JP6515472B2 - Detection device, control device, detection method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、光通信に関し、特に、通信用の光を検出する検出装置、制御装置、検出方法、及び、プログラムに関する。 The present invention relates to optical communication, and more particularly to a detection apparatus, a control apparatus, a detection method, and a program for detecting light for communication.
近年、衛星及び航空機に搭載可能な観測機器が、高性能化している。それに伴い、観測機器が取得する情報量が、増加している。そのため、観測機器が取得した情報を通信するためのシステムとして、高速な通信が可能な光ビームを用いた光空間通信システムが、提唱されている。例えば、2006年には、光衛星間通信実験衛星「きらり」が、衛星間の光空間通信を世界で初めて成功した。 In recent years, observation instruments that can be mounted on satellites and aircraft have become more sophisticated. Along with that, the amount of information acquired by observation equipment is increasing. Therefore, an optical space communication system using an optical beam capable of high-speed communication has been proposed as a system for communicating information acquired by an observation device. For example, in 2006, the optical intersatellite communication experiment satellite "Kirari" succeeded for the first time in the world optical space communication between satellites.
光空間通信において、高速な通信を実現するためには、通信局のアンテナを精密に対向させる必要がある。さらに、その精密な対向状態を実現するために、捕捉追尾フィードバック制御システムが必要である。捕捉追尾フィードバック制御システムとは、受光した光ビームの傾きを測定し、その測定値を基に、光ビームの方向を制御するための光偏向装置(アンテナ又は精捕捉機構(FPM:Fine Pointing Mechanism))の向きをフィードバック制御するシステムである。 In optical space communication, in order to realize high-speed communication, it is necessary to make the antennas of the communication stations face each other precisely. Furthermore, in order to realize the precise opposing state, an acquisition tracking feedback control system is required. Acquisition tracking tracking control system measures the inclination of the received light beam, and based on the measurement value, a light deflection device (antenna or fine pointing mechanism (FPM: Fine Pointing Mechanism) for controlling the direction of the light beam. Feedback control of the direction of).
フィードバック制御において、センサ及び駆動部(アンテナ又はFPM)の制御の高速化は、大きな外乱圧縮特性を実現できる。そして、フィードバック制御の性能向上のためには、光ビームの傾きを高速に測定可能なセンサが、必要である。 In feedback control, speeding up control of the sensor and driver (antenna or FPM) can realize large disturbance compression characteristics. And in order to improve the performance of feedback control, a sensor capable of measuring the inclination of the light beam at high speed is required.
その対応のセンサとして、4領域に区切られた受光素で構成された四分割(QD:Quadrant Detector)センサがある。QDセンサは、高速な測定が可能である。しかし、4領域に分割された領域のいずれか1つ領域内に光ビームのスポットが入った場合、QDセンサは、光ビームの傾きを正しく検出することができない。この場合、QDセンサは、光ビームのおおよその方向しか検出できない。つまり、QDセンサは、測定領域が狭いという問題点があった。 As a corresponding sensor, there is a Quadrant Detector (QD) sensor composed of light receiving elements divided into four regions. The QD sensor can measure at high speed. However, if the light beam spot falls within any one of the four divided regions, the QD sensor can not correctly detect the tilt of the light beam. In this case, the QD sensor can only detect the approximate direction of the light beam. That is, the QD sensor has a problem that the measurement area is narrow.
一方、他のセンサとして、二次元エリアセンサがある(例えば、特許文献1を参照)。二次元エリアセンサを備えたシステムは、二次元エリアセンサ上における光ビームスポットの位置を基に、入射光(入射光ビーム)の角度を演算する。二次元エリアセンサは、センサのいずれの領域に光ビームスポットが入った場合でも、方向の算出が可能である。つまり、二次元エリアセンサは、測定領域が広いという特徴がある。特許文献1に記載の二次元エリアセンサは、マルチポート化したCCD(Charge Coupled Device)を用いて構成されている。
On the other hand, as another sensor, there is a two-dimensional area sensor (see, for example, Patent Document 1). A system provided with a two-dimensional area sensor calculates the angle of incident light (incident light beam) based on the position of the light beam spot on the two-dimensional area sensor. The two-dimensional area sensor can calculate the direction even when the light beam spot enters any area of the sensor. That is, the two-dimensional area sensor is characterized in that the measurement area is wide. The two-dimensional area sensor described in
しかし、二次元エリアセンサは、フレームレートと同期したタイミングで、取得データを測定し、出力する。このセンサの特性上、二次元エリアセンサは、信号の取得から出力までに、通常、少なくとも1フレームの測定遅延が発生する。フィードバック制御において、この測定遅延は、制御遅延時間となる。このように、特許文献1に記載の二次元エリアセンサを備えた装置は、測定遅延が大きいという問題点があった。
However, the two-dimensional area sensor measures and outputs acquired data at timing synchronized with the frame rate. Due to the nature of this sensor, a two-dimensional area sensor usually has a measurement delay of at least one frame from the acquisition of the signal to the output. In feedback control, this measurement delay is the control delay time. Thus, the apparatus provided with the two-dimensional area sensor described in
本発明の目的は、上記問題点を解決し、光ビームスポットの位置の測定遅延を改善する検出装置、制御装置、検出方法及びプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a detection device, a control device, a detection method and a program which solve the above problems and improve the measurement delay of the position of the light beam spot.
