JP2013181794A - 監視装置及び監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で物体の確実な追尾を可能とする、ことを目的とする。
【解決手段】監視装置１０は、物体を撮像する撮像素子２４と、光が入射する受光面、及び受光面の辺に設けられ、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号を出力する複数の出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２，３４_Ｙ１，３４_Ｙ２を有する位置検出素子２６と、物体に反射した光が入射され、該光を撮像素子２４及び位置検出素子２６へ送光するミラー２８Ａとを備える。そして、監視装置１０は、図心位置算出部３０によって、位置検出素子２６が有する複数の出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２，３４_Ｙ１，３４_Ｙ２から出力された電流に基づいて、位置検出素子２６に入射した光の受光面における図心位置を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、監視装置及び監視方法に関するものである。

従来、船舶等に設置され、広範囲に渡り物体を探知する監視装置として、レーザレーダを使用した監視装置がある。
このような監視装置として、特許文献１には、パルス状の光を出射する送光手段と、送光手段から出射された前記光が物体に到達し、物体により反射された反射光が到達するタイミングに合わせてシャッタを開き、取り込んだ反射光を画像信号に変換して出力する撮像手段と、撮像手段から出力される画像信号を所定期間に渡って蓄積し、蓄積した複数の画像信号を重畳した重畳信号を出力する画像処理手段と、を具備する監視装置が記載されている。

特開２００６−３１７３０３号公報

特許文献１に記載の監視装置は、撮像手段として例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサを用い、ＣＣＤイメージセンサによって取得された画像信号を処理し、処理結果に基づいて移動する物体を追尾できるようにレーザレーダを回転させる旋回台を制御している。このように、ＣＣＤイメージセンサは、鮮明な画像を取得できるが、物体の位置を特定するための画像処理を必要とする。この画像処理は、例えば、撮像手段で取得した画像信号から追尾する物体を示す情報を抜き出し、抜き出した情報から該物体の位置を特定する。
このため、特許文献１に記載の監視装置は、物体を特定する処理や物体の位置を特定する処理等の複雑な画像処理を行うための情報処理装置等の機材を必要とする。さらに、このような画像処理の結果を用いて旋回台の制御等が行われるため、監視する物体に対する追尾が遅れる場合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で物体の確実な追尾を可能とする、監視装置及び監視方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の監視装置及び監視方法は以下の手段を採用する。

本発明の第一態様に係る監視装置は、物体を撮像する撮像素子と、光が入射する受光面、及び該受光面の辺に設けられ、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号を出力する複数の出力端子を有する位置検出素子と、物体に反射した光が入射され、該光を前記撮像素子及び前記位置検出素子の少なくとも一方へ送光する入射光送光手段と、前記位置検出素子が有する複数の前記出力端子から出力された前記信号に基づいて、前記位置検出素子に入射した光の前記受光面における図心位置を算出する算出手段と、を備える。

本構成によれば、物体を撮像する撮像素子と、光が入射する受光面、及び該受光面の辺に設けられ、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号を出力する複数の出力端子を有する位置検出素子と、が監視装置に備えられ、物体に反射した光が入射される入射光送光手段によって、該光が撮像素子及び位置検出素子の少なくとも一方へ送光される。
撮像素子は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等のように、複数の受光素子が２次元状に配列されたセンサである。撮像素子は、鮮明な画像を取得できるが、物体の位置を特定するための画像処理を必要とし、画像処理を行うための情報処理装置等の機材を必要とする。さらに、画像処理の結果を用いて旋回台の制御等が行われるため、監視する物体に対する追尾が遅れる場合があった。

そこで、本構成は、上述のように位置検出素子を備え、算出手段によって、位置検出素子が有する複数の出力端子から出力された信号に基づいて、位置検出素子に入射した光の受光面における図心位置が算出される。
位置検出素子は、単一の受光素子であって、受光面が例えば四角形をしており、各辺に出力端子が設けられている。出力端子からは、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号として例えば電流が出力される。物体の追尾を行う場合、入射光送光手段が、物体に反射した光を位置検出素子へ送光し、算出手段が、複数の出力端子から出力される複数の信号に基づいて、入射した光の受光面における図心位置を算出する。算出した図心位置は、すなわち物体の位置を示しており、複数の信号に基づいて簡易に算出できるので、本構成は、複雑な画像処理を必要とせず、簡易かつ迅速に物体の位置を特定できる。
そして、算出した図心位置が位置検出素子の受光面の所定位置（例えば中心位置）となるように、例えば位置検出素子が設けられた筐体を旋回装置が旋回させて物体を追尾する。
従って、本構成は、簡易な構成で物体の確実な追尾を可能とする。

また、上記第一態様では、レーザ光を出射する送光手段を備え、前記位置検出素子が、前記送光手段から出射された前記レーザ光が物体に到達し、前記物体により反射された光が前記受光面に入射することが好ましい。

