JP7025940B2 - 電磁波検出装置および情報取得システム - Google Patents

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Description

本発明は、電磁波検出装置および情報取得システムに関するものである。
ＤＭＤのような、画素毎に入射する電磁波の進行方向を切替える素子を備える装置が知られている。例えば、ＤＭＤ表面に物体の像をいったん一次結像させ、そのＤＭＤ表面に一次結像した像をさらにレンズを通してＣＣＤ表面に二次結像させる装置が知られている（特許文献１参照）。
特許３５０７８６５号公報
このような装置において、二次結像した像の解像度を向上することは有益である。
従って、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされた本開示の目的は、二次結像した像の解像度を向上することにある。
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、
電磁波を照射する照射部と、
前記照射部から照射された電磁波の照射位置を変化させながら対象へ向けて射出する反射部と、
前記電磁波が前記対象で反射して入射する反射波を結像する第１の結像部と、
基準面に沿って複数の画素が配置され、前記第１の結像部から前記基準面に入射する電磁波を前記画素毎に第１の方向に進行させる進行部と、
前記第１の方向に進行した反射波を含む電磁波を結像する第２の結像部と、
前記第２の結像部から入射する電磁波を検出する第１の検出部と、を備え、
前記基準面、前記第１の検出部の検出面、及び、前記第２の結像部の主面がシャインプルーフの原理の条件を満たす配置である。
また、第４の観点による情報取得システムは、
入射する電磁波を結像する第１の結像部と、基準面に沿って複数の画素が配置され、前記第１の結像部から前記基準面に入射する電磁波を前記画素毎に第１の方向に進行させる進行部と、前記第１の方向に進行した電磁波を結像する第２の結像部と、前記第２の結像部から入射する電磁波を検出する第１の検出部と、前記第２の方向に進行した電磁波を結像する第３の結像部と、前記第３の結像部から入射する電磁波を検出する第２の検出部と、を有し、前記基準面および前記第１の検出部の検出面それぞれの延長面が交差し、前記第２の結像部の主軸が前記基準面および前記第１の検出部の検出面を通る配置と、前記進行部に対する間隔が定められ且つ前記基準面を像面とする前記第１の結像部の物体面と前記基準面とそれぞれの延長面が交差し、前記第１の結像部の主軸が前記基準面を通る配置と、の少なくとも一方が満たされている、電磁波検出装置と、
前記第２の検出部により検出された電磁波に基づいて前記電磁波検出装置の周囲に関する情報を取得する制御装置と、を備える。
上述したように本開示の解決手段を装置、およ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。
上記のように構成された本開示によれば、二次結像した像の解像度が向上する。
一次結像光学系の主面、進行部の基準面、二次結像光学系の主面、および検出部の検出面が平行である電磁波検出装置において、検出面に結像する画像の、二次結像光学系の画角範囲を示す図である。 第１の実施形態に係る電磁波検出装置を含む情報取得システムの概略構成を示す構成図である。 図２の電磁波検出装置の概略構成を示す構成図である。 照射部、第２の検出部、および制御部が構成する測距センサによる測距の原理を説明するための電磁波の放射の時期と検出の時期を示すタイミングチャートである。 図２の電磁波検出装置において、第１の検出面に結像する画像の、第２の結像部の画角範囲を示す図である。 第２の実施形態に係る電磁波検出装置の概略構成を示す構成図である。
以下、本発明を適用した電磁波検出装置の実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、電磁波を進行部１８’の基準面に結像させる一次結像光学系１５’の主面、進行部１８’の基準面、二次結像光学系１９’の主面、および検出部２０’の検出面をすべて平行に配置する構成においては、二次結像光学系１９’の画角範囲のうち主軸から離れた画角範囲が検出に用いられる場合がある。一般的に、結像系の主軸から離れた画角範囲では主軸近傍に比べて解像度が低い。そこで、本発明を適用した電磁波検出装置は、二次結像光学系１９’の主軸近傍の電磁波の像を検出に用い得るように構成することにより、電磁波の像の解像度を向上し得る。以下、主軸近傍とは、結像光学系による結像面上において、その結像光学系の主軸を中心とした所定の範囲内の領域のことである。所定の範囲は、要求される解像度に応じて設定可能である。
図２に示すように、本開示の第１の実施形態に係る電磁波検出装置１０を含む情報取得システム１１は、電磁波検出装置１０、照射部１２、反射部１３、および制御装置１４を含んで構成されている。
以後の図において、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御信号または通信される情報の流れを示す。破線が示す通信は有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。また、各機能ブロックから突出する実線は、ビーム状の電磁波を示す。
図３に示すように、電磁波検出装置１０は、第１の結像部１５、分離部１６、進行部１８、第２の結像部１９、第１の検出部２０、第３の結像部２１、第２の検出部２２、および第３の検出部１７を有している。
