WO2012132086A1 - 情報取得装置及び情報取得装置を搭載する物体検出装置 - Google Patents

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WO2012132086A1
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laser light
information acquisition
laser
light source
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PCT/JP2011/075387
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信雄 岩月
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三洋電機株式会社
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    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
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    • G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/12—Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
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    • G01S17/48—Active triangulation systems, i.e. using the transmission and reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/20—Cooling means

Definitions

  • the present invention relates to an object detection apparatus that detects an object in a target area based on a state of reflected light when light is projected onto the target area, and an information acquisition apparatus suitable for use in the object detection apparatus.
  • An object detection device using light has been developed in various fields.
  • An object detection apparatus using a so-called distance image sensor can detect not only a planar image on a two-dimensional plane but also the shape and movement of the detection target object in the depth direction.
  • light in a predetermined wavelength band is projected from a laser light source or LED (Light-Emitting-Diode) onto a target area, and the reflected light is received by a light-receiving element such as a CMOS image sensor.
  • CMOS image sensor Light-Emitting-Diode
  • a distance image sensor of a type that irradiates a target region with laser light having a predetermined dot pattern reflected light from the target region of laser light having a dot pattern is received by a light receiving element. Based on the light receiving position of the dot on the light receiving element, the distance to each part of the detection target object (irradiation position of each dot on the detection target object) is detected using triangulation (for example, non-patent) Reference 1).
  • triangulation for example, non-patent
  • a laser light source, a collimator lens, and a diffractive optical element are used as an optical system for projecting a dot pattern laser beam.
  • these optical elements are arranged side by side in the projection direction, the dimensions of the optical system in the projection direction become large.
  • a temperature adjusting element such as a Peltier element
  • the size of the projection optical system in the projection direction is further increased.
  • the optical characteristics of the diffractive optical element depend on the wavelength of the laser light, a configuration for suppressing the temperature change of the laser light source is required. Further, if the laser light source is held at a high temperature, the life of the laser light source is shortened.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and provides an information acquisition device capable of suppressing a temperature change of a laser light source while reducing the size of the device, and an object detection device equipped with the information acquisition device. For the purpose.
  • the first aspect of the present invention relates to an information acquisition device.
  • the information acquisition device includes a light emitting device that irradiates a target region with a laser beam of a dot pattern, a light receiving device that is arranged side by side on the light emitting device, and that images the target region, and the light emitting device and the light receiving device include And a support plate having thermal conductivity.
  • the light emitting device includes a laser light source, a collimator lens that converts laser light emitted from the laser light source into parallel light, and a diffractive optical element that converts the laser light converted into the parallel light into a laser having the dot pattern.
  • the side surface of the housing opposite to the reflection direction of the laser light by the mirror is a flat surface, and the housing is installed on the support plate so that the flat surface is placed on the upper surface of the support plate. ing.
  • the second aspect of the present invention relates to an object detection apparatus.
  • the object detection apparatus according to this aspect includes the information acquisition apparatus according to the first aspect.
  • an information acquisition device capable of suppressing a temperature change of a laser light source and an object detection device equipped with the information acquisition device while reducing the size of the device.
  • an information acquisition device of a type that irradiates a target area with laser light having a predetermined dot pattern is exemplified.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the object detection apparatus according to the present embodiment.
  • the object detection device includes an information acquisition device 1 and an information processing device 2.
  • the television 3 is controlled by a signal from the information processing device 2.
  • the information acquisition device 1 projects infrared light over the entire target area and receives the reflected light with a CMOS image sensor, whereby the distance between each part of the object in the target area (hereinafter referred to as “three-dimensional distance information”). To get.
  • the acquired three-dimensional distance information is sent to the information processing apparatus 2 via the cable 4.
  • the information processing apparatus 2 is, for example, a controller for TV control, a game machine, a personal computer, or the like.
  • the information processing device 2 detects an object in the target area based on the three-dimensional distance information received from the information acquisition device 1, and controls the television 3 based on the detection result.
  • the information processing apparatus 2 detects a person based on the received three-dimensional distance information and detects the movement of the person from the change in the three-dimensional distance information.
  • the information processing device 2 is a television control controller
  • the information processing device 2 detects the person's gesture from the received three-dimensional distance information and outputs a control signal to the television 3 in accordance with the gesture.
  • the application program to be installed is installed.
  • the user can cause the television 3 to execute a predetermined function such as channel switching or volume up / down by making a predetermined gesture while watching the television 3.
  • the information processing device 2 when the information processing device 2 is a game machine, the information processing device 2 detects the person's movement from the received three-dimensional distance information, and displays a character on the television screen according to the detected movement.
  • An application program that operates and changes the game battle situation is installed. In this case, the user can experience a sense of realism in which he / she plays a game as a character on the television screen by making a predetermined movement while watching the television 3.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the information acquisition device 1 and the information processing device 2.
  • XYZ axes orthogonal to each other are attached to indicate directions related to the projection optical system 100 and the light receiving optical system 200.
  • the information acquisition apparatus 1 includes a projection optical system 100 and a light receiving optical system 200 as a configuration of an optical unit.
  • the projection optical system 100 and the light receiving optical system 200 are arranged in the information acquisition apparatus 1 so as to be aligned in the Z-axis direction.
  • the projection optical system 100 includes a laser light source 110, a collimator lens 120, a rising mirror 130, and a diffractive optical element (DOE: Diffractive Optical Element) 140.
  • the light receiving optical system 200 includes a filter 210, an aperture 220, an imaging lens 230, and a CMOS image sensor 240.
  • the information acquisition device 1 includes a CPU (Central Processing Unit) 21, a laser driving circuit 22, an imaging signal processing circuit 23, an input / output circuit 24, and a memory 25 as a circuit unit.
  • CPU Central Processing Unit
  • the laser light source 110 outputs laser light in a narrow wavelength band with a wavelength of about 830 nm in a direction away from the light receiving optical system 200 (Z-axis positive direction).
  • the collimator lens 120 converts the laser light emitted from the laser light source 110 into light slightly spread from parallel light (hereinafter simply referred to as “parallel light”).
  • the raising mirror 130 reflects the laser beam incident from the collimator lens 120 side in the direction toward the DOE 140 (Y-axis positive direction).
  • the DOE 140 has a diffraction pattern on the incident surface. Due to the diffraction effect of the diffraction pattern, the laser light incident on the DOE 140 is converted into a dot pattern laser light and irradiated onto the target region.
  • the diffraction pattern has, for example, a structure in which a step type diffraction hologram is formed in a predetermined pattern. The diffraction hologram is adjusted in pattern and pitch so as to convert the laser light converted into parallel light by the collimator lens 120 into laser light of a dot pattern.
  • the DOE 140 irradiates the target region with the laser beam incident from the rising mirror 130 as a laser beam having a dot pattern that spreads radially.
  • the size of each dot in the dot pattern depends on the beam size of the laser light when entering the DOE 140.
  • Laser light (0th order light) that is not diffracted by the DOE 140 passes through the DOE 140 and travels straight.
  • the laser light reflected from the target area enters the imaging lens 230 via the filter 210 and the aperture 220.
  • the filter 210 is a band-pass filter that transmits light in a wavelength band including the emission wavelength (about 830 nm) of the laser light source 110 and cuts the wavelength band of visible light.
  • the aperture 220 stops the light from the outside so as to match the F number of the imaging lens 230.
  • the imaging lens 230 condenses the light incident through the aperture 220 on the CMOS image sensor 240.
  • the CMOS image sensor 240 receives the light collected by the imaging lens 230 and outputs a signal (charge) corresponding to the amount of received light to the imaging signal processing circuit 23 for each pixel.
  • the output speed of the signal is increased so that the signal (charge) of the pixel can be output to the imaging signal processing circuit 23 with high response from the light reception in each pixel.
  • the CPU 21 controls each unit according to a control program stored in the memory 25.
  • the CPU 21 is provided with the functions of a laser control unit 21a for controlling the laser light source 110 and a distance calculation unit 21b for generating three-dimensional distance information.
  • the laser drive circuit 22 drives the laser light source 110 according to a control signal from the CPU 21.
  • the imaging signal processing circuit 23 controls the CMOS image sensor 240 and sequentially takes in the signal (charge) of each pixel generated by the CMOS image sensor 240 for each line. Then, the captured signals are sequentially output to the CPU 21. Based on the signal (imaging signal) supplied from the imaging signal processing circuit 23, the CPU 21 calculates the distance from the information acquisition device 1 to each part of the detection target by processing by the distance calculation unit 21b.
  • the input / output circuit 24 controls data communication with the information processing apparatus 2.
  • the information processing apparatus 2 includes a CPU 31, an input / output circuit 32, and a memory 33.
  • the information processing apparatus 2 has a configuration for performing communication with the television 3 and for reading information stored in an external memory such as a CD-ROM and installing it in the memory 33.
  • an external memory such as a CD-ROM
  • the configuration of these peripheral circuits is not shown for the sake of convenience.
  • the CPU 31 controls each unit according to a control program (application program) stored in the memory 33.
  • a control program application program
  • the CPU 31 is provided with the function of the object detection unit 31a for detecting an object in the image.
  • a control program is read from a CD-ROM by a drive device (not shown) and installed in the memory 33, for example.
  • the object detection unit 31a detects a person in the image and its movement from the three-dimensional distance information supplied from the information acquisition device 1. Then, a process for operating the character on the television screen according to the detected movement is executed by the control program.
  • the object detection unit 31 a detects a person in the image and its movement (gesture) from the three-dimensional distance information supplied from the information acquisition device 1. To do. Then, processing for controlling functions (channel switching, volume adjustment, etc.) of the television 3 is executed by the control program in accordance with the detected movement (gesture).
  • the input / output circuit 32 controls data communication with the information acquisition device 1.
  • FIG. 3A is a diagram schematically showing the irradiation state of the laser light on the target region
  • FIG. 3B is a diagram schematically showing the light receiving state of the laser light in the CMOS image sensor 240.
  • FIG. 6B shows a light receiving state when a flat surface (screen) exists in the target area.
