JP2019028456A - 回折光学素子、光照射装置、光照射システム、投影パターンの補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影レンズに起因する歪みを簡単に修正できる回折光学素子、光照射装置、光照射システム、投影パターンの補正方法を提供する。【解決手段】回折光学素子１０は、光を整形する回折光学素子であって、入射した光を回折して出射することにより投影される投影パターンとして、第１の投影パターン２３と、第１の投影パターン２３とは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定する位置基準パターン２４と、を投影する回折格子を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、回折光学素子、光照射装置、光照射システム、投影パターンの補正方法に関するものである。

近年、センサシステムの用途が拡大している。センサには色々な種類があり、検出する情報も様々である。その中の１つの手段として、光源から対象物に対して光を照射し、反射してきた光から情報を得るというものがある。例えば、パターン認証センサ、赤外線レーダ等は、その一例である。

これらのセンサの光源は、用途に応じた波長分布、明るさ、広がり等をもったものが使用される。光の波長は、可視光から赤外線までの範囲がよく用いられる。特に、赤外線は、外光の影響を受けにくく、不可視であり、対象物のやや内部を観察することも可能という特徴があるため、広く用いられている。また、光源の種類としては、ＬＥＤ光源、レーザ光源等が多く用いられる。例えば、遠いところを検知する場合には光の広がりが少ないレーザ光源が好適に用いられ、比較的近いところを検知する場合、ある程度の広がりを持った領域を照射する場合等にはＬＥＤ光源が好適に用いられる。

ところで、対象とする照射領域の大きさ、形状等は、必ずしも光源からの光の広がり（プロファイル）と一致しているとは限らず、拡散板、レンズ、遮蔽板等により光を整形する必要がある。光を整形する手段として、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ ：ＤＯＥ）が挙げられる。これは異なる屈折率を持った材料が周期性を持って配列している場所を光が通過する際の回折現象を応用したものである。ＤＯＥは、基本的に単一波長の光に対して設計されるが、理論的には、ほぼ任意の形状に光を整形することが可能である。また、ＤＯＥでは、照射領域内の光分布の均一性を制御することが可能である。ＤＯＥのこのような特性は、不要な領域への照射を抑えることによる高効率化、光源数の削減等による装置の小型化等の点で有利となる。
また、ＤＯＥは、レーザの様な平行光源、ＬＥＤの様な拡散光源のいずれにも対応可能であり、また、紫外光から可視光、赤外線までの広い範囲の波長に対して適用可能である。
回折格子を用いて光マークを照射して利用する技術が特許文献１に開示されている。

ＤＯＥを利用して光を整形して照射するセンサシステムでは、例えば、投影されたパターンをカメラを用いて撮影して、各種検出や解析に用いる場合がある。そのような場合、カメラの撮影レンズに固有の歪みが撮影結果に生じることがある。この歪みは、本来の投影像を歪ませてしまうことから、修正が必要となる場合がある。従来は、カメラの撮影レンズの収差で歪む量を考慮して、予め投影像を逆の方向に歪ませて投影するようにＤＯＥを構成して対応することがあった。しかし、従来の対応方法では、撮影レンズが変ってしまうと、ＤＯＥをそれにあわせた物として作り直す必要があり、効率が悪かった。

特開２０１２−７３８２２号公報

本発明の課題は、撮影レンズに起因する歪みを簡単に修正できる回折光学素子、光照射装置、光照射システム、投影パターンの補正方法を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

第１の発明は、光を整形する回折光学素子（１０）であって、入射した光を回折して出射することにより投影される投影パターンとして、第１の投影パターン（２３）と、前記第１の投影パターン（２３）とは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定する位置基準パターン（２４）と、を投影する回折格子を備える回折光学素子（１０）である。

第２の発明は、第１の発明に記載の回折光学素子（１０）において、前記位置基準パターン（２４）の輝度が前記第１の投影パターン（２３）の輝度よりも低くなるように回折格子が構成されていること、を特徴とする回折光学素子（１０）である。

