(57)【要約】【課題】コストの上昇を抑えつつ、光源からの光の波長を目標波長に円滑かつ適正に調節することができる発光装置、情報取得装置、および物体検出装置を提供する。【解決手段】情報取得装置１は、誘電体膜での多光束干渉により光を透過させる発光側フィルタ１３と、発光側フィルタ１３を透過したレーザ光を受光して信号を出力する第１受光センサ１４と、レーザ光源１０１の温度に応じた信号を出力するサーミスタ１０３と、レーザ光源１０１の温度を調整するためのペルチェ素子１０２と、サーミスタ１０３からの信号に応じてペルチェ素子１０２を制御することにより、レーザ光の波長を発光側フィルタ１３の半値幅内に引き込む第１ＰＩＤ制御部２１ｂと、第１受光センサ１４からの信号に応じてペルチェ素子１０２を制御することにより、半値幅内に引き込まれたレーザ光の波長を目標波長に収束させる山登り制御部２１ｃおよび第２ＰＩＤ制御部２１ｄとを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標波長の光を出射する発光装置において、
光を出射する光源と、
誘電体膜での多光束干渉により前記目標波長を含む波長帯域の光を透過させるフィルタと、
前記フィルタを透過した前記光源からの光を受光して信号を出力する第１の受光素子と、
前記光源の温度に応じた信号を出力する温度検出素子と、
前記光源の温度を調整するための温度調整部と、
前記温度検出素子からの信号に応じて前記温度調整部を制御することにより、前記光源からの光の波長を前記波長帯域に引き込むための第１の制御部と、
前記第１の受光素子からの信号に応じて前記温度調整部を制御することにより、前記波長帯域に引き込まれた前記光源からの光の波長を前記目標波長に収束させる第２の制御部と、
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置において、
前記第２の制御部は、前記第１の受光素子の信号がピークとなるように前記温度調整部を制御する、
ことを特徴とする発光装置。
【請求項３】
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、
請求項１または２に記載の発光装置と、
前記発光装置から出射された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して信号を出力する第２の受光素子と、
前記反射光のうち前記目標波長を含む波長帯域の光を透過する前記発光装置側のフィルタよりも狭帯域のフィルタと、
前記反射光を前記狭帯域のフィルタを介して前記第２の受光素子へと導く受光光学系と、
を備えたことを特徴とする情報取得装置。
【請求項４】
物体検出装置において、
請求項３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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標波長の光を出射する発光装置に関する。また、本発明は、上記発光装置を用いて目標領域に光を投射し、そのときの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】
一般に、レーザ光源から出射されるレーザ光の波長（中心波長、以下同じ）は、発光部の温度変化に伴って変化する。そこで、従来、レーザ光の波長を目標波長に維持するために、ペルチェ素子等を用いてレーザ光源の温度調整が行われている。
【０００３】
そのための構成として、たとえば、レーザ光源から出射されるレーザ光の一部を、目標波長近傍の光を透過するフィルタを介してフォトダイオード等で受光し、フォトダイオード等の出力に応じてペルチェ素子等を制御する構成が採られ得る。
【０００４】
ここで、上記フィルタには、たとえば、エタロンの性質を有するフィルタが用いられ得る（特許文献１参照）。この場合、目標波長に対応するフォトダイオードの出力が目標値として記憶され、フォトダイオードの出力がこの目標値となるようペルチェ素子等が制御される。温度変化によりレーザ光の波長が変動すると、フィルタにおけるレーザ光の透過光量が変化する。これによってフォトダイオードの出力が変化すると、その出力が目標値となるようペルチェ素子等が制御される。
【０００５】