  • laser light having a dot pattern (hereinafter, the entire laser light having this pattern is referred to as “DP light”) is irradiated onto the target area.
  • DP light laser light having a dot pattern
  • the light flux region of DP light is indicated by a solid line frame.
  • dot regions (hereinafter simply referred to as “dots”) in which the intensity of the laser light is increased by the diffraction action by the DOE 140 are scattered according to the dot pattern by the diffraction action by the DOE 140.
  • the light beam of DP light is divided into a plurality of segment regions arranged in a matrix.
  • dots are scattered in a unique pattern.
  • the dot dot pattern in one segment area is different from the dot dot pattern in all other segment areas.
  • each segment area can be distinguished from all other segment areas with a dot dot pattern.
  • the segment areas of DP light reflected thereby are distributed in a matrix on the CMOS image sensor 240 as shown in FIG.
  • the light in the segment area S0 on the target area shown in FIG. 11A is incident on the segment area Sp shown in FIG.
  • the light flux region of DP light is indicated by a solid frame, and for convenience, the light beam of DP light is divided into a plurality of segment regions arranged in a matrix.
  • the position of each segment area on the CMOS image sensor 240 is detected, and the position corresponding to each segment area of the detection target object is determined based on the triangulation method from the detected position of each segment area.
  • the distance to is detected. Details of such a detection technique are described in, for example, Non-Patent Document 1 (The 19th Annual Conference of the Robotics Society of Japan (September 18-20, 2001), Proceedings, P1279-1280).
  • the optical characteristics of the DOE 140 depend on the wavelength of the laser beam.
  • the wavelength of the laser light is likely to change, and the dot pattern of the laser light is likely to change accordingly.
  • the dot pattern changes in this way, the dot pattern cannot be properly verified. As a result, there is a possibility that the accuracy of detecting the distance to the detection target object is lowered.
  • a temperature adjusting element such as a Peltier element can be used as the temperature adjusting means of the laser light source.
  • a temperature adjusting element such as a Peltier element
  • the projection optical system 100 when the projection optical system 100 is arranged in the projection direction of the light toward the target area, the dimension of the projection optical system 100 in the projection direction becomes large. On the other hand, a certain distance or more is required between the projection optical system 100 and the light receiving optical system 200 in order to measure the distance based on the triangulation method. Therefore, when the size of the projection optical system 100 in the projection direction is increased as described above, the outer shape of the entire information acquisition apparatus 1 is increased in combination with the interval between the projection optical system 100 and the light receiving optical system 200.
  • a configuration for suppressing an increase in size of the information processing apparatus 1 and efficiently dissipating the heat of the laser light source 110 is provided.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing a configuration example of the light emitting device 10 according to the present embodiment.
  • the light emitting device 10 is a device in which the projection optical system 100 in FIG. 2 is unitized together with other components.
  • FIG. 4A shows the front, rear, left, right, and up and down directions along with the XYZ axes shown in FIG. The vertical direction is parallel to the Y-axis direction, the horizontal direction is parallel to the X-axis direction, and the front-back direction is parallel to the Z-axis direction.
  • the light emitting device 10 includes a laser holder 111, a lens holder 121, and a DOE holder in addition to the laser light source 110, the collimator lens 120, the rising mirror 130, and the DOE 140 described above. 141, a housing 150, and a pressing spring 160 are provided.
  • the laser light source 110 has a base 110a and a CAN 110b.
  • the base 110a has a circular outline with a part of the outer periphery cut out when viewed from the front.
  • the collimator lens 120 has a large diameter portion 120a having a cylindrical outer peripheral surface and a small diameter portion 120b having a diameter smaller than that of the large diameter portion.
  • the laser holder 111 is a frame member having a square outline in a front view and having a circular opening 111a formed at the center.
  • the opening 111a penetrates the laser holder 111 in the front-rear direction, and has a configuration in which two cylindrical holes having different diameters are arranged on the same axis.
  • the diameter of the hole in front of the opening 111a is larger than the diameter of the hole in the rear, and a ring-shaped step is formed at the boundary where the diameter changes.
  • the diameter of the hole in front of the opening 111a is slightly larger than the diameter of the base 110a of the laser light source 110.
  • the laser light source 110 is positioned with respect to the laser holder 111 by fitting the base 110a into the opening 111a from the front side until the rear surface of the base 110a of the laser light source 110 contacts the step in the opening 111a. In this state, an adhesive is injected into a cutout on the outer periphery of the base 110 a, and the laser light source 110 is bonded and fixed to the laser holder 111.
  • the laser holder 111 is formed of a material having high thermal conductivity.
  • the laser holder 111 is made of a material such as zinc having a high thermal conductivity of 121 W / (m ⁇ K), and is manufactured by general die casting.
  • step portions 111 b that are one step higher than the other portions are formed on the outer peripheral portion of the back surface of the laser holder 111.
  • the four step portions 111b have the same height and the same shape.
  • the end faces in the height direction of the four step portions 111b are all parallel to the XY plane.
  • the position of the laser light source 110 is adjusted by displacing the laser holder 111 in the in-plane direction of the XY plane while the stepped portion 111b is in contact with the outer surface of the housing 150. At this time, since the contact area between the step portion 111b and the outer surface of the housing 150 is small, the laser holder 111 can be displaced smoothly.
  • the lens holder 121 is formed of a frame member having a substantially circular outline in a front view and having an opening 121a formed at the center.
  • the opening 121a penetrates the lens holder 121 in the front-rear direction, and has a configuration in which two cylindrical holes having different diameters are arranged on the same axis.
  • the diameter of the hole in front of the opening 121a is larger than the diameter of the hole in the rear, and a ring-shaped step is formed at the boundary where the diameter changes.
  • the diameter of the hole in front of the opening 121a is slightly larger than the diameter of the large diameter portion 120a of the collimator lens 120.
  • the collimator lens 120 is positioned with respect to the lens holder 121 by fitting the large diameter portion 120a into the opening 121a from the front side until the rear surface of the large diameter portion 120a of the collimator lens 120 contacts the step in the opening 121a. In this state, the collimator lens 120 is bonded and fixed to the lens holder 121.
  • a recess 121c extending in the front-rear direction is formed on the upper surface of the lens holder 121.
  • a convex part 121d extending in the front-rear direction is formed in the concave part 121c.
  • two grooves 121 b are formed on the side surfaces of the lens holder 121 for allowing an adhesive to flow in when the collimator lens 120 and the lens holder 121 are bonded and fixed.
  • a rectangular groove 121e extending linearly in the left-right direction (X-axis direction) is formed on the lower surface of the lens holder 121 (see FIG. 5B).
  • This groove 121e is used when adjusting the position of the lens holder 121 in the front-rear direction (Z-axis direction).
  • the center of the convex part 121d and the center of the groove 121e in the circumferential direction of the lens holder 121 are in a state shifted from each other by 180 degrees. Therefore, when the convex portion 121d faces right above, the groove 121e turns right below.
  • the DOE holder 141 has a step (not shown) for mounting the DOE 140 on the lower surface.
  • an opening 141 a for guiding the laser beam to the target area is formed in the center of the DOE holder 141.
  • the DOE 140 is fitted into the DOE holder 141 from below the DOE holder 141, and is fixed by adhesion.
  • step portions 141 b for fixing the DOE holder 141 to the housing 150 are formed at the left and right ends of the DOE holder 141.
  • the housing 150 is formed of a bottomed frame member having a rectangular outline in a top view.
  • the housing 150 has a symmetrical shape with respect to a plane parallel to the YZ plane, except for the shape of the screw hole 150i.
  • the housing 150 is formed of a material having high thermal conductivity.
  • the housing 150 is made of a material having a high thermal conductivity such as zinc having a thermal conductivity of 121 W / (m ⁇ K) or magnesium having a thermal conductivity of 157 W / (m ⁇ K).
  • a material having a high thermal conductivity such as zinc having a thermal conductivity of 121 W / (m ⁇ K) or magnesium having a thermal conductivity of 157 W / (m ⁇ K).
  • zinc is slightly inferior in thermal conductivity compared with magnesium, manufacturing cost can be suppressed.
  • the best material is used for the housing 150 depending on the situation.
  • a mirror mounting portion 150a inclined by 45 ° in the in-plane direction of the YZ plane is formed on the inner rear side of the housing 150.
  • the rising mirror 130 is mounted on the mirror mounting portion 150a and fixed by adhesion.
  • a U-shaped opening 150 b is formed on the front side surface of the housing 150. The width of the opening 150b in the left-right direction is larger than the diameter of the CAN 110b of the laser light source 110.
  • a hole 150c for guiding a Z-axis adjusting jig (not shown) to the groove 121e of the lens holder 121 is formed on the bottom surface of the housing 150 (see FIG. 5B).
  • the diameter of the hole 150c is larger than the width of the groove 121e of the lens holder 121 in the Z-axis direction.
  • Two holes 150e for allowing the UV adhesive to flow into the interior of the housing 150 are formed in the two side surfaces of the housing 150 in the left-right direction.
  • a pair of inclined surfaces 150d facing each other are formed at the lower ends of the two inner side surfaces of the housing 150 in the left-right direction.
  • the two inclined surfaces 150d are inclined at the same angle in the downward direction with respect to the plane parallel to the XZ plane.
  • a step 150f for mounting the DOE holder 141 and four screw holes 150g are formed on the upper surface of the housing 150.
  • the width of the step portion 150f in the Z-axis direction is slightly larger than the width of the left and right step portions 141b of the DOE holder 141.
  • Two flanges 150 h projecting in the outer direction of the housing 150 are formed at the lower ends of the two outer surfaces aligned in the left-right direction of the housing 150.
  • Each of the two flanges 150h is formed with a screw hole 150i for fixing the housing 150 to the base plate 300 described later.
  • the holding spring 160 is a leaf spring having a spring property, and has a step portion 160a that is one step lower in the center.
  • the holding spring 160 has a symmetrical shape.
  • the presser spring 160 is formed with four screw holes 160b for fixing the presser spring 160 to the housing 150 from above.
  • the rising mirror 130 is mounted on the mirror mounting portion 150 a in the housing 150. Accordingly, the rising mirror 130 is installed in the housing 150 so as to have an inclination of 45 degrees in the in-plane direction of the YZ plane with respect to the XZ plane.