第３の発明は、第２の発明に記載の回折光学素子（１０）において、前記位置基準パターン（２４）の輝度が前記第１の投影パターン（２３）の輝度の１／１０以上、２／３以下となるように回折格子が構成されていること、を特徴とする回折光学素子（１０）である。

第４の発明は、光源部（２０）と、前記光源部（２０）からの光が照射される位置に配置され、前記光源部（２０）からの光を整形して出射する回折光学素子（１０）と、を備え、前記回折光学素子（１０）が出射して投影される投影パターンは、第１の投影パターン（２３）と、前記第１の投影パターン（２３）とは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定する位置基準パターン（２４）と、を含む光照射装置（１）である。

第５の発明は、第４の発明に記載の光照射装置（１）において、前記位置基準パターン（２４）は、少なくとも３箇所の位置を特定すること、を特徴とする光照射装置（１）である。

第６の発明は、第４の発明又は第５の発明に記載の光照射装置（１）において、前記位置基準パターン（２４）は、前記第１の投影パターン（２３）の投影範囲の周囲に配置されていること、を特徴とする光照射装置（１）である。

第７の発明は、第６の発明に記載の光照射装置（１）において、前記位置基準パターン（２４）は、前記第１の投影パターン（２３）の投影範囲の外形形状に沿って配置されていること、を特徴とする光照射装置（１）である。

第８の発明は、第４の発明から第７の発明までのいずれかに記載の光照射装置（１）において、前記位置基準パターン（２４）の輝度が前記第１の投影パターン（２３）の輝度よりも低いこと、を特徴とする光照射装置（１）である。

第９の発明は、第８の発明に記載の光照射装置（１）において、前記位置基準パターン（２４）の輝度が前記第１の投影パターン（２３）の輝度の１／１０以上、２／３以下であること、を特徴とする光照射装置（１）である。

第１０の発明は、光源部（２０）と、前記光源部（２０）からの光が照射される位置に配置され、前記光源部（２０）からの光を整形して出射する回折光学素子（１０）と、前記回折光学素子（１０）が出射して投影される投影パターンの画像を取得するカメラ（３０）と、を備え、前記回折光学素子（１０）が出射して投影される投影パターンは、第１の投影パターン（２３）と、前記第１の投影パターン（２３）とは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定する位置基準パターン（２４）と、を含み、さらに、前記カメラ（３０）が取得した投影パターンの画像を解析し、前記位置基準パターン（２４）の位置に基づいて前記カメラ（３０）によって生じる投影パターンの歪みを補正する補正処理部（４０）と、を備える光照射システム（２）である。

第１１の発明は、第１０の発明に記載の光照射システム（２）において、前記位置基準パターン（２４）の輝度が前記第１の投影パターン（２３）の輝度よりも低いこと、を特徴とする光照射システム（２）である。

第１２の発明は、第１１の発明に記載の光照射システム（２）において、前記位置基準パターン（２４）の輝度が前記第１の投影パターン（２３）の輝度の１／１０以上、２／３以下であること、を特徴とする光照射システム（２）である。

第１３の発明は、光源部（２０）からの光を整形して出射する回折光学素子（１０）が投影する投影パターンをさらにカメラ（３０）で撮影したときの投影パターンの歪みを補正する、投影パターンの補正方法であって、前記回折光学素子（１０）は、第１の投影パターン（２３）と、前記第１の投影パターン（２３）とは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定する位置基準パターン（２４）と、を含む投影パターンを投影し、前記カメラ（３０）は、前記投影パターンを撮影し、補正処理部（４０）が、前記カメラ（３０）が撮影した投影パターンの画像に含まれる前記位置基準パターン（２４）の位置に基づいて前記カメラ（３０）によって生じる投影パターンの画像の歪みを補正する、投影パターンの補正方法である。

第１４の発明は、第１３の発明に記載の投影パターンの補正方法において、前記位置基準パターン（２４）の輝度が前記第１の投影パターン（２３）の輝度よりも低いこと、を特徴とする投影パターンの補正方法である。