第１の結像部１５は、電磁波検出装置１０の筐体に形成される開口ａｐに対向する位置において、開口ａｐの軸と主軸とが平行となるように配置されている。なお、開口ａｐの軸とは、開口ａｐを鏡筒などの筒により画定されている構成においては筒の軸であり、筐体そのものに形成されている構成においては当該開口ａｐ周囲の筐体の壁面に垂直で開口ａｐの中心を通る線である。
第１の結像部１５は、例えば、レンズおよびミラーの少なくとも一方を含む。第１の結像部１５は、被写体となる対象ｏｂから入射する電磁波の像を結像させる。第１の結像部１５は、レトロフォーカスタイプのレンズ系であってよい。
分離部１６は、第１の結像部１５と、第１の結像部１５による対象ｏｂの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１６は、第１の結像部１５から入射した電磁波を、進行部１８に向かう進行部方向ｄａ、および第３の検出部１７に向かう第３の方向ｄ３に進行するように分離する。分離部１６は、入射する電磁波のうち第１の周波数の電磁波を進行部方向ｄａに、第２の周波数の電磁波を第３の方向ｄ３に進行するように分離してもよい。
分離部１６は、反射、分離、および屈折の少なくともいずれかにより、入射する電磁波を第３の方向ｄ３および進行部方向ｄａに進行するように分離する。第１の実施形態においては、分離部１６は、例えば、入射する電磁波の一部を第３の方向ｄ３に反射し、電磁波の別の一部を進行部方向ｄａに透過する。また、例えば、分離部１６は、入射する電磁波の一部を第３の方向ｄ３に透過し、電磁波の別の一部を進行部方向ｄａに反射してもよい。また、例えば、分離部１６は、入射する電磁波の一部を第３の方向ｄ３に屈折させ、電磁波の別の一部を進行部方向ｄａに透過させてもよい。また、例えば、分離部１６は、入射する電磁波の一部を第３の方向ｄ３に透過させ、電磁波の別の一部を進行部方向ｄａに屈折させてもよい。また、例えば、分離部１６は、入射する電磁波の一部を第３の方向ｄ３に屈折させ、電磁波の別の一部を進行部方向ｄａに屈折させてもよい。
分離部１６は、例えば、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、およびプリズムなどの少なくともいずれかを含んでよい。
進行部１８は、分離部１６から進行部方向ｄａに進行する電磁波の経路上に設けられている。さらに、進行部１８は、進行部方向ｄａにおける第１の結像部１５による対象ｏｂの一次結像位置または当該一次結像位置近傍に、設けられている。
第１の実施形態においては、進行部１８は、当該一次結像位置に設けられている。進行部１８は、第１の結像部１５および分離部１６を通過した電磁波が入射する基準面ｓｓを有している。基準面ｓｓは、２次元状に沿って配置される複数の画素ｐｘによって構成されている。基準面ｓｓは、後述する第１の状態および第２の状態の少なくともいずれかにおいて、電磁波に、例えば、反射および透過などの作用を生じさせる面である。基準面ｓｓは、分離部１６から進行部方向ｄａに進行する電磁波の中心軸に垂直であってよい。
進行部１８は、基準面ｓｓに入射する電磁波を、第１の方向ｄ１に進行させる第１の状態と、第２の方向ｄ２に進行させる第２の状態とに、画素ｐｘ毎に切替可能である。第１の実施形態において、第１の状態は、基準面ｓｓに入射する電磁波を、第１の方向ｄ１に反射する第１の反射状態である。また、第２の状態は、基準面ｓｓに入射する電磁波を、第２の方向ｄ２に反射する第２の反射状態である。
第１の実施形態において、進行部１８は、さらに具体的には、画素ｐｘ毎に電磁波を反射する反射面を含んでいる。進行部１８は、画素ｐｘ毎の反射面の向きを変更することにより、第１の反射状態および第２の反射状態を画素ｐｘ毎に切替える。
第１の実施形態において、進行部１８は、例えばＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：デジタルマイクロミラーデバイス）を含む。ＤＭＤは、基準面ｓｓを構成する微小な反射面を駆動することにより、画素ｐｘ毎に当該反射面を基準面ｓｓに対して＋１２°および－１２°のいずれかの傾斜状態に切替可能である。なお、基準面ｓｓ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。
進行部１８は、後述する制御装置１４の制御に基づいて、第１の状態および第２の状態を、画素ｐｘ毎に切替える。例えば、進行部１８は、同時に、一部の画素ｐｘを第１の状態に切替えることにより当該画素ｐｘに入射する電磁波を第１の方向ｄ１に進行させ得、別の一部の画素ｐｘを第２の状態に切替えることにより当該画素ｐｘに入射する電磁波を第２の方向ｄ２に進行させ得る。
第２の結像部１９は、進行部１８から第１の方向ｄ１に配置されている。第２の結像部１９は、例えば、レンズおよびミラーの少なくとも一方を含む。また、第２の結像部１９は、主面が進行部１８の基準面ｓｓに対して傾斜するように、配置されている。また、第２の結像部１９は、主軸が進行部１８の基準面ｓｓの範囲内を通るように配置されてよい。さらには、第２の結像部１９は、主軸が基準面ｓｓの中心、すなわち中央の画素ｐｘを通るように配置されてよい。第２の結像部１９は、進行部１８において進行方向を切替えられた電磁波としての対象ｏｂの像を結像させる。
第１の検出部２０は、進行部１８により第１の方向ｄ１に進行した後に第２の結像部１９を経由して進行する電磁波の経路上に配置されている。第１の検出部２０は、進行部１８の基準面ｓｓに形成される電磁波の像の、第２の結像部１９による二次結像位置または二次結像位置近傍に配置されている。また、第１の検出部２０は、検出面が基準面ｓｓに対して傾斜するように、すなわち検出面および基準面ｓｓそれぞれの延長面が交差するように、配置されている。また、第１の検出部２０は、第２の結像部１９の主面に対して傾斜するように、配置されてよい。また、第１の検出部２０は、第２の結像部１９の主軸が第１の検出部２０の検出面の範囲内を通るように配置されている。さらには、第１の検出部２０は、第２の結像部１９の主軸が第１の検出部２０の検出面の中心を通るように配置されてよい。
