JP7004632B2 - 電磁波検出装置 - Google Patents

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Description

本開示は、電磁波検出装置及び情報取得システムに関する。
近年、電磁波の検出結果から、周囲に関する情報を得る装置が開発されている。例えば、赤外線カメラで撮像した画像中の物体の位置を、レーザレーダを用いて測定する装置が知られている（特許文献１参照）。
特開２０１１－２２０７３２号公報
このような装置において、電磁波で測定対象上を効率良く走査することは、有益である。
従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本開示の目的は、電磁波で測定対象上を効率良く走査することにある。
上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による電磁波検出装置は、
電磁波を放射する放射部と、
前記放射部から放射された電磁波の向きを変更させて対象に向けて放射させる走査部と、
前記対象に向けて放射された電磁波のうち、前記対象で反射された反射波を検出する第１検出部と、
入射する前記反射波を前記第１検出部に進行させる第１状態と、前記第１検出部に進行させない第２状態とに切替可能な複数の部分領域を含む切替部と、
電磁波が前記走査部から第１放射方向に放射された後にそれぞれ異なる放射方向に複数回放射される場合に、電磁波が前記第１放射方向に放射される前に、前記切替部に、前記第１放射方向に放射された電磁波の前記反射波が入射する第１部分領域及び前記第１放射方向に放射された後に前記複数回放射される電磁波の前記反射波が入射する複数の第２部分領域を前記第１状態に切替させる制御部と、を備え、
前記第１部分領域及び前記複数の第２部分領域の間の間隔は、前記反射波が前記切替部に形成するスポットの径の長さ以上である。
上述したように本開示の解決手段を装置及びシステムとして説明してきたが、本開示は、これらを含む態様としても実現し得るものであり、また、これらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
上述のように構成された本開示によれば、電磁波で測定対象上を効率良く走査することができる。
一実施形態に係る電磁波検出装置の概略構成を示す図である。 図１に示す走査部の操作の一例を説明する図である。 図１に示す走査部の操作の他の例を説明する図である。 図１に示す切替部の概略構成を示す図である。 図１に示す切替部の状態例１を示す図である。 図１に示す切替部の状態例２を示す図である。 図１に示す切替部の状態例３を示す図である。 図１に示す切替部の状態例４を示す図である。 図１に示す切替部の状態例５示す図である。 一実施形態に係る電磁波検出装置の変形例の概略構成を示す図である。
電磁波検出装置は、電磁波で測定対象上を走査することにより、例えば電磁波を測定対象上の一点に向けて放射する場合よりも、測定対象に関して、より詳細な情報を取得することができる。従って、電磁波検出装置において、電磁波で測定対象上を走査することは、有益である。
電磁波検出装置は、電磁波を放射する方向を変えていくことにより、電磁波で測定対象上を走査し得る。ここで、電磁波を放射する方向を変えると、電磁波が反射される測定対象上の位置（照射位置）が変位し得る。電磁波が反射される測定対象上の位置が変位すると、電磁波検出装置において電磁波が到来する方向が変わり得る。それ故、電磁波検出装置では、誤検出を防ぐために、例えばＤＭＤ（Digital Micro mirror Device：デジタルマイクロミラーデバイス）を用いて、電磁波を放射する方向と対応する方向から到来してくる電磁波を選択的に検出している。ＤＭＤは、二次元に並ぶ複数の微小な反射面を含むものである。電磁波検出装置では、ＤＭＤに含まれる複数の微小な反射面のうちの、電磁波を放射する方向に応じた微小な反射面を、所定の傾斜状態に切替えることにより、電磁波を放射する方向と対応する方向から到来してくる電磁波を選択的に検出している。電磁波で測定対象上を走査する場合、電磁波検出装置では、電磁波を放射する方向を変える毎に、当該方向に応じたＤＭＤの微小な反射面を所定の傾斜状態に切替えることにより、誤検出を防いでいる。
しかしながら、電磁波で測定対象上を走査する場合、電磁波を放射する方向を変える毎に、当該方向に応じたＤＭＤの微小な反射面を所定の傾斜状態に切替えると、電磁波で測定対象上を効率良く走査できないことがある。
そこで、本開示の電磁波検出装置は、電磁波で測定対象上を効率良く走査するように構成されることにより、電磁波で測定対象上を効率良く走査することができる。以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、電磁波検出装置１は、電磁波検出部３０と、記憶部４０と、制御部４１とを備える。電磁波検出装置１は、放射部１０と、走査部２０とをさらに備えてよい。
図１において、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御信号又は情報の流れを示す。また、各機能ブロックから突出する実線は、電磁波の流れを示す。
放射部１０は、制御部４１の制御に基づいて、電磁波を放射する。放射部１０は、赤外線、可視光線、紫外線及び電波の少なくとも何れかを放射してよい。本実施形態では、放射部１０は、赤外線を放射する。放射部１０から放射された電磁波は、走査部２０を介して対象２に向けて放射される。
放射部１０は、レーザダイオード（ＬＤ:Laser Diode）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）、フォトニック結晶レーザ、ガスレーザ及びファイバーレーザの少なくとも何れかを含んでよい。本実施形態では、放射部１０は、レーザダイオードを含む。レーザダイオードの一例として、ファブリペロー型レーザダイオード等が挙げられる。
