JPWO2012143988A1 - 位置測定装置及び位置測定方法 - Google Patents

Abstract

反射装置（２００）は、所定の偏波方向の反射波をそれぞれ放射する反射器を備える。移動体に固定された偏波情報読取回路（１１０）は、送信アンテナ（１１３）から電波を反射装置（２００）に向けて放射し、反射装置（２００）からの反射波を受信し、受信された反射波の偏波方向に対応する受信レベル差信号（ΔＥ）を発生する。位置演算回路（１２０）は、受信レベル差信号（ΔＥ）に基づいて、偏波情報読取回路（１１０）の位置を算出する。

Description

本発明は、移動体の位置測定装置に関し、特に、鉄道の列車又は昇降機（エレベータ）のかごなどの移動体の位置を測定する位置測定装置に関する。

従来技術に係るリニアエンコーダは、固定体に固定されたスケールと、固定体に対して相対的に移動する移動体に固定されたヘッドとを備え、ヘッドを用いてスケールに対するヘッドの位置情報を読み取り、移動体の位置を検出する。例えば、光学式リニアエンコーダは、発光素子と受光素子を備えたヘッドと、格子目盛を有するスケールとを備え、発光素子からの光をスケールの格子目盛で反射させ、反射光を受光素子で受光し、反射光の光量変化に基づいてヘッドの位置を検出する。また、例えば、磁気式リニアエンコーダは、磁気抵抗素子を備えたヘッドと、隣り合う磁石が互いに逆極性になるように交互に配置された複数の磁石を備えたスケールとを備え、各磁石のＮ極とＳ極に対応して設けられた目盛に対応する磁場の変化を計測してヘッドの位置を検出する。

一般に、これらリニアエンコーダは、ヘッドとスケールとの間のギャップを約１ｍｍ以下に設定する必要がある。光学式エンコーダにおいてギャップを数ｃｍ以上に設定すると、光の照射点がぼやけたり、反射光の光量が小さくなったりして、信号のＳ／Ｎ比が低下する。このため、位置の測定誤差が大きくなり、最悪の場合、測定不可能となるという問題がある。さらに、埃などの汚れ及び外乱光の影響を受けて測位不可能となるという問題がある。また、磁気式エンコーダにおいてギャップを数ｃｍ以上に設定すると、磁場の変化を計測するために強力磁石を用いる必要があり、スケールのコストが高くなるという問題がある。また、磁気式エンコーダの周辺に存在する磁性体の影響を受けて計測不可能となるという問題がある。

ところで、鉄道分野では列車の運行制御を高精度に行うために列車位置の高精度検出の要望があり、昇降機分野ではかごの制御を高精度に行うためにかご位置の高精度検出の要望がある。鉄道の列車位置検出にリニアエンコーダを用いる場合、ヘッドとスケールとの間のギャップは１０ｃｍ〜４０ｃｍとする必要がある。また、昇降機のかご位置検出にリニアエンコーダを用いる場合、ヘッドとスケールとの間のギャップは数ｃｍとする必要がある。

しかしながら、従来技術に係る光学式又は磁気式のリニアエンコーダにおいて、上述したように、ヘッドとスケールとの間のギャップを数ｃｍ以上に広く設定することには問題が多く、これらのリニアエンコーダを鉄道の列車位置検出や昇降機のかご位置検出へ直接適用することは困難である。

これらの問題を解決するために、特許文献１には、移動体に固定され、電波を送受信するヘッドと、固定体に固定した電波の反射強度を変化させるスケールとを備え、ヘッドにおいて電波の反射強度の変化を検出して位置を検出する検出装置が記載されている。特許文献１に係る検出装置では、電波を用いているため、埃などの汚れ、外乱光、及び検出装置の周辺に存在する磁性体の影響を受けることなく移動体の位置を検出できる。また、電波の反射強度の変化を検出可能であればよいので、従来技術に比較してヘッドとスケールとの間のギャップを広く設定できる。

特開２０１０−３８６０７号公報。

しかしながら、特許文献１に係る検出装置は、電波の反射強度を利用して位置検出を行うため、検出装置の周辺に金属などの反射物が多いと、反射強度の変化を検出することが難しくなり、位置検出が不可能になるという問題がある。さらに、特許文献１に係る検出装置では、移動体が振動するとヘッドとスケールとの間の距離の変化により電波伝搬による損失が変化するので、受信する反射強度が変化する。そのため、反射強度の変化がスケールによるものなのか移動体の振動によるものかを区別できず位置検出が不可能になるという問題がある。さらに、特許文献１に係る検出装置では、ヘッドとスケールとの間の電波の多重反射による位相干渉により反射強度が変化し、位置検出が不可能になるという問題がある。

本発明の第１の目的は、以上の問題点を解決し、従来技術に比較して移動体と固定体との間の距離を大きく設定できる位置測定装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、以上の問題点を解決し、位置測定装置の周辺の反射物体及び磁性体、移動体の振動、ならびに移動体と固定体との間の電波の多重反射による位相干渉が存在しても移動体の位置を検出できる位置測定装置を提供することにある。

本発明に係る位置測定装置は、移動体の所定の移動経路に沿って所定の反射器間隔で配置され、所定の電波が入射するときに所定の各偏波方向の反射波をそれぞれ反射して放射する複数の反射器を備えた反射手段と、上記移動体の移動経路上の位置を検出する位置検出手段とを備えた位置測定装置であって、上記位置検出手段は、上記移動体から上記電波を上記反射手段に向けて放射し、上記反射手段からの反射波を受信し、上記受信された反射波の偏波方向に対応する偏波状態信号をそれぞれ発生する少なくとも１つの偏波情報読取手段と、上記少なくとも１つの偏波情報読取手段からの少なくとも１つの偏波状態信号に基づいて、上記移動体の移動経路上の位置を算出する位置演算手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る位置測定装置によれば、電波を用いるので、埃などの汚れ及び外乱光などの環境の変化の影響を受けずに、列車及び昇降機のかごなどの移動体の相対位置を測定できる。また、位置検出手段と反射手段との間の間隔は、反射器間隔の２分の１であればよいので、反射器間隔を３０ｃｍに設定したときは、位置検出手段と反射手段との間の間隔を数１０ｃｍに設定でき、列車及び昇降機のかごなどの移動体の位置を測定できる。さらに、反射波の反射強度ではなく、反射波の偏波方向に基づいて位置検出手段の位置を測定するので、位置測定装置の周辺の金属物体、移動体の振動、及び多重反射による位相干渉の影響を受けることなく、反射波の偏波方向の変化に対応する偏波状態信号の変化を検出でき、列車及び昇降機のかごなどの移動体の位置を従来技術に比較して正確に測定できる。

本発明の実施の形態１に係る位置測定装置１の構成を示すブロック図である。 図１の偏波情報読取回路１１０の構成を示すブロック図である。 図１の反射装置２００の部分斜視図である。 図１の偏波情報読取回路１１０の中心Ｃ１１０が反射器２−１の直上にあるときの偏波情報読取回路１１０及び反射器２−１を示すブロック図である。 図１の偏波情報読取回路１１０の中心Ｃ１１０が反射器２−１の直上にあるときの偏波情報読取回路１１０及び反射器２−２を示すブロック図である。 図１の反射装置２００の平面図と、図１の偏波情報読取回路１１０が原点Ｏからｘ軸の正の方向に移動したときの受信レベルＥ１及びＥ２のグラフと、受信レベル差信号ΔＥのグラフである。 図１の位置測定装置１において、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが反射器間隔Δｘｒの半分よりも十分小さいときの、偏波情報読取回路１１０の位置のｘ座標に対する受信レベル差信号ΔＥのグラフである。 図１の位置測定装置１において、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが送信アンテナ１１２から放射される電波の波長λよりも十分小さく、かつ反射器間隔Δｘｒが波長λの半分以下であるときの、偏波情報読取回路１１０の位置のｘ座標に対する受信レベル差信号ΔＥのグラフである。 図１の位置測定装置１において、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが反射器間隔Δｘｒの半分であるときの、偏波情報読取回路１１０の位置のｘ座標に対する受信レベル差信号ΔＥのグラフである。 図１の位置測定装置１において、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが反射器間隔Δｘｒよりも大きいときの、偏波情報読取回路１１０の位置のｘ座標に対する受信レベル差信号ΔＥのグラフである。 本発明の実施の形態２に係る位置測定装置１Ａの構成を示すブロック図である。 図８の反射装置２００の平面図と、図８の偏波情報読取回路群６０１が原点Ｏからｘ軸の正の方向に移動したときの受信レベル差信号ΔＥ１及びΔＥ２のグラフと、角度θのグラフである。 本発明の実施の形態３に係る位置測定装置１Ｂの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４に係る位置測定装置１Ｃの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５に係る偏波情報読取回路１１０Ａの構成を示すブロック図である。 図１２の伝搬時間別受信信号分離部７０４により離散化された受信信号Ｅ１のグラフである。 本発明の実施の形態６に係る位置測定装置１Ｄの構成を示すブロック図である。 図１４の偏波情報読取回路１１０−９を構成する＋４５度の偏波方向を有する直線偏波の電波を受信する受信アンテナ１１３が、−４５度から＋４５度までの偏波方向を有する直線偏波を受信したときの受信信号レベルを示すグラフである。 図１４の偏波情報読取回路１１０−９が反射器４−１，４−２，４−３，又は４−４の直上にあるときの受信レベル差信号ΔＥ９を示す棒グラフである。 本発明の実施の形態７に係る位置測定装置１Ｅの構成を示すブロック図である。 図１７の偏波情報読取回路１１０−９が反射器５−１，５−２，４−３，又は４−４の直上にあるときの各受信レベル差信号ΔＥ９を示す棒グラフである。 本発明の実施の形態８に係る偏波情報読取回路１１０Ｂの構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置測定装置１の構成を示すブロック図であり、図２は、図１の偏波情報読取回路１１０の構成を示すブロック図であり、図３は、図１の反射装置２００の部分斜視図である。図１において、電波式エンコーダ装置である位置測定装置１は、位置検出装置１００と、反射装置２００とを備えて構成される。ここで反射装置２００は線路又は昇降機の壁などの固定体に固定される一方、位置検出装置１００は、列車又は昇降機のかごなどの移動体に固定される。また、偏波情報読取回路１１０及び反射装置２００は、リニアエンコーダ装置におけるヘッド及びスケールにそれぞれ対応する。位置測定装置１は、上記移動体の移動経路上の位置を検出するために用いられる。

詳細後述するように、本実施の形態に係る位置測定装置１が、反射装置２００の反射器２−１〜２−１２は、隣接する各２個の反射器からの反射波の偏波方向が互いに異なるように設けられ、上記位置検出装置１００は１つの偏波情報読取回路１１０を備え、位置演算回路１２０は、偏波情報読取回路１１０からの受信レベル差信号ΔＥの変化に基づいて、所定の基準位置に対する移動体の移動経路上の相対位置を算出することを特徴としている。なお、本実施の形態において、移動体の移動経路は図１のｘ軸に沿う直線である。

