球面上の再帰性反射材による回折光に関する考察 映像水中光伝送における位置ずれ検出のための基礎実験

提案する映像水中光伝送システムは，潜水艇の近くに中継装置を置き，映像を潜水艇から可視光で中継装置に送り，さらに光ファイバで洋上の船まで伝送する．可視光区間では出射ビームが中継装置に常に当たるよう，光送信器の四隅から正弦波で変調した光ビームを球形の中継装置に送り，表面の再帰性反射材で反射した光強度を4個の受光器を用いて比較することにより位置ずれを検出する．再帰性反射材は入射方向により反射率が異なるので光送信器や中継装置が動くと検出性能が劣化する恐れがあるが，提案システムを設計するために必要な観測角特性は明らかではない．そこで本論文では再帰性反射材によるフラウンフォーファー回折の解析を行い，多数の...

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Published in映像情報メディア学会誌 Vol. 70; no. 3; pp. J80 - J87
Main Authors 前田, 幹夫, 木村, 洋介, 扇田, 恵梨菜
Format Journal Article
LanguageJapanese
Published 一般社団法人 映像情報メディア学会 2016
Subjects
フラウンフォーファー回折
位置ずれ検出
再帰性反射材
可視光通信
観測角
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ISSN1342-6907
1881-6908
DOI10.3169/itej.70.J80

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Abstract 提案する映像水中光伝送システムは，潜水艇の近くに中継装置を置き，映像を潜水艇から可視光で中継装置に送り，さらに光ファイバで洋上の船まで伝送する．可視光区間では出射ビームが中継装置に常に当たるよう，光送信器の四隅から正弦波で変調した光ビームを球形の中継装置に送り，表面の再帰性反射材で反射した光強度を4個の受光器を用いて比較することにより位置ずれを検出する．再帰性反射材は入射方向により反射率が異なるので光送信器や中継装置が動くと検出性能が劣化する恐れがあるが，提案システムを設計するために必要な観測角特性は明らかではない．そこで本論文では再帰性反射材によるフラウンフォーファー回折の解析を行い，多数のLED光源を用いる場合には単一光源と比べて入射角の方向性による影響が緩和されることを明らかにした．また，再帰性反射材をプリズムの配列方向がランダムとなるように球面に貼ることにより，位置ずれ検出性能をさらに改善できる見通しを実験により明らかにした．
AbstractList 提案する映像水中光伝送システムは，潜水艇の近くに中継装置を置き，映像を潜水艇から可視光で中継装置に送り，さらに光ファイバで洋上の船まで伝送する．可視光区間では出射ビームが中継装置に常に当たるよう，光送信器の四隅から正弦波で変調した光ビームを球形の中継装置に送り，表面の再帰性反射材で反射した光強度を4個の受光器を用いて比較することにより位置ずれを検出する．再帰性反射材は入射方向により反射率が異なるので光送信器や中継装置が動くと検出性能が劣化する恐れがあるが，提案システムを設計するために必要な観測角特性は明らかではない．そこで本論文では再帰性反射材によるフラウンフォーファー回折の解析を行い，多数のLED光源を用いる場合には単一光源と比べて入射角の方向性による影響が緩和されることを明らかにした．また，再帰性反射材をプリズムの配列方向がランダムとなるように球面に貼ることにより，位置ずれ検出性能をさらに改善できる見通しを実験により明らかにした．
Author 扇田, 恵梨菜
前田, 幹夫
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Publisher 一般社団法人 映像情報メディア学会
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References 10) H. Ichikawa: "Numerical analysis of microretroreflectors: transition from reflection to diffraction", J. Opt. A: Pure Appl. Opt., 6, pp.S121-S127 (2004
7) G. Baiden, Y. Bissiri, A. Masoti: "Paving the way for future underwater omni-directional wireless optical communication systems", Ocean Engineering, 36, pp.633-640 (2009
13) J.M. Kahn: "Wireless Infrared Communications", Proc. IEEE, 85, 2, pp.265-298 (1997
11) 大越：“3次元画像工学”pp.101-105，産業図書 (1972
15) "Rotational Sensitivity in Traffic Signs", American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO)Sign sheeting specification M 268-13, Section 3 (2013
16) Avery Dennison Corporation: "Rulable multi-directional prism cluster retroreflective sheeting", US Patent 20130107364A1 (2011
14) 扇田，木村，原島，岸本，上林，前田：“球面状に貼った再帰性反射材の観測角に関する検討”，映情学技報，BCT2015-27 (2015
12) Y. Tan and H. Chen: "Diffraction of transmission light through triangular apertures in array of retro-reflective microprisms", Appl. Opt., 51, 16, pp.3403-3409 (2012
3) N. Farr, A. Bowen, J. Ware, C. Pontbriand: "An integrated, underwater optical/acoustic communication system", IEEE OCEANS2010, pp.1-6, Sydney (2010
1) B. Tian, F. Zhang and X. Tan: "Design and Development of an LEDbased Optical Communication System for Autonomous Underwater Robots", 2013 IEEE/ASME Int. Conf. Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), pp.1558-1563 (2013
4) 海洋研究開発機構報道発表：“レーザ式海中距離測定システムの海域基礎試験に成功” (July 4, 2011
5) 前田：“空間光伝送システム”，特開2014-50033 (2014
6) Z. Ahmad and R. Green: "Link Design for Multi-hop Underwater Optical Wireless Sensor Network", 7th. Int. Conf. system and Networks communication (ICSNC), pp65-70 (2012
9) 扇田，宮前，前田：“映像水中光伝送のための光ビームずれ検出に関する基礎実験”，映情学誌，68, 9, pp.J408-J413 (2014
8) 宮前，扇田，小暮，小島，和合，前田：“可視光を用いた映像音声信号の水中光伝送”，2013年映情学年次大，7-4 (2013
2) I.C. Rust and H.H. Asada: "A Dual Visible Light Approach to Integrated Communication and Localization of Underwater Robots with Application to Non-Destructive Nuclear Reactor Inspection", 2012 Int. Cof. On Robotics and Automation, pp.2445-2450, Saint Paul. USA (2012
References_xml – reference: 12) Y. Tan and H. Chen: "Diffraction of transmission light through triangular apertures in array of retro-reflective microprisms", Appl. Opt., 51, 16, pp.3403-3409 (2012)
– reference: 2) I.C. Rust and H.H. Asada: "A Dual Visible Light Approach to Integrated Communication and Localization of Underwater Robots with Application to Non-Destructive Nuclear Reactor Inspection", 2012 Int. Cof. On Robotics and Automation, pp.2445-2450, Saint Paul. USA (2012)
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– reference: 15) "Rotational Sensitivity in Traffic Signs", American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO)Sign sheeting specification M 268-13, Section 3 (2013)
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– reference: 11) 大越：“3次元画像工学”pp.101-105，産業図書 (1972)
– reference: 3) N. Farr, A. Bowen, J. Ware, C. Pontbriand: "An integrated, underwater optical/acoustic communication system", IEEE OCEANS2010, pp.1-6, Sydney (2010)
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