本発明は、電磁波検出装置に関するものである。

近年、測定対象の対象領域の部分別に放射した電磁波を、DMDなどの空間変調素子における一部の画素で、光電変換器側に反射させて、電磁波を検出する装置が知られている(特許文献1参照)。

特開2005−351851号公報

このような装置において、電磁波の検出精度の維持は有益である。

従って、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされた本開示の目的は、電磁波の検出精度を維持させることにある。

上述した諸課題を解決すべく、第1の観点による電磁波検出装置は、 強度が最大となる放射方向を変更可能で、電磁波を放射する放射部と、 対象に照射された前記電磁波の反射波を検出する第1の検出部と、 基準面に沿って複数の画素が配置され、前記対象から前記基準面に入射した電磁波の進行方向を前記画素毎に、前記第1の検出部が配置される検出方向に切替え可能な進行部と、 前記放射方向と、前記検出方向に進行させる前記画素の座標との対応関係を記憶する記憶部と、 前記対応関係における、前記放射方向および前記座標の一方の任意の値に対して、他方に大きさの異なる複数の探索値をそれぞれ加えた複数の探索用対応関係を用いて、前記進行部に前記画素を前記検出方向に切替えさせ且つ前記放射部に前記電磁波を放射させることにより前記第1の検出部に検出される、複数の探索値それぞれに対応する複数の検出信号に基づいて、前記対応関係を較正する制御部と、を備える。

上述したように本開示の解決手段を装置、及びシステムとして説明してきたが、本開示は、これらを含む態様としても実現し得るものであり、また、これらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

上記のように構成された本開示によれば、電磁波の検出精度を維持し得る。

本実施形態に係る電磁波検出装置の概略構成を示す構成図である。

放射方向と、進行部における画素の座標との対応関係を示す概念図である。

テーブル化した対応関係を示す表である。

図1の放射部、第1の検出部、および制御部が構成する測距センサによる測距の原理を説明するための電磁波の放射の時期と検出の時期を示すタイミングチャートである。

探索値が座標への変位量である構成における、テーブル化した複数の探索用対応関係を示す表である。

探索値が放射方向への変角量である構成における、テーブル化した複数の探索用対応関係を示す表である。

図1の制御部が実行する第1の方法による対応関係較正処理を説明するためのフローチャートである。

図1の制御部が実行する第2の方法による対応関係較正処理を説明するためのフローチャートである。

本実施形態に係る電磁波検出装置の変形例の概略構成を示す構成図である。

以下、本発明を適用した電磁波検出装置の実施形態について、図面を参照して説明する。対象への放射位置を変更可能に電磁波を放射する放射部と、対象において反射散乱する電磁波を検出する検出部と、対象側から進行する電磁波に対して複数の画素の切替により一部の画素に入射する電磁波を検出部に進行させる進行部とを備える電磁波検出装置が構成されている。このような電磁波検出装置では、対象上の電磁波の放射位置と当該放射位置から放射される電磁波の進行部上での到達位置は対応している。それゆえ、電磁波検出装置では、放射位置に対応させて、入射させる電磁波を検出部に進行させる画素を決めて、進行部および放射部を制御することが、電磁波の検出精度を向上させ得る。しかし、放射部や進行部などの電磁波検出装置の構成部品における熱変形や経時変化などにより、放射部の制御に基づいて推定される電磁波の放射位置と検出部方向へ進行させる画素との対応関係が変化することがある。このように対応関係が変化すると、対象上の実際の放射位置において散乱した電磁波の進行部上の到達位置とは異なる位置の画素が電磁波を検出部に進行させるように切替えられうる。その結果、放射した電磁波の検出精度を維持できず、検出精度が低下しうる。そこで、本発明を適用した電磁波検出装置は、検出部の検出結果に基づいて、実際の放射位置において散乱した電磁波の進行部上の到達位置の画素、または任意の画素に到達する電磁波を散乱する対象上の実際の放射位置を推定し、対応関係を調整することにより、電磁波の検出精度を維持し得る。

図1に示すように、本開示の一実施形態に係る電磁波検出装置10は、放射部11、前段光学系12、分離部13、進行部14、後段光学系15、第1の検出部16、第2の検出部17、記憶部18、および制御部19を含んで構成されている。

以後の図において、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御信号または通信される情報の流れを示す。破線が示す通信は有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。また、各機能ブロックから突出する実線は、ビーム状の電磁波を示す。

放射部11は、強度が最大となる放射方向を変更可能で、電磁波を放射する。本実施形態において、放射部11は、例えば、放射源20および走査部21を含んで構成されている。本実施形態においては、放射源20が放射する電磁波の放射方向を、走査部21が変更する。

放射源20は、例えば、赤外線、可視光線、紫外線、および電波の少なくともいずれかを放射する。本実施形態において、放射源20は、赤外線を放射する。放射源20は、放射する電磁波を、対象obに向けて、直接または走査部21を介して間接的に、放射する。本実施形態においては、放射源20は、放射する電磁波を、対象obに向けて、走査部21を介して間接的に放射する。