エタロンタイプのフィルタは、透過波長帯域を狭くすることができる。透過波長帯域を狭くするほど、レーザ光の波長が目標波長から変化したときの、フィルタの透過光量の変化が大きくなるため、レーザ光の波長を目標波長にロックさせ易くなる。よって、エタロンタイプのフィルタを用いて、透過波長帯域を狭くすると、レーザ光の波長を目標波長にロックさせ易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１６５５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、エタロンタイプのフィルタは一般に高価であるため、上記構成では、装置のコストが高くなる惧れがある。また、フィルタの透過波長帯域が狭いと、レーザ光の波長が透過波長帯域から外れている場合に、温度調整によりレーザ光の波長をフィルタの透過波長帯域に追い込むのが困難となり、レーザ光を目標波長にロックさせるための時間が長く掛かる惧れがある。この点からすると、むしろ、フィルタの透過波長帯域は、ある程度広い方が好ましいと言える。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、コストの上昇を抑えつつ、光源からの光の波長を目標波長に円滑かつ適正に調節することができる発光装置、および、このような発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】
【０００９】
本発明の第１の態様は、目標波長の光を出射する発光装置に関する。本態様に係る発光装置は、光を出射する光源と、誘電体膜での多光束干渉により前記目標波長を含む波長帯域の光を透過させるフィルタと、前記フィルタを透過した前記光源からの光を受光して信号を出力する第１の受光素子と、前記光源の温度に応じた信号を出力する温度検出素子と、前記光源の温度を調整するための温度調整部と、前記温度検出素子からの信号に応じて前記温度調整部を制御することにより、前記光源からの光の波長を前記波長帯域に引き込むための第１の制御部と、前記第１の受光素子からの信号に応じて前記温度調整部を制御することにより、前記波長帯域に引き込まれた前記光源からの光の波長を前記目標波長に収束させる第２の制御部とを備える。
【００１０】
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、上記第１の態様に係る発光装置と、前記発光装置から出射された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して信号を出力する第２の受光素子と、前記反射光のうち前記目標波長を含む波長帯域の光を透過する前記発光装置側のフィルタよりも狭帯域のフィルタと、前記反射光を前記狭帯域のフィルタを介して前記第２の受光素子へと導く受光光学系とを備える。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明によれば、コストの上昇を抑えつつ、光源からの光の波長を目標波長に円滑かつ適正に調節することができる発光装置、および、このような発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。
【００１３】
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】
【００１４】
【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】実施の形態に係る光源モジュールの構成を示す。
【図４】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５】実施の形態に係るレーザ光源の温度調整制御のフローチャートである。
【図６】実施の形態に係るレーザ光源の温度調整制御のフローチャートである。
【図７】実施の形態に係る温度調整制御を行ったときのレーザ光の波長の動きを説明する図および受光側フィルタの特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
図２は、情報取得装置１と情報処理装置２の構成を示す。
【００２２】
情報取得装置１は、発光側の光学部の構成として、光源モジュール１０と、ハーフミラー１１と、投射レンズ１２と、発光側フィルタ１３と、第１受光センサ１４と、第２受光センサ１５とを備えている。また、受光側の光学部の構成として、アパーチャ１６と、撮像レンズ１７と、受光側フィルタ１８と、ＣＭＯＳイメージセンサ１９とを備えている。さらに、回路部の構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、レーザ駆動回路２２と、２つのＡ／Ｄコンバータ２３、２４と、Ｄ／Ａコンバータ２５と、ペルチェ駆動回路２６と、撮像信号処理回路２７と、入出力回路２８と、メモリ２９とを備えている。