第１５の発明は、第１４の発明に記載の投影パターンの補正方法において、前記位置基準パターン（２４）の輝度が前記第１の投影パターン（２３）の輝度の１／１０以上、２／３以下であること、を特徴とする投影パターンの補正方法である。

本発明によれば、撮影レンズに起因する歪みを簡単に修正できる回折光学素子、光照射装置、光照射システム、投影パターンの補正方法を提供することができる。

本発明による回折光学素子の実施形態を示す平面図である。 図１の回折光学素子の例における部分周期構造の一例を示す斜視図である。 回折光学素子を模式的に示した断面図である。 回折光学素子を説明する図である。 光照射装置１を備える光照射システム２の概要を説明する図である。 第１の投影パターン２３及び位置基準パターン２４のスクリーン５００への投影例を拡大して示す図である。 図６に示した位置基準パターン２４を拡大した図である。 スクリーン５００へ投影された第１の投影パターン２３及び位置基準パターン２４をカメラ３０で撮影した結果、歪曲収差を含んだ撮影画像の例を拡大して示す図である。 第１の投影パターン２３が矩形形状の場合の位置基準パターン２４の配置例である。 カメラ３０によって撮影される前の第１の投影パターン２３の形状が糸巻き型である場合の位置基準パターン２４の配置例である。 カメラ３０によって撮影される前の第１の投影パターン２３の形状が台形形状である場合の位置基準パターン２４の配置例である。 カメラ３０によって撮影される前の第１の投影パターン２３の形状が円形形状である場合の位置基準パターン２４の配置例である。 三角形を基本とした位置基準パターン２４の形状例を示す図である。 円を基本とした位置基準パターン２４の形状例を示す図である。 角を丸めた四角形を基本とした位置基準パターン２４の形状例を示す図である。 四角形を基本とした位置基準パターン２４の形状例を示す図である。 十文字を基本とした位置基準パターン２４の形状例を示す図である。 第２実施形態の回折光学素子による第１の投影パターン２３及び位置基準パターン２４のスクリーン５００への投影例を拡大して示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明による回折光学素子の第１実施形態を示す平面図である。
図２は、図１の回折光学素子の例における部分周期構造の一例を示す斜視図である。
図３は、回折光学素子を模式的に示した断面図である。
図４は、回折光学素子を説明する図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。

なお、本発明において用いる、形状や幾何学的条件、及び、それらの程度を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

また、本発明において「光を整形する」とは、光の進行方向を制御することにより、対象物又は対象領域に投影された光の形状（照射領域）が任意の形状となるようにすることをいう。例えば、図４の例に示されるように、平面形状のスクリーン５００に直接投影した場合に照射領域２２が円形となる光２１（図４（ｂ））を発光する光源部２０を用意する。この光２１を、本発明の回折光学素子１０を透過させることにより、投影パターン（第１の投影パターン）２３を正方形（図４（ａ））や、長方形、円形（図示せず）等、目的の形状としたり、照度分布を目的の分布となるように照射したりすることを、「光を整形する」いう。
なお、光源部２０と、光源部２０が発光する光が通過する位置に少なくとも１つ配置された、本実施形態の回折光学素子１０とを組み合わせることにより、光を成形した状態で照射可能な光照射装置とすることができる。
また、本発明において透明とは、少なくとも利用する波長の光を透過するものをいう。例えば、仮に可視光を透過しないものであっても、赤外線を透過するものであれば、赤外線用途に用いる場合においては、透明として取り扱うものとする。

本実施形態の回折光学素子１０は、光を整形する回折光学素子（ＤＯＥ）である。回折光学素子１０は、例えば、波長が８５０ｎｍの光を発光する光源部２０からの光に対して十文字形状や矩形形状等に光を広げるように設計されている。
本実施形態の回折光学素子１０は、図１に示したＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれの位置において深さが異なっている。すなわち、回折光学素子１０は、４段階の高さの異なる多段階形状により構成されている。そして、回折光学素子１０は、通常、異なる周期構造を持つ複数の領域（部分周期構造：例えば、図１のＥ，Ｆ領域）を有している。図３では、部分周期構造の一部を抽出して示している。
回折光学素子１０は、図２に示すような複雑な形状をしているが、簡略化して模式的に示すと、図３に示すように、断面形状において複数の凸部１１ａが並んで配置されている高屈折率部１１を備えている。

