JP3374175B2 - 位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置、（以下［発明の名称の続き］欄に記載） - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、通信相手の位置
検出と当該通信相手とのデータ送受信の部分に特徴のあ
る位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置、位置
計測機能付きデータ受信装置、位置計測機能付きデータ
通信システム、病院内モニタリングシステム、移動体ド
ッキングシステム、および宇宙空間移動体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、通信相手の位置計測とデータ通信
を行うシステム，すなわち位置計測機能付きデータ通信
システムが様々な場面で用いられている。このようなシ
ステムの例として、通話場所探索と通話を行うＰＨＳ、
車両の位置測定と交通データの受信を行うＶＩＣＳ対応
のカーナビゲーション、相手ロボットの位置計測とデー
タ通信を行う移動ロボットコミュニケーション等があ
る。

【０００３】図１７に位置計測機能付きデータ通信シス
テムの従来例を示す。これら従来のシステムでは、位置
計測やデータ通信に「電波」が用いられている点が特徴
である。そのため、電波の利用が制限される病院等では
使用が禁止される。また、強力な電磁波にさらされる宇
宙空間では使用が制限される。

【０００４】一方で、位置計測を行うだけであれば電波
を用いない方法が開発されている。すなわちまず、複数
の光源を通信相手に取り付けてイメージセンサで撮影す
る。その撮影画像の光点座標に基づいて、三角法により
通信相手の位置や動きを測定するというものである。

【０００５】この方法は、モーションキャプチャーなど
画像計測の分野で広く用いられている。しかしながら、
この技術は、上記ＰＨＳやＶＩＣＳ対応カーナビとは本
来的に異なる技術であり、通信相手の位置計測とデータ
通信を行うシステムにそのまま適用することはできな
い。また、従来の画像計測技術では、位置測定の精度が
十分でなく、通信相手が並行移動や回転移動を同時に行
うような場合にまで、高精度に位置計測できるとはいい
難い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、位置測定
及びデータ通信を電波制限の有無に関係なく同時に行う
とともに、その位置測定の精度を十分に高くすることが
要望されている。

【０００７】本発明は、このような実情を考慮してなさ
れたもので、位置測定とデータ通信とを電波事情と無関
係に同時に実現させることができる位置表示用データ送
信機能付きデータ送信装置、位置計測機能付きデータ受
信装置、位置計測機能付きデータ通信システム、病院内
モニタリングシステム、移動体ドッキングシステム、お
よび宇宙空間移動体を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以下、上記課題を解決す
るためになされた発明について説明するが、これに先立
って、発明の骨子を述べる。

【０００９】本発明の骨子は、光を用いて位置計測とデ
ータ通信とを同時に行うところにある。このために位置
表示用データ送信機能付きデータ送信装置に位置表示用
及びデータ送信用の発光部材を設け、位置計測機能付き
データ受信装置にて撮像手段により発光部材の発光状態
を撮影する。そして撮影した発光部材の画像から三角法
を用いて位置計測を行い、発光部材の点滅でデータ通信
を行う。このように光を用いて位置計測及びデータ通信
の双方を行えば、電波の利用が制限される病院や、強力
な電磁波にさらされる宇宙空間でも使用できる。図１６
に光を用いて位置計測とデータ通信とを同時に行う技術
の概要を示す。

【００１０】次に、課題解決のための第１の発明は、位
置を計測させるために発光する複数の位置表示用発光部
材と、点滅することによりデータを送信する１以上のデ
ータ送信用発光部材とを備え、複数の位置表示用発光部
材は、さらにそれぞれ複数の位置表示用発光部材からな
る２以上のグループを形成し、各グループ毎に異なる波
長の光を発する発光体であることを特徴とする位置表示
用データ送信機能付きデータ送信装置である。

【００１１】本発明はこのような手段を備えたので、位
置測定をさせるための信号とデータ送信用の信号とを、
電波事情と無関係に受信側で同時受信できるように、送
信することができる。更に、複数の位置表示用発行部材
は、さらにそれぞれ複数の位置表示用発光部材からなる
２以上のグループを形成している。したがって、例えば
遠距離用と近距離用の位置表示用発光部材のグループを
形成し、距離に応じて異なる位置表示用発光部材のグル
ープを設けてやれば位置検出の精度を向上させることが
できる。このときに各グループの色が異なっているので
位置検出側において簡易かつ確実かつ高速に位置検出処
理を行うことができる。なお、グループ分けとしては、
短距離及び長距離のみならず、中距離等のグループを設
けたり、さらに他段階の距離に応じてグループを設ける
ことができる。

【００１２】次に、課題解決のための第２の発明は、位
置を計測させるために発光する複数の位置表示用発光部
材と、点滅することによりデータを送信する１以上のデ
ータ送信用発光部材と、送信すべきデータをデータ送信
用発光部材に点滅表示させるように、データ送信用発光
部材に対して送信データを送出するデータ送出手段とを
備え、複数の位置表示用発光部材は、さらにそれぞれ複
数の位置表示用発光部材からなる２以上のグループを形
成し、各グループ毎に異なる波長の光を発する発光体で
あることを特徴とする位置表示用データ送信機能付きデ
ータ送信装置である。

【００１３】本発明はこのような手段を備えたので、第
１の発明と同様な効果を奏する。

【００１４】次に、課題解決のための第３の発明は、位
置を計測させるために発光する複数の位置表示用発光部
材と、点滅することによりデータを送信する１以上のデ
ータ送信用発光部材と、送信すべきデータをデータ送信
用発光部材に点滅表示させるように、データ送信用発光
部材に対して送信データを送出するデータ送出手段と、
測定対象物に関するデータを取得するセンサ手段とを備
えている。そして、データ送出手段は、センサ手段によ
り取得されたデータをデータ送信用発光部材に送出し、
複数の位置表示用発光部材は、さらにそれぞれ複数の位
置表示用発光部材からなる２以上のグループを形成し、
各グループ毎に異なる波長の光を発する発光体であるこ
とを特徴とする位置表示用データ送信機能付きデータ送
信装置である。

【００１５】本発明はこのような手段を備えたので、セ
ンサ手段により取得されたデータを送信することができ
る。

【００１６】次に、課題解決のための第４の発明は、上
記第１〜３の発明において、位置表示用発光部材及びデ
ータ送信用発光部材は、固体発光素子又はレーザからな
る記載の位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置
である。

【００１７】次に、課題解決のための第５の発明は、上
記第１〜４の発明において、位置表示用発光部材とデー
タ送信用発光部材とは、異なる波長の光を発する発光体
である位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置で
ある。

【００１８】本発明はこのような手段を設けたので、位
置検出及びデータ受信側において、位置表示用発光部材
とデータ送信用発光部材との識別を簡単かつ確実に行う
ことができる。したがって、位置検出及びデータ受信側
における処理を高速化することができる。

【００１９】

【００２０】

【００２１】次に、課題解決のための第６の発明は、位
置表示用データ送信機能付きデータ送信装置における発
光点を撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された
画像をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器か
ら出力されたデジタル画像に基づき、位置表示用の発光
点とデータ送信用の発光点とを抽出分離する画像処理手
段と、画像処理手段により抽出された位置表示用の発光
点データに基づき、位置表示用データ送信機能付きデー
タ送信装置の位置を計測する位置計測手段と、画像処理
手段により抽出されたデータ送信用の発光点データに基
づき、位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置が
送信したデータを取得するデータ取得手段とを備えた位
置計測機能付きデータ受信装置である。

【００２２】本発明はこのような手段を備えたので、光
を用いて送信側から送出された位置測定をさせるための
信号とデータ送信用の信号とを、電波事情と無関係に同
時受信することができる。

【００２３】次に、課題解決のための第７の発明は、上
記第６の発明において、画像処理手段は、位置表示用の
発光点がデータ送信用の発光点の外側に配置される場合
に、まず、デジタル画像の外側から走査することにより
位置表示用の発光点のみを検出し、次に、予め決まって
いる位置表示用及びデータ送信用の各発光点の位置関係
に基づきデータ送信用の発光点の位置を予測すると共
に、デジタル画像において予測位置付近のみを走査して
データ送信用の発光点を検出する位置計測機能付きデー
タ受信装置である。

【００２４】本発明はこのような手段を備えたので、画
像処理手段における高速な処理が可能となり、応答性の
よくデータ伝送速度の高い位置計測機能付きデータ受信
装置を実現することができる。

