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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】位置測定システム、位置測定装置、及び位置測定方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20231205BHJP
G01D 5/26 20060101ALI20231205BHJP
G01S 5/16 20060101ALI20231205BHJP
G01S 11/12 20060101ALI20231205BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 B
G01B11/00 C
G01D5/26 D
G01S5/16
G01S11/12
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2022522497
(86)(22)【出願日】2020-07-20
(86)【国際出願番号】 JP2020028052
(87)【国際公開番号】W WO2021229833
(87)【国際公開日】2021-11-18
【審査請求日】2022-10-20
(31)【優先権主張番号】PCT/JP2020/019070
(32)【優先日】2020-05-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100119677
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 賢治
(74)【代理人】
【識別番号】100160495
【弁理士】
【氏名又は名称】畑 雅明
(74)【代理人】
【識別番号】100115794
【弁理士】
【氏名又は名称】今下 勝博
(72)【発明者】
【氏名】河北 敦子
(72)【発明者】
【氏名】谷口 友宏
(72)【発明者】
【氏名】原 一貴
【審査官】續山 浩二
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０２４０８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０２６８１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－１５６１０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０７３２９８５７（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開昭６３－０３０９１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０７５４１５６９（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１９５５９８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０６７７７６６６（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】中国特許出願公開第１０９２０５２１３（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／００
Ｇ０１Ｄ ５／２６
Ｇ０１Ｓ ５／１６
Ｇ０１Ｓ １１／１２
Ｇ０５Ｄ １／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
被測定物に搭載される位置測定装置と、前記被測定物の移動領域に設置された光ファイバと、
前記光ファイバに少なくとも２波長の光を入射する光源と、
を備え、
前記位置測定装置は、
前記光ファイバの側面から放出された散乱光を受光する受光部と、
前記散乱光について前記２波長の光の減衰量の違いを表現した情報と２次元的な前記被測定物の位置との対応関係を格納するデータベースと、
前記データベースが格納する前記対応関係に基づいて前記受光部が受光した前記散乱光の前記情報から２次元的な前記被測定物の位置を判断する判断部と、
を備えることを特徴とする位置測定システム。
【請求項2】
前記光源は、前記光ファイバの一端に接続され、前記光ファイバの他端に接続された終端器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項3】
前記光源は、所定の周期で波長切替を行う１つの波長可変光源であり、前記位置測定装置は、前記光源の波長切替を検知する機能をさらに備える
ことを特徴とする請求項２に記載の位置測定システム。
【請求項4】
１つの前記光源が前記光ファイバの一端に接続され、１つの前記光源と異なる波長の光を出力する他の前記光源が前記光ファイバの他端に接続されることを特徴とする請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項5】
前記散乱光の情報が波長毎の光強度であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の位置測定システム。
【請求項6】
前記散乱光の情報が色情報であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の位置測定システム。
【請求項7】
被測定物に搭載される位置測定装置であって、前記被測定物の移動領域に設置され、少なくとも２波長の光が入射された光ファイバの側面から放出された散乱光を受光する受光部と、