走査部２０は、制御部４１の制御に基づいて、放射部１０から放射された電磁波の向きを変える。走査部２０によって向きが変えられた電磁波は、対象２に向けて放射される。走査部２０は、ＭＥＭＳミラー、ガルバノミラー及びポリゴンミラーの何れかを含んでよい。本実施形態では、走査部２０は、２軸のＭＥＭＳミラーを含む。
走査部２０は、放射部１０が放射した電磁波を反射することにより、当該電磁波の向きを変える。走査部２０は、図２及び図３に示すように、互いに直交する軸２１及び軸２２を中心に回転可能である。
図２に示すように、走査部２０は、軸２１を中心に回転することにより、電磁波が反射する方向を変える。このような構成によって、電磁波検出装置１は、電磁波で対象２上を、軸２１に直交する方向Ａに沿って、走査することが可能になる。
図３に示すように、走査部２０は、軸２２を中心に回転することにより、電磁波が反射する方向を変える。このような構成によって、電磁波検出装置１は、電磁波で対象２上を、軸２２に直交する方向Ｂに沿って、走査することが可能になる。
なお、走査部２０が変えた電磁波の向きに応じて、対象２上の電磁波の照射位置が変位する。例えば、図２に示すように走査部２０が電磁波の向きを変えいくと、対象２上の電磁波の照射位置は、位置Ｐ１、位置Ｐ２、位置Ｐ３と変位し得る。対象２上の電磁波の照射位置が変位すると、電磁波検出部３０において電磁波が到来してくる方向が変わり得る。例えば、図２に示すように、電磁波検出部３０において、位置Ｐ１で反射された電磁波が到来してくる方向、位置Ｐ２で反射された電磁波が到来してくる方向及び位置Ｐ３で反射された電磁波が到来してくる方向の各々は、異なる。
走査部２０は、例えばエンコーダ等の角度センサを有してよい。この構成では、走査部２０は、角度センサが検出する角度を、電磁波を反射する方向情報として、制御部４１に通知してよい。このような構成において、制御部４１は、走査部２０から取得する方向情報に基づいて、対象２上の照射位置を算出し得る。また、制御部４１は、走査部２０に電磁波を反射する向きを変えさせるために入力する駆動信号に基づいて、対象２上の照射位置を算出し得る。
図１に示すように、電磁波検出部３０は、前段光学系３１と、切替部３３と、後段光学系３４と、第１検出部３５とを有する。電磁波検出部３０は、分離部３２と、第２検出部３６とをさらに有してよい。
前段光学系３１は、対象２の像を結像させる。前段光学系３１は、レンズ及びミラーの少なくとも一方を含んでよい。
分離部３２は、前段光学系３１と、前段光学系３１から所定距離をおいて離れた対象２の前段光学系３１による結像位置である一次結像位置との間に、設けられている。分離部３２は、入射する電磁波を分離して、切替部３３に向かう進行方向ｄ１と、第２検出部３６に向かう進行方向ｄ２（第３方向）とに進行させる。
一実施形態では、分離部３２は、入射する電磁波の一部を進行方向ｄ２に反射し、電磁波の別の一部を進行方向ｄ１に透過する。分離部３２は、入射する電磁波の一部を進行方向ｄ１に透過し、電磁波の別の一部を進行方向ｄ２に透過してよい。また、分離部３２は、入射する電磁波の一部を進行方向ｄ１に屈折させ、電磁波の別の一部を進行方向ｄ２に屈折させてもよい。分離部３２は、ハーフミラー、ビームスプリッタ、ダイクロイックミラー、コールドミラー、ホットミラー、メタサーフェス、偏向素子及びプリズムの少なくとも何れかを含んでよい。
切替部３３は、分離部３２から進行方向ｄ１に進行する電磁波の経路上に設けられている。さらに、切替部３３は、前段光学系３１から所定距離をおいて離れた対象２の像の、分離部３２から進行方向ｄ１における前段光学系３１による一次結像位置又は当該一次結像位置近傍に、設けられている。本実施形態では、切替部３３は、当該結像位置に設けられている。
切替部３３は、前段光学系３１及び分離部３２を通過した電磁波が入射する基準面３３ｓを有する。基準面３３ｓは、二次元に並ぶ複数の切替素子３３ａを含む。基準面３３ｓは、後述する第１状態及び第２状態の少なくとも何れかにおいて、電磁波に、例えば、反射及び透過等の作用を生じさせる面である。
切替部３３は、進行方向ｄ１に進行して基準面３３ｓに入射する電磁波を、オン方向ｄ３（第１方向）に進行させる第１状態と、オフ方向ｄ４（第２方向）に進行させる第２状態とに、切替素子３３ａ毎に切替可能である。本実施形態では、第１状態は、基準面３３ｓに入射する電磁波を、オン方向ｄ３に反射する第１反射状態である。また、第２状態は、基準面３３ｓに入射する電磁波を、オフ方向ｄ４に進行させる第２反射状態である。
本実施形態では、切替部３３は、切替素子３３ａ毎に電磁波を反射する反射面を含む。切替部３３は、切替素子３３ａ毎の反射面の向きを変更することにより、切替素子３３ａ毎に、第１反射状態及び第２反射状態を切替える。
切替部３３は、制御部４１の制御に基づいて、第１状態及び第２状態を、切替素子３３ａ毎に切替える。例えば、図１に示すように、切替部３３は、一部の切替素子３３ａ１を第１状態に切替えることにより、当該切替素子３３ａ１に入射する電磁波を、オン方向ｄ３に進行させ得る。これと同時に、切替部３３は、別の一部の切替素子３３ａ２を第２状態に切替えることにより当該切替素子３３ａ２に入射する電磁波をオフ方向ｄ４に進行させ得る。
本実施形態では、切替部３３は、ＤＭＤを含む。ＤＭＤは、基準面３３ｓを構成する微小な反射面を駆動することにより、切替素子３３ａ毎に当該反射面を基準面３３ｓに対して＋１２°及び－１２°の何れかの傾斜状態に切替可能である。なお、基準面３３ｓは、ＤＭＤにおける微小な反射面を載置する基板の板面に平行である。ＤＭＤにおける微小な反射面は、微小鏡面（マイクロミラー）ともいう。換言すると、各切替素子３３ａは、微小鏡面（マイクロミラー）を含む。