【００２３】
なお、光源モジュール１０、ハーフミラー１１、発光側フィルタ１３、第１受光センサ１４、第２受光センサ１５、ＣＰＵ２１内の山登り制御部２１ｃ、第１ＰＩＤ制御部２１ｂ、第２ＰＩＤ制御部２１ｄおよび切り替え制御部２１ｅ、レーザ駆動回路２２、Ａ／Ｄコンバータ２３、２４、Ｄ／Ａコンバータ２５、ペルチェ駆動回路２６、メモリ２９からなる構成部分が、本発明の発光装置の一つ実施形態に相当する。
【００２４】
光源モジュール１０は、波長８００ｎｍ程度のレーザ光を出力する。ハーフミラー１１は、光源モジュール１０からのレーザ光の一部を反射して受光センサ１４上に照射させるともに、残りのレーザ光を透過する。投射レンズ１２は、ハーフミラー１１を透過したレーザ光を目標領域全体に広げて投射する。
【００２５】
受光側フィルタ１３は、光源モジュール１０から出射されるレーザ光の波長として予め設定された目標波長を含み、且つ、これよりも広い透過波長帯域を有するバンドパスフィルタである。受光側フィルタ１３の透過中心波長は目標波長と整合している。受光側フィルタ１３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。
【００２６】
第１受光センサ１４および第２受光センサ１５は、たとえば、フォトダイオードからなる。第１受光センサ１４は、ハーフミラー１１で反射されたレーザ光を受光して、受光光量に応じた信号（電荷）をＡ／Ｄコンバータ２３に出力する。第２受光センサ１５は、光源モジュール１０から出射されるバックモニター用のレーザ光を受光して、受光光量に応じた信号（電荷）をレーザ駆動回路２２に出力する。
【００２７】
目標領域内に投射されたレーザ光は物体に当たると反射する。物体により反射されたレーザ光は、アパーチャ１６を介して撮像レンズ１７に入射する。アパーチャ１６は、撮像レンズ１７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１７は、アパーチャ１６を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ１９上に集光する。
【００２８】
受光側フィルタ１８は、光源モジュール１０から出射されるレーザ光の前記目標波長に透過中心波長が整合するバンドパスフィルタである。受光側フィルタ１８は、発光側フィルタ１３と同種のフィルタである。ただし、受光側フィルタ１８の透過波長帯域およびその半値幅は、発光側フィルタ１３の透過波長帯域およびその半値幅よりも狭くされている（図７参照）。たとえば、発光側フィルタ１３の半値幅は３０ｎｍ程度に設定され、受光側フィルタ１８の半値幅は１０ｎｍ程度に設定される。なお、受光側フィルタ１８は、エタロンタイプのバンドパスフィルタであっても良い。
【００２９】
ＣＭＯＳイメージセンサ１９は、撮像レンズ１７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２７に出力する。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ１９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２７に出力できるよう、信号の出力速度が高速化されている。
【００３０】
図３は、光源モジュール１０の構成を示す。
【００３１】
光源モジュール１０は、レーザ光源１０１と、ペルチェ素子１０２と、サーミスタ１０３と、ヒートシンク１０４と、カバー１０５と、回路基板１０６を備えている。
【００３２】
レーザ光源１０１は、たとえば半導体レーザからなり、上述のように波長８００ｎｍ程度のレーザ光を出射する。ペルチェ素子１０２は、レーザ光源１０１を冷却あるいは加熱する。レーザ光源１０１の冷却、加熱の切替えは、ペルチェ素子１０２に印加する電流の極性を切り替えることより行われる。ヒートシンク１０４は、多数のフィン１０４ａを有し、ペルチェ素子１０２からの熱を放熱する。
【００３３】
サーミスタ１０３は、レーザ光源１０１の温度を検出し、検出温度に応じた信号を出力する。ここでは、サーミスタ１０３がレーザ光源１０１に近接するように配されており、レーザ光源１０１の温度が間接的に検出される。なお、サーミスタ１０３はレーザ光源１０１に接触するように配されてもよく、この場合、レーザ光源１０１の温度（ＣＡＮの温度）が直接的に検出される。
