(57)【要約】【課題】施工性が良好で誤動作しにくい侵入警戒センサを提供する。【解決手段】侵入警戒センサ１は、建物の内部に設置され、建物内への侵入路となる開口部を含めた対象空間に強度が周期的に変化する強度変調光を照射する発光源５、および、受光光量に応じた電気出力を発生する複数個の感光部が配列されて対象空間を撮像する光検出素子３を具備し、発光源５から対象空間に照射された光が対象空間内の対象物で反射され各感光部で受光されるまでの強度変調光の位相差を対象物までの距離に換算することにより画素値が距離値である距離画像を生成する距離画像センサ部２と、距離画像センサ部２から入力される距離画像より、隣接する画素間の画素値の差が所定のしきい値を超える画素を抽出し、抽出した画素で囲まれる部分を開口部として検出するとともに、距離画像から開口部の近傍における侵入物体の存否を検出する信号処理回路１０とを備える。【選択図】図１
2006048157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の内部に設置され、建物内への侵入路となる開口部を含めた対象空間を撮像し、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より、隣接する画素間の画素値の差が所定のしきい値を超える画素を抽出し、抽出した画素で囲まれる部分を開口部として検出する開口検出部と、
前記距離画像より前記開口部の近傍における侵入物体の存否を検出する侵入検出部とを備えて成ることを特徴とする侵入警戒センサ。
【請求項２】
前記侵入検出部は、前記開口部に対して建物の内側の領域に設定した検知領域において侵入物体の存否を検出することを特徴とする請求項１記載の侵入警戒センサ。
【請求項３】
前記開口部の境界部分の画素の距離情報を用いて前記開口部までの距離を求める距離演算手段と、前記距離演算手段が求めた距離情報を用いて前記開口部から望む外部の領域を検知領域から外すエリア設定手段とを設け、前記侵入検出部が、前記エリア設定手段により設定された検知領域内で検知対象物の存否を検出することを特徴とする請求項２記載の侵入警戒センサ。
【請求項４】
前記エリア設定手段は、前記距離演算手段が求めた境界部分の画素の距離情報を用い、前記開口部に対応する全ての画素について前記開口部までの仮想距離を求め、この仮想距離を超える領域を外部の領域と判断して検知領域から外すことを特徴とする請求項３記載の侵入警戒センサ。
【請求項５】
前記侵入検出部が、前記対象空間において前記開口部以外の領域を前記検知領域から外すことを特徴とする請求項２〜４の何れか１つに記載の侵入警戒センサ。
【請求項６】
前記開口部の中央付近の領域を検出する検出手段と、当該検出手段により検出された領域に対応する画素の感度を他の画素に比べて高感度に切り替える感度制御手段とを設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の侵入警戒センサ。
【請求項７】
前記侵入検出部は、前記開口部よりも手前側に検知境界を設定し、前記開口部に対応する画素の内その画素値が前記検知境界までの距離よりも短くなる画素を計数して、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断することを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の侵入警戒センサ。
【請求項８】
前記侵入検出部は、前記距離画像センサ部から前記開口部を通して望む建物外部の領域を検知領域とし、当該検知領域内で侵入物体の存否を検出することを特徴とする請求項１記載の侵入警戒センサ。
【請求項９】
前記侵入検出部は、前記開口部に対して建物の外部側に検知境界を設定し、前記開口部に対応する画素の内その画素値が前記検知境界までの距離よりも短くなる画素を計数して、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断することを特徴とする請求項８記載の侵入警戒センサ。
【請求項１０】
前記侵入検出部は、前記距離画像センサ部から所定の距離にある建物外部の基準点を通る鉛直面を検知境界面に設定して、前記開口部に対応する画素の内その画素値が前記検知境界面の対応する点までの距離よりも短くなる画素を計数し、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断することを特徴とする請求項８記載の侵入警戒センサ。
【請求項１１】
前記侵入検出部は、前記距離画像センサ部から所定の距離にある建物外部の基準点を通る水平面を検知境界面に設定して、前記開口部に対応する画素の内その画素値が前記検知境界上の対応する点までの距離よりも短くなる画素を計数し、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断することを特徴とする請求項８記載の侵入警戒センサ。
【請求項１２】