前記散乱光について前記２波長の光の減衰量の違いを表現した情報と２次元的な前記被測定物の位置との対応関係を格納するデータベースと、
前記データベースが格納する前記対応関係に基づいて前記受光部が受光した前記散乱光の前記情報から２次元的な前記被測定物の位置を判断する判断部と、
を備えることを特徴とする位置測定装置。
【請求項8】
被測定物の移動領域に光ファイバを設置すること、前記光ファイバに少なくとも２波長の光を入射すること、
前記光ファイバの側面から放出された散乱光を受光すること、及び
前記散乱光について前記２波長の光の減衰量の違いを表現した情報と２次元的な前記被測定物の位置との対応関係に基づいて、受光した前記散乱光の前記情報から２次元的な前記被測定物の位置を判断すること、
を行うことを特徴とする位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、物体の位置を測定する位置測定システム、位置測定装置、及び位置測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
物体の位置測定に用いられる代表的な方法として衛星や光を用いた測距方法が挙げられる。衛星測距で最も代表的な技術として、全地球測位システム（以下、ＧＰＳ： Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）がある。ＧＰＳは上空の複数個のＧＰＳ衛星からの信号をＧＰＳ受信機で受け取り、衛星が持つ３以上の「時刻」や「位置」の情報から３点測位をベースとした連立方程式を解くことで受信者が自身の現在位置を知るシステムである。ＧＰＳの測定精度は、大気遅延や環境によるマルチパスの影響、衛星配置数（捕捉数）の影響により、数メートル程度と言われている。
【0003】
一方で、光を使った測距の代表的な技術として、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）が挙げられる。ＬｉＤＡＲはレーザ光源などのコヒーレンス性の高い光源と受光器を利用し、空間上を伝播する光の往復時間（以下、ＴｏＦ： Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）から被測定物との距離を測定する。ＬｉＤＡＲの測定精度は、変調するパルスの繰り返し周期、パルス幅、光源以外の背景光からのショットノイズの影響により数ｃｍ程度と言われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第６１８７５００号
【文献】特表２０１６－５２６１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前述した２つの測距技術には測定環境によって利用が制限されるという課題がある。
例えば、工場のような電磁ノイズに晒された屋内環境でのＧＰＳによる測距を考えると、屋内利用による測定精度の低下、かつ電磁干渉のため利用できない。一方で、ＬｉＤＡＲの場合、他の光を利用した機器からの光波干渉も考えられるが、電波と比較して直進性が高いゆえ、電磁ノイズに晒された環境下においてもその影響は小さく、測距が可能である。
例えば、工場のような電磁ノイズに晒された屋内環境でのＧＰＳによる測距を考えると、屋内利用による測定精度の低下、かつ電磁干渉のため利用できない。一方で、ＬｉＤＡＲの場合、他の光を利用した機器からの光波干渉も考えられるが、電波と比較して直進性が高いゆえ、電磁ノイズに晒された環境下においてもその影響は小さく、測距が可能である。
【0006】
しかしながら、ＬｉＤＡＲには、図１に示すような工場内の環境下で位置測定（測距）を行うと測定精度が低下して被測定物の正確な位置を取得することが困難になる。例えば、図１の被測定物（例としてロボット）を監視制御するために位置測定（測距）が必要である場合、二次元ＬｉＤＡＲを利用した方法が考えられる。工場のような環境下においては、被測定物の移動範囲内に様々な機器や作業者が想定される。ＬｉＤＡＲは、空間中と被測定物の間（光軸上）に光を遮る遮蔽物があると正確な測距が困難になる。
【0007】
上記のようなＬｉＤＡＲの測定精度の低下に対しては、次のような対応が考えられる。（１）被測定物の駆動範囲を考慮してＬｉＤＡＲの設置位置を設計すること、
（２）複数のＬｉＤＡＲを利用し複数ＬｉＤＡＲからの結果を処理すること、
（３）特許文献１に記載されているように被測定物の動作軌道の両脇に安全柵を設け、安全柵に自己位置推定用ランドマークを取り付けること。
しかし、これらの対応は、被測定物の動作範囲を考慮しなければならず、工場の設計が制限されたり、ＬｉＤＡＲの設置数増加や、面的な安全柵及び自己位置推定用ランドマークの設置が必要でコストがかかる。
（２）複数のＬｉＤＡＲを利用し複数ＬｉＤＡＲからの結果を処理すること、
（３）特許文献１に記載されているように被測定物の動作軌道の両脇に安全柵を設け、安全柵に自己位置推定用ランドマークを取り付けること。
しかし、これらの対応は、被測定物の動作範囲を考慮しなければならず、工場の設計が制限されたり、ＬｉＤＡＲの設置数増加や、面的な安全柵及び自己位置推定用ランドマークの設置が必要でコストがかかる。
【0008】
更に、水中での位置測定をしようとすれば、次のような同様の課題が発生する。
（１）ＧＰＳは水中での電波の減衰が大きいため利用できない、