図３において、反射装置２００は、長方形の樹脂板２０１と、移動体の移動経路に沿って配置された反射器群６０４とを備えて構成される。また、反射器群６０４は、反射器２−１〜２−１２を備えて構成される。反射器２−１〜２−１２（図６参照。）は、例えば、互いに同一の形状を有しかつ同一の材料で形成された（すなわち、互いに同一の反射率を有する。）金属棒である。ここで、図３に示すように、反射器２−１の中心を右手系のｘｙｚ座標系の原点Ｏと定義し、原点Ｏに対して上方向をｚ軸の正の方向と定義し、樹脂板２０１の長手方向をｘ軸方向と定義する。図３において、反射器２−１〜２−１２は、反射器２−１〜２−１２の各中心が座標位置（ｘ１，０，０），（ｘ２，０，０），…，（ｘ１２，０，０）に反射器間隔Δｘｒで並ぶように、樹脂板２０１の表面に埋め込まれている。また、奇数番目の反射器２−１，２−３，…，２−１１の各長手方向とｙ軸との間の角度β２−１，β２−３，…，β２−１１は、それぞれ＋４５度に設定されている一方、偶数番目の反射器２−２，２−４，…，２−１２の各長手方向とｙ軸との間の角度β２−２，β２−４，…，β２−１２、それぞれ−４５度に設定されている（ｙ軸から反時計回り方向を、角度β２−１〜β２−１２の正の方向と定義する。）。一般に、金属棒に電波が入射すると、金属棒は、入射した電波の偏波方向を金属棒の長手方向に変化させて反射して、金属棒の長手方向の偏波方向を有する直線偏波の電波を放射する。従って、奇数番目の反射器２−１，２−３，…，２−１１は、ｙ軸との間で＋４５度の角度をなす偏波方向を有する直線偏波の電波を放射し、偶数番目の反射器２−２，２−４，…，２−１２は、ｙ軸との間で−４５度の角度をなす偏波方向を有する直線偏波の電波を放射する。

図１において、位置検出装置１００は、偏波情報読取回路１１０と、カウンタ回路１２１を備えた位置演算回路１２０とを備えて構成される。また、図２において、偏波情報読取回路１１０は、発振器３０１を備えた送信部１１１と、送信アンテナ１１２と、受信アンテナ１１３と、受信アンテナ１１４と、受信レベル差演算器３０５を備えた受信部１１５とを備えて構成される。図１及び図２に示すように、送信アンテナ１１２と、受信アンテナ１１３と、受信アンテナ１１４とは、それぞれ矩形のパッチアンテナであって、直線偏波の電波を送信又は受信するように、高さＺｇの各位置に樹脂板２０１に平行に設けられている。図２において、送信アンテナ１１２から放射される電波の偏波方向Ｐ１１２は０度に設定され、受信アンテナ１１３により受信される電波の偏波方向Ｐ１１３は＋４５度に設定され、受信アンテナ１１４により受信される電波の偏波方向Ｐ１１４は−４５度に設定されている。ここで、各アンテナ１１２，１１３，１１４の中心を中心Ｃ１１０と定義する。図１において、位置検出装置１００は、中心Ｃ１１０が反射器２−１の直上の座標位置（０，０，Ｚｇ）から反射器２−１２の直上の座標位置（ｘ１２，０，Ｚｇ）までの線分上を移動するように構成されている。

図２において、発振器３０１は、所定の周波数を有する発振信号Ｓ３０１を発生して送信アンテナ１１２の給電点Ｑに出力する。送信アンテナ１１２は、発振信号Ｓ３０１を、偏波方向Ｐ１１２を有する直線偏波の電波として放射する。放射された電波は、反射装置２００上の反射点で反射した後に、受信アンテナ１１３及び１１４により受信される。ここで、受信アンテナ１１３は、送信アンテナ１１２から放射された後に反射装置２００で反射され、かつ偏波方向Ｐ１１３を有する電波を受信して、受信信号Ｅ１として受信レベル差演算器３０５の非反転入力端子に出力する。一方、受信アンテナ１１４は、送信アンテナ１１２から放射された後に反射装置２００で反射され、かつ偏波方向Ｐ１１４を有する電波を受信して、受信信号Ｅ２として受信レベル差演算器３０５の反転入力端子に出力する。ここで、受信アンテナ１１３により受信される電波の反射装置２００上の反射点と、受信アンテナ１１４により受信される電波の反射装置２００上の反射点とは、実質的に、アンテナ１１２〜１１４の中心Ｃ１１０を樹脂板２０１に投影した位置である。なお、受信アンテナ１１３及び１１４により受信される電波において、上述した反射点からの電波が支配的であるが、送信アンテナ１１２からの電波は所定の放射角度の範囲内に広がりながら反射装置２００に到達するので、上記反射点以外からの電波も含む。

また、図２において、受信レベル差演算器３０５からの出力信号は、受信レベル差信号ΔＥとして位置演算回路１２０に出力される。ここで、受信レベル差信号ΔＥは、反射波の偏波方向をに対応する偏波状態信号である。位置演算回路１２０は、受信レベル差信号ΔＥに基づいて、詳細後述するように、アンテナ１１２〜１１４の中心Ｃ１１０のｘ座標（以下、位置検出装置１００の位置という。）を算出する。

図４は、図１の偏波情報読取回路１１０の中心Ｃ１１０が反射器２−１の直上にあるときの偏波情報読取回路１１０及び反射器２−１を示すブロック図である。図４に示すように、反射器２−１の長手方向とｙ軸との間の角度β２−１は＋４５度であり、受信アンテナ１１３で受信される電波の偏波方向Ｐ１１３と一致するので、受信信号Ｅ１の受信レベルは最大になり、受信信号Ｅ２の受信レベルは最小になる。また、受信レベル差演算器３０５から出力される受信レベル差信号ΔＥの値は正の極大値となる。

図５は、図１の偏波情報読取回路１１０の中心Ｃ１１０が反射器２−２の直上にあるときの偏波情報読取回路１１０及び反射器２−１を示すブロック図である。図５に示すように、反射器２−２の長手方向とｙ軸との間の角度β２−２は−４５度であり、受信アンテナ１１４で受信される電波の偏波方向Ｐ１１４と一致するので、受信信号Ｅ１の受信レベルは最小になり、受信信号Ｅ２の受信レベルは最大になる。また、受信レベル差演算器３０５から出力される受信レベル差信号ΔＥの値は負の極小値となる。

図６は、図１の反射装置２００の平面図と、図１の偏波情報読取回路１１０が原点Ｏからｘ軸の正の方向に移動したときの受信レベルＥ１及びＥ２のグラフと、受信レベル差信号ΔＥのグラフである。図６に示すように、受信信号Ｅ１は、反射器間隔Δｘｒの２倍の周期２Δｘｒを有する正弦波である。また、受信信号Ｅ２は受信信号Ｅ１に対して逆位相の正弦波である。さらに、受信レベル差信号ΔＥは、反射器間隔Δｘｒの２倍の周期２Δｘｒを有する正弦波である。

図１において、位置演算回路１２０はカウンタ回路１２１を備えて構成される。カウンタ回路１２１は、位置測定装置１の外部装置から位置検出装置１００の位置検出の開始を指示する所定の開始信号を受信すると、カウント値をリセットし、入力される受信レベル差信号ΔＥのゼロクロスの回数をカウントする。位置演算回路１２０は、カウンタ回路１２１によるカウント値に反射器間隔Δｘｒを乗算することにより、開始信号を入力したときの位置検出装置１００の位置（基準位置である。）に対する位置検出装置１００の相対位置を算出し、位置データＤ１２０として出力する。

次に、アンテナ１１２〜１１４の高さＺｇ（以下、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇという。）の設定方法を説明する。

図７Ａは、図１の位置測定装置１において、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが反射器間隔Δｘｒの半分よりも十分小さいときの、偏波情報読取回路１１０の位置のｘ座標に対する受信レベル差信号ΔＥのグラフである。この場合、図７Ａに示すように、位置検出装置１００が反射器２−１〜２−１２のうちの隣接する２つの反射器の間にあるときに受信レベル差信号ΔＥの傾きが非常に小さくなるので、カウンタ回路１２１による受信レベル差信号ΔＥのゼロクロス点の検出が難しい。このため、位置検出装置１００の位置の検出は難しい。

図７Ｂは、図１の位置測定装置１において、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが送信アンテナ１１２から放射される電波の波長λよりも十分小さく、かつ反射器間隔Δｘｒが波長λの半分以下であるときの、偏波情報読取回路１１０の位置のｘ座標に対する受信レベル差信号ΔＥのグラフである。この場合、図７Ｂに示すように、受信レベル差信号ΔＥは、反射器２−１〜２−１２のうちの隣接する２つの反射器の中間の各位置でゼロクロスする正弦波になるので、カウンタ回路１２１からのカウント値に基づいて位置検出装置１００の位置を算出できる。

図７Ｃは、図１の位置測定装置１において、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが反射器間隔Δｘｒの半分であるときの、偏波情報読取回路１１０の位置のｘ座標に対する受信レベル差信号ΔＥのグラフである。位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが反射器間隔Δｘｒの半分であるときは、受信レベル差信号ΔＥは、送信アンテナ１１２から放射される電波の波長λによらずに、反射器２−１〜２−１２のうちの隣接する２つの反射器の中間の各位置でゼロクロスする正弦波的な波形になる。このため、カウンタ回路１２１からのカウント値に基づいて位置検出装置１００の位置を算出できる。

図７Ｄは、図１の位置測定装置１において、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが反射器間隔Δｘｒよりも大きいときの、偏波情報読取回路１１０の位置のｘ座標に対する受信レベル差信号ΔＥのグラフである。この場合、位相干渉が生じ、例えば、偏波情報読取回路１１０が反射器２−３の直上にあるとき、受信アンテナ１１３及び１１４は、反射器２−３だけでなく、周囲の反射器２−２及び２−４からの反射波を受信してしまう。従って、カウンタ回路１２１からのカウント値に基づいて位置検出装置１００の位置を算出できない。

図７Ｂにおける位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇの条件は、図７Ｃにおける位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇの条件に含まれる。従って、図７Ａ〜図７Ｄにより、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇは、送信アンテナ１１２から放射される電波の波長λに関係なく、反射器間隔Δｘｒの２分の１であればよいことがわかる。

例えば、送信アンテナ１１２から放射される電波を、マイクロ波、準ミリ波、及びミリ波から選択した場合、図１の位置測定装置１を鉄道における列車位置の測定に用いるときは、例えば、反射器間隔Δｘｒを３０ｃｍに設定し、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇを１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下に設定することが好ましい。このとき、３０ｃｍの位置検出精度が得られる。また、図１の位置測定装置１を昇降機におけるかごの位置の測定に用いるときは、例えば、反射器間隔Δｘｒを５ｃｍに設定し、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇを２ｃｍ以上３ｃｍ以下に設定することが好ましい。この場合、５ｃｍの位置検出精度が得られる。

