CN112041726A - 电磁波检测装置以及信息获取系统 - Google Patents

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Abstract

电磁波检测装置具有:第一行进部,具有基准面和多个像素,使入射至基准面的电磁波针对每个像素向特定的方向行进;第一检测部,检测入射至第一检测面的电磁波;第二检测部,检测入射至第二检测面的电磁波;以及第二行进部,具有第一面、第二面以及第三面。第三面将向第一方向行进的电磁波分离为向第二检测部入射的电磁波以及向第二方向行进的电磁波。第一面使向第二方向行进的电磁波入射至基准面,使从基准面再入射的电磁波向第三方向行进。第三面使向第三方向行进的电磁波向第四方向行进。第二面将向第四方向行进的电磁波向第一检测面射出。

Description

电磁波检测装置以及信息获取系统
相关申请的相互参照
本申请主张日本专利申请2018-90180号(2018年5月8日申请)的优先权,并将该申请的公开全部内容引入本申请用于参照。
技术领域
本发明涉及一种电磁波检测装置以及信息获取系统。
背景技术
现在已知一种将成像于镜器件并由镜器件反射的像进一步成像于拍摄元件的结构(例如,参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第3507865号公报
发明内容
本发明的一个实施方式的电磁波检测装置具有第一行进部、第一检测部、第二检测部以及第二行进部。所述第一行进部具有基准面和沿着所述基准面而配置的多个像素,使入射至所述基准面的电磁波针对每个所述像素向特定的方向行进。所述第一检测部具有第一检测面并检测入射至所述第一检测面的电磁波。所述第二检测部具有第二检测面并检测入射至所述第二检测面的电磁波。所述第二行进部具有与所述基准面对置的第一面、与所述第一检测面对置的第二面、以及与所述第一面以及所述第二面交叉的第三面。所述第三面将向与所述第三面交叉的第一方向行进的电磁波分离为在所述第三面上反射并向所述第二检测部入射的电磁波以及向与所述第一面交叉的第二方向行进的电磁波。所述第一面使向所述第二方向行进的电磁波入射至所述基准面。所述第一面使从所述基准面再入射的电磁波向与所述第三面交叉的第三方向行进。所述第三面使向所述第三方向行进的电磁波向与所述第二面交叉的第四方向行进。所述第二面将向所述第四方向行进的电磁波向所述第一检测面射出。
本发明的一个实施方式的信息获取系统包括电磁波检测装置以及控制装置。所述电磁波检测装置具有第一行进部、第一检测部、第二检测部以及第二行进部。所述第一行进部具有基准面和沿着所述基准面而配置的多个像素,使入射至所述基准面的电磁波针对每个所述像素向特定的方向行进。所述第一检测部具有第一检测面并检测入射至所述第一检测面的电磁波。所述第二检测部具有第二检测面并检测入射至所述第二检测面的电磁波。所述第二行进部具有与所述基准面对置的第一面、与所述第一检测面对置的第二面、以及与所述第一面以及所述第二面交叉的第三面。所述第三面将向与所述第三面交叉的第一方向行进的电磁波分离为在所述第三面上反射并向所述第二检测部入射的电磁波以及向与所述第一面交叉的第二方向行进的电磁波。所述第一面使向所述第二方向行进的电磁波入射至所述基准面。所述第一面使从所述基准面再入射的电磁波向与所述第三面交叉的第三方向行进。所述第三面使向所述第三方向行进的电磁波向与所述第二面交叉的第四方向行进。所述第二面将向所述第四方向行进的电磁波向所述第一检测面射出。所述控制装置基于由所述检测部的电磁波的检测结果来获取与周围相关的信息。
附图说明
图1是表示实施方式1的电磁波检测装置的结构例的图。
图2是用于说明电磁波对于第三面的入射角的图。
图3是表示实施方式1的电磁波检测装置的结构例的框图。
图4是表示一个实施方式的信息获取系统的结构例的框图。
图5是表示比较例的电磁波检测装置的结构例的图。
图6是表示第二行进部具有两个棱镜的结构例的图。
图7是表示第二行进部还具有中间层的结构例的图。
图8是用于说明电磁波对于第四面的入射角的图。
图9是表示实施方式2的电磁波检测装置的结构例的图。
图10是表示实施方式2的电磁波检测装置的结构例的框图。
图11是表示第二行进部还具有分离部的结构例的图。
图12是表示第二行进部还具有分离部和中间层的结构例的图。
图13是表示第二行进部还具有两个棱镜的结构例的图。
图14是表示第二行进部在两个棱镜之间具有中间层的结构例的图。
图15是表示第二行进部在两个棱镜之间具有分离部和中间层的结构例的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行详细地说明。在以下的说明中所使用的附图是示意性的附图。附图上的尺寸比率等未必一定与现实的尺寸比率一致。
(实施方式1)
使用了数字微镜器件(DMD:Digital Mirror Device)等的二次成像光学系统可具有将入射光在DMD上成像的第一透镜和使来自DMD的反射光成像并在传感器上成像的第二透镜。根据DMD的特性,入射光与反射光所成的角度可能变得比较小。在入射光与反射光所成的角度较小的情况下,反射光容易被第一透镜遮挡。通过反射光被遮挡,可能产生反射光的渐晕。反射光的渐晕可能减少使反射光成像而得到的图像中的光量,并且可能产生每个视角的光量变化。另外,在入射光与反射光所成的角度较小的情况下,第一透镜和第二透镜的大小或位置可能受到限制。假设在为了避免这些问题而加长第一透镜的后焦距的情况下,光学系统变大或者透镜的成像性能变差或者难以广角化。如图1所示,本发明的一个实施方式的电磁波检测装置1通过控制来自DMD的反射光的行进方向,能够在不延长第一透镜的后焦距的情况下确保入射至传感器的光量,并且能够减少每个视角的光量变化。通过不使第一透镜的后焦距变长,能够使光学系统小型化及广角化,并且能够提高光学系统的成像性能。
如图1所示,实施方式1的电磁波检测装置1具有第一行进部10、第二行进部20以及第一检测部40。电磁波检测装置1检测从检测对象66到来的电磁波。电磁波检测装置1通过第一行进部10和第二行进部20来控制电磁波的行进方向。电磁波检测装置1使电磁波沿着例如图1所示的行进轴30行进。行进轴30相当于电磁波是光的情况下的各视角中的主光线。沿着行进轴30行进的电磁波具有由光束30a表示的规定范围的扩展。电磁波检测装置1使电磁波入射到第一检测部40,由第一检测部40检测电磁波。第一检测部40也简称为检测部。
第一行进部10具有基准面11和沿着基准面11而位于其上的多个像素12。也可以说,多个像素12沿着基准面11配置。像素12能够改变入射至基准面11的电磁波的行进方向。像素12能够使入射至基准面11的电磁波转变为向规定方向行进的第一状态和向与规定方向不同的方向行进的第二状态中的任一种状态。第一行进部10也可以使各像素12转变为第一状态和第二状态中的任一种状态。第一行进部10还可以具有控制各像素12的状态的转换的处理器。各像素12通过转换为第一状态以及第二状态中的任一种状态,使入射至基准面11的电磁波向特定的方向行进。向第一状态转换的像素12由实线表示作为像素12a。向第二状态转换的像素12由虚线表示作为像素12b。
像素12可以具有反射入射至基准面11的电磁波的反射面。第一行进部10通过控制各像素12的反射面的朝向,来决定要反射入射至基准面11的电磁波的方向。各像素12的反射面的朝向也可以与第一状态以及第二状态分别对应。即,也可以在第一行进部10转换为第一状态的情况下以及转换为第二状态的情况下,通过使像素12的反射面的朝向不同,来决定反射电磁波的方向。第一行进部10可以具有DMD或MEMS(Micro Electro MechanicalSystems:微机电系统)反光镜等镜器件。像素12也可以是反光镜元件。基准面11也可以是反光镜元件的排列面。
第一行进部10的像素12可以具有包括反射电磁波的反射面的快门(shutter)。在快门打开的情况下,电磁波透过并向规定方向行进。快门打开的状态是与第一状态建立对应的状态。在快门关闭的情况下,电磁波反射并向与规定方向不同的方向行进。快门关闭的状态是与第二状态建立对应的状态。在像素12具有快门的情况下,第一行进部10也可以具有MEMS快门等,该MEMS快门具有沿着基准面11呈阵列状地排列的能够控制开关的快门。
第一行进部10的像素12也可以具有液晶快门。液晶快门能够通过控制液晶的取向状态,转换为透过电磁波的透过状态和反射电磁波的反射状态中的任一种状态。透过状态和反射状态分别与第一状态和第二状态建立对应。
电磁波检测装置1还可以具有第一成像部31。第一成像部31可以使入射的电磁波在基准面11成像。即,第一成像部31也可以是该成像点位于基准面11的光学构件。第一成像部31也可以是包括透镜以及反光镜中的至少一方的光学构件。第一成像部31也可以通过使具有光束30a而入射的电磁波以光束30a变窄的方式折射,由此在基准面11上成像。
