JPWO2017187484A1

JPWO2017187484A1 - 物体撮像装置

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Publication number: JPWO2017187484A1
Application number: JP2018513958A
Authority: JP
Inventors: 文隆大津; 中平　健治; 健治中平; 新井　利明; 利明新井; 克嘉原澤; 本田　真; 真本田; 広田　修; 修広田
Original assignee: TAMAGAWA ACADEMY & UNIVERSITY; Hitachi Ltd; Hitachi Information and Telecommunication Engineering Ltd
Current assignee: TAMAGAWA ACADEMY & UNIVERSITY; Hitachi Ltd; Hitachi Information and Telecommunication Engineering Ltd
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2018-12-20
Also published as: WO2017187484A1

Abstract

本発明の物体撮像装置１１は、光送信部１１１と、対象光検出器２１１と、対象光検出器２１１の空間分解能よりも高い空間分解能を有する検出器を用いて光送信部１１１から発射された光ビームを対象物Ａに照射せずに直接検出したときの検出器の出力を算出する参照信号取得器３１１と、対象光検出器２１１の空間分解能よりも高い空間分解能で対象物Ａの特性をレンジ方向およびアジマス方向における位置の関数として算出する対象物特性算出器４１１と、画像生成器５１１とを備え、光送信部１１１が上記光ビームの断面における光強度分布を時間的かつ空間的に変動させ、かつ上記光ビームの時間的な変動の間隔が対象物特性算出器４１１で算出される対象物Ａの特性のアジマス方向の分解能を２倍して光速で除した値よりも短い。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体撮像装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、対象物に光を照射して画像を取得し、特にレンジ方向およびアジマス方向に対して高い空間分解能で画像を撮像することが可能な物体撮像装置に関する。

近年、ゴーストイメージングと呼ばれる技術が提案され、新たな物体撮像方式として注目されている（例えば、非特許文献１参照）。このゴーストイメージングの技術によれば、対象物に光を照射し、物体からの透過光や反射光をフォトマル等のシングルピクセル（すなわち、ピクセル数が１）の光検出器で検出して物体の画像を生成する。その際、対象物に照射する光とは別に、直接対象物には照射しない光を多ピクセルの光検出器で検出する。このとき、照射する光の変調方法や検出後の信号の処理方法等を工夫すると、物体からの透過光や反射光を検出する光検出器がシングルピクセルであるにもかかわらず、多ピクセルの光検出器を用いたかのような画像を生成することができる。

上記ゴーストイメージングでは、始めは量子縺れ光を用いて実現できることが示されたが、後に量子縺れ光の代わりに古典光でも実現できることが示された（非特許文献２参照）。また、このゴーストイメージングの技術に関する特許文献も幾つか公開されている（例えば、特許文献１、２参照）。

このようなゴーストイメージングでは、対象物から戻ってきた光の強度が弱く、検出した信号が低Ｓ／Ｎであるような場合であっても、従来よりも高いＳ／Ｎの画像が得られる等の利点がある。

米国特許第７８１２３０３号明細書米国特許第８２７９２８５号明細書

Ｐｉｔｔｍａｎ，Ｔ．Ｂ．，Ｓｈｉｈ，Ｙ．Ｈ．，ｅｔａｌ．，Ｏｐｔｉａｌｉｍａｇｉｎｇｂｙｍｅａｎｓｏｆｔｗｏ−ｐｈｏｔｏｎｑｕａｎｔｕｍｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ａ５２，Ｒ３４２９−Ｒ３４３２（１９９５）．Ｂｅｎｎｉｎｋ，Ｒ．Ｓ．，Ｂｅｎｔｌｅｙ，Ｓ．Ｊ．，ｅｔａｌ．，"Ｔｗｏ−ｐｈｏｔｏｎ" ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅｉｍａｇｉｎｇｗｉｔｈａｃｌａｓｓｉｃａｌｓｏｕｒｃｅ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８９，１１３６０１（２００２）

しかしながら、上述したような従来のゴーストイメージングでは、レンジ方向（光ビームの進行方向に垂直な方向）に対して対象物の反射率や透過率などの特性を取得して画像化することはできるものの、距離情報、すなわちアジマス方向（光ビームの進行方向に平行な方向）の情報を取得することができない。そのため、アジマス方向に対する対象物特性を取得して画像化するようなレーダ、ライダ、距離画像カメラ、断層画像撮影装置など装置には、上記従来のゴーストイメージング技術を活用することができないという不都合がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、対象物特性を、レンジ方向と共にアジマス方向の関数、かつ高Ｓ／Ｎ画像として取得することができる物体撮像装置を提供することにある。

本発明は、
（１）対象物に向けて光ビームを発射する光送信部と、
前記対象物からの透過光、反射光または散乱光（以下、これらの光をまとめて「対象光」ともいう）を検出する対象光検出器と、
前記光送信部から発射された前記光ビームの断面における光強度分布の空間的な変動周波数が、前記対象光検出器の空間分解能よりも高く、
前記対象光検出器の空間分解能よりも高い空間分解能を有する検出器を用いて前記光送信部から発射された前記光ビームを前記対象物に照射せずに直接検出したときの前記検出器の出力を、実測またはシミュレーションにより算出する参照信号取得器と、
前記対象光検出器の出力および前記参照信号取得器の出力を用い、前記対象光検出器の空間分解能よりも高い空間分解能で前記対象物の特性をレンジ方向およびアジマス方向における位置の関数として算出する対象物特性算出器と、
前記対象物の特性を画像化する画像生成器とを備え、
前記光送信部が前記光ビームの断面における光強度分布を時間的かつ空間的に変動させ、かつ前記光ビームの時間的な変動の間隔が前記対象物特性算出器で算出される前記対象物の特性のアジマス方向の分解能を２倍して光速で除した値よりも短い物体撮像装置、
（２）対象物特性算出器は、予め設定した複数の時間差の各々に対して対象光検出器の出力または参照信号取得器の出力の一方を前記時間差だけ時間シフトしてから前記対象光検出器の出力と前記参照信号取得器の出力との間の一致を計算することにより前記対象物の特性を算出する前記（１）に記載の物体撮像装置、
（３）光送信部で発射する光ビームの時間的な変動の間隔が空間的な変動が時間変化する間隔よりも短く、かつ前記光ビームの時間方向に対する自己相関関数のメインローブの幅が前記光ビームのパルス幅よりも狭い前記（１）に記載の物体撮像装置、並びに
（４）光ビームを発射する光送信部と、
前記光ビームを２本の光ビームに分割し、一方を対象物に照射すると共に他方をミラーに照射する光ビーム分割器と、
前記対象物からの透過光、反射光または散乱光と、前記ミラーからの反射光とを干渉させる光ビーム干渉器と、
前記光ビーム干渉器により得られた干渉光を検出する干渉光検出器と、
前記光送信部から発射された前記光ビームの断面における光強度分布の空間的な変動周波数が、前記干渉光検出器の空間分解能よりも高く、
前記干渉光検出器の空間分解能よりも高い空間分解能を有する検出器を用いて前記光送信部から発射された前記光ビームを前記対象物に照射せずに直接検出したときの前記検出器の出力を、実測またはシミュレーションにより算出する参照信号取得器と、
前記干渉光検出器の出力および前記参照信号取得器の出力を用い、前記干渉光検出器の空間分解能よりも高い空間分解能で前記対象物の特性をレンジ方向およびアジマス方向における位置の関数として算出する対象物特性算出器と、
前記対象物の特性を画像化する画像生成器とを備え、
前記光送信部が前記光ビームの断面における光強度分布を時間的かつ空間的に変動させ、かつ前記光ビームの時間的な変動の間隔が前記対象物特性算出器で算出される前記対象物の特性のアジマス方向の分解能を２倍して光速で除した値よりも短い物体撮像装置
に関する。

