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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-14
(45)【発行日】2024-06-24
(54)【発明の名称】移動予測装置
(51)【国際特許分類】
G01S 17/58 20060101AFI20240617BHJP
G01S 7/484 20060101ALI20240617BHJP
G01S 7/4865 20200101ALI20240617BHJP
G01S 17/86 20200101ALI20240617BHJP
B64C 27/04 20060101ALI20240617BHJP
B64C 39/02 20060101ALI20240617BHJP
B64F 1/36 20240101ALI20240617BHJP
【ＦＩ】
G01S17/58
G01S7/484
G01S7/4865
G01S17/86
B64C27/04
B64C39/02
B64F1/36
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021012619
(22)【出願日】2021-01-29
(65)【公開番号】P2022116452
(43)【公開日】2022-08-10
【審査請求日】2023-10-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100140914
【弁理士】
【氏名又は名称】三苫 貴織
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(74)【代理人】
【識別番号】100172524
【弁理士】
【氏名又は名称】長田 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】100205350
【弁理士】
【氏名又は名称】狩野 芳正
(74)【代理人】
【識別番号】100117617
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 圭策
(72)【発明者】
【氏名】落合 敦司
(72)【発明者】
【氏名】神谷 吉範
【審査官】藤田 都志行
(56)【参考文献】
【文献】韓国登録特許第１０－２１５５２８４（ＫＲ，Ｂ１）
【文献】米国特許第９７３９８７０（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開２０１８－１６９２６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１７８１６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１８４３９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１７９６３４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／５１
Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５
Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５
Ｇ０１Ｃ ３／００－ ３／３２
Ｂ６４Ｃ ２７／０４
Ｂ６４Ｃ ３９／０２
Ｂ６４Ｆ １／３６
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コム間隔が第１間隔である第１光コムのスペクトル成分を有する出力光を出力する第１光出力装置と、コム間隔が前記第１間隔と異なる第２間隔である第２光コムのスペクトル成分を有する参照光を出力する第２光出力装置と、
前記出力光と、複数の回転翼を有する飛行体の第１回転翼により前記出力光が反射された反射光と、前記参照光とを合成した第１合成光を受光して、前記第１合成光に基づき前記第１回転翼までの第１距離を測定する受光装置と、
測定された前記第１距離の変化に基づき前記第１回転翼の回転速度を表す第１回転量を算出し、算出した前記第１回転量の変化に基づき前記飛行体の移動を予測する演算装置と、
を備える移動予測装置。
【請求項2】
前記演算装置は、前記第１距離が変化する周期に基づき、前記第１回転量を算出する請求項１に記載の移動予測装置。
【請求項3】
前記演算装置は、前記第１距離の平均値から変化する距離が閾値を超えた回数が、所定の回数に達するまでに要する時間に基づき、前記第１回転量を算出する請求項１または２に記載の移動予測装置。
【請求項4】
前記閾値は、前記第１距離の前記平均値と、前記平均値から最も離れた距離との差に基づき決定される請求項３に記載の移動予測装置。
【請求項5】
前記演算装置は、前記第１距離の変化に基づき、前記第１回転翼の回転方向を判定する請求項１から４のいずれか１項に記載の移動予測装置。
【請求項6】
前記演算装置は、前記出力光が照射される前記第１回転翼の位置と、前記第１距離の変化とに基づき、前記第１回転翼の回転方向を判定する請求項１から５のいずれか１項に記載の移動予測装置。
【請求項7】
前記演算装置は、前記出力光が照射される位置が前記第１回転翼の左右のいずれにあるか、および、周期的に測定される前記第１距離の増加と減少とでいずれが相対的に急激に変化するかに基づき、前記第１回転翼の回転方向を判定する請求項１から６のいずれか１項に記載の移動予測装置。
【請求項8】
前記受光装置は、前記出力光と、前記飛行体の第２回転翼により前記出力光が反射された反射光と、前記参照光とを合成した第２合成光を受光して、前記第２合成光に基づき前記第２回転翼までの第２距離を測定し、前記演算装置は、
測定された前記第２距離の変化に基づき前記第２回転翼の回転速度を表す第２回転量を算出し、
前記第２回転量の変化に基づき、前記第２回転翼の回転方向を判定し、
前記第１回転翼の回転方向と、前記第１回転量の変化と、前記第２回転翼の回転方向と、前記第２回転量の変化とに基づき、前記飛行体の移動を予測する
