JP2011237059A - Space communication device - Google Patents

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Katsuji Imashiro
勝治 今城
Shunpei Kameyama
俊平 亀山
Kimio Asaka
公雄 浅香
Yoshihito Hirano
嘉仁 平野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a space communication device having high discriminability even when positions of two or more targets mutually get near, and also having the responsiveness to a modulation signal of a pulse train etc.SOLUTION: The space communication device includes: an interrogator (10) that has a radio wave signal transmission section (12), a scanner (13), a scanner control section (14), a light receiving section (17), and a signal processing section (18); and one or more responders (20) that have a radio wave signal receiving section (21), a responder information generating section (23), a modulating signal generator (24), and a light source (25). The light receiving section is composed of a light receiving element of a single element, the scanner control section controls the scanner to scan a receiving field of view two-dimensionally and transmits angular information on the scanner, and the signal processing section identifies the responder based on individual information included in a signal after demodulation and specifies the direction of the identified responder based on the angular information.

Description

本発明は、撮像視野内における目標の識別を目的とした空間通信装置に関するものである。   The present invention relates to a spatial communication device for the purpose of identifying a target within an imaging field of view.

従来のこの種の装置としては、例えば、質問機と応答機を備えた以下のような空間通信装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1における空間通信装置では、まず、質問機から電波もしくは光波の質問信号を送信する。一方、応答機側では、質問機から送信された質問信号を受信し、光波による応答信号を質問機に向けて送信する。   As a conventional device of this type, for example, the following spatial communication device including an interrogator and a responder is known (for example, see Patent Document 1). In the spatial communication device in Patent Document 1, first, a radio wave or light wave interrogation signal is transmitted from an interrogator. On the other hand, the responder receives the interrogation signal transmitted from the interrogator and transmits the response signal by the light wave toward the interrogator.

そして、質問機側では、応答機から返送される応答信号を受信し、目標の識別を行っている。ここで、質問機側において、応答機から返送される応答信号を受信するカメラには、応答信号の光波のみを透過する光フィルタが設置されており、背景光との識別を行っている。   Then, the interrogator receives the response signal returned from the responder and identifies the target. Here, on the interrogator side, a camera that receives the response signal returned from the responder is provided with an optical filter that transmits only the light wave of the response signal, and is distinguished from the background light.

特開2008-157479号公報JP 2008-157479 A

しかし、このような従来の空間通信装置では、次に示す課題があった。
複数の目標物の位置が接近していた場合には、応答信号が同じ位置から送信されたとみなされる。このため、受信カメラで撮像した画像からは、複数の目標物のそれぞれの位置を弁別することが困難であるという問題がった。
However, such a conventional space communication device has the following problems.
When the positions of a plurality of targets are approaching, it is considered that the response signal is transmitted from the same position. For this reason, there is a problem that it is difficult to discriminate each position of a plurality of targets from an image captured by the receiving camera.

このとき、応答機側から送信する応答信号にパルス列などの変調信号をかけて、質問機側の受信カメラで変調信号を受信することができれば、複数の目標物のそれぞれの位置を弁別することが可能となる。しかしながら、一般的な受信カメラでは応答性が低く、応答信号の識別が困難であるという問題があった。   At this time, if the modulation signal such as a pulse train is applied to the response signal transmitted from the responder side and the modulation signal can be received by the reception camera on the interrogator side, the positions of the plurality of targets can be discriminated. It becomes possible. However, a general receiving camera has a problem that the response is low and it is difficult to identify the response signal.

また、応答信号と同様の波長の背景光があった場合には、質問機側の受信カメラでは、応答機側から送信される応答信号と同様に、背景光が受信されてしまう。したがって、応答信号による信号成分と背景光による雑音成分との比である受信SN比が劣化し、目標の識別が困難になるという問題があった。   If there is background light having the same wavelength as the response signal, the reception camera on the interrogator side receives the background light in the same manner as the response signal transmitted from the responder side. Therefore, there has been a problem that the reception SN ratio, which is the ratio of the signal component due to the response signal and the noise component due to the background light, is deteriorated, making it difficult to identify the target.

このような受信SN比の劣化の問題に対しては、応答信号の送信パワーを上げることができれば、受信SN比を改善することができる。しかしながら、送信パワーを上げることで、応答信号用の送信機が大きくなるという問題、さらには、人の目に安全な送信パワーの制限を越えてしまうという問題があった。   For such a problem of degradation of the reception S / N ratio, the reception S / N ratio can be improved if the transmission power of the response signal can be increased. However, increasing the transmission power has a problem that the transmitter for the response signal becomes large, and further, there is a problem that the limit of the transmission power safe for human eyes is exceeded.

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、複数の目標物の位置が接近した場合においても高い識別性を備えるとともに、パルス列などの変調信号に対する応答性を兼ね備えた空間通信装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and has high discrimination even when the positions of a plurality of targets are close to each other, and also has responsiveness to a modulated signal such as a pulse train. An object is to obtain a spatial communication device.

