(57)【要約】【課題】警戒領域における異常の有無を正確に検知できる異常検知装置を提供する。【解決手段】異常検知装置１は、対象空間Ｙを撮像して距離値を画素値とする距離画像を生成する距離画像センサ部２と、信号処理部１０とを主要な構成として備え、信号処理部１０は、距離画像センサ部２から距離画像の画像データを取り込む画像入力手段１１と、距離画像内で警戒対象物Ｘを少なくとも含む領域を警戒領域として設定する警戒領域設定手段１２と、画像入力手段１１に入力された距離画像内の警戒領域における画像に変化があれば、警戒対象物Ｘに異常が発生したと判断して発報信号を出力する異常判定手段１３と、異常判定手段１３から発報信号が入力されると警報を発する警報手段１４とで構成される。【選択図】図１
2006065584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象空間を撮像して距離値を画素値とする距離画像を生成する距離画像センサ部と、
前記距離画像センサ部から入力される距離画像内で警戒対象物を少なくとも含む領域を警戒領域として設定する警戒領域設定部と、
前記距離画像センサ部から入力される距離画像内の前記警戒領域における画像に変化があれば発報信号を出力する異常判定部と、
前記発報信号が入力されると警報を出力する警報出力部とを備えて成ることを特徴とする異常検知装置。
【請求項２】
前記警戒領域設定部は、前記距離画像内で載置面となる平面を検出する手段を有し、検出された平面に載置されている物体を警戒対象物と判断し、警戒対象物に対応する領域を前記警戒領域として設定することを特徴とする請求項１記載の異常検知装置。
【請求項３】
前記警戒領域設定部は、前記距離画像内で前記警戒対象物に対応する画素を指定する手段を有し、指定された画素を中心として画素値が略連続している領域を前記警戒領域として設定することを特徴とする請求項１記載の異常検知装置。
【請求項４】
前記異常判定部は、前記警戒領域の画像に変化があった場合に発報信号をすぐに出力せず、変化があった時点から所定時間が経過するまでの間に前記警戒領域の画像が変化前の画像に戻れば発報信号の出力を停止し、変化前の画像に戻らなければ発報信号を出力することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の異常検知装置。
【請求項５】
前記異常判定部は、前記警戒領域の画像に変化があった場合に発報信号をすぐに出力せず、警戒対象物の形状が変化していない部分の割合が一定割合以上であれば発報信号の出力を停止し、前記割合が一定割合未満であれば発報信号を出力することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の異常検知装置。
【請求項６】
前記異常判定部は、正常時に撮像された警戒対象物の距離画像をテンプレート画像として記憶する手段を備え、前記警戒領域の画像に変化があった場合に発報信号をすぐに出力せず、前記警戒領域の画像に対し前記テンプレート画像の位置を相対的にずらしてパターンマッチングを行い、相関値が所定の基準値以上となるときの位置ずれが所定のしきい値よりも小さくなるという判定条件が成立すれば発報信号の出力を停止し、前記判定条件が成立しなければ発報信号を出力することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の異常検知装置。
【請求項７】
前記異常判定部は、正常時に撮像された警戒対象物の距離画像をテンプレート画像として記憶する手段と、前記テンプレート画像からエッジ画素を抽出する手段と、エッジ画素を一定以上含む１乃至複数のブロックを特徴ブロックとして抽出する手段とを備え、前記警戒領域の画像に変化があった場合に発報信号をすぐに出力せず、前記警戒領域の画像に対して前記特徴ブロックの位置を相対的にずらしてブロックマッチングを行い、各特徴ブロック毎に相関値が所定の基準値以上となるときの位置ずれが所定のしきい値よりも小さくなるという判定条件が成立すれば発報信号の出力を停止し、前記判定条件が成立しなければ発報信号を出力することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の異常検知装置。
【請求項８】
前記警戒領域設定部は、前記警戒対象物から一定距離の範囲を前記警戒領域として設定することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の異常検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、警戒エリア内での異常の無を検知する異常検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、監視領域の濃淡画像を撮像して、テンプレート画像とのパターンマッチングを行うことにより、監視領域の内部における車両の移動を検出する検知装置が提供されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このようなパターンマッチングの技術を利用して警戒対象領域における異常を検出する異常検知装置も従来より提案されており、例えば警戒対象の建物内部をＴＶカメラで撮像し、ＴＶカメラで撮像された濃淡画像を画像処理して、建物内部での異常を検出していた。
【特許文献１】特開平１１−２８４９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の異常検知装置では、ＴＶカメラで撮像された警戒対象の空間（建物の内部）の濃淡画像と、正常時に撮像された警戒領域の画像（テンプレート画像）との変化分を検出することで、異常状態の有無を判断しているのであるが、警戒対象の空間の濃淡画像は照明条件によって変化するため、照明条件の変化を異常状態の発生と誤検出する虞があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、警戒領域における異常の有無を正確に検知できる異常検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、対象空間を撮像して距離値を画素値とする距離画像を生成する距離画像センサ部と、距離画像センサ部から入力される距離画像内で警戒対象物を少なくとも含む領域を警戒領域として設定する警戒領域設定部と、距離画像センサ部から入力される距離画像内の警戒領域における画像に変化があれば発報信号を出力する異常判定部と、発報信号が入力されると警報を出力する警報出力部とを備えて成ることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、警戒領域設定部は、距離画像内で載置面となる平面を検出する手段を有し、検出された平面に載置されている物体を警戒対象物と判断し、警戒対象物に対応する領域を警戒領域として設定することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、警戒領域設定部は、距離画像内で警戒対象物に対応する画素を指定する手段を有し、指定された画素を中心として画素値が略連続している領域を警戒領域として設定することを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかの発明において、異常判定部は、警戒領域の画像に変化があった場合に発報信号をすぐに出力せず、変化があった時点から所定時間が経過するまでの間に警戒領域の画像が変化前の画像に戻れば発報信号の出力を停止し、変化前の画像に戻らなければ発報信号を出力することを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、異常判定部は、警戒領域の画像に変化があった場合に発報信号をすぐに出力せず、警戒対象物の形状が変化していない部分の割合が一定割合以上であれば発報信号の出力を停止し、割合が一定割合未満であれば発報信号を出力することを特徴とする。