JP5841498B2 - Object detection device - Google Patents
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Description
本発明は、対象物検出装置に関し、特に、検出対象物に対して複数波長の混合光を放射する対象物検出装置に関する。 The present invention relates to an object detection device, and more particularly to an object detection device that emits mixed light having a plurality of wavelengths to a detection object.
従来から、対象物を光学的に検出してその材質や状態等の属性を判定する装置が知られている。例えば、下記特許文献1には、測定空間へ向けて異なる複数の短波長赤外光を照射し、観測される各波長の反射光の反射率または透過光の透過率から正規化指標を算出して、当該正規化指標および予め設定した識別条件に基づいて測定空間内に存在する対象の種類を検知することが可能な対象識別装置が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus that optically detects an object and determines attributes such as a material and a state thereof is known. For example, in
また、対象物を光学的に検出する装置では、対象物に対して複数の光源から放射される異なる波長の光が均一に照射されることが極めて重要になってくる。下記非特許文献1には、複数の波長の照明光を合成する方法として多芯2分岐ファイバーによる合成法が開示されている。この合成法によれば、LEDの光を照射して人肌を検出するセンサシステムにおいて、波長の異なるLED光を複数のファイバーを用いて放射するとともに、これらのファイバーを束ねることによって光を合成して混合させている。
Further, in an apparatus for optically detecting an object, it is extremely important that light of different wavelengths emitted from a plurality of light sources is uniformly irradiated onto the object. Non-Patent
しかしながら、特許文献1に開示された対象識別装置では、遠方に存在する対象物に対して照射波長間にムラのない光を照射しようとするには、複数の照明系の照射角度を正確に制御することが必要であり、また遠方まで到達させるために高強度の光を照射しなければならない等の高度な照射調整技術が必要になってくる。特に、移動する対象物を追尾するような場合には、センサの視野軸と、複数の照明光の光軸等を瞬時に調整することも必要となり高精度の識別が困難であった。
However, in the object identification device disclosed in
また、非特許文献1に開示されたセンサシステムでは、異なる波長のLED光を放射する複数のファイバーを束ねているため、観測系の軸とLED光の軸とが相違してしまい、近い位置にある対象物を検出することは可能であるが、遠方の対象物を検出するには適していない。遠方の対象物を検出するためには、強力で且つ均一に混合した光を照射することが必要であるが、この光ファイバーを束ねる方法では、そのために入射光強度を均一化するとともに多数のファイバーを等密度で集約すること等の高度な調整作業が必要となってしまい遠方対象物の検出は困難であった。
Further, in the sensor system disclosed in Non-Patent
そこで、本発明は、遠方の対象物に対して、複数の異なる波長の照明光を均一に照射することができる対象物検出装置の提供を目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an object detection apparatus that can uniformly irradiate a distant object with a plurality of illumination lights having different wavelengths.
上記課題を解決するために、本発明の対象物検出装置は、波長の異なる複数の光源と、前記光源から放射された光を反射する散乱板と、前記散乱板に対向して配置され、前記光源から放射された光を前記散乱板に集光させる凹面反射鏡と、前記散乱板と前記凹面反射鏡によって形成された空間内の光が入射されて出力端部から前記空間外に広角放射する複合放物面型集光器と、前記出力端部から放射された光を略平行光として反射する放物面鏡と、前記放物面鏡により反射された略平行光の軸と同軸上に配置され、当該平行光が対象物により反射された光を観測する観測センサと、を備えることを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problem, an object detection device of the present invention is provided with a plurality of light sources having different wavelengths, a scattering plate that reflects light emitted from the light source, and opposed to the scattering plate, A concave reflecting mirror for condensing the light emitted from the light source on the scattering plate, and light in the space formed by the scattering plate and the concave reflecting mirror is incident and radiates from the output end to the outside at a wide angle. A compound parabolic concentrator, a parabolic mirror that reflects light emitted from the output end as substantially parallel light, and coaxial with the axis of the substantially parallel light reflected by the parabolic mirror. And an observation sensor for observing light in which the parallel light is reflected by the object.
また、本発明の対象物検出装置は、前記複合放物面型集光器の入力端部が、前記散乱板と前記凹面反射鏡によって形成された空間内に配置されていることが好ましい。 In the object detection device of the present invention, it is preferable that an input end of the composite paraboloidal collector is disposed in a space formed by the scattering plate and the concave reflecting mirror.
また、本発明の対象物検出装置は、前記光源が、前記凹面反射鏡上に配置されていることが好ましい。 In the object detection device of the present invention, it is preferable that the light source is disposed on the concave reflecting mirror.
また、本発明の対象物検出装置は、前記光源は、前記散乱板上に配置され、前記光源から放射された光を前記散乱板に導く補助反射板が、前記散乱板と前記凹面反射鏡によって形成された空間内であって、前記複合放物面型集光器の周辺部に配置されていることが好ましい。 In the object detection apparatus of the present invention, the light source is disposed on the scattering plate, and an auxiliary reflecting plate that guides light emitted from the light source to the scattering plate is formed by the scattering plate and the concave reflecting mirror. It is preferable that it is disposed in the formed space and at the periphery of the composite parabolic concentrator.
