JP2014236370A - 信号処理装置、通信システム及び信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光検出センサが検出したビームの被照射位置が有効な照射範囲内にあることを示す補助信号を生成し、ビームの被照射面を確実に検出できる信号処理回路を提供する。
【解決手段】少なくとも２つの受光エリアを有する光検出センサに照射される空間変調されたビームに起因するそれぞれの受光エリアからの出力信号を総和した総出力信号の微分信号を変換し、光検出センサにおけるビームの被照射位置が有効な照射範囲内にあることを示す補助信号を生成する演算手段を備える信号処理装置とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、検出器によって検出された信号を処理する信号処理装置、通信システム及び信号処理方法に関する。特に、光空間通信に用いられる光検出装置に照射されたビームの被照射位置を検出するための信号を処理する信号処理装置、通信システム及び信号処理方法に関する。

災害監視や、地球観測において、衛星・航空機などの観測機からの観測が重要視されている。観測機による観測データは膨大な量になるため、観測機から地上への迅速なデータ伝送が求められている。しかしながら、一般に用いられている電波を用いた無線伝送では、伝送容量が不足してしまうため、光空間通信と地上の光ネットワークとの連携が必要となってきた。

レーザービーム（以下、ビーム）を用いた無線通信である光空間通信では、二つの光空間通信装置を正対させなければ通信が行えない。そのため、受光している光がどの方向から出射されているのか正確に検出する必要がある。一般に、光空間通信装置の位置検出には、４分割フォトダイオード（以下、４ＱＤ）が使用される（ＱＤ：Ｑｕａｄｒａｎｔ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）。

図１３に示した一般的な位置検出装置１００では、円形の受光エリアを４分割したＱＤ１１５に照射されたビームのビームスポット位置によって、ビームの出射方向を特定する。ＱＤ１１５の各受光エリアにおいて、ｘ方向のずれは第一加減算回路１１１によって検出され、ｙ方向のずれは第二加減算回路１１２によって検出される。また、ＱＤ１１５においては、受光パワーの総和を計算する加算回路１１３が設けられている。異なる受光エリア（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が受けるビームの受光パワーの比率によって、ビームの出射方向を特定することができる。

例えば、図１４のように、ＱＤ１１５の受光エリアＡと受光エリアＢを跨ぐようなビームによれば、受光エリアＡ及びＢからの出力信号から求めた方向信号によって、ビームの出射位置を特定することができる。

特許文献１には、ＱＤを用いた光学制御装置について開示されている。特許文献１では、広追尾センサ視野と狭追尾センサ視野における光束に起因する信号に基づいて、光線を捕捉・追尾する。

まず、広追尾センサ視野における４つのセンサ素子の出力信号から、Ｘ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、入射光束を算出し、光束の入射位置を特定する。ここで、入射光束が光束有無判定レベルよりも小さい場合、入射光束の入射はないものと判定し、処理を終了する。入射光束が光束有無判定レベル以上の場合、光束の入射があったものと判定し、光束が狭追尾センサ視野のリニア領域に入るように制御する。

光束の入射があったものと判定され、光束が狭追尾センサ視野のリニア領域に入ると、狭追尾センサ視野における４つのセンサ素子の検出信号から、Ｘ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、入射光束を算出し、光束の入射位置を特定する。

特開２０００−２９２５４１号公報

図１３に示した一般的なＱＤ１１５では、ビームスポットがＱＤの周辺部からはみ出ている場合であっても、ビームスポットがはみ出ていない場合と同じ位置からビームが照射されていると判断される。そのため、方向信号だけでは正確なビームの被照射位置を特定できない場合があるという課題がある。

また、特許文献１の光学制御装置では、入射光束が広追尾センサ視野で検出されれば、入射光束の位置を特定することができる。しかしながら、広追尾センサ視野と狭追尾センサ視野の二つの異なる視野におけるセンサと、それらのセンサに光束を導くための光学系が必要となるため、装置を簡略化できないという課題がある。