次に、偏波方向Ｐ１１３及びＰ１１４と、反射器２−１，２−３，…，２−１１とｙ軸との間の角度β２−１，β２−３，…，２−１１と、反射器２−２，２−４，…，２−１２とｙ軸との間の角度β２−２，β２−４，…，β２−１２の各設定方法を説明する。一般に、物体に電波が入射して反射すると、物体の形状によって反射波の偏波状態は入射波の偏波状態から変化する。例えば、反射器２−１〜２−１２のような金属棒に電波が入射すると、金属棒の長手方向に振動する直線偏波の電波が反射波として放射される。従って、反射波の偏波方向に基づいて金属棒の長手方向を検出できる。また、所定の第１の偏波方向を有する直線偏波を受信するアンテナに当該偏波方向に直交する第２の偏波方向を有する直線偏波が入射すると、理論的には、受信レベルはゼロとなる。一方、第１の偏波方向を有する直線偏波を受信するアンテナに第１の偏波方向を有する直線偏波が入射すると、受信レベルは最大になる。従って、実質的に同一の経路を通過しかつ互いに直交する偏波方向Ｐ１１３及びＰ１１４を有する電波をそれぞれ受信する１組の受信アンテナ１１３及び１１４からの受信信号Ｅ１及びＥ２を用いることにより、受信レベル差信号ΔＥの大きさを最大にでき、受信レベル差信号ΔＥのＳ／Ｎ比を最大にできる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電波を用いるので、埃などの汚れ及び外乱光などの環境の変化の影響を受けずに、列車及び昇降機のかごなどの移動体の相対位置を測定できる。また、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇは、反射器間隔Δｘｒの２分の１であればよいので、反射器間隔Δｘｒを３０ｃｍに設定したときは、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇを数１０ｃｍに設定でき、列車及び昇降機のかごなどの移動体の相対位置を測定できる。さらに、反射波の反射強度ではなく、反射波の偏波方向に基づいて位置検出装置１００の位置を測定するので、位置測定装置１の周辺の金属物体及び移動体の振動の影響を受けることなく、反射波の偏波方向の変化に対応する受信レベル差信号ΔＥの変化を検出でき、移動体の相対位置を従来技術に比較して正確に測定できる。

またさらに、反射波の偏波方向に基づいて位置検出装置１００の位置を測定するので、移動体が振動しても、反射波の偏波方向の変化に対応する受信レベル差信号ΔＥの変化を検出でき、列車や昇降機のかごなどの激しく振動する移動体の相対位置を、従来技術に比較して正確に測定できる。また、位置測定装置１００と反射装置２００の間において、電波の多重反射による位相干渉があっても、反射波の偏波方向の変化に対応する受信レベル差信号ΔＥの変化を検出でき、鉄橋の上及び昇降路の内部などの移動体の周辺に多くの金属物体が存在する環境の下でも、移動体の相対位置を従来技術に比較して正確に測定できる。

なお、本実施の形態では、反射装置２００は樹脂板２０１と金属棒である反射器２−１〜２−１２とを備えて構成されたが、本発明はこれに限られない。反射器２−１〜２−１２は、入射した電波の偏波方向を所定の方向に変化させて反射波として放射すればよい。例えば、反射器２−１〜２−１２は、それぞれ直線偏波の電波を反射して放射するアンテナ素子であってもよい。また、金属板に、ｙ軸との間で４５度の角度をなすスリットと、ｙ軸との間で４５度−４５度の角度をなすスリットとを、反射器２−１〜２−１２として交互に形成してもよい。さらに、樹脂板２００の表面に、アルミテープ及び銅テープなどの導体のテープを、反射器２−１〜２−１２として貼り付けてもよい。

また、本実施の形態では、受信レベル差信号ΔＥのＳ／Ｎ比を最大にするために、受信アンテナ１１３により受信される電波の偏波方向Ｐ１１３と、受信アンテナ１１４により受信される電波の偏波方向Ｐ１１４とが互いに直交し、かつ反射器２−１，２−３，…，２−１１によって放射される反射波の偏波方向と、反射器２−２，２−４，…，２−１２によって放射される反射波の偏波方向とが互いに直交するように構成した。さらに、受信アンテナ１１３により受信される電波の偏波方向Ｐ１１３と、反射器２−１，２−３，…，２−１１によって放射される反射波の偏波方向とが一致するように構成した。しかしながら、本発明はこれに限られず、偏波方向Ｐ１１３と、偏波方向Ｐ１１４とは互いに直交していなくてもよい。また、偏波方向Ｐ１１３及びＰ１１４は、反射器２−１，２−３，…，２−１１によって放射される反射波の偏波方向又は反射器２−２，２−４，…，２−１２によって放射される反射波の偏波方向と一致していなくてもよい。例えば、偏波方向Ｐ１１３を＋３０度に設定し、偏波方向Ｐ１１４を−３０度に設定してもよい。

さらに、本実施の形態では、送信アンテナ１１２は０度の偏波方向Ｐ１１２を有する直線偏波の電波を放射したが、本発明はこれに限られず、円偏波などの所定の偏波状態の電波を放射してもよい。ただし、送信アンテナ１１２からの電波は、位置検出装置１００が固定された移動体の移動経路に直交する所定の偏波方向を有する直線偏波であることが好ましい。このとき、反射器２−１〜２−１２はそれぞれ、入射した電波の偏波方向を上述した直線偏波の偏波方向から＋４５度又は−４５度だけ変化させた方向で反射して放射することが好ましい。

またさらに、位置演算回路１２０は、受信レベル差信号ΔＥのゼロクロスのカウント値に基づいて位置検出装置１００の位置を算出したが、本発明はこれに限られない。例えば、位置演算回路１２０は、受信レベル差信号ΔＥに基づいて、受信レベル差信号ΔＥが正のときにビット値「１」を有する一方、受信レベル差信号ΔＥが負のときにビット値「０」を有するビットデータを生成し、当該ビットデータが反転する回数をカウントし、カウント結果のカウント値に反射器間隔Δｘｒを乗算することにより、位置検出装置１００の位置を算出してもよい。

また、本実施の形態において、位置検出装置１００全体を移動体に固定したが、本発明はこれに限られず、位置検出装置１００のうち、少なくともアンテナ１１２〜１１４を移動体に固定し、かつ反射手段２００との間で一定の間隔Ｚｇを有するように設ければよい。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る位置測定装置１Ａの構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る位置測定装置１Ａは、実施の形態１に係る位置測定装置１に比較して、２つの偏波情報読取回路１１０−１，１１０−２と、偏波情報読取回路１１０−１，１１０−２からの受信レベル差信号ΔＥ１及びΔＥ２の各変化に基づいて、移動体に固定された位置検出装置１００Ａの相対位置を反射器２−１〜２−１２間で算出する位置演算回路１２０Ａとを備えたことを特徴としている。

図８において、位置測定装置１Ａは、反射装置２００と、位置検出装置１００Ａとを備えて構成される。また、位置検出装置１００Ａは、反射器群６０４上を移動するように設けられた偏波情報読取回路１１０−１，１１０−２を含む偏波情報読取回路群６０１と、位置演算回路１２０Ａとを備えて構成される。ここで、偏波情報読取回路１１０−１は図２の偏波情報読取回路１１０と同様に構成され、受信レベル差信号ΔＥ１を出力する。また、偏波情報読取回路１１０−２は図２の偏波情報読取回路１１０と同様に構成され、受信レベル差信号ΔＥ２を出力する。さらに、偏波情報読取回路１１０−１を構成するアンテナ１１２〜１１４の中心Ｃ１１０−１の高さと、偏波情報読取回路１１０−２を構成するアンテナ１１２〜１１４の中心Ｃ１１０−２の高さとは、それぞれ高さＺｇ（図１参照。）に設定されている。また、中心Ｃ１１０−１と中心１１０−２との間の距離Ｌは、受信レベル差信号ΔＥ１と受信レベル差信号ΔＥ２との間の位相差が９０度になるように設定される。具体的には、距離Ｌは以下の式で表される。

Ｌ＝ｎ×Δｘｒ／２

ただし、ｎは正の奇数である。

図８において、位置演算回路１２０Ａは、逆正接演算部４０１と、カウンタ回路４０２と、角度位置変換器４０３と、加算器４０４とを備えて構成される。逆正接演算部４０１は、偏波情報読取回路１１０−１からの受信レベル差信号ΔＥ１と、偏波情報読取回路１１０−２からの受信レベル差信号ΔＥ２とを用いて次式を用いて逆正接演算を行い、演算結果の角度θをカウンタ回路４０２及び角度位置変換器４０３に出力する。

θ＝ｔａｎ^−１（ΔＥ２／ΔＥ１）

図９は、図８の反射装置２００の平面図と、図８の偏波情報読取回路群６０１が原点Ｏからｘ軸の正の方向に移動したときの受信レベル差信号ΔＥ１及びΔＥ２のグラフと、角度θのグラフである。図９に示すように、受信レベル差信号ΔＥ１及びΔＥ２はそれぞれ正弦波であり、互いに９０度の位相差を有する。また、角度θは−１８０度から＋１８０度までの値を有し、反射器間隔Δｘｒの周期の２倍の周期２Δｘｒを有する周期関数である。また、図９に示すように、偏波情報読取回路群６０１がｘ軸の正の方向に移動しているとき、角度θがゼロでありかつ角度θの傾きが有限値であるときの当該傾きは正の値になる。一方、偏波情報読取回路群６０１がｘ軸の負の方向に移動しているとき、角度θがゼロでありかつ角度θの傾きが有限値であるときの当該傾きは負の値になる。

図８において、カウンタ回路４０２は、位置測定装置１Ａの外部装置から位置検出装置１００Ａの位置検出の開始を指示する所定の開始信号を受信するとカウント値をリセットし、角度θがゼロでありかつ角度θの傾きが正の有限値であるとき、カウント値をインクリメントする一方、角度θがゼロでありかつ角度θの傾きが負の有限値であるとき、カウント値をデクリメントする。そして、カウント値に角度θの周期に対応する距離（例えば、２Δｘｒである。）を乗算して、乗算結果の距離を、開始信号受信時の偏波情報読取回路群６０１の位置を基準位置とする相対位置データＤ４０２として加算器４０４に出力する。

また、図８において、角度位置変換器４０３は、偏波情報読取回路群６０１の移動方向と、所定の分解能で離散化された各角度θと、角度θがゼロでありかつ角度θの傾きが有限値であるときの偏波情報読取回路群６０１の位置に対する相対位置（例えば、−Δｘｒ以上Δｘｒ以下の値を有する。）との間の変換テーブル４０３ｔを予め格納している。角度位置変換器４０３は、入力される角度θの傾きに基づいて偏波情報読取回路群６０１の移動方向を検出し、検出された移動方向と角度θに基づいて変換テーブル４０３ｔを参照して、入力される角度θを相対位置に変換し、変換後の相対位置を相対位置データＤ４０３として加算器４０４に出力する。さらに、図８において、加算器４０４は、入力される相対位置データＤ４０２に相対位置データＤ４０４を加算して、加算結果を位置データＤ４０４として出力する。

例えば、位置測定装置１Ａを鉄道における列車位置の測定に用いるときは、反射器間隔Δｘｒを３０ｃｍに設定し、位置検出装置１００Ａと反射装置２００との間の間隔Ｚｇを１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下に設定し、変換テーブル４０３ｔにおいて角度θを−１８０度から＋１８０度までの範囲で６０個以上の角度に離散化すると、１ｃｍ以下の位置測定精度が得られる。また、位置測定装置１Ａを昇降機におけるかごの位置の測定に用いるときは、反射器間隔Δｘｒを５ｃｍに設定し、位置検出装置１００Ａと反射装置２００との間の間隔Ｚｇを２ｃｍ以上３ｃｍ以下に設定し、変換テーブル４０３ｔにおいて角度θを−１８０度から＋１８０度までの範囲で１００個以上の角度に離散化すると、１ｍｍ以下の位置測定精度が得られる。

