(57)【要約】【課題】複数の移動体を考慮した計測を行うことができる計測装置、計測システム、計測方法、及び計測プログラムを提供することを目的としている。【解決手段】計測装置は、光信号である第１送信情報を送信する送信部と、第１送信情報に対する応答である第２送信情報であって、第１送信情報が受信されたときの受信した信号の位相に基づく第１位相差情報を含む第２送信情報を受光する受光部と、受光部によって受信された第２送信情報から第１位相差情報を抽出し、抽出した第１位相差情報に基づいて距離情報を求める距離算出部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号である第１送信情報を送信する送信部と、
前記第１送信情報に対する応答である第２送信情報であって、前記第１送信情報が受信されたときの受信した信号の位相に基づく第１位相差情報を含む前記第２送信情報を受光する受光部と、
前記受光部によって受信された前記第２送信情報から前記第１位相差情報を抽出し、抽出した前記第１位相差情報に基づいて距離情報を求める距離算出部と、
を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記距離算出部は、
前記受光部によって受信された前記第２送信情報を受信したときの受信した信号の位相に基づく第２位相差を、前記抽出した前記第１位相差情報を用いて補正し、補正した位相差に基づいて距離情報を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記第１送信情報は、自装置を識別する第１識別情報を含み、
前記受光部は、
前記第２送信情報に他装置に対応する第２識別情報が含まれている場合に前記第２送信情報が前記第１送信情報に対する応答であると判別する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記距離算出部は、
前記第２識別情報と、前記受光部によって受信された前記第２送信情報を受信したときの受信した信号の位相に基づく該第２識別情報に対応する第２位相差とが関連付けられた情報を記憶する記憶部を備え、
前記送信部は、
前記第２識別情報が前記記憶部に記憶されている場合、前記第１識別情報のみを送信し、
前記距離算出部は、
前記記憶部に記憶させた位相差を示す情報を、所定の時間経過後、消去する
ことを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
送信データに対して変調を行う変調部を備え、
前記変調部は、
自装置の基準信号の位相に対して送信データに応じた位相変化をさせる期間、無信号状態に制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項６】
受信された送信データを復調する復調器を備え、
前記受光部は、前記受信された送信データの振幅と位相とを検出し、
前記復調器は、
前記無信号状態の期間の１つ前のサンプリングタイミング且つ前記振幅が減少していないときの位相を、前記無信号状態の期間における前記受信された送信データの位相として決定し、前記決定された位相に基づいて近接する位相の位相差に基づいて前記送信データを復調する
ことを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
【請求項７】
前記受光部は、複数の画素を備え、
前記復調器は、
装置を識別するための識別情報であって、前記複数の画素が同じ値の前記識別情報を受光している場合、同一の前記識別情報が含まれる光信号を同じクラスとしてクラス分けし、前記クラス分けした同じクラスの領域の中心を重心位置として決定する
ことを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
【請求項８】
前記復調器は、
前記受光部の複数の画素に対して、搬送波に含まれるリーダフレームを探索し、リーダフレームが検出された位置をビット読み出しの開始位置にする
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の計測装置。
【請求項９】
所定の周波数の基準信号を生成する発振器を備え、
前記復調器は、
前記発振器が生成した基準信号と、前記受光部によって前記第２送信情報に含まれる搬送波との位相差を前記送信データの位相として検出し、
前記基準信号の周波数は、前記送信データを受信してから前記位相が算出されるまでに処理時間の１／ｎ（ｎは１以上の整数）である
ことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１０】
複数の他装置に対応する第２識別情報を受信したとき、送信した信号に対する応答、算出された距離、及び受信された信号の強度のうち少なくとも１つに基づいて応答する順番を決定する応答順位決定部
を備えることを特徴とする請求項３から請求項９のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１１】
第１計測装置は、
光信号である第１送信情報を送信する第１送信部と、
前記第１送信情報に対する応答としての光信号である第２送信情報を受光する第１受光部と、
前記第１受光部が受信した前記第２送信情報に含まれる位相差情報を抽出し、抽出した前記位相差情報に基づいて距離情報を求める第１距離算出部と、
を備え、
第２計測装置は、
前記第１計測装置から光信号である前記第１送信情報を受光する第２受光部と、
前記第２受光部が前記第１送信情報を受信したときの受信した信号の位相に基づく位相差を求める位相差算出部と、
前記第１送信情報への応答である第２送信情報に前記位相差算出部が算出した前記位相差情報を含めて送信する第２送信部と、
を備えることを特徴とする計測システム。
【請求項１２】
送信部が、光信号である第１送信情報を送信する送信手順と、
距離算出部が、前記第１送信情報に対する応答である第２送信情報であって、前記第１送信情報が受信されたときの受信した信号の位相に基づく第１位相差情報を含む前記第２送信情報を受光する受光手順と、
距離算出部が、前記受光手順によって受信された前記第２送信情報から前記第１位相差情報を抽出し、抽出した前記第１位相差情報に基づいて距離情報を求める距離算出手順と、
を含むことを特徴とする計測方法。
【請求項１３】
計測装置のコンピュータに、
光信号である第１送信情報を送信する送信手順と、
前記第１送信情報に対する応答である第２送信情報であって、前記第１送信情報が受信されたときの受信した信号の位相に基づく第１位相差情報を含む前記第２送信情報を受光する受光手順と、
前記受光手順によって受信された前記第２送信情報から前記第１位相差情報を抽出し、抽出した前記第１位相差情報に基づいて距離情報を求める距離算出手順と、
を実行させる計測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置、計測システム、計測方法、及び計測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を用いた光通信システムが提案されている。光通信システムでは、送信装置はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）等の発光素子を備え、強度変調された光を発光素子によって発することによって情報を送信する。受信装置は、フォトダイオードを備え、送信装置によって発せられた光を受光し復調することによって情報を受信する。具体的には、受信装置は、強度変調された光によって構成される搬送波の１周期の間に、フォトダイオードにおける光電変換によって生じた電荷を複数回読み出すことによって、強度変調に応じた復調を行う。
【０００３】
自発光した変調光の反射光を画素ごとに位相と振幅を検出し距離計測を行うカメラが提案されている(例えば特許文献１参照)。
また、信号光を送って，信号光を受信した側が自らのIDを付与して一定時間の遅れ時間で送り返すことで複数の対象との距離計測を行うシステムが提案されている（例えば特許文献２参照）。
さらに、信号が往復する時間を計測するために変調光の位相差を利用する方法が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７５８６１８号公報
【特許文献２】特許第４３９７９５２号公報
【特許文献３】特許第３４２７１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、多数のカメラがあると相互の干渉が発生する。また、特許文献２に記載の技術では、複数の移動体が存在する場合が考慮されていない。さらに、特許文献３に記載の技術では、複数の移動体について考慮されていない。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、複数の移動体を考慮した計測を行うことができる計測装置、計測システム、計測方法、及び計測プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る計測装置は、光信号である第１送信情報を送信する送信部と、前記第１送信情報に対する応答である第２送信情報であって、前記第１送信情報が受信されたときの受信した信号の位相に基づく第１位相差情報を含む前記第２送信情報を受光する受光部と、前記受光部によって受信された前記第２送信情報から前記第１位相差情報を抽出し、抽出した前記第１位相差情報に基づいて距離情報を求める距離算出部と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
（２）本発明に係るその他の様態は、前記距離算出部が、前記受光部によって受信された前記第２送信情報を受信したときの受信した信号の位相に基づく第２位相差を、前記抽出した前記第１位相差情報を用いて補正し、補正した位相差に基づいて距離情報を求めることを特徴とする（１）の計測装置である。
【０００９】
（３）本発明に係るその他の様態は、前記第１送信情報が、自装置を識別する第１識別情報を含み、前記受光部は、前記第２送信情報に他装置に対応する第２識別情報が含まれている場合に前記第２送信情報が前記第１送信情報に対する応答であると判別することを特徴とする（１）または（２）の計測装置である。
【００１０】
（４）本発明に係るその他の様態は、前記距離算出部は、前記第２識別情報と、前記受光部によって受信された前記第２送信情報を受信したときの受信した信号の位相に基づく該第２識別情報に対応する第２位相差とが関連付けられた情報を記憶する記憶部を備え、前記送信部は、前記第２識別情報が前記記憶部に記憶されている場合、前記第１識別情報のみを送信し、前記距離算出部は、前記記憶部に記憶させた位相差を示す情報を、所定の時間経過後、消去することを特徴とする（３）の計測装置である。
【００１１】
（５）本発明に係るその他の様態は、送信データに対して変調を行う変調部を備え、前記変調部は、自装置の基準信号の位相に対して送信データに応じた位相変化をさせる期間、無信号状態に制御することを特徴とする（１）から（４）のいずれかの計測装置である。
【００１２】
