JP2022009987A - 測距装置及び測距方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記変調手段は、前記複数の測距信号とトレーニング信号とに基づいて、前記光を位相変調して前記光信号を出力し、
前記受信手段は、前記光信号に含まれる前記トレーニング信号に基づいて、前記コヒーレント受信した光信号を復調する。
本発明の第2の測距装置は、1)光を出力する光出力手段と、2)複数の測距信号に基づき、前記光を強度変調して光信号を出力する変調手段と、3)前記光信号を被測定物に送信する送信手段と、4)前記被測定物で反射された前記光信号を参照光との干渉によりコヒーレント受信する受信手段と、5)前記コヒーレント受信した光信号に基づき、前記被測定物の位置を算出する算出手段と、を有し、
前記複数の測距信号は、周期的な強度変化を有しており、
前記変調手段は、前記強度変化の周期のそれぞれ異なる前記複数の測距信号に基づき、前記光を強度変調して前記光信号を出力し、
前記変調手段は、前記複数の測距信号とトレーニング信号とに基づいて、前記光を強度変調して前記光信号を出力し、
前記受信手段は、前記光信号に含まれる前記トレーニング信号に基づいて、前記コヒーレント受信した光信号を復調する。
前記変調ステップは、前記複数の測距信号とトレーニング信号とに基づいて、前記光を位相変調して前記光信号を出力し、
前記受信ステップは、前記光信号に含まれる前記トレーニング信号に基づいて、前記コヒーレント受信した光信号を復調する。
本発明の第2の制御方法は、コンピュータによって実行される制御方法である。当該制御方法は、1)光を出力する光出力ステップと、2)複数の測距信号に基づき、前記光を強度変調して光信号を出力する変調ステップと、3)前記光信号を被測定物に送信する送信ステップと、4)前記被測定物で反射された前記光信号を参照光との干渉によりコヒーレント受信する受信ステップと、5)前記コヒーレント受信した光信号に基づき、前記被測定物の位置を算出する算出ステップと、を有し、
前記複数の測距信号は、周期的な強度変化を有しており、
前記変調ステップは、前記強度変化の周期のそれぞれ異なる前記複数の測距信号に基づき、前記光を強度変調して前記光信号を出力し、
前記変調ステップは、前記複数の測距信号とトレーニング信号とに基づいて、前記光を強度変調して前記光信号を出力し、
前記受信ステップは、前記光信号に含まれる前記トレーニング信号に基づいて、前記コヒーレント受信した光信号を復調する。
<概要>
図1は、実施形態1に係る測距装置2000の動作を概念的に説明するための図である。なお図1は、測距装置2000の動作の理解を容易にすることを目的とする例示のための図であり、測距装置2000の動作は図1によって何ら限定されない。
本実施形態の測距装置2000によれば、複数の測距信号を用いた直交変調又は偏波多重により、1つの送信光で複数の測距信号を同時に送信することができる。そのため、複数の測距信号に基づいて算出される測定距離を利用し、高い精度で測定距離を算出することができる。詳しくは後述するが、例えば、複数の測距信号で得られる算出結果を統計処理するといった方法や、複数の算出結果のうち精度が良いと考えられる算出結果のみを採用する方法などにより、精度の良い測定距離を得られる。
図2は、測距装置2000の機能構成部を例示する図である。測距装置2000は、生成部2020、変調部2040、送信部2060、受信部2080、抽出部2100、及び算出部2120を有する。生成部2020は、複数の測距信号を生成する。変調部2040は、生成した各測距信号を用いて送信光を生成する。送信光は、光搬送波に対して直交変調及び偏波多重の内の少なくとも一方を施すことで生成される。送信部2060は、生成された送信光を送信する。受信部2080は、送信光が被測定物10によって反射された反射光を受信する。抽出部2100は、反射光を復調することで、各測距信号に対応する受信信号を抽出する。算出部2120は、抽出された受信信号のいずれか1つ以上を利用して被測定物10までの距離を算出する。