本発明の一形態のおける検出装置は、入射された光ビームスポットの強度を検出する二次元エリアセンサと、前記二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力する読み出し手段と、前記全範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する第1の演算手段と、前記狭範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する第2の演算手段とを含む位置演算手段と、前記位置演算手段の演算結果である前記光ビームスポットの位置を基に前記読み出し手段と前記位置演算手段との動作を切り替える演算切替え手段とを含む。 A detection apparatus according to one aspect of the present invention includes a two-dimensional area sensor that detects the intensity of an incident light beam spot, and a narrower range than the entire range including a signal or a central range from the two-dimensional area sensor. Readout means for reading out a signal in a narrow range and outputting the read out signal as sensor data, and first operation means for calculating the position of the light beam spot in the two-dimensional area sensor based on the sensor data of the entire range Position calculating means including a second calculating means for calculating the position of the light beam spot in the two-dimensional area sensor based on the narrow range sensor data, and the light which is the calculation result of the position calculating means Operation switching means for switching the operation of the reading means and the position calculation means based on the position of the beam spot.
本発明の一形態における制御装置は、入射された光ビームスポットの強度を検出する二次元エリアセンサと、前記二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力する読み出し手段と、前記全範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する第1の演算手段と、前記狭範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する第2の演算手段とを含む位置演算手段と、前記位置演算手段の演算結果である前記光ビームスポットの位置を基に前記読み出し手段と前記位置演算手段との動作を切り替える演算切替え手段とを含む検出装置と、検出装置に光ビームスポットの入射する被制御手段と、検出装置の検出結果である光ビームスポットの位置を基に被制御手段を制御するための演算を実行する制御演算手段とを含む。 The control device according to one aspect of the present invention is a two-dimensional area sensor that detects the intensity of the incident light beam spot, and a narrower range than the entire range including the entire range of signals or the central portion from the two-dimensional area sensor. Reading means for reading a signal in a narrow range and outputting the read signal as sensor data; and first computing means for computing the position of the light beam spot in the two-dimensional area sensor based on the sensor data of the entire range A position calculating means including a second calculating means for calculating the position of the light beam spot in the two-dimensional area sensor based on the narrow range sensor data; and the light beam which is the calculation result of the position calculating means A detection device including operation switching means for switching the operation of the reading means and the position calculation means based on the position of a spot; Comprising a controlled unit for incident light beam spot location, and a control operation unit for executing an operation for controlling the controlled device based on the position of the light beam spot is detected result of the detection device.
本発明の一形態のおける検出方法は、入射された光ビームスポットの強度を検出し、二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力し、全範囲のセンサデータを基に二次元エリアセンサにおける光ビームスポットの位置を演算し、狭範囲のセンサデータを基に二次元エリアセンサにおける光ビームスポットの位置を演算し、演算結果である光ビームスポットの位置を基に読み出しと位置演算との動作を切り替える。 A detection method according to one aspect of the present invention detects the intensity of an incident light beam spot, and detects a narrow range signal from a two-dimensional area sensor or a narrow range signal narrower than the entire range including the central portion. The read out signal is output as sensor data, the position of the light beam spot in the two-dimensional area sensor is calculated based on the sensor data of the whole range, and the light beam spot in the two-dimensional area sensor is based on the sensor data in the narrow range The position of the light beam spot is calculated, and the operation of readout and position calculation is switched based on the position of the light beam spot which is the calculation result.
本発明の一形態のおけるプログラムは、入射された光ビームスポットの強度を検出する処理と、二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力する処理と、全範囲のセンサデータを基に二次元エリアセンサにおける光ビームスポットの位置を演算し、狭範囲のセンサデータを基に二次元エリアセンサにおける光ビームスポットの位置を演算する処理と、演算結果である光ビームスポットの位置を基に読み出しと位置演算との動作を切り替える処理とをコンピュータに実行させる。 A program according to one aspect of the present invention includes a process of detecting the intensity of an incident light beam spot, and a narrow range signal which is narrower than the entire range including the entire range signal from the two-dimensional area sensor or the central portion. And the position of the light beam spot in the two-dimensional area sensor is calculated based on the processing of outputting the read out signal as sensor data, and the sensor data of the entire range, and the two-dimensional area sensor The computer is made to execute processing of calculating the position of the light beam spot and processing of switching the operation of reading out and position calculation based on the position of the light beam spot which is the calculation result.
本発明に基づけば、光ビームスポットの位置の測定遅延を改善するとの効果を奏することができる。 According to the present invention, it is possible to improve the measurement delay of the position of the light beam spot.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、各図面は、本発明の実施形態を説明するものである。ただし、本発明は、各図面の記載に限られるわけではない。また、各図面の同様の構成には、同じ番号を付し、その繰り返しの説明を、省略する場合がある。また、以下の説明に用いる図面において、本発明の説明に関係しない部分の構成については、記載を省略し、図示しない場合もある。 Each drawing is for describing an embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the description of each drawing. Moreover, the same number may be attached | subjected to the same structure as each drawing, and the description of the repetition may be abbreviate | omitted. Further, in the drawings used for the following description, the configuration of parts not related to the description of the present invention may be omitted or not shown.
