WO2020090558A1 - 電磁波検出装置及び情報取得システム - Google Patents

電磁波検出装置及び情報取得システム Download PDF

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WO2020090558A1
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unit
detection
detection unit
detection device
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絵梨 竹内
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京セラ株式会社
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    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors

Definitions

  • the present disclosure relates to an electromagnetic wave detection device and an information acquisition system.
  • Patent Document 1 a device that measures the position of an object in an image captured by an infrared camera using a laser radar.
  • An electromagnetic wave detection device includes a separation unit that separates and advances an incident electromagnetic wave in a plurality of directions, a first detection unit that detects the separated first electromagnetic wave at a first frequency, and The second electromagnetic wave separated in a direction different from the first electromagnetic wave is detected at a second frequency lower than the first frequency, and the amplification factor of the detection signal is changed according to the detection result of the first detection unit. And a second detection unit that enables the second detection unit.
  • the information acquisition system includes an electromagnetic wave detection device and a control unit that acquires information about the surroundings based on the detection results of the electromagnetic waves by the first detection unit and the second detection unit.
  • the solving means of the present disclosure can be realized not only as the above-described devices and systems but also as an aspect including them, and as a method, a program, and a storage medium recording the program substantially corresponding thereto. It should be understood that the above can also be realized, and these are included in the scope of the present disclosure.
  • the electromagnetic wave detection device is configured to detect an electromagnetic wave with a plurality of detection units.
  • the electromagnetic wave detection device has an optical system as a separation unit that separates an incident electromagnetic wave and advances it to each detection unit.
  • This optical system is configured to separate, from the incident electromagnetic waves, the electromagnetic waves in the wavelength band assigned to each detection unit toward each detection unit.
  • At least a part of the detection units is, for example, a semiconductor device having an amplification function by applying an electric field gradient to a silicon semiconductor. When such a semiconductor element amplifies a detection signal resulting from the detection of an electromagnetic wave, it also increases noise according to the amplification factor or the electromagnetic wave intensity.
  • the electromagnetic wave detection device of the present embodiment sets an optimum amplification factor according to the electromagnetic wave intensity for at least one of the plurality of detection units having an amplification function, so that a good S / N ratio can be obtained. Enables detection of electromagnetic waves.
  • the information acquisition system 11 including the electromagnetic wave detection device 10 includes an electromagnetic wave detection device 10, a radiation unit 12, a scanning unit 13, and a control unit 14.
  • each functional block shows the flow of control signals or information to be communicated.
  • the communication indicated by the broken line may be wired communication or wireless communication.
  • the solid line protruding from each functional block indicates a beam-shaped electromagnetic wave.
  • the electromagnetic wave detection device 10 includes a front optical system 15, a separation unit 16, a detection unit 17, a traveling unit 18, a rear optical system 19, and a detection unit 20.
  • the detection units 17 and 20 correspond to the “first detection unit” and the “second detection unit”, respectively.
  • the pre-stage optical system 15 includes, for example, at least one of a lens and a mirror, and forms an image of the target ob as a subject.
  • the separation unit 16 is provided between the pre-stage optical system 15 and a primary image forming position which is an image forming position of the pre-stage optical system 15 for an image of the object ob which is separated from the pre-stage optical system 15 by a predetermined distance. ..
  • the separating unit 16 separates the electromagnetic waves incident along the direction d0 so as to travel in the directions d1 and d2.
  • the incident direction d0 may be parallel to the optical axis of the pre-stage optical system 15, for example.
  • the separating unit 16 may cause a part of the electromagnetic wave traveling along the incident direction d0 to travel in the direction d1 and another part of the electromagnetic wave to travel in the direction d2.
  • Some of the electromagnetic waves traveling in the direction d1 may be electromagnetic waves having a specific wavelength among the electromagnetic waves traveling in the direction d0, and the electromagnetic waves traveling in the direction d2 may be electromagnetic waves having other wavelengths.
  • the separating unit 16 may specifically cause the electromagnetic wave in the visible light band to travel in the direction d1 and the electromagnetic wave in the infrared band to travel in the direction d2. On the contrary, the separating unit 16 may cause the electromagnetic wave in the infrared band to travel in the direction d1 and the electromagnetic wave in the visible light band to travel in the direction d2. Further, the separating unit 16 may cause the electromagnetic waves of long wavelength to travel in the direction d1 and the electromagnetic waves of short wavelength to travel in the direction d2. On the contrary, the separating unit 16 may cause the electromagnetic waves of long wavelength to travel in the direction d1 and the electromagnetic waves of short wavelength to travel in the direction d2.
  • the separating unit 16 reflects a part of the electromagnetic wave traveling in the direction d0 in the direction d1 and transmits another part of the electromagnetic wave in the direction d2.
  • the separating unit 16 may transmit a part of the electromagnetic wave traveling in the direction d0 in the direction d1 and another part of the electromagnetic wave in the direction d2. Further, the separating unit 16 may refract a part of the electromagnetic wave traveling in the direction d0 in the direction d1 and refract another part of the electromagnetic wave in the direction d2.
  • the separating unit 16 includes, for example, any one of a visible light reflective coating deposited on a prism, a half mirror, a beam splitter, a dichroic mirror, a cold mirror, a hot mirror, a metasurface, and a deflecting element.
  • the detecting unit 17 is provided on the path of the electromagnetic wave traveling from the separating unit 16 in the direction d1. Further, the detection unit 17 is provided at an image forming position of the image of the object ob separated from the former optical system 15 at a predetermined distance from the separating unit 16 in the direction d1 by the former optical system 15 or in the vicinity of the image forming position. Be done. The detection unit 17 detects an electromagnetic wave traveling from the separation unit 16 in the direction d1 (or generates a signal indicating an object existing in the arrival direction of the electromagnetic wave).
  • the detection unit 17 is, for example, a passive sensor, and more specifically includes an element array.
  • the detection unit 17 includes, for example, an image sensor such as an image sensor or an imaging array, captures an image of an electromagnetic wave formed on the detection surface, and generates image information corresponding to the captured object ob.
  • the detection unit 17 more specifically captures an image of visible light.
  • the detection unit 17 transmits the generated image information to the control unit 14 as an image signal.
  • the image signal is generated for each frame, for example.
  • Each frame is composed of pixel signals arranged two-dimensionally. For example, one frame includes hundreds to tens of thousands of pixels in one column and hundreds to tens of thousands of pixels in one row. For example, the number of pixels in one frame is 1920 ⁇ 1080.
  • the detection unit 17 generates, for example, an image signal of one frame every 0.01 seconds to 0.04 seconds and transmits the image signal to the control unit 14.
  • the detection unit 17 may capture an image other than visible light, such as an image of infrared rays, ultraviolet rays, and radio waves, and generate respective image information. Further, the detection unit 17 may include a distance measuring sensor. With this configuration, the electromagnetic wave detection device 10 can acquire image-like distance information by the detection unit 17. Further, the detection unit 17 may include a thermosensor or the like. With this configuration, the electromagnetic wave detection device 10 can acquire image-like temperature information by the detection unit 17.
  • the traveling unit 18 is provided on the path of the electromagnetic wave traveling from the separating unit 16 in the direction d2. Further, the advancing unit 18 places the image of the object ob, which is separated from the pre-stage optical system 15 by a predetermined distance, at the primary imaging position of the pre-stage optical system 15 in the direction d2 from the separating unit 16 or in the vicinity of the primary imaging position. , Provided.
  • the advancing unit 18 is provided at the image forming position.
  • the advancing unit 18 has a reference surface ss on which the electromagnetic waves that have passed through the pre-stage optical system 15 and the separating unit 16 are incident.
  • the reference plane ss is composed of a plurality of pixels px arranged two-dimensionally.
  • the reference surface ss causes the electromagnetic waves to undergo actions such as reflection and transmission.
  • the traveling unit 18 causes the electromagnetic wave traveling in the direction d2 and entering the reference surface ss to travel in another direction d3.
  • the traveling unit 18 has a reflecting surface that reflects an electromagnetic wave for each pixel px.
  • the advancing unit 18 changes the direction of the reflection surface for each pixel px so that the traveling direction of the electromagnetic wave that travels in the direction d2 and enters the reference surface ss is changed to the direction d3 or another direction for each pixel px. It is possible to switch.
  • the advancing unit 18 includes, for example, a DMD (Digital Micro mirror Device).
  • the DMD can switch the reflection surface for each pixel px to any one of, for example, + 12 ° and 12 ° with respect to the reference surface ss by driving a minute reflection surface forming the reference surface ss. is there.
  • the reference surface ss is parallel to the plate surface of the substrate on which the minute reflecting surface of the DMD is placed.
  • the advancing unit 18 switches the advancing direction of the electromagnetic wave incident on the reference surface ss for each pixel px based on the control of the control unit 14 described later.
  • the rear optical system 19 is provided in the direction d3 from the traveling unit 18.
  • the rear optical system 19 includes, for example, at least one of a lens and a mirror.
  • the post-stage optical system 19 forms an image of the object ob corresponding to the electromagnetic wave whose traveling direction is switched in the traveling unit 18.
  • the detection unit 20 is provided on the path of an electromagnetic wave that travels in the direction d3 by the travel unit 18 and then travels via the post-stage optical system 19.
  • the detection unit 20 detects the electromagnetic wave that has passed through the post-stage optical system 19 (or generates a signal indicating an object existing in the arrival direction of the electromagnetic wave).
  • the detection unit 20 is an active sensor that detects a reflected wave of the electromagnetic wave radiated from the radiation unit 12 toward the target ob.
  • the detection unit 20 detects a reflected wave from the target ob of an electromagnetic wave emitted toward the target ob by being emitted from the emission unit 12 and reflected by the scanning unit 13.