  • the lens holder 121 on which the collimator lens 120 is mounted is placed on the pair of inclined surfaces 150d so that the grooves 121e and the holes 150c are aligned, and is accommodated inside the housing 150.
  • the groove 121e and the hole 150c can be aligned by placing the lens holder 121 on the inclined surface 150d so that the convex portion 121d faces right above.
  • the pressing spring 160 is applied to the upper portion of the housing 150 so that the four screw holes 160b of the pressing spring 160 are aligned with the four screw holes 150g of the housing 150.
  • four metal screws 161 are screwed into the four screw holes 150g from above through the four screw holes 160b.
  • the convex portion 121 d of the lens holder 121 is pressed downward by the step portion 160 a of the pressing spring 160.
  • the lens holder 121 is pressed against the inclined surface 150d of the housing 150 by the urging force of the holding spring 160, and is temporarily fixed so as not to move in the X-axis direction (left-right direction) and the Y-axis direction (up-down direction). .
  • the convex portion 121d When the holding spring 160 is mounted on the housing 150, the convex portion 121d is positioned in the middle of the stepped portion 160a, and the holding spring 160 bends evenly from side to side about the stepped portion 160a. For this reason, the lens holder 121 is less likely to be displaced in the circumferential direction. If the convex portion 121d is displaced from the middle of the step portion 160a, the lens holder 121 can be rotated in the circumferential direction so that the convex portion 121d is positioned in the middle of the step portion 160a with the convex portion 121d as a mark. That's fine. Thereby, the groove
  • the rear surface of the laser holder 111 is brought into contact with the outer surface of the housing 150 so that the CAN 110b of the laser light source 110 is inserted into the U-shaped opening 150b of the housing 150.
  • the three steps 111b excluding the upper step 111b among the steps 111b of the laser holder 111 shown in FIG. A predetermined gap exists between the CAN 110b of the laser light source 110 and the opening 150b of the housing 150 so that the laser light source 110 can move in the XY axis direction (up / down / left / right direction).
  • the laser light source 110 is displaced in the XY axis direction (up / down / left / right direction), and the XY axis direction (up / down / left / right direction). ) Is adjusted. As a result, the optical axis of the laser light source 110 and the optical axis of the collimator lens 120 are aligned.
  • a Z-axis adjusting jig (not shown) is engaged with the groove 121e of the lens holder 121 through a hole 150c formed in the lower portion of the housing 150, and the Z-axis direction (front-rear direction) of the lens holder 121 is engaged. The position is adjusted. Thereby, the focal position of the collimator lens 120 is appropriately positioned with respect to the light emitting point of the laser light source 110.
  • the UV adhesive is evenly attached to the boundary between the two left and right side surfaces of the laser holder 111 and the side surface of the housing 150. After the UV adhesive is attached, the deviation of the optical axis of the laser light is confirmed again. If there is no problem, the UV adhesive is irradiated with ultraviolet rays, and the laser holder 111 is bonded and fixed to the housing 150. If there is a problem in confirming the deviation of the optical axis of the laser beam, the laser holder 111 is finely adjusted again, and then the UV adhesive is irradiated with ultraviolet rays, and the laser holder 111 is bonded and fixed to the housing 150. Is done.
  • the UV adhesive is evenly attached to the left and right at the positions where the lens holder 121 and the inclined surface 150d inside the housing 150 are in contact with each other through the holes 150e formed on the left and right side surfaces of the housing 150.
  • the positional relationship between the laser light source 110 and the collimator lens 120 is confirmed again. If there is no problem, the UV adhesive is irradiated with ultraviolet rays, and the lens holder 121 is bonded and fixed to the housing 150. . If there is a problem in confirming the positional relationship between the laser light source 110 and the collimator lens 120, the lens holder 121 is finely adjusted again, and then the UV adhesive is irradiated with ultraviolet rays. Adhered and fixed to.
  • FIG. 5A is a perspective view of the light emitting device 10 viewed from above
  • FIG. 5B is a perspective view of the light emitting device 10 viewed from below.
  • the projection optical system 100 is configured such that the optical path of the laser light emitted from the laser light source 110 is bent in this way, the light emitting device 10 has a high height in the Y-axis direction toward the target region. And the length in the Z-axis direction is increased. Accordingly, the surface area of the bottom surface of the outer surface of the housing 150 is the largest. That is, the housing 150 has the largest area on the side surface opposite to the direction in which the rising mirror 130 reflects the laser light.
  • FIG. 6 to 8 are perspective views showing an assembling process of the information acquisition device 1. For convenience, the assembly process of the light receiving device 20 and the mounting process of the light receiving device 20 to the base plate 300 are not shown.
  • the light receiving device 20 is a device in which the light receiving optical system 200 in FIG. 2 is unitized with other components.
  • reference numeral 300 denotes a base plate that supports the light emitting device 10 and the light receiving device 20.
  • the light emitting device 10 and the light receiving device 20 are arranged on the base plate 300.
  • the base plate 300 has a rectangular plate shape.
  • the base plate 300 is made of stainless steel or the like having a thermal conductivity of 16.7 to 20.9 W / (m ⁇ K) and excellent in flexibility resistance.
  • the base plate 300 In the base plate 300, two screw holes 300a for fixing the light emitting device 10 to the base plate 300 are formed. Further, the base plate 300 is formed with a step portion 301 that determines the installation position of the light emitting device 10. The installation position of the light emitting device 10 is set in advance so that the light emitting center of the light emitting device 10 and the light receiving center of the light receiving device 20 are aligned in the Z-axis direction.
  • the installation interval between the light emitting device 10 and the light receiving device 20 is set according to the distance between the information acquisition device 1 and the reference plane of the target area.
  • the distance between the reference plane and the information acquisition apparatus 1 varies depending on how far away the target is to be detected. The closer the distance to the target to be detected is, the narrower the interval between the light emitting device 10 and the light receiving device 20 is. Conversely, as the distance to the target to be detected increases, the installation interval between the light emitting device 10 and the light receiving device 20 increases.
  • the size of the base plate 300 increases in the direction in which the light emitting device 10 and the light receiving device 20 are arranged.
  • the base plate 300 having such a large area is used as a heat sink for dissipating heat generated from the light emitting device 10, and temperature rise of the laser light source 110 is suppressed.
  • a heat radiating resin 300b is applied to the portion of the base plate 300 where the bottom surface of the housing 150 contacts (dotted line portion in the figure).
  • the heat dissipation resin 300b contains a heat conductive resin and metal powder, and has a heat conductivity of 3 to 4 W / (m ⁇ K).
  • the stainless steel of the base plate 300 and the heat-dissipating resin 300b have a sufficiently large thermal conductivity compared to the thermal conductivity of the PPS resin used for the holder or the like is about 0.4 W / (m ⁇ K).
  • the hole 302 for taking out the wiring of the laser light source 110 to the back part of the base plate 300 is formed in the center lower part of the base plate 300.
  • an opening 303 for exposing the connector 202 of the light receiving device 20 to the back portion of the base plate 300 is formed below the installation position of the light receiving device 20 on the base plate 300.
  • a flange 304 is formed in the base plate 300, and a screw hole 304 a for fixing a cover 400 described later to the base plate 300 is formed in the flange 304.
  • the light receiving device 20 includes a filter 210, an aperture 220, an imaging lens 230, and a CMOS image sensor 240 as shown in FIG.
  • the light receiving device 20 is fixed to the base plate 300 by the substrate fixing unit 201.
  • the connector 202 of the light receiving device 20 is exposed on the back surface of the base plate 300 through an opening 303 formed in the base plate 300.
  • the light emitting device 10 is arranged so that the side surface of the housing 150 abuts on the step portion 301 of the base plate 300.
  • the bottom surface of the housing 150 is brought into close contact with the base plate 300 by the heat radiating resin 300 b applied to the surface of the base plate 300.
  • the two screw holes 300a and the two screw holes 150i are combined, and the two metal screws 305 are respectively screwed into the screw holes 150i and the screw holes 300a.
  • the screw 305 is made of a metal having high thermal conductivity such as stainless steel. Thereby, the light emitting device 10 is fixed to the base plate 300.
  • the structure shown in FIG. 7 is assembled.
  • the light emitting device 10 is thermally coupled by the heat radiating resin 300b such that the bottom surface of the housing 150 is in close contact with the surface of the base plate 300.
  • the housing 150 is fixed to the base plate 300 by the metal screws 305, the housing 150 is thermally coupled to the base plate 300 even if the screws 305 are interposed.
  • the laser holder 111 is fixed to the outer surface of the housing 150, the laser holder 111 is thermally coupled to the housing 150.
  • the heat generated by the light emission of the laser light source 110 is transmitted to the base plate 300 through the laser holder 111 and the housing 150 by the screws 305 and the heat radiation resin 300b.
  • the heat transferred to the base plate 300 is radiated from the surface of the base plate 300 to the outside air.
  • the housing 150 since the light emitting device 10 has a large size along the surface (XZ plane) of the base plate 300, the housing 150 has a large surface area where the bottom surface of the housing 150 contacts the surface of the base plate 300. .
  • the amount of heat transfer between different materials increases in proportion to the size of the surface area in contact. Therefore, the amount of heat transferred from the housing 150 to the base plate 300 is also large.
  • each of the laser holder 111, the housing 150, the screw 305, and the heat radiation resin 300b serving as a heat transfer path is made of a material having high thermal conductivity. Therefore, the light emitting device 10 can efficiently transmit the heat generated by the light emission of the laser light source 110 to the base plate 300, thereby obtaining a sufficient heat dissipation effect.
  • FIG. 8A is a perspective view of the structure viewed from the front
  • FIG. 8B is a perspective view of the structure viewed from the back.
  • a projection window 401 for guiding the light emitted from the light emitting device 10 to the target and a light receiving window 402 for guiding the reflected light from the target to the light receiving device 20 are formed on the front surface of the cover 400.
  • a circuit board 500 is further installed on the back surface of the base plate 300 (not shown).