請求項７に記載の移動予測装置。
【請求項9】
前記飛行体を撮像する撮像装置をさらに備え、前記演算装置は、
撮像された前記飛行体の画像に基づき、前記飛行体の移動を判定し、
前記画像から判定された前記飛行体の移動と、前記第１回転量から予測された前記飛行体の移動とに基づき、前記第１回転量の変化と、予測される前記飛行体の移動が変化する割合との関係を更新する
請求項１から８のいずれか１項に記載の移動予測装置。
【請求項10】
レーザ光を照射するレーザ発振器をさらに備え、前記演算装置は、予測される前記飛行体の移動に基づき、照射される前記レーザ光の照射位置を制御する
請求項１から９のいずれか１項に記載の移動予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、移動予測装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、移動体、特に飛行体、例えば、小型のＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle）の移動を予測する技術が研究されている。
【0003】
特許文献１には、移動体を一定周期で撮像して、撮像された画像に基づき、移動体の移動を予測する画像データ処理装置が開示されている。
【0004】
また、移動体の位置を遠隔から測定する方法として、特許文献２、非特許文献１には、２つの光コムを利用する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００９－１７１３６９号公報
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２８５９８０号明細書
【非特許文献】
【0006】
【文献】Zebin Zhu、外１名、”Dual-Comb Ranging”、（online）、２０１８年１０月、Elsevier、[令和２年１０月２１日検索]、インターネット（URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809918303783）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記の状況に鑑み、飛行体の移動を高精度に予測できる移動予測装置を提供することを目的の１つとする。他の目的については、以下の記載及び実施の形態の説明から理解することができる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。
【0009】
上記目的を達成するための一実施の形態による移動予測装置（１００）は、第１光出力装置（２２０）と、第２光出力装置（２３０）と、受光装置（２７０）と、演算装置（１１４）とを備える。第１光出力装置（２２０）は、コム間隔（ｆｒ）が第１間隔である第１光コムのスペクトル成分を有する出力光（３１０）を出力する。第２光出力装置（２３０）は、コム間隔（ｆｒ）が第１間隔と異なる第２間隔である第２光コムのスペクトル成分を有する参照光（３４０）を出力する。受光装置（２７０）は、出力光と、複数の回転翼（１１）を有する飛行体（１０）の第１回転翼により出力光が反射された反射光（３２０）と、参照光とを合成した第１合成光を受光して、第１合成光に基づき第１回転翼までの第１距離を測定する。演算装置（１１４）は、測定された第１距離の変化に基づき第１回転翼の回転速度を表す第１回転量を算出し、算出した第１回転量の変化に基づき飛行体の移動を予測する。
【発明の効果】
【0010】
上記の形態によれば、移動予測装置は、飛行体の移動を精度よく予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】一実施の形態における移動予測装置の構成図である。
【図2A】一実施の形態において、第１光出力装置が出力する出力光を説明するための図である。
【図2B】一実施の形態において、第１光出力装置が出力する出力光を説明するための図である。
【図3】一実施の形態において、受光装置が受光する合成光を説明するための図である。
【図4】一実施の形態における制御装置の構成図である。
【図5】一実施の形態における移動予測プログラムの構成図である。
【図6】一実施の形態における移動予測装置の動作を表すフローチャートである。
【図7A】一実施の形態において、測定される測距装置から回転翼までの距離と、回転翼の回転量との関係を説明するための図である。
【図7B】一実施の形態において、測定される測距装置から回転翼までの距離と、回転翼の回転量との関係を説明するための図である。
【図7C】一実施の形態において、測定される測距装置から回転翼までの距離と、回転翼の回転量との関係を説明するための図である。
【図7D】一実施の形態において、測定される測距装置から回転翼までの距離と、回転翼の回転量との関係を説明するための図である。
【図7E】一実施の形態において、測定される測距装置から回転翼までの距離と、回転翼の回転量との関係を説明するための図である。
【図8】一実施の形態において、測定される測距装置から回転翼までの距離と、回転翼の回転量との関係を説明するための図である。
【図9】一実施の形態における移動予測装置の構成図である。
【図10】一実施の形態における移動予測装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
（実施の形態１）
図１に示すように、一実施の形態における移動予測装置１００は、飛行体１０に出力光３１０を出力し、その反射光３２０を受光することで、飛行体１０の移動、例えば上昇、下降、旋回、加速、減速、姿勢の変更などを予測する。飛行体１０は、複数の回転翼１１を有し、例えば回転翼１１の回転数を変化させることで、移動を制御する。例えば、飛行体１０は、小型のＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle）、マルチコプターである。移動予測装置１００は、飛行体１０の回転翼１１に設けられた翼までの距離を測定して、距離の変化を取得する。移動予測装置１００から翼までの距離は、回転翼１１の回転速度に応じて、周期的に変化する。移動予測装置１００は、この距離の変化に基づき、回転翼１１の回転速度を表す回転量を算出し、回転翼１１の回転速度の変化を算出する。飛行体１０が回転翼１１の回転速度を変化させることで移動するため、移動予測装置１００は、回転翼１１の回転速度の変化に基づき、飛行体１０の移動を予測する。
