WO2020188676A1 - ライダ装置及び空気調和機 - Google Patents

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勝治 今城
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rider technique using a laser beam backscattered by an object.
  • the radar (LADAR: Laser Detection And Ringing) technology using a laser beam is a technique of irradiating an object with a laser beam and observing the object using the laser beam backscattered by the object.
  • Radars that use laser light are also called lidars (LIDAR: Lidar Detection And Ringing), and are widely used in various technical fields such as wind measurement, distance measurement, and three-dimensional measurement.
  • a lidar called a Doppler lidar can measure the relative moving speed of an object using a laser beam backscattered by the object.
  • a coherent method using optical heterodyne detection and an incoherent method using an optical filter direct detection method
  • the edge method which is a kind of incoherent method, uses an optical filter having a light transmission characteristic in a narrow band with respect to an optical frequency, and an edge which is a rising portion or a falling portion of a transmission spectrum of this optical filter. It is a method of detecting the Doppler effect using a part.
  • Non-Patent Document 1 discloses a Doppler lidar that detects the relative moving speed of an object such as an aerosol or molecule in the atmosphere based on the Edge Act (see FIG. 1 of Non-Patent Document 1).
  • This Doppler rider is a narrow band laser light source that outputs a laser beam, a first detector that detects a part of the laser beam, and after transmitting the other part of the laser beam into the atmosphere.
  • a telescope that receives backward scattered light, an optical filter (edge filter) that transmits the backward scattered light, a second detector that detects the optical signal output from the optical filter, and first and second detections. It is equipped with a calculator that calculates the relative movement speed of the object based on the electrical signals output by each device.
  • a single-mode laser light source that operates in a single mode has been used because a high-power laser beam with a narrow spectral line width is required to ensure measurement accuracy. Further, in the case of a rider device that measures the distance to an object using an optical pulse, the pulse width of the laser beam is required to be short in order to obtain high distance resolution.
  • a single-mode laser light source that satisfies the conditions of short pulse width, narrow spectral line width, and high output with a semiconductor laser diode. Further, even if a single-mode laser light source satisfying such a condition can be realized by a solid-state laser light source, there is a problem that it is difficult to miniaturize the rider device because the size of the solid-state laser light source is large.
  • an object of the present invention is a rider device capable of measuring the relative velocity of an object with high accuracy based on the Doppler effect without using a single-mode laser light source, and an air conditioner having the rider device. To provide an opportunity.
  • the rider device includes a multimode laser light source, a narrow band filter that converts the output laser light of the multimode laser light source into narrow band laser light, and the narrow band laser light transmitted to an external space. Later, an edge filter that inputs the backward scattered light generated when the object in the external space scatters the narrow band laser light backward and the transmitted light signal output by the edge filter are detected to detect the said.
  • a light detection circuit that generates an electric signal corresponding to the transmitted light signal and a signal processing unit that measures at least the relative speed of the object based on the electric signal are provided, and the light transmission characteristic of the narrow band filter is set in advance.
  • It has a first narrow band spectrum that forms a peak of light transmittance at a defined light transmission frequency, and the light transmission characteristic of the edge filter has a positive or negative gradient of light transmittance at the light transmission frequency. It is characterized by having a second narrow band spectrum having an edge portion forming the above.
  • the relative velocity of an object can be measured with high accuracy without using a single-mode laser light source.
  • FIG. 1 It is a functional block diagram which shows the schematic structure of the rider apparatus of Embodiment 1 which concerns on this invention. It is a figure which shows schematic composition example of the Fabry-Perot interferometer type optical filter. 3A, 3C and 3D are graphs schematically showing an example of an optical power spectrum, and FIG. 3B is a graph schematically showing an example of light transmission characteristics of the optical filter of the first embodiment. It is a flowchart for demonstrating an example of the operation of the rider apparatus of Embodiment 1.
  • FIG. It is a functional block diagram which shows the hardware configuration example of the signal processing part of Embodiment 1.
  • FIG. It is a functional block diagram which shows an example of the schematic structure of the air conditioner of Embodiment 2 which concerns on this invention. It is a figure which shows the schematic structure of the car-mounted peripheral monitoring system of Embodiment 3 which concerns on this invention.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a schematic configuration of a rider device 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the rider device 1 shown in FIG. 1 is a light source driving unit 10 that drives a multimode laser light source 11 that operates in a vertical multimode and a multimode laser light source 11 to output pulsed laser light MM from the multimode laser light source 11.
  • the collimating optical system 12 that converts the pulsed laser light MM into the parallel light CL, the optical filter 20 that converts the parallel light CL into the narrow band laser light NL, and the narrow band laser light NL are transmitted to the external space. It is provided with an optical antenna (optical transmission / reception unit) 30.
  • the multimode laser light source 11 can be composed of a semiconductor laser diode (Laser Diode, LD) capable of oscillating a high-power laser beam in a wide optical frequency band.
  • the multimode laser light source 11 is a high power laser light source that can be obtained at a relatively low cost as compared with the single mode laser light source that operates in the vertical single mode.
  • the optical antenna 30 has a function of converting the narrow band laser light NL input from the optical filter 20 into transmitted light having a desired beam diameter and spreading angle, and transmitting the transmitted light toward a desired line-of-sight direction in the external space.
  • the optical antenna 30 can receive the backscattered light generated when the narrow band laser light NL transmitted to the external space is backscattered by the object Tgt in the measurement region as the received light RL.
  • the optical antenna 30 has an optical scanning function of scanning a predetermined range of the external space with the transmitted light.
  • the element that realizes such an optical scanning function is, for example, one selected from a group of parts such as a single or a plurality of wedge prisms, a galvano mirror, and a polygon mirror, or selected from the group of parts. A combination of two or more parts can be used.
  • the rider device 1 combines the condensing mirror 31 for condensing the received light RL incident from the optical antenna 30 and the received light RL incident from the condensing mirror 31 with the branched light signals SLa, SLr (first). It also includes an optical distributor 32 that distributes light to the second branched light signal) and a light guide unit 34 that guides the branched light signal SLr.
  • the condensing mirror 31 has a function of condensing the received light RL incident from the optical antenna 30 on the light input end of the light distributor 32.
  • the optical distributor 32 distributes the received light RL to the branched light signals SLa and SLr, outputs the branched light signal SLa to the edge filter 20f of the optical filter 20, and at the same time uses the branched light signal SLr as a reference light signal to guide the light guide unit. Output to 34.
  • the light guide unit 34 can guide the reference light signal SLr incident from the light distributor 32 to the condensing optical system 42.
  • the light guide unit 34 may be composed of, for example, an optical lens and a reflection mirror, but is not limited thereto.
  • the optical filter 20 can convert the branched light signal SLa input from the light distributor 32 into a transmitted light signal SDf having a transmitted light intensity corresponding to the amount of backscattered light Doppler shift.
  • the Doppler offset amount is an optical frequency offset amount generated by the Doppler effect between the narrow band laser light NL transmitted to the external space and the received light RL. The detailed configuration of the optical filter 20 will be described later.
  • the rider device 1 further condenses the condensing optical system 41 that condenses the transmitted light signal SDf input from the optical filter 20 and the reference light signal SLr incident from the light guide unit 34.
  • the relative speed of the object Tgt in the line-of-sight direction ( It is provided with a signal processing unit 70 that measures the line-of-sight speed) and the distance to the object Tgt.
  • the optical filter 20 has two types of light transmission filters.
  • One light transmission filter is a narrow band filter 20e that converts parallel light CL in a predetermined light frequency band into narrow band laser light NL in a narrower light frequency band.
  • the other light transmission filter is an edge filter 20f that converts the branched light signal SLa input from the light distributor 32 into a transmitted light signal SDf having a transmitted light intensity corresponding to the amount of Doppler deviation.
  • Such an optical filter 20 is realized by an optical interferometer such as a Fabry-Perot interferometer, a Michelson interferometer, a Fizeau interferometer, or a Mach-Zehnder interferometer. can do.
  • the narrow band filter 20e and the edge filter 20f are integrally formed by using the same constituent materials in the same manufacturing process. As a result, even if the characteristics of the narrow band filter 20e and the edge filter 20f change due to changes in the surrounding environment (for example, temperature changes) or deterioration over time of the optical filter 20, the characteristics of the narrow band filter 20e change. Since the difference from the characteristic change of the edge filter 20f is small, deterioration of measurement accuracy can be suppressed.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration example of a Fabry-Perot interferometer type optical filter 20.
  • the optical filter 20 includes a narrow band filter 20e that transmits the input parallel light CL and an edge filter 20f that transmits the input branch light signal SLa.
  • the narrow band filter 20e has a pair of light reflecting surfaces 20ea and 20eb facing each other, and has an optical resonator structure that generates multiple reflections of input light between the light reflecting surfaces 20ea and 20eb.
  • the edge filter 20f has a pair of light reflecting surfaces 20fa and 20fb facing each other, and has an optical resonator structure that generates multiple reflections of input light between the light reflecting surfaces 20fa and 20fb.