（６）本発明に係るその他の様態は、受信された送信データを復調する復調器を備え、前記受光部は、前記受信された送信データの振幅と位相とを検出し、前記復調器は、前記無信号状態の期間の１つ前のサンプリングタイミング且つ前記振幅が減少していないときの位相を、前記無信号状態の期間における前記受信された送信データの位相として決定し、前記決定された位相に基づいて近接する位相の位相差に基づいて前記送信データを復調することを特徴とする（５）の計測装置である。
【００１３】
（７）本発明に係るその他の様態は、前記受光部が、複数の画素を備え、前記復調器は、装置を識別するための識別情報であって、前記複数の画素が同じ値の前記識別情報を受光している場合、同一の前記識別情報が含まれる光信号を同じクラスとしてクラス分けし、前記クラス分けした同じクラスの領域の中心を重心位置として決定することを特徴とする（６）の計測装置である。
【００１４】
（８）本発明に係るその他の様態は、前記復調器が、前記受光部の複数の画素に対して、搬送波に含まれるリーダフレームを探索し、リーダフレームが検出された位置をビット読み出しの開始位置にすることを特徴とする（６）または（７）の計測装置である。
【００１５】
（９）本発明に係るその他の様態は、所定の周波数の基準信号を生成する発振器を備え、前記復調器は、前記発振器が生成した基準信号と、前記受光部によって前記第２送信情報に含まれる搬送波との位相差を前記送信データの位相として検出し、前記基準信号の周波数は、前記送信データを受信してから前記位相が算出されるまでに処理時間の１／ｎ（ｎは１以上の整数）であることを特徴とする（６）から（８）のいずれかの計測装置である。
【００１６】
（１０）本発明に係るその他の様態は、複数の他装置に対応する第２識別情報を受信したとき、送信した信号に対する応答、算出された距離、及び受信された信号の強度のうち少なくとも１つに基づいて応答する順番を決定する応答順位決定部を備えることを特徴とする（３）から（９）のいずれかの計測装置である。
【００１７】
（１１）本発明に係るその他の様態は、第１計測装置は、光信号である第１送信情報を送信する第１送信部と、前記第１送信情報に対する応答としての光信号である第２送信情報を受光する第１受光部と、前記第１受光部が受信した前記第２送信情報に含まれる位相差情報を抽出し、抽出した前記位相差情報に基づいて距離情報を求める第１距離算出部と、を備え、第２計測装置は、前記第１計測装置から光信号である前記第１送信情報を受光する第２受光部と、前記第２受光部が前記第１送信情報を受信したときの受信した信号の位相に基づく位相差を求める位相差算出部と、前記第１送信情報への応答である第２送信情報に前記位相差算出部が算出した前記位相差情報を含めて送信する第２送信部と、を備えることを特徴とする計測システムである。
【００１８】
（１２）本発明のその他の態様は、送信部が、光信号である第１送信情報を送信する送信手順と、距離算出部が、前記第１送信情報に対する応答である第２送信情報であって、前記第１送信情報が受信されたときの受信した信号の位相に基づく第１位相差情報を含む前記第２送信情報を受光する受光手順と、距離算出部が、前記受光手順によって受信された前記第２送信情報から前記第１位相差情報を抽出し、抽出した前記第１位相差情報に基づいて距離情報を求める距離算出手順と、を含むことを特徴とする計測方法である。
【００１９】
（１３）本発明に係るその他の様態は、計測装置のコンピュータに、計測装置のコンピュータに、光信号である第１送信情報を送信する送信手順と、前記第１送信情報に対する応答である第２送信情報であって、前記第１送信情報が受信されたときの受信した信号の位相に基づく第１位相差情報を含む前記第２送信情報を受光する受光手順と、前記受光手順によって受信された前記第２送信情報から前記第１位相差情報を抽出し、抽出した前記第１位相差情報に基づいて距離情報を求める距離算出手順と、を実行させる計測プログラムである。
【発明の効果】
【００２０】
上述した（１）、（１１）、（１２）又は（１３）の構成によれば、同時に複数の移動体の相対距離と移動体に関する情報が獲得できる。
上述した（２）、（３）又は（４）の構成によれば、送信情報及び計算量を削減できる。
上述した（５）、（６）又は（７）の構成によれば、受信信号から位相を算出するときのノイズを低減することができる。
上述した（８）の構成によれば、信号を正確に読み出すことができる。
上述した（９）の構成によれば、位相及び振幅を適切なサンプリングタイミングで検出できる。
上述した（１０）の構成によれば、複数の移動体に対して優先順位を付けられるので、移動体間で正確な通信を行うことができる。
上述した（１）〜（１３）の構成によれば、電波で発生したマルチパスや干渉が生じない。さらに、発光源を面や線とすることで距離による信号強度の低下が低下し狭いダイナミックレンジでも距離計測が可能となる。また、同時に複数台の移動体が存在しても混信しない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る計測システムの構成を表すシステム構成図である。
【図２】第１実施形態に係る受光部の構成の概略を表す概略図である。
【図３】第１実施形態に係る受光部に用いられる画素の構成を表す構成図である。
【図４】図３の画素の等価回路を表す図である。
【図５】第１実施形態に係る画素の動作を表すタイミングチャートである。
【図６】第１実施形態に係る画素から読み出された４つの電圧レベルに基づいて正弦波である搬送波の振幅及び位相を算出するための概略を表す概略図である。
【図７】第１実施形態に係る画素から読み出された４つ電圧レベルに基づいてパルス波である搬送波の振幅及び位相を算出するための概略を表す概略図である。
【図８】第１実施形態の復調器によって生成される復調テーブルの一例を説明する図である。
【図９】第１実施形態に係る搬送波の位相変化とサンプリングタイミングの一例のタイミングチャートである。
【図１０】第１実施形態に係る送信情報の一例を説明する図である。
【図１１】第１実施形態に係る送信信号の読み取り手順処理を表すフローチャートである。
【図１２】第１実施形態に係るリーダフレームの検出処理を表すフローチャートである。
【図１３】第１実施形態に係る読み出し領域の移動の一例を説明する図である。
【図１４】第１実施形態に係る読み出し領域の移動の他の例を説明する図である。
【図１５】第１実施形態に係るリーダフレームの読み出し領域とビット読み出し領域の一例を説明する図である。
【図１６】第１実施形態に係るリーダフレームの読み出し領域とビット読み出しを並列処理する一例を説明する図である。
【図１７】第１実施形態に係るビット読み取り手順処理のフローチャートである。
【図１８】第１実施形態に係る搬送波の位相変化とサンプリングタイミングの他の例のタイミングチャートである。
【図１９】第１実施形態の復調器によって生成される復調テーブルの他の例を説明する図である。
【図２０】第１実施形態に係る無信号期間がない場合の搬送波における復調テーブルの例を説明する図である。
【図２１】第１実施形態に係る受光部が３個の端末から識別子を受光したときの状態を説明する図である。
【図２２】第１実施形態に係る識別子（ＩＤ）の検出タイミングを説明する図である。
【図２３】第１実施形態に係る識別子（ＩＤ）の検出の処理手順のフローチャートである。
【図２４】第１実施形態に係る通信手順のフローチャートである。
【図２５】第１実施形態に係る発光部の取り付け位置の例を説明する図である。
【図２６】第１実施形態に係る受光部の取り付け位置の例を説明する図である。
【図２７】第２実施形態に係る通信手順のフローチャートである。
【図２８】第３実施形態に係る応答順位判定の手順処理のフローチャートである。
【図２９】第３実施形態に係るマルチパス対策の一例を説明する図である。
【図３０】第４実施形態に係る計測システムの構成を表すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１実施形態］
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る計測システム１の構成を表すシステム構成図である。図１に示すように、計測システム１は、第１端末１０及び第２端末２０を備えている。以下の例では、第１端末１０が第１車両に搭載され、第２端末２０が第２車両に搭載されているとして説明する。
【００２３】
また、第１端末１０は、符号器１１、発振器１２、変調器１３（変調部）、投光器１４（送信部、第１送信部）、レンズ１５、受光部１６（受光部、第１受光部）、復調器１７（位相算出部）、復号器１８、及び演算部１９（距離算出部、応答順位決定部）を備えている。第２端末２０は、符号器２１、発振器２２、変調器２３（変調部）、投光器２４（送信部、第２送信部）、レンズ２５、受光部２６（受光部、第２受光部）、復調器２７（位相算出部）、復号器２８、及び演算部２９（距離算出部、応答順位決定部）を備えている。
また、以下の例では、第１端末１０と第２端末２０の構成が同じ場合を説明するが、構成は異なっていてもよい。また、以下の説明では、第１端末１０を例に説明する。
【００２４】
符号器１１は、送信情報を符号化してビット列を生成し、生成したビット列を変調器１３に出力する。また、符号器１１は、演算部１９から入力された車両情報や応答信号を送信情報とし符号化してビット列を生成し、生成したビット列を変調器１３に出力する。
発振器１２は、変調器１３及び復調器１７で用いるクロック信号を生成し、生成したクロック信号を変調器１３及び復調器１７に出力する。
【００２５】
変調器１３は、符号器１１から入力されたビット列を、ＤＢＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、ＤＱＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、８ＤＰＳＫ、π／２−ＤＢＰＳＫ、π／４−ＤＱＰＳＫ等の方式に従って、発振器１２から入力されたクロック信号を用いて変調して搬送波を生成する。変調器１３は、生成した搬送波を投光器１４に出力する。
【００２６】
投光器１４は、変調器１３によって生成された搬送波に基づいて強度変調された光（強度変調光）を発光する。投光器１４は、例えば高レート（繰り返し周波数）の可視光パルスを放射することのできる発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）又はレーザダイオードを用いて構成される。また、投光器１４は、高レートの赤外線パルスを放射する発光ダイオードを用いて構成されてもよい。
【００２７】
レンズ１５は、他の端末から発光された強度変調光及び環境光を含む光束を通過させ、受光部１６に結像させる。なお、レンズ１５と受光部１６との間に、光学的なフィルタを備えるようにしてもよい。
受光部１６は、複数の画素が二次元に配列された構造を有し、画素によって受光した光に応じた電荷を発生させて蓄積し、所定のタイミングで蓄積した電荷を復調器１７へ出力する。
【００２８】