本発明は、光検出センサが検出したビームの被照射位置が有効な照射範囲内にあることを示す補助信号を生成し、ビームの被照射面を確実に検出できる信号処理回路を提供することを目的とする。

本発明の信号処理装置は、少なくとも２つの受光エリアを有する光検出センサに照射される空間変調されたビームに起因するそれぞれの受光エリアからの出力信号を総和した総出力信号の微分信号を変換し、光検出センサにおけるビームの被照射位置が有効な照射範囲内にあることを示す補助信号を生成する演算手段を備える。

本発明の通信システムは、少なくとも２つの受光エリアを有する光検出センサに照射される空間変調されたビームに起因するそれぞれの受光エリアからの出力信号を総和した総出力信号の微分信号を変換し、ビームの被照射位置が有効な照射範囲にあることを示す補助信号を生成する演算手段と、演算手段により生成された補助信号を基にビームを受信する受信装置の向きを制御する制御手段と、を備える。

本発明の信号処理方法においては、少なくとも２つの受光エリアを有する光検出センサに照射される空間変調されたビームに起因するそれぞれの受光エリアからの出力信号を総和した総出力信号を微分した微分信号を生成し、微分信号の絶対値をとった絶対値信号を生成し、絶対値信号を二値化した第１の二値化信号を生成し、第１の二値化信号を論理反転した論理反転信号を生成し、総出力信号を二値化した第２の二値化信号を生成し、論理反転信号と第２の二値化信号との論理和をとった補助信号を生成する。

本発明の信号処理方法においては、少なくとも２つの受光エリアを有する光検出センサに照射される空間変調されたビームに起因するそれぞれの受光エリアからの出力信号を総和した総出力信号を微分した微分信号を生成し、微分信号の絶対値をとった絶対値信号を生成し、絶対値信号を二値化した第１の二値化信号を生成し、第１の二値化信号を論理反転した論理反転信号を生成し、総出力信号を二値化した第２の二値化信号を生成し、論理反転信号と第２の二値化信号との論理和をとった補助信号を生成し、出力信号から光検出センサにおけるビームの被照射位置を示す位置信号を生成し、補助信号及び位置信号を基にビームを受信する受信装置の向きを制御する。

本発明の信号処理回路によれば、光検出センサが検出したビームの被照射位置が有効な照射範囲内にあることを示す補助信号を生成し、ビームの被照射面を確実に検出できる信号処理回路を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る信号処理回路を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る４分割フォトダイオード（ＱＤ）と、ＱＤへのビームの照射パターンを説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係るＱＤに照射されるビームの被照射位置における信号出力Ｐをプロットしたグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る加算回路によって計算された受光パワー出力Ｌをプロットしたグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る微分回路によって計算された微分信号Ｄをプロットしたグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る絶対値回路によって計算された絶対値信号Ａをプロットしたグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る第１のコンパレータ及びインバータによって計算された論理反転信号Ｉをプロットしたグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る第２のコンパレータによって計算された第２の二値化信号Ｂ２をプロットしたグラフである。 本発明の第１の実施形態に係るＡＮＤ回路によって計算された論理反転信号Ｉと第２の二値化信号Ｂ２との論理和をプロットしたグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る位置検出装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る位置検出装置の構成を示す図である。 一般的な位置検出装置を示す図である。 ＱＤへのビームの被照射位置を説明するための図である。 ＱＤへのビームの被照射位置を説明するための図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。

（第１の実施形態）
まず、図１を用いて、本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置１（信号処理装置）の構成について説明する。

本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置１は、ビームを検知するＱＤ１５と、ＱＤ１５が受光したビームの位置を計算する位置検出回路１０と、を備えている。

（ＱＤ）
ＱＤ１５は、４つの受光エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄをもつ４分割フォトダイオードである。なお、ＱＤ１５は、４分割フォトダイオード（ＱＤ）ではなくても、検出した光の方向を特定できるように、少なくとも２つの受光エリアを有する光検出センサでありさえすればよい。