第一检测部40也可以具有第一检测面41。第一检测面41也简称为检测面。第一检测部40可以在第一检测面41上具有至少一个检测元件。第一检测部40也可以检测电磁波入射至第一检测面41的情况。第一检测部40也可以检测入射至第一检测面41的电磁波的强度。在该情况下,第一检测部40也可以不将电磁波作为像进行检测。
第一检测部40也可以具备沿着第一检测面41呈阵列状地排列的检测元件。第一检测部40也可以包括例如图像传感器或者成像阵列等的拍摄元件。在该情况下,第一检测部40也可以对由入射至第一检测面41的电磁波构成的像进行拍摄并生成图像信息。
第一检测部40也可以对由可见光构成的像进行拍摄。第一检测部40并不限于对由可见光构成的像进行拍摄,也可以对由红外线、紫外线、或其他电波等构成的像进行拍摄。第一检测部40也可以包括测距传感器。在第一检测部40包括测距传感器的情况下,电磁波检测装置1能够通过第一检测部40获取图像状的距离信息。第一检测部40也可以包括热传感器。在第一检测部40包括热传感器的情况下,电磁波检测装置1能够通过第一检测部40获取图像状的温度信息。
第一检测部40也可以包括单一的检测元件。单一的检测元件也可以是APD(Avalanche Photo-Diode:雪崩光电二极管)、PD(Photo-Diode:光电二极管)、SPAD(SinglePhoton Avalanche Diode:单光子雪崩二极管)、毫米波传感器、亚毫米波传感器、或者测距图像传感器等。第一检测部40也可以包括检测元件阵列。检测元件阵列也可以是APD阵列、PD阵列、MPPC(Multi Photon Pixel Counter:多光子像素计数器)、测距成像阵列、或者测距图像传感器等。
电磁波检测装置1还可以具有第二成像部32。第二成像部32可以使被第一行进部10以及第二行进部20控制为入射至第一检测部40的电磁波在第一检测面41上成像。即,第二成像部32也可以是其成像点位于第一检测面41的光学构件。第二成像部32也可以是包括透镜以及反光镜中的至少一方的光学构件。第二成像部32可以通过使具有光束30a而入射的电磁波以光束30a变窄的方式折射,由此在第一检测面41上成像。第一检测部40也可以对通过第二成像部32在第一检测面41上成像的像进行拍摄。
在第一检测部40由单一的元件构成的情况下,电磁波也可以不在第一检测面41上成像。在该情况下,第一检测部40也可以不设置在第二成像部32的成像位置即二次成像位置或二次成像位置附近。即,第一检测部40可以配置在从第二行进部20射出的电磁波能够入射至第一检测面41的任意位置。
电磁波检测装置1还可以具有放射部62。放射部62向由第一检测部40检测的检测对象66放射电磁波。第一检测部40可以通过检测来自检测对象66的反射波,来检测检测对象66。放射部62也可以放射红外线、可见光线、紫外线以及电波中的至少一种。放射部62可以包括例如LED(Light Emitting Diode:发光二极管)或LD(Laser Diode:激光二极管)等。
电磁波检测装置1可以通过对从放射部62放射的电磁波进行扫描,从而映射从检测对象66检测的信息。放射部62可以通过分阶段扫描(Phased scan)方式对电磁波进行扫描,该分阶段扫描方式能够通过控制放射的电磁波的相位来改变电磁波的放射方向。电磁波检测装置1还可以具有对放射部62所放射的电磁波进行扫描的扫描部64(参照图3)。扫描部64具有反射放射部62所放射的电磁波的扫描反射面,通过变更扫描反射面的朝向而对电磁波进行扫描。扫描部64也可以包括MEMS反光镜、多面反光镜以及电流镜中的至少一种。
在电磁波检测装置1从放射部62向检测对象66放射电磁波的情况下,第一检测部40可以是检测从放射部62向检测对象66放射的电磁波的反射波的有源传感器。第一检测部40也可以是无论是否是从放射部62放射的电磁波而检测从检测对象66到来的电磁波的无源传感器。
第二行进部20具有第一面21、第二面22以及第三面23。第一面21与第一行进部10的基准面11对置。第二面22与第一检测部40的第一检测面41对置。在电磁波检测装置1具有第二成像部32的情况下,第二面22经由第二成像部32与第一检测面41对置。第三面23分别与第一面21以及第二面22交叉。
第二行进部20可以包括具有至少三个面的棱镜。在该情况下,第二行进部20的第一面21、第二面22以及第三面23可以分别与棱镜所具有的面建立对应。在包括电磁波的行进轴30的俯视图中,如图1所例示的那样,第二行进部20可以是具有第一面21、第二面22以及第三面23作为边的三角形。在包括电磁波的行进轴30的俯视图中,第二行进部20也可以是还具有其他面作为边的四边形等的多边形。对棱镜的各面也可以实施防反射涂层等。
电磁波检测装置1的各结构部通过控制电磁波的行进方向,由此电磁波能够沿着如图1所例示的行进轴30行进。
电磁波沿由D1表示的第一方向行进,入射至第三面23。在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,电磁波在通过第一成像部31之后,沿第一方向行进并入射至第三面23。第三面23使电磁波沿由D2表示的第二方向行进。即,电磁波在沿第一方向行进并入射至第三面23之后,沿第二方向行进。电磁波能够在第三面23上折射并改变行进方向。即,第一方向和第二方向可以是不同的方向。在电磁波垂直入射至第三面23的情况下,能够不在第三面23折射而直行。即,第一方向和第二方向也能够是相同的方向。
电磁波在第二行进部20的内部向第二方向行进,并从第一面21射出。第二方向也可以与第一面21正交。射出的电磁波朝向第一行进部10的基准面11行进。即,第一面21将向第二方向行进的电磁波朝向基准面11射出。第一面21也可以与基准面11平行。第一面21入射至基准面11的电磁波的行进方向可以与基准面11正交。
电磁波被第一行进部10的像素12反射,再入射至第一面21。在电磁波再入射至第一面21之后,向由D3表示的第三方向行进。在像素12转换为第一状态的情况下,被像素12反射的电磁波向第三方向行进。另一方面,在像素12转换为第二状态的情况下,向由Dz表示的方向行进,从第三面23射出,未到达第一检测部40。
电磁波在第二行进部20的内部向第三方向行进,到达第三面23。电磁波被第三面23反射,向由D4表示的第四方向行进。即,第三面23使沿第三方向行进的电磁波在第二行进部20的内部反射,向第四方向行进。电磁波也可以被第三面23全反射。即,第三面23也可以将向第三方向行进的电磁波在第二行进部20的内部全反射。
电磁波在第二行进部20的内部向第四方向行进,并从第二面22射出。第四方向也可以与第二面22正交。射出的电磁波朝向第一检测部40的第一检测面41行进。即,第二面22将向第四方向行进的电磁波朝向第一检测面41射出。第二面22也可以与第一检测面41平行。第二面22射出的电磁波的行进方向也可以与第一检测面41正交。
在电磁波检测装置1具备第二成像部32的情况下,电磁波从第二面22射出之后,通过第二成像部32,入射至第一检测面41。第二成像部32的主面也可以与第一检测面41平行。第二成像部32的主面也可以与第二面22平行。
如上所述,电磁波检测装置1通过使第一行进部10的像素12转换为第一状态以及第二状态中的任一种状态,从而能够控制是否使从第三面23入射的电磁波入射至第一检测面41。
如图2所示,在第二行进部20的内部,沿着行进轴30向由D3表示的第三方向行进的电磁波以由A1表示的入射角入射至第三面23。第三面23对应于第二行进部20与其外界的边界面。设外界的折射率为μ,第二行进部20的折射率为α,α>μ成立。在电磁波对于第三面23的入射角(A1)为临界角以上的情况下,入射至第三面23的电磁波被第三面23全反射。在图2的例子中的临界角由CA1表示的情况下,以下的式(1)成立。
sin(CA1)=μ/α (1)
即使在电磁波整体上沿着行进轴30行进的情况下,也不仅包括沿着行进轴30行进的成分,还包括在光束30a的范围内相对于行进轴30倾斜地行进的成分。例如,在图2中,沿第三方向行进的电磁波的光束30a伴随着电磁波沿着行进轴30行进而扩展。在该情况下,电磁波以从由A1min表示的角度到由A1max表示的角度的范围内的入射角入射至第三面23。在从A1min到A1max的角度为基于上述的式(1)的临界角(CA1)以上的情况下,入射至第三面23的电磁波的全部被第三面23全反射。第二行进部20可以构成为电磁波的入射角(A1)成为临界角(CA1)以上。例如,可以以电磁波的入射角(A1)为临界角(CA1)以上的方式决定第二行进部20的折射率(α)的值或者第三面23相对于第一面21的角度。