<第1の実施形態>
図1は、本発明における第1の実施形態に係る検出装置200を含む制御装置100の構成の一例を示すブロック図である。
First Embodiment
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of a
制御装置100は、被制御部300と、検出装置200と、制御演算部400とを含む。
被制御部300は、制御演算部400からの制御信号に基づいて、検出装置200に含まれる二次元エリアセンサ210に入射する入射光(光ビーム)の向きを偏向する。例えば、被制御部300は、電磁コイルで傾きを制御される駆動ミラーである。
The controlled
制御演算部400は、検出装置200の検出の結果(演算値)を基に、被制御部300に対する制御のための演算を実行する。そして、制御演算部400は、被制御部300に制御信号として、演算結果を送信する。例えば、制御演算部400は、CPU(Central Processing Unit)と記憶装置とを含む情報処理装置である。
The
検出装置200は、被制御部300からの入射光(光ビーム)を基に、検出結果(演算値)として、入射光の二次元エリアセンサ210上の位置を、制御演算部400に出力する。以下、二次元エリアセンサ210上に照射された光ビームを、光ビームスポットSと呼ぶ。
The
次に、図面を参照して検出装置200について、さらに説明する。
Next, the
まず、検出装置200の構成について説明する。
First, the configuration of the
図2は、第1の実施形態に係る検出装置200の構成の一例を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the
検出装置200は、二次元エリアセンサ210と、読み出し部220と、演算切替え部230と、位置演算部240とを含む。
The
二次元エリアセンサ210は、二次元に配置された検出素子(セル)を含み、セルに入射した光を電気信号に変換する光電変換素子である。二次元エリアセンサ210は、被制御部300を介して入射した入射光を電荷に変換する。二次元エリアセンサ210は、変換した電荷を、センサ信号として、読み出し部220に出力する。
The two-
読み出し部220は、二次元エリアセンサ210から、センサ信号を読み出す。読み出し部220は、読み出しのタイミングを決定するために、フレームレートに相当する信号、又は、センサシャッタースピードを設定する信号を、二次元エリアセンサ210に出力する。ただし、読み出し部220は、二次元エリアセンサ210から下記に説明するようにセンサ信号を読み出す。
The
図3は、一般的な二次元エリアセンサからの読み出し方法を示す図である。図3に示すように、一般的な二次元エリアセンサからの読み出し方法は、いずれかの1つの頂点(角)又は外周の辺に近いライン(図の出力開始位置のライン)から、ライン毎に、順番に、セルからのセンサ信号を読み出す。図3において、実線は、読み出しラインを示し、破線は、次の読み出しラインへの移動を示す。実線及び破線は、以下の図面においても、同様とする。 FIG. 3 is a diagram showing a method of reading from a general two-dimensional area sensor. As shown in FIG. 3, the reading method from a general two-dimensional area sensor is line by line from a line (line at the output start position in the figure) near any one vertex (corner) or edge of the periphery. , In order, read out the sensor signal from the cell. In FIG. 3, a solid line indicates a readout line, and a broken line indicates movement to the next readout line. The solid line and the broken line are the same in the following drawings.
図4は、本実施形態に係る読み出し部220における、二次元エリアセンサ210からの読み出し方法を示す図である。図4示すように、読み出し部220は、最初に、二次元エリアセンサ210の中央ライン(図の出力開始位置のライン)からセンサ信号を読み出す。読み出し部220は、次に、二次元エリアセンサ210の中心部(中央付近の領域)のセルからのセンサ信号を読み出し、その後、周辺部のセルからのセンサ信号を読み出す。図4に示す光ビームスポット(S)は、二次元エリアセンサ210上の光ビームスポットSの一例である。なお、読み出し部220は、後ほど説明する狭範囲での読み出しに図4に示す方法を用い、全範囲の読み出しに図3に示す方法を用いてもよい。
FIG. 4 is a diagram showing a reading method from the two-
読み出し部220は、センサ信号を位置演算部240で処理可能なデータに変換し、センサデータとして位置演算部240に出力する。読み出し部220は、演算切替え部230の指示を基に、二次元エリアセンサ210から読み出す範囲を変更する。
The
位置演算部240は、読み出し部220から受信したセンサデータを基に、二次元エリアセンサ210における光ビームスポットSの位置を演算する。ただし、本実施形態の位置演算部240は、二次元エリアセンサ210における異なる読み出し範囲に対する演算を実行する。そして、位置演算部240は、演算切替え部230からの指示を基に、異なる読み出し範囲(以下、単に範囲ともいう)に対する演算を切り替える。位置演算部240が演算対象となる範囲の種類及び範囲の数は、特に制限はない。以下の説明では、一例として、位置演算部240は、図2に示すように、2つの範囲に対する演算を実行する。
The
すなわち、位置演算部240は、全範囲演算部241と、狭範囲演算部242とを含む。
That is, the
全範囲演算部241は、二次元エリアセンサ210の全範囲に対応するデータを基に、光ビームスポットの位置を演算する。全範囲演算部241は、第1の演算部である。
The all
狭範囲演算部242は、読み出し部220の読み出しの最初の中央ラインから所定の範囲である二次元エリアセンサ210の中心部のセルからのデータを基に、光ビームスポットSの位置を演算する。そのため、狭範囲演算部242は、読み出し部220が二次元エリアセンサ210から全てのセンサ信号を読み出し終える前に、光ビームスポットSの位置の演算を開始できる。また、狭範囲演算部242は、二次元エリアセンサ210の一部のセンサデータを演算に用いる。そのため、狭範囲演算部242は、全範囲演算部241に比べ、演算に用いるデータ量が少なく、演算時間を短縮できる。狭範囲演算部242は、第2の演算部である。
