(57)【要約】【課題】安価で画素数が多い小型のセンサと、照明に適切な光源とを用い、小型の構成で、照明と撮影とを同時に行って、夜間でも遠方を監視できるようにする。【解決手段】監視システム１は、広角撮影レンズ１１と、撮像センサ４と、レーザ光源２と、照明光学系３とを有している。撮像センサ４は、可視光および近赤外光の少なくとも一方の波長域に感度を有し、１００ｍ以上３００ｍ以下の距離だけ離れた位置にある撮影対象を、広角撮影レンズ１１を介して撮影する。レーザ光源２は、撮像センサ４が感度を有する波長域に強度ピークを持つレーザ光を出射する。広角撮影レンズ１１は、照明光学系３の一部を兼ねている。照明光学系３は、レーザ光源２から出射されて広角撮影レンズ１１に入射するレーザ光を走査することにより、広角撮影レンズ１１を介して照明するレーザ光の照明位置を順にシフトさせるレーザ光走査機構１４を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対角半画角ωが３０°以上で、像側がほぼテレセントリックである広角撮影レンズと、
可視光および近赤外光の少なくとも一方の波長域に感度を有し、１００ｍ以上３００ｍ以下の距離だけ離れた位置にある撮影対象を、前記広角撮影レンズを介して撮影する撮像センサと、
前記撮像センサが感度を有する前記波長域に強度ピークを持つレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射される前記レーザ光を、前記撮影対象側に導く照明光学系とを備え、
前記広角撮影レンズは、前記照明光学系の一部を兼ねており、
前記照明光学系は、前記レーザ光源から出射されて前記広角撮影レンズに入射する前記レーザ光を走査することにより、前記広角撮影レンズを介して前記撮像センサが撮影している前記撮影対象の撮影範囲内で、前記広角撮影レンズを介して前記撮影範囲の一部を照明する前記レーザ光の照明位置を順にシフトさせるレーザ光走査機構を有していることを特徴とする監視システム。
【請求項２】
前記照明光学系は、前記レーザ光走査機構から出射される前記レーザ光の光路を、前記撮影対象側から前記広角撮影レンズを介して前記撮像センサに入射する光の光路と合成する光路合成部材をさらに有しており、前記光路合成部材を介して、前記レーザ光を前記広角撮影レンズに入射させることを特徴とする請求項１に記載の監視システム。
【請求項３】
前記レーザ光走査機構は、
前記レーザ光源の光出射側に配置される第１の平行平板と、
前記第１の平行平板を回動させる平板回動機構とを有していることを特徴とする請求項２に記載の監視システム。
【請求項４】
前記レーザ光走査機構は、
前記レーザ光源からの前記レーザ光が垂直に入射するように位置する第２の平行平板と、
前記第２の平行平板を、厚み方向に垂直な方向にスライドさせるスライド機構とを有しており、
前記第２の平行平板の対向する２面であって、前記レーザ光の入射面および出射面は、それぞれ回折面であり、
前記各回折面の回折特性は、前記第２の平行平板の前記厚み方向に垂直なスライド方向において、前記レーザ光の入射位置によって回折角度が連続的に変化し、かつ、前記入射面に垂直に入射した前記レーザ光が前記出射面から垂直に出射されるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の監視システム。
【請求項５】
前記レーザ光走査機構は、
音響光学素子と、
前記音響光学素子の結晶に超音波を与える第１の駆動回路とを有しており、
前記第１の駆動回路は、前記音響光学素子の前記結晶に与える超音波の振動数を変化させることにより、前記音響光学素子に入射する前記レーザ光の回折角度を変化させて、前記レーザ光を出射させることを特徴とする請求項２に記載の監視システム。
【請求項６】
前記レーザ光走査機構は、平面ミラーと、回転放物面ミラーと、前記平面ミラーを回動させるミラー回動機構とを有しており、
前記平面ミラーの回動中心は、前記回転放物面ミラーの焦点位置にあり、
前記平面ミラーは、前記レーザ光源からの前記レーザ光を前記回動中心にて反射させて、前記回転放物面ミラーに導き、
前記ミラー回動機構は、前記平面ミラーの回動によって、前記回転放物面ミラーに入射する前記レーザ光の入射位置を変化させることを特徴とする請求項２に記載の監視システム。
【請求項７】
前記レーザ光走査機構は、音響光学素子と、回転放物面ミラーと、前記音響光学素子の結晶に超音波を与える第２の駆動回路とを有しており、
前記音響光学素子の一部は、前記回転放物面ミラーの焦点位置にあり、
前記音響光学素子は、前記レーザ光源からの前記レーザ光を前記一部にて回折反射させて、前記回転放物面ミラーに導き、
前記第２の駆動回路は、前記音響光学素子の前記結晶に与える超音波の振動数を変化させることにより、前記レーザ光の回折角度を変化させて、前記回転放物面ミラーに入射する前記レーザ光の入射位置を変化させることを特徴とする請求項２に記載の監視システム。
【請求項８】
前記レーザ光走査機構は、前記広角撮影レンズの光軸に垂直な面内で、前記レーザ光を互いに垂直な２方向に走査することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の監視システム。
【請求項９】
前記撮像センサにて撮影されて取得された画像の画像データに対して画像認識処理を行うことにより、不審者または不審物を認識する画像認識部をさらに備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の監視システム。
【請求項１０】
前記レーザ光源をパルス発光させるとともに、前記パルス発光と同期して前記撮像センサのシャッタを駆動する制御部と、
前記パルス発光によって出力されたレーザ光が前記撮影対象としての物体で反射されて前記撮像センサに入射するまでの時間を計測して、前記物体までの距離を測定する測距部とをさらに備えており、
前記画像認識部は、前記画像認識処理の結果と、前記測距部にて測定された距離とに基づいて、不審者または不審物の存在の有無を判断することを特徴とする請求項９に記載の監視システム。
【請求項１１】
前記可視光の波長域は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下であり、
前記近赤外光の波長域は、７８０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばカメラを用いて物体を撮影し、監視する監視システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カメラを用いて物体を撮影するシステムとして、例えば特許文献１〜４に開示されたものがある。特許文献１のシステムは、パルスレーザで空間中の微粒子を照明して撮影することにより、大気中のエアロゾルの密度分布等の情報を、簡易に比較的高い信頼性で得るものである。このシステムでは、投光系（パルスレーザを出射する照明部を含む）と受光系（パルスレーザの動作を検知するための光電センサを含む）とを数十ｋｍ離して配置し、パルスレーザを走査しながら空間中の微粒子を撮影するようにしている。
【０００３】
特許文献２では、パルスレーザを走査して、測定範囲にある測定対象物までの測距を行い、少なくとも測距結果に基づいて３次元データを演算する３次元レーザスキャナにおいて、測定範囲を少なくとも２以上の区画に分割して、各区画ごとに撮影して部分画像を取得し、各部分画像を合成して測定範囲のパノラマ画像を作成するようにしている。このとき、合成される部分画像のうち、少なくとも測定対象物を含む区画の画像は、最適な撮像条件で撮影されている。これにより、測定対象物がパノラマ画像のどの位置にある場合でも、測定対象物について高画質の画像が得られるようにしている。
【０００４】
特許文献３は、画像投影装置と撮像装置とを一体化した装置を開示している。この装置では、半導体レーザから出射されるレーザ光を走査して画像を投影する構成において、投影光を利用して対象物までの距離を測定して焦点位置を調整し、対象物を撮影するようにしている。
【０００５】
特許文献４は、小型のプロジェクタで撮影も行えるシステムを開示している。プロジェクタとしてシステムを使用するときは、光源（例えばレーザ発光素子）からの光が水平走査ミラーおよび垂直走査ミラーによって２次元方向に走査されて、２次元のマイクロミラーアレイ（例えばＤＭＤ；デジタルマイクロミラーデバイス）に入射する。マイクロミラーアレイでは、各画素に対応するミラーの角度が投影画像に応じて切り替えられ、所定のミラーで反射された光のみが、投影光学系を介してスクリーンに照射される。一方、システムを撮像装置として使用するときは、上記の投影光学系を撮像光学系として利用する。すなわち、投影光学系を介して入射する被写体からの光が、マイクロミラーアレイに入射する。このとき、マイクロミラーアレイの各ミラーは、全て同一方向を向くように（同一角度に）制御され、全体で１枚のミラーとして働く。マイクロミラーアレイで反射された光は、２次元撮像デバイスにて受光される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２１９３３０号公報（請求項１、段落〔０００９〕、〔００１８〕等参照）
