(57)【要約】光センサデバイスは、小型で、安価でも感度が高く、Ｓ／Ｎ比が高く、単位面積当たりの素子数を多くすることができ、対象物からの特定波長の信号を、低下させることなく高い強度でかつ低ノイズの信号として的確に取得することができる。光センサデバイスは、互いに透過スペクトルの半値波長が２００ｎｍ以下の差を有する２種以上のフィルタと、２種以上のフィルタをそれぞれ透過した光を検出し、２種以上の出力信号を出力する１つ以上の光センサと、演算部と、を有し、演算部は、２種以上の出力信号の内の２つの出力信号の差分を２種以上のフィルタの対応する２つのフィルタを透過した光の吸収スペクトルの波形からそれぞれ逆演算して、１種以上の特定波長の信号強度を求める。光センサユニット、及び光センサシステムは、上記光センサデバイスを用いる。
2017018150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに透過スペクトルの半値波長の差が２００ｎｍ以下である２種以上のフィルタと、
前記２種以上のフィルタをそれぞれ透過した光を検出し、２種以上の出力信号を出力する１つ以上の光センサと、
演算部と、を有し、
前記演算部は、前記２種以上の出力信号の内の２つの出力信号の差分を前記２種以上のフィルタの対応する２つのフィルタを透過した光の吸収スペクトルの波形からそれぞれ逆演算して、１種以上の特定波長の信号強度を求める光センサデバイス。
【請求項２】
前記２種以上のフィルタは、互いに透過スペクトルの半値波長の差が２００ｎｍ以下である２つのフィルタからなる複数組のフィルタ対であり、
前記１つ以上の光センサは、前記複数組のフィルタ対のそれぞれの前記２つのフィルタを透過した光をそれぞれ検出し、複数組の２つの出力信号を出力する複数の光センサであり、
前記演算部は、前記２つの出力信号の差分を前記２つのフィルタを透過した光の吸収スペクトルの波形からそれぞれ逆演算して、複数組の前記特定波長の信号強度を求める請求項１に記載の光センサデバイス。
【請求項３】
前記２種以上のフィルタは、隣接する２つの光センサにそれぞれ配置される請求項１又は２に記載の光センサデバイス。
【請求項４】
前記２種以上のフィルタは、同じ１つの光センサに配置される請求項１又は２に記載の光センサデバイス。
【請求項５】
前記２種以上のフィルタを配置した１つの光センサ、又は前記２種以上のフィルタをそれぞれ配置し、かつ隣接する２つ以上の光センサを２次元状に複数組並べることにより、前記特定波長の信号強度を画像信号として取得する請求項１〜４のいずれか１項に記載の光センサデバイス。
【請求項６】
前記特定波長の信号強度は、時間分解で測定される請求項１〜５のいずれか１項に記載の光センサデバイス。
【請求項７】
２種以上の波長の信号を検出する多波長検出光センサデバイスであって、
前記２種以上のフィルタは、２種以上の異なる透過スペクトルを有するフィルタであり、
前記演算部は、２種以上の特定波長の信号強度を求めるものである請求項１〜６のいずれか１項に記載の光センサデバイス。
【請求項８】
前記フィルタが、光硬化性樹脂組成物からなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の光センサデバイス。
【請求項９】
前記フィルタの膜厚が、１０μｍ以下である請求項１〜８のいずれか１項に記載の光センサデバイス。
【請求項１０】
前記フィルタの透過スペクトルの半値波長が、７００ｎｍ以上である請求項１〜９のいずれか１項に記載の光センサデバイス。
【請求項１１】
対象物からの光を受光する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光センサデバイスと、
前記光センサデバイスにおいて得られる前記１種以上の特定波長の信号強度、前記対象物の２次元形状情報、及び前記１種以上の特定波長の信号強度の時間変化から選ばれる１種以上の検出データを、予め設定された、前記対象物に対応する設定データと比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて前記対象物であるかどうかを判別する判別部と、を有することを特徴とする光センサユニット。
【請求項１２】
前記対象物に対応する予め設定された設定データは、ネットワーク上に蓄積された前記対象物に対応する前記設定データである請求項１１に記載の光センサユニット。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光センサユニットと、
判別するべき前記対象物を決定し、前記対象物に関する過去のデータから前記対象物の特徴を抽出し、抽出された前記対象物の特徴に基づいて前記対象物に対応する条件を決定し、前記対象物に対応する設定データとして予め設定しておくコントローラユニットと、を有することを特徴とする光センサシステム。
【請求項１４】
前記コントローラユニットは、前記設定データとして、ネットワーク上に蓄積された前記対象物に対応する設定データを設定し、前記光センサユニットに測定開始を指示する請求項１３に記載の光センサシステム。
【請求項１５】
複数の前記光センサユニットを有し、
前記コントローラユニットは、前記複数の光センサユニットを制御する請求項１３又は１４に記載の光センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサデバイス、光センサユニット及びこれを用いる光センサシステムに係り、詳しくは、互いに透過スペクトルの半値波長の差が２００ｎｍ以下であるフィルタを備える光センサからの信号を用いて、特定波長の信号強度を求めるための光センサデバイス、これを用いて得られた検出データから対象物か否かを判別する光センサユニット及びこの光センサユニットを用いる光センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光を用いて、様々な対象物を検出する対象物検出装置が提案されている。対象物としては、例えば様々な建造物、又は様々な工場設備等が挙げられ、また、自動運転中の自動車等の周辺の物体、例えば他の自動車、路肩、建造物、信号機等の物体や、人間又は動物等の生体等が挙げられる。
このような対象物検出装置としては、例えば、特許文献１〜３には、それぞれ、赤外線を用いて、人体又は物体を検出する赤外線センサ、赤外線撮影装置、及び赤外線検出装置が開示されている。
また、特許文献４及び５には、狭帯域光を用いて、人体内の血管情報を検出する内視鏡システムが開示されている。
さらに、特許文献６には、狭帯域光を用いて、検出対象物体の３次元形状、及び／又は動きを検出する物体検出装置が開示されている。【０００３】
特許文献１は、特定波長λ1、例えば５μｍ以上の赤外線をカットするフィルタを透過した赤外線を検出する第１の赤外線受光素子の出力信号と、上述のフィルタを透過させずに直接赤外線を検出する第２の赤外線受光素子の出力信号との差分をとることにより、フィルタのカット波長を下限とする波長帯λ1〜λ2、例えば５μｍ〜１４μｍの赤外線に感度を有する赤外線センサを開示している。特許文献１は、更に、第１及び第２赤外線受光素子の前面に、可視光を含む、例えば１μｍ以下の光をカットするためのフィルタを取り付けることも開示している。特許文献１に開示の赤外線センサでは、干渉フィルタを用いず、検出対象物の背景温度に影響されないで、人体の存在を検出する人感センサとして好適に使用できるとしている。【０００４】
特許文献２は、検出エリア内に人体が存在すると、５μｍ〜１５μｍの波長に赤外線が放射されるので、赤外線波長透過帯域が０．２μｍ〜１５μｍ程度の第１の赤外線フィルタを透過した赤外線を検出する第１の赤外線検出素子、例えばサーモパイル素子の出力と、赤外線波長透過帯域が０．２μｍ〜５μｍ程度の第２の赤外線フィルタを透過した赤外線を検出する第２の赤外線検出素子（サーモパイル素子）の出力とを差動接続することにより得られる人体検出出力が所定レベルよりも大きい出力となり、検出エリア内の人体の存在を検出することができる赤外線検出装置を開示している。特許文献２では、赤外線検出素子の周囲温度の変化および背景温度等による影響を受けることなく検出対象を静止状態でも安定して検出することができるとしている。
特許文献３は、第１の赤外波長域、例えば３〜５μｍ帯域の中赤外線に感度をもつ第１の赤外線受光部を有する第１の赤外線検出素子と、第２の赤外波長域、例えば８〜１２μｍ帯域の遠赤外線に感度をもつ第２の赤外線受光部を有する第２の赤外線検出素子と、中赤外線は透過せず遠赤外線を透過させる波長選択フィルタとを具備する赤外線撮像装置を開示している。特許文献３では、分光手段を用いず、また単一の光検出素子を用いて２波長の赤外線を同時に撮像することができ、中赤外線又は遠赤外線の１波長の赤外線では分離できない３物体を効果的に分離することができるとしている。【０００５】
一方、特許文献４及び５は、体腔内の血管を含む被写体組織に互いに異なる波長領域の複数の狭帯域光を照射し、それぞれの反射光を受光した撮像素子から出力された複数の狭帯域信号を用いて血管内の酸素飽和度等の血管情報を算出する内視鏡システムを開示している。特許文献４及び５では、共に、撮像素子としてＲ（赤）色、Ｇ（緑）色、及びＢ（青）色の３色のカラーフィルタが設けられたＲＧＢカラーセンサを用いているが、特許文献４では、複数の狭帯域光を、それぞれ異なるレーザによって生成しているのに対し、特許文献５では、白色光源からの白色光からバンドパスフィルタ、例えばマルチバンドパスフィルタで複数の狭帯域光を分離して透過させることによって複数の狭帯域光を生成している。特許文献４及び５では、製造コストの増加や装置構成の複雑化を招くことなく、血管に関する酸素飽和度等の血管情報の測定精度の向上を図ることができ、ロバスト性を向上させることができるとしている。【０００６】
特許文献６は、レーザやＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）からのドッドパターンを持つレーザ光等の狭帯域光を検出対象物体に照射し、その反射光をＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体：Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の光検出器に入射させる際に、光検出器に入射する光の波長帯域を１以上のバンドパスフィルタを用いて絞り、照射された狭帯域光の波長帯域を含む範囲のみに制限することにより、距離検出の精度を高め、検出対象物体の奥行き方向の形状を含む３次元形状、及び動きを高精度に検出する物体検出装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２０７８３０号公報
【特許文献２】特開平０５−２５６６９８号公報参照
【特許文献３】特開平１１−２９７９７３号公報参照
【特許文献４】特開２０１４−１９４０２８号公報
【特許文献５】特開２０１３−０６３０９７号公報
【特許文献６】特開２０１４−１１２０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した特許文献１及び２に開示の従来の赤外線センサや検出装置では、５μｍ〜１４μｍ、又は５μｍ〜１５μｍの広波長領域の赤外線の信号を用いるものであるので、検出エリア内の人体の存在の検出を行うには適しているが、人体の姿勢なども含めた３次元形状、動き又は人体の各部までの距離などを高精度に検出することができないという問題があった。