以上説明したように、本実施形態によれば、２つの偏波情報読取回路１１０−１，１１０−２を用いたので、反射器間隔Δｘｒよりも小さい位置測定精度が得られ、実施の形態１に比較して、高い精度で位置検出装置１００Ａの相対位置を反射器２−１〜２−１２間で測定できる。

なお、本実施の形態において、角度位置変換器４０３は、偏波情報読取回路群６０１の移動方向と、所定の分解能で離散化された各角度θと、角度θがゼロでありかつ角度θの傾きが有限値であるときの偏波情報読取回路群６０１の位置に対する相対位置との間の変換テーブル４０３ｔを参照して、入力される角度θを相対位置Ｄ４０３に変換した。しかしながら、本発明はこれに限られず、角度位置変換器４０３は、偏波情報読取回路群６０１の移動方向と、所定の分解能で離散化された各角度θと、角度θがゼロでありかつ角度θの傾きが有限値であるときの偏波情報読取回路群６０１の位置に対する相対位置との間の所定の変換式を用いて、入力される角度θを相対位置Ｄ４０３に変換してもよい。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る位置測定装置１Ｂの構成を示すブロック図である。図１０において、位置測定装置１Ｂは、位置検出装置１００Ｂと、反射装置２００Ａとを備えて構成される。また、反射装置２００Ａは、長方形の樹脂板２０１と、反射器群６０５とを備えて構成され、反射器群６０５は、１２個の反射器３−１〜３−１２を備えて構成される。反射器３−１〜３−１２は、互いに同一の長さを有する金属棒である。ここで、図１０に示すように、反射器３−１の中心を右手系のｘｙｚ座標系の原点Ｏと定義し、原点Ｏに対して上方向をｚ軸の正の方向と定義し、樹脂板２０１の長手方向をｘ軸方向と定義する。図１０において、反射器３−１〜３−１２は、反射器３−１〜３−１２の各中心がｘ軸の正の部分に反射器間隔Δｘｒで並ぶように、樹脂板２０１の表面に埋め込まれている。

詳細後述するように、本実施の形態に係る位置測定装置１Ｂは以下の特徴を有する。
（ａ）反射装置２００Ａは、反射器間隔Δｘｒで配置された反射器３−１〜３−１２を含む反射器群６０５を含む。ここで、反射器３−１〜３−１２は、反射器３−１〜３−１２から互いに隣接する６個の反射器を順次１個の反射器だけシフトしながら選択したときに、上記各選択された６個の反射器からの反射波の偏波方向の各パターンが互いに異なるように設けられている。
（ｂ）位置検出装置１００Ｂは、反射器間隔Δｘｒと同一の間隔Ｌａで設けられた６個の偏波情報読取回路１１０−３〜１１０−８を備える。ここで、偏波情報読取回路１１０−３〜１１０−８は、それぞれ偏波情報読取回路１１０と同様に構成され、受信レベル差信号ΔＥ３〜ΔＥ８を発生する。
（ｃ）位置演算回路１２０Ｂは、受信レベル差信号ΔＥ３〜ΔＥ８のパターンに基づいて、位置検出装置１００Ｂが固定された移動体の、移動経路（図１０のｘ軸に沿った経路である。）上の絶対位置を算出する。

図１０において、各反射器３−１〜３−１２とｙ軸との間の各角度は、それぞれビットデータ「０」又はビットデータ「１」に対応するように設定されている。具体的には、反射器３−１、３−２、３−４〜３−６、３−８、３−９及び３−１１の各長手方向とｙ軸との間の角度は、ビットデータ「１」に対応する角度＋４５度に設定され、反射器３−３、３−７、３−１０及び３−１２の各長手方向とｙ軸との間の角度は、ビットデータ「０」に対応する角度−４５度に設定されている。ここで、各反射器３−１〜３−１２とｙ軸との間の各角度で表される１２ビットのビットパターンには、例えば任意の連続するビット区間で同一のパターンが存在しないという特徴を有するコードを用いる。例えば、コード長６３ビットのコードの場合、任意の連続する６ビット区間では同じパターンが存在しないことを特徴とするコードを用いる。本実施形態に係る各反射器３−１〜３−１２とｙ軸との間の各角度に対応する１２ビットのビットパターン（図１０の場合は、ビットパターン「１１０１１１０１１０１０」である。）は、上記のコード長６３ビットの一部分に対応している。

また、図１０において、位置検出装置１００Ｂは、反射器群６０５上を移動するように設けられた偏波情報読取回路群６０２と、位置演算回路１２０Ｂとを備えて構成される。偏波情報読取回路群６０２は、それぞれ偏波情報読取回路１１０（図２参照。）と同様に構成された偏波情報読取回路１１０−３〜１１０−８を備えて構成され、受信レベル差信号ΔＥ３〜ΔＥ８を生成して位置演算回路１２０Ｂに出力する。ここで、各偏波情報読取回路１１０−３〜１１０−８を構成するアンテナ１１２〜１１４の各中心Ｃ１１０−３〜Ｃ１１０−８の高さは、それぞれ高さＺｇ（図１参照。）に設定されている。また、偏波情報読取回路１１０−３〜１１０−８は、各中心Ｃ１１０−３〜Ｃ１１０−８がｘ軸上に、反射器間隔Δｘｒと等しい間隔Ｌａで配置されるように設けられる。

さらに、図１０において、位置演算回路１２０Ｂは、ビット生成部５０１と、ビット位置変換部５０２とを備えて構成される。ビット生成部５０１は、受信レベル差信号ΔＥ３〜ΔＥ８の各符号に基づいて、入力される受信レベル差信号ΔＥ３〜ΔＥ８を６ビットのコード信号Ｓ５０１に変換してビット位置変換部５０２に出力する。具体的には、入力される受信レベル差信号ΔＥ３〜ΔＥ８毎に、符号が正のときはビットデータ「１」に変換する一方、符号が負のときはビットデータ「０」に変換し、変換後の６個のビットデータを含むコード信号Ｓ５０１を発生する。ビット位置変換部５０２は、コード信号Ｓ５０１と、偏波情報読取回路群６０２の絶対位置との間の変換テーブル５０２ｔを予め格納しており、入力されるコード信号Ｓ５０１に基づいて変換テーブル５０２ｔを参照し、コード信号Ｓ５０１を偏波情報読取回路群６０２の絶対位置に変換し、位置データＤ５０２として出力する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、反射器３−１〜３−１２によって反射される反射波の偏波方向は、連続する６個の反射器による反射波の各偏波方向のパターンが互いに異なるように設定されたので、６個の偏波情報読取回路１１０−３〜１１０−８からの受信レベル差信号ΔＥ３〜Ｅ８に基づいて偏波情報読取回路群６０２の絶対位置を、従来技術に比較して正確に測定できる。

なお、本実施の形態において、受信レベル差信号ΔＥ３〜ΔＥ８にビットデータ「０」又は「１」を割り当てたが、本発明はこれに限られず、受信レベル差信号ΔＥ３〜ΔＥ８の各パターンを用いてもよい。

また、本実施の形態において、６個の偏波情報読取回路１１０−３〜１１０−８と、１２個の反射器３−１〜３−１２とを用いたが、本発明はこれに限られず、複数Ｐ個（Ｐは３以上の整数。）の反射器と、複数Ｍ個（ＭはＰより小さい２以上の整数。）の偏波情報読取回路１１０とを用いればよい。この場合、各反射器とｙ軸との間の各角度に対応するＰビットのビットパターンは、連続するＭビットの各区間において同一のビットパターンが存在しないように設定される。

さらに、本実施の形態において、各反射器３−１〜３−１２とからの反射波の偏波方向で表される１２ビットのビットパターン（図１０の場合は、ビットパターン「１１０１１１０１１０１０」である。）は、コード長６３ビットのコードに対応していたが、本発明はこれに限られない。反射器３−１〜３−１２からの反射波の偏波方向のパターンを、擬似ランダムコードから選択された連続する一部のコードに対応するように設定してもよい。

実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４に係る位置測定装置１Ｃの構成を示すブロック図である。図１１において、位置測定装置１Ｃは、位置検出装置１００Ｃと、反射装置２００Ｂとを備えて構成される。ここで、反射装置２００Ｂは、樹脂板２０１と、実施の形態１と同様に構成された反射器群６０４と、実施の形態３と同様に構成された反射器群６０５とを備えて構成される。また、反射器群６０５は、反射器群６０４に対して平行に設けられ、かつ反射器２−１のｘ座標と反射器３−１のｘ座標とは等しい。

詳細後述するように、本実施の形態に係る位置測定装置１Ｃは以下の特徴を有する。
（ａ）反射装置２００Ｂは、実施の形態３に係る反射器群６０５と、反射器間隔Δｘｒで配置された反射器２−１〜２−１２を含みかつ反射器群６０５に平行に設けられた反射器群６０４を備える。ここで、反射器群６０４の反射器２−１〜２−１２は、隣接する各２個の反射器からの反射波の偏波方向が互いに異なるように設けられる。
（ｂ）位置検出装置１００Ｃは、位置検出装置１００Ｂに比較して、互いに所定の間隔で設けられた２個の偏波情報読取回路１１０−１及び１１０−２をさらに備える。ここで、偏波情報読取回路１１０−１及び１１０−２はそれぞれ、偏波情報読取回路１１０と同様に構成され、受信レベル差信号ΔＥ１及びΔＥ２を発生する。また、偏波情報読取回路１１０−１及び１１０−２の間隔は、所定の正の奇数を２で除した値を反射器間隔Δｘｒに乗じた間隔に設定されている。
（ｃ）位置演算１２０Ｃは、６個の偏波情報読取回路１１０−３〜１１０−８からの６個の受信レベル差信号ΔＥ３〜ΔＥ８のパターンと、偏波情報読取回路１１０−１及び１１０−２からの２個の受信レベル差信号ΔＥ１及びΔＥ２の各変化とに基づいて、位置検出装置１００Ｃが固定された移動体の移動経路上の絶対位置を反射器３−１〜３−１２間で算出する。

図１１において、位置検出装置１００Ｃは、実施の形態２と同様に構成されかつ反射器群６０４上を移動するように設けられた偏波情報読取回路群６０１と、実施の形態３と同様に構成されかつ反射器群６０５上を移動するように設けられた偏波情報読取回路群６０２と、位置演算回路１２０Ｃとを備えて構成される。さらに、位置演算回路１２０Ｃは、逆正接演算部４０１と、変換テーブル４０３ｔを予め格納する角度位置変換器４０３と、ビット生成部５０１と、変換テーブル５０２ｔを予め格納するビット位置変換部５０２と、加算器６０３とを備えて構成される。逆正接演算部４０１は、実施の形態２と同様に、受信レベル差信号ΔＥ１及びΔＥ２に基づいて角度θを算出して角度位置変換器４０３に出力する。また、角度位置変換器４０３は、実施の形態２と同様に、入力される角度θの傾きに基づいて偏波情報読取回路群６０１の移動方向を検出し、検出された移動方向と角度θに基づいて変換テーブル４０３ｔを参照して、入力される角度θを相対位置データＤ４０３に変換して加算器６０３に出力する。