なお、本明細書において「対象物特性」とは、測定する対象物の反射率や透過率などの光学特性を意味する。また、本明細書において「対象光検出器の出力と参照信号取得器の出力との間の一致を計算する」とは、対象光検出器の出力信号と参照信号取得器の出力信号との類似の度合いを計算することを意味する。また、本明細書において「光」とは、電磁波を指し、例えば、可視光であってもよく、赤外線、紫外線、Ｘ線等であってもよい。

本発明は、対象物特性を、レンジ方向と共にアジマス方向の関数、かつ高Ｓ／Ｎ画像として取得することが可能な物体撮像装置を提供することができる。したがって、当該物体撮像装置は、例えばレンジ方向の情報に加えてアジマス方向の情報が必要とされるようなレーダやライダ等に好適に適用することができる。

本発明の第１の実施形態における物体撮像装置の全体構成を示す概略図である。図１の光源の構成を示す概略図であって、（ａ）はレーザ光源およびすりガラスを用いた例、（ｂ）はレーザ光源およびＳＬＭ（ＳｐａｔｉａｌＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いた例、（ｃ）は量子縺れ光源を用いた例をそれぞれ示す。図１の光源から照射される光ビームの光強度の一例を示す概略図であって、（ａ）は光強度分布、（ｂ）は光強度の時間変化をそれぞれ示す。図１における、対象物からの反射光、および参照光を検出する検出器の一例であって、（ａ）は対象光検出器、（ｂ）は参照信号取得器をそれぞれ示す。図１の対象物特性算出器の一例を示す概略ブロック図である。パルス圧縮の説明をするための概略図であって、（ａ）は照射光、（ｂ）は対象信号、（ｃ）は相関関数の一例をそれぞれ示す。本発明の第２の実施形態における物体撮像装置の全体構成を示す概略図である。図７の参照信号取得器における処理の一例を示す概略ブロック図である。図７の対象物特性算出器の一例を示す概略ブロック図である。図７の対象物特性算出器における対象物特性算出の方法の一例を示す概略ブロック図である。本発明の第３の実施形態における物体撮像装置の全体構成を示す概略図である。本発明の第４の実施形態における物体撮像装置の全体構成を示す概略図である。図１１および図１２の対象物特性算出器の一例を示す概略ブロック図である。図２（ｂ）のフィルタ制御信号およびＳＬＭ制御信号の一例を示す概略図である。

＜物体撮像装置（１）＞
本発明の物体撮像装置（１）は、対象物に向けて光ビームを発射する光送信部と、上記対象物からの透過光、反射光または散乱光を検出する対象光検出器と、上記光送信部から発射された上記光ビームの断面における光強度分布の空間的な変動周波数が、上記対象光検出器の空間分解能よりも高く、上記対象光検出器の空間分解能よりも高い空間分解能を有する検出器を用いて上記光送信部から発射された上記光ビームを上記対象物に照射せずに直接検出したときの上記検出器の出力を、実測またはシミュレーションにより算出する参照信号取得器と、上記対象光検出器の出力および上記参照信号取得器の出力を用い、上記対象光検出器の空間分解能よりも高い空間分解能で上記対象物の特性をレンジ方向およびアジマス方向における位置の関数として算出する対象物特性算出器と、上記対象物の特性を画像化する画像生成器とを備え、上記光送信部は、上記光ビームの断面における光強度分布を時間的かつ空間的に変動させ、かつ上記光ビームの時間的な変動の間隔が上記対象物特性算出器で算出する上記対象物の特性のアジマス方向の分解能を２倍して光速で除した値よりも短いことを特徴とする。

以下、当該物体撮像装置（１）の第１および第２の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、当該図面に記載の実施形態にのみ限定されるものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態における物体撮像装置の全体構成を示す概略図である。当該物体撮像装置１１は、物体撮像装置（１）に係るものであり、図１に示すように、概略的に、光送信部１１１と、対象光検出器２１１と、参照信号取得器３１１と、対象物特性算出器４１１と、画像生成器５１１とにより構成されている。

光送信部１１１は、対象物Aに向けて光ビームＬ１を発射する。具体的には、この光送信部１１１は、２本の光ビームＬ１およびＬ２を発射する。光送信部１１１は、光源１１２とビームスプリッタ（以下、「ＢＳ」ともいう）１１９とを有し、光源１１２で生成された光ビームをＢＳ１１９で分割することにより、上述の光ビームＬ１とＬ２を得る。光源１１２は、光ビームのビーム断面における強度分布が時間的かつ空間的に変動しているような光ビームを生成する。なお、光ビームＬ１は対象物Ａに照射され、対象物Ａから発せられた対象光が対象光検出器２１１で検出される。対象物Ａは１個の物体である必要はなく、空間的に離れた複数の物体であってもよい。また、対象物Ａは固体である必要はなく、液体や気体等であってもよい。

対象光検出器２１１は、上記対象物Ａからの透過光、反射光または散乱光を検出する。本実施形態では、対象物Ａからの反射光を検出するように構成されている。この対象光検出器２１１としては、例えば、フォトマル等のシングルピクセルの（またはピクセル数の少ない）検出器を採用することができる。また、対象光検出器２１１としては、ＣＣＤ等の多ピクセル検出器で受信した信号を加算してピクセル数を減らした信号を出力するような検出器であってもよい。

