(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被方向調節物を所定の方向に向ける際に方向調節を支援する方向調節支援装置であって、
所定の長さ及び形状からなる筒体と、
前記筒体の一端に接するように配置され、かつ光を照射可能な光照射部を有する光源と、
前記筒体の長さ、前記光照射部の大きさ及び前記筒体における一端面の径の大きさに基づいて光を観測可能な領域を演算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果に基づいて前記筒体の方向精度を表示する方向精度表示手段と、を備え、
前記光照射部から照射された光が前記筒体内を通過し、前記筒体の他端から外部に放射されることを特徴とする方向調節支援装置。
【請求項２】
被方向調節物を所定の方向に向ける際に方向調節を支援する方向調節支援装置であって、
所定の範囲内で長さが変更可能な筒体と、
前記筒体の一端に接するように配置され、かつ光を照射可能な光照射部を有する光源と、
前記筒体の長さ、前記光照射部の大きさ及び前記筒体における一端面の径の大きさに基づいて光を観測可能な領域を演算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果に基づいて前記筒体の方向精度を表示する方向精度表示手段と、を備え、
前記光照射部から照射された光が前記筒体内を通過し、前記筒体の他端から外部に放射されることを特徴とする方向調節支援装置。
【請求項３】
被方向調節物を所定の方向に向ける際に方向調節を支援する方向調節支援装置であって、
所定の長さ及び形状からなる筒体と、
前記筒体の一端に接するように配置され、かつ光を照射可能な光照射部を有する光源と、
前記筒体の長さ、前記光照射部の大きさ及び前記筒体における一端面の径の大きさに基づいて光を観測可能な領域を演算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果に基づいて前記筒体の方向精度を表示する方向精度表示手段と、を備え、
前記筒体における一端面の径の大きさと前記光照射部の大きさの少なくとも一方が所定の範囲内で変化可能であり、
前記光照射部から照射された光が前記筒体内を通過し、前記筒体の他端から外部に放射されることを特徴とする方向調節支援装置。
【請求項４】
被方向調節物を所定の方向に向ける際に方向調節を支援する方向調節支援装置であって、
所定の長さ及び形状からなる筒体と、
前記筒体の一端に接するように配置され、かつ光を照射可能な光照射部を有する光源と、
前記筒体の長さ、前記光照射部の大きさ及び前記筒体における一端面の径の大きさに基づいて光を観測可能な領域を演算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果に基づいて前記筒体の方向精度を表示する方向精度表示手段と、を備え、
前記筒体が所定の範囲内で長さが変化可能であり、かつ前記筒体における一端面の径の大きさと前記光照射部の大きさの少なくとも一方が所定の範囲内で変化可能であり、
前記光照射部から照射された光が前記筒体内を通過し、前記筒体の他端から外部に放射されることを特徴とする方向調節支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の被方向調節物を所定の方向へ向ける際、その方向調節の簡便化、高精度化を図るための方向調節支援装置及び方向調節支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光や高指向性の電波を用いた無線通信技術が発達している。この無線通信技術では、光をキャリアとする場合は光源と受光器とを、電波をキャリアとする場合は送受信用の高指向性アンテナを、それぞれ正確に対向させて動作させることにより、通信距離が数ｋｍの無線データ伝送を実現することができる。このとき、数ｋｍ離間した送受信用の高指向性アンテナを、誤差数度以下の精度で対向させるのを目視のみで行うのは非常に困難であるため、方向調節作業を支援する技術が必要である。
【０００３】
この要求を満たす従来技術としては、例えば図１７に示すような方法がある。この図１７は従来の方向調節方法を示す説明図であり、高指向性アンテナを用いた無線通信への適用例を示している。
【０００４】
図１７に示すように、送信側のアンテナ１０１及び受信側のアンテナ１０３の双方には、それぞれ十分な望遠能力を有する望遠鏡１０５，１０７が、その視野方向とアンテナの指向性の方向とが一致するように設置されている。
【０００５】
送信側の作業者は、まず、送信側のアンテナ１０１に設置されている望遠鏡１０５を覗き、その視野領域の中心に受信側のアンテナ１０３及び望遠鏡１０７が位置するように送信側のアンテナ１０１の設置角度を変える。
【０００６】
次に、受信側の作業者は、受信側のアンテナ１０３に設置されている望遠鏡１０７を覗き、その視野領域の中心に送信側のアンテナ１０１及び望遠鏡１０５が位置するように受信側のアンテナ１０３の設置角度を変える（図１８）。
【０００７】