【００２５】次に、課題解決のための第８の発明は、上
記第６又は７の発明において、撮像手段として半導体撮
像素子を用いる位置計測機能付きデータ受信装置であ
る。

【００２６】次に、課題解決のための第９の発明は、上
記第６〜８の発明において、撮像手段は、発光点をカラ
ー画像として撮像し、画像処理手段は、カラー画像処理
を行う位置計測機能付きデータ受信装置である。

【００２７】本発明はこのような手段を設けたので、例
えば発光点側が異なる色で位置表示とデータ送信を行っ
ている場合に、両者の容易な分離が可能となり、画像処
理の確実性及び高速性が向上する。

【００２８】次に、課題解決のための第１０の発明は、
上記第１〜５の発明のうち何れかの位置表示用データ送
信機能付きデータ送信装置と、上記第６〜９の発明のう
ち何れかの位置計測機能付きデータ受信装置とをそれぞ
れ１以上備え、位置計測機能付きデータ受信装置は、位
置表示用データ送信機能付きデータ送信装置からの送信
データを取得すると共にその位置を計測する位置計測機
能付きデータ通信システムである。

【００２９】本発明はこのような手段を備えたので、位
置測定とデータ通信とを電波事情と無関係に同時に実現
させることができる。

【００３０】次に、課題解決のための第１１の発明は、
上記第３の発明の位置表示用データ送信機能付きデータ
送信装置と、上記第６〜９の発明のうち何れかの位置計
測機能付きデータ受信装置とをそれぞれ１以上備え、位
置表示用データ送信機能付きデータ送信装置は、病院内
を移動する患者に装着されると共に、そのセンサ手段は
当該患者の状態を検出し、位置計測機能付きデータ受信
装置は、少なくともその撮像手段が前記病院内に設けら
れ、患者の状態を含む送信データを位置表示用データ送
信機能付きデータ送信装置から取得し、かつその位置を
計測する病院内モニタリングシステムである。

【００３１】本発明はこのような手段を備えたので、電
波の使用に制限がある病院内においても、患者のいる場
所と患者の状態とを同時に把握することができる。

【００３２】次に、課題解決のための第１２の発明は、
移動体が静止体にドッキングする移動体ドッキングシス
テムにおいて、上記第１〜５の発明のうち何れかの位置
表示用データ送信機能付きデータ送信装置とドッキング
手段とを備えて、自己の位置を表示すると共に、ドッキ
ングのためのデータを前記移動体に送信し、移動体は、
上記第６〜９の発明のうち何れかの位置計測機能付きデ
ータ受信装置と移動手段とドッキング手段とを備えて、
静止体の位置を計測しドッキングのためのデータを取得
する移動体ドッキングシステムである。

【００３３】本発明はこのような手段を備えたので、強
い電磁波に曝され、電波による通信が困難な場合がある
宇宙空間においても、位置確認とデータ通信を確保で
き、宇宙船や人工衛星等が安全確実にドッキングするこ
とができる。

【００３４】次に、課題解決のための第１３の発明は、
移動体同士がドッキングする移動体ドッキングシステム
において、各移動体は、上記第１〜５の発明のうち何れ
かの位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置、上
記第６〜９の発明のうち何れかの位置計測機能付きデー
タ受信装置、移動手段及びドッキング手段を備えて、自
己の位置を表示し、かつ、互いの位置を計測するととも
に、ドッキングのためのデータを送受信する移動体ドッ
キングシステムである。

【００３５】本発明はこのような手段を備えたので、上
記第１２の発明と同様な作用効果が得られる他、ドッキ
ングを行う双方が移動するのでより短時間でドッキング
作業を行うことができる。

【００３６】次に、課題解決のための第１４の発明は、
上記第１〜５発明のうち何れかの位置表示用データ送信
機能付きデータ送信装置と、上記第６〜９の発明のうち
何れかの位置計測機能付きデータ受信装置とを備えた宇
宙空間移動体である。

【００３７】本発明はこのような手段を備えたので、強
い電磁波に曝され、電波による通信が困難な場合がある
宇宙空間においても、位置表示と通信を行うことができ
る。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 （発明の第１の実施の形態） 図１は本発明の第１の実施形態に係る位置計測機能付き
データ通信システムの一構成例を示すブロック図であ
る。

【００３９】この位置計測機能付きデータ通信システム
は、位置計測用及びデータ送信用の光点を表示する位置
表示用データ送信機能付きデータ送信装置１と、各光点
に基づいて位置表示用データ送信機能付きデータ送信装
置１の位置を計測し、また、同装置１からの送信データ
を取得する位置計測機能付きデータ受信装置２とによっ
て構成されている。

【００４０】位置表示用データ送信機能付きデータ送信
装置１は、位置表示用発光素子部１１と、データ送信用
発光素子部１２と、データ処理装置１３と、各部１１，
１２，１３に電力を供給する電源１４とからなる。ま
た、位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置１に
は、送信すべきデータを取得する１以上のセンサ３（＃
１），３（＃２），．．（以下、単にセンサ３という）
が接続されている。

【００４１】位置表示用発光素子部１１は、４個の位置
表示用発光素子１１ａ（図２）からなり、本実施形態で
は発光素子として赤外線ＬＥＤが用いられる。各発光素
子１１ａのうち３個は、同一平面上に配置され、残り１
個はその平面から若干ずれた位置に配置される。４つの
発光素子１１ａは、上記平面を望む方向から見た場合に
は略菱形をなしている。また、位置測定が行われる間は
常時点灯状態となる。

【００４２】図２は本実施形態における位置測定方法の
原理を示す概念図である。

【００４３】位置表示用発光素子部１１における４つの
ＬＥＤを位置計測機能付きデータ受信装置側の撮像素子
３２で撮影し、撮影した画像上の光点の座標から、三角
法を用いて通信相手の位置や動きを測定する。

【００４４】次に、データ送信用発光素子部１２（図
１）は、１２個のデータ送信用発光素子１２ａ（図３）
からなり、本実施形態では赤外線ＬＥＤを用いている。
１２個の発光素子１２ａは、４つの位置表示用発光素子
１１ａの内側、具体的には発光素子１１ａの菱形内の２
頂点間に配置される。また、データ送信時には、発光素
子１２ａは点滅状態となり、点灯状態で”１”，消灯状
態で”０”を示す。

【００４５】図３は本実施形態におけるデータ通信方法
の原理を示す概念図である。

【００４６】同図に示すように、データ伝送においては
一度に１２個のＬＥＤを点滅させることにより、１２ビ
ットのデータを転送するようになっている。このデータ
発信を実現するために、データ処理装置１３が設けられ
ている。

【００４７】データ処理装置１４（図１）は、各センサ
３からのセンサ出力をマルチプレクサ２１で多重化しア
ンプ２２で増幅するとともに、アンプ出力をＰＣＭ（パ
ルス・コード・モジュレーション）装置２３でパルス符
号系列に変換してデータ送信用発光素子部１２に入力す
るようになっている。データ送信用発光素子部１２の各
発光素子１２ａは、入力されたパルス符号が１（１．５
Ｖ）のとき点灯し、０（０Ｖ）のとき消灯することにな
る。

【００４８】ここで、マルチプレクサ２１は、複数のデ
ータを合成して１つにまとめる装置であり、本実施形態
では、センサ３が接続されている。各センサ３出力が一
定周期で順次取得されて合成されるようになっている。
なお、マルチプレクサ２１の接続対象はセンサ３に限ら
れず、他の種類のデータ出力装置であってもよい。

【００４９】また、ＰＣＭ装置２３は、アナログのデー
タ信号をパルス符号系列に変換するパルス符号変調のた
めの装置であり、Ａ／Ｄ変換器２４と、データ処理用の
ＣＰＵ２５と、パルス符号系列を生成出力するデジタル
出力部２６とを備えている。ここで、デジタル出力部２
６は、シリアル・パラレル変換部２７を備える。このシ
リアル・パラレル変換部２７は、複数の発光素子１２ａ
によって複数ビット（本実施形態では１２ビット）のデ
ータを表示出力できるように、シリアルのパルス符号系
列をパラレル信号に変換する。なお、ＰＣＭ装置２３に
は、パルス位置変調（ＰＰＭ）、パルス間隔変調（ＰＳ
Ｍ、ＰＩＭ）、パルス時変調（ＰＴＭ）、パルス周波数
変調（ＰＦＭ）、パルス振幅変調（ＰＡＭ）、パルス幅
変調（ＰＤＭ）、パルス幅変調周波数変調（ＰＤＭＦ
Ｍ）、パルス密度変調（ＰＮＭ）などの種々のパルス変
調方式が適用可能である。さらに、入力されるデータが
デジタルデータの場合でも、パルス符号系列を生成可能
であり、その場合にはＡ／Ｄ変換器２４は不要である。

