JP2010122183A - 物体検出装置および情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目標領域に投射された光を適正に受光でき、よって、目標領域の情報を精度よく取得できる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。
【解決手段】情報取得装置１は、所定波長帯域の光を出射するレーザ光源１１と、レーザ光源１１からの光を目標領域に向けて投射する投射レンズ１２と、目標領域から反射された反射光を受光して信号を出力するＣＭＯＳイメージセンサ１６と、反射光をＣＭＯＳイメージセンサ１６へと導く撮像レンズ１４と、レーザ光源１１からの光を透過させるためのフィルタ１５を具備し、さらに、フィルタ１５を傾けるアクチュエータ５０を有する。フィルタ制御回路２６は、透過波長帯域がレーザ光源１１からの光の波長帯域に近づくよう、フィルタ１５を傾ける。
【選択図】図６

Description

本発明は、目標領域に光を投写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これに用い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。たとえば、車載用のレーザレーダでは、車両前方からレーザ光が投射され、そのときの反射光の有無に基づいて車両前方に物体が存在するかが判別される。また、レーザ光の投射タイミングと反射光の受光タイミングに基づいて、物体までの距離が検出される。この他、業務用ゲーム機やセキュリティシステム等においても、赤外光を用いた物体検出装置が搭載され、人またはそのジェスチャ等の検出が行われる。
特開２００８−７０１５７号公報

かかる物体検出装置では、レーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Device）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る。この場合、当該波長帯域の光のみをＰＳＤ（Position Sensitive Detector）やＣＭＯＳイメージセンサ等の受光素子に導くフィルタを配することにより、物体検出の精度が高められる。

特に、物体検出装置が屋外で用いられる場合には、太陽光による検出精度の劣化が起こり得る。図１７は、太陽光の周波数スペクトルを示す図である。地上における太陽光の約４割が赤外波長帯域となっている。よって、物体検出に赤外光を用いる場合にも、太陽光を適正にカットする必要がある。

この場合、たとえば、光源として狭帯域のレーザ光源を用い、フィルタとして当該帯域を透過帯域とする狭帯域フィルタを用いることができる。しかし、こうしても、出射波長帯域にはレーザ光源毎に公差があるため、フィルタの透過帯域をレーザ光源の透過帯域に完全に整合させることはできない。また、レーザ光の出射波長帯域は発光部の温度変化に伴って変化するため、使用状況に応じて、レーザ光の出射波長帯域とフィルタの透過帯域との間にずれが起こり得る。

本発明は、かかる問題を解消するためになされたものであり、目標領域に投射された光を適正に受光でき、よって、目標領域の情報を精度よく取得できる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、物体検出装置に関する。本態様に係る物体検出装置は、光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得部と、前記情報取得部にて取得された情報をもとに目標領域の物体を検出する検出部とを有する。ここで、前記情報取得部は、所定波長帯域の光を出射する光源と、前記光源からの光を目標領域に向けて投射する投射光学系と、前記目標領域から反射された反射光を受光して信号を出力する受光素子と、前記反射光を前記受光素子へと導く受光光学系とを備える。そして、前記受光光学系は、前記光源からの光を透過させるためのフィルタを具備し、このフィルタは、透過波長帯域が前記光源からの光の前記波長帯域に近づくよう、前記反射光の進行方向に対して傾けられている。

本態様に係る物体検出装置によれば、フィルタの透過波長帯域を光源からの光の波長帯域に近づけることができ、よって、目標領域からの反射光を適正に受光素子に導くことができる。光束に対してフィルタを傾けると、その傾き角に応じてフィルタの透過波長帯域が変化する。本発明は、かかるフィルタの特性・作用を利用して為されたものである。本発明によれば、光源からの光の波長帯域に公差が生じても、反射光の進行方向に対するフィルタの傾きを調整するとの簡易な構成により、フィルタの透過波長帯域を光源からの光の波長帯域に近づけることができ、これにより、目標領域からの反射光を受光素子に適正に導くことができる。

本態様に係る物体検出装置において、前記情報取得部は、前記反射光に対する前記フィルタの傾きを変化させるフィルタアクチュエータを備える構成とされ得る。こうすると、フィルタの傾き角を容易に調節することができる。

この場合、物体検出装置は、前記受光素子からの信号が最良となるよう前記フィルタアクチュエータを介して前記フィルタの傾きを制御するフィルタ制御部を備える構成とされ得る。こうすると、温度変化によって光源からの光の波長帯域が変化しても、フィルタの透過波長帯域が適正となるように、フィルタの傾きを動的に調節することができる。

