受光装置、情報取得装置および物体検出装置
【課題】透過波長帯域の異なる複数のフィルタの切り替えによって透過波長帯域の調整を行う場合に、フィルタ部全体の大きさを抑制できる受光装置、および、このような受光装置を用いた情報取得装置、物体検出装置を提供する。
【解決手段】情報取得装置１は、光を受光して信号を出力するＣＭＯＳイメージセンサ１６と、レーザ光源１１からのレーザ光をＣＭＯＳイメージセンサ１６へと導く撮像レンズ１４と、撮像レンズ１４からのレーザ光と交差する方向に透過波長帯域の異なる複数のフィルタ１５１、１５２、１５３が直線的に並べられたフィルタユニット１５と、フィルタユニット１５を複数のフィルタ１５１、１５２、１５３の並び方向にスライドさせるためのアクチュエータ５０とを備えている。
【解決手段】情報取得装置１は、光を受光して信号を出力するＣＭＯＳイメージセンサ１６と、レーザ光源１１からのレーザ光をＣＭＯＳイメージセンサ１６へと導く撮像レンズ１４と、撮像レンズ１４からのレーザ光と交差する方向に透過波長帯域の異なる複数のフィルタ１５１、１５２、１５３が直線的に並べられたフィルタユニット１５と、フィルタユニット１５を複数のフィルタ１５１、１５２、１５３の並び方向にスライドさせるためのアクチュエータ５０とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を受光する受光装置に関する。また、本発明は、目標領域に光を投写したときの反射光を上記受光装置より受光し、受光した反射光の状態に基づいて目標領域内の情報を取得する情報取得装置、および、当該情報取得装置から取得した情報に基づいて目標領域内の物体を検出する物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から出射された光を他の光と区別して受光する受光装置が知られている。この種の受光装置では、太陽光や電灯などの背景光の入射によって、上記光源からの光の検出精度が低下しないようにする必要がある。この場合、たとえば、レンズと受光素子との間に、光源からの光の波長（中心波長、以下同じ）に整合させた波長選択性のフィルタが配される。光源には、レーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Device）等が用いられる。また、受光素子には、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）やＣＭＯＳイメージセンサ等が用いられ、フィルタには、干渉フィルタやエタロンタイプのフィルタ等が用いられる。
【０００３】
かかる受光装置では、光源毎に波長に公差があり、また、温度変化に応じて光源からの光の波長が変動する。このため、フィルタの透過波長帯域が固定されていると、光源からの光とフィルタの透過波長帯域との間にずれが生じてしまう。
【０００４】
そこで、かかる問題に対処すべく、入射光に対するフィルタの傾きを調整することにより、フィルタの透過波長帯域を調節できるようにする構成が採られ得る（特許文献１参照）。この他、透過波長帯域の異なる複数のフィルタを準備し、これらフィルタを光源の波長に応じて切り替える構成も採られ得る。ここで、フィルタを切り替えるための構成として、回転軸を中心に周方向に複数のフィルタを配し、回転軸を回転させることによってフィルタを切り替える構成が考えられ得る（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１２２２４５号公報
【特許文献２】特開昭６３−２５３９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように複数のフィルタを周方向に配する場合には、各波長帯域に対応するフィルタ領域が、フィルタリングの際に実際に光が透過する領域よりも、数段大きくなってしまう。このため、各波長帯域に対応するフィルタ領域に余分なスペースが生じ、結果、フィルタ部全体が大きくなりやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、透過波長帯域の異なる複数のフィルタの切り替えによって透過波長帯域の調整を行う場合に、フィルタ部全体の大きさを抑制できる受光装置、および、このような受光装置を用いた情報取得装置、物体検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、光源からの光を受光する受光装置に関する。本態様に係る受光装置は、光を受光して信号を出力する受光素子と、前記光を前記受光素子へと導くレンズと、前記レンズからの光と交差する方向に透過波長帯域の異なる複数のフィルタが直線的に並べられたフィルタ部と、前記フィルタ部を前記複数のフィルタの並び方向にスライドさせるためのフィルタ駆動部とを備える。
【０００９】
本発明の第２の態様は、光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置に関する。本態様に係る情報取得装置は、所定波長の光を出射する光源と、前記光源からの光を目標領域に向けて投射する投射光学系と、前記目標領域から反射された反射光を受光する、上記第１の態様に係る受光装置とを備える。
【００１０】
本発明の第３の態様は、物体検出装置に関する。本態様に係る物体検出装置は、上記第２の態様に係る情報取得装置と、前記情報取得装置にて取得された情報をもとに目標領域の物体を検出する検出部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、透過波長帯域の異なる複数のフィルタの切り替えによって透過波長帯域の調整を行う場合に、フィルタ部全体の大きさを抑制できる受光装置、および、このような受光装置を用いた情報取得装置、物体検出装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る物体検出装置の構成を示す。
【図２】実施の形態に係る情報取得装置と情報処理装置の構成を示す。
【図３】実施の形態に係る３次元距離演算部の処理を説明する図である。
【図４】実施の形態に係る情報取得装置の受光部の構成を詳細に示す。
【図５】実施の形態に係る情報取得装置の受光部の構成を詳細に示す。
【図６】実施の形態に係る中波長フィルタ、長波長フィルタおよび短波長フィルタの透過特性を示す。
【図７】実施の形態に係るフィルタ切替え処理のフローチャートである。
【図８】実施の形態に係るフィルタユニットの変更例を示す。
【図９】変更例に係る中波長フィルタ、長波長フィルタおよび短波長フィルタの透過特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、図１に本実施の形態に係る物体検出装置の概略構成を示す。図示の如く、物体検出装置は、情報取得装置１と、情報処理装置２とを備えている。テレビ３は、情報処理装置２からの信号によって制御される。
【００１６】
情報取得装置１は、目標領域全体に赤外光を投射し、その反射光をＣＭＯＳイメージセンサにて受光することにより、目標領域にある物体各部の距離（以下、「３次元距離情報」という）を取得する。取得された３次元距離情報は、ケーブル４を介して情報処理装置２に送られる。
【００１７】
情報処理装置２は、たとえば、テレビ制御用のコントローラやゲーム機、パーソナルコンピュータ等である。情報処理装置２は、情報取得装置１から受信した３次元距離情報に基づき、目標領域における物体を検出し、検出結果に基づきテレビ３を制御する。
【００１８】
たとえば、情報処理装置２は、受信した３次元距離情報に基づき人を検出するとともに、３次元距離情報の変化から、その人の動きを検出する。たとえば、情報処理装置２がテレビ制御用のコントローラである場合、情報処理装置２には、受信した３次元距離情報からその人のジャスチャーを検出するとともに、ジェスチャに応じてテレビ３に制御信号を出力するアプリケーションプログラムがインストールされている。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定のジェスチャをすることにより、チャンネル切り替えやボリュームのＵｐ／Ｄｏｗｎ等、所定の機能をテレビ３に実行させることができる。
【００１９】
また、たとえば、情報処理装置２がゲーム機である場合、情報処理装置２には、受信した３次元距離情報からその人の動きを検出するとともに、検出した動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させ、ゲームの対戦状況を変化させるアプリケーションプログラムがインストールされている。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定の動きをすることにより、自身がテレビ画面上のキャラクタとしてゲームの対戦を行う臨場感を味わうことができる。
【００２０】
図２は、情報取得装置１と情報処理装置２の構成を示す図である。
【００２１】
情報取得装置１は、光学部の構成として、レーザ光源１１と、投射レンズ１２と、アパーチャ１３と、撮像レンズ１４と、フィルタユニット１５と、ＣＭＯＳイメージセンサ１６を備えている。また、回路部の構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、レーザ駆動回路２２と、撮像信号処理回路２３と、フィルタ制御回路２４と、入出力回路２５と、メモリ２６を備えている。
【００２２】
なお、アパーチャ１３、撮像レンズ１４、フィルタ１５、ＣＭＯＳイメージセンサ１６、後述するアクチュエータ５０からなる構成部分が、本発明の受光装置の一つの実施形態に相当する。
【００２３】
レーザ光源１１は、波長８００ｎｍ程度のレーザ光を出力する。投射レンズ１２は、レーザ光源１１から出射されたレーザ光を目標領域全体に広げて投射する。目標領域から反射されたレーザ光は、アパーチャ１３を介して撮像レンズ１４に入射する。アパーチャ１３は、撮像レンズ１４のＦナンバーに合うように、外部からの光に絞りを掛ける。撮像レンズ１４は、アパーチャ１３を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ１６上に集光する。
【００２４】
フィルタユニット１５は、レーザ光の進行方向に直交する方向、たとえば、図２に示すＹ軸方向に直線的に並べられた３つのフィルタを備えている。３つのフィルタは、透過波長帯域の異なるバンドパスフィルタであり、それぞれの透過波長帯域に整合する波長の光を透過する。フィルタユニット１５は、アクチュエータ５０によって駆動され、Ｙ軸方向に直線的にスライドする。これにより、撮像レンズ１４からのレーザ光の光路中に配置されるフィルタが切り替えられる。フィルタユニット１５およびアクチュエータ５０の詳細な構成については、追って説明する。
【００２５】
ＣＭＯＳイメージセンサ１６は、撮像レンズ１４にて集光された光を受光して、画素毎に、受光光量に応じた信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力する。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ１６は、各画素における受光から高レスポンスでその画素の信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力できるよう、信号の出力速度が高速化されている。
【００２６】
ＣＰＵ２１は、メモリ２６に格納された制御プログラムに従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ２１には、３次元距離情報を生成するための３次元距離演算部２１ａの機能、およびアクチュエータ５０を制御するための駆動制御部２１ｂの機能が付与される。