即使在第一检测部40未将电磁波作为像进行检测的情况下,电磁波检测装置1通过使第一行进部10的多个像素12一个一个地转换为第一状态,也能够获取由电磁波构成的像作为图像信息。例如,电磁波检测装置1通过使像素12的状态与第一检测部40的检测结果同步,能够一维或二维地检测电磁波。
如图3所示,电磁波检测装置1还可以具有控制部60。控制部60通过控制第一行进部10,从而能够控制电磁波的行进方向。控制部60也可以从第一检测部40获取电磁波的检测结果。控制部60也可以从第一检测部40获取与由电磁波构成的像相关的图像信息。控制部60也可以通过使第一行进部10的各像素12的控制与从第一检测部40获取的检测结果同步,来获取与由电磁波构成的像相关的图像信息。控制部60也可以控制放射部62或扫描部64,来控制电磁波的放射或扫描。控制部60也可以基于与电磁波的放射或扫描相关的控制以及从第一检测部40获取的检测结果,来获取与由电磁波构成的像相关的图像信息。
在第一检测部40为测距传感器的情况下,控制部60也可以获取距离信息。控制部60可以基于从第一检测部40获取的检测结果,通过ToF(Time of Flight)方式,获取与检测对象66相关的距离信息。控制部60可以执行Direct ToF方式作为ToF方式,在Direct ToF方式中,直接测量从放射电磁波到检测反射波的时间。控制部60也可以执行Flash ToF方式作为ToF方式,在Flash ToF方式中,周期性地放射电磁波,并基于放射的电磁波的相位和反射波的相位,间接测量从放射电磁波到检测反射波的时间。控制部60也可以执行Phased ToF等其他方式作为ToF方式。控制部60也可以通过使放射部62放射电磁波来执行ToF方式。
控制部60可以包括例如时间测量LSI(Large Scale Integrated circuit:大规模集成电路)。控制部60可以计算从使放射部62放射电磁波的时刻开始到由第一检测部40检测到来自检测对象66的反射波的时刻为止所经过的时间作为响应时间。控制部60可以基于响应时间来计算到检测对象66的距离。在使放射部62或扫描部64扫描电磁波的情况下,控制部60可以通过使电磁波的放射方向与从第一检测部40获取的检测结果同步,来制作图像状的距离信息。
在第一检测部40为热传感器的情况下,控制部60可以获取温度信息。控制部60也可以基于从第一检测部40获取到的电磁波的检测结果,来获取与电磁波检测装置1的周围相关的信息。与周围相关的信息可以包括图像信息、距离信息以及温度信息中的至少一种。
控制部60包括一个以上的处理器以及存储器。处理器可以包括读取特定的程序并执行特定的功能的通用的处理器以及专用于特定的处理的专用的处理器中的至少一方。专用的处理器可以包括面向特定用途IC(ASIC:Application Specific IntegratedCircuit)。处理器可以包括可编程逻辑器件(PLD:Programmable Logic Device)。PLD也可以包括FPGA(Field Programmable Gate Array:现场可编程门阵列)。控制部60可以包括一个或者多个处理器协同动作的SoC(System-on-a-Chip:片上系统)以及SiP(System-in-a-Package:系统级封装)中的至少一个。
如图4所示,一个实施方式的信息获取系统100具有电磁波检测装置1和控制装置2。控制装置2可以基于第一检测部40中的电磁波的检测结果,来获取与电磁波检测装置1的周围相关的信息。与周围相关的信息可以包括图像信息、距离信息以及温度信息中的至少一个。
在本实施方式的电磁波检测装置1中,第二行进部20的第三面23使沿着行进轴30入射的电磁波向第二方向行进,并且反射从第三方向行进的电磁波,并向第二面22行进。
另一方面,图5所示的比较例的电磁波检测装置9不具有第二行进部20。在比较例的电磁波检测装置9中,沿着行进轴30行进的电磁波被第一行进部10反射,入射至第一检测部40。在该情况下,第一检测部40位于入射至电磁波检测装置9的电磁波的附近,能够对该电磁波产生影响。在电磁波检测装置1具有第二成像部32的情况下,第二成像部32位于入射至电磁波检测装置9的电磁波的附近,能够对该电磁波产生影响。在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,第一成像部31能够对被第一行进部10反射而朝向第一检测部40的电磁波产生影响。在第一检测部40或第二成像部32等对电磁波产生影响的情况下,能够减少入射至第一检测部40的电磁波的光量。假设第一成像部31的后焦距变长,则第一检测部40能够远离第一成像部31。但是,由于第一成像部31的后焦距变长,因此电磁波检测装置9整体上变大。
本实施方式的电磁波检测装置1通过具有第二行进部20,能够使电磁波向第二面22行进。通过电磁波向第二面22行进,与电磁波检测装置9相比,第一检测部40能够远离入射至电磁波检测装置1的电磁波而配置。在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,通过在第一成像部31的后焦距的部分具有第二行进部20,与电磁波检测装置9相比,第一检测部40能够远离第一成像部31而配置。这样一来,能够确保入射至第一检测部40的电磁波的光量。在该情况下,第一成像部31的后焦距与电磁波检测装置9相比,也可以不变长。即,通过电磁波检测装置1具有第二行进部20,能够使整体小型化,并且能够确保入射至第一检测部40的电磁波的光量。通过电磁波检测装置1具有第二行进部20,电磁波检测装置1不会变大,就能够降低对入射的电磁波的影响。
如图6所示,在一个实施方式的电磁波检测装置1中,第二行进部20可以具有第一棱镜20a和第二棱镜20b。第二棱镜20b的折射率比第一棱镜20a的折射率小。第一棱镜20a具有第一面21、第二面22以及第三面23。第二棱镜20b具有第四面24、第五面25以及第六面26。即,第一棱镜20a以及第二棱镜20b分别具有至少三个面。第二棱镜20b的第四面24和第一棱镜20a的第三面23一起形成第一棱镜20a与第二棱镜20b之间的边界面。第二棱镜20b的第五面25与电磁波入射至第二行进部20的方向交叉。第二棱镜20b的第六面26与第四面24以及第五面25交叉。在包括电磁波的行进轴30的俯视图中,如图6例示的那样,第二棱镜20b可以是具有第四面24、第五面25以及第六面26作为边的三角形。在包括电磁波的行进轴30的俯视图中,第二棱镜20b也可以是还具有其他的面作为边的四边形等多边形。
电磁波能够沿图6所例示的行进轴30行进。电磁波入射至第二棱镜20b的第五面25。在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,电磁波在通过第一成像部31之后,入射至第五面25。第一成像部31的主面可以与第五面25平行。第一成像部31使电磁波入射至第五面25的方向可以与第五面25正交。第五面25使入射的电磁波向由D1表示的第一方向行进。即,电磁波在第二棱镜20b的内部向第一方向行进。
向第一方向行进的电磁波从第四面24射出,并入射至第一棱镜20a的第三面23。即,电磁波通过第一棱镜20a与第二棱镜20b的边界面。第四面24或第三面23使电磁波向由D2表示的第二方向行进。即,电磁波在通过边界面之后,向第二方向行进。电磁波在第一棱镜20a与第二棱镜20b的边界面折射,能够改变行进方向。即,第一方向和第二方向可以是不同的方向。在电磁波垂直入射至边界面的情况下,能够不在边界面折射而直行。即,第一方向和第二方向可以是相同的方向。
在第一棱镜20a的内部向第二方向行进的电磁波通过能够沿着行进轴30行进,向第一面21射出,从第一面21再入射,被第三面23反射,从第二面22射出,并入射至第一检测面41。
在第一棱镜20a的第三面23是与第二棱镜20b之间的边界面的情况下,基于第一棱镜20a以及第二棱镜20b各自的折射率来决定对第三面23入射的电磁波的临界角。设第一棱镜20a的折射率为β,第二棱镜20b的折射率为γ,γ<β成立。在入射至第一棱镜20a与第二棱镜20b的边界面的电磁波的临界角由CA2表示的情况下,以下的式(2)成立。
sin(CA2)=γ/β (2)
如图6所例示,通过第二行进部20具有第二棱镜20b,可以保护第一棱镜20a的第三面23。假设在第三面23的外侧附着有水、油、或灰尘等异物的情况下,从内侧入射至第三面23的电磁波可能不进行全反射。通过保护第三面23,能够保持第三面23中的全反射的条件。
如图7所示,在一个实施方式的电磁波检测装置1中,第二行进部20除了如图6所例示的结构以外,还具有位于第一棱镜20a与第二棱镜20b之间的中间层70。中间层70可以包括真空、气体、液体、固体以及非晶(amorphous)中的至少一种。中间层70可以包括空气层或棱镜。中间层70的折射率比第一棱镜20a的折射率小。第二棱镜20b的折射率可以与第一棱镜20a的折射率相同,也可以不同。第二棱镜20b的折射率可以与中间层70的折射率相同,也可以不同。为了将第一棱镜20a与第二棱镜20b的距离保持为恒定而配置间隔件71。即,为了将中间层70的厚度保持为恒定而配置间隔件71。在中间层70不具有流动性的情况下或者流动性小的情况下,省略间隔件71。
