特許 6761488 ３次元情報検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6761488

(24)【登録日】2020年9月8日

(45)【発行日】2020年9月23日

(54)【発明の名称】３次元情報検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20200910BHJP

   G01B 11/245 20060101ALI20200910BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/25 H

   G01B11/245 H

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-565503(P2018-565503)

(86)(22)【出願日】2018年1月26日

(86)【国際出願番号】JP2018002434

(87)【国際公開番号】WO2018143074

(87)【国際公開日】20180809

【審査請求日】2019年7月2日

(31)【優先権主張番号】特願2017-15818(P2017-15818)

(32)【優先日】2017年1月31日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】515337268

【氏名又は名称】ＧＲＯＯＶＥ Ｘ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(74)【代理人】

【識別番号】100170069

【弁理士】

【氏名又は名称】大原 一樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128635

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100140992

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲政

(72)【発明者】

【氏名】宇佐美 由久

(72)【発明者】

【氏名】田中 伸也

(72)【発明者】

【氏名】寺横 素

(72)【発明者】

【氏名】林 要

【審査官】 續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１２０４１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１２１５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９４２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１９４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０５８２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２３９８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５６１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１６８３１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／２５

Ｇ０１Ｂ １１／２４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定物体に画像パターンの投射光を投射する投射部と、
前記被測定物体に映る前記画像パターンをそれぞれ撮像する第１の撮像部及び第２の撮像部と、
前記投射部、前記第１の撮像部及び前記第２の撮像部を覆う光透過性のカバーと、
前記第１の撮像部及び第２の撮像部に撮像された前記画像パターンを示すステレオ画像に基づいて前記被測定物体の３次元情報を算出する算出部と、を備え、
前記投射部、前記第１の撮像部、及び前記第２の撮像部の据え付け部の少なくとも据え付け面の一部は光吸収部材で形成され、
前記カバーを通して前記被測定物体に投射された前記画像パターンの投射光のうち前記カバーで正反射した反射光が直接入射する領域外に前記第１の撮像部及び前記第２の撮像部が配置されている３次元情報検出装置。

【請求項2】

前記カバーで反射した反射光が前記据え付け面の前記第１の撮像部及び前記第２の撮像部以外の領域に入射する請求項１に記載の３次元情報検出装置。

【請求項3】

前記投射光が不可視光である請求項１又は２に記載の３次元情報検出装置。

【請求項4】

前記不可視光は近赤外光である請求項３に記載の３次元情報検出装置。

【請求項5】

前記カバーは前記不可視光の透過率が可視光の透過率よりも大きい請求項３または４に記載の３次元情報検出装置。

【請求項6】

前記据え付け面は前記投射光の投射波長における反射率が５０％以下の光吸収部材で形成されている請求項１から５の何れか１項に記載の３次元情報検出装置。

【請求項7】

前記カバーの少なくとも前記投射光が照射される部分の一部の反射面は前記投射光の投射波長における反射率が８％以下である請求項１から６の何れか１項に記載の３次元情報検出装置。

【請求項8】

前記カバーと前記第１の撮像部及び前記第２の撮像部との間に、前記反射光に多く含まれる偏光成分を除く直線偏光素子を設けた請求項１から７の何れか１項に記載の３次元情報検出装置。

【請求項9】

前記カバーの少なくとも一部は曲面形状である請求項１から８の何れか１項に記載の３次元情報検出装置。

【請求項10】

前記投射部は前記第１の撮像部と前記第２の撮像部との間に配置され、且つ前記カバーの中心から外れている請求項１から９の何れか１項に記載の３次元情報検出装置。

【請求項11】

前記投射部と、前記第１の撮像部及び第２の撮像部が据え付け部に一体的に形成され、前記据え付け部は、前記カバーと対向する同一面上を構成する据え付け面を有することを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の３次元情報検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は３次元情報検出装置に係り、特に被測定物体に画像パターンを投射し、被測定物体に映る画像パターンを利用して被測定物体の３次元情報を算出するアクティブ型の３次元情報検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から被測定物体の立体形状等の３次元情報を検出する３次元情報検出装置は、三角測量の原理が利用されている。三角測量の原理を利用した３次元情報検出装置としては、測定する被測定物体に光を投射することなく測定を行うパッシブ型の３次元情報検出装置と、測定する被測定物体に光を投射して測定を行うアクティブ型の３次元情報検出装置とが知られている。一般的にアクティブ型はパッシブ型に比べ高い検出精度を得ることができる。

