光从目标区域的反射光。并且，根据点在受光元件上的受光位置，利用三角测量法，来检测到检测对象物体的各部分(检测对象物体上的各点的照射位置)的距离(例如，非专利文献I)。在先技术文献非专利文献非专利文献I :第19次日本机器人学会学术讲演会(2001年9月18-20日)预稿集，P1279-1280
发明内容
发明所要解决的问题在上述结构的距离图像传感器中，作为用于投射点图案的激光的光学系统，使用激光光源、准直透镜、衍射光学元件。其中，激光光源由于发热、时效劣化而出射光量发生变化，因此需要对激光的输出进行监视，并进行APC(Autc) Power Control)控制，以得到所期望的光输出水平。APC控制中能够使用在激光光源的CAN内设置光检测器的所谓背光监视()气”夕^ ^ )方式的结构。在该结构中，从激光元件的背面侧射出的激光由CAN内的光检测器接受。然而，当伴随物体检测装置的小型化而激光光源的小型化进展时，CAN的直径变小，从而可能引起在CAN内无法收容光检测器的情况。这样，APC控制中无法使用背光监视方式的结构。本发明为了消除这样的问题而提出，其目的在于提供一种能够实现装置的小型化，且同时能够实现激光光源的光量控制的信息取得装置及搭载该信息取得装置的物体检测装置。发明解决问题的手段本发明的第一方式涉及一种信息取得装置。本方式所涉及的信息取得装置具备向目标区域照射点图案的激光的发光装置；拍摄所述目标区域的受光装置；排列而设置有所述发光装置和所述受光装置的基体。所述发光装置具备激光光源；将从所述激光光源射出的激光转换成平行光的准直透镜；使透过所述准直透镜的所述激光的一部分反射且使一部分透过的分光元件；将由所述分光元件反射的所述激光转换成在目标区域具有规定的点图案的激光而向所述目标区域投射的衍射光学元件；对透过所述分光元件的所述激光进行受光并输出与受光量对应的检测信号的光检测器；根据所述光检测器的所述检测信号来控制所述激光光源的发光量的激光控制部。所述发光装置中，以所述激光光源、所述准直透镜及所述分光元件呈直线状排列，且所述衍射光学元件与所述目标区域对置的方式将所述激光光源、所述准直透镜、所述分光元件、所述光检测器及所述衍射光学元件配置在所述基体上。本发明的第二方式涉及一种物体检测装置。本方式所涉及的物体检测装置具有上述第一方式所涉及的信息取得装置。发明效果根据本发明，能够提供一种实现装置的小型化，且同时能够进行激光光源的光量 控制的信息取得装置及搭载该信息取得装置的物体检测装置。本发明的效果乃至意义通过以下所示的实施方式的说明变得更加清楚。但是，以下所示的实施方式只不过是实施本发明时的一个例示，本发明丝毫不被以下的实施方式限制。
图I是表示实施方式所涉及的物体检测装置的结构的图。图2是表示实施方式所涉及的信息取得装置和信息处理装置的结构的图。图3是表示实施方式所涉及的激光对目标区域的照射状态和图像传感器上的激光的受光状态的图。图4是表示实施方式所涉及的发光装置的分解立体图的图。图5是表示实施方式所涉及的发光装置的结构的图。图6是表示实施方式所涉及的信息取得装置的组装过程的图。图7是表示实施方式所涉及的信息取得装置的组装过程的图。图8是表示实施方式所涉及的信息取得装置的组装过程的图。图9是表示实施方式所涉及的信息取得装置的结构和比较例所涉及的信息取得装置的结构的图。图10是表示实施方式所涉及的信息取得装置的APC控制的流程图。图11是表示其它的变更例的信息取得装置的结构的图。
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。在本实施方式中例示出将具有规定的点图案的激光向目标区域照射的类型的信息取得装置。首先，在图I中示出本实施方式所涉及的物体检测装置的简要结构。如图所示，物体检测装置具备信息取得装置I、信息处理装置2。电视3由来字信息处理装置2的信号进行控制。
信息取得装置I通过向目标区域整体投射红外光，并通过CMOS图像传感器接受其反射光，来取得位于目标区域的物体各部分的距离(以下，称为“三维距离信息”)。取得的三维距离信息经由线缆4向信息处理装置2输送。信息处理装置2例如为电视控制用的控制器、游戏机、个人计算机等。信息处理装置2根据从信息取得装置I接收到的三维距离信息，来检测目标区域中的物体，并根据检测结果来控制电视3。例如，信息处理装置2根据接 收到的三维距离信息来检测人，并根据三维距离信息的变化，来检测该人的移动。例如，在信息处理装置2为电视控制用的控制器的情况下，在信息处理装置2中安装有应用程序，该应用程序根据接收到三维距离信息来检测该人的姿势，并根据姿势向电视3输出控制信号。在该情况下，使用者通过边看电视3边进行规定的姿势，能够使电视3执行频道切换或音量的Up/Down等规定的功能。另外，例如，在信息处理装置2为游戏机的情况下，在信息处理装置2中安装应用程序，该应用程序根据接收到的三维距离信息来检测该人的移动，并根据检测到的移动来使电视画面上的角色动作，从而使游戏的对战状況变化。