図3は、測距装置2000のハードウエア構成を例示する図である。図3の測距装置2000は、デジタルシグナルプロセッサ1020、デジタルアナログコンバータ1040、光源1060、偏波多重/直交変調モジュール1080、送信モジュール1100、受信モジュール1120、光フロントエンド1140、アナログデジタルコンバータ1160、及びデジタルシグナルプロセッサ1180を有する。図3の測距装置2000では、直交変調と偏波多重が行われる。そのため、送信光の X 偏波と Y 偏波それぞれの I 成分と Q 成分、すなわち4つのチャネルそれぞれに測距信号が載せられる。
図7は、測距装置2000によって実行される処理の流れを例示するフローチャートである。生成部2020は、複数の測距信号を生成する(S102)。変調部2040は、生成した各測距信号を用いて、光搬送波に対して直交変調及び偏波多重の内の少なくとも一方を施した送信光を生成する(S104)。送信部2060は、生成された送信光を送信する(S106)。受信部2080は、送信光が被測定物10によって反射された反射光を受信する(S108)。抽出部2100は、反射光を復調することで、各測距信号に対応する受信信号を抽出する(S110)。算出部2120は、抽出された受信信号のいずれか1つ以上を利用して被測定物10までの距離を算出する(S112)。
生成部2020は複数の測距信号を生成する(S102)。例えば生成部2020は、それぞれ異なる測距方式に従って複数の測距信号を生成する。例えば送信光のそれぞれ異なる4つのチャネルに測距信号を載せるとする。この場合、生成部2020は、4つのそれぞれ異なる測距方式に従った測距信号を生成する。
変調部2040は、生成部2020によって生成された各測距信号を用いて、送信光を生成する(S104)。送信光は、光搬送波に対して直交変調及び偏波多重の内の少なくとも一方を施すことで生成される。変調部2040は、光搬送波の X 偏波と Y 偏波それぞれの I 成分と Q 成分、すなわち4つのチャネルに、それぞれ異なる測距信号を載せることができる。変調部2040は、各測距信号を変調信号として扱って、光搬送波の各成分を変調する。なお、変調信号に基づいて光搬送波の各成分を変調する技術には、既存の技術を利用することができる。
送信光には、測距信号に加えてトレーニング信号が含まれてもよい。トレーニング信号は、抽出部2100が行う偏波分離や直交復調を容易にするために利用される。トレーニング信号の利用方法の具体的な説明は後述する。
抽出部2100は、反射光を復調することで、各測距信号に対応する受信信号を抽出する(S110)。そのために抽出部2100は、受信部2080から得られる信号について、偏波分離及び直交復調を行う。
測距装置2000は、偏波分離と直交復調の結果得られた受信信号を、測距信号と対応づける。すなわち、測距装置2000は、各受信信号について、送信前にはどの測距信号であったのかを特定する。
算出部2120は、受信信号を用いて測定距離を算出する。なお、採用した測距方式に基づいて測距信号と受信信号とを比較することで測定距離を算出する技術には、既存の技術を利用することができる。
算出部2120によって算出された測定距離の出力先は様々である。例えば算出部2120は、算出した測定距離を所定の記憶装置に記憶させる。その他にも例えば、算出部2120は、測距装置2000に接続されているディスプレイ装置に、算出した測定距離を表示させる。その他にも例えば、算出部2120は、算出した測定距離を他の計算機(PC、サーバ装置、又は携帯端末など)に出力してもよい。
1. 複数の測距信号を生成する生成手段と、
各前記生成した測距信号を用いて、光搬送波に対して直交変調及び偏波変調の内の少なくとも一方を施した送信光を生成する変調手段と
前記生成された送信光を送信する送信手段と、