  • the electromagnetic wave radiated from the radiation unit 12 is at least one of infrared rays, visible light rays, ultraviolet rays, and radio waves, and the detection unit 20 detects an electromagnetic wave of a different type or the same type as the detection unit 17.
  • the detection unit 20 may be a sensor that is different from or the same as the detection unit 17.
  • the detection unit 20 is, for example, a semiconductor element having an amplification function by applying an electric field gradient to a silicon semiconductor.
  • semiconductor elements include elements constituting a distance measuring sensor, for example, APD (Avalanche PhotoDiode), MPPC (Multi-Pixel Photon Counter), SPAD (Single Photon Avalanche Diode), and distance measuring image sensor.
  • the detection unit 20 may include an element array such as an APD array, a PD array, a ranging imaging array, and a ranging image sensor.
  • the detection unit 20 transmits an amplified detection signal indicating that the reflected wave from the subject has been detected to the control unit 14.
  • the detection unit 20 transmits the amplified detection signal to the control unit 14 as an image signal in frame units or as a signal in another form, for example, every 0.1 seconds.
  • the detection unit 20 generates a pixel signal on a frame-by-frame basis, for example, one frame consists of 1 to several hundreds of pixels in one column and 1 to several hundreds of pixels in one row. More specifically, the detection unit 20 detects an electromagnetic wave in the infrared band.
  • the detection unit 20 is only required to be able to detect an electromagnetic wave in the configuration which is a single element that constitutes the distance measuring sensor described above, and the electromagnetic wave does not have to form an image on the detection surface. Therefore, the detection unit 20 does not have to be provided at the secondary image forming position which is the image forming position of the post-stage optical system 19. That is, in the detection unit 20, at a position where electromagnetic waves from all angles of view can be incident on the detection surface, the path of the electromagnetic waves that travels in the direction d3 by the traveling unit 18 and then travels via the rear optical system 19. It may be placed anywhere above.
  • the radiating unit 12 radiates at least one of infrared rays, visible rays, ultraviolet rays, and radio waves. In the present embodiment, the radiation unit 12 emits infrared rays. The radiating unit 12 radiates the radiated electromagnetic wave toward the target ob, directly or indirectly via the scanning unit 13. In the present embodiment, the radiation unit 12 indirectly radiates the radiated electromagnetic wave toward the target ob through the scanning unit 13.
  • the radiating part 12 radiates a beam-shaped electromagnetic wave having a narrow width, for example, 0.5 °.
  • the radiation unit 12 can radiate electromagnetic waves in a pulse shape.
  • the radiation unit 12 includes an LED (Light Emitting Diode), an LD (Laser Diode), and the like.
  • the radiating unit 12 switches between radiating and stopping the electromagnetic wave under the control of the control unit 14.
  • the scanning unit 13 has, for example, a reflection surface that reflects an electromagnetic wave, and reflects the electromagnetic wave emitted from the emission unit 12 while changing the direction of the reflection surface, so that the emission position of the electromagnetic wave with which the target ob is irradiated. To change. That is, the scanning unit 13 scans the target ob using the electromagnetic waves emitted from the emitting unit 12. Therefore, in the present embodiment, the detection unit 20 cooperates with the scanning unit 13 to form a scanning distance measuring sensor. The scanning unit 13 scans the target ob in the one-dimensional direction or the two-dimensional direction. In the present embodiment, the scanning unit 13 scans the target ob in the two-dimensional direction.
  • the scanning unit 13 is configured such that at least a part of the irradiation area of the electromagnetic wave emitted and reflected by the emission unit 12 is included in the electromagnetic wave detection range of the electromagnetic wave detection device 10. Therefore, at least a part of the electromagnetic wave with which the target ob is irradiated via the scanning unit 13 can be detected by the electromagnetic wave detection device 10.
  • the scanning unit 13 is configured such that at least a part of the radiation region of the electromagnetic waves emitted from the radiation unit 12 and reflected by the scanning unit 13 is included in the detection range of the detection unit 20. .. Therefore, in the present embodiment, at least a part of the electromagnetic waves emitted to the target ob via the scanning unit 13 can be detected by the detection unit 20.
  • the scanning unit 13 includes, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror, a polygon mirror, and a galvano mirror.
  • the scanning unit 13 includes a MEMS mirror.
  • the scanning unit 13 changes the direction in which electromagnetic waves are reflected under the control of the control unit 14 described later.
  • the scanning unit 13 may have an angle sensor such as an encoder, and may notify the control unit 14 of the angle detected by the angle sensor as the direction information that reflects electromagnetic waves.
  • the control unit 14 can calculate the radiation position based on the direction information acquired from the scanning unit 13. Further, the control unit 14 can calculate the radiation position based on the drive signal input to the scanning unit 13 to change the direction in which the electromagnetic wave is reflected.
  • the control unit 14 includes one or more processors and memories.
  • the processor may include at least one of a general-purpose processor that loads a specific program and executes a specific function, and a dedicated processor that is specialized for a specific process.
  • the dedicated processor may include an application-specific IC (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 14 may include at least one of SoC (System-on-a-Chip) and SiP (System In a Package) in which one or more processors cooperate.
  • the control unit 14 acquires information about the surroundings of the electromagnetic wave detection device 10 based on the detection signals transmitted from the detection unit 17 and the detection unit 20, respectively.
  • the information about the surroundings is, for example, image information, distance information, temperature information, and the like.
  • the control unit 14 acquires the electromagnetic waves detected by the detection unit 17 as an image as image information, as described above. Further, the control unit 14 acquires the distance information of the irradiation position irradiated to the radiation unit 12 based on the detection information detected by the detection unit 20, for example, by the ToF (Time-of-Flight) method.
  • ToF Time-of-Flight
  • the control unit 14 causes the radiation unit 12 to emit pulsed electromagnetic waves by inputting an electromagnetic radiation signal to the radiation unit 12.
  • the radiating unit 12 radiates an electromagnetic wave based on the inputted electromagnetic wave radiation signal.
  • the electromagnetic wave emitted by the emitting section 12 and reflected by the scanning section 13 and emitted to an arbitrary emitting area is reflected in the emitting area.
  • the detection unit 20 switches the direction of at least some of the pixels px in the image formation region in the traveling unit 18 of the reflected wave of the radiation region and detects the reflected electromagnetic wave, it notifies the control unit 14 of a detection signal. To do.
  • the control unit 14 has, for example, a time measurement LSI (Large Scale Integrated circuit), and measures the elapsed time from when the radiation unit 12 emits an electromagnetic wave to when a detection signal is obtained.
  • the control unit 14 calculates the distance to the emission position by multiplying the elapsed time by the speed of light and dividing by 2.
  • the control unit 14 calculates the radiation position based on the direction information acquired from the scanning unit 13 or the drive signal output to the scanning unit 13 by itself, as described above.
  • the control unit 14 creates image-like distance information by calculating the distance to each radiation position while changing the radiation position.
  • control unit 14 controls the amplification factor of the detection signal of the detection unit 20 based on the detection signal of the detection unit 17. Details will be described later.
  • the information acquisition system 11 is not limited to a configuration in which distance information is generated by Direct ToF that directly measures the time until the laser beam is returned and is returned.
  • the information acquisition system 11 radiates an electromagnetic wave at a fixed cycle and radiates the electromagnetic wave.
  • Distance information may be created by Flash ToF, which indirectly measures the time until it returns from the phase difference between the returned electromagnetic wave and the returned electromagnetic wave.
  • the information acquisition system 11 may create the distance information by another ToF method, for example, Phased ToF.
  • the detection unit 20 has an amplification function of amplifying a detection signal by applying an electric field gradient.
  • the amplification factor of such an amplification function increases according to the strength of the electric field.
  • shot noise is added in the amplification process. Therefore, when the electric field is strengthened and the amplification factor is increased, the gain of the detection signal also increases, but the noise also increases, and therefore the S / N ratio is not necessarily improved.
  • the shot noise increases in accordance with the intensity of the electromagnetic wave input to the detection unit 20 (that is, the input current corresponding to the intensity of the electromagnetic wave).
  • the detection unit 20 has an APD, the APD has thermal noise due to temperature. Then, unlike shot noise, thermal noise does not depend on the amplification factor and the input current.
  • the detection unit 20 has combined noise that is a combination of shot noise caused by amplification of the detection signal and thermal noise derived from the APD.
  • Fig. 3 shows the amplification factor dependence of synthetic noise.
  • the horizontal axis represents the amplification factor and the vertical axis represents the intensity of the output signal.
  • the shot noise sN has an exponentially increased intensity when mixed with the output signal as the amplification factor increases.
  • the thermal noise hN is constant regardless of the amplification factor.
  • the magnitude of the combined noise mN which is a combination of the shot noise sN and the thermal noise hN, depends substantially on the amplification factor.
  • the magnitude of the deviation between the input current I and the synthetic noise mN corresponds to the S / N ratio according to the amplification factor.
  • the S / N ratios SN_1, SN_2, and SN_3 corresponding to the increase of the amplification factor are shown.
  • the S / N ratio SN_2 at the amplification rate Op is larger than the others, which is the best S / N ratio.
  • the amplification factor is large or small, a good S / N ratio is not always obtained.
  • the amplification factor that gives the best S / N ratio at the input current is called the optimum amplification factor (Op).
  • Fig. 4 shows the input current dependence of synthetic noise.
  • the horizontal axis represents the amplification factor and the vertical axis represents the intensity of the output signal.
  • the input current I1 and the input current I2 smaller than the input current I1 are shown.
  • the synthetic noise mN2 at the input power I2 is equal to or smaller than the synthetic noise mN1 as compared with the synthetic noise mN1 at the input power I1. That is, the magnitude of the combined noise depends substantially on the magnitude of the input current.