また、特許文献３に開示の撮像装置でも、３〜５μｍの広波長領域の中赤外線の信号と８〜１２μｍの広波長領域の遠赤外線の信号とを用いるものであるので、これらの中赤外線と遠赤外線とによって３物体を分離することはできるが、対象物の３次元形状、動き又は各部までの距離などを高精度に検出することができないという問題があった。【０００９】
一方、特許文献４〜６に開示の技術のように、対象物の情報、例えば対象物の３次元形状、動き又は距離、若しくは状態を正確に得るためには、狭帯域光の信号を得ることが必要になる。
このため、特許文献４に開示の内視鏡システムでは、対象物の形状及び状態、特に人体の血管情報（酸素飽和度）を得るためには、光源として、中心波長±１０ｎｍの狭帯域光を射出する高価なレーザを用いる必要があるし、特許文献５に開示の内視鏡システムでは、光源として、白色光光源と、高価なバンドパスフィルタを用いて、中心波長±１０ｎｍの狭帯域光を生成する必要がある。即ち、人体の血管情報（酸素飽和度）を得るためには、光源側において、狭帯域光を生成しておく必要があるという問題があった。
これに対し、特許文献６に開示の技術では、対象物の３次元形状、動き又は距離を高精度に得るためには、太陽光、又は室内光等のレーザ光以外の光が存在している環境下で光源としてレーザを用いる際に、ドッドパターンを持つレーザ光以外の光がＣＭＯＳイメージセンサに入射するために、受光素子側において、高価なバンドパスフィルタを用いて、中心波長（８３０ｎｍ）±２０ｎｍの狭帯域に絞る必要がある。【００１０】
近年の検出装置においては、対象物（検出対象物）の３次元形状、動き、状態、又は対象物までの距離（以下、総称して「形態」という。）を正確に把握することが求められている。特に、対象物に照射した光の反射光を２次元配列の受光素子に受光して、得られた信号から２次元情報、及び／又は、３次元情報を取得し、次いで、取得した情報を、予め蓄積された対象物の特徴を示すデータと比較するという対象物の検出方法が求められている。
この検出方法は、発電所又は工場等における災害又は事故発生時の建造物内で対象物の形態を把握する場合や、自動運転中の自動車周辺の対象物について形態を把握する場合や、内視鏡検査における生体組織（血管等）の対象物について形態を把握する場合等において、好ましく用いられる。これらの場合で用いられる検出方法は、予め蓄積された対象物のビッグデータ（特徴を示すデータ）と比較するための特定波長の信号、例えば狭帯域光の信号を大量に要する。したがって、特定の狭帯域光の信号を取得するための受光素子としては、特許文献６に開示されるような、光センサ上にバンドパスフィルタを配置した受光素子（ＣＭＯＳイメージセンサ等）が用いられる。受光素子は、小型で、かつ、安価であり、感度も高く、単位面積当たりの素子数が多く、Ｓ／Ｎ比（信号雑音比：signal-noise ratio）が高いことが求められる。
予め蓄積された対象物の特徴を示すデータは、好ましくは、ネットワーク上に蓄積される。
本明細書において、ネットワーク上に蓄積されたデータ、ネットワーク上に構築されたデータベース（以下、「クラウド」ともいう。）又はその他のデータベースに蓄積されたデータ、あるいは、それらデータの集合体を、「ビッグデータ」という場合がある。【００１１】
しかしながら、受光素子自体を小型にかつ安価にして単位面積当たりの素子数を多くすると、感度が悪化し、Ｓ／Ｎ比が悪化してしまうという問題があった。特に、光センサにバンドパスフィルタを用いる場合には、その問題は顕著であり、また、検出バンド幅を狭くするのも困難であるという問題があった。
感度が高く、Ｓ／Ｎ比が高く、検出バンド幅も狭く数百ｎｍ以下、例えば２００ｎｍ以下の、バンドパスフィルタを用いた光センサは、大型で、高価となり、単位面積当たりの素子数が少なくなるという問題があった。
また、図１４の点線で示すようなスペクトルを有する対象物を検出しようとする時、図１４の実線で示される従来のバンドパスフィルタを用いると、対象物のスペクトルに含まれていない他波長領域の信号も拾うことになり、ノイズを多く含む信号となってしまうという問題もあった。より詳細には、対象物のスペクトルの中心波長と、バンドパスフィルタのスペクトルの中心波長とが略一致し、かつ、対象物のスペクトルの半値波長と、バンドパスフィルタのスペクトルの半値波長とが略一致していても、ノイズを多く含む信号が得られることがあった。バンドパスフィルタの透過スペクトルのピークが、対象物のスペクトルのピークより低く、検出される信号強度が低下、または、信号が減少するからである。【００１２】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、小型であり、安価でも感度が高く、Ｓ／Ｎ比が高く、単位面積当たりの素子数を多くすることができ、対象物からの特定の狭帯域光（反射光）の信号、例えば特定波長の信号を、低下させることなく高い強度でかつ低ノイズの信号として的確に取得することができる光センサデバイス、この光センサデバイスで得られる対象物の特定波長の信号に基づく検出データから対象物であるかどうかを的確に、即ち正確かつ確実に判別することができる光センサユニット、及びこの光センサユニットで判別するための対象物に対応した設定データを的確に設定することができ、その結果対象物か否かを的確に判別することができる光センサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様の光センサデバイスは、互いに透過スペクトルの半値波長が２００ｎｍ以下の差を有する２種以上のフィルタと、２種以上のフィルタをそれぞれ透過した光を検出し、２種以上の出力信号を出力する１つ以上の光センサと、演算部と、を有し、演算部は、２種以上の出力信号の内の２つの出力信号の差分を２種以上のフィルタの対応する２つのフィルタを透過した光の吸収スペクトルの波形からそれぞれ逆演算して、１種以上の特定波長の信号強度を求めることを特徴とする。【００１４】
ここで、２種以上のフィルタは、互いに透過スペクトルの半値波長の差が２００ｎｍ以下である２つのフィルタからなる複数組のフィルタ対であり、１つ以上の光センサは、複数組のフィルタ対のそれぞれの２つのフィルタを透過した光をそれぞれ検出し、複数組の２つの出力信号を出力する複数の光センサであり、演算部は、１つ以上の光センサから出力される２つの出力信号の差分を２つのフィルタを透過した光の吸収スペクトルの波形からそれぞれ逆演算して、複数組の特定波長の信号強度を求めるものであることが好ましい。
また、２種以上のフィルタは、隣接する２つの光センサにそれぞれ配置されることが好ましい。
また、２種以上のフィルタは、同じ１つの光センサに配置されることが好ましい。【００１５】
また、２種以上のフィルタを配置した１つの光センサ、又は２種以上のフィルタをそれぞれ配置し、かつ隣接する２つ以上の光センサを２次元状に複数組並べることにより、特定波長の信号強度を画像信号として取得することが好ましい。
また、特定波長の信号強度は、時間分解で測定されることが好ましい。
また、２種以上の波長の信号を検出する多波長検出光センサデバイスであって、２種以上のフィルタは、２種以上の異なる透過スペクトルを有するフィルタであり、演算部は、２種以上の特定波長の信号強度を求めるものであることが好ましい。
また、フィルタが、光硬化性樹脂組成物からなることが好ましい。
また、フィルタの膜厚が、１０μｍ以下であることが好ましい。
また、フィルタの透過スペクトルの半値波長が、７００ｎｍ以上であることが好ましい。【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の第２の態様の光センサユニットは、対象物からの光を受光する上記第１の態様の光センサデバイスと、光センサデバイスにおいて得られる１種以上の特定波長の信号強度、対象物の２次元形状情報、及び１種以上の特定波長の信号強度の時間変化から選ばれる１種以上の検出データを、予め設定された、対象物に対応する設定データと比較する比較部と、比較部の比較結果に基づいて対象物であるかどうかを判別する判別部と、を有することを特徴とする。
ここで、対象物に対応する予め設定された設定データは、ネットワーク上に蓄積された対象物に対応する設定データであることが好ましい。【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の第３の態様の光センサシステムは、上記第２の態様の光センサユニットと、判別するべき対象物を決定し、対象物に関する過去のデータから対象物の特徴を抽出し、抽出された対象物の特徴に基づいて対象物に対応する条件を決定し、対象物に対応する設定データとして予め設定しておくコントローラユニットと、を有することを特徴とする。
ここで、コントローラユニットは、設定データとして、ネットワーク上に蓄積された対象物に対応する設定データを設定し、光センサユニットに測定開始を指示することが好ましい。
また、複数の光センサユニットを有し、コントローラユニットは、複数の光センサユニットを制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、小型であり、安価でも感度が高く、Ｓ／Ｎ比が高く、単位面積当たりの素子数を多くすることができ、対象物からの特定の狭帯域光の信号、例えば特定波長の信号を、低下させることなく高い強度でかつ低ノイズの信号として的確に取得することができる光センサデバイスを提供することができる。
また、本発明の第２の態様によれば、上記効果を有する光センサデバイスで得られる対象物の特定波長の信号に基づく検出データ、例えばビッグデータとして得られる検出データから対象物であるか否かを的確に、即ち正確かつ確実に判別することができる光センサユニットを提供することができる。本発明の光センサユニットによれば、特に、対象物からの特定波長の信号強度、この信号強度の時間的な変化、及びこの信号強度から得られる対象物の２次元形状から選択される少なくとも１種の検出データと、予め設定された対象物に対応する、例えば特徴を表わす設定データ、例えばネットワーク上にビッグデータとして蓄積された設定データとを比較することにより、対象物であるかどうかを判別する的確に、即ち正確かつ確実に判別することができる。
また、本発明の第３の態様によれば、対象物を設定した際に、本発明の光センサユニットで判別するための対象物に対応した設定データを的確に設定することができ、その結果対象物か否かを的確に判別することができる光センサシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る光センサデバイスを備える本発明に係る光センサユニットの一例を模式的に示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示す光センサデバイスの２種類のカットフィルタがそれぞれ配置された光センサの１組の２つの受光画素の配列の一例を示す模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示す光センサの１組の２つの受光画素にそれぞれ配置される２種類のカットフィルタの分光透過率の一例を模式的に示すグラフである。
【図２Ｃ】図２Ｃは、対象物のスペクトル、及び図２Ｂに示す分光透過率を持つ２種類のカットフィルタが配置された２つの受光画素によって得られる光センサデバイスの特定波長の分光透過率を模式的に示すグラフである。
【図３】本発明の光センサデバイスの複数組の受光画素の配列の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の光センサデバイスの複数組の受光画素の配列の他の一例を示す模式図である。
【図５】図２Ｂに示す２種類のカットフィルタの一方の分光透過率の一具体例を示すグラフである。