  • the manufacturing process of the Fabry-Perot interferometer type optical filter 20 is as follows, for example. First, a light transmitting substrate is formed by polishing the surface of a light transmitting base material such as quartz glass. Next, using a dielectric material, a light reflecting film having a predetermined light transmittance and light reflectance is formed on the front surface and the back surface of the light transmitting substrate, respectively. By individually controlling the thickness of the substrate in the formation region of the narrow band filter 20e and the thickness of the substrate in the formation region of the edge filter 20f, the light transmission characteristics of the narrow band filter 20e and the edge filter 20f can be individually adjusted. Can be done.
  • the light of the narrow band filter 20e and the edge filter 20f can be controlled. It is also possible to adjust the transmission characteristics individually.
  • FIGS. 3A, 3C and 3D are graphs schematically showing an example of an optical power spectrum
  • FIG. 3B is a graph schematically showing an example of the light transmission characteristics of the optical filter 20.
  • the horizontal axis represents the optical frequency ⁇
  • the vertical axis represents the optical power.
  • FIG. 3A shows an example of the optical power spectrum of the pulsed laser beam MM output from the multimode laser light source 11.
  • the horizontal axis represents the optical frequency ⁇
  • the vertical axis represents the light transmittance
  • the dotted line represents the transmission spectrum distribution of the narrow band filter 20e
  • the solid line represents the transmission spectrum distribution of the edge filter 20f.
  • FIG. 3C shows an example of the optical power spectrum of the transmitted light, that is, the narrow band laser light NL
  • FIG. 3D shows the received light RL when the Doppler deviation amount ⁇ is zero and when the Doppler deviation amount ⁇ is positive. It shows an example of an optical power spectrum.
  • the optical frequency band of the pulsed laser beam MM is distributed over a wide band.
  • the light transmission characteristics of the narrow band filter 20e are set to the light transmission frequencies ⁇ 1 , ⁇ 2 , ..., ⁇ N predetermined at the design stage of the optical filter 20.
  • narrowband spectrum to form a sharp peak of light transmission (transmission peak) E 1, E 2, ... it has a E N.
  • the subscript N is a positive integer.
  • Light transmission frequencies ⁇ 1, ⁇ 2, ..., the [nu N, respectively, narrowband spectrum E 1, E 2, ..., is the center frequency of the E N.
  • FIG. 1 Light transmission frequencies ⁇ 1, ⁇ 2, ..., the [nu N, respectively, narrowband spectrum E 1, E 2, ..., is the center frequency of the E N.
  • the spectral line width of the narrow band laser light NL is narrower than the spectral line width of the pulsed laser light MM, and can be set to, for example, a full width at half maximum of about several tens of MHz. Therefore, the narrowband filter 20e can convert the wideband parallel light CL into the narrowband laser light NL having the optical power spectrum shown in FIG. 3C. Further, the optical power spectrum of the narrow band laser beam NL forms sharp intensity peaks at optical frequencies corresponding to the optical transmission frequencies ⁇ 1 , ⁇ 2 , ..., ⁇ N , respectively.
  • the light transmission characteristics of the edge filter 20f narrowband spectrum E 1, E 2, ..., optical transmission frequency [nu 1 is the center frequency of the E N, ⁇ 2, ..., at [nu N It has narrowband spectra F 1 , F 2 , ..., F N having edge portions forming a positive gradient of light transmittance, respectively.
  • the light transmission characteristics of the narrow band filter 20e are such that the light transmission frequencies ⁇ 1 , ⁇ 2 , ..., ⁇ N are light at the half value T 0 of the rising distribution of the narrow band spectra F 1 , F 2 , ..., F N. It is designed to almost match the frequency.
  • the half value T 0 is a value halved from the maximum peak value of the narrow band spectra F 1 , F 2 , ..., F N.
  • the narrowband spectra F 1 , F 2 , ..., F N are edge portions that form a positive gradient of light transmittance at the light transmission frequencies ⁇ 1 , ⁇ 2 , ..., ⁇ N.
  • An edge filter having a narrow band spectrum having an edge portion forming a negative gradient of light transmittance at light transmission frequencies ⁇ 1 , ⁇ 2 , ..., ⁇ N may be adopted.
  • the light transmission frequencies ⁇ 1 , ⁇ 2 , ..., ⁇ N may be designed to substantially coincide with the light frequency at the half value T 0 of the falling distribution of the narrow band spectrum of the edge filter. desirable.
  • spectrum Q 1, Q 2, ..., and Q N are shown.
  • Narrow band spectra P 1 to PN and Q 1 to Q N each have a wide spectral line width scattered light component due to Rayleigh scattering and a narrow spectral line width due to Mie scattering. It contains the scattered light component of. In this embodiment, a scattered light component having a narrow spectral line width due to Mie scattering is used.
  • the edge filter 20f When the Doppler shift amount ⁇ is zero, as shown in FIG. 3D, the narrow-band spectrum P 1 of the received optical RL, P 2, ..., the peak optical frequency of the P N, respectively, the light transmission frequency [nu 1 , ⁇ 2 , ..., ⁇ N.
  • the edge filter 20f outputs a transmitted light signal SDf having a transmitted light intensity corresponding to the light transmittance of the half value T 0 at the light transmission frequencies ⁇ 1 , ⁇ 2 , ..., ⁇ N.
  • the light intensity or light amplitude of the transmitted light signal SDf having the light frequency ⁇ is represented by ⁇ 1 ( ⁇ )
  • the light intensity or light amplitude of the reference light signal SLr is represented by ⁇ 2 ( ⁇ ).
  • the signal ratio ⁇ ( ⁇ ) between the transmitted light signal SDf and the reference light signal SLr is defined as shown in the following equation (1).
  • ⁇ ( ⁇ ) ⁇ 1 ( ⁇ ) / ⁇ 2 ( ⁇ ) (1)
  • the signal ratio ⁇ ( ⁇ ) indicates the normalized light intensity or the normalized light amplitude of the transmitted light signal SDf.
  • the signal ratio ⁇ ( ⁇ 0 + ⁇ ) when the Doppler deviation amount ⁇ is generated with respect to the optical frequency ⁇ 0 of the transmitted light is as shown in the following equation (2).
  • ⁇ ( ⁇ 0 + ⁇ ) ⁇ 1 ( ⁇ 0 + ⁇ ) / ⁇ 2 ( ⁇ 0 + ⁇ ) (2)
  • the edge filter 20f outputs a transmitted light signal SDf having a transmitted light intensity corresponding to the light transmittance of a value T f larger than the half value T 0 . Therefore, the signal-to-noise ratio ⁇ ( ⁇ 0 + ⁇ ) obtained when the Doppler deviation amount ⁇ is positive is larger than the signal ratio ⁇ ( ⁇ 0 ) obtained when the Doppler deviation amount ⁇ is zero.
  • the edge filter 20f outputs a transmitted light signal SDf having a transmitted light intensity corresponding to the light transmittance of a value smaller than the half value T 0 . Therefore, the signal-to-noise ratio ⁇ ( ⁇ 0 + ⁇ ) obtained when the Doppler deviation amount ⁇ is negative is smaller than the signal ratio ⁇ ( ⁇ 0 ) obtained when the Doppler deviation amount ⁇ is zero.
  • the photodetector circuit 50 is composed of photodetectors 51 and 52.
  • the photodetector 51 is a photoelectric conversion element that converts the transmitted light signal SDf incident from the condensing optical system 41 into an electric signal S1
  • the photodetector 52 converts the reference light signal SLr incident from the condensing optical system 42. It is a photoelectric conversion element that converts an electric signal S2.
  • a PIN (P-Intrinsic-N) diode or an avalanche photodiode (Avalanche Photo Diode, APD) can be used.
  • Each of the photodetectors 51 and 52 can be configured to output an electrical signal having a voltage value corresponding to the light intensity of the input optical signal.
  • the A / D conversion circuit 60 samples an A / D converter (ADC) 61 that generates a digital detection signal D1 by sampling an electric signal S1 at a predetermined sampling cycle, and an electric signal S2 at a predetermined sampling cycle. It has an A / D converter (ADC) 62 that generates a digital detection signal D2.
  • ADC A / D converter
  • the signal processing unit 70 has observed values such as a waveform detection unit 72 that detects the signal waveform of the digital detection signal D1 and the signal waveform of the digital detection signal D2, the relative speed of the object Tgt with respect to the rider device 1, and the distance to the object Tgt. It has an observation amount calculation unit 74 for calculating the above, and a control unit 76 for controlling the operation of each of the light source driving unit 10 and the observation amount calculation unit 74.
  • the control unit 76 has a function of executing control according to a command signal CD supplied from the outside.
  • the waveform detection unit 72 detects the signal waveform of the digital detection signal D1, supplies data indicating the detected signal waveform to the observation amount calculation unit 74, detects the signal waveform of the digital detection signal D2, and determines the signal waveform. Data indicating the detected signal waveform is supplied to the observation amount calculation unit 74.