【００５０】次に、図１における位置計測機能付きデー
タ送受信装置２の構成を説明する。位置計測機能付きデ
ータ送受信装置２は、赤外線ＬＥＤからの赤外光のみを
通過させる赤外線フィルタ３１と、同フィルタ３１が取
り付けられたＣＣＤカメラなどからなる撮像素子３２
と、位置計測機能付きデータ受信装置本体３３と、表示
装置３４とからなる。

【００５１】位置計測機能付きデータ受信装置本体３３
は、ワークステーションやパーソナルコンピュータ等の
計算機にＡ／Ｄ変換器４１を含む拡張ボード及び画像信
号を処理する拡張ボードを備えたものであり、これらの
ハードウエアとソフトウェアとによって必要な機能手段
を実現する。なお、位置計測機能付きデータ受信装置本
体３３は、小型化／省電力化のためにワンボード化ある
いはワンチップ化してもよい。

【００５２】位置計測機能付きデータ受信装置本体３３
においては、撮像素子出力がＡ／Ｄ変換器４１によりＡ
／Ｄ変換され、そのＡ／Ｄ出力が画像処理部４２により
画像処理されて発光素子１１ａ，１２ａの座標が検出さ
れる。さらに、検出された発光素子座標に基づき、位置
計測部４３及びデータ解析部４４にて位置表示用データ
送信機能付きデータ送信装置１の位置検出及び同装置１
からのデータ取得がなされ、各データが位置・受信デー
タ格納部４５に格納され、表示データ処理部４６にて表
示処理されるようになっている。

【００５３】画像処理部４２は、画像処理ボード及びそ
の専用ソフトウエアから構成され、図４に示す機能を備
える。

【００５４】図４は本実施形態の位置計測機能付きデー
タ受信装置における画像処理部の構成例を示す図であ
る。

【００５５】同図に示すように、画像処理部４２は、撮
像素子３２のＡ／Ｄ変換出力を２値化処理部５１，収縮
拡大処理部５２，ラベル付け処理部５３，重心計算処理
部５４にて順次処理し、その処理結果を発光素子データ
分離部５５にて位置計測用データとデータ通信用データ
とに分離する。さらに、それぞれの分離データに対し、
位置検出用発光素子座標検出部５６又はデータ通信用発
光素子座標検出部５７により座標検出処理を施し、各デ
ータの座標値を位置計測部４３又はデータ解析部４４に
出力するようになっている。

【００５６】ここで２値化処理部５１は、しきい値を基
準としてＣＣＤ出力の各画素の階調データを２値データ
に変換する。これにより、濃淡画像が白黒画像に変換さ
れ、発光素子の点灯部分が白に、その他の部分が黒にな
る。

【００５７】収縮拡大処理部５２は、２値化処理された
白黒画像を一旦収縮し拡大することで、ノイズを除去す
る。

【００５８】ラベル付け処理部５３は、２値化画像を走
査し、発光素子画像に相当する白色画素のまとまり毎に
順番に番号をつける。これにより、各々の発光素子１１
ａ，１２ａが区別される。

【００５９】重心計算処理部５４は、ラベル付けされた
各白色画素のまとまりの重心を求めることにより、画像
上の各発光素子１１ａ，１２ａの座標を算出する。

【００６０】発光素子データ分離部５５は、発光素子画
像における位置表示用発光素子１１ａとデータ送信用発
光素子１２ａとを分離する。発光素子１１ａは発光素子
１２ａよりも外側に位置するため、撮影画像における上
下左右方向の一番外側にある発光素子画像が位置表示用
発光素子１１ａとなる。それ以外の発光素子画像がデー
タ送信用発光素子１２ａに対応する。なお、この分離
は、位置表示用発光素子１１ａが常時点灯し、かつ常に
データ送信用発光素子１２ａの外側にあることから可能
となる。

【００６１】位置検出用発光素子座標検出部５６は、発
光素子データ分離部５５で判別された位置表示用発光素
子１１ａの画像上の座標を検出する。

【００６２】データ通信用発光素子座標検出部５７は、
発光素子データ分離部５５で判別されたデータ送信用発
光素子１２ａの画像上の座標を検出する。

【００６３】このようにして、検出された各発光素子１
１ａ，１２ａの座標データは、それぞれ位置計測部４３
及びデータ解析部４４（図１）に入力され、更なる処理
が行われる。

【００６４】すなわち位置計測部４３は、画像処理部４
２より入力された各発光素子画像の座標をそれぞれ上下
左右の発光素子１１ａであると判別し、この発光素子座
標に基づき、かつ、三角法及びニュートン法を利用して
実空間における位置表示用データ送信機能付きデータ送
信装置の座標を算出する。さらに、この算出結果を表示
データ処理部４６に入力すると共に、位置・受信データ
格納部４５に保存する。

【００６５】ここで、位置計測部４３による位置計測処
理をより詳しく説明すると、次の通りである。すなわ
ち、位置表示用発光素子１１ａの座標点を点集合Ｐ1，
Ｐ2，Ｐ3，．．，Ｐnと考えると、各点間距離ｄijは、 ｄij＝｜Ｐi−Ｐj｜ …（１） ただし１≦ｉ，ｊ≦ｎ である。また、観測点（撮像素子がある場所）からの視
線ベクトルをｕ1，．．，ｕn（ただし｜ｕi｜＝１（１
≦ｉ≦ｎ））と定義する。

【００６６】このとき観察点と位置表示用発光素子１１
ａとの距離αiは、 αi＝｜Ｐi｜ …（２） ただしＰi＝αiｕiとして表すことができる。このとき
次の方程式が成立する。

【００６７】 ｜αiｕi−αjｕj｜＝｜Ｐi−Ｐj｜＝ｄij …（３） ただし１≦ｉ，ｊ≦ｎ したがって、この方程式が成り立つようなαiを求め
る。種々の求め方があるが、本実施形態では上記方程式
から次のような残差ｔijを考え、この残差ｔijを最小２
乗法を用いて最小にすれば、αiを求めることができ
る。

【００６８】

【数１】

【００６９】である。この非線形方程式を計算機で計算
する手法として上記のようにニュートン法という数値解
析手法を用いている。

【００７０】なお、本実施形態では、上記したように４
つの位置表示用発光素子１１ａのうち一つが同一平面上
にないことにより、正確な座標算出が可能である。仮
に、４つの位置表示用発光素子を同一平面に並べ、その
菱形において対角をなす左右２点を軸とし、ＣＣＤ撮像
面に対して前後に同一角度で回転した２つの位置につい
て考える。この２つの位置については撮像画像において
は区別がつかない。前方向、後方向に回転したときの撮
像面への投影結果が同じもとのなるためである。同様に
上下２発光素子を軸として左右に同角度で回転させた場
合も区別がつかない。本実施形態では、下側の発光素子
１１ａが、他の３点（これら３つは同一平面上にある）
と異なる平面上にあるため、上記不都合は生じない。

【００７１】次に、データ解析部４４は、画像処理部４
２から入力されたデータ送信用発光素子１２ａの座標よ
り、１２個の発光素子１２ａのうち何れが点灯し、消灯
しているかを計算する。その計算結果より、送信データ
を復元する。なお、各発光素子画像が何れの発光素子１
２ａに対応するかは、位置表示用発光素子１１ａとの位
置関係で判別される。

【００７２】また、データ解析部４４は、パラレル・シ
リアル変換部４７及びデマルチプレクサ４８を備え、送
信データの復元に当たり、パラレルデータからなる送信
データをパラレル・シリアル変換部４７でシリアルデー
タに変換する。さらに、変換されたシリアルデータをデ
マルチプレクサ４８によって各センサ３毎のデータに分
離して表示データ処理部４６に入力し、また、位置・受
信データ格納部４５に格納する。