なお、この構成において、「前記受光素子からの信号が最良となるよう…制御する」とは、受光素子からの信号を直接モニタしてフィルタの傾きを制御する方法の他、たとえば、光源の温度を検出し、検出した温度に対する最良の傾き（受光素子からの信号が最良となる傾き）を予測して、この傾きにフィルタを設定する方法等を広く含むものである。

なお、このようにフィルタの傾き角が変化すると、これに伴い、反射光に対するフィルタの屈折作用が変化するため、フィルタを透過した後の反射光の光路が変化する。このように反射光の光路が変化すると、これに伴い、受光素子上における反射光の受光位置が変化し、このために物体の検出精度が低下するとの問題が起こり得る。

よって、このようにフィルタの傾きを動的に変化させる場合には、受光素子上における反射光の位置ずれを補償する補償部をさらに備える構成とするのが好ましい。

ここで、この補償部は、前記反射光の光路変化を補正するための光学部材と、前記フィルタの傾きに応じて前記光学部材を駆動する部材駆動部とを備える構成とされ得る。

あるいは、この補償部は、前記受光光学系に含まれたレンズを当該レンズの光軸に垂直な方向に変位させるレンズアクチュエータと、前記フィルタの傾きに応じて前記レンズアクチュエータを駆動するレンズ駆動部とを備える構成とされ得る。

さらには、この前記補償部は、前記受光素子を受光面に平行な方向に変位させる受光素子アクチュエータと、前記フィルタの傾きに応じて前記受光素子アクチュエータを駆動する受光素子駆動部とを備える構成とされ得る。

なお、これら補償部の構成例は、何れも、反射光の光路と受光素子との間の相対的な位置ずれを物理的に補正しようとするものである。この他、前記補償部は、前記受光素子からの信号により検出される前記反射光の受光位置を前記フィルタの傾きに応じて補正する補正回路を備える構成とすることもできる。こうすると、部品点数の増加を抑制でき、物体検出装置の構成を簡素化することができる。

本発明の第２の態様は、情報取得装置に関する。この態様に係る情報取得装置は、上記第１の態様に係る情報取得部を有する。よって、上記第１の態様と同様の効果を奏することができる。

以上のとおり本発明によれば、目標領域に投射された光を適正に受光素子に導くことができ、よって、目標領域の情報を精度よく取得できる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。

本発明の特徴は、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、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。

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。

＜実施形態１＞
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ー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。

情報取得装置１は、光学部の構成として、レーザ光源１１と、投射レンズ１２と、アパーチャ１３と、撮像レンズ１４と、フィルタ１５と、ＣＭＯＳイメージセンサ１６とを備えている。また、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１１は、波長８００ｎｍ程度の狭波長帯域のレーザ光を出力する。投射レンズ１２は、レーザ光源１１から出射されたレーザ光を目標領域全体に広げて投射する。目標領域からにより反射されたレーザ光は、アパーチャ１３を介して撮像レンズ１４に入射する。アパーチャ１３は、撮像レンズ１４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１４は、アパーチャ１３を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ１６上に集光する。

フィルタ１５は、レーザ光源１１の出射波長帯域に略整合する波長帯域の光を透過しその他の波長帯域をカットするバンドパスフィルタである。フィルタ１５は、ファブリペローフィルタ等の誘電体膜干渉型フィルタからなっている。フィルタ１５は、後述の如く、同図Ｚ軸に垂直な方向からＹ−Ｚ平面に平行な方向に所定角度だけ傾けられて配置されている。なお、フィルタ１５の形状は、所定の厚みを有する平行平板形状となっている。

ＣＭＯＳイメージセンサ１６は、撮像レンズ１４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１６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、３次元距離情報を生成するための３次元距離演算部２１ａ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１１を駆動する。ここで、レーザ駆動回路２２は、所定の変調方式に従ってレーザ光源１１を駆動する。これにより、レーザ光源１１からは、固有の変調パターンを持つレーザ光が出射される。

撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１６を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ１６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、取り込んだ電荷を順次信号として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をもとに、情報取得装置１から各画素位置までの距離を、３次元距離演算部２１ａによる処理によって算出する。このとき、ＣＰＵ２１は、各画素位置の信号が、レーザ駆動回路２２におけるレーザ光の変調方式と同様に変調されているかを判定し、同様に変調されている場合にのみ、この信号を、３次元距離の算出に用いる。

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１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は、３次元距離演算部２１ａにおける処理を説明する図である。

情報処理装置２からの指令に応じて情報取得装置１における情報取得処理が起動されると、レーザ光源１１から目標領域に向かって固有の変調パターンでレーザ光が投射される。このとき、同図にように目標領域に人（Ｍ）がいると、レーザ光は人（Ｍ）により反射され、撮像レンズ１４を介してＣＭＯＳイメージセンサ１６に入射される。こうして、人（Ｍ）の像がＣＭＯＳイメージセンサ１６に投影される。