前記開口検出部は、電源投入時又は警戒セット時のうち少なくとも何れか一方のタイミングで開口部の検出処理を実行することを特徴とする請求項１〜１１の何れか１つに記載の侵入警戒センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、侵入警戒センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の侵入警戒センサとしては、窓のような開口部から建物内部に侵入しようとする侵入者を検出するために、窓に磁石を取り付けるとともに、窓枠にマグネットセンサを取り付けて、窓の開閉を検出するマグネット式の防犯センサや、窓のような開口部を検知エリアに設定し、検知エリア内の人体から放射される熱線を検出することによって検知エリア内の人の存否（つまり侵入者の有無）を検知するようにしたＰＩＲセンサが従来より提供されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３４５８７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した侵入警戒センサの内、前者のセンサでは全ての窓枠にマグネットセンサを取り付ける必要があるから、施工性が悪く、そのうえマグネットセンサへの配線のために室内の美観が損なわれるという問題があった。また後者のセンサでは、離れた場所から侵入者の有無を検出することが可能であるが、検知エリア内に入った犬や猫などの動物から放射される熱線を誤検知したり、周囲環境の急激な温度変化を誤検知することによって誤動作を起こす可能性があった。
【０００４】
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、施工性が良好で誤動作しにくい侵入警戒センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、建物の内部に設置され、建物内への侵入路となる開口部を含めた対象空間を撮像し、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より、隣接する画素間の画素値の差が所定のしきい値を超える画素を抽出し、抽出した画素で囲まれる部分を開口部として検出する開口検出部と、距離画像より開口部の近傍における侵入物体の存否を検出する侵入検出部とを備えて成ることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、侵入検出部は、開口部に対して建物の内側の領域に設定した検知領域において侵入物体の存否を検出することを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、開口部の境界部分の画素の距離情報を用いて開口部までの距離を求める距離演算手段と、距離演算手段が求めた距離情報を用いて開口部から望む外部の領域を検知領域から外すエリア設定手段とを設け、侵入検出部が、エリア設定手段により設定された検知領域内で検知対象物の存否を検出することを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、エリア設定手段は、距離演算手段が求めた境界部分の画素の距離情報を用い、開口部に対応する全ての画素について開口部までの仮想距離を求め、この仮想距離を超える領域を外部の領域と判断して検知領域から外すことを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項２〜４の何れか１つの発明において、侵入検出部が、対象空間において開口部以外の領域を検知領域から外すことを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れか１つの発明において、開口部の中央付近の領域を検出する検出手段と、当該検出手段により検出された領域に対応する画素の感度を他の画素に比べて高感度に切り替える感度制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項１〜６の何れか１つの発明において、侵入検出部は、開口部よりも手前側に検知境界を設定し、開口部に対応する画素の内その画素値が検知境界までの距離よりも短くなる画素を計数して、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断することを特徴とする。
【００１２】
請求項８の発明は、請求項１の発明において、侵入検出部は、距離画像センサから開口部を通して望む建物外部の領域を検知領域とし、当該検知領域内で侵入物体の存否を検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項９の発明は、請求項８の発明において、侵入検出部は、開口部に対して建物の外部側に検知境界を設定し、開口部に対応する画素の内その画素値が検知境界までの距離よりも短くなる画素を計数して、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断することを特徴とする。
【００１４】
請求項１０の発明は、請求項８の発明において、侵入検出部は、距離画像センサ部から所定の距離にある建物外部の基準点を通る鉛直面を検知境界面に設定して、開口部に対応する画素の内その画素値が検知境界面の対応する点までの距離よりも短くなる画素を計数し、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断することを特徴とする。
【００１５】
