(57)【要約】【課題】遠方の対象物に対して複数の異なる波長の光を均一に照射することができる対象物検出装置を提供する。【解決手段】波長の異なる複数のＬＥＤ１１ａ、１１ｂから発せられた光を、散乱板１２と凹面反射鏡１３によって形成する閉塞空間１７内に放射し、当該光を凹面反射鏡１３と散乱板１２との間を多数回往復させることにより、散乱板１２上に複数の波長の光を均一に混合させ、収束させる。そして、当該散乱板１２から発せられる混合光を散乱板１２に近接配置したＣＰＣ１４によって集光するとともに、エネルギー密度を高めた光束をＣＰＣ１４の出力端部１４ｂから広角放射する。さらに、この放射光を放物面鏡１５によって観測センサ１６の中心軸Ｌと同軸上の平行光として対象物に向けて反射し、対象物からの反射光を観測センサ１６によって観測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる複数の光源と、
前記光源から放射された光を反射する散乱板と、
前記散乱板に対向して配置され、前記光源から放射された光を前記散乱板に集光させる凹面反射鏡と、
前記散乱板と前記凹面反射鏡によって形成された空間内の光が入射されて出力端部から前記空間外に広角放射する複合放物面型集光器と、
前記出力端部から放射された光を略平行光として反射する放物面鏡と、
前記放物面鏡により反射された略平行光の軸と同軸上に配置され、当該平行光が対象物により反射された光を観測する観測センサと、
を備えることを特徴とする対象物検出装置。
【請求項２】
前記複合放物面型集光器の入力端部は、前記散乱板と前記凹面反射鏡によって形成された空間内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の対象物検出装置。
【請求項３】
前記光源は、前記凹面反射鏡上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の対象物検出装置。
【請求項４】
前記光源は、前記散乱板上に配置され、
前記光源から放射された光を前記散乱板に導く補助反射板が、前記散乱板と前記凹面反射鏡によって形成された空間内であって、前記複合放物面型集光器の周辺部に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の対象物検出装置。
【請求項５】
前記放物面鏡と前記観測センサは、同軸上に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の対象物検出装置。
【請求項６】
前記複合放物面型集光器の出力端部の軸上に、当該出力端部から放射される狭角方向の光を広角方向に反射させる円錐反射鏡を更に備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の対象物検出装置。
【請求項７】
前記光源、散乱板、および凹面反射鏡は、前記放物面鏡から反射される略平行光を遮断しない位置に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の対象物検出装置。
【請求項８】
前記放物面鏡に形成された開口部に前記複合放物面型集光器が挿通され、
前記放物面鏡の焦点の位置と前記複合放物面型集光器の間に配置され、前記出力端部から放射された光を前記放物面鏡に反射する前記複合放物面型集光器に向けて凸形状の反射鏡を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の対象物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物検出装置に関し、特に、検出対象物に対して複数波長の混合光を放射する対象物検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、対象物を光学的に検出してその材質や状態等の属性を判定する装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、測定空間へ向けて異なる複数の短波長赤外光を照射し、観測される各波長の反射光の反射率または透過光の透過率から正規化指標を算出して、当該正規化指標および予め設定した識別条件に基づいて測定空間内に存在する対象の種類を検知することが可能な対象識別装置が開示されている。
【０００３】
また、対象物を光学的に検出する装置では、対象物に対して複数の光源から放射される異なる波長の光が均一に照射されることが極めて重要になってくる。下記非特許文献１には、複数の波長の照明光を合成する方法として多芯２分岐ファイバーによる合成法が開示されている。この合成法によれば、ＬＥＤの光を照射して人肌を検出するセンサシステムにおいて、波長の異なるＬＥＤ光を複数のファイバーを用いて放射するとともに、これらのファイバーを束ねることによって光を合成して混合させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１７１４９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】APPLIED OPTICS / Vol.51,No.12 / 20 April 2012
【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、特許文献１に開示された対象識別装置では、遠方に存在する対象物に対して照射波長間にムラのない光を照射しようとするには、複数の照明系の照射角度を正確に制御することが必要であり、また遠方まで到達させるために高強度の光を照射しなければならない等の高度な照射調整技術が必要になってくる。特に、移動する対象物を追尾するような場合には、センサの視野軸と、複数の照明光の光軸等を瞬時に調整することも必要となり高精度の識別が困難であった。
