WO2020032098A1 - 電磁波検出装置及び情報取得システム - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to an electromagnetic wave detection device and an information acquisition system.
- the electromagnetic wave detection device includes a first detection unit, a second detection unit, a third detection unit, and a first traveling unit.
- the first detection unit has a first detection surface, and detects an electromagnetic wave incident on the first detection surface.
- the second detection unit has a second detection surface, and detects an electromagnetic wave incident on the second detection surface.
- the third detection unit has a third detection surface, and detects an electromagnetic wave incident on the third detection surface.
- the first advancing section has a first surface, a second surface, a third surface, a fourth surface, a fifth surface, a sixth surface, a first layer, and a second layer.
- the first surface receives an electromagnetic wave from a detection target.
- the second surface faces the first detection surface.
- the third surface intersects the first surface and the second surface.
- the fourth surface is opposed to the third surface.
- the fifth surface faces the second detection surface.
- the sixth surface intersects the fourth surface and the fifth surface.
- the first layer is located between the fourth surface and the third surface.
- the second layer is located along the sixth surface.
- the first surface causes the incident electromagnetic wave to travel in a first direction crossing the third surface.
- the third surface emits an electromagnetic wave traveling in the first direction to the first layer.
- the first layer reflects an electromagnetic wave incident from the third surface on the third surface and travels in a second direction crossing the first surface, and transmits the first layer through the first layer.
- the light is separated into electromagnetic waves incident on the fourth surface.
- the fourth surface causes the electromagnetic wave transmitted through the first layer to travel in a third direction crossing the sixth surface.
- the sixth surface emits an electromagnetic wave traveling in the third direction to the second layer.
- the second layer reflects an electromagnetic wave incident from the sixth surface on the sixth surface and travels in a fourth direction intersecting the fourth surface, and transmits the second layer through the second layer. It is separated into electromagnetic waves emitted in the fifth direction toward the third detection surface.
- the first surface reflects an electromagnetic wave traveling in the second direction and causes the electromagnetic wave to travel in a sixth direction crossing the second surface.
- the second surface emits an electromagnetic wave traveling in the sixth direction to the first detection surface.
- the fourth surface emits an electromagnetic wave traveling in the fourth direction to the first layer.
- the first layer reflects an electromagnetic wave incident from the fourth surface on the fourth surface and advances the electromagnetic wave in a seventh direction crossing the fifth surface.
- the fifth surface emits an electromagnetic wave traveling in the seventh direction to the second detection surface.
- the information acquisition system includes an electromagnetic wave detection device and a control device.
- the electromagnetic wave detection device includes a first detection unit, a second detection unit, a third detection unit, and a first traveling unit.
- the first detection unit has a first detection surface, and detects an electromagnetic wave incident on the first detection surface.
- the second detection unit has a second detection surface, and detects an electromagnetic wave incident on the second detection surface.
- the third detection unit has a third detection surface, and detects an electromagnetic wave incident on the third detection surface.
- the first advancing section has a first surface, a second surface, a third surface, a fourth surface, a fifth surface, a sixth surface, a first layer, and a second layer. The first surface receives an electromagnetic wave from a detection target.
- the second surface faces the first detection surface.
- the third surface intersects the first surface and the second surface.
- the fourth surface is opposed to the third surface.
- the fifth surface faces the second detection surface.
- the sixth surface intersects the fourth surface and the fifth surface.
- the first layer is located between the fourth surface and the third surface.
- the second layer is located along the sixth surface.
- the first surface causes the incident electromagnetic wave to travel in a first direction crossing the third surface.
- the third surface emits an electromagnetic wave traveling in the first direction to the first layer.
- the first layer reflects an electromagnetic wave incident from the third surface on the third surface and travels in a second direction crossing the first surface, and transmits the first layer through the first layer.
- the light is separated into electromagnetic waves incident on the fourth surface.
- the fourth surface causes the electromagnetic wave transmitted through the first layer to travel in a third direction crossing the sixth surface.
- the sixth surface emits an electromagnetic wave traveling in the third direction to the second layer.
- the second layer reflects an electromagnetic wave incident from the sixth surface on the sixth surface and travels in a fourth direction intersecting the fourth surface, and transmits the second layer through the second layer. It is separated into electromagnetic waves emitted in the fifth direction toward the third detection surface.
- the first surface reflects an electromagnetic wave traveling in the second direction and causes the electromagnetic wave to travel in a sixth direction crossing the second surface.
- the second surface emits an electromagnetic wave traveling in the sixth direction to the first detection surface.
- the fourth surface emits an electromagnetic wave traveling in the fourth direction to the first layer.
- the first layer reflects an electromagnetic wave incident from the fourth surface on the fourth surface and advances the electromagnetic wave in a seventh direction crossing the fifth surface.
- the fifth surface emits an electromagnetic wave traveling in the seventh direction to the second detection surface.
- the control device acquires information about the surroundings based on a detection result of the electromagnetic wave by at least one of the first detection unit, the second detection unit, and the third detection unit.
- composition of the electromagnetic wave detection device concerning one embodiment. 4 is a graph showing reflection characteristics of a first layer and a second layer. It is a figure showing the example of composition of the electromagnetic wave detection device further provided with the 2nd progress part. It is a block diagram showing the example of composition of the electromagnetic wave detection device concerning one embodiment. It is a block diagram showing the example of composition of the information acquisition system concerning one embodiment.
- a sensor for detecting electromagnetic waves different types can be used to detect electromagnetic waves having different wavelengths.
- an electromagnetic wave emitted from one object is detected by a plurality of sensors, it is required that the optical axes of the sensors match.
- one object can be detected by three sensors, a visible light image sensor, an infrared light image sensor, and a LIDAR (Light Detection and Ranging or Laser Imaging and Detection and Ranging). If the optical axis of the visible light image sensor does not match the optical axis of the infrared light image sensor, it is difficult to achieve highly accurate calibration.
- an electromagnetic wave detection device 1 separates an incident electromagnetic wave into electromagnetic waves having different wavelengths and causes the electromagnetic waves to enter a plurality of sensors.
- Each sensor can detect an electromagnetic wave traveling in one direction from an object. In other words, each sensor can detect an image of a certain object viewed from the same direction as images of electromagnetic waves having a plurality of different wavelengths.
- the optical axes of the sensors can be matched while detecting electromagnetic waves having different wavelengths by the plurality of sensors.
- the image detected by each sensor is easily superimposed and easily used.
- the optical axis of each sensor can be adjusted independently of the optical axes of the other sensors.
- the optical axes of the sensors can coincide with each other while electromagnetic waves having different wavelengths are detected by the plurality of sensors.
- the electromagnetic wave detection device 1 includes a first traveling unit 10, a first detection unit 61, a second detection unit 62, and a third detection unit 63.
- Each of the first detector 61, the second detector 62, and the third detector 63 is also simply referred to as a detector.
- the first detection unit 61 has a first detection surface 61a.
- the second detection section 62 has a second detection surface 62a.
- the third detection unit 63 has a third detection surface 63a.
- Each of the first detection surface 61a, the second detection surface 62a, and the third detection surface 63a is also simply referred to as a detection surface.
- the electromagnetic wave detection device 1 detects electromagnetic waves coming from the detection target 85 with each detection unit.
- the electromagnetic wave detection device 1 separates the electromagnetic waves having a predetermined range of wavelengths by controlling the traveling direction of the electromagnetic waves in the first traveling unit 10 and causes the separated electromagnetic waves to be incident on the detection surface of each detection unit.
- the electromagnetic wave coming from the detection target 85 travels along the traveling axis 80 and enters the electromagnetic wave detection device 1.
- the electromagnetic wave incident on the electromagnetic wave detection device 1 travels along the traveling axis 80 in each part.
- the electromagnetic wave has a spread along a plane intersecting the traveling direction.
- the spread of the electromagnetic wave is represented as a spread range 80a for convenience of explanation.
- the spread range 80a corresponds to a light beam.
- the traveling axis 80 corresponds to the principal ray among the rays included in the ray bundle.
- the first advancing unit 10 has a first surface 21 on which an electromagnetic wave is incident and a second surface 22 facing the first detection surface 61a.
- the first advancing section 10 includes a third surface 23 that intersects the first surface 21 and the second surface 22, a fourth surface 31 that faces the third surface 23, and a portion between the third surface 23 and the fourth surface 31.
- a first layer 51 located at The first advancing unit 10 includes a fifth surface 32 facing the second detection surface 62 a, a sixth surface 33 intersecting the fourth surface 31 and the fifth surface 32, and a second surface located along the sixth surface 33. It has a layer 52.
- the first advancing unit 10 may include a prism having at least three surfaces. Each surface of the first advancing unit 10 may be associated with a surface of the prism. Each surface of the prism may be provided with an anti-reflection coating or the like.
- the first traveling unit 10 may include a first prism 20 and a second prism 30.
- the first prism 20 may include a first surface 21, a second surface 22, and a third surface 23.
- the second prism 30 may include a fourth surface 31, a fifth surface 32, and a sixth surface 33.
- the first layer 51 may be located between the first prism 20 and the second prism 30.
- the first traveling section 10 may further include a third prism 40.
- the third prism 40 includes a seventh surface 41 facing the sixth surface 33, an eighth surface 42 facing the third detection surface 63a, and a ninth surface 43 intersecting the seventh surface 41 and the eighth surface 42. Having.
- the first layer 51 forms a boundary surface between the first prism 20 and the second prism 30.
- the second layer 52 forms a boundary surface between the second prism 30 and the third prism 40.
- the electromagnetic wave detection device 1 may further include a first imaging unit 81.
- the first imaging unit 81 may form an image of the incident electromagnetic wave on the third detection surface 63a. That is, the first imaging unit 81 may be an optical member whose imaging point is located on the third detection surface 63a.
- the first imaging unit 81 may be an optical member including at least one of a lens and a mirror.
- the first imaging unit 81 may form an image on the third detection surface 63a by refracting an electromagnetic wave having the spread range 80a so as to narrow the spread range 80a.
- the detection unit may include at least one detection element on the detection surface.
- the detection unit detects an electromagnetic wave incident on the detection surface.
- the detection unit may detect the intensity of the electromagnetic wave incident on the detection surface. In this case, the detection unit does not need to detect an electromagnetic wave spreading along a plane intersecting the traveling direction as an image.
- the detection unit may include detection elements arranged in an array along the detection surface.
- the detection unit may include an image sensor such as an image sensor or an imaging array. In this case, the detection unit may capture an image composed of electromagnetic waves incident on the detection surface and generate image information.
- the detection unit may capture an image composed of visible light.
- the detection unit is not limited to the visible light, and may capture an image composed of infrared rays, ultraviolet rays, or other radio waves.
- the detection unit may include a distance measurement sensor. When the detection unit includes the distance measurement sensor, the electromagnetic wave detection device 1 can acquire image-like distance information by the detection unit.
- the detection unit may include a thermo sensor. When the detection unit includes a thermosensor, the electromagnetic wave detection device 1 can acquire image-like temperature information using the detection unit.
- the detection section may include a single detection element.
- the single detection element may be an APD (Avalanche Photo-Diode), a PD (Photo-Diode), a SPAD (Single Photon ⁇ Avalanche ⁇ Diode), a millimeter wave sensor, a submillimeter wave sensor, a ranging image sensor, or the like.
- APD Anavalanche Photo-Diode
- PD Photo-Diode
- SPAD Single Photon ⁇ Avalanche ⁇ Diode
- millimeter wave sensor a millimeter wave sensor
- submillimeter wave sensor a ranging image sensor, or the like.