複数の切替素子３３ａは、図４に示すように、基準面３３ｓ上に、正方格子状に並ぶ。切替素子３３ａは、四角形の反射面を含む。切替素子３３ａは、回転軸３３ｂを含む。回転軸３３ｂは、四角形である反射面すなわち微小鏡面の対角線に沿う。切替素子３３ａは、回転軸３３ｂを中心に、基準面３３ｓに対して＋１２°及び－１２°の何れかの傾斜状態に切替わる。切替素子３３ａの回転軸３３ｂが延在する方向は、図１に示す第１検出部３５の検出面の位置を考慮して、適宜決定されてよい。
切替部３３には、図４に示すように、スポットＳ０が形成され得る。スポットＳ０は、図１に示す放射部１０が放射する電磁波のうち対象２で反射されて入射する電磁波が、切替部３３上に形成する電磁波のスポットである。切替部３３におけるスポットＳ０の位置は、電磁波検出部３０において電磁波が到来してくる方向に応じて、変位し得る。ここで、図２及び図３を参照して上述したように、走査部２０によって電磁波が反射する方向が変えられると、対象２上の電磁波の照射位置が変位し、電磁波検出部３０において電磁波が到来してくる方向が変わり得る。つまり、対象２上の電磁波の照射位置に応じて、切替部３３におけるスポットＳ０の位置は、変位し得る。例えば、図２に示すように対象２上の電磁波の照射位置が方向Ａに沿って変位すると、スポットＳ０は、図４に示す方向Ｄに沿って変位する。例えば、図３に示すように対象２上の電磁波の照射位置が方向Ｂに沿って変位すると、スポットＳ０の位置は、図４に示す方向Ｃに沿って変位する。
スポットＳ０の形状は、例えば放射部１０が光を放射する部分の形状に依拠して、楕円型となり得る。他の実施形態では、スポットＳ０の形状は、長方形状になり得る。本実施形態では、楕円型であるスポットＳ０の長軸方向は、方向Ｃに沿うように構成される。また、楕円型であるスポットＳ０の短軸方向は、方向Ｄに沿う。
切替素子３３ａは、前述のように、制御部４１の制御に基づいて、第１状態に切替える。例えば、図４に示すスポットＳ０が形成される前に、４つの切替素子３３ａが、制御部４１の制御に基づいて、第１状態に切替える。４つの切替素子３３ａの各々は、その内部に、スポットＳ０の一部を含む。このような構成によって、スポットＳ０を形成した電磁波は、４つの切替素子３３ａによって反射されて、図１に示すオン方向ｄ３に進み得る。以後の図面において、第１状態にある切替素子３３ａには、ハッチングを付す。
切替素子３３ａの回転軸３３ｂが延在する方向は、図４に示すスポットＳ０の長軸方向に対応する方向Ｄに沿ってよい。
図１に示すように、後段光学系３４は、切替部３３からオン方向ｄ３に進行する電磁波の経路上に設けられている。後段光学系３４は、レンズ及びミラーの少なくとも一方を含んでよい。後段光学系３４は、切替部３３において進行方向を切替られた電磁波としての対象２の像を結像させる。
第１検出部３５は、切替部３３によりオン方向ｄ３に進行した後に後段光学系３４を経由して進行する電磁波の経路上に、設けられている。第１検出部３５は、後段光学系３４を経由した電磁波、すなわちオン方向ｄ３（第１方向）に進行した電磁波を検出する。
本実施形態では、第１検出部３５は、放射部１０及び走査部２０によって対象２に向けて放射された電磁波のうち、対象２で反射された電磁波（反射波）を検出するアクティブセンサである。
本実施形態では、第１検出部３５は、測距センサを構成する素子を含む。例えば、第１検出部３５は、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）、ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）、ＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）、ＳＰＡＤ（ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ａｖａｒａｎｃｈｅ ｄｉｏｄｅ）及び測距イメージセンサ等の単一の素子を含む。また、第１検出部３５は、ＡＰＤアレイ、ＰＤアレイ、測距イメージングアレイ及び測距イメージセンサ等の素子アレイを含むものであってもよい。なお、第１検出部３５は、後述のイメージセンサを含んでもよいし、後述のサーモセンサを含んでもよい。
本実施形態では、第１検出部３５は、対象２で反射された電磁波を検出したことを示す検出情報を信号として制御部４１に送信する。第１検出部３５は、赤外線の帯域の電磁波を検出する。
なお、第１検出部３５は、上述した測距センサを構成する単一の素子である構成において、電磁波を検出できればよい。つまり、第１検出部３５には、検出面において結像される必要はない。それ故、第１検出部３５は、後段光学系３４による結像位置である二次結像位置に設けられていなくてもよい。換言すると、この構成において、第１検出部３５は、全ての画角からの電磁波が検出面上に入射可能な位置であれば、切替部３３によりオン方向ｄ３に進行した後に後段光学系３４を経由して進行する電磁波の経路上の何処に配置されていてもよい。
第２検出部３６は、分離部３２から進行方向ｄ２に進行する電磁波の経路上に、設けられている。さらに、第２検出部３６は、前段光学系３１から所定距離をおいて離れた対象２の像の、分離部３２から進行方向ｄ２における前段光学系３１による結像位置又は当該結像位置近傍に、設けられている。第２検出部３６は、分離部３２から進行方向ｄ２に進行した電磁波を検出する。第２検出部３６は、第１検出部３５とは異種又は同種の電磁波を検出する。