【0003】

アクティブ型の３次元情報検出装置の一種として、投射部から被測定物体に光の画像パターンを投射し、投射された画像パターンを画像パターンが投射された方向とは異なる方向から２台の撮像部でステレオ画像を撮像することにより、被測定物体の３次元情報を検出する装置がある。

【0004】

特許文献１に、アクティブ型の３次元情報の検出装置が開示されており、パターン投影機と２台のカメラとを光学系として備えた三次元計測装置が開示されている。

【0005】

また、特許文献２には、パターン投影部と、２台の撮像部とを備えたデジタルカメラとして構成した撮像装置が開示されている。

【0006】

近年、３次元情報検出装置は、工場等の組立作業等を行う産業用ロボット、あるいはサービス、介護等の支援を行う民生用ロボットにおいて、作業対象を認識するための手段として広く利用されている。民生用ロボットの場合、親近感や温かみを付与する等の各種のロボット形状に形成されることが多く、例えば人型や動物型の形状に形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１２−２１５３９４号公報

【特許文献2】特開２０１１−１７６６９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特に人型や動物型の民生用ロボットにアクティブ型の３次元情報検出装置を使用する場合、投射部、第１の撮像部、第２の撮像部を備えた光学系をロボット外部に露出した状態で設置すると外観が悪くなるばかりでなく、外観の演出度や設計の自由度が制限される。

【0009】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、外観の制約に縛られないデザイン性の高いロボットに搭載可能な３次元情報検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

ロボットの外観デザインに自由度を持たせるため、光学系をロボット内部（例えばロボットの頭部）に埋め込み、光学系を光透過性のカバーで覆うことが考えられる。しかしながら、光学系をカバーで覆うと、カバーを通して被測定物体に投射した投射光の一部がカバーによって反射され、その反射光によって三角測量を正確に行うことができず、被測定物体の３次元情報の検出精度が低下してしまう。そこで、本発明者は光学系を光透過性のカバーで覆うことで、デザイン性を高めるとともに、反射光が３次元情報の検出精度の低下に影響を及ぼさない構造を創出するに至った。

【0011】

本発明の３次元情報検出装置の一態様は、被測定物体に画像パターンの投射光を投射する投射部と、被測定物体に映る画像パターンをそれぞれ撮像する第１の撮像部及び第２の撮像部と、投射部、第１の撮像部及び第２の撮像部を覆う光透過性のカバーと、第１の撮像部及び第２の撮像部に撮像された画像パターンを示すステレオ画像に基づいて被測定物体の３次元情報を算出する算出部と、を備え、投射部、第１の撮像部、及び第２の撮像部の据え付け部の少なくとも据え付け面の一部は光吸収部材で形成され、カバーを通して被測定物体に投射された画像パターンの投射光のうちカバーで正反射した反射光が直接入射する領域外に第１の撮像部及び第２の撮像部が配置されている。換言すれば、反射光が、第１の撮像部及び第２の撮像部に直接入射しないように光学系の配置関係と、カバーの形状とが設定されている。

【0012】

本発明において、カバーで反射した反射光が据え付け面の第１の撮像部及び第２の撮像部以外の領域に入射することが好ましく、据え付け面の第１の撮像部及び第２の撮像部以外の領域であって、光吸収部材で形成された領域に入射することがより好ましい。

【0013】

本発明において、投射光が不可視光であることが好ましく、不可視光は近赤外光であることが特に好ましい。

【0014】

本発明において、据え付け面は投射光の投射波長における反射率が５０％以下の光吸収部材で形成されていることが好ましい。据え付け面のより好ましい反射率は３０％以下であり、特に好ましくは１０％以下である。ここで、反射率とは正反射率と拡散反射率とを合わせた全反射率を意味し、以下同様である。

【0015】

本発明において、カバーの少なくとも投射光が照射される部分の一部の反射面は投射光の投射波長における反射率が８％以下であることが好ましい。カバーの反射面のより好ましい反射率は５％以下であり、特に好ましくは３％以下である。