請求項１１の発明は、請求項８の発明において、侵入検出部は、距離画像センサ部から所定の距離にある建物外部の基準点を通る水平面を検知境界面に設定して、開口部に対応する画素の内その画素値が検知境界上の対応する点までの距離よりも短くなる画素を計数し、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断することを特徴とする。
【００１６】
請求項１２の発明は、請求項１〜１１の何れか１つの発明において、開口検出部は、電源投入時又は警戒セット時のうち少なくとも何れか一方のタイミングで開口部の検出処理を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、開口検出部が、距離画像センサ部から入力される距離画像より、隣接する画素間の画素値が所定のしきい値を超える画素を抽出し、抽出した画素で囲まれる領域を開口部と判断し、この開口部の近傍における侵入物体の存否を侵入検出部が検出しているので、対象空間に開口部が複数存在する場合でも１台の侵入警戒センサで複数の開口部を警戒することができ、また従来のセンサのように開口部に配線施工を行う必要が無いから、施工性が向上するという効果がある。さらに距離画像を用いて侵入物体の存否を検出しているので、侵入物体までの距離情報を用いることで小動物の誤検出を防止したり、周囲の急激な温度変化による誤検出を防止できるという効果がある。
【００１８】
請求項２〜４の発明によれば、開口部に対して建物の内側の領域を検知領域としているので、開口部に対して建物の外側にある物体を誤検出することなく、開口部から内部に侵入した侵入物体のみを検出できる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、対象空間において開口部以外の領域を検知領域から外しているので、建物内部の空間において開口部以外の領域にある物体を誤検出するのを防止することができる。
【００２０】
ところで、建物の開口部が窓の場合、その中央付近には一般にクレセント錠が配置されているが、請求項６の発明によれば、検出手段により開口部の中央付近の領域を検出し、検出された領域に対応する画素の感度を他の画素よりも高感度としているので、窓を壊した後にクレセント錠を開けるために建物内に入れた侵入者の手を確実に検出することができる。
【００２１】
請求項７の発明によれば、開口部よりも手前側に検知境界を設定し、開口部に対応する画素の内、その画素値が検知境界までの距離よりも短くなる画素を計数して、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断しているので、検知境界を越えて建物内部に侵入した侵入物体を確実に検出できる。
【００２２】
請求項８の発明によれば、開口部を通して望む建物外部の領域を検知領域としているので、開口部に対して建物の内側に存在する物体を誤検出することなく、建物の外部において開口部に近付いてきた侵入物体のみを検出することができる。
【００２３】
請求項９の発明によれば、開口部に対して建物の外部側に検知境界を設定し、開口部に対応する画素の内、その画素値が検知境界までの距離よりも短くなる画素を計数して、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断しているので、検知境界を越えて開口部に近付いてきた侵入物体を確実に検出できる。
【００２４】
請求項１０の発明によれば、距離画像センサ部から所定の距離にある建物外部の基準点を通る鉛直面を検知境界面に設定し、開口部に対応する画素の内その画素値が検知境界面の対応する点までの距離よりも短くなる画素を計数して、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断しているので、検知境界面を越えて開口部に近付いてきた侵入物体を確実に検出できる。
【００２５】
請求項１１の発明によれば、距離画像センサ部から所定の距離にある建物外部の基準点を通る水平面を検知境界面に設定し、開口部に対応する画素の内その画素値が検知境界面の対応する点までの距離よりも短くなる画素を計数して、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断しているので、検知境界面よりも上側に存在する侵入物体のみを検出でき、検知境界面よりも下側にある小動物などの物体を誤検出するのを防止できる。
【００２６】
請求項１２の発明によれば、開口検出部が、電源投入時又は警戒セット時のうち少なくとも何れか一方のタイミングで開口部の検出処理を実行しているので、開口部の情報を更新した後に侵入物体の存否を検出することができ、環境の変化による誤検出を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
（実施形態１）
図１は侵入警戒センサの一実施形態のブロック図であり、この侵入警戒センサ１は距離画像センサ部２と、信号処理回路１０と、負荷１２の動作を制御する負荷制御回路１１とを主要な構成として備える。そして、この侵入警戒センサ１は図３に示すように建物３０内部の天井３１などに設置され、建物３０内への侵入路となる窓３２（開口部）からの侵入者を検出するために用いられる。
【００２９】