  • the observation amount calculation unit 74 can measure the distance to the object Tgt in the measurement region by the TOF (Time-Of-Flight) method based on the data supplied from the waveform detection unit 72.
  • the observation amount calculation unit 74 detects the signal strength or signal amplitude of the digital detection signal D1 and the signal strength or signal amplitude of the digital detection signal D2, and based on the detection result, determines the object Tgt in the measured region. Relative speed can be detected.
  • the signal strength or signal amplitude of the digital detection signal D1 corresponding to the transmitted light signal SDf having the optical frequency ⁇ is represented by I 1 ( ⁇ )
  • Is represented by I 2 ( ⁇ ).
  • the signal ratio I ( ⁇ ) between the digital detection signals D1 and D2 is defined as shown in the following equation (3).
  • I ( ⁇ ) I 1 ( ⁇ ) / I 2 ( ⁇ ) (3)
  • the signal ratio I ( ⁇ ) indicates the normalized signal strength or the normalized signal amplitude of the digital detection signal D1.
  • the signal ratio I ( ⁇ 0 + ⁇ ) is expressed by the following equation (4).
  • I ( ⁇ 0 + ⁇ ) I 1 ( ⁇ 0 + ⁇ ) / I 2 ( ⁇ 0 + ⁇ ) (4)
  • the Doppler shift amount ⁇ depends on the difference ⁇ I between the signal ratios represented by the following equation (5).
  • ⁇ I I ( ⁇ 0 + ⁇ ) -I ( ⁇ 0 ) (5)
  • the signal ratio I ( ⁇ 0 ) when the Doppler deviation amount ⁇ is zero can be measured in advance before the signal ratio I ( ⁇ 0 + ⁇ ) is calculated.
  • ⁇ (2v / c) ⁇ ⁇ 0 (6)
  • c is the propagation velocity of light.
  • the observable amount calculation unit 74 can use the conversion function or conversion table and the formula.
  • the relative velocity v of the object Tgt can be calculated by using (6) and.
  • the observable amount calculation unit 74 uses, for example, the following equation (7) to determine the relative velocity v of the object Tgt. It can be calculated approximately.
  • ⁇ is a parameter called Doppler sensitivity.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining an example of the observation operation of the rider device 1.
  • the light source driving unit 10 drives the multimode laser light source 11 under the control of the control unit 76 of the signal processing unit 70 to output the pulse laser light MM from the multimode laser light source 11 (step ST10). ).
  • the collimating optical system 12 converts the pulsed laser light MM into the parallel light CL
  • the narrow band filter 20e converts the wide band parallel light CL into the narrow band laser light NL.
  • the optical antenna 30 converts the narrow band laser light NL into transmitted light having a desired beam diameter and spreading angle, and transmits the transmitted light toward a desired line-of-sight direction in the external space.
  • the optical antenna 30 When the backscattered light is received from the object Tgt, the optical antenna 30 outputs the received light RL to the condensing mirror 31, and the optical distributor 32 branches the received light RL input through the condensing mirror 31 into a branched light signal. Distribute to SLa and SLr.
  • the edge filter 20f converts the input branched light signal SLa into a transmitted light signal SDf, and the condensing optical system 41 condenses the transmitted light signal SDf on the light receiving region of the photodetector 51.
  • the light guide unit 34 guides the branched light signal SLr to the condensing optical system 42 as a reference light signal, and the condensing optical system 42 condenses the reference light signal SLr on the light receiving region of the photodetector 52. Let me.
  • the photodetectors 51 and 52 detect the transmitted light signal SDf and the reference light signal SLr and output the electric signals S1 and S2 (step ST11).
  • the A / D conversion circuit 60 converts the electric signals S1 and S2 into the digital detection signals D1 and D2 (step ST12).
  • the waveform detection unit 72 detects the signal waveforms of the digital detection signals D1 and D2 and supplies the detection result to the observation amount calculation unit 74 (step ST13).
  • the observation amount calculation unit 74 measures the distance to the object Tgt in the measured region and the relative velocity of the object Tgt in the measured region based on the detection result obtained in step ST13 (step ST14).
  • the measurement data MD showing the measurement result is output to the outside.
  • the light transmission characteristics of the narrow band filter 20e are set to the light transmission frequencies ⁇ 1 , ⁇ 2 , ..., ⁇ N.
  • narrowband spectrum to form a sharp peak of light transmission (first narrowband spectrum) E 1, E 2, ..., has a E N, a light transmittance characteristics of the edge filter 20f, the light transmittance frequency It has narrow band spectra (second narrow band spectra) F 1 , F 2 , ..., F N, which have edge portions that form a positive gradient of light transmission at ⁇ 1 , ⁇ 2 , ..., ⁇ N , respectively. are doing.
  • the rider device 1 of the first embodiment can measure the relative velocity of the object Tgt with high accuracy based on the Doppler effect by using the multimode laser light source 11 without using the single mode laser light source. .. High distance resolution can also be ensured by using the multimode laser light source 11 capable of oscillating a high output laser beam with a short pulse width.
  • the manufacturing cost of the rider device 1 can be suppressed to a low cost. Further, by using a semiconductor laser diode as the multimode laser light source 11, it is possible to provide a small and inexpensive rider device 1.
  • all or a part of the functions of the signal processing unit 70 described above may be, for example, a semiconductor having a DSP (Digital Signal Processor), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (Field-Programmable Gate Array). Or it can be realized by multiple processors. Alternatively, all or part of the functions of the signal processing unit 70 may be performed by one or more processors including an arithmetic unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit) that executes software or firmware program code. It may be realized.
  • arithmetic unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit) that executes software or firmware program code. It may be realized.
  • the signal processing unit 70 it is also possible to realize all or part of the functions of the signal processing unit 70 by a single or multiple processors including a combination of a semiconductor integrated circuit such as a DSP, ASIC or FPGA and an arithmetic unit such as a CPU or GPU. is there.
  • a semiconductor integrated circuit such as a DSP, ASIC or FPGA
  • an arithmetic unit such as a CPU or GPU.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the signal processing circuit 80, which is an example of the hardware configuration of the signal processing unit 70 of the first embodiment.
  • the signal processing circuit 80 shown in FIG. 5 includes a processor 81, an input / output interface 84, a memory 82, a storage device 83, and a signal path 85.
  • the signal path 85 is a bus for connecting the processor 81, the input / output interface 84, the memory 82, and the storage device 83 to each other.
  • the input / output interface 84 has a function of transferring the digital detection signals D1 and D2 input from the A / D conversion circuit 60 to the processor 81, and also has a function of outputting the measurement data MD transferred from the processor 81 to the outside. are doing.
  • the memory 82 includes a work memory used when the processor 81 executes digital signal processing, and a temporary storage memory in which data used in the digital signal processing is expanded.
  • the memory 82 may be composed of a flash memory and a semiconductor memory such as SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory).
  • the storage device 83 can be used as a storage area for storing a program code of software or firmware to be executed by the arithmetic unit.
  • the storage device 83 may be composed of a flash memory or a non-volatile semiconductor memory such as a ROM (Read Only Memory).
  • the number of processors 81 is one, but the number is not limited to this.
  • the hardware configuration of the signal processing unit 70 may be realized by using a plurality of processors that operate in cooperation with each other.
  • FIG. 6 is a functional block diagram showing an example of a schematic configuration of the air conditioner 100 according to the second embodiment of the present invention.
  • the rider device 1 of the first embodiment is incorporated in the air conditioner 100.
  • the air conditioner 100 shown in FIG. 6 includes a sensor unit 101 that observes the airflow, air temperature, humidity, and the state of an object in the area to be measured in the external space, and a blower mechanism 104 that generates a temperature-controlled airflow in the external space.
  • It is configured to include a communication interface (I / F) unit 106 to be controlled and an operation input unit 105.
  • the operation input unit 105 includes a display that displays the operating state of the air conditioner 100, and an input device such as a button, a switch, or a touch panel for the user to operate.
  • the blower mechanism 104 includes various drive motors 104 1 to 104 K for driving the air-conditioning parts (not shown) such as a blower, a heat exchanger, a blower fan, and a wind direction plate. (K is an integer of 2 or more).
  • the drive unit 103 includes motor control units 103 1 to 103 K for driving the drive motors 104 1 to 104 K , respectively.
  • the sensor unit 101 includes a rider device 1 that detects the state of airflow (for example, wind velocity and wind direction) in the area to be measured in the external space, a temperature sensor 2 that measures the temperature in the external space, and humidity that measures the humidity in the external space. It includes a sensor 3 and an optical sensor 4 that detects the presence or absence of an object such as a human in an external space.
  • the air conditioning control unit 102 can control the ventilation mechanism 104 by controlling the operation of the drive unit 103 based on the detection result by the sensor unit 101. For example, when the sensor unit 101 detects the wind direction in the area to be measured, the air conditioning control unit 102 can control the ventilation mechanism 104 to control the ventilation direction based on the detected value (wind direction value) of the wind direction. ..