参照信号取得器３１１は、対象光検出器２１１の空間分解能よりも高い空間分解能を有する検出器を用いて、光送信部１１１から発射された光ビームを対象物Ａに照射せずに直接検出したときの検出器の出力を、実測により算出する。なお、上述の対象物Ａに照射せずに直接検出された光（図１中の光ビームＬ２）を、以下、「参照光」とも称する。参照信号取得器３１１で用いられる検出器は、対象光検出器２１１よりも２５倍以上ピクセル数の多い検出器であり、例えば、ＣＣＤやマルチピクセルフォトンカウンタ、複数個のアバランシェフォトダイオード、複数個のフォトマル等を採用することができる。

対象物特性算出器４１１は、対象光検出器２１１の出力および参照信号取得器３１１の出力を用い、対象光検出器２１１の空間分解能よりも高い空間分解能で対象物Ａの特性（対象物特性）をレンジ方向およびアジマス方向における位置の関数として算出する。

ここで、この対象物特性算出器４１１としては、予め設定した複数の時間差の各々に対して対象光検出器２１１の出力または参照信号取得器３１１の出力の一方を上記時間差だけ時間シフトしてから対象光検出器２１１の出力と参照信号取得器３１１の出力との間の一致を計算することにより対象物Ａの特性を算出することが好ましい。本実施形態では、予め設定した複数の時間差の各々に対して参照信号取得器３１１の出力を上記時間差だけ時間シフトするように構成されている（図５参照）。これにより、対象物特性を、レンジ方向に加えてアジマス方向の関数として算出することができる。

画像生成器５１１は、対象物Ａの特性を画像化する。

ところで、本発明で用いられる技術は、ゴーストイメージングに係るものである。このゴーストイメージングは、参照信号取得器のピクセル数が対象物検出器のピクセル数よりも一般に２５倍〜１億倍（空間分解能では５倍〜１万倍）程度多いことが特徴の一つである。参照信号取得器のピクセル数は、算出される対象物特性のレンジ方向の解像度に対応する。このため、対象物検出器のピクセル数が対象物特性のレンジ方向の解像度に比べて十分に小さいと言い換えられる。このゴーストイメージング技術によれば、高いＳ／Ｎの画像を得ることができる。

ところで、対象物検出器のピクセル数に比べて、対象物特性のレンジ方向の解像度を数倍高くすることが可能な画像処理技術として超解像技術が知られている。しかしながら、上記超解像技術では、特に取得信号のＳ／Ｎが低い場合には空間分解能を５倍以上高めることは困難である。

次に、上述した物体撮像装置１１を構成する光送信部１１１、対象光検出器２１１、参照信号取得器３１１等について、さらに詳述する。

まず、光送信部１１１に関し、図２は、図１の光源の構成を示す概略図である。光送信部１１１の光源１１２としては、例えば、図２（ａ）〜（ｃ）のようなもの等が挙げられる。図２（ａ）示す光源１１２は、レーザ光源１１３により生成したレーザ光をすりガラス１１４１に通すことにより、空間的にインコヒーレントな（すなわち空間的に変動させた）光ビームを生成する。この光源１１３では、すりガラス１１４１を回転器１１４２により回転させることで、レーザ光がすりガラス１１４１の異なる位置に入射するようにして、レーザ光を時間的に変動させる。なお、レーザ光をすりガラス１１４１の異なる位置に入射させるための装置として、回転器１１４２の代わりに平行移動などを行う装置（不図示）を用いてもよい。また、後述するフィルタ１１５１およびフィルタ制御器１１５２（図２（ｂ）および図１４参照）を用いてレーザ光を時間的に変動させてもよい。これにより、すりガラスのみでは実現困難であるような短い間隔で時間的に変動する光ビームを生成することができる。

図２（ｂ）示す光源１１２は、レーザ光源１１３により生成したレーザ光をＳＬＭ（ＳｐａｔｉａｌＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ）１１６１に通して光ビームを生成する。この際、ＳＬＭ制御器１１６２によりＳＬＭ１１６１を制御することにより、時間的かつ空間的に変動した光ビームが生成される。この構成では、レーザ光とともにＳＬＭ制御信号も出力することができる。ＳＬＭ１１６１のピクセル数は、対象物特性のレンジ方向の解像度に影響するため、要求される解像度に対して妥当なピクセル数を持つＳＬＭが使用される。このＳＬＭ制御信号は、後述する第２の実施形態において利用される。

また、この光源１１２では、光量等を変更するために、透過率等を制御することが可能なフィルタ１１５１およびこのフィルタ１１５１を制御するフィルタ制御器１１５２を用いてレーザ光を時間的に変動させる。フィルタ制御器１１５２は、ＳＬＭ制御信号と同様に、フィルタ制御信号も出力することができる。ＳＬＭ１１６１の応答速度が十分ではない場合、より応答速度の速いフィルタ１１５１を用いることで、レーザ光に対してＳＬＭ１１６１のみでは実現困難な高速な時間的変動を施すことができる。他方、応答速度が十分なＳＬＭ１１６１があれば、フィルタ１１５１を用いる代わりに、ＳＬＭ１１６１のみを適切に制御することで、十分な速度で時間的に変動させたレーザ光を生成することもできる。なお、本実施形態では、レーザ光の光路においてフィルタ１１５１が前段、ＳＬＭ１１６１が後段に配置されているが、その逆、すなわちＳＬＭ１１６１が前段、フィルタ１１５１が後段に配置されていてもよい。

図２（ｃ）示す光源１１２は、量子縺れ光源１１７により生成した光ビームをフィルタ１１８１に通すことにより、時間的に変動させた光ビームを生成する。この量子縺れ光源１１７は、光強度分布に空間的な変動があるため、出力される光ビームは時間的かつ空間的に変動している。フィルタ１１８１は、フィルタ制御器１１８２により制御される。なお、この例示の光源１１２では、光ビームとともにフィルタ制御信号も出力することができる。

次に、光送信部１１１から発射された光ビームの光強度について詳述する。図３（ａ）は、図１の光源１１２から照射される光ビームの光強度の一例を示す概略図であり、図１の断面Ｄ１および断面Ｄ２における、時刻tおよび時刻ｔ＋ｄｔでの光ビームの強度分布の例を表している。任意の時刻ｔでの断面Ｄ１および断面Ｄ２における強度分布Ｆ１ａおよびＦ２ａは、強い相関関係を有している。また、時刻ｔ＋ｄｔでの断面Ｄ１および断面Ｄ２における強度分布Ｆ１ｂおよびＦ２ｂも、強い相関関係を有している。一方、これらの強度分布の各々は空間的には大きな変動を持っている。また、ｄｔが十分に小さい値ではない場合には、同じ断面Ｄ１の強度分布である強度分布Ｆ１ａとＦ１ｂは、強い相関関係を有していない。同様に、強度分布Ｆ２ａとＦ２ｂの間の相関も小さい。このように、図１の光送信部１１１から照射された２本の光ビームＬ１、Ｌ２は、それぞれ時間的かつ空間的に変動しており、時間的かつ空間的な相関は小さいが、２本の光ビームＬ１、Ｌ２の間では強い相関を有している。