前記送信光が被測定物によって反射された光である反射光を受信する受信手段と、
前記反射光を復調することで、各前記測距信号に対応する受信信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出された受信信号のいずれか1つ以上を利用して前記被測定物までの距離を算出する算出手段と、
を有する測距装置。
2. 前記生成手段が生成する複数の前記測距信号のうち、少なくとも2つはそれぞれ異なる測距方式で利用される信号である、1.に記載の測距装置。
3. 複数の前記測距信号のうち、少なくとも2つは、周波数差検出方式で利用する測距信号であり、
前記生成手段は、前記少なくとも2つの測距信号を、それぞれ異なる周波数変調速度で変調する、1.又は2.に記載の測距装置。
4. 複数の前記測距信号のうち、少なくとも2つは、位相差検出方式で利用する測距信号であり、
前記生成手段は、前記少なくとも2つの測距信号を、それぞれ異なる位相変調速度で変調する、1.又は2.に記載の測距装置。
5. 複数の前記測距信号のうち、少なくとも2つは、飛行時間測定方式で利用する測距信号であり、
前記生成手段は、前記少なくとも2つの測距信号を、それぞれ異なる繰り返し周期の信号で変調する、1.又は2.に記載の測距装置。
6. 前記算出手段は、前記抽出された各受信信号それぞれを対応する測距信号と比較することで、前記受信信号ごとに前記被測定物までの距離を算出し、前記算出された複数の距離に基づいて、測定結果とする前記被測定物までの距離を算出する、1.乃至5.いずれか一つに記載の測距装置。
7. 前記変調手段は、前記測距信号とトレーニング信号を利用して変調信号を生成し、その変調信号で前記光搬送波を変調し、
前記抽出手段は、前記反射光に含まれるトレーニング信号を利用して、前記反射光を復調する、1.乃至6.いずれか一つに記載の測距装置。
8. 前記変調手段は、複数の測距信号それぞれについて、前記測距信号の前にトレーニング信号を付加することで前記変調信号を生成し、
前記抽出手段は、
前記トレーニング信号が含まれる期間の前記反射光を用いて、偏波分離又は直交復調に利用するパラメータを決定し、
前記測距信号が含まれる期間の前記反射光について、前記決定したパラメータを用いて、偏波分離又は直交復調を行う、7.に記載の測距装置。
9. 前記変調手段は、前記測距信号を用いて前記光搬送波の第1偏波を変調し、前記トレーニング信号を用いて前記光搬送波の第2偏波を変調し、
前記抽出手段は、
前記トレーニング信号が含まれる前記反射光の第1偏波を用いて、直交復調に利用するパラメータを決定し、
前記決定したパラメータを用いて、前記測距信号が含まれる前記反射光の第2偏波を直交復調する、7.に記載の測距装置。
複数の測距信号を生成する生成ステップと、
各前記生成した測距信号を用いて、光搬送波に対して直交変調及び偏波変調の内の少なくとも一方を施した送信光を生成する変調ステップと
前記生成された送信光を送信する送信ステップと、
前記送信光が被測定物によって反射された光である反射光を受信する受信ステップと、
前記反射光を復調することで、各前記測距信号に対応する受信信号を抽出する抽出ステップと、
前記抽出された受信信号のいずれか1つ以上を利用して前記被測定物までの距離を算出する算出ステップと、
を有する制御方法。
11. 前記生成ステップにおいて生成する複数の前記測距信号のうち、少なくとも2つはそれぞれ異なる測距方式で利用される信号である、10.に記載の制御方法。
12. 複数の前記測距信号のうち、少なくとも2つは、周波数差検出方式で利用する測距信号であり、
前記生成ステップにおいて、前記少なくとも2つの測距信号を、それぞれ異なる周波数変調速度で変調する、10.又は11.に記載の制御方法。
13. 複数の前記測距信号のうち、少なくとも2つは、位相差検出方式で利用する測距信号であり、