第一棱镜20a的第三面23形成第一棱镜20a与中间层70之间的边界面。第二棱镜20b的第四面24形成第二棱镜20b与中间层70之间的边界面。
电磁波能够沿着图7所例示的行进轴30行进。电磁波入射至第二棱镜20b的第五面25。在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,电磁波在通过第一成像部31之后,入射至第五面25。第一成像部31的主面可以与第五面25平行。第一成像部31使电磁波入射至第五面25的方向可以与第五面25正交。第五面25使入射的电磁波沿由D1表示的第一方向行进。即,电磁波在第二棱镜20b的内部沿第一方向行进。
沿第一方向行进的电磁波从第四面24射出,通过中间层70,入射至第一棱镜20a的第三面23。第三面23使电磁波沿由D2表示的第二方向行进。即,电磁波在通过中间层70之后,沿第二方向行进。电磁波在第二棱镜20b与中间层70的边界面以及中间层70与第一棱镜20a的边界面上折射,能够改变行进方向。电磁波在第二棱镜20b与中间层70的边界面以及中间层70与第一棱镜20a的边界面上折射之后,其结果能够向相同的方向行进。在电磁波垂直入射至边界面的情况下,能够不在边界面折射而直行。即,第一方向和第二方向可以是相同的方向。
在第一棱镜20a的内部向第二方向行进的电磁波通过沿着行进轴30行进,向第一面21射出,从第一面21再入射,被第三面23反射,从第二面22射出,并入射至第一检测面41。
在第一棱镜20a的第三面23是与中间层70之间的边界面的情况下,基于第一棱镜20a以及中间层70各自的折射率来决定对第三面23入射的电磁波的临界角。设第一棱镜20a的折射率为β,中间层70的折射率为δ,δ<β成立。在入射至第一棱镜20a与中间层70的边界面的电磁波的临界角由CA3表示的情况下,以下的式(3)成立。
sin(CA3)=δ/β (3)
在第二棱镜20b的折射率大于中间层70的折射率的情况下,从第二棱镜20b朝向中间层70行进的电磁波能够在边界面上全反射。如图8所示,在第二棱镜20b的内部向沿着行进轴30的第一方向行进的电磁波以由A2表示的入射角入射至第四面24。设第二棱镜20b的折射率为γ,中间层70的折射率为δ,δ<γ成立。在电磁波对于第四面24的入射角(A2)小于临界角的情况下,入射至第四面24的电磁波不在第四面24进行全反射,朝向中间层70行进。在图8的例子中的临界角由CA4表示的情况下,以下的式(4)成立。
sin(CA4)=δ/γ (4)
电磁波不仅包括沿着行进轴30行进的成分,还可以包括在光束30a的范围内行进的成分。例如,在图8中,沿第一方向行进的电磁波的光束30a随着电磁波沿行进轴30行进而变窄。在该情况下,电磁波能够以从由A2min表示的角度到由A2max表示的角度的范围内的入射角入射至第四面24。在从A2min到A2max的角度小于基于上述的式(4)的临界角(CA4)的情况下,入射至第四面24的全部电磁波不在第四面24进行全反射。即,在该情况下,入射至第四面24的电磁波容易向中间层70射出。第二行进部20可以构成为电磁波的入射角(A2)小于临界角(CA4)。例如,以电磁波的入射角(A2)小于临界角(CA4)的方式来决定第二行进部20的折射率(α)的值或者第三面23相对于第一面21的角度。
在图7所例示的在第一棱镜20a与第二棱镜20b之间具有中间层70的结构也称为内部全反射棱镜。内部全反射棱镜也称为TIR(TIR:Total Internal Reflection)棱镜。如图7所例示,通过第二行进部20具有TIR棱镜,容易保持第三面23中的全反射的条件。通过使中间层70位于第一棱镜20a与第二棱镜20b之间,能够增加第二棱镜20b的折射率以及形状的自由度。
(实施方式2)
在实施方式1和实施方式2中标注相同附图标记的要素分别是相同或类似的结构。电磁波能够被多个传感器检测。在该情况下,在多个传感器中的检测轴不同的情况下,作为图像等而检测出的结果的坐标系能够按照每个传感器而不同。要求降低各传感器中的检测结果的坐标系的差异。检测结果的坐标系的差异难以因修正而降低。另外,坐标系的修正本身是不可能的。如图9所示,本发明的一个实施方式的电磁波检测装置1通过具有将入射至第二行进部20的电磁波分离的结构,能够降低多个传感器中的检测结果的坐标系的差异。
如图9所示,一个实施方式的电磁波检测装置1包括第一行进部10、第二行进部20、第一检测部40以及第二检测部50。第一行进部10、第二行进部20以及第一检测部40分别构成为与实施方式1中说明的第一行进部10、第二行进部20以及第一检测部40相同或类似。第二检测部50具有第二检测面51。第二检测面51也称为检测面。第二检测部50可以构成为与第一检测部40相同或类似。电磁波检测装置1检测从检测对象66到来的电磁波。电磁波检测装置1通过第一行进部10以及第二行进部20来控制电磁波的行进方向。电磁波检测装置1使电磁波沿着例如图9所示的行进轴30行进。行进轴30相当于电磁波是光的情况下的各视角中的主光线。沿着行进轴30行进的电磁波具有由光束30a表示的规定范围的扩展。电磁波检测装置1使电磁波分别入射至第一检测部40以及第二检测部50,分别由第一检测部40以及第二检测部50检测电磁波。
第二行进部20具有第一面21、第二面22以及第三面23。第一面21与第一行进部10的基准面11对置。第二面22与第一检测部40的第一检测面41对置。在电磁波检测装置1具有第二成像部32的情况下,第二面22经由第二成像部32与第一检测面41对置。第三面23分别与第一面21以及第二面22交叉。
第二行进部20可以包括具有至少三个面的棱镜。在该情况下,第二行进部20的第一面21、第二面22以及第三面23可以分别与棱镜所具有的面建立对应。在包括电磁波的行进轴30的俯视图中,如图1所例示,第二行进部20可以是具有第一面21、第二面22、第三面23作为边的三角形。在包括电磁波的行进轴30的俯视图中,第二行进部20也可以是还具有其他的面作为边的四边形等多边形。可以对棱镜的各面实施防反射涂层等。
电磁波检测装置1还可以具有第一成像部31。电磁波检测装置1还可以具有第二成像部32。第一成像部31以及第二成像部32可以构成为与在实施方式1中说明的第一成像部31以及第二成像部32相同或类似。
电磁波检测装置1还可以具有放射部62。电磁波检测装置1还可以具有扫描部64(参照图10)。放射部62以及扫描部64可以构成为与实施方式1中说明的放射部62以及扫描部64相同或类似。放射部62可以包括第一放射部和第二放射部。第一检测部40可以检测从第一放射部放射的电磁波的反射波。第二检测部50可以检测从第二放射部放射的电磁波的反射波。
通过电磁波检测装置1的各结构部控制电磁波的行进方向,电磁波能够沿着如图9所例示的行进轴30行进。
电磁波沿由D1表示的第一方向行进,入射至第三面23。在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,电磁波在通过第一成像部31之后,向由D1表示的第一方向行进,入射至第三面23。入射至第三面23的电磁波的一部分入射至第二行进部20的内部。入射至第三面23的电磁波的另一部分被第三面23反射,向由Da表示的方向行进,入射至第二检测部50的第二检测面51。即,第三面23将入射的电磁波分离为向第二方向行进的电磁波和入射至第二检测面51的电磁波。
第三面23使入射的电磁波的一部分向由D2表示的第二方向行进。即,向第一方向行进而入射至第三面23的电磁波的一部分在第二行进部20的内部向第二方向行进。入射至第二行进部20的内部的电磁波被第三面23折射,能够改变行进方向。即,第一方向和第二方向可以是不同的方向。在电磁波垂直入射至第三面23的情况下,能够不在第三面23折射而直行。即,第一方向和第二方向可以是相同的方向。
入射至第二行进部20的内部的电磁波向第二方向行进,从第一面21射出,朝向第一行进部10的基准面11行进。即,第一面21将沿第二方向行进的电磁波朝向基准面11射出。
电磁波被第一行进部10的像素12反射,再入射至第一面21。电磁波在再入射至第一面21之后,向由D3表示的第三方向行进。被像素12反射的电磁波在像素12转换为第一状态的情况下向第三方向行进。另一方面,在像素12转换为第二状态转换的情况下,向由Dz表示的方向行进,从第三面23射出,不到达第一检测部40。
电磁波在第二行进部20的内部向第三方向行进,到达第三面23。电磁波被第三面23反射,向由D4表示的第四方向行进。即,第三面23使沿第三方向行进的电磁波在第二行进部20的内部反射,并向第四方向行进。电磁波可以在第三面23上全反射。即,第三面23可以将向第三方向行进的电磁波在第二行进部20的内部全反射。