図３（ｂ）は、図１の光源１１２から照射される光ビームの光強度の一例を示す概略図であり、断面Ｄ１における、ある特定の位置での光強度と時間ｔとの関係である。ここで、ｃは光速であり、Δは当該物体撮像装置１１のアジマス方向の距離分解能である。δ＝２Δ／ｃは、アジマス方向の距離分解能と同じ距離を光が往復するのに必要な時間を表している。

ここで、光強度の時間変動の間隔がδに比べて十分短くなるように、光強度を時間的に変動させる。すなわち、光送信部１１１が光ビームＬ１、Ｌ２の断面Ｄ１、Ｄ２における光強度分布を時間的かつ空間的に変動させ、かつ上記光ビームの時間的な変動の間隔が対象物特性算出器４１１で算出される対象物Ａの特性のアジマス方向の分解能を２倍して光速で除した値よりも短くなるようにする。

なお、光源１１２としてレーザ光源１１３を用いた場合、発射されるレーザ光は通常光強度の時間的な変動はほとんどなく、光強度は時間に対してほぼ一定である。そのため、時間的な変動は、例えば図２において回転器１１４２の速度を上げたり、ＳＬＭ制御器１１６２を高速で動かすことにより速くすることができる。また、フィルタ制御器１１５２により光強度を時間的に変動させてもよい。なお、光強度の時間変動の間隔は、光強度の振幅が一定以上変化するまでに要する時間、または瞬時位相が２πだけ進むまでに要する時間として与えられる。ここで、光強度を時刻tの関数としてＡ（ｔ）ｓｉｎθ（ｔ）＋Ａ_０（ｔ）のように表したとき、Ａ（ｔ）を振幅、θ（ｔ）を瞬時位相と呼ぶ。

このように時間的に十分に速く変動させた光ビームを用いることにより、対象光検出器２１１で検出した信号に、アジマス方向に関する対象物特性に関する情報を含めることができ、アジマス方向に対する分解能を確保した画像を得ることができる。

ここで、ＳＬＭ制御信号およびフィルタ制御信号について例示する。図１４は、図２（ｂ）のフィルタ制御信号およびＳＬＭ制御信号の一例を示す概略図であり、ＳＬＭ制御器１１６２が出力するＳＬＭ制御信号およびフィルタ制御器１１５２が出力するフィルタ制御信号を示している。ＳＬＭ制御信号は、ＳＬＭのピクセル数と同じ本数だけあるが、図１４では異なる２個のピクセルに対応するＳＬＭ制御信号の例を示している（符号１１６ａおよび１１６ｂ参照）。図１４の符号１１５ａは、フィルタ制御信号の例である。フィルタ制御信号をδに比べて十分短い時間で変動させることにより、光強度の時間変動の間隔をδよりも十分短くすることができる。一方、ＳＬＭ制御信号も時刻tの関数であるが、光強度の時間変動の間隔と比べて長い時間で変動させてもよい。これにより、応答速度が十分ではないＳＬＭがあったとしても、光ビームを時間的に十分に速く変動させるとともに空間的に変動させることができる。なお、この例示では、ＳＬＭ制御信号およびフィルタ制御信号が２値をとる場合について示したが、多値やアナログ値をとってもよい。

次に、対象光検出器について詳述する。図４（ａ）は、図１の対象物Ａからの反射光を検出する対象光検出器の一例である。この図４（ａ）は、２種類の対象光検出器の例を表している。検出器２１２はシングルピクセルの検出器である。一方、検出器２１３はピクセル数３×３＝９の検出器である。この対象光検出器２１１には、物体撮像装置１１の空間分解能に比べて十分に少ないピクセル数の検出器が用いられる。

なお、当該物体撮像装置１１は、光送信部１１１から発射された光ビームの断面における光強度分布の空間的な変動周波数が、対象光検出器２１１の空間分解能よりも高くなるように構成されている。すなわち、当該物体撮像装置１１に係る技術は、超解像技術とは異なるものである。

次に、参照信号取得器３１１について詳述する。図４（ｂ）は、図１の参照光を検出する参照信号取得器の一例である。参照信号取得器３１１は、物体撮像装置１１の空間分解能と同程度のピクセル数を持つ参照光検出器３１２を有している。当該物体撮像装置１１は、対象光検出器２１１の空間分解能が低い代わりに、参照光検出器３１２の空間分解能を高くすることで、ゴーストイメージング技術により空間分解能の高い対象物特性を得ることができる。なお、レンジ方向に２次元の情報を得る代わりに１次元のみの情報を得たい場合には、対象光検出器２１２や参照光検出器３１２はピクセルが１次元に配置された検出器を用いる。また、個々のピクセルに対応する検出器は、光量または光子数を検出するフォトマルなどであってもよく、ホモダイン型またはヘテロダイン型の検出器であってもよい。

次に、対象物特性算出器４１１について詳述する。図５は、図１の対象物特性算出器の一例を示す概略ブロック図である。本明細書では、同じ処理や信号等には、同じ番号を付している。この図では、対象物特性算出器４１１と共に画像生成器５１１が記載されている。また、この図は、対象光検出器２１１がシングルピクセルの場合のものである。

対象物特性算出器４１１では、まず、対象信号と参照信号がＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ、アナログディジタル変換部）４１２および４１３により、アナログ信号からディジタル信号に変換される。参照信号は、遅延器４１４により一定の時間δだけ時間遅延した後、補正器４１５により必要に応じて形状補正される。ここで、δは図３の説明で述べた値と同じ、すなわちδ＝２Δ／ｃである。光送信部１１１から対象光検出器２１１および参照信号取得器３１１までのそれぞれの光路長が大きく異なる場合、図３の説明で述べたように光ビームの強度分布の相関が弱まることがあるが、形状補正を行うことでこれを解消することができる。一致計算器４１６では、対象信号と補正後の参照信号との間で一致計算が行われる。この一致計算の結果が対象物特性を表す。なお、本実施形態では、対象物特性算出器４１１はディジタル回路としたが、アナログ回路であってもよく，光回路等であってもよい。

次に、画像生成器５１１について詳述する。画像生成器５１１は、算出した対象物Ａの特性が入力され、これを画像化する。この画像生成器５１１では、アジマス方向およびレンジ方向の関数として表される３次元情報を持つ対象物特性から、ディスプレイ等に表示できるような画像が生成される。画像は、３次元情報を表すようなものであってもよく、レンジ方向に関する１次元情報とアジマス方向に関する１次元情報を含んだ２次元情報を表すようなものであってもよい。

