(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された光ビームスポットの強度を検出する二次元エリアセンサと、
前記二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、前記狭範囲の信号は中心部から周辺部に向かって読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力する読み出し手段と、
前記全範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する第１の演算手段と、前記狭範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する第２の演算手段とを含む位置演算手段と、
前記位置演算手段の演算結果である前記光ビームスポットの位置を基に、読み出す範囲を前記全範囲又は前記狭範囲に切り替えるように前記読み出し手段に指示する演算切替え手段と
を含む検出装置。
【請求項２】
前記演算切替え手段が、
初期状態又は前記光ビームスポットの位置が前記狭範囲に含まれない場合、前記読み出し手段に前記全範囲の信号の読み出しを指示し、
前記光ビームスポットの位置が前記狭範囲に含まれる場合、前記読み出し手段に前記狭範囲の信号の読み出しを指示する
請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記読み出し手段が、
前記二次元エリアセンサから並列に複数の信号を読み出す
請求項１又は２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記位置演算手段が
前記光ビームスポットの位置として、前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの重心の位置を演算する
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項５】
前記位置演算手段が、
前記光ビームスポットの位置として、前記二次元エリアセンサにおける検出値の最大値を取るセルの位置を演算する
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項６】
前記第１の演算手段が、
前記光ビームスポットの位置として、前記二次元エリアセンサにおける検出値の最大値を取るセルの位置を演算し、
前記第２の演算手段が、
前記光ビームスポットの位置として、前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの重心の位置を演算する
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の検出装置と、
前記検出装置に前記光ビームスポットの入射する被制御手段と、
前記検出装置の検出結果である前記光ビームスポットの位置を基に前記被制御手段を制御するための演算を実行する制御演算手段と
を含む制御装置。
【請求項８】
二次元エリアセンサに入射された光ビームスポットの強度を検出し、
前記二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、前記狭範囲の信号は中心部から周辺部に向かって読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力し、
前記全範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算し、前記狭範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算し、
演算結果である前記光ビームスポットの位置を基に読み出す範囲を前記全範囲又は前記狭範囲に切り替える
検出方法。
【請求項９】
二次元エリアセンサに入射された光ビームスポットの強度を検出する処理と、
前記二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、前記狭範囲の信号は中心部から周辺部に向かって読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力する処理と、
前記全範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算し、前記狭範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する処理と、
演算結果である前記光ビームスポットの位置を基に読み出す範囲を前記全範囲又は前記狭範囲に切り替える処理と
をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に関し、特に、通信用の光を検出する検出装置、制御装置、検出方法、及び、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、衛星及び航空機に搭載可能な観測機器が、高性能化している。それに伴い、観測機器が取得する情報量が、増加している。そのため、観測機器が取得した情報を通信するためのシステムとして、高速な通信が可能な光ビームを用いた光空間通信システムが、提唱されている。例えば、２００６年には、光衛星間通信実験衛星「きらり」が、衛星間の光空間通信を世界で初めて成功した。
【０００３】
光空間通信において、高速な通信を実現するためには、通信局のアンテナを精密に対向させる必要がある。さらに、その精密な対向状態を実現するために、捕捉追尾フィードバック制御システムが必要である。捕捉追尾フィードバック制御システムとは、受光した光ビームの傾きを測定し、その測定値を基に、光ビームの方向を制御するための光偏向装置（アンテナ又は精捕捉機構（ＦＰＭ：Fine Pointing Mechanism））の向きをフィードバック制御するシステムである。