【０００７】
また、非特許文献１に開示されたセンサシステムでは、異なる波長のＬＥＤ光を放射する複数のファイバーを束ねているため、観測系の軸とＬＥＤ光の軸とが相違してしまい、近い位置にある対象物を検出することは可能であるが、遠方の対象物を検出するには適していない。遠方の対象物を検出するためには、強力で且つ均一に混合した光を照射することが必要であるが、この光ファイバーを束ねる方法では、そのために入射光強度を均一化するとともに多数のファイバーを等密度で集約すること等の高度な調整作業が必要となってしまい遠方対象物の検出は困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、遠方の対象物に対して、複数の異なる波長の照明光を均一に照射することができる対象物検出装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の対象物検出装置は、波長の異なる複数の光源と、前記光源から放射された光を反射する散乱板と、前記散乱板に対向して配置され、前記光源から放射された光を前記散乱板に集光させる凹面反射鏡と、前記散乱板と前記凹面反射鏡によって形成された空間内の光が入射されて出力端部から前記空間外に広角放射する複合放物面型集光器と、前記出力端部から放射された光を略平行光として反射する放物面鏡と、前記放物面鏡により反射された略平行光の軸と同軸上に配置され、当該平行光が対象物により反射された光を観測する観測センサと、を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の対象物検出装置は、前記複合放物面型集光器の入力端部が、前記散乱板と前記凹面反射鏡によって形成された空間内に配置されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の対象物検出装置は、前記光源が、前記凹面反射鏡上に配置されていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の対象物検出装置は、前記光源は、前記散乱板上に配置され、前記光源から放射された光を前記散乱板に導く補助反射板が、前記散乱板と前記凹面反射鏡によって形成された空間内であって、前記複合放物面型集光器の周辺部に配置されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の対象物検出装置は、前記放物面鏡と前記観測センサは、同軸上に配置されていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の対象物検出装置は、前記複合放物面型集光器の出力端部の軸上に、当該出力端部から放射される狭角方向の光を広角方向に反射させる円錐反射鏡を更に備えることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の対象物検出装置は、前記光源、散乱板、および凹面反射鏡は、前記放物面鏡から反射される略平行光を遮断しない位置に配置されていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の対象物検出装置は、前記放物面鏡に形成された開口部に前記複合放物面型集光器が挿通され、前記放物面鏡の焦点の位置と前記複合放物面型集光器の間に配置され、前記出力端部から放射された光を前記放物面鏡に反射する前記複合放物面型集光器に向けて凸形状の反射鏡を更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の対象物検出装置によれば、異なる波長の複数の光を均一に混合された状態で、観測センサと同軸上に存在する対象物に対して効率よく照射することができ、遠方に存在する対象物を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る対象物検出装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の対象物検出装置を備えた対象物識別装置の機能ブロック図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、対象物識別装置による発光パターン、フォトダイオードでの発光パターン、および波長毎の受光パターンの一例を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、波長毎に抽出した受光信号をサンプル・ホールドして得られる信号の波形、およびバンドパスフィルタ部を通過した後の当該信号の波形の一例を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、波長毎の受光信号に対して位相同期検波を行うために用いる参照信号の波形、および位相同期検波された受光信号の波形の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る対象物検出装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図７】本発明に係る対象物検出装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。