这种情况下，使用者通过边看电视3边进行规定的移动，能够体验到自身作为电视画面上的角色而进行游戏的对战的亲临现场的感觉。图2是表示信息取得装置I和信息处理装置2的结构的图。在图2中，从方便起见，为了表不与投射光学系统100和受光光学系统200相关的方向，而标注彼此正交的X-Y-Z轴。信息取得装置I具备投射光学系统100和受光光学系统20来作为光学部的构成。投射光学系统100和受光光学系统200以沿Z轴方向排列的方式配置在信息取得装置I中。投射光学系统100具备激光光源110、准直透镜120、漏光反射镜(1J 一 ^ 一夕^7 一 ) 130、衍射光学兀件(DOE Diffractive Optical Element) 140、FMD (前监视器二极管Front Monitor Diode) 150。另外，受光光学系统200具备滤光片210、光阑220、摄像透镜230、以及CMOS图像传感器240。此外，信息取得装置I具备CPU (Central ProcessingUnit) 21、激光驱动电路22、PD信号处理电路23、摄像信号处理电路24、输入输出电路25、以及存储器26来作为电路部的构成。激光光源110向离开受光光学系统200的方向(Z轴正方向)输出波长为830nm左右的窄波段的激光。准直透镜120将从激光光源110射出的激光转换成从平行光略微扩展的光(以下，简称为“平行光”)。漏光反射镜130由电介质薄膜的多层膜构成，以反射率比100%低少许，且透过率比反射率小几个等级的方式来设计膜的层数、膜厚(例如，反射率95%，透过率5%)。漏光反射镜130使从准直透镜120侧入射的激光的大部分向朝着D0E140的方向(Y轴方向)反射，并使剩余的一部分向朝着FMD150的方向(Z轴方向)透过。另外，激光光源110为了照射远距离的目标物，而需要发出大量的光。优选漏光反射镜130的透过率设定成比某程度小，以免由后述的FMD150反射的激光沿着入射时的光路大量地向激光光源110入射。DOE140在入射面具有衍射图案。通过该衍射图案产生的衍射作用，向D0E140入射的激光转换成点图案的激光而向目标区域照射。衍射图案例如为阶梯型的衍射全息图以规定的图案形成的结构。衍射全息图以使通过准直透镜120成为平行光的激光转换成点图案的激光的方式来调整图案和间距。DOE140使从漏光反射镜130入射的激光成为呈放射状扩展的点图案的激光而向目标区域照射。点图案的各点的大小与向D0E140入射时的激光的光束尺寸对应。在D0E140未发生衍射的激光(O次光)透过D0E140而直接直线前进。FMD150接受透过漏光反射镜130后的激光,并输出与受光量对应的电信号。另外，随后，参照图4至图8，对投射光学系统100的详细的结构进行说明。从目标区域反射的激光经由滤光片210和光阑220向摄像透镜230入射。滤光片210是使包括激光光源110的出射波长(830nm左右)的波段的光透过，且使可见光的波段截止的带通滤光片。光阑220以与摄像透镜230的F值一致的方式使来自外部的光收束。摄像透镜230使经由光阑220入射的光会聚在CMOS图像传感器240上。
CMOS图像传感器240接受由摄像透镜230会聚的光，并按像素将与受光量对应的信号(电荷)向摄像信号处理电路24输出。在此，CMOS图像传感器240使信号的输出速度高速化，从而能够根据各像素的受光以高响应将该像素的信号(电荷)向摄像信号处理电路24输出。CPU21按照保存在存储器26中的控制程序来控制各部分。通过这样的控制程序，对CPU21赋予激光控制部21a、APC控制部21b、距离运算部21c的功能，其中激光控制部21a用于控制激光光源110，APC控制部21b进行根据从FMD150输出的信号量来执行激光光源110的光量的自动控制的所谓APC(Auto Power Control)控制,距离运算部21c用于生成三
维距离信息。激光驱动电路22根据来自CPU21的控制信号来驱动激光光源110。H)信号处理电路23将与从FMD150输出的受光量对应的电压信号放大及数字化而向CPU21输出。CPU21以从H)信号处理电路23供给的信号为基础，通过APC控制部21b所进行的处理，来进行使激光光源110的光量放大或减小的判断。在判断为需要通过APC控制部21b，来使激光光源110的光量变化的情况下，激光控制部21a将使激光光源110的发光量变化的控制信号向激光驱动电路22发送。另外，对于APC控制的处理，随后参照图10进行说明。摄像信号处理电路24对CMOS图像传感器240进行控制，从而按每行顺次取入由CMOS图像传感器240生成的各像素的信号(电荷)。然后，将取入的信号顺次向CPU21输出。CPU21以从摄像信号处理电路24供给的信号(摄像信号)为基础，通过距离运算部21c所进行的处理来算出从信息取得装置I到检测对象物的各部分的距离。输入输出电路25对与信息处理装置2的数据通信进行控制。信息处理装置2具备CPU31、输入输出电路32、存储器33。