本構成によれば、送光手段によってレーザ光が出射される。そして、送光手段から出射されたレーザ光が物体に到達し、物体により反射されたレーザ光が位置検出素子の受光面に入射する。このように、本構成は、レーザ光が物体に照射されることとなるので、闇夜、雨、霧等の悪環境でも、物体を監視でき、レーザ光を不可視光とすることで、相手に気づかれずに監視することができる。

また、上記第一態様では、前記送光手段から出射される前記レーザ光と異なる波長であり、かつ照射領域が前記レーザ光の照射領域よりも狭いガイド光を、物体に反射して前記受光面の所定位置に入射するように出射するガイド光照射手段と、前記レーザ光の波長を通過させずに前記ガイド光の波長を通過させ、前記位置検出素子に前記ガイド光を入射させるフィルタと、を備えることが好ましい。

本構成によれば、ガイド光照射手段によって、送光手段から出射されるレーザ光と異なる波長であり、かつ照射領域がレーザ光の照射領域よりも狭いガイド光が、物体に反射して位置検出素子の受光面の所定位置（例えば中心位置）に入射するように出射される。そして、レーザ光の波長を通過させずにガイド光の波長を通過させるフィルタによって、位置検出素子にガイド光が入射される。
本構成は、物体以外でレーザ光が強く反射し、監視する物体とその他の物体との判別がレーザ光では困難となっても、ガイド光が監視する物体に照射され、ガイド光によって物体を監視することとなるので、監視する物体をより確実に追尾できる。

また、上記第一態様では、前記ガイド光が、前記レーザ光の照射領域よりも狭い照射領域内で各々が重ならないように複数出射されることが好ましい。

本構成によれば、ガイド光の照射領域の中心位置から監視する物体がずれても、複数出射されるガイド光の何れかが物体を照射し続けることとなるので、監視する物体をより確実に追尾できる。

また、上記第一態様では、前記送光手段が、前記レーザ光をパルス状に出射し、前記位置検出素子が、前記送光手段から出射された前記レーザ光が物体に到達し、前記物体により反射された反射光が到達するタイミングに合わせてシャッタが開かれ、該反射光が受光面に入射した入射位置に応じた信号を複数の出力端子から出力することが好ましい。

本構成によれば、送光手段から出射されたパルス状のレーザ光が物体に到達し、監視する物体に反射したレーザ光が戻ってくるタイミングで位置検出素子にレーザ光が入射されるので、監視する物体に反射したレーザ光の反射光のみ位置検出素子に入射させることができる。

また、上記第一態様では、前記送光手段が、前記撮像素子のフレームレートの２倍の周期で、パルス状の前記レーザ光を出射し、前記入射光送光手段が、前記位置検出素子又は前記撮像素子へ光を送光するミラーであり、パルス状に出射されるレーザ光に同期して、前記撮像素子と前記位置検出素子とへ交互に光を送光させることが好ましい。

本構成によれば、撮像素子のフレームレートの２倍の周期で、パルス状のレーザ光が出射され、ミラーである入射光送光手段によって、パルス状に出射されるレーザ光に同期させて、撮像素子と位置検出素子とへ交互に光が送光される。従って、撮像素子のフレームレートで撮像素子と位置検出素子とに光が入射するので、光量の低下を伴うことなく、撮像素子による物体の撮像及び位置検出素子による物体の位置の検出を同時に行え、かつ撮像素子による動画の撮影も同時に行うことができる。

本発明の第二態様に係る監視装置は、レーザ光を出射する送光手段と、前記送光手段から出射された前記レーザ光が物体に到達し、前記物体により反射された光が入射する受光面、及び該受光面の辺に設けられ、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号を出力する複数の出力端子を有する位置検出素子と、前記位置検出素子が有する複数の前記出力端子から出力された前記信号に基づいて、前記位置検出素子に入射した光の受光面における図心位置を算出する算出手段と、を備える。

本構成によれば、レーザ光が物体に照射され、物体に反射した光が位置検出素子に入射される。そして、本構成は、位置検出素子が有する複数の出力端子から出力された信号に基づいて、位置検出素子に入射した光の受光面における図心位置を算出するので、簡易な構成で物体の確実な追尾を可能とする。

また、上記第二態様では、前記送光手段から出射される前記レーザ光と異なる波長であり、かつ照射領域が前記レーザ光の照射領域よりも狭いガイド光を、該ガイド光が物体に反射した光が前記受光面の所定位置に入射するように出射するガイド光照射手段と、前記レーザ光の波長を通過させずに前記ガイド光の波長を通過させ、前記位置検出素子へ前記ガイド光を入射させるフィルタと、を備えることが好ましい。

本構成によれば、物体以外でレーザ光が強く反射し、監視する物体とその他の物体との判別がレーザ光では困難となっても、ガイド光が監視する物体に照射され、ガイド光によって物体を監視することとなるので、監視する物体をより確実に追尾できる。