第１の検出部２０は、検出面の延長面が、基準面ｓｓおよび第２の結像部１９の主面それぞれの延長面と、単一の直線上で交差するように配置されてよい。したがって、基準面ｓｓ、第２の結像部１９の主面、および第１の検出部２０の検出面は、シャインプルーフの原理の条件を満たすように、配置されてよい。第１の検出部２０は、第２の結像部１９を経由した電磁波、すなわち第１の方向ｄ１に進行した電磁波を検出する。
第１の実施形態において、第１の検出部２０は、パッシブセンサである。第１の実施形態において、第１の検出部２０は、さらに具体的には、素子アレイを含む。例えば、第１の検出部２０は、イメージセンサまたはイメージングアレイなどの撮像素子を含み、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ｏｂに相当する画像情報を生成する。
なお、第１の実施形態において、第１の検出部２０は、さらに具体的には可視光の像を撮像する。第１の検出部２０は、生成した画像情報を信号として制御装置１４に送信する。
なお、第１の検出部２０は、赤外線、紫外線、および電波の像など、可視光以外の像を撮像してもよい。また、第１の検出部２０は測距センサを含んでいてもよい。この構成において、電磁波検出装置１０は、第１の検出部２０により画像状の距離情報を取得し得る。また、第１の検出部２０はサーモセンサなどを含んでいてもよい。この構成において、電磁波検出装置１０は、第１の検出部２０により画像状の温度情報を取得し得る。
第３の結像部２１は、進行部１８から第２の方向ｄ２に配置されている。第３の結像部２１は、例えば、レンズおよびミラーの少なくとも一方を含む。また、第３の結像部２１は、主面が進行部１８の基準面ｓｓに対して傾斜するように、配置されている。また、第３の結像部２１は、主軸が進行部１８の基準面ｓｓの範囲内を通るように配置されてよい。さらには、第３の結像部２１は、主軸が基準面ｓｓの中心、すなわち中央の画素ｐｘを通るように配置されてよい。第３の結像部２１は、進行部１８において進行方向を切替えられた電磁波としての対象ｏｂの像を結像させる。
第２の検出部２２は、進行部１８により第２の方向ｄ２に進行した後に第３の結像部２１を経由して進行する電磁波の経路上に配置されている。第２の検出部２２は、進行部１８の基準面ｓｓに形成される電磁波の像の、第３の結像部２１による二次結像位置または二次結像位置近傍に配置されている。また、第２の検出部２２は、検出面が基準面ｓｓに対して傾斜するように、すなわち検出面および基準面ｓｓそれぞれの延長面が交差するように、配置されている。また、第２の検出部２２は、第３の結像部２１の主面に対して傾斜するように、配置されている。また、第２の検出部２２は、第３の結像部２１の主軸が第２の検出部２２の検出面の範囲内を通るように配置されてよい。さらには、第２の検出部２２は、第３の結像部２１の主軸が第２の検出部２２の検出面の中心を通るように配置されてよい。
第２の検出部２２は、検出面の延長面が、基準面ｓｓおよび第３の結像部２１の主面それぞれの延長面と、単一の直線上で交差するように配置されてよい。したがって、基準面ｓｓ、第３の結像部２１の主面、および第２の検出部２２の検出面は、シャインプルーフの原理の条件を満たすように、配置されてよい。第２の検出部２２は、第３の結像部２１を経由した電磁波、すなわち第２の方向ｄ２に進行した電磁波を検出する。
第１の実施形態において、第２の検出部２２は、照射部１２から対象ｏｂに向けて照射された電磁波の当該対象ｏｂからの反射波を検出するアクティブセンサである。なお、第１の実施形態において、第２の検出部２２は、照射部１２から照射され且つ反射部１３により反射されることにより対象ｏｂに向けて照射された電磁波の当該対象ｏｂからの反射波を検出する。後述するように、照射部１２から照射される電磁波は赤外線、可視光線、紫外線、および電波の少なくともいずれかであり、第２の検出部２２は、第１の検出部２０とは異種または同種のセンサであり、異種または同種の電磁波を検出する。
第１の実施形態において、第２の検出部２２は、さらに具体的には、測距センサを構成する素子を含む。例えば、第２の検出部２２は、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）、ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）、ＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）、ミリ波センサ、サブミリ波センサ、および測距イメージセンサなどの単一の素子を含む。また、第２の検出部２２は、ＡＰＤアレイ、ＰＤアレイ、ＭＰＰＣ（Ｍｕｌｔｉ Ｐｈｏｔｏｎ Ｐｉｘｅｌ Ｃｏｕｎｔｅｒ）、測距イメージングアレイ、および測距イメージセンサなどの素子アレイを含むものであってもよい。
第１の実施形態において、第２の検出部２２は、被写体からの反射波を検出したことを示す検出情報を信号として制御装置１４に送信する。第２の検出部２２は、さらに具体的には、赤外線の帯域の電磁波を検出する赤外線センサである。