図１に示すように、一実施の形態における移動予測装置１００は、飛行体１０に出力光３１０を出力し、その反射光３２０を受光することで、飛行体１０の移動、例えば上昇、下降、旋回、加速、減速、姿勢の変更などを予測する。飛行体１０は、複数の回転翼１１を有し、例えば回転翼１１の回転数を変化させることで、移動を制御する。例えば、飛行体１０は、小型のＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle）、マルチコプターである。移動予測装置１００は、飛行体１０の回転翼１１に設けられた翼までの距離を測定して、距離の変化を取得する。移動予測装置１００から翼までの距離は、回転翼１１の回転速度に応じて、周期的に変化する。移動予測装置１００は、この距離の変化に基づき、回転翼１１の回転速度を表す回転量を算出し、回転翼１１の回転速度の変化を算出する。飛行体１０が回転翼１１の回転速度を変化させることで移動するため、移動予測装置１００は、回転翼１１の回転速度の変化に基づき、飛行体１０の移動を予測する。
【0013】
（移動予測装置の構成）
移動予測装置１００は、観測装置２０と通信可能に接続されている。観測装置２０は、周囲の飛行体１０を検知し、検知した飛行体１０の情報、例えば位置情報を移動予測装置１００に送信する。観測装置２０は、例えば、レーダ装置、撮像装置などを含む。
移動予測装置１００は、観測装置２０と通信可能に接続されている。観測装置２０は、周囲の飛行体１０を検知し、検知した飛行体１０の情報、例えば位置情報を移動予測装置１００に送信する。観測装置２０は、例えば、レーダ装置、撮像装置などを含む。
【0014】
移動予測装置１００は、観測装置２０から検知された飛行体１０の情報に基づき、飛行体１０に出力光３１０を出力する。移動予測装置１００は、制御装置１１０と、１以上の測距装置２００とを備える。測距装置２００は、出力光３１０を出力し、飛行体１０の回転翼１１からの反射光３２０を受光して、移動予測装置１００から回転翼１１までの距離を測定する。制御装置１１０は、移動予測装置１００から回転翼１１までの距離に基づき、飛行体１０の移動を予測する。また、制御装置１１０は、予測した飛行体１０の移動に基づき、測距装置２００を制御する。
【0015】
測距装置２００は、光発振器２１０と、第１光出力装置２２０と、第２光出力装置２３０と、受光装置２７０と、複数の光学系装置、例えば第１ビームスプリッタ２４０と、鏡２５０と、第２ビームスプリッタ２６０とを備える。光発振器２１０は、種光３００を出力して、第１光出力装置２２０と第２光出力装置２３０とに種光３００を照射するように構成されている。
【0016】
第１光出力装置２２０は、種光３００を受光して、出力光３１０を出力するように構成されている。出力光３１０は、光コムまたは光周波数コムと呼ばれ、図２Ａに示すように、周波数領域において所定の周波数間隔ｆｒ（以下、この周波数間隔をコム間隔と呼ぶ。）で並べられた複数の周波数を有し、櫛（comb）形状のスペクトル成分を有する。出力光３１０の有する周波数ｆは、ｆ＝Ｎｆｒ＋ｆ０で表し得る。また、図２Ａに示すようなスペクトル成分を有する出力光３１０は、図２Ｂに示す曲線９００のように、時間の経過に応じて、連続的に光強度が変化する。時間に応じて変化する光強度の極大値を示す位置又は極小値を示す位置を結ぶ曲線９１０は、周期Ｔｒのパルス波に類似する。周期Ｔｒは、コム間隔ｆｒを用いた数式Ｔｒ＝１／ｆｒにより算出される。
【0017】
第２光出力装置２３０は、種光３００を受光して、参照光３４０を出力するように構成されている。参照光３４０は、出力光３１０と同様に、光コムと呼ばれ、櫛形状のスペクトル成分を有する。ここで、参照光３４０のコム間隔ｆｒは、出力光３１０のコム間隔ｆｒと異なる。このため、参照光３４０の周期Ｔｒも、出力光３１０の周期Ｔｒと異なる。例えば、参照光３４０のコム間隔ｆｒは、出力光３１０のコム間隔ｆｒに近似し、参照光３４０と出力光３１０とを合成すると光ビートを生じさせるように設定される。
【0018】
第１ビームスプリッタ２４０は、出力光３１０を２つに分割し、一方を透過させ、他方を反射するように構成されている。第１ビームスプリッタ２４０を透過した出力光３１０は、飛行体１０に照射される。飛行体１０に照射された出力光３１０は、反射光３２０として、飛行体１０に向けて反射される。飛行体１０に反射された反射光３２０は、第１ビームスプリッタ２４０に入射する。第１ビームスプリッタ２４０は、入射された反射光３２０を第２ビームスプリッタ２６０に向けて反射するように構成されている。第２ビームスプリッタ２６０は、第１ビームスプリッタ２４０に反射された反射光３２０を受光装置２７０に向けて反射するように構成されている。
【0019】
また、第１ビームスプリッタ２４０は、出力光３１０の一部を基準光３３０として鏡２５０に向けて反射するように構成されている。第１ビームスプリッタ２４０に反射された基準光３３０は、鏡２５０に向けて反射され、第２ビームスプリッタ２６０に入射する。第２ビームスプリッタ２６０は、入射された基準光３３０を受光装置２７０に向けて反射する。
【0020】
第２ビームスプリッタ２６０は、参照光３４０を透過する。透過した参照光３４０は、受光装置２７０に入射する。
【0021】