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１および図２に示すように、距離画像センサ部２は窓３２を含む対象空間３３に光を照射する発光源５を備えるとともに、対象空間３３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３３に存在する対象物（人体１００や建物の壁など）までの距離は、発光源５から対象空間３３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）によって求めている。ただし、飛行時間は非常に短いから、対象空間３３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。
【００３０】
すなわち、図１９（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
ところで、対象空間３３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。
【００３４】
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３３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。
【００３５】
受光光学系４は、光検出素子３から対象空間３３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３３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。
【００３６】
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３３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。
【００３７】
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３３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３３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（画素）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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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３３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３３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３３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必要に応じて対象空間３３の濃淡画像を生成する。なお本実施形態では制御回路部７と画像生成部８とを１チップのＡＳＩＣ６で構成している。
【００４３】
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３３の距離画像は信号処理回路１０に入力され、信号処理回路１０によって対象空間３３内の開口部を検出する処理や、開口部からの侵入を検出する処理が行われる。
【００４４】
まず信号処理回路１０は、対象空間３３の距離画像から建物内への侵入路となる開口部を検出する処理を実行する。図４（ａ）は対象空間３３の水平断面図（図３中のＥ−Ｅ’線断面図）であり、このＥ−Ｅ’線に対応する画素の画素値（距離値）を同図（ｂ）に示す。また図５（ａ）は対象空間３３の垂直断面図（図３中のＦ−Ｆ’線断面図）であり、このＦ−Ｆ’線に対応する画素の画素値（距離値）を同図（ｂ）に示す。図４（ｂ）および図５（ｂ）に示す画素値のグラフから明らかなように、壁３４に対応する画素の距離値は、各画素に対応する壁３４と距離画像センサ部２との間の距離になるので、比較的短い距離となり、視野方向の手前側に物体が存在しなければ隣接する画素間の画素値の差は比較的小さい値となる。一方、窓３２に対応する画素の距離値は、窓３２を通して望む建物外部の物体までの距離値となるので、壁３４に対応する画素の距離値に比べて比較的大きな値となり、両者の画素値の差が大きくなっている。図６は建物３０の壁３４と開口部（窓３２）との境界付近（Ｇ１部）の画素Ｐ１（４×４個）を取り出して、その画素値（距離値）を示した図であり、各画素Ｐ１に対応する升目のハッチングの密度が高いほど画素値（距離値）が小さくなっており、境界線Ｌｎを挟んで隣接する画素Ｐ１の距離値は大きく変化している。
【００４５】
したがって、開口検出部たる信号処理回路１０は、画像生成部８から入力される各画素の画素値（距離値）をもとに、隣接する画素間の距離値の差を求め、この差が所定のしきい値よりも大きくなる画素を開口部（窓３２）と建物の壁３４との境界部分の画素と判断して抽出し、抽出した画素を結んでできる１乃至複数の枠状の集合体を窓３２のような開口部と判断する。なお、図３に示すように窓３２にカーテン３６が取り付けられている場合、カーテン３６に対応する画素の距離値と、壁３４に対応する画素の距離値との間にも差が生じるが、上述のしきい値を十分大きな値に設定することで、カーテン３６を開口部と誤検出するのを防止することが可能である。また、信号処理回路１０では、対象空間３３の距離画像から開口部を検出する処理を定期的に行うようにしても良いが、電源投入時や警戒セット時に開口部を検出するようにしても良く、図１１に示すように窓３２の手前側に鉢植え３５ｂが置かれた場合でも鉢植え３５ｂを置いた後で侵入警戒センサの電源を投入したり、警戒動作をセットすることで、室内環境の変更後に信号処理回路１０により開口部を検出させる処理を行わせることができ、窓３２の手前に置いた鉢植え３５ｂを誤検出してしまうのを防止できる。
