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。電磁波を検出する複数の検出器により電磁波を検出する構成において、各検出器の検出軸が異なる。そのため、各検出器が同一領域を対象とした検出を行ったとしても、検出結果における座標系がそれぞれの検出器で異なる。そこで、各検出器による検出結果における座標系の差異を低減することは有益である。しかし、当該差異を補正によって低減することは不可能、又は困難である。そこで、本発明を適用した電磁波検出装置は、各検出器における検出軸の差異を低減し得るように構成されることにより、各検出器による検出結果における座標系の差異を低減し得る。
図1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、および制御部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。
電磁波検出装置10は、前段光学系15、切替部16、第1の後段光学系17、第2の後段光学系18、第1の検出部19、および第2の検出部20を有している。
前段光学系15は、例えば、レンズおよびミラーの少なくとも一方を含み、被写体となる対象obの像を結像させる。
切替部16は、前段光学系15から所定の位置をおいて離れた対象obの像の、前段光学系15による結像位置である一次結像位置、又は当該一次結像位置近傍に、設けられていればよい。第1の実施形態においては、切替部16は、当該一次結像位置に、設けられている。切替部16は、前段光学系15を通過した電磁波が入射する作用面asを有している。作用面asは、2次元状に沿って並ぶ複数の画素pxによって構成されている。作用面as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。
切替部16は、作用面as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、作用面as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、作用面as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、切替部16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。切替部16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、切替部16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、作用面asを構成する微小な反射面を駆動することにより、画素px毎に当該反射面を作用面as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、作用面as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。
切替部16は、後述する制御部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、図2に示すように、切替部16は、同時に、一部の画素px1を第1の状態に切替えることにより当該画素px1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px2を第2の状態に切替えることにより当該画素px2に入射する電磁波を第2の方向d2に進行させ得る。また、切替部16は、同一の画素pxを第1の状態から第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1の方向d1の次に第2の方向d2に向けて進行させ得る。
図1に示すように、第1の後段光学系17は、切替部16から第1の方向d1に設けられている。第1の後段光学系17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の後段光学系17は、切替部16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の後段光学系18は、切替部16から第2の方向d2に設けられている。第2の後段光学系18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2の後段光学系18は、切替部16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19は、切替部16による第1の方向d1に進行した後に第1の後段光学系17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の検出部19は、第1の後段光学系17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19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19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19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19は、さらに具体的には可視光の像を撮像する。第1の実施形態において、第1の検出部19は、生成した画像情報を信号として制御部14に送信する。
なお、第1の検出部19は、赤外光の像など、可視光以外の像を撮像してもよい。また、第1の検出部19はサーモ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19により温度情報を取得し得る。
このように、第1の実施形態において、第1の検出部19は、素子アレイを含む、そのため、第1の実施形態において、第1の検出部19は、入射された電磁波が検出面において結像すると、結像した電磁波は各素子に入射するため、解像度を向上させ得る。そこで、第1の検出部19は、第1の後段光学系17による結像位置である二次結像位置に設けられるとよい。