另外，信息处理装置2中除了该图所示的结构外，还配置有用于进行与电视3的通信的结构、用于读取保存在CD-ROM等外部存储器中的信息并将其安装到存储器33中的驱动装置等，但为了方便，将上述周边电路的结构省略图示。CPU31按照保存在存储器33中的控制程序(应用程序)来控制各部分。通过这样的控制程序，对CPU31赋予用于检测图像中的物体的物体检测部31a的功能。这样的控制程序例如由未图示的驱动装置从CD-ROM读取，并安装到存储器33中。例如，在控制程序为游戏程序的情况下，物体检测部31a根据从信息取得装置I供给的三维距离信息来检测图像中的人及其移动。然后，根据检测出的移动，通过控制程序来执行用于使电视画面上的角色动作的处理。另外，在控制程序为用于控制电视3的功能的程序的情况下，物体检测部31a根据从信息取得装置I供给的三维距离信息来检测图像中的人及其移动(姿势)。然后，根据检测出的移动(姿势)，通过控制程序来执行用于控制电视3的功能(频道切换或音量调整等)的处理。输入输出电路32对与信息取得装置I的数据通信进行控制。图3(a)是示意性表示激光对目标区域的照射状态的图，图3(b)是示意性表示CMOS图像传感器240中的激光的受光状态的图。另外，为了方便，在该图(b)中示出在目标区域存在平坦的面(屏幕)时的受光状态。从投射光学系统100将具有点图案的激光(以下，将具有该图案的激光的整体称
为“DP光”)向目标区域照射。在该图(a)中，DP光的光束区域由实线的框表示。DP光的光束中，因D0E140所产生的衍射作用而提高了激光的强度的点区域(以下，仅称为“点”)按照D0E140所产生的衍射作用形成的点图案来分布。另外，在图3(a)中，为了方便，将DP光的光束划分成呈矩阵状排列的多个分段区域。在各分段区域中点以固有的图案分布。一个分段区域中的点的分布图案与其它全部的分段区域中的点的分布图案不同。由此，各分段区域能够根据点的分布图案而从其它全部的分段区域区别开。当在目标区域存在平坦的面(屏幕)时，由此反射的DP光的各分段区域如该图(b)所示，在CMOS图像传感器240上呈矩阵状分布。例如，该图(a)所示的目标区域上的分段区域SO的光在CMOS图像传感器240上向该图(b)所示的分段区域Sp入射。另外，在图3(b)中，DP光的光束区域也由实线的框表示，为了方便，将DP光的光束划分为呈矩阵状排列的多个分段区域。在上述距离运算部21c中，检测出CMOS图像传感器240上的各分段区域的位置，根据检测出的各分段区域的位置，并基于三角测量法，来检测出到与检测对象物体的各分段区域对应的位置的距离。这样的检测方法的详细情况例如在上述非专利文献I (第19次日本机器人学会学术讲演会(2001年9月18-20日)预稿集，P1279-1280)中公开。然而，如图2所示，当以使从激光光源110射出的激光的光路在中途弯折而使激光朝向D0E140的方式构成投射光学系统100时,能够在朝向目标区域的光的投射方向上使信息取得装置I薄型化。这种情况下，当信息取得装置I的薄型化进展时，用于搭载信息取得装置I内的激光光源的空间变小，与此相伴，激光光源110的CAN的直径也变小。然而，当这样激光光源110的CAN的直径变小时，在CAN内中配置用于APC控制的光检测器困难。因此，在本实施方式中，形成为如下的结构，即，使用于使激光的光路弯折的反射镜为漏光反射镜130，从该漏光反射镜130透过的激光由FMD150接受，并通过来自FMD150的检测信号来进行APC控制。由此，能够在实现信息取得装置I的小型化的同时进行激光光源110的APC控制。图4是表示本实施方式所涉及的发光装置10的构成例的分解立体图。发光装置10是将图2中的投射光学系统100与其它部件一起单元化而得到的装置。另外，在图4中示出了图2所示的X-Y-Z轴，并示出了前后左右上下的方向。上下方向与Y轴方向平行，左右方向与X轴方向平行，前后方向与Z轴方向平行。
参照图4，发光装置10除了具备上述的激光光源110、准直透镜120、漏光反射镜130、DOE140, FMD150以外，还具备激光支架111、透镜支架121、DOE支架141、电容器151、FMD电路基板152、壳体160、压紧弹簧170。如图所示，激光光源110具有基体IlOa和CANllOb。基体IlOa在主视下具备外周被局部切除的圆形的轮廓。另外，准直透镜120具备具有圆柱状的外周面的大径部120a ；直径比大径部小的小径部120b。激光支架111在主视下具有正方形的轮廓，由在中央形成有圆形的开口 Illa的框构件构成。开口 Illa形成为沿前后方向贯通激光支架111，且在同轴上排列有直径不同的圆柱状的两个孔的结构。开口 Illa的前方的孔的直径比后方的孔的直径大，在直径变化的边界形成有环状的台阶。开口 Illa的前方的孔的直径比激光光源110的基体IlOa的直径稍大。