【００７３】表示データ処理部４６は、位置計測部４３
及びデータ解析部４４から入力された位置データ及び受
信データに基づいて、位置表示用データ送信機能付きデ
ータ送信装置１の位置を示す画面を作成すると共に、同
画面にさらに受信データを表示させるようにして表示装
置３４に表示出力する。

【００７４】次に、以上のように構成された本実施形態
における位置計測機能付きデータ通信システムの動作に
ついて説明する。このシステムでは、まず、通信相手に
取り付けられた位置表示用データ送信機能付きデータ送
信装置１において、センサ３からの転送データがデータ
処理装置１３においてデジタル化される。さらに、デー
タ処理装置１３からのパルス波形系列に従ってデータ送
信用発光素子１２ａが位置計測機能付きデータ受信装置
２の撮像素子３２に向けて点滅する。このとき、位置表
示用発光素子１１ａは常時点灯状態となっている。

【００７５】ここで、本実施形態では発光素子１１ａ，
１２ａとして赤外線ＬＥＤを使用する場合を想定してお
り、他の発光体等の影響を除去するために、赤外線フィ
ルタ３１を介して位置計測機能付きデータ受信装置２の
撮像素子３２で撮像される。

【００７６】撮像結果は、Ａ／Ｄ変換され、さらに画像
処理部４２にて画像処理アルゴリズム（２値化、拡大縮
小、ラベリングなど）による発光素子座標検出が行われ
る。画像処理部４２にて検出され、位置検出用及びデー
タ受信用に分離された発光素子座標値は、それぞれ位置
計測部４３及びデータ解析部４４に入力されて、位置検
出及びデータ取り出しが実行される。これにより、位置
表示用データ送信機能付きデータ送信装置１が取り付け
られた通信相手の位置と、当該物体からの送信データと
が取得されることになる。

【００７７】取得された位置データ及び受信データは、
位置・受信データ格納部４５に保存され、必要な場合に
取り出されて利用される。また、これらのデータは表示
装置３４から表示出力され、システム使用者の利用に供
される。

【００７８】次に、上記データ送受信における特徴を説
明する。本実施形態では、データ送信は、発光体（発光
素子１２ａ）の点滅によって行われる。したがって、単
位時間当たりのデータ転送量Ｈは、発光体数の数ｎ（本
実施形態では１２個）と点滅周波数ωpを用いて、 Ｈ＝ｎωp …（７） と表される。発光体の点滅周波数は、サンプリング定理
により、撮像素子が１フレームの画像を取得するサンプ
リング周波数ωiの半分以下でなければならない。した
がって、データ転送量は（８）式のようにも記述でき
る。

【００７９】 Ｈ＜ｎωi／２ …（８） 固体撮像デバイス（ＣＣＤ）は、代表的なイメージセン
サであるが、その原理ゆえ、サンプリング周波数を高く
するには限界がある。このため、撮像素子３２としてＣ
ＣＤイメージセンサを用いたときにデータ転送量Ｈを上
げるには、データ送信用発光素子１１ａの数ｎを大きく
する必要がある。なお、データ転送量をいとわなければ
このｎは１でもよく、その場合には、データ送受信前後
におけるシリアルパラレル変換及びパラレルシリアル変
換は不要となる。

【００８０】一方、ＣＣＤに代え、撮像素子３２として
ＣＭＯＳ撮像素子やフォトダイオードアレイのようなイ
メージセンサを用いれば、高いサンプリング周波数を実
現できるため、高速なデータ送受信が可能となる。しか
し、これらはＣＣＤほど多くの画素を有していないた
め、解像度の高い画像を得ることは難しく、データ送信
に用いる発光素子１２ａの数ｎを大きくすることができ
ない。以上から、データ転送量に応じて、発光体の数、
撮像素子３２の種類を適宜決定する。

【００８１】なお、テレビカメラを撮像素子３２として
用いる場合は、データ転送レートはビデオレートである
３０Ｈｚに限定される。しかし、ｎ個の発光素子１２ａ
を使用することで、（７）式から単位時間あたりのデー
タ転送量を３０×Ｎ（ビット）とすることが可能とな
る。なお、ＣＣＤセンサの場合もサンプリング周波数を
ビデオレート以上確保できる。

【００８２】次に、発光素子１１ａ，１２ａの種類につ
いて説明する。本実施形態では、発光素子１１ａ，１２
ａとして、赤外線ＬＥＤを用いるとしたが、発光素子の
種類は、目的や使用状況に応じて選択する。

【００８３】基本的には、発光素子１１ａ，１２ａは、
高輝度で指向性の高いものが望ましく、加えてデータ送
信用発光素子１２ａは輝度の立ち上がり立ち下がり速度
が速いものが望ましい。

【００８４】現実的には、システムの使用環境やコスト
を考慮し、位置表示用データ送信機能付きデータ送信装
置１と位置計測機能付きデータ受信装置２との距離に応
じて適宜選択する。距離が数メートルの場合は、低コス
ト／低消費電力で発光強度の小さい「赤外線ＬＥＤ」を
使用し、それ以上の距離の場合には高輝度なレーザダイ
オードを用いるとよい。さらに、レーザダイオードに代
えて気体レーザなどの他の種類のレーザを用いてもよ
い。

【００８５】なお、各発光素子１１ａ，１２ａにおける
配置間隔をあまりにも狭くすると、位置計測やデータ送
受信のエラーの原因となる。そこで、システムを用いる
環境や撮像素子に取り付けるレンズ、発光素子の指向性
の度合いに応じて、発光素子の配置間隔を適宜決定す
る。

【００８６】上述したように、本発明の実施形態に係る
位置計測機能付きデータ通信システムは、位置表示用発
光素子部１１及びデータ送信用発光素子部１２を通信相
手に取り付けられるべき位置表示用データ送信機能付き
データ送信装置１に設け、光を用いて通信相手の位置及
びデータ送受信を行うようにしたので、電波事情と無関
係に位置測定とデータ通信とを同時に実現させることが
できる。

【００８７】したがって、本システムは、電波の利用が
制限される病院や強力な電磁波にさらされる宇宙空間な
どでも使用することができる。

【００８８】また、本実施形態の位置計測機能付きデー
タ受信装置２においては、比較的簡単な画像処理を施す
だけで発光素子画像を解析できるため、位置検出とデー
タ受信をリアルタイム処理で実現することができる。

【００８９】さらに、本実施形態の位置表示用データ送
信機能付きデータ送信装置１においては、位置表示用の
発光素子１１ａを同一平面のみに配置することなく、少
なくとも１つの発光素子１１ａを他の複数の発光素子１
１ａとは異なる平面に配置させるようにしたので、通信
相手が平行移動しつつ回転するような場合でも的確かつ
正確に位置計測することができる。したがって、このよ
うな特徴を持った位置表示装置あるいは位置表示用デー
タ送信機能付きデータ送信装置を備えるシステムでは、
通信相手の移動状態に関係なく高精度に位置測定するこ
とができる。

【００９０】なお、本実施形態では発光素子１１ａ．１
２ａとして赤外線ＬＥＤを用いたので、位置計測機能付
きデータ受信装置側では赤外線フィルタ３１を用いるよ
うにしたが、本発明はこのような場合に限られるもので
はない。たとえば他の光源が存在しないような環境では
フィルタ自体が不要であるし、また、発光素子１１ａ，
１２ａの発光波長が他の波長域であるような場合には、
その波長域の光のみを通過するフィルタを用いるように
すればよい。

【００９１】また、本実施形態では、位置表示用データ
送信機能付きデータ送信装置１が送信するデータをセン
サ３からのデータとしたが、本発明における通信データ
は、このようなセンサデータに限られるものではなく、
あらゆる種類のデータとすることができる。さらに、本
実施形態では、センサ３からのアナログデータを送信し
たため、データ処理装置においてＡ／Ｄ変換器２４が必
要であったが、元々デジタル化されているデータを送信
することも可能である。この場合には、アンプ２２及び
Ａ／Ｄ変換器２４は不要であり、デジタルデータをＣＰ
Ｕ２５で処理してパルス符号化変調すればよい。さら
に、実施形態では複数センサデータを送受信したので、
送受信側においてマルチプレクサ２１及びデマルチプレ
クサ４８が用いられたが、送受信データの種類によって
はこれらのマルチプレクサ２１及びデマルチプレクサ４
８は不要である。