【００３４】
カバー１０５は、レーザ光源１０１、ペルチェ素子１０２、サーミスタ１０３を覆う。カバー１０５には、出射窓１０５ａが形成されており、出射窓１０５ａからレーザ光が出射される。
【００３５】
回路基板１０６はヒートシンク１０４の後方に配されており、レーザ光源１０１の２本の電極端子１０１ａが接続される。このため、ペルチェ素子１０２およびヒートシンク１０４には電極端子１０１ａが通る開口が形成されている。レーザ光源１０１には、回路基板１０６を介して駆動電流が印加される。
【００３６】
図２に戻り、ＣＰＵ２１は、メモリ２９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の機能が付与される。また、サーミスタ１０３からの信号を用いてペルチェ素子１０２をＰＩＤ制御するための第１ＰＩＤ制御部２１ｂの機能、第１受光センサ１４からの信号を用いてペルチェ素子１０２を山登り制御するための山登り制御部２１ｃの機能、第１受光センサ１４からの信号を用いてペルチェ素子１０２をＰＩＤ制御するための第２ＰＩＤ制御部２１ｄの機能がそれぞれ付与される。さらに、第１ＰＩＤ制御部２１ｂおよび第２ＰＩＤ制御部２１ｄによる制御と山登り制御部２１ｃによる制御とを切り替えるための切替制御部２１ｅの機能が付与される。
【００３７】
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１０１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１０１を駆動する。これにより、レーザ光源１０１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。また、レーザ駆動回路２２は、第２受光センサ１５からの信号に基づいてＡＰＣ（Automatic Power Control）を実行し、レーザ光源１０１の出力強度を一定に維持する。
【００３８】
Ａ／Ｄコンバータ２３は、第１受光センサ１４からのアナログの信号をデジタルの信号に変換してＣＰＵ２１に出力する。Ａ／Ｄコンバータ２４は、サーミスタ１０３からのアナログの信号をデジタルの信号に変換してＣＰＵ２１に出力する。ＣＰＵ２１は、サーミスタ１０３および第１受光センサ１４からの信号に基づいて、後述するＰＩＤ制御および山登り制御により、ペルチェ素子１０２を制御する。
【００３９】
Ｄ／Ａコンバータ２５は、ＣＰＵ２１からのデジタルの制御信号をアナログの制御信号に変換してペルチェ駆動回路２６に出力する。ペルチェ駆動回路２６は、ＣＰＵ２１からの制御信号に応じてペルチェ素子１０２を駆動する。ここで、ペルチェ駆動回路２６は、レーザ光源１０１を冷却するか加熱するかに応じてペルチェ素子１０２に印加する電流の極性を切り替える。
【００４０】
撮像信号処理回路２７は、ＣＭＯＳイメージセンサ１９を制御して、ＣＭＯＳイメージセンサ１９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。
【００４１】
入出力回路２８は、情報処理装置２とのデータ通信を制御する。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
図４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。
【００４８】
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、光源モジュール１０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、同図の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１７を介してＣＭＯＳイメージセンサ１９に入射される。こうして、人（Ｍ）の像がＣＭＯＳイメージセンサ１９に投影される。
【００４９】
このとき、レーザ光源１０１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１９上の画素Ｐｐの位置に入射する。したがって、光源モジュール１０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。
【００５０】