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかの発明において、異常判定部は、正常時に撮像された警戒対象物の距離画像をテンプレート画像として記憶する手段を備え、警戒領域の画像に変化があった場合に発報信号をすぐに出力せず、警戒領域の画像に対しテンプレート画像の位置を相対的にずらしてパターンマッチングを行い、相関値が所定の基準値以上となるときの位置ずれが所定のしきい値よりも小さくなるという判定条件が成立すれば発報信号の出力を停止し、上記の判定条件が成立しなければ発報信号を出力することを特徴とする。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１〜５の何れかの発明において、異常判定部は、正常時に撮像された警戒対象物の距離画像をテンプレート画像として記憶する手段と、テンプレート画像からエッジ画素を抽出する手段と、エッジ画素を一定以上含む１乃至複数のブロックを特徴ブロックとして抽出する手段とを備え、警戒領域の画像に変化があった場合に発報信号をすぐに出力せず、警戒領域の画像に対して特徴ブロックの位置を相対的にずらしてブロックマッチングを行い、各特徴ブロック毎に相関値が所定の基準値以上となるときの位置ずれが所定のしきい値よりも小さくなるという判定条件が成立すれば発報信号の出力を停止し、上記の判定条件が成立しなければ発報信号を出力することを特徴とする。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１〜７の何れかの発明において、警戒領域設定部は、警戒対象物から一定距離の範囲を警戒領域として設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、異常判定部は、距離画像内の警戒領域における画像に変化があれば、警戒対象物に何らかの異常が発生したと判断して発報信号を出力し、この発報信号に応じて警報出力部が警報を出力しており、距離画像センサ部から入力される距離画像は濃淡画像のように照明変動によって画素値が変化しないから、照明条件の変化を異常の発生と誤検出するのを防止できるという効果がある。
【００１５】
請求項２の発明によれば、警戒領域設定部が、距離画像内で載置面となる平面を検出し、この平面に載置されている物体を警戒対象物と判断して、この警戒対象物に対応する領域を警戒領域に設定しているので、ユーザが警戒領域を設定する作業を軽減することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、警戒領域設定部は、距離画像内で警戒対象物に対応する画素が指定されると、指定された画素を中心として画素値が略連続している領域を警戒領域として設定しており、警戒対象物に対応する画素は隣接する画素間で画素値が略連続していると想定されるので、警戒対象物に対応する画素を１箇所指定すれば、警戒対象物の全体を警戒領域として設定することができ、ユーザが警戒領域を設定する作業を軽減することができる。
【００１７】
ところで、警戒対象物の手前側を他の物体が移動すると、警戒対象物が他の物体の陰に隠れて、警戒領域の画像に変化が生じるが、請求項４の発明によれば、異常判定部は、警戒領域の画像に変化があった場合に発報信号をすぐに出力せず、変化があった時点から所定時間が経過するまでの間に警戒領域における画像が変化前の画像に戻れば発報信号の出力を停止し、変化前の画像に戻らなければ発報信号を出力しているので、手前側を移動する他の物体によって警戒対象物が一時的に隠された状態を異常状態の発生と誤検出するのを防止できる。
【００１８】
また、警戒対象物の手前側に現れた別の物体によって警戒対象物の一部が隠されると、警戒対象物の画像が部分的に変化してしまうが、請求項５の発明によれば、異常判定部は、警戒領域の画像に変化があった場合に発報信号をすぐに出力せず、警戒対象物の形状が変化していない部分の割合が一定割合以上であれば発報信号の出力を停止し、割合が一定割合未満であれば発報信号を出力しているので、警戒対象物の形状が一定割合以上変化していなければ、警戒対象物が別の物体の陰に隠されているだけと判断して、異常状態と誤検出するのを防止することができる。
【００１９】
さらに、警戒対象物の位置が僅かにずれると、警戒領域の画像に変化が生じるが、請求項６の発明によれば、異常判定部は、正常時に撮像された警戒対象物の距離画像をテンプレート画像として記憶する手段を備え、警戒領域の画像に変化があった場合に発報信号をすぐに出力せず、警戒領域の画像に対しテンプレート画像の位置を相対的にずらしてパターンマッチングを行い、相関値が所定の基準値以上となるときの位置ずれが所定のしきい値よりも小さくなるという判定条件が成立すれば発報信号の出力を停止し、この判定条件が成立しなければ発報信号を出力しているので、警戒対象物の位置が僅かにずれただけで、その形状が変化していない場合には誤発報を防止できる。
【００２０】
また更に、警戒対象物の全体の向きが僅かにずれたり、警戒対象物が人間の場合に人間の姿勢が変わると、警戒対象物の角部、或いは、人間の頭部や腰部などエッジ画素を多く含む特徴ブロックの画像が僅かにずれると考えられるが、請求項７の発明によれば、異常判定部は、正常時に撮像された警戒対象物の距離画像をテンプレート画像として記憶する手段と、テンプレート画像からエッジ画素を抽出する手段と、エッジ画素を一定以上含む１乃至複数のブロックを特徴ブロックとして抽出する手段とを備え、警戒領域の画像に変化があった場合に発報信号をすぐに出力せず、警戒領域の画像に対して特徴ブロックの位置を相対的にずらしてブロックマッチングを行い、各特徴ブロック毎に相関値が所定の基準値以上となるときの位置ずれが所定のしきい値よりも小さくなるという条件が成立すれば発報信号の出力を停止し、この判定条件が成立しなければ発報信号を出力しているので、特徴ブロックの位置が僅かにずれただけで、その形状が変化していない場合には誤発報を防止できる。
【００２１】
請求項８の発明によれば、警戒領域設定部は、警戒対象物から一定距離の範囲を警戒領域として設定しており、異常判定部は、警戒領域の画像に変化があれば発報信号を出力しているので、警戒対象物から一定距離の範囲に設定した警戒領域の内部に他の物体が進入したことを検出して、報知することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は異常検知装置の一実施形態のブロック図であり、この異常検知装置１は距離画像センサ部２と、信号処理部１０とを主要な構成として備える。本実施形態の異常検知装置１は、例えば部屋１００の天井１０１に設置されて部屋１００内に置かれた警戒対象物（例えば金庫）Ｘの安全を監視するために用いられる。
【００２４】
