JP2001208511A - 位置表示・データ送信装置、位置計測・データ受信装置及び位置計測・データ通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、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。 【解決手段】 光を用いて位置計測とデータ通信とを同
時に行う。このために位置表示・データ送信装置１に位
置表示用及びデータ送信用の発光部材１１ａ，１２ａを
設け、位置計測・データ受信装置２にて撮像手段３２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。

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、対象物体の位置
検出と当該対象物体とのデータ送受信の部分に特徴のあ
る位置表示・データ送信装置、位置計測・データ受信装
置及び位置計測・データ通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、対象物体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・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
位置測定と交通情報の受信を行う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・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
の光源を位置測定対象の物体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
角法により対象物体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、対象物体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、対象物体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・データ送
信装置、位置計測・データ受信装置、位置計測・データ
通信システム、病院内モニタリングシステム及び移動体
ドッキングシステム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・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・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た位置表示・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。

【００１２】次に、課題解決のための第２の発明は、上
記第１の発明において、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を備
えた位置表示・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、上
記第２の発明において、測定対象物に関するデータを取
得するセンサ手段を備え、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
出する位置表示・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・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・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】次に、課題解決のための第６の発明は、上
記第１〜５の発明において、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位置表示・データ送信装置で
ある。

【００２０】本発明はこのような手段を設けたので、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
プを形成することができる。このように距離に応じて異
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。

【００２１】次に、課題解決のための第７の発明は、位
置表示・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・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・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・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８の発明は、上
記第７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・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・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９の発明は、上
記第７又は８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・データ受信装置である。

【００２６】次に、課題解決のための第１０の発明は、
上記第７〜９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・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１１の発明は、
上記第１〜６の発明のうち何れかの位置表示・データ送
信装置と、上記第７〜１０の発明のうち何れかの位置計
測・データ受信装置とをそれぞれ１以上備え、位置計測
・データ受信装置は、位置表示・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・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１２の発明は、
上記第３の発明の位置表示・データ送信装置と、上記第
７〜１０の発明のうち何れかの位置計測・データ受信装
置とをそれぞれ１以上備え、位置表示・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・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・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１３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１〜６の発明のうち何れかの位置
表示・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７〜１０の発
明のうち何れかの位置計測・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１４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１〜６の発明のうち何れ
かの位置表示・データ送信装置、上記第７〜１０の発明
のうち何れかの位置計測・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１３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１５の発明は、
上記第１〜６発明のうち何れかの位置表示・データ送信
装置と、上記第７〜１０の発明のうち何れかの位置計測
・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・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・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・
データ送信装置１と、各光点に基づいて位置表示・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・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・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・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・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
いて対象物体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、アナログの情報
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Ｃ
ＰＵ２５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２６
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・データ送受
信装置２の構成を説明する。位置計測・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・
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・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・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・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・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、表示情報処理部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・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にて位置計測用情報とデータ通信用情報とに
分離する。さらに、それぞれの分離情報に対し、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、各情報の座
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の座標情報は、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・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情報処理部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
離して表示情報処理部４６に入力し、また、位置・受信
データ格納部４５に格納する。

【００７３】表示情報処理部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・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・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、対象物体に取り付
けられた位置表示・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・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・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・データ送信装置１が取り付けられた対象物体の位
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】取得された位置情報及び受信データは、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・データ送信装置１と位置計測・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・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を対象物体に取
り付けられるべき位置表示・データ送信装置１に設け、
光を用いて対象物体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・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・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１１ａとは異なる平面
に配置させるようにしたので、対象物体が平行移動しつ
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・データ送信装置を備える
システムでは、対象物体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・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，１２
ａ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・データ
送信装置１が送信するデータをセンサ３からの情報とし
たが、本発明における通信データは、このようなセンサ
情報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ＣＰＵ２５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
サ情報を送受信したので、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２
１及びデマルチプレクサ４８は不要である。