本実施形態では、第２検出部３６は、パッシブセンサである。第２検出部３６は、第１検出部３５と異種又は同種のセンサであってよい。第２検出部３６は、素子アレイを含んでよい。例えば、第２検出部３６は、イメージセンサ又はイメージングアレイ等の撮像素子を含み、検出面において結像した電磁波による像を撮像して、撮像した対象２に相当する画像情報を生成する。
なお、本実施形態では、第２検出部３６は、可視光の像を撮像する。第２検出部３６は、生成した画像情報を信号として制御部４１に送信する。
なお、第２検出部３６は、赤外線、紫外線及び電波の像等、可視光以外の像を撮像してもよい。また、第２検出部３６は、測距センサを含んでもよい。この構成において、電磁波検出装置１は、第２検出部３６により画像状の距離情報を取得し得る。また、第２検出部３６は、サーモセンサ等を含んでもよい。この構成において、電磁波検出装置１は、第２検出部３６により画像状の温度情報を取得し得る。
図１に示す記憶部４０は、１つ以上のメモリを含んでよい。記憶部４０は、一次記憶装置又は二次記憶装置として機能してよい。記憶部４０は、電磁波検出装置１の動作に用いられる任意の情報及びプログラムを記憶する。記憶部４０は、制御部４１に含まれてよい。
例えば、記憶部４０は、走査パターン及び放射パターンを記憶する。偏向パターンは、放射部１０が放射した電磁波の向きを走査部２０が変えていく際に、走査部２０が電磁波を反射する方向の情報を含む。放射パターンは、放射部１０に電磁波を放射させるタイミング情報を含む。また、記憶部４０は、偏向パターン及び放射パターンと、後述の部分領域３３ｕの位置情報とを対応付けて記憶する。
図１に示す制御部４１は、１つ以上のプロセッサを含む。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する汎用のプロセッサ、及び、特定の処理に特化した専用のプロセッサの少なくとも何れかを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ；Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）を含んでよい。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を含んでよい。制御部４１は、１つ又は複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）、及び、ＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎ ａ Ｐａｃｋａｇｅ）の少なくとも何れかを含んでもよい。
［電磁波の検出処理］
まず、制御部４１は、記憶部４０から、偏向パターン及び放射パターンを取得する。当該偏向パターンは、図２に示すように、走査部２０が、軸２１を中心に回転することにより、放射部１０が放射した電磁波を、図２に示す方向Ａに沿って偏向させるパターンである。当該放射パターンは、放射部１０に電磁波を、所定間隔で３回放射させるパターンである。制御部４１が当該走査パターン及び当該放射パターンに従って放射部１０及び走査部２０を制御すると、図２に示す位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の順番に、対象２上の位置Ｐ１～Ｐ３に電磁波が照射される。位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、対象２上において、直線状に、方向Ａに沿って離れて位置する。図２に示す位置Ｐ１で反射された電磁波は、図５に示すスポットＳ１を形成する。同様に、図２に示す位置Ｐ２，Ｐ３で反射された電磁波の各々は、図５に示すスポットＳ２，Ｓ３の各々を形成する。図５に示すスポットＳ１は、前段光学系３１による図２に示す位置Ｐ１の基準面３３ｓ上の結像位置に形成される。同様に、図５に示すスポットＳ２，Ｓ３の各々は、前段光学系３１による図２に示す位置Ｐ２，Ｐ３の各々の基準面３３ｓ上の結像位置に形成される。上述のように、図２に示す位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の順番に電磁波が照射されるため、切替部３３には、図５に示すスポットＳ１，Ｓ２，Ｓ３の順番に形成される。また、図２に示す位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、同一直線状に位置するため、方向ＣにおけるスポットＳ１，Ｓ２，Ｓ３の位置は、同一となる。本実施形態において、切替部３３に形成されるスポットＳ１～Ｓ３等は、同一形状である。
次に、制御部４１は、記憶部４０から、上記偏向パターン及び放射パターンに対応付けられた複数の部分領域３３ｕの位置情報を取得する。さらに、制御部４１は、切替部３３に、同時に、一部の複数の部分領域３３ｕを第１状態にさせる。この構成では、一部の複数の部分領域３３ｕは、図５に示す部分領域３３ｕ１，３３ｕ２，３３ｕ３である。部分領域３３ｕ１～３３ｕ３は、基準面３３ｓの少なくとも１つの方向としての方向Ｄに沿って、離れて位置する。部分領域３３ｕ１～３３ｕ３の各々は、切替部３３において、スポットＳ１～Ｓ３の各々が形成される箇所に、位置する。部分領域３３ｕ１に含まれる切替素子３３ａは、部分領域３３ｕ１に形成され得る電磁波のスポットＳ１を含むように並ぶ。換言すると、部分領域３３ｕ１に含まれる４つの切替素子３３ａの各々は、切替部３３に形成されるスポットＳ１の一部を含む。同様に、部分領域３３ｕ２，３３ｕ３の各々に含まれる切替素子３３ａは、部分領域３３ｕ２，３３ｕ３の各々に形成される電磁波のスポットＳ２，Ｓ３を各々含むように並ぶ。換言すると、部分領域３３ｕ２，３３ｕ３に含まれる４つの切替素子３３ａの各々は、切替部３３に形成され得るスポットＳ２，Ｓ３の各々の一部を含む。