前記生成ステップにおいて、前記少なくとも2つの測距信号を、それぞれ異なる位相変調速度で変調する、10.又は11.に記載の制御方法。
14. 複数の前記測距信号のうち、少なくとも2つは、飛行時間測定方式で利用する測距信号であり、
前記生成ステップにおいて、前記少なくとも2つの測距信号を、それぞれ異なる繰り返し周期の信号で変調する、10.又は11.に記載の制御方法。
15. 前記算出ステップにおいて、前記抽出された各受信信号それぞれを対応する測距信号と比較することで、前記受信信号ごとに前記被測定物までの距離を算出し、前記算出された複数の距離に基づいて、測定結果とする前記被測定物までの距離を算出する、10.乃至14.いずれか一つに記載の制御方法。
16. 前記変調ステップにおいて、前記測距信号とトレーニング信号を利用して変調信号を生成し、その変調信号で前記光搬送波を変調し、
前記抽出ステップにおいて、前記反射光に含まれるトレーニング信号を利用して、前記反射光を復調する、10.乃至15.いずれか一つに記載の制御方法。
17. 前記変調ステップにおいて、複数の測距信号それぞれについて、前記測距信号の前にトレーニング信号を付加することで前記変調信号を生成し、
前記抽出ステップにおいて、
前記トレーニング信号が含まれる期間の前記反射光を用いて、偏波分離又は直交復調に利用するパラメータを決定し、
前記測距信号が含まれる期間の前記反射光について、前記決定したパラメータを用いて、偏波分離又は直交復調を行う、16.に記載の制御方法。
18. 前記変調ステップにおいて、前記測距信号を用いて前記光搬送波の第1偏波を変調し、前記トレーニング信号を用いて前記光搬送波の第2偏波を変調し、
前記抽出ステップにおいて、
前記トレーニング信号が含まれる前記反射光の第1偏波を用いて、直交復調に利用するパラメータを決定し、
前記決定したパラメータを用いて、前記測距信号が含まれる前記反射光の第2偏波を直交復調する、16.に記載の制御方法。
光を出力する光出力手段と、
第1の測距信号と第2の測距信号とに基づき、前記光を変調して光信号を出力する変調手段と、
前記光信号を被測定物に送信する送信手段と、
前記被測定物で反射された前記光信号を参照光との干渉によりコヒーレント受信する受信手段と、
前記コヒーレント受信した光信号と第1の測距信号との周波数差と、前記コヒーレント受信した光信号と第2の測距信号との位相差との少なくとも一つに基づき、前記測距装置と前記被測定物との距離を算出する算出手段と、
を有する。
被測定物との距離を測定する測距装置の測距方法であって、
光を出力する光出力ステップと、
第1の測距信号と第2の測距信号とに基づき、前記光を変調して光信号を出力する変調ステップと、
前記光信号を前記被測定物に送信する送信ステップと、
前記被測定物で反射された前記光信号を参照光との干渉によりコヒーレント受信する受信ステップと、
前記コヒーレント受信した光信号と第1の測距信号との周波数差と、前記コヒーレント受信した光信号と第2の測距信号との位相差との少なくとも一つに基づき、前記測距装置と前記被測定物との距離を算出する算出ステップと、
を含む。
Claims (10)
- 光を出力する光出力手段と、
複数の測距信号に基づき、前記光を位相変調して光信号を出力する変調手段と、
前記光信号を被測定物に送信する送信手段と、
前記被測定物で反射された前記光信号を参照光との干渉によりコヒーレント受信する受信手段と、
前記コヒーレント受信した光信号に基づき、前記被測定物の位置を算出する算出手段と、
を有し、
前記変調手段は、前記複数の測距信号とトレーニング信号とに基づいて、前記光を位相変調して前記光信号を出力し、
前記受信手段は、前記光信号に含まれる前記トレーニング信号に基づいて、前記コヒーレント受信した光信号を復調する測距装置。 - 前記変調手段は、前記複数の測距信号に基づき、前記光を位相変調して第1の光信号と第2の光信号とを出力し、