第2の検出部20は、切替部16による第2の方向d2に進行した後に第2の後段光学系18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2の検出部20は、第2の後段光学系18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20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20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であり、第2の検出部20は、第1の検出部19とは異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20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20は、APD(Avalanche PhotoDiode)、PD(PhotoDiode)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20は、APDアレイ、PDアレイ、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20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部14に送信する。第2の検出部20は、さらに具体的には、赤外線の帯域の電磁波を検出する。
なお、第2の検出部20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20は、第2の後段光学系18による結像位置である二次結像位置に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20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、切替部16により第2の方向d2に進行した後に第2の後段光学系18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。
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、後述する制御部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20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20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20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、後述する制御部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、制御部14に通知してもよい。このような構成において、制御部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、制御部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。
制御部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。制御部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。
制御部14は、第1の検出部19および第2の検出部20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、制御部14は、前述のように、第1の検出部19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、制御部14は、第2の検出部20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3に示すように、制御部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。そして、第2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、検出情報を制御部14に通知する。
制御部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。制御部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、制御部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。制御部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、第1の検出部19から取得した画像情報における距離情報を作成する。
なお、本実施形態において、情報取得システム11は、図3に示すように、レーザ光を照射して、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。
また、制御部14は、照射部12、反射部13、切替部16、第1の検出部19、および第2の検出部20を制御して、画像情報および距離情報を繰返し取得する。画像情報および距離情報を繰返し取得するための各部位の制御について、図4のタイミングチャートを用いて以下に説明する。
タイミングt1において、制御部14は、第1の検出部19に第1のフレームの画像情報の生成のための電磁波の検出を開始させる。なお、タイミングt1においては、切替部16の全画素pxは第1の状態であり、前段光学系15に入射する電磁波は第1の検出部19に到達する(図5参照)。また、図4に示すように、タイミングt1において、制御部14は、切替部16における第1の画素pxの第1の状態から第2の状態への切替えを開始させる(“切替部第1の画素駆動信号”欄参照)。なお、タイミングt1において、他の全画素pxは第1の状態のままである(“切替部第2の画素状態”、“切替部第Nの画素状態”欄参照)。