  • the optimum S / N ratio SN_I1 is obtained for the combined noise mN1 when the optimum amplification factor Op1 is obtained.
  • the best S / N ratio SN_I2 is obtained for the combined noise mN2 when the optimum amplification factor Op2 is obtained.
  • the optimum gain Op2 at the input current I2 is larger than the optimum gain Op1 at the input current I1. That is, the optimum amplification factor differs depending on the input current, and when the input current increases, the optimum amplification factor tends to decrease.
  • the detection unit 20 in view of the fact that the detection unit 20 has a synthetic noise derived from the APD, the detection unit 20 is controlled so that the detection unit 20 amplifies the detection signal at the optimum amplification rate that differs depending on the input current. By doing so, it becomes possible to obtain a detection signal with a good S / N ratio.
  • the control unit 14 first acquires the detection signal of the detection unit 17.
  • the detection unit 17 detects electromagnetic waves at a higher frequency than the detection unit 20.
  • the detection unit 17 outputs a detection signal having an intensity according to the intensity of the electromagnetic wave to be detected.
  • the control unit 14 controls the amplification factor of the detection signal of the detection unit 20 based on the control signal of the detection unit 17.
  • the intensity of the detection signal of the detection unit 17 and the intensity of the detection signal of the detection unit 20 are equal or at least correlated.
  • the separation unit 16 is a dichroic mirror
  • electromagnetic waves (light) having the same conditions other than the wavelength are detected by the detection units 17 and 20, respectively. Therefore, it is possible to estimate the intensity of the electromagnetic wave detected by the detection unit 20, that is, the magnitude of the input current, based on the intensity of the detection signal of the detection unit 17.
  • the intensity of the electromagnetic wave detected by the detection unit 20 is estimated based on the intensity of the detection signal of the detection unit 17.
  • the wavelength band of the electromagnetic wave detected by the detection unit 17 and the electromagnetic wave detected by the detection unit 20 in the wavelength band of the electromagnetic wave detected by the detection unit 17 and the electromagnetic wave detected by the detection unit 20.
  • the difference between the wavelength bands of is 20,000 nm or less.
  • the difference between the wavelength bands may be the difference between the upper limit values, the lower limit values, the median values, the most sensitive wavelengths, or the most frequent wavelengths of the wavelength bands.
  • the control unit 14 sets, in the detection unit 20, the intensity of the electromagnetic wave detected by the detection unit 20, that is, the optimum amplification factor corresponding to the magnitude of the input current, based on the intensity of the detection signal of the detection unit 17. .. For example, when the detection signal of the detection unit 17 indicates that the intensity of the electromagnetic wave is relatively high, the optimum amplification factor is relatively low, and when the intensity of the electromagnetic wave is relatively low, the optimum amplification factor is relatively high. Set to 20. As a result, the detection unit 20 outputs a detection signal with a good S / N ratio.
  • the detection unit 17 is an image sensor that images the target ob
  • the detection unit 20 is a distance measurement sensor that measures the distance to the target ob.
  • the information acquisition system 11 captures an image of the target ob, measures the distance to the target ob, and acquires the captured image and the distance information.
  • the electromagnetic wave detection (imaging) cycle C17_n (n is an integer) of the detection unit 17 is schematically shown in the upper stage of FIG. 5, and the electromagnetic wave detection (distance measurement) cycle C20_n of the detection unit 20 is schematically shown in the lower stage. Be done.
  • the detection unit 17 captures an image of one frame at each cycle C17_n.
  • the detection unit 20 detects image-like distance information for each frame from the electromagnetic wave at each cycle C20_n.
  • the electromagnetic wave detection frequency (frame rate) of the detection unit 17 is higher than the electromagnetic wave detection frequency (frame rate) of the detection unit 20.
  • the control unit 14 first acquires the detection result of the detection unit 17 in the cycle C17_1, that is, the brightness information of the captured image (FIG. 6: step S10). Then, the control unit 14 derives the optimum amplification factor of the detection unit 20 based on the detection result of the detection unit 17 (FIG. 6: step S20).
  • the control unit 14 controls the intensity of electromagnetic waves incident on the detection units 17 and 20, the input current input to the APD according to the electromagnetic wave intensity in the detection unit 20, and the optimum amplification factor in the detection unit 20.
  • the amplification factor of the detection unit 20 is controlled based on the relationship. That is, as shown in FIG. 7A, the intensity of the output signal of the detection unit 17 (that is, the input current in the detection unit 20) increases according to the electromagnetic wave intensity. Further, as shown in FIG. 7B, the optimum amplification factor decreases according to the input current in the detection unit 20. Then, from FIGS. 7A and 7B, the relationship of the optimum amplification factor of the detection unit 20 that decreases according to the intensity of the output signal from the detection unit 17 as shown in FIG. It becomes possible to obtain.
  • the control unit 14 stores the relationship between the output signal from the detection unit 17 and the optimum amplification factor of the detection unit 20 shown in FIG. 7C in the internal memory in advance.
  • the control unit 14 sets the optimum amplification factors (Op1, Op2, Op3, ...) Of the detection unit 20 corresponding to the output signals (E1, E2, E3, ...) From the detection unit 17.
  • the associated table data is stored in the internal memory in advance.
  • the control unit 14 derives the optimum amplification factor of the detection unit 20 suitable for the electromagnetic wave intensity at that time based on the output signal from the detection unit 17 using the relational expression or the table, and the derived optimum amplification factor. Is set in the detection unit 20.
  • control unit 14 applies a voltage according to the optimum amplification factor to the APD of the detection unit 20.
  • the control unit 14 may send an instruction signal for applying a voltage according to the optimum amplification rate to the control circuit of the APD of the detection unit 20.
  • the output signal of the detection unit 20 is amplified at the optimum amplification factor, and a good S / N ratio can be obtained.
  • the control unit 14 sets the optimum amplification factor in the detection unit 20 in the cycle C20_1 of the detection unit 20 that comes after the cycle C17_1 (FIG. 6: step S30).
  • the time interval between the end of the cycle C17_1 and the start of the cycle C20_1 can be arbitrarily set according to the relationship between the processing speeds of the control unit 14 and the detection units 17 and 20.
  • the detection unit 20 of the detection unit 20 can be controlled according to the processing speed of the control unit 14 and the detection units 17 and 20.
  • the detection result of the detection unit 17 can be used at a timing suitable for controlling the amplification factor for each frame. Therefore, for example, rather than trying to set the optimum amplification factor based on the detection result of the detection unit 20 itself in the past cycle, by using the detection result of the detection unit 17 having a high frame rate, a more fresh detection result can be obtained. This enables highly immediate control.
  • the control unit 14 sets the optimum amplification factor in the detection unit 20 in the cycle C20_2 of the detection unit 20 based on the luminance information of the image captured by the detection unit 17 in the cycle C17_2. Further, the control unit 14 sets the optimum amplification factor in the detection unit 20 in the cycle C20_3 of the detection unit 20 based on the luminance information of the image captured by the detection unit 17 in the cycle C17_3.
  • the amplification factor may be controlled in each frame of the detection unit 20, or the amplification factor may be controlled in intermittent frames of the detection unit 20 depending on the processing speed of the control unit 14 and the detection units 17 and 20. You may control.
  • control unit 14 optimizes, for each pixel signal in one frame of the detection unit 17, the pixel signal in one frame of the detection unit 20 corresponding to the pixel signal based on the intensity of each pixel signal.
  • the amplification factor is set in the detection unit 20.
  • the detection unit 17 and the detection unit 20 detect electromagnetic waves arriving from the same direction, respectively. Obtained by
  • FIG. 9A and 9B show an example in which the detection unit 17 and the detection unit 20 detect frames of the same resolution.
  • the pixel signals included in one frame F17 of the detection unit 17 are schematically shown by squares, and the four levels of intensity of each pixel signal are schematically shown by the density of hatching.
  • FIG. 9B shows one frame F20 of the detection unit 20 corresponding to the frame F17 of FIG. 9A.
  • the pixel signals included in the frame F20 are schematically shown by squares, and the four-step optimum amplification factor of each pixel signal is schematically shown by the density of hatching.
  • the pixel signals Px1, Px2, Px3, and Px4 of the frames F17 and F20 are illustrated.
  • the control unit 14 sets the optimum amplification factor Op_4 of the corresponding pixel signal Px1 in the frame F20 of the detection unit 20 in the detection unit 20 based on the intensity Sg4 of the pixel signal Px1 included in the frame F17 of the detection unit 17, for example. To do. Similarly, the optimum amplification factor Op_3 of the corresponding pixel signal Px2 in the frame F20 is set in the detection unit 20 based on the intensity Sg3 of the pixel signal Px2 included in the frame F17. Further, the optimum amplification factor Op_2 of the corresponding pixel signal Px3 in the frame F20 is set in the detection unit 20 based on the intensity Sg2 of the pixel signal Px3 included in the frame F17.
  • the optimum amplification factor Op_1 of the corresponding pixel signal Px4 in the frame F20 is set in the detection unit 20.
  • the optimum amplification factor for each pixel signal it is possible to precisely control the amplification factor in the output signal of the detection unit 20 and obtain a good S / N ratio.
  • the control unit 14 derives the average of the intensity of the pixel signal group for each pixel signal group in one frame of the detection unit 17. Then, the optimum amplification factor corresponding to the average may be set for the pixel signal group in one frame of the corresponding detection unit 20.
  • the pixel signals of one frame F17 of the detection unit 17 or the one frame F20 of the detection unit 20 corresponding thereto are represented by the same expressions as in FIGS. 9A and 9B. Pixel signals are shown.
  • the control unit 14 may, for example, in the frame F17 of the detection unit 17 illustrated in FIG.
  • the average Sgav of Sg4, Sg3, Sg2, and Sg1 is derived.