（２）ＬｉＤＡＲの場合、例えば特許文献２に示すように３次元ＬｉＤＡＲを備えた自律型水中機を用いて海中構造物及び水中構造物の検査を行うシステムが挙げられる。しかし、被測定物がＬｉＤＡＲの光軸上に制限されるため、海中構造物及び水中構造物の位置に合わせてＬｉＤＡＲの光軸の向きを合わせるステアリング機能が必要となりコストが上昇する。また、前記空間中（水中）と被測定物間に光を遮る遮蔽物があると正確な位置測定が困難である。
（１）ＧＰＳは水中での電波の減衰が大きいため利用できない、
（２）ＬｉＤＡＲの場合、例えば特許文献２に示すように３次元ＬｉＤＡＲを備えた自律型水中機を用いて海中構造物及び水中構造物の検査を行うシステムが挙げられる。しかし、被測定物がＬｉＤＡＲの光軸上に制限されるため、海中構造物及び水中構造物の位置に合わせてＬｉＤＡＲの光軸の向きを合わせるステアリング機能が必要となりコストが上昇する。また、前記空間中（水中）と被測定物間に光を遮る遮蔽物があると正確な位置測定が困難である。
【0009】
つまり、物体の位置を測定する場合に、ＧＰＳでは工場のような電磁ノイズに晒された環境、あるいは電波の減衰の大きい水中で測定することが困難であり、ＬｉＤＡＲでは物体の位置と光軸との関係を考慮すると設置コストが高くなるという課題があった。
【0010】
そこで、本発明は、前記課題を解決するために、環境や光軸に制限されずに被測定物の位置を正確に測定できる位置測定システム、位置測定装置、及び位置測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するために、本発明に係る位置測定システムは、被測定物に設置された位置測定装置が、被測定物の軌道に沿って設置された光ファイバの側面から放出された散乱光を受光し、受光した散乱光の強度または色情報に基づいて被測定物の位置を推定することとした。
【0012】
具体的には、本発明に係る位置測定システムは、
被測定物に搭載される位置測定装置と、
前記被測定物の移動領域に設置された光ファイバと、
前記光ファイバに少なくとも２波長の光を入射する光源と、
を備え、
前記位置測定装置は、
前記光ファイバの側面から放出された散乱光を受光する受光部と、
前記散乱光の情報と前記被測定物の位置との対応関係を格納するデータベースと、
前記データベースが格納する前記対応関係に基づいて前記受光部が受光した前記散乱光の情報から前記被測定物の位置を判断する判断部と、
を備えることを特徴とする。
被測定物に搭載される位置測定装置と、
前記被測定物の移動領域に設置された光ファイバと、
前記光ファイバに少なくとも２波長の光を入射する光源と、
を備え、
前記位置測定装置は、
前記光ファイバの側面から放出された散乱光を受光する受光部と、
前記散乱光の情報と前記被測定物の位置との対応関係を格納するデータベースと、
前記データベースが格納する前記対応関係に基づいて前記受光部が受光した前記散乱光の情報から前記被測定物の位置を判断する判断部と、
を備えることを特徴とする。
【0013】
また、本発明に係る位置測定装置は、被測定物に搭載される位置測定装置であって、
前記被測定物の移動領域に設置され、少なくとも２波長の光が入射された光ファイバの側面から放出された散乱光を受光する受光部と、
前記散乱光の情報と前記被測定物の位置との対応関係を格納するデータベースと、
前記データベースが格納する前記対応関係に基づいて前記受光部が受光した前記散乱光の情報から前記被測定物の位置を判断する判断部と、
を備えることを特徴とする。
前記被測定物の移動領域に設置され、少なくとも２波長の光が入射された光ファイバの側面から放出された散乱光を受光する受光部と、
前記散乱光の情報と前記被測定物の位置との対応関係を格納するデータベースと、
前記データベースが格納する前記対応関係に基づいて前記受光部が受光した前記散乱光の情報から前記被測定物の位置を判断する判断部と、
を備えることを特徴とする。
【0014】
さらに、本発明に係る位置測定方法は、
被測定物の移動領域に光ファイバを設置すること、
前記光ファイバに少なくとも２波長の光を入射すること、
前記光ファイバの側面から放出された散乱光を受光すること、及び
前記散乱光の情報と前記被測定物の位置との対応関係に基づいて、受光した前記散乱光の情報から前記被測定物の位置を判断すること、
を行うことを特徴とする。
被測定物の移動領域に光ファイバを設置すること、
前記光ファイバに少なくとも２波長の光を入射すること、
前記光ファイバの側面から放出された散乱光を受光すること、及び
前記散乱光の情報と前記被測定物の位置との対応関係に基づいて、受光した前記散乱光の情報から前記被測定物の位置を判断すること、
を行うことを特徴とする。
【0015】
本位置測定システムは、光ファイバ側面からの散乱光の光強度を測定するため、ＧＰＳ測定が困難な場所でも被測定部の位置を測定できる。また、本位置測定システムは、光ファイバ側面からの散乱光を測定するため、光源と被測定物間の遮蔽物の有無に依らない面的な測距が可能である。また、本位置測定システムは、複数の波長を用い、それぞれの波長の減衰量の違いを利用することで２次元に移動する被測定物の位置を測定することができる。
【0016】
従って、本発明は、環境や光軸に制限されずに被測定物の位置を正確に測定できる位置測定システム、位置測定装置、及び位置測定方法を提供することができる。
【0017】
ここで、本位置測定システムは、前記光源が、前記光ファイバの一端に接続され、前記光ファイバの他端に接続された終端器をさらに備えるとしてもよい。この場合、前記光源は、所定の周期で波長切替を行う１つの波長可変光源であり、前記位置測定装置は、前記光源の波長切替を検知する機能をさらに備えることが好ましい。