【０００４】
フィードバック制御において、センサ及び駆動部（アンテナ又はＦＰＭ）の制御の高速化は、大きな外乱圧縮特性を実現できる。そして、フィードバック制御の性能向上のためには、光ビームの傾きを高速に測定可能なセンサが、必要である。
【０００５】
その対応のセンサとして、４領域に区切られた受光素で構成された四分割（ＱＤ：Quadrant Detector）センサがある。ＱＤセンサは、高速な測定が可能である。しかし、４領域に分割された領域のいずれか１つ領域内に光ビームのスポットが入った場合、ＱＤセンサは、光ビームの傾きを正しく検出することができない。この場合、ＱＤセンサは、光ビームのおおよその方向しか検出できない。つまり、ＱＤセンサは、測定領域が狭いという問題点があった。
【０００６】
一方、他のセンサとして、二次元エリアセンサがある（例えば、特許文献１を参照）。二次元エリアセンサを備えたシステムは、二次元エリアセンサ上における光ビームスポットの位置を基に、入射光（入射光ビーム）の角度を演算する。二次元エリアセンサは、センサのいずれの領域に光ビームスポットが入った場合でも、方向の算出が可能である。つまり、二次元エリアセンサは、測定領域が広いという特徴がある。特許文献１に記載の二次元エリアセンサは、マルチポート化したＣＣＤ（Charge Coupled Device）を用いて構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−０６８６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、二次元エリアセンサは、フレームレートと同期したタイミングで、取得データを測定し、出力する。このセンサの特性上、二次元エリアセンサは、信号の取得から出力までに、通常、少なくとも１フレームの測定遅延が発生する。フィードバック制御において、この測定遅延は、制御遅延時間となる。このように、特許文献１に記載の二次元エリアセンサを備えた装置は、測定遅延が大きいという問題点があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、光ビームスポットの位置の測定遅延を改善する検出装置、制御装置、検出方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態のおける検出装置は、入射された光ビームスポットの強度を検出する二次元エリアセンサと、前記二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力する読み出し手段と、前記全範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する第１の演算手段と、前記狭範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する第２の演算手段とを含む位置演算手段と、前記位置演算手段の演算結果である前記光ビームスポットの位置を基に前記読み出し手段と前記位置演算手段との動作を切り替える演算切替え手段とを含む。
【００１１】
本発明の一形態における制御装置は、入射された光ビームスポットの強度を検出する二次元エリアセンサと、前記二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力する読み出し手段と、前記全範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する第１の演算手段と、前記狭範囲のセンサデータを基に前記二次元エリアセンサにおける前記光ビームスポットの位置を演算する第２の演算手段とを含む位置演算手段と、前記位置演算手段の演算結果である前記光ビームスポットの位置を基に前記読み出し手段と前記位置演算手段との動作を切り替える演算切替え手段とを含む検出装置と、検出装置に光ビームスポットの入射する被制御手段と、検出装置の検出結果である光ビームスポットの位置を基に被制御手段を制御するための演算を実行する制御演算手段とを含む。
【００１２】
本発明の一形態のおける検出方法は、入射された光ビームスポットの強度を検出し、二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力し、全範囲のセンサデータを基に二次元エリアセンサにおける光ビームスポットの位置を演算し、狭範囲のセンサデータを基に二次元エリアセンサにおける光ビームスポットの位置を演算し、演算結果である光ビームスポットの位置を基に読み出しと位置演算との動作を切り替える。
【００１３】
本発明の一形態のおけるプログラムは、入射された光ビームスポットの強度を検出する処理と、二次元エリアセンサから全範囲の信号又は中心部を含む前記全範囲より狭い範囲である狭範囲の信号を読み出し、読み出した信号をセンサデータとして出力する処理と、全範囲のセンサデータを基に二次元エリアセンサにおける光ビームスポットの位置を演算し、狭範囲のセンサデータを基に二次元エリアセンサにおける光ビームスポットの位置を演算する処理と、演算結果である光ビームスポットの位置を基に読み出しと位置演算との動作を切り替える処理とをコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に基づけば、光ビームスポットの位置の測定遅延を改善するとの効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明における第１の実施形態に係る検出装置を含む制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、一般的な二次元エリアセンサからの読み出し方法を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る読み出し部の読み出し方法を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る検出装置の動作の一例を示すタイムチャートである。