ここで、上述した一致計算では、例えば下記式（１）で表される相関計算を行い、相関関数Ｃ（ｘ，ｎδ）が計算される。

上記式（１）中、ｘは参照信号の画素の位置を表すインデックス、Ｔは積分を行う時間の幅である。Ｉ_ｐ（ｔ，ｘ）は時刻ｔおよび位置ｘにおける参照信号、Ｉｂ^（ｎ）（ｔ）は遅延器４１４をｎ回通過した後の、時刻ｔにおける補正後の対象信号であり、Ｉｂ^（０）（ｔ−ｎδ）を補正した信号に等しい（以下、Ｉｂ^（０）を単に「Ｉｂ」と表す）。補正処理を関数ｈで表現すると、式（１）は下記式（２）のように表現することができる。

なお、参考までに、従来のゴーストイメージングで行われる相関計算の式を下記式（３）に示す。

上記（１）、（２）で表される計算式では、相関計算の出力が画素ｘの関数のみでなく、遅延時間ｎδの関数でもある点が特徴である。ここで、Ｉｂ^（ｎ）（ｔ）がδに対して十分高速に時間的に変動するため、一般に任意のｎに対してＣ（ｘ，ｎδ）とＣ（ｘ，（ｎ＋１）δ)は大きく異なる値を取ることが期待できる。相関関数Ｃ（ｘ，ｎδ）のｎδをアジマス方向の位置ｚに変換した値Ｃ（ｘ，ｚ）を対象物特性とみなす。これにより、対象物特性をレンジ方向の位置ｘのみでなくアジマス方向の位置ｚの関数として算出することができる。

なお、図４（ａ）に示す対象光検出器２１３のように、対象光検出器２１１のピクセル数が複数（Ｋピクセルとする）の場合は、参照信号をＫ分割して図５の構成をＫ個並列に並べたものを用いて計算を行う。このような並列演算を行うことにより、例えば撮像時間を短縮する等の利点を得ることができる。また、上記では一致計算において相関関数を計算する例を述べたが、これに限らない。また、本実施形態では参照信号を時間遅延させてから一致計算を行う例を示したが、対象信号を時間遅延させてから一致計算を行ってもよい。

ここで、上述した相関係数の一例について以下に示す。図６は、パルス圧縮の説明をするための概略図である。この図６は、対象物Ａに照射する光ビーム（以下、「照射光」ともいう）を時間的に変調させて相関関数のピークを鋭くするためのパルス圧縮技術を説明する図である。

図６（ａ）は、照射光の振幅の例である。ここでは、幅Ｗのパルス状の光を照射した場合について説明している（連続光は、幅Ｗが十分に長いパルス光とみなすことができる）。このパルスは、時刻ｔに対して振幅、位相または周波数のうちの一つ以上が変調されている。このような変調は、例えば、図２（ａ）の光源１１２において回転器１１４２の回転速度を可変にしたり、図２（ｂ）の光源１１２においてフィルタ制御器１１５２やＳＬＭ制御器１１６２で適切な制御信号を作成することにより実現することができる。

図６（ｂ）は、図６（ａ）の照射光を用いたときに得られる対象信号の例である。この例では、対象物Ａは空間的に離れた２個の物体からなり、それぞれの物体からの反射光を時刻ｔ_１およびｔ_２で検出し始めているが、ｔ_２とｔ_１の差はパルス幅Ｗより短いため、それぞれの反射光は重なっている。このため、対象信号の振幅のみを見ても、それぞれの反射光を分離することは困難である。しかし、適切な変調を行った場合には、時間方向に対する相関関数は図６（ｃ）のように鋭いピークを持つ。このため、相関関数を用いて各反射光を検出し始めた時刻ｔ_１およびｔ_２を容易に計算することができる。これは、時間分解能を向上することができ、その結果、アジマス方向の空間分解能を向上できることを意味する。このような技術はパルス圧縮と呼ばれている。

なお、光送信部１１１で発射する光ビームの時間的な変動の間隔が空間的な変動が時間変化する間隔よりも短く、かつ上記光ビームの時間方向に対する自己相関関数のメインローブの幅が上記光ビームのパルス幅よりも狭いことが好ましい。

一般に、自己相関関数、またはある参照信号（例えば照射光）と対象信号との相互相関関数のメインローブの幅が狭くなるような信号ほど、パルス圧縮に適している。このようなパルス圧縮に適した信号としては、例えば擬似乱数符号やバーカー符号で符号化した位相変調信号、線形チャープ信号等の数多くの信号が知られている。このような変調が施された光を得るためには、例えば図２（ｂ）で示した光源１１２の構成におけるフィルタ１１５１として反射率制御光学素子や光位相変調器などを用いればよい。ゴーストイメージングにおいては、図５の説明で述べたように一致計算として相関演算を利用することができるため、パルス圧縮に適した信号を用いることで、ゴーストイメージングおよびパルス圧縮の効果を同時に得ることが可能となる。

このように、対象物特性算出器４１１が出力する対象物特性のアジマス方向の分解能は、光ビームの時間方向の幅Ｗには依存せず、自己相関関数（または相互相関関数）のメインローブの幅に依存する。このため、上述したようなパルス圧縮に適した信号を用いることにより、アジマス方向に対して高い分解能で対象物特性を算出することができる。

以上のように、本実施形態では、光送信部１１１が光ビームの断面における光強度分布を時間的かつ空間的に変動させ、かつ上記光ビームの時間的な変動の間隔が対象物特性算出器４１１で算出される対象物Ａの特性のアジマス方向の分解能を２倍して光速で除した値よりも短いので、当該物体撮像装置１１は、対象物特性を、レンジ方向と共にアジマス方向の関数、かつ高Ｓ／Ｎ画像として取得することができる。

［第２の実施形態］
図７は、本発明の第２の実施形態における物体撮像装置の全体構成を示す概略図である。当該物体撮像装置１２は、物体撮像装置（１）に係るものであり、図７に示すように、概略的に、光送信部１２１と、対象光検出器２１１と、参照信号取得器３２１と、対象物特性算出器４２１と、画像生成器５１１とにより構成されている。この第２の実施形態は、光送信部１２１、参照信号取得器３２１および対象物特性算出器４２１の構成が第１の実施形態と異なっている。なお、対象光検出器２１１および画像生成器５１１は、第１の実施形態のものと同様な構成であるため、同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