前記光信号は、前記第1の光信号と前記第2の光信号とを偏波多重した偏波多重光信号である、請求項1に記載の測距装置。 - 前記参照光は、前記光出力手段から出力される前記光である、
請求項1又は2に記載の測距装置。 - 前記変調手段は、周波数変調速度のそれぞれ異なる前記複数の測距信号に基づき、前記光を位相変調及び周波数変調して前記光信号を出力する、請求項1から3のいずれか一項に記載の測距装置。
- 前記変調手段は、位相変調速度のそれぞれ異なる前記複数の測距信号に基づき、前記光を位相変調して前記光信号を出力する、請求項1から3のいずれか一項に記載の測距装置。
- 光を出力する光出力手段と、
複数の測距信号に基づき、前記光を強度変調して光信号を出力する変調手段と、
前記光信号を被測定物に送信する送信手段と、
前記被測定物で反射された前記光信号を参照光との干渉によりコヒーレント受信する受信手段と、
前記コヒーレント受信した光信号に基づき、前記被測定物の位置を算出する算出手段と、
を有し、
前記複数の測距信号は、周期的な強度変化を有しており、
前記変調手段は、前記強度変化の周期のそれぞれ異なる前記複数の測距信号に基づき、前記光を強度変調して前記光信号を出力し、
前記変調手段は、前記複数の測距信号とトレーニング信号とに基づいて、前記光を強度変調して前記光信号を出力し、
前記受信手段は、前記光信号に含まれる前記トレーニング信号に基づいて、前記コヒーレント受信した光信号を復調する測距装置。 - 前記受信手段は、
前記コヒーレント受信した光信号に基づいて、前記コヒーレント受信した光信号の復調に利用するパラメータを特定し、
前記特定したパラメータに基づいて、前記コヒーレント受信した光信号を復調する、請求項1から6のいずれか一項に記載の測距装置。 - 前記変調手段は、前記測距信号に基づいて前記光の第1偏波を変調し、前記トレーニング信号を用いて前記光の第2偏波を変調し、
前記受信手段は、
前記コヒーレント受信した光信号の第1偏波に基づいて、前記コヒーレント受信した光信号の復調に利用するパラメータを特定し、
前記特定したパラメータに基づいて、前記測距信号が含まれる前記コヒーレント受信した光信号の第2偏波を復調する、請求項1から6のいずれか一項に記載の測距装置。 - コンピュータによって実行される制御方法であって、
光を出力する光出力ステップと、
複数の測距信号に基づき、前記光を位相変調して光信号を出力する変調ステップと、
前記光信号を被測定物に送信する送信ステップと、
前記被測定物で反射された前記光信号を参照光との干渉によりコヒーレント受信する受信ステップと、
前記コヒーレント受信した光信号に基づき、前記被測定物の位置を算出する算出ステップと、
を有し、
前記変調ステップは、前記複数の測距信号とトレーニング信号とに基づいて、前記光を位相変調して前記光信号を出力し、
前記受信ステップは、前記光信号に含まれる前記トレーニング信号に基づいて、前記コヒーレント受信した光信号を復調する制御方法。 - コンピュータによって実行される制御方法であって、
光を出力する光出力ステップと、
複数の測距信号に基づき、前記光を強度変調して光信号を出力する変調ステップと、
前記光信号を被測定物に送信する送信ステップと、
前記被測定物で反射された前記光信号を参照光との干渉によりコヒーレント受信する受信ステップと、
前記コヒーレント受信した光信号に基づき、前記被測定物の位置を算出する算出ステップと、
を有し、
前記複数の測距信号は、周期的な強度変化を有しており、
前記変調ステップは、前記強度変化の周期のそれぞれ異なる前記複数の測距信号に基づき、前記光を強度変調して前記光信号を出力し、
前記変調ステップは、前記複数の測距信号とトレーニング信号とに基づいて、前記光を強度変調して前記光信号を出力し、
前記受信ステップは、前記光信号に含まれる前記トレーニング信号に基づいて、前記コヒーレント受信した光信号を復調する制御方法。
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