【0018】
また、本位置測定システムは、１つの前記光源が前記光ファイバの一端に接続され、１つの前記光源と異なる波長の光を出力する他の前記光源が前記光ファイバの他端に接続されるとしてもよい。
【0019】
ここで、本位置測定システムは、前記散乱光の情報が波長毎の光強度としてもよい。また、本位置測定システムは、前記散乱光の情報が色情報としてもよい。
【0020】
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明は、環境や光軸に制限されずに被測定物の位置を正確に測定できる位置測定システム、位置測定装置、及び位置測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の課題を説明する図である。
【図2】本発明に係る位置測定システムを説明する図である。
【図3】本発明に係る位置測定装置を説明する図である。
【図4】本発明に係る位置測定システムの測定原理を説明する図である。
【図5】本発明に係る位置測定装置のデータベースを説明する図である。
【図6】本発明に係る位置測定システムを説明する図である。
【図7】本発明に係る位置測定装置を説明する図である。
【図8】本発明に係る位置測定装置のデータベースを説明する図である。
【図9】本発明に係る位置測定システムを説明する図である。
【図10】本発明に係る位置測定システムの測定原理を説明する図である。
【図11】本発明に係る位置測定装置のデータベースを説明する図である。
【図12】本発明に係る位置測定システムの測定原理を説明する図である。
【図13】本発明に係る位置測定装置のデータベースを説明する図である。
【図14】本発明に係る位置測定システムを説明する図である。
【図15】本発明に係る位置測定装置を説明する図である。
【図16】本発明に係る位置測定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【0024】
（実施形態１）
図２は、本実施形態の位置測定システム３０１を説明する図である。位置測定システム３０１は、
被測定物１０に搭載される位置測定装置２０Ａと、
被測定物１０の移動領域１５に設置された光ファイバ５０と、
光ファイバ５０に少なくとも２波長の光を入射する光源３０と、
を備える。
ここで、光源３０は、光ファイバ５０の一端に接続される。具体的には、光源３０は、波長λ１を出力するレーザ３０－１、波長λ２を出力するレーザ３０－２、及びこれらから出力された光を合波して光ファイバ５０の一端に入射する光合波器３１である。本実施形態では、光ファイバ５０に２波長の光を入射するが、波長数は３以上であってもよい。
また、位置測定システム３０１は、光ファイバ５０の他端に接続された終端器４０をさらに備える。
図２は、本実施形態の位置測定システム３０１を説明する図である。位置測定システム３０１は、
被測定物１０に搭載される位置測定装置２０Ａと、
被測定物１０の移動領域１５に設置された光ファイバ５０と、
光ファイバ５０に少なくとも２波長の光を入射する光源３０と、
を備える。
ここで、光源３０は、光ファイバ５０の一端に接続される。具体的には、光源３０は、波長λ１を出力するレーザ３０－１、波長λ２を出力するレーザ３０－２、及びこれらから出力された光を合波して光ファイバ５０の一端に入射する光合波器３１である。本実施形態では、光ファイバ５０に２波長の光を入射するが、波長数は３以上であってもよい。
また、位置測定システム３０１は、光ファイバ５０の他端に接続された終端器４０をさらに備える。
【0025】
図３は、位置測定装置２０Ａの構成を説明する図である。
位置測定装置２０Ａは、
光ファイバ５０の側面から放出された散乱光Ｌｓｃを受光する受光部２１と、
前記散乱光の情報と前記被測定物の位置との対応関係を格納するデータベース２２と、
データベース２２が格納する前記対応関係に基づいて受光部２１が受光した前記散乱光の情報から被測定物１０の位置を判断する判断部２３と、
を備えることを特徴とする。
位置測定装置２０Ａは、
光ファイバ５０の側面から放出された散乱光Ｌｓｃを受光する受光部２１と、
前記散乱光の情報と前記被測定物の位置との対応関係を格納するデータベース２２と、
データベース２２が格納する前記対応関係に基づいて受光部２１が受光した前記散乱光の情報から被測定物１０の位置を判断する判断部２３と、
を備えることを特徴とする。
【0026】
受光部２１は、受光した光の光強度を電圧値に変換するものであればよく、例えばＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）である。
本実施形態では、光ファイバ５０に入射される光の波長はλ１とλ２の２つなので、受光部２１も、それぞれの波長を受光できる受光部２１－１と受光部２１－２で構成されている。ただし、受光可能レンジに波長λ１と波長λ２が含まれる場合、受光部は１つでもよい。
本実施形態では、光ファイバ５０に入射される光の波長はλ１とλ２の２つなので、受光部２１も、それぞれの波長を受光できる受光部２１－１と受光部２１－２で構成されている。ただし、受光可能レンジに波長λ１と波長λ２が含まれる場合、受光部は１つでもよい。
【0027】
本実施形態では、散乱光Ｌｓｃの情報が波長毎の光強度であることを特徴とする。
位置測定システム３０１は、散乱光Ｌｓｃを受光したときの電圧値から被測定物１０の位置を推定する。
位置測定システム３０１は、散乱光Ｌｓｃを受光したときの電圧値から被測定物１０の位置を推定する。
【0028】