本実施形態においては、放射源20は、幅の細い、例えば0.5°のビーム状の電磁波を放射する。また、第1の実施形においては、放射源20が放射する電磁波は、長軸および短軸を有する楕円形状の断面形状を有する。また、本実施形態において、放射源20は電磁波をパルス状に放射可能である。

放射源20は、例えば、ファブリペローレーザダイオード、LED(Light Emitting Diode)、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)、フォトニック結晶レーザ、ガスレーザ、およびファイバーレーザなどを含む。放射源20は、後述する制御部19の制御に基づいて、電磁波の放射および停止を切替える。

走査部21は、例えば、電磁波を反射する反射面を有し、放射源20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、電磁波の放射方向を変更する。走査部21が電磁波の放射方向を変更することにより、対象obに照射される電磁波の放射位置が変わる。すなわち、走査部21は、放射源20から放射される電磁波を用いて、対象obを走査する。

走査部21は、例えば、反射面を第1の回動軸の周りに回動させることにより、第1の回動軸に垂直な方向に電磁波の放射方向を変更する。走査部21は、反射面を第1の回動軸のみの周りに回動させることにより、一次元方向に対象obを走査する。さらに、走査部21は、例えば、反射面を第1の回動軸とは異なる第2の回動軸の周りに回動させることにより、第2の回動軸に垂直な方向にも電磁波の放射方向を変更してよい。走査部21は、反射面を第1の回動軸および第2の回動軸の周りに回動させることにより、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21は、二次元方向に対象obを走査する。

走査部21は、第1の回動軸が放射源20の放射する電磁波の楕円形状の長軸に平行となるように、配置されていてよい。または、走査部21は、第1の回動軸および第2の回動軸それぞれが放射源20の放射する電磁波の楕円形状の長軸および短軸に平行となるように、配置されていてよい。

走査部21は、放射源20から放射されて反射した電磁波の照射領域の少なくとも一部が、電磁波検出装置10における電磁波の検出範囲に含まれるように、構成されている。したがって、走査部21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。

走査部21は、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー、ポリゴンミラー、ガルバノミラー、グレーティングなどを含む。本実施形態においては、走査部21は、MEMSミラーを含む。

走査部21は、後述する制御部19の制御に基づいて、電磁波を反射する向きを変える。なお、制御部19は、走査部21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方向を算出し得る。

前段光学系12は、例えば、レンズおよびミラーの少なくとも一方を含み、被写体となる対象obの像を結像させる。

分離部13は、前段光学系12と、前段光学系12から所定の位置をおいて離れた対象obの像の、前段光学系12による結像位置である一次結像位置との間に設けられている。

分離部13は、入射方向diに進行する電磁波を分離して、第1の分離方向dd1および第2の分離方向dd2に進行するように分離する。入射方向diは、例えば、前段光学系12の光軸に平行であってよい。分離部13は、入射方向diに進行する電磁波の一部を第1の分離方向dd1に進行させ、電磁波の別の一部を第2の分離方向dd2に進行させてよい。第1の分離方向dd1に進行させる一部の電磁波は、入射方向diに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、第2の分離方向dd2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13は、具体的には、赤外帯域の電磁波を第1の分離方向dd1に進行させ、可視光帯域の電磁波を第2の分離方向dd2に進行させてよい。逆に、分離部13は、可視光帯域の電磁波を第1の分離方向dd1に進行させ、赤外帯域の電磁波を第2の分離方向dd2に進行させてよい。また、分離部13は、短波長の電磁波を第1の分離方向dd1に進行させ、長波長の電磁波を第2の分離方向dd2に進行させてよい。逆に、分離部13は、長波長の電磁波を第1の分離方向dd1に進行させ、短波長の電磁波を第2の分離方向dd2に進行させてよい。

本実施形態においては、分離部13は、入射方向diに進行する電磁波の一部を第1の分離方向dd1に透過し、電磁波の別の一部を第2の分離方向dd2に反射する。分離部13は、入射方向diに進行する電磁波の一部を第1の分離方向dd1に透過し、電磁波の別の一部を第2の分離方向dd2に透過してもよい。また、分離部13は、入射方向diに進行する電磁波の一部を第1の分離方向dd1に屈折させ、電磁波の別の一部を第2の分離方向dd2に屈折させてもよい。分離部13は、例えば、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、および偏向素子のいずれかを含む。

進行部14は、分離部13から第1の分離方向dd1に進行する電磁波の経路上に位置する。さらに、進行部14は、前段光学系12から所定の位置をおいて離れた対象obの像の、分離部13から第1の分離方向dd1における前段光学系12による一次結像位置または当該一次結像位置近傍に、設けられている。

本実施形態においては、進行部14は、当該結像位置に設けられている。進行部14は、前段光学系12および分離部13を通過した電磁波が入射する基準面ssを有している。基準面ssは、2次元状に沿って配置される複数の画素pxによって構成されている。基準面ssは、後述する第1の状態および第2の状態の少なくともいずれかにおいて、電磁波に、例えば、反射および透過などの作用を生じさせる面である。