【特許文献２】特開２０１２−１８５０５３号公報（請求項５、段落〔００１９〕、図４等参照）
【特許文献３】特開２０１０−０８５４７２号公報（請求項１、段落〔００２１〕、〔００４３〕、〔００４４〕、図１、図７等参照）
【特許文献４】特開２００３−１８６１１２号公報（請求項４、１０、段落〔００６５〕〜〔００６７〕、〔００７３〕、図１４等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年では、建造物や公共施設（以下、単に建物とも称する）への不審者や不審物の侵入を、昼夜を問わずに監視できる監視システムの利用が増えている。従来、建物への不審者の侵入監視は、近距離撮影によるものがほとんどであった。建物の内部や外部でも、数ｍ〜２０ｍ程度の近距離での監視、つまり、照明光が届く監視では、例えばハロゲンランプやＬＥＤ（発光ダイオード）の光を照明光として利用したカメラや、焦電センサなどの熱センサが使用されてきた。これらのカメラや熱センサは、大量生産されるようになり、安価になってきたため、監視システムを安価に構築できる利点がある。
【０００８】
一方、最近では、ＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle）やドローンと呼ばれる無人飛行機などが、建物の敷地内に侵入する問題が起こってきている。これらの無人飛行機は、大きさが３０ｃｍ〜１ｍ四方と小さく、飛行速度は時速５０ｋｍ程度と速いため、従来の近距離監視用のカメラや熱センサを利用する近距離の監視では、無人飛行機を捉えるのが困難である。このため、建物から１００ｍ〜３００ｍ程度の距離だけ離れた遠方を、建物の近くに設置したカメラで監視し、遠方を飛行する無人飛行機を検知することが必要となってきている。併せて、建物に侵入しようとする不審者についても、上記カメラで監視できるようにすることが必要となってきている。
【０００９】
しかし、例えば夜間において、建物から１００ｍ〜３００ｍ程度の距離だけ離れた遠方の不審者や、無人飛行機などの不審物の有無を監視する場合、ハロゲンランプやＬＥＤなどの安価な照明では、光量が足りない。
【００１０】
この点、中赤外または遠赤外センサなど、物体自身の温度を検知できるセンサは、照明が不要なため（照明なしでも温度によって物体を検知できるため）、夜間における遠方の監視に向いている。最近では、赤外線センサとして、非冷却センサであるマイクロボロメータやサーモパイルが安価で販売されるようになってきている。しかし、これらの中赤外または遠赤外センサは、画素数が数十個から数十万個のものしか存在しない。これは、センサの製造技術が発達していないことと、中赤外から遠赤外の波長域は３〜１４μｍと長いため、回折効果により解像力が低下しないために１個の画素サイズを１０μｍ以下にすることができないこととに関係する。
【００１１】
製造技術が向上して、画素数の多い中赤外または遠赤外センサを製造できるようになったとしても、センサのサイズは巨大となり、これに伴って、使用するレンズも大きくなり、硝材も特殊なものが必要となる。その結果、上記レンズはかなり高額なものとなる。このため、遠方の監視において、中赤外または遠赤外センサを用いたシステムは、現実的ではない。また、中赤外または遠赤外センサにて撮影された画像は温度情報であるため、上記画像から撮影物体の形状を判断することは困難であり、上記画像に基づく不審者や不審物の特定が困難になる。
【００１２】
以上のことを考えると、遠方の監視においては、安価で画素数が多く、小型のセンサを使った監視システムを実現することが望まれる。
【００１３】
また、遠方の物体を照明するには、強力な光源が必要となる。強力な光源として、例えば可視光を出射する光源を考えた場合、サーチライトに使われるハロゲンランプを用いることができる。しかし、夜間での監視中、常にサーチライトを点灯しておくと、消費電力が増大する。さらに、照明光学系と撮影光学系とを全く別々に構成したのでは、システム全体が大型化する可能性がある。また、例えば夜間の監視においては、照明と撮影とを同時に行う必要がある（周囲が暗いため、物体を照明した状態で撮影する必要がある）。
【００１４】
したがって、遠方を監視するシステムにおいては、照明に用いる光源を適切に選定するとともに、小型の構成で、照明と撮影とを同時に行うことができるシステムを実現することが望まれる。
【００１５】
なお、上述した特許文献１〜４の構成を、遠方を監視するシステムに適用することは、以下の点で困難と考えられる。特許文献１では、投光系と受光系とを数十ｋｍ離して配置するため、特許文献１の構成を監視システムに適用すると、システム全体が大型化する。また、建物の敷地外に投光系または受光系を設置することが想定され（互いの離間距離が長距離であるため）、この場合は、設置場所の所有者の合意が必要となり、現実的ではない。特許文献２では、測定範囲を分割した各区画ごとに撮影して部分画像を取得するため、撮影のタイミングは、各区画ごとに異なる。したがって、例えば時速５０ｋｍの高速で移動している物体を監視する場合でも、その物体が所望の区画に入るタイミングと上記区画を撮影するタイミングとが一致していないと物体を検知することができず、物体を見逃してしまう可能性が高い。特許文献３では、画像投影装置と撮像装置とが同じ装置で実現されているが、投影光学系と撮像光学系とは別々に構成されており、システムの大型化が懸念される。特許文献４では、投影光学系を撮影光学系としても用いているが、投影時と撮影時とでマイクロミラーデバイスの動作が異なるため、投影と撮影とを同時に行うことができず、特に照明と撮影とを同時に行う必要がある夜間の監視ができない。
【００１６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、安価で画素数が多い小型のセンサと、照明に適切な光源とを用いて、遠方を監視できるとともに、小型の構成で、照明と撮影とを同時に行って、夜間でも遠方を監視できる監視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】
【００１７】
本発明の一側面に係る監視システムは、対角半画角ωが３０°以上で、像側がほぼテレセントリックである広角撮影レンズと、可視光および近赤外光の少なくとも一方の波長域に感度を有し、１００ｍ以上３００ｍ以下の距離だけ離れた位置にある撮影対象を、前記広角撮影レンズを介して撮影する撮像センサと、前記撮像センサが感度を有する前記波長域に強度ピークを持つレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射される前記レーザ光を、前記撮影対象側に導く照明光学系とを備え、前記広角撮影レンズは、前記照明光学系の一部を兼ねており、前記照明光学系は、前記レーザ光源から出射されて前記広角撮影レンズに入射する前記レーザ光を走査することにより、前記広角撮影レンズを介して前記撮像センサが撮影している前記撮影対象の撮影範囲内で、前記広角撮影レンズを介して前記撮影範囲の一部を照明する前記レーザ光の照明位置を順にシフトさせるレーザ光走査機構を有している。
【００１８】
可視または近赤外の波長域に感度を有する撮像センサは、中赤外または遠赤外センサに比べて安価であり、１画素のサイズが小さいために画素数が多くても小型である。また、撮影対象の照明は、レーザ光源を用いて行われる。レーザ光源は、可視または近赤外の波長域に強度ピークを有するレーザ光を出射する。このとき、レーザ光源は、平行で位相および波長が揃った光束をレーザ光として作り出すことができるため、１０００Ｗ程度のレーザ光で５００ｍ程度の遠方を照射して、遠方の撮影対象を照明することができる。したがって、上記レーザ光源を用いることにより、１００ｍ以上３００ｍ以下の距離だけ離れた撮影対象を、サーチライトを用いる場合に比べて低消費電力で照明することができる。また、撮像センサによる撮影対象の撮影は、広角撮影レンズを介して行われるが、広角撮影レンズは、対角半画角ωが３０°以上であるため、広い範囲を一度に撮影することができる。
【００１９】
また、広角撮影レンズは、像側がほぼテレセントリックであるため、広角撮影レンズが、照明光学系の一部を兼ねる構成を容易に実現することが可能となる。つまり、広角撮影レンズが像側テレセントリックであると、レンズバックを十分に確保できるため、例えば、広角撮影レンズと撮像センサとの間に光路合成部材を配置して、照明光学系の光路（レーザ光の光路）と撮影光学系の光路（撮影対象側から広角撮影レンズを介して撮像センサに入射する光の光路）とを合成し、レーザ光を広角撮影レンズを介して撮影対象側に導くことが可能となる。このように、広角撮影レンズが照明光学系の一部を兼ねることにより、システムの構成が簡素化され、システムの小型化を実現できる。また、広角撮影レンズが照明光学系の一部を兼ねることで、広角撮影レンズを介して撮影対象をレーザ光で照明しながら、広角撮影レンズを介して撮影対象の撮影も同時に行うことができる。これにより、照明が必要となる夜間でも、撮影対象を監視することができる。