高屈折率部１１は、例えば、クオーツ（ＳｉＯ_２、合成石英）をエッチング処理により形状を加工して作製可能である。また、高屈折率部１１は、クオーツを加工した物から型取りを行って成形型を作成し、この成形型を利用して電離放射線硬化性樹脂組成物を硬化して作製してもよい。電離放射線硬化性樹脂組成物を用いてこのような周期構造の物を製造する方法は、様々な手法が公知であり、回折光学素子１０の高屈折率部１１は、それら公知の手法を利用して、適宜作製することができる。

また、凸部１１ａの間に形成されている凹部１２及び凸部１１ａの頂部付近の空間１３を含む図３の上方の部分は、空気が存在しており、高屈折率部１１よりも屈折率が低い低屈折率部１４となっている。これら高屈折率部１１及び低屈折率部１４が交互に並んで配置された周期構造により、光を整形する作用を備える回折層１５が構成されている。

凸部１１ａは、側面形状の一方側（図３では、左側）に、高さの異なる４つの段部を備えた多段階形状を有している。具体的には、凸部１１ａは、最も突出したレベル１段部１１ａ−１と、レベル１段部１１ａ−１よりも一段低いレベル２段部１１ａ−２と、レベル２段部１１ａ−２よりもさらに一段低いレベル３段部１１ａ−３と、レベル３段部１１ａ−３よりもさらに一段低いレベル４段部１１ａ−４とを一側面側に有している。また、凸部１１ａの側面形状の他方側（図３では、右側）は、レベル１段部１１ａ−１からレベル４段部１１ａ−４まで直線上につながる側壁部１１ｂとなっている。

図５は、光照射装置１を備える光照射システム２の概要を説明する図である。
本実施形態の光照射システム２は、光照射装置１と、カメラ３０と、補正処理部４０とを備えている。
光照射装置１は、回折光学素子１０と、光源部２０とを備えている。

回折光学素子１０は、基本的な構成は、上述した通りである。ただし、本実施形態の回折光学素子１０は、第１の投影パターン２３に加えて、位置基準パターン２４の投影も行うように回折層１５の回折格子が設計され、かつ、形成されている。
図６は、第１の投影パターン２３及び位置基準パターン２４のスクリーン５００への投影例を拡大して示す図である。
図６に示す例では、第１の投影パターン２３は、ハッチングで示した正方形の領域に、具体的な形状は図示しないが、微細なランダムドットを多数投影するパターンである。このランダムドットは、それぞれの位置が既知である。したがって、この第１の投影パターン２３がどのように投影されたか、すなわち、どのように位置が変化しているかを、後述のカメラ３０により撮影して解析することにより、立体検出や測距を行うことが可能である。

位置基準パターン２４は、第１の投影パターンとは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定するパターンである。この位置の特定については、後述する。
図６に示す例では、位置基準パターン２４は、第１の投影パターン２３の周囲に一定の間隔を空けて配置されている。より具体的には、位置基準パターン２４は、第１の投影パターン２３の４隅それぞれに対応する位置と、第１の投影パターン２３の４辺のそれぞれの中央位置に対応する位置に配置されている。すなわち、合計８箇所に、位置基準パターン２４が配置されている。
位置基準パターン２４を第１の投影パターン２３の周囲に配置することにより、本来必要な第１の投影パターン２３には影響を与えず、かつ、正確な補正処理が可能となる。特に、位置基準パターン２４を第１の投影パターン２３の投影範囲の外形形状に沿って配置すると、より正確な補正処理が可能である。なお、位置基準パターン２４は、多数設ける方が補正処理上は有利である。しかし、多数設けると、本来の目的では第１の投影パターン２３のみがあればよい場合が想定される。したがって、位置基準パターン２４が邪魔になる場合には、適宜位置基準パターン２４の数を減らすこともできる。ただし、位置基準パターン２４は、最低でも３箇所の位置を特定可能なように配置するとよい。