本発明の第三態様に係る監視方法は、物体を撮像する撮像素子と、光が入射する受光面、及び該受光面の辺に設けられ、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号を出力する複数の出力端子を有する位置検出素子と、物体に反射した光が入射され、該光を前記撮像素子及び前記位置検出素子の少なくとも一方へ送光する入射光送光手段と、を備えた監視装置を用いた監視方法であって、前記位置検出素子が有する複数の前記出力端子から出力された前記信号に基づいて、前記位置検出素子に入射した光の前記受光面における図心位置を算出する第１工程と、前記第１工程で算出した図心位置が前記位置検出素子の前記受光面の所定位置となるように、前記位置検出素子が設けられた筐体を旋回させて物体を追尾する第２工程と、を含む。

本発明の第四態様に係る監視方法は、レーザ光を出射する送光手段と、前記送光手段から出射された前記レーザ光が物体に到達し、前記物体により反射された光が入射する受光面、及び該受光面の辺に設けられ、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号を出力する複数の出力端子を有する位置検出素子と、を備えた監視装置を用いた監視方法であって、前記位置検出素子が有する複数の前記出力端子から出力された前記信号に基づいて、前記位置検出素子に入射した光の前記受光面における図心位置を算出する第１工程と、前記第１工程で算出した図心位置が前記位置検出素子の前記受光面の所定位置となるように、前記位置検出素子が設けられた筐体を旋回させて物体を追尾する第２工程と、を含む。

本発明によれば、簡易な構成で物体の確実な追尾を可能とする、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施形態に係る監視装置の概略構成を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る位置検出素子の外観図である。 本発明の第１実施形態に係る図心位置算出部による図心位置の算出の説明に要する図である。 本発明の第２実施形態に係る監視装置の概略構成を示したブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る監視装置によって、物体にレーザ光が照射された場合において、位置検出装置の受光面に投影される範囲の一例を示した模式図である。 本発明の第３実施形態に係る監視装置の概略構成を示したブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る監視装置によって、物体にレーザ光及びガイド光が照射された場合を示した模式図である。 本発明の第３実施形態に係る監視装置によって、物体にレーザ光及びガイド光が照射された場合であって、物体が移動した場合を示した模式図である。 本発明の第３実施形態に係るガイド光の他の例を示した模式図である。 本発明の第４実施形態に係る監視装置の概略構成を示したブロック図である。 本発明の第５実施形態に係る受光部が備えるミラーの駆動状態を示したブロック図である。 本発明の第６実施形態に係る監視装置の概略構成を示したブロック図である。

以下に、本発明に係る監視装置１０及び監視方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る監視装置１０の全体構成を示すブロック図である。監視装置１０は、例えば船舶や船舶等における障害物等の物体の監視を行う。
図１に示されるように、本第１実施形態に係る監視装置１０は、レーザ送受信部１２、旋回台１４、レーダ制御部１６、制御装置１８、及び表示装置２０を備えている。

レーザ送受信部１２は、筐体内部に受光部２１を備えている。
受光部２１は、例えば、ズームレンズ２２、撮像素子２４、位置検出素子２６（ＰＳＤ：Position Sensitivity Diodes）、ミラー２８Ａ、及び図心位置算出部３０を備えている。レーザ送受信部１２は、旋回台１４によりその回転角及び迎角が所望の角度に調節される。

ズームレンズ２２は、物体により反射された反射光を集光して、ミラー２８Ａに導く。

撮像素子２４は、物体を撮像する例えばＣＣＤイメージセンサであり、複数の受光素子が２次元状に配列されたセンサである。なお、撮像素子２４としてＣＭＯＳイメージセンサ等他のイメージセンサを用いてもよい。

位置検出素子２６は、単一の受光素子であって、図２に示されるように、光（入射光）が入射する受光面３２、及び受光面３２の辺に設けられ、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号（例えば電流）を出力する複数の出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２，３４_Ｙ１，３４_Ｙ２を有する。すなわち、出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２は受光面３２に入射した入射光のＸ方向の位置を示す信号を出力し、出力端子３４_Ｙ１，３４_Ｙ２は、は受光面３２に入射した入射光のＹ方向の位置を示す信号を出力する。
位置検出素子２６の受光面３２は、一例として図２に示されるように、矩形であるが、これに限らず、三角形や五角形以上等の多角形であってもよい。さらに、図２に示される出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２，３４_Ｙ１，３４_Ｙ２の位置も一例であり、これに限られない。

ミラー２８Ａは、物体に反射した光が入射され、該光を撮像素子２４及び位置検出素子２６へ送光する。なお、ミラー２８Ａは、例えばハーフミラーとされ、ズームレンズ２２によって導かれた光を分光し、撮像素子２４及び位置検出素子２６に同時に送光する。

図心位置算出部３０は、位置検出素子２６が有する複数の出力端子３４から出力された信号に基づいて、位置検出素子２６に入射した光の受光面３２における図心位置を算出する。