【００９２】なお、図１では、位置表示・データ送信装
置１及び位置計測・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・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・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・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・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・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・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・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・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
・データ送信装置１は体温計及び心拍計からのセンサ情
報のみならず、センサ情報と共に、患者の識別情報をも
送信するようになっている。

【０１３０】一方、位置計測・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・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・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
・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・データ受信装置本体３３をネットワー
ク接続し、患者の識別情報に基づいて、患者毎の情報に
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
・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・データ送信
装置１及び位置計測・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・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・データ送信装
置１と、位置計測・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・データ送信装置１
と、位置計測・データ受信装置２と、ドッキング装置７
３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・
データ送信装置１及び位置計測・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・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・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
情報及び指令信号を自己の位置計測・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・
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・データ送信装置１及び位置計測・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・データ送信装置１及び位置計測・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・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・データ送信装
置１及び位置計測・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・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・データ送
信装置１及び位置計測・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・データ送信装
置１及び位置計測・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・データ送信装置１及び位置計測
・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１１ａ，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・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・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対象物体
を置いて構成させた。こうして対象物体の前後左右上下
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、対象物体上に取りつけた
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、三角法を使って対象物体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の場所に対象物体を置き、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
対象物体までの距離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、カメラと対象物体との
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
対象物体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
から対象物体までの距離が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を対象物体に取りつけた。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・データ送信装置、位置計
測・データ受信装置、位置計測・データ通信システム、
病院内モニタリングシステム及び移動体ドッキングシス
テム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・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・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・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・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・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・データ送信装置 ２…位置計測・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・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…表示情報処理部 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 テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/00 (72)発明者 内川 嘉樹 愛知県名古屋市昭和区広路町字雲雀ケ岡１ 番地 イトーピア八事雲雀ケ岡1201号 Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA17 BB15 CC00 CC16 DD11 FF04 FF09 GG06 GG07 GG09 GG13 GG23 HH02 JJ03 JJ26 LL22 QQ01 QQ03 QQ05 QQ18 QQ31 SS13 5K002 BA13 DA05 FA03 GA06 GA07

Claims (15)

【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、を備えたことを特徴とする位置表示・
   データ送信装置。
2. 【請求項２】 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を備
   えたことを特徴とする請求項１記載の位置表示・データ
   送信装置。
3. 【請求項３】 測定対象物に関するデータを取得するセ
   ンサ手段を備え、 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することを
   特徴とする請求項２記載の位置表示・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・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・データ送信装置。
6. 【請求項６】 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請求項１乃至５のう
   ち何れか一項に記載の位置表示・データ送信装置。
7. 【請求項７】 位置表示・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・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・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・データ受信装置。
8. 【請求項８】 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７記載の位置計測・データ受信装置。
9. 【請求項９】 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７又は８記載の位置計測・
   データ受信装置。
10. 【請求項１０】 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７乃至９のうち何れか
    一項に記載の位置計測・データ受信装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至６のうち何れか一項に記
    載の位置表示・データ送信装置と、請求項７乃至１０の
    うち何れか一項に記載の位置計測・データ受信装置とを
    それぞれ１以上備え、 前記位置計測・データ受信装置は、前記位置表示・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・データ通信シス
    テム。
12. 【請求項１２】 請求項３記載の位置表示・データ送信
    装置と、請求項７乃至１０のうち何れか一項に記載の位
    置計測・データ受信装置とをそれぞれ１以上備え、 前記位置表示・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・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・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。
13. 【請求項１３】 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６のうち何れか一項に記載
    の位置表示・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７乃至１０のうち何れか一項に記
    載の位置計測・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。
14. 【請求項１４】 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６のうち何れか一項に記載の
    位置表示・データ送信装置、請求項７乃至１０のうち何
    れか一項に記載の位置計測・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。
15. 【請求項１５】 請求項１乃至６のうち何れか一項に記
    載の位置表示・データ送信装置と、請求項７乃至１０の
    うち何れか一項に記載の位置計測・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。