  • the control unit 14 sets the optimum amplification rate Op_av corresponding to the average Sgav for the corresponding pixel signal groups Px1, Px2, Px3, and Px4.
  • the control unit 14 derives the average Av of all pixel signals included in the frame F17 as shown in FIG. 11A, and the optimum amplification factor Op_av corresponding to the average Av as the frame F20 as shown in FIG. 11B. It may be set to all pixel signals included in.
  • the control unit 14 divides the pixel signal included in one frame F17 of the detection unit 17 into regions Ar1 to Ar4 and derives the average of the pixel signal intensities for each region. Then, as shown in FIG. 12B, the control unit 14 may set the optimum amplification factors Op_av1 to Op_av4 corresponding to the average intensities Av1 to Av4 in the corresponding regions Ar1 to Ar3 of the frame F20.
  • the control unit 14 may set the optimum amplification factors Op_av1 to Op_av4 corresponding to the average intensities Av1 to Av4 in the corresponding regions Ar1 to Ar3 of the frame F20.
  • the number of areas into which the frame is divided is not limited to that shown here, and any number can be set.
  • the optimum amplification factor for each pixel signal group it is possible to reduce the load of the process of deriving the optimum amplification factor as compared with the case of setting the optimum amplification factor for each pixel signal.
  • the control unit 14 may acquire and amplify the detection signal for one frame of the detection unit 20 and set an optimum amplification factor for a part of the detection signal, or may control an arbitrary pixel px of the advancing unit 18 in advance. By doing so, the optimum amplification factor may be set when only part of the detection signals in one frame is acquired and amplified.
  • the control unit 14 can operate as follows. For example, when one pixel signal in one frame of the detection unit 17 corresponds to a plurality of pixel signals in one frame of the detection unit 20, the control unit 14 corresponds to the intensity of the pixel signal of the detection unit 17. The optimum amplification factor is set for a plurality of pixel signals of the corresponding detection unit 20. Further, when one pixel signal in one frame of the detection unit 20 corresponds to a plurality of pixel signals in one frame of the detection unit 17, the control unit 14 controls the intensity of the plurality of pixel signals of the detection unit 17.
  • the radiation unit 12, the scanning unit 13, and the control unit 14 configure the information acquisition system 11 together with the electromagnetic wave detection device 10, but the electromagnetic wave detection device 10 may include at least one of these.
  • the advancing unit 18 can switch the traveling direction of the electromagnetic wave incident on the reference surface ss to two directions, but may switch to three or more directions instead of switching to one of the two directions.
  • the information acquisition system 11 causes the scanning unit 13 to scan a beam-shaped electromagnetic wave emitted from the emission unit 12, and causes the detection unit 20 to cooperate with the scanning unit 13 to function as a scanning-type active sensor.
  • the information acquisition system 11 is not limited to such a configuration.
  • the information acquisition system 11 does not have the scanning unit 13 and emits a radial electromagnetic wave from the emission unit 12 to acquire information without scanning, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.
  • the information acquisition system 11 has a configuration in which the detection unit 17 is a passive sensor and the detection unit 20 is an active sensor.
  • the information acquisition system 11 is not limited to such a configuration.
  • the detection unit 17 and the detection unit 20 are active sensors or passive sensors, similar effects to those of the present embodiment can be obtained.
  • the emission units 12 that emit electromagnetic waves to the target ob may be different or the same.
  • the different radiating parts 12 may radiate different or same kinds of electromagnetic waves, respectively.
  • the advancing unit 18 of the present embodiment may be in a transmissive state in which an electromagnetic wave incident on the reference surface ss is transmitted and is advanced to the detecting unit 20.
  • the traveling unit 181 may further include a shutter having a reflection surface that reflects the electromagnetic wave for each pixel px in a direction different from the electromagnetic wave that is transmitted.
  • the transmission state and the reflection state can be switched for each pixel px by opening and closing the shutter for each pixel px under the control of the control unit 14.
  • an advancing unit including a MEMS shutter in which a plurality of shutters that can be opened and closed are arranged in an array is cited.
  • an advancing portion including a liquid crystal shutter capable of switching between a reflective state in which electromagnetic waves are reflected and a transmissive state in which electromagnetic waves are transmitted according to liquid crystal alignment is cited.