先ず本実施形態で用いる距離画像センサ部２の構成を説明する。図２は距離画像センサ部２のブロック図を示しており、距離画像センサ部２は警戒対象物Ｘが存在する対象空間Ｙに光を照射する発光源５を備えるとともに、対象空間Ｙからの光を受光し受光光量を反映した出力値の電気出力が得られる光検出素子３を備えており、対象空間Ｙに存在する対象物までの距離は、発光源５から対象空間Ｙに光が照射されてから対象物での反射光が光検出素子３に入射するまでの時間（「飛行時間」と呼ぶ）によって求められる。ただし、飛行時間は非常に短いから、対象空間Ｙに照射する光の強度が一定周期で周期的に変化するように変調した強度変調光を用い、強度変調光を受光したときの位相を用いて飛行時間を求めている。
【００２５】
すなわち、図１０（ａ）に示すように、発光源５から空間に放射する光の強度が曲線イのように変化し、光検出素子３で受光した受光光量が曲線ロのように変化するとすれば、位相差ψは飛行時間に相当するから、位相差ψを求めることにより対象物までの距離を求めることができる。また、位相差ψは、曲線イの複数のタイミングで求めた曲線ロの受光光量を用いて計算することができる。たとえば、曲線イにおける位相が０度、９０度、１８０度、２７０度の位相で求めた曲線ロの受光光量がそれぞれＡ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３であるとする。ただし、各位相における受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、瞬時値ではなく所定の時間Ｔｗで積算した受光光量を用いる。いま、受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を求める間に、位相差ψが変化せず（つまり、対象物までの距離が変化せず）、かつ対象物の反射率にも変化がないものとする。また、発光源５から放射する光の強度を正弦波で変調し、時刻ｔにおいて光検出素子３で受光される光の強度がＡ・ｓｉｎ（ωｔ＋δ）＋Ｂで表されるものとする。ここに、Ａは振幅、Ｂは外光成分、ωは角振動数、δは位相である。光検出素子３で受光する受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を時間Ｔｗの積算値ではなく瞬時値とすれば、受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、次のように表すことができる。
【００２６】
Ａ０＝Ａ・ｓｉｎ（δ）＋Ｂ
Ａ１＝Ａ・ｓｉｎ（π／２＋δ）＋Ｂ
Ａ２＝Ａ・ｓｉｎ（π＋δ）＋Ｂ
Ａ３＝Ａ・ｓｉｎ（３π／２＋δ）＋Ｂ
ここに、δ＝−ψであるから、Ａ０＝−Ａ・ｓｉｎ（ψ）＋Ｂ、Ａ１＝Ａ・ｃｏｓ（ψ）＋Ｂ、Ａ２＝Ａ・ｓｉｎ（ψ）＋Ｂ、Ａ３＝−Ａ・ｃｏｓ（ψ）＋Ｂであり、結果的に、各受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３と位相差ψとの関係は、次式のようになる。
【００２７】
ψ＝ｔａｎ−１｛（Ａ２−Ａ０）／（Ａ１−Ａ３）｝  …（１）
なお、上記の式（１）では受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３の瞬時値を用いているが、受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３として時間Ｔｗにおける積算値を用いても、式（１）より位相差ψを求めることができる。
【００２８】
ところで、対象空間Ｙに照射する光の強度を変調するために、発光源５としては、たとえば多数個の発光ダイオードを一平面上に配列したものや半導体レーザと発散レンズとを組み合わせたものなどを用いる。また、発光源５は、制御回路部７から出力される所定の変調周波数である変調信号によって駆動され、発光源５から放射される光は変調信号により強度が変調される。制御回路部７では、たとえば２０ＭＨｚの正弦波で発光源５から放射する光の強度を変調する。なお、発光源５から放射する光の強度は正弦波で変調する以外に、三角波、鋸歯状波などで変調してもよく、要するに、一定周期で強度を変調するのであれば、どのような構成を採用してもよい。
【００２９】
光検出素子３は、規則的に配列された複数個の感光部３ａを備える。また、感光部３ａへの光の入射経路には受光光学系４が配置される。感光部３ａは光検出素子３において対象空間Ｙからの光が受光光学系４を通して入射する部位であって、感光部３ａにおいて受光光量に応じた量の電荷を生成する。また、感光部３ａは、平面格子の格子点上に配置され、たとえば垂直方向（つまり、縦方向）と水平方向（つまり、横方向）とにそれぞれ等間隔で複数個ずつ並べたマトリクス状に配列される。
【００３０】
受光光学系４は、光検出素子３から対象空間Ｙを見るときの視線方向と各感光部３ａとを対応付ける。すなわち、受光光学系４を通して各感光部３ａに光が入射する範囲を、受光光学系４の中心を頂点とし各感光部３ａごとに設定された頂角の小さい円錐状の視野内とみなすことができる。したがって、発光源５から放射され対象空間Ｙに存在する対象物で反射された反射光が感光部３ａに入射すれば、反射光を受光した感光部３ａの位置によって、受光光学系４の光軸を基準方向として対象物の存在する方向を知ることができる。
【００３１】
受光光学系４は一般に感光部３ａを配列した平面に光軸を直交させるように配置されるから、受光光学系４の中心を原点とし、感光部３ａを配列した平面の垂直方向と水平方向と受光光学系４の光軸とを３軸の方向とする直交座標系を設定すれば、対象空間Ｙに存在する対象物の位置を球座標で表したときの角度（いわゆる方位角と仰角）が各感光部３ａに対応する。なお、受光光学系４は、感光部３ａを配列した平面に対して光軸が９０度以外の角度で交差するように配置することも可能である。
【００３２】
本実施形態では、上述のように、対象物までの距離を求めるために、発光源５から対象空間Ｙに照射される光の強度変化に同期する４点のタイミングで受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を求めている。したがって、目的の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を得るためのタイミングの制御が必要である。また、発光源５から対象空間Ｙに照射される光の強度変化の１周期において感光部３ａで発生する電荷の量は少ないから、複数周期に亘って電荷を集積することが望ましい。そこで、図２に示すように各感光部３ａで発生した電荷をそれぞれ集積する複数個の電荷集積部３ｃを設けるとともに、各感光部３ａにおいて利用できる電荷を生成する領域の面積を変化させることにより各感光部３ａの感度をそれぞれ調節する複数個の感度制御部３ｂを設けている。
【００３３】
各感度制御部３ｂでは、感度制御部３ｂに対応する感光部３ａの感度を上述した４点のうちのいずれかのタイミングで高め、感度が高められた感光部３ａでは当該タイミングの受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷を主として生成するから、当該受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷を当該感光部３ａに対応する電荷集積部３ｃに集積させることができる。
【００３４】