【0016】

本発明において、カバーと第１の撮像部及び第２の撮像部との間に、反射光に多く含まれる偏光成分を除く直線偏光素子を設けることが好ましい。

【0017】

本発明において、カバーの少なくとも一部は曲面形状であることが好ましい。

【0018】

本発明において、投射部は第１の撮像部と第２の撮像部との間に配置され、且つ光透過性カバーの中心から外れていることが好ましい。

【0019】

カバーは不可視光の透過率が可視光の透過率よりも大きいことが好ましい。

【発明の効果】

【0020】

本発明の３次元情報検出装置によれば、投射部、第１の撮像部、第２の撮像部を備えた光学系が外部に露出しないように光透過性のカバーで覆っても被測定物体の３次元情報の検出精度が低下しないようにできる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】３次元情報検出装置の全体構成を説明する概念図

【図2】３次元情報検出装置を人型のロボットに適用した図

【図3】ロボットの頭部正面の図

【図4】ロボットの頭部を、埋め込まれた光学系の位置で横方向に切断した断面図

【図5】カバー反射光が第１の撮像部及び第２の撮像部に直接入射している説明図

【図6】カバー反射光が第１の撮像部及び第２の撮像部に直接入射しない説明図

【図7】光学系を据え付ける少なくとも据え付け面を光吸収部材で形成した図

【図8】カバー反射光の説明図

【図9】カバーと第１の撮像部及び第２の撮像部との間に直線偏光素子を配置した図

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面にしたがって本発明の３次元情報検出装置を実施するための形態について説明する。

【0023】

本発明は以下の好ましい実施の形態により説明される。本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。

【0024】

図１は、本発明の実施の形態のアクティブ型の３次元情報検出装置１０の基本構成を示す概念図である。

【0025】

図１に示すように、本実施の形態の３次元情報検出装置１０の基本構成は、主として、被測定物体１２に画像パターン１４の投射光Ｌを投射する投射部１６と、被測定物体１２に映る画像パターン１４をそれぞれ撮像する第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０と、投射部１６、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０を覆う光透過性のカバー２２と、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に撮像された画像パターン１４を示すステレオ画像に基づいて被測定物体１２の３次元情報を算出する算出部２４と、で構成される。

【0026】

なお、本実施の形態では、投射部１６、第１の撮像部１８、第２の撮像部２０の全体を総称として３次元情報検出装置１０の光学系２６と言うことにする。

【0027】

ここで、投射部１６、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０を覆う光透過性のカバー２２とは、被測定物体１２に向いた光学系２６の少なくとも正面全体を覆うカバー２２であって、投射部１６、第１の撮像部１８、第２の撮像部２０の個々の部材を個々に覆うためのカバーは含まない。

【0028】

図２は、本発明の実施の形態の３次元情報検出装置１０の光学系２６を、人型のロボット２８の頭部３０に埋め込み、光学系２６をカバー２２で覆うことによって投射や撮像のための光学窓をロボット２８の顔表面に形成した図である。

【0029】

なお、本実施の形態では、本発明の３次元情報検出装置１０を人型のロボット２８に組み込んだ例で説明するが、本発明はこれに限定されず、光学系２６をカバー２２で覆うようにしたアクティブ型の３次元情報検出装置１０の全てに適用できる。

【0030】

図２に示すように、人型のロボット２８は、主として、頭部３０と、胴体部３２と、両手部３４Ａ，３４Ｂと、両足部３６Ａ，３６Ｂと、両足部３６Ａ，３６Ｂの下端に設けられた歩行のための歩行部３８Ａ，３８Ｂとで構成される。歩行部３８Ａ，３８Ｂとしては例えば自走式の車輪等を用いることができる。

【0031】

また、胴体部３２には、ロボット２８を制御する制御装置４０（図１参照）と電源装置４２（図１参照）が内蔵される。上記した３次元情報を算出する算出部２４は、図１に示すように制御装置４０の一部として組み込んでもよく、別装置として設けてもよい。

【0032】

ロボット２８の頭部３０は、人の頭部形状に似せた略球体状に形成され、頭部３０正面の顔４４の上部両側に人の目４６Ａ，４６Ｂをイメージさせる意匠が形成され、頭部３０内部に３次元情報検出装置１０の光学系２６が埋め込まれる。