【図６】図２Ｂに示す２種類のカットフィルタの他方の分光透過率の一具体例を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、図１に示す光センサデバイスの３種類のカットフィルタがそれぞれ配置された光センサの１組の３つの受光画素の配列の一例を示す模式図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに示す光センサの１組の３つの受光画素にそれぞれ配置される３種類のカットフィルタの分光透過率の一例を模式的に示すグラフである。
【図７Ｃ】図７Ｃは、対象物のスペクトル、及び図７Ａに示す分光透過率を持つ３種類のカットフィルタが配置された３つの受光画素によって得られる多波長光センサデバイスの２種の特定波長の分光透過率を模式的に示すグラフである。
【図８】図１に示す光センサユニットを複数備える本発明の一実施形態に係る光センサシステムの一例を模式的に示すブロック図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る光センサユニットを備える本発明の他の実施形態に係る光センサシステムの一例を模式的に示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図８に示す光センサシステムの具体的な適用実施形態を模式的に示す説明図であり、光センサシステムに用いられる光センサユニットの具体的な構成の他の一例が模式的に示されている。
【図１１】図８及び図１０に示す光センサシステムの対象物検出のフローの一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の光センサユニット及び光センサシステムが適用される人体の血管中の２種のヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。
【図１３】本発明の光センサユニット及び光センサシステムが適用される人体の血管中の主要成分の赤外線吸収スペクトルを示すグラフである。
【図１４】対象物のスペクトル及び従来のバンドパスフィルタの分光透過率を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る光センサデバイス、光センサユニット及び光センサシステムを添付の図面に示す好適実施形態を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る光センサデバイスを備える本発明に係る光センサユニットの一例を模式的に示すブロック図である。
図１に示す光センサユニット１０は、対象物１２にアクティブ信号としての光を照射する光源１４と、対象物１２から反射される反射光をパッシブ信号として受光して特定波長の信号強度を求めて出力する光センサデバイス１６と、光センサデバイス１６で得られた特定波長の信号強度に基づく検出データから対象物１２であるか否かを判別する対象物検出デバイス１８とを有する。なお、本発明においては、対象物１２から反射される反射光は、特定の光源１４からの照射光による反射光に限定されず、特定の光源１４を用いずに、太陽光や、蛍光灯などの屋内灯による反射光であっても良い。
【００２１】
本実施形態の光センサデバイス１６は、対象物１２からの反射光を集光するレンズ２０と、レンズ２０によって集光された反射光を受光する光センサ２２と、光センサ２２の各画素に対応して設けられる複数組の２種以上のフィルタ２４からなるフィルタアレイと、複数組の２種以上のフィルタ２４を透過し、光センサ２２で検出されて出力された複数組の２種以上の受光信号（光センサ２２の出力信号）にそれぞれ所定の信号処理を施して複数組の２種以上の出力信号として出力する信号処理部２６と、信号処理部２６から出力された複数組の２種以上の出力信号の内、各組毎に２つの出力信号の差分を２種以上のフィルタ２４の対応する２つのフィルタ２４を透過した光の吸収スペクトルの波形からそれぞれ逆演算して、各組毎に１種以上の特定波長の信号強度を求める演算部２８と、光センサ２２で検出されて出力された受光信号強度、信号処理部２６から出力される出力信号強度、及び／又は演算部２８で求められた特定波長の信号強度を格納するメモリ３０とを有する。
ここで、光センサ２２及びフィルタ２４は、センサアセンブリ２５を構成する。また、メモリ３０に格納された受光信号強度は、信号処理部２６の読み出しに応じて信号処理部２６に送出される。又は、メモリ３０に格納された出力信号強度、及び／又は特定波長の信号強度は、演算部２８の読み出しに応じて演算部２８に送出される。
【００２２】
光センサデバイス１６は、中央処理装置（ＣＰＵ（central processing unit））、半導体メモリおよびハードディスクやＳＳＤ(Solid State Drive)等のストレージデバイスを備える。ストレージデバイスには、所定の演算プログラムがインストールされている。この演算プログラムが中央処理装置により実行されることで、信号処理部２６および演算部２８が動作する。
【００２３】
本実施形態の対象物検出デバイス１８は、光センサデバイス１６において得られた特定波長の信号強度、その信号強度の時間変化、及び特定波長の信号強度から得られる対象物１２の２次元形状情報から選ばれる１種以上の検出データを、予め設定された対象物１２に対応する設定データと比較する比較部３２と、比較部３２の比較結果に基づいて対象物１２であるかどうかを判別する判別部３４と、光センサデバイス１６において得られた特定波長の信号強度、その信号強度の時間変化、及び対象物１２の２次元形状情報、並びに予め設定された対象物１２に対応する設定データを格納するメモリ３６と、判別部３４における判別結果を出力する出力部３８と、を有する。
【００２４】
光センサデバイス１８は、中央処理装置（ＣＰＵ（central processing unit））、半導体メモリおよびハードディスクやＳＳＤ(Solid State Drive)等のストレージデバイスを備える。ストレージデバイスには、所定の判別プログラムがインストールされている。この判別プログラムが中央処理装置により実行されることで、比較部３２、判別部３４および出力部３８が動作する。
【００２５】
光センサユニット１０又は光センサデバイス１６が対象とする対象物１２としては、その反射光の特定波長の信号の信号強度を得るために用いられるもので、特に制限的ではなく、直接、もしくは顕微鏡等を通して反射光を受光して特定波長の信号の信号強度を得ることができるものであればいかなるものであっても良い。例えば、建造物、及び工場等の設備、又はその内部、特に、暗所での検出対象となる物体、自動運転中の自動車等の周辺の物体、ヘルスケアの対象となる人体等の生体、例えば内視鏡検査における血管等の生体組織、再生医療における培養された細胞コロニー、更には、視認できない透明に見えるもの、例えば、空気中の有機ガス、例えば有毒ガス、ＰＭ２．５（微小粒子状物質：粒子径２．５μｍで５０％の捕集効率を持つ分粒装置を透過する微粒子）、有機溶媒、液体の種類の判別の対象となる液体等をあげることができる。特に、本発明では、対象物１２としては、可視光域では視認し難いが、赤外光を用いて識別可能な対象物を対象とするのが好ましい。このような対象物１２は、光センサデバイス１６によって、その反射光が受光されて撮像され、その形状、及び／又は状態が把握される。
【００２６】
光源１４としては、対象物１２から光センサデバイス１６の光センサ２２で受光可能な反射光を生成するように対象物１２を照明するためのもので、特に制限的ではなく、従来公知の光源を用いることができる。例えば、レーザ光源、ＬＥＤ、キセノンランプ、蛍光灯、有機発光体、オーレットなどの（有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Ｏrganic ＥlectroＬuminescence Ｄisplay）、白熱電球、赤外ヒータ、ＵＶ（紫外）光源と量子ドット（波長変換）との組み合わせ、太陽光、太陽光とレンズ及び／又はミラーとの組み合わせ、例えば凹面鏡等のミラー及び／又は凸レンズ等のレンズによる反射・集光した太陽光等を挙げることができる。
【００２７】
以下に、光センサデバイス１６の個々の構成要素について説明する。
レンズ２０は、対象物１２からの反射光を光センサ２２に集光するためのもので、特に制限的ではなく、対象物１２からの反射光を光センサ２２に集光できれば従来公知のレンズであって良い。例えば、レンズ２０としては、対象物１２からの反射光全体を光センサ２２のサイズに集光する１枚のレンズであっても良いし、対象物１２からの反射光を光センサ２２の各画素にそれぞれ集光するマイクロレンズアレイであっても良いし、１枚のレンズによって集光された反射光をマイクロレンズアレイの各マイクロレンズによって光センサ２２の各画素にそれぞれ集光するようにしても良い。
光センサ２２は、フィルタ２４と共にセンサアセンブリ２５を構成し、対象物１２からの反射光を、フィルタ２４を介して受光して対象物１２を撮像し、対象物１２の撮像信号を取得するためのもので、特に制限的ではなく、対象物１２からの反射光を各画素毎に受光量に応じた光信号に変換できれば従来公知のイメージセンサ等の光センサであって良い。例えば、光センサ２２としては、ＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等を挙げることができる。
【００２８】
フィルタ２４は、光センサ２２と共にセンサアセンブリ２５を構成し、光センサ２２の各画素の前面、即ち受光面側に配置される。本発明で用いられるフィルタは、互いに透過スペクトルの半値波長が２００ｎｍ以下の差を有する２種以上のフィルタの組み合わせからなる。２種以上のフィルタの組み合わせとは、例えば、短波長側をカットする２種以上のカットフィルタの組み合わせ、又は長波長側をカットする２種以上のカットフィルタの組み合わせ、もしくは短波長側カットフィルタと長波長側カットフィルタとの組み合わせ等がある。フィルタ２４は、２種以上のフィルタを透過した対象物１２の反射光が入射した光センサ２２の各画素から出力される２種以上の出力信号の内の２つの出力信号の差分を上述の２種以上のフィルタの対応する２つのフィルタを透過した光の吸収スペクトルの波形からそれぞれ逆演算して、１種以上の特定波長の信号強度を求めるために用いられるものである。
なお、短波長側カットフィルタと長波長側カットフィルタとの組み合わせの場合には、各フィルタを透過した光の受光による各画素の２種類の出力信号の和といずれのフィルタも透過しない光の受光による画素の１種類の出力信号（リファレンス）との差分を、短波長側カットフィルタおよび長波長側カットフィルタを透過した光の吸収スペクトルの波形からそれぞれ逆演算して、１種以上の特定波長の信号強度を求めればよい。
【００２９】
フィルタ２４は、透過スペクトルの半値波長に所定差を有する２種以上のフィルタの内の２種のフィルタを透過した光を受光した光センサ２２の２つの画素から出力される２つの出力信号の差分として表される信号（信号強度）が、半値波長が上記所定差に相当する所定値以下であるバンドパスフィルタを透過した光を受光した光センサ２２の画素から出力される出力信号と見做すことができる２つのフィルタを少なくとも含む。
以下では、フィルタ２４として、２種類の短波長側カットフィルタを用いる例を代表例として説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００３０】