The narrow
位置演算部240は、演算結果である二次元エリアセンサ210における光ビームスポットSの位置の情報(演算値)を制御演算部400と演算切替え部230とに送信する。
The
演算切替え部230は、位置演算部240から受信した演算値を基に、二次元エリアセンサ210上における光ビームスポットSの位置が中心部か否かを判定する。そして、演算切替え部230は、光ビームスポットSの位置に応じて、読み出し部220及び位置演算部240に、動作を切り替えるための切替え信号を送信する。
The
次に、図面を参照して、検出装置200の動作について説明する。
Next, the operation of the
図5は、本実施形態に係る検出装置200における全範囲演算部241を用いた動作の一例を示すタイムチャートである。
FIG. 5 is a time chart showing an example of an operation using the full
二次元エリアセンサ210は、センサ1周期(1フレームレートに相当)毎に全セルのセンサ値(電荷)を取得し、レジスタなどに格納してから出力する。二次元エリアセンサ210は、この動作を繰り返す。
The two-
読み出し部220は、二次元エリアセンサ210が最初の1周期で全セルのセンサ値を取得後、センサ信号を読み出す。次に、読み出し部220は、センサ信号をセンサデータに変換後、センサデータを位置演算部240(全範囲演算部241)に送信する。全範囲演算部241は、受信したデータを基に光ビームスポットの位置を演算する。位置演算部240は、演算結果(演算値)を制御演算部400に送信する。
The
そして、制御演算部400は、演算値を基に、制御のための演算を実行する。
Then, the
図5に示すように、全範囲演算部241を用いた場合、検出装置200を含む制御装置100の制御遅延量は、センサ1周期より長くなる。
As shown in FIG. 5, when the full
図6は、本実施形態に係る検出装置200における狭範囲演算部242を用いた動作の一例を示すタイムチャートである。
FIG. 6 is a time chart showing an example of an operation using the narrow
二次元エリアセンサ210は、センサ1周期毎に全セルのセンサ値(電荷)を取得(格納)してから出力する。二次元エリアセンサ210は、この動作を繰り返す。
The two-
読み出し部220は、二次元エリアセンサ210が中心部のセルのセンサ値の取得後、センサ信号を読み出し、センサ信号をセンサデータに変換後、センサデータを位置演算部240(狭範囲演算部242)に送信する。狭範囲演算部242は、受信したデータを基に光ビームスポットの位置を演算する。位置演算部240は、演算結果(演算値)を制御演算部400に送信する。
The
そして、制御演算部400は、演算値を基に、制御のための演算を実行する。
Then, the
図6に示すように、検出装置200は、狭範囲演算部242を用いる場合、位置演算部240における演算を、二次元エリアセンサ210の全セルのデータ取得完了を待たずに、開始できる。つまり、検出装置200は、演算開始を、早めることができる。
As shown in FIG. 6, when the narrow
また、検出装置200は、狭範囲演算部242を用いる場合、演算に用いるデータ量が少ない。つまり、検出装置200は、二次元エリアセンサ210がセンサ値の取得を開始してから、制御演算部400に演算値を送信するまでに必要となる時間を削減することが可能である。
In addition, when the narrow
そして、検出装置200は、上記の図5及び図6に示す動作を切り替える。
Then, the
具体的には、検出装置200は、次のように動作する。
Specifically, the
演算切替え部230は、検出開始時には、読み出し部220及び位置演算部240に、二次元エリアセンサ210の全範囲に対する動作(図3及び図5の動作)を指示する。つまり、読み出し部220は、二次元エリアセンサ210からの全てのセンサデータを位置演算部240に送信する。位置演算部240では、全範囲演算部241が、光ビームスポットSに位置を演算する。位置演算部240は、演算結果(演算値)を制御演算部400に送信するとともに、演算切替え部230に送信する。
At the start of detection, the
演算切替え部230は、位置演算部240が算出した光ビームスポットの位置が、二次元エリアセンサ210の中心部であるか否かを判定する。中心部でない場合、演算切替え部230は、特に動作を実行しない。中心部の場合、演算切替え部230は、読み出し部220と位置演算部240に、中心部での動作(図4及び図6の動作)を指示する。この指示を基に、読み出し部220は、中心部のデータを位置演算部240に送信する。位置演算部240の狭範囲演算部242は、中心部のデータを基に、光ビームスポットSの位置を演算する。位置演算部240は、演算結果(演算値)を制御演算部400に送信するとともに、演算切替え部230に送信する。
The
このように、演算切替え部230が判定に用いる中心部とは、読み出し部220及び狭範囲演算部242の処理範囲である。読み出し部220、演算切替え部230及び狭範囲演算部242における範囲の設定は、予め、検出装置200に設定されていればよい。ただし、演算切替え部230は、マージンを確保するため、読み出し部220及び狭範囲演算部242の処理範囲より狭い範囲を、判定に用いてもよい。あるいは、演算切替え部230は、中心部の範囲を、読み出し部220及び位置演算部240の狭範囲演算部242に指示してもよい。
As described above, the central portion used by the
このように、検出装置200は、光ビームスポットSを二次元エリアセンサ210の略中心に捕捉後は、読み出し部220の処理時間及び位置演算部240の処理時間の削減を達成することができる。
As described above, after capturing the light beam spot S substantially at the center of the two-
[効果の説明]
このように、本実施形態に係る検出装置200は、光ビームスポットの位置の測定遅延を改善するとの効果を奏することができる。
[Description of effect]
As described above, the
その理由は、次のとおりである。 The reason is as follows.