【００２７】
レーザ駆動回路２２は、ＣＰＵ２１からの制御信号に応じてレーザ光源１１を駆動する。ここで、レーザ駆動回路２２は、所定の変調方式に従ってレーザ光源１１を駆動する。これにより、レーザ光源１１からは、固有の変調パターンを持つレーザ光が出射される。
【００２８】
撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１６を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ１６で生成された各画素の信号（電荷）をライン毎に順次取り込む。そして、取り込んだ電荷を順次信号としてＣＰＵ２１に出力する。ＣＰＵ２１は、撮像信号処理回路２３から供給される信号をもとに、情報取得装置１から各画素位置までの距離を、３次元距離演算部２１ａによる処理によって算出する。このとき、ＣＰＵ２１は、各画素位置の信号が、レーザ駆動回路２２におけるレーザ光の変調方式と同様に変調されているかを判定し、同様に変調されている場合にのみ、この信号を、３次元距離の算出に用いる。
【００２９】
フィルタ制御回路２４は、アクチュエータ５０を駆動する。駆動制御部２１ｂは、ＣＭＯＳイメージセンサ１６からの信号に基づいて、フィルタ制御回路２４に制御信号を出力することにより、アクチュエータ５０を制御する。
【００３０】
入出力回路２５は、情報処理装置２とのデータ通信を制御する。
【００３１】
情報処理装置２は、ＣＰＵ３１と、入出力回路３２と、メモリ３３を備えている。なお、情報処理装置２には、同図に示す構成の他、テレビ３との通信を行うための構成や、ＣＤ−ＲＯＭ等の外部メモリに格納された情報を読み取ってメモリ３３にインストールするためのドライブ装置等が配されるが、便宜上、これら周辺回路の構成は図示省略されている。
【００３２】
ＣＰＵ３１は、メモリ３３に格納された制御プログラム（アプリケーションプログラム）に従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ３１には、画像中の物体を検出するための物体検出部３１ａの機能が付与される。かかる制御プログラムは、たとえば、図示しないドライブ装置によってＣＤ−ＲＯＭから読み取られ、メモリ３３にインストールされる。
【００３３】
たとえば、制御プログラムがゲームプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動きを検出する。そして、検出された動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させるための処理が制御プログラムにより実行される。
【００３４】
また、制御プログラムがテレビ３の機能を制御するためのプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動き（ジェスチャ）を検出する。そして、検出された動き（ジェスチャ）に応じて、テレビ１の機能（チャンネル切り替えやボリューム調整、等）を制御するための処理が制御プログラムにより実行される。
【００３５】
入出力回路３２は、情報取得装置１とのデータ通信を制御する。
【００３６】
図３は、３次元距離演算部２１ａにおける処理を説明する図である。
【００３７】
情報処理装置２からの指令に応じて情報取得装置１における情報取得処理が起動されると、レーザ光源１１から目標領域に向かって固有の変調パターンでレーザ光が投射される。このとき、同図にように目標領域に人（Ｍ）がいると、レーザ光は人（Ｍ）により反射され、撮像レンズ１４を介してＣＭＯＳイメージセンサ１６に入射される。こうして、人（Ｍ）の像がＣＭＯＳイメージセンサ１６に投影される。
【００３８】
このとき、レーザ光源１１からのレーザ光のうち、人（Ｍ）の位置Ｐｏに当たった光は、ＣＭＯＳイメージセンサ１６上の画素Ｐｐの位置に入射する。したがって、レーザ光源１１における変調レーザ光の出射タイミングと、画素Ｐｐにおける当該変調レーザ光の受光タイミングの時間差をΔｔとすると、情報取得装置１から人（Ｍ）の位置Ｐｏまでの距離Ｄｐは、
Ｄｐ＝Ｃ×Δｔ（Ｃ：光速） …（１）
で求められる。人（Ｍ）のその他の位置の距離も同様に求められる。
【００３９】
３次元距離演算部２１ａは、レーザ駆動回路２２に変調レーザ光の発光指令を行ってから、各画素における変調レーザ光の受光信号が撮像信号処理回路２３から入力されるまでの時間差ΔＴをもとに、各回路部におけるタイムラグおよびレーザ光源１１とＣＭＯＳイメージセンサ１６のレスポンスを考慮して、上記式（１）における時間差Δｔを画素毎に求め、求めたΔｔをもとに式（１）の演算を行って、情報取得装置１から人（Ｍ）の各位置までの距離を求める。このとき、目標領域内に人（Ｍ）以外に物や壁等があれば、これらについても同様に距離が求められる。
【００４０】
３次元距離演算部２１ａは、こうして求めた、目標領域内の各位置の距離を３次元距離情報として情報処理装置２に出力する。この場合、たとえば、人（Ｍ）が前後にまっすぐ手を動かすと、手の位置の距離が変化する３次元距離情報が順次情報処理装置２に出力される。情報処理装置２の物体検出部３１ａは、このように変化する３次元距離情報をもとに、人（Ｍ）の検出と、この人（Ｍ）が手を前後に動かす動作を行っていることの検出を行う。そして、ＣＰＵ３１は、この検出結果に基づいて、制御プログラムに規定された制御動作を行う。
【００４１】
図４および図５は、アパーチャ１３、撮像レンズ１４、フィルタユニット１５、アクチュエータ５０およびＣＭＯＳイメージセンサ１６の部分の詳細な構成を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、異なる方向から見た保持筒４１、アクチュエータ５０、保持枠４２、回路基板４３の分解斜視図である。図５は、保持筒４１およびアクチュエータ５０が回路基板４３にセットされた状態を示す斜視図である。
【００４２】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態では、回路基板４３上に保持枠４２が重ねられる。回路基板４３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１６が装着されている他、ＣＭＯＳイメージセンサ１６に関連する回路が配されている。保持枠４２には、中央に光を透過させる開口が形成されており、その開口からＣＭＯＳイメージセンサ１６が上方に臨んでいる。
【００４３】
保持枠４２の上方に、フィルタユニット１５が装着されたホルダ５１が配され、さらにその上方に保持筒４１が配される。保持筒４１は、アパーチャ１３と撮像レンズ１４を保持する。即ち、保持筒４１は、底部が開放された中空の箱形状を有しており、内部に複数枚のレンズ群からなる撮像レンズ１４を収容している。また、保持筒４１の上部には、円形状の開口が形成され、この開口から外部に臨むようにアパーチャ１３が保持筒４１の上部に装着されている。
【００４４】
フィルタユニット１５は、中波長フィルタ１５１、長波長フィルタ１５２および短波長フィルタ１５３の３つのフィルタで構成されている。これらフィルタ１５１、１５２、１５３は、ガラス等からなる基板の一面に誘電体膜が積層された構成を有する、いわゆる「干渉フィルタ」であり、誘電体膜での多光束干渉の作用によって特定の波長帯域の光のみを透過させる。ＣＭＯＳイメージセンサ１６のセンサ面は方形状を有しているため、これに合わせて、これらフィルタ１５１、１５２、１５３も方形状に形成されている。中波長フィルタ１５１、長波長フィルタ１５２および短波長フィルタ１５３は、透過波長帯がそれぞれ異なる異種のフィルタである。
【００４５】
図６に、中波長フィルタ１５１、長波長フィルタ１５２および短波長フィルタ１５３の透過特性を示す。
【００４６】
図６に示すように、中波長フィルタ１５１は、その透過中心波長がレーザ光源１１の所期の波長（公差によるずれのない設計上の波長）に略整合するような透過波長帯域を有する。長波長フィルタ１５２は、中波長フィルタ１５１よりも長波長領域に透過波長帯域を有する。短波長フィルタ１５３は、中波長フィルタ１５１よりも短波長領域に透過波長帯域を有する。
【００４７】
レーザ光源１１には光源毎に公差がある。また、レーザ光源１１の波長は、発光部の温度変化に伴って変化する。本実施の形態では、公差や温度変化によって、レーザ光源１１の波長が所期の波長から変動しても、そのときの波長に応じて、各フィルタ１５１、１５２、１５３の中から最適なフィルタが使用される。このため、レーザ光源１１の波長が変動する範囲（図６に矢印で示す波長変動範囲）において、何れのフィルタが使用されても、ＣＭＯＳイメージセンサ１６にて適正な受光がなされる透過率（たとえば、８０％以上）が維持できるように、各フィルタ１５１、１５２、１５３の透過波長帯域が設定されている。
【００４８】
図４に戻り、アクチュエータ５０は、フィルタユニット１５が装着されるホルダ５１と、ホルダ５１をＹ軸方向に直線的にスライド可能に支持する支持部５２と、ホルダ５１をスライド駆動する駆動部５３とを備えている。
【００４９】
ホルダ５１は、収容部５１１を有する。収容部５１１には、Ｙ軸方向に並ぶ３つの開口が形成されている。本実施の形態では、中央の開口に中波長フィルタ１５１が装着されており、その両側の開口に長波長フィルタ１５２と短波長フィルタ１５３が装着されている。
【００５０】
ホルダ５１において、収容部５１１の一方側には、Ｙ軸方向に沿う１つのガイド孔５１２が形成されており、収容部５１１の他方側には、Ｙ軸方向に沿う２つのガイド孔５１３、５１３が開口５１４を挟んで形成されている。また、ホルダ５１のガイド孔５１３側の端部には、凹部５１５ａを有する取付部５１５が形成されている。
【００５１】
支持部５２は、２本のシャフト５２１、５２２と、これらシャフト５２１、５２２を固定するための固定具５２３、５２４とで構成されている。シャフト５２１の両端が固定具５２３により固定され、シャフト５２２の両端が固定具５２４により固定される。これら固定具５２３、５２４は保持筒４１の側面に取り付けられる。これにより、２本のシャフト５２１、５２２は、Ｙ軸方向に沿うように保持筒４１の下方に配される。このとき、シャフト５２１とシャフト５２２との間隔は、ホルダ５１のガイド孔５１２とガイド孔５１３との間隔と等しくされる。
【００５２】
駆動部５３は、モータ５３１と、支持盤５３２と、リードスクリュー５３３と、移動体５３４とで構成されている。
【００５３】
モータ５３１は、たとえば、ステッピングモータである。支持盤５３２には、モータ取付部５３２ａおよび軸受部５３２ｂが形成されている。モータ取付部５３２ａにはモータ５３１が取り付けられる。軸受部５３２ｂにはモータ５３１の回転軸の先端が軸支される。モータ５３１の回転軸にはリードスクリュー５３３が取り付けられている。モータ５３１が回転すると、リードスクリュー５３３が回転する。
【００５４】
移動体５３４には、リードスクリュー５３３に噛み合うネジ穴（図示せず）が設けられている。移動体５３４のネジ穴にリードスクリュー５３３が挿入されている。また、移動体５３４には、ホルダ５１の取付部５１５に移動体５３４を取り付けるための取付片５３４ａが設けられている。
【００５５】
保持筒４１、アクチュエータ５０、保持枠４２、回路基板４３を組み立てる際には、１つのカイド孔５１２がシャフト５２１に、２つのガイド孔５１３がシャフト５２２に通されるようにして、ホルダ５１がガイド部５２に装着される。これにより、ホルダ５１が、２本のシャフト５２１、５２２にガイドされて、Ｙ軸方向にスライド可能となる。