復調器１７は、受光部１６から入力された電荷に基づいて、受光部１６が備える全ての画素毎に搬送波の振幅を算出する。また、復調器１７は、算出した振幅が所定の閾値を超えた画素及びその周囲の画素についてのみ、搬送波の位相を算出する。また、復調器１７は、算出した位相に基づいて復調を行い、他の端末から送信されたビット列を生成する。また、復調器１７は、生成したビット列及び算出した搬送波の位相を復号器１８に出力する。
【００２９】
復号器１８は、復調器１７によって生成されたビット列を復号し、復号した送信情報を演算部１９に出力する。
演算部１９は、復号器１８から入力された他の端末からの送信情報から、識別子、速度、方位を示す各情報、及び搬送波の位相情報を抽出する。演算部１９は、他の端末から送信情報を受信したことに応じて、受信した搬送波の周波数と同じ周波数の変調光に、受信したときの位相情報、自端末の識別子、自端末の移動速度、及び自端末の方位を示す情報を載せて応答信号として送信するように、符号器１１に出力する。
【００３０】
図２は、本実施形態に係る受光部１６の構成の概略を表す概略図である。受光部１６は、複数の画素３２１と、垂直走査回路３２２、水平走査回路３２３、読み出し回路３２４を備える。画素３２１は、二次元マトリックス状に配置され、レンズ１５を通過した光を受けて電荷を生成し蓄積する。各画素３２１に蓄積された電荷に応じた電圧レベルは、垂直走査回路３２２及び水平走査回路３２３による制御に応じて、読み出し回路３２４によって読み出され、読み出された電圧レベルは読み出し回路３２４から復調器１７へ出力される。
【００３１】
図３は、本実施形態に係る受光部１６に用いられる画素３２１の構成を表す構成図である。画素３２１は、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄを備える。各微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄは光電変換素子を用いて構成される。また、画素３２１は、４つの電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄと、各電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに対応する振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄを備える。４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄは、電荷移送領域３２１３及び振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄを介して、電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに接続される。
【００３２】
微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄにおける光電変換によって生成された電荷は、よりポテンシャルの低い電荷移送領域３２１３へ移動する。振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄのうちの一つが開かれると、電荷移送領域３２１３から、開かれたゲートＴｘａ〜Ｔｘｄに対応する電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄの一つに電荷が移動する。そして、各電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに移動した電荷は、各電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄによって所定のタイミングまで蓄積される。そして、蓄積された電荷は、所定のタイミングで読み出し電極３２１４ａ〜３２１４ｄから、読み出し回路３２４を介して復調器１７へ読み出される。
【００３３】
また、画素３２１は、各電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに隣接するリセットゲートＲａ〜Ｒｄ及びリセット電極３２１５ａ〜３２１５ｄを備える。リセットゲートＲａ〜Ｒｄが開かれると、リセット電極３２１５ａ〜３２１５ｄに加えられている電圧Ｖによって、電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄが充電されてリセット状態となる。このリセット処理は、受光部１６の全画素３２１の全電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに対して同時に行われる。
【００３４】
図４は、図３の画素３２１の等価回路を表す図である。図４において、微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄは、フォトダイオード及びコンデンサＣ０ａ〜Ｃ０ｄの対として表される。電荷移送領域３２１３は、コンデンサＣＴとして表される。振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄにそれぞれ隣接する電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄは、コンデンサＣａ〜Ｃｄとして表される。これらのコンデンサは、リセットゲートＲａ〜ＲｄのＦＥＴトランジスタがオンになることによって電圧Ｖで充電される。この動作は、前述したリセット処理であり、電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄの状態を、微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄによって生成される電荷を蓄積する前の状態（初期状態）に戻すための処理である。
【００３５】
電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＦＥＴ）Ｌａ〜Ｌｄは、レベルシフト・トランジスタである。電界効果トランジスタＬａ〜Ｌｄは、読み出しゲートＴａ〜Ｔｄが開かれるとコンデンサＣａ〜Ｃｄにホールドされている電荷に応じた電流をそれぞれ読み出し回路３２４を介して復調器１７へ送り出す。
【００３６】
なお、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄ及び電荷移送領域３２１３は、Ｐ型領域（Ｐ−ｗｅｌｌ）に埋め込まれた一体的なＮ型領域によって形成することができる。この一体的なＮ型領域の上方に遮光幕（遮光マスク）が設けられ、画素３２１の各構成のうち微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄだけに光が入るように構成される。
【００３７】
ここで、図５を用いて画素３２１の動作について説明する。図５は、本実施形態に係る画素３２１の動作を表すタイミングチャートである。
以下の説明において、搬送波が正弦波の場合、１周期とは搬送波を構成する正弦波の１周期分の時間を表し一定の値である。図５において、画素３２１による露光は２００周期分の時間行われ、その後に２００周期分の時間をかけて読み出し回路３２４による読み出し処理が行われる。また、以下の説明において、露光が行われる時間を「露光タイム」と呼び、読み出しが行われる時間を「読み出しタイム」と呼ぶ。１フレームの時間（フレームタイム）は、露光タイムと読み出しタイムとの和である。
【００３８】
まず、露光が開始される直前に画素３２１は、リセットゲートＲａ〜Ｒｄを開くとともに４つの振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄを開いて、電荷移送領域３２１３及び電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄをリセットする（充電する）。露光タイムが開始すると、画素３２１は、振り分けゲートＴｘａを開いて、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を、電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ａ（コンデンサＣａ）に蓄える。
【００３９】
次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから１／４周期が経過する前に振り分けゲートＴｘａを閉じ、１／４周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｂを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を、電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｂ（コンデンサＣｂ）に蓄える。次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから２／４周期が経過するときに振り分けゲートＴｘｂを閉じ、２／４周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｃを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を、電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｃ（コンデンサＣｃ）に蓄える。次に、画素３２１は、露光タイムが開始してから３／４周期が経過するときに振り分けゲートＴｘｃを閉じ、３／４周期経過のタイミングで振り分けゲートＴｘｄを開き、４つの微小変換部３２１１ａ〜３２１１ｄで生成される電荷を、電荷移送領域３２１３を介して電荷蓄積領域３２１２ｄ（コンデンサＣｄ）に蓄える。そして、画素３２１は、露光タイムが開始してから１周期が経過するときに振り分けゲートＴｘｄを閉じる。
【００４０】
画素３２１は、こうして１周期分の処理を終えると、次の周期の露光処理を開始し、各振り分けゲートＴｘａ〜Ｔｘｄを１／４周期毎に開いて電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄに電荷を繰り返し蓄積する露光処理を２００回繰り返す。このとき、画素３２１は露光タイムが開始してから２００周期分の露光が完了するまでリセット処理は行わない。そのため、コンデンサＣａ〜Ｃｄには各周期の処理で受け取る電荷が逐次積分されていく。２００周期分の露光タイムが終了すると、読み出しタイムが開始し読み出しゲートＴａ〜Ｔｄが開かれる。レベルシフト・トランジスタＬａ〜ＬｄのゲートにはコンデンサＣａ〜Ｃｄの電圧が加えられているため、それぞれのコンデンサの電圧レベルに応じた電流が復調器１７に流れる。復調器１７は、各読み出しゲートＴａ〜Ｔｄから読み出された電圧レベルに基づいて、搬送波の振幅及び位相を算出する。なお、図７に示した例では、露光タイムは、例えば２００μ秒、読み出しタイムは、例えば２００μ秒である。
【００４１】
次に、搬送波の振幅と位相について説明する。まず、図６を用いて、搬送波が正弦波の例を説明する。