図２（Ａ）に、図１に示す光センサユニットの２種類のカットフィルタがそれぞれ配置された光センサからなるセンサアセンブリの１組の２つの受光画素の配列の一例を示す。図２（Ｂ）に、図２（Ａ）に示すセンサアセンブリの１組の２つの受光画素にそれぞれ配置される２種類のカットフィルタの分光透過率の一例を模式的に示す。図２（Ｃ）に、対象物のスペクトル、及び図２（Ｂ）に示す分光透過率を持つ２種類のカットフィルタが配置された２つの受光画素によって得られる光センサユニットの特定波長の分光透過率を模式的に示す。
図２（Ａ）に示すように、本発明においては、センサアセンブリ２５の受光画素２５ａ及び２５ｂからなる１組の受光画素が、特定波長の信号強度を得るために用いられる。
【００３１】
ここで、受光画素２５ａは、フィルタ２４ａを光センサ２２の１つの画素の受光面（図示せず）上に配置したものからなる。フィルタ２４ａは、短波長側の光が吸収されてカットされるフィルタであって、図２（Ｂ）に実線で示されるように、短波長側から長波長側に向かって分光透過率が増大する曲線を持つ分光透過率分布となる透過スペクトルＡを示す。透過スペクトルＡは、フィルタ２４ａを透過した光の吸収スペクトルを示し、短波長側に吸収端を有する。
一方、受光画素２５ｂは、フィルタ２４ｂを光センサ２２の１つの画素の受光面（図示せず）上に配置したものからなる。フィルタ２４ｂは、フィルタ２４ａと同様に、短波長側の光が吸収されてカットされるフィルタであって、フィルタ２４ａよりも所定波長、即ち、半値波長で２００ｎｍ以下の所定波長だけ長波長側において、短波長側から長波長側に向かって分光透過率が増大する曲線を持つ分光透過率分布となる透過スペクトルＢを示す。透過スペクトルＢは、フィルタ２４ｂを透過した光の吸収スペクトルを示すが、透過スペクトルＡの吸収端より、短波長側に吸収端を有し、半値波長で２００ｎｍ以下の所定波長だけ長波長側に存在する。
なお、図２（Ｂ）に点線で示される分光透過率分布を示すスペクトルは、対象物１２のスペクトルを表わすものである。
【００３２】
ここで、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）を用いて、透過スペクトルＡの波形から、透過スペクトルＢの波形を差し引いて（引き算して）得られる透過スペクトルについて説明する。図２（Ｂ）に示すように、透過スペクトルＢの吸収端が、透過スペクトルＡの吸収端より、所定波長だけ長波長側にある場合、透過スペクトルＡの分光透過率から透過スペクトルＢの分光透過率を各波長毎に引き算すると、図２（Ｃ）に示すように、透過スペクトルＡと、上下反転された透過スペクトルＢとの合成スペクトルが得られる。このように、本発明で用いられるフィルタは、半値波長が２００ｎｍ以下の所定波長幅を持つバンドパスフィルタの透過スペクトルと等価となる。
図２（Ｃ）に実線及び一点鎖線で示される、バンドパスフィルタと等価である透過スペクトルは、点線で示される対象物１２のスペクトルに略一致させることができており、対象物１２の検出等に極めて有用であることが分かる。
【００３３】
以上から、透過スペクトルＡを示すフィルタ２４ａを透過した光を受光する受光画素２５ａから出力される出力信号と、透過スペクトルＢを示すフィルタ２４ｂを透過した光を受光する受光画素２５ｂから出力される出力信号との差分は、半値波長で２００ｎｍ以下の所定波長幅を持つバンドパスフィルタを透過した光を受光する受光画素から出力される出力信号と等価となる。
したがって、本発明においては、受光画素２５ａから出力された出力信号と、受光画素２５ｂから出力された出力信号との差分を後述する演算部２８で演算することにより、フィルタ２４ａとフィルタ２４ｂとの透過スペクトルの半値波長の差に等しい波長幅を持つバンドパスフィルタの透過光の出力信号と等価な出力信号を取得することができる。
【００３４】
即ち、小型かつ安価で２つのカットフィルタ２４ａ及び２４ｂを用いた受光画素２５ａ及び２５ｂの組を複数組２次元上に配列したセンサアセンブリ２５と、１組の受光画素２５ａ及び２５ｂから出力される出力信号の差分を演算する演算部２８とを組み合わせた構成とすることにより、大型で高価なバンドパスフィルタを用いた受光画素から出力される高感度でＳ／Ｎ比も良好な特定波長の出力信号と等価な特定波長の信号を得ることができる。
なお、上述した受光画素２５ａから出力された出力信号と、受光画素２５ｂから出力された出力信号との差分の演算は、両出力信号をそれぞれ後述する信号処理部２６で所定の信号処理を施した後、演算部２８で演算することにより、特定波長（所定の波長幅の中心波長）の信号強度が求められる。なお、両出力信号の差分の演算は、アナログ信号で行っても良いし、デジタル信号で行っても良い。本発明では、両出力信号の差分の演算は、デジタル信号で行うことが好ましい。
【００３５】
光センサ２２及びフィルタ２４からなるセンサアセンブリ２５は、図３に示すように、一対の受光画素２５ａ及び２５ｂを１組として、行および列に平行に配列しても良いし、図４に示すセンサアセンブリ２５Ａのように、受光画素２５ａ及び２５ｂを千鳥状に配置して、２つの受光画素２５ａ及び２５ｂを特定波長の信号強度を得るための１組の受光素子として用いても良い。
このように、センサアセンブリ２５における受光画素２５ａ及び２５ｂの配列は、特に制限的ではなく、対を成す受光画素２５ａ及び２５ｂが近接して配置され、受光画素２５ａ及び２５ｂから特定波長の信号強度を得るための２つの画素信号を取得することができれば、どのように配置しても良い。
【００３６】
光センサ２２及びフィルタ２４からなるセンサアセンブリ２５の１組の受光画素２５ａ及び２５ｂにそれぞれ用いられる１組のフィルタ２４ａの透過スペクトルＡとフィルタ２４ｂの透過スペクトルＢとは、半値波長の差が２００ｎｍ以下である。即ち、フィルタ２４ａ及び２４ｂの吸収波長が異なり、それぞれの吸収端が異なり、吸収端の差が、半値波長で２００ｎｍ以下である。
その理由は、透過スペクトルの半値波長の差、即ち吸収スペクトルの吸収端の差が２００ｎｍ超であると、本発明が対象とする建造物、又は工場設備等の内部、暗所下での物体、自動運転中の自動車等の周辺の物体、例えば特許文献４及び５に記載のような内視鏡検査における血管等の生体組織、特願２０１５−０４１１６８号明細書に記載の再生医療における培養された細胞コロニー、有機ガス、ＰＭ２．５、有機液体、液体の種類等を個別に判別、又は検知することが困難になるからである。半値波長の差が２００ｎｍ超、例えば、数μｍ（数千ｎｍ）で区切られたスペクトルデータでは、特に、内視鏡検査における血管等の生体組織において、図１２及び図１３に示すような酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２と、還元（脱酸素化）ヘモグロビンＨｂとの判別を行うことが困難となるからである。
【００３７】
これらの酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２と、還元（脱酸素化）ヘモグロビンＨｂとの両者のスペクトルの差を判別するには、１組のフィルタ２４ａの透過スペクトルＡとフィルタ２４ｂの透過スペクトルＢとの差の半値波長が、２００ｎｍ以下であることが好ましい。  なお、本発明においては、半値波長の差は、２００ｎｍ以下であれば、特に制限的ではなく、検査対象の対象物１２を判別するのに必要な差分スペクトルデータの半値波長の差であれば幾つであっても良いが、１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以下であり、対象物１２によっては２０ｎｍ以下でも、１０ｎｍ以下でも、５ｎｍ以下であっても良い。
なお、半値波長の差の下限値も、検出対象の対象物１２に応じて設定すればよく、特に制限はないが、製造適性の点から、１ｎｍ以上が好ましく、５ｎｍ以上でも、１０ｎｍ以上であっても良い。
【００３８】
このような透過スペクトルＡを示すフィルタ２４ａ及び透過スペクトルＢを示すフィルタ２４ｂ等のフィルタ２４としては、光センサ２２の受光面に配置でき、必要な透過スペクトルを示すものであれば、特に制限はない。
例えば、フィルタ２４の材質は、特に制限はなく、光硬化性樹脂組成物からなるフィルタが好ましい。
光硬化性樹脂組成物からなるフィルタが好ましい理由は、高解像の二次元イメージを得るためのフィルターパターンを作成するには、高解像を得やすい光パターニングが最も好ましいからであり、光硬化性樹脂組成物は、細かいパターン、特に微細パターンの形成に有利だからである。
光硬化性樹脂組成物としては、主たる成分として重合性化合物、重合開始剤、アルカリ可溶性樹脂を含有することができる。
重合性化合物は、例えば特開２０１２−２０８４９４号公報の段落０４６６〜０４９４の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。重合性化合物は、１種のみ用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。重合性化合物の配合量は、配合する場合、赤外線透過フィルム形成用組成物（以下、「赤外線透過組成物」とも言う。）の固形分の０．１〜９０質量％とすることができ、２〜５０質量％が好ましい。
重合開始剤は、例えば特開２０１２−２０８４９４号公報の段落０５００〜０５４７の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。重合開始剤としては、オキシム化合物が好ましい。オキシム化合物の具体例としては、特開２００１−２３３８４２号公報記載の化合物、特開２０００−８００６８号公報記載の化合物、特開２００６−３４２１６６号公報記載の化合物を用いることができる。市販品では、ＩＲＧＡＣＵＲＥ−ＯＸＥ０１（ＢＡＳＦ社製）、ＩＲＧＡＣＵＲＥ−ＯＸＥ０２（ＢＡＳＦ社製）、ＩＲＧＡＣＵＲＥ−ＯＸＥ０３（ＢＡＳＦ社製）、ＴＲ−ＰＢＧ−３０４（常州強力電子新材料有限公司社製）、アデカアークルズＮＣＩ−８３１、アデカアークルズＮＣＩ−９３０（ＡＤＥＫＡ社製）等が挙げられる。重合開始剤は、１種のみ用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。重合開始剤の配合量は、配合する場合、赤外線透過組成物の固形分の０．１〜２０質量％とすることができ、０．５〜５質量％が好ましい。
アルカリ可溶性樹脂は、例えば特開２０１２−２０８４９４号公報の段落０５５８〜０５７２の記載を参酌できる。なお、本発明においては、上記に示したものの他、従来公知の光硬化性樹脂組成物をも用いることができる。
【００３９】
また、フィルタの膜厚は、特に制限されないが、１０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以下であることがより好ましい。
本発明において、フィルタ２４の膜厚を１０μｍ以下とすることが好ましい理由は、光センサデバイス、及び光センサユニットの小型化、及び薄型化の要求を背景として、センサアセンブリの薄型化が望まれるからである。
また、フィルタの透過スペクトルの半値波長は、特に制限されず、可視領域波長でも、赤外領域波長であっても良いが、７００ｎｍ以上の赤外領域波長であることが好ましく、７５０ｎｍ以上であることがより好ましい。即ち、本発明の光センサデバイス１６は、赤外センサユニットに用いられる赤外センサデバイスであることが好ましい。
本発明において、フィルタの透過スペクトルの半値波長を７００ｎｍ以上の赤外領域波長とすることが好ましい理由は、この領域には有機化合物の特性吸収波長が多くあるため、化合物の判別を容易に行うことができ、また、暗所下での物体の検知、透明なものの中に含まれる物体の検知を容易に行うことができるからである。
【００４０】