読み出し部220は、二次元エリアセンサ210の中心部から周辺部に向かってデータから読み出す。光ビームスポットの位置が、二次元エリアセンサ210の中心部となった場合、演算切替え部230は、読み出し部220及び位置演算部240に二次元エリアセンサ210の中心部での動作を指示する。中心部での動作において、読み出し部220は、二次元エリアセンサ210からの読み出しの開始時間を早くする。また、位置演算部240は、中心部のデータを基に演算し、演算時間を短くする。その結果、光ビームスポットSが二次元エリアセンサ210の中心部に入った後は、検出装置200は、二次元エリアセンサ210が測定開始から、制御演算部400に演算値を送信するまでの時間を短縮できる。つまり、検出装置200は、光ビームスポットの位置の測定(演算)の遅延を改善できる。
The
そのため、検出装置200を含む制御装置100における制御遅延時間は、短縮する。そして、制御装置100の制御性能は、向上する。
Therefore, the control delay time in the
[変形例]
以上のように説明した検出装置200は、次のように構成される。
[Modification]
The
例えば、検出装置200の各構成部は、ハードウェア回路で構成されても良い。
For example, each component of the
また、検出装置200は、検出装置200の各構成をネットワーク又はバスを介して接続した複数の情報処理装置を用いて構成されても良い。
In addition, the
また、検出装置200は、複数の構成部を1つのハードウェアで構成しても良い。
In addition, the
また、検出装置200は、CPUと、ROM(Read Only Memory)と、RAMと(Random Access Memory)とを含むコンピュータ装置として実現しても良い。検出装置200は、上記構成に加え、さらに、入出力接続回路(IOC:Input / Output Circuit)と、インターフェース回路(IFC: Interface Circuit)とを含むコンピュータ装置として実現しても良い。
Further, the
図7は、本変形例に係る検出装置600の構成の一例を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of a
検出装置600は、CPU610と、ROM620と、RAM630と、内部記憶装置640と、IOC650と、IFC680と、IFC690とを含み、コンピュータ装置を構成している。
The
CPU610は、ROM620からプログラムを読み込む。そして、CPU610は、読み込んだプログラムに基づいて、RAM630と、内部記憶装置640と、IOC650と、IFC680と、IFC690とを制御する。そして、CPU610を含むコンピュータは、これらの構成を制御し、図2に示す、検出装置200としての各機能を実現する。より具体的には、CPU610は、図2に示す読み出し部220と、位置演算部240と、演算切替え部230としての各機能を実現する。
The
CPU610は、各機能を実現する際に、RAM630又は内部記憶装置640を、プログラムの一時記憶として使用しても良い。
The
また、CPU610は、コンピュータで読み取り可能にプログラムを記憶した記憶媒体700が含むプログラムを、図示しない記憶媒体読み取り装置を用いて読み込んでも良い。あるいは、CPU610は、IFC680又はIFC690を介して、図示しない外部の装置からプログラムを受け取り、RAM630に保存して、保存したプログラムを基に動作しても良い。
The
ROM620は、CPU610が実行するプログラム及び固定的なデータを記憶する。ROM620は、例えば、P−ROM(Programable-ROM)又はフラッシュROMである。
The
RAM630は、CPU610が実行するプログラム及びデータを一時的に記憶する。RAM630は、例えば、D−RAM(Dynamic-RAM)である。
The
内部記憶装置640は、検出装置600が長期的に保存するデータ及びプログラムを記憶する。また、内部記憶装置640は、CPU610の一時記憶装置として動作しても良い。内部記憶装置640は、例えば、ハードディスク装置、光磁気ディスク装置、SSD(Solid State Drive)又はディスクアレイ装置である。
The
ここで、ROM620と内部記憶装置640は、不揮発性の記憶媒体である。一方、RAM630は、揮発性の記憶媒体である。そして、CPU610は、ROM620、内部記憶装置640、又は、RAM630に記憶されているプログラムを基に動作可能である。つまり、CPU610は、不揮発性記憶媒体又は揮発性記憶媒体を用いて動作可能である。
Here, the
IOC650は、CPU610と、入力機器660及び表示機器670とのデータを仲介する。IOC650は、例えば、IOインターフェースカード又はUSB(Universal Serial Bus)カードである。
The
入力機器660は、検出装置600の操作者からの入力指示を受け取る機器である。入力機器660は、例えば、キーボード、マウス又はタッチパネルである。
The
表示機器670は、検出装置600の操作者に情報を表示する機器である。表示機器670は、例えば、液晶ディスプレイである。
The
IFC680は、二次元エリアセンサ210と接続を仲介する。IFC680は、例えば、専用回路、A/D(Analog Digital)変換器、又は、USB(Universal Serial Bus)カードである。
The
IFC690は、制御演算部400との接続を仲介する。IFC690は、例えば、LAN(Local Area Network)カード又はPCI(Peripheral Component Interface)カードである。
The
このように構成された検出装置600は、二次元エリアセンサ210と接続し、検出装置200と同様の効果を得ることができる。
The
その理由は、検出装置600のCPU610が、プログラムに基づいて検出装置200と同様の機能を実現できるためである。
The reason is that the
<第2の実施形態>
図8は、第2の実施形態に係る検出装置201の構成の一例を示すブロック図である。なお、図8において、第1の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。検出装置201は、図7に示すコンピュータ装置を用いて構成されてもよい。
Second Embodiment
FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of a
検出装置201は、検出装置200と比較して、二次元エリアセンサ210及び読み出し部220に換えて、マルチポート二次元エリアセンサ211及びマルチポート読み出し部221を含む点で異なる。
The
マルチポート二次元エリアセンサ211は、二次元エリアセンサ210と同様に、光を電気信号に変換する光電変換素子である。ただし、マルチポート二次元エリアセンサ211は、並列に複数の領域のセンサ値を取得し、複数のセンサ値を複数の信号線を用いて並列に出力できる。
Similar to the two-
マルチポート読み出し部221は、読み出し部220と同様に、センサ信号を読み出す。ただし、マルチポート読み出し部221は、マルチポート二次元エリアセンサ211から、並列に、複数のセンサ信号を読み出す。
The
図9は、マルチポート読み出し部221が、マルチポート二次元エリアセンサ211から読み出す方法を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a method of reading out from the multiport two-
図9に示すように、マルチポート読み出し部221は、マルチポート二次元エリアセンサ211に設定された複数の領域の中心部からセンサ信号を読み出す。図9は、マルチポート二次元エリアセンサ211を2つの領域への分割した一例である。ただし、本実施形態は、これに限る必要はない。例えば、検出装置201は、マルチポート二次元エリアセンサ211を、2より多くの領域に分けてもよい。
As shown in FIG. 9, the
図10は、マルチポート読み出し部221が、マルチポート二次元エリアセンサ211から読み出す別の方法を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing another method of reading out from the multiport two-
図10に示すように、マルチポート読み出し部221は、例えば、マルチポート二次元エリアセンサ211に設定した4つの領域の中心部からセンサ信号を読み出してもよい。
As shown in FIG. 10, the
次に、検出装置201の動作について説明する。
Next, the operation of the
図11は、本実施形態に係る検出装置201の狭範囲演算部242を用いた場合のタイムチャートを示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a time chart in the case of using the narrow
図11示すように、検出装置201は、並列に、複数のセンサ信号の取得、センサデータの送信、及び、位置演算部240での演算処理を実行する。なお、位置演算部240における並列処理は、一般的な情報処理装置におけるマルチスレッド又はマルチタスク処理を用いて実現すれば良い。
As illustrated in FIG. 11, the
[効果の説明]
このように、本実施形態に係る検出装置202は、測定遅延をさらに改善するとの効果を奏することができる。
[Description of effect]
Thus, the
その理由は、次のとおりである。 The reason is as follows.