【００５６】
次に、移動体５３４の取付片５３４ａが固定部５１５の凹部５１５ａに嵌め込まれ、ネジ止等により固定されることにより、駆動部５３がホルダ５１に連結される。こうして、保持筒４１とアクチュエータ５０が一体化される。
【００５７】
その後、ＣＯＭＳイメージセンサ１６のセンサ面上にホルダ５１装着されたフィルタユニット１５が位置するように、保持筒４１およびアクチュータ５０が回路基板４３にセットされる。こうして、図５に示すように、保持筒４１、アクチュータ５０および回路基板４３のセッティングが完了する。
【００５８】
たとえば、モータ５３１が左回り（図５の実線矢印の方向）に回転すると、リードスクリュー５３３が左回りに回転する。これにより、移動体５３４が図５の＋Ｙ軸方向（実線矢印の方向）に移動し、これに伴って、ホルダ５１が＋Ｙ軸方向（実線矢印の方向）にスライドする。一方、モータ５３１が右回り（図５の点線矢印の方向）に回転すると、リードスクリュー５３３が右回りに回転する。これにより、移動体５３４が図５の−Ｙ軸方向（点線矢印の方向）に移動し、これに伴って、ホルダ５１が−Ｙ軸方向（点線矢印の方向）にスライドする。このようにして、ホルダ５１がＹ軸方向にスライドされることにより、ＣＯＭＳイメージセンサ１６上に配されるフィルタユニット１５のフィルタが切り替えられる。
【００５９】
本実施の形態では、たとえば、各フィルタ１５１、１５２、１５３がＣＭＯＳイメージセンサ１６上に正対する位置（以下、「フィルタ使用位置」という）にあるときのモータ５３１の中立位置からのステップ数が予め規定されている。なお、図示しないが、アクチュエータ５０には、磁石とホール素子による検出手段等、中立位置を検出するための構成が設けられている。
【００６０】
中波長フィルタ１５１がフィルタ使用位置に配される場合には、中波長フィルタ１５１に対応するステップ数となるようモータ５３１が駆動される。また、長波長フィルタ１５２がフィルタ使用位置に配される場合には、長波長フィルタ１５２に対応するステップ数となるようモータ５３１が駆動される。さらに、短波長フィルタ１５３がフィルタ使用位置に配される場合には、短波長フィルタ１５３に対応するステップ数となるようモータ５３１が駆動される。なお、各フィルタ１５１、１５２、１５３がフィルタ使用位置にあるか否かを位置センサによって検出することもできる。たとえば、各フィルタに対応するフォトインタラプタが設けられ、各フィルタがフィルタ使用位置に来たときに、対応するフォトインタラプタの光を遮るような構成とすることにより、各フィルタがフィルタ使用位置に来たことが検出できる。
【００６１】
なお、図４および図５の構成では、フィルタユニット１５をＹ軸方向にスライドさせているが、フィルタユニット１５をＸ軸方向にスライドさせてもよい。
【００６２】
また、図４および図５の構成では、フィルタユニット１５は、中波長フィルタ１５１が中央に配され、その両側に長波長フィルタ１５２および短波長フィルタ１５３が配された構成とされている。しかしこれに限らず、フィルタユニット１５は、端から中波長フィルタ１５１、長波長フィルタ１５２、短波長フィルタ１５３と並ぶような構成とされてもよい。ただし、中波長フィルタ１５１と長波長フィルタ１５２は隣接して配されることが望ましい。
【００６３】
中波長フィルタ１５１は、レーザ光源１１の所期の波長に対応しており、使用頻度が最も高いと考えられる。また、レーザ光源１１の温度が上昇すると、波長は長波長側へずれる。よって、中波長フィルタ１５１から長波長フィルタ１５２へとフィルタが切り替えられるケースが多くなると考えられる。上記のように、中波長フィルタ１５１と長波長フィルタ１５２が隣接して配されていれば、このように中波長フィルタ１５１から長波長フィルタ１５２へと切り替えられる際のフィルタの移動量が抑えられるので、フィルタの切替えに要する時間を短くできる。
【００６４】
さて、本実施の形態では、駆動制御部２１ｂによる制御のもと、レーザ光源１１の波長に応じてフィルタユニット１５の各フィルタ１５１、１５２、１５３を切り替えるフィルタ切替え処理が実行される。このフィルタ切替え処理では、各フィルタ１５１、１５２、１５３の中で、ＣＭＯＳイメージセンサ１６にて受光される１画面分の総光量（以下、単に「ＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量」という）が最大となるフィルタが、使用されるフィルタ（以下、「使用フィルタ」という）に設定される。フィルタ切替え処理は、たとえば、情報取得装置１が起動されたときに実行され、その後、所定時間毎（たとえば、数分毎）に実行される。なお、フィルタ切替え処理が実行されている間は、３次元距離情報の取得する処理が一時的に中断される。
【００６５】
図７は、フィルタ切替え処理のフローチャートである。本実施の形態では、フィルタユニット１５が３つのフィルタにより構成されているが、図７のフィルタ切替え処理は、フィルタユニット１５を構成するフィルタの個数が４つ以上となっても適用することができる。
【００６６】
図７を参照して、処理が開始されると、開始当初に使用されているフィルタによるＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量Ｄ１が検出される（Ｓ１）。ここで、総受光量の検出は、撮像信号処理回路２３から出力される１画面分の信号を加算することにより行われる。
【００６７】
次に、開始当初のフィルタが、最長波長のフィルタでなければ（Ｓ２：ＮＯ）、一つ長波長側のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる（Ｓ３）。なお、フィルタ使用位置にフィルタが配される度に、そのフィルタを識別するための情報がメモリに格納される。よって、この情報を検出することによって、フィルタ使用位置にあるフィルタが何れのフィルタであるかを把握することができる。
【００６８】
次に、新たなフィルタによるＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量Ｄ２が検出される（Ｓ４）。そして、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１より大きければ（Ｓ５：ＹＥＳ）、そのフィルタが最長波長のフィルタであるか否かが判定される（Ｓ６）。そのフィルタが最長波長のフィルタであれば（Ｓ６：ＹＥＳ）、そのフィルタが全てのフィルタの中で総受光量が最大のものと考えられるため、そのフィルタが使用フィルタに設定される（Ｓ７）。
【００６９】
一方、新たなフィルタが最長波長のフィルタでなければ（Ｓ６：ＮＯ）、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１に置き換えられた後（Ｓ８）、一つ長波長側のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる（Ｓ３）。そして、再び、新たなフィルタによるＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量Ｄ２が検出される（Ｓ４）。
【００７０】
ここで、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下となれば（Ｓ５：ＮＯ）、今回が最初の総受光量の比較かが判別される（Ｓ９）。ここでは、今回が最初の比較ではないことから（Ｓ９：ＮＯ）、１つ前のフィルタが全てのフィルタの中で総受光量が最大のものとされ、１つ前のフィルタが使用フィルタに設定される（Ｓ１０）。この場合、１つ前のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる。
【００７１】
一方、今回も総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１より大きければ、そのフィルタが最長波長のフィルタであるか否かが判定され（Ｓ６）、最長波長のフィルタであれば（Ｓ６：ＹＥＳ）、そのフィルタが使用フィルタに設定される（Ｓ７）。
【００７２】
このように、最初のステップＳ５での総受光量の比較において、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１より大きいと判定された場合には、長波長側のフィルタへ順次スライドされつつ、総受光量Ｄ２と総受光量Ｄ１とが比較される。そして、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下であると判定されれば、１つ前のフィルタが使用フィルタに設定される。一方、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下であると判定されることなく、最長波長のフィルタに達すれば、最長波長のフィルタが使用フィルタに設定される。
【００７３】
これに対し、最初のステップＳ５での総受光量の比較において、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１より大きいと判定された場合には、開始当初のフィルタよりも長波長側には、総受光量が最大となるフィルタがないことになる。このとき、１つ前のフィルタ、即ち開始当初のフィルタが最短波長のフィルタであれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、開始当初のフィルタが使用フィルタに設定され（Ｓ１０）、開始当初のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる。
【００７４】
一方、開始当初のフィルタが最短波長のフィルタでなければ（Ｓ１１：ＮＯ）、開始当初のフィルタより１つ短波長側のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる（Ｓ１２）。
【００７５】
また、ステップＳ２において、開始当初のフィルタが最長波長のフィルタであると判定された場合も（Ｓ２：ＹＥＳ）、開始当初のフィルタより１つ短波長側のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる（Ｓ１３）。
【００７６】
次に、新たなフィルタによるＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量Ｄ２が検出される（Ｓ１４）。そして、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１より大きければ（Ｓ１５：ＹＥＳ）、そのフィルタが最短波長のフィルタであるか否かが判定される（Ｓ１６）。そのフィルタが最短波長のフィルタであれば（Ｓ１６：ＹＥＳ）、そのフィルタが全てのフィルタの中で総受光量が最大のものと考えられるため、使用フィルタに設定される（Ｓ７）。
【００７７】
一方、新たなフィルタが最短波長のフィルタでなければ（Ｓ１６：ＮＯ）、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１に置き換えられた後（Ｓ１７）、一つ短波長側のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる（Ｓ１３）。そして、再び、新たなフィルタによるＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量Ｄ２が検出される（Ｓ１４）。
【００７８】