- the detection unit may be arranged at any position where the electromagnetic wave emitted from the first traveling unit 10 can enter the detection surface.
- the detection unit may include a detection element array.
- the detection element array may be an APD array, a PD array, an MPPC (Multi Photon Pixel Counter), a ranging imaging array, a ranging image sensor, or the like.
- the electromagnetic wave detection device 1 may further include a radiation unit 86.
- the radiating unit 86 radiates an electromagnetic wave toward the detection target 85 of the detecting unit.
- the detection unit may detect the detection target 85 by detecting a reflected wave from the detection target 85.
- the radiating section 86 may radiate at least one of infrared rays, visible rays, ultraviolet rays, and radio waves.
- the radiation unit 86 may include, for example, an LED (Light Emitting Diode) or an LD (Laser Diode).
- the electromagnetic wave detection device 1 may map information detected from the detection target 85 by scanning the electromagnetic wave radiated from the radiation unit 86.
- the radiating section 86 may scan the electromagnetic wave by a phased scanning method that can change the radiation direction of the electromagnetic wave by controlling the phase of the radiated electromagnetic wave.
- the electromagnetic wave detection device 1 may further include a scanning unit 87 (see FIG. 4) that scans the electromagnetic waves emitted by the emission unit 86.
- the scanning unit 87 may have a scanning reflection surface that reflects the electromagnetic wave emitted by the radiation unit 86, and may scan the electromagnetic wave by changing the direction of the scanning reflection surface.
- the scanning unit 87 may include at least one of a MEMS mirror, a polygon mirror, and a galvanometer mirror.
- the detection unit may be an active sensor that detects a reflected wave of the electromagnetic wave emitted from the radiation unit 86 toward the detection target 85.
- the detection unit may be a passive sensor that detects an electromagnetic wave arriving from the detection target 85 irrespective of whether the electromagnetic wave is radiated from the radiation unit 86 or not.
- Each component of the first traveling unit 10 controls the traveling direction of the electromagnetic wave, so that the electromagnetic wave can travel along the traveling axis 80 illustrated in FIG.
- the electromagnetic wave coming from the detection target 85 enters the first surface 21.
- the electromagnetic wave detecting device 1 includes the first imaging unit 81
- the electromagnetic wave enters the first surface 21 after passing through the first imaging unit 81.
- the first surface 21 causes the electromagnetic wave to travel in a first direction represented by D1.
- the electromagnetic wave is refracted on the first surface 21 and can change the traveling direction.
- the traveling direction of the electromagnetic wave incident on the first surface 21 and the first direction may be different directions.
- the electromagnetic wave is perpendicularly incident on the first surface 21, the electromagnetic wave can go straight without being refracted on the first surface 21. That is, the traveling direction of the electromagnetic wave incident on the first surface 21 and the first direction can be the same direction.
- the first direction intersects the third surface 23.
- the electromagnetic wave travels inside the first traveling section 10 in the first direction and enters the third surface 23.
- the third surface 23 emits an electromagnetic wave to the first layer 51.
- the first layer 51 separates the incident electromagnetic wave into an electromagnetic wave reflected on the third surface 23 and an electromagnetic wave transmitted through the first layer 51 and incident on the fourth surface 31.
- the electromagnetic wave reflected by the third surface 23 travels in the second direction represented by D2.
- the electromagnetic wave incident on the fourth surface 31 travels in a third direction represented by D3. That is, the fourth surface 31 causes the electromagnetic wave incident from the first layer 51 to travel in the third direction.
- the third direction intersects the sixth surface 33.
- the electromagnetic wave traveling in the third direction enters the sixth surface 33.
- the sixth surface 33 emits an electromagnetic wave to the second layer 52.
- the second layer 52 separates the incident electromagnetic wave into an electromagnetic wave reflected on the sixth surface and an electromagnetic wave transmitted through the second layer 52.
- the electromagnetic wave reflected by the sixth surface 33 travels in a fourth direction represented by D4.
- the electromagnetic wave transmitted through the second layer 52 travels in the fifth direction represented by D5 toward the third detection surface 63a of the third detection unit 63.
- the electromagnetic wave transmitted through the second layer 52 enters the seventh surface 41.
- the seventh surface 41 causes the electromagnetic wave incident from the second layer 52 to travel in the fifth direction.
- the electromagnetic wave traveling in the fifth direction enters the third detection surface 63a and is detected by the third detection unit 63.
- the fifth direction may be orthogonal to the third detection surface 63a.
- the electromagnetic wave traveling in the fifth direction enters the eighth surface 42.
- the eighth surface 42 emits an electromagnetic wave to the third detection surface 63a.
- the electromagnetic wave emitted from the eighth surface 42 enters the third detection surface 63a and is detected by the third detection unit 63.
- the electromagnetic waves transmitted through the first layer 51 and the second layer 52 enter the third detection surface 63a, and are detected by the third detection unit 63.
- the eighth surface 42 may be parallel to the third detection surface 63a.
- the traveling direction of the electromagnetic wave emitted from the eighth surface 42 may be orthogonal to the third detection surface 63a.
- the second direction intersects the first surface 21.
- the electromagnetic wave traveling in the second direction is reflected on the first surface 21 and travels in the sixth direction represented by D6. That is, the first surface 21 reflects the electromagnetic wave traveling in the second direction inside the first traveling unit 10 and causes the electromagnetic wave to travel in the sixth direction.
- the electromagnetic wave may be totally reflected on the first surface 21. That is, the first surface 21 may totally reflect the electromagnetic wave traveling in the second direction inside the first traveling unit 10.
- the electromagnetic wave traveling in the sixth direction enters the second surface 22.
- the second surface 22 emits an electromagnetic wave traveling in the sixth direction to the first detection surface 61a. That is, the electromagnetic wave reflected on the third surface 23 by the first layer 51 enters the first detection surface 61a and is detected by the first detection unit 61.
- the second surface 22 may be parallel to the first detection surface 61a.
- the traveling direction of the electromagnetic wave emitted from the second surface 22 may be orthogonal to the first detection surface 61a.
- the fourth direction intersects the fourth surface 31.
- the electromagnetic wave traveling in the fourth direction is reflected on the fourth surface 31 and travels in the seventh direction represented by D7. That is, the fourth surface 31 reflects the electromagnetic wave traveling in the fourth direction inside the first traveling unit 10 and causes the electromagnetic wave to travel in the seventh direction.
- the electromagnetic wave may be totally reflected on the fourth surface 31. That is, the fourth surface 31 may totally reflect the electromagnetic wave traveling in the fourth direction inside the first traveling unit 10.
- the electromagnetic wave traveling in the seventh direction enters the fifth surface 32.
- the fifth surface 32 emits an electromagnetic wave traveling in the seventh direction to the second detection surface 62a. That is, the electromagnetic wave reflected on the sixth surface 33 by the second layer 52 enters the second detection surface 62 a and is detected by the second detection unit 62.
- the fifth surface 32 may be parallel to the second detection surface 62a.
- the traveling direction of the electromagnetic wave emitted from the fifth surface 32 may be orthogonal to the second detection surface 62a.
- the first traveling unit 10 separates the electromagnetic wave and emits the electromagnetic wave to each detection unit.
- the first traveling unit 10 may separate the electromagnetic wave into an electromagnetic wave having a plurality of wavelength bands based on the wavelength by the first layer 51 and the second layer 52.
- the electromagnetic waves of each wavelength band separated by the first traveling unit 10 enter the detection surface of each detection unit and are detected by each detection unit.
- the first layer 51 and the second layer 52 include at least one of a visible light reflective coating, a half mirror, a beam splitter, a dichroic mirror, a cold mirror, a hot mirror, a metasurface, a short-pass filter, a long-pass filter, a band-pass filter, and a deflection element. May be included.
- the refractive index of the prism constituting the first traveling section 10 is larger than the refractive indexes of the first layer 51 and the second layer 52.
- a critical angle may exist. That is, when the electromagnetic wave traveling inside the first traveling unit 10 enters each of the third surface 23 and the sixth surface 33 at an incident angle equal to or greater than the critical angle, it is totally reflected.
- the first layer 51 and the second layer 52 may reflect electromagnetic waves at a predetermined reflectance.
- the first layer 51 and the second layer 52 may reflect electromagnetic waves based on the reflection characteristics illustrated in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis and the vertical axis indicate the wavelength and the reflectance, respectively. The reflectance is determined based on the wavelength of the electromagnetic wave.
- the reflection characteristic of the first layer 51 is represented by a solid line.
- the reflection characteristics of the second layer 52 are represented by broken lines.
- the first layer 51 reflects electromagnetic waves at a higher reflectance in the wavelength band represented by W1 than in other wavelength bands.
- the second layer 52 reflects electromagnetic waves with a higher reflectance in the wavelength band represented by W2 than in other wavelength bands.
- the electromagnetic wave included in the wavelength band represented by W1 has a longer wavelength than the electromagnetic wave included in the wavelength band represented by W2.
- the wavelength band represented by W1 may include, for example, the wavelength of infrared light (IR: Infrared @ Rays).
- the wavelength band represented by W2 may include the wavelength of visible light.
- the electromagnetic wave included in the wavelength band represented by W1 may have a shorter wavelength than the electromagnetic wave included in the wavelength band represented by W2.
- the reflectivity of the first layer 51 is equal to or more than a first predetermined value with respect to the electromagnetic wave included in the wavelength band represented by W1, and is other than the wavelength band represented by W1. May be less than the first predetermined value for the electromagnetic waves included in the band.
- the electromagnetic wave included in the wavelength band represented by W1 is reflected by the first layer 51 and easily enters the first detection surface 61a of the first detection unit 61. Electromagnetic waves included in bands other than the wavelength band represented by W1 easily pass through the first layer 51.
- the reflectance of the second layer 52 is equal to or more than a second predetermined value with respect to the electromagnetic wave included in the wavelength band represented by W2, and is higher than the second predetermined value with respect to the electromagnetic wave included in the band other than the wavelength band represented by W2. 2 may be less than the predetermined value.
- the electromagnetic wave included in the wavelength band represented by W2 is reflected by the second layer 52, and easily enters the second detection surface 62a of the second detection unit 62.
- Electromagnetic waves included in bands other than the wavelength bands represented by W1 and W2 easily pass through the second layer 52 and enter the third detection surface 63a of the third detection unit 63.
- an electromagnetic wave included in a wavelength band represented by W3 located between a wavelength band represented by W1 and a wavelength band represented by W2 passes through the first layer 51 and the second layer 52, and It is easy to enter the third detection surface 63a of the third detection unit 63.
- the electromagnetic waves are separated in the first layer 51 and the second layer 52 based on the wavelength. That is, the first layer 51 and the second layer 52 separate the electromagnetic wave based on the wavelength of the electromagnetic wave.
- the wavelength band may be specified as a value equal to or longer than a predetermined wavelength or a value larger than the predetermined wavelength.
- the wavelength band may be specified as a value equal to or less than a predetermined wavelength or a value less than the predetermined wavelength.
- the predetermined range may be specified as a value equal to or larger than the first predetermined wavelength and equal to or smaller than the second predetermined wavelength, or may be specified as a value equal to or smaller than the first predetermined wavelength or equal to or larger than the second predetermined wavelength.
- the first layer 51 and the second layer 52 separate the electromagnetic waves based on the wavelength, so that the first detection surface 61a, the second detection surface 62a, and the third detection surface 63a are configured by electromagnetic waves having different wavelengths.
- an image whose coordinates in the image match is formed.
- the first detection unit 61 may be a FIR (Far @ Infrared @ Rays) image sensor.