このように、第１ビームスプリッタ２４０と、第２ビームスプリッタ２６０とは、第１光出力装置２２０が出力する出力光３１０を飛行体１０に照射して、飛行体１０から反射された反射光３２０を受光装置２７０に照射するように構成されている。また、第１ビームスプリッタ２４０と、鏡２５０と、第２ビームスプリッタ２６０とは、第１光出力装置２２０が出力する出力光３１０を基準光３３０として受光装置２７０に照射するように構成されている。さらに、第２ビームスプリッタ２６０は、第２光出力装置２３０が出力する参照光３４０を受光装置２７０に照射するように構成されている。
【0022】
受光装置２７０は、飛行体１０からの反射光３２０と、第１光出力装置２２０から出力される基準光３３０と、第２光出力装置２３０から出力される参照光３４０とを合成した合成光を受光する。受光装置２７０は、受光した合成光に基づき、測距装置２００から飛行体１０までの距離を測定する。
【0023】
より具体的には、受光装置２７０は、飛行体１０の回転翼１１までの距離を測定する。ここで、時間の経過に対する光強度の変化を参照すると、図３に示すように、基準光３３０は周期Ｔｒ１のパルス光に類似し、参照光３４０は周期Ｔｒ２のパルス光に類似する。また、参照光３４０の周期Ｔｒ２は、参照光３４０と基準光３３０とを合成すると光ビートを生じさせるように、基準光３３０の周期Ｔｒ１に近似する。
【0024】
このため、反射光３２０と、基準光３３０と、参照光３４０とを合成した合成光の光強度は、相対的に高い状態と、相対的に低い状態とを繰り返す。例えば、図３の第１状態８００において、参照光３４０と基準光３３０とが合成された合成光の光強度は相対的に高くなる。しかし、参照光３４０の周期Ｔｒ２が基準光３３０の周期Ｔｒ１と異なるため、時間が経過すると、参照光３４０の波形は基準光３３０の波形とずれていき、合成光の光強度は相対的に低くなる。さらに時間が経過すると、第２状態８１０において、参照光３４０の波形と反射光３２０の波形とが重なり、合成光の光強度は相対的に高くなる。さらに、時間が経過すると、参照光３４０の波形は反射光３２０の波形とずれていき、合成光の光強度は相対的に低くなる。さらに時間が経過すると、第３状態８２０のように、参照光３４０の波形と基準光３３０の波形とが重なり、合成光の光強度は相対的に高くなる。
【0025】
受光装置２７０は、反射光３２０の波形と参照光３４０の波形とが重なる時刻から、基準光３３０の波形と参照光３４０の波形とが重なる時刻までの時間に基づき、測距装置２００から飛行体１０までの距離を測定する。例えば、受光装置２７０は、反射光３２０と基準光３３０と参照光３４０とを合成した合成光の光強度が相対的に高くなる図３に示す第１状態８００の時刻から、次に光強度が相対的に高くなる第２常置８１０の時刻までの時間を算出する。受光装置２７０は、算出された時間に基づき距離を測定する。算出された時間は、反射光３２０と基準光３３０との時間差を拡大した時間を表す。このため、受光装置２７０は、出力光３１０が出力された時刻から反射光３２０を受光する時刻までの時間に基づき距離を測定するよりも、高い精度で距離を測定することができる。
【0026】
制御装置１１０は、図４に示すように、入出力装置１１１と、通信装置１１２と、記憶装置１１３と、演算装置１１４とを備える。例えば、制御装置１１０は、コンピュータである。入出力装置１１１には、演算装置１１４が処理を実行するための情報が入力される。また、入出力装置１１１は、演算装置１１４が処理を実行した結果を出力する。入出力装置１１１は、様々な入力装置と出力装置とを含み、例えば、キーボード、マウス、マイク、ディスプレイ、スピーカー、タッチパネルなどを含む。入出力装置１１１は省略されてもよい。
【0027】
通信装置１１２は、他の装置、例えば観測装置２０、測距装置２００などとの通信を行う。通信装置１１２は、観測装置２０と、測距装置２００とから受け取る情報を演算装置１１４に転送する。また、演算装置１１４が生成した制御信号を測距装置２００に転送する。通信装置１１２は、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの種々のインタフェースを含む。
【0028】
記憶装置１１３は、飛行体１０の移動を予測するための様々なデータ、例えば、移動予測プログラム４００を格納する。記憶装置１１３は、移動予測プログラム４００を記憶する非一時的記憶媒体（non-transitory tangible storage medium）として用いられる。移動予測プログラム４００は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体１に記録されたコンピュータプログラム製品(computer program product)として提供されてもよく、または、サーバからダウンロード可能なコンピュータプログラム製品として提供されてもよい。
【0029】
演算装置１１４は、飛行体１０の移動を予測するための様々なデータ処理を行う。演算装置１１４は、移動予測プログラム４００を記憶装置１１３から読み出し実行して、測距装置２００を制御するための制御信号を生成する。例えば、演算装置１１４は、中央演算処理装置（ＣＰＵ；Central Processing Unit）などを含む。
【0030】
演算装置１１４は、移動予測プログラム４００を実行することで、図５に示すように、回転翼検出部４１０と、回転測定部４２０と、移動予測部４３０とを実現する。回転翼検出部４１０は、飛行体１０の回転翼１１が存在する位置を検出する。回転測定部４２０は、検出した回転翼１１の位置に出力光３１０を出力し、飛行体１０の回転翼１１の回転速度を表す回転量を測定する。移動予測部４３０は、測定された回転量に基づき、飛行体１０の移動を予測する。
【0031】
（移動予測装置の動作）
飛行体１０が移動予測装置１００に近づくと、観測装置２０は、飛行体１０を検知する。観測装置２０は、検知した飛行体１０の位置情報を移動予測装置１００の演算装置１１４に送信する。演算装置１１４は、飛行体１０の位置情報を受信すると、移動予測プログラム４００を実行することで、図６に示す移動予測方法の処理を実行する。
飛行体１０が移動予測装置１００に近づくと、観測装置２０は、飛行体１０を検知する。観測装置２０は、検知した飛行体１０の位置情報を移動予測装置１００の演算装置１１４に送信する。演算装置１１４は、飛行体１０の位置情報を受信すると、移動予測プログラム４００を実行することで、図６に示す移動予測方法の処理を実行する。