  • the air conditioner 100 of the second embodiment includes the rider device 1 of the first embodiment, the size of the sensor unit 101 can be reduced. Further, the air conditioning control unit 102 can detect and control the state of the air flow in the external space with high accuracy based on the detection result by the rider device 1.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an in-vehicle peripheral monitoring system according to a third embodiment of the present invention.
  • the in-vehicle peripheral monitoring system shown in FIG. 7 includes four rider devices 1,1,1,1 that scan the peripheral areas FA1, FA2, RA1, RA2 of the vehicle 200, and these rider devices 1,1,1,. It is configured to include a monitoring ECU (Electronic Control Unit) 201 that monitors the peripheral regions FA1, FA2, RA1, and RA2 using the detection result of 1.
  • the rider devices 1, 1, 1, 1 are mounted on the corners of the main body of the vehicle 200, but the mounting position of the rider device 1 is not limited to the position shown in FIG. Absent.
  • the size of the rider device 1 of the first embodiment is small and the price of the rider device 1 can be reduced, it is easy to mount a large number of rider devices 1 on the vehicle 200, and the vehicle-mounted peripheral monitoring system Cost reduction is possible.
  • embodiments 1 to 3 according to the present invention have been described above with reference to the drawings, embodiments 1 to 4 are examples of the present invention, and various embodiments other than embodiments 1 to 3 are available. It is possible. Within the scope of the present invention, any combination of embodiments 1 to 3, modification of any component of each embodiment, or omission of any component of each embodiment is possible.
  • the rider device 1 of the first embodiment performs measurement based on the edge method using one edge filter 20f to detect the Doppler effect, but is not limited thereto.
  • one edge filter 20f a plurality of edge filters may be used to detect the Doppler effect.
  • the rider device enables high-precision measurement using a multi-mode laser light source, and is therefore used in, for example, aircraft, mobile vehicles, meteorological observation systems, wind power generation systems, and air conditioning (air conditioning) systems. Suitable for.

Abstract

ライダ装置（１）は、マルチモードレーザ光源（１１）と、マルチモードレーザ光源（１１）の出力レーザ光を狭帯域レーザ光に変換する狭帯域フィルタ（２０ｅ）と、外部空間内の対象物（Ｔｇｔ）が狭帯域レーザ光を後方散乱したときに発生した後方散乱光を入力とするエッジフィルタ（２０ｆ）と、エッジフィルタ（２０ｆ）により出力された透過光信号を検出して電気信号を出力する光検出回路（５０）と、当該電気信号に基づいて少なくとも対象物（Ｔｇｔ）の相対速度を計測する信号処理部（７０）とを備える。狭帯域フィルタ（２０ｅ）の光透過特性は、あらかじめ定められた光透過周波数にて光透過率のピークを形成する第１の狭帯域スペクトルを有し、エッジフィルタ（２０ｆ）の光透過特性は、当該光透過周波数にて光透過率の正または負の勾配を形成するエッジ部分を持つ第２の狭帯域スペクトルを有することを特徴とする。

Description

ライダ装置及び空気調和機
　本発明は、対象物で後方散乱されたレーザ光を用いたライダ技術に関する。
　レーザ光を用いたレーダ（ＬＡＤＡＲ：ＬＡｓｅｒ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）技術は、対象物にレーザ光を照射し、当該対象物で後方散乱されたレーザ光を用いて当該対象物を観測する技術である。レーザ光を用いたレーダは、ライダ（ＬＩＤＡＲ：ＬＩｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）とも呼ばれ、風計測、距離計測及び３次元計測などの種々の技術分野で広く使用されている。ドップラーライダと呼ばれるライダは、ドップラー効果に基づき、対象物で後方散乱されたレーザ光を用いて当該対象物の相対移動速度を計測することができる。ドップラー効果の検出法としては、光ヘテロダイン検波を用いるコヒーレント方式と、光学フィルタを用いるインコヒーレント方式（直接検波方式）とが知られている。インコヒーレント方式の一種であるエッジ法（ｅｄｇｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）は、光周波数に対して狭帯域の光透過特性を有する光学フィルタを使用し、この光学フィルタの透過スペクトルの立ち上がり部分または立ち下がり部分であるエッジ部分を用いてドップラー効果を検出する方法である。
　下記の非特許文献１には、エッジ法に基づき、大気中のアエロゾルまたは分子などの対象物の相対移動速度を検出するドップラーライダが開示されている（非特許文献１の図１参照）。このドップラーライダは、レーザ光ビームを出力する狭帯域レーザ光源と、当該レーザ光ビームの一部を検出する第１の検出器と、当該レーザ光ビームの他の一部を大気中に送信した後に後方散乱光を受信する望遠鏡と、当該後方散乱光を透過させる光学フィルタ（エッジフィルタ）と、当該光学フィルタから出力された光信号を検出する第２の検出器と、第１及び第２の検出器がそれぞれ出力する電気信号に基づいて当該対象物の相対移動速度を算出する演算器とを備えている。
C. Laurence Korb, Bruce M. Gentry, and Chi Y. Weng: "Edge technique: theory and application to the lidar measurement of atmospheric wind", Appl. Opt. vol.31, pp.4202-4213.
　従来のドップラーライダでは、計測精度を確保するためには、狭スペクトル線幅で高出力のレーザ光が要求されるので、シングルモードで動作するシングルモードレーザ光源が使用されていた。また、光パルスを用いて対象物までの距離を計測するライダ装置の場合、高い距離分解能を得るためには、レーザ光のパルス幅が短いことが要求される。しかしながら、短パルス幅、狭スペクトル線幅及び高出力という条件を満たすシングルモードレーザ光源を半導体レーザダイオードで実現することが難しいという課題がある。また、そのような条件を満たすシングルモードレーザ光源を固体レーザ光源で実現することができたとしても、当該固体レーザ光源のサイズが大きいので、ライダ装置の小型化が難しいという課題がある。
　上記に鑑みて本発明の目的は、シングルモードレーザ光源を使用せずに、ドップラー効果に基づいて対象物の相対速度を高精度に計測することができるライダ装置、及び当該ライダ装置を有する空気調和機を提供することである。