- the second detector 62 may be a visible light image sensor.
- the third detector 63 may be an APD array.
- the FIR image sensor may be included in an FIR camera that acquires an image in the infrared region.
- the visible light image sensor may be included in a visible light camera that acquires an image in a visible light region.
- the APD array may be included in LIDAR that acquires distance information to an object.
- LIDAR that acquires distance information to an object.
- the first layer 51 and the second layer 52 separate the electromagnetic waves based on the wavelength, so that the first detection unit 61, the second detection unit 62, and the third detection unit 63 respectively detect the electromagnetic waves of a specific wavelength.
- Sensor that is, each of the first detector 61, the second detector 62, and the third detector 63 may include a different type of sensor.
- the first detector 61, the second detector 62, and the third detector 63 may each include the same type of sensor.
- the coordinates of the image formed on each detection surface can be determined based on reference points located on each detection surface.
- Each detection unit may be arranged such that the traveling axis 80 of the electromagnetic wave passes through a reference point on each detection surface.
- the axis along the normal to the detection surface and passing through the reference point is also referred to as the optical axis of the detection unit.
- Each detection unit may be arranged so that its optical axis matches the traveling axis 80 of the electromagnetic wave. By doing so, the coordinates of the images detected by the respective detection units can match.
- the apparatus according to Comparative Example 1 does not include the first traveling unit 10 that separates electromagnetic waves, but includes a plurality of detection units that individually detect electromagnetic waves emitted from the detection target 85.
- each detection unit when the optical axis of each detection unit is aligned with the axis connecting the detection target 85 and each detection unit, each detection unit is located in a different direction when viewed from the detection target 85. As a result, the directions of the optical axes of the detection units do not match.
- the coordinates of the image detected by each detection unit can be specified and corrected based on features such as marks included in the detection target 85. Even in this case, it is difficult to completely correct the coordinate system of the image detected by each detection unit. Further, the direction of the optical axis is not easily corrected.
- the electromagnetic wave detection device 1 separates electromagnetic waves traveling in one direction from the detection target 85 into electromagnetic waves having different wavelengths, and makes the electromagnetic waves incident on a plurality of detection units.
- each detection unit can detect an electromagnetic wave traveling in one direction from the detection target 85.
- each detection unit can detect an image of the detection target 85 viewed from the same direction as images of electromagnetic waves having a plurality of different wavelengths.
- the optical axes of the respective detection units can coincide with each other while the electromagnetic waves having different wavelengths are detected by the plurality of detection units. As a result, the images detected by the respective detection units are easily superimposed and easily used.
- the optical axes of the detection units match, it is not necessary to correct the coordinate system of the image detected by each detection unit. As a result, the image detected by each detection unit is less likely to be affected by temporal changes in the position or characteristics of each component of the electromagnetic wave detection device 1. Further, the optical axis of each detection unit can be adjusted independently of the optical axes of the other detection units. As a result, while the electromagnetic waves having different wavelengths are detected by each of the plurality of detectors, the optical axes of the respective detectors may coincide.
- the electromagnetic wave detection device 1 may further include a secondary imaging optical system using a digital micromirror device (DMD: Digital Mirror Device) or the like.
- the secondary imaging optical system may include a first lens that images incident light on the DMD, and a second lens that images reflected light from the DMD to form an image on the sensor.
- the angle between the incident light and the reflected light can be relatively small. When the angle between the incident light and the reflected light is small, the reflected light is likely to be blocked by the first lens. By blocking the reflected light, vignetting of the reflected light may occur.
- Vignetting of the reflected light can reduce the amount of light in an image obtained by imaging the reflected light, and can cause a change in the amount of light at each angle of view.
- the size or position of the first and second lenses may be restricted. If the back focus of the first lens is lengthened to avoid these problems, the optical system becomes large, the imaging performance of the lens deteriorates, and it becomes difficult to widen the angle.
- the electromagnetic wave detection device 1 controls the traveling direction of the reflected light from the DMD, thereby increasing the back focus of the first lens, Can be secured, and a change in the amount of light at each angle of view can be reduced. Since the back focus of the first lens is not lengthened, the size of the optical system can be reduced and the angle of view can be increased, and the imaging performance of the optical system can be improved.
- the electromagnetic wave detection device 1 may further include a second traveling unit 70.
- the second advancing unit 70 includes a reference plane 71 and a plurality of pixels 72 located along the reference plane 71. It can be said that the plurality of pixels 72 are arranged along the reference plane 71.
- the pixel 72 can change the traveling direction of the electromagnetic wave incident on the reference surface 71.
- the pixel 72 can transition to one of a first state in which the electromagnetic wave incident on the reference surface 71 travels in a predetermined direction and a second state in which the electromagnetic wave travels in a direction different from the predetermined direction.
- the second progression unit 70 may cause each pixel 72 to transition to one of the first state and the second state.
- the second progression unit 70 may further include a processor that controls transition of the state of each pixel 72.
- Each pixel 72 makes the electromagnetic wave incident on the reference surface 71 travel in a specific direction by making a transition to any one of the first state and the second state.
- the pixel 72 that has transitioned to the first state is represented by a solid line as the pixel 72a.
- the pixel 72 that has transitioned to the second state is indicated by a broken line as the pixel 72b.
- the pixel 72 may have a reflection surface that reflects an electromagnetic wave incident on the reference surface 71.
- the second traveling unit 70 may determine the direction in which the electromagnetic wave incident on the reference surface 71 is reflected by controlling the direction of the reflection surface of each pixel 72.
- the direction of the reflection surface of each pixel 72 may be associated with each of the first state and the second state. That is, the second traveling unit 70 changes the direction of the reflection surface of the pixel 72 between the case where the pixel 72 has transitioned to the first state and the case where the pixel 72 has transitioned to the second state, so as to reflect the electromagnetic wave. May be determined.
- the second traveling unit 70 may include a mirror device such as a DMD or a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror.
- the pixel 72 may be a mirror element.
- the reference surface 71 may be a mirror element arrangement surface.
- the pixel 72 of the second advancing unit 70 may have a shutter including a reflection surface that reflects an electromagnetic wave.
- the state in which the shutter is open shall be associated with the first state.
- the electromagnetic wave is reflected and travels in a direction different from the predetermined direction.
- the state in which the shutter is closed shall correspond to the second state.
- the second advancing unit 70 may include a MEMS shutter having a shutter whose opening and closing can be controlled and arranged in an array along the reference surface 71.
- the pixel 72 of the second traveling unit 70 may have a liquid crystal shutter.
- the liquid crystal shutter transitions to one of a transmission state that transmits electromagnetic waves and a reflection state that reflects electromagnetic waves by controlling the alignment state of the liquid crystal.
- the transmission state and the reflection state are respectively associated with the first state and the second state.
- Each component of the first traveling unit 10 and the second traveling unit 70 control the traveling direction of the electromagnetic wave, so that the electromagnetic wave can travel along the traveling axis 80 illustrated in FIG.
- the portion included in the first prism 20 and the second prism 30 in the traveling axis 80 illustrated in FIG. 2 is the same as the traveling axis 80 illustrated in FIG. Description of the traveling axis 80 included in the first prism 20 and the second prism 30 will be omitted.
- the electromagnetic wave enters from the seventh surface 41, travels in the fifth direction, and exits from the eighth surface 42.
- the electromagnetic wave emitted from the eighth surface 42 enters the reference surface 71 of the second traveling part 70.
- the electromagnetic wave incident on the reference surface 71 is reflected by the pixel 72 of the second traveling unit 70 and re-enters the eighth surface 42.
- the electromagnetic wave reflected by the pixel 72 travels in the eighth direction represented by D8 when the pixel 72 is transitioning to the first state, and is represented by Dz when the pixel 72 is transitioning to the second state. Proceed in the direction that will be.
- the eighth direction intersects the seventh surface 41.
- the electromagnetic wave traveling in the eighth direction is reflected on the seventh surface 41 and travels in the ninth direction represented by D9. That is, the seventh surface 41 reflects the electromagnetic wave traveling in the seventh direction inside the first traveling unit 10 and causes the electromagnetic wave to travel in the ninth direction.
- the electromagnetic wave may be totally reflected on the seventh surface 41. That is, the seventh surface 41 may totally reflect the electromagnetic wave traveling in the seventh direction inside the first traveling unit 10.
- the electromagnetic wave traveling in the ninth direction enters the ninth surface 43.
- the ninth surface 43 emits an electromagnetic wave traveling in the ninth direction to the second detection surface 62a.
- the electromagnetic wave reflected by the pixel 72 that has transitioned to the first state in the second traveling unit 70 enters the third detection surface 63 a and is detected by the third detection unit 63.
- the ninth surface 43 may be parallel to the third detection surface 63a.
- the traveling direction of the electromagnetic wave emitted from the ninth surface 43 may be orthogonal to the third detection surface 63a.
- the electromagnetic wave traveling in the direction represented by Dz does not reach the third detection surface 63a of the third detection unit 63 and other detection surfaces.
- the second advancing unit 70 is configured so that the electromagnetic wave does not reach the detection surface when each pixel 72 is transitioning to the second state.
- the electromagnetic wave detection device 1 controls the reflection direction of the electromagnetic wave for each pixel 72 of the second traveling unit 70 and controls whether the electromagnetic wave reaches the third detection surface 63a. Even when the third detection unit 63 does not detect the electromagnetic wave as an image, the electromagnetic wave detection device 1 causes each of the pixels 72 to transition to the first state one by one. The electromagnetic wave incident on the reference plane 71 of the pixel 70 can be detected for each pixel 72. As a result, the third detection unit 63 can acquire an image composed of electromagnetic waves as image information. For example, the electromagnetic wave detection device 1 can detect the electromagnetic wave as a one-dimensional or two-dimensional image by synchronizing the state of the pixel 72 and the detection result of the third detection unit 63.
- the electromagnetic wave detection device 1 may further include a second imaging unit 82.
- the second imaging unit 82 may form an image of the electromagnetic wave controlled by the second traveling unit 70 and the first traveling unit 10 so as to be incident on the third detection unit 63 on the third detection surface 63a. That is, the second imaging unit 82 may be an optical member whose imaging point is located on the third detection surface 63a.
- the second imaging unit 82 may be an optical member including at least one of a lens and a mirror.
- the second imaging unit 82 may form an image on the third detection surface 63a by refracting an electromagnetic wave having a spread range 80a so as to narrow the spread range 80a.
- the third detection unit 63 may capture an image formed on the third detection surface 63a by the second imaging unit 82.
- the electromagnetic wave detection device 1 includes the second imaging unit 82
- the electromagnetic wave is emitted from the ninth surface 43, passes through the second imaging unit 82, and enters the third detection surface 63a.
- the main surface of the second imaging unit 82 may be parallel to the third detection surface 63a.
- the main surface of the second imaging section 82 may be parallel to the ninth surface 43.
- the electromagnetic wave detection device 1 may further include a control unit 60.
- the control unit 60 can control the traveling direction of the electromagnetic wave by controlling the second traveling unit 70.
- the control unit 60 may obtain a detection result of the electromagnetic wave from the detection unit.
- the control unit 60 may acquire image information on an image composed of electromagnetic waves from the detection unit.
- the control unit 60 may acquire image information on an image composed of electromagnetic waves by synchronizing the control of each pixel 72 of the second traveling unit 70 with the detection result acquired from the third detection unit 63.
- the control unit 60 may control the emission unit 86 or the scanning unit 87 to control the emission or scanning of the electromagnetic wave.
- the control unit 60 may acquire image information on an image composed of electromagnetic waves based on control relating to emission or scanning of electromagnetic waves and a detection result acquired from the detection unit.