なお、第２の検出部２２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く、検出面において結像される必要はない。それゆえ、第２の検出部２２は、第３の結像部２１による結像位置である二次結像位置または二次結像位置近傍に必ずしも設けられなくてもよい。すなわち、この構成において、第２の検出部２２は、すべ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、進行部１８により進行部方向ｄａに進行した後に第３の結像部２１を経由して進行する電磁波の経路上のどこに配置されてもよい。
第３の検出部１７は、分離部１６から第３の方向ｄ３に進行する電磁波の経路上に、設けられている。さらに、第３の検出部１７は、分離部１６から第３の方向ｄ３における第１の結像部１５による対象ｏｂの結像位置または当該結像位置近傍に、設けられている。第３の検出部１７は、分離部１６から第３の方向ｄ３に進行した電磁波を検出する。
第１の実施形態において、第３の検出部１７は、パッシブセンサである。第１の実施形態において、第３の検出部１７は、さらに具体的には、素子アレイを含む。例えば、第３の検出部１７は、イメージセンサまたはイメージングアレイなどの撮像素子を含み、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ｏｂに相当する画像情報を生成する。
なお、第１の実施形態において、第３の検出部１７は、さらに具体的には可視光の像を撮像する。第３の検出部１７は、生成した画像情報を信号として制御装置１４に送信する。
なお、第３の検出部１７は、赤外線、紫外線、および電波の像など、可視光以外の像を撮像してもよい。また、第３の検出部１７は測距センサを含んでいてもよい。この構成において、電磁波検出装置１０は、第３の検出部１７により画像状の距離情報を取得し得る。また、第３の検出部１７は測距センサまたはサーモセンサなどを含んでいてもよい。この構成において、電磁波検出装置１０は、第３の検出部１７により画像状の温度情報を取得し得る。
照射部１２は、赤外線、可視光線、紫外線、および電波の少なくともいずれかを放射する。第１の実施形態において、照射部１２は、赤外線を放射する。照射部１２は、放射する電磁波を、対象ｏｂに向けて、直接または反射部１３を介して間接的に、照射する。第１の実施形態においては、照射部１２は、放射する電磁波を、対象ｏｂに向けて、反射部１３を介して間接的に照射する。
第１の実施形態においては、照射部１２は、幅の細い、例えば０．５°のビーム状の電磁波を放射する。また、第１の実施形態において、照射部１２は電磁波をパルス状に放射可能である。例えば、照射部１２は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）およびＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などを含む。照射部１２は、後述する制御装置１４の制御に基づいて、電磁波の放射および停止を切替える。
反射部１３は、照射部１２から放射された電磁波を、向きを変えながら反射することにより、対象ｏｂに照射される電磁波の照射位置を変更する。すなわち、反射部１３は、照射部１２から放射される電磁波により、対象ｏｂを走査する。したがって、第１の実施形態において、第２の検出部２２は、反射部１３と協同して、走査型の測距センサを構成する。なお、反射部１３は、一次元方向または二次元方向に対象ｏｂを走査する。第１の実施形態においては、反射部１３は、二次元方向に対象ｏｂを走査する。
反射部１３は、照射部１２から放射されて反射した電磁波の照射領域の少なくとも一部が、電磁波検出装置１０における電磁波の検出範囲に含まれるように、構成されている。したがって、反射部１３を介して対象ｏｂに照射される電磁波の少なくとも一部は、電磁波検出装置１０において検出され得る。
なお、第１の実施形態において、反射部１３は、照射部１２から放射され且つ反射部１３に反射した電磁波の照射領域の少なくとも一部が、第２の検出部２２における検出範囲に含まれるように、構成されている。したがって、第１の実施形態において、反射部１３を介して対象ｏｂに照射される電磁波の少なくとも一部は、第２の検出部２２により検出され得る。
反射部１３は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー、ポリゴンミラー、およびガルバノミラーなどを含む。第１の実施形態においては、反射部１３は、ＭＥＭＳミラーを含む。
反射部１３は、後述する制御装置１４の制御に基づいて、電磁波を反射する向きを変える。また、反射部１３は、例えばエンコーダなどの角度センサを有してもよく、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、制御装置１４に通知してもよい。このような構成において、制御装置１４は、反射部１３から取得する方向情報に基づいて、照射位置を算出し得る。また、制御装置１４は、反射部１３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照射位置を算出し得る。
制御装置１４は、１以上のプロセッサおよびメモリを含む。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、およ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いずれかを含んでよい。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。制御装置１４は、１つまたは複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）、およびＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎ ａ Ｐａｃｋａｇｅ）の少なくともいずれかを含んでもよい。