図７は、図６に示した位置基準パターン２４を拡大した図である。
この例では、位置基準パターン２４は、直交する２本の直線２４ａと、この直線２４の両端に設けられた三角形２４ｂとにより構成されている。このように２本の直線２４ａを配置すると、その交点で位置の特定が容易になる。また、三角形２４ｂを設けたことにより、仮に、直線２４の撮影像が不鮮明であった場合に、三角形の頂点を結ぶ部直線を演算処理で生成でき、位置の特定が可能となる。

このような第１の投影パターン２３及び位置基準パターン２４の投影が可能な回折層１５の設計は、例えば、厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）アルゴリズムを用いたＧｒａｔｉｎｇＭＯＤ（Ｒｓｏｆｔ社製）、反復フーリエ変換アルゴリズム（ＩＦＴＡ）を用いたＶｉｒｔｕａｌｌａｂ（ＬｉｇｈｔＴｒａｎｓ社製）等の各種シミュレーションツールを用いて行うことができる。

図５に戻って、光源部２０は、回折光学素子１０に対して光を照射する発光素子等により構成されている。光源部２０としては、例えばＬＥＤを用いてもよいしＶＣＳＥＬ等のレーザ発光素子を用いてもよい。また、光源部２０が発する光は、赤外光であってもよいし、可視光であってもよく、カメラ３０で撮影可能な光であれば、どのような光であってもよい。

カメラ３０は、光照射装置１が投影した投影パターン（第１の投影パターン２３及び位置基準パターン２４）を撮影する。カメラ３０は、光源部２０が発する光を撮影可能なように構成されている。例えば、光源部２０が赤外光を発する場合には、カメラ３０は、赤外光を撮影可能な構成となっている。

補正処理部４０は、カメラ３０が取得した投影パターンの画像を解析し、位置基準パターン２４の位置に基づいてカメラ３０によって生じる投影パターンの歪みを補正する。
カメラ３０は、撮影用のレンズ（不図示）を用いて投影パターンを撮影するが、このレンズの歪曲収差によって撮影画像に歪みが生じる。この歪みは、レンズの光学系によって様々であって、例えば、中心部が膨らむようなゆがみにより矩形が樽型になったり、逆に中心部が収縮するようなゆがみにより矩形が糸巻き型になったりする。また、樽型と糸巻き型とが組み合わさったような収差も存在する。この歪曲収差は、基本的には、レンズの光学系が同じもので有れば、個体差は無視できる程度に小さい。しかし、レンズの光学系が異なる、すなわち、異なる設計のレンズであると、歪曲収差の発現具合が大きく異なる。よって、異なる種類のカメラ３０を用いる場合には、歪曲収差による像の歪み方が変ってしまう。

従来は、それぞれの光学系に合せて、適正な形状に投影パターンが撮影されるように、回折光学素子１０の設計及び製造を行っていた。例えば、糸巻き型に歪む光学系の場合には、その歪み量を予め見込んだ量だけ樽型となる投影パターンを投影できるような回折光学素子１０を作製していた。しかし、その作製は、複数回の実測と試作とを繰り返して行うものとなり、非常に効率の悪いものであった。また、完全に歪みの無い投影パターンの撮影像を得ることは困難であった。さらに、そのように苦労して作製した回折光学素子１０であっても、カメラ３０が異なるものとなる場合には、その光学系の歪みに合せて、再度、回折光学素子１０を作り直す必要があった。

そこで、本実施形態では、位置基準パターン２４を用いて、歪曲収差の量を正確に取得し、その取得した歪曲収差の量に基づいて、補正処理部４０が撮影画像に対する補正量を演算して、撮影画像に補正を行い、歪曲収差のない投影パターンの補正画像を生成する。