一方、図１１において、ビット生成部５０１は、実施の形態３と同様に、受信レベル差信号ΔＥ３〜ΔＥ８を、６ビットのコード信号Ｓ５０１に変換してビット位置変換部５０２に出力する。さらに、ビット位置変換部５０２は、入力されるコード信号Ｓ５０１に基づいて変換テーブル５０２ｔを参照し、コード信号Ｓ５０１を偏波情報読取回路群６０２の絶対位置に変換し、位置データＤ５０２として加算器６０３に出力する。そして、加算器６０３は、位置データＤ５０２に相対位置データＤ４０３を加算し、位置データＤ６０３として出力する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、実施の形態３に比較して、反射器群６０４と、偏波情報読取回路群６０１とをさらに備えたので、実施の形態３に比較して、移動体の絶対位置を、反射器間隔Δｘｒより小さい精度で測定できる。

実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５に係る偏波情報読取回路１１０Ａの構成を示すブロック図である。図１２において、偏波情報読取回路１１０Ａは、制御部７０１と、発振器３０１及びパルス生成部７０２を備えた送信部１１１Ａと、送信アンテナ１１２と、受信アンテナ１１３と、受信アンテナ１１４と、受信部１１５Ａとを備えて構成される。また、受信部１１５Ａは、距離設定部７０３と、伝搬時間別受信信号分離部７０４と、受信レベル差演算器３０５とを備えて構成される。ここで、制御部７０１は、所定の制御信号をパルス生成部７０２及び伝搬時間別受信信号分離部７０４に出力する。

本実施の形態に係る偏波情報読取回路１１０Ａは、受信された反射波から、反射装置２００で１回だけ反射した１回反射波を分離し、分離された１回反射波に基づいて受信レベル差信号ΔＥａを発生することを特徴としている。

図１２において、発振器３０１は、所定の周波数を有する発振信号Ｓ３０１を発生してパルス生成部７０２に出力する。また、パルス生成部７０２は、制御信号Ｓ７０１に応答して、所定の周波数を有するパルス信号を発生し、発振信号Ｓ３０１にパルス信号を乗算して、乗算結果の送信信号Ｓ７０２を送信アンテナ１１２に出力する。送信アンテナ１１２は、送信信号Ｓ７０２を実施の形態１と同様に電波として放射する。放射された電波は、実施の形態１と同様に、反射装置板２００によって反射された後、受信アンテナ１１３及び１１４により受信される。さらに、受信アンテナ１１３及び１１４は、受信信号Ｅ１及びＥ２をそれぞれ伝搬時間別受信信号分離部７０４に出力する。そして、伝搬時間別受信信号分離部７０４は、入力される受信信号Ｅ１及びＥ２をそれぞれ所定の時間分解能で離散化する。

図１３は、図１２の伝搬時間別受信信号分離部７０４により離散化された受信信号Ｅ１のグラフである。図１３に示すように、制御信号Ｓ７０１の出力タイミングｔ０において送信アンテナ１１３から放射された電波は、反射装置２００上で反射した後に、受信アンテナ１１３により受信される。このとき、１回反射波は、伝搬時間ｔ１が経過したときに受信され、２回反射波は、伝搬時間ｔ２が経過したときに受信される。

図１２において、伝搬時間別受信信号分離部７０４は、離散化された受信信号Ｅ１に含まれる１回反射波の伝搬時間ｔ１を検出し、検出された伝搬時間ｔ１に基づいて、アンテナ１１２〜１１４の反射装置２００からの距離Ｚｃを、以下の式を用いて算出する。

Ｚｃ＝ｃ×ｔ１／２

ここで、ｃは光速である。

一方、距離設定部７０３は、アンテナ１１２〜１１４の反射装置２００からの実際の間隔Ｚｇ（図１参照。）のデータを予め格納しており、間隔Ｚｇのデータを伝搬時間別受信信号分離部７０４に出力する。伝搬時間別受信信号分離部７０４は、離散化された受信信号Ｅ１から、伝搬時間ｔ２の経過後に受信される２回反射波などの多重反射波を除去して、１回反射波のみを分離する。さらに、伝搬時間別受信信号分離部７０４は、受信信号Ｅ１のレベルは電波の伝搬距離に反比例すると仮定し、入力される間隔Ｚｇと算出した距離Ｚｃとに基づいて、離散化された受信信号Ｅ１に含まれる１回反射波のレベルを補正し、補正後の離散化された受信信号Ｅ１ａを受信レベル差演算器３０５の非反転入力端子に出力する。伝搬時間別受信信号分離部７０４は、離散化された受信信号Ｅ１と同様に、離散化された受信信号Ｅ２から多重反射波を除去して１回反射波のみを分離し、分離された１回反射波のレベルを補正する。そして、伝搬時間別受信信号分離部７０４は、補正後の離散化された受信信号Ｅ２ａを受信レベル差演算器３０５の非転入力端子に出力する。受信レベル差演算器３０５からの出力信号は、受信レベル差信号ΔＥａとして位置演算回路１２０に出力される。

なお、パルス生成部７０２によって発生されるパルス信号の周波数は、発振信号Ｓ３０１の周波数より低く、かつ受信信号Ｅ１及びＥ２において、２回反射波が１回反射波に重畳しないように設定される。例えば、図１３の例では、パルス生成部７０２によって発生されるパルス信号の周波数は、発振信号Ｓ３０１の周波数の８分の１に設定されている。なお、図１３において、２回反射波と１回反射波が完全に分離している例を示したが、１回反射波の一部が２回反射波と重畳していなければよく、一部が２回反射波と重畳している１回反射波の信号を用いてもよい。

以上説明したように、受信信号Ｅ１及びＥ２から多重反射波を除去し、１回反射波のレベルを補正するので、上記各実施形態に比較して、移動体の振動、多重反射、及び周辺の金属からの反射波の影響を補正でき、移動体の位置をより高い精度で測定できる。

なお、本実施の形態では、パルス信号を用いて受信信号Ｅ１及びＥ２に含まれる１回反射波の受信レベルを抽出したが、本発明はこれに限られない。例えば、発振信号Ｓ３０１を所定の符号系列に従って変調して送信アンテナ１１２から放射してもよい。また、発振信号Ｓ３０１に基づいて、周波数変調連続波信号（ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）信号）、ＦＭ（Frequency Modulated）パルス信号、又は直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing））信号を生成して送信アンテナ１１２から放射してもよい。

実施の形態６．
図１４は、本発明の実施の形態６に係る位置測定装置１Ｄの構成を示すブロック図である。図１４において、位置測定装置１Ｄは、位置検出装置１００Ｄと、反射装置２００Ｃとを備えて構成される。また、反射装置２００Ｃは、長方形の樹脂板２０１と、反射器群８０４と、反射器群８０５とを備えて構成される。ここで、反射器群８０４は、実施の形態１に係る反射装置２００の反射器２−１〜２−４と同様に反射器間隔Δｘｒで配置された４個の反射器２−１〜２−４を備えて構成される。また、反射器群８０５は、反射器群８０４に対して平行に設けられ、反射器間隔Δｘｒで配置されかつ互いに同一の長さを有する４本の金属棒である反射器４−１〜４−４を備えて構成される。さらに、反射器２−１のｘ座標と反射器４−１のｘ座標とは等しい。さらに、図１４において、反射器４−１とｙ軸との間の角度は＋１５度に設定され、反射器４−２とｙ軸との間の角度は−１５度に設定され、反射器４−３とｙ軸との間の角度は−４５度に設定され、反射器４−４とｙ軸との間の角度は＋４５度に設定されている。

また、図１４において、位置検出装置１２０Ｄは、反射器群８０４上を移動するように設けられた偏波情報読取回路１１０と、反射器群８０５上を移動するように設けられかつ偏波情報読取回路１１０と同様に構成された偏波情報読取回路１１０−９と、位置演算回路１２０Ｄとを備えて構成される。ここで、位置演算回路１２０Ｄは、検知部８０１と、ビット生成部８０２と、ビット位置変換部８０３とを備えて構成される。図１４において、偏波情報読取回路１１０は、実施の形態１と同様に受信レベル差信号ΔＥを発生して検知部８０１に出力する。また、偏波情報読取回路１１０−９は、偏波情報読取回路１１０と同様に受信レベル差信号ΔＥ９を発生して検知部８０１に出力する。

詳細後述するように、本実施の形態に係る位置測定装置１Ｄは以下の特徴を有する。
（ａ）反射装置２００Ｃは、反射器間隔Δｘｒで配置された反射器４−１〜４−４を含む反射器群８０５と、反射器間隔Δｘｒで配置された反射器２−１〜２−４を含みかつ反射器群８０５に平行に設けられた反射器群８０４とを備える。ここで、反射器４−１〜４−４は、反射器４−１〜４−４からの反射波の各偏波方向が互いに異なるように設けられ、反射器２−１〜２−４は、隣接する各２個の第２の反射器からの反射波の偏波方向が互いに異なるように設けられる。
（ｂ）位置検出装置１００Ｄは、反射器群８０５及び反射器群８０４にそれぞれ対応して設けられた２個の偏波情報読取回路１１０−９及び１１０を備える。ここで、偏波情報読取回路１１０−９は反射器群８０５に向けで電波を放射して受信レベル差信号ΔＥ９を発生し、偏波情報読取回路１１０は反射器群８０４に向けで電波を放射して受信レベル差信号ΔＥを発生する。
（ｃ）位置演算回路１２０Ｄは、受信レベル差信号ΔＥ９及びΔＥの各変化に基づいて、位置検出装置１００Ｄが固定された移動体の移動経路（図１４のｘ軸に沿った経路である。）上の絶対位置を算出する。

図１５は、図１４の偏波情報読取回路１１０−９を構成する＋４５度の偏波方向を有する直線偏波の電波を受信する受信アンテナ１１３が、−４５度から＋４５度までの偏波方向を有する直線偏波を受信したときの受信信号レベルを示すグラフである。図１５に示すように、受信した電波の偏波方向が−４５度から＋４５度まで増加すると、受信信号レベルは増加する。そして、受信した電波の偏波方向が＋４５度であるときに受信信号レベルは最大になり、受信した電波の偏波方向が−４５度であるときに受信信号レベルは最小となる。同様に、−４５度の偏波方向を有する直線偏波の電波を受信する受信アンテナが、−４５度から＋４５度までの偏波方向を有する直線偏波を受信すると、受信した電波の偏波方向が−４５度であるときに受信信号レベルは最大になり、受信した電波の偏波方向が＋４５度であるときに受信信号レベルは最小となる

図１６は、図１４の偏波情報読取回路１１０−９が反射器４−１，４−２，４−３，又は４−４の直上にあるときの受信レベル差信号ΔＥ９を示す棒グラフである。図１６に示すように、受信レベル差信号ΔＥ９のレベルは、反射器４−１，４−２，４−３，又は４−４から放射される反射波の偏波方向に応じて変化する。このため、受信レベル差信号ΔＥ９に基づいて反射器４−１，４−２，４−３，及び４−４を識別するように、４つのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３及びＴＨ４を設定できる。

図１４において、検知部８０１は、入力される受信レベル差信号ΔＥの極大値及び極小値を検出することにより、偏波情報読取回路１１０を構成するアンテナ１１２〜１１４の中心Ｃ１１０が反射器２−１〜２−４のうちのいずれか１つの直上に存在することを検出し、当該検出タイミングにおける受信レベル差信号ΔＥ９をビット生成部８０２に出力する。