このとき、レーザ光源１１からのレーザ光のうち、人（Ｍ）の位置Ｐｏに当たった光は、ＣＭＯＳイメージセンサ１６上の画素Ｐｐの位置に入射する。したがって、レーザ光源１１における変調レーザ光の出射タイミングと、画素Ｐｐにおける当該変調レーザ光の受光タイミングの時間差をΔｔとすると、情報取得装置１から人（Ｍ）の位置Ｐｏまでの距離Ｄｐは、
Ｄｐ＝Ｃ×Δｔ（Ｃ：光速） …（１）
で求められる。人（Ｍ）のその他の位置の距離も同様に求められる。

３次元距離演算部２１ａは、レーザ駆動回路２２に変調レーザ光の発光指令を行ってから、各画素における変調レーザ光の受光信号が撮像信号処理回路２３から入力されるまでの時間差ΔＴをもとに、各回路部におけるタイムラグおよびレーザ光源１１とＣＭＯＳイメージセンサ１６のレスポンスを考慮して、上記式（１）における時間差Δｔを画素毎に求め、求めたΔｔをもとに式（１）の演算を行って、情報取得装置１から人（Ｍ）の各位置までの距離を求める。このとき、目標領域内に人（Ｍ）以外に物や壁等があれば、これらについても同様に距離が求められる。

３次元距離演算部２１ａは、こうして求めた、目標領域内の各位置の距離を３次元距離情報として情報処理装置２に出力する。この場合、たとえば、人（Ｍ）が前後にまっすぐ手を動かすと、手の位置の距離が変化する３次元距離情報が順次情報処理装置２に出力される。情報処理装置２の物体検出部３１ａは、このように変化する３次元距離情報をもとに、人（Ｍ）の検出と、この人（Ｍ）が手を前後に動かす動作を行っていることの検出を行う。そして、ＣＰＵ３１は、この検出結果に基づいて、制御プログラムに規定された制御動作を行う。

次に、フィルタ１５の傾き調整について説明する。図４は、フィルタを図２のＹ−Ｚ平面に平行な方向に傾けたときに、図２のＺ軸方向に進む光の透過率と波長との関係を示す図（シミュレーション結果）である。同図には、１１個の関係曲線が示されている。図中、最も右の曲線は図２のＺ軸に垂直となるようにフィルタを配置したときの関係曲線であり、最も左の曲線は図２のＺ軸に垂直となる状態から図２のＹ−Ｚ平面に平行な方向に２０度傾けたときの関係曲線である。最も右の曲線から左に一つずつ移行する毎に、傾きが２度ずつ大きくなっている。

図示の如く、誘電体膜干渉型フィルタにおいては、光束に対するフィルタの傾き角を変化させることにより、フィルタの透過帯域を変化させることができる。よって、図２の構成において、レーザ光源１１の出射波長帯域が所期の帯域からずれているような場合には、レーザ光源１１の出射波長帯域に最も近づくように、フィルタ１５の傾きを調整することで、目標領域からの変調レーザ光を適正にＣＭＯＳイメージセンサ１６に導くことができる。

なお、フィルタ１５の傾き角が２０度程度であれば、フィルタ１５の傾き方向をどのように設定しても、略同様に透過帯域を変化させることができる。図２の構成では、Ｙ−Ｚ平面に平行な方向にフィルタ１５を傾けたが、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向にフィルタ１５を傾けてもよく、あるいは、その他の方向にフィルタを傾けても良い。

図５は、アパーチャ１３、撮像レンズ１４、フィルタ１５およびＣＭＯＳイメージセンサ１６の部分のより詳細な構成を示す図である。

図５（ａ）において、４１は、アパーチャ１３と撮像レンズ１４を保持する保持筒である。図示の如く、保持筒４１は、底部が開放された中空の箱形状を有しており、内部に複数枚のレンズ群からなる撮像レンズ１４を収容している。保持筒４１の上部には、円形状の開口が形成され、この開口から外部に臨むようにアパーチャ１３が保持筒４１の上部に装着されている。

４２は、フィルタ１５を保持する保持枠である。保持枠１５には中央に光を通過させるための開口が形成され、この開口を覆うようにして、保持枠４２の上面にフィルタ１５が装着される。保持枠４２の上面には、フィルタ１５が嵌め込まれる段部が形成されており、この段部が図５（ａ）のＡ−Ａ’平面方向（同図矢印方向）に傾いている。よって、この段部に嵌め込まれてフィルタ１５が保持枠４２に装着されると、フィルタ１５は保持枠４２に対しＡ−Ａ’平面方向に傾く。