  • the transmissive state and the reflective state can be switched for each pixel px by switching the liquid crystal alignment for each pixel px.
  • Electromagnetic wave detection device 11 Information acquisition system 12 Radiator 13 Scanning unit 14 Control unit 15 Pre-stage optical system 16 Separation unit 17, 20 Detection unit 18 Progression unit 19 Rear stage optical system ob Target px Pixel ss Reference plane

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Abstract

電磁波検出装置１０は、入射する電磁波を複数の方向に分離して進行させる分離部１６と、分離された第１の電磁波を第１の頻度で検出する第１の検出部１７と、前記第１の電磁波と異なる方向へ分離された第２の電磁波を前記第１の頻度より低い第２の頻度で検出し、検出信号の増幅率を前記第１の検出部の検出結果に応じて変化させる第２の検出部２０と、を有する。

Description

電磁波検出装置及び情報取得システム 関連出願の相互参照
　本出願は、日本国特許出願２０１８－２０６４７８号（２０１８年１１月１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。
　近年、電磁波を検出する複数の検出器による検出結果から周囲に関する情報を得る装置が開発されている。例えば、赤外線カメラで撮像した画像中の物体の位置を、レーザレーダを用いて測定する装置が知られている。（特許文献１）。
特開２０１１－２２０７３２号公報
　第１の観点による電磁波検出装置は、入射する電磁波を複数の方向に分離して進行させる分離部と、分離された第１の電磁波を第１の頻度で検出する第１の検出部と、前記第１の電磁波と異なる方向へ分離された第２の電磁波を前記第１の頻度より低い第２の頻度で検出し、検出信号の増幅率を前記第１の検出部の検出結果に応じて変化させる第２の検出部と、を有する。
　また、第２の観点による情報取得システムは、電磁波検出装置と、第１の検出部及び第２の検出部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とを、有する。
　本開示の解決手段は、上述の装置及びシステムとしてだけではなく、これらを含む態様としても実現し得るものであり、また、これらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
一実施形態に係る電磁波検出装置含む情報取得システムの概略構成を示す構成図である。 電磁波検出装置の概略構成を示す構成図である。 検出部における合成ノイズの増幅率依存性を説明する図である。 検出部における合成ノイズの入力電流依存性を説明する図である。 本実施形態における検出部の検出頻度を説明する図である。 制御部の動作手順を説明するフローチャート図である。 電磁波強度と増幅率の関係を説明する図である。 電磁波強度と最適増幅率のテーブルの例を示す図である。 第１の検出部の検出結果に基づく第２の検出部の増幅率設定の例を示す図である。 第１の検出部の検出結果に基づく第２の検出部の増幅率設定の例を示す図である。 第１の検出部の検出結果に基づく第２の検出部の増幅率設定の例を示す図である。 第１の検出部の検出結果に基づく第２の検出部の増幅率設定の例を示す図である。 第１の検出部の検出結果に基づく第２の検出部の増幅率設定の例を示す図である。 第１の検出部の検出結果に基づく第２の検出部の増幅率設定の例を示す図である。 第１の検出部の検出結果に基づく第２の検出部の増幅率設定の例を示す図である。 第１の検出部の検出結果に基づく第２の検出部の増幅率設定の例を示す図である。 進行部の変形例を示す図である。
　以下、本開示における電磁波検出装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。電磁波検出装置は、複数の検出部により電磁波を検出するよう構成される。電磁波検出装置は、入射する電磁波を分離して各検出部へ進行させる、分離部としての光学系を有する。この光学系は、入射する電磁波の中から、各検出部に割当てられた波長帯域の電磁波をそれぞれの検出部へ向けて分離するように構成される。少なくとも一部の検出部は、例えば、シリコン半導体に電場勾配をかけることで増幅機能を持たせた半導体素子である。かかる半導体素子は、電磁波の検出に起因する検出信号を増幅する際、増幅率または電磁波強度に応じてノイズも増大させる。すると、増幅率または入力電流が大きいからといって、良好なＳ／Ｎ比を得られるとは限らない。そこで、本実施形態の電磁波検出装置は、複数の検出部のうち少なくとも増幅機能を有する一つに対し、電磁波強度に応じた最適な増幅率を設定することで、良好なＳ／Ｎ比での電磁波の検出を可能にする。
　図１に示すように、本実施形態に係る電磁波検出装置１０を含む情報取得システム１１は、電磁波検出装置１０、放射部１２、走査部１３、及び制御部１４を含んで構成される。
　以降の図において、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御信号または通信される情報の流れを示す。破線が示す通信は有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。また、各機能ブロックから突出する実線は、ビーム状の電磁波を示す。
　図２に示すように、電磁波検出装置１０は、前段光学系１５、分離部１６、検出部１７、進行部１８、後段光学系１９、及び検出部２０を有する。ここにおいて、検出部１７及び２０は、それぞれ、「第１の検出部」及び「第２の検出部」に対応する。
　前段光学系１５は、例えば、レンズ及びミラーの少なくとも一方を含み、被写体となる対象ｏｂの像を結像させる。
　分離部１６は、前段光学系１５と、前段光学系１５から所定の距離をおいて離れた対象ｏｂの像の、前段光学系１５による結像位置である一次結像位置との間に設けられる。
　分離部１６は、方向ｄ０に沿って入射する電磁波を分離して、方向ｄ１及び方向ｄ２に進行するように分離する。入射の方向ｄ０は、例えば、前段光学系１５の光軸に平行であってよい。分離部１６は、入射の方向ｄ０に沿って進行する電磁波の一部を方向ｄ１に進行させ、電磁波の別の一部を方向ｄ２に進行させてよい。方向ｄ１に進行させる一部の電磁波は、方向ｄ０に沿って進行する電磁波のうち特定の波長の電磁波であってよく、方向ｄ２に進行させる電磁波は他の波長の電磁波であってよい。
　例えば、分離部１６は、具体的には、可視光帯域の電磁波を方向ｄ１に進行させ、赤外帯域の電磁波を方向ｄ２に進行させてよい。反対に、分離部１６は、赤外帯域の電磁波を方向ｄ１に進行させ、可視光帯域の電磁波を方向ｄ２に進行させてよい。また、分離部１６は、長波長の電磁波を方向ｄ１に進行させ、短波長の電磁波を方向ｄ２に進行させてよい。反対に、分離部１６は、長波長の電磁波を方向ｄ１に進行させ、短波長の電磁波を方向ｄ２に進行させてよい。
　本実施形態では、分離部１６は、方向ｄ０に進行する電磁波の一部を方向ｄ１に反射し、電磁波の別の一部を方向ｄ２に透過する。分離部１６は、方向ｄ０に進行する電磁波の一部を方向ｄ１に透過し、電磁波の別の一部を方向ｄ２に透過してもよい。また、分離部１６は、方向ｄ０に進行する電磁波の一部を方向ｄ１に屈折させ、電磁波の別の一部を方向ｄ２に屈折させてもよい。分離部１６は、例えば、プリズムに蒸着された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、及び偏向素子のいずれかを含む。
　検出部１７は、分離部１６から方向ｄ１に進行する電磁波の経路上に、設けられる。さらに、検出部１７は、前段光学系１５から所定の距離をおいて離れた対象ｏｂの像の、分離部１６から方向ｄ１における前段光学系１５による結像位置または当該結像位置近傍に、設けられる。検出部１７は、分離部１６から方向ｄ１に進行した電磁波を検出（または、電磁波の到来方向に存在する物体を示す信号を生成）する。
　本実施形態において、検出部１７は、例えばパッシブセンサであり、さらに具体的には、素子アレイを含む。検出部１７は、例えば、イメージセンサまたはイメージングアレイなどの撮像素子を含み、検出面において結像した電磁波による像を撮像して、撮像した対象ｏｂに相当する画像情報を生成する。
　なお、本実施形態において、検出部１７は、さらに具体的には可視光の像を撮像する。検出部１７は、生成した画像情報を画像信号として制御部１４に送信する。画像信号は、例えば、フレームごとに生成される。各フレームは、二次元に配列された画素信号からなる。例えば、１フレームは、一列数百～数万個、一行数百～数万個の画素からなる。例えば、１フレームの画素数は、1920×1080である。検出部１７は、例えば、０．０１秒～０．０４秒ごとに１フレームの画像信号を生成して制御部１４に送信する。
　なお、検出部１７は、赤外線、紫外線、及び電波の像など、可視光以外の像を撮像して、それぞれの画像情報を生成してもよい。また、検出部１７は測距センサを含んでもよい。この構成において、電磁波検出装置１０は、検出部１７により画像状の距離情報を取得し得る。また、検出部１７はサーモセンサなどを含んでもよい。この構成において、電磁波検出装置１０は、検出部１７により画像状の温度情報を取得し得る。
　進行部１８は、分離部１６から方向ｄ２に進行する電磁波の経路上に設けられる。さらに、進行部１８は、前段光学系１５から所定の距離をおいて離れた対象ｏｂの像の、分離部１６から方向ｄ２における前段光学系１５による一次結像位置または当該一次結像位置近傍に、設けられる。
　本実施形態においては、進行部１８は、当該結像位置に設けられる。進行部１８は、前段光学系１５及び分離部１６を通過した電磁波が入射する基準面ｓｓを有する。基準面ｓｓは、二次元状に配置される複数の画素ｐｘによって構成される。基準面ｓｓは、電磁波に、例えば、反射及び透過などの作用を生じさせる。
　進行部１８は、方向ｄ２に進行して基準面ｓｓに入射する電磁波を、別の方向ｄ３に進行させる。進行部１８は、画素ｐｘ毎に電磁波を反射する反射面を有する。進行部１８は、画素ｐｘ毎の反射面の向きを変更することにより、方向ｄ２に進行して基準面ｓｓに入射する電磁波の進行方向を、画素ｐｘ毎に、方向ｄ３またはさらに別の方向に切り替えることが可能となる。
　本実施形態において、進行部１８は、例えばＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏ　ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ：デジタルマイクロミラーデバイス）を含む。ＤＭＤは、基準面ｓｓを構成する微小な反射面を駆動することにより、画素ｐｘ毎に当該反射面を基準面ｓｓに対して、例えば＋１２°及び１２°のいずれかの傾斜状態に切替え可能である。なお、基準面ｓｓは、ＤＭＤにおける微小な反射面を載置する基板の板面に平行である。
　進行部１８は、後述する制御部１４の制御に基づいて、基準面ｓｓに入射する電磁波の進行方向を、画素ｐｘ毎に切り替える。
　後段光学系１９は、進行部１８から方向ｄ３に設けられる。後段光学系１９は、例えば、レンズ及びミラーの少なくとも一方を含む。後段光学系１９は、進行部１８において進行方向を切替えられた電磁波に対応する対象ｏｂの像を結像させる。