【0032】
演算装置１１４により実現される回転翼検出部４１０は、ステップＳ１１０において、飛行体１０の回転翼１１の位置を検索する。具体的には、回転翼検出部４１０は、種光３００を出力するための制御信号を光発振器２１０に送信する。光発振器２１０は、回転翼検出部４１０からの制御信号に基づき、種光３００を出力する。また、回転翼検出部４１０は、出力光３１０を出力するための第１光出力信号と、参照光３４０を出力するための第２光出力信号とを生成する。第１光出力装置２２０は、第１光出力信号に基づき、出力光３１０を出力する。また、第２光出力装置２３０は、第２光出力信号に基づき、参照光３４０を出力する。
【0033】
回転翼検出部４１０は、飛行体１０の位置情報に基づき、飛行体１０が存在する位置を検索するように、出力光３１０を出力して、飛行体１０の回転翼１１の位置を検索する。具体的には、回転翼検出部４１０は、測距装置２００を用いて、出力光３１０を出力する方向にある物体、例えば飛行体１０の所定の位置までの距離を測定する。回転翼検出部４１０は、受光装置２７０が測定する距離が高速で連続的に、かつ、周期的に変化する位置を回転翼１１の位置として検出する。
【0034】
測距装置２００から飛行体１０の回転翼１１までの距離は、時間の経過に応じて、高速で連続的に、かつ、周期的に変化する。例えば、図７Ａに示すように、測距装置２００は、出力光３１０が照射される回転翼１１の第１翼１２－１までの距離を測定する。回転翼１１は、例えば、反時計回りの矢印１５に示す方向に回転する。回転翼１１が回転すると、図７Ｂに示すように、出力光３１０は、出力光３１０の照射線上から第１翼１２－１が外れて、第２翼１２－２に照射される。このため、図７Ｂの状態において、測距装置２００が測定する距離は、図７Ａの状態よりも長くなる。さらに回転翼１１が回転すると、図７Ｃに示すように、第２翼１２－２は測距装置２００に近づく。これにより、測距装置２００が測定する距離は短くなる。さらに回転翼１１が回転すると、図７Ｄに示すように、第２翼１２－２が測距装置２００に近づき、測距装置２００が測定する距離は短くなる。図７Ｅに示すように、回転翼１１が所定の位置まで回転すると、出力光３１０は第２翼１２－２の先端に照射される。回転翼１１がさらに回転すると、第２翼１２－２は出力光３１０の照射線上から外れる。このため、出力光３１０は、第３翼１２－３に照射される。このように、出力光３１０が回転翼１１に照射されると、測距装置２００が測定する距離は周期的に変化する。
【0035】
ステップＳ１２０において、回転翼検出部４１０は、所定の数以上の回転翼１１を検出したかを判定する。例えば、回転翼検出部４１０は、３つ以上の回転翼１１を検出したかを判定する。回転翼検出部４１０が所定の数、例えば３つ以上の回転翼１１を検出したとき、飛行体１０の移動を予測するために、ステップＳ１３０の処理が実行される。回転翼検出部４１０が所定の数以上の回転翼１１を検出しないとき、飛行体１０が回転翼１１により上昇、下降、旋回などの細かな移動を制御していないとして、ステップＳ１７０の処理が実行される。
【0036】
ステップＳ１３０において、回転測定部４２０は、出力光３１０を照射する照射位置を決定する。具体的には、回転測定部４２０は、検出された複数の回転翼１１の領域の各領域内の所定の位置を照射位置として決定する。例えば、検出された回転翼１１の領域のうち、中心から所定の距離だけ離れた位置が照射位置として決定される。所定の距離は、例えば、回転翼１１の領域における最長となる幅の長さを基準に決定されてもよい。例えば、所定の距離は、回転翼１１の領域における最長となる幅の長さの３割であってもよい。なお、回転翼１１の領域の幅の長さは、例えば領域の２つの端を結ぶ線分の長さを表す。
【0037】
ステップＳ１４０において、回転測定部４２０は、決定された各照射位置に出力光３１０を照射して、測定される距離の変化に基づき、各回転翼１１の回転速度を表す回転量の測定を開始する。回転翼１１の領域において、測距装置２００が測定する距離は、図８の曲線３１５ように、所定の範囲で周期的に変化する。図８に示す第１状態は、図７Ａの状態を表し、第１翼１２－１が出力光３１０の照射線上から外れる直前の状態を表す。出力光３１０が第１翼１２－１に照射されているときに、測定される距離は下限値を示し、出力光３１０が第１翼１２－１から外れた瞬間、測定される距離は急激に増加する。図８に示す第２状態は、図７Ｂの状態を表し、出力光３１０が照射される第２翼１２－２が測距装置２００に近づくため、測定される距離は短くなる。図８に示す第３状態は図７Ｃの状態を表し、図８に示す第４状態は図７Ｄの状態を表す。図８に示す第５状態は、図７Ｅの状態を表し、出力光３１０が第２翼１２－２に照射されているときに、測定される距離は下限値を示す。出力光３１０が第１翼１２－１から外れた瞬間、測定される距離は急激に増加する。このように、出力光３１０が照射される翼が、第１翼１２－１、第２翼１２－２、第３翼１２－３、第４翼１２－４と順番に変化する。この変化に応じて、測定される距離は周期的に変化する。
【0038】
回転測定部４２０は、測定される距離の変化に基づき、回転量を測定する。例えば、回転翼１１が４つの翼を有しているとき、回転翼１１が１回転する間に出力光３１０が第１翼１２－１から第４翼１２－４の各々に照射されるため、測定される距離は、４回、周期的に変化する。回転翼１１の回転速度が速くなると、測定される距離の変化が４回繰り返される間の時間が短くなる。このように、回転測定部４２０は、測定される距離の変化が所定の回数だけ繰り返されるのに要する時間に基づき、回転量を測定する。なお、測定される距離の変化が繰り返される回数は、回転翼１１の有する翼の数に依存しない。例えば、回転翼１１が５つの翼をもっていたとしても、測定される距離の変化が４回繰り返されるのに要する時間に基づき、回転量を測定してもよい。
【0039】