４３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１６が装着された回路基板である。回路基板４３には、ＣＭＯＳイメージセンサ１６の他、ＣＭＯＳイメージセンサ１６に関連する回路が配されている。

組み立て時には、同図（ａ）に示す如く、フィルタ１５を保持する保持枠４２が、ＣＭＯＳイメージセンサ１６を覆うようにして回路基板４３に重ねられる。さらに、保持枠４２の上に保持筒４１が載せられる。同図（ｂ）は、保持筒４１、保持枠４２および回路基板４３が組み立てられた状態を示す図である。

本実施の形態では、段部の傾き角が異なる複数の保持枠４２が予め準備される。そして、準備された保持枠４２ｂの中から、レーザ光源１１の出射波長帯域に最も近い透過波長帯域を与える傾き角の保持枠４２が、フィルタ１５を装着するための保持枠４２として選択される。具体的には、レーザ光源１１を点灯させて、レーザ光の波長帯域を計測器で計測する。そして、計測された波長帯域にもっとも適した傾きを与える保持枠４２を選択する。

以上、本実施の形態によれば、フィルタ１５の透過波長帯域をレーザ光源１１の出射波長帯域に近づけることができるため、目標領域からの反射光を適正にＣＭＯＳイメージセンサ１６に導くことができる。すなわち、レーザ光源１１の出射波長帯域が所期の波長帯域からずれている場合にも、フィルタ１５の傾きを調整することにより目標領域からの反射光をＣＭＯＳイメージセンサ１６に適正に導くことができる。よって、本実施の形態によれば、３次元距離演算部２１ａにおいて３次元距離情報を精度よく求めることができ、結果、物体検出部３１ａにおける検出精度を高めることができる。

＜実施形態２＞
上記実施形態１では、複数の保持枠４２の中からレーザ光源１１の出射波長帯域に最も適した傾きを与える保持枠４２を選択することにより、フィルタ１５の傾きを調整するようにした。これに対し、本実施の形態は、フィルタ１５の傾き状態を変化させるためのアクチュエータを別途配置し、このアクチュエータを駆動することにより、フィルタ１５の傾きを調整するものである。

図６に、本実施の形態に係る情報取得装置１の構成を示す。本実施の形態では、図２の構成に比べ、フィルタ１５をＹ−Ｚ平面に平行な方向に傾斜させるためのアクチュエータ５０と、このアクチュエータ５０を駆動するためのフィルタ制御回路２６が配されている。

図７は、アクチュエータ５０の構成を示す図である。図７（ａ）を参照して、アクチュエータ５０は、ベース５１と、マグネット５２ａ、５２ｂと、ホルダ５３と、コイル５４と、軸５５、５６を備えている。

ベース５１には、左右に壁部５１ａ、５１ｃが形成され、これら壁部５１ａ、５１ｃの内側の凹部５１ｂ、５１ｄに、それぞれマグネット５２ａ、５２ｂが装着される。また、壁部５１ａ、５１ｃには、それぞれ、軸穴５１ｅ、５１ｆが形成され、これら軸穴５１ｅ、５１ｆに端部に抜け止めを有する軸５５、５６が回動可能に挿入される。さらに、ベース５１の底部には、光を通すための開口５１ｇが形成されている。

ホルダ５３は、中央に光を通すための開口５３ａが形成された枠部材からなっており、左右の壁に、軸５５、５６と嵌合する孔（図示せず）が形成されている。ホルダ５３の外周には、軸５５、５６が孔に嵌合された状態で、一方向にコイル５４が巻回されている。ホルダ５３の上面には、段部５３ｂが形成され、この段部５３ｂにフィルタ１５が嵌め込まれて装着される。

組み立て時には、まず、マグネット５２ａ、５２ｂが軸穴５１ｅ、５１ｆを塞がないよう、凹部５１ｂ、５１ｄに装着される。次に、軸５５、５６をホルダ５３から外し、ホルダ５３を壁部５１ａ、５１ｃの間に収容する。そして、軸５５、５６を軸穴５１ｅ、５１ｆに挿入しつつ、ホルダ５３の孔（図示せず）に嵌合させる。これにより、アクチュエータ５０の組み立てが完了する。

図７（ｂ）は、アクチュエータ５０の組み立て状態を示す図である。この状態で、ホルダ５３の段部５３ｂにフィルタ１５が嵌め込まれて装着される。同図（ｃ）は、フィルタ１５をアクチュエータ５０に装着した状態を示す図である。