【図８】本発明に係る対象物検出装置の第４の実施形態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る対象物検出装置の実施形態の例を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、対象物検出装置の第１の実施形態を示す。
第１の実施形態に係る対象物検出装置１０Ａは、光源の一例であるＬＥＤ１１ａ、１１ｂと、散乱板１２と、凹面反射鏡１３と、複合放物面型集光器１４と、放物面鏡１５と、観測センサ１６を備えている。ＬＥＤ１１ａ、１１ｂと、散乱板１２と、凹面反射鏡１３と、ＣＰＣ１４は発光部２３を構成している。なお、対象物検出装置１０Ａは、このほか点灯制御部１８、プリアンプ１９等を備えているが、これらについては図２において説明する。
【００２１】
ＬＥＤ１１ａ、１１ｂは、それぞれ波長の異なる光を放射するものである。この実施形態ではＬＥＤ１１ａ、１１ｂは、凹面反射鏡１３における同一円周上に軸対称（図に示す観測センサ１６の中心軸Ｌに対称）に配置されている。例えば、波長λ1を有する３個のＬＥＤ１１ａと波長λ2を有する３個のＬＥＤ１１ｂとが同一円周上に交互に配置されている。また、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂは、散乱板１２と凹面反射鏡１３によって形成される閉塞空間１７内に向けて配置されている。
【００２２】
散乱板１２は、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂから放射された光を散乱反射するものであり、円盤形状を有する。散乱板１２は、ＬＥＤの光に対して反射率が十分に高い部材から構成されることが好ましい。例えば、散乱板１２は、光の観測角にかかわらず反射係数が等しいランバート面を有していることが好ましい。散乱板１２でランバート反射することによって、散乱した波長の異なるλ1とλ2の光は、波長間の強度バランスが保持されて均一に混合（合成）される。また、散乱板１２は、好ましくは、特殊な吸収スペクトルを有していない（波長依存性のない）白色散乱板を使用する。
【００２３】
凹面反射鏡１３は、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂから放射された光を散乱板１２へ鏡面反射するものであり、凹形状を散乱板１２に向けて対向するとともに散乱板１２をドーム状に覆って配置されている。これにより散乱板１２と凹面反射鏡１３によって閉塞空間１７が形成される。ＬＥＤ１１ａ、１１ｂから放射された波長の異なるλ1とλ2の光は、閉塞空間１７内で散乱板１２と凹面反射鏡１３との間を繰り返して反射し、反射した光は凹面反射鏡１３によって散乱板１２の中央部分に近い領域に徐々に集光されるとともに、均一に混合されていく。
【００２４】
複合放物面型集光器（Compound Parabolic Concentrator、以下、ＣＰＣとも称する）１４は、散乱板１２によって反射された光（波長λ1とλ2の混合光）をその入力端部１４ａ（図において左端部）によって集光するとともに、集光した光をその出力端部１４ｂ（図において右端部）から広角放射するものである。ＣＰＣ１４は対象物検出装置１０Ａの中心軸Ｌ上に配置されている。なお、中心軸Ｌは、対象物検出装置１０Ａの観測系光学軸のことをいう。ＣＰＣ１４は、許容受光角が広く、散乱板１２によって反射された光を対象物検出装置１０Ａの中心軸Ｌに対して±２５°の許容角度（図においてθ1＝２５°）で受光することができる。
【００２５】
ＣＰＣ１４は、散乱板１２と対向する凹面反射鏡１２に取り付けられ、この実施の形態では、その入力端部１４ａが閉塞空間１７内に配置されている。ＣＰＣ１４の入力端部１４ａは、散乱板１２によって反射された光を効率よく受光することができるように散乱板１２上の凹面反射鏡１３による集光位置にあわせて突出する形で散乱板１２に近接配置される。つまり、ＣＰＣ１４が受光可能な±２５°の範囲に散乱板１２（中央の光が集中する部分）が配置されているように、散乱板１２に対するＣＰＣ１４の位置が設定される。
【００２６】
また、ＣＰＣ１４は、その出力端部１４ｂが閉塞空間１７の外部に配置されている。ＣＰＣ１４の出力端部１４ｂは、狭窄形状を有しており略点光源を構成している。ＣＰＣ１４は、その入力端部１４ａによって閉塞空間１７内の光を高効率で集光し、エネルギー密度を高めた光束を出力端部１４ｂから略点光源として取り出し、当該略点光源から広角に放物面鏡１５へ向かって光を放射する。ＣＰＣ１４は、出力端部１４ｂから中心軸Ｌに対して約±６０°の広角（図においてθ2＝６０°）に光を放射することができる。ＣＰＣ１４は、その出力端部１４ｂの位置が放物面鏡１５の焦点の位置と略一致するように配置される。
【００２７】
なお、散乱板１２によって反射され、ＣＰＣ１４の入力端部１４ａに入光しなかった光は、凹面反射鏡１３によって散乱板１２に向けて反射され、このような反射を繰り返すことで散乱板１２の中央部分に近い領域に集光される。これにより、散乱板１２の中心付近の照度は高まりＣＰＣ１４への強い混合光の入光が確保される。また、ＣＰＣ１４の許容受光角が±２５°であることから、ＣＰＣ１４に対向して配置される反射率の高い散乱板１２は、少なくともＣＰＣ１４の受光角度である±２５°の領域に対応する領域に部分的に配置するようにしてもよい。
【００２８】