例えば、回転測定部４２０は、測定される距離が閾値より小さくなる回数が所定の回数に達するために要する時間に基づき、回転量を測定する。この閾値は、図８に示すように、測定された距離の下限値と平均値との差に基づき決定される。例えば、閾値は、測定された距離の下限値と平均値との差の８０％だけ、平均値から減算した値である。回転測定部４２０は、測定される距離が閾値より小さくなる回数を数え、数えた回数が所定の値、例えば４になるまでの時間を計測する。回転測定部４２０は、計測した時間の逆数を回転量として算出する。なお、推定された距離の平均値は、所定の期間において測定された距離の平均値を表し、下限値は、所定の期間において測定された最も短い距離を表す。
【0040】
また、回転測定部４２０は、測定される距離の変化に基づき、回転翼１１の回転方向を判定する。具体的には、回転測定部４２０は、回転翼１１の領域における出力光３１０の照射位置と、測定される距離の変化とに基づき、回転翼１１の回転方向を判定する。図７Ａに示すように、照射位置が回転翼１１の領域において左側にあり、かつ、上方から見て回転翼１１が反時計周りに回転しているとき、図８に示すように、測定される距離は、急激に増加する第１状態と、次第に減少する第２状態から第４状態までとを繰り返す。一方、回転翼１１が時計回りに回転しているとき、測定される距離は、急激に減少する状態と、次第に増加する状態とを繰り返す。また、照射位置が回転翼１１の領域において右側にあり、かつ、上方から見て回転翼１１が反時計周りに回転しているとき、測定される距離は、急激に減少する状態と、次第に増加する状態とを繰り返す。回転翼１１が時計周りに回転しているとき、測定される距離は、急激に増加する状態と、次第に減少する状態とを繰り返す。このように、回転測定部４２０は、回転翼１１の領域において出力光３１０の照射位置が左右のいずれにあるか、および、周期的に測定される距離の増加と減少とでいずれが相対的に急激に変化するかを判定することで、回転翼１１の回転方向を判定する。
【0041】
ステップＳ１５０において、移動予測部４３０は、測定された各回転翼１１の回転量に基づき、飛行体１０の移動を予測する。移動予測部４３０は、回転量の変化に基づき、対応する回転翼１１の位置において、回転量の変化に応じた力が働いていると判定する。例えば、回転量が増加しているとき、移動予測部４３０は、対応する回転翼１１の位置において、上方に向かう力が増加していると判定する。また、回転量が減少しているとき、移動予測部４３０は、対応する回転翼１１の位置において、下方に向かう力が増加していると判定する。
【0042】
移動予測部４３０は、各回転翼１１が配置された位置において、発生する力を判定し、飛行体１０の移動を予測する。例えば、複数の回転翼１１のうち、相対的に右方向にある回転翼１１の回転量が、相対的に左方向にある回転翼１１の回転量より増加しているとき、移動予測部４３０は、飛行体１０が左方向に移動すると予測する。また、すべての回転翼１１の回転量が増加しているとき、移動予測部４３０は、飛行体１０が上昇すると予測する。さらに、上方から見て反時計回りに回転している回転翼１１の回転数が、時計周りに回転している回転翼１１の回転数より増加しているとき、移動予測部４３０は、飛行体１０が反時計周りに旋回すると予測する。上方から見て時計回りに回転している回転翼１１の回転数が、反時計周りに回転している回転翼１１の回転数より増加しているとき、移動予測部４３０は、飛行体１０が時計周りに旋回すると予測する。
【0043】
移動予測部４３０は、測距装置２００が測定した回転翼１１の位置に基づき、飛行体１０の姿勢を判定してもよい。移動予測部４３０は、測距装置２００から出力光３１０を照射した方向で、かつ、測定した距離だけ離れた位置を、各回転翼１１の位置として判定する。移動予測部４３０は、各回転翼１１の位置に基づき、飛行体１０の姿勢、例えば傾きを判定する。例えば、複数の回転翼１１のうち、相対的に右方向にある回転翼１１の位置が、相対的に左方向にある回転翼１１の位置より下方にあるとき、移動予測部４３０は、飛行体１０が左側より右側が下方になるように傾いていると判定する。移動予測部４３０は、判定した飛行体１０の姿勢と、各回転翼１１の回転量とに基づき、飛行体１０の移動を予測してもよい。
【0044】
ステップＳ１６０において、移動予測部４３０は、飛行体１０を検知しているかを判定する。移動予測部４３０が飛行体１０を検知しているとき、ステップＳ１５０の処理が実行されて、処理が繰り返される。このとき、回転測定部４２０は、移動予測部４３０が予測した飛行体１０の移動に応じて、出力光３１０を照射する位置を変更する。例えば、飛行体１０が左に移動すると予測されたとき、回転測定部４２０は、出力光３１０を照射する位置を左に移動する。このように、回転測定部４２０は、飛行体１０の移動に合わせて、出力光３１０を照射する位置を移動し、各回転翼１１の回転量を測定し続ける。
【0045】
移動予測部４３０が飛行体１０を検知していないとき、観測装置２０で検知された飛行体１０の移動を予測する処理は終了する。回転測定部４２０は、処理の終了に合わせて、出力光３１０の出力を停止する。
【0046】
ステップＳ１２０において、回転翼検出部４１０が所定の数以上の回転翼１１を検出しないとき、演算装置１１４はステップＳ１７０を実行する。ステップＳ１７０において、演算装置１１４は、測距装置２００から飛行体１０までの距離を測定し続ける。測距装置２００を用いて、飛行体１０までの距離を測定することで、演算装置１１４は、飛行体１０の位置を精度高く測定することができる。
【0047】
ステップＳ１８０において、演算装置１１４は、飛行体１０を検知しているかを判定する。演算装置１１４が飛行体１０を検知しているとき、ステップＳ１７０の処理が実行されて、処理が繰り返される。演算装置１１４が飛行体１０を検知していないとき、観測装置２０で検知された飛行体１０の移動を予測する処理は終了する。処理の終了に合わせて、演算装置１１４は、出力光３１０の出力を停止する。
【0048】