切替部16の第1の画素pxの第1の状態から第2の状態への切替えが完了するタイミングt2において(“切替部第1の画素状態”欄参照)、制御部14は照射部12に電磁波を放射させる(“電磁波放射時期”欄参照)。なお、タイミングt2においては、切替部16の第1の画素pxが第1の状態(図5参照)から第2の状態に切替わり、前段光学系15に入射し、切替部16の第1の画素pxにおいて結像する電磁波が第1の方向d1の次に第2の方向d2向けて進行する(図6参照)。
図4に示すように、また、タイミングt2において、制御部14は、第2の検出部20に電磁波を検出させる(“第2の検出部検出時期”欄参照)。なお、照射部12が電磁波を照射してから電磁波検出装置10に到達するまでにかかる時間は、画像情報の生成のための検出時間に比べて極めて短く、例えばナノ秒のオーダーである。それゆえ、タイミングt2とみなせる微小な時間に第2の検出部20による電磁波の検出が完了する。制御部14は、タイミングt2において取得する検出情報に基づいて、切替部16の第1の画素pxに対応する照射位置における距離情報を算出することにより取得する。
さらに、タイミングt2において、制御部14は、切替部16における第1の画素pxの第2の状態から第1の状態への切替えを開始させる(“切替部第1の画素駆動信号”欄参照)。このように、制御部14は、切替部16における第1の画素pxを第2の状態から第1の状態へと切替えるため、再度、第1の画素pxに対応する第1の検出部19における素子に電磁波(可視光)を検出させ得る。
切替部16の第1の画素pxの第2の状態から第1の状態への切替えが完了するタイミングt3において(“切替部第1の画素状態”欄参照)、制御部14は、切替部16における第2の画素pxの第1の状態から第2の状態への切替えを開始させる(“切替部第2の画素駆動信号”欄参照)。なお、タイミングt3において、他の全画素pxは第1の状態のままである(“切替部第1の画素状態”、“切替部第Nの画素状態”欄参照)。
切替部16の第2の画素pxの第1の状態から第2の状態への切替えが完了するタイミングt4において(“切替部第2の画素状態”欄参照)、制御部14は照射部12に電磁波を放射させる(“電磁波放射時期”欄参照)。なお、タイミングt4においては、切替
部16の第2の画素pxが第1の状態から第2の状態に切替わり、前段光学系15に入射し、切替部16の第2の画素pxにおいて結像する電磁波が第1の方向d1の次に第2の方向d2向けて進行する。また、タイミングt4において、制御部14は、第2の検出部20に電磁波を検出させる(“第2の検出部検出時期”欄参照)。制御部14は、タイミングt4において取得する検出情報に基づいて、切替部16の第2の画素pxに対応する照射位置における距離情報を算出することにより取得する。
さらに、タイミングt4において、制御部14は、切替部16における第2の画素pxの第2の状態から第1の状態への切替えを開始させる(“切替部第2の画素駆動信号”欄参照)。このように、制御部14は、切替部16における第2の画素pxを第2の状態から第1の状態へと切替えるため、再度、第2の画素pxに対応する第1の検出部19における素子に電磁波(可視光)を検出させ得る。
以後、制御部14は、切替部16における第3の画素pxから第Nの画素pxについて、第1の画素pxと同じ様に、順番に、第1の状態から第2の状態への切替えと、第2の状態から第1の状態への切替えとを行うことにより、第1のフレームの画像情報を取得すると共に、各画素pxに対応する照射位置における距離情報を取得する。
なお、上述のように、制御部14が、第(M-1)の画素pxが第2の状態から第1の状態への切替えが完了する時期において、第Mの画素pxの第1の状態から第2の状態への切替えを開始させる制御を行う構成において、1フレーム分の画像情報の生成のための時間Timgに、切替部16は、Timg/Tdisの数の画素pxを第1の状態から第2の状態に切替可能である。すなわち、制御部14は、時間Timgに、Timg/Tdisの数の画素px分の距離情報の生成が可能である。なお、Mは、2≦M≦Nを満たす整数である。また、Tdisは、切替部16の画素pxの第1の状態から第2の状態への切替えにかかる時間と、第2の状態から第1の状態に戻すまでにかかる時間とを合計した時間である。すなわち、Tdisは、任意の画素pxが第1の状態、第2の状態、および第1の状態の順に切替わるために要する時間である。第1の実施形態においては、例えば、Timgは1/60秒であり、Tdisは1/3000秒である。
Timg/Tdisの値が切替部16の画素数より少ない構成において、制御部14は、時間Timg中に、切替部16における画素pxのすべてを切替えることができない。そのため、制御部14は、1フレーム分の画像情報の生成中に、当該1フレーム分の画像情報に対応する距離情報を生成することができない。すなわち、制御部14は、1フレーム分の画像情報の生成中に、当該1フレーム分の画像情報に満たないフレーム(例えば、0.5フレーム)分に対応する距離情報しか生成することができない。
そこで、Timg/Tdisの値が切替部16の画素数より少ない構成において、制御部14は、切替部16における全画素pxのうち、Timg/Tdisの数以下の画素pxを切替対象として選択する。さらに、制御部14は、切替対象として選択した各画素pxの第2の状態への切替時期に当該各画素pxに対応する照射領域内の領域に電磁波が照射されるように、反射部13を制御する。
または、Timg/Tdisの値が切替部16の画素数より少ない構成において、制御部14は、複数のフレーム(Pフレーム:PはP>1を満たす正の数)分の画像情報の生成のための時間P×Timg中に、切替部16における画素pxの全ての切替えが完了するように制御してもよい。さらに、制御部14は、切替部16の各画素pxの切替時期に当該各画素pxに対応する照射領域内の領域に電磁波が照射されるように、反射部13を制御する。