位置測定システム３０１は、２光源（３０－１、３０－２）の２波長の光（連続光又はパルス光）を光合波器３１で合波し、光ファイバ５０の一端に入射する。また、光ファイバ５０の他端に終端器４０を設ける。光ファイバ５０は、例えば、ＬＤＦ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｆｕｓｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ）のように、その側面から光（散乱光）を放出する光ファイバである。このため、光ファイバ５０に入射された光は、一端からの距離に応じた光強度の散乱光として光ファイバ５０外に漏洩する。位置測定装置２０Ａは、その散乱光を受光したときの光強度（電圧値）から被測定物１０の位置推定を行う。
【0029】
図４は、位置測定システム３０１の測定原理を説明する図である。位置測定システム３０１は、波長によって伝搬損失が違うという光ファイバの特性を利用する。
レーザ３０－１の出力パワーをＰ１、レーザ３０－２の出力パワーをＰ２とする。波長λ１の光の、光ファイバ５０での単位長当たりの伝搬損失をα、空間中での単位長当たりの伝搬損失をγとする。波長λ２の光の、光ファイバ５０での単位長当たりの伝搬損失をβ、空間中での単位長当たりの伝搬損失をγとする。
この場合、座標（Ｘ，Ｙ）＝（６、４）の位置Ｇ１における波長λ１と波長λ２の光強度は、次のように計算できる。
（波長λ１の光強度，波長λ２の光強度）＝（Ｐ１－６α－４γ，Ｐ２－６β－４γ）
また、座標（Ｘ，Ｙ）＝（８、２）の位置Ｇ１における波長λ１と波長λ２の光強度は、次のように計算できる。
（波長λ１の光強度，波長λ２の光強度）＝（Ｐ１－８α－２γ，Ｐ２－８β－２γ）
レーザ３０－１の出力パワーをＰ１、レーザ３０－２の出力パワーをＰ２とする。波長λ１の光の、光ファイバ５０での単位長当たりの伝搬損失をα、空間中での単位長当たりの伝搬損失をγとする。波長λ２の光の、光ファイバ５０での単位長当たりの伝搬損失をβ、空間中での単位長当たりの伝搬損失をγとする。
この場合、座標（Ｘ，Ｙ）＝（６、４）の位置Ｇ１における波長λ１と波長λ２の光強度は、次のように計算できる。
（波長λ１の光強度，波長λ２の光強度）＝（Ｐ１－６α－４γ，Ｐ２－６β－４γ）
また、座標（Ｘ，Ｙ）＝（８、２）の位置Ｇ１における波長λ１と波長λ２の光強度は、次のように計算できる。
（波長λ１の光強度，波長λ２の光強度）＝（Ｐ１－８α－２γ，Ｐ２－８β－２γ）
【0030】
被測定物１０の移動領域１５内の各位置について、上述のように波長λ１と波長λ２の光強度を計算し、受光部２１で受光したときの電圧値に変換して位置情報格納データベース２２に保管しておく。あるいは、被測定物１０の移動領域１５内の各位置について予め波長λ１と波長λ２の光強度（電圧値）を実測した値を位置情報格納データベース２２に保管しておいてもよい。図５は、位置情報格納データベース２２が保管する座標と光強度（電圧値）の対応関係の例を説明する図である。
【0031】
位置測定装置２０Ａは、任意の時点で光ファイバ５０からの散乱光Ｌｓｃを受光部２１で受光し、波長λ１及び波長λ２の光強度（電圧値）と位置情報格納データベース２２が保管する対応関係とを比較し、被測定物１０の位置を推定する。
具体的には、受光部２１は受光した光強度を電圧値に変換し、位置情報検索部２３ａはこれを位置情報格納ＤＢ２２が予め保持する対応関係の値に照会し、位置判断・決定部２３ｂはその電圧値が一致する位置に被測定物１０が存在すると推定する。その電圧値が位置情報格納ＤＢ２２の対応関係の値と一致しない場合、位置判断・決定部２３ｂは、その電圧値と最も近い対応関係の値の位置をその時の被測定物１０の位置と推定する。無線信号生成部２４は、決定した位置情報を外部の測定者に送信する。
具体的には、受光部２１は受光した光強度を電圧値に変換し、位置情報検索部２３ａはこれを位置情報格納ＤＢ２２が予め保持する対応関係の値に照会し、位置判断・決定部２３ｂはその電圧値が一致する位置に被測定物１０が存在すると推定する。その電圧値が位置情報格納ＤＢ２２の対応関係の値と一致しない場合、位置判断・決定部２３ｂは、その電圧値と最も近い対応関係の値の位置をその時の被測定物１０の位置と推定する。無線信号生成部２４は、決定した位置情報を外部の測定者に送信する。
【0032】
図３では、位置測定装置２０Ａが波長λ１の光と波長λ２の光を受光する受光部をそれぞれ備えてる場合を説明した。位置測定システム３０１は、他の形態として、波長を波長λ１と波長λ２の双方を検出できる受光部を位置測定装置２０Ａに１つ備え、光源３０から光の波長を時分割して出力し、時間ごとにそれぞれの波長の光強度を検出してもよい。
【0033】
位置測定システム３０１は、二次元の移動の自由度を持つ被測定物１０の位置について、簡易的な方法で検知することができる。
【0034】
（実施形態２）
図６は、本実施形態の位置測定システム３０２を説明する図である。位置測定システム３０２は、位置測定装置２０Ａの代替として位置測定装置２０Ｂを備えることが図２の位置測定システム３０１との違いである。以下は、位置測定システム３０１との相違点のみを説明する。
図６は、本実施形態の位置測定システム３０２を説明する図である。位置測定システム３０２は、位置測定装置２０Ａの代替として位置測定装置２０Ｂを備えることが図２の位置測定システム３０１との違いである。以下は、位置測定システム３０１との相違点のみを説明する。
【0035】
図７は、位置測定装置２０Ｂの構成を説明する図である。
位置測定装置２０Ｂは、