本実施形態においては、図３のようにＱＤ１５を４等分し、ＡとＢとの境界及びＣとＤとの境界をｙ軸、ＡとＣとの境界及びＢとＤとの境界をｘ軸とする。すなわち、ＱＤ１５をｘｙ平面とすると、Ａは第２象限、Ｂは第１象限、Ｃは第３象限、Ｄは第４象限に位置する。

ＱＤ１５には、外部から入射されたビームが照射される。ＱＤ１５の各受光エリアＡ〜Ｄは、入射された光の位置と受光光量に対応する電流値を出力信号Ａ〜Ｄとして、位置検出回路１０に出力する。

（位置検出回路）
位置検出回路１０は、ｘ軸方向の受光位置を計算する第一加減算回路１１と、ｙ軸方向の受光位置を計算する第二加減算回路１２と、各受光エリアからの出力信号の総和を計算する加算回路１３と、を備える。

さらに、本実施形態に係る位置検出回路１０は、加算回路１３から出力された受光パワー信号（総出力信号）を入力し、その受光パワー信号を処理する信号処理回路２０（演算手段）を備えていることを特徴とする。すなわち、位置検出回路１０は、信号処理回路２０を備えた信号処理装置である。

（加減算回路）
第一加減算回路１１は、各受光エリアＡ〜Ｄから出力された出力信号Ａ〜Ｄを用いて、１式によってｘ軸方向の位置信号Ｘを計算する。

Ｘ＝（Ｂ＋Ｄ）−（Ａ＋Ｃ）・・・（１）
第一加減算回路１１は、１式によって算出したｘ軸方向に比例する位置信号Ｘ（電圧値）を出力する。

また、第二加減算回路１２は、各受光エリアＡ〜Ｄから出力された出力信号Ａ〜Ｄを用いて、２式によってＹ方向の位置信号Ｙを計算する。

Ｙ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）・・・（２）
第二加減算回路１２は、２式によって算出したｙ軸方向に比例する位置信号Ｙ（電圧値）を出力する。

（加算回路）
加算回路１３は、ＱＤ１５の各受光エリアＡ〜Ｄが受光した出力信号Ａ〜Ｄの総和を３式によって計算する。

Ｌ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ・・・（３）
加算回路１３は、３式で算出した出力信号の総和を受光パワー信号Ｌ（総出力信号）として、外部に出力するとともに、信号処理回路２０に対しても出力する。

なお、受光パワー信号Ｌは、空間変調されたビームが照射されたＱＤ１５からの出力の総和であるため、時間変調されている。

（信号処理回路）
次に、本発明の特徴となる信号処理回路２０について説明する。

信号処理回路２０は、ＱＤ１５を利用した位置検出回路１０に追加する信号処理回路（信号処理装置）であり、微分回路２１と、絶対値回路２２と、第一コンパレータ２３と、インバータ２４と、第２インバータ２５と、ＡＮＤ回路２６と、を備える。

微分回路２１は、加算回路１３から出力された受光パワー信号Ｌを入力し、受光パワー信号Ｌの微分信号Ｄを生成する。なお、微分回路２１は、オペアンプ、抵抗器及びコンデンサを組み合わせた一般的な微分回路で構成することができる。微分回路２１は、生成した微分信号Ｄを絶対値回路２２に出力する。

絶対値回路２２は、微分回路２１から出力された微分信号Ｄを入力し、その微分信号の絶対値をとった絶対値信号Ａを生成する。絶対値回路２２は、生成した絶対値信号Ａを第一コンパレータ２３に出力する。

すなわち、受光パワー信号Ｌの微分信号Ｄを絶対値回路２２に通すことで、ＱＤ１５の外周で信号が取得された場合に正となる絶対値信号Ａが出力される。

第一コンパレータ２３は、絶対値回路２２が出力した絶対値信号Ａを入力し、その絶対値信号Ａを二値化した第１の二値化信号Ｂ１を生成する。第一コンパレータ２３は、生成した第１の二値化信号Ｂ１をインバータ２４に出力する。