放物面鏡１５は、ＣＰＣ１４の出力端部１４ｂから放射された光が投影されるものであり、ＣＰＣ１４と同様に観測センサ１６の中心軸Ｌ上に配置されている。上述したように、ＣＰＣ１４の出力端部１４ｂは放物面鏡１５の焦点の位置に配置されている。したがって、ＣＰＣ１４の出力端部１４ｂから放射された光は、中心軸Ｌ対称であって、全ての光が放物面鏡１５の焦点位置と一致した位置から放射されるので、放物面鏡１５で反射された後、中心軸Ｌの略平行光として観測センサ１６の光軸の遠方（図において矢印Ｐの方向）に存在する対象物に向けて照射される。
【００２９】
観測センサ１６は、対象物から反射した光を観測する望遠型のセンサであり、受光素子（フォトダイオード）と望遠レンズとを有し、放物面鏡１５で反射された略平行光と同軸上に配置されている。
【００３０】
図２は、第１の実施形態に係る対象物検出装置１０Ａを備えた対象物識別装置１の機能ブロック図を示す。
対象物識別装置１は、波長の異なる複数の光源を所定の発光パターンで間欠的に点灯させ、対象物に照射した光に対する反射光を検出して反射率を測定するとともに、当該反射率から算出した指標値に基づいて対象物が人肌であるか否かを判定することができる装置であって、対象物検出装置１０Ａと、検出処理装置３０とを備えている。
【００３１】
図１および図２に示すように、対象物検出装置１０Ａは、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂと、散乱板１２と、凹面反射鏡１３と、ＣＰＣ１４と、放物面鏡１５と、観測センサ（フォトダイオード：ＰＤ）１６と、プリアンプ１９を備えている。また、検出処理装置３０は、図２に示すように、クロック信号出力部３１と、位相同期検波部３２と、分周・遅延回路部３３と、対象物算出判定部３４を備えている。
【００３２】
ＬＥＤ１１ａ、１１ｂは、所定の大きさの電圧を印加することによりそれぞれ異なる波長（λ1、λ2）の光を発光する光源であり、本実施形態ではともに近赤外域の光を発光する。具体的には、ＬＥＤ１１ａの発光波長λ1は１０７０ｎｍであり、ＬＥＤ１１ｂの発光波長λ2は１５５０ｎｍである。ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの発光波長を上記の２波長とするのは、対象物識別装置１の識別対象が人肌であることに因る。すなわち、１０７０ｎｍ帯の光は人肌に対する反射率が他の帯域よりも特に高く、１５５０ｎｍ帯の光は人肌に対する反射率が他の帯域よりも特に低いことから、対象物識別装置１の光源にはこれら２波長を発光波長とするＬＥＤ１１ａ、１１ｂが用いられている。なお、対象物識別装置１の識別対象が異なる場合には、その識別対象に応じて適切な発光波長のＬＥＤが用いられる。
【００３３】
また、図１で説明したように、対象物検出装置１０ＡにはＬＥＤ１１ａおよびＬＥＤ１１ｂがそれぞれ同数設けられており、ＬＥＤ１１ａを点灯させたときの光量とＬＥＤ１１ｂを点灯させたときの光量が等しくなるように設定されている、また、対象物検出装置１０Ａでは、ＬＥＤ１１ａとＬＥＤ１１ｂが凹面反射鏡１３上に軸対称で交互に配置されており、ＬＥＤ１１ａを点灯させたときの配光とＬＥＤ１１ｂを点灯させたときの配光とに差が生じないようになっている。
【００３４】
点灯制御部１８は、検出処理装置３０に設けられたクロック信号出力部３１から入力されるクロック信号に応じた周波数の点灯・非点灯パターンでＬＥＤ１１ａ、１１ｂを駆動する。具体的には、検出処理装置３０は、クロック信号出力部３１から入力されるクロック信号の１クロック幅（単位周期）を単位時間幅とすると、図３（ａ）に示すように、単位時間幅の１６倍に相当する周期で繰り返される点灯・非点灯パターンでＬＥＤ１１ａ、１１ｂを駆動する。
【００３５】
図３に示すように、単位時間幅毎に１〜３２の番号を付した点灯・非点灯パターンでは、繰り返し周期は、１〜１６番までの時間幅および１７〜３２番までの時間幅である。すなわち、図３では、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの点灯・非点灯パターンを繰り返し周期の２周期分（単位時間幅×３２）示している。また、本実施形態では、クロック信号出力部３１から入力されるクロック信号の周波数は１６ｋＨｚである。したがって、上記単位時間幅は、６２．５μｓｅｃであり、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの点灯・非点灯パターンの繰り返し周期は、１０００μｓｅｃ（繰り返し周波数は１ｋＨｚ）である。
【００３６】
ＬＥＤ１１ａは、図３（ａ）に示す点灯・非点灯パターンの１〜１６番までの繰り返し周期における時系列順で１、３、４、および６番目の単位時間幅において点灯し、ＬＥＤ１１ｂは、５、７、８、および１０番目の単位時間幅において点灯する。すなわち、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂは、何れか一方が点灯しているときは他方が点灯していない排他的なパターンで点灯する。なお、図３（ａ）に示す点灯・非点灯パターンの１〜１６番までの繰り返し周期における２、９、および１１〜１６番目の単位時間幅では、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂは、いずれも点灯しない。
【００３７】