検出装置202のマルチポート読み出し部221が、マルチポート二次元エリアセンサ211における中心部からセンサ信号を並列に読み出す。そして、位置演算部240が、並列に演算する。そのため、検出装置201は、演算値を算出するまでの時間をさらに削減できるためである。
The
<第3の実施形態>
図12は、第3の実施形態に係る検出装置202の構成の一例を示すブロック図である。なお、図12において、第1の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。検出装置202は、図7に示すコンピュータ装置を用いた構成されてもよい。
Third Embodiment
FIG. 12 is a block diagram showing an example of the configuration of a
検出装置202は、検出装置200と比較して、位置演算部240に換えて、重心演算部243を含む点で異なる。
The
重心演算部243は、センサデータの重心位置を演算する。なお、重心演算部243に含まれる全範囲演算部241又は狭範囲演算部242のいずれかが、重心演算を実行してもよい。あるいは、全範囲演算部241及び狭範囲演算部242が、重心演算を実行してもよい。
The gravity
図面を参照して、重心演算部243の動作について説明する。
The operation of the gravity
重心演算部243は、二次元エリアセンサ210における光ビームスポットSの重心位置を演算する。重心演算部243における重心演算は、特に制限はない。例えば、重心演算部243は、次に示す重心の演算を用いてもよい。
The gravity
図13は、以下で説明する重心演算に用いる二次元エリアセンサ210に設定する座標を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing the coordinates set in the two-
図13において、X軸を左右方向、Y軸を上下方向とする。また、二次元エリアセンサ210の上端のy座標を「−1」、下端のy座標を「1」とする。また、左端のx座標を「−1」、右端のx座標を「1」とする。中心の座標は、「0,0」である。重心演算部243は、図13に示す座標における光ビームスポットSの重心を演算する。
In FIG. 13, the X axis is in the horizontal direction, and the Y axis is in the vertical direction. Further, the y coordinate of the upper end of the two-
そのため、重心演算部243は、光ビームススポットSの重心の座標(X,Y)を、次に示す数式1を用いて演算する。
Therefore, the gravity
[数式1]
[Equation 1]
数式1において、nは、二次元エリアセンサ210のx軸方向の検出素子(セル)の数である。mは、二次元エリアセンサ210のy軸方向の検出素子(セル)の数である。Iijは、x軸方向のi番目、y軸方向のj番目の素子(セル)に対応するセンサデータ(又はセンサ信号値(電荷の値))である。また、x(j)及びy(i)は、次に示す数式2である。
In
[数式2]
[Equation 2]
数式1に示す重心演算は、二次元エリアセンサ210の各セルが取得したセンサデータにx軸及びy軸の座標の値を掛けて合計した値を、全てのセルのセンサデータの合計である分母で除算する演算である。このように、重心演算は、複数のセルに跨ったセンサデータを基に、光ビームスポットSの中心位置を演算する。そのため、重心演算は、二次元エリアセンサ210の1セルの大きさより細かい精度での位置の演算が可能である。つまり、重心演算は、光ビームスポットSの位置演算として、高精度な位置の演算が可能である。
The barycenter calculation shown in
なお、光ビームスポットSが入射していない領域は、信号のない状態である。この領域の加算は、上記の重心演算において、ノイズ成分の足し合わせに相当する。そして、光ビームスポットSの光強度の分布は、中心部が最も強く、周辺部にいくほど低下する。そのため、狭範囲演算部242のように、演算に用いるセンサデータの範囲を光ビームスポットSの中心部とすることは、ノイズ成分を削減できる。つまり、検出装置202は、狭範囲演算部242における測定精度の向上を達成できる。
In the region where the light beam spot S is not incident, there is no signal. The addition in this area corresponds to the addition of noise components in the above-described centroid calculation. Then, the distribution of the light intensity of the light beam spot S is the strongest at the central portion and decreases toward the peripheral portion. Therefore, setting the range of the sensor data used for the calculation to the central portion of the light beam spot S as in the narrow
[効果の説明]
このように、本実施形態は、第1の実施形態の効果に加え、測定精度を向上するとの効果を得ることができる。
[Description of effect]
Thus, in addition to the effects of the first embodiment, the present embodiment can obtain the effect of improving the measurement accuracy.
その理由は、次のとおりである。 The reason is as follows.