【0033】

図３は、ロボット２８の頭部３０正面の図である。また、図４は頭部３０を、埋め込まれた光学系２６の位置で横方向に切断した場合の断面を上から見た断面図である。

【0034】

図３及び図４に示すように、頭部３０正面の顔４４の中央下部から頭部３０内部へ水平に凹状の埋め込み空間４８が形成される。

【0035】

そして、埋め込み空間４８の入口開口（顔表面の開口）には、少なくとも一部が曲面形状をした光透過性のカバー２２が設けられる。このカバー２２はロボット２８の顔４４の下部に人の口２２Ａをイメージさせる意匠ともなる。

【0036】

本実施の形態では、埋め込み空間４８の形状として楕円柱形としたが、円柱形、四角柱形等の他の形状でもよい。また、本実施の形態では、カバー２２の形状として楕円形板が円弧状に曲がった円弧曲面としたが、これに限定されず、少なくとも一部が曲面形状であればよい。

【0037】

また、埋め込み空間４８の底面（入口開口の反対面）に光学系２６を据え付ける直方体状の据え付け部５０が固定される。

【0038】

直方体状の据え付け部５０の据え付け面５０Ａには、第１の撮像部１８と第２の撮像部２０とが、カバー２２の縦中心線Ｍを中心として頭部３０の幅方向に左右対称に配置され、２台の撮像部１８，２０により被測定物体１２までの距離情報を含む３次元情報が得られる。即ち、２台の撮像部１８，２０は被測定物体１２の立体情報を得るためのステレオカメラを構成している。第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０としては、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラ、ＣＭＯＳ（Complemental Metal Oxide Semiconductor）カメラ等の電子カメラを使用することができる。

【0039】

また、投射部１６は、第１の撮像部１８と第２の撮像部２０との間に配置され、投射部１６から被測定物体１２に画像パターンが投射される。画像パターン１４としては、例えば図１に示すように、予め各ドットの位置関係が定まっているランダムドットパターンが好ましい。しかし、これに限らず立体情報の取得が可能な画像パターンであれば任意の画像パターンを使用することができる。図１では、ランダムドットパターンの形成として投射部１６の正面にドットスクリーン５２を配置して図示したが、投射部１６としてランダムドットパターンプロジェクタを好適に使用することができる。

【0040】

上記の如く構成された３次元情報検出装置１０により被測定物体１２の３次元情報を検出するには、投射部１６からカバー２２を通して被測定物体１２に画像パターン１４（例えばランダムドットパターン）を投射する。そして、被測定物体１２に映る画像パターン１４を第１の撮像部１８と第２の撮像部２０との２台の撮像部で撮像し、画像パターン１４のパターン像を含むステレオ画像を取得する。

【0041】

この場合、投射部１６は第１の撮像部１８と第２の撮像部２０との間に配置され、且つ図３に示すようにカバー２２の縦中心線Ｍから外れていることが好ましい。また、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０は、投射部１６に対して左右非対称に配置されていることが好ましい。これにより、被測定物体１２の３次元検出がやり易くなるだけでなく、据え付け部５０の背面側に形成される光学系関係の回路形成が容易になる。

【0042】

そして、算出部２４において、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に撮像されたステレオ画像（各パターン像）の対応点ごとに三角測量の原理に基づいて深度（距離）を算出し、これにより被測定物体１２の３次元情報を取得する。なお、算出部２４で被測定物体１２の３次元情報を算出する方法は、ステレオ画像の視差等を利用する公知の方法によって算出することができるが、本実施の形態では発明の趣旨ではないので詳しい説明は省略する。

【0043】

これにより、本実施の形態の３次元情報検出装置１０によって、被測定物体１２の立体形状等の３次元情報を検出（認識）することができる。

【0044】

一般に、３次元情報検出装置の光学系をカバーで覆うと、カバーを通して被測定物体に投射した投射光のうち、カバーの内側で反射した反射光によって三角測量を正確に行うことができない。即ち、光学系をカバーで覆うと、アクティブ型の３次元情報検出装置が有する本来の高検出な特徴を生かせなくなるという問題がある。