　本発明の一態様によるライダ装置は、マルチモードレーザ光源と、前記マルチモードレーザ光源の出力レーザ光を狭帯域レーザ光に変換する狭帯域フィルタと、前記狭帯域レーザ光が外部空間に送信された後に、前記外部空間内の対象物が前記狭帯域レーザ光を後方散乱したときに発生した後方散乱光を入力とするエッジフィルタと、前記エッジフィルタにより出力された透過光信号を検出して、当該透過光信号に対応する電気信号を生成する光検出回路と、前記電気信号に基づいて少なくとも前記対象物の相対速度を計測する信号処理部とを備え、前記狭帯域フィルタの光透過特性は、あらかじめ定められた光透過周波数にて光透過率のピークを形成する第１の狭帯域スペクトルを有し、前記エッジフィルタの光透過特性は、前記光透過周波数にて光透過率の正または負の勾配を形成するエッジ部分を持つ第２の狭帯域スペクトルを有することを特徴とする。
　本発明の一態様によれば、シングルモードレーザ光源を使用せずに、対象物の相対速度を高精度に計測することができる。
本発明に係る実施の形態１のライダ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 ファブリ・ペロー干渉計型の光学フィルタの構成例を概略的に示す図である。 図３Ａ，図３Ｃ及び図３Ｄは、光パワースペクトルの例を概略的に表すグラフであり、図３Ｂは、実施の形態１の光学フィルタの光透過特性の例を概略的に表すグラフである。 実施の形態１のライダ装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１の信号処理部のハードウェア構成例を示す機能ブロック図である。 本発明に係る実施の形態２の空気調和機の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。 本発明に係る実施の形態３の車載用周辺監視システムの概略構成を示す図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。
実施の形態１．
　図１は、本発明に係る実施の形態１のライダ装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。図１に示されるライダ装置１は、縦マルチモードで動作するマルチモードレーザ光源１１と、マルチモードレーザ光源１１を駆動して当該マルチモードレーザ光源１１からパルスレーザ光ＭＭを出力させる光源駆動部１０と、当該パルスレーザ光ＭＭを平行光ＣＬに変換するコリメート光学系１２と、当該平行光ＣＬを狭帯域レーザ光ＮＬに変換する光学フィルタ２０と、当該狭帯域レーザ光ＮＬを外部空間に送信する光アンテナ（光送受信部）３０とを備えている。
　マルチモードレーザ光源１１は、広い光周波数帯で高出力のレーザ光を発振することができる半導体レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ，ＬＤ）で構成することができる。縦シングルモードで動作するシングルモードレーザ光源と比べると、マルチモードレーザ光源１１は、比較的安価に入手することができる高出力レーザ光源である。
　光アンテナ３０は、光学フィルタ２０から入力された狭帯域レーザ光ＮＬを所望のビーム径及び拡がり角の送信光に変換し、当該送信光を外部空間内の所望の視線方向に向けて送信する機能を有する。また、光アンテナ３０は、外部空間に送信された狭帯域レーザ光ＮＬが被計測領域の対象物Ｔｇｔで後方散乱されたときに発生する後方散乱光を受信光ＲＬとして受信することができる。さらに、光アンテナ３０は、送信光で外部空間の所定範囲を走査する光走査機能を有している。このような光走査機能を実現する素子としては、たとえば、単数または複数のウェッジプリズム、ガルバノミラー及びポリゴンミラーなどの部品群の中から選択された１つ、または、当該部品群の中から選択された２つ以上の部品の組合せが使用可能である。
　図１を参照すると、ライダ装置１は、光アンテナ３０から入射した受信光ＲＬを集光させる集光ミラー３１と、集光ミラー３１から入射した受信光ＲＬを分岐光信号ＳＬａ，ＳＬｒ（第１及び第２の分岐光信号）に分配する光分配器３２と、分岐光信号ＳＬｒを導光する導光部３４とを備えている。
　集光ミラー３１は、光アンテナ３０から入射した受信光ＲＬを光分配器３２の光入力端に集光させる機能を有する。光分配器３２は、当該受信光ＲＬを分岐光信号ＳＬａ，ＳＬｒに分配し、分岐光信号ＳＬａを光学フィルタ２０のエッジフィルタ２０ｆに出力すると同時に、分岐光信号ＳＬｒを基準光信号として導光部３４に出力する。導光部３４は、光分配器３２から入射した基準光信号ＳＬｒを集光光学系４２に導光することができる。導光部３４は、たとえば、光学レンズ及び反射ミラーで構成されればよいが、これに限定されるものではない。
　光学フィルタ２０は、光分配器３２から入力された分岐光信号ＳＬａを、後方散乱光のドップラー偏移量に応じた透過光強度を持つ透過光信号ＳＤｆに変換することができる。ここで、ドップラー偏移量は、外部空間に送信された狭帯域レーザ光ＮＬと受信光ＲＬとの間の、ドップラー効果により生じた光周波数偏移量である。光学フィルタ２０の詳細な構成については後述する。
　図１を参照すると、ライダ装置１は、さらに、光学フィルタ２０から入力された透過光信号ＳＤｆを集光させる集光光学系４１と、導光部３４から入射した基準光信号ＳＬｒを集光させる集光光学系４２と、集光光学系４１，４２から入射した透過光信号ＳＤｆ及び基準光信号ＳＬｒを検出してその検出結果である電気信号Ｓ１，Ｓ２を出力する光検出回路５０と、光検出回路５０から出力された電気信号Ｓ１，Ｓ２をディジタル検出信号Ｄ１，Ｄ２に変換するＡ／Ｄ変換回路６０と、ディジタル検出信号Ｄ１，Ｄ２に基づいて、視線方向における対象物Ｔｇｔの相対速度（視線速度）及び対象物Ｔｇｔまでの距離を計測する信号処理部７０とを備える。
　光学フィルタ２０は、２種類の光透過フィルタを有する。一方の光透過フィルタは、所定の光周波数帯の平行光ＣＬを、より狭い光周波数帯の狭帯域レーザ光ＮＬに変換する狭帯域フィルタ２０ｅである。他方の光透過フィルタは、光分配器３２から入力された分岐光信号ＳＬａを、ドップラー偏移量に応じた透過光強度を持つ透過光信号ＳＤｆに変換するエッジフィルタ２０ｆである。このような光学フィルタ２０は、ファブリ・ペロー（Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ）干渉計、マイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）干渉計、フィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計またはマッハーツェンダ（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計といった光学干渉計で実現することができる。
　ここで、狭帯域フィルタ２０ｅ及びエッジフィルタ２０ｆは、同一の製造工程において、同一の構成材料を用いて一体的に形成されることが望ましい。これにより、周辺環境の変化（たとえば、温度変化）または光学フィルタ２０の経年劣化に起因して狭帯域フィルタ２０ｅ及びエッジフィルタ２０ｆのそれぞれの特性が変化しても、狭帯域フィルタ２０ｅの特性変化とエッジフィルタ２０ｆの特性変化との間の差が小さいので、計測精度の劣化を抑制することができる。
　光学フィルタ２０のサイズを小型化する観点からは、光学フィルタ２０は、ファブリ・ペロー干渉計（ファブリ・ペロー・エタロン：Ｆａｂｒｙ　Ｐｅｒｏｔ　Ｅｔａｌｏｎ）で実現されることが望ましい。図２は、ファブリ・ペロー干渉計型の光学フィルタ２０の構成例を概略的に示す図である。
　図２に示されるように光学フィルタ２０は、入力された平行光ＣＬを透過させる狭帯域フィルタ２０ｅと、入力された分岐光信号ＳＬａを透過させるエッジフィルタ２０ｆとを含む。狭帯域フィルタ２０ｅは、互いに対向する一対の光反射面２０ｅａ，２０ｅｂを有し、これら光反射面２０ｅａ，２０ｅｂ間で入力光の多重反射を発生させる光共振器構造を有する。同様に、エッジフィルタ２０ｆは、互いに対向する一対の光反射面２０ｆａ，２０ｆｂを有し、これら光反射面２０ｆａ，２０ｆｂ間で入力光の多重反射を発生させる光共振器構造を有している。
　ファブリ・ペロー干渉計型の光学フィルタ２０の製造工程は、たとえば以下のとおりである。先ず、石英ガラスなどの光透過基材の表面を研磨加工することにより光透過基板を形成する。次に、誘電体材料を用いて、光透過基板のおもて面と裏面とに、それぞれ所定の光透過率及び光反射率を有する光反射膜を成膜する。狭帯域フィルタ２０ｅの形成領域の基板の厚みと、エッジフィルタ２０ｆの形成領域の基板の厚みとを個別に制御することにより、狭帯域フィルタ２０ｅ及びエッジフィルタ２０ｆの光透過特性を個別に調整することができる。あるいは、狭帯域フィルタ２０ｅの形成領域の光反射膜の膜厚と、エッジフィルタ２０ｆの形成領域の光反射膜の膜厚とを個別に制御することにより、狭帯域フィルタ２０ｅ及びエッジフィルタ２０ｆの光透過特性を個別に調整することも可能である。
　図３Ａ，図３Ｃ及び図３Ｄは、光パワースペクトルの例を概略的に表すグラフであり、図３Ｂは、光学フィルタ２０の光透過特性の例を概略的に表すグラフである。図３Ａ，図３Ｃ及び図３Ｄにおいて、横軸は光周波数νを示し、縦軸は光パワーを示している。図３Ａは、マルチモードレーザ光源１１から出力されるパルスレーザ光ＭＭの光パワースペクトルの例を表している。図３Ｂにおいては、横軸は光周波数νを示し、縦軸は光透過率を示し、点線は狭帯域フィルタ２０ｅの透過スペクトル分布を表し、実線はエッジフィルタ２０ｆの透過スペクトル分布を表している。図３Ｃは、送信光すなわち狭帯域レーザ光ＮＬの光パワースペクトルの例を表し、図３Ｄは、ドップラー偏移量Δνが零の場合とドップラー偏移量Δνが正の場合とにおける受信光ＲＬの光パワースペクトルの例を表している。