図２（Ｂ）の透過スペクトルＢを示すカットフィルタ２４ｂ（赤外線透過フィルム）は、光硬化性樹脂組成物に、以下に示す顔料を適宜組み合わせて得られる赤外線透過フィルム形成用組成物を用いて作製され、具体的には、図５の透過スペクトルを示す。
・ジケトピロロピロール顔料１：下記構造（特開２００９−２６３６１４号公報に記載の方法で合成した）（波長８００〜９００ｎｍの範囲に吸収極大を有する着色剤）
【化１】
2017018150.tif 000003
・ＰＲ２５４    ：  Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４
・ＰＢ１５：６  ：  Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５：６
・ＰＹ１３９    ：  Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １３９
・ＰＶ２３      ：  Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３
【００４１】
図２（Ｂ）の透過スペクトルＡを示すカットフィルタ２４ａ（赤外線透過フィルム）は、光硬化性樹脂組成物に、以下に示す顔料を適宜組み合わせて得られる赤外線透過フィルム形成用組成物を用いて作製され、具体的には、図６の透過スペクトルを示す。
・赤色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ２５４）及び黄色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １３９）からなる混合顔料
・青色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １５：６）及び紫色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｖｉｏｌｅｔ  ２３）からなる混合顔料
【００４２】
上述した例では、フィルタ２４として、短波長側をカットする２種類のカットフィルタを用いているが、本発明はこれに限定されず、３種類以上のカットフィルタを用いても良いし、長波長側をカットする２種類以上のカットフィルタを用いても良い。なお、３種類以上のカットフィルタを用いる多波長検出光センサデバイスの場合には、それぞれ互いに透過スペクトルが隣接する２つのフィルタを持つ２つの受光画素からの出力信号の差分から１種類の特定波長の信号強度を取得することができるので、２種類以上の特定波長の信号強度を取得することができる。
例えば、図７Ａに示すセンサアセンブリ２５Ｂのように、３つの受光画素からなる１組の光センサの各画素に図７Ｂに示す異なる分光透過率を持つ３種類のカットフィルタをそれぞれ用いても良い。
【００４３】
図７Ａに示す多波長検出光センサデバイスのセンサアセンブリ２５Ｂにおいては、光センサ２２の３つの画素（図示せず）の受光面にそれぞれ配置された３つの異なるフィルタ２４ａ、２４ｂ及び２４ｃからなる１組の３つの受光画素２５ａ、２５ｂ及び２５ｃが一列に配列されている。
図７Ａに示すフィルタ２４ａ、２４ｂ及び２４ｃは、それぞれ、図７Ｂに示すように、互いに異なる分光透過率を示し、互いに半値波長が２００ｎｍ以下の差を有し、図７Ｂに実線で示す透過スペクトルＡ、図７Ｂに一点鎖線で示す透過スペクトルＢ、及び図７Ｂに二点鎖線で示す透過スペクトルＣを示す。
したがって、図７Ａに示す受光画素２５ａと２５ｂの組では、それぞれ出力される出力信号の差分として、フィルタ２４ａの図７Ｂに実線で示す透過スペクトルＡからフィルタ２４ｂの図７Ｂに一点鎖線で示す透過スペクトルＢを引き算することにより得られる、図７Ｃに（Ａ−Ｂ）で示される透過スペクトルを持つ等価バンドパスフィルタを用いた受光素子の受光画素から得られる信号と等価な特定波長の信号強度を得ることができる。
【００４４】
また、同様に、図７Ａに示す受光画素２５ｂと２５ｃの組では、それぞれ出力される出力信号の差分として、フィルタ２４ｂの図７Ｂに一点鎖線で示す透過スペクトルＢからフィルタ２４ｃの図７Ｂに二点鎖線で示す透過スペクトルＣを引き算することにより得られる、図７Ｃに（Ｂ−Ｃ）で示される透過スペクトルを持つ等価バンドパスフィルタを用いた受光素子の受光画素から得られる信号と等価な特定波長の信号強度を得ることができる。
このようにして、互いに透過スペクトルの半値波長の差がある３種類のカットフィルタを用いて、２種類のバンドパスフィルタを用いた場合と等価な２種類の特定波長の信号強度を得ることができる。
同様にして、互いに透過スペクトルの半値波長の差がある４種類以上のカットフィルタを用いた場合にも、３種類以上のバンドパスフィルタを用いた場合と等価な３種類以上の特定波長の信号強度を得ることができる。
上述した例では、２種類以上のフィルタを２種類以上の光センサ２２の素子（画素）に個々に配置して、光センサ２２の各素子から受光信号を検出しているが、本発明はこれに限定されず、２種類以上のフィルタを同じ１つの光センサ２２の素子に配置して時分割で受光信号を検出するようにしても良い。
【００４５】
信号処理部２６は、光センサ２２で検出された複数組の２種以上の受光信号にそれぞれ所定の信号処理、例えば前処理を施して複数組の２種以上の出力信号として出力するもので、例えば、相関二重サンプリング回路、アンプ（自動利得制御回路）、及びＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換器等を含むアナログ処理回路（ＡＦＥ：Analog Front End）等から構成される。センサアセンブリ２５の複数組の受光画素２５ａ及び２５ｂの光センサ２２の各画素の出力信号は、信号処理部２６において、例えば、相関二重サンプリングによるノイズ除去、アンプによる増幅を行なわれ、さらに、Ａ／Ｄ変換器によってアナログ信号からデジタル信号に変換されて、デジタルの画像信号として、演算部２８に出力される。信号処理部２６では、なお、信号の確度を確保するために、予め、真正な信号として扱う強度の範囲、即ち所定の許容最小強度及び所定の許容最大強度を定めておき、所定の許容最小強度未満の信号や所定の許容最大強度超の信号を真正な信号でないノイズとして除去するようにしても良い。また、演算部２８による一対の受光画素２５ａ及び２５ｂの２種類の出力信号の差分の演算をアナログ信号の状態で行う場合には、Ａ／Ｄ変換器は、演算部２８内に設けられる。
【００４６】
演算部２８は、信号処理部２６から出力された複数組の２種以上の出力信号の内、各組毎に２つの出力信号の差分を２種以上のフィルタ２４の対応する２つのフィルタ２４を透過した光の吸収スペクトルの波形からそれぞれ逆演算して、各組毎に１種以上の特定波長の信号強度を求めるものである。例えば、演算部２８は、信号処理部２６から出力されたセンサアセンブリ２５の１組の受光画素２５ａ及び２５ｂからの２種類の出力信号の差分をデジタル信号で、又はアナログ信号で演算し、特定波長の信号強度を求める。この演算は、受光画素２５ａ及び２５ｂの１組ずつ、複数組について行われ、対象物１２を画像として撮像するために必要とされる複数の画像信号として算出される。算出された画像信号がデジタル画像信号であれば、そのまま対象物検出デバイス１８に出力される。なお、２種類の出力信号の差分の演算がアナログ信号で行われた場合には、算出されたアナログ画像信号は、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換されて、デジタルの画像信号として対象物検出デバイス１８に出力されるのは言うまでもない。
【００４７】
光センサデバイス１６においては、２種以上のフィルタ２４が光センサ２２にそれぞれ配置され、かつ光センサ２２の隣接する２つ以上の画素を２次元状に複数組並べて対象物１２の反射光を検出して、２種以上のフィルタ２４を透過した光の光センサ２２による出力信号から２種類の出力信号の差分を演算部２８で演算することにより、特定波長の信号強度をイメージワイズに検出して画像信号として取得している。
なお、光センサ２２は、所定のサンプリングタイム間隔、即ち所定時間間隔で、フィルタ２４を介して対象物１２からの反射光を自動的に検出し、演算部２８は、特定波長の信号強度を求めている。即ち、特定波長の信号強度は、フィルタ２４を備える光センサ２２及び演算部２８によって、時間分解で測定される。したがって、演算部２８は、前後のサンプリングタイムにおける特定波長の信号強度から、特定波長の信号強度の時間変化（時間微分値）を求めることができる。換言すれば、演算部２８は、特定波長に関する画像信号の時間変化（時間微分値）を求めることができる。なお、特定波長の信号強度の時間変化は、例えば、単純に前後のサンプリングタイムにおける特定波長の信号強度の差を求め、その差を時間間隔で割り算することにより求めればよいが、特に制限されない。
【００４８】
また、演算部２８では、特定波長の信号強度は、特定波長のデジタル画像信号として求められているので、求められた画像信号から、所定の信号強度の信号を抽出することにより、特定波長の光で抽出された対象物１２の形状を表わす２次元形状情報を求めることができる。したがって、演算部２８で求められる特定波長に関する画像信号の時間変化は、対象物１２の２次元形状情報の時間的な変化を表わす情報、例えば、対象物１２の動きを表わす情報と言うこともできる。なお、２次元形状情報を求める方法も特に制限的ではなく、公知の方法で求めることができる。
以上から、演算部２８では、特定波長の信号強度に加え、その信号強度の時間変化、及び特定波長の信号強度から得られる対象物１２の２次元形状情報を求めておくのが良い。
【００４９】
メモリ３０は、光センサ２２で検出された受光信号、信号処理部２６から出力される出力信号、及び／又は演算部２８で求められた特定波長の信号強度を必要に応じて一時的に格納するためのものである。したがって、光センサ２２から出力される受光信号を順次信号処理部２６で処理でき、信号処理部２６からの出力信号を順次演算部２８で演算でき、演算部２８から演算された特定波長の信号強度を順次対象物検出デバイス１８に送信できれば、メモリ３０は設けなくても良い。
ここで、メモリ３０は、光センサ２２から受光信号を受け取って一時的に保存して格納することができ、格納した受光信号を信号処理部２６に送り出すことができることが好ましい。この場合には、受光信号はアナログ信号であるので、メモリ３０は、サンプルホールド等のアナログメモリを備える。
【００５０】
また、メモリ３０は、信号処理部２６から処理済の出力信号を受け取って格納することができ、演算部２８は、メモリ３０から格納された出力信号を読み出すことができることが好ましい。この場合、メモリ３０は、処理済出力信号がアナログ信号であればアナログメモリである必要があり、処理済出力信号がデジタル信号である時、処理済出力信号を読み出し可能に一時的に格納することができるデジタルメモリを備える。
また、演算部２８から演算された特定波長の信号強度はデジタル信号であるので、メモリ３０は、デジタルメモリを備える。
なお、メモリ３０としては、特に制限的ではなく、公知のアナログメモリ、及び／又は公知のデジタルメモリを用いることができる。なお、メモリ３０としては、処理済出力信号及び特定波長の信号強度等のデジタル信号を格納するデジタルメモリとして構成することが好ましい。
また、光センサデバイス１６の信号処理部２６、演算部２８、及びメモリ３０等は、後述するようにＩＣ化しておくことが好ましい。
本実施形態の光センサデバイス１６は、基本的に以上のように構成される。
【００５１】
以下に、対象物検出デバイス１８の個々の構成要素について説明する。