制御装置１４は、第１の検出部２０、第２の検出部２２、および第３の検出部１７がそれぞれ検出した電磁波に基づいて、電磁波検出装置１０の周囲に関する情報を取得する。周囲に関する情報は、例えば画像情報、距離情報、および温度情報などである。第１の実施形態において、制御装置１４は、前述のように、第１の検出部２０または第３の検出部１７が画像として検出した電磁波を画像情報として取得する。また、第１の実施形態において、制御装置１４は、第２の検出部２２が検出する検出情報に基づいて、以下に説明するように、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）方式により、照射部１２に照射される照射位置の距離情報を取得する。
図４に示すように、制御装置１４は、照射部１２に電磁波放射信号を入力することにより、照射部１２にパルス状の電磁波を放射させる（“電磁波放射信号”欄参照）。照射部１２は、入力された当該電磁波放射信号に基づいて電磁波を照射する（“照射部放射量”欄参照）。照射部１２が放射し且つ反射部１３が反射して任意の照射領域に照射された電磁波は、当該照射領域において反射する。制御装置１４は、当該照射領域の反射波の第１の結像部１５による進行部１８における結像領域の中の少なくとも一部の画素ｐｘを第１の状態に切替え、他の画素ｐｘを第２の状態に切替える。そして、第１の検出部２０は、当該照射領域において反射された電磁波を検出するとき（“電磁波検出量”欄参照）、前述のように、検出情報を制御装置１４に通知する。
制御装置１４は、例えば、時間計測ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）を有しており、照射部１２に電磁波を放射させた時期Ｔ１から、検出情報を取得（“検出情報取得”欄参照）した時期Ｔ２までの時間ΔＴを計測する。制御装置１４は、当該時間ΔＴに、光速を乗算し、且つ２で除算することにより、照射位置までの距離を算出する。なお、制御装置１４は、上述のように、反射部１３から取得する方向情報、または自身が反射部１３に出力する駆動信号に基づいて、照射位置を算出する。制御装置１４は、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作成する。
なお、第１の実施形態において、情報取得システム１１は、上述のように、電磁波を照射して、返ってくるまでの時間を直接測定するＤｉｒｅｃｔ ＴｏＦにより距離情報を作成する構成である。しかし、情報取得システム１１は、このような構成に限られない。例えば、情報取得システム１１は、電磁波を一定の周期で照射し、照射された電磁波と返ってきた電磁波との位相差から、返ってくるまでの時間を間接的に測定するＦｌａｓｈ ＴｏＦにより距離情報を作成しても良い。また、情報取得システム１１は、他のＴｏＦ方式、例えば、Ｐｈａｓｅｄ ＴｏＦにより距離情報を作成しても良い。
以上のような構成の第１の実施形態の電磁波検出装置１０では、進行部１８、第２の結像部１９、および第１の検出部２０は、基準面ｓｓおよび第１の検出部２０の検出面それぞれの延長面が交差し、第２の結像部１９の主軸が基準面ｓｓおよび第１の検出部２０の検出面を通るように配置されている。このような構成により、図５に示すように、進行部１８の基準面ｓｓ、第２の結像部１９の主面、および第１の検出部２０の検出面は、シャインプルーフの原理の条件を満たすように配置され得る。したがって、電磁波検出装置１０は、第２の結像部１９を進行部１８に対向する位置からずらして配置しながらも、基準面ｓｓにおける第１の結像部１９による像の、第２の結像部１９の主軸近傍の電磁波の像を第１の検出部２０の検出面に含ませて、結像させ得る。これにより、電磁波検出装置１０は、第１の検出部２０において検出する電磁波の像の解像度を向上し得る。なお、このような構成および効果は、後述する第２の実施形態の電磁波検出装置についても同じである。
また、第１の実施形態の電磁波検出装置１０は、画素ｐｘ毎に、電磁波を第１の状態および第２の状態に切替え可能である。このような構成により、電磁波検出装置１０は、第１の結像部１５の主軸を、第１の状態において電磁波を進行させる第１の方向ｄ１における第２の結像部１９の主軸に、かつ第２の状態において電磁波を進行させる第２の方向ｄ２における第３の結像部２１の主軸に合わせることが可能となる。したがって、電磁波検出装置１０は、進行部１８の画素ｐｘを第１の状態および第２の状態のいずれかに切替えることにより、第１の検出部２０および第２の検出部２２の主軸のズレを低減し得る。これにより、電磁波検出装置１０は、第１の検出部２０および第２の検出部２２による検出結果における座標系のズレを低減し得る。なお、このような構成および効果は、後述する第２の実施形態の電磁波検出装置についても同じである。
また、第１の実施形態の電磁波検出装置１０は、第３の結像部２１および第２の検出部２２を有している。このような構成により、電磁波検出装置１０は、各画素ｐｘに入射する電磁波を出射する対象ｏｂの部分毎の電磁波に基づく情報を第２の検出部２２に検出させ得る。なお、このような構成および効果は、後述する第２の実施形態の電磁波検出装置についても同じである。
また、第１の実施形態の電磁波検出装置１０では、進行部１８、第３の結像部２１、および第２の検出部２２は、基準面ｓｓ、第３の結像部２１の主面、および第２の検出部２２の検出面、それぞれの延長面がすべて同一の直線上で交差するように配置されている。このような構成により、進行部１８の基準面ｓｓ、第３の結像部２１の主面、および第２の検出部２２の検出面は、シャインプルーフの原理の条件を満たすように配置され得る。したがって、電磁波検出装置１０では、第３の結像部２１を進行部１８に対向する位置からずらして配置しながらも、第３の結像部２１の主軸近傍の電磁波の像を第２の検出部２２の検出面に検出し得る。これにより、電磁波検出装置１０は、第２の検出部２２において検出する電磁波の像の解像度を向上し得る。