図８は、スクリーン５００へ投影された第１の投影パターン２３及び位置基準パターン２４をカメラ３０で撮影した結果、歪曲収差を含んだ撮影画像の例を拡大して示す図である。
図８に示した撮影画像の例では、糸巻き型に歪んだ画像となっている。補正処理部４０は、この歪みを含んだ撮影画像を取得して、位置基準パターン２４の位置が本来の位置とどれだけずれているか、すなわち、どれだけ撮影画像が歪んでいるかを演算する。そして、演算した歪み量に基づいて、撮影画像をスクリーン５００上に投影された第１の投影パターン２３及び位置基準パターン２４の位置を正しく表した画像データに補正するための補正量、又は、補正式を生成して取得する。この補正量又は補正式にしたがって撮影画像を補正すれば、カメラ３０によって生じる歪曲収差を正しく補正することができる。

なお、上述した補正処理部による補正量、又は、補正式を取得する処理は、カメラ３０の個体差では大きな変化がないことが想定されるので、一度だけ行うようにして、その補正量、又は、補正式を同一構成の光照射装置１で共通で用いてもよい。
また、本実施形態の光照射装置１を、カメラ３０とは機種の異なる他のカメラを備えた光照射システムに転用するような場合には、新たなカメラで一度、補正量、又は、補正式を取得すれば、上記と同様にその後は、その補正量、又は、補正式を同一構成の光照射装置で共通可能である。

（位置基準パターン２４の配置に関する変形例）
位置基準パターン２４の配置は、上述した例に限らず、第１の投影パターン２３の外形形状に合わせて適宜変更可能である。
図９は、第１の投影パターン２３が矩形形状の場合の位置基準パターン２４の配置例である。
図９（ｂ）は、上述した例と同じ配置であるが、例えば、図９（ａ）のように、４隅のみに配置してもよい。

図１０は、カメラ３０によって撮影される前の第１の投影パターン２３の形状が糸巻き型である場合の位置基準パターン２４の配置例である。
図１１は、カメラ３０によって撮影される前の第１の投影パターン２３の形状が台形形状である場合の位置基準パターン２４の配置例である。
図１２は、カメラ３０によって撮影される前の第１の投影パターン２３の形状が円形形状である場合の位置基準パターン２４の配置例である。
図１０（ａ）、図１１（ａ）、図１２（ａ）に示すように、第１の投影パターン２３の形状によらずに位置基準パターン２４を繋げると矩形形状になるように配置してもよい。また、図１０（ｂ）図１１（ｂ）、図１２（ｂ）に示すように、第１の投影パターン２３の外形形状に沿って位置基準パターン２４を配置してもよい。

（位置基準パターン２４の形状に関する変形例）
また、位置基準パターン２４の形状については、上述した形状が最良の形態であると考えられるが、以下の各図に例示するような形態としてもよい。
図１３は、三角形を基本とした位置基準パターン２４の形状例を示す図である。
図１４は、円を基本とした位置基準パターン２４の形状例を示す図である。
図１５は、角を丸めた四角形を基本とした位置基準パターン２４の形状例を示す図である。
図１６は、四角形を基本とした位置基準パターン２４の形状例を示す図である。
図１３（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）、図１６（ａ）に示すように、位置基準パターン２４の形状は、各形状の中抜きの形状としてもよい。
図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）に示すように、位置基準パターン２４の形状は、各形状の中を塗り潰した形状としてもよい。
図１３（ｃ）、図１４（ｃ）、図１５（ｃ）、図１６（ｃ）に示すように、位置基準パターン２４の形状は、各形状の中抜きの形状として、かつ、中央に点を備えた形状としてもよい。

図１７は、十文字を基本とした位置基準パターン２４の形状例を示す図である。
十文字を基本とした位置基準パターン２４の形状は、図１７（ａ）のように斜め４５°に直線が配置されていてもよいし、図１７（ｂ）のように水平と垂直に直線が配置されていてもよい。また、図１７（ｃ）に示すように、中央を白抜きした形状としてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、位置基準パターン２４を第１の投影パターン２３とともに投影してこれをカメラ３０で撮影した画像について、補正処理部４０が位置基準パターン２４の位置変化に基づき、補正量又は補正式を生成して取得する。したがって、取得した補正量又は補正式を用いれば、その後は、常にその補正量又は補正式によって正しい画像に補正が可能であり、カメラ３０の歪曲収差を除去可能である。
また、位置基準パターン２４によって歪み量を正確に把握可能であるので、補正の高い補正を行うことができる。