【0045】

本発明者は、アクティブ型の３次元情報検出装置において、投射部、第１の撮像部及び第２の撮像部を備えた光学系をカバーで覆った場合、投射部から投射した投射光の全光量のうち、カバーの内側で正反射する反射光（以下「カバー反射光」という）の光量は通常１０％以下と少ないが、カバー反射光が第１の撮像部及び第２の撮像部に直接入射すると、被測定物体の三角測量を正確に行えなくなるとの知見を得た。

【0046】

三角測量を正確に行えなくなる理由は、第１の撮像部及び第２の撮像部に入射した光が被測定物体で反射した反射光（以下、「ワーク反射光」という）なのか、カバーで反射したカバー反射光なのかを判別できないためである。

【0047】

そこで、本発明の実施の形態の３次元情報検出装置１０では、上記の基本構成に次の２つの構成を加えることによって問題を解決するようにした。

【0048】

（第１の構成）
カバー２２通して被測定物体１２に投射された画像パターン１４の投射光Ｌのうちカバー２２で正反射したカバー反射光が、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に直接入射しないように、投射部１６、第１の撮像部１８、第２の撮像部２０及びカバー２２の配置関係と、カバー２２の形状とを設定するようにした。

【0049】

図５は、第１の構成を満足しない場合であり、図６は第１の構成を満足する場合である。なお、図５及び図６ではカバー反射光Ｒのみを示し、ワーク反射光は図示していない。

【0050】

ここで、「直接入射」とは、カバー２２で反射したカバー反射光Ｒが、直接に第１の撮像部１８又は第２の撮像部２０に入射することを言い、カバー２２で反射した後で更にカバー２２以外の部材で反射（例えば図５及び図６の点線で示す）を繰り返して最終的に第１の撮像部１８又は第２の撮像部２０に入射する間接入射は含まないことを意味する。

【0051】

図５の場合には、投射光Ｌのうちカバー２２で正反射して光学系２６の据え付け面５０Ａに直接入射するカバー反射光Ｒの直接入射最大領域Ｗの領域内に第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０が配置されている場合である。この場合には、カバー反射光Ｒが第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に直接入射する。

【0052】

一方、図６の場合には、投射光Ｌのうちカバー２２で正反射して光学系２６の据え付け面５０Ａに直接入射するカバー反射光Ｒの直接入射最大領域Ｗの領域外に第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０が配置されている場合である。この場合には、カバー反射光Ｒが第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に直接入射することはない。

【0053】

なお、図６では、カバー反射光Ｒの直接入射最大領域Ｗの領域外に第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０が配置されるように、投射部１６に対する第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０の離間距離を図５よりも大きくして配置した構造例である（以下「構造例１」という）。

【0054】

しかし、カバー反射光Ｒの直接入射最大領域Ｗの領域外に第１の撮像部及び第２の撮像部が配置されるように設定するには、上記の構造例１以外に、カバー２２の形状を設定したり（以下「構造例２」という）、カバー２２と光学系２６との離間距離を設定したり（以下「構造例３」という）することで対応することもでき、構造例１から構造例３を組み合わせることが特に好ましい。

【0055】

また、上記の３つの構造例は相互に関係するが、構造例１の投射部・撮像部距離は、１ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上、特に好ましくは１０ｍｍ以上であることが好ましい。構造例１において、投射部１６に対する第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０の離間距離が１ｍｍ未満と近すぎると、他の構造例２及び３を組み合わせても、カバー反射光Ｒが第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に直接入射しないように設定することが難しくなる。

【0056】

（第２の構成）
投射部１６、第１の撮像部１８、及び第２の撮像部２０の据え付け部５０の少なくとも据え付け面５０Ａの一部は光吸収部材５４で形成するようにした。据え付け面５０Ａの全面を光吸収部材５４で形成することがより好ましい。

【0057】

図７は、光吸収部材５４として、据え付け面５０Ａの全体に黒色有機塗料をコーティングした場合であり、スクリーン印刷等により据え付け面５０Ａにコーティングすることができる。また、本実施の形態における光吸収部材５４としては、黒色有機塗料に限らず例えば酸化チタン、酸化アルミニウム、又はこれらの複合膜のように金属酸化物の薄膜等、その他公知のものを使用することができる。