図８は、マグネット５２ａ、５２ｂの極性を示す図である。マグネット５２ａ、５２ｂはこの極性の状態で、凹部５１ｂ、５１ｄに装着される。したがって、コイル５４に同図の矢印Ｂ方向に電流が流れると、ホルダには、矢印Ｃ方向に回動する力が働き、矢印Ｂと逆方向に電流が流れると、矢印Ｃと逆方向に回動する力が働く。よって、図７（ｃ）に示す組み立て状態において、コイル５４に電流が流れると、その電流によってホルダ５３に働く力と重力とが釣り合う回転位置にホルダ５３が位置づけられ、そのときのホルダ５３の回転位置に応じた傾き角で、フィルタ１５が傾く。

図９は、アパーチャ１３、撮像レンズ１４、フィルタ１５、アクチュエータ５０およびＣＭＯＳイメージセンサ１６の部分の詳細な構成を示す図である。ここでは、図５の構成に比べアクチュエータ５０が追加されている。また、フィルタ１５は、保持枠４２に代わってアクチュエータ５０に装着される。

この構成では、図９（ａ）に示す如く、保持枠４２が回路基板４３上に重ねられ、その上に、フィルタ１５が装着されたアクチュエータ５０が重ねられる。さらに、アクチュエータ５０のマグネット５２ａ、５２ｂの上に、保持筒４１が載せられる。同図（ｂ）は、組み立て状態を示す図である。

図６に戻り、本実施の形態おいて、フィルタ制御回路２６は、ＣＭＯＳイメージセンサ１６にて受光される１画面分の光の総光量が最大となるように、アクチュエータ５０にサーボを掛ける。ここで、総光量の検出は、撮像信号処理回路２３から出力される１画面分の信号を加算することにより行われる。このようにサーボを掛けることにより、フィルタ１５は、その時々のレーザ光源１１の出射波長帯域に最も適した傾きに追従するようになる。

したがって、本実施の形態によれば、レーザ光源１１の出射波長帯域が所期の波長帯域からずれている場合のみならず、その後の温度変化等によってレーザ光源１１の出射波長帯域が時々刻々と変化しても、その波長帯域にフィルタ１５の透過波長帯域を合わせることができる。よって、本実施の形態によれば、３次元距離演算部２１ａにおいて３次元距離情報をより精度よく求めることができ、結果、物体検出部３１ａにおける検出精度を一層高めることができる。

なお、図７ないし図９の構成例では、コイルとマグネットによる駆動力を用いたアクチュエータを示したが、この構成からコイル５４とマグネット５２ａ、５２ｂを省略し、軸５５、５６の一方をギアとして、ステッピングモータによる駆動力をホルダ５３に供給する構成することもできる。

＜実施形態３＞
上記実施形態２の構成では、フィルタ１５の傾きの変化によって、透過光に対するフィルタ１５の屈折作用が変化する。よって、フィルタ１５の傾きの変化によって、フィルタ１５を透過した後の光の光路が図６のＹ軸に平行な方向に変化し、これにより、ＣＭＯＳイメージセンサ１６上における光の照射領域がＹ軸に平行な方向に変化する。このように、光の照射領域が変化すると、３次元距離情報の精度が劣化し、結果、物体検出部３１ａにおける検出精度が低下する。本実施の形態は、かかる問題を解消するものである。

図１０は、本実施の形態に係る情報取得装置１の構成を示す図である。ここでは、図６に比べ、調整板１７と、調整板１７を駆動するアクチュエータ５０と、調整板１７の駆動を制御する調整板制御回路２７が配されている。なお、調整板１７を駆動するアクチュエータ５０は、上記実施の形態２におけるアクチュエータ５０がそのまま用いられている。また、調整板１７は、フィルタ１５と同じ形状で同じ屈折作用を持つ透明な板からなっている。

図１１は、アパーチャ１３、撮像レンズ１４、フィルタ１５、調整板１７およびＣＭＯＳイメージセンサ１６の部分の詳細な構成を示す図である。ここでは、図９の構成に比べ、調整板１７と、調整板１７を駆動するためのアクチュエータ５０が追加されている。また、保持筒４１の上下方向の寸法が、調整板１７用のアクチュエータ５０が配される分だけ短くなっている。

この構成では、図１１（ａ）に示す如く、保持枠４２が回路基板４３上に重ねられ、その上に、調整板１７が装着されたアクチュエータ５０と、フィルタ１５が装着されたアクチュエータ５０が順番に重ねられる。さらに、アクチュエータ５０のマグネット５２ａ、５２ｂの上に、保持筒４１が載せられる。同図（ｂ）は、組み立て状態を示す図である。