光ファイバ５０の側面から放出された散乱光Ｌｓｃを受光する受光部２１と、
前記散乱光の情報と前記被測定物の位置との対応関係を格納するデータベース２２と、
データベース２２が格納する前記対応関係に基づいて受光部２１が受光した前記散乱光の情報から被測定物１０の位置を判断する判断部２３と、
を備えることを特徴とする。
位置測定装置２０Ｂは、
光ファイバ５０の側面から放出された散乱光Ｌｓｃを受光する受光部２１と、
前記散乱光の情報と前記被測定物の位置との対応関係を格納するデータベース２２と、
データベース２２が格納する前記対応関係に基づいて受光部２１が受光した前記散乱光の情報から被測定物１０の位置を判断する判断部２３と、
を備えることを特徴とする。
【0036】
本実施形態では、散乱光Ｌｓｃの情報が色情報（ＲＧＢ）であることを特徴とする。
受光部２１は、受光した光をＲＧＢ値に変換するものであればよく、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサである。位置測定システム３０２は、受光部２１で受光した散乱光ＬｓｃをＲＧＢ値に変換し、その値から被測定物１０の位置を推定する。
受光部２１は、受光した光をＲＧＢ値に変換するものであればよく、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサである。位置測定システム３０２は、受光部２１で受光した散乱光ＬｓｃをＲＧＢ値に変換し、その値から被測定物１０の位置を推定する。
【0037】
位置測定システム３０２の測定原理は、図４と同じである。図４で説明したように、各色についての光ファイバ５０中の単位長当たりの損失と空間中の単位長当たりの伝搬損失に基づいて、被測定物１０の移動領域１５内の各位置についてのＲＧＢ値を計算することができる。
【0038】
被測定物１０の移動領域１５内の各位置について、上述のようにＲＧＢ値を計算して位置情報格納データベース２２に保管しておく。あるいは、被測定物１０の移動領域１５内の各位置について予めＲＧＢを実測した値を位置情報格納データベース２２に保管しておいてもよい。図８は、位置情報格納データベース２２が保管する座標とＲＧＢ値の対応関係の例を説明する図である。
【0039】
位置測定装置２０Ｂは、任意の時点で光ファイバ５０からの散乱光Ｌｓｃを受光部２１で受光し、そのＲＧＢ値と位置情報格納データベース２２が保管する対応関係とを比較し、被測定物１０の位置を推定する。
具体的には、受光部２１は受光した光強度をＲＧＢ値に変換し、位置情報検索部２３ａはこれを位置情報格納ＤＢ２２が予め保持する対応関係の値に照会し、位置判断・決定部２３ｂはそのＲＧＢ値が一致する位置に被測定物１０が存在すると推定する。そのＲＧＢ値が位置情報格納ＤＢ２２の対応関係の値と一致しない場合、位置判断・推定部２３ｂは、そのＲＧＢ値と最も近い対応関係の値の位置をその時の被測定物１０の位置と推定する。無線信号生成部２４は、決定した位置情報を外部の測定者に送信する。
具体的には、受光部２１は受光した光強度をＲＧＢ値に変換し、位置情報検索部２３ａはこれを位置情報格納ＤＢ２２が予め保持する対応関係の値に照会し、位置判断・決定部２３ｂはそのＲＧＢ値が一致する位置に被測定物１０が存在すると推定する。そのＲＧＢ値が位置情報格納ＤＢ２２の対応関係の値と一致しない場合、位置判断・推定部２３ｂは、そのＲＧＢ値と最も近い対応関係の値の位置をその時の被測定物１０の位置と推定する。無線信号生成部２４は、決定した位置情報を外部の測定者に送信する。
【0040】
位置測定システム３０２は、二次元の移動の自由度を持つ被測定物１０の位置について、簡易的な方法で検知することができる。
【0041】
（実施形態３）
図９は、本実施形態の位置測定システム３０３を説明する図である。位置測定システム３０３は、波長λ１のレーザ３０－１が光ファイバ５０の一端に接続され、波長λ２のレーザ３０－２が光ファイバ５０の他端に接続されることが図２の位置測定システム３０１と異なる。位置測定システム３０３も、散乱光Ｌｓｃを受光したときの電圧値から被測定物１０の位置を推定する。
図９は、本実施形態の位置測定システム３０３を説明する図である。位置測定システム３０３は、波長λ１のレーザ３０－１が光ファイバ５０の一端に接続され、波長λ２のレーザ３０－２が光ファイバ５０の他端に接続されることが図２の位置測定システム３０１と異なる。位置測定システム３０３も、散乱光Ｌｓｃを受光したときの電圧値から被測定物１０の位置を推定する。
【0042】
位置測定システム３０３は、２光源（３０－１、３０－２）、２波長の光（連続光又はパルス光）をそれぞれ別の光ファイバ５０の端に入射する。散乱光の取得電圧値から被測定物の位置推定を行う。光ファイバ５０に入射された光は、一端からの距離に応じた光強度の散乱光として光ファイバ５０外に漏洩する。位置測定装置２０Ａは、その散乱光を受光したときの光強度（電圧値）から被測定物１０の位置推定を行う。
【0043】
図１０は、位置測定システム３０３の測定原理を説明する図である。位置測定システム３０３は、波長によって光ファイバ５０の内部の伝搬損失が異なることを利用する。
レーザ３０－１の出力パワーをＰ１、レーザ３０－２の出力パワーをＰ２とする。波長λ１の光の、光ファイバ５０での伝搬損失をα、空間中での伝搬損失をγとする。波長λ２の光の、光ファイバ５０での伝搬損失をβ、空間中での伝搬損失をγとする。
この場合、座標（Ｘ，Ｙ）＝（６、４）の位置Ｇ１における波長λ１と波長λ２の光強度は、次のように計算できる。