以上のように、移動予測装置１００は、飛行体１０の回転翼１１が発生する力に基づき、飛行体１０の移動を予測する。これにより、移動予測装置１００は、飛行体１０の移動を高精度で予測する。
【0049】
（実施の形態２）
図９に示すように、移動予測装置１００は、高出力のレーザ光１２１を飛行体１０に照射するレーザ発振器１２０を備えてもよい。レーザ発振器１２０は、移動予測装置１００が予測した飛行体１０の移動に応じて、飛行体１０の特定の位置にレーザ光１２１を照射して、飛行体１０に対処する。
図９に示すように、移動予測装置１００は、高出力のレーザ光１２１を飛行体１０に照射するレーザ発振器１２０を備えてもよい。レーザ発振器１２０は、移動予測装置１００が予測した飛行体１０の移動に応じて、飛行体１０の特定の位置にレーザ光１２１を照射して、飛行体１０に対処する。
【0050】
制御装置１１０は、レーザ発振器１２０を制御する。例えば、制御装置１１０は、レーザ発振器１２０が照射するレーザ光１２１の照射位置、例えばレーザ光１２１の照射方向、焦点距離などを指定する信号を生成する。レーザ発振器１２０は、生成された信号に基づき、レーザ光１２１を照射する。その他の移動予測装置１００の構成、動作は、実施の形態１と同様のため、説明を省略する。
【0051】
（実施の形態３）
図１０に示すように、移動予測装置１００は、飛行体１０を撮像する撮像装置１３０を備えてもよい。移動予測部４３０は、測距装置２００により測定された回転翼１１の回転量に基づき、飛行体１０の移動を予測する。また、移動予測部４３０は、撮像装置１３０が撮像した飛行体１０の画像に基づき、飛行体１０の移動、例えば移動経路、姿勢変化などを判定する。画像から判定した飛行体１０の移動と、回転翼１１の回転量から予測した飛行体１０の移動との差とに基づき、移動予測部４３０は、各回転翼１１の回転量の変化と予測される飛行体１０の移動が変化する割合、例えば速度、加速度、角速度などが変化する割合との関係を更新する。
図１０に示すように、移動予測装置１００は、飛行体１０を撮像する撮像装置１３０を備えてもよい。移動予測部４３０は、測距装置２００により測定された回転翼１１の回転量に基づき、飛行体１０の移動を予測する。また、移動予測部４３０は、撮像装置１３０が撮像した飛行体１０の画像に基づき、飛行体１０の移動、例えば移動経路、姿勢変化などを判定する。画像から判定した飛行体１０の移動と、回転翼１１の回転量から予測した飛行体１０の移動との差とに基づき、移動予測部４３０は、各回転翼１１の回転量の変化と予測される飛行体１０の移動が変化する割合、例えば速度、加速度、角速度などが変化する割合との関係を更新する。
【0052】
具体的には、移動予測部４３０は、飛行体１０の移動を予測する前後において、飛行体１０を撮像した画像を取得して、取得した画像において、飛行体１０が移動した距離を算出する。移動予測部４３０は、算出した飛行体１０の移動距離と、予測した飛行体１０の移動距離との差に基づき、回転翼１１の回転量の変化と予測される飛行体１０の移動が変化する割合との関係を更新する。
【0053】
例えば、飛行体１０が上昇移動したとする。このとき、移動予測部４３０は、飛行体１０が上昇移動した距離を、飛行体１０の移動を予測する前後に撮像された画像から算出する。移動予測部４３０は、撮像された画像から算出された飛行体１０が上昇移動した距離と、回転翼１１の回転量から予測した飛行体１０が上昇移動する距離とを比較する。撮像された画像から算出された距離が回転翼１１の回転量から予測した距離より小さいとき、移動予測部４３０は、回転翼１１の回転量から予測される飛行体１０が上昇移動する距離が小さくなるように更新する。
【0054】
これにより、移動予測部４３０は、検知した飛行体１０に合わせて、移動を予測する精度を向上することができる。その他の移動予測装置１００の構成、動作は、実施の形態１と同様のため、説明を省略する。
【0055】
（変形例）
各実施の形態において、回転測定部４２０は、検出された各回転翼１１の回転量を測定する例を示したが、これに限定されず、検出された回転翼１１のうち２つ以上の回転翼１１の回転量を測定してもよい。移動予測部４３０は、測定した回転翼１１の位置と、回転量とに基づき、飛行体１０の移動を予測する。
各実施の形態において、回転測定部４２０は、検出された各回転翼１１の回転量を測定する例を示したが、これに限定されず、検出された回転翼１１のうち２つ以上の回転翼１１の回転量を測定してもよい。移動予測部４３０は、測定した回転翼１１の位置と、回転量とに基づき、飛行体１０の移動を予測する。
【0056】
回転測定部４２０は、測距装置２００から回転翼１１までの距離の変化に基づき、回転翼１１の回転量を測定できれば、任意の方法を選択することができる。例えば、回転測定部４２０は、測定される距離の平均値から変化する距離が閾値を超えた回数が、所定の回数に達するまでに要する時間に基づき、算出してもよい。閾値は、測定された距離の平均値を表す距離と、平均値から最も離れた距離との差に基づき決定されてもよい。また、回転測定部４２０は、測定される距離の周期を任意の方法で算出し、算出された周期から回転量を算出してもよい。
【0057】
撮像装置１３０は、飛行体１０の映像を撮像してもよい。この場合、移動予測部４３０は、撮像された映像の各フレームを画像として抽出し、抽出した画像に基づき、飛行体１０の移動を判定する。
【0058】
以上において説明した実施の形態および変形例は一例であり、機能を阻害しない範囲で変更してもよい。また、各実施の形態および変形例で説明した構成は、機能を阻害しない範囲で、任意に変更してもよく、または／および、任意に組み合わせてもよい。
【0059】
例えば、移動予測装置１００は、レーザ発振器１２０と、撮像装置１３０とを備えてもよい。また、受光装置２７０が基準光３３０と反射光３２０と参照光３４０とを受光できれば、第１ビームスプリッタ２４０、鏡２５０などの光学系は任意の構成を選択してもよい。また、１つの受光装置２７０が複数の合成光を受光して、各々の合成光に基づき距離を測定できれば、複数の測距装置２００に共通する１つの受光装置２７０を有してもよい。移動予測装置１００は、複数の測距装置２００に共通する１つの第１光出力装置２２０を備え、１つの第１光出力装置２２０が出力する出力光３１０を分割して、分割した出力光３１０を飛行体１０の各回転翼１１に照射してもよい。複数の測距装置２００に共通する１つの第２光出力装置２３０が設けられてもよい。