重心演算部243が、二次元エリアセンサ210における光ビームスポットSの位置として、光ビームセンサSの重心を演算する。重心演算は、二次元エリアセンサ210のセルの大きさより細かな位置を演算できるためである。また、狭範囲演算部242が、ノイズ成分が多くなる周辺部のセンサデータを演算に用いないためである。
The gravity
<第4の実施形態>
図14は、第4の実施形態に係る検出装置203の構成の一例を示すブロック図である。なお、図14において、第1の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。検出装置203は、図7に示すコンピュータ装置を用いて構成されてもよい。
Fourth Embodiment
FIG. 14 is a block diagram showing an example of the configuration of a
検出装置203は、検出装置200と比較して、位置演算部240に換えて、最大輝度点探索演算部244を含む点で異なる。
The
最大輝度点探索演算部244は、二次元エリアセンサ210の演算に用いる範囲の全てのセルの中で、最もセンサデータ(輝度)の値が大きいセルの位置(座標)を探索する。そして、最大輝度点探索演算部244は、最大の輝度のセル(最大輝度点)の位置を、光ビームスポットSの位置とする。光ビームスポットの光強度の分布は、一般的に、中心部が最も強く、周辺部ほど低下する。そのため、最大輝度点探索演算部244は、最大輝度のセル探索という簡単な演算を用いて、光ビームスポットSの位置を演算(探索)が可能である。最大輝度点探索演算部244は、最大値の探索という簡単な演算を用いるため、高速な処理が可能である。
The maximum luminance point
なお、最大輝度点探索演算部244に含まれる全範囲演算部241又は狭範囲演算部242のいずれかが、最大輝度点の探索演算を実行してもよい。あるいは、全範囲演算部241及び狭範囲演算部242が、最大輝度の探索演算を実行してもよい。
Note that either the entire
このように、本実施形態は、第1の実施形態の効果に加え、さらに測定遅延を改善するとの効果を得ることができる。 Thus, in addition to the effects of the first embodiment, the present embodiment can obtain the effect of further improving the measurement delay.
その理由は、次のとおりである。 The reason is as follows.
最大輝度点探索演算部244は、光ビームスポットSの位置の演算として、演算負荷が少ない最大輝度点の探索を用いるためである。
This is because the maximum luminance point
<第5の実施形態>
既に説明したように、重心演算部243は、測定精度が高い。ただし、重心演算部243は、演算量が多い。一方、最大輝度点探索演算部244は、高速な演算が可能である。ただし、最大輝度点探索演算部244は、測定精度がセルのサイズに制限される。
Fifth Embodiment
As described above, the gravity
そこで、第5の実施形態に係る検出装置204は、全範囲演算部241としての最大輝度点探索演算部244と、狭範囲演算部242としての重心演算部243とを含む。
Therefore, the
図15は、第5の実施形態に係る検出装置204の構成の一例を示すブロック図である。なお、図15において、第1の実施形態と同様の構成については、同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。検出装置204は、図7に示すコンピュータ装置を用いた構成されてもよい。
FIG. 15 is a block diagram showing an example of the configuration of a
検出装置204は、検出装置200と比較して、位置演算部240が、全範囲演算部241として最大輝度点探索演算部244と、狭範囲演算部242として重心演算部243とを含む点で異なる。
The
位置演算部240は、演算切替え部230の指示を基に、次に説明するように、最大輝度点探索演算部244と、重心演算部243とを切り替える。
The
光ビームスポットSの引き込みの初期、つまり、光ビームスポットSを所定の狭範囲(中心部)に追い込むまで、検出装置204は、所定の狭範囲に追い込める程度の測定精度を実現すれば良い。つまり、この段階では、検出装置204は、測定精度して、最大輝度点探索演算部244の測定精度での動作が可能である。そこで、演算切替え部230は、読み出し部220と位置演算部240に、全範囲での動作を指示する。
In the initial stage of drawing in the light beam spot S, that is, until the light beam spot S is driven to a predetermined narrow range (central portion), the
一方、検出装置204は、光ビームスポットSを狭範囲(中心部)に追い込んだ後、高い測定精度と短い制御遅延量での検出の実現が必要である。そこで、演算切替え部230は、読み出し部220と位置演算部240に狭範囲での動作を指示する。
On the other hand, after the light beam spot S is driven to a narrow range (central portion), the
このように、検出装置204は、二次元エリアセンサ210の全範囲のセンサデータを用いる場合、演算負荷の少ない最大輝度点探索演算部244を用い、狭範囲のセンサデータを用いる場合、精度の高い重心演算部243を用いる。
As described above, when using the sensor data of the full range of the two-
[効果の説明]
このように、本実施形態は、第1の実施形態の効果に加え、さらに測定遅延を改善し、測定精度も改善するとの効果を得ることができる。
[Description of effect]
Thus, in addition to the effects of the first embodiment, the present embodiment can further improve the measurement delay and obtain the effect of improving the measurement accuracy.
その理由は、次のとおりである。 The reason is as follows.
光ビームスポットSの位置が、二次元エリアセンサ210の中心部までの引き込み時において、検出装置204は、全範囲演算部241として最大輝度点探索演算部244を用いて光ビームスポットSの位置を演算する。この動作を基に、検出装置204は、演算対象のデータが多い全範囲の演算処理の遅延を改善する。
When the position of the light beam spot S is drawn to the center of the two-
そして、光ビームスポットSの位置が、二次元エリアセンサ210の中心部に入った場合、検出装置204は、狭範囲演算部242として、重心演算部243を用いて光ビームスポットSの位置を演算する。狭範囲演算部242としての実行のため、演算処理の対象のデータ量は、少ない。そのため、検出装置204は、重心演算部243を用いても、測定遅延を改善する。さらに、検出装置204は、重心演算部243を用いるため、測定精度を向上できる。
Then, when the position of the light beam spot S enters the central portion of the two-
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成及び詳細には、本願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。 Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. The configuration and details of the present invention can be modified in various ways that can be understood by those skilled in the art within the scope of the present invention.
なお、本発明は、高速、及び/又は、高精度な捕捉追尾を行うセンサ及び制御系に利用可能である。また、本発明は、光空間通信に限らず、例えば、レーザ誘導装置などにも適用可能である。 The present invention is applicable to sensors and control systems that perform high-speed and / or high-accuracy capture and tracking. Further, the present invention is applicable not only to optical space communication but also to, for example, a laser guiding device.