【００９２】なお、図１では、位置表示用データ送信機
能付きデータ送信装置１及び位置計測機能付きデータ受
信装置２を１台づつ示したが、これらをそれぞれ１台及
び又は複数台設けてシステムを構成してもよい。

【００９３】また、本実施形態においては、各発光素子
が単色（赤外線）の場合を扱い、画像処理も白黒画像と
して取り扱うようにしたが、本発明はカラー画像の場合
でも実施可能である。以下、カラー画像を用いる場合の
変形例を説明する。なお、この変形例は、第２の実施形
態以降に対しても同様な考え方で適用できるものであ
る。

【００９４】図５は本実施形態の変形例としてカラー画
像を扱う場合における、位置計測機能付きデータ受信装
置の画像処理部の構成例を示す図である。

【００９５】同図に示すように、カラー画像の場合に
は、画像処理部４２Ｃに色分解処理部５９が設けられ、
ＲＧＢに分解された各データがそれぞれに対応する２値
化処理部５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに入力される。ＲＧＢ
毎の各処理部５１Ｒ〜５７Ｒ，５１Ｇ〜５７Ｇ，５１Ｂ
〜５７Ｂが図４の対応部分と同様な処理を実現すること
で、カラー画像処理が実現できる。なお、色分解処理部
５９に代えて、Ａ／Ｄ変換器４１〜画像処理部４２Ｃ間
にカラーフィルタを用いるようにしてもよい。

【００９６】カラー処理を可能にすることで以下のよう
なメリットがある。

【００９７】まず、データ送信用発光素子１１ａと位置
表示用発光素子１２ａとで異なる色の発光素子を用い、
カラー撮像素子で撮像すると共に、発光素子の色の違い
を考慮した処理を行えば、データ送信用発光素子１１ａ
と位置表示用発光素子１２ａとをより容易に分離するこ
とができ、処理を高速化することができる。

【００９８】また、近距離用、遠距離用の２種類の位置
表示用発光素子を用いれば位置検出精度を向上させるこ
とができるが、この場合に、近距離用と遠距離用とで異
なる色を用いれば、発光素子分離が容易になる。

【００９９】なお、図５におけるＲＧＢ処理系はそれぞ
れ並列処理であるので、ＣＰＵが複数ある計算機では効
率的、高速な処理を実現することができる。

【０１００】（発明の第２の実施の形態） 本実施形態は、第１の実施形態の画像処理部４２の構成
を改良したものである。これにより、発光素子１１ａ，
１２ａの座標検出を一層高速に実行できる。

【０１０１】図６は本発明の第２の実施形態に係る位置
計測機能付きデータ受信装置における画像処理部の構成
例を示す図であり、図４と同一部分には同一符号を付し
てその説明を省略する。

【０１０２】本実施形態の位置計測機能付きデータ通信
システムは、画像処理部５５ａの機能が図６に示すよう
に修正される他、第１の実施形態と同様に構成されてい
る。

【０１０３】画像処理部４２ａは、Ａ／Ｄ変換器４１か
ら撮影画像を入力し、当該画像から位置表示用発光素子
１１ａの座標及びデータ通信用発光素子１２ａの座標を
検出してそれぞれ位置計測部４３及びデータ解析部４４
に出力する。このために２値化処理部５１、収縮拡大処
理部５２及び発光素子データ分離部５５ａを備えてい
る。

【０１０４】２値化処理部５１及び収縮拡大処理部５２
は、第１の実施形態と同様に構成されている。

【０１０５】発光素子データ分離部５５ａは、ノイズ除
去された２値化画像から位置表示用発光素子１１ａ及び
データ通信用発光素子１２ａを抽出分離し、その座標を
出力する。このために、最外位置発光素子検出部５０
と、ラベル付け処理部５３ａと、重心処理部５４ａと、
位置表示用発光素子座標検出部５６ａと、データ通信用
発光素子座標検出部５７ａとを備えている。

【０１０６】最外位置発光素子検出部５０は、ノイズ除
去された２値化画像に対し、上下左右の最外位置から順
次走査を行って白色画素のまとまりを検出する。この処
理は画像領域全体に対して行うのではなく、例えば上外
側からの検出でまとまりが検出されれば、次に下外側か
らの走査処理に移るというように、上下左右最外位置の
４つのまとまりを検出できる最小限の走査を行う。最外
位置発光素子検出部５０は、この４つの白色画素まとま
りを位置表示用発光素子画像としてラベル付け処理部５
３ａに入力する。

【０１０７】ラベル付け処理部５３ａは、最外位置発光
素子検出部５０から４つの位置表示用発光素子画像を入
力された場合には、これらの各まとまりに位置表示用発
光素子画像であると識別できる番号を付けて重心計算処
理部５４ａに出力する。

【０１０８】また、ラベル付け処理部５３ａは、データ
通信用発光素子座標検出部５７ａからデータ通信用発光
素子が存在すると予想される座標（推定座標）を受け取
ったときには、当該座標付近における適宜なサイズの領
域を２値化画像において走査し、白色画素まとまりを検
出する。白色画素まとまりが検出できた場合には、これ
らの各まとまりにデータ通信用発光素子画像であると識
別できる番号を付けて重心計算処理部５４ａに出力す
る。

【０１０９】重心計算処理部５４ａは、第１の実施形態
と同様な処理を行う他、白色画素まとまりが位置表示用
発光素子画像であるときには、その結果を位置表示用発
光素子座標検出部５６ａに出力し、データ通信用発光素
子画像であるときには、データ通信用発光素子座標検出
部５７ａに出力する。

【０１１０】位置表示用発光素子座標検出部５６ａは、
重心計算結果に基づいて位置表示用発光素子１１ａの画
像上の座標を検出し、位置計測部４３及びデータ通信用
発光素子座標検出部５７ａに出力する。

【０１１１】データ通信用発光素子座標検出部５７ａ
は、重心計算結果に基づいてデータ送信用発光素子１２
ａの画像上の座標を検出し、データ解析部４４へ出力す
る。また、位置表示用発光素子座標検出部５６ａから位
置表示用発光素子１１ａの画像上の座標を受け取った場
合には、データ通信用発光素子１２ａの推定座標を算出
し、ラベル付け処理部５３ａに入力する。

【０１１２】この推定座標の算出は、各位置表示用発光
素子１１ａと各データ通信用発光素子１２ａと間におけ
る相対的な位置関係が既知であることに基づいている。
本実施形態（第１実施形態でも同様）では、データ通信
用発光素子１２ａの外側に位置表示用発光素子１１ａが
存在し、これらの４つの発光素子１１ａは図７に示すよ
うに、方形の撮影画像領域に対し４５度回転した方形を
なしている。

【０１１３】図７は位置表示用発光素子とデータ通信用
発光素子の位置関係を説明する図である。

【０１１４】データ通信用発光素子１２ａは、対角をな
す２点の位置表示用発光素子１１ａ間に一直線に配置さ
れている。なお、データ通信用発光素子１２ａの配置
は、上下間でも左右間でもよいが、本実施形態では、図
７に示すように左右最外位置にある２つの位置表示用素
子１１ａ間に配置される。さらに、データ通信用発光素
子１２ａの配置は、位置表示用素子１１ａがなす図形の
内側であれば種々の形態が考えられる。

【０１１５】さて、本実施形態の場合、図７に示すよう
に、左右２点の位置表示用発光素子１１ａ間の直線配置
であるため、２値化画像上の位置表示用発光素子の座標
さえわかればデータ通信用発光素子１２ａが存在すべき
座標は容易に推定できる。データ通信用発光素子座標検
出部５７ａはこの推定処理を行い、ラベル付け処理部５
３ａはこの推定座標に基づいて一定の領域のみを走査す
る。この結果、２値化画像全体を走査する必要がなく、
高速な画像処理が実現される。

【０１１６】次に、図８を用いて本実施形態における発
光素子データ分離部５５ａにおける座標検出の処理流れ
を説明する。

【０１１７】図８は発光素子分離部における処理を示す
流れ図である。

【０１１８】まず、収縮拡大処理部５２にてノイズ除去
された２値化画像が発光素子データ分離部５５ａに入力
されると、最外位置発光素子検出部５０において上下左
右の最外位置にある白色画素まとまりが検出される（ｓ
１）。