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る検出装置の動作の一例を示すタイムチャートである。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る検出装置の別の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】図９は、第２の実施形態に係るマルチポート読み出し部の読み出し方法を示す図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態に係るマルチポート読み出し部の読み出し方法の別の例を示す図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態に係る検出装置の動作の一例を示すタイムチャートである。
【図１２】図１２は、第３の実施形態に係る検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、第３の実施形態に係る重心演算を説明するための図である。
【００１６】
【図１４】図１４は、第４の実施形態に係る検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、第５の実施形態に係る検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
なお、各図面は、本発明の実施形態を説明するものである。ただし、本発明は、各図面の記載に限られるわけではない。また、各図面の同様の構成には、同じ番号を付し、その繰り返しの説明を、省略する場合がある。また、以下の説明に用いる図面において、本発明の説明に関係しない部分の構成については、記載を省略し、図示しない場合もある。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明における第１の実施形態に係る検出装置２００を含む制御装置１００の構成の一例を示すブロック図である。
【００２０】
制御装置１００は、被制御部３００と、検出装置２００と、制御演算部４００とを含む。
【００２１】
被制御部３００は、制御演算部４００からの制御信号に基づいて、検出装置２００に含まれる二次元エリアセンサ２１０に入射する入射光（光ビーム）の向きを偏向する。例えば、被制御部３００は、電磁コイルで傾きを制御される駆動ミラーである。
【００２２】
制御演算部４００は、検出装置２００の検出の結果（演算値）を基に、被制御部３００に対する制御のための演算を実行する。そして、制御演算部４００は、被制御部３００に制御信号として、演算結果を送信する。例えば、制御演算部４００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と記憶装置とを含む情報処理装置である。
【００２３】
検出装置２００は、被制御部３００からの入射光（光ビーム）を基に、検出結果（演算値）として、入射光の二次元エリアセンサ２１０上の位置を、制御演算部４００に出力する。以下、二次元エリアセンサ２１０上に照射された光ビームを、光ビームスポットＳと呼ぶ。
【００２４】
次に、図面を参照して検出装置２００について、さらに説明する。
【００２５】
まず、検出装置２００の構成について説明する。
【００２６】
図２は、第１の実施形態に係る検出装置２００の構成の一例を示すブロック図である。
【００２７】
検出装置２００は、二次元エリアセンサ２１０と、読み出し部２２０と、演算切替え部２３０と、位置演算部２４０とを含む。
【００２８】
二次元エリアセンサ２１０は、二次元に配置された検出素子（セル）を含み、セルに入射した光を電気信号に変換する光電変換素子である。二次元エリアセンサ２１０は、被制御部３００を介して入射した入射光を電荷に変換する。二次元エリアセンサ２１０は、変換した電荷を、センサ信号として、読み出し部２２０に出力する。
【００２９】
読み出し部２２０は、二次元エリアセンサ２１０から、センサ信号を読み出す。読み出し部２２０は、読み出しのタイミングを決定するために、フレームレートに相当する信号、又は、センサシャッタースピードを設定する信号を、二次元エリアセンサ２１０に出力する。ただし、読み出し部２２０は、二次元エリアセンサ２１０から下記に説明するようにセンサ信号を読み出す。
【００３０】
図３は、一般的な二次元エリアセンサからの読み出し方法を示す図である。図３に示すように、一般的な二次元エリアセンサからの読み出し方法は、いずれかの１つの頂点（角）又は外周の辺に近いライン（図の出力開始位置のライン）から、ライン毎に、順番に、セルからのセンサ信号を読み出す。図３において、実線は、読み出しラインを示し、破線は、次の読み出しラインへの移動を示す。実線及び破線は、以下の図面においても、同様とする。
【００３１】