その後、制御部４１は、放射部１０及び走査部２０を制御することにより、図２に示す対象２の位置Ｐ１に電磁波を放射する。図２に示す位置Ｐ１で反射された電磁波は、図５に示すスポットＳ１を形成する。スポットＳ１を形成した電磁波は、部分領域３３ｕ１に含まれる４つの切替素子３３ａによって反射されて、図１に示すオン方向ｄ３に進み、図１に示す第１検出部３５に入射し得る。また、部分領域３３ｕ１の周囲の切替素子３３ａを第２状態にすることにより、外乱光が図１に示す第１検出部３５に入射することを防ぐことができる。この後、制御部４１は、部分領域３３ｕ１に含まれる切替素子３３ａを第２状態に速やかに切替えてよい。
さらに、制御部４１は、放射部１０及び走査部２０を制御することにより、図２に示す対象２の位置Ｐ２に電磁波を放射する。図２に示す位置Ｐ２で反射された電磁波は、図５に示すスポットＳ２を形成する。スポットＳ２を形成した電磁波は、部分領域３３ｕ２に含まれる４つの切替素子３３ａによって反射されて、図１に示すオン方向ｄ３に進み、図１に示す第１検出部３５に入射し得る。また、部分領域３３ｕ２の周囲の切替素子３３ａを第２状態にすることにより、外乱光が図１に示す第１検出部３５に入射することを防ぐことができる。この後、制御部４１は、部分領域３３ｕ２に含まれる切替素子３３ａを第２状態に速やかに切替えてよい。
さらに、制御部４１は、放射部１０及び走査部２０を制御することにより、図２に示す対象２の位置Ｐ３に電磁波を放射する。図２に示す位置Ｐ３で反射された電磁波は、図５に示すスポットＳ３を形成する。スポットＳ３を形成した電磁波は、部分領域３３ｕ３に含まれる４つの切替素子３３ａによって反射されて、図１に示すオン方向ｄ３に進み、図１に示す第１検出部３５に入射し得る。また、部分領域３３ｕ３の周囲の切替素子３３ａを第２状態にすることにより、外乱光が図１に示す第１検出部３５に入射することを防ぐことができる。この後、制御部４１は、部分領域３３ｕ３に含まれる切替素子３３ａを第２状態に速やかに切替えてよい。
このように、本実施形態では、制御部４１は、切替部３３において、スポットＳ１～Ｓ３が形成される箇所に位置する部分領域３３ｕ１～３３ｕ３を予め同時に第１状態にさせる。このような構成によって、本実施形態では、制御部４１は、電磁波を放射する方向を変える毎に、切替素子３３ａを第１状態又は第２状態に切替えなくてよい。従って、本実施形態に係る電磁波検出装置１は、電磁波で対象２上を効率良く走査することができる。
なお、図５に示すように、方向Ｄにおいて、部分領域３３ｕ１と部分領域３３ｕ２との間の間隔及び部分領域３３ｕ２と部分領域３３ｕ３との間の間隔は、スポットＳ１の方向Ｄに沿った長さ以上であってよい。このような構成によって、外乱光が図１に示す第１検出部３５に入射することをより確実に防ぐことができる。
また、制御部４１は、予め同時に第１状態にさせる部分領域３３ｕの数を、減らしてもよいし、増やしてもよい。例えば測定環境に起因して外乱光の影響が懸念される場合、制御部４１は、切替部３３に形成されるスポットの順番に基づいて、同時に第１状態にさせる部分領域３３ｕの数を減らしてよい。図５に示す構成では、切替部３３に、スポットＳ１～Ｓ３が、順番に形成される。この構成では、制御部４１は、部分領域３３ｕ１，３３ｕ２を予め同時に第１状態にし、部分領域３３ｕ３を第２状態にしておいてよい。さらに、制御部４１は、例えば図２に示す位置Ｐ１に電磁波を照射して切替部３３にスポットＳ１を形成させた後、部分領域３３ｕ３を第１状態に切替えてよい。このような構成によって、外乱光が図１に示す第１検出部３５に入射することをより確実に防ぐことができる。
上述の制御には、多様なパターンがある。以下、この多様なパターンの一例について説明する。
＜例１＞
例１では、図６に示すように、切替部３３にスポットＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６が形成されるように、電磁波検出装置１から対象２へ電磁波が放射される。スポットＳ４～Ｓ６は、方向Ｄに沿って離れて位置する。方向ＣにおけるスポットＳ４～Ｓ６の位置は、同一である。方向ＤにおけるスポットＳ１とスポットＳ４の位置は、同一である。方向ＤにおけるスポットＳ２とスポットＳ５の位置は、同一である。方向ＤにおけるスポットＳ３とスポットＳ６の位置は、同一である。方向Ｄに沿って並ぶスポットＳ１～Ｓ３と、方向Ｄに沿って並ぶスポットＳ４～Ｓ６との間の間隔は、方向ＤにおけるスポットＳ１とスポットＳ２との間の間隔よりも小さい。
例１では、制御部４１は、図６に示すように、同時に、部分領域３３ｕ１，３３ｕ２，３３ｕ３，３３ｕ４，３３ｕ５，３３ｕ６を第１状態にしてよい。
図６に示すように、部分領域３３ｕ４は、互いに隣接する４つの切替素子３３ａを含む。部分領域３３ｕ４に含まれる４つの切替素子３３ａの各々は、スポットＳ４の一部を含む。方向Ｄにおける部分領域３３ｕ３の位置と、部分領域３３ｕ４の位置は、同一である。方向Ｃにおいて、部分領域３３ｕ３と部分領域３３ｕ４との間の間隔は、スポットＳ１の方向Ｃに沿った長さ以上であってよい。
図６に示すように、部分領域３３ｕ５は、互いに隣接する４つの切替素子３３ａを含む。部分領域３３ｕ５に含まれる４つの切替素子３３ａの各々は、スポットＳ５の一部を含む。方向Ｄにおける部分領域３３ｕ２の位置と、部分領域３３ｕ５の位置は、同一である。方向Ｃにおいて、部分領域３３ｕ２と部分領域３３ｕ５との間の間隔は、スポットＳ１の方向Ｃに沿った長さ以上であってよい。
図６に示すように、部分領域３３ｕ５は、互いに隣接する４つの切替素子３３ａを含む。部分領域３３ｕ６に含まれる４つの切替素子３３ａの各々は、スポットＳ６の一部を含む。方向Ｄにおける部分領域３３ｕ１の位置と、部分領域３３ｕ６の位置は、同一である。方向Ｃにおいて、部分領域３３ｕ１と部分領域３３ｕ６との間の間隔は、スポットＳ１の方向Ｃに沿った長さ以上であってよい。