また、本発明の対象物検出装置は、前記放物面鏡と前記観測センサは、同軸上に配置されていることが好ましい。 In the object detection device of the present invention, it is preferable that the parabolic mirror and the observation sensor are arranged on the same axis.
また、本発明の対象物検出装置は、前記複合放物面型集光器の出力端部の軸上に、当該出力端部から放射される狭角方向の光を広角方向に反射させる円錐反射鏡を更に備えることが好ましい。 Further, the object detection apparatus of the present invention is a conical reflection that reflects light in a narrow angle direction emitted from the output end portion in a wide angle direction on the axis of the output end portion of the compound parabolic concentrator. It is preferable to further comprise a mirror.
また、本発明の対象物検出装置は、前記光源、散乱板、および凹面反射鏡は、前記放物面鏡から反射される略平行光を遮断しない位置に配置されていることが好ましい。 In the object detection device of the present invention, it is preferable that the light source, the scattering plate, and the concave reflecting mirror are arranged at positions that do not block substantially parallel light reflected from the parabolic mirror.
また、本発明の対象物検出装置は、前記放物面鏡に形成された開口部に前記複合放物面型集光器が挿通され、前記放物面鏡の焦点の位置と前記複合放物面型集光器の間に配置され、前記出力端部から放射された光を前記放物面鏡に反射する前記複合放物面型集光器に向けて凸形状の反射鏡を更に備えることが好ましい。 In the object detection device of the present invention, the compound parabolic concentrator is inserted into an opening formed in the parabolic mirror, and the focal position of the parabolic mirror and the compound paraboloid A convex mirror is further disposed between the surface-type concentrators and facing the compound parabolic concentrator that reflects the light emitted from the output end to the parabolic mirror. Is preferred.
本発明の対象物検出装置によれば、異なる波長の複数の光を均一に混合された状態で、観測センサと同軸上に存在する対象物に対して効率よく照射することができ、遠方に存在する対象物を高精度に検出することができる。 According to the object detection device of the present invention, it is possible to efficiently irradiate an object existing on the same axis as the observation sensor in a state where a plurality of lights having different wavelengths are uniformly mixed, and the object is present at a distance. The target to be detected can be detected with high accuracy.
以下、本発明に係る対象物検出装置の実施形態の例を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of an object detection device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
図1は、対象物検出装置の第1の実施形態を示す。
第1の実施形態に係る対象物検出装置10Aは、光源の一例であるLED11a、11bと、散乱板12と、凹面反射鏡13と、複合放物面型集光器14と、放物面鏡15と、観測センサ16を備えている。LED11a、11bと、散乱板12と、凹面反射鏡13と、CPC14は発光部23を構成している。なお、対象物検出装置10Aは、このほか点灯制御部18、プリアンプ19等を備えているが、これらについては図2において説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of the object detection apparatus.
The
LED11a、11bは、それぞれ波長の異なる光を放射するものである。この実施形態ではLED11a、11bは、凹面反射鏡13における同一円周上に軸対称(図に示す観測センサ16の中心軸Lに対称)に配置されている。例えば、波長λ1を有する3個のLED11aと波長λ2を有する3個のLED11bとが同一円周上に交互に配置されている。また、LED11a、11bは、散乱板12と凹面反射鏡13によって形成される閉塞空間17内に向けて配置されている。