比較部３２は、光センサデバイス１６において検出された検出データ、例えば演算部２８において演算された特定波長の信号強度、その信号強度の時間変化、及び特定波長の信号強度から得られる対象物１２の２次元形状情報から選ばれる１種以上の検出データを、先にメモリ３６等に格納されている予め設定された対象物１２に対応する設定データと比較するものである。なお、比較部３２では、検出データ及び設定データは、２次元画像データとして扱うのが好ましい。また、比較部３２で行う検出データと設定データとの比較の方法も、特に制限的ではなく、パターンマッチング、例えば、設定データをテンプレート画像データとし、検出画像データとテンプレート画像データとの一致度を求めるために、検出画像データとテンプレート画像データとの比較を行うテンプレートマッチング等の公知の方法により行えばよい。
なお、上述した例では、特定波長の信号強度の時間変化、及び特定波長の信号強度から得られる対象物１２の２次元形状情報は、光センサデバイス１６の演算部２８で算出しているが、本発明はこれに限定されず、比較部３２において、演算部２８から送られた特定波長の信号強度から算出するようにしても良い。
比較部３２における検出データと設定データとの比較結果は、後段の判別部３４に送られる。
【００５２】
判別部３４は、比較部３２で得られた検出データと設定データとの比較結果に基づいて、得られた検出データが対象物１２を表わすものであるか否かを判別、又は検出（検知）する。判別部３４における対象物１２であるか否かの判別は、例えば比較部３２で得られた検出データと設定データとの一致度によって決めることができる。対象物１２であると判別するために必要な一致度の値は、判別対象である対象物１２の種類、状態、形状、及び／又は判別・検出（検知）の目的、対象物１２に応じて要求される判別・検知の精度等によって異なるので、対象物１２の種類、状態、形状、及び／又は判別・検出（検知）の目的、判別・検知の要求精度等に応じて適宜設定すれば良い。即ち、検出データと設定データとの比較結果による一致度が、対象物１２、判別・検出の目的及び／又は精度等に応じて設定された値以上であれば、対象物１２であると判別するように設定しても良い。
判別部３４における対象物１２であるか否かの判別結果、又は検出（検知）結果（以下では、判別結果で代表する）は、出力部３８に送られる。
【００５３】
メモリ３６は、光センサデバイス１６の演算部２８において得られた特定波長の信号強度、演算部２８又は比較部３２において得られた特定波長の信号強度の時間変化、及び対象物１２の２次元形状情報、並びに予め設定された対象物１２に対応する設定データを格納するものである。特定波長の信号強度、その時間変化、対象物１２の２次元形状情報、及び予め設定された対象物１２に対応する設定データは、デジタルデータであり、メモリ３６は、これらのデジタルデータを格納するものであるので、デジタルメモリである。メモリ３６としては、特に制限的ではなく、公知のデジタルメモリを上げることができる。
なお、メモリ３６は、光センサデバイス１６の演算部２８から特定波長の信号強度、その時間変化、及び対象物１２の２次元形状情報を受け取って格納しても良いし、比較部３２によって格納している特定波長の信号強度、その時間変化、対象物１２の２次元形状情報、及び設定データを読み出せるようにしても良いし、比較部３２から比較結果を受け取って格納するようにしても良いし、判別部３４によって格納している比較結果を読み出せるようにしても良い。
また、メモリ３６と、メモリ３０とは、１つのメモリとして統合されていても良い。
【００５４】
出力部３８は、判別部３４における判別結果を出力するものである。出力部３８は、光センサユニット１０の外部に判別結果のデータを出力するためのもので、例えば後述するコントローラユニット４１（図８、図１０参照、以下、「コントローラ４１」ともいう。）に判別結果のデータを送信し、コントローラ４１からの光センサユニット１０の制御信号を受信する通信部の機能を有する。なお、出力部３８は、これに限定されず、判別結果のデータを外部メモリ、ハードディスク、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、後述するサーバ４２等のサーバ、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス:Universal Serial Bus）メモリ等の様々なメモリに出力するためのものであっても良い。更に、出力部３８は、判別結果をソフトコピーとして表示画面に表示するディスプレイやモニタ等の表示装置であっても良いし、紙などの媒体にハードコピーとして印画するプリンタであっても良い。
なお、少なくとも、対象物検出デバイス１８の比較部３２、判別部３４、及びメモリ３６等は、後述するようにＩＣ化しておくことが好ましい。ここで、光センサデバイス１６の信号処理部２６、演算部２８、及びメモリ３０等と、対象物検出デバイス１８の比較部３２、判別部３４、及びメモリ３６等とは、共に一体化してＩＣ化しておいても良い。
本実施形態の対象物検出デバイス１８及び光センサユニット１０は、基本的に以上のように構成される。
【００５５】
図８は、図１に示す本発明の第１実施形態に係る光センサユニットを複数備える本発明の第１実施形態に係る光センサシステムの一例を模式的に示すブロック図である。
図８に示す第１実施形態の光センサシステム４０は、複数の光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃと、コントローラユニット４１と、サーバ４２と、ビッグデータメモリ４４とを有する。
図８に示す第１実施形態の光センサシステム４０の光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃは、それぞれ図１に示す第１実施形態の光センサユニット１０と全く同一であるので同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
なお、複数の光センサユニット１０ｂ、…、１０ｃは、いずれも光センサユニット１０ａと同一の構成を有するものであるが、各光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃのフィルタ２４ａ及び２４ｂの組は、各光センサユニットにおいて光の透過スペクトルが同じであっても良いし、対象物１２に応じて各光センサユニット毎に異なっていても良い。例えば、検査対象が１つの対象物１２に特定されている場合には、同じフィルタ２４ａ及び２４ｂの組を用いれば良いし、検査対象が複数の対象物１２にわたる場合には、各対象物１２に応じて適切な透過スペクトルを持つフィルタ２４ａ及び２４ｂの組を用いれば良い。
【００５６】
コントローラユニット４１は、判別するべき対象物１２を決定し、対象物１２に関する過去のデータから対象物１２の特徴を抽出し、抽出された対象物１２の特徴に基づいて対象物１２に対応する条件を決定し、対象物１２に対応する設定データとして予め設定しておくものであり、複数の光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃにおけるそれぞれの判別結果を受信し、統合してサーバ４２に送信し、また、それぞれの判別結果を得るために、複数の光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃをそれぞれ制御するものであり、また、設定データとして、ネットワーク上に蓄積された対象物１２に対応する設定データを設定し、各光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃにそれぞれ測定開始を指示するものである。ここで、コントローラユニット４１は、通信部５０と、統合部５２と、入力部５４と、条件決定部５６と、制御信号生成部５８とを有する。
【００５７】
通信部５０は、光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃとの間、及びサーバ４２との間の通信、例えば有線、又は無線通信を行うためのもので、光センサユニット１０ａ、１０ｂ及び１０ｃからの各判別結果を受け取り、それぞれ統合部５２に送り、統合部５２で統合された判別結果の統合データを有線、又は無線信号（以下、通信信号という）としてサーバ４２に有線、又は無線送信するためのものである。また、通信部５０は、サーバ４２から、対象物１２の特徴条件を抽出するのに用いられる、対象物１２に関する過去に蓄積された過去データ（ビッグデータ又はビッグデータから抽出されたデータ）を通信信号として受信し、過去データを条件決定部５６に送り、制御信号生成部５８で生成された設定データ、測定開始信号などの各光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃの制御信号を通信信号として送信するためのものである。
統合部５２は、通信部５０で受信した複数の光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃからの各判別結果（各光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃの対象物検出デバイス１８の判別部３４における判別結果）等を光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃ毎に分類すると共に、纏めて統合するためのもので、統合された判別結果の統合データを通信部５０からサーバ４２に送信する。
【００５８】
入力部５４は、対象となる対象物１２についての各種の情報、及び／又は各種の条件を入力するためのもので、キーボード、及びカーソル等の公知の入力デバイスが用いられる。
条件決定部５６は、入力部５４から入力された対象となる対象物１２についての各種の情報、及び／又は各種の条件に基づいて、判別、又は検出するべき対象物を決定し、通信部５０を介してサーバ４２から送られた、過去に蓄積された対象物１２に関する過去データから、対象物１２の特徴、又は特徴等を表わす特徴条件を抽出し、抽出された対象物１２の特徴、又は特徴条件に基づいて対象物１２に対応する条件、例えば対象物１２に対する検出条件を決定し、対象物１２に対応する設定データとして予め設定しておくと共に、複数の光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃ、並びにその他の各種のセンサ等の制御条件等を決定するためのものである。
制御信号生成部５８は、条件決定部５６で決定された検出条件及び制御条件に基づいて制御信号を生成するためのものである。制御信号生成部５８は、生成した制御信号、例えば、複数の光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃ毎に設定され、判別対象、又は検出対象となる対象物１２に対応する設定データ、又は複数の光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃ毎に測定開始を指示する測定開始信号等を、通信部５０を介して複数の光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃに送信する。
【００５９】
サーバ４２は、対象物１２に関する過去データ（ビッグデータ又はその抽出データ）をコントローラユニット４１に送ると共に、コントローラユニット４１から送られてきた対象物１２に対応する判別結果の統合データを対象物１２毎に蓄積し、また、必要に応じて過去データとして分類して蓄積するためのものであり、また、通信部６０、統合部５２を介して、条件決定部５６の判別条件を変更することもできるものである。ビッグデータに蓄積されるデータから自動的に判別条件を生成することにより、常時最新の情報に基づいた判別ができるメリットがある。サーバ４２は、通信部６０と、サーバ本体６２と、出力部６３と、サーバ本体６２内に有するデータベース６４とを有する。