【００４６】
このようにして対象空間３３内の開口部（窓３２）を検出すると、侵入検出部としての信号処理回路１０は、この開口部からの侵入を検出する処理を実行する。先ず信号処理回路１０は、開口部の外側にある物体を誤検出しないように開口部の外側を不感領域とする処理を行う。図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように開口部以外の壁３４に対応する画素の画素値は隣接する画素間の画素値（距離値）がほぼ連続的に変化しているので、信号処理回路１０では、開口部以外の壁３４に対応する画素の画素値をもとに、窓３２までの距離を推測する。すなわち、信号処理回路１０は、隣接する画素間の画素値（距離値）の差が所定のしきい値よりも大きくなる画素を検出すると、これらの画素の集まりを建物３０の壁３４と開口部との境界部分にある画素の集まりと判断し、これらの画素で囲まれる１乃至複数の枠状の集合体を窓３２のような開口部と判断するとともに、開口部と壁３４との境界部分の画素（例えば画素Ｅ１〜Ｅ４、Ｆ１、Ｆ２）の画素値（距離値）をもとに、開口部に対応する全ての画素の画素値（距離値）を例えば１次式で近似することによって、距離画像センサ部２から窓３２までの仮想距離を算出する。なお、図７（ａ）（ｂ）の点線部分Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、境界部分にある画素Ｅ１〜Ｅ２間、Ｅ３〜Ｅ４間、およびＦ１〜Ｆ２間の仮想距離を補正した結果を示している。また図７（ｃ）は対象空間３３内の開口部を示し、窓枠３２ａで囲まれる窓３２の部位が開口部として検出され、窓３２に対応する全ての画素について境界部分の画素の画素値を用いて距離画像センサ部２までの仮想距離が算出される。
【００４７】
そして、信号処理回路１０では、開口部に対応する全ての画素の画素値（距離値）が、上述の処理で推定した窓３２までの仮想距離の推定値を超える場合は、このときの画素値を無視して（つまり検知領域から外して）、窓３２を通して見える外部の物体を誤検出してしまうのを防止するとともに、開口部に対応する各画素の画素値が窓３２までの距離の推定値よりも小さければ、以下の判定処理を実行する。図８（ａ）は図２のＦ−Ｆ’線断面図であり、信号処理回路１０は、上述の処理で求めた壁３４に対応する画素の画素値の内、最小の画素値を距離画像センサ部２から壁３４までの最短距離Ｌ１として、距離画像センサ部２の設置位置を中心とする半径Ｌ１の円周面からなる基準線Ｃ１を設定する。次に信号処理回路１０は、窓３２から上半身を室内側に入れた侵入者１００の頭部１００ａから円周面Ｃ１までの距離を求め、この距離を閾値ΔＬとして、距離画像センサ部２の設置位置を中心とする半径（Ｌ１−ΔＬ）の円周面からなる検知境界Ｃ２を設定する。そして、信号処理回路１０は開口部（窓３２）に対応する画素の内、その画素値が検知境界Ｃ２までの距離（Ｌ１−ΔＬ）より短くなる画素を抽出し、その画素数が一定値を超えると侵入者１００が窓３２から侵入したと判断し、発報信号を負荷制御回路１１に出力する。負荷制御回路１１は発報信号が入力されると、負荷１２であるスピーカを鳴動させたり、ランプを点滅させるなどして侵入者１００を検知したことを報知する。なお、図８（ｂ）中の１０１は、距離画像中の開口部に対応する画素の内、その画素値が距離（Ｌ１−ΔＬ）よりも短くなった画素の集合体を示しており、これらの画素の集合体１０１は侵入者１００の頭部１００ａに対応している。
【００４８】
ここに、信号処理回路１０により、開口部の境界部分の画素の距離情報を用いて開口部までの距離を求める距離演算手段と、距離演算手段が求めた距離情報を用いて開口部から望む外部の領域を検知領域から外すエリア設定手段とが構成される。
【００４９】
なお、図８（ａ）に示す例では検知境界Ｃ２を円周面としているが、図９（ａ）に示すように鉛直方向と略平行な直線Ｌ２を検知境界に設定しても良い。図９（ａ）は図２のＦ−Ｆ’線断面図であり、信号処理回路１０は、上述の処理で求めた壁３４に対応する画素の画素値と、窓３２に対応する画素の画素値を補正した値とをもとに壁面の位置を示す仮想の基準線Ｌ２を設定する。次に信号処理回路１０は、窓３２から上半身を室内側に入れた侵入者１００の頭部１００ａから基準ラインＬ２までの距離を求め、この距離を閾値ΔＬとして、基準ラインＬ２を閾値ΔＬだけ内側（距離画像センサ部２寄り）に平行移動させた検知境界Ｌ３を設定する。そして、信号処理回路１０は開口部（窓３２）に対応する画素の内、その画素値が検知境界Ｌ３までの距離よりも短い画素を抽出し、その画素数が所定の閾値以上になると侵入者１００が窓３２から侵入したと判断し、発報信号を負荷制御回路１１に出力する。なお、図９（ｂ）中の１０１は、距離画像中の開口部に対応する画素の内、その画素値が検知境界Ｌ３までの距離よりも短くなった画素の集合体を示しており、これらの画素の集合体１０１は侵入者１００の頭部１００ａに対応している。