また、図１４において、ビット生成部８０２は、入力される受信レベル差信号ΔＥ９のレベルと、図１６のしきい値ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３及びＴＨ４とに基づいて、偏波情報読取回路１１０−９を構成するアンテナ１１２〜１１４の中心Ｃ１１０−９が反射器４−１〜４−４のうちのどの反射器の直上にあるのかを識別する。そして、識別された反射器に応じて、所定のビット信号Ｓ８０２を発生して、ビット位置変換部８０３に出力する。具体的には、ビット生成部８０２は、中心Ｃ１１０−９が反射器４−１，４−２，４−３及び４−４の直上にあるとき、ビットデータ「０１」、「１０」、「００」及び「１１」をそれぞれ含むビット信号Ｓ８０２を発生する。

さらに、図１４において、ビット位置変換部８０３は、ビット信号Ｓ８０２に含まれるビットデータと偏波情報読取回路１１０−９の位置との間の変換テーブル８０３ｔをあらかじめ格納している。ビット位置変換部８０３は、変換テーブル８０３ｔを参照して、入力されるビット信号Ｓ８０２に含まれるビットデータを偏波情報読取回路１１０−９の位置に変換し、位置データＤ８０３として出力する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、互いに異なる偏波方向の反射波を放射する反射器４−１〜４−４を設けたので、偏波情報読取回路１１０−９の位置を２ビットのビットデータで表すことができる。このため、上記各実施形態に比較して、反射装置２００Ｃの全長を短くでき、小型及び低コストの位置測定装置１Ｄを実現できる。

実施の形態７．
図１７は、本発明の実施の形態７に係る位置測定装置１Ｅの構成を示すブロック図である。図１７において、位置測定装置１Ｅは、位置検出装置１００Ｅと、反射装置２００Ｄとを備えて構成される。また、反射装置２００Ｄは、図１４の反射装置２００Ｃに比較して、反射器群８０５に代えて反射器群９０５を備えたことを特徴としている。さらに、反射器群９０５は、反射器群８０５に比較して、反射器４−１及び４−２に代えて、それぞれ金属棒である反射器５−１及び５−２を備えている。反射器５−１とｙ軸との間の角度は、反射器４−４とｙ軸との間の角度と同様に＋４５度に設定され、かつ反射器５−１の長さは反射器４−４の長さよりも短い。このため、反射器５−１の反射面積は反射器４−４のそれよりも小さくなり、反射器５−１の反射率は反射器４−４の反射率よりも小さい。また、反射器５−２とｙ軸との間の角度は、反射器４−３とｙ軸との間の角度と同様に−４５度に設定され、かつ反射器５−２の長さは反射器４−３の長さよりも短い。このため、反射器５−２の反射面積は反射器４−３のそれよりも小さくなり、反射器５−２の反射率は反射器４−３の反射率よりも小さい。

また、図１７において、位置検出装置１００Ｅは、反射器群８０４上を移動するように設けられた偏波情報読取回路１１０と、反射器群９０５上を移動するように設けられかつ偏波情報読取回路１１０と同様に構成された偏波情報読取回路１１０−９と、位置演算回路１２０Ｅとを備えて構成される。ここで、位置演算回路１２０Ｅは、検知部９０１と、ビット生成部９０２と、ビット位置変換部９０３とを備えて構成される。図１７において、偏波情報読取回路１１０は、実施の形態１と同様に受信レベル差信号ΔＥを発生して検知部９０１に出力する。また、偏波情報読取回路１１０−９は、偏波情報読取回路１１０と同様に受信レベル差信号ΔＥ９を発生して検知部９０１に出力する。

詳細後述するように、本実施の形態に係る位置測定装置１Ｅは以下の特徴を有する。
（ａ）反射装置２００Ｄは、反射器間隔Δｘｒで配置された反射器５−１〜５−４を含む反射器群９０５と、反射器間隔Δｘｒで配置された反射器２−１〜２−４を含みかつ反射器群９０５に平行に設けられた反射器群８０４とを備える。ここで、反射器５−１〜５−４は、各反射器５−１〜５−４からの反射波の偏波方向と各反射器５−１〜５−４の反射率との組み合わせが互いに異なるように設けられ、反射器２−１〜２−４は、隣接する各２個の第２の反射器からの反射波の偏波方向が互いに異なるように設けられる。
（ｂ）位置検出装置１００Ｅは、反射器群９０５及び反射器群８０４にそれぞれ対応して設けられた２個の偏波情報読取回路１１０−９及び１１０を備える。ここで、偏波情報読取回路１１０−９は反射器群８０５に向けで電波を放射して受信レベル差信号ΔＥ９を発生し、偏波情報読取回路１１０は反射器群８０４に向けで電波を放射して受信レベル差信号ΔＥを発生する。なお、受信レベル差信号ΔＥ９は、反射器群９０５からの反射波の偏波方向及び反射器群９０５上での反射率に対応する。
（ｃ）位置演算回路１２０Ｄは、受信レベル差信号ΔＥ９及びΔＥの各変化に基づいて、位置検出装置１００Ｄが固定された移動体の移動経路（図１７のｘ軸に沿った経路である。）上の絶対位置を算出する。

図１８は、図１７の偏波情報読取回路１１０−９が反射器５−１，５−２，４−３，又は４−４の直上にあるときの各受信レベル差信号ΔＥ９を示す棒グラフである。図１８に示すように、受信レベル差信号ΔＥ９のレベルは、反射器５−１，５−２，４−３，４−４から放射される反射波の偏波方向に応じて変化する。このため、受信レベル差信号ΔＥ９に基づいて反射器５−１，５−２，４−３，及び４−４を識別するように、４つのしきい値ＴＨ１ａ，ＴＨ２ａ，ＴＨ３ａ及びＴＨ４ａを設定できる。

図１７において、検知部９０１は、入力される受信レベル差信号ΔＥの極大値及び極小値を検出することにより、偏波情報読取回路１１０を構成するアンテナ１１２〜１１４の中心Ｃ１１０が反射器２−１〜２−４のうちのいずれか１つの直上に存在することを検出し、当該検出タイミングにおける受信レベル差信号ΔＥ９をビット生成部９０２に出力する。

また、図１７において、ビット生成部９０２は、入力される受信レベル差信号ΔＥ９のレベルと、図１８のしきい値ＴＨ１ａ，ＴＨ２ａ，ＴＨ３ａ及びＴＨ４ａとに基づいて、偏波情報読取回路１１０−９を構成するアンテナ１１２〜１１４の中心Ｃ１１０−９が反射器５−１，５−２，４−３，及び４−４のうちのどの反射器の直上にあるのかを識別する。そして、識別された反射器に応じて、所定のビット信号Ｓ９０２を発生して、ビット位置変換部９０３に出力する。具体的には、ビット生成部９０２は、中心Ｃ１１０−９が反射器５−１，５−２，４−３，及び４−４の直上にあるとき、ビットデータ「００」、「１０」、「０１」及び「１１」をそれぞれ含むビット信号Ｓ９０２を発生する。

さらに、図１７において、ビット位置変換部９０３は、ビット信号Ｓ９０２に含まれるビットデータと偏波情報読取回路１１０−９の位置との間の変換テーブル９０３ｔをあらかじめ格納している。ビット位置変換部９０３は、変換テーブル９０３ｔを参照して、入力されるビット信号Ｓ９０２に含まれるビットデータを偏波情報読取回路１１０−９の位置に変換し、位置データＤ９０３として出力する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、互いに異なる偏波方向及び反射率の組み合わせを有する反射波を放射する反射器５−１，５−２，４−３，及び４−４を設けたので、偏波情報読取回路１１０−９の位置を２ビットのビットデータで表すことができる。このため、実施の形態６と同様に、反射装置２００ＣＤの全長を短くでき、省スペース及び低コストの位置測定装置１Ｅを実現できる。

実施の形態８．
図１９は、本発明の実施の形態８に係る偏波情報読取回路１１０Ｂの構成を示すブロック図である。図１９において、偏波情報読取回路１１０Ｂは、発振器１００３及び１００４を備えた送信部１１１Ｂと、送受信アンテナ１００１及び１００２と、受信レベル差演算器３０５を備えた受信部１１５とを備えて構成される。図１９において、送受信アンテナ１００１により送信又は受信される電波の偏波方向Ｐ１００１と送受信アンテナ１００２により送信又は受信される電波の偏波方向Ｐ１００２とは、互いに直交するように設定されている。具体的には、偏波方向Ｐ１００１は＋４５度に設定され、偏波方向Ｐ１００２は−４５度に設定されている。

また、図１９において、発振器１００３は、所定の周波数を有する発振信号Ｓ１００１を発生して送受信アンテナ１００１の給電点Ｑ１に出力する。送受信アンテナ１００１は、発振信号Ｓ１００１を、偏波方向Ｐ１００１を有する直線偏波の電波として放射する。また、送受信アンテナ１００１は、偏波方向Ｐ１００１を有する反射波を受信して、受信信号Ｅ１００１として受信レベル差演算器３０５の非反転入力端子に出力する。

さらに、図１９において、発振器１００４は、発振信号Ｓ１００１と同一の周波数を有する発振信号Ｓ１００２を発生して送受信アンテナ１００２の給電点Ｑ２に出力する。送受信アンテナ１００２は、発振信号Ｓ１００２を、偏波方向Ｐ１００２を有する直線偏波の電波として放射する。また、送受信アンテナ１００２は、偏波方向Ｐ１００２を有する反射波を受信して、受信信号Ｅ１００２として受信レベル差演算器３０５の反転入力端子に出力する。そして、受信レベル差演算器３０５からの出力信号は、受信レベル差信号ΔＥｂとして位置演算回路１２０に出力される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、上記各実施の形態に比較して、送信アンテナ１１２と受信アンテナ１１３とを共用し、送信アンテナ１１２と受信アンテナ１１４とを共用しているので、より小型の位置測定装置を実現できる。また、送受信アンテナ１００１から放射する電波の偏波方向と、反射装置２００で反射された反射波の偏波方向と、送受信アンテナ１００１で受信する電波の偏波方向を一致させ、送受信アンテナ１００２から放射する電波の偏波方向と、反射装置２００で反射された反射波の偏波方向と、送受信アンテナ２００１で受信する電波の偏波方向を一致させたので、上記各実施の形態に比較して受信信号Ｅ１００１及びＥ１００２の各レベルを大きくできる。このため、上記各実施の形態に比較して受信レベル差信号ΔＥｂのＳ／Ｎ比を向上して、寄り正確に移動体の位置を検出できる。

なお、図１９において、発振器１００３と発振器１００４とを１つの発振器に置き換えてもよい。

また、実施の形態５に係る偏波情報読取回路１１０Ａ又は実施の形態８に係る偏波情報読取回路１１０Ｂを、偏波情報読取回路１１０，１１０−１〜１１０−９に代えて用いてもよい。

さらに、上記各実施の形態において、反射器２−１〜２−１２，反射器３−１〜３−１２，反射器４−１〜４−４、ならびに反射器５−１〜５−２及び４−３〜４−４は、それぞれ直線状に配置されたが、本発明はこれに限られず、移動体の所定の移動経路に沿って配置されればよい。また、上記各実施の形態において、移動体の移動経路は、ｘ軸に沿った直線であったが、本発明はこれに限られず、曲線であってもよい。