インバータ２４は、第一コンパレータ２３が出力した第１の二値化信号Ｂ１を入力し、その信号を論理反転した論理反転信号Ｉを生成する。インバータ２４は、生成した論理反転信号ＩをＡＮＤ回路２６に出力する。

すなわち、絶対値回路２２から出力された絶対値信号Ａを、第１コンパレータ２３、インバータ２４に通すことで、ＱＤ１５の外周で信号が取得された場合に「０」、外周部以外の場合は「１」が出力される。

第二コンパレータ２５は、加算回路１３から出力された受光パワー信号Ｌを入力し、その受光パワー信号Ｌを二値化した第２の二値化信号Ｂ２を生成する。第二コンパレータ２５は、生成した第２の二値化信号Ｂ２をＡＮＤ回路２６に出力する。

すなわち、受光パワー信号Ｌを第二コンパレータ２５に通すことで、ＱＤに光が照射されない場合は「０」が、ＱＤに光が照射されている場合は「１」が出力される。

ＡＮＤ回路２６（論理和回路）は、インバータ２４から出力された論理反転信号Ｉ及び第二コンパレータ２５から出力された第２の二値化信号Ｂ２を入力し、論理反転信号Ｉと第２の二値化信号Ｂ２との論理和（ＡＮＤ）をとる。ＡＮＤ回路２６は、論理反転信号Ｉと第２の二値化信号Ｂ２との論理和となる補助信号Ｓを出力する。

すなわち、ＡＮＤ回路２６は、論理反転信号Ｉと第２の二値化信号Ｂ２との論理和をとり、ＱＤ１５から出力される信号が有効な範囲にある場合は「１」、有効範囲外にある場合は「０」となる補助信号Ｓを出力する。

（動作）
次に、図３〜図１０を参照しながら追加演算回路の補助信号出力工程について説明する。

図３は、ＱＤ１５の各受光エリアにおいて、空間変調をかけたビームが光束１〜５で示した被照射位置に照射されている様子を示している。すなわち、本実施形態においては、ビームが光束１〜５を往復するように空間変調をかけられているものとする。

なお、実際のビームは、軸上に限らずにＱＤ１５上の任意の受光エリアに照射されうるが、説明を簡略化するため、図３には、光束１〜５の照射面の中心がｙ軸上になるように照射された例を示す。実際にビームの被照射位置を特定するためには、ｘ軸及びｙ軸方向の位置情報が必要となるため、ｘ軸及びｙ軸の両方に対して平行とはならないように（斜めに）ビームを走査させる。

光束１は、受光エリアＡ及びＢに均等に照射され、その一部が受光エリアからはみ出している。光束２は、受光エリアＡ及びＢに均等に照射されている。光束３は、受光エリアＡ〜Ｄの全てに均等に照射されている。光束４は、受光エリアＣ及びＤに均等に照射されている。光束５は、受光エリアＣ及びＤに均等に照射され、その一部が受光エリアからはみ出している。すなわち、光束１及び５は、ＱＤ１５の受光エリアから一部がはみ出した状態となる。

（信号）
図４〜図１０は、本実施形態に係る各種信号を説明するための図である。図４〜図１０においては、縦軸がビームの被照射位置（光束１〜５）の中心の位置を示し、横軸が各信号の値を示す。なお、横軸と破線が交わる点が各信号のゼロ点であり、ゼロ点より右側が正、左側が負となるように図示している。

図４は、光束１〜５における位置信号Ｙをプロットしたものである。

図５は、ＱＤ１５の４つの受光エリアＡ〜Ｄから出力された出力信号を全て加算することで得られる受光パワー信号Ｌをプロットしたものである。ＱＤ１５に照射されているビームの受光パワー信号Ｌは、加算回路１３によって生成され、出力される。