The
散乱板12は、LED11a、11bから放射された光を散乱反射するものであり、円盤形状を有する。散乱板12は、LEDの光に対して反射率が十分に高い部材から構成されることが好ましい。例えば、散乱板12は、光の観測角にかかわらず反射係数が等しいランバート面を有していることが好ましい。散乱板12でランバート反射することによって、散乱した波長の異なるλ1とλ2の光は、波長間の強度バランスが保持されて均一に混合(合成)される。また、散乱板12は、好ましくは、特殊な吸収スペクトルを有していない(波長依存性のない)白色散乱板を使用する。
The
凹面反射鏡13は、LED11a、11bから放射された光を散乱板12へ鏡面反射するものであり、凹形状を散乱板12に向けて対向するとともに散乱板12をドーム状に覆って配置されている。これにより散乱板12と凹面反射鏡13によって閉塞空間17が形成される。LED11a、11bから放射された波長の異なるλ1とλ2の光は、閉塞空間17内で散乱板12と凹面反射鏡13との間を繰り返して反射し、反射した光は凹面反射鏡13によって散乱板12の中央部分に近い領域に徐々に集光されるとともに、均一に混合されていく。
The concave reflecting
複合放物面型集光器(Compound Parabolic Concentrator、以下、CPCとも称する)14は、散乱板12によって反射された光(波長λ1とλ2の混合光)をその入力端部14a(図において左端部)によって集光するとともに、集光した光をその出力端部14b(図において右端部)から広角放射するものである。CPC14は対象物検出装置10Aの中心軸L上に配置されている。なお、中心軸Lは、対象物検出装置10Aの観測系光学軸のことをいう。CPC14は、許容受光角が広く、散乱板12によって反射された光を対象物検出装置10Aの中心軸Lに対して±25°の許容角度(図においてθ1=25°)で受光することができる。
A compound parabolic concentrator (hereinafter also referred to as CPC) 14 receives light (mixed light of wavelengths λ1 and λ2) reflected by the
CPC14は、散乱板12と対向する凹面反射鏡12に取り付けられ、この実施の形態では、その入力端部14aが閉塞空間17内に配置されている。CPC14の入力端部14aは、散乱板12によって反射された光を効率よく受光することができるように散乱板12上の凹面反射鏡13による集光位置にあわせて突出する形で散乱板12に近接配置される。つまり、CPC14が受光可能な±25°の範囲に散乱板12(中央の光が集中する部分)が配置されているように、散乱板12に対するCPC14の位置が設定される。
The
また、CPC14は、その出力端部14bが閉塞空間17の外部に配置されている。CPC14の出力端部14bは、狭窄形状を有しており略点光源を構成している。CPC14は、その入力端部14aによって閉塞空間17内の光を高効率で集光し、エネルギー密度を高めた光束を出力端部14bから略点光源として取り出し、当該略点光源から広角に放物面鏡15へ向かって光を放射する。CPC14は、出力端部14bから中心軸Lに対して約±60°の広角(図においてθ2=60°)に光を放射することができる。CPC14は、その出力端部14bの位置が放物面鏡15の焦点の位置と略一致するように配置される。
Further, the
なお、散乱板12によって反射され、CPC14の入力端部14aに入光しなかった光は、凹面反射鏡13によって散乱板12に向けて反射され、このような反射を繰り返すことで散乱板12の中央部分に近い領域に集光される。これにより、散乱板12の中心付近の照度は高まりCPC14への強い混合光の入光が確保される。また、CPC14の許容受光角が±25°であることから、CPC14に対向して配置される反射率の高い散乱板12は、少なくともCPC14の受光角度である±25°の領域に対応する領域に部分的に配置するようにしてもよい。
The light that is reflected by the
放物面鏡15は、CPC14の出力端部14bから放射された光が投影されるものであり、CPC14と同様に観測センサ16の中心軸L上に配置されている。上述したように、CPC14の出力端部14bは放物面鏡15の焦点の位置に配置されている。したがって、CPC14の出力端部14bから放射された光は、中心軸L対称であって、全ての光が放物面鏡15の焦点位置と一致した位置から放射されるので、放物面鏡15で反射された後、中心軸Lの略平行光として観測センサ16の光軸の遠方(図において矢印Pの方向)に存在する対象物に向けて照射される。
The
観測センサ16は、対象物から反射した光を観測する望遠型のセンサであり、受光素子(フォトダイオード)と望遠レンズとを有し、放物面鏡15で反射された略平行光と同軸上に配置されている。
The
図2は、第1の実施形態に係る対象物検出装置10Aを備えた対象物識別装置1の機能ブロック図を示す。
対象物識別装置1は、波長の異なる複数の光源を所定の発光パターンで間欠的に点灯させ、対象物に照射した光に対する反射光を検出して反射率を測定するとともに、当該反射率から算出した指標値に基づいて対象物が人肌であるか否かを判定することができる装置であって、対象物検出装置10Aと、検出処理装置30とを備えている。
FIG. 2 is a functional block diagram of the
The
図1および図2に示すように、対象物検出装置10Aは、LED11a、11bと、散乱板12と、凹面反射鏡13と、CPC14と、放物面鏡15と、観測センサ(フォトダイオード:PD)16と、プリアンプ19を備えている。また、検出処理装置30は、図2に示すように、クロック信号出力部31と、位相同期検波部32と、分周・遅延回路部33と、対象物算出判定部34を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