　検出部２０は、進行部１８によって方向ｄ３に進行した後に後段光学系１９を経由して進行する電磁波の経路上に設けられる。検出部２０は、後段光学系１９を経由した電磁波を検出（または、電磁波の到来方向に存在する物体を示す信号を生成）する。
　本実施形態において、検出部２０は、放射部１２から対象ｏｂに向けて放射された電磁波の当該対象ｏｂからの反射波を検出するアクティブセンサである。検出部２０は、放射部１２から放射され且つ走査部１３により反射されることにより対象ｏｂに向けて放射された電磁波の当該対象ｏｂからの反射波を検出する。放射部１２から放射される電磁波は赤外線、可視光線、紫外線、及び電波の少なくともいずれかであり、検出部２０は、検出部１７とは異種または同種の電磁波を検出する。
　本実施形態において、検出部２０は、検出部１７と異種または同種のセンサであってよい。検出部２０は、例えば、シリコン半導体に電場勾配をかけることで増幅機能を持たせた半導体素子である。かかる半導体素子は、測距センサを構成する素子、例えば、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ　ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）、ＭＰＰＣ（Ｍｕｌｔｉ－Ｐｉｘｅｌ　Ｐｈｏｔｏｎ　Ｃｏｕｎｔｅｒ）、ＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｈｏｔｏｎ　Ａｖａｌａｎｃｈｅ　Ｄｉｏｄｅ）、及び測距イメージセンサなどの素子を含む。また、検出部２０は、ＡＰＤアレイ、ＰＤアレイ、測距イメージングアレイ、及び測距イメージセンサなどの素子アレイを含むものであってもよい。
　本実施形態において、検出部２０は、被写体からの反射波を検出したことを示す、増幅された検出信号を制御部１４に送信する。検出部２０は、例えば、０．１秒ごとに、フレーム単位の画像信号として、または他の形態の信号として、増幅された検出信号を制御部１４に送信する。検出部２０がフレーム単位の画素信号を生成する場合、例えば、１フレームは、一列１～数百個、一行１～数百個の画素からなる。検出部２０は、さらに具体的には、赤外線の帯域の電磁波を検出する。
　なお、検出部２０は、上述した測距センサを構成する単一の素子である構成において、電磁波を検出できればよく、検出面において電磁波が結像しなくてもよい。それゆえ、検出部２０は、後段光学系１９による結像位置である二次結像位置に設けられなくてもよい。すなわち、検出部２０は、すべての画角からの電磁波が検出面上に入射可能な位置であれば、進行部１８により方向ｄ３に進行した後に後段光学系１９を経由して進行する電磁波の経路上のどこに配置されてもよい。
　ここで図１を参照し、電磁波検出装置１０を含む情報取得システム１１の、電磁波検出装置１０以外の各部の構成及び動作について説明する。放射部１２は、赤外線、可視光線、紫外線、及び電波の少なくともいずれかを放射する。本実施形態において、放射部１２は、赤外線を放射する。放射部１２は、放射する電磁波を、対象ｏｂに向けて、直接または走査部１３を介して間接的に、放射する。本実施形態においては、放射部１２は、放射する電磁波を、対象ｏｂに向けて、走査部１３を介して間接的に放射する。
　放射部１２は、幅の細い、例えば０．５°のビーム状の電磁波を放射する。また、本実施形態において、放射部１２は電磁波をパルス状に放射可能である。例えば、放射部１２は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）及びＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）などを含む。放射部１２は、制御部１４の制御に基づいて、電磁波の放射及び停止を切り替える。
　走査部１３は、例えば、電磁波を反射する反射面を有し、放射部１２から放射された電磁波を、反射面の向きを変更しながら反射することにより、対象ｏｂに照射される電磁波の放射位置を変更する。すなわち、走査部１３は、放射部１２から放射される電磁波を用いて、対象ｏｂを走査する。よって、本実施形態において、検出部２０は、走査部１３と協働して、走査型の測距センサを構成する。なお、走査部１３は、一次元方向または二次元方向に対象ｏｂを走査する。本実施形態においては、走査部１３は、二次元方向に対象ｏｂを走査する。
　走査部１３は、放射部１２から放射されて反射した電磁波の照射領域の少なくとも一部が、電磁波検出装置１０における電磁波の検出範囲に含まれるように、構成される。よって、走査部１３を介して対象ｏｂに照射される電磁波の少なくとも一部は、電磁波検出装置１０において検出され得る。
　なお、本実施形態において、走査部１３は、放射部１２から放射され且つ走査部１３に反射した電磁波の放射領域の少なくとも一部が、検出部２０における検出範囲に含まれるように、構成される。よって、本実施形態において、走査部１３を介して対象ｏｂに放射される電磁波の少なくとも一部は、検出部２０により検出され得る。
　走査部１３は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー、ポリゴンミラー、及びガルバノミラーなどを含む。本実施形態においては、走査部１３は、ＭＥＭＳミラーを含む。
　走査部１３は、後述する制御部１４の制御に基づいて、電磁波を反射する向きを変える。また、走査部１３は、例えばエンコーダなどの角度センサを有してもよく、角度センサが検出する角度を、電磁波を反射する方向情報として、制御部１４に通知してもよい。このような構成において、制御部１４は、走査部１３から取得する方向情報に基づいて、放射位置を算出し得る。また、制御部１４は、走査部１３に電磁波を反射する向きを変えさせるために入力する駆動信号に基づいて放射位置を算出し得る。
　制御部１４は、１以上のプロセッサ及びメモリを含む。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、及び特定の処理に特化した専用のプロセッサの少なくともいずれかを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ）を含んでよい。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）を含んでよい。制御部１４は、１つまたは複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）、及びＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ　Ｉｎ　ａ　Ｐａｃｋａｇｅ）の少なくともいずれかを含んでもよい。
　制御部１４は、検出部１７及び検出部２０からそれぞれ送信される検出信号に基づいて、電磁波検出装置１０の周囲に関する情報を取得する。周囲に関する情報は、例えば画像情報、距離情報、及び温度情報等である。本実施形態において、制御部１４は、前述のように、検出部１７が画像として検出した電磁波を画像情報として取得する。また、制御部１４は、検出部２０が検出する検出情報に基づいて、例えば、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）方式により、放射部１２に照射される照射位置の距離情報を取得する。
　制御部１４は、放射部１２に電磁波放射信号を入力することにより、放射部１２にパルス状の電磁波を放射させる。放射部１２は、入力された当該電磁波放射信号に基づいて電磁波を放射する。放射部１２が放射し且つ走査部１３が反射して任意の放射領域に放射された電磁波は、当該放射領域において反射する。検出部２０は、当該放射領域の反射波の進行部１８における結像領域の中の少なくとも一部の画素ｐｘの向きを切り替え、反射された電磁波を検出するとき、検出信号を制御部１４に通知する。制御部１４は、例えば、時間計測ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）を有しており、放射部１２に電磁波を放射させてから検出信号を取得するまでの経過時間を計測する。制御部１４は、当該経過時間に、光速を乗算し、且つ２で除算することにより、放射位置までの距離を算出する。なお、制御部１４は、上述のように、走査部１３から取得する方向情報、または自身が走査部１３に出力する駆動信号に基づいて、放射位置を算出する。制御部１４は、放射位置を変えながら、各放射位置までの距離を算出することにより、画像状の距離情報を作成する。
　さらに、本実施形態において、制御部１４は、検出部１７の検出信号に基づいて検出部２０の検出信号の増幅率を制御する。詳細は後述する。
　なお、情報取得システム１１は、レーザ光を放射して、返ってくるまでの時間を直接測定するＤｉｒｅｃｔ　ＴｏＦにより距離情報を作成する構成に限られず、例えば、電磁波を一定の周期で放射し、放射された電磁波と返ってきた電磁波との位相差から、返ってくるまでの時間を間接的に測定するＦｌａｓｈ　ＴｏＦにより距離情報を作成してもよい。また、情報取得システム１１は、他のＴｏＦ方式、例えば、Ｐｈａｓｅｄ　ＴｏＦにより距離情報を作成してもよい。
　本実施形態において、検出部２０は、電場勾配をかけることで検出信号を増幅する増幅機能を有する。かかる増幅機能の増幅率は、電場の強さに応じて増大する。しかし、増幅率を増大すべく電場を強くすると、増幅過程においてショットノイズが加わる。よって、電場を強くして増幅率を大きくすると、検出信号の利得も増大するが、それとともにノイズも大きくなるため、Ｓ／Ｎ比は必ずしも向上しない。また、かかるショットノイズは、検出部２０に入力される電磁波の強度（つまり電磁波の強度に応じた入力電流）に応じて増加する。さらに、検出部２０がＡＰＤを有する場合、ＡＰＤは温度に起因する熱雑音を有する。そして、熱雑音は、ショットノイズとは異なり、増幅率及び入力電流に依存しない。このように、検出部２０では、検出信号の増幅に伴うショットノイズと、ＡＰＤ由来の熱雑音とを合わせた合成ノイズを有する。
　図３には、合成ノイズの増幅率依存性が示される。図３は、横軸に増幅率、縦軸に出力信号の強度を示す。まず、入力電流Ｉにおいて、増幅率の増加に伴う出力信号強度の直線的な増加が示される。また、ショットノイズｓＮは、増幅率の増加に伴って出力信号に混入したときの強度が指数関数的に増加する。一方、熱雑音ｈＮは増幅率にかかわらず一定である。ここにおいて、ショットノイズｓＮと熱雑音ｈＮとを合わせた合成ノイズｍＮの大きさは、増幅率に概ね依存することが示される。
　また、図３に示すように、入力電流Ｉと合成ノイズｍＮとの乖離の大きさが、増幅率に応じたＳ／Ｎ比に対応する。ここでは、増幅率の増加に応じたＳ／Ｎ比ＳＮ＿１、ＳＮ＿２、ＳＮ＿３が示される。ここにおいて、増幅率ＯｐのときのＳ／Ｎ比ＳＮ＿２が他より大きく、最良のＳ／Ｎ比である。このように、増幅率が大きければ、または小さければ、良好なＳ／Ｎ比が得られるとは限らない。以下、入力電流において最良のＳ／Ｎ比が得られる増幅率を最適増幅率（Ｏｐ）という。
　図４には、合成ノイズの入力電流依存性が示される。図４は、横軸に増幅率、縦軸に出力信号の強度を示す。ここでは、入力電流Ｉ１及び入力電流Ｉ１より小さい入力電流Ｉ２が示される。ここにおいて、入力電力Ｉ１のときの合成ノイズｍＮ１と比較して、入力電力Ｉ２のときの合成ノイズｍＮ２は、合成ノイズｍＮ１と同等かそれより小さいことが示される。つまり、合成ノイズの大きさは、入力電流の大きさに概ね依存する。