図４は、本実施形態に係る読み出し部２２０における、二次元エリアセンサ２１０からの読み出し方法を示す図である。図４示すように、読み出し部２２０は、最初に、二次元エリアセンサ２１０の中央ライン（図の出力開始位置のライン）からセンサ信号を読み出す。読み出し部２２０は、次に、二次元エリアセンサ２１０の中心部（中央付近の領域）のセルからのセンサ信号を読み出し、その後、周辺部のセルからのセンサ信号を読み出す。図４に示す光ビームスポット（Ｓ）は、二次元エリアセンサ２１０上の光ビームスポットＳの一例である。なお、読み出し部２２０は、後ほど説明する狭範囲での読み出しに図４に示す方法を用い、全範囲の読み出しに図３に示す方法を用いてもよい。
【００３２】
読み出し部２２０は、センサ信号を位置演算部２４０で処理可能なデータに変換し、センサデータとして位置演算部２４０に出力する。読み出し部２２０は、演算切替え部２３０の指示を基に、二次元エリアセンサ２１０から読み出す範囲を変更する。
【００３３】
位置演算部２４０は、読み出し部２２０から受信したセンサデータを基に、二次元エリアセンサ２１０における光ビームスポットＳの位置を演算する。ただし、本実施形態の位置演算部２４０は、二次元エリアセンサ２１０における異なる読み出し範囲に対する演算を実行する。そして、位置演算部２４０は、演算切替え部２３０からの指示を基に、異なる読み出し範囲（以下、単に範囲ともいう）に対する演算を切り替える。位置演算部２４０が演算対象となる範囲の種類及び範囲の数は、特に制限はない。以下の説明では、一例として、位置演算部２４０は、図２に示すように、２つの範囲に対する演算を実行する。
【００３４】
すなわち、位置演算部２４０は、全範囲演算部２４１と、狭範囲演算部２４２とを含む。
【００３５】
全範囲演算部２４１は、二次元エリアセンサ２１０の全範囲に対応するデータを基に、光ビームスポットの位置を演算する。全範囲演算部２４１は、第１の演算部である。
【００３６】
狭範囲演算部２４２は、読み出し部２２０の読み出しの最初の中央ラインから所定の範囲である二次元エリアセンサ２１０の中心部のセルからのデータを基に、光ビームスポットＳの位置を演算する。そのため、狭範囲演算部２４２は、読み出し部２２０が二次元エリアセンサ２１０から全てのセンサ信号を読み出し終える前に、光ビームスポットＳの位置の演算を開始できる。また、狭範囲演算部２４２は、二次元エリアセンサ２１０の一部のセンサデータを演算に用いる。そのため、狭範囲演算部２４２は、全範囲演算部２４１に比べ、演算に用いるデータ量が少なく、演算時間を短縮できる。狭範囲演算部２４２は、第２の演算部である。
【００３７】
位置演算部２４０は、演算結果である二次元エリアセンサ２１０における光ビームスポットＳの位置の情報（演算値）を制御演算部４００と演算切替え部２３０とに送信する。
【００３８】
演算切替え部２３０は、位置演算部２４０から受信した演算値を基に、二次元エリアセンサ２１０上における光ビームスポットＳの位置が中心部か否かを判定する。そして、演算切替え部２３０は、光ビームスポットＳの位置に応じて、読み出し部２２０及び位置演算部２４０に、動作を切り替えるための切替え信号を送信する。
【００３９】
次に、図面を参照して、検出装置２００の動作について説明する。
【００４０】
図５は、本実施形態に係る検出装置２００における全範囲演算部２４１を用いた動作の一例を示すタイムチャートである。
【００４１】
二次元エリアセンサ２１０は、センサ１周期（１フレームレートに相当）毎に全セルのセンサ値（電荷）を取得し、レジスタなどに格納してから出力する。二次元エリアセンサ２１０は、この動作を繰り返す。
【００４２】
読み出し部２２０は、二次元エリアセンサ２１０が最初の１周期で全セルのセンサ値を取得後、センサ信号を読み出す。次に、読み出し部２２０は、センサ信号をセンサデータに変換後、センサデータを位置演算部２４０（全範囲演算部２４１）に送信する。全範囲演算部２４１は、受信したデータを基に光ビームスポットの位置を演算する。位置演算部２４０は、演算結果（演算値）を制御演算部４００に送信する。
【００４３】
そして、制御演算部４００は、演算値を基に、制御のための演算を実行する。
【００４４】
図５に示すように、全範囲演算部２４１を用いた場合、検出装置２００を含む制御装置１００の制御遅延量は、センサ１周期より長くなる。
【００４５】
図６は、本実施形態に係る検出装置２００における狭範囲演算部２４２を用いた動作の一例を示すタイムチャートである。
【００４６】
二次元エリアセンサ２１０は、センサ１周期毎に全セルのセンサ値（電荷）を取得（格納）してから出力する。二次元エリアセンサ２１０は、この動作を繰り返す。
【００４７】
読み出し部２２０は、二次元エリアセンサ２１０が中心部のセルのセンサ値の取得後、センサ信号を読み出し、センサ信号をセンサデータに変換後、センサデータを位置演算部２４０（狭範囲演算部２４２）に送信する。狭範囲演算部２４２は、受信したデータを基に光ビームスポットの位置を演算する。位置演算部２４０は、演算結果（演算値）を制御演算部４００に送信する。
【００４８】
そして、制御演算部４００は、演算値を基に、制御のための演算を実行する。
【００４９】
図６に示すように、検出装置２００は、狭範囲演算部２４２を用いる場合、位置演算部２４０における演算を、二次元エリアセンサ２１０の全セルのデータ取得完了を待たずに、開始できる。つまり、検出装置２００は、演算開始を、早めることができる。
【００５０】
また、検出装置２００は、狭範囲演算部２４２を用いる場合、演算に用いるデータ量が少ない。つまり、検出装置２００は、二次元エリアセンサ２１０がセンサ値の取得を開始してから、制御演算部４００に演算値を送信するまでに必要となる時間を削減することが可能である。
【００５１】
そして、検出装置２００は、上記の図５及び図６に示す動作を切り替える。
【００５２】
具体的には、検出装置２００は、次のように動作する。
【００５３】