ここで、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下となれば（Ｓ１５：ＮＯ）、１つ前のフィルタが全てのフィルタの中で総受光量が最大のものと考えられるので、１つ前のフィルタが使用フィルタに設定される（Ｓ１８）。この場合、１つ前のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる。
【００７９】
一方、今回も総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１より大きければ、そのフィルタが最短波長のフィルタであるか否かが判定され（Ｓ１６）、最短波長のフィルタであれば（Ｓ１６：ＹＥＳ）、そのフィルタが使用フィルタに設定される（Ｓ７）。
【００８０】
なお、開始当初のフィルタから１つ短波長側にスライドされた最初のステップＳ１５での総受光量の比較において、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下であると判定された場合には、開始当初のフィルタが全てのフィルタの中で総受光量が最大のものと考えられるため、使用フィルタに設定される（Ｓ１８）。この場合、開始当初のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる。
【００８１】
このように、開始当初のフィルタよりも短波長側にスライドされた後の処理においては、短波長側のフィルタへ順次スライドされつつ、総受光量Ｄ２と総受光量Ｄ１とが比較される。そして、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下であると判定されれば、１つ前のフィルタが使用フィルタに設定される。一方、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下であると判定されることなく、最短波長のフィルタまで達すれば、最短波長のフィルタが使用フィルタに設定される。
【００８２】
このようにして、ステップＳ７、Ｓ１０、Ｓ１８において、ＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量Ｄ２が最大となるフィルタが使用フィルタに設定されると、フィルタ切替え処理が終了する。
【００８３】
以上、本実施の形態によれば、レーザ光源１１の波長が公差よって所期の波長からずれている場合に、その波長に応じて異なる透過波長帯域のフィルタを切り替えることによって、その波長にフィルタユニット１５の透過波長帯域を合わせることができる。さらに、その後の温度変化等によってレーザ光源１１の波長が時々刻々と変化しても、その波長にフィルタユニット１５の透過波長帯域を合わせることができる。よって、本実施の形態によれば、３次元距離演算部２１ａにおいて３次元距離情報を精度よく求めることができ、結果、物体検出部３１ａにおける検出精度を高めることができる。
【００８４】
また、本実施の形態によれば、フィルタユニット１５は、複数のフィルタ（中波長フィルタ１５１、長波長フィルタ１５２、短波長フィルタ１５３）が直線的に並べられた構成であるため、各フィルタはＣＭＯＳイメージセンサ１６の受光領域と略同じサイズであれば良く、隣接するフィルタ間に余分なスペースが生じ難い。よって、フィルタユニット１５全体としての大きさを抑制することができる。
【００８５】
さらに、本実施の形態によれば、フィルタ切替え処理において、最初にフィルタを長波長側にスライドさせて総受光量の比較を行い、その結果によって使用フィルタを設定するようにしている。上述したように、レーザ光源１１の温度が上昇すると、波長は長波長側へずれるため、フィルタが長波長側に切り替えられるケースが多い。このような制御処理とすれば、フィルタが長波長側に切り替えられる場合に、使用フィルタを設定する時間が短くてすむ。よって、全体として、フィルタ切替え制御を短時間に行うことが可能となる。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記の他に種々の変更が可能である。
【００８７】
＜変更例＞
図８は、フィルタユニット１５の変更例を示す。図８（ａ）は、フィルタユニット１５がホルダ５１に装着された状態を示す斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。
【００８８】
本変更例では、同じ種類（透過特性）の干渉フィルタを、それぞれ傾き角を変えて配することにより、中波長フィルタ１５４、長波長フィルタ１５５、短波長フィルタ１５６を構成するようにしている。
【００８９】
中波長フィルタ１５４は、Ｚ軸に垂直となる状態から図８のＹ−Ｚ平面に平行な方向に角度αだけ傾けられている。長波長フィルタ１５５は、Ｚ軸に垂直な状態であり傾けられていない。短波長フィルタ１５６は、Ｚ軸に垂直となる状態から図８のＹ−Ｚ平面に平行な方向に角度β（β＞α）だけ傾けられている。
【００９０】
図９に、中波長フィルタ１５４、長波長フィルタ１５５および短波長フィルタ１５６の透過特性を示す。
【００９１】
図９に示すように、干渉フィルタにおいては、光束に対するフィルタの傾き角を変化させることにより、フィルタ１５の透過波長帯域を変化させることができる。本変更例では、傾きがない状態で、その透過中心波長がレーザ光源１１の所期の波長より長波長側にずれている干渉フィルタが用いられる。そして、この干渉フィルタの傾き角をゼロとすることにより、長波長フィルタ１５５が構成される。また、干渉フィルタの傾き角を、透過中心波長がレーザ光源１１の所期の波長に略整合するような角度αとすることにより、中波長フィルタ１５４が構成される。さらに、干渉フィルタの傾き角を、中波長フィルタ１５１よりも短波長領域に透過波長帯域を有するような角度βとすることにより、短波長フィルタ１５６が構成される。
【００９２】
本変更例においても、レーザ光源１１の波長が変動する範囲（図９に矢印で示す波長変動範囲）において、何れのフィルタが使用されても、ＣＭＯＳイメージセンサ１６にて適正な受光がなされる透過率（たとえば、８０％以上）が維持できるように、各フィルタ１５４、１５５、１５６の透過波長帯域が設定されている。
【００９３】
このように、本変更例によれば、フィルタユニット１５を構成する複数のフィルタに、同じ種類の干渉フィルタを用いることができるので、コストの低減を図ることができる。
【００９４】
＜その他＞
上記実施の形態では、フィルタユニット１５の各フィルタに、基板に誘電体膜を積層した干渉フィルタを用いているが、これに限らず、エタロンタイプのフィルタを用いるようにしても良い。なお、エタロンタイプのフィルタも、干渉フィルタと同様、光束に対するフィルタの傾き角を変化させることにより、フィルタの透過波長帯域を変化させることができる。
【００９５】
また、上記実施の形態では、フィルタユニット１５が３つのフィルタで構成されている。しかしこれに限らず、フィルタユニット１５が４つ以上のフィルタで構成されてもよい。たとえば、上記実施の形態よりも波長変動範囲が大きくなるようなレーザ光源が用いられる場合には、フィルタの個数が増やされ得る。また、隣り合うフィルタの透過特性曲線が交わる点での透過率を高めるためには、隣り合うフィルタの透過波長帯域を近づける必要がある。この場合に、波長変動範囲をカバーするため、フィルタの個数が増やされ得る。
【００９６】
さらに、上記実施の形態では、モータ５３１を用いたアクチュエータを示したが、ホルダ５１にレバーを設けて、手動によりホルダ５１をスライドする構成とすることもできる。
【００９７】
さらに、上記実施の形態には、目標領域にレーザ光を広げて投写するようにしたが、目標領域をレーザ光が走査するように構成しても良い。この場合、レーザ光の走査手段として、ミラーを用いたスキャン機構（たとえば、特開２００８−１０２０２６号公報）やレンズを用いたスキャン機構（たとえば、特開２００６−３０８５５８号公報）を用いることができる。また、レーザ光の走査位置が検出可能であれば、ＣＭＯＳイメージセンサに替えて、受光光量を検出可能な光検出器を用いることができる。
【００９８】
さらに、上記実施の形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量をモニタし、これが最大となるように各フィルタ１５１、１５２、１５３の切替えを行ったが、たとえば、レーザ光源１１の温度を検出する温度センサを配置し、検出された温度をもとに、フィルタの切替えを行うようにしても良い。この場合、メモリ２６は、たとえば、温度とフィルタ（その温度のときに最適であると想定されるフィルタ）との関係を規定するテーブルを保持しており、駆動制御部２１ｂは、このテーブルを参照して、使用フィルタを設定する。なお、テーブルには、温度と、中立位置からのステッピングモータのステップ数とが対応づけられていても良い。この場合、磁石とホール素子による検出手段等、中立位置を検出するための構成が別途アクチュエータ５０に必要となる。
【００９９】
さらに、上記実施の形態では、光源としてレーザ光源１１を用いたが、これに替えて狭帯域ＬＥＤを用いることもでき、また、ＣＭＯＳイメージセンサ１６に替えて、高速応答性のＣＣＤイメージセンサを用いることもできる。さらに、情報取得装置１と情報処理装置２は一体化されても良い。
【０１００】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 情報取得装置
２ 情報処理装置（検出部）
１１ レーザ光源（光源）
１２ 投射レンズ(投射光学系)
１４ 撮像レンズ（レンズ）
１５ フィルタユニット（フィルタ部）
１５１、１５４ 中波長フィルタ（第１のフィルタ）
１５２、１５５ 長波長フィルタ（第２のフィルタ）
１５３、１５６ 短波長フィルタ（第３のフィルタ）
１６ ＣＭＯＳイメージセンサ（受光素子）
２１ｂ 駆動制御部
５０ アクチュエータ（フィルタ駆動部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を受光する受光装置に関する。また、本発明は、目標領域に光を投写したときの反射光を上記受光装置より受光し、受光した反射光の状態に基づいて目標領域内の情報を取得する情報取得装置、および、当該情報取得装置から取得した情報に基づいて目標領域内の物体を検出する物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から出射された光を他の光と区別して受光する受光装置が知られている。この種の受光装置では、太陽光や電灯などの背景光の入射によって、上記光源からの光の検出精度が低下しないようにする必要がある。この場合、たとえば、レンズと受光素子との間に、光源からの光の波長（中心波長、以下同じ）に整合させた波長選択性のフィルタが配される。光源には、レーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Device）等が用いられる。また、受光素子には、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）やＣＭＯＳイメージセンサ等が用いられ、フィルタには、干渉フィルタやエタロンタイプのフィルタ等が用いられる。
【０００３】
かかる受光装置では、光源毎に波長に公差があり、また、温度変化に応じて光源からの光の波長が変動する。このため、フィルタの透過波長帯域が固定されていると、光源からの光とフィルタの透過波長帯域との間にずれが生じてしまう。
【０００４】