【0058】

この第２の構成により、カバー反射光Ｒのうち、据え付け面５０Ａに入射したカバー反射光Ｒは光吸収部材５４によって吸収されるので、据え付け面５０Ａで再度反射して第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に間接入射する間接入射光を減らすことができる。

【0059】

光吸収部材５４で形成した据え付け面５０Ａの反射率は、投射光Ｌの投射波長における反射率が５０％以下であることが好ましい。据え付け面５０Ａのより好ましい反射率は３０％以下であり、特に好ましくは１０％以下である。

【0060】

上記２つの構成によって、投射部１６、撮像部１８，２０からなる光学系２６が外部に露出しないように光透過性のカバー２２で覆っても三角測量を正確に行うことができるので、被測定物体１２の３次元情報の検出を高精度に行うことができる。

【0061】

また、光学系２６をカバー２２で覆っても三角測量を一層正確に行うことができ、高い精度で３次元情報を検出するためには、上記の第１の構成及び第２の構成に加えて以下に説明する（１）〜（５）の構成を加えることが好ましい。

【0062】

（１）カバー２２で反射したカバー反射光Ｒの全量のうちの８０％以上が据え付け面５０Ａに入射するようにすることが好ましい。９０％以上がより好ましく、９５％以上が更に好ましい。

【0063】

即ち、カバー反射光Ｒが、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に直接入射しないための上記第１の構成に加えて、カバー反射光Ｒの全量のうちの９０％以上が据え付け面５０Ａに入射するように、上記の構造例１から構造例３の少なくとも１つを実施する。

【0064】

ここで言う据え付け面５０Ａとは、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０を除いた撮像部周囲の据え付け面を指すことは言うまでもない。

【0065】

上記第１の構成によって、カバー反射光Ｒが第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に直接入射しなくても、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に間接入射する光が多いと三角測量の正確性が低下し易い。

【0066】

したがって、カバー反射光Ｒの全量のうちの９０％以上が光吸収部材５４で形成された据え付け面５０Ａに入射するようにすれば、カバー反射光Ｒの多くは据え付け面５０Ａで吸収される。これにより、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に間接入射するカバー反射光Ｒの光量を顕著に減らすことができるので、三角測量を一層正確に行うことができる。

【0067】

この場合、カバー反射光Ｒの全量のうちの９５％以上が光吸収部材５４で形成された据え付け面５０Ａに入射することがより好ましく、９８％以上が特に好ましい。

【0068】

（２）投射光Ｌが不可視光であることが好ましく、不可視光としては近赤外光（波長７８０ｎｍ〜２０００ｎｍ）であることが特に好ましい。

【0069】

近赤外光は可視光に比べて波長が長いため、散乱しにくい性質を有するので、カバー２２で正反射したカバー反射光Ｒが、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に直接入射しないように、構造例１から構造例３の設定を行い易くなる。

【0070】

不可視光を使用する場合、カバー２２は不可視光の透過率が可視光の透過率よりも大きいことが好ましい。例えば、カバー２２に不可視光が透過し易く、可視光が透過しにくいフィルタ（図示せず）を設けることができる。これにより、３次元情報検出装置１０を人型のロボット２８に適用する場合に、カバー２２での不可視光の反射を減少させることができるだけでなく、ロボット２８の外からカバー２２内部の光学系２６が見えにくくなるので、意匠的に好ましい。

【0071】

また、近赤外光の散乱しにくい性質を利用して、煙や薄い布などを透過して向こう側の被測定物体を撮影することができる。更に、目に見えないという特性もあるため、夜間に被測定物体１２を近赤外光で照らしても被測定物体１２に気付かれることなく撮像することができる。

【0072】

（３）カバー２２の少なくとも投射光Ｌが照射される部分の一部の反射面は、投射光Ｌの投射波長における反射率が８％以下であることが好ましい。カバーのより好ましい反射率は５％以下であり、特に好ましくは３％以下である。

【0073】

図８は、投射部１６から投射された投射光Ｌがカバー２２で正反射する状態を拡大した図である。

【0074】

図８に示すように、カバー２２の反射は、カバー２２の表面（入射側の空気との界面）と裏面（射出側の空気と界面）の両面で反射される。即ち、カバー２２は表面と裏面との２つの反射面（又は反射界面）を有する。