光送信部１２１は、ビーム断面における強度分布が時間的かつ空間的に変動する１本の光ビームＬ３を対象物Ａに向けて発射すると共に光変調情報Ｊ１を出力する。この光送信部１２１は光源１２２を有し、光源１２２は、例えば図２（ｂ）に示す構成とすることができる。この構成では、ＳＬＭ制御器１１６２から出力されたＳＬＭ制御信号やフィルタ制御器１１５２から出力されたフィルタ制御信号が光変調情報Ｊ１となる。図６で説明したパルス圧縮を用いる場合、光変調情報Ｊ１には例えばパルス圧縮を可能とするための光の変調の仕方が含まれていてもよい。対象物Ａに照射された光ビームＬ３は、対象光検出器２１１で検出される。なお、対象物Ａは１個の物体である必要はなく、空間的に離れた複数の物体であってもよい。

参照信号取得器３２１は、対象光検出器２１１の空間分解能よりも高い空間分解能を有する検出器を用いて光送信部１２１から発射された光ビームを対象物に照射せずに直接検出したときの検出器の出力を、シミュレーションにより算出する。

この参照信号取得器３２１では、図８に示すように、まず、光変調情報Ｊ１を用いて参照光の光強度分布を算出する（ステップＳ１）。光変調情報Ｊ１は参照光の光強度分布を算出するために必要な情報を含んでおり、例えば上述したようにフィルタ制御信号や、ＳＬＭ制御信号、パルス圧縮を実現するための変調方法などを含んでいる。

次いで、参照光の光強度分布を用いて参照光の歪みを算出する（ステップＳ２）。これにより、第１の実施形態における参照光が参照信号取得器３２１に到達するまでに歪む様子をシミュレートする。この歪みは、光の伝播時の減衰や、回折、時間的または空間的な変動の変化、ノイズの重畳などを含む。

次いで、歪みを受けた後の参照光を用いて参照光検出結果を推定し、その結果を参照信号とする（ステップＳ３）。なお、歪みを受けた後の参照光そのものを参照信号とみなしてもよい。

対象物特性算出器４２１は、対象物特性を導出する。この対象物特性算出器４２１は、図９に示すように、ＡＤＣ４２２と対象物特性算出部４２３とを有している。

ＡＤＣ４２２は、入力する対象信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。なお、上述の参照信号取得器３２１は通常ディジタル回路であり、入力する参照信号はディジタル信号になっているものとするが、上記参照信号がアナログ信号の場合は、アナログディジタル変換部を設け、参照信号に対してもアナログ信号からディジタル信号に変換を行う。

対象物特性算出部４２３は、対象物特性算出を行って対象物特性を算出する。この対象物特性算出部４２３は、参照信号取得器３２１にて参照光検出結果を推定した場合には、図５に示す対象物特性算出器４１１と同様のものを利用することができる。

一方、参照信号取得器３２１にて歪みを受けた後の参照光そのものを参照信号とみなす場合には、対象物特性算出部４２３での対象物特性の算出が一般に複雑になるものの、より精度の高い値を算出できる可能性がある。以下、上記参照光そのものを参照信号とみなす場合の対象物特性の算出方法の例を示す。

まず、参照光の強度および対象物特性を表す関数を、それぞれｒ（ｔ，ｘ）およびＴ（ｔ，ｘ）とおく。ｒとＴはともに時刻tおよびレンジ方向の２次元的な位置ｘの関数である。関数Ｔ（ｔ，ｘ）は対象物のインパルス応答であり、対象物の透過率（または反射率）に関する情報や形状情報を含んだ関数である。対象光検出器２１１に入射する光Ａｂ（ｔ，ｘ）は、参照光ｒが対象物と相互作用した後の光として、次式（４）のように表される。

ここで、対象光検出器２１１が光量を検出するような検出器の場合、対象信号Ｉｂ（ｔ）はＡｂ（ｔ，ｘ）の光量であると近似的にみなすことができるため、その近似信号Ｉｂ’（ｔ）は次式（５）で表される。

上記式（５）中、Ｘは対象光検出器２１１の領域を表す。そこで、対象物特性算出部４２３では、取得された対象信号Ｉｂ（ｔ）から関数Ｔ（ｔ，ｘ）を逆算することにより対象物特性が算出される。上記逆算は、例えば、次式（６）で表される最適化問題を解くことにより得られる。

上記式（６）中、Ｚは解となり得る関数Ｔ（ｔ，ｘ）の全体を表す集合であり、例えば物体の個数の上限や、形状に関する制約、スパース性に関する制約を加味して設定される。

上記式（６）は、Ｔ（ｔ，ｘ）がＺに含まれる、すなわち解となり得るという制約条件を満たした上で、Ｉｂ（ｔ）とＩｂ’（ｔ）との２乗誤差ができるだけ小さくなるようなＴ（ｔ，ｘ）を求める問題である。なお、２乗誤差を小さくする代わりに、誤差の絶対値を小さくしてもよく、別の評価関数を最小または最大とするようにしてもよい。

ここで、式（６）に基づき対象物特性を算出する一例について、図１０を参照して説明する。まず、関数Ｔ（ｔ，ｘ）の初期値を決め、参照信号ｒ（ｔ，ｘ）から式（４）および式（５）で表されるＡｂ（ｔ，ｘ）およびＩｂ’（ｔ）をそれぞれ計算する（ステップＳ４、Ｓ５）。

次いで、差分計算により、対象信号Ｉｂ（ｔ）とＩｂ’（ｔ）とを用いて式（６）で表される評価関数を計算する（ステップＳ６）と共に、その評価関数が小さくなるように関数Ｔ（ｔ，ｘ）にフィードバックをかける（ステップＳ７）。その際、Ｔ（ｔ，ｘ）がＺに含まれるという条件を満たしながらフィードバックをかけるようにする。なお、Ｚに含まれるという条件を満たさないようフィードバックをかける方法を用いることもできる。上記フィードバックは、最適化問題の一般的な解法として知られている各種手法を利用して施すことができる。このような方法を用いることで、式（６）で表される最適化問題を解くことができる。

このように、第２の実施形態に係る物体撮像装置１２は、参照信号をシミュレーションにより算出するものであり、光送信部１２１、参照信号取得器３２１および対象物特性算出器４２１が上述した構成であるので、第１の実施形態の物体撮像装置１１では必要であった参照光を実際に照射して検出器で検出する必要がない。そのため、第１の実施形態の物体撮像装置１１の効果に加え、装置をコンパクト化できたり外乱に対してロバストになる等の効果がある。