レーダ制御部１６は、制御装置１８から供給される各種制御信号に基づいて、上記レーザ送受信部１２が備える受光部２１及び旋回台１４を制御するために、旋回台駆動制御部４０、制御信号変換部４２、及び画像処理部４４を備えている。

旋回台駆動制御部４０は、図心位置算出部３０で算出された図心位置が制御信号として入力され、該制御信号に基づいてレーザ送受信部１２を旋回させる。

制御信号変換部４２は、制御装置１８から出力された制御信号が入力され、レーダ制御部１６が備える各種機能を動作させるための制御信号に変換する。

画像処理部４４は、撮像素子２４から出力された画像信号が入力され、画像信号に対して各種画像処理を行う。

制御装置１８は、レーダ制御部１６を制御するための各種制御信号を生成し、生成した各種制御信号をレーダ制御部１６に出力するとともに、レーダ制御部１６から供給される監視結果を表示装置２０へ出力する。

表示装置２０は、制御装置１８から入力される監視結果（例えば画像処理部４４から出力された画像処理後の画像信号）を表示する表示モニタ（図示略）を備えている。

上述したレーダ制御部１６及び制御装置１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＨＤ（Hard Disc）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えるコンピュータシステムを内蔵している。後述の各種機能を実現するための一連の処理過程は、プログラムの形式でＨＤ又はＲＯＭ等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能を実現させる。

次に、本第１実施形態に係る監視装置１０の作用について説明する。

監視装置１０が、物体の監視を行う場合において、制御装置１８は、ズームレンズ２２によって受光部２１内に導かれた光を用いて、位置検出素子２６による物体の位置検出を行わせる。位置検出素子２６が有する出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２，３４_Ｙ１，３４_Ｙ２は、各々、受光面３２に入射した光の入射位置までの抵抗長に応じた電流Ｉ_Ｘ１，Ｉ_Ｘ２，Ｉ_Ｙ１，Ｉ_Ｙ２を図心位置算出部３０へ出力する。

図３を参照して、図心位置算出部３０による光の受光面３２における図心位置の算出について説明する。
出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２から出力される電流Ｉ_Ｘ１，Ｉ_Ｘ２は、入射光の受光面３２におけるｘ方向の位置を示す。一方、出力端子３４_Ｙ１，３４_Ｙ２から出力される電流Ｉ_Ｙ１，Ｉ_Ｙ２は、入射光の受光面３２におけるｙ方向の位置を示す。
そして、入射光の図心位置をｘ，ｙとし、ｘ方向の抵抗長をＬ_ｘとし、ｙ方向の抵抗長をＬ_ｙとすると、図心位置ｘ，ｙは、下記（１）式を用いて算出される。算出された図心位置ｘ，ｙが監視する物体の位置を示すこととなる。

図心位置算出部３０によって算出された図心位置ｘ，ｙは、制御信号として旋回台駆動制御部４０へ出力される。

旋回台駆動制御部４０は、入力された図心位置ｘ，ｙが受光面３２の所定位置となるように、旋回台１４によって受光部２１を有するレーザ送受信部１２を旋回させる。なお、所定位置とは、例えば受光面３２の中心位置（ｘ＝０，ｙ＝０）である。これによって、監視装置１０による監視する物体に対する追尾が行われることとなる。なお、監視する物体は、撮像素子２４によって撮像されて表示装置２０が備える表示モニタに表示される。

ここで、撮像素子２４は、鮮明な画像を取得できるが、物体の位置を特定するための画像処理を必要とし、画像処理を行うための情報処理装置等の機材を必要とする。さらに、画像処理の結果を用いて旋回台１４の制御等が行われるため、監視する物体に対する追尾が遅れる場合があった。
一方、位置検出素子２６により物体の位置を特定するためには、出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２，３４_Ｙ１，３４_Ｙ２から出力される複数の電流値に基づいて、入射光の受光面３２における図心位置を算出する。図心位置は、（１）式に基づいて簡易に算出できるので、本第１実施形態に係る監視装置１０は、複雑な画像処理を必要とせず、簡易かつ迅速に監視する物体の位置を特定できる。

以上説明したように、本第１実施形態に係る監視装置１０は、物体を撮像する撮像素子２４と、光が入射する受光面３２、及び受光面３２の辺に設けられ、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号を出力する複数の出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２，３４_Ｙ１，３４_Ｙ２を有する位置検出素子２６と、物体に反射した光が入射され、該光を撮像素子２４及び位置検出素子２６へ送光するミラー２８Ａとを備える。そして、監視装置１０は、図心位置算出部３０によって、位置検出素子２６が有する複数の出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２，３４_Ｙ１，３４_Ｙ２から出力された電流に基づいて、位置検出素子２６に入射した光の受光面３２における図心位置を算出する。
従って、本第１実施形態に係る監視装置１０は、簡易な構成で物体の確実な追尾を可能とする

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。

図４は、本第２実施形態に係る監視装置１０の構成を示す。なお、図４における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。