図１０に戻り、調整板制御回路２７は、フィルタ制御回路２６からフィルタ１５のアクチュエータ５０に供給される電流と逆極性の電流を、調整板１７のアクチュエータ５０に供給する。これにより、調整板１７は、フィルタ１５と同じ角度だけフィルタ１５の傾き方向と反対の方向に傾く。よって、フィルタ１５の傾きによるＹ軸方向の光束の変化は、調整板１７を通ることにより打ち消される。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサ１６には、常に同じ領域に光が導かれる。

なお、本実施の形態では、調整板１７とフィルタ１５とをそれぞれ個別に駆動するようにしたが、図１２の構成のようにアクチュエータ５０の駆動力をギアにより調整板１７側に伝達するようにすることもできる。ここでは、調整板１７のアクチュエータ６０に、コイルとマグネットが配されていない。また、アクチュエータ６０の軸６４にはギア６４ａが装着され、また、アクチュエータ５０の軸５７にもギア５７ａが装着されている。アクチュエータ６０のその他の構成はアクチュエータ５０と同じである。

この構成においても、図１１の場合と同様、アクチュエータ６０の上にアクチュエータ５０が重ねられる。このとき、図１２（ｂ）に示すように、２つのギア５７ａ、６４ａが互いに噛合する。同図（ｂ）の状態において、フィルタ１５と調整板１７は互いに平行（水平）となっている。よって、コイル５４に電流が流れてフィルタ１５が所定角度だけ傾くと、これに伴って、調整板１７が同じ角度だけ反対方向に傾く。

なお、この構成においても、ステッピングモータを用いて駆動することもできる。この場合、フィルタ１５を駆動するアクチュエータがアクチュエータ６０と同様の構成とされ、ギア５７ａ、６４ａの何れか一方にステッピングモータの駆動力が付与される。

＜実施形態４＞
上記実施の形態３では、調整板１７を用いて、フィルタ１５の傾きの変化によるＣＭＯＳイメージセンサ１６上における照射領域の変動を抑制するようにしたが、たとえば、図１３のように、撮像レンズ１４を同図Ｙ軸方向に変化させるためのアクチュエータ７０を配置し、フィルタ１５の傾き変化による光束のシフトを、レンズ１４をＹ軸方向に変位させることにより打ち消すようにすることもできる。

この場合、アクチュエータ５０には、フィルタ１５の傾き角度を検出するためのセンサ（ポジションセンサ等）５８が配される。撮像レンズ制御回路２８は、センサ５８からの信号をもとにフィルタ１５の傾き角度を検出し、検出した角度に対応する駆動信号をアクチュエータ７０に供給する。アクチュエータ７０は、たとえば、ステッピングモータや圧電素子等を駆動源とした機構によって構成され得る。

また、このように撮像レンズ１４を駆動するに替えて、図１４のように、ＣＭＯＳイメージセンサ１６を同図Ｙ軸方向に変化させるための駆動部８０を配置し、ＣＭＯＳイメージセンサ１６をＹ軸方向に変位させることによって、フィルタ１５の傾き変化による光束のシフトに追従させるようにすることもできる。

この場合も、アクチュエータ５０には、フィルタ１５の傾き角度を検出するためのセンサ（ポジションセンサ等）５８が配される。ＣＭＯＳ制御回路２９は、センサ５８からの信号をもとにフィルタ１５の傾き角度を検出し、検出した角度に対応する駆動信号を駆動部８０に供給する。駆動部８０は、たとえば、圧電素子を駆動源とした機構によって構成され得る。

この他、上記では、フィルタ１５の傾き変化による光束のシフトを光学部の構成によって補正するようにしたが、たとえば図１５のように、かかる光束シフトによる影響を回路的に補正するようにしても良い。

この場合も、アクチュエータ５０には、フィルタ１５の傾き角度を検出するためのセンサ（ポジションセンサ等）５８が配される。傾き測定回路３０は、センサ５８からの信号をもとにフィルタ１５の傾き角度を測定し、測定した角度をＣＰＵ２１に供給する。ＣＰＵ２１は、供給された傾き角度に基づき、ＣＭＯＳイメージセンサ１６上における照射領域のずれ量（フィルタ１５がＺ軸に垂直な状態のときからの照射領域のずれ量）を判定し、演算により求めた各画素位置の物体との距離を、照射領域のずれ量に相当する画素数分離れた画素位置の距離に変更する。

たとえば、図１６に示すように適正な照射領域から２画素だけ照射領域が左にずれた場合には、画素領域Ａ’において求めた物体との距離は、これより２画素だけ右の画素領域Ａにおける各画素位置における距離であるとされる。かかる補正処理により、フィルタ１５の傾きの変化によりＣＭＯＳイメージセンサ１６上における光の照射領域がシフトしても、常に、適正な照射領域における各画素位置の距離を取得することができる。