制御部４１は、放射部１０及び走査部２０を制御することにより、切替部３３に、スポットＳ１～Ｓ６の順番に形成させてよい。具体的には、制御部４１は、放射部１０に電磁波を所定間隔で３回放射させつつ、走査部２０を図２に示すように軸２１を中心に回転させてよい。このような構成により、切替部３３上に、スポットＳ１～Ｓ３が形成され得る。その後、制御部４１は、走査部２０を図３に示すように軸２２を中心に回転させる。さらに、制御部４１は、放射部１０に電磁波を所定間隔で３回放射させつつ、走査部２０を図２に示すように軸２１を中心に回転させる。このような構成により、切替部３３上に、スポットＳ４～Ｓ６が形成される。
なお、制御部４１は、図５を参照して上述したように、図６に示す構成においても、同時に第１状態にさせる部分領域３３ｕの数を、減らしてもよいし、増やしてもよい。
＜例２＞
例２では、図７に示すように、切替部３３にスポットＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ７，Ｓ８が形成されるように、電磁波検出装置１から対象２へ電磁波が放射される。スポットＳ７とスポットＳ８は、方向Ｄにおいて離れて位置する。方向ＣにおけるスポットＳ７，Ｓ８の位置は、同一である。方向Ｄにおいて、スポットＳ７は、スポットＳ１とスポットＳ２との間に位置する。方向Ｄにおいて、スポットＳ８は、スポットＳ２とスポットＳ３との間に位置する。
例２では、制御部４１は、同時に、部分領域３３ｕ１，３３ｕ２，３３ｕ３，３３ｕ７，３３ｕ８を第１状態にしてよい。
図７に示すように、部分領域３３ｕ７は、互いに隣接する４つの切替素子３３ａを含む。部分領域３３ｕ７に含まれる４つの切替素子３３ａの各々は、スポットＳ７の一部を含む。方向Ｄにおいて、部分領域３３ｕ７は、部分領域３３ｕ２と部分領域３３ｕ３のとの間に位置する。方向Ｃにおいて、部分領域３３ｕ７の一部と、部分領域３３ｕ２の一部及び部分領域３３ｕ３の一部とは重なり得る。
図７に示すように、部分領域３３ｕ８は、互いに隣接する４つの切替素子３３ａを含む。部分領域３３ｕ８に含まれる４つの切替素子３３ａの各々は、スポットＳ８の一部を含む。方向Ｄにおいて、部分領域３３ｕ８は、部分領域３３ｕ１と部分領域３３ｕ２の間に位置する。方向Ｃにおいて、部分領域３３ｕ８の一部と、部分領域３３ｕ１の一部及び部分領域３３ｕ２の一部とは重なり得る。
制御部４１は、図７に示す構成では、放射部１０及び走査部２０を制御することにより、切替部３３に、スポットＳ１～Ｓ３，Ｓ７，Ｓ８の順番に形成させてよい。具体的には、制御部４１は、放射部１０に電磁波を所定間隔で３回放射させつつ、走査部２０を図２に示すように軸２１を中心に回転させる。このような構成により、切替部３３上に、スポットＳ１～Ｓ３が形成され得る。その後、制御部４１は、走査部２０を図３に示すように軸２２を中心に回転させる。さらに、制御部４１は、放射部１０に電磁波を所定間隔で２回放射させつつ、走査部２０を図２に示すように軸２１を中心に回転させる。このような構成により、切替部３３上に、スポットＳ７，Ｓ８が形成され得る。
なお、制御部４１は、図５を参照して上述したように、図７に示す構成においても、同時に第１状態にさせる部分領域３３ｕの数を、減らしてもよいし、増やしてもよい。
＜例３＞
例３では、図８に示すように、切替部３３にスポットＳ１，Ｓ９が形成されるように、電磁波検出装置１から対象２へ電磁波が放射される。スポットＳ１とスポットＳ９は、方向Ｄに対して傾く方向に沿って、離れて位置する。
例３では、制御部４１は、図８に示すように、同時に、部分領域３３ｕ１，３３ｕ９を第１状態にしてよい。
図８に示すように、部分領域３３ｕ９は、互いに隣接する４つの切替素子３３ａを含む。部分領域３３ｕ９に含まれる４つの切替素子３３ａの各々は、スポットＳ９の一部を含む。部分領域３３ｕ１と、部分領域３３ｕ９とは、基準面３３ｓの少なくとも１つの方向としての方向Ｄに対して傾く方向に沿って、離れて位置する。
制御部４１は、図８に示す構成では、放射部１０及び走査部２０を制御することにより、切替部３３に、スポットＳ１，Ｓ９の順番に形成させてよい。具体的には、制御部４１は、放射部１０に電磁波を１回放射させる。このような構成により、切替部３３に、スポットＳ１が形成される。さらに、制御部４１は、走査部２０を図２及び図３に示すように軸２１及び軸２２を中心に回転させる。加えて、制御部４１は、放射部１０に電磁波を１回放射させる。このような構成により、切替部３３に、スポットＳ９が形成される。
なお、制御部４１は、図５を参照して上述したように、図８に示す構成においても、同時に第１状態にさせる部分領域３３ｕの数を、減らしてもよいし、増やしてもよい。
［周囲に関する情報の取得処理］
制御部４１は、第１検出部３５及び第２検出部３６の各々が検出した電磁波に基づいて、電磁波検出装置１の周囲に関する情報を取得する。例えば、周囲に関する情報は、画像情報、距離情報、及び、温度情報等である。制御部４１は、第２検出部３６によって、画像情報を取得する。また、制御部４１は、第１検出部３５によって、後述のように、距離情報を取得する。
例えば、制御部４１は、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）方式により、距離情報を取得する。この構成において、制御部１４は、時間計測ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）を有してよい。時間計測ＬＳＩによって、制御部４１は、放射部１０に電磁波を放射させた時刻から、第１検出部３５によって検出情報を取得した時刻までの時間ΔＴを計測する。制御部４１は、計測した時間ΔＴに光速を乗算して２で除算することにより、対象２上の照射位置までの距離を算出する。制御部４１は、走査部２０から取得する方向情報、制御部４１が走査部２０に出力する駆動信号、又は、放射部１０に出力する駆動信号に基づいて、電磁波の照射位置を算出する。制御部４１は、電磁波の照射位置を変えながら各照射位置までの距離を算出することにより、画像状の距離情報を取得する。