【００２０】
また、レーザ光は、照明範囲が狭く、広角撮影レンズを介して撮影している範囲の一部しか照明できない。しかし、レーザ光走査機構により、レーザ光を走査して、レーザ光の照明位置を順にシフトさせることにより、撮像センサでは、各照明位置で撮影された画像を１フレーム分だけ足し合わせて、１つの明るい広角の撮影画像を得ることができる。したがって、照明範囲の狭いレーザ光を照明に用いる構成であっても、広角の撮影画像を得て、遠方を監視することができる。つまり、可視光や近赤外光を受光する、安価で画素数が多い小型の撮像センサと、照明範囲の狭いレーザ光を出射するレーザ光源とを用いた構成であっても、遠方を監視することができる。
【００２１】
前記照明光学系は、前記レーザ光走査機構から出射される前記レーザ光の光路を、前記撮影対象側から前記広角撮影レンズを介して前記撮像センサに入射する光の光路と合成する光路合成部材をさらに有しており、前記光路合成部材を介して、前記レーザ光を前記広角撮影レンズに入射させてもよい。
【００２２】
レーザ光走査機構から出射されるレーザ光は、光路合成部材および広角撮影レンズを介して撮影対象側に導かれ、撮影対象を照明する。この場合、広角撮影レンズは、撮影対象側からの光を撮像センサに導く撮影光学系を構成しながら、照明光学系の一部も兼ねることになる。つまり、光路合成部材を用いることにより、広角撮影レンズが照明光学系の一部を兼ねる構成を確実に実現することができる。
【００２３】
前記レーザ光走査機構は、前記レーザ光源の光出射側に配置される第１の平行平板と、前記第１の平行平板を回動させる平板回動機構とを有していてもよい。
【００２４】
平板回動機構によって、第１の平行平板を回動させることにより、第１の平行平板の内部でのレーザ光の屈折角を変化させて、第１の平行平板からのレーザ光の出射位置をシフトさせることができる。これにより、レーザ光を走査することができる。
【００２５】
前記レーザ光走査機構は、前記レーザ光源からの前記レーザ光が垂直に入射するように位置する第２の平行平板と、前記第２の平行平板を、厚み方向に垂直な方向にスライドさせるスライド機構とを有しており、前記第２の平行平板の対向する２面であって、前記レーザ光の入射面および出射面は、それぞれ回折面であり、前記各回折面の回折特性は、前記第２の平行平板の前記厚み方向に垂直なスライド方向において、前記レーザ光の入射位置によって回折角度が連続的に変化し、かつ、前記入射面に垂直に入射した前記レーザ光が前記出射面から垂直に出射されるように設定されていてもよい。
【００２６】
第２の平行平板は、レーザ光の入射位置によって回折角度が異なる特性を有しているため、スライド機構によって第２の平行平板をスライドさせることにより、第２の平行平板の入射面に垂直に入射して、出射面から垂直に出射されるレーザ光を、第２の平行平板のスライド量に応じて、スライド方向にシフトさせることができ、これによって、レーザ光を走査することができる。
【００２７】
前記レーザ光走査機構は、音響光学素子と、前記音響光学素子の結晶に超音波を与える第１の駆動回路とを有しており、前記第１の駆動回路は、前記音響光学素子の前記結晶に与える超音波の振動数を変化させることにより、前記音響光学素子に入射する前記レーザ光の回折角度を変化させて、前記レーザ光を出射させてもよい。
【００２８】
音響光学素子にて、レーザ光の回折角度を変化させることにより、音響光学素子からのレーザ光の出射位置をシフトさせることができる。これにより、レーザ光を走査することができる。
【００２９】
前記レーザ光走査機構は、平面ミラーと、回転放物面ミラーと、前記平面ミラーを回動させるミラー回動機構とを有しており、前記平面ミラーの回動中心は、前記回転放物面ミラーの焦点位置にあり、前記平面ミラーは、前記レーザ光源からの前記レーザ光を前記回動中心にて反射させて、前記回転放物面ミラーに導き、前記ミラー回動機構は、前記平面ミラーの回動によって、前記回転放物面ミラーに入射する前記レーザ光の入射位置を変化させてもよい。
【００３０】
ミラー回動機構によって平面ミラーを回動させることにより、平面ミラーで反射されたレーザ光の、回転放物面ミラーに入射する位置が変化する。このとき、平面ミラーの回動中心は、回転放物面ミラーの焦点位置にあるため、平面ミラーがどの回動位置にあっても、平面ミラーで反射されて回転放物面ミラーの各位置に入射したレーザ光は、そこで反射されて同一方向に（互いに平行な方向に）出射される。つまり、この場合、平面ミラーの回動位置に応じて、回転放物面ミラーにて反射されるレーザ光の高さ（平面ミラーに入射する前のレーザ光の光路からの距離）が変化する。これにより、レーザ光を上記高さ方向に走査することができる。
【００３１】
前記レーザ光走査機構は、音響光学素子と、回転放物面ミラーと、前記音響光学素子の結晶に超音波を与える第２の駆動回路とを有しており、前記音響光学素子の一部は、前記回転放物面ミラーの焦点位置にあり、前記音響光学素子は、前記レーザ光源からの前記レーザ光を前記一部にて回折反射させて、前記回転放物面ミラーに導き、前記第２の駆動回路は、前記音響光学素子の前記結晶に与える超音波の振動数を変化させることにより、前記レーザ光の回折角度を変化させて、前記回転放物面ミラーに入射する前記レーザ光の入射位置を変化させてもよい。
【００３２】
第２の駆動回路によって音響光学素子の結晶に与える超音波の振動数を変化させることにより、音響光学素子で回折反射されるレーザ光の回折角度が変化し、これによって、回折反射されたレーザ光の回転放物面ミラーに入射する位置が変化する。このとき、レーザ光を回折反射する音響光学素子の一部は、回転放物面ミラーの焦点位置にあるため、音響光学素子の上記一部で反射されて回転放物面ミラーの各位置に入射したレーザ光は、そこで反射されて同一方向に（互いに平行な方向に）出射される。つまり、この場合、音響光学素子に与える超音波の振動数に応じて、回転放物面ミラーにて反射されるレーザ光の高さ（平面ミラーに入射する前のレーザ光の光路からの距離）が変化する。これにより、レーザ光を上記高さ方向に走査することができる。
【００３３】
前記レーザ光走査機構は、前記広角撮影レンズの光軸に垂直な面内で、前記レーザ光を互いに垂直な２方向に走査することが望ましい。この場合、レーザ光の照明位置が上記２方向（例えば水平方向、垂直方向）にシフトして物体を照明するため、１フレーム全体で、水平方向および垂直方向において明るい撮影画像を得ることができる。
【００３４】
前記監視システムは、前記撮像センサにて撮影されて取得された画像の画像データに対して画像認識処理を行うことにより、不審者または不審物を認識する画像認識部をさらに備えていてもよい。
【００３５】
画像認識部が画像認識処理を行うことにより、動物、植物、ごみなどの無害な物体と区別して、不審者または不審物を認識することができる。これにより、高度な監視を行うシステムを実現することができる。
【００３６】
前記監視システムは、前記レーザ光源をパルス発光させるとともに、前記パルス発光と同期して前記撮像センサのシャッタを駆動する制御部と、前記パルス発光によって出力されたレーザ光が前記撮影対象としての物体で反射されて前記撮像センサに入射するまでの時間を計測して、前記物体までの距離を測定する測距部とをさらに備えており、前記画像認識部は、前記画像認識処理の結果と、前記測距部にて測定された距離とに基づいて、不審者または不審物の存在の有無を判断することが望ましい。
【００３７】
例えば、撮影された物体の画像が小さい場合や、物体の形状がはっきりと認識できない場合でも、物体までの距離が分かれば、物体のおよその大きさが分かり、さらに、物体の形状も把握することが可能となる。したがって、画像認識部が、画像認識処理の結果と、測距部にて測定された物体までの距離とに基づいて、不審者または不審物の存在の有無を判断することにより、監視の精度を向上させて、より高度な監視を行うことが可能となる。
【００３８】
前記可視光の波長域は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下であり、前記近赤外光の波長域は、７８０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってもよい。撮像センサが上記波長域の可視光および上記波長域の近赤外光の少なくとも一方に感度を有し、レーザ光源が上記波長域の少なくとも一方に強度ピークを持つレーザ光を出射する構成において、上述の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３９】