＜物体検出装置の使用形態＞
以上、情報取得装置１と情報処理装置２からなる物体検出装置について説明したが、本発明に係る物体検出装置は、物体およびその動きを３次元に検出可能であるため、制御プログラム（アプリケーションプログラム）を変更することにより、テレビの機能制御やゲーム機の他にも種々の場面で用いられ得る。

（１）本発明に係る物体検出装置は、セキュリティシステムに用いることができる。たとえば、外部からの監視ルートに情報取得装置１を設置することにより、監視ルートへの人の侵入を検出でき、それに応じて、警戒システムを作動させることができる。また、上部から展示品等にレーザ光が投射されるよう情報取得装置１を設置すれば、展示品を含む空間の状況を検出することができる。たとえば、展示品に手を伸ばす等の行為を検出でき、それに応じて、警戒システム作動させることができる。

（２）本発明の物体検出装置は、歩行ロボットに用いることができる。この場合、情報取得装置１は、ロボットの目として機能し、ロボットの前方領域にレーザ光を投射するよう設置される。ロボットは、情報取得装置１によって取得された３次元距離情報をもとに、前方領域の状況（物体の有無および動き等）を検出する。

（３）本発明の物体検出装置は、来客数のカウントに用いることができる。たとえば、施設の入り口にレーザ光を投射するよう情報取得装置１を設置することにより、入口を出入りする人を検出でき、これにより、来場者数を検出することができる。

（４）本発明の物体検出装置は、ＦＡ（Factory Automation）システムの監視装置として用いることができる。たとえば、危険領域にレーザ光を投射するよう情報取得装置１を設置すれば、危険領域への人や人の部位の侵入を検出することができ、それに応じて安全装置を作動させることができる。

（５）本発明の物体検出装置は、自動車等の乗り物の制御に用いることができる。たとえば、自動車の後方領域にレーザ光を投射するよう情報取得装置１を設置すれば、後方に存在する物体の各位置までの距離を検出することができ、これに応じて、駐車アシスト制御を作動させることができる。また、情報取得装置１により運転者の３次元距離情報を取得することにより、運転者の動作や状況を検出することができ、たとえば、ジェスチャによる運転制御やアクセサリ（オーディオ機器、等）の制御を行うことができる。さらに、運転者や同乗者の体型を検出して、シート位置の自動調整やエアバックのエア注入量およびエア注入速度の制御等を行うことができる。

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、上記実施の形態には、目標領域にレーザ光を広げて投写するようにしたが、目標領域をレーザ光が走査するように構成しても良い。この場合、レーザ光の走査手段として、ミラーを用いたスキャン機構（たとえば、特開２００８−１０２０２６号公報）やレンズを用いたスキャン機構（たとえば、特開２００６−３０８５５８号公報）を用いることができる。また、レーザ光の走査位置が検出可能であれば、ＣＭＯＳイメージセンサに替えて、受光光量を検出可能な光検出器を用いることができる。

また、上記図６ないし図１４の構成例では、ＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光光量をモニタし、これが最大となるようにフィルタ１５の傾きを制御したが、たとえば、レーザ光源１１の温度を検出する温度センサを配置し、検出された温度をもとに、フィルタの傾き角を制御するようにしても良い。この場合、フィルタ制御回路２６は、たとえば、温度と傾き角（その温度のときに最適であると想定される傾き角）との関係を規定するテーブルを保持しており、このテーブルを参照して、フィルタ１５の傾き角を設定する。なお、テーブルには、温度とアクチュエータ５０（コイル５４）への印加電流とが対応づけられていても良い。あるいは、アクチュエータ５０をステッピングモータにより駆動する場合、テーブルには、温度と、中立位置からのステッピングモータのステップ数とが対応づけられていても良い。この場合、磁石とホール素子による検出手段等、中立位置を検出するための構成が別途アクチュエータ５０に必要となる。

さらに、上記図６ないし図１４の構成例では、フィルタ１５の傾き角を、情報取得装置１が作動される全期間において動的に制御したが、情報取得装置１の作動時と、その後、一定期間毎あるいはレーザ光源１１の温度上昇が所定の温度幅を超える毎に、フィルタ１５の傾き角を調整するようにしても良い。この場合には、アクチュエータ５０の駆動源をステッピングモータとするのが望ましい。駆動源としてステッピングモータを用いる場合、フィルタ制御回路２６は、傾き角の調整タイミングにおいて、フィルタ１５を中立位置から所定の角度範囲（ステッピングモータのステップ数で規定される）で回動させ、各角度位置におけるＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光光量を取得する。そして、取得した全ての総受光光量のうち最大の受光光量を与える角度（ステップ数）だけ中立位置からフィルタ１５を傾ける。この場合も、磁石とホール素子による検出手段等、中立位置を検出するための構成が別途アクチュエータ５０に必要となる。