【００５０】
以上のように、信号処理回路１０は、窓３２（開口部）を含む距離画像から窓３２を抽出し、窓３２に対応する画素の画素値から侵入者を検出するのであるが、開口部を検出する際に窓枠３２ａを検出できるので、信号処理回路１０（検出手段）が窓枠３２ａの中央付近の領域Ｇ２を検出し、上述の感度制御部３ｂにより領域Ｇ２に対応する画素（感光部３ａ）の感度を他の画素に比べて高感度に切り替えることで、ガラスを破った後にクレセント錠３７を開けるために室内側に差し入れた侵入者１００の手を検出することができ、侵入者１００の動きを早期に検出することができる。ここに、開口部の中央部とは、２枚の窓３２を合わせた１つの開口部の中央部を意味し、クレセント錠３７が設置されている付近を意味している。
【００５１】
（実施形態２）
上述の実施形態１では侵入警戒センサ１を用いて窓３２などの開口部を検出し、この開口部の室内側を検知領域として開口部からの侵入を検出しているのに対して、本実施形態の侵入警戒センサ１は図１１に示すように建物３０内部の天井３１などに設置され、建物３０内への侵入経路となる窓３２の外側の領域を検知領域として、窓３２に接近する侵入者の有無を検出している。なお侵入警戒センサ１の構成は実施形態１と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略し、本実施形態の特徴部分（検出処理の内容）について説明を行う。
【００５２】
距離画像センサ部２は、実施形態１で説明したのと同様の方法で対象空間３３の距離画像および濃淡画像を作成しており、距離画像センサ部２で得られた距離画像は信号処理回路１０に入力され、信号処理回路１０によって開口部を検出する処理や、開口部からの侵入を検出する処理が行われる。
【００５３】
まず信号処理回路１０では、対象空間３３の距離画像から建物内への侵入路となる開口部を検出する処理を行う。信号処理回路１０は、画像生成部８から入力される各画素の画素値（距離値）をもとに、隣接する画素間の距離値の差を求め、この差が所定のしきい値よりも大きくなる画素を開口部（窓３２）と建物の壁３４との境界部分の画素と判断して抽出し、抽出した画素で囲まれる１乃至複数の枠状の集合体を窓３２のような開口部と判断する。図１４（ａ）は図３のＥ−Ｅ’線断面図、同図（ｂ）は図３のＦ−Ｆ’線断面図であり、隣接する画素間の距離値の差（距離エッジ）がしきい値よりも大きくなる画素を抽出し、抽出した画素で囲まれる部分を開口部と判断することによって、図１４（ｃ）に示すように窓３２の窓枠３２ａで囲まれた部分（つまりガラス部）が開口部と判断される。なお、信号処理回路１０では、対象空間３３の距離画像から開口部を検出する処理を定期的に行うようにしても良いが、電源投入時又は警戒セット時のタイミングで開口部を検出するようにしても良く、図１８に示すように窓３２から望む建物外部の領域に鉢植え３５ａが置かれた場合でも鉢植え３５ｂを置いた後で侵入警戒センサの電源を投入したり、警戒動作をセットすることで、周囲環境の変更後に信号処理回路１０により開口部を検出させる処理を行わせることができ、周囲環境の変化に応じて距離情報を補正することができる。
【００５４】
このようにして対象空間３３内の開口部（窓３２）を検出すると、信号処理回路１０は、この開口部からの侵入者を検出する処理を行う。先ず信号処理回路１０は、対象空間３３において窓３２以外の領域にある物体や、窓３２に対して建物の内側に存在する物体を誤検出しないように検知領域を設定する処理を行う。図１２（ａ）（ｂ）は水平断面および垂直断面における対象空間３３をそれぞれ示しており、エリア設定手段たる信号処理回路１０は、水平断面における検知領域３３ａを、侵入警戒センサ１から窓３２の右端を通る視線方向の最大位置ＸＰ１と、窓３２の左端を通る視線方向の最大位置ＸＰ２と、侵入警戒センサ１の設置位置ＸＯとを結んでできる三角形の領域とするとともに、垂直断面における検知領域３３ａを、侵入警戒センサ１から窓３２の下端を通る視線方向の最大位置ＹＰ１と、窓３２の上端を通る視線方向の最大位置ＹＰ２と、侵入警戒センサ１の設置位置ＹＯとを結んでできる三角形の領域として、検知領域の立体形状を四角錐としている。また信号処理回路１０は、開口部の境界付近の画素の距離情報を用いて、窓３２に対して内側の領域を検知領域から外しており、建物の外側の領域のみを検知領域としている。
【００５５】
すなわち、信号処理回路１０は、開口部に対応する各画素の画素値（距離値）が、窓３２までの距離よりも短い場合は、このときの画素値を無視して、窓３２に対して建物の内側の領域にある物体（例えば鉢植え３５ｂなど）を誤検出してしまうのを防止するとともに、窓３２までの距離よりも長い場合は以下の判定処理を実行する。
【００５６】