　図３Ａに例示されるようにパルスレーザ光ＭＭの光周波数帯は、広帯域に分布している。これに対し、図３Ｂの点線で示されるように、狭帯域フィルタ２０ｅの光透過特性は、光学フィルタ２０の設計段階であらかじめ定められた光透過周波数ν１，ν２，…，νＮにて光透過率の鋭いピーク（透過ピーク）を形成する狭帯域スペクトルＥ１，Ｅ２，…，ＥＮを有する。ここで、下付き添え字Ｎは正整数である。光透過周波数ν１，ν２，…，νＮは、それぞれ、狭帯域スペクトルＥ１，Ｅ２，…，ＥＮの中心周波数である。図３Ｃに示されるように、狭帯域レーザ光ＮＬのスペクトル線幅は、パルスレーザ光ＭＭのスペクトル線幅よりも狭く、たとえば数十ＭＨｚ程度の半値全幅に設定することができる。このため、狭帯域フィルタ２０ｅは、広帯域の平行光ＣＬを、図３Ｃに示した光パワースペクトルを有する狭帯域レーザ光ＮＬに変換することができる。また、狭帯域レーザ光ＮＬの光パワースペクトルは、光透過周波数ν１，ν２，…，νＮと一致する光周波数にてそれぞれ鋭い強度ピークを形成している。
　図３Ｂに示されるように、エッジフィルタ２０ｆの光透過特性は、狭帯域スペクトルＥ１，Ｅ２，…，ＥＮの中心周波数である光透過周波数ν１，ν２，…，νＮにて光透過率の正の勾配を形成するエッジ部分をそれぞれ持つ狭帯域スペクトルＦ１，Ｆ２，…，ＦＮを有している。また、狭帯域フィルタ２０ｅの光透過特性は、光透過周波数ν１，ν２，…，νＮが、狭帯域スペクトルＦ１，Ｆ２，…，ＦＮの立ち上がり分布の半値Ｔ０での光周波数とほぼ一致するように設計されている。ここで、半値Ｔ０は、狭帯域スペクトルＦ１，Ｆ２，…，ＦＮの最大ピーク値の１／２の値である。
　なお、本実施の形態では、狭帯域スペクトルＦ１，Ｆ２，…，ＦＮは、光透過周波数ν１，ν２，…，νＮにて光透過率の正の勾配を形成するエッジ部分を持つが、これに限定されるものではない。光透過周波数ν１，ν２，…，νＮにて光透過率の負の勾配を形成するエッジ部分を持つ狭帯域スペクトルを有するエッジフィルタが採用されてもよい。この場合には、光透過周波数ν１，ν２，…，νＮは、当該エッジフィルタが有する狭帯域スペクトルの立ち下がり分布の半値Ｔ０における光周波数とほぼ一致するように設計されることが望ましい。
　図３Ｄには、ドップラー偏移量Δνが零の場合における受信光ＲＬの狭帯域スペクトルＰ１，Ｐ２，…，ＰＮと、ドップラー偏移量Δνが正の場合における受信光ＲＬの狭帯域スペクトルＱ１，Ｑ２，…，ＱＮとが示されている。狭帯域スペクトルＰ１～ＰＮ，Ｑ１～ＱＮの各々は、レイリー散乱（Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）に起因する広いスペクトル線幅の散乱光成分と、ミー散乱（Ｍｉｅ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）に起因する狭いスペクトル線幅の散乱光成分とを含んでいる。本実施の形態では、ミー散乱に起因する狭いスペクトル線幅の散乱光成分が使用される。
　ドップラー偏移量Δνが零の場合には、図３Ｄに示されるように、受信光ＲＬの狭帯域スペクトルＰ１，Ｐ２，…，ＰＮのピーク光周波数は、それぞれ、光透過周波数ν１，ν２，…，νＮとほぼ一致する。この場合、エッジフィルタ２０ｆは、光透過周波数ν１，ν２，…，νＮにおける半値Ｔ０の光透過率に応じた透過光強度の透過光信号ＳＤｆを出力する。
　今、光周波数νを有する透過光信号ＳＤｆの光強度または光振幅をΦ１（ν）で表し、基準光信号ＳＬｒの光強度または光振幅をΦ２（ν）で表すものとする。また、透過光信号ＳＤｆと基準光信号ＳＬｒとの間の信号比Φ（ν）を次式（１）に示すように定義する。
　　Φ（ν）＝Φ１（ν）／Φ２（ν）　　　　　　　　　　　　（１）
　信号比Φ（ν）は、透過光信号ＳＤｆの正規化光強度または正規化光振幅を示すものである。送信光の光周波数ν０に対してドップラー偏移量Δνが生じた場合の信号比Φ（ν０＋Δν）は、次式（２）に示すとおりである。
　　Φ（ν０＋Δν）＝Φ１（ν０＋Δν）／Φ２（ν０＋Δν）　（２）
　ドップラー偏移量Δνが正の場合には、図３Ｄに示されるように、受信光ＲＬの狭帯域スペクトルＱ１，Ｑ２，…，ＱＮのピーク光周波数は、それぞれ、光透過周波数ν１，ν２，…，νＮから正側にシフトした光周波数ν１＋Δν，ν２＋Δν，…，νＮ＋Δνと一致する。この場合、エッジフィルタ２０ｆは、半値Ｔ０よりも大きい値Ｔｆの光透過率に応じた透過光強度の透過光信号ＳＤｆを出力する。よって、ドップラー偏移量Δνが正の場合に得られる信号比Φ（ν０＋Δν）は、ドップラー偏移量Δνが零の場合に得られる信号比Φ（ν０）よりも大きい。
　ドップラー偏移量Δνが負の場合には、受信光ＲＬの狭帯域スペクトルのピーク光周波数は、それぞれ、光透過周波数ν１，ν２，…，νＮから負側にシフトした光周波数と一致する。この場合、エッジフィルタ２０ｆは、半値Ｔ０よりも小さい値の光透過率に応じた透過光強度の透過光信号ＳＤｆを出力することとなる。よって、ドップラー偏移量Δνが負の場合に得られる信号比Φ（ν０＋Δν）は、ドップラー偏移量Δνが零の場合に得られる信号比Φ（ν０）よりも小さい。
　図１を参照すると、光検出回路５０は、光検出器５１，５２で構成されている。光検出器５１は、集光光学系４１から入射した透過光信号ＳＤｆを電気信号Ｓ１に変換する光電変換素子であり、光検出器５２は、集光光学系４２から入射した基準光信号ＳＬｒを電気信号Ｓ２に変換する光電変換素子である。このような光検出器５１，５２としては、たとえば、ＰＩＮ（Ｐ－Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ－Ｎ）ダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ　Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ，ＡＰＤ）が使用可能である。光検出器５１，５２の各々は、入力された光信号の光強度に応じた電圧値を有する電気信号を出力するように構成可能である。
　Ａ／Ｄ変換回路６０は、所定のサンプリング周期で電気信号Ｓ１をサンプリングすることでディジタル検出信号Ｄ１を生成するＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）６１と、所定のサンプリング周期で電気信号Ｓ２をサンプリングすることでディジタル検出信号Ｄ２を生成するＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）６２とを有する。
　信号処理部７０は、ディジタル検出信号Ｄ１の信号波形及びディジタル検出信号Ｄ２の信号波形を検出する波形検出部７２と、ライダ装置１に対する対象物Ｔｇｔの相対速度及び対象物Ｔｇｔまでの距離といった観測値を算出する観測量算出部７４と、光源駆動部１０及び観測量算出部７４のそれぞれの動作を制御する制御部７６とを有する。制御部７６は、外部から供給された指令信号ＣＤに応じた制御を実行する機能を有している。
　波形検出部７２は、ディジタル検出信号Ｄ１の信号波形を検出して、当該検出された信号波形を示すデータを観測量算出部７４に供給し、ディジタル検出信号Ｄ２の信号波形を検出して、当該検出された信号波形を示すデータを観測量算出部７４に供給する。観測量算出部７４は、波形検出部７２から供給されたデータに基づき、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ－Ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）方式により、被計測領域の対象物Ｔｇｔまでの距離を計測することができる。
　また、観測量算出部７４は、ディジタル検出信号Ｄ１の信号強度または信号振幅と、ディジタル検出信号Ｄ２の信号強度または信号振幅とを検出し、当該検出結果に基づいて被計測領域の対象物Ｔｇｔの相対速度を検出することができる。
　今、光周波数νを有する透過光信号ＳＤｆに対応するディジタル検出信号Ｄ１の信号強度または信号振幅をＩ１（ν）で表し、基準光信号ＳＬｒに対応するディジタル検出信号Ｄ２の信号強度または信号振幅をＩ２（ν）で表すものとする。また、ディジタル検出信号Ｄ１，Ｄ２間の信号比Ｉ（ν）を次式（３）に示すように定義する。
　　Ｉ（ν）＝Ｉ１（ν）／Ｉ２（ν）　　　　　　　　　　　（３）
　信号比Ｉ（ν）は、ディジタル検出信号Ｄ１の正規化信号強度または正規化信号振幅を示すものである。送信光の光周波数ν０に対してドップラー偏移量Δνが生じた場合、信号比Ｉ（ν０＋Δν）は、次式（４）で表される。
　　Ｉ（ν０＋Δν）＝Ｉ１（ν０＋Δν）／Ｉ２（ν０＋Δν）　（４）
　ドップラー偏移量Δνが正の場合には、信号比Ｉ（ν０＋Δν）は、ドップラー偏移量Δνが零の場合に得られる信号比Ｉ（ν０）よりも大きい。逆に、ドップラー偏移量Δνが負の場合には、信号比Ｉ（ν０＋Δν）は、信号比Ｉ（ν０）よりも小さい。よって、ドップラー偏移量Δνは、次式（５）で示される信号比間の差分ΔＩに依存していることが分かる。
　　ΔＩ＝Ｉ（ν０＋Δν）－Ｉ（ν０）　　　　　　　　　　　（５）
　ここで、ドップラー偏移量Δνが零の場合の信号比Ｉ（ν０）は、信号比Ｉ（ν０＋Δν）が算出される前に、あらかじめ測定しておくことが可能である。
　対象物Ｔｇｔの相対速度（視線速度）ｖは、次式（６）に示されるようにドップラー偏移量Δνに依存することが知られている。
　　　Δν＝（２ｖ／ｃ）×ν０　　　　　　　　　　　　　　　（６）
　ここで、ｃは、光の伝搬速度である。
　したがって、ドップラー偏移量Δνと差分ΔＩとの間の関係を表す変換関数または変換テーブル（ルックアップテーブル）があらかじめ用意されることにより、観測量算出部７４は、その変換関数または変換テーブルと式（６）とを用いて対象物Ｔｇｔの相対速度ｖを算出することができる。
　ドップラー偏移量Δνと差分ΔＩとの間に比例関係（線形関係）が成立する場合には、観測量算出部７４は、たとえば、次式（７）を用いて対象物Ｔｇｔの相対速度ｖを近似的に算出することが可能である。
　　ｖ＝（１／Θ）×ΔＩ／Ｉ（ν０）　　　　　　　　　　　（７）
　ここで、Θは、ドップラー感度と呼ばれるパラメータである。