ところで、感度制御部３ｂは感光部３ａにおいて利用できる電荷を生成する領域の面積（実質的な受光面積）を変化させることにより各期間の電荷の生成量を変化させるものであるから、電荷集積部３ｃに集積された電荷は必ずしも受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３が得られる期間に生成された電荷だけではなく、他の期間に生成された電荷も混入することになる。いま、感度制御部３ｂにおいて、受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応した電荷を生成する期間の感度をα、それ以外の期間の感度をβとし、感光部３ａは受光光量に比例する電荷を生成するものとする。この条件では、受光光量Ａ０に対応した電荷を集積する電荷集積部３ｃには、αＡ０＋β（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３）＋βＡｘ（Ａｘは受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３が得られる期間以外の受光光量）に比例する電荷が蓄積され、受光光量Ａ２に対応した電荷を集積する電荷集積部３ｃには、αＡ２＋β（Ａ０＋Ａ１＋Ａ３）＋βＡｘに比例する電荷が蓄積される。上述したように、位相差ψを求める際には（Ａ２−Ａ０）を求めており、Ａ２−Ａ０＝（α−β）（Ａ２−Ａ０）になり、同様にしてＡ１−Ａ３＝（α−β）（Ａ１−Ａ３）になるから、（Ａ２−Ａ０）／（Ａ１−Ａ３）は電荷の混入の有無によらず理論上は同じ値になるのであって、電荷が混入しても求める位相差ψは同じ値になる。
【００３５】
なお感光部３ａと感度制御部３ｂと電荷集積部３ｃとを備える光検出素子３は１つの半導体装置として構成され、光検出素子３には電荷集積部３ｃに集積された電荷を半導体装置の外部に取り出すために電荷取出部３ｄが設けられる。電荷取出部３ｄはＣＣＤイメージセンサにおける垂直転送部および水平転送部と同様の構成を有する。
【００３６】
上述のように各感光部３ａでは受光光量に応じた量の電荷を生成するから、各受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３は対象物の明るさを反映している。つまり、受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３の加算値あるいは平均値は濃淡画像における濃度値に相当する。換言すれば、各感光部３ａでの受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３から対象物までの距離を求めるほか、対象物の濃度値も得ることが可能になる。しかも、同じ位置の感光部３ａを用いて対象物の距離と濃度値とを求めるから、同じ位置について濃度値と距離との両方の情報を得ることができる。
【００３７】
このようにして電荷取出部３ｄから取り出された電荷はＡ／Ｄ変換部９によりデジタル量に変換された後、ＤＳＰよりなる画像生成部８に画像信号として与えられ、画像生成部８において対象空間Ｙ内の対象物までの距離が上述の数式を用いて受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３から算出される。すなわち、画像生成部８では各感光部３ａに対応した各方向における対象物までの距離が算出され、対象空間Ｙの三次元情報が算出される。この三次元情報を用いると、対象空間Ｙの各方向に一致する画素の画素値が距離値である距離画像を生成することができる。また、画像生成部８では各感光部３ａで得られた濃度値に基づいて対象空間Ｙの濃淡画像を生成しており、この濃淡画像は受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３の平均値を濃淡値に用いるようにすれば、発光源５からの光の影響を除去できる。すなわち、画像生成部８は濃淡画像と距離画像とを生成するものであり、本実施形態では画像生成部８と制御回路部７とを１チップのＡＳＩＣ６で構成している。
【００３８】
そして、距離画像センサ部２の画像生成部８で得られた対象空間Ｙの距離画像および濃淡画像は信号処理部１０に入力され、信号処理部１０によって対象空間Ｙ内で異常の有無を検出する処理が行われる。
【００３９】
信号処理部１０は例えばマイクロコンピュータからなり、画像入力手段１１と警戒領域設定手段１２と異常判定手段１３と警報手段１４とを備え、警戒領域設定手段１２および異常判定手段１３はマイクロコンピュータの演算機能により実現される。
【００４０】
画像入力手段１１は画像メモリ（図示せず）を有し、距離画像センサ部２から入力される距離画像および濃淡画像の画像データを画像メモリに一旦記憶させるとともに、画像メモリに記憶された画像データを用いてＴＶモニタのような表示手段（図示せず）に対象空間Ｙの距離画像および濃淡画像を表示させる。
【００４１】
警戒領域設定手段１２は例えばマウスやペン入力装置などの入力装置を備え、表示手段に表示された距離画像内で保安担当者が入力装置を操作して警戒領域を指定することで、以上の有無を判定する対象領域（例えば警戒対象物Ｘに対応する画素の集合体）が設定さる。ここに、警戒領域設定手段１２を用いて警戒領域を設定する場合は、図３に示すように対象空間Ｙの距離画像において警戒対象物Ｘが載置された面（例えば床面）に含まれる３つの基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を保安担当者に入力させるようにし、警戒領域設定手段１２が３つの基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を平面に当てはめて、この平面上の点までの距離と画素値の差が小さい画素は平面に含まれる点に対応した画素と判断するとともに、この平面と画素値の差が大きい画素を平面上に載置された警戒対象物Ｘと判断して、警戒対象物Ｘに対応する画素を警戒領域に設定しており、保安担当者は載置面となる平面上の３つの点を指定するだけで、警戒対象物Ｘに対応する画素を警戒領域に設定できるので、警戒領域の設定作業を軽減できる。
【００４２】
なお、保安担当者に載置面となる平面上の基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を入力させる代わりに、警戒領域設定手段１２が、対象空間Ｙの距離画像において距離値が略連続する画素の領域の内一定面積以上の領域を載置面となる平面（床面）と判断し、この床面と距離値の差が大きい画素を床面上に載置された警戒対象物Ｘと判断して、警戒対象物Ｘに対応する画素を警戒領域に設定するようにしても良く、警戒領域の設定作業を無くすことができる。
【００４３】
また、図４に示すように対象空間Ｙの距離画像において警戒対象物Ｘに対応する点Ｐ４を保安担当者に入力させるようにし、警戒領域設定手段１２が点Ｐ４に対応する画素の８近傍の画素について画素値（距離値）の差が小さい画素を同じグループとしてグルーピングするとともに、点Ｐ４の８近傍の画素の各々について隣接する８近傍の画素と画素値を比較して画素値の差が小さい画素を同じグループにグルーピングし、さらにこの処理を続けることで点Ｐ４を中心として画素値が略連続する領域を警戒対象物Ｘとして抽出し、抽出された警戒対象物Ｘを警戒領域に設定するようにしても良く、警戒対象物Ｘの１点を指定するだけで、警戒対象物Ｘに対応する画素を抽出して、警戒領域に設定することができる。
【００４４】
異常判定手段１３は、画像入力手段１１に入力された距離画像をもとに、警戒領域設定手段１２により設定された警戒領域において異常の有無を判定する処理を行い、異常を検出すると発報信号を出力する。
【００４５】