図６は、加算回路１３から出力された受光パワー信号Ｌを微分回路２１に通すことで生成された受光パワー信号Ｌの微分信号Ｄをプロットしたものである。なお、本実施形態に係るビームは空間変調された状態でＱＤ１５に照射され、ＱＤ１５の各受光エリアからの出力信号は時間変調されている。

微分信号Ｄは、ＱＤ１５からはみ出ていない光束では「０」となり、ＱＤ１５からはみ出た光束では「０ではない値」を示す。そのため、微分信号Ｄによって、ＱＤ１５からはみ出た光束を検出することができる。

図７は、受光パワー信号Ｌの微分信号Ｄを絶対値回路２２を通すことで生成された絶対値信号Ａをプロットしたものである。ＱＤ１５の外周で信号が取得され、光束が受光エリアからはみ出た場合に、正となる信号が出力されるように信号を変化させる。

図８は、絶対値回路２２から出力された絶対値信号Ａを第１コンパレータ２３及びインバータ２４に通すことによって、得られる論理反転信号Ｉを示す。論理反転信号Ｉは、ＱＤ１５の外周で信号が取得された場合に「０」、外周部以外の場合は「１」となる。なお、第１の二値化信号Ｂ１のプロットは省略している。

また、図９は、受光パワー信号Ｌを第二コンパレータ２６に通すことによって、ＱＤ１５に光が照射されない場合は「０」、ＱＤに光が照射されている場合は「１」となる第２の二値化信号Ｂ２を示す。

さらに、図１０は、図８と図９に示した論理反転信号Ｉと第２の二値化信号Ｂ２との論理和をとることによって、ＱＤ１５から出力される信号が有効な範囲にある場合は「１」、有効範囲外にある場合は「０」となる補助信号Ｓを示す。

本実施形態においては、図１０に示した補助信号Ｓから、光束２〜４は有効な範囲にあり、光束１及び５は有効な範囲にはないことが判別される。

以上が本発明の実施形態に係る位置検出回路１０の構成及び動作に関する説明である。なお、上述の構成・動作は一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。

（一般的な位置検出回路との比較）
ここで、図１３に示す一般的な位置検出回路１１０と、図１の本発明の実施形態に係る信号処理回路２０を含む位置検出回路１０との違いを、図１４及び図１５のビームの光束（斜線部）における信号を比較することで示す。なお、図１４及び図１５において、光束は受光エリアＡ及びＢに均等な受光パワーＰで照射されており、図１５においては、光束面の半分がＱＤ１５からはみ出ているものとする。

図１３に示した一般的な位置検出回路１１０では、図１４の光束位置の場合、受光エリアＡ及びＢの受光パワーＰａ及びＰｄは、ともにＰとなり、受光エリアＣ及びＤの受光パワーＰｃ及びＰｄはともに０となる。よって、式１及び２から、位置信号Ｘは０となり、位置信号Ｙは２Ｐとなる。

式３から、受光パワー信号Ｌは２Ｐとなる。

ここで、一般的な位置検出回路においては、加減算回路１１１と１１２から出力される位置信号ＸとＹを、それぞれ式４と５によって受光パワー信号Ｌ（ここでは２Ｐ）で規格化する。

Ｘｎ＝Ｘ／Ｌ・・・（４）
Ｙｎ＝Ｙ／Ｌ・・・（５）
その結果、規格化位置信号Ｘｎは０、規格化位置信号Ｙｎは１となる。

次に、図１５の光束位置の場合、受光エリアＡ及びＢの受光パワーＰａ及びＰｂは、ともに０．５Ｐとなり、受光エリアＣ及びＤの受光パワーＰｃ及びＰｄはともに０となる。よって、式１及び式２から、位置信号Ｘは０となり、位置信号ＹはＰとなる。

ここで、加減算回路１１１及び１１２から出力される位置信号Ｘ及びＹを、それぞれ式４及び５によって受光パワー信号Ｌで規格化すると、規格化位置信号Ｘｎは０となり、規格化位置信号Ｙｎは１となる。