本発明に係る空間通信装置は、1つの質問機および1つ以上の応答機を備えた空間通信装置であって、質問機は、質問信号を電波信号により送信する電波信号送信部と、電波信号に対する応答として、応答機からのレーザ光である応答信号を受信するために、受信視野をスキャンするスキャナと、スキャナを制御するためのスキャナ制御部と、スキャナによりスキャンされた応答信号を、受信レンズを介して受信する光受信部と、光受信部で受信された応答信号を電気信号に変換した後、復調処理する信号処理部とを有し、1つ以上の応答機のぞれぞれは、質問機から送信される質問信号を電波信号として受信するとともに、受信を知らせるトリガ信号を生成する電波信号受信部と、応答機の個体情報を生成する応答機情報発生部と、電波信号受信部で生成されたトリガ信号のタイミングで、応答機情報発生部で生成された個人情報をもとに変調信号を発生させる変調信号発生部と、変調信号発生部で発生された変調信号に基づいて変調された送信レーザ光を発生させる光源とを有し、質問機内の光受信部は、単素子の受光素子により構成され、質問機内のスキャナは、2次元スキャン機能を有し、質問機内のスキャナ制御部は、スキャナを制御することで、受信視野を2次元スキャンするとともに、信号処理部にスキャナの角度情報を送信し、質問機内の信号処理部は、復調処理後の信号に含まれている個人情報に基づいて、1以上の応答機の中のいずれの応答機からの応答信号であるかを識別するとともに、スキャナ制御部から受信した角度情報に基づいて、識別した応答機の方向を特定するものである。   The spatial communication device according to the present invention is a spatial communication device including one interrogator and one or more responders, and the interrogator includes a radio signal transmission unit that transmits a query signal using a radio signal, and a radio signal. As a response to the above, in order to receive a response signal that is a laser beam from the responder, a scanner that scans the reception field of view, a scanner control unit that controls the scanner, and a response signal scanned by the scanner, the receiving lens Each of the one or more responders includes: an optical receiver that receives the signal via the optical signal; and a signal processor that performs a demodulation process after the response signal received by the optical receiver is converted into an electrical signal. A radio signal receiving unit that receives a query signal transmitted from the interrogator as a radio signal, generates a trigger signal to notify the reception, a responder information generation unit that generates individual information of the responder, and a radio signal Based on the modulation signal generated by the modulation signal generator and the modulation signal generator that generates the modulation signal based on the personal information generated by the responder information generator at the timing of the trigger signal generated by the receiver And a light source that generates a modulated transmission laser beam. The optical receiver in the interrogator is composed of a single light receiving element. The scanner in the interrogator has a two-dimensional scan function. The scanner control unit controls the scanner to two-dimensionally scan the reception field of view and transmits the angle information of the scanner to the signal processing unit. The signal processing unit in the interrogator is included in the demodulated signal. The response signal from one or more responders is identified based on the personal information, and the identified responder is identified based on the angle information received from the scanner control unit. It is intended to identify direction.

本発明に係る空間通信装置によれば、質問信号を電波信号とし、応答信号をレーザ光信号とし、さらに、光受信部を単素子タイプで構成して2次元スキャンされた受信視野を逐次受信する構成を備えることにより、複数の目標物の位置が接近した場合においても高い識別を備えるとともに、パルス列などの変調信号に対する応答性を兼ね備えた空間通信装置を得ることができる。   According to the spatial communication device of the present invention, the interrogation signal is a radio wave signal, the response signal is a laser light signal, and the optical receiving unit is configured as a single element type to sequentially receive a reception field that is two-dimensionally scanned. By providing the configuration, it is possible to obtain a spatial communication device that has high identification even when the positions of a plurality of targets are close to each other and also has responsiveness to a modulated signal such as a pulse train.

本発明の実施の形態1における空間通信装置の構成図である。It is a block diagram of the spatial communication apparatus in Embodiment 1 of this invention.

以下、本発明の空間通信装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a spatial communication device of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における空間通信装置の構成図である。図1における本実施の形態1の空間通信装置は、質問機10と応答機20とを備えて構成されている。質問機10は、電波信号からなる質問信号を、ある所定の空間領域に送信する機能を有している。一方、応答機20は、質問機10からの質問信号に対し、光信号により応答する機能を有している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a spatial communication apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The spatial communication apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes an interrogator 10 and a responder 20. The interrogator 10 has a function of transmitting an interrogation signal composed of a radio wave signal to a predetermined space area. On the other hand, the responder 20 has a function of responding to an interrogation signal from the interrogator 10 with an optical signal.

ここで、質問機10は、送信位置検出部11、電波信号送信部12、スキャナ13、スキャナ制御部14、光フィルタ15、受信レンズ16、光受信部17、および信号処理部18を有している。このような質問機10としては、例えば、スキャナ13としてMEMSスキャナ、光受信部17として高速トランスインピーダンスアンプ付InGaAs APDといったものを用いることが考えられる。   Here, the interrogator 10 includes a transmission position detection unit 11, a radio signal transmission unit 12, a scanner 13, a scanner control unit 14, an optical filter 15, a reception lens 16, an optical reception unit 17, and a signal processing unit 18. Yes. As such an interrogator 10, for example, it is conceivable to use a MEMS scanner as the scanner 13 and an InGaAs APD with a high-speed transimpedance amplifier as the optical receiver 17.