または、Timg/Tdisの値が切替部16の画素数より少ない構成において、制御部14は、切替部16における全画素pxを、Timg/Tdisの数以下のグループに分け、グループ毎に画素pxをまとめて切替える。さらに、制御部14は、各グループを代表する位置(例えば、各グループの中心位置)の画素pxの切替時期に当該画素pxに対応する照射領域内の領域に電磁波が照射されるように、反射部13を制御するようにしてもよい。
または、Timg/Tdisの値が切替部16の画素数より少ない構成において、制御部14は、切替部16における全画素pxを、Timg/Tdisの数以下のグループに分け、グループ毎にいずれかの画素pxのみを切替える。さらに、制御部14は、切替える当該画素pxの切替時期に当該画素pxに対応する照射領域内の領域に電磁波が照射されるように、反射部13を制御するようにしてもよい。
なお、1フレーム分の画像の撮像時間中に第2の状態に切替えられた切替部16の画素pxに対応する第1の検出部19における画素は、当該画素pxが第2の状態に切替えられている間、受光することができない。そのため、第1の検出部19における当該画素による信号強度は低下する。そこで、制御部14は、第1の検出部19における当該画素の信号値にゲインを乗じることにより、低下した信号強度を補償してもよい。なお、1フレーム分の画像の撮像時間は、1フレーム分の画像情報を生成するために第1の検出部19が電磁波を検出している時間に相当する。
なお、反射部13による走査速度が画素pxの切替速度よりも高速である、すなわち、TscnがTdisより短い構成において、制御部14は、第(M-1)の画素pxの第2の状態から第1の状態への切替えが完了する時期よりも前に、第Mの画素pxの第1の状態から第2の状態への切替えを開始させてよい。なお、Tscnは、照射部12から放射されて反射部13により反射された電磁波の照射位置が、ある照射位置から次の照射位置へ変わるために要する時間、または、ある照射位置から隣の照射位置へ変わるために要する時間である。このような構成は、任意の画素pxの第2の状態から第1の状態への切替えの完了後に他の画素の第2の状態への切替えを行なう制御よりも、短時間でより多くの画素における距離情報を生成し得る。
図4に示すように、タイミングt1から第1フレームの画像情報の生成のための時間Timgの経過後のt5において(“第1の検出部検出時期”欄参照)、制御部14は、第2のフレームの画像情報の生成のための電磁波の検出を開始させる。また、制御部14は、タイミングt1からt5における第1の検出部19による電磁波の検出が終了した後、その間に検出した電磁波に基づく第1のフレームの画像情報を取得する。以後、制御部14は、タイミングt1からt5の間に行った制御と同じ様に、画像情報の取得および距離情報の取得のための照射部12、反射部13、切替部16、第1の検出部19、および第2の検出部20の制御を行う。
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は、切替部16の作用面asに配置された画素px毎に第1の状態と第2の状態に切替え得る。このような構成により、第1の実施形態の電磁波検出装置10は、前段光学系15の光軸を、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1の後段光学系17の光軸に、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2の後段光学系18の光軸に合わせることが可能となる。したがって、第1の実施形態の電磁波検出装置10は、切替部16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19および第2の検出部20の光軸のズレを低減し得る。これにより、第1の実施形態の電磁波検出装置10は、第1の検出部19および第2の検出部20における検出軸のズレを低減し得る。そのため、第1の実施形態の電磁波検出装置10は、第1の検
出部19および第2の検出部20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100および第3の実施形態の電磁波検出装置101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、切替部16における一部の画素pxを第1の状態に切替え、且つ別の一部の画素pxを第2の状態に切替え得る。したがって、第1の実施形態の電磁波検出装置10は、一部の画素pxにおいて第1の検出部19に電磁波を検出させながら、同時に別の一部の画素pxにおいて第2の検出部20に電磁波を検出させ得る。これにより、第1の実施形態の電磁波検出装置10は、異なる領域に関する情報を同時に取得し得る。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100および第3の実施形態の電磁波検出装置101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、切替部16における同一の画素pxを第1の状態の次に第2の状態に切替え得る。このような構成において、切替部16における画素pxの第1の状態において第1の検出部19に電磁波が検出され得、その直後、当該画素pxの第2の状態において第2の検出部20に電磁波が検出され得る。したがって、第1の実施形態の電磁波検出装置10は、切替部16における同一の画素pxによる第1の検出部19および第2の検出部20における電磁波の検出時期のズレを低減し得る。これにより、第1の実施形態の電磁波検出装置10は、同一領域に関する情報の取得時期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100および第3の実施形態の電磁波検出装置101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は、照射部12を有している。したがって、第1の実施形態の情報取得システム11は、対象obに電磁波を照射することにより、第2の検出部20をアクティブセンサとして機能させ得る。また、第1の実施形態の情報取得システム11は、第1の検出部19をパッシブセンサとして機能させ得る。このような構成において、第1の実施形態の電磁波検出装置10は、切替部16における画素pxの少なくともいずれかを第1の状態の次に第2の状態に切替えることにより、同一領域に関する情報をアクティブセンサおよびパッシブセンサの両方に取得させ得る。また、このような構成において、第1の実施形態の電磁波検出装置10は、切替部16における一部の画素pxを第1の状態に切替え、且つ別の一部の画素pxを第2の状態に切替えることにより、アクティブセンサが情報を取得する領域とパッシブセンサが情報を取得する領域とを分け得る。