演算切替え部２３０は、検出開始時には、読み出し部２２０及び位置演算部２４０に、二次元エリアセンサ２１０の全範囲に対する動作（図３及び図５の動作）を指示する。つまり、読み出し部２２０は、二次元エリアセンサ２１０からの全てのセンサデータを位置演算部２４０に送信する。位置演算部２４０では、全範囲演算部２４１が、光ビームスポットＳに位置を演算する。位置演算部２４０は、演算結果（演算値）を制御演算部４００に送信するとともに、演算切替え部２３０に送信する。
【００５４】
演算切替え部２３０は、位置演算部２４０が算出した光ビームスポットの位置が、二次元エリアセンサ２１０の中心部であるか否かを判定する。中心部でない場合、演算切替え部２３０は、特に動作を実行しない。中心部の場合、演算切替え部２３０は、読み出し部２２０と位置演算部２４０に、中心部での動作（図４及び図６の動作）を指示する。この指示を基に、読み出し部２２０は、中心部のデータを位置演算部２４０に送信する。位置演算部２４０の狭範囲演算部２４２は、中心部のデータを基に、光ビームスポットＳの位置を演算する。位置演算部２４０は、演算結果（演算値）を制御演算部４００に送信するとともに、演算切替え部２３０に送信する。
【００５５】
このように、演算切替え部２３０が判定に用いる中心部とは、読み出し部２２０及び狭範囲演算部２４２の処理範囲である。読み出し部２２０、演算切替え部２３０及び狭範囲演算部２４２における範囲の設定は、予め、検出装置２００に設定されていればよい。ただし、演算切替え部２３０は、マージンを確保するため、読み出し部２２０及び狭範囲演算部２４２の処理範囲より狭い範囲を、判定に用いてもよい。あるいは、演算切替え部２３０は、中心部の範囲を、読み出し部２２０及び位置演算部２４０の狭範囲演算部２４２に指示してもよい。
【００５６】
このように、検出装置２００は、光ビームスポットＳを二次元エリアセンサ２１０の略中心に捕捉後は、読み出し部２２０の処理時間及び位置演算部２４０の処理時間の削減を達成することができる。
【００５７】
［効果の説明］
このように、本実施形態に係る検出装置２００は、光ビームスポットの位置の測定遅延を改善するとの効果を奏することができる。
【００５８】
その理由は、次のとおりである。
【００５９】
読み出し部２２０は、二次元エリアセンサ２１０の中心部から周辺部に向かってデータから読み出す。光ビームスポットの位置が、二次元エリアセンサ２１０の中心部となった場合、演算切替え部２３０は、読み出し部２２０及び位置演算部２４０に二次元エリアセンサ２１０の中心部での動作を指示する。中心部での動作において、読み出し部２２０は、二次元エリアセンサ２１０からの読み出しの開始時間を早くする。また、位置演算部２４０は、中心部のデータを基に演算し、演算時間を短くする。その結果、光ビームスポットＳが二次元エリアセンサ２１０の中心部に入った後は、検出装置２００は、二次元エリアセンサ２１０が測定開始から、制御演算部４００に演算値を送信するまでの時間を短縮できる。つまり、検出装置２００は、光ビームスポットの位置の測定（演算）の遅延を改善できる。
【００６０】
そのため、検出装置２００を含む制御装置１００における制御遅延時間は、短縮する。そして、制御装置１００の制御性能は、向上する。
【００６１】
［変形例］
以上のように説明した検出装置２００は、次のように構成される。
【００６２】
例えば、検出装置２００の各構成部は、ハードウェア回路で構成されても良い。
【００６３】
また、検出装置２００は、検出装置２００の各構成をネットワーク又はバスを介して接続した複数の情報処理装置を用いて構成されても良い。
【００６４】
また、検出装置２００は、複数の構成部を１つのハードウェアで構成しても良い。
【００６５】
また、検出装置２００は、ＣＰＵと、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭと（Random Access Memory）とを含むコンピュータ装置として実現しても良い。検出装置２００は、上記構成に加え、さらに、入出力接続回路（ＩＯＣ：Input / Output Circuit）と、インターフェース回路（ＩＦＣ： Interface Circuit）とを含むコンピュータ装置として実現しても良い。
【００６６】
図７は、本変形例に係る検出装置６００の構成の一例を示すブロック図である。
【００６７】
検出装置６００は、ＣＰＵ６１０と、ＲＯＭ６２０と、ＲＡＭ６３０と、内部記憶装置６４０と、ＩＯＣ６５０と、ＩＦＣ６８０と、ＩＦＣ６９０とを含み、コンピュータ装置を構成している。
【００６８】
ＣＰＵ６１０は、ＲＯＭ６２０からプログラムを読み込む。そして、ＣＰＵ６１０は、読み込んだプログラムに基づいて、ＲＡＭ６３０と、内部記憶装置６４０と、ＩＯＣ６５０と、ＩＦＣ６８０と、ＩＦＣ６９０とを制御する。そして、ＣＰＵ６１０を含むコンピュータは、これらの構成を制御し、図２に示す、検出装置２００としての各機能を実現する。より具体的には、ＣＰＵ６１０は、図２に示す読み出し部２２０と、位置演算部２４０と、演算切替え部２３０としての各機能を実現する。
【００６９】
ＣＰＵ６１０は、各機能を実現する際に、ＲＡＭ６３０又は内部記憶装置６４０を、プログラムの一時記憶として使用しても良い。
【００７０】
また、ＣＰＵ６１０は、コンピュータで読み取り可能にプログラムを記憶した記憶媒体７００が含むプログラムを、図示しない記憶媒体読み取り装置を用いて読み込んでも良い。あるいは、ＣＰＵ６１０は、ＩＦＣ６８０又はＩＦＣ６９０を介して、図示しない外部の装置からプログラムを受け取り、ＲＡＭ６３０に保存して、保存したプログラムを基に動作しても良い。
【００７１】
ＲＯＭ６２０は、ＣＰＵ６１０が実行するプログラム及び固定的なデータを記憶する。ＲＯＭ６２０は、例えば、Ｐ−ＲＯＭ（Programable-ROM）又はフラッシュＲＯＭである。