進行部14は、第1の分離方向dd1に進行して基準面ssに入射する電磁波を、検出方向donに進行させる第1の状態と、非検出方向doffに進行させる第2の状態とに、画素px毎に切替可能である。本実施形態において、第1の状態は、基準面ssに入射する電磁波を、検出方向donに反射する第1の反射状態である。また、第2の状態は、基準面ssに入射する電磁波を、非検出方向doffに反射する第2の反射状態である。

本実施形態において、進行部14は、さらに具体的には、画素px毎に電磁波を反射する反射面を含んでいる。進行部14は、画素px毎の反射面の向きを変更することにより、第1の反射状態および第2の反射状態を画素px毎に切替える。

本実施形態において、進行部14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上に対して+12°および−12°のいずれかの傾斜状態に切替可能である。なお、基準面ssは、DMDにおける微小な反射面を載置する基板の板面に平行である。

本実施形態において、DMDである進行部14は、反射面を傾斜させる回動軸が、走査部21の第1の回動軸による電磁波の放射方向の変更方向に対応するように、配置されていてよい。言い換えると、走査部21の反射面を第1の回動軸の周りのみの回動による放射方向の変更に応じた、電磁波の基準面ss上の到達位置の変位方向が、反射面を傾斜させる回動軸に平行であってよい。

進行部14は、後述する制御部19の制御に基づいて、第1の状態および第2の状態を、画素px毎に切替える。例えば、進行部14は、同時に、一部の画素pxを第1の状態に切替えることにより当該画素pxに入射する電磁波を検出方向donに進行させ得、別の一部の画素pxを第2の状態に切替えることにより当該画素pxに入射する電磁波を非検出方向doffに進行させ得る。

後段光学系15は、進行部14から検出方向donに設けられている。後段光学系15は、例えば、レンズおよびミラーの少なくとも一方を含む。後段光学系15は、進行部14において進行方向を切替えられた電磁波としての対象obの像を結像させる。

第1の検出部16は、進行部14による検出方向donに進行した後に後段光学系15を経由して進行する電磁波の経路上に設けられている。第1の検出部16は、後段光学系15を経由した電磁波、すなわち検出方向donに進行した電磁波を検出する。

なお、本実施形態において、第1の検出部16は、放射部11から放射された電磁波の放射領域の少なくとも一部が、検出範囲に含まれるように、構成されている。したがって、本実施形態において、第1の検出部16は、放射部11から対象obに放射される電磁波の少なくとも一部を検出し得る。

本実施形態において、第1の検出部16は、放射部11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。したがって、第1の検出部16は、例えば、赤外線、可視光線、紫外線、および電波の少なくともいずれかを検出する。本実施形態において、第1の検出部16は、赤外線を検出する。さらに、本実施形態において、第1の検出部16は、放射方向を変更可能な放射部11と協同して、走査型のセンサを構成する。

本実施形態において、第1の検出部16は、さらに具体的には、測距センサを構成する素子を含む。例えば、第1の検出部16は、APD(Avalanche PhotoDiode)、PD(PhotoDiode)および測距イメージセンサなどの単一の素子を含む。また、第1の検出部16は、APDアレイ、PDアレイ、測距イメージングアレイ、および測距イメージセンサなどの素子アレイを含むものであってもよい。または、第1の検出部16は、イメージセンサまたはサーモセンサを構成する素子を含んでもよい。

本実施形態において、第1の検出部16は、被写体からの反射波を検出したことを示す検出情報を信号として制御部19に送信する。

なお、第1の検出部16は、上述した測距センサを構成する単一の素子である構成において、電磁波を検出できればよく、検出面において結像される必要はない。それゆえ、第1の検出部16は、後段光学系15による結像位置である二次結像位置に設けられなくてもよい。すなわち、この構成において、第1の検出部16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14により検出方向donに進行した後に後段光学系15を経由して進行する電磁波の経路上のどこに配置されてもよい。

第2の検出部17は、分離部13から第2の分離方向dd2に進行する電磁波の経路上に、設けられている。さらに、第2の検出部17は、前段光学系12から所定の位置をおいて離れた対象obの像の、分離部13から第2の分離方向dd2における前段光学系12による結像位置または当該結像位置近傍に、設けられている。第2の検出部17は、分離部13から第2の分離方向dd2に進行した電磁波を検出する。

本実施形態において、第2の検出部17は、パッシブセンサである。本実施形態において、第2の検出部17は、さらに具体的には、素子アレイを含む。例えば、第2の検出部17は、イメージセンサまたはイメージングアレイなどの撮像素子を含み、検出面において結像した電磁波による像を撮像して、撮像した対象obに相当する画像情報を生成する。

なお、本実施形態において、第2の検出部17は、さらに具体的には可視光の像を撮像する。第2の検出部17、生成した画像情報を信号として制御部19に送信する。

なお、第2の検出部17は、赤外線、紫外線、および電波の像など、可視光以外の像を撮像してもよい。したがって、第2の検出部17は、第1の検出部16とは異種または同種の電磁波を検出する。

また、第2の検出部17は測距センサを含んでいてもよい。この構成において、電磁波検出装置10は、第2の検出部17により画像状の距離情報を取得し得る。また、第2の検出部17はサーモセンサなどを含んでいてもよい。この構成において、電磁波検出装置10は、第2の検出部17により画像状の温度情報を取得し得る。したがって、本実施形態において、第2の検出部17は、第1の検出部16と異種または同種のセンサであってよい。