＜物体撮像装置（２）＞
本発明の物体撮像装置（２）は、光ビームを発射する光送信部と、上記光ビームを２本の光ビームに分割し、一方を対象物に照射すると共に他方をミラーに照射する光ビーム分割器と、上記対象物からの透過光、反射光または散乱光と、上記ミラーからの反射光とを干渉させる光ビーム干渉器と、上記光ビーム干渉器により得られた干渉光を検出する干渉光検出器と、上記光送信部から発射された上記光ビームの断面における光強度分布の空間的な変動周波数が、上記干渉光検出器の空間分解能よりも高く、上記干渉光検出器の空間分解能よりも高い空間分解能を有する検出器を用いて上記光送信部から発射された上記光ビームを上記対象物に照射せずに直接検出したときの上記検出器の出力を、実測またはシミュレーションにより算出する参照信号取得器と、上記干渉光検出器の出力および上記参照信号取得器の出力を用い、上記干渉光検出器の空間分解能よりも高い空間分解能で上記対象物の特性をレンジ方向およびアジマス方向における位置の関数として算出する対象物特性算出器と、上記対象物の特性を画像化する画像生成器とを備え、上記光送信部が上記光ビームの断面における光強度分布を時間的かつ空間的に変動させ、かつ上記光ビームの時間的な変動の間隔が上記対象物特性算出器で算出される上記対象物の特性のアジマス方向の分解能を２倍して光速で除した値よりも短いことを特徴とする。

以下、当該物体撮像装置（２）の第３および第４の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、当該図面に記載の実施形態にのみ限定されるものではない。

[第３の実施形態]
図１１は、本発明の第３の実施形態における物体撮像装置の全体構成を示す概略図である。当該物体撮像装置１３は、物体撮像装置（２）に係るものであり、図１１に示すように、概略的に、光送信部１１１と、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」ともいう）６３１と、ミラー６３４と、干渉光検出器２３１と、参照信号取得器３１１と、対象物特性算出器４３１と、画像生成器５１１とにより構成されている。この第３の実施形態は、ＰＢＳ６３１、ミラー６３４、干渉光検出器２３１および対象物特性算出器４３１が第１の実施形態と異なっている。なお、光送信部１１１、参照信号取得器３１１および画像生成器５１１は、第１の実施形態のものと同様な構成であるため、同一部分に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

偏光ビームスプリッタ６３１は、光ビーム分割器として機能し、光送信部１１１から発射された光ビームL１を２本の光ビームに分割する。この際、ＰＢＳ６３１では、光送信部１１１からＰＢＳ６３１に入射する光ビームＬ１のうち、縦偏光を透過してこの透過光（一方の光ビーム）を対象物Ａに照射すると共に、横偏光を反射してこの反射光（他方の光ビーム）をミラー６３４に照射する。

ミラー６３４は、ＰＢＳ６３１からの光ビームを反射する。このミラー６３４には光路長制御器６３５が取り付けられており、この光路長制御器６３５の制御によりミラー６３４を動かすことで、ミラー６３４とＰＢＳ６３１との距離を変えることができる。

また、ＰＢＳ６３１と対象物Ａとの間およびＰＢＳ６３１とミラー６３４との間には、それぞれ１／４波長板６３２、６３３が設けられている。ここで、当該物体撮像装置１３は、対象物Ａからの反射光およびミラー６３４からの反射光が、それぞれ反射する前に光が通った経路と同じ経路を逆行するようにするように構成されている。そのため、それぞれの反射光は、１／４波長板６３２、６３３を通った後、ＰＢＳ６３１に当たる。その際、対象物Ａでの反射により光の偏光状態が変わらない場合には、対象物Ａからの反射光は１／４波長板６３２を２回通るため横偏光となってＰＢＳ６３１で反射する。一方、ミラー６３４からの反射光は１／４波長板６３３により縦偏光となり、ＰＢＳ６３１を透過する。この際、偏光ビームスプリッタ６３１は、光ビーム干渉器として機能し、対象物Ａからの反射光とミラー６３４からの反射光とを干渉させる。なお、本実施形態ではＰＢＳ６３１が光ビームの分割および干渉を起こさせるため、ＰＢＳ６３１を「光分割・干渉器」とも称する。

干渉光検出器２３１は、光ビーム干渉器としてのＰＢＳ６３１により得られた干渉光を検出する。この干渉光検出器２３１は、シングルピクセルまたはピクセル数が少ない検出器であり、例えば、第１および第２の実施形態で上述した対象光検出器２１１と同様の検出器を採用することができる。なお、干渉光検出器２３１からの出力を「干渉信号」と称する。この干渉信号は、第１の実施形態における対象信号と同様に、参照信号取得器３１１からの参照信号と共に対象物特性算出器４３１により処理されて対象物特性が算出された後、この算出された対象物特性が画像生成器５１１に入力されて画像が生成される。

なお、当該物体撮像装置１３は、光送信部１１１から発射された光ビームの断面における光強度分布の空間的な変動周波数が、干渉光検出器２３１の空間分解能よりも高くなるように構成されている。すなわち、当該物体撮像装置１３に係る技術は、超解像技術とは異なるものである。

対象物特性算出器４３１は、干渉光検出器２３１の出力および参照信号取得器３１１の出力を用い、干渉光検出器２３１の空間分解能よりも高い空間分解能で対象物の特性をレンジ方向およびアジマス方向における位置の関数として算出する。この対象物特性算出器４３１は、図１３に示すように、ＡＤＣ４３２および４３３、対象物距離特性算出器４３４、補正器４３５並びに一致計算器４３６を有している。

ＡＤＣ４３２、４３３は、入力した対象信号および参照信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。対象物距離特性算出器４３４は、干渉信号から、時刻t毎にアジマス方向の距離ｚの関数として表されるような対象物特性（以下、「対象物距離特性」ともいう）Ｓ（ｔ，ｚ）を算出する。このような値の算出は、ＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ（以下、「ＯＣＴ」ともいう）などの分野でよく知られた方法をそのまま利用することができる（例えば、ＭｕｒｔａｚａＡｌｉｅｔａｌ． ”ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙＳｙｓｔｅｍｓｆｏｒＭｅｄｉｃａｌＩｍａｇｉｎｇ”，ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＷｈｉｔｅＰａｐｅｒＳＰＲＡＢＢ９（Ｊｕｎｅ２０１０）参照）。

補正器４３５は、必要に応じて参照信号の形状を補正する。一致計算器４３６は、対象物距離特性Ｓ（ｔ，ｚ）と補正後の時刻ｔおよびレンジ方向の２次元的な位置ｘにおける参照信号Ｉｐ（ｔ，ｘ）との間で一致計算を行う。この一致計算では、例えば次式（７）を用いて相関計算を行い、相関関数Ｃ（ｘ，ｚ）を計算する。

この一致計算の結果が対象物特性となる。なお、この対象物特性は画像生成器５１１に送られて画像化される。

ここで、本実施形態は、ＯＣＴなどで用いられる技術とゴーストイメージング技術とを組み合わせた技術であると捉えることができる。このため第３の実施形態に係る物体撮像装置１３は、ゴーストイメージング技術単体と比較してアジマス方向に対する分解能を確保した画像を撮像することができ、他方、ＯＣＴ技術単体と比較して、同程度の撮像時間でより高Ｓ／Ｎな画像を撮像することができる（または、同程度のＳ／Ｎの画像をより短い撮像時間で得ることができる）。