电磁波在第二行进部20的内部向第四方向行进,从第二面22射出,朝向第一检测部40的第一检测面41行进。即,第二面22将向第四方向行进的电磁波朝向第一检测面41射出。在电磁波检测装置1具有第二成像部32的情况下,电磁波在从第二面22射出之后,通过第二成像部32,入射至第一检测面41。第一检测部40检测入射至第一检测面41的电磁波。
如上所述,电磁波检测装置1通过使第一行进部10的像素12向第一状态以及第二状态中任一种状态转换,能够控制是否使从第三面23入射至第二行进部20的电磁波入射至第一检测面41。
另一方面,第三面23使入射的电磁波的一部分反射,并使其向由Da表示的方向行进,入射至第二检测部50的第二检测面51。即,向第一方向行进并入射至第三面23的电磁波的一部分入射至第二检测面51。第二检测部50检测入射至第二检测面51的电磁波。
在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,第一成像部31将入射的电磁波进行成像。第一成像部31将在第三面23上入射至第二行进部20的电磁波在第一行进部10的基准面11上成像。第一成像部31将被第三面23反射,向由Da表示的方向行进,入射至第二检测部50的第二检测面51电磁波在第二检测面51上成像。换言之,第二检测部50设置在通过第一成像部31而被第三面23反射并向由Da表示的方向行进的电磁波在第二检测面51上成像的位置。
在第二检测部50的第二检测面51上成像的像可以成为与在第一行进部10的基准面11上成像的像相同或类似的像。在第二检测部50具有呈阵列状排列的检测元件的情况下,第二检测部50能够检测与在第一行进部10的基准面11上成像的像相同或类似的像。
第三面23可以以规定的反射率反射电磁波。假设与电磁波的波长无关而规定的反射率为恒定的情况下,在第二检测部50的第二检测面51上检测到的像可以是相对于在第一行进部10的基准面11上成像的像,作为像整体而电磁波的强度以规定的比率变化的像。
第三面23可以以基于电磁波的波长而决定的反射率来反射电磁波,并使该电磁波向由Da表示的方向行进,入射至第二检测部50的第二检测面51。换言之,第三面23可以以基于电磁波的波长而决定的透过率来透过电磁波,并使该电磁波入射至第二行进部20的内部。
第三面23例如可以将具有规定范围内的波长的电磁波以规定值以上的反射率反射,将具有规定范围外的波长的电磁波以小于规定值的反射率反射。这样一来,具有规定范围内的波长的电磁波容易入射至第二检测部50的第二检测面51。另一方面,具有规定范围外的波长的电磁波容易入射至第二行进部20的内部。其结果,电磁波能够基于波长而被分离。即,第三面23能够基于电磁波的波长而分离电磁波。
规定范围可以是被确定为规定波长以上的值或者大于规定波长的值的范围。规定范围也可以是被确定为规定波长以下的值或者小于规定波长的值的范围。规定范围可以是被确定为第一规定波长以上且第二规定波长以下的值的范围。规定范围也可以是被确定为第一规定波长以下或第二规定波长以上的值的范围。
通过第三面23基于波长而分离电磁波,从而在第二检测部50的第二检测面51上以及在第一行进部10的基准面11上分别成像有虽然由不同波长的电磁波构成但像内的坐标一致的像。在第二检测面51上以及基准面11上成像的像的坐标一致的情况下,由第一检测部40检测出的图像信息、或者图像状的距离信息或温度信息能够容易与由第二检测部50检测出的图像信息重叠。另外,通过第三面23基于波长而分离电磁波,第一检测部40以及第二检测部50能够分别构成为检测特定波长的电磁波的传感器。即,第一检测部40以及第二检测部50也可以分别包括不同种类的传感器。第一检测部40以及第二检测部50也可以分别包括相同种类的传感器。
电磁波从第三面23行进到第二检测面51的路径的长度与电磁波从第三面23行进到基准面11的路径的长度之差可以为规定值以下。在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,通过电磁波行进的路径的长度之差为规定值以下,第一成像部31容易分别在基准面11以及第二检测面51成像。另外,通过电磁波行进的路径的长度之差为规定值以下,能够降低分别成像于基准面11以及第二检测面51的图像的焦距之差。电磁波从第三面23行进到第二检测面51的路径的长度与电磁波从第三面23行进至基准面11的路径的长度也可以相同。电磁波行进的路径的长度可以是电磁波实际行进的距离,也可以是电磁波行进的距离乘以电磁波所通过的物质的折射率而计算出的光路长度。
如图10所示,电磁波检测装置1还可以具有控制部60。控制部60可以构成为与实施方式1中说明的控制部60相同或类似。控制部60通过控制第一行进部10,能够控制电磁波的行进方向。控制部60可以从第一检测部40获取电磁波的检测结果。控制部60可以从第一检测部40获取与由电磁波构成的像相关的图像信息。控制部60可以通过使第一行进部10的各像素12的控制与从第一检测部40获取的检测结果同步,获取与由电磁波构成的像相关的图像信息。控制部60可以控制放射部62或扫描部64,来控制电磁波的放射或扫描。控制部60可以基于与电磁波的放射或扫描相关的控制以及从第一检测部40获取的检测结果,来获取与由电磁波构成的像相关的图像信息。在放射部62包括第一放射部和第二放射部的情况下,控制部60可以使第一放射部以及第二放射部分别放射电磁波。
如图11所示,在一个实施方式的电磁波检测装置1中,第二行进部20除了具有图9所例示的结构以外,还可以具有沿着第三面23配置的分离部80。分离部80也可以位于第三面23上。在分离部80位于第三面23上的情况下,第三面23形成构成第二行进部20的棱镜与分离部80的边界面。
分离部80可以包括可见光反射涂层、半反光镜、分束器、分色镜、冷镜、热镜、超表面以及偏转元件中的至少一种。
在分离部80位于第三面23上的情况下,构成第二行进部20的棱镜的折射率大于分离部80的折射率。这样一来,在第二行进部20的内部行进的电磁波入射至第三面23的情况下,能够存在临界角。即,在第二行进部20的内部行进的电磁波能够被第三面23全反射。
分离部80可以以规定的反射率反射电磁波。假设在与电磁波的波长无关而规定的反射率恒定的情况下,在第二检测部50的第二检测面51上检测到的像可以是相对于在第一行进部10的基准面11上成像的像,作为像整体而电磁波的强度以规定的比率变化的像。
分离部80可以以基于电磁波的波长而决定的反射率反射电磁波,并使电磁波向由Da表示的方向行进,使其入射至第二检测部50的第二检测面51。换言之,分离部80可以以基于电磁波的波长而决定的透过率来透过电磁波,使电磁波通过第三面23,并使其入射至第二行进部20的内部。
分离部80例如可以以规定值以上的反射率反射具有规定范围内的波长的电磁波,以小于规定值的反射率反射具有规定范围外的波长的电磁波。这样一来,具有规定范围内的波长的电磁波容易入射至第二检测部50的第二检测面51。另一方面,具有规定范围外的波长的电磁波容易入射至第二行进部20的内部。其结果,电磁波能够基于波长而被分离。即,分离部80能够基于电磁波的波长来分离电磁波。
规定范围可以是被确定为规定波长以上的值或者大于规定波长的值的范围。规定范围可以是被确定为规定波长以下的值或小于规定波长的值的范围。规定范围可以是被确定为第一规定波长以上且第二规定波长以下的值的范围。规定范围也可以是被确定为第一规定波长以下或第二规定波长以上的值的范围。
通过分离部80基于波长而分离电磁波,从而在第二检测部50的第二检测面51上以及在第一行进部10的基准面11上分别成像有虽然由不同波长的电磁波构成但像内的坐标一致的像。在第二检测面51上以及基准面11上成像的像的坐标一致的情况下,由第一检测部40检测出的图像信息、或者图像状的距离信息或温度信息能够容易与由第二检测部50检测出的图像信息重叠。另外,通过分离部80基于波长而分离电磁波,从而第一检测部40以及第二检测部50能够分别构成为检测特定波长的电磁波的传感器。
电磁波能够沿着如图11所例示的行进轴30行进。向第一方向行进的电磁波入射至分离部80。在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,电磁波在通过第一成像部31之后入射至分离部80。
入射至分离部80的电磁波的一部分通过第三面23而入射至第二行进部20的内部。入射至第三面23的电磁波的另一部分被分离部80反射,向由Da表示的方向行进,入射至第二检测部50的第二检测面51。即,分离部80将入射的电磁波分离为向第二方向行进的电磁波和向第二检测面51入射的电磁波。