観測センサ１６は、入射する光の受光強度に応じた大きさの電気信号（受光信号）をプリアンプ１９へ出力する。ＬＥＤ１１ａ、１１ｂが上記点灯・非点灯パターンで点灯しているときに観測センサ１６で受光される信号は、図３（ｂ）に示すように、上記点灯・非点灯パターンに対応するパターン（受光パターン）を形成する。なお、観測センサ１６は、本発明における観測センサの一例であり、検出環境などに応じて適切な方式のフォトダイオードあるいは他の方式の受光素子が観測センサとして用いられる。プリアンプ１９は、観測センサ１６からの受光信号の信号レベルを増幅し、当該増幅した受光信号を検出処理装置３０の位相同期検波部３２へ出力する。
【００３８】
位相同期検波部３２は、抽出部４１、４２と、サンプル・ホールド部４３、４４と、バンドパスフィルタ部４５、４６と、ロックインアンプ部４７、４８を備えている。これらのうち、抽出部４１、４２と、サンプル・ホールド部４３、４４と、ロックインアンプ部４７、４８は、クロック信号出力部３１から供給されるクロック信号のタイミングに基づいて駆動される。
【００３９】
抽出部４１、４２は、本実施形態ではチョッパ回路であり、観測センサ１６から入力される受光信号の中からＬＥＤ１１ａ、１１ｂのそれぞれの点灯・非点灯パターンの信号をサンプリングし、当該サンプリングした信号を対応するサンプル・ホールド部４３、４４へ出力する。例えば、抽出部４１は、観測センサ１６から入力される上記受光信号の中からＬＥＤ１１ａの点灯期間における受光信号を抽出するとともに、当該点灯期間の繰り返し周期に対して位相が半周期ずれた期間における受光信号を非点灯期間の受光信号として抽出する。
【００４０】
より具体的には、抽出部４１は、上記点灯・非点灯パターンの繰り返し周期における時系列順で、ＬＥＤ１１ａが点灯している１、３、４、および６番目の単位時間幅において観測センサ１６から出力される受光信号をＬＥＤ１１ａの点灯期間における受光信号として抽出し、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂのいずれもが点灯していない９、１１、１２、および１４番目の単位時間幅において観測センサ１６から出力される受光信号を非点灯期間の受光信号として抽出する（図３（ｃ）参照）。
【００４１】
そして、抽出部４１は、抽出した上記の各単位時間幅の受光信号をＬＥＤ１１ａの点灯・非点灯パターンの信号（以下、この信号を「第１の抽出信号」と称する）としてサンプル・ホールド部４３へ出力する。この第１の抽出信号には、図３（ｃ）に示すように、ＬＥＤ１１ａの点灯時の受光信号と、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの非点灯時の受光信号とが同じ繰り返し周期かつ互いに半周期分位相の異なる成分として含まれている。
【００４２】
これに対して、抽出部４２は、観測センサ１６から入力される上記受光信号の中からＬＥＤ１１ｂの点灯期間における受光信号を抽出するとともに、当該点灯期間の繰り返し周期に対して位相が半周期ずれた期間における受光信号を非点灯期間の受光信号として抽出する。より具体的には、抽出部４２は、上記点灯・非点灯パターンの繰り返し周期における時系列順で、ＬＥＤ１１ｂが点灯している５、７、８、および１０番目の単位時間幅において観測センサ１６から出力される受光信号をＬＥＤ１１ｂの点灯期間における受光信号として抽出し、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂのいずれもが点灯していない２、１３、１５、および１６番目の単位時間幅において観測センサ１６から出力される受光信号を非点灯期間の受光信号として抽出する（図３（ｄ）参照）。
【００４３】
そして、抽出部４２は、抽出した上記の各単位時間幅の受光信号をＬＥＤ１１ｂの点灯・非点灯パターンの信号（以下、この信号を「第２の抽出信号」と称する）としてサンプル・ホールド部４４へ出力する。この第２の抽出信号には、図３（ｄ）に示すように、ＬＥＤ１１ｂの点灯時の受光信号と、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの非点灯時の受光信号とが同じ繰り返し周期かつ互いに半周期分位相の異なる成分として含まれている。
【００４４】
サンプル・ホールド部４３、４４は、抽出部４１、４２から入力される第１の抽出信号および第２の抽出信号を、単位時間幅毎の信号レベルが変化するまで直前の信号レベルを維持した信号に変換してバンドパスフィルタ部４５、４６へと出力する。例えば、サンプル・ホールド部４３は、第１の抽出信号（図３（ｃ）参照）の繰り返し周期において、１番目の単位時間幅においてＬＥＤ１１ａの点灯時の受光信号のレベルまで立ち上がった後、ＬＥＤ１１ａの非点灯時の受光信号が存在する９番目の単位時間幅まではそのレベルを維持し、９番目の単位時間幅からは次にＬＥＤ１１ａの点灯時の受光信号が存在する単位時間幅までＬＥＤ１１ａの非点灯時の受光信号のレベルを維持する。
【００４５】
これにより、サンプル・ホールド部４３は、第１の抽出信号を図４（ａ）に示す矩形波の信号に変換してバンドパスフィルタ部４５へと出力する。また、同様に、サンプル・ホールド部４４は、第２の抽出信号を図４（ｂ）に示す矩形波の信号に変換してバンドパスフィルタ部４６へと出力する。また、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、第１の抽出信号と第２の抽出信号の元になる受光パターンは、同じ繰り返し周期であるとともに、互いに繰り返し周期の１／４に相当する位相差を有する（互いに直交関係を有する）パターンであることが分かる。
【００４６】