つまり、図１３の一般的な位置検出回路１１０では、図１４と図１５のように異なる光束位置でありながら、同じ規格化位置信号にあるものと計算されてしまう。

一方、図１の第１の実施形態に係る位置検出回路１０によれば、図１４の光束位置（図３の光束１）については、補助信号Ｓによって判別される。

すなわち、本実施形態に係る位置検出回路１０によれば、図１４と図１５の光束位置を容易に判別可能となる。

このように、本発明の第１の実施形態に係る信号処理装置においては、光検出用四分割センサ（ＱＤ）を利用した位置検出回路に、微分回路を有する信号処理回路を追加することによって、位置信号とレベル信号とを併せて処理する。その結果、一般的な位置検出回路では判別できなかった、ＱＤの受光エリアから一部がずれた光束についても、その位置を特定することができ、より正確に位置信号を検出できる。

すなわち、本発明の第１の実施形態においては、微分回路を有する信号処理回路（信号処理装置）を追加することによって、受光パワー信号の微分信号を生成する。そのため、一般的な位置検出回路では分別が不可能であった、異なるビームスポット位置でありながら同じ位置信号が出力されてしまうという現象をなくすことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る信号処理回路を備えた位置検出回路（信号処理装置）によれば、光空間通信装置の受信部において受信光の入射方向をより正確に特定するためのセンサの信号処理回路を、光学系などを追加することなしに実現することができる。

また、発明の第１の実施形態に係る信号処理回路を含む位置検出回路を備え、その位置検出回路からの信号を基に通信ビームの受信装置の向きを制御することを特徴とする光空間通信システム（通信システム）も本発明の範囲に含む。

なお、本実施形態の信号処理回路を含む光空間通信システムにおいて、送受信装置の向きを制御する際には、互いに通信ビームを授受し合う送受信装置同士を正対するように受信装置の向きを制御する。この際、ＱＤの中心又は周辺に位置させる光束を目印として、それぞれの送受信装置同士が正対するように制御すればよい。

（第２の実施形態）
（構成）
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る位置検出装置２（信号処理装置）の構成を示す図である。第２の実施形態に係る位置検出装置２は、第１の実施形態に係る位置検出回路１０に加えて、変調信号発生器３０及び可変ミラー４０を有する空間光変調手段を備えている。

位置検出装置２は、変調信号発生器３０から出力される変調信号に基づいて可動ミラー４０を揺動させ、可動ミラー４０の変動に合わせてＱＤ１５に出射される光束の入射位置が変わるように空間変調をかける。その結果、ＱＤ１５から出力される出力信号は、時間変調された信号となる。

変調信号発生器３０は、可動ミラー４０を空間変調するための信号を出力する。

可動ミラー４０は、変調信号発生器３０から出力された変調信号に基づいて動作する。可動ミラー４０は、入射された光束を、可動ミラー４０の反射面で反射してＱＤ１５に向けて出射する。

（動作）
次に、第２の実施形態に係る位置検出装置２の動作について説明する。

まず、入射された光束を可動ミラー４０で反射させ、その光束をＱＤ１５に入射させる。

図２の信号処理回路２０内部で生成する微分信号を得るために、変調信号発生器３０から出力される信号に基づいて可動ミラー４０を動作させ、可動ミラー４０の変動に合わせてＱＤ１５への光束の入射位置が変わるように空間変調をかける。

入射された光束に基づいて、ＱＤ１５の４つの受光エリアから出力される出力信号を全て加算することで、ＱＤ１５に照射されているビームの受光パワー信号Ｌを加算回路１３から出力させる。

加算回路１３から出力された信号を微分回路２１に通すことで、受光パワー信号Ｌの微分信号Ｄを取得する。

受光パワー信号Ｌの微分信号Ｄを絶対値回路２２に通すことで、ＱＤ１５の外周で信号が取得された場合に正となる絶対値信号Ａが生成される。

絶対値回路２２から出力された絶対値信号Ａを第一コンパレータ２３及びインバータ２４に通すことで、ＱＤ１５の外周で信号が取得された場合は「０」、外周部以外の場合は「１」となる論理反転信号Ｉを生成する。