また、第１の実施形態の電磁波検出装置１０は、第１の結像部１５から入射した電磁波を進行部方向ｄａおよび第３の方向ｄ３に進行するように分離する。このような構成により、電磁波検出装置１０は、第１の結像部１５の主軸を、進行部方向ｄａに進行させた電磁波の中心軸、および第３の方向ｄ３に進行させた電磁波の中心軸に合わせることが可能となる。したがって、電磁波検出装置１０は、第１の検出部２０および第２の検出部２２と、第３の検出部１７との座標系のズレを低減し得る。なお、このような構成および効果は、後述する第２の実施形態の電磁波検出装置についても同じである。
また、第１の実施形態の電磁波検出装置１０は、第３の検出部１７を有している。このような構成により、電磁波検出装置１０は、第１の検出部２０に結像する像と同じ像である電磁波を別に検出し得る。なお、このような構成および効果は、後述する第２の実施形態の電磁波検出装置についても同じである。
また、第１の実施形態の情報取得システム１１では、制御装置１４が、第１の検出部２０、第２の検出部２２、および第３の検出部１７それぞれにより検出された電磁波に基づいて、電磁波検出装置１０の周囲に関する情報を取得する。このような構成により、情報取得システム１１は、検出した電磁波に基づく有益な情報を提供し得る。
次に、本開示の第２の実施形態に係る電磁波検出装置について説明する。第２の実施形態では、第１の結像部に対する進行部および第３の検出部の姿勢、ならびに進行部に対する第３の結像部および第２の検出部の位置および姿勢において第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成を有する部位には同じ符号を付す。
図６に示すように、第２の実施形態に係る電磁波検出装置１００は、第１の結像部１５０、分離部１６、進行部１８０、第２の結像部１９、第１の検出部２０、第３の結像部２１０、第２の検出部２２０、および第３の検出部１７０を有している。なお、第２の実施形態に係る情報取得システム１１における、電磁波検出装置１００以外の構成は、第１の実施形態と同じである。第２の実施形態における分離部１６、第２の結像部１９、および第１の検出部２０の構成および機能は、第１の実施形態と同じである。
第２の実施形態において、第１の結像部１５０は、第１の実施形態と異なり、主軸が開口ａｐの軸に対して傾斜し、かつ主軸が開口ａｐを通過するように配置されている。第１の結像部１５０の構造および機能は第１の実施形態の第１の結像部１５０と同じである。
第２の実施形態において、進行部１８０は、第１の実施形態と異なり、基準面ｓｓが第１の結像部１５０の主軸が通る仮想の平面ｖｐに対して傾斜するように、すなわち仮想の平面ｖｐおよび基準面ｓｓそれぞれの延長面が交差するように、配置されている。なお、仮想の平面ｖｐは、第１の結像部１５０から所定の距離だけ離れ、開口ａｐの軸に垂直な平面であってよい。なお、所定の距離は、進行部１８０に対する間隔が定められ且つ基準面ｓｓを像面とする第１の結像部１５０からの、物体面までの距離である。
また、進行部１８０は、第１の結像部１５０の主面および進行部１８０の基準面ｓｓそれぞれの延長面が交差するように、すなわち基準面ｓｓが第１の結像部１５０の主面に対して傾斜するように配置されてよい。なお、第２の実施形態において、基準面ｓｓの第１の結像部１５０の主面に対する傾斜配置は、分離部１６による進行部方向ｄａへの分離が屈折である場合には、（入射角－屈折角）だけ分離部１６の位置を軸に屈折の反対方向に回転させた進行部１８０の基準面ｓｓの第１の結像部１５０の主面に対する傾斜配置を意味する。また、第２の実施形態において、基準面ｓｓの第１の結像部１５０の主面に対する傾斜配置は、分離部１６による進行部方向ｄａへの分離が反射である場合には、分離部１６の反射面における面対称な姿勢における基準面ｓｓの第１の結像部１５０の主面に対する傾斜配置を意味する。
また、進行部１８０は、第１の結像部１５０の主軸が進行部１８０の基準面ｓｓの範囲内を通るように配置されている。さらには、進行部１８０は、第１の結像部１５０の主軸が進行部１８０の基準面ｓｓの中心を通るように配置されてよい。
また、進行部１８０は、基準面ｓｓの延長面が、第１の結像部１５０の主面および仮想の平面ｖｐと、単一の直線上で、交差するように、配置されてよい。したがって、第１の結像部１５０の主面、基準面ｓｓ、および仮想の平面ｖｐは、シャインプルーフの原理の条件を満たすように、配置されている。
さらに、第２の実施形態では、進行部１８０は、進行部１８０が進行させる第２の方向ｄ２が、基準面ｓｓに垂直となるように、配置されてよい。上述の姿勢以外の、進行部１８０の構造および機能は、第１の実施形態の進行部１８と同じである。
第２の実施形態において、第２の結像部１９は、第１の実施形態と同じく、進行部１８０が進行させる第１の方向ｄ１に、主面が進行部１８０の基準面ｓｓに傾斜するように配置されている。第２の実施形態における第２の結像部１９の他の配置条件、構造、および機能は第１の実施形態の第２の結像部１９と同じである。
第２の実施形態において、第１の検出部２０は、第１の実施形態と同じく、進行部１８の基準面ｓｓに形成される電磁波の像の、第２の結像部１９による二次結像位置または二次結像位置近傍に配置されている。第２の実施形態において、第１の検出部２０は、第１の実施形態と同じく、検出面の延長面が、基準面ｓｓおよび第２の結像部１９の主面それぞれの延長面と、単一の直線上で交差するように配置されている。したがって、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同じく、基準面ｓｓ、第２の結像部１９の主面、および第１の検出部２０の検出面は、シャインプルーフの原理の条件を満たすように、配置されている。第２の実施形態における第１の検出部２０の他の配置条件、構造、および機能は第１の実施形態の第１の検出部２０と同じである。