- the control unit 60 may acquire distance information.
- the control unit 60 may acquire distance information on the detection target 85 by a time-of-flight (ToF) method based on a detection result acquired from the detection unit.
- the control unit 60 may execute, as the ToF method, the DirectToF method of directly measuring the time from emission of an electromagnetic wave to detection of a reflected wave.
- the control unit 60 periodically radiates the electromagnetic wave as a ToF method, and indirectly sets a time period from the emission of the electromagnetic wave to the detection of the reflected wave based on the phase of the emitted electromagnetic wave and the phase of the reflected wave.
- a FlashToF method for measuring may be performed.
- the control unit 60 may execute another method such as PhasedToF as the ToF method.
- the control unit 60 may execute the ToF method by causing the radiation unit 86 to emit an electromagnetic wave.
- the control unit 60 may include, for example, a time measurement LSI (Large Scale Integrated circuit).
- the control unit 60 may calculate, as the response time, the time elapsed from the time when the radiating unit 86 emits the electromagnetic wave to the time when the detecting unit detects the reflected wave from the detection target 85.
- the control unit 60 may calculate the distance to the detection target 85 based on the response time.
- the control unit 60 may create the image-shaped distance information by synchronizing the emission direction of the electromagnetic wave with the detection result obtained from the detection unit. .
- the control unit 60 may acquire temperature information.
- the control unit 60 may acquire information about the periphery of the electromagnetic wave detection device 1 based on the detection result of the electromagnetic wave acquired from the detection unit.
- the information about the surroundings may include at least one of image information, distance information, and temperature information.
- the control unit 60 includes one or more processors and a memory.
- the processor may include at least one of a general-purpose processor that reads a specific program and executes a specific function, and a dedicated processor specialized for a specific process.
- the dedicated processor may include an application specific integrated circuit (ASIC: Application Specific Integrated Circuit).
- the processor may include a programmable logic device (PLD: Programmable Logic Device).
- the PLD may include an FPGA (Field ⁇ Programmable ⁇ Gate ⁇ Array).
- the control unit 60 may include at least one of a system-on-a-chip (SoC) and a system-in-a-package (SiP) in which one or a plurality of processors cooperate.
- SoC system-on-a-chip
- SiP system-in-a-package
- the information acquisition system 100 includes an electromagnetic wave detection device 1 and a control device 2.
- the control device 2 may acquire information about the periphery of the electromagnetic wave detection device 1 based on the detection result of the electromagnetic wave by the detection unit.
- the information about the surroundings may include at least one of image information, distance information, and temperature information.
- the first traveling unit 10 separates the electromagnetic wave into electromagnetic waves traveling in a plurality of traveling directions and controls the traveling direction of the reflected light from the second traveling unit 70. By doing so, restrictions on the installation position of the detection unit that detects the separated electromagnetic wave are reduced.
- the electromagnetic wave detection device 1 includes the first imaging unit 81
- the back focus of the first imaging unit 81 is not lengthened, and the intensity of the electromagnetic wave incident on the third detection unit 63 can be ensured. Can be reduced. Since the back focus of the first imaging unit 81 is not lengthened, the size of the optical system can be reduced and the angle of view can be increased, and the imaging performance of the optical system can be improved.
- the device according to Comparative Example 2 includes the second traveling unit 70 but does not include the first traveling unit 10.
- the electromagnetic wave traveling along the traveling axis 80 is reflected by the second traveling section 70 and enters the third detecting section 63.
- the angle between the traveling direction (the eighth direction in FIG. 3) of the electromagnetic wave reflected by the second traveling unit 70 and the direction in which the electromagnetic wave is incident is further reflected by the first traveling unit 10. It is smaller than the angle between the traveling direction of the electromagnetic wave (the ninth direction in FIG. 3) and the fifth direction.
- the third detection unit 63 may overlap the traveling axis 80 of the incident electromagnetic wave and the spread range 80a thereof, or the first imaging unit 81.
- the second imaging unit 82 includes the traveling axis 80 of the incident electromagnetic wave and its spread range 80a, or the first imaging unit 81. And may overlap. If the back focus of the first imaging unit 81 is lengthened, the third detection unit 63 and the second imaging unit 82 can be arranged apart from the first imaging unit 81. However, as the back focus of the first imaging unit 81 increases, the size of the apparatus according to Comparative Example 2 increases as a whole.
- the electromagnetic wave detection device 1 can cause the electromagnetic wave to travel toward the ninth surface 43 by including the first traveling unit 10.
- the third detection unit 63 can be arranged away from the electromagnetic wave incident on the electromagnetic wave detection device 1.
- the electromagnetic wave detection device 1 includes the first imaging unit 81
- the third detection unit 63 includes the first advancing unit 10 at a back focus portion of the first imaging unit 81, and thus the first imaging unit 81. May be located away from the By doing so, the intensity of the electromagnetic wave incident on the third detection unit 63 can be ensured.
- the back focus of the first imaging unit 81 does not have to be longer than that of the device according to Comparative Example 2.
- the provision of the first traveling unit 10 allows the electromagnetic wave detection device 1 to be reduced in size as a whole and to ensure the intensity of the electromagnetic wave incident on the third detection unit 63.
- the effect on the incident electromagnetic wave can be reduced without increasing the size of the electromagnetic wave detection device 1.
- descriptions such as “first” and “second” are identifiers for distinguishing the configuration.
- the numbers in the configurations can be exchanged.
- the first prism can exchange the identifiers “first” and “second” with the second prism.