また、上記図１０の構成例では、調整板１７をフィルタ１５と反対方向に傾けることにより光路補正を行うようにしたが、制御信号により回折作用が変化する回折素子等、他の光路補正素子を用いることもできる。さらに、上記実施の形態では、光源としてレーザ光源を用いたが、これに替えて狭帯域ＬＥＤを用いることもでき、また、ＣＭＯＳイメージセンサ１６に替えて、高速応答性のＣＣＤイメージセンサを用いることもできる。さらに、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。

この他、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。

実施形態１に係る物体検出装置の構成を示す図 実施形態１に係る情報取得装置と情報処理装置の構成を示す図 実施形態１に係る３次元距離演算部の処理を説明する図 実施形態１に係るフィルタの傾き角と透過率の関係を示す図 実施形態１に係る情報取得装置の受光部の構成を詳細に示す図 実施形態２に係る情報取得装置の構成を示す図 実施形態２に係るアクチュエータの構成を示す図 実施形態２に係るアクチュエータの構成を示す図 実施形態２に係る情報取得装置の受光部の構成を詳細に示す図 実施形態３に係る情報取得装置の構成を示す図 実施形態３に係る情報取得装置の受光部の構成を詳細に示す図 実施形態３に係る情報取得装置の受光部の変更例を示す図 実施形態４に係る情報取得装置の構成を示す図 実施形態４に係る情報取得装置の変更例の構成を示す図 実施形態４に係る情報取得装置の他の変更例の構成を示す図 図１５の構成における補正処理を説明するための図 太陽光の波長スペクトルを示す図

符号の説明

１ 情報取得装置（情報取得部）
２ 情報処理装置（検出部）
１１ レーザ光源（光源）
１２ 投射レンズ
１４ 撮像レンズ（導光光学系）
１５ フィルタ
１６ ＣＭＯＳイメージセンサ（受光素子）
１７ 調整板（光学部材）
２１ ＣＰＵ（補正回路）
２６ フィルタ制御回路（フィルタ制御部）
２７ 調整板制御回路（部材駆動部）
２８ 撮像レンズ制御回路（レンズ駆動部）
２９ ＣＭＯＳ制御回路（受光素子駆動部）
５０ アクチュエータ（フィルタアクチュエータ、部材駆動部）
６０ アクチュエータ（部材駆動部）
７０ アクチュエータ（レンズアクチュエータ）
８０ 駆動部（受光素子アクチュエータ）

Claims (6)

1. 光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得部と、
   前記情報取得部にて取得された情報をもとに目標領域の物体を検出する検出部と、
   を有し、
   前記情報取得部は、
   所定波長帯域の光を出射する光源と、
   前記光源からの光を目標領域に向けて投射する投射光学系と、
   前記目標領域から反射された反射光を受光して信号を出力する受光素子と、
   前記反射光を前記受光素子へと導く受光光学系と、を備え、
   前記受光光学系は、前記光源からの光を透過させるためのフィルタを具備し、
   前記フィルタは、透過波長帯域が前記光源からの光の前記波長帯域に近づくよう、前記反射光の進行方向に対して傾けられている、
   ことを特徴とする物体検出装置。
2. 請求項１に記載の物体検出装置において、
   前記情報取得部は、前記反射光に対する前記フィルタの傾きを変化させるフィルタアクチュエータを備える、
   ことを特徴とする物体検出装置。
3. 請求項２に記載の物体検出装置において、
   前記情報取得部は、
   前記受光素子からの信号が最良となるよう前記フィルタアクチュエータを介して前記フィルタの傾きを制御するフィルタ制御部を備える、
   ことを特徴とする物体検出装置。
4. 請求項３に記載の物体検出装置において、
   前記情報取得部は、
   前記フィルタの傾きの変化に応じた前記反射光の光路変化による前記受光素子上の前記反射光の位置ずれを補償する補償部を備える、
   ことを特徴とする物体検出装置。
5. 請求項４に記載の物体検出装置において、
   前記補償部は、
   前記反射光の光路変化を補正するための光学部材と、
   前記フィルタの傾きに応じて前記光学部材を駆動する部材駆動部と、を備える、
   ことを特徴とする物体検出装置。
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の情報取得部を有する情報取得装置。

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