LED11a、11bは、所定の大きさの電圧を印加することによりそれぞれ異なる波長(λ1、λ2)の光を発光する光源であり、本実施形態ではともに近赤外域の光を発光する。具体的には、LED11aの発光波長λ1は1070nmであり、LED11bの発光波長λ2は1550nmである。LED11a、11bの発光波長を上記の2波長とするのは、対象物識別装置1の識別対象が人肌であることに因る。すなわち、1070nm帯の光は人肌に対する反射率が他の帯域よりも特に高く、1550nm帯の光は人肌に対する反射率が他の帯域よりも特に低いことから、対象物識別装置1の光源にはこれら2波長を発光波長とするLED11a、11bが用いられている。なお、対象物識別装置1の識別対象が異なる場合には、その識別対象に応じて適切な発光波長のLEDが用いられる。
The
また、図1で説明したように、対象物検出装置10AにはLED11aおよびLED11bがそれぞれ同数設けられており、LED11aを点灯させたときの光量とLED11bを点灯させたときの光量が等しくなるように設定されている、また、対象物検出装置10Aでは、LED11aとLED11bが凹面反射鏡13上に軸対称で交互に配置されており、LED11aを点灯させたときの配光とLED11bを点灯させたときの配光とに差が生じないようになっている。
Further, as described in FIG. 1, the
点灯制御部18は、検出処理装置30に設けられたクロック信号出力部31から入力されるクロック信号に応じた周波数の点灯・非点灯パターンでLED11a、11bを駆動する。具体的には、検出処理装置30は、クロック信号出力部31から入力されるクロック信号の1クロック幅(単位周期)を単位時間幅とすると、図3(a)に示すように、単位時間幅の16倍に相当する周期で繰り返される点灯・非点灯パターンでLED11a、11bを駆動する。
The
図3に示すように、単位時間幅毎に1〜32の番号を付した点灯・非点灯パターンでは、繰り返し周期は、1〜16番までの時間幅および17〜32番までの時間幅である。すなわち、図3では、LED11a、11bの点灯・非点灯パターンを繰り返し周期の2周期分(単位時間幅×32)示している。また、本実施形態では、クロック信号出力部31から入力されるクロック信号の周波数は16kHzである。したがって、上記単位時間幅は、62.5μsecであり、LED11a、11bの点灯・非点灯パターンの繰り返し周期は、1000μsec(繰り返し周波数は1kHz)である。
As shown in FIG. 3, in the lighting / non-lighting patterns numbered 1 to 32 for each unit time width, the repetition period is a time width from 1 to 16 and a time width from 17 to 32. . That is, in FIG. 3, the lighting / non-lighting pattern of the
LED11aは、図3(a)に示す点灯・非点灯パターンの1〜16番までの繰り返し周期における時系列順で1、3、4、および6番目の単位時間幅において点灯し、LED11bは、5、7、8、および10番目の単位時間幅において点灯する。すなわち、LED11a、11bは、何れか一方が点灯しているときは他方が点灯していない排他的なパターンで点灯する。なお、図3(a)に示す点灯・非点灯パターンの1〜16番までの繰り返し周期における2、9、および11〜16番目の単位時間幅では、LED11a、11bは、いずれも点灯しない。
The
観測センサ16は、入射する光の受光強度に応じた大きさの電気信号(受光信号)をプリアンプ19へ出力する。LED11a、11bが上記点灯・非点灯パターンで点灯しているときに観測センサ16で受光される信号は、図3(b)に示すように、上記点灯・非点灯パターンに対応するパターン(受光パターン)を形成する。なお、観測センサ16は、本発明における観測センサの一例であり、検出環境などに応じて適切な方式のフォトダイオードあるいは他の方式の受光素子が観測センサとして用いられる。プリアンプ19は、観測センサ16からの受光信号の信号レベルを増幅し、当該増幅した受光信号を検出処理装置30の位相同期検波部32へ出力する。
The
位相同期検波部32は、抽出部41、42と、サンプル・ホールド部43、44と、バンドパスフィルタ部45、46と、ロックインアンプ部47、48を備えている。これらのうち、抽出部41、42と、サンプル・ホールド部43、44と、ロックインアンプ部47、48は、クロック信号出力部31から供給されるクロック信号のタイミングに基づいて駆動される。
The phase-
抽出部41、42は、本実施形態ではチョッパ回路であり、観測センサ16から入力される受光信号の中からLED11a、11bのそれぞれの点灯・非点灯パターンの信号をサンプリングし、当該サンプリングした信号を対応するサンプル・ホールド部43、44へ出力する。例えば、抽出部41は、観測センサ16から入力される上記受光信号の中からLED11aの点灯期間における受光信号を抽出するとともに、当該点灯期間の繰り返し周期に対して位相が半周期ずれた期間における受光信号を非点灯期間の受光信号として抽出する。
The
より具体的には、抽出部41は、上記点灯・非点灯パターンの繰り返し周期における時系列順で、LED11aが点灯している1、3、4、および6番目の単位時間幅において観測センサ16から出力される受光信号をLED11aの点灯期間における受光信号として抽出し、LED11a、11bのいずれもが点灯していない9、11、12、および14番目の単位時間幅において観測センサ16から出力される受光信号を非点灯期間の受光信号として抽出する(図3(c)参照)。
More specifically, the