  • the laser light source 110 is connected to the circuit board 500 through a hole 302 formed in the back portion of the base plate 300.
  • the circuit board 500 is connected to the connector 202 of the light receiving device 20 through an opening 303 formed in the back portion of the base plate 300.
  • the circuit board 500 is mounted with a circuit unit of the information acquisition device 1 such as the CPU 21 and the laser driving circuit 22 shown in FIG.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the heat dissipation characteristics of the light emitting device 10 according to the present embodiment and the heat dissipation characteristics in the comparative example.
  • laser light source 110 in the present embodiment is installed toward the Z-axis direction.
  • Laser light emitted from the laser light source 110 is converted into parallel light by the collimator lens 120 and reflected toward the DOE 140 by the rising mirror 130. Therefore, the length of the laser light source 110, the collimator lens 120, and the raising mirror 130 in the arrangement direction (Z-axis direction) is long, and the height H in the direction toward the target region (Y-axis direction) is low. . Therefore, the surface area S where the bottom surface of the housing 150 contacts the surface of the base plate 300 is large.
  • FIG. 9B shows a comparative example in which the laser light source 110 is not installed in the Z-axis direction and the projection optical system 100 is arranged in the direction toward the target area (Y-axis direction). ing.
  • the Peltier element 170 is disposed between the housing 150 and the base plate 300.
  • the same number as this Embodiment is attached
  • an n-type / p-type thermoelectric semiconductor 170c electrically connected by electrodes is sandwiched and held by a ceramic insulating substrate 170a and a ceramic insulating substrate 170b.
  • the Peltier element 170 absorbs the heat generated in the laser light source 110 from the ceramic insulating substrate 170a in contact with the housing 150 by passing a current through the n-type / p-type thermoelectric semiconductor 170c, and heats the other ceramic insulating substrate 170b. Has the effect of transmitting. As a result, the Peltier element 170 dissipates heat generated by the laser light source 110 to the outside through the base plate 300 that also serves as a heat sink.
  • the Peltier element 170 moves heat from the ceramic insulating substrate 170a to the ceramic insulating substrate 170b, the Peltier element 170 itself generates heat. Therefore, the heat radiation amount of the light emitting device 10 as a whole increases, and the base plate 300 that also serves as a heat sink may not be able to smoothly radiate heat. In such a case, it is necessary to make the size W0 of the base plate 300 larger than the size W of the base plate 300 of the present embodiment as shown in FIG.
  • the Peltier element 170 in order to effectively move the heat generated by the laser light source 110, it is necessary to dispose the Peltier element 170 at the lower part of the housing 150 as shown in FIG. Since they are aligned in the optical axis direction of light, the height H0 in the direction toward the target area (Y-axis direction) of the projection optical system 100 in the comparative example is considerably higher than the height H of the projection optical system 100 in the present embodiment. Become.
  • the height of the light reception optical system 200 is matched to the height H0 of the projection optical system 100. h0 also increases.
  • the thermal conductivity of the ceramic insulating substrates 170a and 170b of the Peltier element 170 that is in contact with the bottom surface of the housing 150 is generally the same as that of the stainless base plate 300 that is in contact with the housing 150 in this embodiment. It is larger than 7 to 20.9 W / (m ⁇ K).
  • the surface area S where the bottom surface of the housing 150 and the base plate 300 contact each other is considerably larger than the surface area S0 where the housing 150 of the comparative example and the ceramic insulating substrate 170a of the Peltier element 170 contact.
  • the surface area in contact increases, the amount of heat transfer between different materials also increases proportionally. Therefore, in the present embodiment, a sufficient heat dissipation effect can be obtained without providing the Peltier element 170.
  • the housing 150 that accommodates the projection optical system 100 has the target The height in the direction toward the region decreases, and the surface area of the bottom surface of the housing 150 that contacts the surface of the base plate 300 that also serves as a heat sink increases. Therefore, the light emitting device 10 can be thinned and sufficient heat dissipation characteristics can be obtained.
  • the laser holder 111, the housing 150, and the screw 305, which serve as a transfer path of heat generated from the laser light source 110 are each made of a material having high thermal conductivity. Heat generated by light emission from the light source 110 can be efficiently transmitted to the base plate 300.
  • the laser holder 111 is mounted on the housing 150 so that the side surface of the housing 150 and the side surface of the laser holder 111 overlap with each other. Heat of the laser light source 110 is transmitted to the housing 150 through the overlapping portion. Therefore, the heat dissipation effect for the laser light source 110 can be enhanced.
  • sufficient heat dissipation characteristics can be obtained without providing a temperature adjusting element such as a Peltier element, so that the total heat dissipation amount applied to the base plate 300 can be reduced. Even if it is small, the heat can be properly radiated.
  • a temperature adjusting element such as a Peltier element
  • the light emitting device 10 can be thinned in the direction toward the target area
  • the light receiving device 20 can also be thinned.
  • the number of parts can be reduced by using the base plate 300 also as a heat sink.
  • the base plate 300 is made of a material having flexibility and high thermal conductivity, the base plate can be made thin and the transmitted heat can be efficiently used. It can dissipate heat.
  • the housing 150 and the base plate 300 are in close contact with each other and thermally coupled. Therefore, heat can be efficiently transferred from the housing 150 to the base plate 300.
  • a metal such as zinc or magnesium having high thermal conductivity is used as the material of the laser holder 111 and the housing 150.
  • the surface area in contact with the heat sink may be increased.
  • a heat dissipation PPS resin having a thermal conductivity of about 20 to 30 W / (m ⁇ K) may be used.
  • the heat dissipating PPS resin is a resin in which metal particles are included in the PPS resin to improve heat dissipating characteristics.
  • the materials such as the laser holder 111, the housing 150, and the base plate 300 shown in the above embodiment are exemplifications, and are made of materials other than those shown in the above embodiment or an alloy in which those materials are combined. It may be.
  • the housing 150 may use aluminum having a thermal conductivity of 237 W / (m ⁇ K) in addition to zinc and magnesium. Aluminum is inferior in casting accuracy and requires secondary processing as compared with zinc and magnesium used in the above embodiment, but has high thermal conductivity and low cost.
  • the base plate 300 may be made of copper having a thermal conductivity of 398 W / (m ⁇ K). Since copper is inferior in resistance to stainless steel as compared with stainless steel, it is necessary to make the base plate 300 thick. However, since the thermal conductivity is high, further heat dissipation characteristics can be obtained.
  • the laser light source 110 was installed in the position which approaches the light receiving device 20 rather than the projection window 140, as shown to Fig.10 (a), the position which is separated from the light receiving device 20 rather than the projection window 140 Alternatively, the laser light source 110 may be installed at a position where the arrangement direction of the light emitting device 10 and the light receiving device 20 and the optical axis of the laser light source 110 are orthogonal to each other as shown in FIG. If the laser light source 110 is installed in the vicinity of the periphery of the base plate 300 as shown in FIGS. 10A and 10B, heat from the laser light source 110 is easily dissipated, and heat is not easily generated inside the information acquisition apparatus 1. However, in the case of FIGS. 10A and 10B, the size of the base plate 300 is larger in the Z-axis direction or the X-axis direction than in the above embodiment.
  • the interval between the light emitting device 10 and the light receiving device 20 is shortened, so that it is difficult to arrange the laser light source 110 between the light emitting device 10 and the light receiving device 20.
  • the reference plane of the target area is sufficiently far away, a sufficient space can be secured between the light emitting device 10 and the light receiving device 20, so that the laser light source 110 is attached to the light receiving device 20 as in the above embodiment. By placing it at the approaching position, the size of the base plate 300 can be reduced.
  • the laser light source 110 moves in any direction in the in-plane direction horizontal to the surface of the base plate 300 depending on the situation. You may install it.
  • the laser holder 111 is brought into contact with the outer surface of the housing 150.
  • the laser holder 111 is directly attached to the outside of the housing 150 without providing the stepped portion 111b. You may make it contact
  • a heat radiation resin may be interposed between the laser holder 111 and the outer surface of the housing 150.
  • the laser light source 110 may be accommodated directly in the housing 150 without providing the laser holder 111.
  • the cubic-shaped housing 150 having a rectangular cross section in the in-plane direction perpendicular and horizontal to the optical axis of the laser light source 111 is used.
  • a rectangular cubic housing may be used.
  • the housing having the largest surface area in contact with the base plate 300 the heat from the laser light source 111 can be efficiently radiated as in the above embodiment.
  • the rising mirror 130 is used to reflect the laser light emitted toward the Z-axis direction in the direction of the target region.
  • the incident light is used instead of the rising mirror 130.
  • a polarizing beam splitter or a leakage mirror that reflects a part of the light may be used.
  • the CMOS image sensor 240 is used as the light receiving element, but a CCD image sensor can be used instead. Furthermore, the configuration of the light receiving optical system 200 can be changed as appropriate.
  • the information acquisition device 1 and the information processing device 2 may be integrated, or the information acquisition device 1 and the information processing device 2 may be integrated with a television, a game machine, or a personal computer.