なお、本実施形態では、電磁波検出装置１は、電磁波を放射して、返ってくるまでの時間を直接計測するＤｉｒｅｃｔ ＴｏＦにより距離情報を取得する構成である。ただし、電磁波検出装置１の構成は、このような構成に限定されない。例えば、電磁波検出装置１は、電磁波を一定の周期で放射し、放射された電磁波と返ってきた電磁波との位相差から、電磁波が返ってくるまでの時間を間接的に計測するＦｌａｓｈ ＴｏＦにより距離情報を取得してもよい。また、電磁波検出装置１は、他のＴｏＦ方式、例えば、Ｐｈａｓｅｄ ＴｏＦにより距離情報を取得してもよい。
ここで、電磁波で対象２を走査するのに要する時間は、次の（１）～（３）の時間による制約を受け得る：（１）放射部１０から放射された電磁波が対象２で反射されて第１検出部３５に入射するまでに要する時間；（２）放射部１０から放射された電磁波の向きを変えるために走査部２０が図２に示す軸２１又は図３に示す軸２２を中心に回転するのに要する時間；（３）切替部３３の切替素子３３ａを第１状態又は第２状態に切替えるのに要する時間。電磁波で対象２を走査するのに要する時間では、（１）～（３）の時間のうち、（３）の時間による制約が最も大きい。
本実施形態に係る電磁波検出装置１では、制御部４１は、基準面３３ｓの少なくとも１つの方向（例えば、方向Ｄ）に沿って離れて位置する複数の部分領域３３ｕを、同時に、第１状態にさせる。このような構成によって、本実施形態では、制御部４１は、電磁波を放射する方向を変える毎に、切替素子３３ａを第１状態又は第２状態に切替なくてよい。換言すると、本実施形態では、上記（３）の時間による制約が低減され得る。このような構成によって、本実施形態に係る電磁波検出装置１は、電磁波で対象２上を効率良く走査することができる。本実施形態に係る電磁波検出装置１は、電磁波で対象２上を効率良く走査することにより、例えば単位時間当たりに、取得可能な情報量を増加させることができる。
本発明を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形及び修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
例えば、本実施形態では、放射部１０、走査部２０、電磁波検出部３０、記憶部４０及び制御部４１が、電磁波検出装置１を構成するものとして説明した。ただし、放射部１０及び走査部２０を含む装置と、電磁波検出部３０を含む装置とによって、情報取得システムが構成されてよい。当該情報取得システムは、記憶部４０及び制御部４１をさらに備えてよい。
また、本実施形態では、図１に示すように、電磁波検出装置１は、放射部１０及び走査部２０を備えるものとして説明した。ただし、電磁波検出装置１が含む要素は、放射部１０及び走査部２０に限定されない。例えば、電磁波検出装置１は、放射部１０及び走査部２０の代わりに、フェーズドアレイを備えてよい。この構成では、電磁波検出装置１は、フェーズドアレイによって、グレーティング走査をすることができる。
また、本実施形態では、図５に示すように、部分領域３３ｕは、互いに隣接する４つの切替素子３３ａを含むものとして説明した。ただし、部分領域３３ｕに含まれる切替素子３３ａの数は、４つに限定されない。部分領域３３ｕには、単一の切替素子３３ａが含まれていればよい。
また、本実施形態では、図５に示すように、複数の部分領域３３ｕが含む切替素子３３ａの数は、同一であるものとして説明した。ただし、複数の部分領域３３ｕが含む切替素子３３ａの数は、同一でなくてよい。
また、本実施形態では、切替部３３に形成されるスポットＳ１等は、同一形状であるとして説明した。ただし、切替部３３に形成されるスポットは、同一形状でなくてよい。例えば、図９に示すように、異なる大きさの２つのスポットＳ１，Ｓ１０が形成されてよい。図９に示すスポットＳ１０の面積は、スポットＳ１の面積の２．５倍程度である。図９に示す構成では、制御部４１は、部分領域３３ｕ１と、部分領域３３ｕ１０とを同時に第１状態にさせてよい。部分領域３３ｕ１０は、互いに隣接する１０つの切替素子３３ａを含む。
また、本実施形態では、切替部３３は、基準面３３ｓに入射する電磁波の進行方向を、オン方向ｄ３及びオフ方向ｄ４の２方向に切替可能であるとして説明した。ただし、切替部３３は、２方向の何れかへの切替でなく、３つ以上の方向に切替可能であってよい。
また、本実施形態では、切替部３３において、第１状態及び第２状態は、基準面３３ｓに入射する電磁波の各々を、オン方向ｄ３に反射する第１反射状態及びオフ方向ｄ４に反射する第２反射状態であるとして説明した。ただし、第１状態及び第２状態は、他の態様であってもよい。
例えば、図１０に示すように、第１状態は、基準面３３ｓに入射する電磁波を、透過させてオン方向ｄ３に進行させる透過状態であってもよい。この構成において、切替部１３３は、切替素子３３ａ毎に電磁波をオフ方向ｄ４に反射する反射面を有するシャッタを含んでいてもよい。このような構成の切替部１３３においては、切替素子３３ａ毎のシャッタを開閉することにより、第１状態としての透過状態及び第２状態としての反射状態を切替素子３３ａ毎に切替え得る。
このような構成の切替部１３３として、例えば、開閉可能な複数のシャッタがアレイ状に配列されたＭＥＭＳシャッタを含む切替部が挙げられる。また、切替部１３３として、電磁波を反射する反射状態と電磁波を透過する透過状態とを液晶配向に応じて切替え可能な液晶シャッタを含む切替部が挙げられる。このような構成の切替部１３３においては、切替素子３３ａ毎の液晶配向を切替えることにより、第１状態としての透過状態及び第２状態としての反射状態を切替素子３３ａ毎に切替え得る。