図１５（ａ）は図２のＦ−Ｆ’線断面図であり、信号処理回路１０は、侵入警戒センサ１の設置位置を中心とし、窓３２の外側に或る程度接近した不審者１００までの距離Ｌ４から所定の閾値ΔＬを引いた距離（Ｌ４−ΔＬ）を半径とする円の円周面を検知境界Ｌ５に設定する。そして、信号処理回路１０は、窓３２に対応する画素の内、その画素値が検知境界Ｌ５までの距離（Ｌ４−ΔＬ）より短い画素を抽出し、その画素数が一定値を超えると不審者１００が侵入目的で窓３２に接近したと判断し、発報信号を負荷制御回路１１に出力する。負荷制御回路１１は発報信号が入力されると、負荷１２であるスピーカを鳴動させたり、ランプを点滅させるなどして不審者１００が接近したことを報知する。なお、図１５（ｂ）中の１０２は、距離画像中の開口部に対応する画素の内、その画素値が距離（Ｌ４−ΔＬ）より短くなった画素の集合体を示しており、これらの画素の集合体１０２は不審者１００の頭部１００ａに対応している。
【００５７】
ここで、本実施形態では開口部（窓３２）に対応する画素の内その画素値が検知境界までの距離（Ｌ４−ΔＬ）より短くなる画素を計数して、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断しているが、侵入警戒センサ１から所定の距離にある建物外部の基準点を通る鉛直面を検知境界面Ｈ１に設定して、窓３２に対応する画素の内その画素値が検知境界面Ｈ１上の対応する点までの距離よりも短くなる画素を計数し、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断しても良い。すなわち、図１６（ａ）に示すように侵入警戒センサ１の視線方向（水平面から俯角αで見下ろす方向）において侵入警戒センサ１から所定の距離にある点Ｑ１を通る鉛直面Ｈ１’を閾値ΔＬだけ窓３２側に平行移動した鉛直面Ｈ１（この平面が侵入警戒センサ１から所定距離にある基準点を通る鉛直面となる）を検知境界面とし、信号処理回路１０が、窓３２に対応する画素の内、その画素値が検知境界面Ｈ１上の対応する点までの距離よりも短くなる画素を計数して、その計数値が一定値を超えると侵入者１００が存在すると判断するようにしても良く、検知境界面Ｈ１を越えてきた侵入物体を確実に検出することができる。
【００５８】
また信号処理回路１０では、侵入警戒センサ１から所定の距離にある建物外部の基準点を通る水平面を検知境界面Ｈ２に設定して、窓３２に対応する画素の内その画素値が検知境界面Ｈ２上の対応する点までの距離よりも短くなる画素を計数し、その計数値が一定値を超えると侵入物体が存在すると判断しても良い。すなわち、図１７（ａ）に示すように侵入警戒センサ１の視線方向（水平面から俯角αで見下ろす方向）において侵入警戒センサ１から所定の距離にある点Ｑ２を通る水平面Ｈ２’を閾値ΔＬだけ鉛直上方に平行移動した水平面Ｈ２（この平面が侵入警戒センサ１から所定距離にある基準点を通る鉛直面となる）を検知境界面とし、信号処理回路１０が、窓３２に対応する画素の内、その画素値が検知境界面Ｈ２上の対応する点までの距離よりも短くなる画素を計数して、その計数値が一定値を超えると侵入者１００が存在すると判断するようにしても良く、検知境界面Ｈ２を越えてきた侵入物体を確実に検出することができる。
【００５９】
以上のようにして、信号処理回路１０は、距離画像センサ部２から入力された距離画像より、開口部３２を通して望む建物外部の領域に設定した検知領域において侵入物体の存否を検出しており、開口部３２に対して建物の内側にある物体を誤検出することなく、開口部３２に対して外側の領域のみで侵入者の存否を検出することができる。
【００６０】
なお本実施形態では侵入警戒センサ１の検知領域３３ａを、侵入警戒センサ１からの距離が所定距離内に限定された四角錐状の領域としているが、図１３に示すように侵入警戒センサ１を中心とする所定の半径の球体を四角錐状に切り出した領域を検知領域としても良い。この場合、信号処理回路１０では、水平断面における検知領域３３ａを、侵入警戒センサ１の設置位置ＸＯを中心とする円を、２点ＸＯ、ＸＰ１を結ぶ線と２点ＸＯ、ＸＰ２を結ぶ線とで切り出した扇形の領域とするとともに、垂直断面における検知領域３３ａを、侵入警戒センサ１の設置位置ＹＯを中心とする円を、２点ＹＯ、ＹＰ１を結ぶ線と２点ＹＯ、ＹＰ２を結ぶ線とで切り出した扇形の領域として、検知領域の立体形状を底面が球面状に湾曲した四角錐としており、この検知領域３３ａにおいて窓３２よりも外側の領域を警戒するのである。
【００６１】
ところで、上述の各実施形態に用いる光検出素子３の具体的構造例を以下に説明する。図２０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。
【００６２】
すなわち、図２１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。
【００６３】
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２０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２０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２０の左右方向に電荷を転送することを想定しているが、図２０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。
【００６４】
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。
【００６５】