（第２実施形態）
図１８は、第２実施形態の回折光学素子による第１の投影パターン２３及び位置基準パターン２４のスクリーン５００への投影例を拡大して示す図である。
第２実施形態は、第１の投影パターン２３及び位置基準パターン２４の輝度を変更した形態であり、その他の部分は、第１実施形態と同様である。よって、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。

先に説明した第１実施形態では、わかりやすい例として、第１の投影パターン２３を比較的大きな面積に形成された矩形形状の領域とし、位置基準パターン２４とは形状的に明確に異なる例を説明した。しかし、第１の投影パターン２３は、用途に応じて様々な形態とすることが可能であり、例えば、図１８に示すように多数の照射スポットの集合体となる場合もある。このような場合、第１の投影パターン２３と位置基準パターン２４との区別が難しくなるおそれがある。特に、図１８に示すように位置基準パターン２４の形状が第１の投影パターン２３の形状に近い場合には、誤認識のおそれが高くなる。

そこで、第２実施形態では、位置基準パターン２４の輝度が第１の投影パターン２３の輝度よりも低くなるようにして、パターンの形状に加えて輝度差についても、位置基準パターン２４と第１の投影パターン２３とを区別して認識する判断基準として用いる。これにより、位置基準パターン２４と第１の投影パターン２３とを区別して認識する精度を高めることができ、誤認識を防止できる。
ここで、位置基準パターン２４の輝度が第１の投影パターン２３の輝度の１／１０よりも低いと、位置基準パターン２４の検出と認識が困難となる。また、位置基準パターン２４の輝度が第１の投影パターン２３の輝度の２／３を越えてしまうと、位置基準パターン２４の輝度と第１の投影パターン２３の輝度との差が小さくなり過ぎ、輝度差による区別が困難になる。よって、位置基準パターン２４の輝度が第１の投影パターン２３の輝度の１／１０以上、２／３以下であることが望ましい。

以上説明したように、第２実施形態によれば、位置基準パターン２４の輝度が第１の投影パターン２３の輝度よりも低くなるようにして、パターンの形状に加えて輝度差についても、位置基準パターン２４と第１の投影パターン２３とを区別して認識する判断基準として用いる。よって、精度良く位置基準パターン２４と第１の投影パターン２３とを区別して認識することができ、誤検出や誤認識を防止できる。

（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。

（１）実施形態において、位置基準パターン２４の配置及び形状は、複数具体例を挙げて説明した。これに限らず、位置基準パターン２４の配置及び形状は、適宜変更可能である。

（２）実施形態において、位置基準パターン２４は、第１の投影パターン２３から離れた位置に配置した例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、位置基準パターン２４は、第１の投影パターン２３と一部が重なって配置されていてもよいし、全てが重なって配置されていてもよい。

なお、各実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。

１ 光照射装置
２ 光照射システム
１０ 回折光学素子
１１ 高屈折率部
１１ａ 凸部
１１ａ 凸部
１１ａ−１ レベル１段部
１１ａ−２ レベル２段部
１１ａ−３ レベル３段部
１１ａ−４ レベル４段部
１１ｂ 側壁部
１２ 凹部
１３ 空間
１４ 低屈折率部
１５ 回折層
２０ 光源部
２１ 光
２２ 照射領域
２３ 第１の投影パターン
２４ 位置基準パターン
２４ａ 直線
２４ｂ 三角形
３０ カメラ
４０ 補正処理部
１１５ 回折層
５００ スクリーン

Claims (15)