一方、応答機20は、電波信号受信部21、受信位置検出部22、応答機情報発生部23、変調信号発生部24、光源25、姿勢検出部26、および照射方向設定部27を有している。このような応答機20としては、例えば、光源25として、波長1.5μm帯半導体レーザダイオードといったものを用いることが考えられる。   On the other hand, the responder 20 includes a radio signal receiver 21, a reception position detector 22, a responder information generator 23, a modulation signal generator 24, a light source 25, an attitude detector 26, and an irradiation direction setting unit 27. Yes. As such a responder 20, for example, a light source 25 having a wavelength of 1.5 μm band semiconductor laser diode may be used.

次に、本実施の形態1における空間通信装置の各構成要素の機能について説明する。
図1において、質問機10内の送信位置検出部11は、いわゆるGPSのようなものであり、質問機10自身の空間的な位置を検出する。そして、電波信号送信部12は、送信位置検出部11で検出された位置情報を含む情報をコード化し、このコードで変調された電波信号を規定の方向に規定の拡がり範囲で、質問信号として送信する。
Next, the function of each component of the spatial communication device according to the first embodiment will be described.
In FIG. 1, a transmission position detector 11 in the interrogator 10 is a so-called GPS, and detects the spatial position of the interrogator 10 itself. Then, the radio signal transmission unit 12 encodes information including the position information detected by the transmission position detection unit 11, and transmits the radio signal modulated by this code as a question signal in a prescribed direction in a prescribed direction. To do.

一方、応答機20内の電波信号受信部21は、電波信号送信部12から送信された電波信号を受信する。そして、電波信号受信部21は、この信号を受信したタイミングと同期した所定のある遅延時間の後、トリガ信号を変調信号発生部24に送る。さらに並行して、電波信号受信部21は、受信した電波信号に含まれている位置情報に基づいて、照射方向設定部27に対し、質問機10の位置を知らせる。   On the other hand, the radio signal receiver 21 in the responder 20 receives the radio signal transmitted from the radio signal transmitter 12. The radio signal receiver 21 then sends a trigger signal to the modulation signal generator 24 after a predetermined delay time synchronized with the timing of receiving this signal. In parallel, the radio signal receiver 21 informs the irradiation direction setting unit 27 of the position of the interrogator 10 based on the position information included in the received radio signal.

また、受信位置検出部22は、いわゆるGPSのようなものであり、応答機自身の空間的な位置を検出して、この位置情報信号を発生する。また、応答機情報発生部23は、応答者のシリアル番号をはじめとした個体情報を、応答機情報信号として発生する。   The reception position detection unit 22 is a so-called GPS, detects the spatial position of the responder itself, and generates this position information signal. The responder information generator 23 generates individual information including the responder's serial number as a responder information signal.

また、変調信号発生部24は、電波信号受信部21から受信したトリガ信号に同期して、受信位置検出部22から得た応答機20の位置情報、および応答機情報発生部23から得た応答機情報をコード化した変調信号を発生する。そして、変調信号発生部24は、この変調信号に基づいて、光源25の出力に対し強度変調をかける。   Also, the modulation signal generator 24 synchronizes with the trigger signal received from the radio signal receiver 21, and the position information of the responder 20 obtained from the reception position detector 22 and the response obtained from the responder information generator 23. A modulation signal in which machine information is encoded is generated. Then, the modulation signal generator 24 applies intensity modulation to the output of the light source 25 based on the modulation signal.

また、光源25は、変調信号発生部24により変調を受けた送信レーザ光を出力する。また、姿勢検出部26は、応答機20の空間における姿勢状態を検出し、この姿勢情報を照射方向設定部27に送る。そして、照射方向設定部27は、光源25から得た送信レーザ光を、電波信号受信部21から得た質問機10の位置情報、受信位置検出部22から得た応答機20の位置情報、および姿勢検出部26から得た姿勢情報に基づいて設定された方向の空間に対し送信する。   The light source 25 outputs the transmission laser light that has been modulated by the modulation signal generator 24. Further, the posture detection unit 26 detects the posture state in the space of the responder 20 and sends this posture information to the irradiation direction setting unit 27. Then, the irradiation direction setting unit 27 uses the transmission laser light obtained from the light source 25, the position information of the interrogator 10 obtained from the radio signal reception unit 21, the position information of the responder 20 obtained from the reception position detection unit 22, and It transmits to the space of the direction set based on the attitude | position information obtained from the attitude | position detection part 26. FIG.

これに対して、質問機10内のスキャナ13は、スキャナ制御部14により所定の角度で2次元にスキャンされ、受信レンズ16および光受信部17により決まる受信視野を2次元スキャンする。また、スキャナ制御部14は、スキャナ13の動きを制御するとともに、スキャナ13の角度情報を信号処理部18に逐次送る。また、光フィルタ15は、受信レンズ16に入射される光信号の内、所定の波長成分のみを透過させ、他の波長成分を除去する。   On the other hand, the scanner 13 in the interrogator 10 is two-dimensionally scanned at a predetermined angle by the scanner control unit 14, and two-dimensionally scans the reception visual field determined by the receiving lens 16 and the light receiving unit 17. The scanner control unit 14 controls the movement of the scanner 13 and sequentially sends angle information of the scanner 13 to the signal processing unit 18. The optical filter 15 transmits only a predetermined wavelength component of the optical signal incident on the receiving lens 16 and removes other wavelength components.