バンドパスフィルタ部４５、４６は、サンプル・ホールド部４３、４４から入力される第１の抽出信号および第２の抽出信号に対応する上記矩形波の信号のうち、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの点灯・非点灯パターンの周波数（繰り返し周期）に相当する周波数成分を透過する。すなわち、本実施形態では、上記単位時間幅の１６倍に相当する周期で繰り返される成分を透過し、他の成分を遮断する。これにより、第１の抽出信号および第２の抽出信号に対応する信号は、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、互いに直交するサイン波形の信号となる。
【００４７】
これらのサイン波は、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの点灯タイミングにおいてピークを持ち、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの非点灯時のサンプルタイミング（背景光サンプル時）においてボトムとなる。すなわち、バンドパスフィルタ部４５からの出力信号は、ＬＥＤ１１ａの点灯タイミングである３番目と４番目の単位時間幅の間においてピークを持ち、ＬＥＤ１１ａの非点灯時のサンプルタイミングである１１番目と１２番目の単位時間幅の間においてボトムとなる（図３（ｃ）および図４（ｃ）参照）。また、同様に、バンドパスフィルタ部４６からの出力信号は、ＬＥＤ１１ｂの点灯タイミングである７番目と８番目の単位時間幅の間においてピークを持ち、ＬＥＤ１１ｂの非点灯時のサンプルタイミングである１５番目と１６番目の単位時間幅の間においてボトムとなる（図３（ｄ）および図４（ｄ）参照）。
【００４８】
ロックインアンプ部４７、４８は、バンドパスフィルタ部４５、４６から入力される上記信号に対して、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの点灯・非点灯パターンと同じ周波数（繰り返し周期）を有し、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの点灯期間とピークの位相が同じである（または一定の位相関係を有する）参照信号を用いて位相同期検波を行う。本実施形態では、ロックインアンプ部４７、４８には、クロック信号出力部３１から出力されるクロック信号を分周・遅延回路部３３で１６分周した第１の参照信号（図５（ａ）参照）と、上記クロック信号を分周・遅延回路部３３で１６分周して点灯・非点灯パターンの繰り返し周期の１／４だけ遅延させた第２の参照信号（図５（ｂ）参照）とが入力される。
【００４９】
そして、ロックインアンプ部４７は、上記第１の参照信号でバンドパスフィルタ部４５から入力される上記信号に対して位相同期検波を行う。また、ロックインアンプ部４８は、上記第２の参照信号でバンドパスフィルタ部４６から入力される上記信号に対して位相同期検波を行う。ここで、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの点灯タイミングと非点灯時のサンプルタイミング（背景光サンプル時）とは位相が異なることから、ロックインアンプ部４７、４８において上記位相同期検波を行うことにより、バンドパスフィルタ部４５、４６からの上記各信号に含まれる背景光の成分が取り除かれる。
【００５０】
これにより、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの点灯タイミングにおいて受光強度がピークとなる信号成分のみが残る（図５（ｃ）および図５（ｄ）参照）。そして、この位相同期検波された信号を不図示のローパスフィルタもしくはサンプル・ホールド回路を用いて直流成分の信号に変換して対象物算出判定部３４へ出力する。すなわち、ロックインアンプ部４７、４８は、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂのそれぞれの照射光に対する反射光の強度レベルを示す信号を対象物算出判定部３４へ出力する。
【００５１】
対象物算出判定部３４は、指標算出部５１と、属性判定部５２とを備えている。指標算出部５１は、ロックインアンプ部４７、４８から入力される上記信号に基づいて、ＬＥＤ１１ａからの照射光（１０７０ｎｍ帯）およびＬＥＤ１１ｂからの照射光（１５５０ｎｍ帯）の（対象物における）反射率を算出する。本実施形態では、指標算出部５１には、クロック信号出力部３１からクロック信号が入力されており、指標算出部５１は、このクロック信号の周期毎に、ロックインアンプ部４７、４８から入力される上記信号における同期成分に基づいて上記各光の反射率を算出する。
【００５２】
そして、指標算出部５１は、算出した上記各光の反射率に基づいて、以下の式で示される正規化指標（Normalized Difference Human Index；ＮＤＨＩ）を算出して属性判定部５２へと出力する。
【００５３】
ＮＤＨＩ＝（Ｒ１０７０−Ｒ１５５０）／（Ｒ１０７０＋Ｒ１５５０）
Ｒ１０７０：ＬＥＤ１１ａからの照射光（１０７０ｎｍ帯）の反射率
Ｒ１５５０：ＬＥＤ１１ｂからの照射光（１５５０ｎｍ帯）の反射率
【００５４】
属性判定部５２は、指標算出部５１において算出された上記正規化指標と予め設定した判定条件とに基づいて、対象物検出装置１０Ａから上記２波長の光を照射した領域に人肌が存在するか否かを判定する。本実施形態では、属性判定部５２は、例えば上記正規化指標が０．７を越える場合に照射領域に人肌が存在するものと判定し、０．５以下である場合は人肌が存在しないものと判定する。なお、上記判定条件は本実施形態に限られず、検出環境などに応じて最適な条件に設定されることが好ましい。