通过从前侧将基体IlOa嵌入到开口 111a，直到激光光源110的基体IlOa的后表面与开口 Illa内的台阶抵接为止，从而将激光光源110相对于激光支架111定位。在该状态下，向基体IlOa的外周的切口注入粘接材料，来将激光光源110粘接固定于激光支架111。 另外，激光支架111由锌等热传导率高的物质形成，通过通常的压力铸造制造。透镜支架121在主视下具有大致圆形的轮廓，由在中央形成有开口 121a的框构件构成。开口 121a形成为沿前后方向贯通透镜支架121且在同轴上排列有直径不同的圆柱状的两个孔的结构。开口 121a的前方的孔的直径比后方的孔的直径大，在直径变化的边界形成有环状的台阶。开口 121a的前方的孔的直径比准直透镜120的大径部120a的直径稍大。通过从前侧将大径部120a嵌入到开口 121a，直到准直透镜120的大径部120a的后表面与开口 121a内的台阶抵接为止，从而将准直透镜120相对于透镜支架121定位。在该状态下，将准直透镜120粘接固于透镜支架121。在透镜支架121的上表面形成有沿前后延伸的凹部121c。在凹部121c中形成有沿前后延伸的凸部121d。在透镜支架121的侧面分别形成有将准直透镜120和透镜支架121粘接固定时用于使粘接剂流入的两个槽121b。在透镜支架121的下侧面形成有沿左右方向(X轴方向)呈直线状地延伸的矩形形状的槽121e(未图示)。该槽121e在将透镜支架121的位置沿前后方向(Z轴方向)调整时使用。另外，透镜支架121的周向上的凸部121d的中心与槽121e的中心处于彼此错开180度的状态。因此，当凸部121d朝向正上方时，槽121e朝向正下方。DOE支架141在下表面形成有用于安装D0E140的台阶部(未图示)。另外，在DOE支架141的中央形成有用于将激光向目标区域引导的开口 141a。D0E140从DOE支架141的下方嵌入到DOE支架141中，并被粘接固定。另外，在DOE支架141的左右的端部形成有用于将DOE支架141固定于壳体160的台阶部141b。电容器151使在FMD电路基板152中产生的电噪声降低。FMD电路基板152为搭载FMD150和电容器151的电路基板。在FMD电路基板152上搭载有图2所示的H)信号处理电路23，并搭载有对从FMD150输出的电信号进行放大的放大电路及进行数字转换的A/D转换电路等。另外，在FMD电路基板152的后方配置有用于与搭载有CPU21等的后级的电路基板电连接的 FPC(Flexible Printed Circuit) 152a。壳体160由俯视下为长方形的轮廓的有底的框构件构成。壳体160除了螺纹孔160k的形状之外，形成为相对于与Y-Z平面平行的面左右对称的形状。壳体160由锌等热传导率高的物质形成，通过通常的压力铸造(夕力7卜)制造。如图所示，在壳体160的内部后侧形成有在YZ平面的面内方向倾斜了 45°的反射镜安装部160a。在反射镜安装部160上形成有U字型的开口 160b。并且，在反射镜安装部160a的背面形成有向后方方向(Z轴方向)突出的FMD安装部160c (参照图5 (b))。在FMD安装部160c上以FMD150的受光面相对于激光光源110的光轴垂直的方式安装有FMD150。具体而言，安装有FMD150和电容器151的FMD电路基板152定位并粘接固定在FMD安装部160c上。图5 (a)是表示这样将FMD电路基板152粘接固定在FMD安装部160c上的状态的立体图。在该图中，为了方便，将收容在壳体160内部的光学部件省略图示。漏光反射镜130安装并粘接固定在反射镜安装部160a上。并且，在壳体160的前方的侧面形成有U字型的开160d。开160d的左右方向的宽度比激光光源110的CANllOb的直径大。
在壳体160的底面形成有用于将Z轴调整用夹具(未图示)向透镜支架121的槽121e引导的孔160e(未图示)。孔160e的直径比透镜支架121的槽121e的Z轴方向的宽度大。在壳体160的沿左右方向排列的两个侧面上分别形成有用于使UV粘接剂流入到壳体160的内部的两个孔160g。另外，在壳体160的沿左右方向排列的两个内侧面的下端形成有彼此面对的一对倾斜面160f。两个倾斜面160f分别相对于与X-Z平面平行的面向下方倾斜相同的角度。当在两个倾斜面160f上载置透镜支架121时，透镜支架121在X轴方向(左右方向)上被限制位移。在壳体160的上表面形成有用于安装DOE支架141的台阶部160h和四个螺纹孔160i。Z轴方向上的台阶部160h的宽度比DOE支架141的左右的台阶部141b的宽度稍大。在壳体160的沿左右方向排列的两个外侧面的下端形成有向壳体160的外侧方向突出的两个凸缘部160j。在两个凸缘部160j上分别形成有同于将壳体160固定在后述的基体板300上的螺纹孔160k。压紧弹簧170为具有弹性的板簧，在中央具有低一阶的台阶部170a。压紧弹簧170具有左右对称的形状。在压紧弹簧170上形成有用于将压紧弹簧170从上部固定于壳体160的四个螺纹孔170b。