また、光受信部17は、スキャナ13、光フィルタ15、受信レンズ16を介し受信された受信光を、直接検波により電気領域からなる受信信号に変換し、この受信信号を、信号処理部18に送る。   The light receiving unit 17 converts the received light received through the scanner 13, the optical filter 15, and the receiving lens 16 into a received signal composed of an electric region by direct detection, and the received signal is sent to the signal processing unit 18. send.

そして、信号処理部18は、光受信部17からの受信信号を電気信号に変換した後、復調をかけるとともに、復調後の信号が応答機20からの信号であるか否かの識別を行う。さらに、信号処理部18は、この識別結果を、スキャナ制御部14から得たスキャナ角度情報と対応させ、各角度方向における応答機20の有無を識別する。   Then, the signal processing unit 18 converts the received signal from the optical receiving unit 17 into an electric signal, performs demodulation, and identifies whether the demodulated signal is a signal from the responder 20. Further, the signal processing unit 18 associates this identification result with the scanner angle information obtained from the scanner control unit 14 and identifies the presence / absence of the responder 20 in each angular direction.

次に、図1に示した本実施の形態1の空間通信装置の一連動作について説明する。
まず、質問機10は、電波信号からなる質問信号を、ある所定の空間領域に送信する。この際、送信位置検出部11は、質問機10自身の空間的な位置を検出して、この位置情報を、例えば、0もしくは1のビットによりコード化し、このコードで変調された電波信号を、電波信号送信部12から規定の方向に規定の拡がり範囲で送信する。
Next, a series of operations of the spatial communication apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described.
First, the interrogator 10 transmits an interrogation signal composed of a radio wave signal to a certain predetermined space area. At this time, the transmission position detection unit 11 detects the spatial position of the interrogator 10 itself, encodes this position information with, for example, 0 or 1 bit, and converts the radio wave signal modulated with this code, Transmission from the radio signal transmitter 12 in a specified direction in a specified direction.

次に、変調された電波信号の拡がり範囲内に応答機20が存在する場合、電波信号受信部21は、この電波信号を受信して前記コードを復調し、この復調信号を受信タイミングに同期させた同期信号として、変調信号発生部24に送る。さらに並行して、電波信号受信部21は、復調により得られた質問機10の位置情報信号を照射方向設定部27に送る。   Next, when the responder 20 exists within the spread range of the modulated radio signal, the radio signal receiver 21 receives the radio signal, demodulates the code, and synchronizes the demodulated signal with the reception timing. As a synchronized signal, it is sent to the modulation signal generator 24. In parallel, the radio signal receiver 21 sends the position information signal of the interrogator 10 obtained by demodulation to the irradiation direction setting unit 27.

さらに、受信位置検出部22は、応答機20自身の空間的な位置を検出して、この位置情報信号を発生する。また、応答機情報発生部23は、応答者の氏名をはじめとした応答機情報信号を発生する。そして、変調信号発生部24は、応答機20の位置情報および応答機情報を、0もしくは1のビットでコード化した変調信号を発生する。   Further, the reception position detector 22 detects the spatial position of the responder 20 itself, and generates this position information signal. The responder information generator 23 generates a responder information signal including the name of the responder. Then, the modulation signal generation unit 24 generates a modulation signal in which the position information of the responder 20 and the responder information are encoded with 0 or 1 bits.

そして、変調信号発生部24は、この変調信号に基づいて、光源25の出力に対し、前記ビットに対応したON・OFFの強度変調をかける。また、姿勢検出部26は、応答機20自身の空間における姿勢状態を検出し、この姿勢情報を照射方向設定部27に送る。   The modulation signal generator 24 applies ON / OFF intensity modulation corresponding to the bit to the output of the light source 25 based on the modulation signal. In addition, the posture detection unit 26 detects the posture state in the space of the responder 20 itself and sends this posture information to the irradiation direction setting unit 27.

次に、光源25は、変調信号発生部24により変調を受けた送信光を応答信号として発生し、照射方向設定部27に送る。そして、照射方向設定部27は、質問機10の位置情報、応答機20の位置情報、および応答機20の姿勢情報から、送信光の拡がり角の範囲内に質問機10が含まれるための送信光の照射方向を求め、この方向に送信光を照射する。   Next, the light source 25 generates transmission light modulated by the modulation signal generation unit 24 as a response signal, and sends it to the irradiation direction setting unit 27. Then, the irradiation direction setting unit 27 transmits the interrogator 10 included in the range of the spread angle of the transmission light from the position information of the interrogator 10, the position information of the responder 20, and the attitude information of the responder 20. A light irradiation direction is obtained, and transmission light is irradiated in this direction.

送信された光は、所定の角度で拡がりながら伝搬するが、この際、質問機10がこの拡がり角の範囲内となるように、送信光が照射されている。この結果、質問機10の受信視野内に、照射方向設定部27の送信箇所が含まれる状態において、応答機20から送信された応答信号が、質問機10により受信されることとなる。   The transmitted light propagates while spreading at a predetermined angle. At this time, the transmitted light is irradiated so that the interrogator 10 falls within the range of the spread angle. As a result, the response signal transmitted from the responder 20 is received by the interrogator 10 in a state where the transmission location of the irradiation direction setting unit 27 is included in the reception field of view of the interrogator 10.