そして、抽出部41は、抽出した上記の各単位時間幅の受光信号をLED11aの点灯・非点灯パターンの信号(以下、この信号を「第1の抽出信号」と称する)としてサンプル・ホールド部43へ出力する。この第1の抽出信号には、図3(c)に示すように、LED11aの点灯時の受光信号と、LED11a、11bの非点灯時の受光信号とが同じ繰り返し周期かつ互いに半周期分位相の異なる成分として含まれている。
Then, the
これに対して、抽出部42は、観測センサ16から入力される上記受光信号の中からLED11bの点灯期間における受光信号を抽出するとともに、当該点灯期間の繰り返し周期に対して位相が半周期ずれた期間における受光信号を非点灯期間の受光信号として抽出する。より具体的には、抽出部42は、上記点灯・非点灯パターンの繰り返し周期における時系列順で、LED11bが点灯している5、7、8、および10番目の単位時間幅において観測センサ16から出力される受光信号をLED11bの点灯期間における受光信号として抽出し、LED11a、11bのいずれもが点灯していない2、13、15、および16番目の単位時間幅において観測センサ16から出力される受光信号を非点灯期間の受光信号として抽出する(図3(d)参照)。
On the other hand, the
そして、抽出部42は、抽出した上記の各単位時間幅の受光信号をLED11bの点灯・非点灯パターンの信号(以下、この信号を「第2の抽出信号」と称する)としてサンプル・ホールド部44へ出力する。この第2の抽出信号には、図3(d)に示すように、LED11bの点灯時の受光信号と、LED11a、11bの非点灯時の受光信号とが同じ繰り返し周期かつ互いに半周期分位相の異なる成分として含まれている。
Then, the
サンプル・ホールド部43、44は、抽出部41、42から入力される第1の抽出信号および第2の抽出信号を、単位時間幅毎の信号レベルが変化するまで直前の信号レベルを維持した信号に変換してバンドパスフィルタ部45、46へと出力する。例えば、サンプル・ホールド部43は、第1の抽出信号(図3(c)参照)の繰り返し周期において、1番目の単位時間幅においてLED11aの点灯時の受光信号のレベルまで立ち上がった後、LED11aの非点灯時の受光信号が存在する9番目の単位時間幅まではそのレベルを維持し、9番目の単位時間幅からは次にLED11aの点灯時の受光信号が存在する単位時間幅までLED11aの非点灯時の受光信号のレベルを維持する。
The sample and hold
これにより、サンプル・ホールド部43は、第1の抽出信号を図4(a)に示す矩形波の信号に変換してバンドパスフィルタ部45へと出力する。また、同様に、サンプル・ホールド部44は、第2の抽出信号を図4(b)に示す矩形波の信号に変換してバンドパスフィルタ部46へと出力する。また、図4(a)および図4(b)に示すように、第1の抽出信号と第2の抽出信号の元になる受光パターンは、同じ繰り返し周期であるとともに、互いに繰り返し周期の1/4に相当する位相差を有する(互いに直交関係を有する)パターンであることが分かる。
As a result, the sample and hold
バンドパスフィルタ部45、46は、サンプル・ホールド部43、44から入力される第1の抽出信号および第2の抽出信号に対応する上記矩形波の信号のうち、LED11a、11bの点灯・非点灯パターンの周波数(繰り返し周期)に相当する周波数成分を透過する。すなわち、本実施形態では、上記単位時間幅の16倍に相当する周期で繰り返される成分を透過し、他の成分を遮断する。これにより、第1の抽出信号および第2の抽出信号に対応する信号は、図4(c)および図4(d)に示すように、互いに直交するサイン波形の信号となる。
The
これらのサイン波は、LED11a、11bの点灯タイミングにおいてピークを持ち、LED11a、11bの非点灯時のサンプルタイミング(背景光サンプル時)においてボトムとなる。すなわち、バンドパスフィルタ部45からの出力信号は、LED11aの点灯タイミングである3番目と4番目の単位時間幅の間においてピークを持ち、LED11aの非点灯時のサンプルタイミングである11番目と12番目の単位時間幅の間においてボトムとなる(図3(c)および図4(c)参照)。また、同様に、バンドパスフィルタ部46からの出力信号は、LED11bの点灯タイミングである7番目と8番目の単位時間幅の間においてピークを持ち、LED11bの非点灯時のサンプルタイミングである15番目と16番目の単位時間幅の間においてボトムとなる(図3(d)および図4(d)参照)。
These sine waves have a peak at the lighting timing of the
ロックインアンプ部47、48は、バンドパスフィルタ部45、46から入力される上記信号に対して、LED11a、11bの点灯・非点灯パターンと同じ周波数(繰り返し周期)を有し、LED11a、11bの点灯期間とピークの位相が同じである(または一定の位相関係を有する)参照信号を用いて位相同期検波を行う。本実施形態では、ロックインアンプ部47、48には、クロック信号出力部31から出力されるクロック信号を分周・遅延回路部33で16分周した第1の参照信号(図5(a)参照)と、上記クロック信号を分周・遅延回路部33で16分周して点灯・非点灯パターンの繰り返し周期の1/4だけ遅延させた第2の参照信号(図5(b)参照)とが入力される。
The lock-in
そして、ロックインアンプ部47は、上記第1の参照信号でバンドパスフィルタ部45から入力される上記信号に対して位相同期検波を行う。また、ロックインアンプ部48は、上記第2の参照信号でバンドパスフィルタ部46から入力される上記信号に対して位相同期検波を行う。ここで、図3(c)、(d)に示すように、LED11a、11bの点灯タイミングと非点灯時のサンプルタイミング(背景光サンプル時)とは位相が異なることから、ロックインアンプ部47、48において上記位相同期検波を行うことにより、バンドパスフィルタ部45、46からの上記各信号に含まれる背景光の成分が取り除かれる。
The lock-in