また、本実施形態では、電磁波検出装置１は、放射部１０から放射される電磁波の向きを走査部２０が変えることにより、第１検出部３５を走査部２０と協同させて走査型のアクティブセンサとして機能させる構成を有するものとして説明した。ただし、電磁波検出装置１は、このような構成に限られない。例えば、放射状の電磁波を放射可能な複数の放射源を有する放射部１０において、放射時期をずらしながら各放射源から電磁波を放射させるフェイズドスキャン方式により、走査部２０を備えることなく、走査型のアクティブセンサとして機能させる構成でも、本実施形態と類似の効果が得られる。また、例えば、電磁波検出装置１は、走査部２０を備えず、放射部１０から放射状の電磁波を放射させ、走査なしで情報を取得する構成でも、本実施形態と類似の効果が得られる。
また、本実施形態では、電磁波検出装置１では、第１検出部３５がアクティブセンサであり、第２検出部３６がパッシブセンサであるものとして説明した。ただし、電磁波検出装置１は、このような構成に限られない。例えば、電磁波検出装置１において、第１検出部３５及び第２検出部３６が、共にアクティブセンサである構成でも、共にパッシブセンサである構成でも、本実施形態と類似の効果が得られる。第１検出部３５及び第２検出部３６が共にアクティブセンサである構成において、対象２に電磁波を放射する放射部１０は異なっていても、同一であってもよい。さらに、異なる放射部１０の各々は、異種又は同種の電磁波を放射してよい。
１ 電磁波検出装置
１０ 放射部
１２ 光学系
２０ 走査部
３０ 電磁波検出部
３１ 前段光学系
３２ 分離部
３３，１３３ 切替部
３３ｓ 基準面
３３ａ，３３ａ１，３３ａ２ 切替素子
３３ｕ，３３ｕ１，３３ｕ２，３３ｕ３，３３ｕ４，３３ｕ５，３３ｕ６，３３ｕ７，３３ｕ８，３３ｕ９，３３ｕ１０ 部分領域
３４ 後段光学系
３５ 第１検出部
３６ 第２検出部
４０ 記憶部
４１ 制御部
ｄ１ 進行方向
ｄ２ 進行方向（第３方向）
ｄ３ オン方向（第１方向）
ｄ４ オフ方向（第２方向）
Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０ スポット
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 方向

Claims (7)

  1. 電磁波を放射する放射部と、
    前記放射部から放射された電磁波の向きを変更させて対象に向けて放射させる走査部と、
    前記対象に向けて放射された電磁波のうち、前記対象で反射された反射波を検出する第１検出部と、
    入射する前記反射波を前記第１検出部に進行させる第１状態と、前記第１検出部に進行させない第２状態とに切替可能な複数の部分領域を含む切替部と、
    電磁波が前記走査部から第１放射方向に放射された後にそれぞれ異なる放射方向に複数回放射される場合に、電磁波が前記第１放射方向に放射される前に、前記切替部に、前記第１放射方向に放射された電磁波の前記反射波が入射する第１部分領域及び前記第１放射方向に放射された後に前記複数回放射される電磁波の前記反射波が入射する複数の第２部分領域を前記第１状態に切替させる制御部と、を備え、
    前記第１部分領域及び前記複数の第２部分領域の間の間隔は、前記反射波が前記切替部に形成するスポットの径の長さ以上である
    電磁波検出装置。
  2. 請求項１に記載の電磁波検出装置において、
    前記制御部は、
    前記第１部分領域に入射した前記反射波が前記第１部分領域によって反射されて前記第１検出部に進行した後、前記切替部に、前記第１部分領域を第２状態に切替させる
    電磁波検出装置。
  3. 請求項１又は２に記載の電磁波検出装置において、
    前記対象の像を結像させる前段光学系と、
    前記前段光学系による結像位置又は結像位置近傍に設けられ、電磁波を検出する第２検出部と、
    前記前段光学系から入射する電磁波の一部を前記第２検出部に進行させ、別の一部を前記切替部に進行させる分離部と、を備え、
    前記分離部は、前記反射波を前記切替部に進行させる
    電磁波検出装置。
  4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の電磁波検出装置において、
    前記走査部が変更させた電磁波の向きに対応する前記切替部の部分領域に前記反射波が入射する
    電磁波検出装置。
  5. 請求項１から４までの何れか一項に記載の電磁波検出装置において、
    前記走査部が所定間隔で電磁波を放射する放射パターンの情報と、前記放射パターンに対応する前記切替部の部分領域の情報とを記憶する記憶部をさらに備える
    電磁波検出装置。
  6. 請求項１から５までの何れか一項に記載の電磁波検出装置において、
    前記スポットの形状は、楕円型の形状又は長方形状であり、
    前記第１部分領域と前記第２部分領域との間の間隔は、前記スポットの前記第１部分領域から前記第２部分領域に向かう方向に沿った長さ以上である
    電磁波検出装置。
  7. 請求項１から５までの何れか一項に記載の電磁波検出装置において、
    前記走査部が電磁波の向きを変更させる変更方向は、第１変更方向と、前記第１変更方向と交わる第２変更方向とを含み、
    前記第２部分領域は、前記第１部分領域に前記反射波が入射する場合の前記変更方向に対して、前記第１変更方向及び前記第２変更方向に変更された場合に前記反射波が入射する前記切替部の領域である
    電磁波検出装置。
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