質問機10は、上述した質問信号の送信と並行して、スキャナ13をスキャナ制御部14により所定の角度で2次元にスキャンし、受信レンズ16および光受信部17により決まる受信視野を2次元スキャンする。   In parallel with the transmission of the interrogation signal described above, the interrogator 10 scans the scanner 13 two-dimensionally at a predetermined angle by the scanner control unit 14, and two-dimensionally scans the reception field of view determined by the receiving lens 16 and the light receiving unit 17. To do.

このスキャンにおいて、照射方向設定部27の送信箇所が、質問機10の受信視野内に含まれる状態になると、光受信部17は、スキャナ13、光フィルタ15、受信レンズ16を介し受信された受信光を、直接検波により電気領域からなる受信信号に変換する。そして、光受信部17は、変換後の受信信号を信号処理部18に送る。一方、スキャナ制御部14は、スキャナ13の動きを制御するとともに、スキャナ13の角度情報を信号処理部18に逐次送っている。   In this scan, when the transmission location of the irradiation direction setting unit 27 is included in the reception field of view of the interrogator 10, the light reception unit 17 receives the reception received via the scanner 13, the optical filter 15, and the reception lens 16. Light is converted into a received signal composed of an electric domain by direct detection. Then, the optical receiving unit 17 sends the converted received signal to the signal processing unit 18. On the other hand, the scanner control unit 14 controls the movement of the scanner 13 and sequentially sends angle information of the scanner 13 to the signal processing unit 18.

そして、信号処理部18は、光受信部17からの受信信号に対して復調をかけるとともに、復調後の信号が応答機20からの信号であるか否かの識別を行う。さらに、信号処理部18は、この識別結果を、スキャナ制御部14からのスキャナ角度情報と対応させ、各角度方向における応答機20の有無を識別する。   Then, the signal processing unit 18 demodulates the reception signal from the optical reception unit 17 and identifies whether the demodulated signal is a signal from the responder 20. Further, the signal processing unit 18 associates this identification result with the scanner angle information from the scanner control unit 14 and identifies the presence / absence of the responder 20 in each angle direction.

このように、本実施の形態1によれば、質問信号を電波信号としている。これにより、比較的広い送信の指向性を実現でき、一度に広域に対する質問信号の送信が可能となる。一方、応答信号をレーザ光信号としている。これにより、応答信号の指向性を高くすることができ、通信の秘匿性を高めることが可能となる。   Thus, according to the first embodiment, the interrogation signal is a radio wave signal. As a result, a relatively wide transmission directivity can be realized, and a question signal can be transmitted to a wide area at a time. On the other hand, the response signal is a laser light signal. Thereby, the directivity of the response signal can be increased, and the confidentiality of communication can be increased.

さらに、単一の受信視野を2次元スキャンする構成を備えている。これにより、受信系に2次元カメラを用いた場合と同様に、応答信号の有無を各角度方向に対して判別できる。   Furthermore, it has a configuration for two-dimensional scanning of a single reception field of view. Thereby, the presence / absence of a response signal can be discriminated with respect to each angular direction as in the case where a two-dimensional camera is used in the receiving system.

さらに、2次元アレイ素子タイプのカメラとは異なり、光受信部17は、単素子タイプで構成されている。これにより、光受信部17に含まれる電気回路に関し、0もしくは1のビットでの変調に対する応答速度を高くすることが可能となる。   Further, unlike the two-dimensional array element type camera, the optical receiver 17 is configured as a single element type. As a result, with respect to the electric circuit included in the optical receiving unit 17, it is possible to increase the response speed with respect to modulation with 0 or 1 bits.

例えば、2次元カメラであれば、応答速度は、せいぜい30Hz程度である。また、この30Hzの応答速度を上げるには、2次元アレイ化された高速電気回路が必要であり、非常に高コストとなる。これに対し、本発明のように単素子タイプの光受信部17を用いれば、電気回路を高速化することは容易である。   For example, in the case of a two-dimensional camera, the response speed is at most about 30 Hz. Further, in order to increase the response speed of 30 Hz, a high-speed electric circuit formed into a two-dimensional array is necessary, which is very expensive. On the other hand, if the single-element type optical receiver 17 is used as in the present invention, it is easy to increase the speed of the electric circuit.

例えば、光ファイバ通信に用いられている単素子タイプの光受信部17のビットに対する応答速度は、市販レベルでも既に1GHzを超えている。したがって、単素子タイプの光受信部17を備えた本発明の実施の形態1に係る空間通信装置により、2次元カメラでは困難だった大容量の情報を含む応答信号を送ることが可能となる。   For example, the response speed to the bit of the single-element type optical receiver 17 used for optical fiber communication has already exceeded 1 GHz even at a commercial level. Therefore, the spatial communication device according to the first embodiment of the present invention including the single-element type light receiving unit 17 can send a response signal including large-capacity information that is difficult with a two-dimensional camera.

さらに、2次元アレイ素子タイプのカメラの場合、受光素子を高感度なAPDとすると、歩留まりの関係上、価格が大幅に上昇する問題があった。これに対して、本発明では、光受信部17が単素子タイプであるため、価格上昇を抑えた上で、受光素子として高感度なAPDを用いることができ、光受信部17での受信感度も高くすることが可能である。   In addition, in the case of a two-dimensional array element type camera, if the light receiving element is a highly sensitive APD, there is a problem that the price is significantly increased due to the yield. On the other hand, in the present invention, since the optical receiver 17 is a single element type, it is possible to use a highly sensitive APD as a light receiving element while suppressing an increase in price. Can also be increased.