通信部６０は、コントローラユニット４１との間の無線、又は有線通信を行うためのもので、コントローラユニット４１から光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃの判別結果の統合データを、通信部５０を介して受信し、サーバ本体６２に送ると共に、逆に、サーバ本体６２内のデータベース６４から対象物１２に関する過去データ（ビッグデータ又はその抽出データ）を読み出して通信信号としてコントローラユニット４１に送信し、更に、ネットワーク上のクラウド又は他のデータベース等のビッグデータメモリ４４に蓄積されたビッグデータを、インターネットを介して受信するためのものである。
サーバ本体６２は、コントローラユニット４１等のクライアントに対して、必要なデータ、ソフトウェア、及びサービスを提供するためのもので、内部に様々なデータ、特に、本発明において対象とする対象物１２に関するデータ、判別結果の統合データ、及びこの統合データ等についての過去データ等を蓄積しているデータベース６４を有する。
出力部６３は、サーバ４２において取り扱われる各種のデータ、対象物１２に関するデータ、例えば、判別結果の統合データ、及び／又は過去データを出力するものであり、出力部３８と同様に、データを送受信する機能、データを外部メモリに出力して格納する機能、ソフトコピーとして表示画面に表示する機能、ハードコピーとして印画する機能の少なくとも１つを有するものであって良い。
本第１実施形態の光センサシステムは、基本的に以上のように構成される。
【００６０】
上述した第１実施形態の光センサシステム４０の第１実施形態の光センサユニット１０においては、１つの対象物検出デバイス１８に対して１つの光センサデバイス１６が設けられ、両者が有線で電気的に接続されるように構成されているが、本発明はこれに限定されず、両者が無線によって接続されるように構成されていても良いし、１つの対象物検出デバイスに対して複数の光センサデバイスが設けられていても良い。
図９は、本発明の第２実施形態に係る光センサユニットを備える本発明の第２実施形態に係る光センサシステムの一例を模式的に示すブロック図である。
【００６１】
図９に示す第２実施形態の光センサシステム４０Ａは、複数の光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃと、１つの対象物検出デバイス１８ａ及び１つのコントローラユニット４１ａが一体化された統合コントローラユニット１９と、サーバ４２と、ビッグデータメモリ４４とを有する。
図９に示す第２実施形態の光センサシステム４０Ａは、図８に示す第２実施形態の光センサシステム４０と、対象物検出デバイス１８が光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃ毎に設けられておらず、１つの対象物検出デバイス１８ａとして１つのコントローラユニット４１ａに一体化された構成となっている点を除いて、同様の構成を有するものであり、光センサシステム４０Ａの光センサデバイス１６ａ（１６ｂ、…、１６ｃ）及び統合コントローラユニット（以下単に、「統合ユニット」と言う。）１９の対象物検出デバイス１８ａは、それぞれ図１及び図８に示す第１実施形態の光センサユニット１０の光センサデバイス１６及び対象物検出デバイス１８を含むものであるので、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００６２】
光センサデバイス１６ａは、図１及び図８に示す光センサデバイス１６と同様に、レンズ２０と、光センサ２２と、多数組の２種以上のフィルタ２４からなるフィルタアレイと、信号処理部２６と、演算部２８と、メモリ３０とを有し、更に、検出データ及び制御信号の無線送信を行う通信部４６とを有する。
通信部４６は、演算部２８で演算され、イメージワイズに取得された特定波長の信号強度、その信号強度の時間変化、及び対象物１２の２次元形状情報等の、演算部２８から送られた検出データを演算部２８から受け取り、無線信号に変換して、統合ユニット１９の対象物検出デバイス１８ａに無線送信すると共に、統合ユニット１９から複数の光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃを制御する制御信号、例えば特定波長の信号強度等の送信タイミング等の制御信号の無線信号を無線受信するものである。
【００６３】
なお、複数の光センサデバイス１６ｂ、…、１６ｃは、いずれも光センサデバイス１６ａと同一の構成を有するものであるが、各光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃのフィルタ２４ａ及び２４ｂの組は、各光センサユニットにおいて光の透過スペクトルが同じであっても良いし、対象物１２に応じて各光センサデバイス毎に異なっていても良い。例えば、検査対象が１つの対象物１２に特定されている場合には、同じフィルタ２４ａ及び２４ｂの組を用いれば良いし、検査対象が複数の対象物１２にわたる場合には、各対象物１２に応じて適切な透過スペクトルを持つフィルタ２４ａ及び２４ｂの組を用いれば良い。
【００６４】
統合ユニット１９は、通信部４８、統合部５３、比較部３２、判別部３４、メモリ３６、及び出力部３８を備える対象物検出デバイス１８ａと、通信部５１、入力部５４、条件決定部５６、及び制御信号生成部５８を備えるコントローラユニット４１ａとを有する。
なお、図９に示す対象物検出デバイス１８ａは、図１及び図８に示す対象物検出デバイス１８と、通信部４８、及び統合部５３を有している点で異なる。また、図９に示すコントローラユニット４１ａは、図８に示すコントローラユニット４１と、統合部５２を有しておらず、通信部５１の機能が通信部５０とサーバ４２との間の通信である点で異なる。
対象物検出デバイス１８ａにおいて、通信部４８は、複数の光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃからの特定波長の信号強度、その信号強度の時間変化、及び対象物１２の２次元形状情報等を通信信号として受信するとともに、制御信号生成部５８で生成された制御信号を複数の光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃに通信信号として送信するためのものである。
【００６５】
統合部５３は、通信部４８で受信した複数の光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃからの特定波長の信号強度、その信号強度の時間変化、及び対象物１２の２次元形状情報等を光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃ毎に分類し、光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃ毎に統合して、各光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃ毎に後段の対象物検出デバイス１８ａの比較部３２及び判別部３４においてデータの比較及び対象物の判別を行うための検出データとするためのものである。なお、光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃが、同一のフィルタ２４ａ及び２４ｂの組からなるものである時には、統合部５３はなくても良いし、又はスルーするようにしても良い。
通信部５１は、図８に示す通信部５０と異なり光センサユニット１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃとの間の通信は行わないが、サーバ４２との間の通信を行うためのものであり、サーバ４２との間の通信機能は同様である。
【００６６】
条件決定部５６は、図８に示すコントローラユニット４１の条件決定部５６と同様の構成を有するが、決定する条件等、即ち制御条件等が複数の光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃの制御条件である点で異なる以外は、同様の機能を有する。
制御信号生成部５８は、図８に示すコントローラユニット４１の制御信号生成部５６と同様の構成を有するが、生成される設定データ及び測定開始信号等の制御信号が複数の光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃの制御信号であり、このような制御信号を、通信部４８を介して複数の光センサデバイス１６ａ、１６ｂ、…、１６ｃに送信する点で異なる以外は、同様の機能を有する。
【００６７】
サーバ４２は、対象物１２に関する過去データ（ビッグデータ又はその抽出データ）を統合ユニット１９のコントローラユニット４１ａに送ると共に、コントローラユニット４１ａから送られてきた対象物１２に対応する判別結果の統合データを対象物１２毎に蓄積し、また、必要に応じて過去データとして分類して蓄積するためのものであり、また、通信部６０、５１を介して、条件決定部５６の判別条件を変更することもできるものである。ビッグデータに蓄積されるデータから自動的に判別条件を生成することにより、常時最新の情報に基づいた判別ができるメリットがある。サーバ４２は、図８に示すサーバ４２と同一の構成を有する。
なお、統合ユニット１９においては、対象物検出デバイス１８ａの通信部４８と比較部３２との間に統合部５３を配置しているが、統合部５３を配置せずに、判別部３４の後段に、例えば対象物検出デバイス１８ａ内に、もしくはコントローラユニット４１ａ内に、図８に示す統合部５２と同様の機能を有する統合部を配置しても良い。
また、統合ユニット１９においては、同様の機能を有する通信部５１及び出力部３８を有しているが、通信部５１に出力部３８の機能の一部又は全部を持たせて出力部３８を設けなくても良いし、更に、通信部４８と通信部５１とを統合して１つの通信部としても良い。
本第２実施形態の光センサシステムは、基本的に以上のように構成される。
【００６８】
次に、図１０に、図８に示す本第１実施形態の光センサシステムの具体的な適用例を示す。
図１０に示す光センサシステム４０Ｂは、複数の光センサユニット１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）と、コントローラユニット４１と、サーバ４２と、ビッグデータメモリ４４とを有する。
図１０に示す光センサシステム４０Ｂにおける、複数の光センサユニット１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）は、図１及び図８に示す光センサユニット１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を含む構成である。したがって、光センサユニット１０の構成と重複する複数の光センサユニット１７の構成には、同一の番号を付し、その説明を省略する。
【００６９】
複数の光センサユニット１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）は、建造物、又は工場設備等１２ａ、生体１２ｂ、例えば生体組織、又は自動運転中の自動車等の周辺の物体１２ｃ等を対象物１２とするもので、対象物１２に光センサユニット１７に付随的に取り付けられた３種の赤外レーザ（光源）１４から赤外レーザ光をそれぞれレンズアレイ２１ｂの３種の集光レンズ２０ｃで集光してアクティブ信号Ｓａとして照射し、対象物１２からの３種の反射光をターゲット信号Ｓｐとして受光する。この時、光センサユニット１７に入射する反射光には、対象物１２からのターゲット信号Ｓｐのみならず、大気吸収及び散乱等の減衰ノイズＮａ及び周辺熱及び反射散乱光等の環境ノイズＮｅも含まれる。