レーザ光走査機構によってレーザ光を走査し、レーザ光の照明位置を順にシフトさせることにより、撮像センサでは、各照明位置で撮影された画像を１フレーム分だけ足し合わせて、１つの明るい広角の撮影画像を得ることができる。これにより、可視光や近赤外光を受光するセンサ、つまり、安価で画素数が多い小型の撮像センサと、照明範囲の狭いレーザ光を出射するレーザ光源とを用いた構成であっても、遠方を監視することができる。また、広角撮影レンズが照明光学系の一部を兼ねているため、小型のシステムを実現することができるとともに、照明と撮影とを同時に行って、夜間でも遠方を監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の一形態に係る監視システムの主要部の構成を示す説明図である。
【図２】上記監視システムの他の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に監視システムに適用されるレーザ光走査機構の構成を示す説明図である。
【図４】上記レーザ光走査機構の平行平板の各面の回折特性を模式的に示す説明図である。
【図５】上記レーザ光走査機構の他の構成を示す説明図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態に係る監視システムに適用されるレーザ光走査機構の構成を示す説明図である。
【図７】上記レーザ光走査機構の他の構成を示す説明図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態に係る監視システムの主要部の構成を示すブロック図である。
【図９】上記監視システムにおける動作の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をＡ〜Ｂと表記した場合、その数値範囲に下限Ａおよび上限Ｂの値は含まれるものとする。
【００４２】
〔用語について〕
最初に、本明細書で使用する主な用語の定義を以下に示す。
遠赤外（光）：主に波長７μｍ以上１４μｍ以下の範囲の放射光を言う。ちなみに、人や動物の体温は、波長８μｍ以上１２μｍ以下の放射光である。
中赤外（光）：主に波長２．５μｍ以上７μｍ未満の範囲の放射光を言う。
近赤外（光）：主に波長７００ｎｍ以上２５００ｎｍ未満の範囲の放射光を言い、特に、波長７８０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲の放射光を指す。
可視（光）：主に波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ未満の範囲の放射光を言い、特に、波長４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲の放射光を指す。
物体検知：音や画像から、そこにある物体が存在することを感知する。
物体認知：音や画像から、存在している物体が何であるかを判断する。
監視：警備しているエリアの内外に不審者や不審物があるかどうかを注視している状態を指す。
画像認識：予め決められた特徴と合致するものを画像の中から見つけ出すことを言う。
テレセントリック：レンズ系の瞳中心を通る中央光線が軸上でも軸外でも光軸に平行な状態を言う。結像側または縮小側で中央光線がすべて光軸と平行な場合は、特に像側テレセントリックと言う。瞳の周辺を通る光線は必ずしも光軸に平行ではなく、平行光束とは異なる。
【００４３】
〔実施の形態１〕
図１は、本実施形態の監視システム１の主要部の構成を示す説明図である。監視システム１は、レーザ光源２と、照明光学系３と、撮像センサ４とを有している。
【００４４】
レーザ光源２は、例えば近赤外の波長域（例えば波長９００ｎｍ付近）に強度ピークを持つレーザ光を出射する光源である。レーザ光源２は、撮像センサ４が感度を有する波長域に強度ピークを持つレーザ光を出射する光源であれば、どのような光源で構成されてもよい（どのような波長のレーザ光を出射してもよい）。したがって、撮像センサ４が可視光の波長域に感度を有している場合、レーザ光源２は、可視光の波長域に強度ピークを持つレーザ光を出射する光源で構成されればよい。また、撮像センサ４が可視光および近赤外の両方の波長域に感度を有している場合、レーザ光源２は、可視光の波長域に強度ピークを持つレーザ光を出射する光源と、近赤外の波長域に強度ピークを持つレーザ光を出射する光源とを併用して構成されればよい。レーザ光源２は、約１０００Ｗの出力で略平行光束を出射する。
【００４５】
撮像センサ４は、可視光および近赤外光の少なくとも一方の波長域に感度を有し、１００ｍ以上３００ｍ以下の距離だけ離れた撮影対象を、後述する広角撮影レンズ１１を介して撮影する。
【００４６】
なお、撮像センサ４の撮影対象には、物体などの有体物、空間などの無体物が含まれ、上記の物体には、無人飛行機などの不審物や、不審者などが含まれる。ここでは、説明の理解をしやすくするため、撮影対象を物体（例えば無人飛行機）として説明する。なお、上記物体が空中に存在していない場合（不審物が存在していない場合）、撮影対象は撮像センサ４から上記距離だけ離れた位置にある一定範囲の空間となり、撮像センサ４は上記空間を撮影対象として撮影することになる。以上のことから、以下で登場する「物体」は、適宜「撮影対象」に読み替えることができるものとする。
【００４７】
撮像センサ４は、例えば２５０万画素を有する、対角１／６インチのセンサであり、可視から近赤外の波長域に感度を持っている。このような撮像センサ４としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）といった一般的なイメージセンサを用いることができる。撮像センサ４は、後述するレーザ光走査機構４における３０Ｈｚまたは６０Ｈｚの駆動周波数に対応して、１００ｍ以上３００ｍ以下だけ離れた物体を、広角撮影レンズ１１を介して撮影する。例えば、２００ｍ遠方の３０ｃｍ四方の物体は、撮像センサ４において１．５画素×１．５画素の領域で撮影される。なお、撮像センサ４における１画素の大きさは、例えば３μｍ×３μｍである。
【００４８】
照明光学系３は、レーザ光源２から出射されるレーザ光を、物体側に導く光学系であり、広角撮影レンズ１１と、光路合成プリズム１２と、凹レンズ１３と、レーザ光走査機構１４とを有している。
【００４９】
広角撮影レンズ１１は、対角半画角ωが３０°以上で、像側がほぼテレセントリックであるレンズ系である。本実施形態では、例えば、広角撮影レンズ１１の水平全画角（図１の紙面に平行な方向の全画角）は９０°であり、垂直全画角（図１の紙面に垂直な方向の全画角）は６０°であり、対角半画角ωは５０．５°である。広角撮影レンズ１１は、物体光を撮像センサ４に導く撮影光学系でありながら、照明光学系３の一部を構成している。広角撮影レンズ１１を構成するレンズの枚数は、１枚であっても複数枚であってもよい。
【００５０】
光路合成プリズム１２は、レーザ光走査機構１４から出射されるレーザ光の光路を、広角撮影レンズ１１から撮像センサ４に入射する物体光の光路と合成する光路合成部材である。この光路合成プリズム１２は、例えば、断面が直角二等辺三角形である２つのプリズムの斜面同士を、ハーフミラーとして機能する光学薄膜を介して接合することによって形成されている。広角撮影レンズ１１と撮像センサ４との間の光路中に、光路合成プリズム１２を配置することにより、広角撮影レンズ１１の光軸に対して垂直な方向から、レーザ光を入射させ、そのレーザ光を、光路合成部材１２を介して広角撮影レンズ１１に入射させることができる。
【００５１】
凹レンズ１３は、レーザ光走査機構１４から出射されるレーザ光の光束幅を拡大して光路合成プリズム１２に導く光束幅拡大素子であり、例えば非球面凹レンズで構成される。この凹レンズ１３は、撮影距離が例えば２００ｍのときに、レーザ光による照明光束の面積が、撮像センサ４で撮影される全撮影範囲の面積の１／１００程度になるように光束幅を調整（拡大）するために設けられている。レーザ光の光束幅を拡大することにより、単位面積あたりのレーザ光の強度が低下するため、万が一、人の眼にレーザ光が入射しても、それによる影響（例えば失明の危険性）を低減することができる。なお、凹レンズ１３を設ける代わりに、凸レンズをリレーレンズとして設けて、レーザ光の光束幅を拡大するようにしてもよい。
【００５２】
レーザ光走査機構１４は、レーザ光源２から出射されて広角撮影レンズ１１に入射するレーザ光を走査することにより、広角撮影レンズ１１を介して撮像センサ４が撮影している撮影対象の撮影範囲内で、広角撮影レンズ１１を介して上記撮影範囲の一部を照明するレーザ光の照明位置を順にシフトさせる。より具体的には、レーザ光走査機構１４は、平行平板２１（第１の平行平板）と、平板回動機構２２とを有して構成されている。
【００５３】