また、2次元アレイ素子タイプのカメラの場合、アレイ中の1画素が故障すると、その画素が不感知領域となるため、アレイの全素子が正常動作する必要がある。これに対して、本発明のように単素子タイプの光受信部17を用いることで、この1素子が正常でありさえすればよく、不感知領域を無くすことが容易となる。   In the case of a two-dimensional array element type camera, if one pixel in the array fails, that pixel becomes a non-sensing area, and all elements of the array must operate normally. On the other hand, by using the single-element type optical receiver 17 as in the present invention, it is sufficient that this one element is normal, and it becomes easy to eliminate the non-sensing area.

さらに、2次元アレイ素子タイプのカメラの場合、捜索範囲全体の捜索レートがビデオレートである30Hzで制限される。これに対して、本発明のように単素子タイプの光受信部17を用いることで、スキャン速度を速くして捜索レートを上げることが可能になるとともに、光受信部17の応答速度も非常に速くできる。この結果、スキャンレートを上げて応答信号が受信視野内に入る時間が短くなったとしても、大容量の通信にさほど制限を受けないという効果も得ることができる。   Further, in the case of a two-dimensional array element type camera, the search rate of the entire search range is limited to the video rate of 30 Hz. On the other hand, by using the single-element type optical receiver 17 as in the present invention, it becomes possible to increase the search rate by increasing the scanning speed, and the response speed of the optical receiver 17 is also very high. Can be fast. As a result, even if the time for the response signal to enter the reception field of view is shortened by increasing the scan rate, it is possible to obtain an effect that the large-capacity communication is not so limited.

なお、上述したようにスキャン速度を速くすると、スキャナ制御部14が大きく、かつ高価になり、さらに、スキャナ13の寿命に問題が生じる場合がある。しかしながら、このような問題に対しては、図1に示すように、スキャナ13に2次元MEMSスキャナを用いることで、高速スキャンを長寿命で実現することが可能となる。   If the scanning speed is increased as described above, the scanner control unit 14 becomes large and expensive, and there may be a problem in the life of the scanner 13. However, with respect to such a problem, as shown in FIG. 1, by using a two-dimensional MEMS scanner as the scanner 13, high-speed scanning can be realized with a long life.

また、光フィルタ15の通過波長をコード情報の1つとして利用し、質問機10および応答機20の2つにおいてのみ、そのコード情報を既知としておくことで、通信の秘匿性をさらに高めることができる。すなわち、質問機10側から見たスキャン範囲内に不要な光信号を発する物体があったとしても、この不要な光信号を発する物体には、前記通過波長を知るすべがないため、不要な光信号がフィルタの通過波長と一致している可能性は、極めて低い。したがって、このような光フィルタ15を用いることで、通信の秘匿性をさらに高めることが可能となる。   Further, by using the passing wavelength of the optical filter 15 as one of the code information and making the code information known only in the two of the interrogator 10 and the responder 20, the confidentiality of communication can be further improved. it can. That is, even if there is an object that emits an unnecessary optical signal within the scan range as viewed from the interrogator 10, the object that emits the unnecessary optical signal has no way of knowing the passing wavelength, and therefore the unnecessary light The possibility that the signal matches the pass wavelength of the filter is very low. Therefore, by using such an optical filter 15, it is possible to further enhance the confidentiality of communication.

また、本発明に係る空間通信装置では、質問機10から質問信号を送信し、応答機20で受信し、応答機20から応答信号を送信し、質問機10で受信する、という一連の信号の流れが同期している。したがって、この同期タイミングをコード情報として利用することも可能である。   Further, in the spatial communication apparatus according to the present invention, a series of signals are transmitted such that the interrogator 10 transmits an interrogation signal, is received by the responder 20, is transmitted from the responder 20, and is received by the interrogator 10. The flow is synchronized. Therefore, this synchronization timing can be used as code information.

例えば、電波信号受信部21から変調信号発生部24にトリガ信号を送る際の遅延時間を、ある所定値に設定しておき、質問機10側で、質問信号を送信してからこの値以上遅れて受信された信号のみを応答信号として識別する。このような識別処理により、検出された信号が所望のものであるか否かの識別確度をさらに向上させることができる。   For example, the delay time when the trigger signal is sent from the radio wave signal receiving unit 21 to the modulation signal generating unit 24 is set to a certain predetermined value, and the interrogator 10 side delays more than this value after transmitting the interrogation signal. Only the received signal is identified as a response signal. Such identification processing can further improve the identification accuracy of whether or not the detected signal is desired.

なお、上述した実施の形態1においては、質問機10に対して応答機20が1つの場合の、1対1の通信を行う場合について説明した。しかしながら、本発明は、このような1対1の通信に限定されるものではない。本発明の空間通信装置では、各角度方向における応答機20の有無を判定し、さらに、応答機20の応答機情報を得ている。   In the above-described first embodiment, the case where one-to-one communication is performed in the case where the answering machine 20 is one for the interrogator 10 has been described. However, the present invention is not limited to such one-to-one communication. In the spatial communication device of the present invention, the presence / absence of the responder 20 in each angular direction is determined, and the responder information of the responder 20 is obtained.