また、第1の実施形態の情報取得システム11は、反射部13を有している。このような構成により、情報取得システム11は、照射部12が放射する電磁波を用いて対象obを走査し得る。すなわち、第1の実施形態の情報取得システム11は、第2の検出部20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得る。したがって、第1の実施形態の情報取得システム11は、第2の検出部20により、一次元方向または二次元方向の位置に応じて情報を取得し得る。
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の実施形態では反射部および照射部を有さない点、および第2の検出部の構成および機能が第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7に示すように、第2の実施形態に係る電磁波検出装置100を含む情報取得システム110は、電磁波検出装置100および制御部14を含んで構成されている。
電磁波検出装置100は、第1の実施形態と同じく、前段光学系15、切替部16、第1の後段光学系17、第2の後段光学系18、第1の検出部19、および第2の検出部200を有している。第2の実施形態における、前段光学系15、切替部16、第1の後段光学系17、第2の後段光学系18、および第1の検出部19の構成および機能は、第1の実施形態と同じである。
第2の検出部200は、第1の実施形態と同じく、切替部16により第2の方向d2に進行した後に第2の後段光学系18を経由して進行する電磁波の経路上に設けられている。また、第2の検出部200は、第1の実施形態と同じく、第2の後段光学系18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2の実施形態において、第2の検出部200は、第1の検出部19と同じ構成および機能であり、第1の検出部19と同種の電磁波の像を撮像する。したがって、第2の実施形態において、第2の検出部200は、第1の検出部19と同様に、前段光学系15により切替部16又はその近傍において結像して第2の方向d2に進行する像の、第2の後段光学系18による結像位置である二次結像位置、又は当該二次結像位置近傍に、設けられていればよい。
制御部14は、第1の実施形態と同じく、第1の検出部19および第2の検出部200がそれぞれ検出した電磁波に基づいて、電磁波検出装置100の周囲に関する情報を取得する。第2の実施形態において、制御部14は、前述のように、第1の検出部19および第2の検出部200それぞれ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。
制御部14は、切替部16、第1の検出部19、および第2の検出部200を制御して、第1の検出部19および第2の検出部200から交互に繰返し画像情報を取得する。画像情報を交互に繰返し取得するための各部位の制御について、図8のタイミングチャートを用いて以下に説明する。
切替部16の全画素pxの第1の状態への切替えが完了するタイミングt6において(“切替部第1の画素状態”、“切替部第2の画素状態”、“切替部第Nの画素状態”欄参照)、制御部14は、第1の検出部19に第1のフレームの画像情報の生成のための電磁波の検出を開始させる。
タイミングt6から1フレームの画像情報の生成のための電磁波の検出時間の経過後のt7において(“第1の検出部検出時期”欄参照)、制御部14は、切替部16における全画素pxの第1の状態から第2の状態への切替えを開始させる(“切替部第1の画素駆動信号”、“切替部第2の画素駆動信号”、“切替部第Nの画素駆動信号”欄参照)。
切替部16の全画素pxの第2の状態への切替えが完了するタイミングt8において(“切替部第1の画素状態”、“切替部第2の画素状態”、“切替部第Nの画素状態”欄参照)、制御部14は、第2の検出部200に第2のフレームの画像情報の生成のための電磁波の検出を開始させると共に、タイミングt6からt7の間に第1の検出部19が検出した電磁波に基づく第1のフレームの画像情報の取得を開始する。
タイミングt8から第2のフレームの画像情報の生成のための電磁波の検出時間の経過後のt9において(“第2の検出部検出時期”欄参照)、制御部14は、切替部16における全画素pxの第2の状態から第1の状態への切替えを開始させる(“切替部第1の画素駆動信号”、“切替部第2の画素駆動信号”、“切替部第Nの画素駆動信号”欄参照)。
切替部16の全画素pxの第1の状態への切替えが完了するタイミングt10において(“切替部第1の画素状態”、“切替部第2の画素状態”、“切替部第Nの画素状態”欄参照)、制御部14は、第1の検出部19に第3のフレームの画像情報の生成のための電磁波の検出を開始させると共に、タイミングt8からt9の間に第2の検出部200が検出した電磁波に基づく第2のフレームの画像情報の取得を開始する。以後、制御部14は、タイミングt6からt10の間に行った制御と同じ様に、画像情報の取得のための切替部16、第1の検出部19、および第2の検出部200の制御を行う。
以上のように、第2の実施形態の電磁波検出装置100において、第1の検出部19が検出した電磁波に基づく画像情報の出力を第2の検出部200による電磁波の検出中に実行可能であり、また第2の検出部200が検出した電磁波に基づく画像情報の出力を、第1の検出部19による電磁波の検出中に実行可能である。したがって、第2の実施形態の電磁波検出装置100は、装置全体としてのフレームレートを、第1の検出部19および第2の検出部200そのもののフレームレートから倍加させ得る。