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２７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光源モジュール１０とＣＭＯＳイメージセンサ１９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。
【００５１】
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。
【００５２】
本実施形態に係る物体検出装置では、ＣＭＯＳイメージセンサ１９の前段に受光側フィルタ１８を配することにより、目標波長以外の波長の光が略カットされ、目標波長のレーザ光が選択的にＣＭＯＳイメージセンサ１９に導かれるようになされている。
【００５３】
特に、物体検出装置が屋外で用いられる場合には、太陽光による検出精度の劣化が起こり得る。地上における太陽光の約４割が赤外波長帯域となっており、物体検出に赤外光を用いる場合にも、太陽光を適正にカットする必要がある。
【００５４】
そこで、本物体検出装置では、光源モジュール１０からのレーザ光の波長を目標波長にロックさせるとともに、受光側フィルタ１８の透過中心波長をレーザ光の目標波長と整合させることにより、太陽光を適正にカットしつつ光源モジュール１０からのレーザ光を選択的に受光するようにしている。
【００５５】
しかしながら、レーザ光の波長は、レーザ光源１０１の温度変化に伴って目標波長から変動する。このため、使用状況に応じて、レーザ光の波長と受光側フィルタ１８の透過波長帯域との間にずれが起こり得る。
【００５６】
そこで、本物体検出装置では、レーザ光の波長が目標波長に維持されるように、ペルチェ素子１０２を用いてレーザ光源１０１の温度調整が行われる。
【００５７】
以下、レーザ光源１０１の温度調整制御について説明する。図５および図６は、温度調整制御のフローチャートを示す。図７（ａ）は、発光側フィルタ１３の透過波長特性、および温度調整制御を行ったときのレーザ光の波長の動きを示す。なお、図７（ｂ）は、受光側フィルタ１８の透過波長特性を示す。
【００５８】
図５（ａ）は、温度調整制御の全体のフローチャートを示す。情報取得装置１が起動され、レーサ光源１０１が駆動されると、レーザ光源１０１の温度は自身の発熱と周囲温度とに応じた温度となる。温度調整制御が開始されると、これに応じて、サーミスタ１０３により温度の検出が行われ、検出結果がＡ／Ｄコンバータ２４を介してＣＰＵ２１に供給される（Ｓ１）。切替制御部２１ｅは、検出された温度が予め定められた規定温度範囲内であるか否かを判定する（Ｓ２）。そして、検出された温度が規定温度範囲内でないと判定すれば（Ｓ２：ＮＯ）、サーミスタ１０３からの信号を用いたＰＩＤ制御（以下、「第１のＰＩＤ制御」という）に移行し（Ｓ３）、検出された温度が規定温度範囲内であると判定すれば（Ｓ２：ＹＥＳ）、山登り制御へと移行する（Ｓ４）。第１のＰＩＤ制御は、サーミスタ１０３からの信号に基づいて行われ、山登り制御は、第１受光センサ１４からの信号に基づいて行われる。
【００５９】
ここで、上記規定温度範囲は、その温度範囲においてレーザ光源１０１から出射されるときのレーザ光の波長が、図７（ａ）の示す発光側フィルタ１３の透過波長帯域の範囲内、望ましくは、当該透過波長帯域における半値幅程度の範囲に含まれるように設定される。
【００６０】
レーザ光の波長が目標波長にあるとき、目標領域からの反射光は、発光側フィルタ１３を略透過し、第１受光センサ１４の出力は最大となる。レーザ光の波長が、発光側フィルタ１３の透過中心波長からずれていくに従って、発光側フィルタ１３によりカットされる反射光の光量が増加し、第１受光センサ１４の出力は小さくなっていく。
【００６１】
レーザ光の波長が図７（ａ）の透過波長特性（特性カーブ）の中腹辺りにある場合には、特性カーブの傾斜勾配が大きいため、レーザ光の波長の変化に対する第１受光センサ１４からの信号の変化が検出しやすい。よって、この場合には、第１受光センサ１４からの信号に基づいて山登り制御を行うことが容易となる。一方、レーザ光の波長が特性カーブの裾野部分にある場合には、特性カーブの傾斜勾配が小さいため、レーザ光の波長の変化に対する第１受光センサ１４からの信号の変化が検出されにくい。よって、この場合には、第１受光センサ１４からの信号に基づいて山登り制御を適正に行うことが困難となる。
【００６２】