在发光装置10的组装时，首先，在图4中，将漏光反射镜130安装到壳体160内的反射镜安装部160a。由此，将漏光反射镜130以在Y-Z平面的面内方向相对于X-Z平面具有45度的倾斜的方式设置在壳体160内。接着，将安装有准直透镜120的透镜支架121以槽121e与孔160e对合的方式载置在一对倾斜面160f上，并收容在壳体160的内部。此时，通过以使凸部121d朝向正上方的方式将透镜支架121载置在倾斜面160f上，从而能够使槽121e与孔160g对齐。并且，以使压紧弹簧170的四个螺纹孔170b与壳体160的四个螺纹孔160i对合的方式使压紧弹簧170与壳体160的上部相抵。在该状态下，从上方经由四个螺纹孔170b将四个金属制的螺钉171螺入到四个螺纹孔160i中。此时，透镜支架121的凸部121d被压紧弹簧170的台阶部170a向下方压紧。由此，透镜支架121在压紧弹簧170的作用下向壳体160的倾斜面160f压紧，被暂时固定，从而在X轴方向(左右方向)、Y轴方向(上下方向)上不会移动。当这样将透镜支架121暂时固定于壳体160时，在透镜支架121与壳体160的内侧面之间存在规定的间隙，从而透镜支架121能够在Z轴方向(前后方向)上移动。接着，以将激光光源110的CANllOb插入到壳体160的U字型的开口 160d的方式使激光支架111的后表面与壳体160的外侧面相抵。在激光光源110的CANllOb与壳体160的开口 160d之间存在规定的间隙，从而激光光源110能够在XY轴方向(上下左右方向)上移动。在该状态下，通过XY轴调整用夹具(未图示)将激光支架111向壳体160压紧，并同时使激光光源110在XY轴方向(上下左右方向)上位移，来进行XY轴方向(上下左右方向)的位置调整。由此，使激光光源Iio的光轴与准直透镜120的光轴对齐。并且，经由在壳体160的下部形成的孔160e，使Z轴调整用夹具(未图示)与透镜支架121的槽121e卡合，来进行透镜支架121的Z轴方向(前后方向)的位置调整。由此，准直透镜120的焦 点位置相对于激光光源110的发光点被适当地定位。通过以上的位置调整，在目标区域能够得到所期望的点图案。在这样进行位置调整后，向激光支架111的左右的两个侧面与壳体160的侧面的边界左右均等地添加UV粘接剂。在添加了 UV粘接剂后，再次确认激光的光轴的错动，若没有问题，则向UV粘接剂照射紫外线，从而将激光支架111粘接固定在壳体160上。另外，在激光的光轴的错动的确认中存在问题的情况下，再次将激光支架111微调整，之后向UV粘接剂照射紫外线，将激光支架111粘接固定在壳体160上。并且，经由在壳体160的左右的侧面形成的孔160g，向透镜支架121与壳体160内部的倾斜面160f彼此抵接的位置左右均等地添加UV粘接剂。在添加了 UV粘接剂后，再次确认激光光源110与准直透镜120的位置关系，若没有问题，则向UV粘接剂照射紫外线，从而将透镜支架121粘接固定在壳体160上。另外，在激光光源110与准直透镜120的位置关系的确认中存在问题的情况下，再次将透镜支架121微调整，之后向UV粘接剂照射紫外线，将透镜支架121粘接固定在壳体160上。这样,在激光光源110和准直透镜120相对于壳体160的设置完成后，将安装有DOE140的DOE支架141的台阶部141b嵌入壳体160的台阶部160h，将DOE支架141固接于壳体160。这样，完成图5(b)所示的结构体的组装。图5(b)是从后方观察到的将FMD电路基板152安装于壳体160之前的结构体的立体图。然后，将安装有FMD150和电容器151的FMD电路基板152以使FMD电路基板152的下端与FMD安装部160c的下端对齐的方式定位在FMD安装部160c上。当这样将FMD电路基板152定位时，从激光光源110射出的激光的一部分透过安装在反射镜安装部160a上的漏光反射镜130，并通过在反射镜安装部160a上形成的开口 160b而向FMD150入射。在该状态下，确认从FMD150是否正常地输出检测信号，若没有问题，则将FMD电路基板152粘接固定在FMD安装部160c上。在从FMD150未正常地输出检测信号的情况下，调整FMD电路基板152的位置，直至正常输出检测信号为止。由此，将FMD150适当地定位到与壳体160的开口 160b对应的位置上，并以FMD150的受光面相对于激光光源110的光轴垂直的方式将FMD150安装于壳体160。这样，完成发光装置10的组装。在本实施方式中，如上所述，由于以使从激光光源110射出的激光的光路弯折的方式构成投射光学系统100，因此在Y轴方向上能够使发光装置10变薄。因此，不需要在激光光源Iio的CANllOb内配置背光监视用的光检测器，从而能够使CANllOb的直径变小，即使发光装置10的薄型化进展，该薄型化也不会受CANllOb的直径限制。另外，由于将漏光反射镜130倾斜设置，来使激光向目标区域的方向反射，因此能够在安装有漏光反射镜130的壳体160的背部形成规定的空间(图5(b)中点线部)。