本第２実施形態に係る監視装置１０は、レーザ送受信部１２に送光部５０を備える。これにより、レーザ送受信部１２はレーザレーダとして機能することとなる。
送光部５０は、レーザ光を発するレーザ発振器５２、レーザ発振器５２から発せられたレーザ光を物体へ照射させる送光レンズ５４、及び送光レンズ５４の角度を調整するための送光レンズアクチュエータ（図示略）を備えている。

レーザ発振器５２は、例えば、半導体レーザなどの小型のレーザであり、レーダ制御部１６内のレーザ電源５６から電源供給をうけ、レーザ光を出射する。また、送光レンズアクチュエータは、レーダ制御部１６から供給される制御信号に基づいて、送光レンズ５４の位置を調整する。これにより、レーザ送受信部１２は、送光レンズ５４に入射されるレーザ光の角度を調整し、所望の範囲に、レーザ光を出射させることが可能となる。なお、レーザ光は、例えば不可視光であり、撮像素子２４及び位置検出素子２６は不可視光に感度を有する。

次に、本第２実施形態に係る監視装置１０の作用について説明する。

まず、監視時において、制御装置１８は、レーザ発振器５２にレーザ光を発振させて送光部５０からレーザ光を監視する物体へ送光させる。
図５は、本第２実施形態に係る監視装置１０によって、物体にレーザ光が照射された場合において、位置検出素子２６の受光面３２に投影される範囲の一例を示した模式図である。図５の例に示されるように、レーザ光は、送光レンズ５４によって発散され、受光面３２の投影範囲よりも広い範囲を照射範囲とする。
なお、図５に示されるレーザ光は、照射範囲が円形とされているが、これに限らず、照射範囲が楕円形、矩形等他の形状であってもよい。

送光部５０から出射されたレーザ光が物体に到達し、物体により反射されたレーザ光は、位置検出素子２６に入射する。
位置検出素子２６は、ガイド光が受光面３２に入射した入射位置に応じた電流Ｉ_Ｘ１，Ｉ_Ｘ２，Ｉ_Ｙ１，Ｉ_Ｙ２を複数の出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２，３４_Ｙ１，３４_Ｙ２から出力する。
図心位置算出部３０は、出力端子から出力された電流Ｉ_Ｘ１，Ｉ_Ｘ２，Ｉ_Ｙ１，Ｉ_Ｙ２に基づいて受光面３２に入射したレーザ光の図心位置を算出する。
そして、旋回台駆動制御部４０は、図心位置算出部３０で算出された図心位置と受光部２１の中心位置との差がなくなるように、レーザ送受信部１２を旋回させる。

このように、本第２実施形態に係る監視装置１０は、レーザ光が物体に照射されることとなるので、闇夜、雨、霧等の悪環境でも、物体を監視でき、レーザ光を不可視光とすることで、相手に気づかれずに監視することができる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について説明する。

図６は、本第３実施形態に係る監視装置１０の構成を示す。なお、図６における図４と同一の構成部分については図４と同一の符号を付して、その説明を省略する。

本第３実施形態に係る監視装置１０は、レーザ送受信部１２にガイド光照射部６０及びフィルタ６２を備える。

ガイド光照射部６０は、送光部５０から出射されるレーザ光と異なる波長であり、かつ照射領域がレーザ光の照射領域よりも狭いガイド光を、物体に反射して位置検出素子２６の受光面３２の所定位置に入射するように出射する。なお、所定位置とは、受光面３２の中心位置（ｘ＝０，ｙ＝０）である。

フィルタ６２は、レーザ光の波長を通過させずにガイド光の波長を通過させ、位置検出素子２６にガイド光を入射させる。

次に、本第３実施形態に係る監視装置１０の作用について説明する。

まず、監視時において、制御装置１８は、レーザ発振器５２にレーザ光を発振させて送光部５０からレーザ光を監視する物体へ送光させる共に、ガイド光照射部６０に位置検出素子２６の受光面３２の中心位置に向けてガイド光を照射させる。レーザ送受信部１２は、ガイド光が監視する物体に照射されるように旋回台１４によって旋回される。

また、図７に示されるように、ガイド光の照射領域は、レーザ光の照射領域よりも狭く、かつ監視する物体の主要部分（例えば物体の半分以上）が含まれる広さとされている。

そして、物体により反射されたレーザ光及びガイド光がズームレンズ２２を介して、受光部２１に導入される。しかし、フィルタ６２によってガイド光のみが弁別され、ガイド光のみが位置検出素子２６に入射する。

位置検出素子２６は、ガイド光が受光面３２に入射した入射位置に応じた電流Ｉ_Ｘ１，Ｉ_Ｘ２，Ｉ_Ｙ１，Ｉ_Ｙ２を出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２，３４_Ｙ１，３４_Ｙ２から出力する。
図心位置算出部３０は、出力された電流Ｉ_Ｘ１，Ｉ_Ｘ２，Ｉ_Ｙ１，Ｉ_Ｙ２に基づいて受光面３２に入射したレーザ光の図心位置を算出する。