そこで、第１のＰＩＤ制御から山登り制御へと切り替えるための規定温度範囲は、その温度範囲の境界近傍においてレーザ光の波長が変化したときに第１受光センサ１４からの信号の変化が十分得られる範囲に設定するのが望ましく、たとえば、その温度範囲においてレーザ光源１０１から出射されるときのレーザ光の波長が発光側フィルタ１３の透過波長帯域における半値幅の範囲を外れないような温度範囲に設定される（図７（ａ）参照）。このように規定温度範囲を設定すれば、第１のＰＩＤ制御から山登り制御へと切り替えたときに、第１受光センサ１４からの信号をもとに山登り制御を適正に行うことができる。
【００６３】
なお、本実施の形態おける規定温度範囲は、図７（ａ）に示す如く、その温度範囲においてレーザ光源１０１から出射されるときのレーザ光の波長が、発光側フィルタ１３の半値幅よりもやや狭い範囲に含まれるように設定されている。
【００６４】
図５（ａ）を参照して、レーザ光源１０１の温度が規定温度範囲内にないときは（Ｓ２：ＮＯ）、第１のＰＩＤ制御が行われ（Ｓ３）、レーザ光源１０１の温度が規定温度範囲に到達するようペルチェ素子１０２が制御される。
【００６５】
なお、本実施の形態では、レーザ光の波長が目標波長となるときのサーミスタ１０３による検出温度（以下、「目標温度」という）は、レーザ光源１０１のＣＡＮの温度が常温あるいは常温に近い温度域にあるときの温度に設定されている。よって、規定温度範囲も、ＣＡＮの温度が常温に近い温度域（たとえば、３０℃〜３５℃）となる範囲に設定されている。
【００６６】
第１のＰＩＤ制御は、第１ＰＩＤ制御部２１ｂにより実行される。図５（ｂ）は、第１のＰＩＤ制御のフローチャートを示す。
【００６７】
第１ＰＩＤ制御部２１ｂは、まず、サーミスタ１０３によってレーザ光源１０１の温度を検出する（Ｓ３１）。そして、目標温度と、サーミスタ１０３による検出温度との偏差（ｅ）を求め、その偏差（ｅ）からＰＩＤ制御演算によって制御量（ｙ）を算出し、ペルチェ素子１０２の出力値を決定する（Ｓ３２）。ＰＩＤ制御演算の演算式は、たとえば、以下のようになる。
ｙ＝Ｋｐ×ｅ＋Ｋｉ×∫ｅｄｔ＋Ｋｄ×ｄｅ／ｄｔ
ここで、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄは定数であり、それぞれ、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインと呼ばれる。
【００６８】
第１ＰＩＤ制御部２１ｂは、こうして求めた出力値に基づく制御信号をペルチェ駆動回路２６に出力し、ペルチェ素子１０２を駆動する（Ｓ３３）。第１ＰＩＤ制御部２１ｂは、検出温度が規定温度範囲よりも低いときにはペルチェ素子１０２を加熱動作させ、検出温度が規定温度範囲よりも高いときにはペルチェ素子１０２を冷却動作させる。
【００６９】
こうして、サーミスタ１０３による検出温度が規定温度範囲内となるまで（Ｓ３：ＹＥＳ）、第１のＰＩＤ制御が繰り返し行われる。検出温度が規定温度範囲内となれば、レーザ光の波長は、発光側フィルタ１３の透過波長領域における半値幅内に位置することとなる。
【００７０】
こうして、サーミスタ１０３によるレーザ光源１０１の検出温度が規定温度範囲内になると（Ｓ２：ＹＥＳ）、次に、山登り制御部２１ｃによって山登り制御が実行される（Ｓ４）。この後は、第１受光センサ１４からの受光信号がピークとなるように、山登り制御部２１ｃによる山登り制御と第２ＰＩＤ制御部２１ｄによる第１受光センサ１４からの信号を用いたＰＩＤ制御（以下、「第２のＰＩＤ制御」という）とが実行される。
【００７１】
図６（ａ）は、山登り制御のフローチャートを示す。
【００７２】
山登り制御部２１ｃは、まず、第１受光センサ１４からの受光信号（ＰＤ１）を取得する（Ｓ４１）。次に、山登り制御部２１ｃは、レーザ光源１０１の温度を上げるようにペルチェ素子１０２を駆動する（Ｓ４２）。即ち、先の第１のＰＩＤ制御によりペルチェ素子１０２が加熱動作の状態にあれば、そのときにペルチェ素子１０２に印加されていた加熱方向の駆動信号を一定値だけ上げて、ペルチェ素子１０２の加熱効果を高める。一方、ペルチェ素子１０２が冷却動作の状態にあれば、そのときにペルチェ素子１０２に印加されていた冷却方向の駆動信号を一定値だけ下げて、ペルチェ素子１０２の冷却効果を弱める。
【００７３】
次に、山登り制御部２１ｃは、再び、第１受光センサ１４からの受光信号（ＰＤ２）を取得し（Ｓ４３）、今回の受光信号（ＰＤ２）と前回の受光信号（ＰＤ１）とを比較する（Ｓ４４）。