- the exchange of identifiers takes place simultaneously.
- the configuration is distinguished.
- the identifier may be deleted.
- the configuration from which the identifier is deleted is distinguished by a code. Do not use the interpretation of the order of the configuration or the grounds for the existence of an identifier with a small number based only on the description of the identifier such as “first” and “second” in the present disclosure.
- Electromagnetic wave detection apparatus 2 Control apparatus 10 1st traveling part 20 1st prism 21, 22, 23 1st surface, 2nd surface, 3rd surface 30 2nd prism 31, 32, 33 4th surface, 5th surface, 5th surface Sixth surface 40 Third prism 41, 42, 43 Seventh surface, Eighth surface, Ninth surface 51, 52 First layer, Second layer 60
- First imaging unit 82 Second imaging unit 85
- Detection target 86 Radiation unit 87 Scanning unit 100
Landscapes
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Abstract
電磁波検出装置は、第1検出部と第2検出部と第3検出部と第1進行部とを備える。第1進行部は、第1層と第2層とを有する。第1層は、入射してきた電磁波を第1検出部に向かう電磁波と、透過する電磁波とに分離する。第2層は、第1層を透過してきた電磁波を第2検出部に向かう電磁波と、第3検出部に向かう電磁波とに分離する。第1進行部は、第1検出部、第2検出部及び第3検出部それぞれに分離した電磁波を射出する。
Description
本出願は、日本国特許出願2018-151749号(2018年8月10日出願)の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
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。
従来、物体との距離を測定するセンサと、物体を撮像するセンサとを備え、各センサの光軸ずれを補正する構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
本開示の一実施形態に係る電磁波検出装置は、第1検出部と、第2検出部と、第3検出部と、第1進行部とを備える。前記第1検出部は、第1検出面を有し、前記第1検出面に入射した電磁波を検出する。前記第2検出部は、第2検出面を有し、前記第2検出面に入射した電磁波を検出する。前記第3検出部は、第3検出面を有し、前記第3検出面に入射した電磁波を検出する。前記第1進行部は、第1面と、第2面と、第3面と、第4面と、第5面と、第6面と、第1層と、第2層とを有する。前記第1面は、検出対象から電磁波が入射する。前記第2面は、前記第1検出面に対向する。前記第3面は、前記第1面及び前記第2面に交差する。前記第4面は、前記第3面に対向する。前記第5面は、前記第2検出面に対向する。前記第6面は、前記第4面及び前記第5面に交差する。前記第1層は、前記第4面と前記第3面との間に位置する。前記第2層は、前記第6面に沿って位置する。前記第1面は、入射してきた電磁波を、前記第3面に交差する第1方向に進行させる。前記第3面は、前記第1方向に進行する電磁波を前記第1層に射出する。前記第1層は、前記第3面から入射してきた電磁波を、前記第3面において反射して前記第1面に交差する第2方向に進行する電磁波と、前記第1層を透過して前記第4面に入射する電磁波とに分離する。前記第4面は、前記第1層を透過してきた電磁波を前記第6面に交差する第3方向に進行させる。前記第6面は、前記第3方向に進行する電磁波を前記第2層に射出する。前記第2層は、前記第6面から入射してきた電磁波を、前記第6面において反射して前記第4面に交差する第4方向に進行する電磁波と、前記第2層を透過して前記第3検出面に向かう第5方向に射出される電磁波とに分離する。前記第1面は、前記第2方向に進行する電磁波を反射して前記第2面に交差する第6方向へ進行させる。前記第2面は、前記第6方向へ進行する電磁波を、前記第1検出面に射出する。前記第4面は、前記第4方向に進行する電磁波を前記第1層に射出する。前記第1層は、前記第4面から入射してきた電磁波を、前記第4面において反射して前記第5面に交差する第7方向へ進行させる。前記第5面は、前記第7方向へ進行する電磁波を、前記第2検出面に射出する。
本開示の一実施形態に係る情報取得システムは、電磁波検出装置と、制御装置とを備える。前記電磁波検出装置は、第1検出部と、第2検出部と、第3検出部と、第1進行部とを備える。前記第1検出部は、第1検出面を有し、前記第1検出面に入射した電磁波を検出する。前記第2検出部は、第2検出面を有し、前記第2検出面に入射した電磁波を検出する。前記第3検出部は、第3検出面を有し、前記第3検出面に入射した電磁波を検出する。前記第1進行部は、第1面と、第2面と、第3面と、第4面と、第5面と、第6面と、第1層と、第2層とを有する。前記第1面は、検出対象から電磁波が入射する。前記第2面は、前記第1検出面に対向する。前記第3面は、前記第1面及び前記第2面に交差する。前記第4面は、前記第3面に対向する。前記第5面は、前記第2検出面に対向する。前記第6面は、前記第4面及び前記第5面に交差する。前記第1層は、前記第4面と前記第3面との間に位置する。前記第2層は、前記第6面に沿って位置する。前記第1面は、入射してきた電磁波を、前記第3面に交差する第1方向に進行させる。前記第3面は、前記第1方向に進行する電磁波を前記第1層に射出する。前記第1層は、前記第3面から入射してきた電磁波を、前記第3面において反射して前記第1面に交差する第2方向に進行する電磁波と、前記第1層を透過して前記第4面に入射する電磁波とに分離する。前記第4面は、前記第1層を透過してきた電磁波を前記第6面に交差する第3方向に進行させる。前記第6面は、前記第3方向に進行する電磁波を前記第2層に射出する。前記第2層は、前記第6面から入射してきた電磁波を、前記第6面において反射して前記第4面に交差する第4方向に進行する電磁波と、前記第2層を透過して前記第3検出面に向かう第5方向に射出される電磁波とに分離する。前記第1面は、前記第2方向に進行する電磁波を反射して前記第2面に交差する第6方向へ進行させる。前記第2面は、前記第6方向へ進行する電磁波を、前記第1検出面に射出する。前記第4面は、前記第4方向に進行する電磁波を前記第1層に射出する。前記第1層は、前記第4面から入射してきた電磁波を、前記第4面において反射して前記第5面に交差する第7方向へ進行させる。前記第5面は、前記第7方向へ進行する電磁波を、前記第2検出面に射出する。前記制御装置は、前記第1検出部、前記第2検出部及び前記第3検出部の少なくとも1つによる電磁波の検出結果に基づいて、周囲に関する情報を取得する。
以下、本開示に係る実施形態が、図面を参照しながら詳細に説明される。以下の説明で用いられる図は模式的なものである。図面上の寸法比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。
電磁波を検出するセンサとして、異なる波長を有する電磁波を検出するために、異なる種類のセンサが用いられうる。1つの物体から射出されている電磁波が複数のセンサで検出される場合、各センサの光軸が一致することが求められる。例えば、1つの物体は、可視光のイメージセンサ、赤外光のイメージセンサ、及び、LIDAR(Light Detection and Ranging、又は、Laser Imaging Detection and Ranging)の3つのセンサで検出されうる。可視光のイメージセンサの光軸と赤外光のイメージセンサの光軸とが一致していない場合、高精度なキャリブレーションが実現されにくい。イメージセンサの光軸とLIDARの光軸とが一致していない場合、センサは、LIDARが検出する物体の距離情報に基づくキャリブレーションを実現しうるものの、レンズの歪み又は相対位置関係の経時変動等の影響を受けやすい。各センサの光軸が一致していない場合、実用に耐えうる検出精度が達成されにくい。図1に示されるような、本開示の一実施形態に係る電磁波検出装置1は、入射してくる電磁波を異なる波長を有する電磁波に分離し、複数のセンサに入射させる。各センサは、物体から1つの方向に進行する電磁波を検出できる。言い換えれば、各センサは、ある物体を同じ方向から見た像を、複数の異なる波長を有する電磁波それぞれの像として検出できる。このようにすることで、異なる波長を有する電磁波を複数のセンサで検出しつつ、各センサの光軸が一致しうる。その結果、各センサで検出した像は、容易に重畳され、利用されやすくなる。また、各センサの光軸は、他のセンサの光軸とは独立に調整されうる。その結果、異なる波長を有する電磁波を複数のセンサで検出しつつ、各センサの光軸が一致しうる。
図1に示されるように、一実施形態に係る電磁波検出装置1は、第1進行部10と、第1検出部61と、第2検出部62と、第3検出部63とを備える。第1検出部61、第2検出部62及び第3検出部63はそれぞれ、単に検出部ともいう。第1検出部61は、第1検出面61aを有する。第2検出部62は、第2検出面62aを有する。第3検出部63は、第3検出面63aを有する。第1検出面61a、第2検出面62a及び第3検出面63aはそれぞれ、単に検出面ともいう。電磁波検出装置1は、検出対象85から到来する電磁波を各検出部で検出する。電磁波検出装置1は、第1進行部10で電磁波の進行方向を制御することによって所定範囲の波長を有する電磁波を分離し、分離した電磁波を各検出部の検出面に入射させる。
検出対象85から到来する電磁波は、進行軸80に沿って進行し、電磁波検出装置1に入射するものとする。電磁波検出装置1に入射した電磁波は、各部において進行軸80に沿って進行するものとする。電磁波は、その進行方向に交差する面に沿った広がりを有する。電磁波の広がりは、説明の便宜上、広がり範囲80aとして表されるものとする。電磁波が光である場合、広がり範囲80aは、光線束に相当する。進行軸80は、光線束に含まれる光線のうち主光線に相当する。
第1進行部10は、電磁波が入射する第1面21と、第1検出面61aに対向する第2面22とを有する。第1進行部10は、第1面21及び第2面22に交差する第3面23と、第3面23に対向する第4面31と、第3面23と第4面31との間に位置する第1層51とを有する。第1進行部10は、第2検出面62aに対向する第5面32と、第4面31及び第5面32に交差する第6面33と、第6面33に沿って位置する第2層52を有する。
第1進行部10は、少なくとも3つの面を有するプリズムを備えてよい。第1進行部10が有する各面は、プリズムの面に対応づけられてよい。プリズムの各面は、反射防止コーティング等が施されていてよい。第1進行部10は、第1プリズム20と、第2プリズム30とを備えてよい。第1プリズム20は、第1面21と、第2面22と、第3面23とを含んでよい。第2プリズム30は、第4面31と、第5面32と、第6面33とを含んでよい。第1層51は、第1プリズム20と第2プリズム30との間に位置してよい。第1進行部10は、第3プリズム40をさらに備えてよい。第3プリズム40は、第6面33に対向する第7面41と、第3検出面63aに対向する第8面42と、第7面41及び第8面42に交差する第9面43とを有する。
第1層51は、第1プリズム20と第2プリズム30との境界面を形成する。第1進行部10が第3プリズム40を有する場合、第2層52は、第2プリズム30と第3プリズム40との境界面を形成する。
電磁波検出装置1は、第1結像部81をさらに備えてよい。第1結像部81は、入射してくる電磁波を第3検出面63aで結像してよい。つまり、第1結像部81は、その結像点が第3検出面63aに位置する光学部材であってよい。第1結像部81は、レンズ及びミラーの少なくとも一方を含む光学部材であってよい。第1結像部81は、広がり範囲80aを有する電磁波を、広がり範囲80aを狭くするように屈折させることによって、第3検出面63aで結像してよい。
検出部は、検出面に少なくとも1つの検出素子を備えてよい。検出部は、検出面に入射してくる電磁波を検出する。検出部は、検出面に入射してくる電磁波の強度を検出してよい。この場合、検出部は、進行方向に交差する面に沿って広がっている電磁波を像として検出しなくてもよい。
検出部は、検出面に沿ってアレイ状に配列されている検出素子を備えてよい。検出部は、例えばイメージセンサ又はイメージングアレイなどの撮像素子を含んでよい。この場合、検出部は、検出面に入射してきた電磁波で構成されている像を撮像し、画像情報を生成してよい。
検出部は、可視光で構成されている像を撮像してよい。検出部は、可視光に限られず、赤外線、紫外線、又はその他の電波等で構成されている像を撮像してもよい。検出部は、測距センサを含んでもよい。検出部が測距センサを含む場合、電磁波検出装置1は、検出部によって、画像状の距離情報を取得しうる。検出部は、サーモセンサを含んでもよい。検出部がサーモセンサを含む場合、電磁波検出装置1は、検出部によって画像状の温度情報を取得しうる。
検出部は、単一の検出素子を含んでよい。単一の検出素子は、APD(Avalanche Photo-Diode)、PD(Photo-Diode)、SPAD(Single Photon Avalanche Diode)、ミリ波センサ、サブミリ波センサ、又は測距イメージセンサ等であってよい。検出部が単一の検出素子で構成される場合、電磁波は、検出面において結像されなくてもよい。この場合、検出部は、第1結像部81による結像位置である二次結像位置又は二次結像位置近傍に設けられなくてもよい。つまり、検出部は、第1進行部10から射出される電磁波が検出面に入射可能であるような任意の位置に配置されてよい。検出部は、検出素子アレイを含んでよい。検出素子アレイは、APDアレイ、PDアレイ、MPPC(Multi Photon Pixel Counter)、測距イメージングアレイ、又は測距イメージセンサ等であってよい。
電磁波検出装置1は、放射部86をさらに備えてよい。放射部86は、検出部の検出対象85に向けて電磁波を放射する。検出部は、検出対象85からの反射波を検出することによって、検出対象85を検出してよい。放射部86は、赤外線、可視光線、紫外線、及び電波の少なくとも1つを放射してよい。放射部86は、例えば、LED(Light Emitting Diode)又はLD(Laser Diode)等を含んでよい。