第２の実施形態において、第３の結像部２１０は、第１の実施形態と異なり、主面が進行部１８の基準面ｓｓに対して平行になるように、配置されている。第２の実施形態における第３の結像部２１０の他の配置条件、構造、および機能は第１の実施形態の第３の結像部２１と同じである。
第２の実施形態において、第２の検出部２２０は、第１の実施形態と異なり、検出面が第３の結像部２１０の主軸に垂直となるように、配置されている。第２の実施形態における第２の検出部２２０の他の配置条件、構造、および機能は第１の実施形態の第２の検出部２２と同じである。
第２の実施形態において、第３の検出部１７０は、第１の実施形態と異なり、第１の結像部１５０の主面および第３の検出部１７０の検出面それぞれの延長面が交差する、すなわち検出面が第１の結像部１５０の主面に対して傾斜するように配置されている。なお、第２の実施形態において、検出面の第１の結像部１５０の主面に対する傾斜配置は、分離部１６による第３の方向ｄ３への分離が屈折である場合には、（入射角－屈折角）だけ分離部１６の位置を軸に屈折の反対方向に回転させた第３の検出部１７０の検出面の第１の結像部１５０の主面に対する傾斜配置を意味する。また、第２の実施形態において、検出面の第１の結像部１５０の主面に対する傾斜配置は、分離部１６による第３の方向ｄ３への分離が反射である場合には、分離部１６の反射面における面対称な姿勢における検出面の第１の結像部１５０の主面に対する傾斜配置を意味する。
また、第３の検出部１７０および第１の結像部１５０は、第１の結像部１５０の主面および第３の検出部１７０の検出面それぞれの延長面が、仮想の平面ｖｐ上で、交差するように、配置されている。したがって、第１の結像部１５０の主面、第３の検出部１７０の検出面、および仮想の平面ｖｐは、シャインプルーフの原理の条件を満たすように、配置されている。第２の実施形態における第３の検出部１７０の他の配置条件、構造、および機能は第１の実施形態の第３の検出部１７と同じである。
以上のように、第２の実施形態の電磁波検出装置１００では、第１の結像部１５０および進行部１８０は、第１の結像部１５０の主軸が通る仮想平面ｖｐおよびおよび進行部１８０の基準面ｓｓそれぞれの延長面が交差し、第１の結像部１５０の主軸が基準面ｓｓを通るように配置されている。このような構成により、第１の結像部１５０から所定の距離だけ離れた仮想の平面ｖｐ、第１の結像部１５０の主面、および進行部１８０の基準面ｓｓ、第２の結像部１９の主面、および第１の検出部２０の検出面は、シャインプルーフの原理の条件を満たすように配置され得る。したがって、電磁波検出装置１０では、進行部１８０に対向する位置に第１の結像部１５０を配置しない構成でも、第１の結像部１５０の主軸が通る仮想の平面上の対象物の、第１の結像部１５０による主軸近傍の電磁波の像を進行部１８０の基準面ｓｓに含ませて、結像させ得る。これにより、電磁波検出装置１０では、第３の結像部２１０を進行部１８０に対向する位置に配置し得る。その結果、進行部１８０の基準面ｓｓと第３の結像部２１０の主面とが平行でありながら、第３の結像部２１０の主軸が進行部１８０の基準面ｓｓ内を通るように、第３の結像部２１０を配置し得る。このような配置により、電磁波検出装置１０は、第３の結像部２１０の主軸近傍の画角範囲の像を第２の検出部２２０に結像し得るので、第２の検出部２２０において検出する電磁波の像の解像度を向上し得る。
本発明を諸図面およ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およ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、これらの変形およ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、第１の実施形態および第２の実施形態において、照射部１２、反射部１３、および制御装置１４が、電磁波検出装置１０、１００とともに情報取得システム１１を構成しているが、電磁波検出装置１０、１００は、これらの少なくとも１つを、例えば、制御装置１４を制御部として、含んで構成されてよい。
また、第１の実施形態および第２の実施形態において、進行部１８、１８０は、基準面ｓｓに入射する電磁波の進行方向を第１の方向ｄ１および第２の方向ｄ２の２方向に切替可能であるが、２方向のいずれかへの切替えでなく、３以上の方向に切替可能であってよい。
また、第１の実施形態および第２の実施形態の進行部１８、１８０において、第１の状態および第２の状態は、基準面ｓｓに入射する電磁波を、それぞれ、第１の方向ｄ１に反射する第１の反射状態、および第２の方向ｄ２に反射する第２の反射状態であるが、他の態様であってもよい。
例えば、第１の状態が、基準面ｓｓに入射する電磁波を、通過させて第１の方向ｄ１に進行させる通過状態であってもよい。進行部１８、１８０は、さらに具体的には、画素ｐｘ毎に電磁波を第２の方向ｄ２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。このような構成の進行部１８、１８０においては、画素ｐｘ毎のシャッタを開閉することにより、第１の状態としての通過状態または透過状態および第２の状態としての反射状態を画素ｐｘ毎に切替え得る。このような構成の進行部１８、１８０として、例えば、開閉可能な複数のシャッタが平面にアレイ状に配列されたＭＥＭＳシャッタが挙げられる。