図６は、第１実施形態に係る画素３２１から読み出された４つの電圧レベルに基づいて正弦波である搬送波の振幅及び位相を算出するための概略を表す概略図である。図６に表される波形は搬送波を構成する１周期分の正弦波を表し、Ｃ（θ０）、Ｃ（θ１）、Ｃ（θ２）、Ｃ（θ３）は、それぞれ画素３２１の電荷蓄積領域３２１２ａ〜３２１２ｄから読み出された電圧レベル、則ち１／４周期毎の搬送波の強度を表す。復調器１７は、Ｃ（θ０）、Ｃ（θ１）、Ｃ（θ２）、Ｃ（θ３）を次式（１）に代入することによって、搬送波の振幅Ｒを算出する。
【００４２】
【数１】
2015052481.tif 000003
【００４３】
なお、式（１）において、Ｂは、次式（２）である。なお、Ｂは、図６に示すように、搬送波の中心レベルである。
【００４４】
【数２】
2015052481.tif 000004
【００４５】
復調器１７は、全ての画素３２１毎に振幅Ｒを算出し、振幅Ｒが所定の閾値を超えた画素３２１（輝点画素）及びその周囲の画素３２１についてのみ、位相θを算出する。以下、輝点画素及びその周囲の画素３２１をまとめて「処理対象画素」という。一般的な環境光は、強度がほとんど変化しないため、その振幅Ｒは非常に小さくゼロに近い値となる。これに対し、強度変調光は他の端末である第２端末２０によって人為的に強度を周期的に変化させて振幅Ｒが大きな値となるように発光されるため、第１端末１０と第２端末２０との距離に応じて減衰はするものの、所定の閾値以上の値になる。そのため、復調器１７が上記のように閾値を用いて処理対象画素を検出することによって、強度変調光が受光された画素３２１に限って位相θを算出し、強度変調光の位相θのみを算出することが可能となる。このとき、復調器１７は、複数の処理対象画素から算出された位相の値が異なる場合、各値の平均値や代表値などを算出し、算出された値を位相θとして取り扱う。なお、上記の閾値は、他の端末によって発光される強度変調光の振幅と、想定される第１端末１０及び第２端末２０の距離に応じて予め復調器１７に設定される。また、復調器１７は、処理対象画素が検出されない場合、前回の処理で算出された位相θを出力するように構成されても良いし、光が遮られた等の原因に起因する信号の欠落によるエラーが発生したと判定するように構成されても良いし、ターミナルフレームの代わりに信号の終端として検出するように構成されてもよい。
【００４６】
上述したように、復調器１７は、処理対象画素から得られたＣ（θ０）、Ｃ（θ１）、Ｃ（θ２）、Ｃ（θ３）及び式（１）で算出された振幅Ｒ及び式（２）で算出されたＢの値を次式（３）に代入することによって、搬送波の位相θを算出する。
【００４７】
【数３】
2015052481.tif 000005
【００４８】
なお、式（３）において、位相θは、１／４周期毎の搬送波の強度に応じて次式（４）のような値になる。
【００４９】
【数４】
2015052481.tif 000006
【００５０】
次に、図７を用いて、搬送波がパルス波の例を説明する。
図７は、第１実施形態に係る画素３２１から読み出された4つの電圧レベルに基づいてパルス波である搬送波の振幅及び位相を算出するための概略を表す概略図である。図７に表される波形は搬送波を構成する１周期分のパルス波を表し、Ｃ（θ０）、Ｃ（θ１）、Ｃ（θ２）、Ｃ（θ３）は、電圧レベル、則ち１／４周期毎の搬送波の強度を表す。復調器１７は、Ｃ（θ０）、Ｃ（θ１）、Ｃ（θ２）、Ｃ（θ３）を次式（５）に代入することによって、搬送波の振幅Ｒを算出する。なお、搬送波は、図７に示すように、中心レベルであるＢを中心に、正方向及び負方向が振幅Ｒの波形である。また、中心レベルのＢは、式（２）と同様である。
【００５１】
【数５】
2015052481.tif 000007
【００５２】
式（５）において、分母のＭＩＮ（・・・）は、（・・・）内の最小値を選択する。またＭは、式（６）である。
【００５３】
【数６】
2015052481.tif 000008
【００５４】
式（６）において、ＭＡＸ（・・・）は、（・・・）内の最大値を選択する。すなわち、式（５）及び（６）のように、パルス波の場合、復調器１７は、１／４周期毎の搬送波の強度の中の最大値と最小値との差の平均値である。なお、式（５）において、位相θは、１／４周期毎の搬送波の強度に応じて次式（７）のような値になる。
【００５５】
【数７】
2015052481.tif 000009
【００５６】
図８は、本実施形態の復調器１７によって生成される復調テーブルの一例を説明する図である。図８に示すように、復調テーブルには、ｉｎｄｅｘ、搬送波の振幅、搬送波の位相、代表位相、位相変化、及びｂｉｔ値が関連付けられている。なお、ｉｎｄｅｘは、図８におけるサンプリングタイムの値である。また、代表位相とは、搬送波の位相情報がないとき、１サンプルタイム前の位相である。また、ｂｉｔ値は、ビット列である。なお、振幅の値は、例であり、１が最大値であってもよく、同様に０が最小値であってもよい。または、振幅の値は、１が最大値でなくてもよく、同様に０が最小値でなくてもよい。また、振幅の値は、予め定められている複数の閾値を用いて決定された値である。
【００５７】
例えば、図８の３行目のようにｉｎｄｅｘが３のとき、振幅が１、位相が１５度、代表位相が１５度である。
次に、図８の４行目のようにｉｎｄｅｘが４のとき、振幅が０、位相が不定であるため、１つ前のサンプルタイムである１つ前のｉｎｄｅｘが３のときの位相を代表位相とする。この結果、代表位相は１５度である。
次に、図８の５行目のようにｉｎｄｅｘが５のとき、振幅が１、位相が６０度、代表位相が６０度である。ｉｎｄｅｘが４と５では、代表位相が１５度から６０度に変化し、すなわち位相が４５度増えている。上述したように、この位相差はビット列“００”に対応する。ノイズなどの誤差により検出した位相差には誤差があるため、位相差は、４５度に対して数度の誤差が発生する。
【００５８】
次に、図８の６行目のようにｉｎｄｅｘが６のとき、振幅が０、位相が不定であるため、１つ前のサンプルタイムである１つ前のｉｎｄｅｘが５のときの位相を代表位相とする。この結果、代表位相は６０度である。
次に、図８の７行目のようにｉｎｄｅｘが７のとき、振幅が１、位相が１９５度、代表位相が１９５度である。ｉｎｄｅｘが６と７では、代表位相が６０度から１９５度に変化し、すなわち位相が１３５度増えている。上述したように、この位相差はビット列“０１”に対応する。
【００５９】
このように、復調器１７は、生成した復調テーブルを用いて、位相変化の値を算出または推定し、算出または推定した位相変化の値に基づいて、ビット列を算出する。
なお、復調器１７は、図８に示した位相の値等の情報を、所定の時間経過後に消去するようにしてもよい。
【００６０】
図９は、本実施形態に係る搬送波の位相変化とサンプリングタイミングの一例のタイミングチャートである。図９において、横軸が経過時間を表し、縦軸が搬送波の各フレームにおける位相を表し、８ビットのビット列“００”，“０１”，“１０”，“１１”が送信される。また、図８において、曲線４０１は搬送波の経過時間に対する位相の変化を表し、符号４０２で囲まれた領域の画像は、サンプリングタイミングを表している。また、横軸において、時刻ｔ１からｔ２の期間であるΔｔを、１目盛り（１  ｔｉｃｋ）と呼ぶ。そして、図８に示した例では、サンプルタイミングは、この１目盛りの時刻の間と一致している。また、１目盛りは、例えば約２００μ秒である。
また、図８に示すように、本実施形態における送信信号は、π／４  ＤＱＰＳＫであるとする。リーダフレームは、位相変化がない期間を４目盛り以上継続させる。データに応じて、位相変化させ、位相変化させた後は、３目盛り分、同じ位相の信号を継続する。位相変化の間に１目盛り分の無信号期間を設ける。なお、サンプリングタイムが１は、図８におけるｉｎｄｅｘが１に対応し、サンプリングタイムがｎは、図８におけるｉｎｄｅｘがｎに対応する。
【００６１】
まず、時刻ｔ１〜ｔ７の期間（リーダフレームタイムともいう）、リーダフレームが一定の位相（図９に示した例では１５度）で送信される。このリーダフレームの位相は、復調器１７によって初期位相として算出される。
リーダフレームタイムが終了すると、時刻ｔ７〜ｔ８の期間、位相が１５度から６０度に変化する。その後、３目盛り分である時刻ｔ８〜ｔ１１の期間、第１フレームが一定の位相（図８に示した例では６０度）で送信される。リーダフレームと第１フレームとの位相差がビット列を表し、時刻ｔ８における位相差は＋π／４（＋４５度）である。このため、ビット列は“００”である。なお、位相を変える期間は、無信号期間である。
【００６２】
次に、第１フレームのフレームタイムが終了すると、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間、位相が６０度から１９５度に変化する。その後、時刻ｔ１２〜ｔ１５の期間、第２フレームが一定の位相（図８に示した例では１９５度）で送信される。第１フレームと第２フレームとの位相差が次のビット列を表し、時刻ｔ１２における位相差は＋３π／４（＋１３５度）であり“０１”を表す。
次に、第２フレームのフレームタイムが終了すると、時刻ｔ１５〜ｔ１６の期間、位相が１９５度から１５０度に変化する。その後、時刻ｔ１６〜ｔ１９の期間、第３フレームが一定の位相（図８に示した例では１５０度）で送信される。第２フレームと第３フレームとの位相差が次のビット列を表し、時刻ｔ１６における位相差が−π／４（−４５度）であり“１０”を表す。
【００６３】
次に、第３フレームのフレームタイムが終了すると、時刻ｔ１９〜ｔ２０の期間、位相が１５０度から１５度に変化する。その後、時刻ｔ２０〜ｔ２３の期間、第４フレームが一定の位相（図８に示した例では１５度）で送信される。第３フレームと第４フレームとの位相差が次のビット列を表し、時刻ｔ２０における位相差が−３π／４（−１３５度）であり“１１”を表す。
そして、第４フレームのフレームタイムが終了すると、送信されるビット列は以上であるため、時刻ｔ２３以降のターミナルフレームがターミナルフレームタイムの間、最後のビット列を表すフレーム（この場合は第４フレーム）と同じ位相で送信される。
【００６４】
次に、搬送波に含まれる送信情報の例を説明する。
図１０は、本実施形態に係る送信情報の一例を説明する図である。なお、図１０に示す送信情報は、１２８ビットの例を示したが、ビット数はこれに限られない。図１０に示す例では、４０ビットは、端末の識別情報（ＩＤ）であり、４０ビットが応答ＩＤである。なお、応答ＩＤとは、受信した端末の識別子である。また、１ビットが途中の位相を示す情報であり、１５ビットが位相を示す情報である。なお、途中の位相を示す情報とは、１つの識別子に対して複数の位相測定結果がある場合、順番に位相を示す情報を送信し、途中のデータの場合に１にしておき、最後の位相を示す情報の場合に０にすることを示す情報である。例えば、第１端末１０が、複数の他の端末と同時に情報の送受信を行っているような場合に、このビットは用いられる。このようなマルチパス対策については、後述する。さらに、残り３２ビットは、付加情報である。この付加情報には、車両の運動情報、送信情報を識別するためのカウント値、位相測定をしたときの受信した情報のカウント値などを含めてもよい。