また、加算回路１３からの出力信号である受光パワー信号Ｌを第二コンパレータ２５に通すことで、ＱＤ１５に光束が照射されない場合は「０」、ＱＤ１５に光束が照射される場合は「１」となる第２の二値化信号Ｂ２が出力される。

論理反転信号Ｉと第２の二値化信号Ｂ２の論理和をとることで、ＱＤ１５から出力される信号が有効な範囲にある場合は「１」、有効範囲外にある場合は「０」となる補助信号Ｓが出力される。

第２の実施形態に係る位置検出装置２によれば、一般的なＸ方向信号及びＹ方向信号に加え、新規に補助信号Ｓを生成することによって、ＱＤ１５に照射されている光束の位置を正確に検出することができる。

一般的な位置検出方法のように、ＱＤ１５上の光束位置の判定を単純に受光パワー信号Ｌのレベルから閾値で切って判定する場合は、受光パワー信号Ｌが弱い場合に正確な判別ができなくなる恐れがある。それに対し、本発明の第２の実施形態に係る位置検出方法を用いれば、受光パワー信号Ｌの微分信号Ｄを用いることにより、受光パワー信号Ｌが弱い場合であっても受光パワー信号Ｌの増減という相対値から判定できる。そのため、一般的な位置検出方法と比較して、本実施形態に係る位置検出方法によれば、より正確な位置信号の検出が可能となる。

（第３の実施形態）
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る位置検出装置３（信号処理装置）の構成を示す図である。第３の実施形態に係る位置検出装置３は、第１の実施形態に係る位置検出回路１０に加えて、変調信号発生器３０及びアクチュエータ５０を有する空間光変調手段を備える。また、ＱＤ１５を備えたアクチュエータ５０と、位置検出回路１０とは、追尾装置６０を構成する。

変調信号発生器３０は、第２の実施形態に係る位置検出装置２と同様に、可動ミラー４０を駆動するための変調信号を出力する。

アクチュエータ５０は、ＱＤ１５に備え付けられており、変調信号発生器３０からの変調信号に基づいて、ＱＤ１５を動かす。

第２の実施形態に係る位置検出装置２においては、ＱＤ１５に入射する前に光束を可動ミラー４０に通し、可動ミラー４０を揺動することで微分信号Ｄを得るための信号の変調を行っていた。

第３の実施形態に係る位置検出装置３においては、ＱＤ１５にピエゾ素子等のアクチュエータ１５を取り付け、ＱＤ１５そのものを揺動することによって、アクチュエータ１５の動作に合わせてＱＤ１５への光束の入射位置が変わるように空間変調をかける。これにより、第２の実施形態に係る位置検出回路２の可動ミラー４０を用いた場合と同様の空間変調効果が得られる。そのため、可動ミラー４０を省略することが可能となる。

以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１、２、３ 位置検出装置
１０ 位置検出回路
１１ 第一加減算回路
１２ 第二加減算回路
１３ 加算回路
１５ ＱＤ
２０ 信号処理回路
２１ 微分回路
２２ 絶対値回路
２３ 第一コンパレータ
２４ インバータ
２５ 第二コンパレータ
２６ ＡＮＤ回路
３０ 変調信号発生器
４０ 可動ミラー
５０ アクチュエータ
６０ 追尾装置
１００ 位置検出装置
１１０ 位置検出回路
１１１ 第一加減算回路
１１２ 第二加減算回路
１１３ 加算回路
１１５ ＱＤ

Claims (10)