（波長λ１の光強度，波長λ２の光強度）＝（Ｐ１－６α－４γ，Ｐ２－６β－４γ）
また、座標（Ｘ，Ｙ）＝（８、２）の位置Ｇ１における波長λ１と波長λ２の光強度は、次のように計算できる。
（波長λ１の光強度，波長λ２の光強度）＝（Ｐ１－８α－２γ，Ｐ２－４β－２γ）
レーザ３０－１の出力パワーをＰ１、レーザ３０－２の出力パワーをＰ２とする。波長λ１の光の、光ファイバ５０での伝搬損失をα、空間中での伝搬損失をγとする。波長λ２の光の、光ファイバ５０での伝搬損失をβ、空間中での伝搬損失をγとする。
この場合、座標（Ｘ，Ｙ）＝（６、４）の位置Ｇ１における波長λ１と波長λ２の光強度は、次のように計算できる。
（波長λ１の光強度，波長λ２の光強度）＝（Ｐ１－６α－４γ，Ｐ２－６β－４γ）
また、座標（Ｘ，Ｙ）＝（８、２）の位置Ｇ１における波長λ１と波長λ２の光強度は、次のように計算できる。
（波長λ１の光強度，波長λ２の光強度）＝（Ｐ１－８α－２γ，Ｐ２－４β－２γ）
【0044】
被測定物１０の移動領域１５内の各位置について、上述のように波長λ１と波長λ２の光強度を計算し、受光部２１で受光したときの電圧値に変換して位置情報格納データベース２２に保管しておく。あるいは、被測定物１０の移動領域１５内の各位置について予め波長λ１と波長λ２の光強度（電圧値）を実測した値を位置情報格納データベース２２に保管しておいてもよい。図１１は、位置情報格納データベース２２が保管する座標と光強度（電圧値）の対応関係の例を説明する図である。
【0045】
位置測定装置２０Ａが被測定物１０の位置を推定する手法は、実施形態１の位置測定システム３０１の説明と同じである。従って、位置測定システム３０３も、二次元の移動の自由度を持つ被測定物１０の位置について、簡易的な方法で検知することができる。
【0046】
（実施形態４）
図１２は、本実施形態の位置測定システム３０４を説明する図である。位置測定システム３０４は、位置測定装置２０Ａの代替として位置測定装置２０Ｂを備えることが図９の位置測定システム３０３との違いである。つまり、位置測定システム３０４は、受光部２１としてＣＣＤカメラを用い、受光した散乱光ＬｓｃをＲＧＢ値に変換し、その値から被測定物１０の位置を推定する。
図１２は、本実施形態の位置測定システム３０４を説明する図である。位置測定システム３０４は、位置測定装置２０Ａの代替として位置測定装置２０Ｂを備えることが図９の位置測定システム３０３との違いである。つまり、位置測定システム３０４は、受光部２１としてＣＣＤカメラを用い、受光した散乱光ＬｓｃをＲＧＢ値に変換し、その値から被測定物１０の位置を推定する。
【0047】
位置測定システム３０４の測定原理は、図１０と同じである。図１０で説明したように、各色についての光ファイバ５０中の単位長当たりの損失と空間中の単位長当たりの伝搬損失に基づいて、被測定物１０の移動領域１５内の各位置についてのＲＧＢ値を計算することができる。
【0048】
被測定物１０の移動領域１５内の各位置について、上述のようにＲＧＢ値を計算して位置情報格納データベース２２に保管しておく。あるいは、被測定物１０の移動領域１５内の各位置について予めＲＧＢを実測した値を位置情報格納データベース２２に保管しておいてもよい。図１３は、位置情報格納データベース２２が保管する座標とＲＧＢ値の対応関係の例を説明する図である。
【0049】
位置測定装置２０Ｂが被測定物１０の位置を推定する手法は、実施形態２の位置測定システム３０２の説明と同じである。従って、位置測定システム３０４も、二次元の移動の自由度を持つ被測定物１０の位置について、簡易的な方法で検知することができる。
【0050】
（実施形態５）
図１４は、本実施形態の位置測定システム３０５を説明する図である。位置測定システム３０５は、図２の位置測定システム３０１に対して、光源を１つとした構成である。具体的には、位置測定システム３０５の光源は、所定の周期で波長切替を行う１つの波長可変光源３０－３である。波長の切替周期は、被測定物１０の移動速度に対して、十分短い周期とする。例えば、被測定物１０の移動速度ｖが５ｍ／ｓｅｃで、位置測定精度Ａｃを０．１ｍ以下としたい場合、切替周期をＡｃ／ｖ＝０．０２ｓｅｃ以下とする。
なお、本実施形態では、光ファイバ５０に２波長の光を入射するが、波長数は３以上であってもよい。
図１４は、本実施形態の位置測定システム３０５を説明する図である。位置測定システム３０５は、図２の位置測定システム３０１に対して、光源を１つとした構成である。具体的には、位置測定システム３０５の光源は、所定の周期で波長切替を行う１つの波長可変光源３０－３である。波長の切替周期は、被測定物１０の移動速度に対して、十分短い周期とする。例えば、被測定物１０の移動速度ｖが５ｍ／ｓｅｃで、位置測定精度Ａｃを０．１ｍ以下としたい場合、切替周期をＡｃ／ｖ＝０．０２ｓｅｃ以下とする。
なお、本実施形態では、光ファイバ５０に２波長の光を入射するが、波長数は３以上であってもよい。
【0051】
図１５は、位置測定システム３０５の位置測定装置２０Ｃの構成を説明する図である。
位置測定装置２０Ｃは、図３の位置測定装置２０Ａに対して、波長可変光源３０－３の波長切替を検知する機能をさらに備える。波長切替を検知する機能とは、時刻同期部２５である。時刻同期部２５は、波長可変光源３０－３の波長切替と同期して、受光器２１－１と受光器２１－２を切り替え、測定波長の切替を行う。時刻同期部２５と波長可変光源３０－３の波長切替のタイミングとの同期は、無線通信で行われることが望ましい。