警報手段１４は例えばブザーやランプからなり、異常判定手段１３から発報信号が入力されると、ブザーを鳴動させたり、ランプを点滅させるなどして、保安担当者に対して異常の発生を報知する。なお警報手段１４に外部の装置に対して報知信号を出力する通信手段を設けても良く、別の場所にある装置に対して異常の発生を報知することができる。
【００４６】
次に、上記の構成を有する信号処理部１０の動作について以下に説明する。
【００４７】
距離画像センサ部２は、発光源５から対象空間Ｙに強度変調光を照射し、対象空間Ｙ内の対象物で反射された反射光を光検出素子３で受光することによって、対象空間Ｙの距離画像および濃淡画像を生成する。
【００４８】
信号処理部１０では、画像入力手段１１が所定の時間間隔で距離画像センサ部２から距離画像および濃淡画像の画像データを取り込み、取り込んだ画像データを画像メモリに記憶させるとともに、表示手段の画面上に表示させる。
【００４９】
ここで、電源投入時あるいは警戒開始時など警戒領域が設定されていない場合、保安担当者は入力手段を用いて警戒領域の設定作業を行う。例えば保安担当者が、表示手段に表示された対象空間Ｙの距離画像を見ながら、警戒領域設定手段１２の備える入力装置を用いて警戒対象物Ｘに対応する画素を指定すると、指定された画素を中心として画素値が略連続する領域を警戒領域として設定する。警戒領域設定手段１２により警戒領域が設定されると、異常判定手段１３は、警戒対象物Ｘが正常な状態で距離画像センサ部２により生成されて、画像入力手段１１に保持された距離画像から警戒領域の画像を切り出して、切り出した画像をテンプレート画像として図示しない記憶手段に登録する。
【００５０】
そして、警戒動作中に所定のタイミングで画像入力手段１１が距離画像センサ部２から距離画像を取り込むと、異常判定手段１３が、画像入力手段１１に保持された距離画像から警戒領域の画像を切り出し、切り出した画像と上記のテンプレート画像との間でテンプレートマッチングを行い、２つの画像の相関値（一致度）を求めており、相関値が所定の閾値よりも小さくなると（すなわち警戒対象物Ｘの距離画像がテンプレート画像から大きく変化すると）、警戒対象物Ｘに異常が発生したと判断して、発報信号を出力する。このとき、異常判定手段１３から警報手段１４に発報信号が入力され、警報手段１４が警報を出力することで、保安担当者に異常の発生を報知することができる。なお、異常判定手段１３では、距離画像から切り取った警戒領域の画像についてテンプレート画像とマッチング処理を行っているが、距離画像から輪郭抽出処理した輪郭画像より切り取った警戒領域の画像についてマッチング処理を行っても良い。
【００５１】
ここで、図５に示すように警戒対象物Ｘの手前側に他の物体（例えば人Ｍ）が現れた場合、警戒対象物Ｘの一部が人Ｍの陰に隠れて、警戒対象物Ｘの画像が変化するのであるが、手前側にある他の物体で警戒対象物Ｘが隠蔽されただけで、警戒対象物Ｘの形状が略同じであれば、発報信号を出力しないようにするのが好ましい。そこで、異常判定手段１３が、画像入力手段１１に保持された距離画像から警戒領域の画像を切り出し、切り出した画像と上記のテンプレート画像との間でテンプレートマッチングを行って、２つの画像の相関値を求めた結果、相関値が所定の閾値よりも低くなった場合に、異常判定手段１３がすぐに発報信号を出力するのではなく、警戒対象物の形状が変化していない部分（すなわち画素値の変化していない画素）の割合が一定割合以上であれば発報信号の出力を停止し、上記の割合が一定割合未満であれば発報信号を出力するようにしても良く、警戒対象物Ｘの一部分が他の物体で隠蔽されただけで、警戒対象物Ｘの位置や形状が変化していない場合は発報信号の出力を停止させることで、誤発報を防止することができる。
【００５２】
また、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように警戒対象物Ｘの手前側を人Ｍが通り過ぎると、同図（ｂ）のように警戒対象物Ｘが一時的に人Ｍの陰に隠れて、警戒対象物Ｘの画像が変化するため、同図（ａ）（ｃ）のように人Ｍが通過する前後で警戒対象物Ｘの位置や形状に変化がない場合でも警報手段１４から警報が出力されてしまうことになる。そこで、異常判定手段１３がパターンマッチングを行って求めた相関値が所定の閾値よりも低くなった場合に、異常判定手段１３がすぐに発報信号を出力せず、相関値が所定の閾値よりも低くなった時点から所定時間が経過するまでの間に相関値が閾値以上になれば（変化前の画像に戻れば）、発報信号を出力せず、相関値が閾値以上にならなければ（変化前の画像に戻らなければ）、所定時間が経過した時点で発報信号を出力するようにしても良く、一時的な隠蔽を異常の発生と誤検出するのを防止できる。
【００５３】
また、図７に示すように警戒対象物Ｘの位置が、図中に点線で示す位置から実線で示す位置へ僅かに移動した場合、警戒領域に対応する画素の画素値が変化するため、警戒領域の画像とテンプレート画像との相関値が低下して、警報手段１４から警報が出力される可能性があるが、警戒対象物Ｘの形状に変化がないのであれば、このような微小な位置ずれでは警報を出力しないようにするのが好ましい。そこで、異常判定手段１３が、画像入力手段１１に保持された距離画像から警戒領域の画像を切り出し、切り出した画像と上記のテンプレート画像との間でテンプレートマッチングを行って、２つの画像の相関値を求めた結果、相関値が所定の閾値よりも低くなった場合に、異常判定手段１３がすぐに発報信号を出力するのではなく、画像入力手段１１から入力された警戒領域付近の距離画像に対し、テンプレート画像の位置を任意の方向に相対的にずらしてパターンマッチングを行い、両者の相関値が所定の基準値以上となるときの位置ずれが所定のしきい値よりも小さくなるという判定条件（１）が成立すれば、警戒対象物Ｘの形状は変化せずに、僅かに位置がずれただけだと判断して、発報信号の出力を停止するとともに、上記の判定条件（１）が成立しなければ、異常が発生したと判断して、発報信号を出力するようにしても良く、微小な位置ずれを異常の発生と誤検出するのを防止できる。なお、上記の判定条件（１）が成立しない場合としては、警戒対象物Ｘの位置ずれが大きくて、相関値が基準値以上となるときの位置ずれが所定のしきい値よりも大きくなる場合や、警戒対象物Ｘがさらに大きく移動して、相関値が基準値以上となる部分画像が存在しない場合などが考えられる。
【００５４】
また、図８に示すように警戒対象物Ｘの向きが図中に点線で示す向きから実線で示す向きに僅かにずれた場合、警戒領域に対応する画素の画素値が変化するため、警戒領域の画像とテンプレート画像との相関値が低下して、警報手段１４から警報が出力される可能性があるが、警戒対象物Ｘの形状や位置に変化がないのであれば、このような微小な角度のずれでは警報を出力しないようにするのが好ましい。ここで、警戒対象物Ｘの全体の向きが僅かにずれたり、警戒対象物である人間の姿勢が変わると、警戒対象物Ｘの角部、或いは、警戒対象物が人間の場合には人間の頭部や腰部などエッジ画素を多く含む特徴ブロックの画像が僅かにずれると考えられる。そこで、異常判定部１３が、画像入力手段１１に保持された距離画像から警戒領域の画像を切り出し、切り出した画像と上記のテンプレート画像との間でテンプレートマッチングを行って、２つの画像の相関値を求めた結果、相関値が所定の閾値よりも低くなった場合に、異常判定手段１３がすぐに発報信号を出力するのではなく、予めテンプレート画像にエッジ抽出処理を行ってエッジ画素を一定以上含むブロック（例えば３×３画素、５×５画素）を特徴ブロックＢ１〜Ｂ４として抽出しておき、警戒領域の画像に対して各特徴ブロックＢ１〜Ｂ４の位置を相対的にずらしてブロックマッチングを行い、各特徴ブロックＢ１〜Ｂ４毎に相関値が所定の基準値以上となるときの位置ずれが所定のしきい値よりも小さくなるという判定条件（２）が成立すれば、警戒対象物Ｘの形状や位置は変化せず、微小な角度のずれが発生したと判断して、発報信号の出力を停止するとともに、上記の判定条件（２）が成立しなければ、警戒対象物Ｘの向きが大きく変化するか形状や位置が変化したと判断して、発報信号を出力するようにしても良く、微小な角度のずれや向きの変化を異常の発生と誤検出するのを防止できる。なお、上記の判定条件（２）が成立しない場合としては、警戒対象物Ｘの向きが大きく変化して、相関値が基準値以上となるときの位置ずれが所定のしきい値よりも大きくなる場合や、警戒対象物Ｘの向きがさらに大きく変化して、相関値が基準値以上となるブロックが存在しない場合などが考えられる。