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Abstract

　装置の小型化を図りつつ、レーザ光源の温度変化を抑制可能な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、発光装置（１０）と、受光装置（２０）と、熱伝導性を有するベースプレート（３００）を備える。発光装置は、レーザ光源（１１０）と、コリメータレンズ（１２０）と、回折光学素子（１４０）と、レーザ光を回折光学素子の方向に反射する立ち上げミラー（１３０）と、熱伝導性を有するハウジング（１５０）を有する。立ち上げミラーによるレーザ光の反射方向と反対側のハウジングの側面が平面となっており、当該平面がベースプレートの上面に置かれるようにハウジングがベースプレートに設置されている。レーザ光源から発生する熱は、ハウジングを介してベースプレートに効率よく伝達される。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　情報取得装置及び情報取得装置を搭載する物体検出装置
　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、当該物体検出装置に用いて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、ドットパターンを持つレーザ光の目標領域からの反射光が受光素子によって受光される。そして、ドットの受光素子上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（検出対象物体上の各ドットの照射位置）までの距離が検出される（たとえば、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
　上記物体検出装置では、ドットパターンのレーザ光を投射するための光学系として、レーザ光源と、コリメータレンズと、回折光学素子が用いられる。これらの光学素子が投射方向に並べて配置されると、投射方向における光学系の寸法が大きくなる。これらの光学素子に加えて、温度変化によるレーザ光源の波長変動を抑制するために、ペルチェ素子等の温度調節素子が配置されると、投射方向における投射光学系の寸法がさらに大きくなる。しかしながら、回折光学素子の光学特性は、レーザ光の波長に依存するため、レーザ光源の温度変化を抑制するための構成が必要となる。また、レーザ光源が高温のまま保持されるとレーザ光源の寿命が短くなってしまう。
　本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、装置の小型化を図りつつ、レーザ光源の温度変化を抑制可能な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、情報取得装置に関する。本態様に係る情報取得装置は、目標領域にドットパターンのレーザ光を照射する発光装置と、前記発光装置に並べて配置され、前記目標領域を撮像する受光装置と、前記発光装置と前記受光装置が設置され、熱伝導性を有する支持板と、を備える。前記発光装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、前記平行光に変換されたレーザ光を前記ドットパターンのレーザに変換する回折光学素子と、前記コリメータレンズを透過した前記レーザ光を前記回折光学素子の方向に向けて反射するミラーと、前記レーザ光源、前記コリメータレンズおよび前記ミラーが直線状に並ぶように、前記レーザ光源、前記コリメータレンズ、前記ミラーおよび前記回折光学素子を保持する熱伝導性を有するハウジングと、を有する。前記発光装置は、前記ミラーによるレーザ光の反射方向と反対側の前記ハウジングの側面が平面となっており、当該平面が前記支持板の上面に置かれるように前記ハウジングが前記支持板に設置されている。
　本発明の第２の態様は、物体検出装置に関する。本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有する。
　本発明によれば、装置の小型化を図りつつ、レーザ光源の温度変化を抑制可能な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。
　本発明の効果ないし意義は、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、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態により何ら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。 実施の形態に係る発光装置の分解斜視図を示す図である。 実施の形態に係る発光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の組立過程を示す図である。 実施の形態に係る情報取得装置の組立過程を示す図である。 実施の形態に係る情報取得装置の組立過程を示す図である。 実施の形態に係る情報取得装置の構成と比較例に係る情報取得装置の構成を示す図である。 他の変更例の情報取得装置の構成を示す図である。
　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。本実施の形態には、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が例示されている。
　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ャ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。図２には、便宜上、投射光学系１００と受光光学系２００に関する方向を示すために、互いに直交するＸ－Ｙ－Ｚ軸が付されている。
　情報取得装置１は、光学部の構成として、投射光学系１００と受光光学系２００とを備えている。投射光学系１００と受光光学系２００は、Ｚ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１００は、レーザ光源１１０と、コリメータレンズ１２０と、立ち上げミラー１３０と、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１４０とを備えている。また、受光光学系２００は、フィルタ２１０と、アパーチャ２２０と、撮像レンズ２３０と、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０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１１０は、受光光学系２００から離れる方向（Ｚ軸正方向）に波長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１２０は、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光を平行光から僅かに広がった光（以下、単に「平行光」という）に変換する。立ち上げミラー１３０は、コリメータレンズ１２０側から入射されたレーザ光をＤＯＥ１４０に向かう方向（Ｙ軸正方向）に反射する。
　ＤＯＥ１４０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、ＤＯＥ１４０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１２０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。
　ＤＯＥ１４０は、立ち上げミラー１３０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。ドットパターンの各ドットの大きさは、ＤＯＥ１４０に入射する際のレーザ光のビームサイズに応じたものとなる。ＤＯＥ１４０にて回折されないレーザ光（０次光）は、ＤＯＥ１４０を透過してそのまま直進する。
　なお、投射光学系１００の詳細な構成は、追って図４ないし図８を参照して、説明する。
　目標領域から反射されたレーザ光は、フィルタ２１０とアパーチャ２２０を介して撮像レンズ２３０に入射する。
　フィルタ２１０は、レーザ光源１１０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。アパーチャ２２０は、撮像レンズ２３０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２３０は、アパーチャ２２０を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に集光する。
　ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、撮像レンズ２３０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２４０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１１０を制御するためのレーザ制御部２１ａと、３次元距離情報を生成するための距離演算部２１ｂ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１１０を駆動する。撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０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、距離演算部２１ｂ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２４０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１００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、ＤＯＥ１４０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、ＤＯＥ１４０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２４０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２４０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。
　上記距離演算部２１ｂでは、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０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。
　ところで、ＤＯＥ１４０の光学的特性は、レーザ光の波長に依存する。レーザ光源１１０の温度が変化するとレーザ光の波長が変化し易く、これに伴い、レーザ光のドットパターンも変化し易い。このようにドットパターンが変化するとドットパターン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。
　この場合、レーザ光源の温度調整手段として、ペルチェ素子等の温度調節素子が用いられ得る。しかし、こうすると、ペルチェ素子自身の厚みや、ペルチェ素子自身の発熱を放熱するために、放熱板を大きくする必要がある。
　また、投射光学系１００が目標領域に向かう光の投射方向に並ぶと、投射方向における投射光学系１００の寸法が大きくなる。他方、投射光学系１００と受光光学系２００との間には、三角測量法に基づく距離の測定のために、一定以上の間隔が必要である。したがって、上記のように投射方向における投射光学系１００の寸法が大きくなると、投射光学系１００と受光光学系２００との間隔と相俟って、情報取得装置１全体の外形が大型化する。