【００６５】
次に、計測システムの処理手順について説明する。以下の説明では、第１端末１０が処理を行うとして説明する。
図１１は、本実施形態に係る送信信号の読み取り手順処理を表すフローチャートである。
（ステップＳ１）復調器１７は、算出した位相に基づいて復調を行う。次に、復調器１７は、復調した送信信号に含まれるリーダフレームを検出する。また、演算部１９は、このリーダフレームを受信したとき、自装置の位相を測定する。なお、リーダフレーム期間における位相の算出方法については後述する。復調器１７は、リーダフレームを検出後、処理をステップＳ２に進める。
（ステップＳ２）復調器１７は、送信信号に含まれるビット列の情報を読み取る。
以上で、送信信号の読み取り手順処理を終了する。なお、復調器１７は、ステップＳ１とＳ２の処理を同時に行うようにしてもよい。
【００６６】
次に、リーダフレームの検出処理について説明する。図１２は、本実施形態に係るリーダフレームの検出処理を表すフローチャートである。
（ステップＳ１１）受光部１６は、リーダフレームの領域を探索時間の間（例えば２００μ秒の間）露光を行う。なお、探索時間とは、リーダフレームを検出するために露光する時間であり、リーダフレームタイムに応じて予め第１端末１０に設定される時間である。具体的には、探索時間は、サンプリング定理に基づき、リーダフレームタイムの半分の時間よりも短く設定される。ステップＳ１１終了後、ステップＳ１２に進める。
【００６７】
（ステップＳ１２）復調器１７は、受光部１６から入力された電荷に基づいて、受光部１６が備える全ての画素の一部の領域における搬送波の振幅を算出する。なお、読み出す領域については、後述する。復調器１７は、ステップＳ１２終了後、処理をステップＳ１３に進める。
（ステップＳ１３）復調器１７は、算出した振幅が所定の閾値を超えた明るい画素があるか否かを判別する。復調器１７は、明るい画素があると判別した場合（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、ステップＳ１４に進み、明るい画素がないと判別した場合（ステップＳ１３；ＮＯ）、ステップＳ１５に進む。
【００６８】
（ステップＳ１４）復調器１７は、算出した振幅が所定の閾値を超えた明るい画素及びその周囲の画素について、搬送波の位相を算出する。復調器１７は、ステップＳ１４終了後、処理を終了する。
（ステップＳ１５）復調器１７は、読み出し領域を移動させ、ステップＳ１１に戻る。この際、光源が発光していない期間に露光していることを回避するために、読み出し領域の移動は２回に１回行ったり、移動が重なるように移動させてもよい。
【００６９】
ここで、読み出し領域と、読み出し領域の移動について図１３〜図１７を用いて説明する。図１３は、本実施形態に係る読み出し領域の移動の一例を説明する図である。図１４は、本実施形態に係る読み出し領域の移動の他の例を説明する図である。また、図１３及び図１４において、紙面に対して横方向をｘ軸方向、ｘ軸に対して垂直な方向をｙ軸方向とする。図１３及び図１４において、符号５００で示す領域の画像は、図２で説明した受光部１６の全ての画素３２１をｘ軸方向及びｙ軸方向に並べて示した画像である。
【００７０】
図１３において、符号５１１で示す画像は、読み出し領域を示す画像である。図１３に示す例では、復調器１７は、読み出し領域を、矢印５２１のように、ｘ軸方向に移動させて、図１２に示した処理を繰り返す。矢印５２１のように移動させ、画像５００の右端に達した後、復調器１７は、矢印５２２に示すように、読み出し領域を画像５００におけるｘ軸方向の左に戻す。このとき、復調器１７は、読み出し領域は、ｙ軸方向にｙ１だけ移動させる。そして、復調器１７は、矢印５２３に示すように、ｘ軸方向に移動させて、図１２に示した処理を繰り返す。なお、読み出し領域が右下端に達したら左上端に戻す。
【００７１】
図１４において、符号５１２で示す画像は、読み出し領域を示す画像である。図１４に示す例では、復調器１７は、読み出し領域を、矢印５３１のように、ｙ軸方向に移動させて、図１２に示した処理を繰り返す。なお、読み出し領域が下端に達したら上端に戻す。
なお、図１３及び図１４に示した読み出し領域及び読み出し領域の移動は一例であり、これに限られない。例えば、図１４において、ｙ軸方向に長い読み出し領域を、ｘ軸方向に移動させるようにしてもよい。
【００７２】
図１５は、リーダフレームの読み出し領域とビット読み出し領域の一例を説明する図である。符号５１１に示す画像は、リーダフレームを示す画像である。また、符号５４１及び５４２に示す画像は、ビット読み取り領域を示す画像である。ステップＳ２（図１１）において、ビット読み取り領域を検出できた場合、復調器１７は、図１５に示すようにビット読み取り領域を決定するようにしてもよい。また、このビット読み取り領域は、後述するビット読み取り処理に応じて領域を補正させるようにしてもよい。
また、図１４に示した例においても、復調器１７は、ビット読み取り領域を決定するようにしてもよい。
【００７３】
図１６は、リーダフレームの読み出し領域とビット読み出しを並列処理する一例を説明する図である。図１６に示すように、リーダフレームの読み出し領域は、図１４と同様に、順次、ｙ軸方向に上から下に向かって移動させていく。そして、ビット読み出し領域は、リーダフレームが検出された位置を、読み出し開始位置として、繰り返し読み出すようにしてもよい。これにより、ビット読み出しを全画素走査しなくてよいため、演算量を低減することができる。
【００７４】
次に、ビット読み取り処理について説明する、図１７は、本実施形態に係るビット読み取り手順処理のフローチャートである。
（ステップＳ１０１）復調器１７は、カウント用のｎに１を代入する。復調器１７は、ステップＳ１０１の処理終了後、処理をステップＳ１０２に進める。
（ステップＳ１０２）受光部１６は、ビット読み取り領域の探索時間の間（例えば２００μ秒の間）露光を行う。ステップＳ１０２終了後、ステップＳ１０３に進める。
【００７５】
（ステップＳ１０３）復調器１７は、受光部１６から入力された電荷に基づいて、受光部１６が備える全ての画素の一部の領域（部分）における送信信号を読み取る。なお、復調器１７は、例えば、読み出した領域（部分）内の輝度が最大値の画素の位置、または所定のしきい値以上の明るい画素の領域の重心を求める。次に、復調器１７は、次の読み出し領域（部分）は、例えば、求めた重心を中心とする領域に決定する。復調器１７は、ステップＳ１０３終了後、処理をＳ１０４に進める。
（ステップＳ１０４）復調器１７は、算出した振幅が所定の閾値を超えた画素及びその周囲の画素についてのみ、搬送波の位相を算出し、算出した搬送波の位相を復調器１７が有する記憶部のテーブルに記憶させる。復調器１７は、ステップＳ１０４終了後、処理をＳ１０５に進める。
【００７６】
（ステップＳ１０５）復調器１７は、カウント用のｎに１を加算する。復調器１７は、ステップＳ１０５の処理終了後、処理をステップＳ１０６に進める。
（ステップＳ１０６）復調器１７は、テーブルに記憶させた位相の値が変化しているか否かを判別する。復調器１７は、位相の値が変化していると判別した場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）、ステップＳ１０１に戻し、位相の値が変化していないと判別した場合（ステップＳ１０６；ＮＯ）、ステップＳ１０７に進む。なお、復調器１７は、送信信号の信号出力が得られない場合、図９で説明したように１目盛り分前の位相情報を保持する。なお、ステップＳ１０３の部分読み出しから位相変化の判定までの所要時間は、例えば２００μ秒とする。
【００７７】
（ステップＳ１０７）復調器１７は、カウント用のｎが３より大きいか否かを判別する。復調器１７は、カウント用のｎが３より大きいと判別した場合（ステップＳ１０７；ＹＥＳ）、処理を終了し、カウント用のｎが３未満であると判別した場合（ステップＳ１０７；ＮＯ）、ステップＳ１０２に戻る。
以上で、ビット読み取り手順処理を終了する。
【００７８】
例えば、図９に示したサンプリングタイミングで位相を計測する例を説明する。
復調器１７は、リーダフレームである時刻ｔ１〜ｔ７の期間、ステップＳ１１〜Ｓ１５（図１２）を繰り返してサンプリングタイミングが１〜３のときの位相を計測する。この結果、図８のように、ｉｎｄｅｘが１〜３のとき、１５度の位相が算出される。この位相は、発振器１２と搬送波との位相差である。
次に、復調器１７は、データが送信されている時刻ｔ７〜ｔ２０の期間、ステップＳ１０１〜Ｓ１０７（図１７）を繰り返してサンプリングタイミングが４〜１０のときの位相を計測する。この結果、ｉｎｄｅｘが４〜１０のとき、位相は、図８のように算出される。
次に、復調器１７は、第４フレーム及びターミネータである時刻ｔ２０以降、サンプリングタイミングが１１〜１４のときの位相を計測する。この結果、図８のように、ｉｎｄｅｘが１１〜１４のとき、１５度の位相が算出される。
【００７９】
ここで、サンプリングタイミングが、図９と比較して０．５目盛り分ずれている場合について説明する。図１８は、本実施形態に係る搬送波の位相変化とサンプリングタイミングの他の例のタイミングチャートである。図１９は、本実施形態の復調器１７によって生成される復調テーブルの他の例を説明する図である。
図１８において、符号４０２で示す画像の領域は、サンプリングタイミングを示す画像の領域である。搬送波のタイミング、位相は、図９と同じである。復調器１７は、図１８に示したサンプリングタイミングで、搬送波の振幅を取得し、搬送波の位相を算出する。
【００８０】
図１８のサンプリングタイミングで搬送波の位相を取り込んだ場合、復調テーブルは、図１９のようになる。
図１９に示すように、例えば１行目のように、ｉｎｄｅｘが１のとき、振幅が０．５、位相が１５度、代表位相が１５度である。図８と異なり、無信号状態で位相が変化しているタイミングで取得できていない。このような場合、復調器１７は、同じ位相が続いていて、前の代表位相が無く且つ振幅が減少していなければ、そのときの位相を代表位相に決定する。そして、復調器１７は、代表位相が変化した近接する２つの代表位相の差を求めて、位相変化に決定する。一例として、ｉｎｄｅｘが４のとき、代表位相が１５度であり、ｉｎｄｅｘが５のとき、代表位相が６０度である。このため、復調器１７は、ｉｎｄｅｘが５の代表位相の６０度から、ｉｎｄｅｘが４の代表位相の１５度を減算して、位相変化の＋４５度を求める。なお、ｂｉｔ値の設定方法は、図８と同じである。振幅が０．５のｉｎｄｅｘ１とｉｎｄｅｘ４の値からサンプリングタイミングが０．５目盛ずれていることが推定できるため、サンプリングタイミングを調整することが可能である。
以上の処理によって、本実施形態によれば、サンプリングタイミングがずれていても、図８と同じ８ビットのビット列“００”，“０１”，“１０”，“１１”を得ることができる。
【００８１】