【００７２】
ＲＡＭ６３０は、ＣＰＵ６１０が実行するプログラム及びデータを一時的に記憶する。ＲＡＭ６３０は、例えば、Ｄ−ＲＡＭ（Dynamic-RAM）である。
【００７３】
内部記憶装置６４０は、検出装置６００が長期的に保存するデータ及びプログラムを記憶する。また、内部記憶装置６４０は、ＣＰＵ６１０の一時記憶装置として動作しても良い。内部記憶装置６４０は、例えば、ハードディスク装置、光磁気ディスク装置、ＳＳＤ（Solid State Drive）又はディスクアレイ装置である。
【００７４】
ここで、ＲＯＭ６２０と内部記憶装置６４０は、不揮発性の記憶媒体である。一方、ＲＡＭ６３０は、揮発性の記憶媒体である。そして、ＣＰＵ６１０は、ＲＯＭ６２０、内部記憶装置６４０、又は、ＲＡＭ６３０に記憶されているプログラムを基に動作可能である。つまり、ＣＰＵ６１０は、不揮発性記憶媒体又は揮発性記憶媒体を用いて動作可能である。
【００７５】
ＩＯＣ６５０は、ＣＰＵ６１０と、入力機器６６０及び表示機器６７０とのデータを仲介する。ＩＯＣ６５０は、例えば、ＩＯインターフェースカード又はＵＳＢ（Universal Serial Bus）カードである。
【００７６】
入力機器６６０は、検出装置６００の操作者からの入力指示を受け取る機器である。入力機器６６０は、例えば、キーボード、マウス又はタッチパネルである。
【００７７】
表示機器６７０は、検出装置６００の操作者に情報を表示する機器である。表示機器６７０は、例えば、液晶ディスプレイである。
【００７８】
ＩＦＣ６８０は、二次元エリアセンサ２１０と接続を仲介する。ＩＦＣ６８０は、例えば、専用回路、Ａ／Ｄ（Analog Digital）変換器、又は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）カードである。
【００７９】
ＩＦＣ６９０は、制御演算部４００との接続を仲介する。ＩＦＣ６９０は、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）カード又はＰＣＩ（Peripheral Component Interface）カードである。
【００８０】
このように構成された検出装置６００は、二次元エリアセンサ２１０と接続し、検出装置２００と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
その理由は、検出装置６００のＣＰＵ６１０が、プログラムに基づいて検出装置２００と同様の機能を実現できるためである。
【００８２】
＜第２の実施形態＞
図８は、第２の実施形態に係る検出装置２０１の構成の一例を示すブロック図である。なお、図８において、第１の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。検出装置２０１は、図７に示すコンピュータ装置を用いて構成されてもよい。
【００８３】
検出装置２０１は、検出装置２００と比較して、二次元エリアセンサ２１０及び読み出し部２２０に換えて、マルチポート二次元エリアセンサ２１１及びマルチポート読み出し部２２１を含む点で異なる。
【００８４】
マルチポート二次元エリアセンサ２１１は、二次元エリアセンサ２１０と同様に、光を電気信号に変換する光電変換素子である。ただし、マルチポート二次元エリアセンサ２１１は、並列に複数の領域のセンサ値を取得し、複数のセンサ値を複数の信号線を用いて並列に出力できる。
【００８５】
マルチポート読み出し部２２１は、読み出し部２２０と同様に、センサ信号を読み出す。ただし、マルチポート読み出し部２２１は、マルチポート二次元エリアセンサ２１１から、並列に、複数のセンサ信号を読み出す。
【００８６】
図９は、マルチポート読み出し部２２１が、マルチポート二次元エリアセンサ２１１から読み出す方法を示す図である。
【００８７】
図９に示すように、マルチポート読み出し部２２１は、マルチポート二次元エリアセンサ２１１に設定された複数の領域の中心部からセンサ信号を読み出す。図９は、マルチポート二次元エリアセンサ２１１を２つの領域への分割した一例である。ただし、本実施形態は、これに限る必要はない。例えば、検出装置２０１は、マルチポート二次元エリアセンサ２１１を、２より多くの領域に分けてもよい。
【００８８】
図１０は、マルチポート読み出し部２２１が、マルチポート二次元エリアセンサ２１１から読み出す別の方法を示す図である。
【００８９】
図１０に示すように、マルチポート読み出し部２２１は、例えば、マルチポート二次元エリアセンサ２１１に設定した４つの領域の中心部からセンサ信号を読み出してもよい。
【００９０】
次に、検出装置２０１の動作について説明する。
【００９１】
図１１は、本実施形態に係る検出装置２０１の狭範囲演算部２４２を用いた場合のタイムチャートを示す図である。
【００９２】
図１１示すように、検出装置２０１は、並列に、複数のセンサ信号の取得、センサデータの送信、及び、位置演算部２４０での演算処理を実行する。なお、位置演算部２４０における並列処理は、一般的な情報処理装置におけるマルチスレッド又はマルチタスク処理を用いて実現すれば良い。
【００９３】
［効果の説明］
このように、本実施形態に係る検出装置２０２は、測定遅延をさらに改善するとの効果を奏することができる。
【００９４】
その理由は、次のとおりである。
【００９５】
検出装置２０２のマルチポート読み出し部２２１が、マルチポート二次元エリアセンサ２１１における中心部からセンサ信号を並列に読み出す。そして、位置演算部２４０が、並列に演算する。そのため、検出装置２０１は、演算値を算出するまでの時間をさらに削減できるためである。
【００９６】
＜第３の実施形態＞