そこで、かかる問題に対処すべく、入射光に対するフィルタの傾きを調整することにより、フィルタの透過波長帯域を調節できるようにする構成が採られ得る（特許文献１参照）。この他、透過波長帯域の異なる複数のフィルタを準備し、これらフィルタを光源の波長に応じて切り替える構成も採られ得る。ここで、フィルタを切り替えるための構成として、回転軸を中心に周方向に複数のフィルタを配し、回転軸を回転させることによってフィルタを切り替える構成が考えられ得る（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１２２２４５号公報
【特許文献２】特開昭６３−２５３９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように複数のフィルタを周方向に配する場合には、各波長帯域に対応するフィルタ領域が、フィルタリングの際に実際に光が透過する領域よりも、数段大きくなってしまう。このため、各波長帯域に対応するフィルタ領域に余分なスペースが生じ、結果、フィルタ部全体が大きくなりやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、透過波長帯域の異なる複数のフィルタの切り替えによって透過波長帯域の調整を行う場合に、フィルタ部全体の大きさを抑制できる受光装置、および、このような受光装置を用いた情報取得装置、物体検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、光源からの光を受光する受光装置に関する。本態様に係る受光装置は、光を受光して信号を出力する受光素子と、前記光を前記受光素子へと導くレンズと、前記レンズからの光と交差する方向に透過波長帯域の異なる複数のフィルタが直線的に並べられたフィルタ部と、前記フィルタ部を前記複数のフィルタの並び方向にスライドさせるためのフィルタ駆動部とを備える。
【０００９】
本発明の第２の態様は、光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置に関する。本態様に係る情報取得装置は、所定波長の光を出射する光源と、前記光源からの光を目標領域に向けて投射する投射光学系と、前記目標領域から反射された反射光を受光する、上記第１の態様に係る受光装置とを備える。
【００１０】
本発明の第３の態様は、物体検出装置に関する。本態様に係る物体検出装置は、上記第２の態様に係る情報取得装置と、前記情報取得装置にて取得された情報をもとに目標領域の物体を検出する検出部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、透過波長帯域の異なる複数のフィルタの切り替えによって透過波長帯域の調整を行う場合に、フィルタ部全体の大きさを抑制できる受光装置、および、このような受光装置を用いた情報取得装置、物体検出装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る物体検出装置の構成を示す。
【図２】実施の形態に係る情報取得装置と情報処理装置の構成を示す。
【図３】実施の形態に係る３次元距離演算部の処理を説明する図である。
【図４】実施の形態に係る情報取得装置の受光部の構成を詳細に示す。
【図５】実施の形態に係る情報取得装置の受光部の構成を詳細に示す。
【図６】実施の形態に係る中波長フィルタ、長波長フィルタおよび短波長フィルタの透過特性を示す。
【図７】実施の形態に係るフィルタ切替え処理のフローチャートである。
【図８】実施の形態に係るフィルタユニットの変更例を示す。
【図９】変更例に係る中波長フィルタ、長波長フィルタおよび短波長フィルタの透過特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、図１に本実施の形態に係る物体検出装置の概略構成を示す。図示の如く、物体検出装置は、情報取得装置１と、情報処理装置２とを備えている。テレビ３は、情報処理装置２からの信号によって制御される。
【００１６】
情報取得装置１は、目標領域全体に赤外光を投射し、その反射光をＣＭＯＳイメージセンサにて受光することにより、目標領域にある物体各部の距離（以下、「３次元距離情報」という）を取得する。取得された３次元距離情報は、ケーブル４を介して情報処理装置２に送られる。
【００１７】
情報処理装置２は、たとえば、テレビ制御用のコントローラやゲーム機、パーソナルコンピュータ等である。情報処理装置２は、情報取得装置１から受信した３次元距離情報に基づき、目標領域における物体を検出し、検出結果に基づきテレビ３を制御する。
【００１８】
たとえば、情報処理装置２は、受信した３次元距離情報に基づき人を検出するとともに、３次元距離情報の変化から、その人の動きを検出する。たとえば、情報処理装置２がテレビ制御用のコントローラである場合、情報処理装置２には、受信した３次元距離情報からその人のジャスチャーを検出するとともに、ジェスチャに応じてテレビ３に制御信号を出力するアプリケーションプログラムがインストールされている。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定のジェスチャをすることにより、チャンネル切り替えやボリュームのＵｐ／Ｄｏｗｎ等、所定の機能をテレビ３に実行させることができる。
【００１９】
また、たとえば、情報処理装置２がゲーム機である場合、情報処理装置２には、受信した３次元距離情報からその人の動きを検出するとともに、検出した動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させ、ゲームの対戦状況を変化させるアプリケーションプログラムがインストールされている。この場合、ユーザは、テレビ３を見ながら所定の動きをすることにより、自身がテレビ画面上のキャラクタとしてゲームの対戦を行う臨場感を味わうことができる。
【００２０】
図２は、情報取得装置１と情報処理装置２の構成を示す図である。
【００２１】
情報取得装置１は、光学部の構成として、レーザ光源１１と、投射レンズ１２と、アパーチャ１３と、撮像レンズ１４と、フィルタユニット１５と、ＣＭＯＳイメージセンサ１６を備えている。また、回路部の構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、レーザ駆動回路２２と、撮像信号処理回路２３と、フィルタ制御回路２４と、入出力回路２５と、メモリ２６を備えている。
【００２２】
なお、アパーチャ１３、撮像レンズ１４、フィルタ１５、ＣＭＯＳイメージセンサ１６、後述するアクチュエータ５０からなる構成部分が、本発明の受光装置の一つの実施形態に相当する。
【００２３】
レーザ光源１１は、波長８００ｎｍ程度のレーザ光を出力する。投射レンズ１２は、レーザ光源１１から出射されたレーザ光を目標領域全体に広げて投射する。目標領域から反射されたレーザ光は、アパーチャ１３を介して撮像レンズ１４に入射する。アパーチャ１３は、撮像レンズ１４のＦナンバーに合うように、外部からの光に絞りを掛ける。撮像レンズ１４は、アパーチャ１３を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ１６上に集光する。
【００２４】
フィルタユニット１５は、レーザ光の進行方向に直交する方向、たとえば、図２に示すＹ軸方向に直線的に並べられた３つのフィルタを備えている。３つのフィルタは、透過波長帯域の異なるバンドパスフィルタであり、それぞれの透過波長帯域に整合する波長の光を透過する。フィルタユニット１５は、アクチュエータ５０によって駆動され、Ｙ軸方向に直線的にスライドする。これにより、撮像レンズ１４からのレーザ光の光路中に配置されるフィルタが切り替えられる。フィルタユニット１５およびアクチュエータ５０の詳細な構成については、追って説明する。
【００２５】
ＣＭＯＳイメージセンサ１６は、撮像レンズ１４にて集光された光を受光して、画素毎に、受光光量に応じた信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力する。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ１６は、各画素における受光から高レスポンスでその画素の信号（電荷）を撮像信号処理回路２３に出力できるよう、信号の出力速度が高速化されている。
【００２６】
ＣＰＵ２１は、メモリ２６に格納された制御プログラムに従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ２１には、３次元距離情報を生成するための３次元距離演算部２１ａの機能、およびアクチュエータ５０を制御するための駆動制御部２１ｂの機能が付与される。
【００２７】
レーザ駆動回路２２は、ＣＰＵ２１からの制御信号に応じてレーザ光源１１を駆動する。ここで、レーザ駆動回路２２は、所定の変調方式に従ってレーザ光源１１を駆動する。これにより、レーザ光源１１からは、固有の変調パターンを持つレーザ光が出射される。
【００２８】
撮像信号処理回路２３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１６を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ１６で生成された各画素の信号（電荷）をライン毎に順次取り込む。そして、取り込んだ電荷を順次信号としてＣＰＵ２１に出力する。ＣＰＵ２１は、撮像信号処理回路２３から供給される信号をもとに、情報取得装置１から各画素位置までの距離を、３次元距離演算部２１ａによる処理によって算出する。このとき、ＣＰＵ２１は、各画素位置の信号が、レーザ駆動回路２２におけるレーザ光の変調方式と同様に変調されているかを判定し、同様に変調されている場合にのみ、この信号を、３次元距離の算出に用いる。
【００２９】
フィルタ制御回路２４は、アクチュエータ５０を駆動する。駆動制御部２１ｂは、ＣＭＯＳイメージセンサ１６からの信号に基づいて、フィルタ制御回路２４に制御信号を出力することにより、アクチュエータ５０を制御する。
【００３０】
入出力回路２５は、情報処理装置２とのデータ通信を制御する。
【００３１】
情報処理装置２は、ＣＰＵ３１と、入出力回路３２と、メモリ３３を備えている。なお、情報処理装置２には、同図に示す構成の他、テレビ３との通信を行うための構成や、ＣＤ−ＲＯＭ等の外部メモリに格納された情報を読み取ってメモリ３３にインストールするためのドライブ装置等が配されるが、便宜上、これら周辺回路の構成は図示省略されている。
【００３２】
ＣＰＵ３１は、メモリ３３に格納された制御プログラム（アプリケーションプログラム）に従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ３１には、画像中の物体を検出するための物体検出部３１ａの機能が付与される。かかる制御プログラムは、たとえば、図示しないドライブ装置によってＣＤ−ＲＯＭから読み取られ、メモリ３３にインストールされる。
【００３３】
たとえば、制御プログラムがゲームプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動きを検出する。そして、検出された動きに応じてテレビ画面上のキャラクタを動作させるための処理が制御プログラムにより実行される。
【００３４】
また、制御プログラムがテレビ３の機能を制御するためのプログラムである場合、物体検出部３１ａは、情報取得装置１から供給される３次元距離情報から画像中の人およびその動き（ジェスチャ）を検出する。そして、検出された動き（ジェスチャ）に応じて、テレビ１の機能（チャンネル切り替えやボリューム調整、等）を制御するための処理が制御プログラムにより実行される。