記憶部18は、1つ以上のメモリを含む。本実施形態において、メモリは、例えば、半導体メモリ、磁気メモリ、又は光メモリ等であるが、これらに限られない。記憶部18に含まれる各メモリは、例えば、主記憶装置、補助記憶装置、またはキャッシュメモリとして機能してもよい。記憶部18は、電磁波検出装置10の動作に用いられる任意の情報を記憶する。記憶部18は、例えば、システムプログラム、アプリケーションプログラム、対応関係、探索値などを記憶してもよい。探索値については後に説明する。

なお、対応関係とは、放射部11が放射する電磁波の任意の放射方向と、基準面ssに入射する電磁波を検出方向donに切替える画素pxの座標との直接的または間接的な対応を示す。間接的な対応関係とは、放射方向および座標の間に、放射方向および座標の両者に対応する、例えば放射部11から放射される電磁波が照射される仮想平面における座標を介した対応関係である。

対応関係について、以下に説明する。図2に示すように、放射部11から任意の放射方向に放射された電磁波は、対象ob上の一部の微小領域faに照射される。微小領域faにおいて、照射された電磁波は反射する。反射した電磁波が、前段光学系12により集束し、進行部14の基準面ss上の一部の座標の画素pxに到達する。放射方向を変えることにより、電磁波が照射される対象ob上の微小領域faの位置が変化する。微小領域faの位置の変化に応じて、反射した電磁波の進行部14に到達する画素pxの座標も変化する。任意の放射方向に対して反射した電磁波が到達する画素pxの座標が、当該任意の放射方向と対応付けられた対応関係が、予め設計され、必要あれば、製造時に較正されて、記憶部18に格納されている。本実施形態において、対応関係は、例えば、図3に示すように、離散的な放射方向dr1、dr2、dr3、・・・毎に、座標co1、co2、co3、・・・を対応付けたテーブルTcとして記憶部18に記憶されている。なお、離散的な放射方向それぞれに対応付けられる座標は、単一の画素pxの座標でも、互いに隣接する複数の画素pxの座標であってもよい。

制御部19は、1以上のプロセッサおよびメモリを含む。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する汎用のプロセッサ、および特定の処理に特化した専用のプロセッサの少なくともいずれかを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けIC(ASIC;Application Specific Integrated Circuit)を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス(PLD;Programmable Logic Device)を含んでよい。PLDは、FPGA(Field−Programmable Gate Array)を含んでよい。制御部19は、1つまたは複数のプロセッサが協働するSoC(System−on−a−Chip)、およびSiP(System In a Package)の少なくともいずれかを含んでもよい。

制御部19は、第1の検出部16および第2の検出部17がそれぞれ検出した電磁波に基づいて、電磁波検出装置10の周囲に関する情報を取得する。周囲に関する情報は、例えば画像情報、距離情報、および温度情報などである。本実施形態において、制御部19は、第1の検出部16が検出する検出情報に基づいて、後述するように、ToF(Time−of−Flight)方式により、放射部11に照射される照射位置の距離情報を取得する。また、本実施形態において、制御部19は、前述のように、第2の検出部17が画像として検出した電磁波を画像情報として取得する。

図4に示すように、制御部19は、放射源20に電磁波放射信号を入力することにより、放射源20にパルス状の電磁波を放射させる(“電磁波放射信号”欄参照)。放射源20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(“放射部放射量”欄参照)。放射源20が放射し且つ走査部21が反射して任意の微小領域faに放射された電磁波は、当該微小領域faにおいて反射する。制御部19は、当該微小領域faの反射波の前段光学系12による進行部14における結像領域の中の少なくとも一部の画素pxを第1の状態に切替え、他の画素pxを第2の状態に切替える。そして、第1の検出部16は、当該微小領域faにおいて反射された電磁波を検出するとき(“電磁波検出量”欄参照)、前述のように、検出情報を制御部19に通知する。

制御部19は、例えば、時間計測LSI(Large Scale Integrated circuit)を有しており、放射源20に電磁波を放射させた時期T1から、検出情報を取得(“検出情報取得”欄参照)した時期T2までの時間ΔTを計測する。制御部19は、当該時間ΔTに、光速を乗算し、且つ2で除算することにより、放射位置までの距離を算出する。

制御部19は、放射源20に電磁波を放射させる前に、任意の放射方向に放射させる駆動信号を走査部21に付与して、当該任意の放射方向に電磁波を放射可能となるように、走査部21に反射面を駆動させる。さらに、制御部19は、記憶部18から読出した対応関係において、当該任意の放射方向と対応する座標にある一部の画素pxを第1の状態に切替える駆動信号を進行部14に付与する。制御部19は、進行部14に当該駆動信号を付与することにより、当該任意の放射方向と対応関係を有する一部の画素pxが第1の状態に切替えられた後、上述のように放射源20による電磁波の放射および第1の検出部16による検出情報の取得を実行する。制御部19は、走査部21に付与した駆動信号に基づいて、電磁波を照射した微小領域faの位置を算出する。制御部19は、放射方向を変えながら、各微小領域fa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。