したがって、応答機情報を各々において変えておけば、複数の方向に多数の応答機20がある場合においても、それらを区別することが可能である。すなわち、本発明は、応答機20の個数が2つ以上の場合の1対多数の通信を行う場合においても、適用可能である。   Therefore, if the responder information is changed in each, even when there are a large number of responders 20 in a plurality of directions, it is possible to distinguish them. That is, the present invention can be applied to the case where one-to-many communication is performed when the number of responders 20 is two or more.

また、上述した実施の形態1においては、送信位置検出部11により得られた質問機10の位置情報、姿勢検出部26からの姿勢情報、および受信位置検出部22からの応答機20の位置情報を用いて、照射方向設定部27によりレーザ光の照射方向を設定していた。しかしながら、本発明は、このような照射方向の設定に限定されるものではない。   Further, in the first embodiment described above, the position information of the interrogator 10 obtained by the transmission position detection unit 11, the posture information from the posture detection unit 26, and the position information of the responder 20 from the reception position detection unit 22. The irradiation direction setting unit 27 sets the irradiation direction of the laser beam. However, the present invention is not limited to such setting of the irradiation direction.

質問機10と応答機20との相対位置関係が、あらかじめある程度既知である場合には、送信位置検出部11、受信位置検出部22、姿勢検出部26、および照射方向設定部27を取り除き、レーザ光の照射方向をある規定の一方向に固定することも可能である。これにより、装置構成をシンプルにして、装置を廉価にできる。   When the relative positional relationship between the interrogator 10 and the responder 20 is known to some extent in advance, the transmission position detection unit 11, the reception position detection unit 22, the posture detection unit 26, and the irradiation direction setting unit 27 are removed, and the laser It is also possible to fix the light irradiation direction in a certain predetermined direction. Thereby, the apparatus configuration can be simplified and the apparatus can be made inexpensive.

以上のように、実施の形態1によれば、質問信号を電波信号とし、応答信号をレーザ光信号としている。この結果、比較的広い送信の指向性と、応答信号の指向性向上の両立を図り、複数の目標物の位置が接近した場合においても、個々の応答信号を受信して弁別し、目標物を識別することができる。さらに、背景光を受信する光量を低減でき、背景光による雑音成分を軽減し、応答信号送信機の小型化を実現することができる。   As described above, according to the first embodiment, the interrogation signal is a radio wave signal and the response signal is a laser light signal. As a result, the compatibility of relatively wide transmission directivity and response signal directivity is improved, and even when the positions of a plurality of targets are close to each other, individual response signals are received and discriminated. Can be identified. Furthermore, it is possible to reduce the amount of light that receives the background light, reduce the noise component due to the background light, and realize a reduction in the size of the response signal transmitter.

さらに、実施の形態1によれば、光受信部を単素子タイプで構成している。この結果、応答速度を高くできるとともに、不感知領域の発生確率を低減することができ、装置の信頼度を向上させることが可能となる。   Furthermore, according to the first embodiment, the optical receiver is configured as a single element type. As a result, the response speed can be increased, and the probability of occurrence of the non-sensing area can be reduced, thereby improving the reliability of the apparatus.

10 質問機、11 送信位置検出部、12 電波信号送信部、13 スキャナ、14 スキャナ制御部、15 光フィルタ、16 受信レンズ、17 光受信部、18 信号処理部、20 応答機、21 電波信号受信部、22 受信位置検出部、23 応答機情報発生部、24 変調信号発生部、25 光源、26 姿勢検出部、27 照射方向設定部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Interrogator, 11 Transmission position detection part, 12 Radio wave signal transmission part, 13 Scanner, 14 Scanner control part, 15 Optical filter, 16 Receiving lens, 17 Optical reception part, 18 Signal processing part, 20 Response machine, 21 Radio wave signal reception Unit, 22 reception position detection unit, 23 transponder information generation unit, 24 modulation signal generation unit, 25 light source, 26 attitude detection unit, 27 irradiation direction setting unit.

Claims (4)