これにより、LED11a、11bの点灯タイミングにおいて受光強度がピークとなる信号成分のみが残る(図5(c)および図5(d)参照)。そして、この位相同期検波された信号を不図示のローパスフィルタもしくはサンプル・ホールド回路を用いて直流成分の信号に変換して対象物算出判定部34へ出力する。すなわち、ロックインアンプ部47、48は、LED11a、11bのそれぞれの照射光に対する反射光の強度レベルを示す信号を対象物算出判定部34へ出力する。
As a result, only the signal component having the peak received light intensity remains at the lighting timing of the
対象物算出判定部34は、指標算出部51と、属性判定部52とを備えている。指標算出部51は、ロックインアンプ部47、48から入力される上記信号に基づいて、LED11aからの照射光(1070nm帯)およびLED11bからの照射光(1550nm帯)の(対象物における)反射率を算出する。本実施形態では、指標算出部51には、クロック信号出力部31からクロック信号が入力されており、指標算出部51は、このクロック信号の周期毎に、ロックインアンプ部47、48から入力される上記信号における同期成分に基づいて上記各光の反射率を算出する。
The object
そして、指標算出部51は、算出した上記各光の反射率に基づいて、以下の式で示される正規化指標(Normalized Difference Human Index;NDHI)を算出して属性判定部52へと出力する。
Then, the
NDHI=(R1070−R1550)/(R1070+R1550)
R1070:LED11aからの照射光(1070nm帯)の反射率
R1550:LED11bからの照射光(1550nm帯)の反射率
NDHI = (R1070−R1550) / (R1070 + R1550)
R1070: Reflectance of the irradiation light (1070 nm band) from the
属性判定部52は、指標算出部51において算出された上記正規化指標と予め設定した判定条件とに基づいて、対象物検出装置10Aから上記2波長の光を照射した領域に人肌が存在するか否かを判定する。本実施形態では、属性判定部52は、例えば上記正規化指標が0.7を越える場合に照射領域に人肌が存在するものと判定し、0.5以下である場合は人肌が存在しないものと判定する。なお、上記判定条件は本実施形態に限られず、検出環境などに応じて最適な条件に設定されることが好ましい。
Based on the normalized index calculated by the
このように、対象物識別装置1は、人肌の特定に有効な赤外域の波長の光を照射して、その反射率から上記正規化指標を算出することにより、照射領域内に人肌が存在するか否かを簡便に判定することができる。また、対象物識別装置1は、反射光を検出する際に、光源の点灯期間と非点灯期間とにおいて検出される光を異なる位相で受光して位相同期検波をかけることにより、反射光から背景光を正確かつ簡便に除去することができる。
In this way, the
以上のような構成を有する対象物検出装置10Aによれば、波長の異なる複数のLED11a、11bから発せられた光を、凹面反射鏡13に対向させた散乱板12に照射し、当該光を凹面反射鏡13と散乱板12との間で反射させ多数回往復させることにより、散乱板12上に複数の波長の光を均一に混合させ、収束させることができる。そして、当該散乱板12から発せられる混合光を散乱板12に対向して近接配置したCPC14に照射し、エネルギー密度を高めた光束をCPC14の出力端部14bから広角放射することができる。さらに、この放射光を放物面鏡15によって観測センサ16と同軸上の平行光とし、対象物に向けて検査光として照射し、対象物からの反射された光を観測センサ16によって観測することができる。このように、遠方に存在する対象物に対して、検査光と観測の範囲を一致させつつ均一な検査光を照射することができ、遠方に存在する対象物を高精度に検出することができる。
According to the
また、CPC14の入力端部14が、散乱板12と凹面反射鏡13によって形成された閉塞空間17に配置されているため、散乱板12で反射した混合光を効率よく集光することができる。
Further, since the
また、放物面鏡15と観測センサ16とを同軸上に配置することにより、対象物検出装置10Aを小型化することができる。
Further, by arranging the
また、LED11a、11bは、凹面反射鏡13の同一円周上にそれぞれ間隔を空けて配置されているので、温度上昇を抑えることができ、出力強度の大きいものを使用することが可能になり、より遠方の対象物も高精度に検出することが可能になる。
Further, since the
また、放物面鏡15の口径を例えば大口径にするなどしてその口径を調整することで、対象物へ照射する検査光の照射距離、照射範囲、照射強度などを簡易に調整することができる。
Further, by adjusting the diameter of the
(第2の実施形態)
図6は、対象物検出装置の第2の実施形態を示す。
第2の実施形態に係る対象物検出装置10Bは、LED11a、11bを散乱板12上に設置している点、閉塞空間17内に補助反射板21を設けている点、およびCPC14の出力端部14bの中心軸L上に円錐反射鏡22を設けている点において第1の実施形態に係る対象物検出装置10Aと相違し、LED11a、11bと、散乱板12と、凹面反射鏡13と、CPC14と、補助反射板21は発光部23aを構成している。以下、第2の実施形態について説明するが、第1の実施形態と同一または同様の部分には同一の符号を付すものとしその説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a second embodiment of the object detection apparatus.