なお、上述のような、第1の検出部19および第2の検出部200の一方が電磁波を検出中に他方が検出した情報を出力する制御では、1フレームの画像の検出時間は、第1の検出部19または第2の検出部200そのもののフレームレートでそれぞれ単独で動作させた場合よりも短くなる。そのため、第1の検出部19および第2の検出部200における各画素の受光量は、それぞれ単独でそのもののフレームレートで動作した場合よりも低下し、その信号強度は低下する。そこで、制御部14は、第1の検出部19および第2の検出部200における各画素の信号値にゲインを乗じることにより、低下した信号強度を補償するようにしてもよい。
次に、本開示の第3の実施形態に係る電磁波検出装置について説明する。第3の実施形態では複数の照射部を有する点および第1の検出部の構成および機能が第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3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9に示すように、第3の実施形態に係る電磁波検出装置101を含む情報取得システム111は、電磁波検出装置101、第1の照射部211、第2の照射部221、第1のミラー231、第2のミラー241、反射部13、および制御部14を含んで構成されている。第3の実施形態において、反射部13の構成および機能は、第1の実施形態と類似している。第3の実施形態における反射部13は、第1の照射部211および第2の照射部221から放射された電磁波を反射する点が第1の実施形態と異なっている。
また、第3の実施形態において、第1の検出部191、反射部13、および制御部14が協同した機能は、第1の実施形態と類似している。第3の実施形態における第1の検出部191は、第1の照射部211から照射され反射部13により反射されて対象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点が第1の実施形態と異なっている。すなわち、第3の実施形態において、第1の検出部191は、反射部13と協同して、走査型のアクティブセンサを構成する。
電磁波検出装置101は、第1の実施形態と同じく、前段光学系15、切替部16、第1の後段光学系17、第2の後段光学系18、第1の検出部191、および第2の検出部20を有している。第3の実施形態における、前段光学系15、切替部16、第1の後段光学系17、第2の後段光学系18、および第2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3の実施形態において、第1の照射部211は、第2の照射部221とは異種の電磁波を放射する。第3の実施形態において、第1の照射部211は、より具体的には、可視光線を放射する。また、第1の照射部211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の照射部211は電磁波をパルス状または連続状に放射する。例えば、第1の照射部211は、LEDおよびLDなどである。第1の照射部211は、後述する制御部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。
第3の実施形態において、第2の照射部221は、第1の実施形態における照射部12と同じであり、赤外線を放射する。
第1のミラー231は、第1の照射部211が放射する電磁波の放射方向に設けられている。第1のミラー231は、第1の照射部211が放射する電磁波を反射する。
第2のミラー241は、第2の照射部221が放射する電磁波の放射方向、かつ第1の照射部211が放射する電磁波の第1のミラー231による反射方向に設けられている。第2のミラー241は、第1の照射部211が放射して第1のミラー231が反射するする電磁波を反射し、第2の照射部221が放射する電磁波を透過する。第2のミラー241は、ハーフミラーおよびダイクロイックミラーなどにより実現される。
第2のミラー241により反射される第1の照射部211が放射するビーム状の電磁波と、第2のミラー241を透過する第2の照射部221が放射するビーム状の電磁波とが重なるように、または、重ならないように、第1の照射部211、第2の照射部221、第1のミラー231、および第2のミラー241は配置されていればよい。第3の実施形態において、第1の照射部211、第2の照射部221、第1のミラー231、および第2のミラー241は、第2のミラー241により反射される第1の照射部211が放射するビーム状の電磁波と、第2のミラー241を透過する第2の照射部221が放射するビーム状の電磁波とが重なるように、配置されている。
以上のように、第3の実施形態の電磁波検出装置101は、第1の照射部211および第2の照射部221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、異なる照射部から照射された電磁波を用いて同一の領域を同時に走査し得る。
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の実施形態において、照射部12、反射部13、および制御部14が、電磁波検出装置10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は、これらの少なくとも1つを含んで構成されてもよい。同じ様に、第2の実施形態において、制御部14が電磁波検出装置100とともに情報取得システム110を構成しているが、電磁波検出装置100は、制御部14を含んで構成されてもよい。また、同じ様に、第3の実施形態において、第1の照射部211、第2の照射部221、第1のミラー231、第2のミラー241、反射部13、および制御部14が、電磁波検出装置101とともに情報取得システム111を構成しているが、電磁波検出装置101は、これらの少なくとも1つを含んで構成されてもよい。