【0060】
各実施の形態に記載の移動予測装置は、例えば以下のように把握される。
【0061】
第１の態様に係る移動予測装置は、第１光出力装置（２２０）と、第２光出力装置（２３０）と、受光装置（２７０）と、演算装置（１１４）とを備える。第１光出力装置（２２０）は、飛行体（１０）の第１回転翼（１１）に光コムのスペトル成分を有する出力光（３１０）を照射する。受光装置（２７０）は、飛行体の第１回転翼からの反射光（３２０）を利用して、第１回転翼までの第１距離を測定する。演算装置（１１４）は、受光装置が測定して第１距離の変化に基づき、第１回転翼の回転速度を表す第１回転量を算出し、算出した第１回転量の変化に基づき、飛行体の移動を予測する。
【0062】
移動予測装置は、回転翼の回転量を用いることで、飛行体の移動を高い精度で予測することができる。
【0063】
第２の態様に係る移動予測装置は、第１の態様に係る移動予測装置であって、演算装置（１１４）が、測定された第１距離が変化する周期に基づき、第１回転量を算出するように、構成されている。
【0064】
これにより、移動予測装置は、回転翼の回転数に対応する第１回転量を算出することで、回転翼の実際の回転数を取得することなく、飛行体の移動を予測することができる。
【0065】
第３の態様に係る移動予測装置は、第１の態様に係る移動予測装置であって、測定された第１距離の平均値から変化する距離が閾値を超えた回数が、所定の回数に達するまでに要する時間に基づき、演算装置（１１４）が第１回転量を算出するように構成されている。
【0066】
第４の態様に係る移動予測装置は、第３の態様に係る移動予測装置であって、閾値が第１距離の平均値と、平均値から最も離れた距離との差に基づき決定されるように構成されている。
【0067】
これにより、移動予測装置は、回転翼の回転量を容易に算出することができる。
【0068】
第５の態様に係る移動予測装置は、第１の態様に係る移動予測装置であって、演算装置（１１４）が、第１距離の変化に基づき、第１回転翼の回転方向を判定するように構成されている。
【0069】
第６の態様に係る移動予測装置は、第１の態様に係る移動予測装置であって、演算装置（１１４）が、出力光（３１０）が照射される第１回転翼の位置と、第１距離の変化とに基づき、第１回転翼の回転方向を判定するように構成されている。
【0070】
第７の態様に係る移動予測装置は、第１の態様に係る移動予測装置であって、演算装置（１１４）が、出力光が照射される位置が第１回転翼の左右のいずれにあるか、および、周期的に測定される第１距離の増加と減少とでいずれが相対的に急激に変化するかに基づき、第１回転翼の回転方向を判定するように構成されている。
【0071】
これにより、移動予測装置は、回転翼の回転方向を判定することができる。
【0072】
第８の態様に係る移動予測装置は、第７の態様に係る移動予測装置であって、演算装置（１１４）が飛行体の第２回転翼の回転方向と、回転量の変化とを算出し、飛行体の移動を予測するように構成されている。
【0073】
これにより、移動予測装置は、回転翼の回転方向を用いることで、より高い精度で飛行体の移動を予測することができる。
【0074】
第９の態様に係る移動予測装置は、第１の態様に係る移動予測装置であって、飛行体を撮像する撮像装置（１３０）を備える。さらに演算装置（１１４）は、撮像される飛行体の移動を判定し、回転量の変化と、回転量から予測される飛行体の移動が変化する割合との関係を更新する。
【0075】
第１０の態様に係る移動予測装置は、第１の態様に係る移動予測装置であって、レーザ発振器（１２０）をさらに備えるように構成されている。
【0076】
これにより、移動予測装置は、接近する飛行体に対処することができる。
【符号の説明】
【0077】
１ ：記憶媒体
１０ ：飛行体
１１ ：回転翼
１２－１ ：第１翼
１２－２ ：第２翼
１２－３ ：第２翼
１２－４ ：第２翼
２０ ：観測装置
１００ ：移動予測装置
１１０ ：制御装置
１１１ ：入出力装置
１１２ ：通信装置
１１３ ：記憶装置
１１４ ：演算装置
１２０ ：レーザ発振器
１２１ ：レーザ光
１３０ ：撮像装置
２００ ：測距装置
２１０ ：光発振器
２２０ ：第１光出力装置
２３０ ：第２光出力装置
２４０ ：第１ビームスプリッタ
２５０ ：鏡
２６０ ：第２ビームスプリッタ
２７０ ：受光装置
３００ ：種光
３１０ ：出力光
３１５ ：曲線
３２０ ：反射光
３３０ ：基準光
３４０ ：参照光
４００ ：移動予測プログラム
４１０ ：回転翼検出部
４２０ ：回転測定部
４３０ ：移動予測部
８００ ：第１状態
８１０ ：第２状態
８２０ ：第３状態
１０ ：飛行体
１１ ：回転翼
１２－１ ：第１翼
１２－２ ：第２翼
１２－３ ：第２翼
１２－４ ：第２翼
２０ ：観測装置
１００ ：移動予測装置
１１０ ：制御装置
１１１ ：入出力装置
１１２ ：通信装置
１１３ ：記憶装置
１１４ ：演算装置
１２０ ：レーザ発振器
１２１ ：レーザ光
１３０ ：撮像装置
２００ ：測距装置
２１０ ：光発振器
２２０ ：第１光出力装置
２３０ ：第２光出力装置
２４０ ：第１ビームスプリッタ
２５０ ：鏡
２６０ ：第２ビームスプリッタ
２７０ ：受光装置
３００ ：種光
３１０ ：出力光
３１５ ：曲線
３２０ ：反射光
３３０ ：基準光
３４０ ：参照光
４００ ：移動予測プログラム
４１０ ：回転翼検出部
４２０ ：回転測定部
４３０ ：移動予測部
８００ ：第１状態
８１０ ：第２状態
８２０ ：第３状態
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図8】
【図9】
【図10】