　そこで、本実施の形態では、情報処理装置１の大型化を抑え、かつ、レーザ光源１１０の熱を効率よく放熱させるための構成が配備されている。
　図４は、本実施の形態に係る発光装置１０の構成例を示す分解斜視図である。発光装置１０は、図２中の投射光学系１００が他の部品とともにユニット化された装置である。なお、図４（ａ）には、図２で示したＸ－Ｙ－Ｚ軸とともに、前後左右上下の方向が示されている。上下方向はＹ軸方向に平行、左右方向はＸ軸方向に平行、前後方向はＺ軸方向に平行である。
　図４（ａ）を参照して、発光装置１０は、上述のレーザ光源１１０と、コリメータレンズ１２０と、立ち上げミラー１３０と、ＤＯＥ１４０の他に、レーザホルダ１１１と、レンズホルダ１２１と、ＤＯＥホルダ１４１と、ハウジング１５０と、押さえバネ１６０を備えている。
　図示の如く、レーザ光源１１０は、ベース１１０ａとＣＡＮ１１０ｂとを有する。ベース１１０ａは、正面視において、外周が一部切り欠かれた円形の輪郭を有する。また、コリメータレンズ１２０は、円柱状の外周面を有する大径部１２０ａと、大径部よりも径が小さい小径部１２０ｂを有する。
　レーザホルダ１１１は、正面視において正方形の輪郭を有し、中央に円形の開口１１１ａが形成された枠部材からなっている。開口１１１ａは、レーザホルダ１１１を前後方向に貫通しており、径が異なる円柱状の２つの穴が同軸上に並んだ構成となっている。開口１１１ａの前方の穴の径は後方の穴の径よりも大きくなっており、径が変化する境界には、リング状の段差が形成されている。開口１１１ａの前方の穴の径は、レーザ光源１１０のベース１１０ａの径よりも僅かに大きい。レーザ光源１１０のベース１１０ａの後面が開口１１１ａ内の段差に当接するまで、前側からベース１１０ａを開口１１１ａに嵌め込むことにより、レーザ光源１１０がレーザホルダ１１１に対して位置決めされる。この状態で、ベース１１０ａの外周の切り欠きに接着材が注入され、レーザ光源１１０がレーザホルダ１１１に接着固定される。
　なお、レーザホルダ１１１は、熱伝導率が高い物質により形成される。たとえば、レーザホルダ１１１は、１２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高い熱伝導率を有する亜鉛等の物質からなり、一般的なダイカスト鋳造によって製造される。
　図４（ｂ）に示すように、レーザホルダ１１１の背面の外周部には、他の部分より１段高くなっている４つの段部１１１ｂが形成されている。４つの段部１１１ｂは、同じ高さ、同じ形状である。４つの段部１１１ｂの高さ方向の端面は、何れも、Ｘ－Ｙ平面に平行である。後述するように、段部１１１ｂをハウジング１５０の外側面に当接させた状態で、レーザホルダ１１１をＸ－Ｙ平面の面内方向に変位させることにより、レーザ光源１１０の位置が調整される。このとき、段部１１１ｂとハウジング１５０の外側面との間の接触面積が小さいため、レーザホルダ１１１の変位がスムーズに行われ得る。
　図４（ａ）に戻り、レンズホルダ１２１は、正面視において略円形の輪郭を有し、中央に開口１２１ａが形成された枠部材からなっている。開口１２１ａは、レンズホルダ１２１を前後方向に貫通しており、径が異なる円柱状の２つの穴が同軸上に並んだ構成となっている。開口１２１ａの前方の穴の径は後方の穴の径よりも大きくなっており、径が変化する境界には、リング状の段差が形成されている。開口１２１ａの前方の穴の径は、コリメータレンズ１２０の大径部１２０ａの径よりも僅かに大きい。コリメータレンズ１２０の大径部１２０ａの後面が開口１２１ａ内の段差に当接するまで、前側から大径部１２０ａを開口１２１ａに嵌め込むことにより、コリメータレンズ１２０がレンズホルダ１２１に対して位置決めされる。この状態で、コリメータレンズ１２０がレンズホルダ１２１に接着固定される。
　レンズホルダ１２１の上面には、前後に延びる凹部１２１ｃが形成されている。凹部１２１ｃには、前後に延びる凸部１２１ｄが形成されている。レンズホルダ１２１の側面には、それぞれ、コリメータレンズ１２０とレンズホルダ１２１を接着固定する際に接着剤を流入させるための２つの溝１２１ｂが形成されている。
　レンズホルダ１２１の下側面には、左右方向（Ｘ軸方向）に直線状に延びる矩形状の溝１２１ｅが形成されている（図５（ｂ）参照）。この溝１２１ｅは、レンズホルダ１２１の位置を前後方向（Ｚ軸方向）に調整する際に用いられる。なお、レンズホルダ１２１の周方向における凸部１２１ｄの中心と溝１２１ｅの中心は、互いに１８０度ずれた状態にある。したがって、凸部１２１ｄが真上を向くと、溝１２１ｅは真下を向く。
　ＤＯＥホルダ１４１は、下面に、ＤＯＥ１４０を装着するための段部（図示せず）が形成されている。また、ＤＯＥホルダ１４１の中央には、レーザ光を目標領域に導くための開口１４１ａが形成されている。ＤＯＥ１４０は、ＤＯＥホルダ１４１の下方向から、ＤＯＥホルダ１４１に嵌め込まれ、接着固定される。また、ＤＯＥホルダ１４１の左右の端部には、ＤＯＥホルダ１４１をハウジング１５０に固定するための段部１４１ｂが形成されている。
　ハウジング１５０は、上面視において長方形の輪郭の、有底の枠部材からなっている。ハウジング１５０は、ネジ孔１５０ｉの形状を除いて、Ｙ－Ｚ平面に平行な面に対して左右対称な形状となっている。
　ハウジング１５０は、熱伝導性の高い物質により形成される。たとえば、ハウジング１５０は、１２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する亜鉛、または、１５７Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有するマグネシウム等の高い熱伝導率を有する物質からなり、一般的なダイカスト鋳造によって製造される。なお、亜鉛は、マグネシウムに比べ、熱伝導性にやや劣るが、製造コストを抑えることができる。ハウジング１５０には、状況に応じて、最良の物質が利用される。
　ハウジング１５０の内部後側には、図示のごとく、ＹＺ平面の面内方向に４５°傾いたミラー装着部１５０ａが形成されている。立ち上げミラー１３０は、ミラー装着部１５０ａに装着され、接着固定される。また、ハウジング１５０の前方の側面には、Ｕ字型の開口１５０ｂが形成されている。開口１５０ｂの左右方向の幅は、レーザ光源１１０のＣＡＮ１１０ｂの径よりも大きい。
　ハウジング１５０の底面には、Ｚ軸調整用治具（図示せず）をレンズホルダ１２１の溝１２１ｅに案内するための孔１５０ｃが形成されている（図５（ｂ）参照）。孔１５０ｃの径は、レンズホルダ１２１の溝１２１ｅのＺ軸方向の幅よりも大きくなっている。ハウジング１５０の左右方向にならぶ２つの側面には、それぞれ、ハウジング１５０の内部にＵＶ接着剤を流入させるための２つの孔１５０ｅが形成されている。
　また、ハウジング１５０の左右方向にならぶ２つの内側面の下端には、互いに向き合う一対の傾斜面１５０ｄが形成されている。２つの傾斜面１５０ｄは、それぞれ、Ｘ－Ｚ平面に平行な面に対して下方向に同じ角度だけ傾いている。２つの傾斜面１５０ｄにレンズホルダ１２１を載せると、レンズホルダ１２１は、Ｘ軸方向（左右方向）において、変位が規制される。
　ハウジング１５０の上面には、ＤＯＥホルダ１４１を装着するための段部１５０ｆと、４つのネジ穴１５０ｇが形成されている。Ｚ軸方向における段部１５０ｆの幅は、ＤＯＥホルダ１４１の左右の段部１４１ｂの幅よりも僅かに大きい。ハウジング１５０の左右方向にならぶ２つの外側面の下端には、ハウジング１５０の外側方向に突出した２つの鍔部１５０ｈが形成されている。２つの鍔部１５０ｈには、それぞれ、後述するベースプレート３００にハウジング１５０を固定するためのネジ孔１５０ｉが形成されている。
　押さえバネ１６０は、バネ性のある板ばねであり、中央に、一段低い段部１６０ａを有する。押さえバネ１６０は、左右対称な形状を有する。押さえバネ１６０には、押さえバネ１６０をハウジング１５０に上部から固定するための４つのネジ孔１６０ｂが形成されている。
　発光装置１０の組立時には、まず、立ち上げミラー１３０が、ハウジング１５０内のミラー装着部１５０ａに装着される。これにより、立ち上げミラー１３０が、Ｘ－Ｚ平面に対してＹ－Ｚ平面の面内方向に４５度の傾きを持つように、ハウジング１５０内に設置される。
　次に、コリメータレンズ１２０が装着されたレンズホルダ１２１が、溝１２１ｅと孔１５０ｃが合うように、一対の傾斜面１５０ｄ上に載せられ、ハウジング１５０の内部に収容される。このとき、凸部１２１ｄが真上を向くようにレンズホルダ１２１を傾斜面１５０ｄ上に載せることで、溝１２１ｅと孔１５０ｃとを整合させることができる。
　そして、押さえバネ１６０の４つのネジ孔１６０ｂがハウジング１５０の４つのネジ穴１５０ｇに合うように、押さえバネ１６０がハウジング１５０の上部に当てられる。この状態で、上方から、４つのネジ孔１６０ｂを介して、４つの金属製のネジ１６１が４つのネジ穴１５０ｇに螺着される。このとき、レンズホルダ１２１の凸部１２１ｄが、押さえバネ１６０の段部１６０ａによって、下方向に押し付けられる。これにより、レンズホルダ１２１は、押さえバネ１６０の付勢によって、ハウジング１５０の傾斜面１５０ｄに押し付けられ、Ｘ軸方向（左右方向）、Ｙ軸方向（上下方向）に動かないように仮固定される。
　なお、押さえバネ１６０がハウジング１５０に装着されると、凸部１２１ｄが段部１６０ａの真中に位置付けられ、押さえバネ１６０は段部１６０ａを中心として左右均等に撓む。このため、レンズホルダ１２１は、周方向に位置ずれを起こしにくくなる。また、凸部１２１ｄが段部１６０ａの真中からずれている場合は、凸部１２１ｄを目印として、凸部１２１ｄが段部１６０ａの真中に位置付けられるように、レンズホルダ１２１を周方向に回転させればよい。これにより、溝１２１ｅと孔１５０ｃとを整合させることができる（図５（ｂ）参照）。
　こうしてレンズホルダ１２１がハウジング１５０に仮固定されると、レンズホルダ１２１と、ハウジング１５０の内側面の間には、レンズホルダ１２１がＺ軸方向（前後方向）に移動可能なように、所定の隙間が存在する。
　次に、レーザ光源１１０のＣＡＮ１１０ｂがハウジング１５０のＵ字型の開口１５０ｂに挿入されるよう、レーザホルダ１１１の後面がハウジング１５０に外側面に当てられる。このとき、ハウジング１５０に当接するのは、同図（ｂ）に示すレーザホルダ１１１の段部１１１ｂのうち、上側の段部１１１ｂを除く３つの段部１１１ｂである。レーザ光源１１０のＣＡＮ１１０ｂとハウジング１５０の開口１５０ｂとの間には、レーザ光源１１０がＸＹ軸方向（上下左右方向）に移動可能なように、所定の隙間が存在する。
　この状態で、ＸＹ軸調整用治具（図示せず）により、レーザホルダ１１１をハウジング１５０に押し付けつつ、レーザ光源１１０がＸＹ軸方向（上下左右方向）に変位され、ＸＹ軸方向（上下左右方向）の位置調整が行われる。これにより、レーザ光源１１０の光軸とコリメータレンズ１２０の光軸が整合する。また、ハウジング１５０の下部に形成された孔１５０ｃを介して、レンズホルダ１２１の溝１２１ｅにＺ軸調整用治具（図示せず）が係合され、レンズホルダ１２１のＺ軸方向（前後方向）の位置調整が行われる。これにより、コリメータレンズ１２０の焦点位置がレーザ光源１１０の発光点に対して適正に位置付けられる。
　以上の位置調整によって、目標領域において所望のドットパターンが得られるようになる。
　こうして位置調整がなされた後、レーザホルダ１１１の左右の２つの側面とハウジング１５０の側面との境界に、左右均等にＵＶ接着剤が添着される。ＵＶ接着剤が添着された後、再度、レーザ光の光軸のずれが確認され、問題なければ、ＵＶ接着剤に紫外線が照射されて、レーザホルダ１１１がハウジング１５０に接着固定される。なお、レーザ光の光軸のずれの確認において問題があった場合には、再度、レーザホルダ１１１が微調整された後に、ＵＶ接着剤に紫外線が照射され、レーザホルダ１１１がハウジング１５０に接着固定される。