また、上記実施の形態において、受信レベル差信号ΔＥ，ΔＥ１〜ΔＥ９，ΔＥａ及びΔＥｂを偏波状態信号として用いたが、本発明はこれに限られず、受信信号Ｅ１、Ｅ２，Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ１００１又はＥ１００２を偏波状態信号として用いてもよい。

以上説明したように、本発明に係る位置測定装置によれば、電波を用いるので、埃などの汚れ及び外乱光などの環境の変化の影響を受けずに、列車及び昇降機のかごなどの移動体の相対位置を測定できる。また、位置検出手段と反射手段との間の間隔は、反射器間隔の２分の１であればよいので、反射器間隔を３０ｃｍに設定したときは、位置検出手段と反射手段との間の間隔を数１０ｃｍに設定でき、列車及び昇降機のかごなどの移動体の位置を測定できる。さらに、反射波の反射強度ではなく、反射波の偏波方向に基づいて位置検出手段の位置を測定するので、位置測定装置の周辺の金属物体、移動体の振動、及び多重反射による位相干渉の影響を受けることなく、反射波の偏波方向の変化に対応する偏波状態信号の変化を検出でき、列車及び昇降機のかごなどの移動体の位置を従来技術に比較して正確に測定できる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 位置測定装置、２−１〜２−１２，３−１〜３−１２，４−１〜４−４，５−１，５−２ 反射器、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ 位置検出装置、１１０，１１０Ａ，１００Ｂ，１１０−１〜１１０−９ 偏波情報読取回路、１１１，１１１Ａ 送信部、１１２ 送信アンテナ、１１３ 受信アンテナ、１１４ 受信アンテナ、１１５，１１５Ａ 受信部、１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ，１２０Ｅ 位置演算回路、１２１ カウンタ回路、２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄ 反射装置、２０１ 樹脂板、３０１ 発振器、３０５ 受信レベル差演算器、４０１ 逆正接演算部、４０２ カウンタ回路、４０３ 角度位置変換器、４０４，６０３ 加算器、５０１，８０２，９０２ ビット生成部、５０２，８０３，９０３ ビット位置変換部、６０１，６０２ 偏波情報読取回路群、６０４，６０５，８０４，８０５ 反射器群、７０１ 制御部、７０２ パルス生成部、７０３ 距離測定部、７０４ 伝搬時間別受信信号分離部、８０１，９０１ 検知部、９０５ 反射器群。

本発明の実施の形態１に係る位置測定装置１の構成を示すブロック図である。 図１の偏波情報読取回路１１０の構成を示すブロック図である。 図１の反射装置２００の部分斜視図である。 図１の偏波情報読取回路１１０の中心Ｃ１１０が反射器２−１の直上にあるときの偏波情報読取回路１１０及び反射器２−１を示すブロック図である。 図１の偏波情報読取回路１１０の中心Ｃ１１０が反射器２−２の直上にあるときの偏波情報読取回路１１０及び反射器２−２を示すブロック図である。 図１の反射装置２００の平面図と、図１の偏波情報読取回路１１０が原点Ｏからｘ軸の正の方向に移動したときの受信レベルＥ１及びＥ２のグラフと、受信レベル差信号ΔＥのグラフである。 図１の位置測定装置１において、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが反射器間隔Δｘｒの半分よりも十分小さいときの、偏波情報読取回路１１０の位置のｘ座標に対する受信レベル差信号ΔＥのグラフである。 図１の位置測定装置１において、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが送信アンテナ１１２から放射される電波の波長λよりも十分小さく、かつ反射器間隔Δｘｒが波長λの半分以下であるときの、偏波情報読取回路１１０の位置のｘ座標に対する受信レベル差信号ΔＥのグラフである。 図１の位置測定装置１において、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが反射器間隔Δｘｒの半分であるときの、偏波情報読取回路１１０の位置のｘ座標に対する受信レベル差信号ΔＥのグラフである。 図１の位置測定装置１において、位置検出装置１００と反射装置２００との間の間隔Ｚｇが反射器間隔Δｘｒよりも大きいときの、偏波情報読取回路１１０の位置のｘ座標に対する受信レベル差信号ΔＥのグラフである。 本発明の実施の形態２に係る位置測定装置１Ａの構成を示すブロック図である。 図８の反射装置２００の平面図と、図８の偏波情報読取回路群６０１が原点Ｏからｘ軸の正の方向に移動したときの受信レベル差信号ΔＥ１及びΔＥ２のグラフと、角度θのグラフである。 本発明の実施の形態３に係る位置測定装置１Ｂの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４に係る位置測定装置１Ｃの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５に係る偏波情報読取回路１１０Ａの構成を示すブロック図である。 図１２の伝搬時間別受信信号分離部７０４により離散化された受信信号Ｅ１のグラフである。 本発明の実施の形態６に係る位置測定装置１Ｄの構成を示すブロック図である。 図１４の偏波情報読取回路１１０−９を構成する＋４５度の偏波方向を有する直線偏波の電波を受信する受信アンテナ１１３が、−４５度から＋４５度までの偏波方向を有する直線偏波を受信したときの受信信号レベルを示すグラフである。 図１４の偏波情報読取回路１１０−９が反射器４−１，４−２，４−３，又は４−４の直上にあるときの受信レベル差信号ΔＥ９を示す棒グラフである。 本発明の実施の形態７に係る位置測定装置１Ｅの構成を示すブロック図である。 図１７の偏波情報読取回路１１０−９が反射器５−１，５−２，４−３，又は４−４の直上にあるときの各受信レベル差信号ΔＥ９を示す棒グラフである。 本発明の実施の形態８に係る偏波情報読取回路１１０Ｂの構成を示すブロック図である。

また、図２において、受信レベル差演算器３０５からの出力信号は、受信レベル差信号ΔＥとして位置演算回路１２０に出力される。ここで、受信レベル差信号ΔＥは、反射波の偏波方向に対応する偏波状態信号である。位置演算回路１２０は、受信レベル差信号ΔＥに基づいて、詳細後述するように、アンテナ１１２〜１１４の中心Ｃ１１０のｘ座標（以下、位置検出装置１００の位置という。）を算出する。

図５は、図１の偏波情報読取回路１１０の中心Ｃ１１０が反射器２−２の直上にあるときの偏波情報読取回路１１０及び反射器２−２を示すブロック図である。図５に示すように、反射器２−２の長手方向とｙ軸との間の角度β２−２は−４５度であり、受信アンテナ１１４で受信される電波の偏波方向Ｐ１１４と一致するので、受信信号Ｅ１の受信レベルは最小になり、受信信号Ｅ２の受信レベルは最大になる。また、受信レベル差演算器３０５から出力される受信レベル差信号ΔＥの値は負の極小値となる。

なお、本実施の形態では、反射装置２００は樹脂板２０１と金属棒である反射器２−１〜２−１２とを備えて構成されたが、本発明はこれに限られない。反射器２−１〜２−１２は、入射した電波の偏波方向を所定の方向に変化させて反射波として放射すればよい。例えば、反射器２−１〜２−１２は、それぞれ直線偏波の電波を反射して放射するアンテナ素子であってもよい。また、金属板に、ｙ軸との間で４５度の角度をなすスリットと、ｙ軸との間で４５度−４５度の角度をなすスリットとを、反射器２−１〜２−１２として交互に形成してもよい。さらに、樹脂板２０１の表面に、アルミテープ及び銅テープなどの導体のテープを、反射器２−１〜２−１２として貼り付けてもよい。

また、本実施の形態において、位置検出装置１００全体を移動体に固定したが、本発明はこれに限られず、位置検出装置１００のうち、少なくともアンテナ１１２〜１１４を移動体に固定し、かつ反射装置２００との間で一定の間隔Ｚｇを有するように設ければよい。

図８において、位置測定装置１Ａは、反射装置２００と、位置検出装置１００Ａとを備えて構成される。また、位置検出装置１００Ａは、反射器群６０４上を移動するように設けられた偏波情報読取回路１１０−１，１１０−２を含む偏波情報読取回路群６０１と、位置演算回路１２０Ａとを備えて構成される。ここで、偏波情報読取回路１１０−１は図２の偏波情報読取回路１１０と同様に構成され、受信レベル差信号ΔＥ１を出力する。また、偏波情報読取回路１１０−２は図２の偏波情報読取回路１１０と同様に構成され、受信レベル差信号ΔＥ２を出力する。さらに、偏波情報読取回路１１０−１を構成するアンテナ１１２〜１１４の中心Ｃ１１０−１の高さと、偏波情報読取回路１１０−２を構成するアンテナ１１２〜１１４の中心Ｃ１１０−２の高さとは、それぞれ高さＺｇ（図１参照。）に設定されている。また、中心Ｃ１１０−１と中心Ｃ１１０−２との間の距離Ｌは、受信レベル差信号ΔＥ１と受信レベル差信号ΔＥ２との間の位相差が９０度になるように設定される。具体的には、距離Ｌは以下の式で表される。

また、図８において、角度位置変換器４０３は、偏波情報読取回路群６０１の移動方向と、所定の分解能で離散化された各角度θと、角度θがゼロでありかつ角度θの傾きが有限値であるときの偏波情報読取回路群６０１の位置に対する相対位置（例えば、−Δｘｒ以上Δｘｒ以下の値を有する。）との間の変換テーブル４０３ｔを予め格納している。角度位置変換器４０３は、入力される角度θの傾きに基づいて偏波情報読取回路群６０１の移動方向を検出し、検出された移動方向と角度θに基づいて変換テーブル４０３ｔを参照して、入力される角度θを相対位置に変換し、変換後の相対位置を相対位置データＤ４０３として加算器４０４に出力する。さらに、図８において、加算器４０４は、入力される相対位置データＤ４０２に相対位置データＤ４０３を加算して、加算結果を位置データＤ４０４として出力する。

図１２において、発振器３０１は、所定の周波数を有する発振信号Ｓ３０１を発生してパルス生成部７０２に出力する。また、パルス生成部７０２は、制御信号Ｓ７０１に応答して、所定の周波数を有するパルス信号を発生し、発振信号Ｓ３０１にパルス信号を乗算して、乗算結果の送信信号Ｓ７０２を送信アンテナ１１２に出力する。送信アンテナ１１２は、送信信号Ｓ７０２を実施の形態１と同様に電波として放射する。放射された電波は、実施の形態１と同様に、反射装置２００によって反射された後、受信アンテナ１１３及び１１４により受信される。さらに、受信アンテナ１１３及び１１４は、受信信号Ｅ１及びＥ２をそれぞれ伝搬時間別受信信号分離部７０４に出力する。そして、伝搬時間別受信信号分離部７０４は、入力される受信信号Ｅ１及びＥ２をそれぞれ所定の時間分解能で離散化する。