1. 光を整形する回折光学素子であって、
   入射した光を回折して出射することにより投影される投影パターンとして、
   第１の投影パターンと、
   前記第１の投影パターンとは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定する位置基準パターンと、
   を投影する回折格子を備える回折光学素子。
2. 請求項１に記載の回折光学素子において、
   前記位置基準パターンの輝度が前記第１の投影パターンの輝度よりも低くなるように回折格子が構成されていること、
   を特徴とする回折光学素子。
3. 請求項２に記載の回折光学素子において、
   前記位置基準パターンの輝度が前記第１の投影パターンの輝度の１／１０以上、２／３以下となるように回折格子が構成されていること、
   を特徴とする回折光学素子。
4. 光源部と、
   前記光源部からの光が照射される位置に配置され、前記光源部からの光を整形して出射する回折光学素子と、
   を備え、
   前記回折光学素子が出射して投影される投影パターンは、
   第１の投影パターンと、
   前記第１の投影パターンとは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定する位置基準パターンと、
   を含む光照射装置。
5. 請求項４に記載の光照射装置において、
   前記位置基準パターンは、少なくとも３箇所の位置を特定すること、
   を特徴とする光照射装置。
6. 請求項４又は請求項５に記載の光照射装置において、
   前記位置基準パターンは、前記第１の投影パターンの投影範囲の周囲に配置されていること、
   を特徴とする光照射装置。
7. 請求項６に記載の光照射装置において、
   前記位置基準パターンは、前記第１の投影パターンの投影範囲の外形形状に沿って配置されていること、
   を特徴とする光照射装置。
8. 請求項４から請求項７までのいずれかに記載の光照射装置において、
   前記位置基準パターンの輝度が前記第１の投影パターンの輝度よりも低いこと、
   を特徴とする光照射装置。
9. 請求項８に記載の光照射装置において、
   前記位置基準パターンの輝度が前記第１の投影パターンの輝度の１／１０以上、２／３以下であること、
   を特徴とする光照射装置。
10. 光源部と、
    前記光源部からの光が照射される位置に配置され、前記光源部からの光を整形して出射する回折光学素子と、
    前記回折光学素子が出射して投影される投影パターンの画像を取得するカメラと、
    を備え、
    前記回折光学素子が出射して投影される投影パターンは、
    第１の投影パターンと、
    前記第１の投影パターンとは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定する位置基準パターンと、
    を含み、
    さらに、
    前記カメラが取得した投影パターンの画像を解析し、前記位置基準パターンの位置に基づいて前記カメラによって生じる投影パターンの歪みを補正する補正処理部と、
    を備える光照射システム。
11. 請求項１０に記載の光照射システムにおいて、
    前記位置基準パターンの輝度が前記第１の投影パターンの輝度よりも低いこと、
    を特徴とする光照射システム。
12. 請求項１１に記載の光照射システムにおいて、
    前記位置基準パターンの輝度が前記第１の投影パターンの輝度の１／１０以上、２／３以下であること、
    を特徴とする光照射システム。
13. 光源部からの光を整形して出射する回折光学素子が投影する投影パターンをさらにカメラで撮影したときの投影パターンの歪みを補正する、投影パターンの補正方法であって、
    前記回折光学素子は、
    第１の投影パターンと、
    前記第１の投影パターンとは別の投影パターンであって、投影パターンにおける位置を特定する位置基準パターンと、
    を含む投影パターンを投影し、
    前記カメラは、前記投影パターンを撮影し、
    補正処理部が、前記カメラが撮影した投影パターンの画像に含まれる前記位置基準パターンの位置に基づいて前記カメラによって生じる投影パターンの画像の歪みを補正する、
    投影パターンの補正方法。
14. 請求項１３に記載の投影パターンの補正方法において、
    前記位置基準パターンの輝度が前記第１の投影パターンの輝度よりも低いこと、
    を特徴とする投影パターンの補正方法。
15. 請求項１４に記載の投影パターンの補正方法において、
    前記位置基準パターンの輝度が前記第１の投影パターンの輝度の１／１０以上、２／３以下であること、
    を特徴とする投影パターンの補正方法。

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