因此，通过在该壳体160的空间内设置FMD150，能够抑制壳体160的大型化，且同时实现用于前光监视的结构。另外，由于FMD150配置在由反射镜安装部160a的背面和FMD安装部160c的侧面包围的位置，因此难以受到来自外部的杂散光的影响。因此，能够稳定地进行激光的光量控制。图6至图8是表示信息取得装置I的组装过程的立体图。另外，为了方便，将受光装置20的组装过程和受光装置20向基体板300的安装过程省略图示。受光装置20是将 图2中的受光光学系统200与其它部件一起单元化而得到的装置。在图6中，300是支承发光装置10和受光装置20的基体板。在基体板300上配置有发光装置10和受光装置20。如图所示，基体板300具有长方形的板状的形状。并且，基体板300由具有热传导性且抗挠曲性优良的不锈钢等构成。在基体板300上形成有用于将发光装置10固定于基体板300上的两个螺纹孔300a。并且，在基体板300上形成有决定发光装置10的设置位置的台阶部301。发光装置10的设置位置预先设置成使发光装置10的发光中心与受光装置20的受光中心彼此在Z轴方向上排列。另外，发光装置10与受光装置20的设置间隔根据信息取得装置I与目标区域的基准面的距离来设定。根据以何种程度离开的目标物作为检测对象，而变化基准面与信息取得装置I的距离。到作为检测对象的目标物的距离越近，发光装置10与受光装置20的设置间隔越窄。相反，到检测对象的目标物的距离越远，发光装置10与受光装置20的设置间隔越宽。这样，基体板300的大小在发光装置10与受光装置20的排列方向上变宽。在本实施方式中，将这样宽的面积的基体板300用作将从发光装置10发出的热量散热用的散热器，来抑制激光光源110的温度上升。另外，在基体板300的与壳体150的底面接触的部分(图中点线部)上涂敷有散热树脂300b，来提高壳体150与基体板300的密接性。在基体板300的中央下部形成有用于将激光光源110的配线向基体板300的背部取出的孔302。另外，在基体板300的受光装置20的设置位置的下部形成有用于使受光装置20的连接器202向基体板300的背部露出的开口 303。并且，如图所示，在基体板300上形成有凸缘部(鍔部)304，在凸缘部304上形成有用于将后述的罩400向基体板300固定的螺纹孔304a。如图2所示，受光装置20具备滤光片210、光阑220、摄像透镜230、CMOS图像传感器240。受光装置20通过基板固定部201固定于基体板300。受光装置20的连接器202经由在基体板300上形成的开口 303而在基体板300的背面露出。发光装置10以壳体160的侧面与基体板300的台阶部301抵接的方式配置。通过涂敷在基体板300的表面上的散热树脂300b，使发光装置10的壳体160的底面与基体板300密接。在该状态下，两个螺纹孔300a与两个螺纹孔160k对合，两个金属制的螺钉305分别与螺纹孔160k和螺纹孔300a螺接。另外，螺钉305由不锈钢等热传导率高的金属构成。由此，将发光装置10固接于基体板300。这样，组装图7所示的结构体。之后，在该结构体上安装罩400 (图8)。此时，基体板300的螺纹孔304a与罩400的螺纹孔400a对合，罩400螺纹紧固于基体板300。由此，完成图8所示的结构体的组装。图8(a)是从前面观察该结构体而得到的立体图，图8(b)是从背面观察该结构体而得到的立体图。在罩400的前表面形成有用于将从发光装置10射出的光向目标物引导的投射窗401、用于将来自目标物的反射光向受光装置20引导的受光窗402。在基体板300的背面还设置有电路基板500(参照图9(a))(在图8中未图示)。激光光源110经由在基体板300的背部形成的孔302与该电路基板500连接。另外，电路基板500经由在基体板300的背部形成的开口 303，与受光装置20的连接器202连接。并且，电路基板500与从基体板300的侧面与罩400的间隙引出的FMD电路基板152的FPC152a连接。在电路基板500上安装有图2所示的CPU21、激光驱动电路22等信息取得装置I的电路部。
图9是表示本实施方式所涉及的发光装置10的结构和比较例中的发光装置的结构的示意图。参照图9(a)，如上所述，本实施方式中的激光光源11以出射光轴与Z轴平行的方式设置。从激光光源Iio射出的激光通过准直透镜120转换为大致平行光。并且透过准直透镜120后的激光的大部分被漏光反射镜130向Y轴正方向反射而向D0E140入射，一部分透过漏光反射镜130而向FMD150入射。这样,在本实施方式中，在投射光学系统100中，激光光源110、准直透镜120、漏光反射镜130沿着基体板300的表面排列，因此能够使壳体160的朝向目标区域的方向(Y轴正方向)上的高度H变得非常小。与此相对，如该图(b)所示的比较例I那样，在使投射光学系统100沿着朝向目标区域的方向排列的情况下，能够使壳体160的宽度WO变宽。