また、図１４において、位置検出装置１００Ｄは、反射器群８０４上を移動するように設けられた偏波情報読取回路１１０と、反射器群８０５上を移動するように設けられかつ偏波情報読取回路１１０と同様に構成された偏波情報読取回路１１０−９と、位置演算回路１２０Ｄとを備えて構成される。ここで、位置演算回路１２０Ｄは、検知部８０１と、ビット生成部８０２と、ビット位置変換部８０３とを備えて構成される。図１４において、偏波情報読取回路１１０は、実施の形態１と同様に受信レベル差信号ΔＥを発生して検知部８０１に出力する。また、偏波情報読取回路１１０−９は、偏波情報読取回路１１０と同様に受信レベル差信号ΔＥ９を発生して検知部８０１に出力する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、互いに異なる偏波方向及び反射率の組み合わせを有する反射波を放射する反射器５−１，５−２，４−３，及び４−４を設けたので、偏波情報読取回路１１０−９の位置を２ビットのビットデータで表すことができる。このため、実施の形態６と同様に、反射装置２００Ｄの全長を短くでき、省スペース及び低コストの位置測定装置１Ｅを実現できる。

Claims (17)

1. 移動体の所定の移動経路に沿って所定の反射器間隔で配置され、所定の電波が入射するときに所定の各偏波方向の反射波をそれぞれ反射して放射する複数の反射器を備えた反射手段と、
   上記移動体の移動経路上の位置を検出する位置検出手段とを備えた位置測定装置であって、
   上記位置検出手段は、
   上記移動体から上記電波を上記反射手段に向けて放射し、上記反射手段からの反射波を受信し、上記受信された反射波の偏波方向に対応する偏波状態信号をそれぞれ発生する少なくとも１つの偏波情報読取手段と、
   上記少なくとも１つの偏波情報読取手段からの少なくとも１つの偏波状態信号に基づいて、上記移動体の移動経路上の位置を算出する位置演算手段とを備えたことを特徴とする位置測定装置。
2. 上記反射手段の複数の反射器は、隣接する各２個の反射器からの反射波の偏波方向が互いに異なるように設けられ、
   上記位置検出手段は１つの偏波情報読取手段を備え、
   上記位置演算手段は、上記１つの偏波情報読取手段からの偏波状態信号の変化に基づいて、所定の基準位置に対する上記移動体の移動経路上の相対位置を算出することを特徴とする請求項１記載の位置測定装置。
3. 上記反射手段の複数の反射器は、隣接する各２個の反射器からの反射波の偏波方向が互いに異なるように設けられ、
   上記位置検出手段は互いに所定の間隔で設けられた２個の偏波情報読取手段を備え、
   上記位置演算手段は、上記２個の偏波情報読取手段からの２個の偏波状態信号の各変化に基づいて、所定の基準位置に対する上記移動体の移動経路上の相対位置を上記反射器間で算出することを特徴とする請求項１記載の位置測定装置。
4. 上記２個の偏波情報読取手段の間隔は、所定の正の奇数を２で除した値を上記反射器間隔に乗じた間隔に設定され、
   上記位置演算手段は、上記２個の偏波状態信号の逆正接値に基づいて上記移動体の相対位置を上記反射器間で算出することを特徴とする請求項３記載の位置測定装置。
5. 上記電波は、上記移動体の移動経路に直交する所定の偏波方向を有する直線偏波であり、
   上記複数の反射器はそれぞれ、入射した上記電波の偏波方向を上記直線偏波の偏波方向から＋４５度又は−４５度だけ変化させた方向で反射して放射することを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載の位置測定装置。
6. 上記各偏波情報読取手段は、上記受信された反射波から、上記反射手段で１回だけ反射した１回反射波を分離し、上記分離された１回反射波に基づいて上記偏波状態信号を発生することを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか１つに記載の位置測定装置。
7. 上記複数の反射器は、上記反射器間隔で配置された複数の第１の反射器を含む第１の反射器群を含み、
   上記第１の反射器群の複数の第１の反射器は、上記複数の第１の反射器から互いに隣接する複数Ｍ個の第１の反射器を順次１個の第１の反射器だけシフトしながら選択したときに、上記各選択された複数Ｍ個の第１の反射器からの第１の反射波の偏波方向の各パターンが互いに異なるように設けられ、
   上記位置検出手段は複数Ｍ個の偏波情報読取手段を備え、
   上記複数Ｍ個の偏波情報読取手段は上記反射器間隔と同一の間隔で設けられ、
   上記複数Ｍ個の偏波情報読取手段はそれぞれ、上記移動体から上記電波を上記第１の反射器群に向けて放射し、上記第１の反射器群からの第１の反射波を受信し、上記受信された第１の反射波の偏波方向に対応する偏波状態信号を発生し、
   上記位置演算手段は、上記複数Ｍ個の偏波情報読取手段からの複数Ｍ個の偏波状態信号のパターンに基づいて、上記移動体の移動経路上の絶対位置を算出することを特徴とする請求項１記載の位置測定装置。
8. 上記第１の反射器群の複数の第１の反射器からの第１の反射波の偏波方向のパターンは、擬似ランダムコードから選択された連続する一部のコードに対応するように設定されたことを特徴とする請求項７記載の位置測定装置。
9. 上記複数の反射器は、上記反射器間隔で配置された複数の第２の反射器を含みかつ上記第１の反射器群に平行に設けられた第２の反射器群をさらに含み、
   上記第２の反射器群の複数の第２の反射器は、隣接する各２個の第２の反射器からの第２の反射波の偏波方向が互いに異なるように設けられ、
   上記位置検出手段は、互いに所定の間隔で設けられた２個の別の偏波情報読取手段をさらに備え、
   上記２個の別の偏波情報読取手段はそれぞれ、上記移動体から上記電波を上記第２の反射器群に向けて放射し、上記第２の反射器群からの第２の反射波を受信し、上記受信された第２の反射波の偏波方向に対応する偏波状態信号を発生し、
   上記位置演算手段は、上記複数Ｍ個の偏波情報読取手段からの複数Ｍ個の偏波状態信号のパターンと、上記２個の別の偏波情報読取手段からの２個の偏波状態信号の各変化とに基づいて、上記移動体の移動経路上の絶対位置を上記第１の反射器間で算出することを特徴とする請求項７又は８記載の位置測定装置。
10. 上記２個の偏波情報読取手段の間隔は、所定の正の奇数を２で除した値を上記反射器間隔に乗じた間隔に設定され、
    上記位置演算手段は、上記２個の偏波情報読取手段からの２個の偏波状態信号の逆正接値に基づいて上記移動体の移動経路上の
    絶対位置を上記第１の反射器間で算出することを特徴とする請求項９記載の位置測定装置。
11. 上記複数の反射器は、
    上記反射器間隔で配置された複数の第１の反射器を含む第１の反射器群と、
    上記反射器間隔で配置された複数の第２の反射器を含み、かつ上記第１の反射器群に平行に設けられた第２の反射器群とを含み、
    上記第１の反射器群の複数の第１の反射器は、上記複数の第１の反射器からの第１の反射波の各偏波方向が互いに異なるように設けられ、
    上記第２の反射器群の複数の第２の反射器は、隣接する各２個の第２の反射器からの第２の反射波の偏波方向が互いに異なるように設けられ、
    上記位置検出手段は、上記第１の反射器群及び上記第２の反射器群にそれぞれ対応して設けられた２個の偏波情報読取手段を備え、
    上記２個の偏波情報読取手段のうちの一方の偏波情報読取手段は、上記移動体から上記電波を上記第１の反射器群に向けて放射し、上記第１の反射器群からの第１の反射波を受信し、上記受信された第１の反射波の偏波方向に対応する偏波状態信号を発生し、
    上記２個の偏波情報読取手段のうちの他方の偏波情報読取手段は、上記移動体から上記電波を上記第２の反射器群に向けて放射し、上記第２の反射器群からの第２の反射波を受信し、上記受信された第２の反射波の偏波方向に対応する偏波状態信号を発生し、
    上記位置演算手段は、上記２個の偏波情報読取手段からの２個の偏波状態信号の各変化に基づいて、上記移動体の移動経路上の絶対位置を算出することを特徴とする請求項１記載の位置測定装置。
12. 上記複数の反射器は、
    上記反射器間隔で配置された複数の第１の反射器を含む第１の反射器群と、
    上記反射器間隔で配置された複数の第２の反射器を含み、かつ上記第１の反射器群に平行に設けられた第２の反射器群とを含み、
    上記第１の反射器群の複数の第１の反射器は、上記各第１の反射器からの第１の反射波の偏波方向と上記各第１の反射器の反射率との組み合わせが互いに異なるように設けられ、
    上記第２の反射器群の複数の第２の反射器は、隣接する各２個の第２の反射器からの第２の反射波の偏波方向が互いに異なるように設けられ、
    上記位置検出手段は、上記第１の反射器群及び上記第２の反射器群にそれぞれ対応して設けられた２個の偏波情報読取手段を備え、
    上記２個の偏波情報読取手段のうちの一方の偏波情報読取手段は、上記移動体から上記電波を上記第１の反射器群に向けて放射し、上記第１の反射器群からの第１の反射波を受信し、上記受信された第１の反射波の偏波方向及び上記第１の反射器群上での反射率に対応する偏波状態信号を発生し、
    上記２個の偏波情報読取手段のうちの他方の偏波情報読取手段は、上記移動体から上記電波を上記第２の反射器群に向けて放射し、上記第２の反射器群からの第２の反射波を受信し、上記受信された第２の反射波の偏波方向に対応する偏波状態信号を発生し、
    上記位置演算手段は、上記２個の偏波情報読取手段からの２個の偏波状態信号の各変化に基づいて、上記移動体の移動経路上の絶対位置を算出することを特徴とする請求項１記載の位置測定装置。
13. 上記電波は、上記移動体の移動経路に直交する所定の偏波方向を有する直線偏波であり、
    上記複数の第１の反射器はそれぞれ、入射した上記電波の偏波方向を上記直線偏波の偏波方向から＋４５度又は−４５度だけ変化させた方向で反射して放射し、
    上記複数の第２の反射器はそれぞれ、入射した上記電波の偏波方向を上記直線偏波の偏波方向から＋４５度又は−４５度だけ変化させた方向で反射して放射することを特徴とする請求項７乃至１２のうちのいずれか１つに記載の位置測定装置。
14. 上記各偏波情報読取手段は、上記受信された第１の反射波又は第２の反射波から、上記反射手段で１回だけ反射した１回反射波を分離し、上記分離された１回反射波に基づいて上記偏波状態信号を発生することを特徴とする請求項７乃至１３のうちのいずれか１つに記載の位置測定装置。
15. 上記各偏波情報読取手段は、
    上記電波を上記反射手段に向けて放射する送信アンテナと、
    所定の第１の偏波方向の反射波を受信する第１の受信アンテナと、
    上記第１の偏波方向と異なる所定の第２の偏波方向の反射波を受信する第２の受信アンテナと、
    上記第１の受信アンテナにより受信された第１の受信信号のレベルと、上記第２の受信アンテナにより受信された第２の受信信号のレベルとの差を表す受信レベル差信号を、上記偏波状態信号として発生する受信手段とを備え、
    上記送信アンテナと、上記第１の受信アンテナと、上記第２の受信アンテナとは、上記移動体に固定され、かつ上記反射手段との間で所定の一定の間隔を有するように設けられたことを特徴とする請求項１乃至１４のうちのいずれか１つに記載の位置測定装置。
16. 上記一定の間隔は上記反射器間隔の２分の１に設定されたことを特徴とする請求項１５記載の位置測定装置。
17. 上記第１の偏波方向と上記第２の偏波方向とは互いに直交することを特徴とする請求項１５又は１６記載の位置測定装置。

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