【００３５】
入出力回路３２は、情報取得装置１とのデータ通信を制御する。
【００３６】
図３は、３次元距離演算部２１ａにおける処理を説明する図である。
【００３７】
情報処理装置２からの指令に応じて情報取得装置１における情報取得処理が起動されると、レーザ光源１１から目標領域に向かって固有の変調パターンでレーザ光が投射される。このとき、同図にように目標領域に人（Ｍ）がいると、レーザ光は人（Ｍ）により反射され、撮像レンズ１４を介してＣＭＯＳイメージセンサ１６に入射される。こうして、人（Ｍ）の像がＣＭＯＳイメージセンサ１６に投影される。
【００３８】
このとき、レーザ光源１１からのレーザ光のうち、人（Ｍ）の位置Ｐｏに当たった光は、ＣＭＯＳイメージセンサ１６上の画素Ｐｐの位置に入射する。したがって、レーザ光源１１における変調レーザ光の出射タイミングと、画素Ｐｐにおける当該変調レーザ光の受光タイミングの時間差をΔｔとすると、情報取得装置１から人（Ｍ）の位置Ｐｏまでの距離Ｄｐは、
Ｄｐ＝Ｃ×Δｔ（Ｃ：光速） …（１）
で求められる。人（Ｍ）のその他の位置の距離も同様に求められる。
【００３９】
３次元距離演算部２１ａは、レーザ駆動回路２２に変調レーザ光の発光指令を行ってから、各画素における変調レーザ光の受光信号が撮像信号処理回路２３から入力されるまでの時間差ΔＴをもとに、各回路部におけるタイムラグおよびレーザ光源１１とＣＭＯＳイメージセンサ１６のレスポンスを考慮して、上記式（１）における時間差Δｔを画素毎に求め、求めたΔｔをもとに式（１）の演算を行って、情報取得装置１から人（Ｍ）の各位置までの距離を求める。このとき、目標領域内に人（Ｍ）以外に物や壁等があれば、これらについても同様に距離が求められる。
【００４０】
３次元距離演算部２１ａは、こうして求めた、目標領域内の各位置の距離を３次元距離情報として情報処理装置２に出力する。この場合、たとえば、人（Ｍ）が前後にまっすぐ手を動かすと、手の位置の距離が変化する３次元距離情報が順次情報処理装置２に出力される。情報処理装置２の物体検出部３１ａは、このように変化する３次元距離情報をもとに、人（Ｍ）の検出と、この人（Ｍ）が手を前後に動かす動作を行っていることの検出を行う。そして、ＣＰＵ３１は、この検出結果に基づいて、制御プログラムに規定された制御動作を行う。
【００４１】
図４および図５は、アパーチャ１３、撮像レンズ１４、フィルタユニット１５、アクチュエータ５０およびＣＭＯＳイメージセンサ１６の部分の詳細な構成を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、異なる方向から見た保持筒４１、アクチュエータ５０、保持枠４２、回路基板４３の分解斜視図である。図５は、保持筒４１およびアクチュエータ５０が回路基板４３にセットされた状態を示す斜視図である。
【００４２】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態では、回路基板４３上に保持枠４２が重ねられる。回路基板４３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１６が装着されている他、ＣＭＯＳイメージセンサ１６に関連する回路が配されている。保持枠４２には、中央に光を透過させる開口が形成されており、その開口からＣＭＯＳイメージセンサ１６が上方に臨んでいる。
【００４３】
保持枠４２の上方に、フィルタユニット１５が装着されたホルダ５１が配され、さらにその上方に保持筒４１が配される。保持筒４１は、アパーチャ１３と撮像レンズ１４を保持する。即ち、保持筒４１は、底部が開放された中空の箱形状を有しており、内部に複数枚のレンズ群からなる撮像レンズ１４を収容している。また、保持筒４１の上部には、円形状の開口が形成され、この開口から外部に臨むようにアパーチャ１３が保持筒４１の上部に装着されている。
【００４４】
フィルタユニット１５は、中波長フィルタ１５１、長波長フィルタ１５２および短波長フィルタ１５３の３つのフィルタで構成されている。これらフィルタ１５１、１５２、１５３は、ガラス等からなる基板の一面に誘電体膜が積層された構成を有する、いわゆる「干渉フィルタ」であり、誘電体膜での多光束干渉の作用によって特定の波長帯域の光のみを透過させる。ＣＭＯＳイメージセンサ１６のセンサ面は方形状を有しているため、これに合わせて、これらフィルタ１５１、１５２、１５３も方形状に形成されている。中波長フィルタ１５１、長波長フィルタ１５２および短波長フィルタ１５３は、透過波長帯がそれぞれ異なる異種のフィルタである。
【００４５】
図６に、中波長フィルタ１５１、長波長フィルタ１５２および短波長フィルタ１５３の透過特性を示す。
【００４６】
図６に示すように、中波長フィルタ１５１は、その透過中心波長がレーザ光源１１の所期の波長（公差によるずれのない設計上の波長）に略整合するような透過波長帯域を有する。長波長フィルタ１５２は、中波長フィルタ１５１よりも長波長領域に透過波長帯域を有する。短波長フィルタ１５３は、中波長フィルタ１５１よりも短波長領域に透過波長帯域を有する。
【００４７】
レーザ光源１１には光源毎に公差がある。また、レーザ光源１１の波長は、発光部の温度変化に伴って変化する。本実施の形態では、公差や温度変化によって、レーザ光源１１の波長が所期の波長から変動しても、そのときの波長に応じて、各フィルタ１５１、１５２、１５３の中から最適なフィルタが使用される。このため、レーザ光源１１の波長が変動する範囲（図６に矢印で示す波長変動範囲）において、何れのフィルタが使用されても、ＣＭＯＳイメージセンサ１６にて適正な受光がなされる透過率（たとえば、８０％以上）が維持できるように、各フィルタ１５１、１５２、１５３の透過波長帯域が設定されている。
【００４８】
図４に戻り、アクチュエータ５０は、フィルタユニット１５が装着されるホルダ５１と、ホルダ５１をＹ軸方向に直線的にスライド可能に支持する支持部５２と、ホルダ５１をスライド駆動する駆動部５３とを備えている。
【００４９】
ホルダ５１は、収容部５１１を有する。収容部５１１には、Ｙ軸方向に並ぶ３つの開口が形成されている。本実施の形態では、中央の開口に中波長フィルタ１５１が装着されており、その両側の開口に長波長フィルタ１５２と短波長フィルタ１５３が装着されている。
【００５０】
ホルダ５１において、収容部５１１の一方側には、Ｙ軸方向に沿う１つのガイド孔５１２が形成されており、収容部５１１の他方側には、Ｙ軸方向に沿う２つのガイド孔５１３、５１３が開口５１４を挟んで形成されている。また、ホルダ５１のガイド孔５１３側の端部には、凹部５１５ａを有する取付部５１５が形成されている。
【００５１】
支持部５２は、２本のシャフト５２１、５２２と、これらシャフト５２１、５２２を固定するための固定具５２３、５２４とで構成されている。シャフト５２１の両端が固定具５２３により固定され、シャフト５２２の両端が固定具５２４により固定される。これら固定具５２３、５２４は保持筒４１の側面に取り付けられる。これにより、２本のシャフト５２１、５２２は、Ｙ軸方向に沿うように保持筒４１の下方に配される。このとき、シャフト５２１とシャフト５２２との間隔は、ホルダ５１のガイド孔５１２とガイド孔５１３との間隔と等しくされる。
【００５２】
駆動部５３は、モータ５３１と、支持盤５３２と、リードスクリュー５３３と、移動体５３４とで構成されている。
【００５３】
モータ５３１は、たとえば、ステッピングモータである。支持盤５３２には、モータ取付部５３２ａおよび軸受部５３２ｂが形成されている。モータ取付部５３２ａにはモータ５３１が取り付けられる。軸受部５３２ｂにはモータ５３１の回転軸の先端が軸支される。モータ５３１の回転軸にはリードスクリュー５３３が取り付けられている。モータ５３１が回転すると、リードスクリュー５３３が回転する。
【００５４】
移動体５３４には、リードスクリュー５３３に噛み合うネジ穴（図示せず）が設けられている。移動体５３４のネジ穴にリードスクリュー５３３が挿入されている。また、移動体５３４には、ホルダ５１の取付部５１５に移動体５３４を取り付けるための取付片５３４ａが設けられている。
【００５５】
保持筒４１、アクチュエータ５０、保持枠４２、回路基板４３を組み立てる際には、１つのカイド孔５１２がシャフト５２１に、２つのガイド孔５１３がシャフト５２２に通されるようにして、ホルダ５１がガイド部５２に装着される。これにより、ホルダ５１が、２本のシャフト５２１、５２２にガイドされて、Ｙ軸方向にスライド可能となる。
【００５６】
次に、移動体５３４の取付片５３４ａが固定部５１５の凹部５１５ａに嵌め込まれ、ネジ止等により固定されることにより、駆動部５３がホルダ５１に連結される。こうして、保持筒４１とアクチュエータ５０が一体化される。
【００５７】
その後、ＣＯＭＳイメージセンサ１６のセンサ面上にホルダ５１装着されたフィルタユニット１５が位置するように、保持筒４１およびアクチュータ５０が回路基板４３にセットされる。こうして、図５に示すように、保持筒４１、アクチュータ５０および回路基板４３のセッティングが完了する。
【００５８】
たとえば、モータ５３１が左回り（図５の実線矢印の方向）に回転すると、リードスクリュー５３３が左回りに回転する。これにより、移動体５３４が図５の＋Ｙ軸方向（実線矢印の方向）に移動し、これに伴って、ホルダ５１が＋Ｙ軸方向（実線矢印の方向）にスライドする。一方、モータ５３１が右回り（図５の点線矢印の方向）に回転すると、リードスクリュー５３３が右回りに回転する。これにより、移動体５３４が図５の−Ｙ軸方向（点線矢印の方向）に移動し、これに伴って、ホルダ５１が−Ｙ軸方向（点線矢印の方向）にスライドする。このようにして、ホルダ５１がＹ軸方向にスライドされることにより、ＣＯＭＳイメージセンサ１６上に配されるフィルタユニット１５のフィルタが切り替えられる。
【００５９】
本実施の形態では、たとえば、各フィルタ１５１、１５２、１５３がＣＭＯＳイメージセンサ１６上に正対する位置（以下、「フィルタ使用位置」という）にあるときのモータ５３１の中立位置からのステップ数が予め規定されている。なお、図示しないが、アクチュエータ５０には、磁石とホール素子による検出手段等、中立位置を検出するための構成が設けられている。
【００６０】
中波長フィルタ１５１がフィルタ使用位置に配される場合には、中波長フィルタ１５１に対応するステップ数となるようモータ５３１が駆動される。また、長波長フィルタ１５２がフィルタ使用位置に配される場合には、長波長フィルタ１５２に対応するステップ数となるようモータ５３１が駆動される。さらに、短波長フィルタ１５３がフィルタ使用位置に配される場合には、短波長フィルタ１５３に対応するステップ数となるようモータ５３１が駆動される。なお、各フィルタ１５１、１５２、１５３がフィルタ使用位置にあるか否かを位置センサによって検出することもできる。たとえば、各フィルタに対応するフォトインタラプタが設けられ、各フィルタがフィルタ使用位置に来たときに、対応するフォトインタラプタの光を遮るような構成とすることにより、各フィルタがフィルタ使用位置に来たことが検出できる。
【００６１】
なお、図４および図５の構成では、フィルタユニット１５をＹ軸方向にスライドさせているが、フィルタユニット１５をＸ軸方向にスライドさせてもよい。
【００６２】
また、図４および図５の構成では、フィルタユニット１５は、中波長フィルタ１５１が中央に配され、その両側に長波長フィルタ１５２および短波長フィルタ１５３が配された構成とされている。しかしこれに限らず、フィルタユニット１５は、端から中波長フィルタ１５１、長波長フィルタ１５２、短波長フィルタ１５３と並ぶような構成とされてもよい。ただし、中波長フィルタ１５１と長波長フィルタ１５２は隣接して配されることが望ましい。