平行平板２１は、互いに対向する２つの面２１ａ・２１ｂが平行に位置する透明基板であり、レーザ光源２の光出射側に配置されている。平板回動機構２２は、平行平板２１を水平方向および垂直方向に回動させる機構であり、３０Ｈｚまたは６０Ｈｚの駆動周波数で平行平板２１を回動させる。このような平板回動機構２２は、例えばピエゾ素子のように電気的に高速で駆動可能なアクチュエータで構成可能である。図１では、平行平板２１のある一瞬での回動状態を示しているが、平行平板２１は絶えず回動するように平板回動機構２２によって駆動される。なお、平行平板２１の水平方向および垂直方向は、監視対象である物体の水平方向および垂直方向、つまり、広角撮影レンズ１１の光軸に垂直な面内で互いに垂直な２方向にそれぞれ対応しているものとする（以下での説明において、レーザ光走査機構１４における水平方向および垂直方向は、広角撮影レンズ１１の光軸に垂直な面内で互いに垂直な２方向にそれぞれ対応しているものとする）。
【００５４】
上記の構成において、レーザ光源２から出射されたレーザ光は、平行平板２１を透過した後、凹レンズ１３で光束幅が拡大され、光路合成プリズム１２によって広角撮影レンズ１１の方向に反射される。そして、上記レーザ光は、広角撮影レンズ１１を介して物体側に出射され、物体の一部を照明する。物体で反射された照明光は、上記とは逆の光路を辿り、広角撮影レンズ１１に入射した後、光路合成プリズム１２を透過し、撮像センサ４に入射する。
【００５５】
ここで、入射するレーザ光の光路に対して平行平板２１が傾いていると、レーザ光は平行平板２１を透過する際に、面２１ａにて、平行平板２１が傾いている方向に屈折され、面２１ｂで再び元の角度に屈折されて（面２１ａに入射する前の光路と平行な光路で）出射される。つまり、上記レーザ光は、平行平板２１を透過する際に、平行平板２１の厚みに応じた量だけ平行移動する。しかも、平行平板２１の傾きを変化させることによって、平行平板２１に対するレーザ光の入射角が変化して屈折角も変化する。このため、平行平板２１の回動により、平行平板２１から出射されるレーザ光を、平行平板２１の回動角度に応じた量だけ平行移動させることができる。
【００５６】
例えば、平行平板２１として、厚さが３４ｍｍで、波長９００ｎｍに対する屈折率が１．５１の透明基板を使用した場合は、水平方向に±１３°、垂直方向に±７．３５°だけ傾くように平行平板２１を回動させることにより、水平方向に±２．６ｍｍ、垂直方向に±１．４７ｍｍのレーザ光の平行移動が起こる。また、平行平板２１として薄いもの（例えば厚さが２５ｍｍの平板）を使用した場合は、水平方向に±１７．５°、垂直方向に±１０°だけ傾くように平行平板２１を回動させることにより、水平方向に±２．６ｍｍ、垂直方向に±１．４７ｍｍのレーザ光の平行移動が起こる。
【００５７】
本実施形態では、上述のように、広角撮影レンズ１１は、像側がほぼテレセントリックな光学系であるため、像側でレーザ光が平行移動すると、物体側では照明光（レーザ光）の角度が変化する。したがって、平板回動機構２２によって平行平板２１を回動させて、平行平板２１から出射されるレーザ光を平行移動させることにより、物体に照射されるレーザ光を走査することができる。つまり、対角１／６インチの撮像センサ４で撮影している範囲の中で、上記範囲の一部を照明するレーザ光の照明位置を順にシフトさせることができる。
【００５８】
レーザ光は、（凹レンズ１３によって光束幅を拡大しても）照明範囲が狭く、広角撮影レンズ１１を介して広角で撮影している範囲の一部分しか照明できない。しかし、上記のようなレーザ光を走査して照明位置を順にシフトさせることにより、撮像センサ４では、各照明位置で撮影された画像を１フレーム分足し合わせて、１つの明るい広角の撮影画像を得ることができる。つまり、１フレーム分の撮影に要する時間内でレーザ光を走査して、各照明位置を順にシフトさせる一方、撮像センサ４では、物体からの光（照明光の反射光）の受光量に応じた電荷を各画素で蓄積しておき、１フレーム分のレーザ光の走査が終了した時点で、蓄積された電荷を各画素から読み出すことにより、撮影している全範囲にわたって明るい撮影画像を得ることができる。
【００５９】
可視光や近赤外光を受光するセンサは、中赤外光や遠赤外光を受光するセンサに比べて、安価であり、画素数が多くても小型である。したがって、そのような安価で画素数が多く、小型の撮像センサ４と、照明範囲の狭いレーザ光を出射するレーザ光源２とを用いた構成であっても、遠方の物体を撮影して監視することができる。また、広角撮影レンズ１１が照明光学系３の一部を兼ねているため、小型の監視システム１を実現することができ、また、上記のようにレーザ光による照明と撮像センサ４による撮影とを同時に行って、夜間でも遠方の物体の有無を監視することができる。
【００６０】
なお、レーザ光によって物体が照明されていない間は暗闇となるので、撮像センサ４において、シャッタで読み出し時間を制限することは不要である。また、１フレーム分の電荷を蓄積しておく場合、１フレームの間、シャッタは開けておけばよいので、レーザレーダとは異なり、レーザ光の走査タイミングと撮像センサ４のシャッタとを同期させることも不要である。
【００６１】
また、本実施形態では、撮影用の光学系（広角撮影レンズ１１）と撮像センサ４との間の光路中に光路合成プリズム１２を置き、照明用のレーザ光を、光路合成プリズム１２を介して広角撮影レンズ１１に入射させ、広角撮影レンズ１１を通して物体を照明している。このように、光路合成プリズム１２を用いることにより、広角撮影レンズ１１が、物体を照明する照明光学系３の一部を兼ねる構成を確実に実現することができる。
【００６２】
また、レーザ光走査機構１４は、平行平板２１と、平板回動機構２２とを有している。平板回動機構２２によって平行平板２１を回動させることにより、上述のように平行平板２１に入射するレーザ光を走査することができる。
【００６３】
また、照明範囲の狭いレーザ光を使って物体を照明する場合、前述のようにレーザ光の走査が必要となる。遠方を照明できる出力の強いレーザは、ほぼ平行光でレーザ光源から出射され、光束幅も狭いので、レーザ光源の近くに、レーザ光を偏向して走査するミラーのような光学素子を置き、上記ミラーでレーザ光を偏向し、そのレーザ光で物体を直接照明する構成とすれば、小型の走査機構が実現できるとも考えられる。
【００６４】
しかし、ミラーを用いた上記走査機構で遠方を照明する場合において、小さな光束幅では撮影範囲全面を照明するために何度もミラーを往復させなければならない。また、強い光線が人の眼に照射されて傷つける可能性もあるため、レーザ光の光束幅を適度に広げることを考える必要もある。このとき、上記走査機構の物体側に、光束幅を広げるための光学系を設置すると、上記光学系は大型なものとなる。しかも、点光源を面状に照射するので、撮影光学系とは別の光学系にする必要がある。逆に、レーザ光源の近くに、光束幅を広げる光学系を置き、上記光学系の物体側に走査用のミラーを置くと、上記光学系をある程度小さく構成することはできるが、光束幅を広げたレーザ光を走査するためのミラーが大型化してしまう。
【００６５】
この点、本実施形態では、広角撮影レンズ１１と撮像センサ４との間の光路中に光路合成プリズム１２を配置し、その光路合成プリズム１２に対してレーザ光源２側にレーザ光走査機構１４を配置し、平行平板２１の回動によってレーザ光を走査する構成としているため、平行平板２１として小型のものを用い、その平行平板２１の回動角度が小さくても、撮像センサ４の撮影範囲全体にわたって、レーザ光の照明位置をシフトさせて照明することができる。また、平行平板２１の回動角度が小さくて済むため、本実施形態のように、レーザ光の光束幅を広げるための光学系（本実施形態では凹レンズ１３）を平行平板２１の光出射側に配置する構成としても、その凹レンズ１３の大型化を回避できる。さらに、凹レンズ１３を平行平板２１の光出射側に配置することで、平行平板２１とレーザ光源２とを近づけた配置も可能となる。よって、光路合成プリズム１２とレーザ光走査機構１４とを用いる構成では、照明系と撮像系とで光路合成を行わずにミラーでレーザ光を走査して物体を照明する構成に比べて、装置全体の小型化が非常に容易となる。
【００６６】
また、レーザ光走査機構１４は、物体に照射するレーザ光を、広角撮影レンズ１１の光軸に垂直な面内で互いに垂直な２方向（水平方向、垂直方向）に走査するため、撮像センサ４にて広角の撮影画像を得る場合でも、照明範囲の狭いレーザ光を水平方向および垂直方向に走査して、１フレーム分全体で、水平方向および垂直方向に明るい撮影画像を得ることができる。
【００６７】
ところで、図２は、本実施形態の監視システム１の他の構成を示している。上述した光路合成プリズム１２の代わりに、平行平板型の光路合成素子１２’（光路合成部材）を配置してもよい。光路合成素子１２’は、透明な平行平板１２ｂの一方の面側に、ハーフミラーとして機能する反射膜１２ａを形成して構成されている。そして、光路合成素子１２’の平行平板１２ｂを透過する光が照明光（レーザ光）となり、反射膜１２ａで反射される光が物体側から撮像センサ４に向かう物体光となるように、各部材が配置されている。このように光路合成素子１２’を用いた場合でも、照明系と撮像系とで光路を合成して、コンパクトな構成を実現することができる。