図２０は、無信号期間がない場合の搬送波における復調テーブルの例を説明する図である。図２０の復調テーブルは、無信号期間がない場合の搬送波を、図１９と同様に、半目盛り分ずれているサンプリングタイミングで取得した場合の各値の例である。なお、無信号期間がないので、搬送波の波形は図１８とは異なり、時刻ｔ７で位相が１５度から６０度に変化し、時刻ｔ７〜ｔ１１の期間が、第１フレームである。時刻ｔ１１で位相が６０度から１９５度に変化し、時刻ｔ１１〜ｔ１５の期間が、第２フレームである。時刻ｔ１５で位相が１９５度から１５０度に変化し、時刻ｔ１５〜ｔ１９の期間が、第３フレームである。さらに、時刻ｔ１９で位相が１５０度から１５度に変化し、時刻ｔ１９〜ｔ２３の期間が、第４フレームである。
【００８２】
無信号期間がないときに、図１８のサンプリングタイミングで搬送波の位相を取り込んだ場合、復調テーブルは、図２０のようになる。図２０に示すように、取得される位相は、１５度、６０度、１５０度、１９５度以外に、３８度、１７１度、６８度が取得される。この場合、復調器１７は、２つ前の位相間の差を算出して位相変化に決定する。具体的には、復調器１７が、ｉｎｄｅｘが３の位相の１５度から、２つ前のｉｎｄｅｘが１の位相の１５度を減算して、位相変化の０度を求める。以下同様に、復調器１７が、ｉｎｄｅｘが４の位相の３８度から、２つ前のｉｎｄｅｘが２の位相の１５度を減算して、位相変化の２３度を求める。
この場合、ｂｉｔ値の設定方法は、位相変化が＋４５度のとき“００”、＋１３５度のとき“０１”、−４５度のとき“１０”、−１３５度のとき“１１”とし、それ以外の位相変化を利用しない。なお、ノイズやタイミングのずれ量によって、たとえば、ｉｎｄｅｘ４での位相変化が２３ではなくて４０になることがあり、無信号期間がある場合に比べてノイズに対する許容範囲が狭くなっている。このため、無信号期間がない場合では、例えば、信号にチェックサムを示す情報を付加する等の対策が必要である。
【００８３】
次に、第１端末１０が、複数の他の端末からの信号を検出した場合について説明する。なお、この例では、他の端末は３個あり、おのおのの端末には、識別子（ＩＤ）が０００００００１、００００００１０、００００００１１として割り当てられているとする。
図２１は、本実施形態に係る受光部１６が３個の端末から識別子を受光したときの状態を説明する図である。符号５５１が示す画像は、識別子（ＩＤ）が０００００００１の端末から受光した識別子に基づく画像である。符号５５２が示す画像は、識別子（ＩＤ）が００００００１０の端末から受光した識別子に基づく画像である。符号５５３が示す画像は、識別子（ＩＤ）が００００００１１の端末から受光した識別子に基づく画像である。
【００８４】
図２２は、本実施形態に係る識別子（ＩＤ）の検出タイミングを説明する図である。図２２において、横軸は経過時間である。符号６０１が示す領域の画像は、識別子が０００００００１からの搬送波の画像である。符号６０２が示す領域の画像は、識別子が００００００１０からの搬送波の画像である。符号６０３が示す領域の画像は、識別子が００００００１１からの搬送波の画像である。
また、符号６１１が示す画像は、リーダフレームの画像である。符号６１２が示す画像は、第１フレームの画像であり、符号６１３が示す画像は、第２フレームの画像である。符号６１４が示す画像は、第３フレームの画像であり、符号６１５が示す画像は、第４フレームの画像である。
【００８５】
このように、３個の端末の識別子は、各端末が各々、非同期で投光器から発光している。
この場合、他の端末は、例えば識別子の００００００１をビット列として送信する。このため、符号６０１が示す領域の画像のタイミングで、さらに識別子に応じた位相の変化が発生する。第１端末１０の復調器１７は、図８等で説明したように、搬送波の位相を算出し、算出した位相に基づいて代表位相を決定する。そして決定した代表位相に基づいて、位相変化を算出し、算出した位相変化に基づいて、ビット列を求める。
復調器１７は、他の識別子の搬送波についても同様の処理を行ってビット列を求める。
【００８６】
次に、識別子（ＩＤ）の検出の処理手順について説明する。図２３は、本実施形態に係る識別子（ＩＤ）の検出の処理手順のフローチャートである。例えば、図２１に示した例では、異なる識別子（ＩＤ）が検出された例を説明したが、複数の画素３２１に、同じ識別子（ＩＤ）が検出された場合、以下の処理を行う。
（ステップＳ２０１）復調器１７は、同一の識別子をまとめて、クラスタリング処理を行う。例えば、近接する同程度の輝度を１つの集まりとしてクラスタにまとめる。
（ステップＳ２０２）復調器１７は、同一の識別子をまとめたクラスタに対して、重心位置を算出し、算出した重心位置をクラスタの代表位値に決定する。
【００８７】
次に、図１に示した第１端末１０と第２端末２０とで通信を行うことで端末間の距離を算出する手順を説明する。図２４は、本実施形態に係る通信手順のフローチャートである。なお、以下の説明では、第１端末１０は、移動体Ａに搭載され、第２端末２０は、移動体Ｂに搭載されている。このため、以下の説明では、第１端末１０が備える各機能部を移動体Ａの機能部とも言い、第２端末２０が備える各機能部を移動体Ｂの機能部とも言う。なお、移動体は、例えば車両である。
【００８８】
（ステップＳ３０１）移動体Ａの投光器１４は、変調された自装置の識別子（ＩＤ）を用いて、速度を示す情報、及び方位を示す情報を発光することで送信する。移動体Ａの演算部１９は、情報を送信した時、時間の計測を開始する。ステップＳ３０１終了後、処理はステップＳ３０２に進む。
（ステップＳ３０２）移動体Ｂの受光部２６は、移動体Ａからの識別子（ＩＤ）を含む情報を受信する。ステップＳ３０２終了後、処理はステップＳ３０３に進む。
【００８９】
（ステップＳ３０３）移動体Ｂの演算部２９は、受信した情報から移動体Ａの識別子（ＩＤ）と搬送波の周波数を抽出する。次に、移動体Ｂの演算部２９は、移動体Ａが送信した情報に含まれるリーダフレームを受信したときの自装置の発振器２２が生成した基準クロックとの位相差を第１位相情報として算出する。次に、移動体Ｂの演算部２９は、抽出した移動体Ａの識別子に、自装置の識別子と算出した第１位相情報と自装置の速度を示す情報と自装置の方位を示す情報とを付加した情報を、受信した搬送波と同じ周波数の変調波を用いて送信する。ステップＳ３０３終了後、処理はステップＳ３０４に進む。
（ステップＳ３０４）移動体Ａは、移動体Ｂからの情報を受信する。なお、移動体Ａは、自装置の識別子（ＩＤ）を含む信号を受信した場合、ステップＳ３０１で送信した送信信号への応答信号であると解釈する。移動体Ａの演算部１９は、時間の計測を終了し、計測した時間をステップＳ３０１で情報を送信してからステップＳ３０４で応答を受信するまでの伝達時間とする。ステップＳ３０４終了後、処理はステップＳ３０５に進む。
【００９０】
（ステップＳ３０５）移動体Ａの演算部１９は、移動体Ｂが送信した情報に含まれるリーダフレームを受信したときの位相情報を、受信した第１位相情報によって補正することで第２位相情報を算出する。なお、この第２位相情報は、光が移動体Ａから移動体Ｂまで到達し、さらに移動体Ｂから移動体Ａに戻ってくるまでに要した伝達時間によって発生した位相変化である。次に、移動体Ａの演算部１９は、算出した第２位相情報に基づいて、移動体Ａと移動体Ｂとの相互の位置情報に変換し、移動体Ａと移動体Ｂとの距離を算出する。なお、位相差から距離への変換については、後述する。
（ステップＳ３０６）移動体Ａの演算部１９は、自装置と移動体Ｂとの位相差を演算部１９が有する記憶部に記憶させる。ステップＳ３０６終了後、処理はステップＳ３０７に進む。
【００９１】
（ステップＳ３０７）移動体Ｂの演算部２９は、自装置の識別子（ＩＤ）を送信する。ステップＳ３０７終了後、処理はステップＳ３０８に進む。
（ステップＳ３０８）移動体Ａの演算部１９は、移動体Ｂから送信された識別子（ＩＤ）を受信する。
（ステップＳ３０９）移動体Ａの演算部１９は、ステップＳ３０５と同様の処理を行い、位相差を距離に変換する。
以上で、端末間の距離を算出する手順の処理を終了する。
【００９２】
上述した手順によれば、自装置の識別子（ＩＤ）が含まれる信号を受信したとき、自装置が発した信号への応答であると判別する。そして、受信した信号に含まれる位相情報を距離情報に変換する。なお、送受信時、移動体ＡとＢとが備えている発振器１２と発振器２２と間の位相差を得ることができるので、ステップＳ３０６以降、識別子の送受信を行うステップＳ３０１やＳ３０２の処理を省略して、装置間の位相差が所定の値以上まで大きくなるまでステップＳ３０７（図２４）のみを一方的に移動体Ｂから移動体Ａに送信するようにしてもよい。
【００９３】
次に、位相差を距離に変換する方法を説明する。
まず、移動体Ａと移動体Ｂによる発光源の強度を、ｙ１、ｙ２とする。また、移動体Ａの角周波数をω１、移動体Ｂの角周波数をω２、移動体Ａの初期位相をα１、移動体Ｂの初期位相をα２、移動体Ｂの角周波数と移動体Ａの角周波数との差をＯ２、移動体Ｂの初期位相と移動体Ａの初期位相との差をＰ２とする。
移動体Ａと移動体Ｂによる発光源の強度ｙ１及びｙ２、動体Ａの角周波数ω１、移動体Ｂの初期位相α２は、次式（８）のように表される。
【００９４】
【数８】
2015052481.tif 000010
【００９５】
なお、式（８）において、Ａ１及びＡ２は各々、発光強度ｙ１、ｙ２のパラメータである。また、式（８）において、１を加算している理由は、振幅が正の範囲で振れるように正規化しているためである。この加算される１は、図６、図７、式（２）で説明したＢに相当する。式（８）より、移動体Ｂによる発光源の強度ｙ２は、次式（９）のようになる。
【００９６】
【数９】
2015052481.tif 000011
【００９７】
移動体Ｂで観測した移動体Ａの信号の強度ｙ２−１が距離に基づかないとすると、移動体Ｂと移動体Ａの距離ｄ２−１（ｔ）を光が伝わる時間Ｔ２−１＝ｄ２−１／ｃ（ただしｃは光速）だけ遅れるので、移動体Ｂで観測した移動体Ａの信号の強度ｙ２−１は、次式（１０）のようになる。
【００９８】
【数１０】
2015052481.tif 000012
【００９９】
次に、強度ｙ２とｙ２−１との位相差Δω２−１は、次式（１１）のように表される。
【０１００】
【数１１】
2015052481.tif 000013
【０１０１】
移動体Ａで観測した移動体Ｂの信号の強度ｙ１−２は、同様にＴ１−２＝ｄ１−２／ｃだけ遅れるので、移動体Ａで観測した移動体Ｂの信号の強度ｙ１−２は、次式（１２）のようになる。
【０１０２】
【数１２】
2015052481.tif 000014
【０１０３】
また、強度ｙ１とｙ１−２との位相差Δω１−２は、次式（１３）のように表される。
【０１０４】
【数１３】
2015052481.tif 000015
【０１０５】
算出した２つの位相差の和ΔΩ（＝Δω２−１＋Δω１−２）は、式（１１）と（１３）より、次式（１４）のように表される。
【０１０６】
【数１４】
2015052481.tif 000016
【０１０７】
また、ｔ１は、移動体Ｂが信号を受信した時刻であるため、伝達時間だけ遅れたＴ２−１に等しい。さらに、ｔ２は、移動体Ａが移動体Ｂからの応答信号を受信した時刻であるため、伝達時間と内部処理時間Ｄ２だけ遅れたＴ２−１＋Ｔ１−２＋Ｄ２に置き換えることができる。これらの値を式（１４）に代入すると、式（１４）は次式（１５）のようになる。