制御部19は、以下に説明するように、対応関係を較正する較正モードを動作モードとして有する。較正モードにおいて、制御部19は、対応関係において互いに対応付けられている放射方向および座標の一方の任意の値に対して、他方の対応付けられた値に大きさの異なる複数の探索値をそれぞれ加えた、複数の探索用対応関係を作成する。

図5に示すように、制御部19は、例えば、任意の放射方向に対して、対応関係により対応付けられた座標に、大きさの異なる複数の変位量Δco₁〜Δco_nを探索値としてそれぞれ加えることにより、複数の探索用対応関係Tcco₁〜Tcco_nを作成する。または、図6に示すように、制御部19は、例えば、任意の座標に対して、対応関係により対応付けられた放射方向に、大きさの異なる複数の変角量Δdr₁〜Δdr_nを探索値としてそれぞれ加えることにより、複数の探索用対応関係Tcdr₁〜Tcdr_nを作成する。

複数の探索値は、対応関係における放射方向または座標を単一の方向に沿って変化させてよい。例えば、探索値が座標を変位させる変位量Δco₁〜Δco_nである構成においては、複数の探索値は、元の座標の値を、基準面ss上の一方向に沿って変化させる。または、例えば、探索値が放射方向を変角させる変角量Δdr₁〜Δdr_nである構成においては、複数の探索値は、元の放射方向を、一方向にそって変化させる。または、複数の探索値は、対応関係における放射方向または座標を互いに異なる二方向に沿って変化させてもよい。本実施形態においては、複数の探索値は、対応関係における放射方向または座標を単一の方向に沿って変化させる。

複数の探索値が対応関係における放射方向または座標を単一の方向に沿って変化させる構成においては、さらに、当該単一の方向が、放射源20の放射する電磁波の楕円形状の短軸に対応していてよい。言い換えると、当該単一の方向が、基準面ss上に形成される、放射源20が放射した電磁波の反射波が基準面ss上に形成する楕円形状の電磁波の像の短軸に平行である。

なお、複数の探索値は、対応関係において互いに対応付けられている放射方向および座標の一方の任意の値に対して、他方の対応付けられた値に加えられるが、直接的に加えられても、間接的に加えられていてもよい。間接的に加えられるとは、例えば、対応関係が、放射方向および電磁波が照射される仮想平面における座標の第1の部分対応関係と、電磁波が照射される仮想平面における座標および進行部14の座標の第2の部分対応関係を含む構成において、いずれか一方の対応関係に加えられることを含む。間接的に加えられる構成においても、第1の部分対応関係および第2の部分対応関係を合成することにより、放射方向および進行部14の座標の全体の対応関係に対して、探索値を加えることと同等である。

制御部19は、複数の探索用対応関係を用いて、進行部14に画素pxを検出方向donに切替えさせ且つ放射部11に放射方向に電磁波を放射させることにより、複数の探索値それぞれに対応する、第1の検出部16が検出する検出信号を取得する。

座標に探索値を加える構成において、制御部19は、放射部11に任意の放射方向に電磁波を放射可能となるように、走査部21を駆動する。さらに、制御部19は、当該任意の放射方向に対して単一の探索用対応関係において対応している座標の画素pxを第1の状態に切替えるように進行部14を駆動する。この状態で、制御部19は、放射源20に電磁波を放射させ、第1の検出部16が検出する検出信号を取得する。制御部19は、同様に、他の探索用対応関係それぞれにおける検出信号を取得する。

または、放射方向に探索値を加える構成において、制御部19は、任意の座標の画素pxを第1の状態に切替えるよう進行部14を駆動する。さらに、制御部19は、当該任意の座標に対して単一の探索用対応関係において対応している放射方向に電磁波を放射可能となるように、走査部21を駆動する。この状態で、制御部19は、放射源20に電磁波を放射させ、第1の検出部16が検出する検出信号を取得する。制御部19は、同様に、他の探索用対応関係それぞれにおける検出信号を取得する。

制御部19は、複数の探索値それぞれに対応する複数の検出信号に基づいて、対応関係を較正する。さらに具体的に説明すると、制御部19は、取得した複数の検出信号の中で信号強度が最大となる単一の探索値を較正に用いる探索値に決定する。制御部19は、較正に用いる探索値を対応関係に加えることにより、対応関係を較正する。制御部19は、較正した対応関係を、以後の距離の測定に用いる対応関係として記憶部18に格納する。

制御部19は、絶対値が上限値以内である探索値を用いて、探索用対応関係を作成してよい。上限値は、熱変形や経時変化などにより対応関係に生じると考えられるズレの最大値に定められてよい。

なお、複数の探索値は、当該複数の探索値の中で絶対値が最小である探索値の整数倍であっても、整数倍でなくてもよい。

または、制御部19は、以下に説明するように、較正に用いる探索値の極性、すなわち当該探索値の正負を判別してから、複数の探索用対応関係を作成してよい。制御部19は、距離の測定時と同様に、対応関係を用いて、進行部14を介して任意の座標の画素pxを第1の状態に切替させ、当該任意の座標に対応関係で対応付けられている放射方向に電磁波を放射可能な状態で、放射源20に電磁波を放射させ、検出信号を基準信号として取得する。