【００６８】
なお、光路合成素子１２’の平行平板１２ｂを透過する光を照明光としているのは、平行平板１２ｂを光路中に斜めに挿入すると、収差（例えば非点隔差）が生じてしまい、平行平板１２ｂを透過する光を撮像光とすると、上記収差によって画像性能が劣化することを考慮したことによる。
【００６９】
〔実施の形態２〕
図３は、本発明の他の実施の形態に監視システム１に適用されるレーザ光走査機構１４の構成を示す説明図である。レーザ光走査機構１４は、平行平板２３（第２の平行平板）と、駆動機構２４とを有して構成されていてもよい。なお、監視システム１において、レーザ光走査機構１４以外の構成は、図１で示した実施の形態１と同様とする。
【００７０】
駆動機構２４は、スライド機構２４ａおよび回動機構２４ｂを有している。スライド機構２４ａは、平行平板２３を厚み方向に垂直な方向（例えば物体の水平方向に対応する方向）にスライドさせる機構であり、例えばカム、シャフト、モータなどを含む一般的なスライド機構で構成されている。回動機構２４ｂは、平行平板２３のスライド方向に沿った軸を回動軸として、平行平板２３を回動させる機構であり、例えばピエゾ素子などのアクチュータで構成されている。したがって、回動機構２４ｂにより、例えば物体の垂直方向に対応する方向に平行平板２３を回動させることができる。なお、スライド機構２４ａが、物体の垂直方向に対応する方向に平行平板２３をスライドさせ、回動機構２４ｂが、物体の水平方向に対応する方向に平行平板２３を回動させる構成であってもよい。
【００７１】
平行平板２３は、互いに対向する面２３ａ・２３ｂを有しており、レーザ光源２からのレーザ光が垂直に入射するように位置している。平行平板２３の面２３ａは、上記レーザ光の入射面であり、面２３ｂは、入射したレーザ光の出射面である。また、面２３ａ・２３ｂは、それぞれ回折面である。これらの回折面は、例えば面２３ａ・２３ｂの表面に回折格子（ブレーズ型、櫛刃型など）を形成したり、ホログラム光学素子を配置することによって実現することができる。ここでは、面２３ａ・２３ｂは、直線形状の回折格子で形成されている。
【００７２】
図４は、平行平板２３の各面２３ａ・２３ｂの回折特性を模式的に示している。同図のように、面２３ａ・２３ｂの回折特性は、平行平板２３の厚み方向に垂直なスライド方向において、レーザ光の入射位置によって回折角度が連続的に変化し、かつ、面２３ａに垂直に入射したレーザ光が面２３ｂから垂直に出射されるように設定されている。なお、本実施形態では、図４に示すように、面２３ａ・２３ｂの回折特性が、スライド方向の中央部に対してスライド方向に対称となっているが、非対称であってもよい。
【００７３】
この構成では、レーザ光源２から出射されたレーザ光は、平行平板２３の面２３ａに垂直に入射し、面２３ａで回折された後、面２３ｂでさらに回折されて、面２３ｂに対して垂直な方向に出射される。このとき、面２３・２３ｂは、レーザ光の入射位置によって回折角度が連続的に（無段階に）変化する回折特性を有しているため、平行平板２３を上記スライド方向にスライドさせることにより、図３に示すように、レーザ光の出射位置をスライド方向（例えば水平方向）にシフトさせることが可能となる。しかも、平行平板２３の上記した回折特性により、平行平板２３のスライド量に応じて、スライド方向におけるレーザ光のシフト量を連続的に変化させることができる。したがって、平行平板２３を連続的にスライドさせることにより、レーザ光をスライド方向に連続的にシフトさせることができる。その結果、図３の構成であっても、レーザ光を（上記スライド方向に）走査することができる。
【００７４】
また、回折格子は１次元（一方向）の走査しかできないため、他方向の走査は、回動機構２４ｂによって平行平板２３を垂直方向に回動させることによって行われる。すなわち、一方向にはスライド機構２４ａによる平行平板２３のスライドによってレーザ光を走査し、他方向には回動機構２４ｂによる平行平板２３の回動によってレーザ光を走査することにより、広角撮影レンズ１１の光軸に垂直な面内で、レーザ光を互いに垂直な２方向（水平方向、垂直方向）に走査することができる。
【００７５】
このとき、例えば撮像センサ４が横長（水平方向の長さ＞垂直方向の長さ）の撮像領域を持つ場合、つまり、撮影画像が横長となる場合、垂直方向の回動角度は（水平方向にも回動を行う場合に比べて）小さな角度でよいため、例えば厚さ２５ｍｍの平行平板２３を垂直方向に±１０°だけ傾けることにより、対角１／６インチサイズの撮像センサ４の垂直方向の撮影範囲を走査することができる。
【００７６】
また、撮像領域が横長である場合、例えば、水平方向に平行平板を回動させてレーザ光を走査する構成では、平行平板を大きく回動させることが必要となり、駆動機構やレーザ光走査機構が大型化することが懸念される。これに対して、図３のように、水平方向においては、回折面での回折効果を利用し、平行平板２３をスライドさせることによってレーザ光を走査することにより、水平方向において平行平板２３を大きく傾けることなくレーザ光を走査することができるため、平行平板２３を駆動する駆動機構２４ひいてはレーザ光走査機構１４をさらに小型化することが可能となる。
【００７７】
なお、平行平板２３の両面に施す回折格子は、同心円の形状であってもよい。この場合でも、上記回折格子は、断面がブレーズ型や櫛刃型（ステップ型）であってもよく、体積ホログラムであってもよい。この構成では、平行平板２３を面２３ａ・２３ｂに沿う互いに垂直な２方向（水平方向（Ｘ方向）、垂直方向（Ｙ方向））にスライドできるように、スライド機構２４ａを構成することで、レーザ光を、互いに垂直な２方向（Ｘ方向およびＹ方向に対応する方向）に走査することができる。また、レーザ光源２からレーザ光走査機構１４および広角撮影レンズ１１を介して撮影中心を照明する光束は、上記同心円の中心を通ることが望ましい。
【００７８】
また、駆動機構２４は、平行平板２３の中央が例えばＸ方向に沿って直線的に移動するように、平行平板２３を駆動（スライド）させてもよいが、曲線的にスライドさせてもよい。例えば、駆動機構２４は、面２３ａ・２３ｂに沿った面内でＹ方向の軸に対して対称な放物線を考えたときに、平行平板２３の中央がこの放物線に沿って移動するように、平行平板２３を駆動（スライド）させてもよい。このときの平行平板２３の移動軌跡に沿った回折特性は、図４と同様である。
【００７９】
なお、図３のレーザ光走査機構１４を用いる場合、光路合成プリズム１２と平行平板２３との間に配置される凹レンズ１３（図１参照）としては、垂直方向と水平方向とでわずかに屈折力の異なる非球面レンズを使用することが望ましい。これは、回折特性を有する平行平板２３によってレーザ光が水平方向にわずかに発散してしまうのを補正するためである。
【００８０】
ところで、図５は、本実施形態のレーザ光走査機構１４の他の構成を示す説明図である。レーザ光走査機構１４は、平行平板２３の代わりに、音響光学素子であるＡＯＤ（Acousto-Optic Deflector）２３’を配置した構成であってもよい。この場合、駆動機構２４は、上述した回動機構２４ｂと、駆動回路２４ｃ（第１の駆動回路）とで構成されてもよい。駆動回路２４ｃは、ＡＯＤ２３’の結晶に超音波（信号）を与える駆動回路であり、ＡＯＤ２３’の結晶に与える超音波の振動数を変化させることにより、ＡＯＤ２３’に入射するレーザ光の回折角度を変化させて、レーザ光を出射させる。
【００８１】
ＡＯＤは、溶融クリスタルなどの結晶に超音波振動を加えることで、周期的な屈折率の変化が生じ、回折格子として働く。そして、与える超音波の振動数に応じて回折格子の間隔を変化させることにより、回折角度を自在に変更できる。したがって、ＡＯＤ２３’に付与する超音波の振動数を変化させて、レーザ光の回折角度を変化させることにより、ＡＯＤ２３’からのレーザ光の出射位置をシフトさせることができ、これによって、レーザ光を走査することができる。また、超音波振動は、電気的に与えられるため、平板の表面に溝が刻まれた回折素子（平行平板２３）を使う場合と異なり、機械的な駆動（アクチュエータ）は不要である。また、ＡＯＤ２３’は、駆動の応答も速い。
【００８２】
図５のように、ＡＯＤ２３’を１個のみ用いる構成では、水平方向および垂直方向のうちの一方向には、ＡＯＤ２３’によってレーザ光を走査できるため、他方向には、回動機構２４ｂによる単純な回動により、レーザ光を走査すればよい。これにより、レーザ光を互いに垂直な２方向（水平方向、垂直方向）に走査することができる。
【００８３】