【0075】

したがって、投射光Ｌの投射波長におけるカバー２２の反射率は表面と裏面の両面での反射率の合計になる。また、反射率とは正反射率と拡散反射率とを合わせた全反射率を意味することは上述の通りである。

【0076】

例えば、投射光Ｌとして近赤外光を使用し、カバー２２をポリカーボネートで形成した場合、表面と裏面とでの反射率はそれぞれ約５％であり、カバー２２の反射率は合計で約１０％になる。

【0077】

カバー２２の反射率を小さくするには、カバー２２の表面及び裏面の少なくとも一方面に、例えばＤＬＣ膜（Diamond like Carbon）、フッ化マグネシウム膜等の公知の反射防止膜を設けることにより達成できる。

【0078】

これにより、カバー２２でのカバー反射光Ｒを顕著に減らすことができるので、三角測量を一層正確に行うことができる。

【0079】

（４）図９に示すように、カバー２２と第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０との間に、カバー反射光Ｒに多く含まれる偏光成分を除去する直線偏光素子５６，５６を設けることが好ましい。

【0080】

投射光Ｌがカバー２２の表面（入射側の空気との界面）と裏面（射出側の空気と界面）の両面で反射されるときには、その光をＳ波成分とＰ波成分とに分けることができ、通常、カバー反射光ＲにはＳ波成分とＰ波成分の一方が他方よりも多く含まれる。

【0081】

したがって、カバー２２と第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０との間に、カバー反射光Ｒに多く含まれる偏光成分を除去する直線偏光素子５６，５６を設ければ、カバー反射光Ｒを顕著に減少することができるので、三角測量を一層正確に行うことができる。

【0082】

（５）本実施の形態におけるカバー２２は平面形状であることも含むが、少なくとも一部は曲面形状であることがより好ましい。換言すると、投射部１６とカバー２２との少なくとも一部が平行でなく、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０とカバー２２との少なくとも一部が平行でないことが好ましい。

【0083】

カバー２２が平面形状であるよりも曲面形状の方が、カバー２２で正反射したカバー反射光Ｒが拡がり易く、第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に直接入射し難くなるので、本発明が一層有効になる。

【0084】

例えば、カバー２２における投射光Ｌの反射領域のカバー形状が投射部１６に対して平行な平面形状ではなく、曲面形状である場合に本発明が一層有効になる。また、カバー２２における第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０の撮像領域のカバー形状が第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に対して平行な平面形状ではなく、曲面形状である場合に本発明が一層有効になる。

【0085】

また、カバー２２を曲面形状にすることにより、３次元情報検出装置１０の光学系をロボット２８の頭部３０に埋め込んだときに、ロボット２８の顔４４の曲面に合わせて光学窓を形成することができ、外観の演出度を一層高めることができる。

【0086】

また、カバー２２と光学系２６との離間距離は、１ｍｍ以上であることが好ましく、５ｍｍ以上が更に好ましく、１０ｍｍ以上が特に好ましい。カバー２２と光学系２６との離間距離が大きいほどカバー反射光Ｒの直接入射最大領域Ｗが大きくなり、カバー反射光Ｒが第１の撮像部１８及び第２の撮像部２０に直接入射し難くなるので、本発明が一層有効になる。

【0087】

また、光吸収部材５４がコーティングされたフィルムは、据え付け面５０Ａの前方に取り付けられてもよい。据え付け面５０Ａとカバー２２の間に光吸収部材５４を設けることで、投射光Ｌがカバー２２の内側で繰り返し反射することを防ぎ、反射光が計測精度に及ぼす悪影響を抑えることができる。

【符号の説明】

【0088】

１０…３次元情報検出装置
１２…被測定物体
１４…画像パターン
１６…投射部
１８…第１の撮像部
２０…第２の撮像部
２２…カバー
２２Ａ…人の口
２４…算出部
２６…光学系
２８…ロボット
３０…頭部
３２…胴体部
３４Ａ、３４Ｂ…両手部
３６Ａ、３６Ｂ…両足部
３８Ａ、３８Ｂ…歩行部
４０…制御装置
４２…電源装置
４４…顔
４６Ａ、４６Ｂ…人の目
４８…埋め込み空間
５０…据え付け部
５０Ａ…据え付け面
５２…ドットスクリーン
５４…光吸収部材
５６…直線偏光素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】