次に、制御部19は、初期探索値を加えた探索用対応関係を作成する。初期探索値は、例えば、制御部19が調整可能な最小の調整量に相当する探索値、すなわち絶対値が最小である探索値である。例えば、座標に探索値を加える構成において、初期探索値は、互いに隣接する2画素間の間隔である。または放射方向に探索値を加える構成において、初期探索値は、走査部21への駆動信号の信号強度の最小変動可能量である。最小変動可能量とは、信号強度の異なる2つの駆動信号において信号強度の差分として制御部19が変動の調整し得る最小の量である。

制御部19は、初期探索値を加えた探索用対応関係を用いて、進行部14を介して任意の座標の画素pxを第1の状態に切替させ、当該任意の座標に対応関係で対応付けられている放射方向に電磁波を放射可能な状態で、放射源20に電磁波を放射させ、検出信号を初期信号として取得する。制御部19は、基準信号および初期信号の信号強度を比較する。

制御部19は、基準信号の信号強度が初期信号の信号強度より小さい場合、初期探索値の極性が、較正に用いる探索値の極性と一致すると判別する。制御部19は、初期探索値の極性が較正に用いる探索値の極性と一致すると判別する場合、初期探索値と同じ極性の複数の探索値を絶対値が小さい順番に加えることにより、複数の探索用対応関係を作成する。さらに、制御部19は、作成した複数の探索用対応関係それぞれを用いて、進行部14を介して任意の座標の画素pxを第1の状態に切替させ、当該任意の座標に探索用対応関係で対応付けられている放射方向に電磁波を放射可能な状態で、放射源20に電磁波を放射させることにより、複数の検出信号を取得する。制御部19は、複数の検出信号を取得すると、上述のように、当該複数の検出信号に基づいて、対応関係を較正する。

制御部19は、基準信号の信号強度が初期信号の信号強度より大きい場合、初期探索値の極性が、較正に用いる探索値の極性と異なると判別する。制御部19は、初期探索値の極性が較正に用いる探索値の極性と異なると判別する場合、初期探索値の極性を反転させた複数の探索値を絶対値が小さい順番に加えることにより、複数の探索用対応関係を作成する。さらに、制御部19は、作成した複数の探索用対応関係それぞれを用いて、進行部14を介して任意の座標の画素pxを第1の状態に切替させ、当該任意の座標に探索用対応関係で対応付けられている放射方向に電磁波を放射可能な状態で、放射源20に電磁波を放射させることにより、複数の検出信号を取得する。制御部19は、複数の検出信号を取得すると、上述のように、当該複数の検出信号に基づいて、対応関係を較正する。

制御部19は、較正に用いる探索値の極性を判別する構成においては、以下に説明するように、探索値を絶対値が小さい順番に加えながら、取得する検出信号の信号強度が減少に転じるときに、対応関係の較正を終了してもよい。制御部19は、初期信号または検出信号の取得後、前回の検出信号を検出させる場合に用いた探索値よりも絶対値が次に大きな探索値を加えることにより探索用対応関係を作成する。制御部19は、作成した探索用対応関係を用いて、進行部14を介して任意の座標の画素pxを第1の状態に切替させ、当該任意の座標に探索用対応関係で対応付けられている放射方向に電磁波を放射可能な状態で、放射源20に電磁波を放射させることにより検出信号を取得する。制御部19は、当該検出信号の信号強度が、前回取得した検出信号の信号強度より大きい場合、引き続き、絶対値が次に大きな探索値を加えることによる検出信号の取得および比較を行う。制御部19は、新規に取得した検出信号の信号強度が前回取得した検出信号より小さい場合、前回取得した検出信号に対応する探索値を、較正に用いる探索値に決定して、対応関係の較正を終了する。

なお、構成に用いる探索値の極性を判別する構成において、較正モードで用いる複数の探索値は、初期探索値の整数倍であってもよく、整数倍でなくてもよい。

制御部19は、対応関係の較正を、放射方向の離散的な値別、または座標別に対して行ってよい。または、制御部19は、放射方向の離散的な値全体、または座標全体に対して行ってよい。放射方向全体または座標全体に対して行うとは、対応関係における、放射方向の離散的な値すべて、または座標すべてに対して同じ探索値を加えることを意味する。

次に、本実施形態において制御部19が実行する、第1の方法による対応関係較正処理について、図7のフローチャートを用いて説明する。制御部19は、絶対値が上限値内である複数の探索値を用いて較正を行う構成において、較正モードを開始する入力を検出する場合、第1の方法による対応関係較正処理を開始する。

ステップS100において、制御部19は、記憶部18から対応関係を読出す。対応関係の読出し後、プロセスはステップS101に進む。

ステップS101では、制御部19は、単一の探索値を認識する。制御部19は、探索値を、記憶部18に記憶した探索値の中から読出すことによって認識しても、前回の探索値に基づく算出によって認識してもよい。認識後、プロセスはステップS102に進む。