　また、図４に示すように、入力電力Ｉ１のとき、合成ノイズｍＮ１に対し、最適増幅率Ｏｐ１のとき最良のＳ／Ｎ比ＳＮ＿Ｉ１が得られる。一方、入力電力Ｉ２のとき、合成ノイズｍＮ２に対し、最適増幅率Ｏｐ２のとき最良のＳ／Ｎ比ＳＮ＿Ｉ２が得られる。ここにおいて、入力電流Ｉ１のときの最適増幅率Ｏｐ１より、入力電流Ｉ２のときの最適増幅率Ｏｐ２の方が大きいことが示される。つまり、最適増幅率は入力電流に応じて異なり、入力電流が大きくなると、最適増幅率は小さくなる傾向がある。
　本実施形態では、検出部２０がＡＰＤ由来の合成ノイズを有することに鑑み、入力電流に応じて異なる最適増幅率で検出部２０が検出信号を増幅するように検出部２０を制御する。そうすることで、良好なＳ／Ｎ比の検出信号を得ることが可能となる。
　具体的には、制御部１４は、まず、検出部１７の検出信号を取得する。検出部１７は、検出部２０より高い頻度で電磁波を検出する。そして、検出部１７は、検出する電磁波の強度に応じた強度の検出信号を出力する。次いで検出部２０が電磁波を検出するときに、制御部１４は、検出部１７の制御信号に基づいて検出部２０の検出信号の増幅率を制御する。ここにおいて、検出部１７と検出部２０は同じ電磁波から分離された電磁波をそれぞれ検出するので、検出部１７の検出信号の強度と検出部２０の検出信号の強度は同等か、少なくとも相関する。たとえば、分離部１６がダイクロックミラーである場合、波長以外の条件が同じ電磁波（光）がそれぞれ検出部１７及び２０で検出される。よって、検出部１７の検出信号の強度に基づいて、検出部２０が検出する電磁波の強度、すなわち入力電流の大きさを推定することが可能となる。例えば、検出部１７の検出信号の強度に基づいて検出部２０が検出する電磁波の強度を推定する上で好適な例では、検出部１７が検出する電磁波の波長帯域と検出部２０が検出する電磁波の波長帯域の差が２００００ｎｍ以下である。ここで、波長帯域の差は、波長帯域の上限値同士、下限値同士、中央値同士、最高感度波長同士、または最頻発波長同士の差であってよい。
　このことから、制御部１４は、検出部１７の検出信号の強度に基づいて、検出部２０が検出する電磁波の強度、すなわち入力電流の大きさに対応する最適増幅率を検出部２０に設定する。例えば、検出部１７の検出信号が、電磁波の強度が比較的高いことを示すときには比較的低い最適増幅率が、電磁波の強度が比較的低いことを示すときには比較的高い最適増幅率が、検出部２０に設定される。これにより、検出部２０から良好なＳ／Ｎ比の検出信号が出力される。
＜実施例＞
　図５～図８を用いて、一実施例における制御部１４の動作を説明する。この実施例では、検出部１７は、対象ｏｂを撮像するイメージセンサであり、検出部２０は、対象ｏｂまでの距離を測定する測距センサである。例えば、情報取得システム１１は、対象ｏｂを撮像するとともに対象ｏｂまでの距離を測定し、撮像画像と距離情報とを取得する。
　図５の上段には、検出部１７の電磁波検出（撮像）周期Ｃ１７＿ｎ（ｎは整数）が模式的に示され、下段には検出部２０の電磁波検出（測距）周期Ｃ２０＿ｎが模式的に示される。検出部１７は、各周期Ｃ１７＿ｎで１フレームの画像の撮像を行う。一方、検出部２０は、各周期Ｃ２０＿ｎで電磁波から１フレームごとの画像状の距離情報を検出する。ここにおいて、検出部１７の電磁波検出頻度（フレームレート）は、検出部２０の電磁波検出頻度（フレームレート）より高いことが示される。
　制御部１４は、まず、検出部１７の周期Ｃ１７_１における検出結果、つまり撮像画像の輝度情報を取得する（図６：ステップＳ１０）。そして、制御部１４は、検出部１７の検出結果に基づいて、検出部２０の最適増幅率を導出する（図６：ステップＳ２０）。
　制御部１４は、図７に示されるような、検出部１７及び２０に入射する電磁波の強度、検出部２０において電磁波強度に応じてＡＰＤに入力される入力電流、及び検出部２０における最適増幅率の関係に基づいて、検出部２０の増幅率を制御する。すなわち、図７（Ａ）に示されるように、電磁波強度に応じて検出部１７の出力信号の強度（つまり検出部２０における入力電流）は増加する。また、図７（Ｂ）に示されるように、検出部２０における入力電流に応じて最適増幅率は減少する。そして、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）から、図７（Ｃ）に示されるような、検出部１７からの出力信号の強度に応じて減少する検出部２０の最適増幅率の関係を得ることが可能となる。
　具体的には、制御部１４は、図７（Ｃ）に示される検出部１７からの出力信号と検出部２０の最適増幅率との関係を、予め、内部メモリに記憶する。または、図８に示すように、制御部１４は、検出部１７からの出力信号（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、…）に対応する検出部２０の最適増幅率（Ｏｐ１、Ｏｐ２、Ｏｐ３、…）を対応付けたテーブルデータを予め内部メモリに記憶する。そして、制御部１４は、関係式またはテーブルを用いて、検出部１７からの出力信号に基づいて、そのときの電磁波強度に適した検出部２０の最適増幅率を導出し、導出した最適増幅率を検出部２０に設定する。例えば、制御部１４は、検出部２０のＡＰＤに最適増幅率に応じた電圧を印加する。または、制御部１４は、最適増幅率に応じた電圧を印加する指示信号を、検出部２０のＡＰＤの制御回路に送ってもよい。そうすることで、検出部２０の出力信号が最適増幅率で増幅され、良好なＳ／Ｎ比を得ることが可能となる。
　図５、図６に戻ると、制御部１４は、周期Ｃ１７＿１より後に到来する検出部２０の周期Ｃ２０＿１で、検出部２０に最適増幅率を設定する（図６：ステップＳ３０）。なお、周期Ｃ１７＿１の終期と周期Ｃ２０＿１の始期の間の時間間隔は、制御部１４、検出部１７、２０の処理速度の関係に応じて、任意に設定することが可能となる。フレームレートの高い検出部１７での検出結果を用いてフレームレートの低い検出部２０の増幅率を制御することで、制御部１４、検出部１７、２０の処理速度に応じて、検出部２０の各フレームに対する増幅率制御に好適なタイミングで検出部１７の検出結果を用いることが可能となる。よって、たとえば、検出部２０自らの過去の周期における検出結果に基づいて最適増幅率を設定しようとするより、フレームレートの高い検出部１７の検出結果を用いることで、より新鮮な検出結果に基づいて即時性の高い制御が可能になる。
　以降、同様に、制御部１４は、検出部１７が周期Ｃ１７_２で撮像した画像の輝度情報に基づいて、検出部２０の周期Ｃ２０＿２で検出部２０に最適増幅率を設定する。また、制御部１４は、検出部１７が周期Ｃ１７_３で撮像した画像の輝度情報に基づいて、検出部２０の周期Ｃ２０＿３で検出部２０に最適増幅率を設定する。このように検出部２０の毎フレームで増幅率を制御してもよいし、または、制御部１４、検出部１７、２０の処理速度に応じて、検出部２０の間欠的なフレームで増幅率を制御してもよい。
　本実施例では、制御部１４は、検出部１７の１フレーム内の画素信号毎に、各画素信号の強度に基づいて、その画素信号に対応する検出部２０の１フレーム内の画素信号の最適増幅率を、検出部２０に設定する。ここで、検出部１７の１フレーム内の画素信号と、これに対応する検出部２０の１フレーム内の画素信号は、同じ方向から到来する電磁波を検出部１７と検出部２０がそれぞれ検出することによって得られる。
　図９Ａ、９Ｂは、検出部１７と検出部２０が同じ解像度のフレームを検出する例を示す。図９Ａには検出部１７の１フレームＦ１７に含まれる画素信号がマス目によって模式的に示され、各画素信号の４段階の強度がハッチングの密度により模式的に示される。また、図９Ｂには、図９ＡのフレームＦ１７に対応する検出部２０の１フレームＦ２０が示される。ここでは、フレームＦ２０に含まれる画素信号がマス目によって模式的に示され、各画素信号の４段階の最適増幅率がハッチングの密度によって模式的に示される。説明の便宜上、フレームＦ１７、Ｆ２０の画素信号Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｘ３及びＰｘ４についてのみ図示する。制御部１４は、例えば、検出部１７のフレームＦ１７に含まれる画素信号Ｐｘ１の強度Ｓｇ４に基づいて、検出部２０のフレームＦ２０における対応する画素信号Ｐｘ１の最適増幅率Ｏｐ＿４を、検出部２０に設定する。同様にして、フレームＦ１７に含まれる画素信号Ｐｘ２の強度Ｓｇ３に基づいて、フレームＦ２０における対応する画素信号Ｐｘ２の最適増幅率Ｏｐ＿３が、検出部２０に設定される。また、フレームＦ１７に含まれる画素信号Ｐｘ３の強度Ｓｇ２に基づいて、フレームＦ２０における対応する画素信号Ｐｘ３の最適増幅率Ｏｐ＿２が、検出部２０に設定される。そして、フレームＦ１７に含まれる画素信号Ｐｘ４の信号強度Ｓｇ１に基づいて、フレームＦ２０における対応する画素信号Ｐｘ４の最適増幅率Ｏｐ＿１が、検出部２０に設定される。このように、画素信号ごとに最適増幅率を設定することで、検出部２０の出力信号において精細な増幅率の制御ができ、良好なＳ／Ｎ比を得ることが可能となる。
＜変形例＞
　変形例では、制御部１４は、検出部１７の１フレーム内の画素信号群毎に、画素信号群の強度の平均を導出する。そして、その平均に対応する最適増幅率を、対応する検出部２０の１フレーム内の画素信号群に対し設定してもよい。図１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、及び１２Ｂには、それぞれ図９Ａ、９Ｂと同様の表現で、検出部１７の１フレームＦ１７の画素信号、またはこれに対応する検出部２０の１フレームＦ２０の画素信号が示される。
　制御部１４は、例えば、図１０Ａに示す検出部１７のフレームＦ１７で、画素信号Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｘ３、及びＰｘ４からなる画素信号群において、画素信号Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｘ３、及びＰｘ４のそれぞれの強度Ｓｇ４、Ｓｇ３、Ｓｇ２、Ｓｇ１の平均Ｓｇａｖを導出する。そして、制御部１４は、図１０Ｂに示す検出部２０のフレームＦ２０で、対応する画素信号群Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｘ３、及びＰｘ４に対し、平均Ｓｇａｖに対応する最適増幅率Ｏｐ＿ａｖを設定する。また、制御部１４は、例えば図１１Ａに示すように、フレームＦ１７に含まれる全画素信号の平均Ａｖを導出し、図１１Ｂに示すように、平均Ａｖに対応する最適増幅率Ｏｐ＿ａｖを、フレームＦ２０に含まれる全画素信号に設定してもよい。
　また、例えば、図１２Ａに示すように、制御部１４は、検出部１７の１フレームＦ１７に含まれる画素信号を領域Ａｒ１～Ａｒ４に分割し、領域毎に画素信号の強度の平均を導出する。そして、図１２Ｂに示すように、制御部１４は、平均強度Ａｖ１～Ａｖ４に対応する最適増幅率Ｏｐ＿ａｖ１～Ｏｐ＿ａｖ４を、フレームＦ２０の対応する領域Ａｒ１～Ａｒ３に設定してもよい。ここでは、１フレームを４つの領域に分割する例を示したが、フレームを分割する領域の数はここに示したものに限られず、任意の数とすることが可能である。このように、画素信号群ごとに最適増幅率を設定することで、画素信号毎に最適増幅率を設定する場合より、最適増幅率を導出する処理の負担を軽減することが可能となる。
　なお、制御部１４は、検出部２０の１フレーム分の検出信号を取得・増幅しながらその一部に対し最適増幅率を設定してもよいし、予め進行部１８の任意の画素ｐｘを制御することで１フレームのうち一部の検出信号のみを取得・増幅する際に最適増幅率を設定してもよい。