位置測定装置２０Ｃは、図３の位置測定装置２０Ａに対して、波長可変光源３０－３の波長切替を検知する機能をさらに備える。波長切替を検知する機能とは、時刻同期部２５である。時刻同期部２５は、波長可変光源３０－３の波長切替と同期して、受光器２１－１と受光器２１－２を切り替え、測定波長の切替を行う。時刻同期部２５と波長可変光源３０－３の波長切替のタイミングとの同期は、無線通信で行われることが望ましい。
【0052】
時刻同期部２５からの情報により、受光部２１－１は波長可変光源３０－３が出力した波長λ１の光を受光し、受光部２１－２は波長可変光源３０－３が出力した波長λ２の光を受光するように動作する。それぞれの受光部（２１－１、２１－２）は、受光した光強度を電圧値に変換する。判断部２３は、実施形態１で説明したように、当該電圧値を位置情報格納ＤＢ２２があらかじめ保持している図５のような対応関係に照会し、値が一致する座標の位置に被測定物１０が存在すると判断する。また、照会した結果、取得電圧値が位置情報格納ＤＢ２２が保持する電圧値と一致しない場合、位置判断・推定部２３ｂは、実施形態１で説明したように被測定物１０の位置を推定する。無線信号生成部２４は、被測定物１０の位置の情報を外部の測定者にデータ送信する。
【0053】
（他の例１）
受光部が波長毎に用意されておらず、単一の受光部で全波長の光を受光しつつ、時刻同期部２５からの情報により、時間スロット毎に光の波長を特定してもよい。
（他の例２）
実施形態２で説明したように、位置測定装置２０ＣはＣＣＤイメージセンサの受光部２１を有してもよい。受光部２１は電圧値ではなくＲＧＢ値を取得し、位置情報格納ＤＢ２２があらかじめ保持している図８のような対応関係に照会し、被測定物１０が存在すると判断してもよい。
（他の例３）
波長切替を検知する機能は、時刻同期部２５ではなく、次のような構成であってもよい。波長可変光源３０－３が波長毎にそれぞれ異なる周波数で変調をかけて光を送出し、位置測定装置２０Ｃが当該周波数を検知する機能を有することで、受光した光がいずれの波長であるかを判断できる。この構成は、時刻同期不要で波長を判別することができる。
受光部が波長毎に用意されておらず、単一の受光部で全波長の光を受光しつつ、時刻同期部２５からの情報により、時間スロット毎に光の波長を特定してもよい。
（他の例２）
実施形態２で説明したように、位置測定装置２０ＣはＣＣＤイメージセンサの受光部２１を有してもよい。受光部２１は電圧値ではなくＲＧＢ値を取得し、位置情報格納ＤＢ２２があらかじめ保持している図８のような対応関係に照会し、被測定物１０が存在すると判断してもよい。
（他の例３）
波長切替を検知する機能は、時刻同期部２５ではなく、次のような構成であってもよい。波長可変光源３０－３が波長毎にそれぞれ異なる周波数で変調をかけて光を送出し、位置測定装置２０Ｃが当該周波数を検知する機能を有することで、受光した光がいずれの波長であるかを判断できる。この構成は、時刻同期不要で波長を判別することができる。
【0054】
（実施形態６）
図１６は、位置測定システム（３０１～３０４）で位置測定を行う作業を説明するフローチャートである。
当該作業方法は、
被測定物１０の移動領域１５に光ファイバ５０を設置すること（ステップＳ０１）、
光ファイバ５０に少なくとも２波長の光を入射すること（ステップＳ０２）、
光ファイバ５０の側面から放出された散乱光Ｌｓｃを受光すること（ステップＳ０３）、及び
散乱光Ｌｓｃの情報と被測定物１０の位置との対応関係に基づいて、受光した散乱光Ｌｓｃの情報から被測定物１０の位置を判断すること（ステップＳ０４）、
を行う。
図１６は、位置測定システム（３０１～３０４）で位置測定を行う作業を説明するフローチャートである。
当該作業方法は、
被測定物１０の移動領域１５に光ファイバ５０を設置すること（ステップＳ０１）、
光ファイバ５０に少なくとも２波長の光を入射すること（ステップＳ０２）、
光ファイバ５０の側面から放出された散乱光Ｌｓｃを受光すること（ステップＳ０３）、及び
散乱光Ｌｓｃの情報と被測定物１０の位置との対応関係に基づいて、受光した散乱光Ｌｓｃの情報から被測定物１０の位置を判断すること（ステップＳ０４）、
を行う。
【0055】
（他の実施形態）
本発明の位置測定装置（２０、２０ａ）は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
本発明の位置測定装置（２０、２０ａ）は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
【符号の説明】
【0056】
１０：被測定物
１５：移動領域
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ：位置測定装置
２１、２１－１、２１－２：受光部
２２：データベース
２３：判断部
２３ａ：位置情報検索部
２３ｂ：位置判断決定部
２４：無線信号生成部
２５：時刻同期部
３０、３０－１、３０－２：光源
３１：光合波器
４０：終端器
５０：光ファイバ
３０１～３０５：位置測定システム
１５：移動領域
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ：位置測定装置
２１、２１－１、２１－２：受光部
２２：データベース
２３：判断部
２３ａ：位置情報検索部
２３ｂ：位置判断決定部
２４：無線信号生成部
２５：時刻同期部
３０、３０－１、３０－２：光源
３１：光合波器
４０：終端器
５０：光ファイバ
３０１～３０５：位置測定システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】