【００７０】
ここで、光センサユニット１７は、図１０に示すように、１枚の大型のレンズ２０ａ、及びマイクロレンズ２０ｂがアレイ状に配列されたマイクロレンズアレイ２１ａからなるレンズ２０と、図７Ａに示すような３種のフィルタ（マイクロフィルタ）２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃがアレイ状に配列されたフィルタ（マイクロフィルタアレイ）２４と、フィルタ２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃに対応して画素が配置された光センサ２２と、信号処理ＩＣ（集積回路；Integrated Circuit）６６と、データ処理ＩＣ６８と、システム制御ＩＣ７０と、通信ＩＣ７２と、電源ＩＣ７４と、を有する。
光センサユニット１７には、光センサ２２の基板に近接して付随する３種の赤外レーザ１４が設けられており、マクロレンズアレイ２１ａに近接して付随するレンズアレイ２１ｂの３種のレンズ２０ｃが設けられている。
【００７１】
レンズ２０を構成する１枚のレンズ２０ａは、対象物１２からの３種の反射光全体を集光するものである。レンズ２０を構成するマクロレンズアレイ２１ａは、光センサ２２の各画素に対応して設けられたマイクロレンズ２０ｂがアレイ状に配列されたもので、マイクロレンズ２０ｂは、レンズ２０ａで集光され、光センサ２２の各画素に入射する入射光を集光するものである。
なお、図７Ａに示すように、フィルタ２４の３種のフィルタ２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃと、これらに対応する光センサ２２の各画素とは、３種の受光画素２５ａ、２５ｂ、及び２５ｃを構成し、フィルタ２４と光センサ２２とは、上述の通り、３種の受光画素２５ａ、２５ｂ、及び２５ｃが複数組アレイ状の配列されたセンサアセンブリ２５Ｂを構成する。
【００７２】
信号処理ＩＣ６６は、図１及び図８に示す信号処理部２６、演算部２８、及びメモリ３０等をＩＣ化したもので、複数組の３種の受光画素２５ａ、２５ｂ、及び２５ｃで得られた３種の出力信号（受光信号）を信号処理部２６で前処理して、前処理された信号、即ち複数組の３種の出力信号から各組の２種類の２種の出力信号の差分を演算して２種類の特定波長の信号強度をデジタル画像信号として求め、後段のデータ処理ＩＣ６８に送るものである。
データ処理ＩＣ６８は、図１及び図８に示す比較部３２、制御部２６、及びメモリ３６等をＩＣ化したもので、信号処理ＩＣ６６でデジタル画像信号として求められた２種類の特定波長の信号強度、対象物１２の２次元形状情報、及び特定波長の信号強度の時間変化から選ばれる１種以上の検出データを、比較部３２で予め設定された、対象物１２に対応する設定データと比較し、比較部３２の比較結果に基づいて対象物１２であるかどうかを判別部３４で判別して、判別部３４における判別結果を後段のＩＣ、例えば通信ＩＣ７２に送るものである。
【００７３】
システム制御ＩＣ７０は、光センサユニット１７を構成する全体のシステム構成を制御するためのもので、光センサユニット１７自体の制御条件及び制御信号や、コントローラユニット４１から受信した制御条件及び制御信号に基づいて、光センサユニット１７自体具体的には、光センサ２２、信号処理ＩＣ６６、データ処理ＩＣ６８、通信ＩＣ７２、及び電源ＩＣ７４等を制御する。
なお、システム制御ＩＣ７０は、コントローラユニット４１からの測定開始の指示信号を受けて、コントローラユニット４１からの測定条件及び検出条件の設定、並びに対象物１２の状況判断を行い、測定可能であると判断すれば、測定を開始するように制御する。
また、システム制御ＩＣ７０は、各フィルタ２４を透過した光の特体波長の信号、その時間変化、形状を、予め設定した対象物１２に対応する条件と比較し、対象物１２かどうかを判断するようにしても良い。この場合には、必要に応じてコントローラユニット４１に、判断に関して問合せを行っても良い。また、対象物１２か否かの判断後、判断結果をコントローラユニット４１に送信報告して、光センサユニット１７を、次の指示を待つ状態としても良い。
【００７４】
通信ＩＣ７２は、図８に示す通信部として機能する出力部３８をＩＣ化したもので、データ処理ＩＣ６８で得られた判別結果等を受け取り通信信号に変換して、コントローラユニット４１に送信すると共に、コントローラユニット４１から複数の光センサユニット１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）を制御する制御信号を受信するものである。
電源ＩＣ７４は、光センサユニット１７の電源を制御するものである。
【００７５】
図１１は、図１０に示す第１実施形態の光センサシステム４０Ｂにおいて実施される対象物検出のフローの１例を示すフローチャートである。
まず、コントローラユニット４１において、ステップＳ１０では、対象物１２を決定し、例えば、入力部５４から入力する。
次に、ステップＳ１２において、条件決定部５６で、サーバ４２及び／又はビッグデータメモリ４４から得られたビッグデータ（過去データ）から対象物１２の特徴条件を抽出する。
次いで、ステップＳ１４において、条件決定部５６で、抽出された対象物１２の特徴条件から対象物１２に対応する検出条件を決定する。
続いて、ステップＳ１６において、コントローラユニット１９の制御信号生成部５８から各光センサユニット１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）に向けて、測定開始を指示する測定開始信号を送信する。
【００７６】
次に、光センサユニット１７において、ステップＳ１８では、システム制御ＩＣ７０で、コントローラユニット４１からの測定開始の指示信号を受けて、測定条件及び検出条件の設定、並びに対象物１２の状況判断を行い、測定可能であると判断すれば、測定を開始するように制御する。
次に、ステップＳ２０において、対象物検出に適した特定の信号（Ｓａ）を載せたレーザ１４を対象物方向に発光させて、レーザ光を対象物に向けて照射する。
次に、ステップＳ２２において、特定の信号（Ｓａ）に同期した受光信号をフィルタ２４及び光センサ２２からなるセンサアセンブリ２５Ｂによって検出し、信号処理ＩＣ６６で規定の信号処理を行い、各フィルタ２４を透過した光の特体波長の信号、その時間変化、形状のデータを取得する。
【００７７】
次に、ステップＳ２４において、データ処理ＩＣ６８で、各フィルタ２４を透過した光の特体波長の信号、その時間変化、形状のデータを、予め設定した対象物１２に対応する条件と比較部３２において比較し、対象物１２か否かを判別部３４で判断し、判別する。この場合には、システム制御ＩＣ７０から、必要に応じてコントローラユニット４１に、データ処理ＩＣ６８での判断に関して問合せを行っても良い。
次に、ステップＳ２６において、データ処理ＩＣ６８で、対象物１２か否かの判断後、判断結果をコントローラユニット４１に送信報告して、光センサユニット１７を、次の指示を待つ状態とする。
【００７８】
次に、ステップＳ２８において、光センサユニット１７のシステム制御ＩＣ７０からコントローラユニット４１に、データ処理ＩＣ６８での判断に関して問い合せをした場合には、コントローラユニット４１では、問い合せに応じて、条件決定部５６で、ビッグデータ（過去データ）を参照しながら、対象物１２の判断サポート情報を決定し、対象物１２の判断サポート情報を光センサユニット１７のシステム制御ＩＣ７０に送信する。
この後、ステップＳ２４に戻り、データ処理ＩＣ６８で、更に、システム制御ＩＣ７０で得られた対象物１２の判断サポート情報も用いて、対象物１２かどうかを判断する。判断できれば、ステップＳ２６に移り、判断結果をコントローラユニット４１に送信報告して、光センサユニット１７を、次の指示を待つ状態とする。
この後、コントローラユニット４１では、ステップＳ３０において、送信された判断結果に対応して、他のデバイスに指示を出し、その結果を受けて確認し、光センサユニット１７に新たな指示を行う。この後、ステップＳ１８に戻る。
本発明の第１実施形態の光センサシステム及びその対象物検出フローは、基本的に以上のように構成される。
【００７９】
以上、本発明の光センサユニット及び光センサシステムについての種々の実施形態及び実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施形態及び実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  光センサユニット
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  対象物
１４  光源
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  光センサデバイス
１８、１８ａ  対象物検出デバイス
１９  統合コントローラユニット
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  レンズ
２１ａ、２１ｂ  マイクロレンズアレイ
２２  光センサ
２４、２４ａ、２４ｂ  フィルタ
２５、２５Ａ、２５Ｂ  センサアセンブリ
２５ａ、２５ｂ  受光画素
２６  信号処理部
２８  演算部
３０、３６  メモリ
３２  比較部
３４  判別部
３８  出力部
４０、４０Ａ、４０Ｂ  光センサシステム
４１、４１ａ  コントローラユニット
４２  サーバ
４４  ビッグデータメモリ
４６、５０、５１、６０  通信部
５２、５３  統合部
５４  入力部
５６  条件決定部
５８  制御信号生成部
６３  出力部
６６  信号処理ＩＣ
６８  データ処理ＩＣ
７０  システム制御ＩＣ
７２  通信ＩＣ
７４  電源ＩＣ
Ｓａ  アクティブ信号
Ｓｐ  ターゲット信号
Ｎａ  減衰ノイズ
Ｎｅ  環境ノイズ
【図１】
2017018150.tif 000004
【図２Ａ】
2017018150.tif 000005
【図２Ｂ】
2017018150.tif 000006
【図２Ｃ】
2017018150.tif 000007
【図３】
2017018150.tif 000008
【図４】
2017018150.tif 000009
【図５】
2017018150.tif 000010
【図６】
2017018150.tif 000011
【図７Ａ】
2017018150.tif 000012
【図７Ｂ】
2017018150.tif 000013
【図７Ｃ】
2017018150.tif 000014
【図８】
2017018150.tif 000015
【図９】
2017018150.tif 000016
【図１０】
2017018150.tif 000017
【図１１】
2017018150.tif 000018
【図１２】
2017018150.tif 000019
【図１３】
2017018150.tif 000020
【図１４】
2017018150.tif 000021
【国際調査報告】
2017018150.tif 000022
2017018150.tif 000023
2017018150.tif 000024
2017018150.tif 000025