このように、当該物体撮像装置１３は、光送信部１１１が光ビームの断面における光強度分布を時間的かつ空間的に変動させ、かつ光ビームの時間的な変動の間隔が対象物特性算出器４３１で算出される対象物Ａの特性のアジマス方向の分解能を２倍して光速で除した値よりも短いので、対象物特性を、レンジ方向と共にアジマス方向の関数、かつ高Ｓ／Ｎ画像として取得することができる。

［第４の実施形態］
図１２は、本発明の第４の実施形態における物体撮像装置の全体構成を示す概略図である。当該物体撮像装置１４は、物体撮像装置（２）に係るものであり、図１２に示すように、概略的に、光送信部１２１と、ＰＢＳ６３１と、ミラー６３４と、干渉光検出器２３１と、参照信号取得器３２１と、対象物特性算出器４３１と、画像生成器５１１とにより構成されている。この第４の実施形態は、光送信部１２１および参照信号取得器３２１が第３の実施形態と異なっている。なお、光送信部１２１および参照信号取得器３２１は第２の実施形態のもの、ＰＢＳ６３１、ミラー６３４、光干渉検出器２３１、対象物特性算出器４３１および画像生成器５１１は第３の実施形態のものとそれぞれ同様な構成であるため、同一部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

このように、第４の実施形態に係る物体撮像装置１４は、参照信号をシミュレーションにより算出するものであり、光送信部１２１および参照信号取得器３２１が上述した構成であるので、第３の実施形態の物体撮像装置１３では必要であった参照光を実際に照射して検出器で検出する必要がない。そのため、第３の実施形態の物体撮像装置１３の効果に加え、装置をコンパクト化できたり外乱に対してロバストになる等の効果がある。

なお、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、上述した第１〜第４の実施形態では、対象物Ａに照射した光ビームの反射光を検出する物体撮像装置１１〜１４について説明したが、対象物Ａに照射した光ビームの透過光または散乱光を検出する物体撮像装置であってもよい。

また、上述した第１〜第４の実施形態では、光送信部１１１、１２１における光源１１２、１２２として主にレーザ光を用いた物体撮像装置１１〜１４について説明したが、時間的かつ空間的に変動させることができればレーザ光に限定されず、例えば、熱光源からの光を用いた光源、図２（ｃ）で図示した量子縺れ光源等を採用することができる。

また、第３および第４の実施形態では、光送信部１１１、１２１からの光ビームを分割する光ビーム分割器、並びに対象物Ａおよびミラー６３４からの反射光を干渉させる光ビーム干渉器として、偏光ビームスプリッタ（光分割・干渉器）６３１を兼用する態様の物体撮像装置１３、１４としたが、上記光ビーム分割器および光ビーム干渉器が各別に設けられている物体撮像装置であってもよい。

本発明は、対象物特性を、レンジ方向と共にアジマス方向の関数、かつ高Ｓ／Ｎ画像として取得することが可能な物体撮像装置を提供することができる。したがって、本発明の物体撮像装置は、例えばレンジ方向の情報に加えてアジマス方向の情報が必要とされるようなレーダやライダ等に好適に適用することができる。

Ａ対象物
１１〜１４物体撮像装置
１１１、１２１光送信部
２１１対象光検出器
２３１干渉光検出器
３１１、３２１参照信号取得器
４１１、４２１、４３１対象物特性算出器
５１１画像生成器
６３４ミラー

Claims

対象物に向けて光ビームを発射する光送信部と、
前記対象物からの透過光、反射光または散乱光を検出する対象光検出器と、
前記光送信部から発射された前記光ビームの断面における光強度分布の空間的な変動周波数が、前記対象光検出器の空間分解能よりも高く、
前記対象光検出器の空間分解能よりも高い空間分解能を有する検出器を用いて前記光送信部から発射された前記光ビームを前記対象物に照射せずに直接検出したときの前記検出器の出力を、実測またはシミュレーションにより算出する参照信号取得器と、
前記対象光検出器の出力および前記参照信号取得器の出力を用い、前記対象光検出器の空間分解能よりも高い空間分解能で前記対象物の特性をレンジ方向およびアジマス方向における位置の関数として算出する対象物特性算出器と、
前記対象物の特性を画像化する画像生成器とを備え、
前記光送信部が前記光ビームの断面における光強度分布を時間的かつ空間的に変動させ、かつ前記光ビームの時間的な変動の間隔が前記対象物特性算出器で算出される前記対象物の特性のアジマス方向の分解能を２倍して光速で除した値よりも短い物体撮像装置。
対象物特性算出器は、予め設定した複数の時間差の各々に対して対象光検出器の出力または参照信号取得器の出力の一方を前記時間差だけ時間シフトしてから前記対象光検出器の出力と前記参照信号取得器の出力との間の一致を計算することにより前記対象物の特性を算出する請求項１に記載の物体撮像装置。
光送信部で発射する光ビームの時間的な変動の間隔が空間的な変動が時間変化する間隔よりも短く、かつ前記光ビームの時間方向に対する自己相関関数のメインローブの幅が前記光ビームのパルス幅よりも狭い請求項１に記載の物体撮像装置。
光ビームを発射する光送信部と、
前記光ビームを２本の光ビームに分割し、一方を対象物に照射すると共に他方をミラーに照射する光ビーム分割器と、
前記対象物からの透過光、反射光または散乱光と、前記ミラーからの反射光とを干渉させる光ビーム干渉器と、
前記光ビーム干渉器により得られた干渉光を検出する干渉光検出器と、
前記光送信部から発射された前記光ビームの断面における光強度分布の空間的な変動周波数が、前記干渉光検出器の空間分解能よりも高く、
前記干渉光検出器の空間分解能よりも高い空間分解能を有する検出器を用いて前記光送信部から発射された前記光ビームを前記対象物に照射せずに直接検出したときの前記検出器の出力を、実測またはシミュレーションにより算出する参照信号取得器と、
前記干渉光検出器の出力および前記参照信号取得器の出力を用い、前記干渉光検出器の空間分解能よりも高い空間分解能で前記対象物の特性をレンジ方向およびアジマス方向における位置の関数として算出する対象物特性算出器と、
前記対象物の特性を画像化する画像生成器とを備え、
前記光送信部が前記光ビームの断面における光強度分布を時間的かつ空間的に変動させ、かつ前記光ビームの時間的な変動の間隔が前記対象物特性算出器で算出される前記対象物の特性のアジマス方向の分解能を２倍して光速で除した値よりも短い物体撮像装置。