ステップS102では、制御部19は、ステップS100において読出した対応関係に、ステップS101において認識した探索値を加えることにより探索対応関係を作成する。さらに、制御部19は、当該探索対応関係を用いて、走査部21および進行部14を駆動する。さらに、制御部19は、放射源20に電磁波を放射させることにより、第1の検出部16から検出信号を取得する。検出信号の取得後、プロセスはステップS103に進む。

ステップS103では、制御部19は、絶対値が上限値以下であるすべての探索値に対して検出信号を取得しているか否かを判別する。すべての探索値に対して検出信号を取得していない場合、プロセスはステップS100に戻る。すべての探索値に対して検出信号を取得している場合、プロセスはステップS104に進む。

ステップS104では、制御部19は、複数の探索値それぞれに対応する検出信号の中で信号強度の最大値を判別する。最大値の判別後、プロセスはステップS105に進む。

ステップS105では、制御部19は、ステップS104において最大値の信号強度である検出信号に対応する探索値を、較正用の探索値に決定する。決定後、プロセスはステップS106に進む。

ステップS106では、制御部19は、記憶部18に記憶した対応関係に、ステップS105において決定した較正用の探索値を加えることにより対応関係を較正する。さらに、制御部19は、較正した対応関係を記憶部18に格納する。格納後、第1の方法による対応関係較正処理は終了する。

次に、本実施形態において制御部19が実行する、第2の方法による対応関係較正処理について、図8のフローチャートを用いて説明する。制御部19は、較正に用いる探索値の極性を判別する構成において、較正モードを開始する入力を検出する場合、第2の方法による対応関係較正処理を開始する。

ステップS200において、制御部19は、記憶部18から対応関係を読出す。対応関係の読出し後、プロセスはステップS201に進む。

ステップS201では、制御部19は、ステップS200において読出した対応関係を用いて、走査部21および進行部14を駆動する。さらに、制御部19は、放射源20に電磁波を放射させることにより、第1の検出部16から基準信号を取得する。基準信号の取得後、プロセスはステップS202に進む。

ステップS202では、制御部19は、初期探索値を認識する。制御部19は、例えば、初期探索値を、記憶部18に記憶した探索値の中から読出すことによって認識する。認識後、プロセスはステップS203に進む。

ステップS203では、制御部19は、ステップS200において読出した対応関係に、ステップS202において認識した初期探索値を加えることにより探索対応関係を作成する。さらに、制御部19は、当該探索対応関係を用いて、走査部21および進行部14を駆動する。さらに、制御部19は、放射源20に電磁波を放射させることにより、第1の検出部16から初期信号を取得する。初期信号の取得後、プロセスはステップS204に進む。

ステップS204では、制御部19は、ステップS201において取得した基準信号、およびステップS203において取得した初期信号の信号強度が等しいか否かを判別する。信号強度が等しい場合、第2の方法による対応関係較正処理は終了する。信号強度が異なる場合、プロセスはステップS205に進む。

ステップS205では、制御部19は、ステップS201において取得した基準信号の信号強度が、ステップS203において取得した初期信号の信号強度より大きいか否かを判別する。基準信号の信号強度が初期信号の信号強度より大きい場合、プロセスはステップS206に進む。基準信号の信号強度が初期信号の信号強度より小さい場合、プロセスはステップS207に進む。

ステップS206では、制御部19は、初期探索値の極性を維持すること、言い換えると、以後、初期探索値と同じ極性の探索値を用いることを決定する。決定後、プロセスはステップS208に進む。

ステップS207では、制御部19は、初期探索値の極性を反転すること、言い換えると、以後、初期探索値の極性を反転させた探索値を用いることを決定する。決定後、プロセスはステップS208に進む

ステップS208では、制御部19は、記憶部18から対応関係を読出す。対応関係の読出し後、プロセスはステップS209に進む。

ステップS209では、制御部19は、次の探索値を認識する。制御部19は、次の探索値を、記憶部18に記憶した探索値の中から読出すことによって認識しても、前回の探索値に基づく算出によって認識してもよい。認識後、プロセスはステップS210に進む。

ステップS210では、制御部19は、ステップS208において読出した対応関係に、ステップS209において認識した次の探索値を加えることにより探索対応関係を作成する。さらに、制御部19は、当該探索対応関係を用いて、走査部21および進行部14を駆動する。さらに、制御部19は、放射源20に電磁波を放射させることにより、第1の検出部16から検出信号を取得する。検出信号の取得後、プロセスはステップS211に進む。

ステップS211では、制御部19は、直近の、言い換えると今回のステップS210で取得した検出信号の信号強度よりも、前回のステップS210において取得した検出信号、または直近のステップS210が初回である場合ステップS203において取得した初期信号の信号強度が大きくない場合、プロセスはステップS208に戻る。今回に取得した検出信号の信号強度よりも前回に取得した検出信号または初期信号の信号強度より大きい場合、プロセスはステップS212に進む。

ステップS212では、制御部19は、ステップS211において大きさを比較した2つの検出信号(一方が初期信号である場合も含む。)の内、信号強度がより大きな検出信号に対応する探索値を、較正用の探索値に決定する。決定後、プロセスはステップS213に進む。