なお、ＡＯＤ２３’を２個使用し、これらの間隔をある程度あけて配置することで、両面に回折格子を施した平行平板２３（図３、図４参照）と同様の機能を実現することができる。この場合、水平方向および垂直方向のそれぞれの方向におけるレーザ光の走査を、対応するＡＯＤ（２個のＡＯＤのどちらか）によって行うことができるため、駆動機構２４を駆動回路２４ｃのみで構成することができる（回動機構２４ｂを省略した構成とすることができる）。
【００８４】
また、ＡＯＤ２３’の四辺に超音波振動子を設け、振動を同期させて、４つの超音波振動子の強さの組み合わせを変えることで、斜め方向の回折素子を実現することができる。したがって、この場合も、回動機構を使用せずに、水平方向および垂直方向のそれぞれの方向におけるレーザ光の走査を実現できる。
【００８５】
〔実施の形態３〕
図６は、本発明のさらに他の実施の形態に監視システム１に適用されるレーザ光走査機構１４の構成を示す説明図である。レーザ光走査機構１４は、平面ミラー２５と、回転放物面ミラー２６と、ミラー回動機構２７と、集光レンズ２８とを有して構成されてもよい。なお、監視システム１において、レーザ光走査機構１４以外の構成は、図１で示した実施の形態１と同様とする。
【００８６】
回転放物面ミラー２６は、回転放物面形状の反射面を有するミラーであり、対角１／６インチサイズの撮像センサ４が撮影する範囲とほぼ対応する大きさで形成されている。平面ミラー２５は、レーザ光源２からのレーザ光を回動中心Ｏにて反射させて、回転放物面ミラー２６に導く。平面ミラー２５の回動中心Ｏは、回転放物面ミラー２６の焦点位置にある。ミラー回動機構２７は、平面ミラー２５を水平方向および垂直方向に回動させる機構であり、例えばピエゾ素子などのアクチュエータで構成される。集光レンズ２８は、例えば凸レンズで構成されており、レーザ光源２の直後、すなわち、レーザ光源２と平面ミラー２５との間の光路中に配置されて、レーザ光源２から出射されたレーザ光を平面ミラー２５の回動中心Ｏに集光させる。
【００８７】
上記の構成において、レーザ光源２から出射され、集光レンズ２８を介して平面ミラー２５の回動中心Ｏに入射したレーザ光は、その回動中心Ｏで反射された後、回転放物面ミラー２６に入射する。ミラー回動機構２７によって平面ミラー２５を回動させることにより、平面ミラー２５で反射されたレーザ光の、回転放物面ミラー２６に入射する位置が変化する。このとき、平面ミラー２５の回動中心Ｏは、回転放物面ミラー２６の焦点位置にあるため、平面ミラー２５がどの回動位置にあっても、平面ミラー２５で反射されて回転放物面ミラー２６の各位置に入射したレーザ光は、そこで反射されて同一方向に（互いに平行な方向に）出射される。
【００８８】
つまり、この場合、平面ミラー２５の回動位置に応じて、回転放物面ミラー２６にて反射されるレーザ光の高さ、すなわち、平面ミラー２５に入射する前のレーザ光の光路からの距離が変化する。したがって、平面ミラー２５の水平方向および垂直方向の回動によって、回転放物面ミラー２６に入射するレーザ光の入射位置を水平方向および垂直方向に変化させることにより、広角撮影レンズ１１の光軸に垂直な面内で、レーザ光を互いに垂直な２方向（水平方向、垂直方向）に走査することができ、これによって、レーザ光の照明位置を上記２方向にシフトさせることができる。
【００８９】
なお、平面ミラー２５の回動中心Ｏが平面ミラー２５の面中心とわずかにずれる場合でも、回転放物面ミラー２６の焦点位置と回動中心Ｏとを一致させ、集光レンズ２８の集光点（結像点）も回動中心Ｏと一致させるようにすればよい。
【００９０】
図７は、本実施形態のレーザ光走査機構１４の他の構成を示す説明図である。レーザ光走査機構１４は、平面ミラー２５の代わりにＡＯＤ２９を配置し、ミラー回動機構２７の代わりに駆動回路３０（第２の駆動回路）を配置した構成であってもよい。ＡＯＤ２９の一部２９ａは、回転放物面ミラー２６の焦点位置にある。ＡＯＤ２９は、レーザ光源２からのレーザ光を上記一部２９ａにて回折反射させて、回転放物面ミラー２６に導く。
【００９１】
駆動回路３０は、ＡＯＤ２９の結晶に超音波（信号）を与える駆動回路であり、ＡＯＤ２９の結晶に与える超音波の振動数を変化させることにより、ＡＯＤ２９でのレーザ光の回折角度を変化させて、回転放物面ミラー２６に入射するレーザ光の入射位置を変化させる。
【００９２】
上記の構成において、レーザ光源２から出射され、集光レンズ２８を介してＡＯＤ２９の一部２９ａに入射したレーザ光は、そこで回折反射された後、回転放物面ミラー２６に入射する。駆動回路３０によって、ＡＯＤ２９に与える超音波の振動数を変化させることにより、ＡＯＤ２９で回折反射されるレーザ光の回折角度が変化し、これによって、回折反射されたレーザ光の回転放物面ミラー２６に入射する位置が変化する。このとき、ＡＯＤ２９の一部２９ａは、回転放物面ミラー２６の焦点位置にあるため、ＡＯＤ２９の一部２９ａで反射されて回転放物面ミラー２６の各位置に入射したレーザ光は、そこで反射されて同一方向に（互いに平行な方向に）出射される。したがって、この場合でも、ＡＯＤ２９に与える超音波の振動数に応じて、回転放物面ミラー２６にて反射されるレーザ光の高さが変化する。その結果、レーザ光を上記高さ方向に走査することができる。なお、水平方向および垂直方向の両方向の走査をＡＯＤ２９によって行ってもよいし、一方向の走査のみをＡＯＤ２９によって行い、他方向の走査を回動機構（図示せず）によって行ってもよい。
【００９３】
〔実施の形態４〕
図８は、本発明のさらに他の実施の形態に係る監視システム１の主要部の構成を示すブロック図である。本実施形態の監視システム１は、上述した実施の形態１〜３で示した構成が適用可能なシステムであり、レーザ光源２、撮像センサ４、レーザ光走査機構１４等の他に、画像認識部３１、測距部３２、報知部３３、通信部３４および制御部３５を備えている。
【００９４】
制御部３５は、監視システム１の各部の動作を制御するブロックであり、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ；Central Processing Unit）で構成されている。なお、上記した画像認識部３１および測距部３２は、制御部３５と一体的に構成されていてもよいし、他の演算部や、特定の処理を行う回路で構成されてもよい。
【００９５】
画像認識部３１は、撮像センサ４にて撮影されて取得された画像の画像データに対して画像認識処理を行うことにより、不審者または不審物を認識するブロックである。上記の画像認識処理には、例えば、撮像センサ４にて取得された画像の画像データに対して、物体（人、自転車、バイク、自動車、無人飛行機などを含む）の輪郭を抽出してパターンマッチング等の手法で形状を認識する処理が含まれる。このような画像認識処理により、物体の接近や侵入を認識して、それが不審者または不審物であるか否かを判断することができる。
【００９６】
測距部３２は、監視システム１から物体までの距離を測定するブロックである。例えば。制御部３５により、レーザ光源２をパルス発光させ、そのパルス発光と同期して撮像センサ４のシャッタを駆動させると、測距部３２は、パルス発光によって出力されたレーザ光が物体で反射されて撮像センサ４に入射するまでの時間Ｔ（ｓｅｃ）を計測する。したがって、測距部３２は、上記時間Ｔと光の速度Ｖ（例えば３×１０8ｍ／ｓｅｃ）とから、物体までの距離Ｓ（＝Ｔ×Ｖ）を測定することができる（いわゆるTime of Flight（ＴＯＦ）方式）。
【００９７】
報知部３３は、画像認識部３１での画像認識によって不審者または不審物が認識された場合に、その旨を外部に報知するブロックであり、例えば音や音声を出力する出力部（ブザー、スピーカーなど）で構成されている。通信部３４は、画像認識部３１での画像認識によって不審者または不審物が認識された場合に、その旨の情報を外部に出力するためのインターフェースとなる部分であり、インターネットなどの通信回線（有線、無線のどちらでもよい）と接続されている。
【００９８】
図９は、本実施形態の監視システム１における動作の流れを示すフローチャートである。定常監視（Ｓ１〜Ｓ４）では、画像認識部３１での画像認識処理により、人、自転車、バイク、自動車などの不審者や不審物（以下、不審者等とも称する）の接近および侵入を検知する処理を行っている。
【００９９】
すなわち、定常監視では、レーザ光走査機構１４によるレーザ光の走査のもとで、撮像センサ４によって遠方を撮影する（Ｓ１）。このとき、昼間は、可視光および近赤外光のレーザ光で遠方を照明して撮影し、夜間は近赤外光のレーザ光で遠方を照明して撮影することが望ましい。近赤外光は、人の眼には見えない光であるので、不審者等に気付かれることなく遠方を撮影でき、また、近隣への配慮も可能となる（近隣に監視中であることを悟られなくて済む）。
【０１００】
次に、画像認識部３１は、撮像センサ４での撮影によって取得された画像に対して画像認識処理を行う（Ｓ２）。Ｓ２の結果、画像認識部３１が不審者等の存在を認識した場合（Ｓ３にてＹｅｓ）、制御部３５は報知部３３を動作させて、不審者等の存在を周囲に報知（警告）するとともに、不審者等が侵入した旨の情報を、通信部３５を介して外部（例えば警備会社）に送信する（Ｓ４）。