因此，在该结构中，能够在CAN内配置具有背光监视器180的直径大的激光光源110。但是，在该结构中，由于投射光学系统100全部沿朝向目标区域的方向排列，因此壳体160的高度HO与本实施方式的壳体160的高度H相比，变得非常高。通常，前光监视方式能够进行比背光监视方式高速响应性优良且精度高的APC控制。当为了产生该优点，而要在该图(b)那样的投射光学系统100中适用前光监视方式的结构时，需要如该图(C)所示的比较例2那样，在投射光路中重新配置半透半反镜191等分光元件。这种情况下，壳体160的高度H’ O与比较例I相比，变得更高。返回该图(a)，在本实施方式中，能够通过漏光反射镜130将激光的一部分向FMD150引导，不需要如该图(c)所示的比较例2那样重新准备分光元件，并且，能够将FMD150设置在相对于X-Z平面在Y-Z平面的面内方向倾斜了 45度的漏光反射镜130的背后的空间内。这样，在本实施方式中，能够实现发光装置10的薄型化，且同时实现用于APC控制的前光监视方式的结构。图10是表示APC控制的处理的图。图10的处理通过图2的APC控制部21b来进行。参照图10，APC控制部21b在由激光控制部21a控制的激光发光时刻(S101 :YES)，取得与从ro信号处理电路23输出的受光量对应的ro信号(S102)。并且，APC控制部21b根据取得的ro信号的值，来判定FMD150的受光量是否处于规定光量的范围内(S103)。另夕卜，规定光量由与激光光源110的适当发光量的上限值和下限值对应的两个阈值规定，上述的两个阈值预先保持在存储器26中。若受光量在规定光量内(S10 :YES)，APC控制部21b判断为从激光光源110射出适当的发光量的激光，并使处理向S107前进。另一方面，在受光量没在规定光量内的情况下(S103 N0), APC控制部21b判断为从激光光源110射出不适当的发光量的激光，并判定受光量是否比规定光量大(S104)。在受光量比规定光量大的情况下(S104 YES)，APC控制部21b将用于使从激光光源110发出的激光的发光量减小一个等级的信号向激光控制部21a (S105)输出。与此对应，激光控制部21a使激光光源110的发光量减小一个等级。由此，从激光光源110发出的发
光量变小一个等级。
在受光量比规定光量小的情况下(S104 N0)，APC控制部21b将用于使从激光光源110发出的激光的发光量上升一个等级的信号向激光控制部21a输出(S106)。与此对应，激光控制部21a使激光光源110的发光量上升一个等级。由此，从激光光源110发出的发光量变大一个等级。之后，判定是否为激光发光的结束时刻(S107)，在不是激光发光的结束时刻的情况下(S107 :N0)，重复进行激光光源110的发光量的调整处理(S102 S107)。当到达激光发光的结束时刻时(S107 YES)，APC控制部21b结束APC控制的处理，并返回SlOl而等待下次的发光时刻。以上，根据本实施方式，由于从激光光源110到漏光反射镜130的光学系与基体板300的表面平行地排列设置，因此收容投射光学系统100的壳体160朝向目标区域的方向的高度变低。并且，为了使激光向目标区域的方向反射而将漏光反射镜130倾斜设置，因此能够在安装有漏光反射镜130的壳体160的背部设置规定的空间。通过在该空间中设置FMD150，能够在抑制壳体160的大型化的同时进行激光光源110的APC控制。另外，根据本实施方式，由于FMD150设置在由壳体160的外侧包围的位置，因此能够抑制来自外部的杂散光影响。因此，能够稳定地进行激光光源110的APC控制。另外，根据本实施方式，由于将漏光反射镜130兼用于使激光的光路弯折用的光路变更元件和将激光的一部分向FMD150引导用的分光元件，因此能够削减部件件数。并且，根据本实施方式，通过使用反射率高且透过率低的漏光反射镜130，从而能够抑制向目标区域射出的激光的光量的损失。并且，能够抑制由FMD150表面反射且朝向激光光源110逆行的返回光的影响。以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明丝毫不受上述实施方式限制，并且，本发明的实施方式还能够进行上述以外的各种变更。例如，在上述实施方式中，以使FMD150的受光面相对于激光光源110的光轴垂直的方式设置FMD安装部160c，但也可以如图11(a)所示，以使FMD150的受光面与漏光反射镜130的背面平行的方式构成FMD安装部160c。另外，还可以如图11(b)所示，以使FMD150的受光面与D0E140的入射面平行的方式构成FMD安装部160c。另外，这种情况下，漏光反射镜130的出射面例如形成为曲面状，以使激光透过漏光反射镜130后朝向FMD150的受光面。在图11(a)、(b)的变更例中，由于激光相对于FMD150的受光面具有倾斜而入射，因此检测信号稍劣化，但在FMD150的受光面反射的激光的返回光不会返回入射时的光路，从而能够减轻返回光对激光光源110的影响。