The
対象物検出装置10Bにおいて、LED11a、11bが設置される散乱板12は、円盤形状を有する金属板をベース部材とし、この金属円盤における中心部分の一方の表面に散乱板を設けることによって構成されている。この散乱板は、LEDの光に対して反射率が十分に高く、少なくともCPC14の許容受光角に対応することができる領域に設けられていれば良い。
In the
LED11a、11bは、上記金属円盤上における散乱板の領域を避けた位置に、軸対称(図に示す中心軸L)で同複数個ずつ交互に設置されている。また、LED11a、11bは、金属円盤に形成した貫通孔を通し閉塞空間17内に向けて配置されている。金属円盤は放熱部材の役割も果たすため大型LEDを設置することが可能であり、出力光の強度を大きくしてより遠方の対象物も高精度に検出することが可能になる。
The
なお、LED11a、11bは、円盤形状の散乱板12に貫通孔を形成して、その貫通孔を通して閉塞空間17内に向けて配置しても良い。この構成であれば、より効率良く閉塞空間17内で複数の波長の光を均一に混合させ、収束させることができる。
The
補助反射板21は、投影光を有効に散乱板12へ導くための反射板であり、その中心部にCPC14が貫通する孔を有する円環形状を有している。補助反射板21は、閉塞空間17内、すなわち凹面反射鏡13の凹面側に設けられ、散乱板12に対向するとともにCPC14の周囲を覆って配置されている。このようにCPC14の周辺部に補助反射板21を配置させることにより、LED11a、11bから発せられてCPC14に入光しなかった光を、有効に散乱板12へ導き、損失することなく効率よく対象物への検査光として利用することができる。
The
円錐反射鏡22は、CPC14の出力端部14bから放射される光の方向を変化させるための反射鏡であり、CPC14が配置されている中心軸Lと同軸上であってCPC14の出力端部14bに設けられている。円錐反射鏡22は、円錐形状を有しており、錐部をCPC14の出力端部14bに向けた状態で配置される。
The
円錐反射鏡22が配置されない場合には、CPC14から放射されて放物面鏡15で反射した光のうちの中央付近(中心軸L付近)の光は、観測センサ16あるいは凹面反射鏡13によって遮断されるため、対象物への検査光として有効に利用できない。そこで円錐反射鏡22を配置することにより、CPC14の出力端部14bから開口角の小さい方向(狭角方向)に放射された光を円錐反射鏡22によって反射して放物面鏡15の周辺部(広角方向)に導く。これにより、放物面鏡15で反射された光についての観測センサ16等の遮断によるエネルギー損失の発生を防止することができ、CPC14から放射された光を効率よく対象物へ検査光として照射することができる。なお、円錐反射鏡22は、上述した第1の実施形態に係る対象物検出装置10Aに用いた場合にも同様の作用効果を奏する。
When the conical reflecting
(第3の実施形態)
図7は、対象物検出装置の第3の実施形態を示す。
第3の実施形態に係る対象物検出装置10Cは、CPC14から放射された光を反射して対象物方向へ照射する放物面鏡を、観測センサ16の中心軸Lと同軸上に配置しない非軸放物面鏡15に置き換えている点において第1の実施形態に係る対象物検出装置10Aと相違している。以下、第3の実施形態について説明するが、第1の実施形態と同一または同様の部分には同一の符号を付すものとしその説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 7 shows a third embodiment of the object detection apparatus.
In the
非軸放物面鏡15を中心軸Lからずらした位置に配設することにより、LED11a、11bと、散乱板12と、凹面反射鏡13と、CPC14から構成される発光部23bを、図に示すように中心軸Lから離隔した位置に配置させることができる。
By disposing the non-axial
この場合、CPC14から放射された光は、非軸放物面鏡15で反射されて、中心軸L上に配置された観測センサ16と同軸方向(図において矢印Pの方向)へ略平行光として照射される。したがって、非軸放物面鏡15で反射された光(略平行光)は、発光部23bによって遮断されることがなくエネルギー損失が発生しない。このため、CPC14から放射された光は遠方の対象物に対しても効率よく照射される。
In this case, the light radiated from the
なお、第3の実施形態においても上記第2の実施形態と同様に、閉塞空間17内に補助反射板21を設けるようにしてもよい。また、第3の実施形態においても上記第1の実施形態と同様に、LED11a、11bを凹面反射鏡13上に設けるようにしてもよい。
In the third embodiment, the
(第4の実施形態)
図8は、対象物検出装置の第4の実施形態を示す。
第4の実施形態に係る対象物検出装置10Dは、LED11a、11bと、散乱板12と、凹面反射鏡13と、CPC14から構成される発光部23を放物面鏡15の外側(背面側)に配置している点、および放物面鏡15の光軸上前方に凸面反射鏡24を配置している点において第1の実施形態に係る対象物検出装置10Aと相違している。以下、第4の実施形態について説明するが、第1の実施形態と同一または同様の部分には同一の符号を付すものとしその説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the object detection apparatus.