電磁波検出装置1は、放射部86から放射する電磁波を走査することによって、検出対象85から検出する情報をマッピングしてよい。放射部86は、放射する電磁波の位相を制御することによって電磁波の放射方向を変化させうるフェイズドスキャン方式によって電磁波を走査してよい。電磁波検出装置1は、放射部86が放射する電磁波を走査する走査部87(図4参照)をさらに備えてよい。走査部87は、放射部86が放射する電磁波を反射する走査反射面を有し、走査反射面の向きを変更することによって電磁波を走査してよい。走査部87は、MEMSミラー、ポリゴンミラー、及びガルバノミラーの少なくとも1つを含んでよい。
電磁波検出装置1が放射部86から検出対象85に電磁波を放射する場合、検出部は、放射部86から検出対象85に向けて放射された電磁波の反射波を検出するアクティブセンサであってよい。検出部は、放射部86から放射された電磁波か否かにかかわらず検出対象85から到来する電磁波を検出するパッシブセンサであってよい。
第1進行部10の各構成部が電磁波の進行方向を制御することによって、電磁波は、図1に例示される進行軸80に沿って進行しうる。
検出対象85から到来する電磁波は、第1面21に入射する。電磁波検出装置1が第1結像部81を備える場合、電磁波は、第1結像部81を通過した後、第1面21に入射する。第1面21は、電磁波をD1で表される第1方向に進行させる。電磁波は、第1面21において屈折し、進行方向を変えうる。第1面21に入射する電磁波の進行方向と第1方向とは、異なる方向であってよい。電磁波は、第1面21に垂直に入射する場合、第1面21で屈折せず、直進しうる。つまり、第1面21に入射する電磁波の進行方向と第1方向とは、同じ方向でありうる。
第1方向は、第3面23に交差する。電磁波は、第1進行部10の内部を第1方向に進行し、第3面23に入射する。第3面23は、電磁波を第1層51に射出する。第1層51は、入射してきた電磁波を、第3面23で反射される電磁波と、第1層51を透過して第4面31に入射する電磁波とに分離する。第3面23で反射された電磁波は、D2で表される第2方向に進行する。第4面31に入射する電磁波は、D3で表される第3方向に進行する。つまり、第4面31は、第1層51から入射してきた電磁波を第3方向に進行させる。
第3方向は、第6面33に交差する。第3方向に進行する電磁波は、第6面33に入射する。第6面33は、電磁波を第2層52に射出する。第2層52は、入射してきた電磁波を、第6面で反射される電磁波と、第2層52を透過する電磁波とに分離する。第6面33で反射された電磁波は、D4で表される第4方向に進行する。第2層52を透過した電磁波は、第3検出部63の第3検出面63aに向かう、D5で表される第5方向に進行する。第1進行部10が第3プリズム40を有する場合、第2層52を透過した電磁波は、第7面41に入射する。第7面41は、第2層52から入射してきた電磁波を第5方向に進行させる。
第1進行部10が第3プリズム40を有しない場合、第5方向に進行する電磁波は、第3検出面63aに入射し、第3検出部63で検出される。第5方向は、第3検出面63aに直交してよい。第1進行部10が第3プリズム40を有する場合、第5方向に進行する電磁波は、第8面42に入射する。第8面42は、電磁波を第3検出面63aに射出する。第8面42から射出された電磁波は、第3検出面63aに入射し、第3検出部63で検出される。第1層51及び第2層52を透過した電磁波は、第3検出面63aに入射し、第3検出部63で検出される。第8面42は、第3検出面63aに平行であってよい。第8面42が射出する電磁波の進行方向は、第3検出面63aに直交してよい。
第2方向は、第1面21に交差する。第2方向に進行する電磁波は、第1面21で反射され、D6で表される第6方向に進行する。つまり第1面21は、第2方向に進行する電磁波を、第1進行部10の内部で反射し、第6方向に進行させる。電磁波は、第1面21で全反射されてよい。つまり、第1面21は、第2方向に進行する電磁波を、第1進行部10の内部で全反射してよい。第6方向に進行する電磁波は、第2面22に入射する。第2面22は、第6方向に進行する電磁波を第1検出面61aに射出する。つまり、第1層51によって第3面23で反射された電磁波は、第1検出面61aに入射し、第1検出部61で検出される。第2面22は、第1検出面61aに平行であってよい。第2面22が射出する電磁波の進行方向は、第1検出面61aに直交してよい。
第4方向は、第4面31に交差する。第4方向に進行する電磁波は、第4面31で反射され、D7で表される第7方向に進行する。つまり第4面31は、第4方向に進行する電磁波を、第1進行部10の内部で反射し、第7方向に進行させる。電磁波は、第4面31で全反射されてよい。つまり、第4面31は、第4方向に進行する電磁波を、第1進行部10の内部で全反射してよい。第7方向に進行する電磁波は、第5面32に入射する。第5面32は、第7方向に進行する電磁波を第2検出面62aに射出する。つまり、第2層52によって第6面33で反射された電磁波は、第2検出面62aに入射し、第2検出部62で検出される。第5面32は、第2検出面62aに平行であってよい。第5面32が射出する電磁波の進行方向は、第2検出面62aに直交してよい。
以上説明してきたように、第1進行部10は、電磁波を分離し、各検出部に射出する。第1進行部10は、第1層51及び第2層52によって電磁波をその波長に基づいて複数の波長帯域を有する電磁波に分離してよい。第1進行部10で分離された各波長帯域の電磁波は、各検出部の検出面に入射し、各検出部で検出される。
第1層51及び第2層52は、可視光反射コーティング、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、ショートパスフィルタ、ロングパスフィルタ、バンドパスフィルタ及び偏向素子の少なくとも1つを含んでよい。
第1進行部10を構成するプリズムの屈折率は、第1層51及び第2層52の屈折率よりも大きいものとする。このようにすることで、プリズムの各面から第1層51又は第2層52に入射する場合、臨界角が存在しうる。つまり、第1進行部10の内部を進行する電磁波は、臨界角以上の入射角で第3面23及び第6面33それぞれに入射する場合、全反射される。第1層51及び第2層52は、所定の反射率で電磁波を反射してもよい。
第1層51及び第2層52は、図2に例示される反射特性に基づいて電磁波を反射してよい。図2において、横軸及び縦軸はそれぞれ、波長及び反射率を示す。反射率は、電磁波の波長に基づいて決定される。第1層51の反射特性は、実線で表されている。第2層52の反射特性は、破線で表されている。第1層51は、W1で表されている波長帯域において、その他の波長帯域よりも高い反射率で電磁波を反射する。第2層52は、W2で表されている波長帯域において、その他の波長帯域よりも高い反射率で電磁波を反射する。W1で表される波長帯域に含まれる電磁波は、W2で表される波長帯域に含まれる電磁波よりも、長い波長を有するものとする。W1で表される波長帯域は、例えば赤外光(IR:Infrared Rays)の波長を含んでよい。W2で表される波長帯域は、可視光の波長を含んでよい。W1で表される波長帯域に含まれる電磁波は、W2で表される波長帯域に含まれる電磁波よりも、短い波長を有してもよい。
図2に例示される反射特性において、第1層51における反射率は、W1で表される波長帯域に含まれる電磁波に対して第1所定値以上であるとともに、W1で表される波長帯域以外の帯域に含まれる電磁波に対して第1所定値未満であってよい。このようにすることで、W1で表される波長帯域に含まれる電磁波は、第1層51で反射され、第1検出部61の第1検出面61aに入射しやすくなる。W1で表される波長帯域以外の帯域に含まれる電磁波は、第1層51を透過しやすくなる。
第2層52における反射率は、W2で表される波長帯域に含まれる電磁波に対して第2所定値以上であるとともに、W2で表される波長帯域以外の帯域に含まれる電磁波に対して第2所定値未満であってよい。このようにすることで、W2で表される波長帯域に含まれる電磁波は、第2層52で反射され、第2検出部62の第2検出面62aに入射しやすくなる。W1及びW2で表される波長帯域以外の帯域に含まれる電磁波は、第2層52を透過し、第3検出部63の第3検出面63aに入射しやすくなる。例えば、W1で表される波長帯域とW2で表される波長帯域との間に位置するW3で表される波長帯域に含まれる電磁波は、第1層51及び第2層52を透過し、第3検出部63の第3検出面63aに入射しやすくなる。
以上説明してきたように、電磁波は、第1層51及び第2層52において、その波長に基づいて分離される。つまり、第1層51及び第2層52は、電磁波の波長に基づいて、電磁波を分離する。
波長帯域は、所定波長以上の値、又は、所定波長より大きい値として特定されてよい。波長帯域は、所定波長以下の値、又は、所定波長未満の値として特定されてよい。所定範囲は、第1所定波長以上且つ第2所定波長以下の値として特定されてよいし、第1所定波長以下又は第2所定波長以上の値として特定されてもよい。
第1層51及び第2層52が電磁波を波長に基づいて分離することで、第1検出面61a、第2検出面62a及び第3検出面63aそれぞれに、異なる波長の電磁波で構成されているものの、像内の座標が一致している像が結像される。本実施形態において、例えば、第1検出部61は、FIR(Far Infrared Rays)イメージセンサであってよい。第2検出部62は、可視光イメージセンサであってよい。第3検出部63は、APDアレイであってよい。FIRイメージセンサは、赤外領域の画像を取得するFIRカメラに含まれてよい。可視光イメージセンサは、可視光領域の画像を取得する可視光カメラに含まれてよい。APDアレイは、物体までの距離情報を取得するLIDARに含まれてよい。第1検出面61a、第2検出面62a及び第3検出面63aそれぞれに結像される像の座標が一致することによって、第1検出部61及び第2検出部62で検出される画像情報と、第3検出部63で検出される画像状の距離情報とが容易に重畳されうる。また、第1層51及び第2層52が電磁波を波長に基づいて分離することで、第1検出部61、第2検出部62及び第3検出部63はそれぞれ、特定の波長の電磁波を検出するセンサとして構成されうる。つまり、第1検出部61、第2検出部62及び第3検出部63はそれぞれ、異種のセンサを含んでよい。第1検出部61、第2検出部62及び第3検出部63はそれぞれ、同種のセンサを含んでもよい。
各検出面で結像される像の座標は、各検出面上に位置する基準点に基づいて決定されうる。各検出部は、電磁波の進行軸80が各検出面の基準点を通過するように配置されていてよい。検出面の法線に沿う軸であって、基準点を通過する軸は、検出部の光軸ともいう。各検出部は、その光軸が電磁波の進行軸80に合うように配置されてよい。このようにすることで、各検出部で検出する画像の座標が一致しうる。
比較例1に係る装置は、電磁波を分離する第1進行部10を備えず、検出対象85から射出される電磁波を個別に検出する複数の検出部を備えるものとする。比較例1に係る装置において、各検出部の光軸が検出対象85と各検出部とを結ぶ軸に合わせられる場合、各検出部は、検出対象85から見て異なる方向に位置する。その結果、各検出部の光軸の方向が一致しない。
比較例1に係る装置において、検出対象85に含まれるマーク等の特徴に基づいて、各検出部で検出された像の座標が特定され、補正されうる。この場合でも、各検出部で検出された像の座標系を完全に補正することは難しい。また、光軸の方向は補正されにくい。
比較例1に係る装置において、各検出部の光軸が一致する場合、ある検出部に向かう電磁波は、その検出部よりも検出対象85の近くに位置する検出部によって影響を受ける。その結果、各検出部における、検出対象85に基づく電磁波の像の検出精度が低下する。
本開示の一実施形態に係る電磁波検出装置1は、検出対象85から1つの方向に進行する電磁波を、異なる波長を有する電磁波に分離し、複数の検出部に入射させる。このようにすることで、各検出部は、検出対象85から1つの方向に進行する電磁波を検出できる。言い換えれば、各検出部は、検出対象85を同じ方向から見た像を、複数の異なる波長を有する電磁波それぞれの像として検出できる。このようにすることで、異なる波長を有する電磁波がそれぞれ、複数の検出部で検出されつつ、各検出部の光軸が一致しうる。その結果、各検出部で検出した像は、容易に重畳され、利用されやすくなる。また、各検出部の光軸が一致することによって、各検出部で検出した像の座標系の補正が必要とされなくなる。その結果、各検出部で検出した像は、電磁波検出装置1の各構成の位置又は特性等の経時的な変動による影響を受けにくくなる。また、各検出部の光軸は、他の検出部の光軸とは独立に調整されうる。その結果、異なる波長を有する電磁波が複数の検出部それぞれで検出されつつ、各検出部の光軸が一致しうる。
他の実施形態に係る電磁波検出装置1は、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD:Digital Mirror Device)等を用いた二次結像光学系をさらに備えてよい。二次結像光学系は、入射光をDMD上に結像する第1のレンズと、DMDからの反射光を結像してセンサ上に結像する第2のレンズとを備えうる。DMDの特性によって、入射光と反射光とがなす角度は、比較的小さくなりうる。入射光と反射光とがなす角度が小さい場合、反射光が第1のレンズによって遮られやすい。反射光が遮られることによって、反射光のケラレが発生しうる。反射光のケラレは、反射光を結像して得られる画像における光量を減少させうるとともに、画角毎の光量変化を生じさせうる。また、入射光と反射光とがなす角度が小さい場合、第1及び第2のレンズの大きさ又は位置が制約されうる。仮に、これらの問題を避けるために第1のレンズのバックフォーカスが長くされる場合、光学系が大きくなったり、レンズの結像性能が悪化したり、広角化されにくくなったりする。図3に示されるような、本開示の一実施形態に係る電磁波検出装置1は、DMDからの反射光の進行方向を制御することによって、第1のレンズのバックフォーカスを長くせずに、センサに入射する光量を確保しうるとともに、画角毎の光量変化を低減しうる。第1のレンズのバックフォーカスが長くされないことによって、光学系が小型化及び広角化されうるとともに、光学系の結像性能が向上しうる。
図3に示されるように、一実施形態に係る電磁波検出装置1は、第2進行部70をさらに備えてよい。
第2進行部70は、基準面71と、基準面71に沿って位置する複数の画素72とを備える。複数の画素72は、基準面71に沿って配置されているともいえる。画素72は、基準面71に入射してきた電磁波の進行方向を変更させうる。画素72は、基準面71に入射してきた電磁波を、所定方向へ進行させる第1状態と、所定方向とは異なる方向へ進行させる第2状態とのいずれかの状態に遷移しうる。第2進行部70は、各画素72を、第1状態及び第2状態のいずれかの状態に遷移させてよい。第2進行部70は、各画素72の状態の遷移を制御するプロセッサをさらに備えてよい。各画素72は、第1状態及び第2状態のいずれかの状態に遷移することによって、基準面71に入射してきた電磁波を、特定の方向に進行させる。第1状態に遷移している画素72は、画素72aとして実線で表されている。第2状態に遷移している画素72は、画素72bとして破線で表されている。