【００６３】
中波長フィルタ１５１は、レーザ光源１１の所期の波長に対応しており、使用頻度が最も高いと考えられる。また、レーザ光源１１の温度が上昇すると、波長は長波長側へずれる。よって、中波長フィルタ１５１から長波長フィルタ１５２へとフィルタが切り替えられるケースが多くなると考えられる。上記のように、中波長フィルタ１５１と長波長フィルタ１５２が隣接して配されていれば、このように中波長フィルタ１５１から長波長フィルタ１５２へと切り替えられる際のフィルタの移動量が抑えられるので、フィルタの切替えに要する時間を短くできる。
【００６４】
さて、本実施の形態では、駆動制御部２１ｂによる制御のもと、レーザ光源１１の波長に応じてフィルタユニット１５の各フィルタ１５１、１５２、１５３を切り替えるフィルタ切替え処理が実行される。このフィルタ切替え処理では、各フィルタ１５１、１５２、１５３の中で、ＣＭＯＳイメージセンサ１６にて受光される１画面分の総光量（以下、単に「ＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量」という）が最大となるフィルタが、使用されるフィルタ（以下、「使用フィルタ」という）に設定される。フィルタ切替え処理は、たとえば、情報取得装置１が起動されたときに実行され、その後、所定時間毎（たとえば、数分毎）に実行される。なお、フィルタ切替え処理が実行されている間は、３次元距離情報の取得する処理が一時的に中断される。
【００６５】
図７は、フィルタ切替え処理のフローチャートである。本実施の形態では、フィルタユニット１５が３つのフィルタにより構成されているが、図７のフィルタ切替え処理は、フィルタユニット１５を構成するフィルタの個数が４つ以上となっても適用することができる。
【００６６】
図７を参照して、処理が開始されると、開始当初に使用されているフィルタによるＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量Ｄ１が検出される（Ｓ１）。ここで、総受光量の検出は、撮像信号処理回路２３から出力される１画面分の信号を加算することにより行われる。
【００６７】
次に、開始当初のフィルタが、最長波長のフィルタでなければ（Ｓ２：ＮＯ）、一つ長波長側のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる（Ｓ３）。なお、フィルタ使用位置にフィルタが配される度に、そのフィルタを識別するための情報がメモリに格納される。よって、この情報を検出することによって、フィルタ使用位置にあるフィルタが何れのフィルタであるかを把握することができる。
【００６８】
次に、新たなフィルタによるＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量Ｄ２が検出される（Ｓ４）。そして、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１より大きければ（Ｓ５：ＹＥＳ）、そのフィルタが最長波長のフィルタであるか否かが判定される（Ｓ６）。そのフィルタが最長波長のフィルタであれば（Ｓ６：ＹＥＳ）、そのフィルタが全てのフィルタの中で総受光量が最大のものと考えられるため、そのフィルタが使用フィルタに設定される（Ｓ７）。
【００６９】
一方、新たなフィルタが最長波長のフィルタでなければ（Ｓ６：ＮＯ）、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１に置き換えられた後（Ｓ８）、一つ長波長側のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる（Ｓ３）。そして、再び、新たなフィルタによるＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量Ｄ２が検出される（Ｓ４）。
【００７０】
ここで、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下となれば（Ｓ５：ＮＯ）、今回が最初の総受光量の比較かが判別される（Ｓ９）。ここでは、今回が最初の比較ではないことから（Ｓ９：ＮＯ）、１つ前のフィルタが全てのフィルタの中で総受光量が最大のものとされ、１つ前のフィルタが使用フィルタに設定される（Ｓ１０）。この場合、１つ前のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる。
【００７１】
一方、今回も総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１より大きければ、そのフィルタが最長波長のフィルタであるか否かが判定され（Ｓ６）、最長波長のフィルタであれば（Ｓ６：ＹＥＳ）、そのフィルタが使用フィルタに設定される（Ｓ７）。
【００７２】
このように、最初のステップＳ５での総受光量の比較において、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１より大きいと判定された場合には、長波長側のフィルタへ順次スライドされつつ、総受光量Ｄ２と総受光量Ｄ１とが比較される。そして、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下であると判定されれば、１つ前のフィルタが使用フィルタに設定される。一方、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下であると判定されることなく、最長波長のフィルタに達すれば、最長波長のフィルタが使用フィルタに設定される。
【００７３】
これに対し、最初のステップＳ５での総受光量の比較において、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１より大きいと判定された場合には、開始当初のフィルタよりも長波長側には、総受光量が最大となるフィルタがないことになる。このとき、１つ前のフィルタ、即ち開始当初のフィルタが最短波長のフィルタであれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、開始当初のフィルタが使用フィルタに設定され（Ｓ１０）、開始当初のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる。
【００７４】
一方、開始当初のフィルタが最短波長のフィルタでなければ（Ｓ１１：ＮＯ）、開始当初のフィルタより１つ短波長側のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる（Ｓ１２）。
【００７５】
また、ステップＳ２において、開始当初のフィルタが最長波長のフィルタであると判定された場合も（Ｓ２：ＹＥＳ）、開始当初のフィルタより１つ短波長側のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる（Ｓ１３）。
【００７６】
次に、新たなフィルタによるＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量Ｄ２が検出される（Ｓ１４）。そして、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１より大きければ（Ｓ１５：ＹＥＳ）、そのフィルタが最短波長のフィルタであるか否かが判定される（Ｓ１６）。そのフィルタが最短波長のフィルタであれば（Ｓ１６：ＹＥＳ）、そのフィルタが全てのフィルタの中で総受光量が最大のものと考えられるため、使用フィルタに設定される（Ｓ７）。
【００７７】
一方、新たなフィルタが最短波長のフィルタでなければ（Ｓ１６：ＮＯ）、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１に置き換えられた後（Ｓ１７）、一つ短波長側のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる（Ｓ１３）。そして、再び、新たなフィルタによるＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量Ｄ２が検出される（Ｓ１４）。
【００７８】
ここで、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下となれば（Ｓ１５：ＮＯ）、１つ前のフィルタが全てのフィルタの中で総受光量が最大のものと考えられるので、１つ前のフィルタが使用フィルタに設定される（Ｓ１８）。この場合、１つ前のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる。
【００７９】
一方、今回も総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１より大きければ、そのフィルタが最短波長のフィルタであるか否かが判定され（Ｓ１６）、最短波長のフィルタであれば（Ｓ１６：ＹＥＳ）、そのフィルタが使用フィルタに設定される（Ｓ７）。
【００８０】
なお、開始当初のフィルタから１つ短波長側にスライドされた最初のステップＳ１５での総受光量の比較において、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下であると判定された場合には、開始当初のフィルタが全てのフィルタの中で総受光量が最大のものと考えられるため、使用フィルタに設定される（Ｓ１８）。この場合、開始当初のフィルタがフィルタ使用位置にスライドされる。
【００８１】
このように、開始当初のフィルタよりも短波長側にスライドされた後の処理においては、短波長側のフィルタへ順次スライドされつつ、総受光量Ｄ２と総受光量Ｄ１とが比較される。そして、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下であると判定されれば、１つ前のフィルタが使用フィルタに設定される。一方、総受光量Ｄ２が総受光量Ｄ１以下であると判定されることなく、最短波長のフィルタまで達すれば、最短波長のフィルタが使用フィルタに設定される。
【００８２】
このようにして、ステップＳ７、Ｓ１０、Ｓ１８において、ＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量Ｄ２が最大となるフィルタが使用フィルタに設定されると、フィルタ切替え処理が終了する。
【００８３】
以上、本実施の形態によれば、レーザ光源１１の波長が公差よって所期の波長からずれている場合に、その波長に応じて異なる透過波長帯域のフィルタを切り替えることによって、その波長にフィルタユニット１５の透過波長帯域を合わせることができる。さらに、その後の温度変化等によってレーザ光源１１の波長が時々刻々と変化しても、その波長にフィルタユニット１５の透過波長帯域を合わせることができる。よって、本実施の形態によれば、３次元距離演算部２１ａにおいて３次元距離情報を精度よく求めることができ、結果、物体検出部３１ａにおける検出精度を高めることができる。
【００８４】
また、本実施の形態によれば、フィルタユニット１５は、複数のフィルタ（中波長フィルタ１５１、長波長フィルタ１５２、短波長フィルタ１５３）が直線的に並べられた構成であるため、各フィルタはＣＭＯＳイメージセンサ１６の受光領域と略同じサイズであれば良く、隣接するフィルタ間に余分なスペースが生じ難い。よって、フィルタユニット１５全体としての大きさを抑制することができる。
【００８５】