　さらに、ハウジング１５０の左右の側面に形成された孔１５０ｅを介して、レンズホルダ１２１とハウジング１５０内部の傾斜面１５０ｄとが互いに当接する位置に、左右均等にＵＶ接着剤が添着される。ＵＶ接着剤が添着された後、再度、レーザ光源１１０とコリメータレンズ１２０の位置関係が確認され、問題なければ、ＵＶ接着剤に紫外線が照射されて、レンズホルダ１２１がハウジング１５０に接着固定される。なお、レーザ光源１１０とコリメータレンズ１２０の位置関係の確認において問題があった場合には、再度、レンズホルダ１２１が微調整された後に、ＵＶ接着剤に紫外線が照射され、レンズホルダ１２１がハウジング１５０に接着固定される。
　こうして、ハウジング１５０に対するレーザ光源１１０とコリメータレンズ１２０の設置が完了した後、ＤＯＥ１４０が装着されたＤＯＥホルダ１４１の段部１４１ｂがハウジング１５０の段部１５０ｆが嵌め込まれ、ＤＯＥホルダ１４１がハウジング１５０に固着される。こうして、図５（ａ）に示すように、発光装置１０の組立が完了する。図５（ａ）は、発光装置１０を上方向から見た斜視図、図５（ｂ）は、発光装置１０を下方向から見た斜視図である。
　本実施の形態では、このように、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光の光路が折り曲げられるよう投射光学系１００が構成されているため、発光装置１０は、目標領域に向かうＹ軸方向の高さが低くなり、Ｚ軸方向の長さが大きくなる。よって、ハウジング１５０の外側面のうち、底面の表面積が一番大きくなる。すなわち、ハウジング１５０は、立ち上げミラー１３０によるレーザ光の反射方向と反対側の側面の面積が一番大きくなる。
　図６ないし図８は、情報取得装置１の組立過程を示す斜視図である。なお、便宜上、受光装置２０の組立過程と受光装置２０のベースプレート３００への装着過程は図示を省略する。受光装置２０は、図２中の受光光学系２００が他の部品とともにユニット化された装置である。
　図６において、３００は、発光装置１０と受光装置２０を支持するベースプレートである。
　ベースプレート３００には、発光装置１０と受光装置２０が配置される。ベースプレート３００は、図示の如く、長方形の板状の形状を有している。また、ベースプレート３００は、１６．７～２０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有し、かつ、耐可撓性に優れるステンレス等からなる。
　ベースプレート３００には、発光装置１０をベースプレート３００に固定するための２つのネジ穴３００ａが形成されている。また、ベースプレート３００には、発光装置１０の設置位置を決める段部３０１が形成されている。発光装置１０の設置位置は、あらかじめ、発光装置１０の発光中心と受光装置２０の受光中心が、互いにＺ軸方向に並ぶように設定される。
　また、発光装置１０と受光装置２０の設置間隔は、情報取得装置１と目標領域の基準面との距離に応じて、設定される。基準面は、どの程度離れた目標物を検出対象とするかによって、情報取得装置１との距離が変わる。検出対象の目標物までの距離が近くなるほど、発光装置１０と受光装置２０の設置間隔は狭くなる。逆に、検出対象の目標物までの距離が遠くなるほど、発光装置１０と受光装置２０の設置間隔は広くなる。
　このように、ベースプレート３００の大きさは、発光装置１０と受光装置２０の並び方向において広くなる。本実施の形態では、このように広い面積のベースプレート３００が、発光装置１０から発生する熱を放熱するためのヒートシンクとして用いられ、レーザ光源１１０の温度上昇が抑制される。
　ベースプレート３００のハウジング１５０の底面が接触する部分（図中点線部）には、ハウジング１５０とベースプレート３００の密着性を向上させるために、放熱樹脂３００ｂが塗布される。放熱樹脂３００ｂは、熱伝導性樹脂と金属粉が含有されており、３～４Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する。なお、通常、ホルダ等に用いられるＰＰＳ樹脂の熱伝導率が０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であることと比較すると、ベースプレート３００のステンレスと放熱樹脂３００ｂは、十分に大きい熱伝導率を有していることが分かる。
　ベースプレート３００の中央下部には、レーザ光源１１０の配線をベースプレート３００の背部に取り出すための孔３０２が形成されている。また、ベースプレート３００の受光装置２０の設置位置の下部には、受光装置２０のコネクタ２０２をベースプレート３００の背部に露出させるための開口３０３が形成されている。さらに、ベースプレート３００には、図示のごとく、鍔部３０４が形成されており、鍔部３０４には、後述するカバー４００をベースプレート３００に固定するためのネジ穴３０４ａが形成されている。
　受光装置２０は、図２で示したように、フィルタ２１０と、アパーチャ２２０と、撮像レンズ２３０と、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０とを備えている。受光装置２０は、基板固定部２０１により、ベースプレート３００に固定されている。ベースプレート３００の背面には、ベースプレート３００に形成された開口３０３を介して、受光装置２０のコネクタ２０２が露出している。
　発光装置１０は、ハウジング１５０の側面がベースプレート３００の段部３０１に当接するように、配置される。発光装置１０は、ベースプレート３００の表面に塗布された放熱樹脂３００ｂにより、ハウジング１５０の底面がベースプレート３００に密着させられる。この状態で、２つのネジ穴３００ａと２つのネジ孔１５０ｉとが合わされ、２つの金属製のネジ３０５がそれぞれネジ孔１５０ｉとネジ穴３００ａに螺着される。なお、ネジ３０５は、ステンレス等の熱伝導率の高い金属からなる。これにより、発光装置１０が、ベースプレート３００に固着される。
　こうして、図７に示す構成体が組み立てられる。このように、発光装置１０は、放熱樹脂３００ｂにより、ハウジング１５０の底面がベースプレート３００の表面に密着して熱的に結合される。また、ハウジング１５０は、金属製のネジ３０５によって、ベースプレート３００に固着されるので、ハウジング１５０は、ネジ３０５を介在しても、ベースプレート３００と熱的に結合される。
　さらに、レーザホルダ１１１は、ハウジング１５０の外側面に固定されるため、レーザホルダ１１１は、ハウジング１５０と熱的に結合される。
　したがって、レーザ光源１１０の発光により発生する熱は、レーザホルダ１１１およびハウジング１５０を介して、ネジ３０５および放熱樹脂３００ｂによりベースプレート３００に伝達される。こうして、ベースプレート３００に伝達された熱は、ベースプレート３００の表面から、外気中に放熱される。
　本実施の形態では、ハウジング１５０は、発光装置１０がベースプレート３００の表面（ＸＺ平面）に沿って大きいサイズであるため、ハウジング１５０の底面とベースプレート３００の表面とが接触する表面積は大きいものとなる。異なる物質間の伝熱量は、接触する表面積の大きさに比例して大きくなる。そのため、ハウジング１５０からベースプレート３００に伝達される熱量も大きいものとなる。
　また、熱の伝達経路となる、レーザホルダ１１１と、ハウジング１５０と、ネジ３０５と、放熱樹脂３００ｂは、それぞれ、熱伝導性の高い物質から構成されている。よって、発光装置１０は、レーザ光源１１０の発光により発生する熱を効率よくベースプレート３００に伝達することができ、これにより、十分な放熱効果が得られる。
　図７に示す構成体が組み立てられた後、この構成体にカバー４００が装着される（図８）。このとき、ベースプレート３００のネジ穴３０４ａと、カバー４００のネジ孔４００ａが合わされ、カバー４００がベースプレート３００にネジ止めされる。これにより、図８に示す構成体の組立が完了する。図８（ａ）は、この構成体を前面から見た斜視図であり、図８（ｂ）は、この構成体を背面から見た斜視図である。
　カバー４００の前面には、発光装置１０から出射された光を目標物に導くための投射窓４０１と、目標物からの反射光を受光装置２０に導くための受光窓４０２が形成されている。ベースプレート３００の背面には、さらに、回路基板５００が設置される（図示せず）。この回路基板５００に対し、ベースプレート３００の背部に形成された孔３０２を介して、レーザ光源１１０が接続される。また、回路基板５００は、ベースプレート３００の背部に形成された開口３０３を介して、受光装置２０のコネクタ２０２と接続される。回路基板５００には、図２に示すＣＰＵ２１やレーザ駆動回路２２等の情報取得装置１の回路部が実装されている。
　図９は、本実施の形態に係る発光装置１０の放熱特性と比較例における放熱特性を説明するための模式図である。
　図９（ａ）を参照して、前述のとおり、本実施の形態におけるレーザ光源１１０は、Ｚ軸方向に向けて設置される。レーザ光源１１０から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２０により、平行光にされ、立ち上げミラー１３０によって、ＤＯＥ１４０の方に向かって反射される。したがって、レーザ光源１１０と、コリメータレンズ１２０と、立ち上げミラー１３０の並び方向（Ｚ軸方向）の長さは長くなり、目標領域に向かう方向（Ｙ軸方向）の高さＨは低いものとなる。よって、ハウジング１５０の底面がベースプレート３００の表面に接触する表面積Ｓは、大きいものとなる。
　図９（ｂ）は、比較例として、レーザ光源１１０をＺ軸方向に向けて設置せず、投射光学系１００を目標領域に向かう方向（Ｙ軸方向）に並べた場合の構成例が示されている。この場合、ハウジング１５０がベースプレート３００と接触する表面積Ｓ０が小さくなるため、ハウジング１５０とベースプレート３００の間にペルチェ素子１７０が配置されている。なお、本実施の形態と同様の構成の部分については、本実施の形態と同じ番号が各部材に付されている。
　ペルチェ素子１７０は、電極によって電気的に連結されたｎ型／ｐ型熱電半導体１７０ｃがセラミック絶縁基板１７０ａとセラミック絶縁基板１７０ｂによって挟まれて保持される。ペルチェ素子１７０は、ｎ型／ｐ型熱電半導体１７０ｃに電流を流すことによって、レーザ光源１１０において生じた熱をハウジング１５０と当接するセラミック絶縁基板１７０ａから吸収し、他方のセラミック絶縁基板１７０ｂへ熱を伝達する作用を有する。これにより、ペルチェ素子１７０は、ヒートシンクを兼ねたベースプレート３００を介して、レーザ光源１１０にて発生する熱を外部へ放熱させる。
　しかし、ペルチェ素子１７０は、熱をセラミック絶縁基板１７０ａからセラミック絶縁基板１７０ｂに移動させるために、ペルチェ素子１７０自身が発熱する。そのため、発光装置１０全体としての放熱量が大きくなり、ヒートシンクを兼ねたベースプレート３００では、円滑に放熱できないことが起こり得る。このような場合、同図（ｂ）のように、ベースプレート３００の大きさＷ０を、本実施の形態のベースプレート３００の大きさＷよりも大きくする必要がある。
　また、レーザ光源１１０にて発生する熱を効果的に移動させるためには、図に示すごとく、ハウジング１５０の下部にペルチェ素子１７０を配置する必要があり、さらに、すべての投射光学系１００がレーザ光の光軸方向に並ぶため、比較例における投射光学系１００の目標領域に向かう方向（Ｙ軸方向）の高さＨ０は、本実施の形態における投射光学系１００の高さＨよりもかなり高くなる。
　また、投射光学系１００の発光中心と受光光学系２００の受光中心の位置は、Ｚ軸方向に並ぶ必要があるため、投射光学系１００の高さＨ０に合わせて、受光光学系２００の高さｈ０も大きくなる。