ここで、レーザ光のみで物体を監視すると、背景となる他の物体にレーザ光が反射する場合がある。この場合、位置検出素子２６に入射する入射光が、監視する物体に反射された光であるか、監視対象ではない他の物体に反射された光なのか区別できない。
このため、ガイド光を監視する物体に照射し続けることによって、監視する物体と他の物体とが区別されることとなる。

図８は、本第３実施形態に係る監視装置１０によって、物体にレーザ光及びガイド光が照射された場合であって、物体が移動した場合を示した模式図である。
監視する物体が移動すると、ガイド光は監視する物体に対して広さを有しているので、図８に示されるように、位置検出素子２６の受光部２１に入射したガイド光の図心位置が変化する。
そして、旋回台駆動制御部４０は、図心位置算出部３０で算出された図心位置と受光部２１の中心位置との差Δｘ，Δｙが０となるように、レーザ送受信部１２を旋回させる。

このように、第３実施形態に係る監視装置１０は、物体以外でレーザ光が強く反射し、監視する物体とその他の物体との判別がレーザ光では困難となっても、ガイド光が監視する物体に照射され、ガイド光によって物体を監視することとなるので、監視する物体をより確実に追尾できる。

なお、図７，８に示されるガイド光は、照射範囲が円形とされているが、これに限らず、照射範囲が楕円形、矩形等他の形状であってもよい。

図９は、第３実施形態に係るガイド光の他の例を示した模式図である。
図９に示されるように、ガイド光は、レーザ光の照射領域よりも狭い照射領域内で各々が重ならないように複数出射されてもよい。なお、図９の例に示される複数のガイド光は、照射領域が矩形とされ、該照射領域内で縦横にマトリクス状に配列されているが、これに限らず、例えば、照射領域が円形とされ、同心円状に複数のガイド光が配列されてもよいし、照射領域が三角形や五角形以上の多角形とされてもよい。
これによれば、ガイド光の照射領域の中心位置から監視する物体がずれても、複数出射されるガイド光の何れかが物体を照射し続けることとなるので、監視する物体をより確実に追尾できる。

〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態について説明する。

図１０は、本第４実施形態に係る監視装置１０の構成を示す。なお、図１０における図４と同一の構成部分については図４と同一の符号を付して、その説明を省略する。

本第４実施形態に係る監視装置１０は、送光部５０が備えるレーザ発振器５２からレーザ光をパルス状に出射し、レーザ送受信部１２の受光部２１に高速ゲート装置７０を備える。

高速ゲート装置７０は、レーダ制御部１６に設けられた高速ゲート装置制御部７２により駆動されるものであり、ズームレンズ２２により導かれた光を撮像素子２４及び位置検出素子２６に取り込むシャッタとして機能する。すなわち、位置検出素子２６は、送光部５０から出射されたレーザ光が物体に到達し、物体により反射された反射光が到達するタイミングに合わせてシャッタが開かれ、該反射光が受光面３２に入射した入射位置に応じた信号を複数の出力端子から出力する。

ズームレンズ２２は、送光部５０から発せられ、目標物により反射された反射光を集光して、高速ゲート装置７０に導く。

レーダ制御部１６は、高速ゲート装置制御部７２及び同期部７４を備える。

同期部７４は、制御装置１８から制御信号変換部４２を経由して入力された同期制御信号に基づいて、レーザ光の送光と受光の同期を取るための同期信号を生成し、レーザ電源５６及び高速ゲート装置制御部７２に出力する。

高速ゲート装置制御部７２は、制御装置１８から制御信号変換部４２を経由して入力されたシャッタ駆動信号、及び同期部７４から入力された同期信号に基づいて、高速ゲート装置７０を駆動させる。

レーザ電源５６は、同期部７４から供給された同期信号に基づいて、送光部５０が備えるレーザ発振器５２の動作信号を生成し、動作信号に基づいてレーザ発振器５２を駆動する。

次に、本第４実施形態に係る監視装置１０の作用について説明する。

まず、監視時において、制御装置１８は、レーザ光を所定のタイミングで出射させるために必要となる同期制御信号、所定のタイミングで出射したレーザ光が所定の物体に到達し、反射された反射光のみを受光部２１が備える撮像素子２４及び位置検出素子２６に取り込むためのシャッタ駆動信号等を生成し、これらをレーダ制御部１６に出力する。

制御装置１８から出力された同期制御信号及びシャッタ駆動信号は、レーダ制御部１６内の制御信号変換部４２を経由して、同期部７４、高速ゲート装置制御部７２へそれぞれ出力される。
同期部７４は、同期制御信号に基づいて同期信号を生成し、レーザ電源５６及び高速ゲート装置制御部７２に出力する。高速ゲート装置制御部７２は、シャッタ駆動信号及び同期信号に基づいて高速ゲート装置７０を駆動する。レーザ電源５６は、同期信号に基づいてレーザ発振器５２を駆動する。