また、進行部１８、１８１は、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んでもよい。このような構成の進行部１８、１８０においては、画素ｐｘ毎の液晶配向を切替えることにより、第１の状態としての透過状態および第２の状態としての反射状態を画素ｐｘ毎に切替え得る。
また、第１の実施形態および第２の実施形態において、情報取得システム１１は、照射部１２から放射されるビーム状の電磁波を反射部１３に走査させることにより、第２の検出部２２、２２０を反射部１３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。しかし、情報取得システム１１は、このような構成に限られない。例えば、情報取得システム１１は、反射部１３を備えず、照射部１２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、第１の実施形態と類似の効果が得られる。
また、第１の実施形態および第２の実施形態において、情報取得システム１１は、第１の検出部２０および第３の検出部１７、１７０がパッシブセンサであり、第２の検出部２２０がアクティブセンサである構成を有する。しかし、情報取得システム１１は、このような構成に限られない。例えば、情報取得システム１１において、第１の検出部２０、第２の検出部２２、２２０、および第３の検出部１７、１７０のすべてがアクティブセンサである構成でも、パッシブセンサである構成でも、いずれか１つがパッシブセンサである構成でも第１の実施形態および第２の実施形態と類似の効果が得られる。
１０、１００ 電磁波検出装置
１１ 情報取得システム
１２ 照射部
１３ 反射部
１４ 制御部
１５ 第１の結像部
１５’ 一次結像光学系
１６ 分離部
１７ 第３の検出部
１８、１８０ 進行部
１８’ 進行部
１９ 第２の結像部
１９’ 二次結像光学系
２０ 第１の検出部
２０’ 検出部
２１ 第３の結像部
２２ 第２の検出部
ａｐ 開口
ｄａ 進行部方向
ｄ１、ｄ２、ｄ３ 第１の方向、第２の方向、第３の方向
ｏｂ 対象
ｐｘ 画素
ｓｓ 作用面
ｖｐ 仮想の平面

Claims (11)

  1. 電磁波を照射する照射部と、
    前記照射部から照射された電磁波の照射位置を変化させながら対象へ向けて射出する反射部と、
    前記電磁波が前記対象で反射して入射する反射波を結像する第１の結像部と、
    基準面に沿って複数の画素が配置され、前記第１の結像部から前記基準面に入射する電磁波を前記画素毎に第１の方向に進行させる進行部と、
    前記第１の方向に進行した前記反射波を含む電磁波を結像する第２の結像部と、
    前記第２の結像部から入射する電磁波を検出する第１の検出部と、を備え、
    前記基準面、前記第１の検出部の検出面、及び、前記第２の結像部の主面がシャインプルーフの原理の条件を満たす配置である
    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、
    前記反射波の前記第１の結像部による前記進行部における結像領域の少なくとも一部の画素を第１の状態とすることで、前記反射波を第１の方向に進行させ、それ以外の前記画素を第２の状態とすることで、前記第１の方向と異なる第２の方向へ進行させる制御装置を、更に備える
    電磁波検出装置。
  3. 請求項２に記載の電磁波検出装置において、
    前記第１の結像部から入射する電磁波の一部を前記進行部へ進行させ、他の一部を、撮像素子を含む第３の検出部へ進行させる分離部を、更に備える
    電磁波検出装置。
  4. 請求項３に記載の電磁波検出装置において、
    前記第１の検出部は測距センサを含む
    電磁波検出装置。
  5. 請求項１又は２に記載の電磁波検出装置において、
    前記第１の検出部は撮像素子を含む
    電磁波検出装置。
  6. 請求項１に記載の電磁波検出装置において、
    前記第２の結像部の主軸が前記基準面の中心と前記第１の検出部の検出面の中心を通る配置と、
    前記第１の結像部の主軸が前記基準面の中心を通る配置と、
    の少なくとも一方が満たされている、
    電磁波検出装置。
  7. 請求項２から４のいずれか１項に記載の電磁波検出装置において、
    前記第２の方向に進行した電磁波を結像する第３の結像部と、
    前記第３の結像部から入射する電磁波を検出する第２の検出部と、をさらに備える
    電磁波検出装置。
  8. 請求項７に記載の電磁波検出装置において、
    前記基準面、前記第２の検出部の検出面、及び、前記第３の結像部の主面がシャインプルーフの原理の条件を満たす配置である
    電磁波検出装置。
  9. 請求項７または８に記載の電磁波検出装置において、
    前記第３の結像部の主軸が前記基準面の中心と前記第２の検出部の検出面の中心を通る配置である
    電磁波検出装置。
  10. 請求項１、２、６のいずれか１項に記載の電磁波検出装置において、
    前記第１の結像部から入射した電磁波を前記進行部および第３の方向に進行するように分離する分離部を、さらに備える
    電磁波検出装置。
  11. 請求項１０に記載の電磁波検出装置において、
    前記分離部は、前記第１の結像部から入射した電磁波のうち第１の周波数の電磁波を前記進行部に、第２の周波数の電磁波を前記第３の方向に進行するように分離する、
    電磁波検出装置。
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