図１２は、第３の実施形態に係る検出装置２０２の構成の一例を示すブロック図である。なお、図１２において、第１の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。検出装置２０２は、図７に示すコンピュータ装置を用いた構成されてもよい。
【００９７】
検出装置２０２は、検出装置２００と比較して、位置演算部２４０に換えて、重心演算部２４３を含む点で異なる。
【００９８】
重心演算部２４３は、センサデータの重心位置を演算する。なお、重心演算部２４３に含まれる全範囲演算部２４１又は狭範囲演算部２４２のいずれかが、重心演算を実行してもよい。あるいは、全範囲演算部２４１及び狭範囲演算部２４２が、重心演算を実行してもよい。
【００９９】
図面を参照して、重心演算部２４３の動作について説明する。
【０１００】
重心演算部２４３は、二次元エリアセンサ２１０における光ビームスポットＳの重心位置を演算する。重心演算部２４３における重心演算は、特に制限はない。例えば、重心演算部２４３は、次に示す重心の演算を用いてもよい。
【０１０１】
図１３は、以下で説明する重心演算に用いる二次元エリアセンサ２１０に設定する座標を示す図である。
【０１０２】
図１３において、Ｘ軸を左右方向、Ｙ軸を上下方向とする。また、二次元エリアセンサ２１０の上端のｙ座標を「−１」、下端のｙ座標を「１」とする。また、左端のｘ座標を「−１」、右端のｘ座標を「１」とする。中心の座標は、「０，０」である。重心演算部２４３は、図１３に示す座標における光ビームスポットＳの重心を演算する。
【０１０３】
そのため、重心演算部２４３は、光ビームススポットＳの重心の座標（Ｘ，Ｙ）を、次に示す数式１を用いて演算する。
【０１０４】
［数式１］
0006515472.tif 000002
【０１０５】
数式１において、ｎは、二次元エリアセンサ２１０のｘ軸方向の検出素子（セル）の数である。ｍは、二次元エリアセンサ２１０のｙ軸方向の検出素子（セル）の数である。Ｉｉｊは、ｘ軸方向のｉ番目、ｙ軸方向のｊ番目の素子（セル）に対応するセンサデータ（又はセンサ信号値（電荷の値））である。また、ｘ（ｊ）及びｙ（ｉ）は、次に示す数式２である。
【０１０６】
［数式２］
0006515472.tif 000003
【０１０７】
数式１に示す重心演算は、二次元エリアセンサ２１０の各セルが取得したセンサデータにｘ軸及びｙ軸の座標の値を掛けて合計した値を、全てのセルのセンサデータの合計である分母で除算する演算である。このように、重心演算は、複数のセルに跨ったセンサデータを基に、光ビームスポットＳの中心位置を演算する。そのため、重心演算は、二次元エリアセンサ２１０の１セルの大きさより細かい精度での位置の演算が可能である。つまり、重心演算は、光ビームスポットＳの位置演算として、高精度な位置の演算が可能である。
【０１０８】
なお、光ビームスポットＳが入射していない領域は、信号のない状態である。この領域の加算は、上記の重心演算において、ノイズ成分の足し合わせに相当する。そして、光ビームスポットＳの光強度の分布は、中心部が最も強く、周辺部にいくほど低下する。そのため、狭範囲演算部２４２のように、演算に用いるセンサデータの範囲を光ビームスポットＳの中心部とすることは、ノイズ成分を削減できる。つまり、検出装置２０２は、狭範囲演算部２４２における測定精度の向上を達成できる。
【０１０９】
［効果の説明］
このように、本実施形態は、第１の実施形態の効果に加え、測定精度を向上するとの効果を得ることができる。
【０１１０】
その理由は、次のとおりである。
【０１１１】
重心演算部２４３が、二次元エリアセンサ２１０における光ビームスポットＳの位置として、光ビームセンサＳの重心を演算する。重心演算は、二次元エリアセンサ２１０のセルの大きさより細かな位置を演算できるためである。また、狭範囲演算部２４２が、ノイズ成分が多くなる周辺部のセンサデータを演算に用いないためである。
【０１１２】
＜第４の実施形態＞
図１４は、第４の実施形態に係る検出装置２０３の構成の一例を示すブロック図である。なお、図１４において、第１の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。検出装置２０３は、図７に示すコンピュータ装置を用いて構成されてもよい。
【０１１３】
検出装置２０３は、検出装置２００と比較して、位置演算部２４０に換えて、最大輝度点探索演算部２４４を含む点で異なる。
【０１１４】
最大輝度点探索演算部２４４は、二次元エリアセンサ２１０の演算に用いる範囲の全てのセルの中で、最もセンサデータ（輝度）の値が大きいセルの位置（座標）を探索する。そして、最大輝度点探索演算部２４４は、最大の輝度のセル（最大輝度点）の位置を、光ビームスポットＳの位置とする。光ビームスポットの光強度の分布は、一般的に、中心部が最も強く、周辺部ほど低下する。そのため、最大輝度点探索演算部２４４は、最大輝度のセル探索という簡単な演算を用いて、光ビームスポットＳの位置を演算（探索）が可能である。最大輝度点探索演算部２４４は、最大値の探索という簡単な演算を用いるため、高速な処理が可能である。
【０１１５】
なお、最大輝度点探索演算部２４４に含まれる全範囲演算部２４１又は狭範囲演算部２４２のいずれかが、最大輝度点の探索演算を実行してもよい。あるいは、全範囲演算部２４１及び狭範囲演算部２４２が、最大輝度の探索演算を実行してもよい。
【０１１６】
このように、本実施形態は、第１の実施形態の効果に加え、さらに測定遅延を改善するとの効果を得ることができる。
【０１１７】
その理由は、次のとおりである。
【０１１８】
最大輝度点探索演算部２４４は、光ビームスポットＳの位置の演算として、演算負荷が少ない最大輝度点の探索を用いるためである。