画素72は、基準面71に入射する電磁波を反射する反射面を有してよい。第2進行部70は、各画素72の反射面の向きを制御することによって、基準面71に入射する電磁波を反射する方向を決定してよい。各画素72の反射面の向きは、第1状態及び第2状態それぞれに対応づけられてよい。つまり、第2進行部70は、第1状態に遷移している場合と、第2状態に遷移している場合とで、画素72の反射面の向きを異ならせることによって、電磁波を反射する方向を決定してよい。第2進行部70は、DMD又はMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー等のミラーデバイスを備えてよい。画素72は、ミラー素子であってよい。基準面71は、ミラー素子の配列面であってよい。
第2進行部70の画素72は、電磁波を反射する反射面を含むシャッタを有してよい。シャッタが開いている場合、電磁波が透過し、所定方向へ進行するものとする。シャッタが開いている状態は、第1状態に対応づけられるものとする。シャッタが閉じている場合、電磁波が反射し、所定方向とは異なる方向へ進行するものとする。シャッタが閉じている状態は、第2状態に対応づけられるものとする。画素72がシャッタを有する場合、第2進行部70は、基準面71に沿ってアレイ状に配列されている開閉制御可能なシャッタを有するMEMSシャッタ等を備えてよい。
第2進行部70の画素72は、液晶シャッタを有してよい。液晶シャッタは、液晶の配向状態を制御することによって、電磁波を透過する透過状態と、電磁波を反射する反射状態とのいずれかの状態に遷移する。透過状態及び反射状態はそれぞれ、第1状態及び第2状態に対応づけられるものとする。
第1進行部10の各構成部と第2進行部70とが電磁波の進行方向を制御することによって、電磁波は、図2に例示される進行軸80に沿って進行しうる。図2に例示される進行軸80のうち、第1プリズム20と第2プリズム30とに含まれる部分は、図1に例示される進行軸80と同一である。第1プリズム20と第2プリズム30とに含まれる進行軸80に関する説明は、省略される。
第3プリズム40において、電磁波は、第7面41から入射し、第5方向に進行し、第8面42から出射する。第8面42から出射した電磁波は、第2進行部70の基準面71に入射する。基準面71に入射した電磁波は、第2進行部70の画素72で反射され、第8面42に再入射する。画素72で反射された電磁波は、画素72が第1状態に遷移している場合にD8で表される第8方向に進行し、画素72が第2状態に遷移している場合にDzで表される方向に進行する。
第8方向は、第7面41に交差する。第8方向に進行する電磁波は、第7面41で反射され、D9で表される第9方向に進行する。つまり第7面41は、第7方向に進行する電磁波を、第1進行部10の内部で反射し、第9方向に進行させる。電磁波は、第7面41で全反射してよい。つまり、第7面41は、第7方向に進行する電磁波を、第1進行部10の内部で全反射してよい。第9方向に進行する電磁波は、第9面43に入射する。第9面43は、第9方向に進行する電磁波を第2検出面62aに射出する。つまり、第2進行部70で第1状態に遷移している画素72に反射された電磁波は、第3検出面63aに入射し、第3検出部63で検出される。第9面43は、第3検出面63aに平行であってよい。第9面43が射出する電磁波の進行方向は、第3検出面63aに直交してよい。
Dzで表される方向に進行した電磁波は、第3検出部63の第3検出面63a及び他の検出面に到達しない。言い換えれば、第2進行部70は、各画素72が第2状態に遷移している状態において、電磁波が検出面に到達しないように構成される。
電磁波検出装置1は、第2進行部70の画素72ごとに電磁波の反射方向を制御し、電磁波を第3検出面63aに到達させるか否か制御する。第3検出部63が電磁波を像として検出しない場合であっても、電磁波検出装置1が各画素72を1つずつ第1状態に遷移させることによって、第3検出部63は、第2進行部70の基準面71に入射する電磁波を画素72ごとに検出しうる。その結果、第3検出部63は、電磁波で構成されている像を画像情報として取得しうる。例えば、電磁波検出装置1は、画素72の状態と第3検出部63の検出結果とを同期させることによって、電磁波を一次元又は二次元の像として検出しうる。
電磁波検出装置1は、第2結像部82をさらに備えてよい。第2結像部82は、第2進行部70及び第1進行部10によって第3検出部63に入射するように制御された電磁波を、第3検出面63aで結像してよい。つまり、第2結像部82は、その結像点が第3検出面63aに位置する光学部材であってよい。第2結像部82は、レンズ及びミラーの少なくとも一方を含む光学部材であってよい。第2結像部82は、広がり範囲80aを有して入射してくる電磁波を、広がり範囲80aを狭くするように屈折させることによって、第3検出面63aで結像してよい。第3検出部63は、第2結像部82によって第3検出面63aに結像された像を撮像してよい。
電磁波検出装置1が第2結像部82を備える場合、電磁波は、第9面43から射出された後、第2結像部82を通過し、第3検出面63aに入射する。第2結像部82の主面は、第3検出面63aに平行であってよい。第2結像部82の主面は、第9面43に平行であってよい。
図4に示されるように、電磁波検出装置1は、制御部60をさらに備えてよい。制御部60は、第2進行部70を制御することによって、電磁波の進行方向を制御しうる。制御部60は、検出部から、電磁波の検出結果を取得してよい。制御部60は、検出部から、電磁波で構成される像に関する画像情報を取得してよい。制御部60は、第2進行部70の各画素72の制御と、第3検出部63から取得する検出結果とを同期させることによって、電磁波で構成される像に関する画像情報を取得してよい。制御部60は、放射部86又は走査部87を制御し、電磁波の放射又は走査を制御してよい。制御部60は、電磁波の放射又は走査に関する制御と、検出部から取得する検出結果とに基づいて、電磁波で構成される像に関する画像情報を取得してよい。
検出部が測距センサである場合、制御部60は、距離情報を取得してよい。制御部60は、検出部から取得する検出結果に基づいて、ToF(Time of Flight)方式によって、検出対象85に関する距離情報を取得してよい。制御部60は、ToF方式として、電磁波を放射してから反射波を検出するまでの時間を直接測定するDirectToF方式を実行してよい。制御部60は、ToF方式として、電磁波を周期的に放射し、放射した電磁波の位相と反射波の位相とに基づいて、電磁波を放射してから反射波を検出するまでの時間を間接的に測定するFlashToF方式を実行してよい。制御部60は、ToF方式として、PhasedToF等の他の方式を実行してもよい。制御部60は、放射部86に電磁波を放射させることによって、ToF方式を実行してよい。
制御部60は、例えば、時間計測LSI(Large Scale Integrated circuit)を含んでよい。制御部60は、放射部86に電磁波を放射させた時刻から、検出部で検出対象85からの反射波を検出した時刻までに経過した時間を応答時間として算出してよい。制御部60は、応答時間に基づいて検出対象85までの距離を算出してよい。制御部60は、放射部86又は走査部87に電磁波を走査させている場合、電磁波の放射方向と検出部から取得する検出結果とを同期させることによって、画像状の距離情報を作成してよい。
検出部がサーモセンサである場合、制御部60は、温度情報を取得してよい。制御部60は、検出部から取得した電磁波の検出結果に基づいて、電磁波検出装置1の周囲に関する情報を取得してよい。周囲に関する情報は、画像情報、距離情報、及び温度情報の少なくとも1つを含んでよい。
制御部60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一方を含んでよい。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60は、1つまた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)の少なくとも一方を含んでよい。
図5に示されるように、一実施形態に係る情報取得システム100は、電磁波検出装置1と、制御装置2とを備える。制御装置2は、検出部による電磁波の検出結果に基づいて、電磁波検出装置1の周囲に関する情報を取得してよい。周囲に関する情報は、画像情報、距離情報、及び温度情報の少なくとも1つを含んでよい。
本実施形態に係る電磁波検出装置1において、第1進行部10は、電磁波を複数の進行方向に進む電磁波に分離するとともに、第2進行部70からの反射光の進行方向を制御する。このようにすることで、分離された電磁波を検出する検出部の設置位置に関する制約が少なくなる。電磁波検出装置1が第1結像部81を備える場合、第1結像部81のバックフォーカスが長くされずに、第3検出部63に入射する電磁波の強度が確保されうるとともに、画角毎の光量変化が低減しうる。第1結像部81のバックフォーカスが長くされないことによって、光学系が小型化及び広角化されうるとともに、光学系の結像性能が向上しうる。
比較例2に係る装置は、第2進行部70を備えているものの、第1進行部10を備えていないものとする。比較例2に係る装置において、進行軸80に沿って進行する電磁波は、第2進行部70によって反射され、第3検出部63に入射するものとする。第2進行部70で反射された電磁波の進行方向(図3における第8方向)と電磁波が入射してくる方向(図3における第5方向)との角度は、第1進行部10でさらに反射された電磁波の進行方向(図3における第9方向)と第5方向との角度よりも小さい。この場合、第3検出部63は、入射してくる電磁波の進行軸80及びその広がり範囲80a、又は、第1結像部81と重なりうる。また、比較例2に係る装置が第2結像部82を備える場合、第2結像部82は、入射してくる電磁波の進行軸80及びその広がり範囲80a、又は、第1結像部81と重なりうる。仮に、第1結像部81のバックフォーカスが長くされれば、第3検出部63及び第2結像部82は、第1結像部81から離れて配置されうる。しかし、第1結像部81のバックフォーカスが長くなることによって、比較例2に係る装置は、全体として大きくなる。
本実施形態に係る電磁波検出装置1は、第1進行部10を備えることによって、電磁波を第9面43の方へ進行させることができる。電磁波が第9面43の方へ進行することによって、第3検出部63は、電磁波検出装置1に入射してくる電磁波から離れて配置されうる。電磁波検出装置1が第1結像部81を備える場合、第1結像部81のバックフォーカスの部分に第1進行部10を備えることによって、第3検出部63は、第1結像部81から離れて配置されうる。このようにすることで、第3検出部63に入射する電磁波の強度が確保されうる。この場合、第1結像部81のバックフォーカスは、比較例2に係る装置に比較して、長くされなくてもよい。つまり、電磁波検出装置1は、第1進行部10を備えることによって、全体として小型化されうるとともに、第3検出部63に入射する電磁波の強度を確保しうる。電磁波検出装置1が第1進行部10を備えることによって、電磁波検出装置1が大きくなることなく、入射してくる電磁波に対する影響が低減されうる。
本開示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又は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、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能である。複数の機能部等は、1つに組み合わせられたり、分割されたりしてよい。上述した本開示に係る各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施されうる。
本開示において「第1」及び「第2」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第1」及び「第2」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第1プリズムは、第2プリズムと識別子である「第1」と「第2」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第1」及び「第2」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。
1 電磁波検出装置
2 制御装置
10 第1進行部
20 第1プリズム
21、22、23 第1面、第2面、第3面
30 第2プリズム
31、32、33 第4面、第5面、第6面
40 第3プリズム
41、42、43 第7面、第8面、第9面
51、52 第1層、第2層
60 制御部
61、62、63 第1検出部、第2検出部、第3検出部
61a、62a、63a 第1検出面、第2検出面、第3検出面
70 第2進行部
71 基準面
72(72a、72b) 画素
80 進行軸
80a 広がり範囲
81 第1結像部
82 第2結像部
85 検出対象
86 放射部
87 走査部
100 情報取得システム
D1~D9 第1~第9方向
2 制御装置
10 第1進行部
20 第1プリズム
21、22、23 第1面、第2面、第3面
30 第2プリズム
31、32、33 第4面、第5面、第6面
40 第3プリズム
41、42、43 第7面、第8面、第9面
51、52 第1層、第2層
60 制御部
61、62、63 第1検出部、第2検出部、第3検出部
61a、62a、63a 第1検出面、第2検出面、第3検出面
70 第2進行部
71 基準面
72(72a、72b) 画素
80 進行軸
80a 広がり範囲
81 第1結像部
82 第2結像部
85 検出対象
86 放射部
87 走査部
100 情報取得システム
D1~D9 第1~第9方向
Claims (65)
- 第1検出面を有し、前記第1検出面に入射した電磁波を検出する第1検出部と、
第2検出面を有し、前記第2検出面に入射した電磁波を検出する第2検出部と、
第3検出面を有し、前記第3検出面に入射した電磁波を検出する第3検出部と、
検出対象から電磁波が入射する第1面と、前記第1検出面に対向する第2面と、前記第1面及び前記第2面に交差する第3面と、前記第3面に対向する第4面と、前記第2検出面に対向する第5面と、前記第4面及び前記第5面に交差する第6面と、前記第4面と前記第3面との間に位置する第1層と、前記第6面に沿って位置する第2層とを有する第1進行部と
を備え、
前記第1面は、入射してきた電磁波を、前記第3面に交差する第1方向に進行させ、
前記第3面は、前記第1方向に進行する電磁波を前記第1層に射出し、
前記第1層は、前記第3面から入射してきた電磁波を、前記第3面において反射して前記第1面に交差する第2方向に進行する電磁波と、前記第1層を透過して前記第4面に入射する電磁波とに分離し、
前記第4面は、前記第1層を透過してきた電磁波を前記第6面に交差する第3方向に進行させ、
前記第6面は、前記第3方向に進行する電磁波を前記第2層に射出し、
前記第2層は、前記第6面から入射してきた電磁波を、前記第6面において反射して前記第4面に交差する第4方向に進行する電磁波と、前記第2層を透過して前記第3検出面に向かう第5方向に射出される電磁波とに分離し、
前記第1面は、前記第2方向に進行する電磁波を反射して前記第2面に交差する第6方向へ進行させ、
前記第2面は、前記第6方向へ進行する電磁波を、前記第1検出面に射出し、
前記第4面は、前記第4方向に進行する電磁波を前記第1層に射出し、
前記第1層は、前記第4面から入射してきた電磁波を、前記第4面において反射して前記第5面に交差する第7方向へ進行させ、