【０１０１】
なお、例えば、監視システム１から２００ｍの距離にある３０ｃｍ四方の物体は、撮像センサ４においては、１．５×１．５画素の範囲に撮影される。この程度の大きさの物体であれば、画像認識部３１にて物体の検知が可能である。また、撮影範囲を物体が横切る際に、水平方向よりも短い垂直方向に、一直線に時速５０ｋｍで横切ったとしても、その物体を撮像センサ４にて約１６０秒間撮影できる。したがって、画像認識部３１は、この撮影の間に画像認識などにより物体の正体を認知することが可能である。
【０１０２】
一方、Ｓ２の結果、画像認識部３１が不審者等の存在を認識しなかった場合（Ｓ３にてＮｏ）、認識が困難であった可能性があるため、定常監視を離れてＳ５に移行する。ここで、不審者等の存在の認識が困難である場合とは、例えば撮影画像において不鮮明な部分があったり、小さい物体の画像があり、画像認識処理では不審者等と明確に認識できない場合を想定することができる。
【０１０３】
Ｓ５では、制御部３５は、レーザ光源２をパルス発光させるとともに、そのパルス発光と同期して撮像センサ４のシャッタを駆動する。そして、測距部３２は、パルス発光によって出力されたレーザ光が遠方の物体で反射されて撮像センサ４に入射するまでの時間を計測して、物体までの距離を測定する（Ｓ６）。その後、画像認識部３１は、Ｓ２での画像認識処理の結果と、Ｓ６にて測距部３２にて測定された距離とに基づいて、不審者等の存在の有無を判断する（Ｓ７）。上記した距離測定により、撮影された物体のおよその大きさや形状が判明するため、その物体が、注意しなければならない不審者等であるか、虫や鳥など無害のものであるかを容易に判断することが可能となる。
【０１０４】
Ｓ７にて、画像認識部３１が不審者等の存在ありと判断した場合（Ｓ７にてＹｅｓ）、Ｓ４に移行して、不審者等が存在していることの周囲への報知および外部への情報送信を行う（Ｓ４）。一方、Ｓ７にて、画像認識部３１が不審者等の存在なしと判断した場合（Ｓ７にてＮｏ）、制御部３５は、レーザ光源２の発光を、パルス発光から通常の発光（常時発光）に戻し（Ｓ８）、その後は、Ｓ１に戻って以降の処理を繰り返す。
【０１０５】
以上のように、画像認識部３１は、Ｓ１で撮影された画像に対して画像認識処理を行って不審者等を認識するため（Ｓ２、Ｓ７）、不審者等を、無害な物体（動物、植物、木の葉、ごみなど）と区別して認識することが可能となり、高度な監視システム１を実現することが可能となる。
【０１０６】
また、公共のインフラ（インフラストラクチャー；産業や生活の基盤として整備される施設）や、公共の建物などの重要な施設では、不審者等の侵入監視を２４時間行っている場合が多い。このような施設では、害を及ぼさない物体（上述したゴミ等）によって頻繁に侵入者がいるような警報が発せられることが考えられる。このような場合、監視システムで警備を行っている人は、何らかの行動を起こし、誤報であることを１つ１つ確認しなければならない。時には、侵入したと思われる場所まで駆けつけて、誤報を発した原因を突き止める必要がある。
【０１０７】
これに対して、上述した本実施形態の監視システム１では、撮像センサ４を利用し、画像認識部３１を駆使することにより、予め無害なものと有害である可能性のあるものとに分けて認識することができるため、警備を行う人が誤報により現場まで駆けつける必要性を最小限に抑えることが可能となる。
【０１０８】
また、画像認識部３１は、Ｓ７において、上述した画像認識処理の結果と、測距部３２にて測定された距離とに基づいて、不審者等の存在の有無を判断するため、撮影された物体の画像が不鮮明であったり、物体の画像が小さい場合でも、物体のおよその大きさや形状を把握して、不審者等の存在の有無を判断することができる。その結果、監視システム１において不審者等の監視の精度を向上させて、より高度な監視を行うことが可能となる。
【０１０９】
〔補足〕
以上では、照明用のレーザ光源２として、波長９００ｎｍ付近に強度ピークを持つレーザ光を出射する光源を使用した例について説明したが、使用するレーザ光源はこれに限定されるわけではない。例えば、波長７８０ｎｍや８２０ｎｍ付近に強度ピークを持つレーザ光を出射する光源を使用することも可能である。ただし、撮像センサ４が感度を十分に持っている波長域内のレーザ光を出射する光源を用いることが必要である。
【０１１０】
また、撮影していることを周囲に知らせたい場合などは、レーザ光として可視光を出射する光源を使用すればよい。撮影していることを周囲に知らせることで、防犯や威嚇の効果もあるためである。その際に、波長４５０ｎｍや６５０ｎｍ付近のレーザ光を出射する光源や、それらの波長を変調して可視光にした視認性の良い緑色近辺のレーザ光源を使用してもよい。
【０１１１】
撮像センサ４は、可視光および近赤外光の少なくとも一方の波長域に感度を有するものであればよいため、撮像センサ４として、可視域から近赤外域にわたって感度を持つセンサを用いることもできるし、近赤外専用のセンサを用いることもできる。近赤外専用のセンサは、照明に使う９００ｎｍ付近の感度が高く、レーザ光の出力を抑えても撮影が可能となる。近赤外光の撮影では、画像はモノクロ表示となるが、可視光撮影でのモノクロ表示と類似しているため、人による確認の場合に違和感なく認識される。
【０１１２】
以上で説明した監視システム１では、照明用の光源として、レーザ光源２を用いており、ＬＥＤや小型の半導体レーザを用いていない。ＬＥＤは、波長や位相が不揃いであり、光が発散していく光源であるので、かなり高出力の明るいＬＥＤでも、せいぜい２０ｍくらいしか照明することができない。また、半導体レーザは、出力が小さく、たとえ位相および波長が揃っていても、１００ｍ〜３００ｍの遠方を照明するには不十分である。
【０１１３】
以上で説明した監視システム１では、凹レンズ１３により、レーザ光による照明光束の面積が、撮像センサ４による全撮影範囲の面積の１／１００程度になるようにレーザ光の光束幅を拡大しているが、光束幅を拡大する程度は、上記の例に限定されるわけではない。例えば、図１で示した構成では、レーザ光源２の出力が大きく、平板回動機構２２の駆動速度が遅い場合には、照明光束の面積が上記の１／１００よりも大きくなるように光束幅を拡大し、レーザ光源２の出力が小さく、平板回動機構２２の駆動速度が速い場合には、照明光束の面積が上記の１／１００よりも小さくなるように光束幅を拡大するようにしてもよい。
【０１１４】
各実施形態で使用される広角撮影レンズ１１は、特殊なものではなく、一般に市販されているものを使用することが可能である。対角１／６インチの撮像素子用のレンズ系で、水平画角９０°のものは、市販品のラインナップで揃えられている。レンズ系と撮像素子との間には、光路合成プリズム１２などの光路合成部材（光路分岐素子）が挿入されるが、像側テレセントリックに近い光学系では、ほとんどの場合、十分なレンズバックが確保されているため、そのような光路合成部材の挿入が容易である。
【０１１５】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、例えば建物から１００ｍ〜３００ｍだけ離れた遠方における物体の有無を監視する監視システムに利用可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
１      監視システム
２      レーザ光源
３      照明光学系
４      撮像センサ
１１      広角撮影レンズ
１２      光路合成プリズム（光路合成部材）
１２’    光路合成素子（光路合成部材）
１４      レーザ光走査機構
２１      平行平板（第１の平行平板）
２２      平板回動機構
２３      平行平板（第２の平行平板）
２３ａ    面（入射面）
２３ｂ    面（出射面）
２３’    ＡＯＤ（音響光学素子）
２４ａ    スライド機構
２４ｃ    駆動回路（第１の駆動回路）
２５      平面ミラー
２６      回転放物面ミラー
２７      ミラー回動機構
２９      ＡＯＤ（音響光学素子）
３０      駆動回路（第２の駆動回路）
３１      画像認識部
３２      測距部
３５      制御部
【図１】
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【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】
2017195569.tif 000009
【図８】
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【図９】
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