ステップS213では、制御部19は、記憶部18に記憶した対応関係に、ステップS212において決定した較正用の探索値を加えることにより対応関係を較正する。さらに、制御部19は、較正した対応関係を記憶部18に格納する。格納後、第2の方法による対応関係較正処理は終了する。

以上のような構成の本実施形態の電磁波検出装置10は、複数の探索値に基づく探索用対応関係を用いて第1の検出部16により検出される、複数の探索値それぞれに対応する複数の検出信号に基づいて対応関係を較正する。電磁波が照射される微小領域faにおける反射波の、基準面ss上の実際の到達位置において反射波の強度は最大となり、基準面ss上において当該到達位置から離れるほど反射波の強度は低下する。したがって、実際の到達位置に相当する画素pxを第1の状態に切替えて検出する検出信号は、当該到達位置以外の位置に相当する画素pxを第1の状態に切替えて検出する検出信号に比べて最大の信号強度となる。したがって、上述の構成を有することにより、電磁波検出装置10は、熱変形や経時変化などに起因する実際の対応関係の変化に応じるように、記憶部18に記憶した対応関係を修正し得る。したがって、電磁波検出装置10は、熱変形や経時変化などが生じても、電磁波の検出精度を維持し得る。

また、本実施形態の電磁波検出装置10は、対応関係を用いて取得した基準信号と初期探索値に基づく探索対応関係を用いて取得した初期信号の信号強度を比較して、探索値の極性を判別しうる。このような構成により、電磁波検出装置10は、対応関係の較正のための検出信号の検出回数を低減し得るので、対応関係の較正にかかる時間を短縮し得る。

また、本実施形態の電磁波検出装置10は、探索値を絶対値が小さい順番で加えながら取得する検出信号の信号強度が減少に転じるときに対応関係の較正を終了する。このような構成により、電磁波検出装置10は、対応関係の較正のための検出信号の検出回数をさらに低減し得るので、対応関係の較正にかかる時間をいっそう短縮し得る。

また、本実施形態の電磁波検出装置10では、複数の探索値の絶対値に上限値が定められうる。一般的に、熱変形や経時変化などに起因する実際の対応関係の変化は微小である。それゆえ、探索値の範囲を定めても実際の対応関係の変化の反映は可能である。そこで、上述の構成を有することにより、電磁波検出装置10は、範囲の限定された探索値で検出信号を検出するため、対応関係の較正にかかる時間を短縮し得る。

また、本実施形態の電磁波検出装置10では、複数の探索値は、放射方向または座標を、放射部11が放射する電磁波の楕円形状の短軸に対応する単一の方向に沿って変化させている。電磁波検出装置10には、断面が楕円形状であるビーム状の電磁波を放射する種類の放射源20が用いられることがある。進行部14の基準面ss上に形成される電磁波の像の短軸に沿った方向において対応関係はズレが大きくなりやすい。このような事象に対して、上述の構成を有する電磁波検出装置10は、対応関係のズレが大きくなりやすい方向に特化して、対応関係を較正するので、電磁波の検出精度の維持と較正にかかる時間の短縮化とのバランスを図り得る。

本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

なお、本実施形態において、電磁波検出装置10は、上述のように、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である。しかし、電磁波検出装置10は、このような構成に限られない。例えば、電磁波検出装置10は、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、電磁波検出装置10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。

また、本実施形態において、進行部14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、本実施形態の進行部14において、第1の状態および第2の状態は、基準面ssに入射する電磁波を、それぞれ、検出方向donに反射する第1の反射状態、および非検出方向doffに反射する第2の反射状態であるが、他の態様であってもよい。

例えば、図9に示すように、第1の状態が、基準面ssに入射する電磁波を、透過させて検出方向donに進行させる透過状態であってもよい。進行部140は、さらに具体的には、画素px毎に電磁波を非検出方向doff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140においては、画素px毎のシャッタを開閉することにより、第1の状態としての透過状態および第2の状態としての反射状態を画素px毎に切替え得る。

このような構成の進行部140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140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140においては、画素px毎の液晶配向を切替えることにより、第1の状態としての透過状態および第2の状態としての反射状態を画素px毎に切替え得る。

また、本実施形態において、電磁波検出装置10は、放射源20から放射されるビーム状の電磁波を走査部21に走査させることにより、第1の検出部16を走査部21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、電磁波検出装置10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、走査部を備えることなく、走査型のアクティブセンサとして機能させる構成でも、本実施形態と類似の効果が得られる。

また、本実施形態において、電磁波検出装置10は、第1の検出部16がアクティブセンサであり、第2の検出部17がパッシブセンサである構成を有する。しかし、電磁波検出装置10は、このような構成に限られない。例えば、電磁波検出装置10において、第1の検出部16および第2の検出部17が共にアクティ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。第1の検出部16および第2の検出部17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11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11は、それぞれ異種または同種の電磁波を放射してよい。

10 電磁波検出装置 11 放射部 12 前段光学系 13 分離部 14 進行部 15 後段光学系 16 第1の検出部 17 第2の検出部 18 記憶部 19 制御部 20 放射源 21 走査部 dd1、dd2 第1の分離方向、第2の分離方向 di 入射方向 doff 非検出方向 don 検出方向 微小領域 fa ob 対象 px 画素 ss 基準面