100 制御装置
200 検出装置
201 検出装置
202 検出装置
203 検出装置
204 検出装置
210 二次元エリアセンサ
211 マルチポート二次元エリアセンサ
220 読み出し部
221 マルチポート読み出し部
230 演算切替え部
240 位置演算部
241 全範囲演算部
242 狭範囲演算部
243 重心演算部
244 最大輝度点探索演算部
300 被制御部
400 制御演算部
600 検出装置
610 CPU
620 ROM
630 RAM
640 内部記憶装置
650 IOC
660 入力機器
670 表示機器
680 IFC
690 IFC
700 記憶媒体
620 ROM
630 RAM
640
660
690 IFC
700 storage media
Claims (9)
前記二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、前記狭範囲の信号は中心部から周辺部に向かって読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力する読み出し手段と、
前記全範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する第1の演算手段と、前記狭範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する第2の演算手段とを含む位置演算手段と、
前記位置演算手段の演算結果である前記光ビームスポットの位置を基に、読み出す範囲を前記全範囲又は前記狭範囲に切り替えるように前記読み出し手段に指示する演算切替え手段と
を含む検出装置。 A two-dimensional area sensor for detecting the intensity of the incident light beam spot;
The two-dimensional area sensor reads out a wide range signal or a narrow range signal which is narrower than the whole range including the central portion, the narrow range signal is read from the central portion to the peripheral portion, and the read signal is read Reading means for outputting as sensor data;
First computing means for computing the position of the light beam spot in the two-dimensional area sensor based on sensor data of the entire range, and the light beam spot in the two-dimensional area sensor based on sensor data of the narrow range Position calculation means including a second calculation means for calculating the position of
And d ) operation switching means for instructing the reading means to switch the read range to the full range or the narrow range based on the position of the light beam spot which is the calculation result of the position calculating means.
初期状態又は前記光ビームスポットの位置が前記狭範囲に含まれない場合、前記読み出し手段に前記全範囲の信号の読み出しを指示し、
前記光ビームスポットの位置が前記狭範囲に含まれる場合、前記読み出し手段に前記狭範囲の信号の読み出しを指示する
請求項1に記載の検出装置。 The operation switching means is
If the initial state or the position of the light beam spot is not included in the narrow range, the readout means is instructed to read out the entire range of signals ;
The detection device according to claim 1, wherein when the position of the light beam spot is included in the narrow range, the reading unit is instructed to read out the signal of the narrow range .
前記二次元エリアセンサから並列に複数の信号を読み出す
請求項1又は2に記載の検出装置。 The reading means
The detection apparatus according to claim 1, wherein a plurality of signals are read out in parallel from the two-dimensional area sensor.
前記光ビームスポットの位置として、前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの重心の位置を演算する
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の検出装置。 The detection apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the position calculation unit calculates the position of the center of gravity of the light beam spot in the two-dimensional area sensor as the position of the light beam spot.
前記光ビームスポットの位置として、前記二次元エリアセンサにおける検出値の最大値を取るセルの位置を演算する
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の検出装置。 The position calculation means
The detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein a position of a cell which takes a maximum value of detection values in the two-dimensional area sensor is calculated as the position of the light beam spot.
前記光ビームスポットの位置として、前記二次元エリアセンサにおける検出値の最大値を取るセルの位置を演算し、
前記第2の演算手段が、
前記光ビームスポットの位置として、前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの重心の位置を演算する
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の検出装置。 The first computing means is
As the position of the light beam spot, the position of the cell which takes the maximum value of the detection value in the two-dimensional area sensor is calculated;
The second computing means
The detection apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the position of the center of gravity of the light beam spot in the two-dimensional area sensor is calculated as the position of the light beam spot.
前記検出装置に前記光ビームスポットの入射する被制御手段と、
前記検出装置の検出結果である前記光ビームスポットの位置を基に前記被制御手段を制御するための演算を実行する制御演算手段と
を含む制御装置。 A detection device according to any one of claims 1 to 6,
Controlled means for causing the light beam spot to be incident on the detection device;
A control operation unit that executes an operation for controlling the controlled unit based on the position of the light beam spot that is the detection result of the detection unit.
前記二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、前記狭範囲の信号は中心部から周辺部に向かって読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力し、
前記全範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算し、前記狭範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算し、
演算結果である前記光ビームスポットの位置を基に読み出す範囲を前記全範囲又は前記狭範囲に切り替える
検出方法。 Detecting the intensity of the light beam spot incident on the two-dimensional area sensor ;
The two-dimensional area sensor reads out a wide range signal or a narrow range signal which is narrower than the whole range including the central portion, the narrow range signal is read from the central portion to the peripheral portion, and the read signal is read Output as sensor data,
The position of the light beam spot in the two-dimensional area sensor is calculated based on the sensor data of the entire range, and the position of the light beam spot in the two-dimensional area sensor is calculated based on the sensor data of the narrow range;
A detection method , wherein a range to be read out is switched to the entire range or the narrow range based on the position of the light beam spot which is a calculation result.
前記二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、前記狭範囲の信号は中心部から周辺部に向かって読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力する処理と、
前記全範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算し、前記狭範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する処理と、
演算結果である前記光ビームスポットの位置を基に読み出す範囲を前記全範囲又は前記狭範囲に切り替える処理と
をコンピュータに実行させるプログラム。 A process of detecting the intensity of the light beam spot incident on the two-dimensional area sensor ;
The two-dimensional area sensor reads out a wide range signal or a narrow range signal which is narrower than the whole range including the central portion, the narrow range signal is read from the central portion to the peripheral portion, and the read signal is read Processing to output as sensor data,
A process of calculating the position of the light beam spot in the two-dimensional area sensor based on sensor data of the entire range, and calculating the position of the light beam spot in the two-dimensional area sensor based on sensor data of the narrow range When,
A program for causing a computer to execute a process of switching a range to be read out based on a position of the light beam spot, which is a calculation result, to the entire range or the narrow range .
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