通过分离部80和第三面23而入射至第二行进部20的电磁波向第二方向行进。入射至第二行进部20的内部的电磁波被第三面23折射,能够改变行进方向。即,第一方向和第二方向可以是不同的方向。在电磁波垂直入射至第三面23的情况下,能够不在第三面23折射而直行。即,第一方向和第二方向可以是相同的方向。
在构成第二行进部20的棱镜的内部沿第二方向行进的电磁波能够通过沿着行进轴30行进,由此向第一面21射出,从第一面21再入射,被第三面23反射,从第二面22射出,入射至第一检测面41。
在第二行进部20的第三面23是与分离部80之间的边界面的情况下,基于构成第二行进部20的棱镜以及分离部80各自的折射率来决定对第三面23入射的电磁波的临界角。设构成第二行进部20的棱镜的折射率为α,分离部80的折射率为ε,ε<α成立。在入射至构成第二行进部20的棱镜与分离部80的边界面的电磁波的临界角由CA5表示的情况下,以下的式(5)成立。
sin(CA5)=ε/α (5)
如图11所示,通过第二行进部20具有分离部80,入射至电磁波检测装置1的电磁波能够容易地进行波长分离。
如图12所示,在一个实施方式的电磁波检测装置1中,第二行进部20除了具有图11所例示的结构以外,还可以具有位于第三面23与分离部80之间的中间层70。第三面23形成构成第二行进部20的棱镜与中间层70之间的边界面。中间层70可以包括真空、气体、液体、固体以及非晶中的至少一种。中间层70可以包括空气层或棱镜。构成第二行进部20的棱镜的折射率大于中间层70的折射率。这样一来,在第二行进部20的内部行进的电磁波入射至第三面23的情况下,能够存在临界角。即,在第二行进部20的内部行进的电磁波能够被第三面23全反射。分离部80的折射率可以与构成第二行进部20的棱镜的折射率相同,也可以不同。分离部80的折射率可以与中间层70的折射率相同,也可以不同。为了将第一棱镜20a与第二棱镜20b的距离保持为恒定而配置间隔件71。即,将中间层70的厚度保持为恒定而配置间隔件71。在中间层70不具有流动性的情况下或者流动性小的情况下,可以省略间隔件71。
电磁波能够沿着图12所例示的行进轴30行进。向第一方向行进的电磁波入射至分离部80。在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,电磁波在通过第一成像部31之后入射至分离部80。
入射至分离部80的电磁波的一部分入射至中间层70。入射至分离部80的电磁波的另一部分被分离部80反射,向由Da表示的方向行进,入射至第二检测部50的第二检测面51。即,分离部80将入射的电磁波分离为入射至中间层70的电磁波和入射至第二检测面51的电磁波。
入射至中间层70的电磁波通过中间层70而入射至第三面23。第三面23使电磁波向由D2表示的第二方向行进。即,电磁波在通过中间层70之后,向第二方向行进。电磁波在分离部80与中间层70的边界面以及在第三面23上折射,能够改变行进方向。电磁波在分离部80与中间层70的边界面以及在第三面23上折射之后,其结果,能够向相同的方向行进。在电磁波垂直入射至边界面的情况下,能够不在边界面折射而直行。即,第一方向和第二方向可以是相同的方向。
在构成第二行进部20的棱镜的内部向第二方向行进的电磁波能够通过沿着行进轴30行进,从而向第一面21射出,从第一面21再入射,被第三面23反射,从第二面22被射出,入射至第一检测面41。
通过中间层70位于第三面23与分离部80之间,从而能够增加分离部80的折射率的自由度。
如图13所示,在一个实施方式的电磁波检测装置1中,第二行进部20可以具有第一棱镜20a和第二棱镜20b。设第二棱镜20b的折射率小于第一棱镜20a的折射率。这样一来,在第一棱镜20a的内部行进的电磁波入射至第三面23的情况下,能够存在临界角。即,在第一棱镜20a的内部行进的电磁波能够被第三面23全反射。第一棱镜20a具有第一面21、第二面22以及第三面23。第二棱镜20b具有第四面24、第五面25以及第六面26。即,第一棱镜20a以及第二棱镜20b分别具有至少三个面。第二棱镜20b的第四面24与第一棱镜20a的第三面23一起形成第一棱镜20a与第二棱镜20b之间的边界面。第二棱镜20b的第五面25与电磁波入射至第二行进部20的方向交叉。第二棱镜20b的第六面26与第四面24以及第五面25交叉。在包括电磁波的行进轴30的俯视图中,如图6所例示,第二棱镜20b可以是具有第四面24、第五面25以及第六面26作为边的三角形。在包括电磁波的行进轴30的俯视图中,第二棱镜20b也可以是还具有其他的面作为边的四边形等多边形。
电磁波能够沿着如图13所例示的行进轴30行进。电磁波入射至第二棱镜20b的第五面25。在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,电磁波在通过第一成像部31之后入射至第五面25。第一成像部31的主面可以与第五面25平行。第一成像部31使电磁波入射至第五面25的方向可以与第五面25正交。第五面25使入射的电磁波向由D1表示的第一方向行进。即,电磁波在第二棱镜20b的内部向第一方向行进。
向第一方向行进的电磁波从第四面24射出,入射至第一棱镜20a的第三面23。入射至第三面23的电磁波的一部分入射至第一棱镜20a。入射至第三面23的电磁波的另一部分被第三面23反射,从第二棱镜20b的第六面26射出,入射至第二检测部50的第二检测面51。即,分离部80将入射的电磁波分离为入射至第一棱镜20a的电磁波和入射至第二检测面51的电磁波。
第三面23使电磁波向由D2表示的第二方向行进。即,电磁波在通过由第四面24和第三面23形成的边界面之后,向第二方向行进。电磁波在第一棱镜20a与第二棱镜20b的边界面折射,能够改变行进方向。即,第一方向和第二方向可以是不同的方向。在电磁波垂直入射至边界面的情况下,能够不在边界面折射而直行。即,第一方向和第二方向可以是相同的方向。
在第一棱镜20a的内部向第二方向行进的电磁波通过能够沿着行进轴30行进,从而向第一面21射出,从第一面21再入射,被第三面23反射,从第二面22射出,入射至第一检测面41。
如图13所例示,通过第二行进部20具有第二棱镜20b,能够保护第一棱镜20a的第三面23。假设在第三面23的外侧附着有水、油、或灰尘等的异物的情况下,从内部入射至第三面23的电磁波可能不会全反射,并且对被第三面23反射而入射至第二检测部50的电磁波产生影响。通过保护第三面23,能够保持第三面23中的全反射的条件,并且难以对入射至第二检测部50的电磁波产生影响。
如图14所示,在一个实施方式的电磁波检测装置1中,第二行进部20除了具有图13所例示的结构以外,还可以具有位于第一棱镜20a与第二棱镜20b之间的中间层70。中间层70可以包括真空、气体、液体、固体以及非晶中的至少一种。中间层70可以包括空气层或棱镜。设中间层70的折射率小于第一棱镜20a的折射率。第二棱镜20b的折射率可以与第一棱镜20a的折射率相同,也可以不同。第二棱镜20b的折射率可以与中间层70的折射率相同,也可以不同。为了将第一棱镜20a与第二棱镜20b的距离保持为恒定而配置间隔件71。即,为了将中间层70的厚度保持为恒定而配置间隔件71。在中间层70不具有流动性的情况下或者流动性小的情况下,可以省略间隔件71。
第一棱镜20a的第三面23形成第一棱镜20a与中间层70之间的边界面。第二棱镜20b的第四面24形成第二棱镜20b与中间层70之间的边界面。
电磁波能够沿着图14所例示的行进轴30行进。电磁波入射至第二棱镜20b的第五面25。在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,电磁波在通过第一成像部31之后入射至第五面25。第一成像部31的主面可以与第五面25平行。第一成像部31使电磁波入射至第五面25的方向可以与第五面25正交。第五面25使入射的电磁波向由D1表示的第一方向行进。即,电磁波在第二棱镜20b的内部向第一方向行进。
向第一方向行进的电磁波入射至第四面24。入射至第四面24的电磁波的一部分通过中间层70而入射至第三面23。入射至第四面24的电磁波的另一部分被第四面24反射,向由Da表示的方向行进,从第二棱镜20b的第六面26射出,入射至第二检测部50的第二检测面51。即,第四面24将入射的电磁波分离为入射至第三面23的电磁波和入射至第二检测面51的电磁波。
第三面23使电磁波向由D2表示的第二方向行进。即,电磁波在第一棱镜20a的内部向第二方向行进。电磁波在第二棱镜20b与中间层70的边界面以及在中间层70与第一棱镜20a的边界面上折射,能够改变行进方向。电磁波在第二棱镜20b与中间层70的边界面以及在中间层70与第一棱镜20a的边界面上折射之后,其结果,能够向相同的方向行进。在电磁波垂直入射至边界面的情况下,能够不在边界面折射而直行。即,第一方向和第二方向可以是相同的方向。