【０１１９】
＜第５の実施形態＞
既に説明したように、重心演算部２４３は、測定精度が高い。ただし、重心演算部２４３は、演算量が多い。一方、最大輝度点探索演算部２４４は、高速な演算が可能である。ただし、最大輝度点探索演算部２４４は、測定精度がセルのサイズに制限される。
【０１２０】
そこで、第５の実施形態に係る検出装置２０４は、全範囲演算部２４１としての最大輝度点探索演算部２４４と、狭範囲演算部２４２としての重心演算部２４３とを含む。
【０１２１】
図１５は、第５の実施形態に係る検出装置２０４の構成の一例を示すブロック図である。なお、図１５において、第１の実施形態と同様の構成については、同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。検出装置２０４は、図７に示すコンピュータ装置を用いた構成されてもよい。
【０１２２】
検出装置２０４は、検出装置２００と比較して、位置演算部２４０が、全範囲演算部２４１として最大輝度点探索演算部２４４と、狭範囲演算部２４２として重心演算部２４３とを含む点で異なる。
【０１２３】
位置演算部２４０は、演算切替え部２３０の指示を基に、次に説明するように、最大輝度点探索演算部２４４と、重心演算部２４３とを切り替える。
【０１２４】
光ビームスポットＳの引き込みの初期、つまり、光ビームスポットＳを所定の狭範囲（中心部）に追い込むまで、検出装置２０４は、所定の狭範囲に追い込める程度の測定精度を実現すれば良い。つまり、この段階では、検出装置２０４は、測定精度して、最大輝度点探索演算部２４４の測定精度での動作が可能である。そこで、演算切替え部２３０は、読み出し部２２０と位置演算部２４０に、全範囲での動作を指示する。
【０１２５】
一方、検出装置２０４は、光ビームスポットＳを狭範囲（中心部）に追い込んだ後、高い測定精度と短い制御遅延量での検出の実現が必要である。そこで、演算切替え部２３０は、読み出し部２２０と位置演算部２４０に狭範囲での動作を指示する。
【０１２６】
このように、検出装置２０４は、二次元エリアセンサ２１０の全範囲のセンサデータを用いる場合、演算負荷の少ない最大輝度点探索演算部２４４を用い、狭範囲のセンサデータを用いる場合、精度の高い重心演算部２４３を用いる。
【０１２７】
［効果の説明］
このように、本実施形態は、第１の実施形態の効果に加え、さらに測定遅延を改善し、測定精度も改善するとの効果を得ることができる。
【０１２８】
その理由は、次のとおりである。
【０１２９】
光ビームスポットＳの位置が、二次元エリアセンサ２１０の中心部までの引き込み時において、検出装置２０４は、全範囲演算部２４１として最大輝度点探索演算部２４４を用いて光ビームスポットＳの位置を演算する。この動作を基に、検出装置２０４は、演算対象のデータが多い全範囲の演算処理の遅延を改善する。
【０１３０】
そして、光ビームスポットＳの位置が、二次元エリアセンサ２１０の中心部に入った場合、検出装置２０４は、狭範囲演算部２４２として、重心演算部２４３を用いて光ビームスポットＳの位置を演算する。狭範囲演算部２４２としての実行のため、演算処理の対象のデータ量は、少ない。そのため、検出装置２０４は、重心演算部２４３を用いても、測定遅延を改善する。さらに、検出装置２０４は、重心演算部２４３を用いるため、測定精度を向上できる。
【０１３１】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成及び詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
なお、本発明は、高速、及び／又は、高精度な捕捉追尾を行うセンサ及び制御系に利用可能である。また、本発明は、光空間通信に限らず、例えば、レーザ誘導装置などにも適用可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
１００    制御装置
２００    検出装置
２０１    検出装置
２０２    検出装置
２０３    検出装置
２０４    検出装置
２１０    二次元エリアセンサ
２１１    マルチポート二次元エリアセンサ
２２０    読み出し部
２２１    マルチポート読み出し部
２３０    演算切替え部
２４０    位置演算部
２４１    全範囲演算部
２４２    狭範囲演算部
２４３    重心演算部
２４４    最大輝度点探索演算部
３００    被制御部
４００    制御演算部
６００    検出装置
６１０    ＣＰＵ
６２０    ＲＯＭ
６３０    ＲＡＭ
６４０    内部記憶装置
６５０    ＩＯＣ
６６０    入力機器
６７０    表示機器
６８０    ＩＦＣ
６９０    ＩＦＣ
７００    記憶媒体
【図１】
0006515472.tif 000004
【図２】
0006515472.tif 000005
【図３】
0006515472.tif 000006
【図４】
0006515472.tif 000007
【図５】
0006515472.tif 000008
【図６】
0006515472.tif 000009
【図７】
0006515472.tif 000010
【図８】
0006515472.tif 000011
【図９】
0006515472.tif 000012
【図１０】
0006515472.tif 000013
【図１１】
0006515472.tif 000014
【図１２】
0006515472.tif 000015
【図１３】
0006515472.tif 000016
【図１４】
0006515472.tif 000017
【図１５】
0006515472.tif 000018