　さらに、検出部１７と検出部２０が異なる解像度のフレームを検出する場合には、制御部１４は次のように動作することが可能となる。例えば、検出部１７の１フレーム内の１つの画素信号に検出部２０の１フレーム内の複数の画素信号が対応する場合には、制御部１４は、検出部１７の画素信号の強度に対応する最適増幅率を、対応する検出部２０の複数の画素信号に対し設定する。また、検出部１７の１フレーム内の複数の画素信号に検出部２０の１フレーム内の１つの画素信号が対応する場合には、制御部１４は、検出部１７の複数の画素信号の強度の平均を求め、その平均に対応する最適増幅率を、対応する検出部２０の１つの画素信号に対し設定する。このようにして、検出部１７と検出部２０が異なる解像度のフレームを検出する場合であっても、検出部２０の出力信号が最適増幅率で増幅され、良好なＳ／Ｎ比を得ることが可能となる。
　本開示における実施形態を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。
　例えば、放射部１２、走査部１３、及び制御部１４が、電磁波検出装置１０とともに情報取得システム１１を構成するが、電磁波検出装置１０は、これらの少なくとも１つを含んで構成されてよい。
　また、進行部１８は、基準面ｓｓに入射する電磁波の進行方向を２方向に切替え可能であるが、２方向のいずれかへの切替えでなく、３以上の方向に切替可能であってよい。
　また、情報取得システム１１は、放射部１２から放射されるビーム状の電磁波を走査部１３に走査させることにより、検出部２０を走査部１３と協同させて走査型のアクティブセンサとして機能させる構成を有する。しかし、情報取得システム１１は、このような構成に限られない。例えば、放射状の電磁波を放射可能な複数の放射源を有する放射部１２において、放射時期をずらしながら各放射源から電磁波を放射させるフェイズドスキャン方式により、走査部１３を有することなく、走査型のアクティブセンサとして機能させる構成でも、本実施形態及と類似の効果が得られる。また、例えば、情報取得システム１１は、走査部１３を有さず、放射部１２から放射状の電磁波を放射させ、走査なしで情報を取得する構成でも、本実施形態と類似の効果が得られる。
　また、上述において、情報取得システム１１は、検出部１７がパッシブセンサであり、検出部２０がアクティブセンサである構成を有する。しかし、情報取得システム１１は、このような構成に限られない。例えば、情報取得システム１１において、検出部１７及び検出部２０が共にアクティブセンサである構成でも、パッシブセンサである構成でも本実施形態と類似の効果が得られる。検出部１７及び検出部２０が共にアクティブセンサである構成において、対象ｏｂに電磁波を放射する放射部１２は異なっていても、同一であってもよい。さらに、異なる放射部１２は、それぞれ異種または同種の電磁波を放射してよい。
　また、本実施形態の進行部１８は、図１３に示すように、基準面ｓｓに入射する電磁波を透過させて検出部２０へ進行させる透過状態であってもよい。進行部１８１は、さらに画素ｐｘ毎に電磁波を、透過させる電磁波とは異なる方向に反射する反射面を有するシャッタを含んでいてもよい。このような構成の進行部１８１においては、制御部１４による制御のもと、画素ｐｘ毎のシャッタを開閉することにより、透過状態と反射状態を画素ｐｘ毎に切替え得る。
　このような構成の進行部１８１として、例えば、開閉可能な複数のシャッタがアレイ状に配列されたＭＥＭＳシャッタを含む進行部が挙げられる。また、進行部１８１として、電磁波を反射する反射状態と電磁波を透過する透過状態とを液晶配向に応じて切替え可能な液晶シャッタを含む進行部が挙げられる。このような構成の進行部１８１においては、画素ｐｘ毎の液晶配向を切替えることにより、透過状態と反射状態を画素ｐｘ毎に切替え得る。
　１０　電磁波検出装置
　１１　情報取得システム
　１２　放射部
　１３　走査部
　１４　制御部
　１５　前段光学系
　１６　分離部
　１７、２０　検出部
　１８　進行部
　１９　後段光学系
　ｏｂ　対象
　ｐｘ　画素
　ｓｓ　基準面
 

Claims (31)

  1. 　入射する電磁波を複数の方向に分離して進行させる分離部と、
    　分離された第１の電磁波を第１の頻度で検出する第１の検出部と、
    　前記第１の電磁波と異なる方向へ分離された第２の電磁波を前記第１の頻度より低い第２の頻度で検出し、検出信号の増幅率を前記第１の検出部の検出結果に応じて変化させる第２の検出部と、
    を有する電磁波検出装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記第２の検出部は、前回第２の電磁波を検出した後に前記第１の検出部により検出された前記第１の電磁波の検出結果に応じて、前記増幅率を変化させる、
    電磁波検出装置。
  3. 　請求項１または２において、
    　前記第２の検出部は、検出信号の増幅率を前記第１の検出部の検出結果の一部に基づいて設定する、
    電磁波検出装置。
  4. 　請求項１乃至３のいずれかにおいて、
    　前記第２の検出部は、検出信号の増幅率を前記第１の検出部の検出結果の平均に基づいて設定する、
    電磁波検出装置。
  5. 　請求項１乃至４のいずれかにおいて、
    　前記第２の検出部の前記増幅率は、前記第１の検出部の検出結果に基づいて当該増幅率を決定する制御部により設定される、
    電磁波検出装置。
  6. 　請求項５において、
    　前記制御部は、前記第１の検出部にて出力される前記第１の電磁波の強度に応じた出力信号に基づき、前記第２の検出部の増幅率を設定する、
    電磁波検出装置。
  7. 　請求項１乃至６のいずれかにおいて、
    　前記第１の検出部は、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いずれかを含む
    電磁波検出装置。
  8. 　請求項１乃至７のいずれかにおいて、
    　前記第１の検出部及び前記第２の検出部は、異種または同種のセンサを含む、
    電磁波検出装置。
  9. 　請求項１乃至８のいずれかにおいて、
    　前記第１の検出部は、赤外線、可視光線、紫外線、及び電波の少なくともいずれかを検出する、
    電磁波検出装置。
  10. 　請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    　前記第１の検出部及び前記第２の検出部は、同種または異種の電磁波を検出する、
    電磁波検出装置。
  11. 　請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    　前記第１の検出部及び前記第２の検出部は、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ　ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）、ＭＰＰＣ（Ｍｕｌｔｉ－Ｐｉｘｅｌ　Ｐｈｏｔｏｎ　Ｃｏｕｎｔｅｒ）、ＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｈｏｔｏｎ　Ａｖａｌａｎｃｈｅ　Ｄｉｏｄｅ）その他の半導体素子を含む、
    電磁波検出装置。
  12. 　請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
    　前記分離部は、入射する前記電磁波を波長に応じて複数の方向に分離して進行させる、
    　電磁波検出装置。
  13. 　請求項１２において、
    　前記第１の電磁波と前記第２の電磁波の波長帯域の差は２００００ｎｍ以下である、
    　電磁波検出装置。
  14. 　請求項１乃至１３のいずれかにおいて、
    　前記第２の電磁波の進行方向を画素ごとに切換えて前記第２の検出部へ進行させる進行部をさらに有する、
    電磁波検出装置。
  15. 　請求項１４において、
    　前記進行部は、電磁波を反射する反射面を前記画素毎に有し、当該反射面の向きを前記画素毎に変更することにより前記第２の電磁波の進行方向を、前記第２の検出部に向かう方向および該方向以外の方向に切り替える、
    電磁波検出装置。
  16. 　請求項１４または１５において、
    　前記進行部は、前記基準面に入射した電磁波を透過させて前記第２の検出部に進行させる透過する透過状態と、前記第２の検出部に向かう方向とは別の方向に反射させる反射状態を、前記画素毎に切替える、
    　電磁波検出装置。
  17. 　請求項１６において、
    　前記進行部は、電磁波を反射する反射面を含むシャッタを前記画素毎に含み、前記シャッタを前記画素毎に開閉することにより前記反射状態と前記透過状態とに、切替える、
    　電磁波検出装置。
  18. 　請求項１７において、
    　前記進行部は、前記シャッタがアレイ状に配列されたＭＥＭＳシャッタを含む、
    　電磁波検出装置。
  19. 　請求項１６または１７において、
    　前記進行部は、電磁波を反射する反射状態および透過する透過状態を液晶配光に応じて前記画素毎に切替え可能な液晶シャッタを含む、
    　電磁波検出装置。
  20. 　請求項１５乃至１９のいずれかにおいて、
    　前記進行部は、デジタルマイクロミラーデバイスを有する、
    電磁波検出装置。
  21. 　請求項１乃至２０のいずれかにおいて、
    　前記分離部は、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、及び偏向素子の少なくともいずれかを含む、
    電磁波検出装置。
  22. 　請求項１乃至２１のいずれかにおいて、
    　前記第１の検出部及び前記第２の検出部はそれぞれ、放射部から対象に向けて放射された電磁波の前記対象からの反射波を検出するアクティブセンサ、またはパッシブセンサを含む、
    電磁波検出装置。
  23. 　請求項１乃至２２のいずれかにおいて、
    　前記第１の検出部及び前記第２の検出部はそれぞれ、異なる放射部、または同一の放射部から対象に向けて放射された電磁波の前記対象からの反射波を検出するアクティブセンサを含む、
    電磁波検出装置。
  24. 　請求項２３において、
    　前記異なる放射部はそれぞれ、異種または同種の電磁波を放射する、
    電磁波検出装置。
  25. 　請求項２２から２４のいずれかにおいて、
    　前記放射部は、赤外線、可視光線、紫外線、及び電波のいずれかを放射する、
    電磁波検出装置。
  26. 　請求項２２乃至２５のいずれかにおいて、
    　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
    　電磁波検出装置。
  27. 　請求項２２乃至２５のいずれかにおいて、
    　前記放射部から放射される電磁波を用いて走査する走査部を、さらに有する
    　電磁波検出装置。
  28. 　請求項１９において、
    　前記走査部は、電磁波を反射する反射面を含み、前記放射部から放射される電磁波を、前記反射面の向きを変更しながら前記反射面に反射させることにより、走査する
    　電磁波検出装置。
  29. 　請求項１９または２８において、
    　前記走査部は、ＭＥＭＳミラー、ポリゴンミラー、ガルバノミラーのいずれかを含む、
    電磁波検出装置。
  30. 　請求項１乃至２９のいずれかにおいて、
    　前記電磁波検出装置と、
    　前記第１の検出部及び前記第２の検出部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とを、有する
    情報取得システム。
  31. 　請求項３０において、
    　前記制御部は、前記周囲に関する情報として、画像情報、距離情報、及び温度情報の少なくともいずれかを取得する、
    情報取得システム。
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