【０１０８】
【数１５】
2015052481.tif 000017
【０１０９】
ここで、内部処理時間を周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数）であるとすると、内部処理時間Ｄ２は、次式（１６）で表される。例えば、内部処理時間を予め測定しておき、内部処理時間が周波数のｎ倍になる発振器１２の周波数を、装置の設計者が選択しておく。
【０１１０】
【数１６】
2015052481.tif 000018
【０１１１】
式（１６）を式（１５）に代入すると、式（１５）は次式（１７）のようになる。
【０１１２】
【数１７】
2015052481.tif 000019
【０１１３】
ここで、移動体Ｂの角周波数と移動体Ａの角周波数との差Ｏ２が移動体Ａの角周波数をω１よりはるかに小さい（Ｏ２≪ω１）ならば、式（１７）は、次式（１８）のようになる。
【０１１４】
【数１８】
2015052481.tif 000020
【０１１５】
伝達時間の平均Ｔ１−２￣は、式（１８）より、次式（１９）のように算出できる。
【０１１６】
【数１９】
2015052481.tif 000021
【０１１７】
さらに、距離の平均ｄ１−２￣は、式（１９）より、次式（２０）のように算出できる。
【０１１８】
【数２０】
2015052481.tif 000022
【０１１９】
なお、式（２０）において、λ１は、移動体Ａの搬送波の波長である。
したがって、ステップＳ３０５及びＳ３０９（図２４）において、演算部１９は、式（２０）を用いて位相差を距離に変換する。
ここで、例えば、応答遅れ時間ｎが１０ｍ秒、角周波数ωが１ＭＨｚである場合、発振器の精度をｐとすると、誤差ｎＯ２／ω１の位相差が０．１％以下になるためには、発振器１２及び２２には、１．６×１０−８程度の精度が必要である。この精度が得られる振動子は、例えばＯＣＸＯ（恒温槽付水晶発振器）である。
【０１２０】
次に、第１端末１０または第２端末２０を、車両に取り付けるとき、受光部の取り付け一及び発光部の取り付けの例について説明する。
図２５は、本実施形態に係る発光部の取り付け位置の例を説明する図である。なお、発光部とは、少なくとも投光器１４（または投光器２４）を備えている。図２５の符号７０１が示す領域の画像のように、ヘッドライト付近に取り付けられていてもよい。または、符号７０２が示す領域の画像のように、ルーフの周囲に取り付けられていてもよい。あるいは、符号７０３が示す領域の画像のように、テールライトやブレーキランプ付近に取り付けられていてもよい。さらには、発光部は複数あってもよく、複数の発光部が、図２５に示した複数の箇所に取り付けられていてもよい。
【０１２１】
図２６は、本実施形態に係る受光部の取り付け位置の例を説明する図である。受光部であるセンサは、少なくともレンズ１５及び受光部１６（またはレンズ１５及び受光部１６）を備えている。センサは、図２６の符号７１１が示す領域の画像のように、車両の前方にノーズカメラとして取り付けられていてもよい。ノーズカメラは、交差点において左右の移動体の検出を行う。また、符号７１２が示す領域の画像のように、サイドミラーの近傍にサイドビューカメラとして取り付けられていてもよい。サイドビューカメラは、後側方の移動体の検出を行う。また、符号７１３が示す領域の画像のように、車両の後方にリアビューカメラとして取り付けられていてもよい。リアビューカメラは、後方の移動体の検出を行う。さらに、符号７１４が示す領域の画像のように、例えばルームミラーの脇に全周囲カメラとして取り付けられていてもよい。全周囲カメラは、全周囲（３６０度）を見渡す。なお、車両内または車両外の左右対称な位置にも全周囲カメラを取り付けるようにしてもよい。これにより、ステレオ視を行いつつ、死角を低減することができる。
【０１２２】
なお、発光部に用いる光源は、例えば赤外線のＬＥＤ（発光ダイオード）と他の可視光（例えば、青色または緑色）の帯域で発光するＬＥＤである。このように、赤外線のＬＥＤに加えて、他の帯域のＬＥＤを発光させることで、人間が見たときに、赤色以外の発光色に見える効果がある。
【０１２３】
なお、本実施形態では、第１端末１０が、距離の算出する例を説明したが、第２端末２０が行ってもよい。または、第１端末１０と第２端末２０の両方が距離を算出するようにしてもよい。
【０１２４】
以上のように、本実施形態の計測装置（第１端末１０または第２端末２０）は、光信号である第１送信情報を送信する送信部（投光器１４または２４）と、第１送信情報に対する応答である第２送信情報であって、第１送信情報が受信されたときの受信した信号の位相に基づく第１位相差情報を含む第２送信情報を受光する受光部（１６または２６）と、受光部によって受信された第２送信情報から第１位相差情報を抽出し、抽出した第１位相差情報に基づいて距離情報を求める距離算出部（演算部１９または２９）と、を備える。
【０１２５】
この構成により、本実施形態の計測装置（第１端末１０または第２端末２０）は、同時に相対位置と情報が獲得できる。また、本実施形態の計測装置（第１端末１０または第２端末２０）は、電波で発生したマルチパスや干渉が生じない。さらに、本実施形態の計測装置（第１端末１０または第２端末２０）は、発光源を面や線とすることで距離による信号強度の低下が低下し狭いダイナミックレンジでも距離計測が可能となる。また、本実施形態の計測装置（第１端末１０または第２端末２０）は、同時に複数台の移動体が存在しても混信しない。
【０１２６】
［第２実施形態］
第１実施形態では、互いに備えている発振器１２または２２の位相差を把握することで、第１端末１０と第２端末２０とは、情報の送受信を行う例を説明した。本実施形態の第１端末１０と第２端末２０は、端末間の同期を取った後、情報の送受信を行う。
【０１２７】
図２７は、本実施形態に係る通信手順のフローチャートである。
（ステップＳ３０１〜Ｓ３０４）図２４のステップＳ３０１〜３０４と同様の処理を行う。ステップＳ３０４終了後、処理をステップＳ４０１に進める。このとき、ＩＤの大きい方の送信周期を小さい方の周期に一致させる。これによりリーダフレームのタイミングが同じになる。
このステップＳ３０１〜Ｓ３０４の処理を、同期を取ると言う。なお、これらの処理は、周期的に行ってもよい。
（ステップＳ４０１）移動体Ａの演算部１９は、符号器１１、変調器１３、及び投光器１４を介して、応答を依頼する応答依頼信号を移動体Ｂに送信する。並行して、移動体Ａの演算部１９は、移動体Ｂからの応答依頼信号を受信（受光）し、応答依頼信号に含まれるリーダー部の位相差情報を自部に記憶させる。
（ステップＳ４０２）移動体Ｂの演算部２９は、符号器２１、変調器２３、及び投光器２４を介して、応答を依頼する応答依頼信号を移動体Ａに送信する。並行して、移動体Ｂの演算部２９は、移動体Ａからの応答依頼信号を受信（受光）し、応答依頼信号に含まれるリーダー部の位相差情報を自部に記憶させる。
【０１２８】
（ステップＳ４０３）ステップＳ４０１が終了してから所定の時間が経過後、移動体Ａの演算部１９は、移動体Ｂの識別子（ＩＤ）と記憶させた位相差情報とを、応答信号に含めて、符号器１１、変調器１３、及び投光器１４を介して、応答を依頼する指示を移動体Ｂに送信する。応答信号は光通信に限らず無線通信でもよい。このとき付加情報に情報を識別するカウント値があればそれをつけて送ってもよい。この処理によって応答までの時間差が大きい場合でも、どのフレームへの応答か判別できる。
（ステップＳ４０４）ステップＳ４０２が終了してから所定の時間が経過後、移動体Ｂの演算部２９は、移動体Ａの識別子（ＩＤ）と記憶させた位相差情報とを、応答信号に含めて、符号器２１、変調器２３、及び投光器２４を介して、応答を依頼する指示を移動体Ａに送信する。この場合もＳ４０３と同様に応答信号は無線通信でもよい。
【０１２９】
（ステップＳ４０５）移動体Ａの演算部１９は、ステップＳ３０９（図２４）と同様に、位相差を距離に変換する。
（ステップＳ４０６）移動体Ｂの演算部２９は、ステップＳ３０９（図２４）と同様に、位相差を距離に変換する。
以上で、端末間の距離を算出する手順の処理を終了する。
【０１３０】
上述した手順によれば、光信号を発している移動体がいたら、移動体同士で同期を取る。そして、自装置に対する応答信号を受信したとき、応答信号に含まれる位相を記憶させ、さらに応答ビットを立てて通信相手の端末の識別子と軽視区した位相情報を加えて応答する。そして、受信信号の位相差と位相情報から、移動体間の距離を求める。さらに、時間差を置いて位相を測定することによって、発振器の周波数差を測定する。
これにより、本実施形態では、第１実施形態より、端末間の位相差の誤差を低減することができる。
【０１３１】
次に、位相差を距離に変換する方法を説明する。
式（８）〜（１４）までは、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
ｔ１は、移動体Ｂが信号を受信した時刻であるため、伝達時間だけ遅れたＴ２−１に等しい。さらに、ｔ２は、移動体Ａが信号を受信した受信した時刻であるため、伝達時間と同期誤差Ｄ２だけ遅れたＴ１−２＋Ｄ２に置き換えることができる。これらの値を式（１４）に代入すると、式（１４）は次式（２１）のようになる。
【０１３２】
【数２１】
2015052481.tif 000023
【０１３３】
ここで、移動体Ｂの角周波数と移動体Ａの角周波数との差Ｏ２が移動体Ａの角周波数ω１よりはるかに小さい（Ｏ２≪ω１）ならば、式（２１）は、次式（２２）のように近似できる。
【０１３４】
【数２２】
2015052481.tif 000024
【０１３５】
ここで、同期誤差Ｄ２を周波数のｎ倍であるとすると、同期誤差Ｄ２は、次式（２３）で表される。
【０１３６】
【数２３】
2015052481.tif 000025
【０１３７】
式（２３）より、式（１４）は、次式（２４）のようになる。
【０１３８】
【数２４】
2015052481.tif 000026
【０１３９】
伝達時間Ｔ１−２は、式（２４）より、次式（２５）のように算出できる。
【０１４０】
【数２５】
2015052481.tif 000027
【０１４１】
さらに、距離ｄ１−２は、式（２５）より、次式（２６）のように算出できる。
【０１４２】
【数２６】
2015052481.tif 000028
【０１４３】
ステップＳ４０５及びＳ４０６（図２７）において、演算部１９は、式（２６）を用いて位相差を距離に変換する。
ここで、例えば、同期誤差nが１００、つまり、１００μ秒、角周波数ωが０．１６×１０６、つまり、１ＭＨｚである場合、発振器の精度をｐとすると、誤差ｎＯ２／ω１の位相差が０．１％以下になるためには、発振器１２及び２２には、１．６×１０−６程度の精度が必要である。この精度が得られる振動子は、例えば携帯端末等に使用されているＴＣＸＯ（温度補償型水晶発振器）である。すなわち、本実施形態によれば、第１実施形態より、安い水晶発振器を用いて、高い精度を確保できる。
【０１４４】