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２０（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。
【００６６】
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２１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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
この光検出素子３の動作を以下に具体的に説明する。図２０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。
【００７１】
ここでは、図２２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。
【００７２】
図２２（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。
【００７３】
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１９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３（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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
そこで、図２３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。
【００７７】
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２２、図２３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】
【００７８】
【図１】実施形態１のブロック図である。
【図２】同上の要部のブロック図である。
【図３】同上の使用状態を説明する説明図である。
【図４】（ａ）は図３のＥ−Ｅ’線断面図、（ｂ）はＥ−Ｅ’線に対応する画素の画素値を示す図である。
【図５】（ａ）は図３のＦ−Ｆ’線断面図、（ｂ）はＦ−Ｆ’線に対応する画素の画素値を示す図である。
【図６】図３のＧ１部に対応する画素の画素値を示す図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は開口部に対応する画素の画素値を補正した結果を示す図、（ｃ）は対象空間の正面図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は侵入者の検出方法を説明する説明図である。
【図９】（ａ）（ｂ）は侵入者の他の検出方法を説明する説明図である。
【図１０】（ａ）は窓枠部分の説明図、（ｂ）はＧ２部拡大図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【図１２】実施形態２の検知領域の設定を示し、（ａ）は水平断面における検知領域の説明図、（ｂ）は垂直断面における検知領域の説明図である。
【図１３】同上の検知領域の他の設定を示し、（ａ）は水平断面における検知領域の説明図、（ｂ）は垂直断面における検知領域の説明図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）はそれぞれ図３のＥ−Ｅ’線、Ｆ−Ｆ’線に対応する画素の画素値を示す図、（ｃ）は検知領域の説明図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）は侵入者の検出方法を説明する説明図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）は侵入者の他の検出方法を説明する説明図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は侵入者のまた別の検出方法を説明する説明図である。
【図１８】（ａ）（ｂ）は同上の動作説明図である。
【図１９】同上に用いる光検出素子の動作説明図である。
【図２０】同上に用いる光検出素子の要部の動作説明図である。
【図２１】同上に用いる光検出素子の平面図である。
【図２２】同上に用いる光検出素子の要部の動作説明図である。
【図２３】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】
【００７９】
１  侵入警戒センサ
２  距離画像センサ部
３  光検出素子
５  発光源
１０  信号処理回路
【図１】
2006048157.tif 000003
【図２】
2006048157.tif 000004
【図３】
2006048157.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006048157.tif 000007
【図６】
2006048157.tif 000008
【図７】
2006048157.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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