これにより、所定のタイミングでパルス状のレーザ光がレーザ発振器５２から出射される。出射されたレーザ光は、送光レンズ５４により所定の範囲を有する照射領域に発散されて出射され、更に、照射領域内に存在する物体により反射された上記レーザ光が受光部２１に導かれることとなる。この場合において、高速ゲート装置制御部７２がシャッタ駆動信号に基づいて高速ゲート装置７０を駆動することにより、監視する物体によって反射されてきたレーザ光のみを撮像素子２４及ぶ位置検出素子２６に入射させることが可能となる。すなわち、監視装置１０と物体との間及び物体よりもより離れた場所に位置する他の物体である背景等に反射したレーザ光は、撮像素子２４及び位置検出素子２６に入射されない。

位置検出素子２６は、送光部５０から出射されたレーザ光が物体に到達し、監視する物体により反射された反射光が到達するタイミングに合わせて高速ゲート装置７０のシャッタ機能によるシャッタが開かれ、該反射したレーザ光が受光面３２に入射した入射位置に応じた電流Ｉ_Ｘ１，Ｉ_Ｘ２，Ｉ_Ｙ１，Ｉ_Ｙ２を複数の出力端子３４_Ｘ１，３４_Ｘ２，３４_Ｙ１，３４_Ｙ２から出力する。
図心位置算出部３０は、出力端子から出力された電流Ｉ_Ｘ１，Ｉ_Ｘ２，Ｉ_Ｙ１，Ｉ_Ｙ２に基づいて受光面３２に入射したレーザ光の図心位置を算出する。
そして、旋回台駆動制御部４０は、図心位置算出部３０で算出された図心位置と受光部２１の中心位置との差がなくなるように、レーザ送受信部１２を旋回させる。

以上説明したように、本第４実施形態に係る監視装置１０は、送光部５０から出射されたパルス状のレーザ光が監視する物体に到達し、物体に反射したレーザ光が戻ってくるタイミングで位置検出素子２６にレーザ光が入射されるので、監視する物体に反射したレーザ光の反射光のみ位置検出素子２６に入射させることができる。

〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態について説明する。

なお、本第５実施形態に係る監視装置１０の構成は、図１０に示す第４実施形態に係る監視装置１０の構成と同様であるので説明を省略する。
ただし、本第５実施形態に係るミラー２８Ｂは、ズームレンズ２２によって導かれたレーザ光を、位置検出素子２６へ反射させる一方、撮像素子２４へは入射させない。また、ミラー２８Ｂは、ズームレンズ２２から撮像素子２４に至る光路から移動可能とされている。

次に、本第５実施形態に係る監視装置１０の作用について説明する。

本第５実施形態に係る監視装置１０は、送光部５０に備えられるレーザ発振器５２が撮像素子２４のフレームレートの２倍の周期で、レーザ光をパルス状に出射する。具体的には、ＣＣＤイメージセンサである撮像素子２４のフレームレートを一例として３０Ｈｚとすると、レーザ発振器５２が６０Ｈｚのレーザ光を出射する。

そして、ミラー２８Ｂは、パルス状に出射されるレーザ光に同期させて、撮像素子２４と位置検出素子２６へ導かれてきた光を交互に送光させる。
図１１（Ａ）に示されるように、ミラー２８Ｂは、ズームレンズ２２によって導かれたレーザ光を、反射させ位置検出素子２６に送光する。そして、ズームレンズ２２によって導かれたレーザ光を撮像素子２４へ送光させる場合、図１１（Ｂ）に示されるように、ミラー２８Ｂは、レーザ光の光路から移動する。これによって、撮像素子２４に光が入射することとなる。なお、ミラー２８Ｂは、レーザ光に同期して駆動するモータによって移動される。

従って、本第５実施形態に係る監視装置１０は、撮像素子２４のフレームレートで撮像素子２４と位置検出素子２６とに光が入射するので、光量の低下を伴うことなく、撮像素子２４による物体の撮像及び位置検出素子２６による物体の位置の検出を同時に行え、かつ撮像素子２４による動画の撮影も同時に行うことができる。

〔第６実施形態〕
以下、本発明の第６実施形態について説明する。

図１２は、本第６実施形態に係る監視装置１０の構成を示す。なお、図１２における図６と同一の構成部分については図６と同一の符号を付して、その説明を省略する。
本第６実施形態に係る監視装置１０は、受光部２１に撮像素子を備えていない。このため、受光部２１内に導かれた光を位置検出素子２６及び撮像素子へ送光させるミラーといった入射光送光手段も備えない。
また、受光部２１に撮像素子を備えていないことに伴い、レーダ制御部１６は、画像処理装置を備えない。
なお、本第６実施形態に係る監視装置１０の作用は、上述した第１実施形態から第３実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記第１実施形態から第５実施形態では、ズームレンズ２２の後方に撮像素子が位置し、ズームレンズ２２の斜め下後方に位置検出素子２６が位置する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、撮像素子２４と位置検出素子２６の位置を逆とする形態としてもよい。