【００５５】
以上説明したように本実施形態では、距離画像センサ部２により撮像された警戒領域（警戒対象物Ｘ）の距離画像についてテンプレートマッチングやフレーム間差分を行って、警戒領域の距離画像が変化するか否かを判定しており、警戒領域の距離画像が変化する場合は、警戒対象物Ｘに何らかの変化が生じたと判断することができる。また異常判定手段１３は、警戒領域の距離画像をもとに異常の有無を判定しており、距離画像は濃淡画像のように警戒領域の照明変動によって変化しないから、照明条件の変化を異常の発生と誤検出するのを防止できる。
【００５６】
なお警戒領域設定手段１２では、対象空間Ｙの距離画像から警戒対象物Ｘに対応する画素を抽出して、抽出した画素の集合体を警戒領域として設定しているが、警戒対象物Ｘから一定距離の範囲を警戒領域として設定し、この警戒領域の距離画像の変化を検出することで、警戒対象物Ｘから一定距離の範囲に他の物体が侵入したことを検出するようにしても良い。ここで、警戒対象物Ｘから一定距離の範囲を警戒領域に設定する方法としては、例えば警戒領域設定手段１２が警戒対象物Ｘに対応する画素を抽出した際に、抽出した画素から３×３画素又は５×５画素程度の小領域の平面を抽出して、この平面をその法線方向において警戒対象物Ｘから一定距離だけ離れた位置に平行移動させた平面Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を設定し、これらの平面Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３で囲まれる空間を警戒領域Ｘ０として設定すれば良く、警戒対象物Ｘの検出結果を用いて自動的に警戒領域Ｘ０の設定を行うことができる。
【００５７】
次に本実施形態に用いる光検出素子３の具体的構造例を図１１〜図１４に基づいて説明する。図１１に示す光検出素子３は、複数個（たとえば、１００×１００個）の感光部３ａをマトリクス状に配列したものであって、たとえば１枚の半導体基板上に形成される。感光部３ａのうち垂直方向の各列では一体に連続する半導体層２１を共用するとともに半導体層２１を垂直方向への電荷（本実施形態では、電子を用いる）の転送経路として用い、さらに各列の半導体層２１の一端から電荷を受け取って水平方向に電荷を転送するＣＣＤである水平転送部Ｔｈを半導体基板に設ける構成を採用することができる。
【００５８】
すなわち、図１２に示すように、半導体層２１が感光部３ａと電荷の転送経路とに兼用された構造であって、フレーム・トランスファ（ＦＴ）方式のＣＣＤイメージセンサと類似した構造になる。また、ＦＴ方式のＣＣＤイメージセンサと同様に、感光部３ａを配列した撮像領域Ｄａに隣接して遮光された蓄積領域Ｄｂを設けてあり、蓄積領域Ｄｂに蓄積した電荷を水平転送部Ｔｈに転送する。撮像領域Ｄａから蓄積領域Ｄｂへの電荷の転送は垂直ブランキング期間に一気に行い、水平転送部Ｔｈでは１水平期間に１水平ライン分の電荷を転送する。図２に示した電荷取出部３ｄは、半導体層２１における垂直方向への電荷の転送経路としての機能とともに水平転送部Ｔｈを含む機能を表している。ただし、電荷集積部３ｃは蓄積領域Ｄｂを意味するのではなく、撮像領域Ｄａにおいて電荷を集積する機能を表している。言い換えると、蓄積領域Ｄｂは電荷取出部３ｄに含まれる。
【００５９】
半導体層２１は不純物が添加してあり、半導体層２１の主表面は酸化膜からなる絶縁膜２２により覆われ、半導体層２１に絶縁膜２２を介して複数個の制御電極２３を配置している。この光検出素子３はＭＩＳ素子として知られた構造であるが、１個の光検出素子３として機能する領域に複数個（図示例では５個）の制御電極２３を備える点が通常のＭＩＳ素子とは異なる。絶縁膜２２および制御電極２３は発光源５から対象空間に照射される光と同波長の光が透過するように材料が選択され、絶縁膜２２を通して半導体層２１に光が入射すると、半導体層２１の内部に電荷が生成される。図示例の半導体層２１の導電形はｎ形であり、光の照射により生成される電荷として電子ｅを利用する。図１１は１個の感光部３ａに対応する領域のみを示したものであり、半導体基板（図示せず）には上述したように図１１の構造を持つ領域が複数個配列されるとともに電荷取出部３ｄとなる構造が設けられる。電荷取出部３ｄとして設ける垂直転送部は、図１１の左右方向に電荷を転送することを想定しているが、図１１の面に直交する方向に電荷を転送する構成を採用することも可能である。また、電荷を図の左右方向に転送する場合には、制御電極２３の左右方向の幅寸法を１μｍ程度に設定するのが望ましい。
【００６０】
この構造の光検出素子３では、制御電極２３に正の制御電圧＋Ｖを印加すると、半導体層２１には制御電極２３に対応する部位に電子ｅを集積するポテンシャル井戸（空乏層）２４が形成される。つまり、半導体層２１にポテンシャル井戸２４を形成するように制御電極２３に制御電圧を印加した状態で光が半導体層２１に照射されると、ポテンシャル井戸２４の近傍で生成された電子ｅの一部はポテンシャル井戸２４に捕獲されてポテンシャル井戸２４に集積され、残りの電子ｅは半導体層２１の深部での再結合により消滅する。また、ポテンシャル井戸２４から離れた場所で生成された電子ｅも半導体層２１の深部での再結合により消滅する。
【００６１】
ポテンシャル井戸２４は制御電圧を印加した制御電極２３に対応する部位に形成されるから、制御電圧を印加する制御電極２３の個数を変化させることによって、半導体層２１の主表面に沿ったポテンシャル井戸２４の面積（言い換えると、受光面において利用できる電荷を生成する領域の面積）を変化させることができる。つまり、制御電圧を印加する制御電極２３の個数を変化させることは感度制御部３ｂにおける感度の調節を意味する。たとえば、図１１（ａ）のように３個の制御電極２３に制御電圧＋Ｖを印加する場合と、同図（ｂ）のように１個の制御電極２３に制御電圧＋Ｖを印加する場合とでは、ポテンシャル井戸２４が受光面に占める面積が変化するのであって、同図（ａ）の状態のほうがポテンシャル井戸２４の面積が大きいから、同図（ｂ）の状態に比較して同光量に対して利用できる電荷の割合が多くなり、実質的に感光部３ａの感度を高めたことになる。このように、感光部３ａおよび感度制御部３ｂは半導体層２１と絶縁膜２２と制御電極２３とにより構成されていると言える。ポテンシャル井戸２４は光照射により生成された電荷を保持するから電荷集積部３ｃとして機能する。
【００６２】