【０１１９】この検出結果は、ラベル付け処理部５３ａ
にて番号付けされ（ｓ２）、重心計算処理部５４ａにて
重心計算される（ｓ３）。

【０１２０】この重心計算結果に基づき、位置表示用発
光素子座標検出部５６ａにて位置表示用発光素子の座標
が検出される。さらに、この検出された位置表示用発光
素子の座標に基づいて、データ通信用発光素子座標検出
部５７ａにおいてデータ通信用発光素子の座標が推定さ
れ、ラベル付け処理部５３ａに入力される（ｓ４）。

【０１２１】次に、ラベル付け処理部５３ａにより、推
定座標近辺のみが２値化画像において走査され、検出さ
れた白色画素まとまりに番号が付され（ｓ５）、さらに
重心計算が行われる（ｓ６）。

【０１２２】ステップｓ６で重心計算された結果は、デ
ータ通信用発光素子座標検出部５７ａに入力され、デー
タ通信用発光素子の座標が取得される（ｓ７）。

【０１２３】そして、位置表示用発光素子座標検出部５
６ａ及びデータ通信用発光素子座標検出部５７ａから各
座標値が位置計測部４３及びデータ解析部４４に出力さ
れることになる（ｓ８）。

【０１２４】上述したように、本発明の実施形態に係る
位置計測機能付きデータ受信装置は、第１実施形態と同
様な構成を設けた他、位置表示用発光素子とデータ通信
用発光素子の位置関係を利用して、２値化画像の全領域
を走査することなく、各座標を検出できるようにしたの
で、高速に画像処理を行うことができ、応答性の高いシ
ステムを実現させることができる。

【０１２５】また、画像処理速度が速いので、同様な応
答性を確保する場合にはデータ送信用発光素子の数を増
やすことができ、データ伝送速度を高くすることができ
る。

【０１２６】（発明の第３の実施の形態） 本実施形態は、第１又は第２の実施形態の位置計測機能
付きデータ通信システムを病院内モニタリングシステム
に利用するものである。

【０１２７】図９は本発明の第３の実施形態に係る病院
内モニタリングシステムの一構成例を示すブロック図で
あり、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略
し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１２８】この病院内モニタリングシステムは、病院
内に撮像素子３２としての撮像用カメラ６４が多数配置
され、また、位置表示用データ送信機能付きデータ送信
装置１が患者に対応して多数設けられる他、第１又は第
２の実施形態の位置計測機能付きデータ通信システムと
同様に構成されている。

【０１２９】図９において、各ＬＥＤが搭載されたメガ
ネ型フレーム６１、処理回路＆バッテリーパック６２及
びデータ送信＆電力供給用ケーブル６３により、図１に
おける位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置１
が構成されている。これらは被検出対象の患者に装着さ
れる。また、患者には、図１のセンサ３として体温計及
び心拍計が装着される（図示せず）。さらに、特に図示
しないが、位置表示用データ送信機能付きデータ送信装
置１は体温計及び心拍計からのセンサデータのみなら
ず、センサデータと共に、患者の識別データをも送信す
るようになっている。

【０１３０】一方、位置計測機能付きデータ受信装置本
体３３及び表示装置３４（ＣＲＴ）は、図９に示すよう
に、病院内の監視センターに設けられ、撮像素子３２と
しての監視用カメラ６４は複数台設けられる。これらに
より位置計測機能付きデータ受信装置２が構成される。
複数台の監視用カメラ６４に対して処理能力が足りない
場合には、例えば各監視用カメラ６４に対応して、位置
計測機能付きデータ受信装置本体３３が複数台設けられ
る。なお、位置計測機能付きデータ受信装置本体３３が
複数台設けられる場合には、各位置計測機能付きデータ
受信装置本体３３をネットワーク接続し、患者の識別デ
ータに基づいて、患者毎のデータに整理してＣＲＴ３４
から表示出力するようにする。

【０１３１】このように構成されて病院内モニタリング
システムでは、病院内における患者のモニタリングが行
われる。すなわち病院内を移動する患者には、位置表示
用データ送信機能付きデータ送信装置１及びセンサ３が
装着される。一方、監視センター（ナースステーション
等）では、患者の居場所がモニタリングされながら、そ
の患者の心拍数や体温がチェックされる。患者に異常が
生じた場合には、現場に看護婦が急行する。

【０１３２】上述したように、本発明の実施形態に係る
病院内モニタリングシステムは、位置表示用データ送信
機能付きデータ送信装置１及び位置計測機能付きデータ
受信装置２を設けたので、電波使用制限のある病院内で
も患者の位置と状態をモニタリングすることができる。

【０１３３】（発明の第４の実施の形態） 本実施形態は、第１又は第２の実施形態の位置計測機能
付きデータ通信システムを人工衛星ドッキングシステム
に利用するものである。本実施形態では人工衛星ドッキ
ングシステムのうち、人工衛星と基地局とがドッキング
する場合を説明する。

【０１３４】図１０は本発明の第４の実施形態に係る移
動体ドッキングシステムの一構成例を示すブロック図で
あり、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略
し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１３５】この移動体ドッキングシステムは、人工衛
星ドッキングシステムとして構成され、人工衛星７１と
基地局７２に組み込まれている。

【０１３６】人工衛星７１は、位置表示用データ送信機
能付きデータ送信装置１と、位置計測機能付きデータ受
信装置２と、ドッキング装置７３と、速度制御姿勢制御
装置７４を少なくとも備える。一方、基地局７２は、位
置表示用データ送信機能付きデータ送信装置１と、位置
計測機能付きデータ受信装置２と、ドッキング装置７３
と、トッキング指令装置７５を少なくとも備える。ここ
で、人工衛星７１及び基地局７２が備える位置表示用デ
ータ送信機能付きデータ送信装置１及び位置計測機能付
きデータ受信装置２は、発光素子１１ａ，１２ａにレー
ザダイオードが使用され、赤外線フィルタ３１が除去さ
れる他、第１の実施形態と同様に構成されている。

【０１３７】トッキング指令装置７５は、人工衛星７１
にドッキング動作のための各種指令を与えるために、同
指令信号を位置表示用データ送信機能付きデータ送信装
置１に与えて人工衛星７１に向けて送信させる。

【０１３８】人工衛星７１及び基地局７２に搭載される
ドッキング装置７３は、位置計測機能付きデータ受信装
置２や速度制御姿勢制御装置７４等から取得される人工
衛星の速度・姿勢データや、ドッキング指令装置７５に
由来する各種指令とに基づいて、ドッキングを実現す
る。

【０１３９】速度制御姿勢制御部７４は、基地局の位置
データ及び指令信号を自己の位置計測機能付きデータ受
信装置２から取得して、速度姿勢制御を行うと共に、そ
の速度・姿勢データを自己のトッキング装置７３及び位
置表示用データ送信機能付きデータ送信装置１に与え
る。

【０１４０】このように構成された移動体ドッキングシ
ステムにおいては、基地局７２のドッキング指令装置７
５から、位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置
１及び位置計測機能付きデータ受信装置２を介し、人工
衛星７１の速度制御姿勢制御装置７４に各種指令及び基
地局位置が通知される。

【０１４１】この通知に基づき、速度制御姿勢制御装置
７４により人工衛星７１の速度姿勢制御がなされ、その
結果が位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置１
及び位置計測機能付きデータ受信装置２を介し、基地局
７２に通知される。

【０１４２】双方のドッキング装置７３では、各々の位
置計測機能付きデータ受信装置２からの通知により、人
工衛星７１の速度や姿勢及び基地局の位置が監視されて
おり、所定のタイミングで装置を稼動させ、ドッキング
が実行される。

【０１４３】なお、図１１にドッキングを行う人工衛星
と基地局の様子を示す。

【０１４４】上述したように、本発明の実施形態に係る
移動体ドッキングシステムは、位置表示用データ送信機
能付きデータ送信装置１及び位置計測機能付きデータ受
信装置２を設けたので、強力な電磁波にさらされる人工
衛星のドッキングシステムを実現させることができる。

【０１４５】（発明の第５の実施の形態） 本実施形態は、第４実施形態同様、第１又は第２の実施
形態の位置計測機能付きデータ通信システムを人工衛星
ドッキングシステムに利用するものである。本実施形態
では人工衛星ドッキングシステムのうち、人工衛星同士
がドッキングする場合を説明する。