さらに、本実施の形態によれば、フィルタ切替え処理において、最初にフィルタを長波長側にスライドさせて総受光量の比較を行い、その結果によって使用フィルタを設定するようにしている。上述したように、レーザ光源１１の温度が上昇すると、波長は長波長側へずれるため、フィルタが長波長側に切り替えられるケースが多い。このような制御処理とすれば、フィルタが長波長側に切り替えられる場合に、使用フィルタを設定する時間が短くてすむ。よって、全体として、フィルタ切替え制御を短時間に行うことが可能となる。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記の他に種々の変更が可能である。
【００８７】
＜変更例＞
図８は、フィルタユニット１５の変更例を示す。図８（ａ）は、フィルタユニット１５がホルダ５１に装着された状態を示す斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。
【００８８】
本変更例では、同じ種類（透過特性）の干渉フィルタを、それぞれ傾き角を変えて配することにより、中波長フィルタ１５４、長波長フィルタ１５５、短波長フィルタ１５６を構成するようにしている。
【００８９】
中波長フィルタ１５４は、Ｚ軸に垂直となる状態から図８のＹ−Ｚ平面に平行な方向に角度αだけ傾けられている。長波長フィルタ１５５は、Ｚ軸に垂直な状態であり傾けられていない。短波長フィルタ１５６は、Ｚ軸に垂直となる状態から図８のＹ−Ｚ平面に平行な方向に角度β（β＞α）だけ傾けられている。
【００９０】
図９に、中波長フィルタ１５４、長波長フィルタ１５５および短波長フィルタ１５６の透過特性を示す。
【００９１】
図９に示すように、干渉フィルタにおいては、光束に対するフィルタの傾き角を変化させることにより、フィルタ１５の透過波長帯域を変化させることができる。本変更例では、傾きがない状態で、その透過中心波長がレーザ光源１１の所期の波長より長波長側にずれている干渉フィルタが用いられる。そして、この干渉フィルタの傾き角をゼロとすることにより、長波長フィルタ１５５が構成される。また、干渉フィルタの傾き角を、透過中心波長がレーザ光源１１の所期の波長に略整合するような角度αとすることにより、中波長フィルタ１５４が構成される。さらに、干渉フィルタの傾き角を、中波長フィルタ１５１よりも短波長領域に透過波長帯域を有するような角度βとすることにより、短波長フィルタ１５６が構成される。
【００９２】
本変更例においても、レーザ光源１１の波長が変動する範囲（図９に矢印で示す波長変動範囲）において、何れのフィルタが使用されても、ＣＭＯＳイメージセンサ１６にて適正な受光がなされる透過率（たとえば、８０％以上）が維持できるように、各フィルタ１５４、１５５、１５６の透過波長帯域が設定されている。
【００９３】
このように、本変更例によれば、フィルタユニット１５を構成する複数のフィルタに、同じ種類の干渉フィルタを用いることができるので、コストの低減を図ることができる。
【００９４】
＜その他＞
上記実施の形態では、フィルタユニット１５の各フィルタに、基板に誘電体膜を積層した干渉フィルタを用いているが、これに限らず、エタロンタイプのフィルタを用いるようにしても良い。なお、エタロンタイプのフィルタも、干渉フィルタと同様、光束に対するフィルタの傾き角を変化させることにより、フィルタの透過波長帯域を変化させることができる。
【００９５】
また、上記実施の形態では、フィルタユニット１５が３つのフィルタで構成されている。しかしこれに限らず、フィルタユニット１５が４つ以上のフィルタで構成されてもよい。たとえば、上記実施の形態よりも波長変動範囲が大きくなるようなレーザ光源が用いられる場合には、フィルタの個数が増やされ得る。また、隣り合うフィルタの透過特性曲線が交わる点での透過率を高めるためには、隣り合うフィルタの透過波長帯域を近づける必要がある。この場合に、波長変動範囲をカバーするため、フィルタの個数が増やされ得る。
【００９６】
さらに、上記実施の形態では、モータ５３１を用いたアクチュエータを示したが、ホルダ５１にレバーを設けて、手動によりホルダ５１をスライドする構成とすることもできる。
【００９７】
さらに、上記実施の形態には、目標領域にレーザ光を広げて投写するようにしたが、目標領域をレーザ光が走査するように構成しても良い。この場合、レーザ光の走査手段として、ミラーを用いたスキャン機構（たとえば、特開２００８−１０２０２６号公報）やレンズを用いたスキャン機構（たとえば、特開２００６−３０８５５８号公報）を用いることができる。また、レーザ光の走査位置が検出可能であれば、ＣＭＯＳイメージセンサに替えて、受光光量を検出可能な光検出器を用いることができる。
【００９８】
さらに、上記実施の形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ１６の総受光量をモニタし、これが最大となるように各フィルタ１５１、１５２、１５３の切替えを行ったが、たとえば、レーザ光源１１の温度を検出する温度センサを配置し、検出された温度をもとに、フィルタの切替えを行うようにしても良い。この場合、メモリ２６は、たとえば、温度とフィルタ（その温度のときに最適であると想定されるフィルタ）との関係を規定するテーブルを保持しており、駆動制御部２１ｂは、このテーブルを参照して、使用フィルタを設定する。なお、テーブルには、温度と、中立位置からのステッピングモータのステップ数とが対応づけられていても良い。この場合、磁石とホール素子による検出手段等、中立位置を検出するための構成が別途アクチュエータ５０に必要となる。
【００９９】
さらに、上記実施の形態では、光源としてレーザ光源１１を用いたが、これに替えて狭帯域ＬＥＤを用いることもでき、また、ＣＭＯＳイメージセンサ１６に替えて、高速応答性のＣＣＤイメージセンサを用いることもできる。さらに、情報取得装置１と情報処理装置２は一体化されても良い。
【０１００】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 情報取得装置
２ 情報処理装置（検出部）
１１ レーザ光源（光源）
１２ 投射レンズ(投射光学系)
１４ 撮像レンズ（レンズ）
１５ フィルタユニット（フィルタ部）
１５１、１５４ 中波長フィルタ（第１のフィルタ）
１５２、１５５ 長波長フィルタ（第２のフィルタ）
１５３、１５６ 短波長フィルタ（第３のフィルタ）
１６ ＣＭＯＳイメージセンサ（受光素子）
２１ｂ 駆動制御部
５０ アクチュエータ（フィルタ駆動部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を受光する受光装置において、
光を受光して信号を出力する受光素子と、
前記光を前記受光素子へと導くレンズと、
前記レンズからの光と交差する方向に透過波長帯域の異なる複数のフィルタが直線的に並べられたフィルタ部と、
前記フィルタ部を前記複数のフィルタの並び方向にスライドさせるためのフィルタ駆動部と、
を備えたことを特徴とする受光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の受光装置において、
前記フィルタ部は、
前記光源の所期の波長に対応する透過波長帯域を有する第１のフィルタと、前記第１のフィルタよりも長い波長域に透過波長帯域を有する第２のフィルタと、前記第１のフィルタよりも短い波長域に透過波長帯域を有する第３のフィルタと、を備え、
前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとが隣接するように配されている、
ことを特徴とする受光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の受光装置において、
前記複数のフィルタは、種類が異なっている、あるいは、種類が同じであって傾きが異なるように配されている、
ことを特徴とする受光装置。
【請求項４】
光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置において、
所定波長の光を出射する光源と、
前記光源からの光を目標領域に向けて投射する投射光学系と、
前記目標領域から反射された反射光を受光する、請求項１ないし３の何れか一項に記載の受光装置と、
を備えたことを特徴とする情報取得装置。
【請求項５】
請求項４に記載の情報取得装置において、
前記受光素子からの信号が最良となるフィルタが前記光の光路中に配されるよう前記フィルタ駆動部を駆動する駆動制御部を備えた、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項６】
物体検出装置において、
請求項４または５に記載の情報取得装置と、
前記情報取得装置にて取得された情報をもとに目標領域の物体を検出する検出部と、
を備えたことを特徴とする物体検出装置。
【請求項１】
光源からの光を受光する受光装置において、
光を受光して信号を出力する受光素子と、
前記光を前記受光素子へと導くレンズと、
前記レンズからの光と交差する方向に透過波長帯域の異なる複数のフィルタが直線的に並べられたフィルタ部と、
前記フィルタ部を前記複数のフィルタの並び方向にスライドさせるためのフィルタ駆動部と、
を備えたことを特徴とする受光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の受光装置において、
前記フィルタ部は、
前記光源の所期の波長に対応する透過波長帯域を有する第１のフィルタと、前記第１のフィルタよりも長い波長域に透過波長帯域を有する第２のフィルタと、前記第１のフィルタよりも短い波長域に透過波長帯域を有する第３のフィルタと、を備え、
前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとが隣接するように配されている、
ことを特徴とする受光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の受光装置において、
前記複数のフィルタは、種類が異なっている、あるいは、種類が同じであって傾きが異なるように配されている、
ことを特徴とする受光装置。
【請求項４】
光を用いて目標領域の情報を取得する情報取得装置において、
所定波長の光を出射する光源と、
前記光源からの光を目標領域に向けて投射する投射光学系と、
前記目標領域から反射された反射光を受光する、請求項１ないし３の何れか一項に記載の受光装置と、
を備えたことを特徴とする情報取得装置。
【請求項５】
請求項４に記載の情報取得装置において、
前記受光素子からの信号が最良となるフィルタが前記光の光路中に配されるよう前記フィルタ駆動部を駆動する駆動制御部を備えた、
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項６】
物体検出装置において、
請求項４または５に記載の情報取得装置と、
前記情報取得装置にて取得された情報をもとに目標領域の物体を検出する検出部と、
を備えたことを特徴とする物体検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−３３４７８（Ｐ２０１１−３３４７８Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８００４２（Ｐ２００９−１８００４２）
【出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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