The
対象物検出装置10Dでは、観測センサ16の中心軸L上前方に凸面反射鏡24を対向させ、放物面鏡15の中央(中心軸L上)に形成した開口部からCPC14の光を放射させて凸面反射鏡24で反射させ、その反射光を放物面鏡15に照射する、いわゆるカセグレン方式を採用している。
In the
より具体的には、発光部23を放物面鏡15の背面側(図において右側)に配置するとともに、放物面鏡15の中央部(中心軸L上)に形成した開口部に発光部23のCPC14の出力端部14bを中心軸L方向へ挿通させる。そして、放物面鏡15の焦点Fの位置とCPC14の出力端部14bとの間に、CPC14に向けて凸形状の凸面反射鏡24を配置する。CPC14から放射された光は凸面反射鏡24で反射した後、放物面鏡15に照射される。当該照射された光は放物面鏡15で反射され、中心軸L上に配置された観測センサ16と同軸方向(図において矢印Pの方向)へ略平行光として照射される。
More specifically, the
このように構成することにより、放物面鏡15で反射された略平行光の光軸上に発光部23が配置されなくなるため、発光部23の遮断によるエネルギー損失が発生しない。このため、CPC14から放射された光は効率よく反射されて遠方の対象物にまで到達し高精度の検出が可能になる。
With this configuration, the
L:中心軸、10A、10B、10C、10D:対象物検出装置、11a、11b:LED(光源の一例)、12:散乱板、13:凹面反射鏡、14:複合放物面型集光器(CPC)、15:放物面鏡、16:観測センサ、17:閉塞空間、21:補助反射板、22:円錐反射鏡、23、23a、23b:発光部、24:凸面反射鏡 L: central axis, 10A, 10B, 10C, 10D: object detection device, 11a, 11b: LED (an example of a light source), 12: scattering plate, 13: concave reflector, 14: compound parabolic concentrator (CPC), 15: parabolic mirror, 16: observation sensor, 17: closed space, 21: auxiliary reflector, 22: conical reflector, 23, 23a, 23b: light emitting part, 24: convex reflector
Claims (8)
前記光源から放射された光を反射する散乱板と、
前記散乱板に対向して配置され、前記光源から放射された光を前記散乱板に集光させる凹面反射鏡と、
前記散乱板と前記凹面反射鏡によって形成された空間内の光が入射されて出力端部から前記空間外に広角放射する複合放物面型集光器と、
前記出力端部から放射された光を略平行光として反射する放物面鏡と、
前記放物面鏡により反射された略平行光の軸と同軸上に配置され、当該平行光が対象物により反射された光を観測する観測センサと、
を備えることを特徴とする対象物検出装置。 A plurality of light sources having different wavelengths;
A scattering plate that reflects light emitted from the light source;
A concave reflecting mirror disposed opposite to the scattering plate and condensing the light emitted from the light source on the scattering plate;
A compound parabolic concentrator that receives light in a space formed by the scattering plate and the concave reflecting mirror and emits a wide angle from the output end to the outside of the space;
A parabolic mirror that reflects light emitted from the output end as substantially parallel light;
An observation sensor that is arranged coaxially with an axis of substantially parallel light reflected by the parabolic mirror, and that observes the light reflected by the object;
An object detection apparatus comprising:
前記光源から放射された光を前記散乱板に導く補助反射板が、前記散乱板と前記凹面反射鏡によって形成された空間内であって、前記複合放物面型集光器の周辺部に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の対象物検出装置。 The light source is disposed on the scattering plate;
An auxiliary reflector that guides light emitted from the light source to the scattering plate is in a space formed by the scattering plate and the concave reflecting mirror, and is disposed in the periphery of the composite parabolic concentrator The object detection device according to claim 1, wherein the object detection device is an object detection device.
前記放物面鏡の焦点の位置と前記複合放物面型集光器の間に配置され、前記出力端部から放射された光を前記放物面鏡に反射する前記複合放物面型集光器に向けて凸形状の反射鏡を更に備えることを特徴とする請求項7に記載の対象物検出装置。 The composite parabolic concentrator is inserted through an opening formed in the parabolic mirror,
The composite paraboloidal collector is disposed between the focal point of the parabolic mirror and the composite parabolic concentrator, and reflects light emitted from the output end to the parabolic mirror. The object detection apparatus according to claim 7, further comprising a reflecting mirror convex toward the optical device.
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