【００５５】
このように、対象物識別装置１は、人肌の特定に有効な赤外域の波長の光を照射して、その反射率から上記正規化指標を算出することにより、照射領域内に人肌が存在するか否かを簡便に判定することができる。また、対象物識別装置１は、反射光を検出する際に、光源の点灯期間と非点灯期間とにおいて検出される光を異なる位相で受光して位相同期検波をかけることにより、反射光から背景光を正確かつ簡便に除去することができる。
【００５６】
以上のような構成を有する対象物検出装置１０Ａによれば、波長の異なる複数のＬＥＤ１１ａ、１１ｂから発せられた光を、凹面反射鏡１３に対向させた散乱板１２に照射し、当該光を凹面反射鏡１３と散乱板１２との間で反射させ多数回往復させることにより、散乱板１２上に複数の波長の光を均一に混合させ、収束させることができる。そして、当該散乱板１２から発せられる混合光を散乱板１２に対向して近接配置したＣＰＣ１４に照射し、エネルギー密度を高めた光束をＣＰＣ１４の出力端部１４ｂから広角放射することができる。さらに、この放射光を放物面鏡１５によって観測センサ１６と同軸上の平行光とし、対象物に向けて検査光として照射し、対象物からの反射された光を観測センサ１６によって観測することができる。このように、遠方に存在する対象物に対して、検査光と観測の範囲を一致させつつ均一な検査光を照射することができ、遠方に存在する対象物を高精度に検出することができる。
【００５７】
また、ＣＰＣ１４の入力端部１４が、散乱板１２と凹面反射鏡１３によって形成された閉塞空間１７に配置されているため、散乱板１２で反射した混合光を効率よく集光することができる。
【００５８】
また、放物面鏡１５と観測センサ１６とを同軸上に配置することにより、対象物検出装置１０Ａを小型化することができる。
【００５９】
また、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂは、凹面反射鏡１３の同一円周上にそれぞれ間隔を空けて配置されているので、温度上昇を抑えることができ、出力強度の大きいものを使用することが可能になり、より遠方の対象物も高精度に検出することが可能になる。
【００６０】
また、放物面鏡１５の口径を例えば大口径にするなどしてその口径を調整することで、対象物へ照射する検査光の照射距離、照射範囲、照射強度などを簡易に調整することができる。
【００６１】
（第２の実施形態）
図６は、対象物検出装置の第２の実施形態を示す。
第２の実施形態に係る対象物検出装置１０Ｂは、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂを散乱板１２上に設置している点、閉塞空間１７内に補助反射板２１を設けている点、およびＣＰＣ１４の出力端部１４ｂの中心軸Ｌ上に円錐反射鏡２２を設けている点において第１の実施形態に係る対象物検出装置１０Ａと相違し、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂと、散乱板１２と、凹面反射鏡１３と、ＣＰＣ１４と、補助反射板２１は発光部２３ａを構成している。以下、第２の実施形態について説明するが、第１の実施形態と同一または同様の部分には同一の符号を付すものとしその説明を省略する。
【００６２】
対象物検出装置１０Ｂにおいて、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂが設置される散乱板１２は、円盤形状を有する金属板をベース部材とし、この金属円盤における中心部分の一方の表面に散乱板を設けることによって構成されている。この散乱板は、ＬＥＤの光に対して反射率が十分に高く、少なくともＣＰＣ１４の許容受光角に対応することができる領域に設けられていれば良い。
【００６３】
ＬＥＤ１１ａ、１１ｂは、上記金属円盤上における散乱板の領域を避けた位置に、軸対称（図に示す中心軸Ｌ）で同複数個ずつ交互に設置されている。また、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂは、金属円盤に形成した貫通孔を通し閉塞空間１７内に向けて配置されている。金属円盤は放熱部材の役割も果たすため大型ＬＥＤを設置することが可能であり、出力光の強度を大きくしてより遠方の対象物も高精度に検出することが可能になる。
【００６４】
なお、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂは、円盤形状の散乱板１２に貫通孔を形成して、その貫通孔を通して閉塞空間１７内に向けて配置しても良い。この構成であれば、より効率良く閉塞空間１７内で複数の波長の光を均一に混合させ、収束させることができる。
【００６５】
補助反射板２１は、投影光を有効に散乱板１２へ導くための反射板であり、その中心部にＣＰＣ１４が貫通する孔を有する円環形状を有している。補助反射板２１は、閉塞空間１７内、すなわち凹面反射鏡１３の凹面側に設けられ、散乱板１２に対向するとともにＣＰＣ１４の周囲を覆って配置されている。このようにＣＰＣ１４の周辺部に補助反射板２１を配置させることにより、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂから発せられてＣＰＣ１４に入光しなかった光を、有効に散乱板１２へ導き、損失することなく効率よく対象物への検査光として利用することができる。
【００６６】