【０１４６】図１２は本発明の第５の実施形態に係る移
動体ドッキングシステムの一構成例を示すブロック図で
あり、図１及び図１０と同一部分には同一符号を付して
説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【０１４７】この移動体ドッキングシステムは、人工衛
星同士のドッキングシステムとして構成され、人工衛星
７１（Ａ），７１（Ｂ）に組み込まれている。各人工衛
星７１は第４の実施形態と同様に構成されている。

【０１４８】しかし、各人工衛星Ａ，Ｂがお互いに自己
の速度と姿勢を通知し合って、これらのデータに基づい
て速度姿勢制御を行ったのでは、相対位置が収束せず、
いつまでもドッキングを行うことができない。

【０１４９】そこで、一方が主、他方が従となり、何れ
かの人工衛星が主導し、第４の実施形態における基地局
７２として動作するように地上基地局７９から指令信号
を与える。これにより、地上基地局７２の指令を受けた
後は所定条件で第４の実施形態と同様な状態となる。

【０１５０】なお、この指令の与え方は種々のケースが
考えられる。例えば両衛星７１が所定の距離以内となっ
た後に、上記主従状態となるようにしてもよい。また、
地上基地局指令によらず予め定められた関係により予め
主となる人工衛星が決まるようになっていてもよい。

【０１５１】また、状況によっては一方の人工衛星７１
は位置計測やデータ通信のみでよい場合もある。種々の
ケースが考えられるが、どのような組み合わせとなって
もよいように各人工衛星７１には、位置表示用データ送
信機能付きデータ送信装置１及び位置計測機能付きデー
タ受信装置２の双方が搭載されている。

【０１５２】なお、図１３にドッキングを行う２つの人
工衛星の様子を示す。

【０１５３】上述したように、本発明の実施形態に係る
移動体ドッキングシステムは、位置表示用データ送信機
能付きデータ送信装置１及び位置計測機能付きデータ受
信装置２を設けたので、ドッキング相手の人工衛星の位
置を画像計測しながら、その速度データを光伝送する人
工衛星同士のドッキングシステムを実現させることがで
きる。

【０１５４】なお、本発明は、上記各実施形態に限定さ
れるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変
形することが可能である。また、各実施形態は可能な限
り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わ
された効果が得られる。

【０１５５】例えば第４，第５の実施形態では人工衛星
のドッキングを例にとって説明したが、本発明を適用で
きるのは人工衛星に限られず、各種の宇宙船や宇宙ステ
ーション等の宇宙空間移動体や宇宙空間設置体に適用で
きる。また、位置表示用データ送信機能付きデータ送信
装置１及び位置計測機能付きデータ受信装置２を備える
宇宙空間移動体や宇宙空間設置体は、宇宙空間でも特に
電波障害が激しく電波通信が全く不能な場所でも通信及
び位置測定を行うことができる。このような場合には、
出力の高いガラスレーザや気体レーザを発光素子１１
ａ，１２ａとして搭載しておけば、通信等の有効距離を
大きくすることができる。

【０１５６】

【実施例】上記実施形態に示す位置計測機能付きデータ
通信システムを実現するために、以下のような実験装置
を用いて実験を行い、本発明の実施可能性を確認した。

【０１５７】本実施例に係る位置計測機能付きデータ通
信システムは、位置測定用赤外線ＬＥＤ、データ通信用
赤外線ＬＥＤ、Ａ／Ｄ変換機、ＣＣＤカメラ、赤外線フ
ィルタ等を少なくとも含み、実施形態で説明したシステ
ムの原型をなすものである。

【０１５８】この実験装置は、光学実験レールの片端に
撮像素子を固定し、他端にＸＹＺステージと回転ステー
ジを取りつけ、その上に発光素子を取りつけた通信相手
を置いて構成させた。こうして通信相手の前後左右上下
移動、回転移動が自由に行えるようにした。なお今回の
実験では発光素子に赤外線ＬＥＤ、撮像素子にＣＣＤカ
メラを用いた。またカメラに赤外線透過フィルターを取
りつけ、ＬＥＤ光だけが撮影できるようにした。

【０１５９】位置計測時には、通信相手上に取りつけた
４個の赤外線ＬＥＤを、赤外線フィルタを介してＣＣＤ
カメラで撮影した。次にその画像から各素子の重心位置
を求め、三角法を使って通信相手の位置をリアルタイム
で算出した。

【０１６０】まずＣＣＤカメラの光軸（Ｚ軸）に沿った
並行移動に関して測定誤差を評価した。カメラとの距離
がｚの場所に通信相手を置き、同場所での位置計測結果
と実際の位置との誤差を求めた（なおｚは、０．３０ｍ
から０．８５ｍまで０．０５ｍ間隔で変化させた）。

【０１６１】図１４は位置計測結果を示す図である。こ
こで、同図（ａ）は測定系の座標を示し、同図（ｂ）は
ＣＣＤカメラと発光素子との距離ｚに対する測定誤差を
示す。なお、図１４（ｂ）における横軸ｚはカメラから
通信相手までの距離ｚ、縦軸は位置測定結果と実際の位
置との誤差である。さらに、同図（ｃ）〜（ｅ）は距離
ｚが一定の場合におけるｘｙ平面上の測定誤差を示す。

【０１６２】図１４（ｂ）から、カメラと通信相手との
距離に比例して誤差が大きくなることが明らかである。
カメラとの距離が０．３０ｍ、０．５５ｍ、０．７５ｍ
の際に大きな誤差が測定されたが、これは撮影された画
像を画素データに変換するときに生じる量子化誤差が原
因と思われる。しかし同誤差は１０ｍｍ以下であり、実
現すべきシステムにおいては許容範囲内と考えられる。

【０１６３】次に、光軸に垂直な方向（Ｘ軸、Ｙ軸）に
通信相手を移動したときの測定誤差を評価した。結果は
上記図１４（ｃ）〜（ｅ）に示されている。

【０１６４】図１４（ｃ）〜（ｅ）においては、カメラ
から通信相手までの距離が０．３０ｍ、０．５０ｍ、
０．８０ｍの場合の誤差が示されている。図中の横軸は
Ｘ軸、縦軸はＹ軸、そして色の濃淡は誤差の大きさを示
している（色が暗いほど誤差が大きい）。図１４（ｃ）
〜（ｅ）から、いずれの場合においても光軸付近で誤差
がほぼゼロだが、光軸から離れるほど誤差が大きくなる
ことがわかる。しかし、その誤差は４ｍｍ以内であっ
た。

【０１６５】次にデータ転送の実験を行った。今回使用
した実験装置では、データ伝送用の光源として１２個の
赤外線ＬＥＤを通信相手に取りつけた。それぞれのＬＥ
Ｄは送信データの各ビットに対応しているので、本装置
は３６０（ビット／秒）の速度でデータを送ることがで
きる。

【０１６６】図１５は本実施例の実験装置で送受信した
信号の一例を示す図である。

【０１６７】同図（ａ）に示すように、送信側に与えた
信号は振幅１．４Ｖ、周波数０．６Ｈｚ、バイアス電圧
−０．２Ｖの正弦波である。同図（ｂ）に示す受信信号
においては多少の歪みが観察されるが、元データはほぼ
正確に伝送されていることがわかる。

【０１６８】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、位
置測定とデータ通信とを電波事情と無関係に同時に実現
させることができる位置表示用データ送信機能付きデー
タ送信装置、位置計測機能付きデータ受信装置、位置計
測機能付きデータ通信システム、病院内モニタリングシ
ステム、移動体ドッキングシステム、および宇宙空間移
動体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る位置計測機能付
きデータ通信システムの一構成例を示すブロック図。

【図２】同実施形態における位置測定方法の原理を示す
概念図。

【図３】同実施形態におけるデータ通信方法の原理を示
す概念図。

【図４】同実施形態の位置計測機能付きデータ受信装置
における画像処理部の構成例を示す図。

【図５】同実施形態の変形例としてカラー画像を扱う場
合における、位置計測機能付きデータ受信装置の画像処
理部の構成例を示す図。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る位置計測機能付
きデータ受信装置における画像処理部の構成例を示す
図。