１０ 監視装置
２１ 受光部
２４ 撮像素子
２６ 位置検出素子
２８Ａ ミラー
２８Ｂ ミラー
３０ 図心位置算出部
３２ 受光面
３４ 出力端子
５０ 送光部
６０ ガイド光照射部
６２ フィルタ

Claims (10)

1. 物体を撮像する撮像素子と、
   光が入射する受光面、及び該受光面の辺に設けられ、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号を出力する複数の出力端子を有する位置検出素子と、
   物体に反射した光が入射され、該光を前記撮像素子及び前記位置検出素子の少なくとも一方へ送光する入射光送光手段と、
   前記位置検出素子が有する複数の前記出力端子から出力された前記信号に基づいて、前記位置検出素子に入射した光の前記受光面における図心位置を算出する算出手段と、
   を備えた監視装置。
2. レーザ光を出射する送光手段を備え、
   前記位置検出素子は、前記送光手段から出射された前記レーザ光が物体に到達し、前記物体により反射された光が前記受光面に入射する請求項１記載の監視装置。
3. 前記送光手段から出射される前記レーザ光と異なる波長であり、かつ照射領域が前記レーザ光の照射領域よりも狭いガイド光を、物体に反射して前記受光面の所定位置に入射するように出射するガイド光照射手段と、
   前記レーザ光の波長を通過させずに前記ガイド光の波長を通過させ、前記位置検出素子に前記ガイド光を入射させるフィルタと、
   を備えた請求項２記載の監視装置。
4. 前記ガイド光は、前記レーザ光の照射領域よりも狭い照射領域内で各々が重ならないように複数出射される請求項３記載の監視装置。
5. 前記送光手段は、前記レーザ光をパルス状に出射し、
   前記位置検出素子は、前記送光手段から出射された前記レーザ光が物体に到達し、前記物体により反射された反射光が到達するタイミングに合わせてシャッタが開かれ、該反射光が受光面に入射した入射位置に応じた信号を複数の出力端子から出力する請求項２記載の監視装置。
6. 前記送光手段は、前記撮像素子のフレームレートの２倍の周期で、パルス状のレーザ光を出射し、
   前記入射光送光手段は、前記位置検出素子又は前記撮像素子へ光を送光するミラーであり、パルス状に出射される前記レーザ光に同期して、前記撮像素子と前記位置検出素子とへ交互に光を送光させる請求項５記載の監視装置。
7. レーザ光を出射する送光手段と、
   前記送光手段から出射された前記レーザ光が物体に到達し、前記物体により反射された光が入射する受光面、及び該受光面の辺に設けられ、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号を出力する複数の出力端子を有する位置検出素子と、
   前記位置検出素子が有する複数の前記出力端子から出力された前記信号に基づいて、前記位置検出素子に入射した光の受光面における図心位置を算出する算出手段と、
   を備えた監視装置。
8. 前記送光手段から出射される前記レーザ光と異なる波長であり、かつ照射領域が前記レーザ光の照射領域よりも狭いガイド光を、該ガイド光が物体に反射した光が前記受光面の所定位置に入射するように出射するガイド光照射手段と、
   前記レーザ光の波長を通過させずに前記ガイド光の波長を通過させ、前記位置検出素子へ前記ガイド光を入射させるフィルタと、
   を備えた請求項７記載の監視装置。
9. 物体を撮像する撮像素子と、光が入射する受光面、及び該受光面の辺に設けられ、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号を出力する複数の出力端子を有する位置検出素子と、物体に反射した光が入射され、該光を前記撮像素子及び前記位置検出素子の少なくとも一方へ送光する入射光送光手段と、を備えた監視装置を用いた監視方法であって、
   前記位置検出素子が有する複数の前記出力端子から出力された前記信号に基づいて、前記位置検出素子に入射した光の前記受光面における図心位置を算出する第１工程と、
   前記第１工程で算出した図心位置が前記位置検出素子の前記受光面の所定位置となるように、前記位置検出素子が設けられた筐体を旋回させて物体を追尾する第２工程と、
   を含む監視方法。
10. レーザ光を出射する送光手段と、前記送光手段から出射された前記レーザ光が物体に到達し、前記物体により反射された光が入射する受光面、及び該受光面の辺に設けられ、光の入射位置までの抵抗長に応じた信号を出力する複数の出力端子を有する位置検出素子と、を備えた監視装置を用いた監視方法であって、
    前記位置検出素子が有する複数の前記出力端子から出力された前記信号に基づいて、前記位置検出素子に入射した光の前記受光面における図心位置を算出する第１工程と、
    前記第１工程で算出した図心位置が前記位置検出素子の前記受光面の所定位置となるように、前記位置検出素子が設けられた筐体を旋回させて物体を追尾する第２工程と、
    を含む監視方法。
    

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