　次に、図４を参照しつつ、上記したライダ装置１の観測動作の手順について説明する。図４は、ライダ装置１の観測動作の一例を説明するためのフローチャートである。
　図４を参照すると、光源駆動部１０は、信号処理部７０の制御部７６による制御に従い、マルチモードレーザ光源１１を駆動して当該マルチモードレーザ光源１１からパルスレーザ光ＭＭを出力させる（ステップＳＴ１０）。このとき、上記のとおり、コリメート光学系１２は、パルスレーザ光ＭＭを平行光ＣＬに変換し、狭帯域フィルタ２０ｅは、広帯域の平行光ＣＬを狭帯域レーザ光ＮＬに変換する。また、光アンテナ３０は、狭帯域レーザ光ＮＬを所望のビーム径及び拡がり角の送信光に変換し、当該送信光を外部空間内の所望の視線方向に向けて送信する。対象物Ｔｇｔから後方散乱光を受信すると、光アンテナ３０は受信光ＲＬを集光ミラー３１に出力し、光分配器３２は、集光ミラー３１を介して入力された受信光ＲＬを分岐光信号ＳＬａ，ＳＬｒに分配する。エッジフィルタ２０ｆは、入力された分岐光信号ＳＬａを透過光信号ＳＤｆに変換し、集光光学系４１は、透過光信号ＳＤｆを光検出器５１の受光領域に集光させる。また、導光部３４は、分岐光信号ＳＬｒを基準光信号として集光光学系４２に導光し、集光光学系４２は、当該基準光信号ＳＬｒを光検出器５２の受光領域に集光させる。
　そして、光検出器５１，５２は、透過光信号ＳＤｆ及び基準光信号ＳＬｒを検出して電気信号Ｓ１，Ｓ２を出力する（ステップＳＴ１１）。次いで、Ａ／Ｄ変換回路６０は、電気信号Ｓ１，Ｓ２をディジタル検出信号Ｄ１，Ｄ２に変換する（ステップＳＴ１２）。
　その後、波形検出部７２は、ディジタル検出信号Ｄ１，Ｄ２の信号波形を検出してその検出結果を観測量算出部７４に供給する（ステップＳＴ１３）。観測量算出部７４は、上記のとおり、ステップＳＴ１３で得られた検出結果に基づいて、被計測領域の対象物Ｔｇｔまでの距離と当該対象物Ｔｇｔの相対速度とを計測する（ステップＳＴ１４）。その計測結果を示す計測データＭＤは外部に出力される。
　以上に説明したように実施の形態１のライダ装置１においては、図３Ｂに例示したように、狭帯域フィルタ２０ｅの光透過特性は、光透過周波数ν１，ν２，…，νＮにて光透過率の鋭いピークを形成する狭帯域スペクトル（第１の狭帯域スペクトル）Ｅ１，Ｅ２，…，ＥＮを有しており、また、エッジフィルタ２０ｆの光透過特性は、光透過周波数ν１，ν２，…，νＮにて光透過率の正の勾配を形成するエッジ部分をそれぞれ持つ狭帯域スペクトル（第２の狭帯域スペクトル）Ｆ１，Ｆ２，…，ＦＮを有している。ドップラー偏移量Δνが発生すると、これに応じて、エッジフィルタ２０ｆから出力される透過光信号ＳＤｆの光透過強度がドップラー偏移量Δνに応じて変化するので、信号処理部７０は、透過光信号ＳＤｆに対応するディジタル検出信号Ｄ１の信号波形に基づいて対象物Ｔｇｔの相対速度を計測することができる。したがって、実施の形態１のライダ装置１は、シングルモードレーザ光源を使用せずに、マルチモードレーザ光源１１を使用してドップラー効果に基づいて対象物Ｔｇｔ相対速度を高精度に計測することができる。短パルス幅で高出力のレーザ光を発振可能なマルチモードレーザ光源１１を使用することにより、高い距離分解能を確保することもできる。
　また、比較的低価格のマルチモードレーザ光源１１が使用されるので、ライダ装置１の製造コストを低コストに抑えることができる。さらに、マルチモードレーザ光源１１として半導体レーザダイオードを使用することにより、小型で低価格なライダ装置１を提供することが可能である。
　なお、上記した信号処理部７０の機能の全部または一部は、たとえば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ），ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）などの半導体集積回路を有する単数または複数のプロセッサにより実現可能である。あるいは、信号処理部７０の機能の全部または一部は、ソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを実行する、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）またはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などの演算装置を含む単数または複数のプロセッサで実現されてもよい。あるいは、ＤＳＰ，ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなどの半導体集積回路と、ＣＰＵまたはＧＰＵなどの演算装置との組み合わせを含む単数または複数のプロセッサによって信号処理部７０の機能の全部または一部を実現することも可能である。
　図５は、実施の形態１の信号処理部７０のハードウェア構成例である信号処理回路８０の概略構成を示す機能ブロック図である。図５に示される信号処理回路８０は、プロセッサ８１、入出力インタフェース８４、メモリ８２、記憶装置８３及び信号路８５を備えている。信号路８５は、プロセッサ８１、入出力インタフェース８４、メモリ８２及び記憶装置８３を相互に接続するためのバスである。入出力インタフェース８４は、Ａ／Ｄ変換回路６０から入力されたディジタル検出信号Ｄ１，Ｄ２をプロセッサ８１に転送する機能を有するとともに、プロセッサ８１から転送された計測データＭＤを外部に出力する機能を有している。
　メモリ８２は、プロセッサ８１がディジタル信号処理を実行する際に使用されるワークメモリと、当該ディジタル信号処理で使用されるデータが展開される一時記憶メモリとを含む。たとえば、メモリ８２は、フラッシュメモリ及びＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）などの半導体メモリで構成されればよい。また、記憶装置８３は、プロセッサ８１がＣＰＵまたはＧＰＵなどの演算装置を含む場合には、当該演算装置で実行されるべきソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを格納する記憶領域として利用可能である。たとえば、記憶装置８３は、フラッシュメモリまたはＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性の半導体メモリで構成されればよい。
　なお、図５の例では、プロセッサ８１の個数は１つであるが、これに限定されるものではない。互いに連携して動作する複数個のプロセッサを用いて信号処理部７０のハードウェア構成が実現されてもよい。
実施の形態２．
　上記したライダ装置１は、航空機、車両、気象観測システム、風力発電システム並びに空気調和（空調）システムに適用されることが可能である。図６は、本発明に係る実施の形態２の空気調和機１００の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。この空気調和機１００には、実施の形態１のライダ装置１が組み込まれている。
　図６に示される空気調和機１００は、外部空間における被計測領域の気流、気温、湿度並びに物体の状態を観測するセンサ部１０１と、外部空間において温度調整された気流を発生させる送風機構１０４と、送風機構１０４を駆動する駆動部１０３と、センサ部１０１及び駆動部１０３の動作を制御する空気調和制御部１０２と、空気調和制御部１０２とリモートコントローラ１１０との間の赤外線通信または無線通信を制御する通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部１０６と、操作入力部１０５とを備えて構成されている。操作入力部１０５は、空気調和機１００の動作状態を表示するディスプレイ、及び、ユーザが操作するためのボタン，スイッチまたはタッチパネルなどの入力装置を含んで構成されている。
　送風機構１０４は、送風機、熱交換器、送風ファン及び風向板などの空調用部品（図示せず）に加えて、これら空調用部品を駆動するための各種の駆動モータ１０４１～１０４Ｋを有している（Ｋは２以上の整数）。駆動部１０３は、駆動モータ１０４１～１０４Ｋをそれぞれ駆動するためのモータ制御部１０３１～１０３Ｋを有する。
　センサ部１０１は、外部空間における被計測領域の気流の状態（たとえば、風速及び風向き）を検出するライダ装置１と、外部空間の気温を計測する気温センサ２と、外部空間の湿度を計測する湿度センサ３と、外部空間における人間などの物体の有無を検知する光センサ４とを備えている。空気調和制御部１０２は、センサ部１０１による検出結果に基づいて駆動部１０３の動作を制御することにより送風機構１０４を制御することができる。たとえば、センサ部１０１が被計測領域の風向きを検出した場合、空気調和制御部１０２は、当該風向きの検出値（風向値）に基づき、送風機構１０４を制御して送風方向を制御することができる。
　以上に説明したように実施の形態２の空気調和機１００は、実施の形態１のライダ装置１を備えているので、センサ部１０１のサイズを小型化することができる。また、空気調和制御部１０２は、ライダ装置１による検出結果に基づき、外部空間における気流の状態を高精度に検知し制御することができる。
実施の形態３．
　図７は、本発明に係る実施の形態３の車載用周辺監視システムの概略構成を示す図である。図７に示される車載用周辺監視システムは、車両２００の周辺領域ＦＡ１，ＦＡ２，ＲＡ１，ＲＡ２を走査する４個のライダ装置１，１，１，１と、これらライダ装置１，１，１，１による検出結果を用いて周辺領域ＦＡ１，ＦＡ２，ＲＡ１，ＲＡ２を監視する監視用ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）２０１とを含んで構成されている。図７の例では、車両２００の本体のコーナー部にライダ装置１，１，１，１が搭載されているが、ライダ装置１の搭載位置は、図７に示した位置に限定されるものではない。