1. 少なくとも２つの受光エリアを有する光検出センサに照射される空間変調されたビームに起因するそれぞれの前記受光エリアからの出力信号を総和した総出力信号の微分信号を変換し、前記光検出センサにおける前記ビームの被照射位置が有効な照射範囲内にあることを示す補助信号を生成する演算手段を備えることを特徴とする信号処理装置。
2. 前記演算手段は、
   前記ビームの被照射位置における前記出力信号の総和である前記総出力信号をし、前記総出力信号を微分した微分信号を生成する微分回路と、
   前記微分回路から前記微分信号を入力し、前記微分信号の絶対値となる絶対値信号を生成する絶対値回路と、
   前記絶対値回路から前記絶対値信号を入力し、前記絶対値信号を二値化した第１の二値化信号を生成する第一コンパレータと、
   前記第一コンパレータから前記第１の二値化信号を入力し、前記第１の二値化信号を論理反転した論理反転信号を生成するインバータと、
   前記総出力信号を入力して二値化した第２の二値化信号を生成する第二コンパレータと、
   前記インバータから入力した前記論理反転信号と、前記第二コンパレータから入力した前記第２の二値化信号と、の論理和をとることで前記補助信号を生成する論理和回路と、を備えることを特徴とする信号処理装置。
3. 前記出力信号を基に前記ビームの被照射位置のｘ座標を示す位置信号Ｘを計算して出力する第一加減算回路と、
   前記出力信号を基に前記ビームの被照射位置のｙ座標を示す位置信号Ｙを計算して出力する第二加減算回路と、
   前記出力信号を合計して前記総出力信号を生成し、前記総出力信号を前記微分回路に出力する加算回路と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
4. 前記光検出センサは４分割フォトダイオードであって、
   前記演算手段は、
   前記４分割フォトダイオードが有する４つの前記受光エリアから出力された前記出力信号を基に前記補助信号を生成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の信号処理装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の信号処理装置を含み、
   前記光検出センサに照射される前記ビームを変調する空間光変調手段を備えることを特徴とする信号処理装置。
6. 前記空間光変調手段は、
   変調信号を生成する変調信号発生器と、
   前記変調信号に基づいて揺動することによって、照射された前記ビームを空間変調させて前記光検出センサに反射する可動ミラーと、を有することを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
7. 前記空間光変調手段は、
   変調信号を発生する変調信号発生器と、
   前記変調信号に基づいて前記光検出センサを揺動させるアクチュエータと、を有することを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
8. 少なくとも２つの受光エリアを有する光検出センサに照射される空間変調されたビームに起因するそれぞれの前記受光エリアからの出力信号を総和した総出力信号の微分信号を変換し、前記ビームの被照射位置が有効な照射範囲にあることを示す補助信号を生成する演算手段と、
   前記演算手段により生成された補助信号を基に前記ビームを受信する受信装置の向きを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする通信システム。
9. 少なくとも２つの受光エリアを有する光検出センサに照射される空間変調されたビームに起因するそれぞれの前記受光エリアからの出力信号を総和した総出力信号を微分した微分信号を生成し、
   前記微分信号の絶対値をとった絶対値信号を生成し、
   前記絶対値信号を二値化した第１の二値化信号を生成し、
   前記第１の二値化信号を論理反転した論理反転信号を生成し、
   前記総出力信号を二値化した第２の二値化信号を生成し、
   前記論理反転信号と前記第２の二値化信号との論理和をとった補助信号を生成することを特徴とする信号処理方法。
10. 少なくとも２つの受光エリアを有する光検出センサに照射される空間変調されたビームに起因するそれぞれの前記受光エリアからの出力信号を総和した総出力信号を微分した微分信号を生成し、
    前記微分信号の絶対値をとった絶対値信号を生成し、
    前記絶対値信号を二値化した第１の二値化信号を生成し、
    前記第１の二値化信号を論理反転した論理反転信号を生成し、
    前記総出力信号を二値化した第２の二値化信号を生成し、
    前記論理反転信号と前記第２の二値化信号との論理和をとった補助信号を生成し、
    前記出力信号から前記光検出センサにおける前記ビームの被照射位置を示す位置信号を生成し、
    前記補助信号及び前記位置信号を基に前記ビームを受信する受信装置の向きを制御することを特徴とする信号処理方法。

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