前記第5面は、前記第7方向へ進行する電磁波を、前記第2検出面に射出する、
電磁波検出装置。 - 基準面と、前記基準面に沿って位置する複数の画素とを有し、前記基準面に入射した電磁波を前記画素毎に特定の方向へ進行させる第2進行部をさらに備え、
前記第1進行部は、前記第6面に対向する第7面と、前記基準面に対向する第8面と、前記第3検出面に対向する第9面とをさらに有し、
前記第2層は、前記第2層を透過する電磁波を前記第7面に射出し、
前記第7面は、前記第2層から入射してきた電磁波を前記第8面に交差する第5方向に進行させ、
前記第8面は、前記第5方向に進行する電磁波を前記基準面に射出するとともに、前記基準面から再入射してきた電磁波を前記第7面に交差する第8方向に進行させ、
前記第7面は、前記第8方向に進行する電磁波を前記第2層に射出し、
前記第2層は、前記第7面から入射してきた電磁波を、前記第7面において反射して前記第9面に交差する第9方向へ進行させ、
前記第9面は、前記第9方向へ進行する電磁波を、前記第3検出面に射出する、請求項1に記載の電磁波検出装置。 - 前記第7方向は、前記第5面に直交する、請求項2に記載の電磁波検出装置。
- 前記第5方向は、前記第8面に直交する、請求項2又は3に記載の電磁波検出装置。
- 前記第8面から射出された電磁波の進行方向は、前記基準面に直交する、請求項2乃至4のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第8面は、前記基準面と平行である、請求項2乃至5のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第9方向は、前記第9面に直交する、請求項2乃至6のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第9面から射出された電磁波の進行方向は、前記第3検出面に直交する、請求項2乃至7のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第9面は、前記第3検出面と平行である、請求項2乃至8のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第9面から射出された電磁波を結像して前記第3検出面へ進行させる第2結像部を備える、請求項2乃至9のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2結像部の主面は、前記第9面と平行である、請求項10に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2結像部は、前記第3検出面に結像する、請求項10又は11に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2結像部の主面は、前記第3検出面と平行である、請求項10乃至12のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2進行部の各画素は、前記基準面に入射する電磁波を所定方向へ進行させる第1状態と、前記所定方向とは異なる方向へ進行させる第2状態とのいずれかの状態に遷移する、請求項2乃至13のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2進行部の各画素は、電磁波を反射する反射面を含み、
前記第1状態に遷移している場合の前記反射面の向きは、前記第2状態に遷移している場合の前記反射面の向きと異なる、請求項14に記載の電磁波検出装置。 - 前記第2進行部は、デジタルマイクロミラーデバイスを含む、請求項14又は15に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1状態及び前記第2状態はそれぞれ、電磁波を透過する透過状態、及び、電磁波を反射する反射状態に対応づけられる、請求項14に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2進行部の各画素は、電磁波を反射する反射面を含むシャッタを有し、
前記第2進行部の各画素は、前記透過状態において、前記シャッタを開くことによって電磁波を透過させ、
前記第2進行部の各画素は、前記反射状態において、前記シャッタを閉じることによって電磁波を反射する、請求項17に記載の電磁波検出装置。 - 前記第2進行部は、アレイ状に配列されている前記シャッタを有するMEMSシャッタを含む、請求項18に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2進行部の各画素は、前記透過状態及び前記反射状態のいずれかの状態に遷移する液晶シャッタを含む、請求項17に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2層は、前記第8方向へ進行する電磁波を内部で反射して前記第9方向へ進行させる、請求項2乃至20のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2層は、前記第8方向へ進行する電磁波を内部全反射して前記第9方向へ進行させる、請求項2乃至21のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第8方向へ進行する電磁波の前記第2層への入射角は、臨界角以上である、請求項2乃至22のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1進行部は、前記第8面と前記第9面と前記第7面とを含む第1プリズムと、前記第6面と前記第5面と前記第4面とを含む第2プリズムと、前記第3面と前記第2面と前記第1面とを含む第3プリズムとを有する、請求項2乃至23のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1面へ入射する電磁波の進行方向は、前記第1面に直交する、請求項1乃至24のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第6方向は、前記第2面に直交する、請求項1乃至25のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2面から射出された電磁波の進行方向は、前記第1検出面に直交する、請求項1乃至26のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2面は、前記第1検出面と平行である、請求項1乃至27のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第5面から射出された電磁波の進行方向は、前記第2検出面に直交する、請求項1乃至28のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第5面は、前記第2検出面と平行である、請求項1乃至29のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1面に入射する電磁波を結像して前記第1面へ進行させる第1結像部を備える、
請求項1乃至30のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。 - 前記第1結像部の主面は、前記第1面と平行である、請求項31に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1結像部は、前記第1検出面に結像する、請求項31又は32に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1結像部は、前記第2検出面に結像する、請求項31乃至33のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記電磁波検出装置が基準面を有する第2進行部を備える場合、前記第1結像部は、前記基準面に結像する、請求項31乃至34のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1面は、入射してくる電磁波を透過しまたは屈折させて前記第1方向へ進行させる、請求項1乃至35のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1面は、前記第2方向へ進行する電磁波を内部で反射して前記第6方向へ進行させる、請求項1乃至36のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1面は、前記第2方向へ進行する電磁波を内部全反射して前記第6方向へ進行させる、請求項1乃至37のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2方向へ進行する電磁波の前記第1面への入射角は、臨界角以上である、請求項1乃至38のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1層は、前記第1方向へ進行した電磁波のうち特定の波長の電磁波を前記第2方向へ進行させ、他の波長の電磁波を前記第3方向へ進行させる、請求項1乃至39のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1層は、前記第1方向へ進行した電磁波のうち特定の波長の電磁波を反射して前記第2方向へ進行させ、他の波長の電磁波を透過しまたは屈折させて前記第3方向へ進行させる、請求項1乃至40のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1層は、前記第1方向へ進行した電磁波のうち特定の波長の電磁波を全反射して前記第2方向へ進行させ、他の波長の電磁波を透過しまたは屈折させて前記第3方向へ進行させる、請求項1乃至41のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1層は、前記第4方向へ進行する電磁波を内部で反射して前記第7方向へ進行させる、請求項1乃至42のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1層は、前記第4方向へ進行する電磁波を内部全反射して前記第7方向へ進行させる、請求項1乃至43のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第4方向へ進行する電磁波の前記第1層への入射角は、臨界角以上である、請求項1乃至44のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2層は、前記第3方向へ進行した電磁波のうち特定の波長の電磁波を前記第4方向へ進行させ、他の波長の電磁波を前記第5方向へ進行させる、請求項1乃至45のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2層は、前記第3方向へ進行した電磁波のうち特定の波長の電磁波を反射して前記第4方向へ進行させ、他の波長の電磁波を透過しまたは屈折させて前記第5方向へ進行させる、請求項1乃至46のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第2層は、前記第3方向へ進行した電磁波のうち特定の波長の電磁波を全反射して前記第4方向へ進行させ、他の波長の電磁波を透過しまたは屈折させて前記第5方向へ進行させる、請求項1乃至47のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第3検出部は、測距センサ、イメージセンサ、及びサーモセンサの少なくとも1つを含む、請求項1乃至48のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1検出部、前記第2検出部及び前記第3検出部はそれぞれ、同種又は異種のセンサを含む、請求項1乃至49のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第3検出部は、赤外線、可視光線、紫外線、及び電波の少なくとも1つを検出する、請求項1乃至50のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1検出部、前記第2検出部及び前記第3検出部はそれぞれ、同種又は異種の電磁波を検出する、請求項1乃至51のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1層は、可視光反射コーティング、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、ショートパスフィルタ、ロングパスフィルタ、バンドパスフィルタ、及び偏向素子の少なくとも1つを含む、請求項1乃至52のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記検出対象に向けて電磁波を放射する放射部をさらに備える、請求項1乃至53のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1検出部、前記第2検出部及び前記第3検出部はそれぞれ、パッシブセンサ、及び、前記放射部から検出対象に向けて放射された電磁波の反射波を検出するアクティブセンサの少なくとも1つを含む、請求項54に記載の電磁波検出装置。
- 前記放射部を複数備え、
前記第1検出部、前記第2検出部及び前記第3検出部はそれぞれ、異なる前記放射部、又は、同一の前記放射部から前記検出対象に向けて放射された電磁波の前記検出対象からの反射波を検出するアクティブセンサを含む、
請求項54又は55に記載の電磁波検出装置。 - 異なる前記放射部はそれぞれ、異種又は同種の電磁波を放射する、
請求項56に記載の電磁波検出装置。 - 前記放射部は、赤外線、可視光線、紫外線、電波のいずれかを放射する、
請求項54乃至57のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。 - 前記放射部は、フェイズドスキャン方式により電磁波を走査する、
請求項54乃至58のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。 - 前記放射部から放射される電磁波を走査する走査部をさらに備える、
請求項54乃至59のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。 - 前記走査部は、電磁波を反射する走査反射面を備え、前記走査反射面の向きを変更することによって電磁波を走査する、請求項60に記載の電磁波検出装置。
- 前記走査部は、MEMSミラー、ポリゴンミラー、及びガルバノミラーの少なくとも1つを含む、請求項60又は61に記載の電磁波検出装置。
- 前記第1検出部、前記第2検出部及び前記第3検出部の少なくとも1つによる電磁波の検出結果に基づいて、周囲に関する情報を取得する制御部をさらに備える、
請求項1乃至62のいずれか一項に記載の電磁波検出装置。 - 前記周囲に関する情報は、画像情報、距離情報、及び温度情報の少なくとも1つを含む、請求項63に記載の電磁波検出装置。
- 請求項1乃至64のいずれか一項に記載の電磁波検出装置と、
前記第1検出部、前記第2検出部及び前記第3検出部の少なくとも1つによる電磁波の検出結果に基づいて、周囲に関する情報を取得する制御装置と
を備える、情報取得システム。
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