另外，在上述实施方式中，在壳体160的反射镜安装部160a形成有U字型的开口160b，但开口 160b也可以为圆形或其它的形状。另外，还可以形成为如下这样的结构，即，以仅对漏光反射镜130的侧面和侧面附近的背面的一部分进行支承的方式构成反射镜安装部160a，而在漏光反射镜130的背面侧的大部分不存在反射镜安装部160a。另外，在上述实施方式中，为了使朝向Z轴方向射出的激光的大部分向D0E140的方向反射，并使激光的一部分向FMD150的方向透过，而使用了与透过率相比，反射率非常大的漏光反射镜130，但也可以取代漏光反射镜130，而使用反射率与透过率同等的半透半反镜或通过偏振方向使激光分离的偏振电子束分裂器。另外，在上述实施方式中，设置了收容激光光源110的激光支架111，但也可以在壳体160内直接收容激光光源110。 另外，在上述实施方式中，以使漏光反射镜130向YZ平面的面内方向倾斜45°的方式形成反射镜安装部160a，但也可以根据目标区域的方向而使反射镜的倾斜向某个方向倾斜，并且也可以对倾斜角度任意变更。另外，在上述实施方式中，使用CMOS图像传感器240作为受光元件，但也可以代替于此而使用CXD图像传感器。并且，受光光学系统200的结构也能够适当变更。另外，信息取得装置I和信息处理装置2可以一体化，或者信息取得装置I和信息处理装置2也可以与电视、游戏机、个人计算机一体化。本发明的实施方式在权利要求书所示的技术的思想的范围内能够适当进行各种变更。符号说明I信息取得装置10发光装置20受光装置21b APC控制部(激光量控制部)110激光光源120准直透镜130漏光反射镜(分光兀件)140 DOE (衍射光学元件)150 FMD (光检测器)160 壳体160a反射镜安装部(分光元件保持部)160b 开口160c FMD安装部(光检测器安装部)300基体板(基体)
权利要求
1.一种信息取得装置，其特征在于， 具备 发光装置，其向目标区域照射点图案的激光； 受光装置，其对所述目标区域进行摄像； 基体，其上排列设置有所述发光装置和所述受光装置， 所述发光装置具备 激光光源； 准直透镜，其将从所述激光光源射出的激光转换为平行光； 分光元件，其使透过所述准直透镜的所述激光的一部分反射并使一部分透过； 衍射光学元件，其将由所述分光元件反射的所述激光转换成在目标区域中具有规定的点图案的激光而向所述目标区域投射； 光检测器，其对透过所述分光元件的所述激光进行受光并输出与受光量对应的检测信号；以及 激光控制部，其基于所述光检测器的所述检测信号，而控制所述激光光源的发光量， 以所述激光光源、所述准直透镜及所述分光元件呈直线状排列，且所述衍射光学元件与所述目标区域相面对的方式将所述激光光源、所述准直透镜、所述分光元件、所述光检测器及所述衍射光学元件配置在所述基体上。
2.根据权利要求I所述的信息取得装置，其特征在于， 还具备保持所述激光光源、所述准直透镜、所述分光元件、所述光检测器及所述衍射光学元件的壳体，所述壳体设置在所述基体上。
3.根据权利要求2所述的信息取得装置，其特征在于， 所述壳体具有相对于所述激光光源的光轴倾斜地保持所述分光元件的分光元件保持部；以及比所述分光元件保持部更靠离开所述激光光源的方向配置，且保持所述光检测器的光检测器保持部， 在所述分光元件保持部上形成有用于使透过所述分光元件的所述激光通过并将所述激光向所述光检测器导光的开口。
4.根据权利要求3所述的信息取得装置，其特征在于， 在所述分光元件保持部的背部侧将所述分光元件倾斜保持从而形成空间，在该空间内形成所述光检测器保持部。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的信息取得装置，其特征在于， 所述光检测器以受光面相对于所述激光光源的光轴垂直的方式设置。
6.一种物体检测装置，其具有权利要求I至5中任一项所述的信息取得装置。
全文摘要
本发明公开一种实现装置的小型化，且同时能够进行激光光源的光量控制的信息取得装置及搭载该信息取得装置的物体检测装置。信息取得装置(1)具备发光装置(10)、受光装置(20)、排列而设置有发光装置(10)和受光装置的基体板(300)。发光装置(10)具备激光光源(110)；准直透镜(120)；使激光的一部分反射且使一部分透过的漏光反射镜(130)；将反射的激光转换成具有点图案的激光的DOE(140)；接受透过的激光的FMD(150)；根据FMD(150)的检测信号来控制激光光源(110)的发光量的APC控制部(21b)。激光光源(110)、准直透镜(120)及漏光反射镜(130)呈直线状排列，且DOE(140)与目标区域对置。
文档编号G06F3/01GK102812414SQ201280000437
公开日2012年12月5日 申请日期2012年3月22日 优先权日2011年3月29日
发明者岩月信雄 申请人:三洋电机株式会社