【００７４】
たとえば、制御開始当初、レーザ光源１０１の温度が規定温度範囲より低く、レーザ光の波長が図７（ａ）に示す位置Ａにあった場合、第１のＰＩＤ制御の結果、レーザ光の波長は位置Ｂに移動する。この位置において山登り制御が開始された場合、ステップＳ４２の動作（温度上昇制御）が行われてレーザ光源１０１の温度が上がると、レーザ光の波長が発光側フィルタ１３の透過中心波長に近づくため、第１受光センサ１４の出力が上がる。よって、この場合、今回の受光信号（ＰＤ２）が前回の受光信号（ＰＤ１）より大きくなるので（Ｓ４４：ＹＥＳ）、山登り制御部２１ｃは、レーザ光源１０１からのレーザ光の波長を目標波長（透過中心波長）に近づけるために、温度ＵＰルーチンを実行する（Ｓ４５）。
【００７５】
一方、制御開始当初、レーザ光源１０１の温度が規定温度範囲より高く、レーザ光の波長が図７（ａ）に示す位置Ｄにあった場合、第１のＰＩＤ制御の結果、レーザ光の波長は位置Ｅに移動する。この位置において山登り制御が開始された場合、ステップＳ４２の動作（温度上昇制御）が行われてレーザ光源１０１の温度が上がると、レーザ光の波長が発光側フィルタ１３の透過中心波長から遠ざかるため、第１受光センサ１４の出力が下がる。よって、この場合、今回の受光信号（ＰＤ２）が前回の受光信号（ＰＤ１）より小さくなるので（Ｓ４４：ＮＯ）、山登り制御部２１ｃは、レーザ光源１０１からのレーザ光の波長を目標波長（透過中心波長）に近づけるために、温度ＤＯＷＮルーチンを実行する（Ｓ４６）。
【００７６】
図６（ｂ）は、温度ＵＰルーチンのフローチャートを示す。
【００７７】
山登り制御部２１ｃは、レーザ光源１０１の温度が上がるよう上記ステップＳ４２と同様にペルチェ素子１０２を駆動する（Ｓ４５１）。その後、受光信号（ＰＤ）を取得し（Ｓ４５２）、今回の受光信号（ＰＤｎ）と前回の受光信号（ＰＤｎ−１）とを比較する（Ｓ４５３）。その結果、今回の受光信号（ＰＤｎ）が前回の受光信号（ＰＤｎ−１）より小さくなければ（Ｓ４５３：ＮＯ）、ステップＳ４５１に戻り、ステップＳ４５１からＳ４５３の動作を繰り返す。
【００７８】
このような制御によって、レーザ光源１０１の温度が徐々に上がると、それに伴ってレーザ光の波長が発光側フィルタ１３の透過中心波長に近づいていく（図７（ａ）参照）。これにより、第１受光センサ１４からの受光信号（ＰＤ）も大きくなっていく。やがて、レーザ光の波長が発光側フィルタ１３の透過中心波長に一致する（図７（ａ）の位置Ｃ）と、第１受光センサ１４からの受光信号（ＰＤ）が最も大きくなる。そして、その後の温度上昇により、レーザ光の波長が発光側フィルタ１３の透過中心波長から再びずれると、受光信号（ＰＤ）は小さくなっていく。
【００７９】
そこで、山登り制御部２１ｃは、ステップＳ４５３において、今回の受光信号（ＰＤｎ）が前回の受光信号（ＰＤｎ−１）より小さくなったと判定すると（Ｓ４５３：ＹＥＳ）、山登り制御を終了する。最大の受光信号（受光信号のピーク点）は、前回の受光信号（ＰＤｎ−１）と今回の受光信号（ＰＤ）の間に存在することになるので、この時点においてレーザ光の波長は、図７（ａ）の斜線で示す目標波長の近傍領域に達することとなる。
【００８０】
図６（ｃ）は、温度ＤＯＷＮルーチンのフローチャートを示す。温度ＤＯＷＮルーチンの処理では、ステップＳ４６１において、レーザ光源１０１の温度が下がるように、一定量だけペルチェ素子１０２の出力値が変えられる。その他の処理、即ちステップＳ４６２およびステップＳ４６３については、温度ＵＰルーチンのステップＳ４５２およびステップＳ４５３の処理と同様である。したがって、温度ＤＯＷＮルーチンが実行されても、レーザ光の波長は、目標波長の近傍領域に達することとなる。
【００８１】
こうして、山登り制御によってレーザ光の波長が目標波長の近傍領域に達すると、切替制御部２１ｅは、第２ＰＩＤ制御部２１ｄによる第２のＰＩＤ制御へと制御ルーチンを切り替える。
【００８２】
図５（ｃ）に、第２のＰＩＤ制御のフローチャートを示す。
【００８３】
第２ＰＩＤ制御部２１ｄは、まず、第１受光センサ１４からの受光信号（ＰＤ）を取得する（Ｓ５１）。そして、メモリ２９内に予め保持された目標信号値と、取得した受光信号（ＰＤ）との偏差（ｅ）を求め、その偏差（ｅ）からＰＩＤ制御演算によって制御量（ｙ）を算出し、ペルチェ素子１０２の出力値を決定する（Ｓ５２）。ＰＩＤ制御演算の演算式は、第１のＰＩＤ制御における演算式と同様である。目標信号値は、レーザ光が上記ＡＰＣにより維持される出力強度であり且つレーザ光の波長が目標波長のときに第１受光センサ１４から出力される受光信号の値であり、予め試験等を行うことにより求められ、設定されたものである。