ポテンシャル井戸２４から電荷を取り出すには、ＦＴ方式のＣＣＤと同様の技術を採用すればよく、ポテンシャル井戸２４に電子ｅが集積された後に、電荷の集積時とは異なる印加パターンの制御電圧を制御電極２３に印加することによってポテンシャル井戸２４に集積された電子ｅを一方向（たとえば、図の右方向）に転送することができる。つまり、半導体層２１をＣＣＤの垂直転送部と同様に電荷の転送経路に用いることができる。さらに、電荷は図１２に示した水平転送部Ｔｈを転送され、半導体基板に設けた図示しない電極から光検出素子３の外部に取り出される。要するに、制御電極２３への制御電圧の印加パターンを制御することにより、各感光部３ａごとの感度を制御するとともに、光照射により生成された電荷を集積し、さらに集積された電荷を転送することができる。
【００６３】
本実施形態における感度制御部３ｂは、利用できる電荷を生成する面積を大小２段階に切り換えることにより感光部３ａの感度を高低２段階に切り換えるのであって、受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３のいずれかに対応する電荷を感光部３ａで生成しようとする期間にのみ高感度とし（電荷を生成する面積を大きくし）、他の期間には低感度にする。高感度にする期間と低感度にする期間とは、発光源５を駆動する変調信号に同期させて設定される。また、変調信号の複数周期に亘ってポテンシャル井戸２４に電荷を集積した後に電荷取出部３ｄを通して光検出素子３の外部に電荷を取り出すようにしている。変調信号の複数周期に亘って電荷を集積しているのは、変調信号の１周期内では感光部３ａが利用可能な電荷を生成する期間が短く（たとえば、変調信号の周波数を２０ＭＨｚとすれば５０ｎｓの４分の１以下）、生成される電荷が少ないからである。つまり、変調信号の複数周期分の電荷を集積することにより、信号電荷（発光源５から照射された光に対応する電荷）と雑音電荷（外光成分および光検出素子３の内部で発生するショットノイズに対応する電荷）との比を大きくとることができ、大きなＳＮ比が得られる。
【００６４】
ところで、位相差ψを求めるのに必要な４種類の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷を１個の感光部３ａで生成するとすれば、視線方向に関する分解能は高くなるが、各受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷を求める時間差が大きくなるという問題が生じる。一方、各受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷を４個の感光部３ａでそれぞれ生成するとすれば、各受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷を求める時間差は小さくなるが、４種類の電荷を求める視線方向にずれが生じ視線方向に関する分解能は低下する。そこで、本実施形態では、２個の感光部３ａを用いることにより、変調信号の１周期内で受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷を２種類ずつ生成する構成を採用している。つまり、２個の感光部３ａを組にして用い、組になる２個の感光部３ａに同じ視線方向からの光が入射するようにしている。
【００６５】
上述の構成を採用することにより、視線方向の分解能を比較的高くし、かつ受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷を生成する時間差を少なくすることができる。つまり、受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷を生成する時間差を少なくしていることにより、対象空間の中で移動している対象物についても距離の検出精度を比較的高く保つことができる。なお、本実施形態の構成では、１個の感光部３ａで４種類の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷を生成する場合よりも視線方向の分解能が低下するが、視線方向の分解能については感光部３ａの小型化や受光光学系４の設計によって向上させることが可能である。
【００６６】
この光検出素子３の動作を以下に具体的に説明する。図１１に示した例では、１個の感光部３ａについて５個の制御電極２３を設けた例を示しているが、両側の２個の制御電極２３は、感光部３ａで電荷（電子ｅ）を生成している間に隣接する感光部３ａに電荷が流出するのを防止するための障壁を形成するものであって、２個の感光部３ａを組にして用いる場合には隣接する感光部３ａのポテンシャル井戸２４の間には、いずれかの感光部３ａで障壁が形成されるから、各感光部３ａには３個ずつの制御電極２３を設けるだけで足りることになる。この構成によって、感光部３ａの１個当たりの占有面積が小さくなり、２個の感光部３ａを組にして用いながらも視線方向の分解能の低下を抑制することが可能になる。
【００６７】
ここでは、図１３に示すように、組にした２個の感光部３ａにそれぞれ設けた３個ずつの制御電極２３を区別するために各制御電極２３に（１）〜（６）の数字を付す。（１）〜（６）の数字を付与した制御電極２３を有する２個の感光部３ａは、１つの視線方向に対応しておりイメージセンサにおける画素を構成する。なお、１画素ずつの感光部３ａに対応付けて、それぞれオーバフロードレインを設けるのが望ましい。
【００６８】
図１３（ａ）（ｂ）はそれぞれ制御電極２３に異なる印加パターンで制御電圧＋Ｖを印加した状態（半導体基板に設けた図示しない基板電極と制御電極２３との間に制御電圧＋Ｖを印加した状態）を示しており、ポテンシャル井戸２４の形状からわかるように、同図（ａ）では１画素となる２個の感光部３ａのうち制御電極（１）〜（３）に正の制御電圧＋Ｖを印加するとともに、残りの制御電極（４）〜（６）のうちの中央の制御電極（５）に正の制御電圧＋Ｖを印加している。また、同（ｂ）では制御電極（１）〜（３）のうちの中央の制御電極（２）に正の制御電圧＋Ｖを印加するとともに、残りの制御電極（４）〜（６）に正の制御電圧＋Ｖを印加している。つまり、１画素を構成する２個の感光部３ａに印加する制御電圧＋Ｖの印加パターンを交互に入れ換えている。２個の感光部３ａに印加する制御電圧＋Ｖの印加パターンを入れ換えるタイミングは、変調信号における逆位相の（位相が１８０度異なる）タイミングになる。なお、各感光部３ａに設けた３個の制御電極２３に同時に制御電圧＋Ｖを印加している期間以外は、各感光部３ａに設けた中央部の１個の制御電極２３（つまり、制御電極（２）（５））にのみ制御電圧＋Ｖを印加し、他の制御電極２３は０Ｖに保つ状態とする。
【００６９】
たとえば、１画素を構成する２個の感光部３ａにおいて受光光量Ａ０、Ａ２に対応する電荷を交互に生成する場合は、図１３に示すように、一方の感光部３ａで受光光量Ａ０に対応する電荷を生成するために３個の制御電極（１）〜（３）に制御電圧＋Ｖを印加している間に、他方の感光部３ａでは受光光量Ａ２に対応する電荷を保持するために１個の制御電極（５）にのみ制御電圧＋Ｖを印加する。同様にして、一方の感光部３ａで受光光量Ａ２に対応する電荷を生成するために３個の制御電極（４）〜（６）に制御電圧＋Ｖを印加している間には、他方の感光部３ａでは受光光量Ａ０に対応する電荷を保持するために１個の制御電極（２）にのみ制御電圧＋Ｖを印加する。また、受光光量Ａ０、Ａ２に対応する電荷を生成する期間以外では制御電極（２）（５）にのみ制御電圧＋Ｖを印加する。図１０（ｂ）（ｃ）に受光光量Ａ０、Ａ２に対応する電荷を蓄積する際の各制御電極（１）〜（６）に制御電圧＋Ｖの印加のタイミングを示す。図において斜線部が制御電圧＋Ｖを印加している状態を示し、空白部が制御電極（１）〜（６）に電圧を印加していない状態を示している。