　比較例において、ハウジング１５０の底面と当接するペルチェ素子１７０のセラミック絶縁基板１７０ａ、１７０ｂの熱伝導率は、通常、本実施の形態において、ハウジング１５０と当接するステンレスのベースプレート３００の熱伝導率１６．７～２０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも大きい。しかし、本実施の形態では、ハウジング１５０の底面とベースプレート３００が当接する表面積Ｓが、比較例のハウジング１５０とペルチェ素子１７０のセラミック絶縁基板１７０ａとが接触する表面積Ｓ０よりも、かなり大きい。接触する表面積が大きくなると、異なる物質間の伝熱量も比例して大きくなる。したがって、本実施の形態では、ペルチェ素子１７０を配さずとも、十分な放熱効果が得られる。
　以上、本実施の形態によれば、レーザ光源１１０から立ち上げミラー１３０までの光学系が、ベースプレート３００の表面と平行に並んで設置されるため、投射光学系１００を収容するハウジング１５０は、目標領域に向かう方向の高さが低くなり、かつ、ヒートシンクを兼ねたベースプレート３００の表面に接触するハウジング１５０の底面の表面積が大きくなる。よって、発光装置１０の薄型化を図ることができ、かつ、十分な放熱特性が得られる。
　また、本実施の形態によれば、レーザ光源１１０から発生する熱の伝達経路となるレーザホルダ１１１と、ハウジング１５０と、ネジ３０５は、それぞれ、熱伝導性の高い物質から構成されるため、レーザ光源１１０の発光により発生する熱を効率よくベースプレート３００に伝達することができる。
　また、本実施の形態によれば、たとえば図５（ａ）に示すように、ハウジング１５０の側面とレーザホルダ１１１の側面が重なるようにして、レーザホルダ１１１がハウジング１５０に装着されるため、かかる重なり部分を介してレーザ光源１１０の熱がハウジング１５０に伝わる。よって、レーザ光源１１０に対する放熱効果を高めることができる。
　また、本実施の形態によれば、ペルチェ素子等の温度調節素子を配さずとも、十分な放熱特性が得られるため、ベースプレート３００にかかる総放熱量を少なくすることができ、ベースプレート３００が比較的小さくても適切に放熱を行うことができる。
　また、本実施の形態によれば、目標領域に向かう方向において、発光装置１０の薄型化を図ることができるので、受光装置２０も薄型化することができる。
　また、本実施の形態によれば、ベースプレート３００をヒートシンクとして兼用することで、部品点数を削減することができる。
　また、本実施の形態によれば、ベースプレート３００は、耐可撓性があり、かつ、熱伝導性の高い物質から構成されるため、ベースプレートを薄型化でき、かつ、伝達された熱を効率よく放熱することができる。
　さらに、本実施の形態によれば、ハウジング１５０とベースプレート３００の間に、熱伝導性の高い放熱樹脂３００ｂが塗布されるため、ハウジング１５０とベースプレート３００は、互いに密着して熱結合される。よって、ハウジング１５０からベースプレート３００に効率よく熱を伝達することができる。
　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、また、本発明の実施の形態も上記の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、レーザホルダ１１１、ハウジング１５０の素材として、高い熱伝導性を有する亜鉛、マグネシウム等の金属を用いたが、上記実施の形態では、ヒートシンクと接する表面積を大きくすることができ、高い放熱特性を有しているため、熱伝導率が２０～３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である放熱ＰＰＳ樹脂を用いても良い。放熱ＰＰＳ樹脂は、ＰＰＳ樹脂に金属粒を包含させ、放熱特性を高めた樹脂である。通常のＰＰＳ樹脂の熱伝導率が０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であること、ステンレスの熱伝導率が１６．７～２０・９Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であることを比較すると、放熱ＰＰＳ樹脂は、非常に高い放熱特性を有していることが分かる。これにより、上記実施の形態に比べ、発光装置１０の製造コストの削減を図ることができる。
　また、上記実施の形態で示したレーザホルダ１１１、ハウジング１５０、ベースプレート３００等の素材は、例示であり、上記実施の形態で示した以外の素材もしくはそれらの素材が複合された合金等によって構成されていてもよい。たとえば、ハウジング１５０は、亜鉛やマグネシウムの他、熱伝導率が２３７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるアルミニウムを用いても良い。アルミニウムは、上記実施の形態で用いた亜鉛やマグネシウムに比べ、鋳造精度が劣り、二次加工が必要となるものの、熱伝導率が高く、低コストである。また、ベースプレート３００は、ステンレスの他、熱伝導率が３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）である銅を用いても良い。銅は、ステンレスに比べ、耐可撓性に劣るため、ベースプレート３００を厚くする必要があるが、熱伝導率が高いため、さらなる放熱特性を得ることができる。
　また、上記実施の形態では、レーザ光源１１０が投射窓１４０よりも受光装置２０に近づく位置に設置されたが、図１０（ａ）に示すように、投射窓１４０よりも受光装置２０から離れる位置にレーザ光源１１０を設置してもよいし、図１０（ｂ）に示すように発光装置１０と受光装置２０の並び方向とレーザ光源１１０の光軸が直交する位置に設置してもよい。図１０（ａ）、（ｂ）のようにレーザ光源１１０をベースプレート３００の周縁近傍に設置すれば、レーザ光源１１０からの熱が放熱され易くなり、情報取得装置１内部に熱が籠りにくくなる。ただし、図１０（ａ）、（ｂ）の場合には、上記実施の形態に比べて、ベースプレート３００のサイズがＺ軸方向またはＸ軸方向に大きくなる。
　また、目標領域の基準面が近くなると、発光装置１０と受光装置２０の間隔が短くなるため、発光装置１０と受光装置２０との間にレーザ光源１１０を配置しにくくなる。このような場合には、図１０（ａ）、（ｂ）のようにレーザ光源１１０を配置すると良い。目標領域の基準面が十分に遠方にある場合には、発光装置１０と受光装置２０との間に十分なスペースを確保できるため、上記実施の形態のように、レーザ光源１１０を受光装置２０に近づく位置に置くことで、ベースプレート３００の大きさを小さくすることができる。
　このように、ＤＯＥ１４０（投射中心）と受光装置２０（受光中心）の相対位置が変わらなければ、状況に応じて、レーザ光源１１０は、ベースプレート３００の表面に水平な面内方向において、どの方向に向けて設置してもよい。
　また、上記実施の形態では、レーザホルダ１１１の段部１１１ｂのみがハウジング１５０の外側面に当接されるようにしたが、段部１１１ｂを設けずに、レーザホルダ１１１を直接、ハウジング１５０の外側面に当接させるようにしてもよい。これにより、上記実施の形態よりも、レーザホルダ１１１に発生する熱を効率よくハウジング１５０に伝達させることができる。また、レーザホルダ１１１とハウジング１５０の外側面との間に、放熱樹脂を介在させても良い。さらに、レーザホルダ１１１を設けずに、ハウジング１５０内に直接、レーザ光源１１０が収容されるようにしてもよい。
　また、上記実施の形態では、レーザ光源１１１の光軸に垂直および水平な面内方向の断面が長方形の立方体形状のハウジング１５０を用いたが、断面が台形の立方体形状のハウジングや、断面が多角形の立方体形状のハウジングを用いても良い。この場合、ハウジングの表面積が一番大きい面がベースプレート３００と当接するように構成することで、上記実施の形態同様、レーザ光源１１１からの熱を効率よく放熱することができる。
　また、上記実施の形態では、Ｚ軸方向に向けて出射されるレーザ光を目標領域の方向に反射させるために、立ち上げミラー１３０を用いたが、立ち上げミラー１３０に代えて、入射した光の一部を反射させる偏光ビームスプリッターやリーケージミラーを用いても良い。
　また、上記実施の形態では、受光素子として、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０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。さらに、受光光学系２００の構成も、適宜変更可能である。また、情報取得装置１と情報処理装置２は一体化されても良いし、情報取得装置１と情報処理装置２がテレビやゲーム機、パーソナルコンピュータと一体化されても良い。
　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
　　　　１０　…　発光装置
　　　　２０　…　受光装置
　　　１１０　…　レーザ光源
　　　１１１　…　レーザホルダ
　　　１２０　…　コリメータレンズ
　　　１３０　…　立ち上げミラー（ミラー）
　　　１４０　…　ＤＯＥ（回折光学素子）
　　　１５０　…　ハウジング
　　　３００　…　ベースプレート（支持板）
　　３００ｂ　…　放熱樹脂

Claims (6)

  1. 　目標領域にドットパターンのレーザ光を照射する発光装置と、
    　前記発光装置に並べて配置され、前記目標領域を撮像する受光装置と、
    　前記発光装置と前記受光装置が設置され、熱伝導性を有する支持板と、を備え、
    　前記発光装置は；
    　レーザ光源と、
    　前記レーザ光源から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、
    　前記平行光に変換されたレーザ光を前記ドットパターンのレーザに変換する回折光学素子と、
    　前記コリメータレンズを透過した前記レーザ光を前記回折光学素子の方向に向けて反射するミラーと、
    　前記レーザ光源、前記コリメータレンズおよび前記ミラーが直線状に並ぶように、前記レーザ光源、前記コリメータレンズ、前記ミラーおよび前記回折光学素子を保持する熱伝導性を有するハウジングと、を有し、
    　前記ミラーによるレーザ光の反射方向と反対側の前記ハウジングの側面が平面となっており、当該平面が前記支持板の上面に置かれるように前記ハウジングが前記支持板に設置されている、
    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、
    　前記ハウジングの前記平面が設置される前記支持板の上面に、放熱樹脂が塗布されている、
    ことを特徴とする情報取得装置。
  3. 　請求項１または２に記載の情報取得装置において、
    　前記ハウジングは、前記レーザ光源、前記コリメータレンズおよび前記ミラーを収容するために上部が開放された筐体であり、当該筐体の下面が前記支持板の上面に設置される、
    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、
    　前記レーザ光源は、熱伝導性を有するレーザホルダを介して、前記ハウジングに装着され、前記レーザホルダは、前記ハウジングの側面と前記レーザホルダの側面とが重なるように、前記ハウジングに装着される、
    ことを特徴とする情報取得装置。
  5. 　請求項４に記載の情報取得装置において、
    　前記ミラーよりも前記レーザ光源が前記受光装置に近づくように、前記ハウジングが前記支持板に設置される、
    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。
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