【００８４】
第２ＰＩＤ制御部２１ｃは、こうして求めた出力値に基づく制御信号をペルチェ駆動回路２６に出力し、ペルチェ素子１０２を駆動する（Ｓ５３）。
【００８５】
こうして、第２のＰＩＤ制御によって受光信号（ＰＤ）が目標信号値に達することで、レーザ光の波長が目標波長に設定される（図７（ａ）位置Ｃ）。その後、情報取得装置１が停止され、レーサ光源１０１が停止されるまで、第２のＰＩＤ制御が繰り返され、これにより、レーザ光の波長が目標波長に維持される。
【００８６】
以上、本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
【００８７】
即ち、本実施の形態によれば、レーザ光源の波長の変動を検出するための構成として第２受光センサ１４の前段に配される発光側フィルタ１３に、誘電体膜での多光束干渉により光を透過させる干渉フィルタを用いているので、いわゆるエタロンフィルタを用いる場合に比べて、安価な構成とすることができる。
【００８８】
しかも、本実施の形態では、発光側フィルタ１３の透過波長帯域が受光側フィルタ１８の透過波長帯域に比べて広くなっているので、サーミスタ１０３からの検出温度に基づく温度制御によって、レーザ光源１０の温度を、規定温度範囲に円滑かつ迅速に引き込むことができる。よって、レーザ光源１０に対する温度調整ルーチンを、検出温度に基づく粗制御から第１受光センサ１４からの出力に基づく微制御へと円滑に移行させることができる。よって、レーザ光の波長が目標波長から大きくずれている場合にも、レーザ光の波長を円滑に目標波長に収束させることができる。
【００８９】
さらに、上記実施の形態によれば、山登り制御によってレーザ光の波長を目標波長の近傍領域まで引き込んだ後に、第２のＰＩＤ制御よってレーザ光の波長を目標波長に到達させるようにしたので、山登り制御を行わずに第２のＰＩＤ制御を行って目標波長に到達させる場合に比べ迅速に目標波長に到達させることができる。
【００９０】
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。
【００９１】
たとえば、上記実施の形態では、第１のＰＩＤ制御によって、レーザ光の中心波長が発光側フィルタ１３の半値幅の内側に引き込まれるよう、規定温度範囲が設定されている。しかし、これに限らず、第１受光センサ１４からの受光信号を用いて山登り制御が適正に行えれば、半値幅より広い範囲に対応する温度範囲に規定温度範囲を設定することもできる。
【００９２】
さらに、上記実施の形態では、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。
【００９３】
さらに、上記実施の形態では、光源としてレーザ光源１０１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１９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。
【００９４】
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】
【００９５】
１      情報取得装置
２      情報処理装置（検出部）
１０    光源モジュール
１０１  レーザ光源（光源）
１０２  ペルチェ素子（温度調整部）
１０３  サーミスタ（温度検出素子）
１２  投射レンズ（投射光学系）
１３  発光側フィルタ（発光装置側のフィルタ）
１４  第１受光センサ（第１の受光素子）
１７  撮像レンズ（受光光学系）
１８  受光側フィルタ（狭帯域のフィルタ）
１９  ＣＭＯＳイメージセンサ（第２の受光素子）
２１  ＣＰＵ
２１ｂ  第１ＰＩＤ制御部（第１の制御部）
２１ｃ  山登り制御部（第２の制御部）
２１ｄ  第２ＰＩＤ制御部（第２の制御部）
【図１】
2010258350.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010258350.tif 000007
【図６】
2010258350.tif 000008
【図７】
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