【図７】位置表示用発光素子とデータ通信用発光素子の
位置関係を説明する図。

【図８】発光素子分離部における処理を示す流れ図。

【図９】本発明の第３の実施形態に係る病院内モニタリ
ングシステムの一構成例を示すブロック図。

【図１０】本発明の第４の実施形態に係る移動体ドッキ
ングシステムの一構成例を示すブロック図。

【図１１】ドッキングを行う人工衛星と基地局の様子を
示す図。

【図１２】本発明の第５の実施形態に係る移動体ドッキ
ングシステムの一構成例を示すブロック図。

【図１３】ドッキングを行う２つの人工衛星の様子を示
す図。

【図１４】同実施例における位置計測結果を示す図。

【図１５】同実施例の実験装置で送受信した信号の一例
を示す図。

【図１６】光を用いて位置計測とデータ通信とを同時に
行う技術の概要を示す図。

【図１７】位置計測機能付きデータ通信システムの従来
例を示す図。

【符号の説明】

１…位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置 ２…位置計測機能付きデータ送受信装置 ３…センサ １１…位置表示用発光素子部 １１ａ…位置表示用発光素子 １２…データ送信用発光素子部 １２ａ…データ送信用発光素子 １３…データ処理装置 １４…電源 ２１…マルチプレクサ ２２…アンプ ２３…ＰＣＭ装置 ２４…Ａ／Ｄ変換器 ２５…ＣＰＵ ２６…デジタル出力部 ２７…シリアル・パラレル変換部 ３１…赤外線フィルタ ３２…撮像素子 ３３…位置計測機能付きデータ受信装置本体 ３４…表示装置 ４１…Ａ／Ｄ変換器 ４２…画像処理部 ４３…位置計測部 ４４…データ解析部 ４５…位置・受信データ格納部 ４６…表示データ処理部 ５０…最外位置発光素子検出部 ５１…２値化処理部 ５２…収縮拡大処理部 ５３…ラベル付け処理部 ５４…重心計算処理部 ５５…発光素子データ分離部 ５６…位置検出用発光素子座標検出部 ５７…データ通信用発光素子座標検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/22 (56)参考文献 特開 平７−98380（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−183103（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−168956（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−318913（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−288829（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−208606（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−52703（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 A61B 5/00 102 G01V 8/10 H04B 10/00 H04B 10/22

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置を計測させるために発光する複数の
   位置表示用発光部材と、 点滅することによりデータを送信する１以上のデータ送
   信用発光部材とを備え、 前記複数の位置表示用発光部材は、さらにそれぞれ複数
   の位置表示用発光部材からなる２以上のグループを形成
   し、各グループ毎に異なる波長の光を発する発光体であ
   ることを特徴とする位置表示用データ送信機能付きデー
   タ送信装置。
2. 【請求項２】 位置を計測させるために発光する複数の
   位置表示用発光部材と、 点滅することによりデータを送信する１以上のデータ送
   信用発光部材と、 送信すべきデータを前記データ送信用発光部材に点滅表
   示させるように、前記データ送信用発光部材に対して送
   信データを送出するデータ送出手段とを備え、 前記複数の位置表示用発光部材は、さらにそれぞれ複数
   の位置表示用発光部材からなる２以上のグループを形成
   し、各グループ毎に異なる波長の光を発する発光体であ
   ることを特徴とする位置表示用データ送信機能付きデー
   タ送信装置。
3. 【請求項３】 位置を計測させるために発光する複数の
   位置表示用発光部材と、 点滅することによりデータを送信する１以上のデータ送
   信用発光部材と、 送信すべきデータを前記データ送信用発光部材に点滅表
   示させるように、前記データ送信用発光部材に対して送
   信データを送出するデータ送出手段と、 測定対象物に関するデータを取得するセンサ手段とを備
   え、 前記データ送出手段は、前記センサ手段により取得され
   たデータを前記データ送信用発光部材に送出し、 前記複数の位置表示用発光部材は、さらにそれぞれ複数
   の位置表示用発光部材からなる２以上のグループを形成
   し、各グループ毎に異なる波長の光を発する発光体であ
   ることを特徴とする位置表示用データ送信機能付きデー
   タ送信装置。
4. 【請求項４】 前記位置表示用発光部材及び前記データ
   送信用発光部材は、固体発光素子又はレーザからなるこ
   とを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載
   の位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置。
5. 【請求項５】 前記位置表示用発光部材と前記データ送
   信用発光部材とは、異なる波長の光を発する発光体であ
   ることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に
   記載の位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置。
6. 【請求項６】 位置表示用データ送信機能付きデータ送
   信装置における発光点を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段により撮像された画像をＡ／Ｄ変換するＡ
   ／Ｄ変換器と、 前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたデジタル画像に基づ
   き、位置表示用の発光点とデータ送信用の発光点とを抽
   出分離する画像処理手段と、 前記画像処理手段により抽出された位置表示用の発光点
   データに基づき、前記位置表示用データ送信機能付きデ
   ータ送信装置の位置を計測する位置計測手段と、 前記画像処理手段により抽出されたデータ送信用の発光
   点データに基づき、前記位置表示用データ送信機能付き
   データ送信装置が送信したデータを取得するデータ取得
   手段とを備えたことを特徴とする位置計測機能付きデー
   タ受信装置。
7. 【請求項７】 前記画像処理手段は、位置表示用の発光
   点がデータ送信用の発光点の外側に配置される場合に、
   まず、前記デジタル画像の外側から走査することにより
   位置表示用の発光点のみを検出し、次に、予め決まって
   いる位置表示用及びデータ送信用の各発光点の位置関係
   に基づきデータ送信用の発光点の位置を予測すると共
   に、前記デジタル画像において予測位置付近のみを走査
   してデータ送信用の発光点を検出することを特徴とする
   請求項６記載の位置計測機能付きデータ受信装置。
8. 【請求項８】 前記撮像手段として半導体撮像素子を用
   いることを特徴とする請求項６又は７記載の位置計測機
   能付きデータ受信装置。
9. 【請求項９】 前記撮像手段は、前記発光点をカラー画
   像として撮像し、前記画像処理手段は、カラー画像処理
   を行うことを特徴とする請求項６乃至８のうち何れか一
   項に記載の位置計測機能付きデータ受信装置。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至５のうち何れか一項に記
    載の位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置と、
    請求項６乃至９のうち何れか一項に記載の位置計測機能
    付きデータ受信装置とをそれぞれ１以上備え、 前記位置計測機能付きデータ受信装置は、前記位置表示
    用データ送信機能付きデータ送信装置からの送信データ
    を取得すると共にその位置を計測することを特徴とする
    位置計測機能付きデータ通信システム。
11. 【請求項１１】 請求項３記載の位置表示用データ送信
    機能付きデータ送信装置と、請求項６乃至９のうち何れ
    か一項に記載の位置計測機能付きデータ受信装置とをそ
    れぞれ１以上備え、 前記位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置は、
    病院内を移動する患者に装着されると共に、そのセンサ
    手段は当該患者の状態を検出し、 前記位置計測機能付きデータ受信装置は、少なくともそ
    の撮像手段が前記病院内に設けられ、患者の状態を含む
    送信データを前記位置表示用データ送信機能付きデータ
    送信装置から取得し、かつその位置を計測することを特
    徴とする病院内モニタリングシステム。
12. 【請求項１２】 移動体が静止体にドッキングする移動
    体ドッキングシステムにおいて、 前記静止体は、請求項１乃至５のうち何れか一項に記載
    の位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置とドッ
    キング手段とを備えて、自己の位置を表示すると共に、
    ドッキングのためのデータを前記移動体に送信し、 前記移動体は、請求項６乃至９のうち何れか一項に記載
    の位置計測機能付きデータ受信装置と移動手段とドッキ
    ング手段とを備えて、前記静止体の位置を計測しドッキ
    ングのためのデータを取得することを特徴とする移動体
    ドッキングシステム。
13. 【請求項１３】 移動体同士がドッキングする移動体ド
    ッキングシステムにおいて、 各移動体は、請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の
    位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置、請求項
    ６乃至９のうち何れか一項に記載の位置計測機能付きデ
    ータ受信装置、移動手段及びドッキング手段を備えて、
    自己の位置を表示し、かつ、互いの位置を計測するとと
    もに、ドッキングのためのデータを送受信することを特
    徴とする移動体ドッキングシステム。
14. 【請求項１４】 請求項１乃至５のうち何れか一項に記
    載の位置表示用データ送信機能付きデータ送信装置と、
    請求項６乃至９のうち何れか一項に記載の位置計測機能
    付きデータ受信装置とを備えたことを特徴とする宇宙空
    間移動体。