　実施の形態１のライダ装置１のサイズは小さく、ライダ装置１の低価格化が実現可能であるため、多数のライダ装置１を車両２００に搭載させることが容易であり、車載用周辺監視システムの低コスト化が可能である。
　以上、図面を参照して本発明に係る実施の形態１～３について述べたが、実施の形態１～４は本発明の例示であり、実施の形態１～３以外の様々な実施の形態がありうる。本発明の範囲内において、実施の形態１～３の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
　たとえば、実施の形態１のライダ装置１は、ドップラー効果を検出するために１個のエッジフィルタ２０ｆを使用するエッジ法に基づく計測を実行するが、これに限定されるものではない。１個のエッジフィルタ２０ｆの代わりに、複数個のエッジフィルタを使用してドップラー効果が検出されてもよい。
　本発明に係るライダ装置は、マルチモードレーザ光源を使用した高精度計測を可能とするので、たとえば、航空機、移動車両、気象観測システム、風力発電システム並びに空気調和（空調）システムに使用されることに適している。
　１　ライダ装置、２　気温センサ、３　湿度センサ、４　光センサ、１０　光源駆動部、１１　マルチモードレーザ光源、１２　コリメート光学系、２０　光学フィルタ、
２０ｅ　狭帯域フィルタ、２０ｆ　エッジフィルタ、３０　光アンテナ（光送受信部）、３１　集光ミラー、３２　光分配器、３４　導光部、４１，４２　集光光学系、５０　光検出回路、５１，５２　光検出器、６０　Ａ／Ｄ変換回路、６１，６２　Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）、７０　信号処理部、７２　波形検出部、７４　観測量算出部、７６　制御部、８０　信号処理回路、８１　プロセッサ、８２　メモリ、８３　記憶装置、８４　入出力インタフェース、８５　信号路、１００　空気調和機、１０１　センサ部、１０２　空気調和制御部、１０３　駆動部、１０３１～１０３Ｋ　モータ制御部、１０４　送風機構、１０４１～１０４Ｋ　駆動モータ、１０５　操作入力部、１０６　通信インタフェース部、１１０　リモートコントローラ、２００　車両、２０１　監視用ＥＣＵ、Ｔｇｔ　対象物。

Claims (10)

  1. 　マルチモードレーザ光源と、
    　前記マルチモードレーザ光源の出力レーザ光を狭帯域レーザ光に変換する狭帯域フィルタと、
    　前記狭帯域レーザ光が外部空間に送信された後に、前記外部空間内の対象物が前記狭帯域レーザ光を後方散乱したときに発生した後方散乱光を入力とするエッジフィルタと、
    　前記エッジフィルタにより出力された透過光信号を検出して、当該透過光信号に対応する電気信号を生成する光検出回路と、
    　前記電気信号に基づいて少なくとも前記対象物の相対速度を計測する信号処理部と
    を備え、
    　前記狭帯域フィルタの光透過特性は、あらかじめ定められた光透過周波数にて光透過率のピークを形成する第１の狭帯域スペクトルを有し、
    　前記エッジフィルタの光透過特性は、前記光透過周波数にて光透過率の正または負の勾配を形成するエッジ部分を持つ第２の狭帯域スペクトルを有する、
    ことを特徴とするライダ装置。
  2. 　請求項１に記載のライダ装置であって、前記狭帯域レーザ光のスペクトル線幅は、前記出力レーザ光のスペクトル線幅よりも狭いことを特徴とするライダ装置。
  3. 　請求項１または２に記載のライダ装置であって、
    　前記後方散乱光を第１分岐光信号及び第２分岐光信号に分配し、前記第１分岐光信号を前記エッジフィルタに出力する光分配器をさらに備え、
    　前記エッジフィルタは、前記第１分岐光信号を前記透過光信号に変換し、
    　前記光検出回路は、前記第２分岐光信号を検出して当該第２分岐光信号に対応する電気信号を生成し、
    　前記信号処理部は、前記透過光信号に対応する当該電気信号と前記第２分岐光信号に対応する当該電気信号とに基づいて少なくとも前記対象物の相対速度を計測する、
    ことを特徴とするライダ装置。
  4. 　請求項１から３のうちのいずれか１項に記載のライダ装置であって、前記光透過周波数は、前記第２の狭帯域スペクトルの最大ピーク値の半値での光周波数と一致することを特徴とするライダ装置。
  5. 　請求項１から４のうちのいずれか１項に記載のライダ装置であって、前記狭帯域フィルタと前記エッジフィルタとは一体的に形成されていることを特徴とするライダ装置。
  6. 　請求項１から５のうちのいずれか１項に記載のライダ装置であって、前記狭帯域フィルタ及び前記エッジフィルタの各々は、光学干渉計からなることを特徴とするライダ装置。
  7. 　請求項６に記載のライダ装置であって、前記光学干渉計はファブリ・ペロー干渉計であることを特徴とするライダ装置。
  8. 　請求項７に記載のライダ装置であって、前記ファブリ・ペロー干渉計は、互いに対向する一対の光反射面を有し、前記一対の光反射面間で多重反射を発生させる共振構造を有することを特徴とするライダ装置。
  9. 　請求項１から８のうちのいずれか１項に記載のライダ装置であって、
    　前記マルチモードレーザ光源は、前記出力レーザ光として光パルスを出力し、
    　前記信号処理部は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ－Ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）方式により前記電気信号に基づいて前記対象物までの距離を計測する、
    ことを特徴とするライダ装置。
  10. 　請求項１から９のうちのいずれか１項に記載のライダ装置を含むセンサ部と、
    　前記外部空間における気流を制御する送風機構を駆動する駆動部と、
    　前記信号処理部による計測結果を用いて前記駆動部の動作を制御する空気調和制御部と
    を備えることを特徴とする空気調和機。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102020104385A1 (de) 2020-02-19 2021-08-19 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Lasersystem und betriebsverfahren für ein lasersystem
WO2022176069A1 (ja) * 2021-02-17 2022-08-25 日本電気株式会社 人検出装置、人検出システム及び人検出方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006513399A (ja) * 2002-05-29 2006-04-20 ケント・エル・デインズ レーザ出力の周波数変調を用いて速度を測定するためのシステム及び方法
US20060227318A1 (en) * 2004-04-15 2006-10-12 Rosemount Aerospace Inc. Combined laser altimeter and ground velocity measurement apparatus
JP2009174830A (ja) * 2008-01-28 2009-08-06 Sharp Corp 人物位置検出装置および空気調和機
CN105974396A (zh) * 2016-06-30 2016-09-28 南京信息工程大学 基于双标准具的测速方法及测速系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002090523A (ja) * 2000-07-14 2002-03-27 Nippon Sheet Glass Co Ltd 波長選択性を有する光学素子
CN101841341B (zh) * 2009-03-17 2013-10-16 张建城 北斗多模授时接收装置
JP6588043B2 (ja) * 2015-02-10 2019-10-09 オリンパス株式会社 画像処理装置、内視鏡システム、画像処理装置の作動方法およびプログラム
CN105628065B (zh) * 2015-12-22 2017-12-08 南京工程学院 一种光纤光栅信号解调装置及解调方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006513399A (ja) * 2002-05-29 2006-04-20 ケント・エル・デインズ レーザ出力の周波数変調を用いて速度を測定するためのシステム及び方法
US20060227318A1 (en) * 2004-04-15 2006-10-12 Rosemount Aerospace Inc. Combined laser altimeter and ground velocity measurement apparatus
JP2009174830A (ja) * 2008-01-28 2009-08-06 Sharp Corp 人物位置検出装置および空気調和機
CN105974396A (zh) * 2016-06-30 2016-09-28 南京信息工程大学 基于双标准具的测速方法及测速系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020104385A1 (de) 2020-02-19 2021-08-19 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Lasersystem und betriebsverfahren für ein lasersystem
WO2022176069A1 (ja) * 2021-02-17 2022-08-25 日本電気株式会社 人検出装置、人検出システム及び人検出方法

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