1つの質問機および1つ以上の応答機を備えた空間通信装置であって、
前記質問機は、
質問信号を電波信号により送信する電波信号送信部と、
前記電波信号に対する応答として、前記応答機からのレーザ光である応答信号を受信するために、受信視野をスキャンするスキャナと、
前記スキャナを制御するためのスキャナ制御部と、
前記スキャナによりスキャンされた前記応答信号を、受信レンズを介して受信する光受信部と、
前記光受信部で受信された前記応答信号を電気信号に変換した後、復調処理する信号処理部と
を有し、
前記1つ以上の応答機のぞれぞれは、
前記質問機から送信される前記質問信号を電波信号として受信するとともに、受信を知らせるトリガ信号を生成する電波信号受信部と、
前記応答機の個体情報を生成する応答機情報発生部と、
前記電波信号受信部で生成された前記トリガ信号のタイミングで、前記応答機情報発生部で生成された前記個人情報をもとに変調信号を発生させる変調信号発生部と、
前記変調信号発生部で発生された前記変調信号に基づいて変調された送信レーザ光を発生させる光源と
を有し、
前記質問機内の前記光受信部は、単素子の受光素子により構成され、
前記質問機内の前記スキャナは、2次元スキャン機能を有し、
前記質問機内の前記スキャナ制御部は、前記スキャナを制御することで、前記受信視野を2次元スキャンするとともに、前記信号処理部に前記スキャナの角度情報を送信し、
前記質問機内の前記信号処理部は、前記復調処理後の信号に含まれている前記個人情報に基づいて、前記1以上の応答機の中のいずれの応答機からの応答信号であるかを識別するとともに、前記スキャナ制御部から受信した前記角度情報に基づいて、識別した前記応答機の方向を特定する
ことを特徴とする空間通信装置。
A spatial communication device comprising one interrogator and one or more responders,
The interrogator is
A radio signal transmitter that transmits the interrogation signal by radio signal;
As a response to the radio signal, a scanner that scans a reception field in order to receive a response signal that is a laser beam from the responder;
A scanner control unit for controlling the scanner;
An optical receiver that receives the response signal scanned by the scanner via a receiving lens;
A signal processing unit that performs demodulation processing after converting the response signal received by the optical receiving unit into an electrical signal, and
Each of the one or more responders is
A radio signal receiver that receives the interrogation signal transmitted from the interrogator as a radio signal and generates a trigger signal that informs the reception;
A responder information generating unit for generating individual information of the responder;
A modulation signal generator for generating a modulation signal based on the personal information generated by the responder information generator at the timing of the trigger signal generated by the radio signal receiver;
A light source that generates transmission laser light modulated based on the modulation signal generated by the modulation signal generation unit, and
The optical receiver in the interrogator is composed of a single light receiving element,
The scanner in the interrogator has a two-dimensional scanning function,
The scanner control unit in the interrogator controls the scanner to scan the reception field of view two-dimensionally and transmits angle information of the scanner to the signal processing unit,
The signal processing unit in the interrogator identifies which one of the one or more responders is a response signal based on the personal information included in the demodulated signal. In addition, the direction of the identified responder is specified based on the angle information received from the scanner control unit.
請求項1に記載の空間通信装置において、
前記質問機は、
質問機自身の空間的な位置を質問機側位置情報として検出する送信位置検出部
をさらに有し、
前記質問機内の前記電波信号送信部は、前記質問機側位置情報を付加した電波信号を送信し、
前記1つ以上の応答機のぞれぞれは、
応答機自身の空間的な位置を応答機側位置情報として検出する受信位置検出部と、
応答機自身の空間における姿勢情報を検出する姿勢検出部と、
前記光源から得た前記送信レーザ光を、空間内の特定方向に送信する照射方向設定部と
を有し、
前記応答機内の前記電波信号受信部は、受信した前記電波信号から前記質問機側位置情報を抽出し、
前記応答機内の前記照射方向設定部は、前記電波信号受信部21から得た前記質問機側位置情報、前記受信位置検出部22から得た前記応答機側位置情報、および前記姿勢検出部から得た前記姿勢情報に基づいて前記送信レーザ光を送信すべき前記特定方向を特定する
ことを特徴とする空間通信装置。
The spatial communication device according to claim 1,
The interrogator is
A transmission position detector for detecting the spatial position of the interrogator itself as interrogator side position information;
The radio signal transmitter in the interrogator transmits a radio signal with the interrogator side position information added thereto,
Each of the one or more responders is
A reception position detector that detects the spatial position of the responder itself as responder side position information;
An attitude detector that detects attitude information in the space of the responder itself;
An irradiation direction setting unit that transmits the transmission laser light obtained from the light source in a specific direction in space, and
The radio signal receiver in the responder extracts the interrogator side position information from the received radio signal,
The irradiation direction setting unit in the responder is obtained from the interrogator side position information obtained from the radio wave signal reception unit 21, the responder side position information obtained from the reception position detection unit 22, and the attitude detection unit. Further, the specific direction in which the transmission laser light is to be transmitted is specified based on the posture information.
請求項1または2に記載の空間通信装置において、
前記質問機は、
前記受信レンズに入射される応答信号の内、所定の波長成分のみを透過させ、他の波長成分を除去する光フィルタ
をさらに有し、
前記応答機内の前記光源は、前記光フィルタを透過する波長成分を有する送信レーザ光を発生させる
ことを特徴とする空間通信装置。
The spatial communication apparatus according to claim 1 or 2,
The interrogator is
An optical filter that transmits only a predetermined wavelength component of the response signal incident on the receiving lens and removes other wavelength components;
The spatial light communication apparatus, wherein the light source in the responder generates a transmission laser beam having a wavelength component that passes through the optical filter.
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の空間通信装置において、
前記応答機内の前記電波信号受信部は、前記質問機から前記質問信号を受信した後、所定時間だけ遅延したタイミングで前記トリガ信号を生成し、
前記質問機内の前記信号処理部は、前記質問信号を送信後、前記所定時間が経過した後に受信した信号を応答信号として識別する
ことを特徴とする空間通信装置。
The spatial communication device according to any one of claims 1 to 3,
The radio signal reception unit in the responder generates the trigger signal at a timing delayed by a predetermined time after receiving the interrogation signal from the interrogator,
The said signal processing part in the said interrogator identifies the signal received after the said predetermined time passed after transmitting the said interrogation signal as a response signal. The spatial communication apparatus characterized by the above-mentioned.
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