なお、ステップＳ４０３とＳ４０４においてもそれぞれステップＳ４０１とＳ４０２の処理を重ねて行い、ステップＳ４０３とステップＳ４０４を引き続き行うことで，自分の位置での位相差と相手の位置での位相差が４回得られることから、位相ずれに加えて、移動体Ａと移動体Ｂとが各々備える発振器１２及び２２の周波数のずれも求めることができる。
そして、周波数のずれ量が検出された後、移動体Ａと移動体Ｂとは、ステップＳ４０１とＳ４０２のように互いに送受信を行わなくても、例えば一方から識別子を送信するだけで、距離を算出することができる。
【０１４５】
ここで、時刻ＴとＴ’のときに位相差を受信した場合の位相差から距離を推定する方法を説明する。
式（１３）に示した位相差Δω１−２から、時刻ＴとＴ’のときに２回、位相差を受信した場合、受信した２つの位相差の差Δω１−２（Ｔ）−Δω１−２（Ｔ’）は、次式（２７）のようになる。
【０１４６】
【数２７】
2015052481.tif 000029
【０１４７】
式（２７）から、移動体Ｂの角周波数と移動体Ａの角周波数との差Ｏ２は、次式（２８）のようになる。すなわち、式（２７）によって、移動体Ａと移動体Ｂとが各々備える発振器１２及び２２の周波数のずれも求めることができる。
【０１４８】
【数２８】
2015052481.tif 000030
【０１４９】
また、式（１３）より、時刻Ｔにおける移動体Ｂの初期位相と移動体Ａの初期位相との差Ｐ２は、次式（２９）のようになる。
【０１５０】
【数２９】
2015052481.tif 000031
【０１５１】
式（２９）より、任意の時刻Ｔ’’における伝達時間Ｔ’’１−２は、次式（３０）のようになる。
【０１５２】
【数３０】
2015052481.tif 000032
【０１５３】
任意の時刻Ｔ’’における距離ｄ’’１−２は、式（３０）に光速ｃを乗ずることで算出することができる。従って、演算部１９または２９は、式（２７）によって周波数のずれ量を検出して自部に記憶させた後、記憶させた周波数のずれ量と式（３０）を用いて距離を算出するようにしてもよい。
【０１５４】
［第３実施形態］
本実施形態では、複数の他装置に対応する識別情報を受信したときの処理を行う例を説明する。
図２８は、本実施形態に係る応答順位判定の手順処理のフローチャートである。なお、以下の処理は、第１端末１０が行うとして説明するが、第２端末２０が行ってもよい。
（ステップＳ５０１）演算部１９は、受光部１６を走査して最初に検出された識別子（ＩＤ）を自部内の記憶部のテーブルに登録する。次に、演算部１９は、登録した識別子（ＩＤ）に対して得点を０として登録する。また、演算部１９は、テーブルに登録した識別子に、応答したことを示す情報を関連付けて登録していく。ステップ５０１終了後、演算部１９は、処理をステップＳ５０２に進める。
【０１５５】
（ステップＳ５０２）演算部１９は、探索で検出された識別子（ＩＤ）に対して応答信号を送信する。次に、演算部１９は、検出された識別子（ＩＤ）に応答したことを示す情報が関連付けて登録されているか否かを判別する。演算部１９は、検出された識別子（ＩＤ）に応答したことを示す情報が関連付けて登録されていると判別した場合（ステップＳ５０２；ＹＥＳ）、ステップＳ５０３に進み、検出された識別子（ＩＤ）に応答したことを示す情報が関連付けて登録されていないと判別した場合（ステップＳ５０２；ＮＯ）、ステップＳ５０４に進む。
【０１５６】
（ステップＳ５０３）演算部１９は、識別子（ＩＤ）に５点を加算して記憶させる。ステップＳ５０３終了後、演算部１９は、処理をステップＳ５０５に進める。
（ステップＳ５０４）演算部１９は、識別子（ＩＤ）に１点を加算して記憶させる。ステップＳ５０４終了後、演算部１９は、処理をステップＳ５０５に進める。
（ステップＳ５０５）演算部１９は、検出された識別子（ＩＤ）がテーブルに登録されている最後の識別子（ＩＤ）で有るか否かを判別する。演算部１９は、検出された識別子（ＩＤ）がテーブルに登録されている最後の識別子（ＩＤ）で有ると判別した場合（ステップＳ５０５；ＹＥＳ）ステップＳ５０７に進む。一方、検出された識別子（ＩＤ）がテーブルに登録されている最後の識別子（ＩＤ）ではないと判別した場合（ステップＳ５０５；ＮＯ）、ステップＳ５０６に進む。
【０１５７】
（ステップＳ５０６）演算部１９は、次の識別子（ＩＤ）の設定処理を行う。ステップ５０６終了後、演算部１９は、処理をステップＳ５０２に戻す。
（ステップＳ５０７）演算部１９は、テーブルに登録さえた識別子（ＩＤ）のうち、最も得点が高く、且つテーブルの先頭に近い識別子（ＩＤ）を選択する。ステップ５０７終了後、演算部１９は、処理をステップＳ５０８に進める。
（ステップＳ５０８）演算部１９は、ステップＳ５０７で選択した識別子（ＩＤ）の端末に対して応答信号を送信する。応答信号の送信後、演算部１９は、応答した識別子（ＩＤ）に関連付けられている得点を０点にする。
以上で、処理を終了する。
【０１５８】
なお、上記実施形態では、重み付けの例として、ステップＳ５０３で５点、ステップＳ５０４で１点を加算する例を説明したが、これに限られない。重み付けに用いる点は、他の値であってもよい。
【０１５９】
以上のように、本実施形態の計測装置（第１端末１０または第２端末２０）では、複数の他装置に対応する第２識別情報を受信したとき、送信した信号に対する応答、算出された距離、及び受信された信号の強度のうち少なくとも１つに基づいて応答する順番を決定する応答順位決定部（演算部１９または２９）を備える。
この構成によって、本実施形態の計測装置（第１端末１０または第２端末２０）は、受光部１６が複数の識別子（ＩＤ）を受光した場合であっても、優先順位を付けて応答することができる。また、演算部１９は、受光部１６を探索したときに登録した識別情報（ＩＤ）が見えなくなった後、所定の時間経過後に、テーブルに登録した情報を削除するようにしてもよい。これにより、記憶容量を有効に使用することができる。
【０１６０】
図２９は、本実施形態に係るマルチパス対策の一例を説明する図である。
図２９に示すように、符号５００が示す領域の画像には、５つの識別子（ＩＤ）を示す画像がある。この場合、少なくとも１つの光が直接光として検出されているとする。このような場合、前述したように、クラスタリング処理を行い、一定画素範囲内にある識別子（ＩＤ）を、１つの識別子（ＩＤ）とする。そして、１つの識別子（ＩＤ）として位相差の平均値を代表位相に決定する。
また、演算部１９は、各々の識別子（ＩＤ）との距離を演算し、最も距離が短い識別子（ＩＤ）を、直接光により識別子（ＩＤ）とするようにしてもよい。
また、距離を算出した結果、同じ距離の場合、演算部１９は、強度が強い方を直接光による識別子（ＩＤ）とするようにしてもよい。
さらに、距離も強度も同じ場合、演算部１９は、クラスタリングした画素数が多い方を直接光による識別子（ＩＤ）とするようにしてもよい。
【０１６１】
［第４実施形態］
図３０は、本実施形態に係る本実施形態に係る計測システム１Ａの構成を表すシステム構成図である。図１に示した計測システム１と同じ機能をする機能部には、同じ符号を用いて説明を省略する。
計測システム１との差異は、第１端末１０ＡがＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）８１１を備え、第２端末２０ＡがＧＰＳ８２１を備えている。
【０１６２】
ＧＰＳ８１１は、衛星から受信した情報に基づいて、クロック信号を生成する。ＧＰＳ８１１は、生成したクロック信号を発振器１２に出力する。このとき使用する衛星は天頂に近い衛星が望ましい。
発振器１２は、ＧＰＳ８１１から入力されたクロック信号に応じて、クロックのタイミングを調整する。
ＧＰＳ８２１は、衛星から受信した情報に基づいて、クロック信号を生成する。ＧＰＳ８２１は、生成したクロック信号を発振器２２に出力する。この場合も使用する衛星は天頂に近い衛星が望ましい。
発振器２２は、ＧＰＳ８２１から入力されたクロック信号に応じて、クロックのタイミングを調整する。
ＧＰＳによってリーダフレームのタイミングの同期をとることで、図２７における同期処理が不要になる。このように周波数をＧＰＳの原子時計に同期させることで発振周波数が原子時計の精度になり距離誤差が減少する。
【０１６３】
次に、第１端末１０Ａが移動体Ａに取り付けられ、第２端末２０Ａが移動体Ｂに取り付けられているとして、計測システム１Ａの動作について説明する。
移動体Ａは、自己の識別子（ＩＤ）、速度、及び進行方向をデジタル信号として符号化し変調して投光器１４より光信号として送信する。
【０１６４】
移動体Ｂでは、レンズ２５を通った光が受光部２６で結像し、タイミング制御器により指示された４系統で複数回サンプリング画像間の差分画像を復調器２７に出力する。なお、各サンプリングでは、露光タイミングと露光時間が指示される。
復調器２７は、変調光が復調器の差分回路を通ることで、復調され振幅と位相を求めて復号器２８に出力する。
復号器２８は、デジタル信号に戻して演算部２９に情報を出力する。
移動体Ｂは、受信した信号の位相情報をのせて光信号として送信する。
【０１６５】
移動体Ａは、移動体Ｂより発光された信号の位相について、移動体Ｂが移動体Ａの光を受信したときの位相情報で補正する。これにより、本実施形態では、光が移動体Ａから移動体Ｂまで到達してから移動体Ａに戻ってくるまでに要した時間により発生した位相変化を算出でき、距離として変換できる。
また、本実施形態では、さらに２次元の面である受光部の角度情報から３次元の位置情報に変換できる。
さらに、本実施形態では、相互の発振器の周波数精度はＧＰＳ（８１１、８２１）により１０−９以下の精度で一致している。
同期しているＧＰＳの衛星番号を付加情報として送信することでＧＰＳに同期していることが互いに認識できるため同期処理を省く助けになる。同じ衛星からの信号が受信できていればその衛星の仰角と方位角から相互の位置における位相差が推定でき、位相差情報を互いに交換しなくても受け取った信号の位相差から距離に変換することも可能である。
【０１６６】
なお、第１〜第４実施形態において、第１端末１０（または１０Ａ）または第２端末２０（または２０Ａ）を組み込む機器は、例えば、ロボット、車両、携帯端末等であってもよい。
【０１６７】
なお、本発明における計測装置（第１端末１０または１０Ａ、第２端末２０または２０Ａ）の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【０１６８】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【０１６９】
１、１Ａ…計測システム、１０、１０Ａ…第１端末、２０、２０Ａ…第２端末、１１、２１…符号器、１２、２２…発振器、１３、２３…変調器（変調部）、１４…投光器（送信部、第１送信部）、２４…投光器（送信部、第２送信部）、１５、２５…レンズ、１６…受光部（受光部、第１受光部）、２６…受光部（受光部、第２受光部）、１７、２７…復調器（位相算出部）、１８、２８…復号器、１９、２９…演算部（距離算出部、応答順位決定部）、８１１、８２１…ＧＰＳ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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