在第一棱镜20a的内部向第二方向行进的电磁波通过能够沿着行进轴30行进,从而向第一面21射出,从第一面21再入射,被第三面23反射,从第二面22射出,入射至第一检测面41。
图14所例示的在第一棱镜20a与第二棱镜20b之间具有中间层70的结构也称为内部全反射棱镜。内部全反射棱镜也称为TIR(TIR:Total Internal Reflection)棱镜。如图14所例示,通过第二行进部20具有TIR棱镜,容易保持第三面23上的全反射的条件。通过中间层70位于第一棱镜20a与第二棱镜20b之间,能够增加第二棱镜20b的折射率以及形状的自由度。另外,被第四面24反射而入射至第二检测部50的电磁波不容易受到影响。
如图15所示,在一个实施方式的电磁波检测装置1中,第二行进部20除了具有图14所例示的结构以外,还可以具有位于中间层70与第二棱镜20b之间的分离部80。分离部80可以位于第四面24上。在分离部80位于第四面24上的情况下,第四面24形成第二棱镜20b与分离部80的边界面。第一棱镜20a的第三面23形成第一棱镜20a与中间层70之间的边界面。分离部80也可以是与图11所例示的分离部80所说明的结构相同或类似的结构。
电磁波能够沿图15所例示的行进轴30行进。电磁波入射至第二棱镜20b的第五面25。在电磁波检测装置1具有第一成像部31的情况下,电磁波在通过第一成像部31之后入射至第五面25。第一成像部31的主面可以与第五面25平行。第一成像部31使电磁波入射至第五面25的方向可以与第五面25正交。第五面25使入射的电磁波向由D1表示的第一方向行进。即,电磁波在第二棱镜20b的内部向第一方向行进。
向第一方向行进的电磁波入射至第四面24。即,电磁波入射至第二棱镜20b与分离部80之间的边界面。入射至第四面24的电磁波的一部分通过分离部80以及中间层70,入射至第一棱镜20a的第三面23。入射至第四面24的电磁波的另一部分被边界面反射,向由Da表示的方向行进,从第二棱镜20b的第六面26射出,入射至第二检测部50的第二检测面51。即,第四面24或者分离部80或第二棱镜20b与分离部80之间的边界面将入射的电磁波分离为入射至第三面23的电磁波和入射至第二检测面51的电磁波。
第三面23使电磁波向由D2表示的第二方向行进。即,电磁波在第一棱镜20a的内部沿第二方向行进。电磁波在分离部80与中间层70的边界面以及在中间层70与第一棱镜20a的边界面上折射,能够改变行进方向。电磁波在分离部80与中间层70的边界面以及在中间层70与第一棱镜20a的边界面上折射之后,其结果,能够向相同的方向行进。在电磁波垂直入射至边界面的情况下,能够不在边界面折射而直行。即,第一方向和第二方向可以是相同的方向。
在第一棱镜20a的内部向第二方向行进的电磁波通过能够沿着行进轴30行进,从而向第一面21射出,从第一面21再入射,被第三面23反射,从第二面22射出,入射至第一检测面41。
如图15所例示,通过电磁波检测装置1在第二棱镜20b的第四面24具有分离部80,从而电磁波检测装置1容易控制入射至第二检测部50的电磁波。
基于各附图和实施例对本发明进行了说明,但应当注意的是本领域技术人员容易基于本发明进行各种变形或修正。因此,这些变形或修正也包括在本发明的范围内。例如,各功能部所包含的功能等能够以逻辑上不矛盾的方式进行再配置。多个功能部等可以组合成一个,或者可以进行分割。上述的本发明的各实施方式并不限定于忠实地实施分别说明的各实施方式,可以适当地组合各特征或省略一部分来实施。
在本发明中“第一”以及“第二”等的表述是用于区别该结构的识别标志。以本发明中的“第一”以及“第二”等的表述区别的结构能够交换该结构的编号。例如,第一棱镜能够与第二棱镜交换作为识别标志的“第一”和“第二”。识别标志的交换需同时进行。在识别标志的交换之后也能够区别该结构。也可以删除识别标志。删除了识别标志的结构用附图标记来区别。仅基于本发明中的“第一”以及“第二”等的识别标志的表述,不应该将其用作解释该结构的顺序和存在小编号的识别标志的依据。
附图标记的说明
1 电磁波检测装置
2 控制装置
10 第一行进部
11 基准面
12(12a、12b) 像素
20 第二行进部
20a、20b 第一棱镜、第二棱镜
21~26 第一面~第六面
30 行进轴
30a 光束
31 第一成像部
32 第二成像部
40 第一检测部
41 第一检测面
50 第二检测部
51 第二检测面
60 控制部
62 放射部
64 扫描部
66 检测对象
70 中间层
71 间隔件
80 分离部
100 信息获取系统

Claims (58)

1.电磁波检测装置,其中,
具有:
第一行进部,具有基准面和沿着所述基准面而配置的多个像素,使入射至所述基准面的电磁波针对每个所述像素向特定的方向行进;
第一检测部,具有第一检测面并检测入射至所述第一检测面的电磁波;
第二检测部,具有第二检测面并检测入射至所述第二检测面的电磁波;以及
第二行进部,具有与所述基准面对置的第一面、与所述第一检测面对置的第二面、以及与所述第一面以及所述第二面交叉的第三面,
所述第三面将向与所述第三面交叉的第一方向行进的电磁波分离为在所述第三面上反射并向所述第二检测部入射的电磁波以及向与所述第一面交叉的第二方向行进的电磁波,
所述第一面使向所述第二方向行进的电磁波入射至所述基准面,
所述第一面使从所述基准面再入射的电磁波向与所述第三面交叉的第三方向行进,
所述第三面使向所述第三方向行进的电磁波向与所述第二面交叉的第四方向行进,
所述第二面将向所述第四方向行进的电磁波向所述第一检测面射出。
2.如权利要求1所述的电磁波检测装置,其中,
入射至所述第二检测部的电磁波的行进方向与所述第二检测面正交。
3.如权利要求1或2所述的电磁波检测装置,其中,
所述第二方向与所述第一面正交。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
从所述第一面射出的电磁波的行进方向与所述基准面正交。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一面与所述基准面平行。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第四方向与所述第二面正交。
7.如权利要求1至6中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
从所述第二面射出的电磁波的行进方向与所述第一检测面正交。
8.如权利要求1至7中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第二面与所述第一检测面平行。
9.如权利要求1至8中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
还具有第一成像部,所述第一成像部使朝向所述第二行进部行进的电磁波成像,并使其入射至所述第二行进部。
10.如权利要求9所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一成像部使电磁波在所述基准面成像。
11.如权利要求9或10所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一成像部经由所述第三面使电磁波在所述第一检测面成像。
12.如权利要求1至11中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
还具有第二成像部,所述第二成像部使从所述第二面射出的电磁波成像,并使其向所述第一检测部行进。
13.如权利要求12所述的电磁波检测装置,其中,
所述第二成像部的主面与所述第一检测面平行。
14.如权利要求12或13所述的电磁波检测装置,其中,
所述第二成像部的主面与所述第二面平行。
15.如权利要求12至14中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第二成像部使电磁波在所述检测面成像。
16.如权利要求1至15中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
电磁波从所述第三面行进至所述第二检测面的路径的长度与电磁波从所述第三面行进至所述基准面的路径的长度之差为规定值以下。
17.如权利要求16所述的电磁波检测装置,其中,
电磁波从所述第三面行进至所述第二检测面的路径的长度与电磁波从所述第三面行进至所述基准面的路径的长度相同。
18.如权利要求1至17中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第三面使向所述第一方向行进的电磁波中的具有特定波长的电磁波朝向所述第二检测面行进,使具有其他波长的电磁波向所述第二方向行进。
19.如权利要求18所述的电磁波检测装置,其中,