また、第1の実施形態から第3の実施形態において、切替部16は、作用面as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の実施形態から第3の実施形態の切替部16において、第1の状態および第2の状態は、作用面as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2の状態が、作用面asに入射する電磁波を、透過させて第2の方向d2に進行させる透過状態であってもよい。切替部16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16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の反射状態および第2の反射の状態としての透過状態を画素px毎に切替え得る。このような構成の切替部16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16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む切替部が挙げられる。このような構成の切替部16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の状態としての反射状態および第2の状態としての透過状態を画素px毎に切替え得る。
また、第1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20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の実施形態において、情報取得システム11は、第1の検出部19がパッシブセンサであり、第2の検出部20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は、第1の検出部19および第2の検出部20が共に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第1の実施形態と類似の効果が得られる。
また、第2の実施形態において、電磁波検出装置100は、第1の検出部19と第2の検出部200とが同種の電磁波の像を撮像する構成を有する。しかし、電磁波検出装置100は、このような構成に限られない。例えば、電磁波検出装置100は、第1の検出部19と第2の検出部200とが異種の電磁波を検出する構成でも、第2の実施形態と類似の効果が得られる。
また、第2の実施形態において、電磁波検出装置100は、第1の検出部19と第2の検出部200とが共にパッシブセンサである構成を有する。しかし、電磁波検出装置100は、このような構成に限られない。例えば、電磁波検出装置100は、第1の検出部19および第2の検出部200のうち一方がパッシブセンサでもう一方がアクティブセンサである構成でも、共にアクティブセンサである構成でも、第2の実施形態と類似の効果が得られる。
また、第3の実施形態において、情報取得システム111は、第1の照射部211および第2の照射部221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1の検出部19および第2の検出部20を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111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111は、反射部13を備えず、第1の照射部211および第2の照射部221から放射状の電磁波を放射させることで、走査なしで画像情報を取得する構成でも、第3の実施形態と類似の効果が得られる。
また、第3の実施形態において、情報取得システム111は、第1の照射部211および第2の照射部221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1の検出部19および第2の検出部20を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111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111は、第1の照射部211および第2の照射部221のどちらか一方のみから放射状の電磁波を放射させることで、その一方については反射部13による走査なしで画像情報を取得する構成でも、第3の実施形態と類似の効果が得られる。
また、第3の実施形態において、情報取得システム111は、第1の照射部211および第2の照射部221から放射される電磁波を反射部13に走査させることにより、異なる照射部により同一の領域を走査する構成を有する。しかし、情報取得システム111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111は、第1の照射部211および第2の照射部221のうち一方のみを備え、当該一方のみから放射された電磁波を複数方向に分割し、分割した電磁波を反射部13により走査させる構成であってもよい。このような構成により、情報取得システム111は、単一の照射部で異なる領域を同時に走査することが可能となる。
また、第3の実施形態において、情報取得システム111は、第1のミラー231および第2のミラー241を用いて、第1の照射部211および第2の照射部221から放射される電磁波を、単一の反射部13に入射させ、対象obへの照射位置を変更する構成である。しかし、情報取得システム111は、このような構成に限定されない。例えば、情報取得システム111は、複数の反射部13それぞれに、第1の照射部211および第2の照射部221が放射する電磁波を入射させる構成でも、第3の実施形態と類似の効果が得られる。
また、第3の実施形態において、情報取得システム111は、第1の照射部211および第2の照射部221がそれぞれ異種の電磁波を放射する構成である。しかし、情報取得システム111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111は、第1の照射部211および第2の照射部221が同種の電磁波を放射する構成でも第3の実施形態と類似の効果が得られる。