円錐反射鏡２２は、ＣＰＣ１４の出力端部１４ｂから放射される光の方向を変化させるための反射鏡であり、ＣＰＣ１４が配置されている中心軸Ｌと同軸上であってＣＰＣ１４の出力端部１４ｂに設けられている。円錐反射鏡２２は、円錐形状を有しており、錐部をＣＰＣ１４の出力端部１４ｂに向けた状態で配置される。
【００６７】
円錐反射鏡２２が配置されない場合には、ＣＰＣ１４から放射されて放物面鏡１５で反射した光のうちの中央付近（中心軸Ｌ付近）の光は、観測センサ１６あるいは凹面反射鏡１３によって遮断されるため、対象物への検査光として有効に利用できない。そこで円錐反射鏡２２を配置することにより、ＣＰＣ１４の出力端部１４ｂから開口角の小さい方向（狭角方向）に放射された光を円錐反射鏡２２によって反射して放物面鏡１５の周辺部（広角方向）に導く。これにより、放物面鏡１５で反射された光についての観測センサ１６等の遮断によるエネルギー損失の発生を防止することができ、ＣＰＣ１４から放射された光を効率よく対象物へ検査光として照射することができる。なお、円錐反射鏡２２は、上述した第１の実施形態に係る対象物検出装置１０Ａに用いた場合にも同様の作用効果を奏する。
【００６８】
（第３の実施形態）
図７は、対象物検出装置の第３の実施形態を示す。
第３の実施形態に係る対象物検出装置１０Ｃは、ＣＰＣ１４から放射された光を反射して対象物方向へ照射する放物面鏡を、観測センサ１６の中心軸Ｌと同軸上に配置しない非軸放物面鏡１５に置き換えている点において第１の実施形態に係る対象物検出装置１０Ａと相違している。以下、第３の実施形態について説明するが、第１の実施形態と同一または同様の部分には同一の符号を付すものとしその説明を省略する。
【００６９】
非軸放物面鏡１５を中心軸Ｌからずらした位置に配設することにより、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂと、散乱板１２と、凹面反射鏡１３と、ＣＰＣ１４から構成される発光部２３ｂを、図に示すように中心軸Ｌから離隔した位置に配置させることができる。
【００７０】
この場合、ＣＰＣ１４から放射された光は、非軸放物面鏡１５で反射されて、中心軸Ｌ上に配置された観測センサ１６と同軸方向（図において矢印Ｐの方向）へ略平行光として照射される。したがって、非軸放物面鏡１５で反射された光（略平行光）は、発光部２３ｂによって遮断されることがなくエネルギー損失が発生しない。このため、ＣＰＣ１４から放射された光は遠方の対象物に対しても効率よく照射される。
【００７１】
なお、第３の実施形態においても上記第２の実施形態と同様に、閉塞空間１７内に補助反射板２１を設けるようにしてもよい。また、第３の実施形態においても上記第１の実施形態と同様に、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂを凹面反射鏡１３上に設けるようにしてもよい。
【００７２】
（第４の実施形態）
図８は、対象物検出装置の第４の実施形態を示す。
第４の実施形態に係る対象物検出装置１０Ｄは、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂと、散乱板１２と、凹面反射鏡１３と、ＣＰＣ１４から構成される発光部２３を放物面鏡１５の外側（背面側）に配置している点、および放物面鏡１５の光軸上前方に凸面反射鏡２４を配置している点において第１の実施形態に係る対象物検出装置１０Ａと相違している。以下、第４の実施形態について説明するが、第１の実施形態と同一または同様の部分には同一の符号を付すものとしその説明を省略する。
【００７３】
対象物検出装置１０Ｄでは、観測センサ１６の中心軸Ｌ上前方に凸面反射鏡２４を対向させ、放物面鏡１５の中央（中心軸Ｌ上）に形成した開口部からＣＰＣ１４の光を放射させて凸面反射鏡２４で反射させ、その反射光を放物面鏡１５に照射する、いわゆるカセグレン方式を採用している。
【００７４】
より具体的には、発光部２３を放物面鏡１５の背面側（図において右側）に配置するとともに、放物面鏡１５の中央部（中心軸Ｌ上）に形成した開口部に発光部２３のＣＰＣ１４の出力端部１４ｂを中心軸Ｌ方向へ挿通させる。そして、放物面鏡１５の焦点Ｆの位置とＣＰＣ１４の出力端部１４ｂとの間に、ＣＰＣ１４に向けて凸形状の凸面反射鏡２４を配置する。ＣＰＣ１４から放射された光は凸面反射鏡２４で反射した後、放物面鏡１５に照射される。当該照射された光は放物面鏡１５で反射され、中心軸Ｌ上に配置された観測センサ１６と同軸方向（図において矢印Ｐの方向）へ略平行光として照射される。
【００７５】
このように構成することにより、放物面鏡１５で反射された略平行光の光軸上に発光部２３が配置されなくなるため、発光部２３の遮断によるエネルギー損失が発生しない。このため、ＣＰＣ１４から放射された光は効率よく反射されて遠方の対象物にまで到達し高精度の検出が可能になる。
【符号の説明】
【００７６】
Ｌ：中心軸、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ：対象物検出装置、１１ａ、１１ｂ：ＬＥＤ（光源の一例）、１２：散乱板、１３：凹面反射鏡、１４：複合放物面型集光器（ＣＰＣ）、１５：放物面鏡、１６：観測センサ、１７：閉塞空間、２１：補助反射板、２２：円錐反射鏡、２３、２３ａ、２３ｂ：発光部、２４：凸面反射鏡
【図１】
2014002025.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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