所述第三面通过使所述具有其他波长的电磁波透过或者折射,从而使其向所述第二方向行进。
20.如权利要求18或19所述的电磁波检测装置,其中,
所述第三面将所述具有特定波长的电磁波全反射。
21.如权利要求1至19中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
向所述第一方向行进的电磁波向所述第三面的入射角小于临界角。
22.如权利要求1至21中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一面通过使从所述基准面再入射的电磁波透过或者折射,从而使其向所述第三方向行进。
23.如权利要求1至22中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第三面将向所述第三方向行进的电磁波在内部反射,并使其向所述第四方向行进。
24.如权利要求1至23中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第三面将向所述第三方向行进的电磁波在内部全反射,并使其向所述第四方向行进。
25.如权利要求1至24中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
向所述第三方向行进的电磁波对于所述第三面的入射角为临界角以上。
26.如权利要求1至25中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第二行进部具备具有至少三个面的第一棱镜,
所述第一面、所述第二面以及所述第三面分别包含于所述第一棱镜所具有的面。
27.如权利要求26所述的电磁波检测装置,其中,
所述第二行进部还具有沿着所述第三面而配置的分离部。
28.如权利要求27所述的电磁波检测装置,其中,
所述分离部包括可见光反射涂层、半反光镜、分束器、分色镜、冷镜、热镜、超表面以及偏转元件中的至少一种。
29.如权利要求28所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一棱镜的折射率大于所述分离部的折射率。
30.如权利要求27至29中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第二行进部在所述第一棱镜的所述第三面与所述分离部之间还具有中间层,
所述第一棱镜的所述第三面形成所述第一棱镜与所述中间层的边界面。
31.如权利要求30所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一棱镜的折射率大于所述中间层的折射率。
32.如权利要求30或31所述的电磁波检测装置,其中,
所述中间层包括真空、气体、液体、固体以及非晶中的至少一种。
33.如权利要求30至32中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述中间层包括空气层。
34.如权利要求30至33中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第二行进部包括内部全反射棱镜。
35.如权利要求30至32中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述中间层包括棱镜。
36.如权利要求1至35中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一行进部的各像素转换为使入射至所述基准面的电磁波向规定方向行进的第一状态以及向与所述规定方向不同的方向行进的第二状态中的任一种状态。
37.如权利要求36所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一行进部的各像素包括反射电磁波的反射面,
在转换为所述第一状态的情况下的所述反射面的朝向不同于在转换为所述第二状态的情况下的所述反射面的朝向。
38.如权利要求36或37所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一行进部包括数字微镜器件。
39.如权利要求36所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一状态以及所述第二状态分别与透过电磁波的透过状态以及反射电磁波的反射状态建立对应。
40.如权利要求39所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一行进部的各像素具有包括反射电磁波的反射面的快门,
所述第一行进部的各像素在所述透过状态下通过打开所述快门而使电磁波透过,
所述第一行进部的各像素在所述反射状态下通过关闭所述快门而反射电磁波。
41.如权利要求40所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一行进部包括具有呈阵列状排列的所述快门的MEMS快门。
42.如权利要求39所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一行进部的各像素具有液晶快门,所述液晶快门转换为所述透过状态以及所述反射状态中的任一种状态。
43.如权利要求1至42中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一检测部包括测距传感器、图像传感器以及热传感器中的至少一种。
44.如权利要求1至43中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一检测部以及所述第二检测部分别包括相同种类或不同种类的传感器。
45.如权利要求1至44中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一检测部检测红外线、可见光线、紫外线以及电波中的至少一种。
46.如权利要求1至45中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一检测部以及所述第二检测部分别检测相同种类或不同种类的电磁波。
47.如权利要求1至46中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一检测部以及所述第二检测部分别包括无源传感器以及检测朝向检测对象而放射的电磁波的反射波的有源传感器中的至少一种。
48.如权利要求1至47中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
还具有放射部,所述放射部朝向所述检测部的检测对象放射电磁波。
49.如权利要求48所述的电磁波检测装置,其中,
所述放射部包括第一放射部和第二放射部,
所述第一检测部检测从所述第一放射部放射的电磁波的反射波,
所述第二检测部检测从所述第二放射部放射的电磁波的反射波。
50.如权利要求48所述的电磁波检测装置,其中,
所述第一检测部以及所述第二检测部检测从同一个所述放射部放射的电磁波的反射波。
51.如权利要求48至50中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述放射部放射红外线、可见光线、紫外线以及电波中的至少一种。
52.如权利要求48至51中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
所述放射部以分阶段扫描方式对电磁波进行扫描。
53.如权利要求48至51中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
还具有扫描部,所述扫描部对所述放射部放射的电磁波进行扫描。
54.如权利要求53所述的电磁波检测装置,其中,
所述扫描部具有反射电磁波的扫描反射面,通过改变所述扫描反射面的朝向而对电磁波进行扫描。
55.如权利要求53或54所述的电磁波检测装置,其中,
所述扫描部包括MEMS反光镜、多面反光镜以及电流镜中的至少一种。
56.如权利要求1至55中任一项所述的电磁波检测装置,其中,
还具有控制部,所述控制部基于由所述第一检测部以及所述第二检测部中的至少一方的电磁波的检测结果来获取与周围相关的信息。
57.如权利要求56所述的电磁波检测装置,其中,
所述与周围相关的信息包括图像信息、距离信息以及温度信息中的至少一种。
58.一种信息获取系统,其中,
包括:
权利要求1至55中任一项所述的电磁波检测装置;以及
控制装置,基于由所述第一检测部以及所述第二检测部中的至少一方的电磁波的检测结果来获取与周围相关的信息。
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