【００７０】
１画素を構成する２個の感光部３ａにおいて受光光量Ａ１、Ａ３に対応する電荷を生成する場合も同様であって、受光光量Ａ０、Ａ２に対応する電荷を生成する場合とは制御電極２３に制御電圧＋Ｖを印加するタイミングが、変調信号の位相における９０度異なる点が相違するだけである。また、受光光量Ａ０、Ａ１に対応する電荷を生成する期間と、受光光量Ａ１、Ａ３に対応する電荷を生成する期間との間で撮像領域から蓄積領域に電荷を転送する。つまり、受光光量Ａ０に対応する電荷が制御電極（１）〜（３）に対応するポテンシャル井戸２４に蓄積されるとともに、受光光量Ａ２に対応する電荷が制御電極（４）〜（６）に対応するポテンシャル井戸２４に蓄積されると、これらの受光光量Ａ０、Ａ２に対応する電荷を外部に取り出す。次に、受光光量Ａ１に対応する電荷が制御電極（１）〜（３）に対応するポテンシャル井戸２４に蓄積されるとともに、受光光量Ａ３に対応する電荷が制御電極（４）〜（６）に対応するポテンシャル井戸２４に蓄積されると、これらの受光光量Ａ１、Ａ３に対応する電荷を外部に取り出す。このような動作を繰り返すことによって、４区間の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷を２回の読出動作で光検出素子３の外部に取り出すことができ、取り出した電荷を用いて位相差ψを求めることが可能になる。なお、たとえば３０フレーム毎秒の画像を得るためには、受光光量Ａ０、Ａ１に対応する電荷を生成する期間と受光光量Ａ１、Ａ３に対応する電荷を生成する期間とは６０分の１秒よりも短い期間とする。
【００７１】
上述の例では３個の制御電極２３（（１）〜（３）または（４）〜（６））に同時に印加する制御電圧と、１個の制御電極２３（（２）または（５））にのみ印加する制御電圧とを等しくしているから、ポテンシャル井戸２４の面積は変化するもののポテンシャル井戸２４の深さは等しくなっている。この場合、制御電圧を印加していない制御電極２３（（１）（３）または（４）（６））において生成された電荷は、同程度の確率でポテンシャル井戸２４に流れ込む。つまり、感光部３ａを構成する３個の制御電極２３のうちの１個にのみ制御電圧＋Ｖを印加することによって電荷集積部３ｃとして機能している領域と、３個の制御電極２３のすべてに制御電圧＋Ｖを印加している領域との両方に同程度の量の電荷が流れ込む。つまり、電荷を保持しているポテンシャル井戸２４に流れ込む雑音成分が比較的多いものであるから、ダイナミックレンジを低下させる原因になる。
【００７２】
そこで、図１４のように、組になる２個の感光部３ａに設けた各３個の制御電極（１）〜（３）または（４）〜（６）に同時に印加する制御電圧が、１個の制御電極（２）または（５）にのみ印加する制御電圧よりも低くなるように設定し、小面積のポテンシャル井戸２４の深さを大面積のポテンシャル井戸２４の深さよりも小さく設定するのが望ましい。このように、主として電荷（電子ｅ）を生成しているポテンシャル井戸２４を、主として電荷の保持を行っているポテンシャル井戸２４よりも深くすることにより、制御電圧を印加していない制御電極（１）（３）または（４）（６）に対応する部位で生じた電荷は、深いほうのポテンシャル井戸２４に流れ込みやすくなる。つまり、制御電極２３に一定の制御電圧＋Ｖを印加する場合に比較すると、電荷を保持するポテンシャル井戸２４に流れ込む雑音成分を低減することができる。
【００７３】
なお、上述した距離画像センサの構成例では、受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する４期間を変調信号の１周期内で位相の間隔が９０度ずつになるように設定しているが、変調信号に対する位相が既知であれば４期間は９０度以外の適宜の間隔で設定することが可能である。ただし、間隔が異なれば位相差ψを求める算式は異なる。また、４期間の受光光量に対応した電荷を取り出す周期は、対象物の反射率および外光成分が変化せず、かつ位相差ψも変化しない時間内であれば、変調信号の１周期内で４個の信号電荷を取り出すことも必須ではない。さらに、太陽光や照明光のような外乱光の影響があるときには、発光源５から放射される光の波長のみを透過させる光学フィルタを感光部３ａの前に配置するのが望ましい。図１３、図１４を用いて説明した構成例では、感光部３ａごとに３個ずつの制御電極２３を対応付けているが、制御電極２３を４個以上設けるようにしてもよい。また、上述の例ではＦＴ方式のＣＣＤイメージセンサと同様の構成を採用しているが、インターライン・トランスファ（ＩＴ）方式、フレーム・インターライン・トランスファ（ＦＩＴ）方式と同様の構成を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本実施形態の異常検知装置のブロック図である。
【図２】同上に用いる距離画像センサ部のブロック図である。
【図３】同上の警戒領域の設定方法を説明する説明図である。
【図４】同上の警戒領域の他の設定方法を説明する説明図である。
【図５】同上の動作を説明する説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は同上の他の動作を説明する説明図である。
【図７】同上のまた別の動作を説明する説明図である。
【図８】同上のさらに別の動作を説明する説明図である。
【図９】同上の別の動作を説明する説明図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は同上に用いる光検出素子の動作説明図である。
【図１１】（ａ）（ｂ）は同上に用いる光検出素子の要部の動作説明図である。
【図１２】同上に用いる光検出素子の平面図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）は同上に用いる光検出素子の要部の動作説明図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）は同上に用いる光検出素子の要部の動作説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  異常検知装置
２  距離画像センサ部
１０  信号処理部
１１  画像入力手段
１２  警戒領域設定手段
１３  異常判定手段
１４  警報手段
【図１】
2006065584.tif 000003
【図２】
2006065584.tif 000004
【図３】
2006065584.tif 000005
【図４】
2006065584.tif 000006
【図５】
2006065584.tif 000007
【図６】
2006065584.tif 000008
【図７】
2006065584.tif 000009
【図８】
2006065584.tif 000010
【図９】
2006065584.tif 000011
【図１０】
2006065584.tif 000012
【図１１】
2006065584.tif 000013
【図１２】
2006065584.tif 000014
【図１３】
2006065584.tif 000015
【図１４】
2006065584.tif 000016