以上の手順によって、送信側のアンテナ１０１と受信側のアンテナ１０３とを互いに対向させることができる。なお、高い精度の方向調節を行いたい場合は、望遠鏡１０５，１０７のズームの倍率を高くすればよい。
【０００８】
しかしながら、前述した図１７及び図１８に示す従来技術では、方向調節の精度を向上させたい場合や、アンテナ間の距離を伸張させたい場合には、高性能な望遠鏡を送信側のアンテナ１０１及び受信側のアンテナ１０３に設置する必要があった。このような高性能の望遠鏡は、サイズが大きくなり、重量が増すため設置が困難である。その結果、望遠鏡の高性能化、巨大化に伴いコストが上昇するという問題があった。また、上述した従来技術では、運用面においても夜では目標が観測不能であることから、使用することができないという問題がある。
【０００９】
この課題を解決するため、非特許文献１では、複数のアンテナ素子を用いて到来方向を推定し、方向調節する方法を提案している。この方法では、通信に用いるアンテナの他に複数のアンテナと無線処理部を用意する点が特徴である。これらのアンテナ群は、通信に用いる電波を受信し、各アンテナで受信された位相の差分を観測することにより、電波がどの方角から到来したかを推定することができる。これを利用し、推定した方向に通信用アンテナを向けることで、方向調節が可能である。この方法を用いることにより、夜でも方向調節が可能になる。
【００１０】
上記非特許文献１は、マイクロ波帯の電波を用いたマラソン中継を想定した場合、高利得のアンテナを適切な方向に向けるためには、送信点がビル陰等の見通し外の場合や、マルチパスのある環境下であっても、希望波の到来方向を正確に推定する技術が必要であることから提案された方式である。
【００１１】
すなわち、上記非特許文献１では、ＦＰＵ（Field Pick-up Unit）で採用されているＯＦＤＭ(直交周波数分割多重)方式の信号に含まれるパイロット信号を用いて、希望波の到来方向を推定する方式を開発したものである。この方式は、マルチパスが存在する場合でも、受信パイロット信号に対し次のような補正を行うことで到来方向を推定するものである。
【００１２】
具体的には、図１９に示すように、例えば、マルチパスが1波存在する場合、パイロット抽出部１１１により抽出した補正前のパイロット信号はＩＱ平面上で分散しているが（図中の補正前）、マルチパス抑圧のための補正部１１３によりＩＱ平面上でこれらの信号の位置平均を求めることによって希望波のみが到来した場合のパイロット信号であると推定する（図中の補正後）。
【００１３】
次に、補正後の各パイロット信号と送信側の既知パイロット信号を相関演算部１１５により相関演算し、希望波の方向ベクトル算出部１１７により希望波の到来方向（到来角θ）を求めることが可能になる。この方式は、推定のための受信系が２系統で済み、ＯＦＤＭ１シンボル中のパイロット信号のみで推定を１回行うため、計算負荷が比較的小さいという特徴がある。室内実験を行った結果、受信ＣＮ（搬送波電力対雑音電力）比が８ｄＢ以上あれば、希望波の到来方向を９０％以上の確率で±３度以内に、ほぼ実時間で推定することができることが確認された。
【非特許文献１】ＮＨＫ放送技術研究所研究年報２００３、研究報告３．２．４  「高機能アンテナ技術」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記非特許文献１に開示された方法では、まず、アンテナ群に対し希望波の到来方向の推定が可能となる十分な受信強度が得られるまでは、やはり目視での方向調節が必要となってしまう。また、希望波の到来方向の推定精度は、原理的にアンテナの素子数に依存して高くなるため、高精度で方向を調整したい場合には、多くのアンテナ素子と無線信号処理部が必要となり、部品点数が増加するとともに、構造が複雑化し、コストが高くなってしまう。
【００１５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、部品点数を削減し、構造を簡素化するとともに、設置の際の重量的負担を軽減することのできる方向調節支援装置及び方向調節支援システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、被方向調節物を所定の方向に向ける際に方向調節を支援する方向調節支援装置であって、所定の長さ及び形状からなる筒体と、前記筒体の一端に接するように配置され、かつ光を照射可能な光照射部を有する光源と、前記筒体の長さ、前記光照射部の大きさ及び前記筒体における一端面の径の大きさに基づいて光を観測可能な領域を演算する演算手段と、前記演算手段の演算結果に基づいて前記筒体の方向精度を表示する方向精度表示手段と、を備え、前記光照射部から照射された光が前記筒体内を通過し、前記筒体の他端から外部に放射されることを要旨とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、被方向調節物を所定の方向に向ける際に方向調節を支援する方向調節支援装置であって、所定の範囲内で長さが変更可能な筒体と、前記筒体の一端に接するように配置され、かつ光を照射可能な光照射部を有する光源と、前記筒体の長さ、前記光照射部の大きさ及び前記筒体における一端面の径の大きさに基づいて光を観測可能な領域を演算する演算手段と、前記演算手段の演算結果に基づいて前記筒体の方向精度を表示する方向精度表示手段と、を備え、前記光照射部から照射された光が前記筒体内を通過し、前記筒体の他端から外部に放射されることことを要旨とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、被方向調節物を所定の方向に向ける際に方向調節を支援する方向調節支援装置であって、所定の長さ及び形状からなる筒体と、前記筒体の一端に接するように配置され、かつ光を照射可能な光照射部を有する光源と、前記筒体の長さ、前記光照射部の大きさ及び前記筒体における一端面の径の大きさに基づいて光を観測可能な領域を演算する演算手段と、前記演算手段の演算結果に基づいて前記筒体の方向精度を表示する方向精度表示手段と、を備え、前記筒体における一端面の径の大きさと前記光照射部の大きさの少なくとも一方が所定の範囲内で変化可能であり、前記光照射部から照射された光が前記筒体内を通過し、前記筒体の他端から外部に放射されることを要旨とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、被方向調節物を所定の方向に向ける際に方向調節を支援する方向調節支援装置であって、所定の長さ及び形状からなる筒体と、前記筒体の一端に接するように配置され、かつ光を照射可能な光照射部を有する光源と、前記筒体の長さ、前記光照射部の大きさ及び前記筒体における一端面の径の大きさに基づいて光を観測可能な領域を演算する演算手段と、前記演算手段の演算結果に基づいて前記筒体の方向精度を表示する方向精度表示手段と、を備え、前記筒体が所定の範囲内で長さが変化可能であり、かつ前記筒体における一端面の径の大きさと前記光照射部の大きさの少なくとも一方が所定の範囲内で変化可能であり、前記光照射部から照射された光が前記筒体内を通過し、前記筒体の他端から外部に放射されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１に記載の発明によれば、所定の長さ及び形状からなる筒体と、筒体の一端に接するように配置され、かつ光を照射可能な光照射部を有する光源とを備え、光照射部から照射された光が筒体内を通過し、筒体の他端から外部に放射されるようにしたので、方向調節支援装置の部品点数を削減し、構造を簡素化するとともに、設置の際の重量的負担を軽減することができる。
また、光を観測可能な領域を演算し、この演算結果に基づいて筒体の方向精度を表示することにより、観測者は方向調節支援装置の精度を確認しながら、作業を行うことができる。
【００２６】
請求項２に記載の発明によれば、筒体が所定の範囲内で長さを変更可能としたことにより、光を観測可能な領域を可変にすることができる。
また、光を観測可能な領域を演算し、この演算結果に基づいて筒体の方向精度を表示することにより、観測者は方向調節支援装置の精度を確認しながら、作業を行うことができる。
【００２７】
請求項３に記載の発明によれば、筒体における一端面の径の大きさと光照射部の大きさの少なくとも一方が所定の範囲内で変化可能としたことにより、光を観測可能な領域を可変とすることができる。
また、光を観測可能な領域を演算し、この演算結果に基づいて筒体の方向精度を表示することにより、観測者は方向調節支援装置の精度を確認しながら、作業を行うことができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明によれば、筒体が所定の範囲内で長さが変化可能であり、かつ筒体における一端面の径の大きさと前記光照射部の大きさの少なくとも一方が所定の範囲内で変化可能としたことにより、方向調節の精度を向上させるために光を観測可能な領域を極端に狭くする場合に有効となる。
また、光を観測可能な領域を演算し、この演算結果に基づいて筒体の方向精度を表示することにより、観測者は方向調節支援装置の精度を確認しながら、作業を行うことができる。
【００３４】
本発明によれば、方向調節支援装置から照射される光を観測できることが、直ちに方向調節が達成したことを意味しており、方向調節が達成したことの判定基準が従来技術に比べ単純かつ明確になり、方向調節を行う作業者の負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００３６】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る方向調節支援装置の第１の実施形態を示す構成図、図２は、第１の実施形態の動作原理及び作用を示す説明図である。
【００３７】
なお、本実施形態の方向調節支援装置は、指向性アンテナ等の被方向調節物を所定の方向に向ける際に方向調節を支援する装置である。その他の実施形態の方向調節支援装置も同様である。
【００３８】
図１に示すように、本実施形態の方向調節支援装置１は、所定の長さ及び円筒形状からなり、光を透過せず、かつ反射しない材料から形成された円筒体２と、この円筒体２の一端と接するように配置された光源３とから構成されている。
【００３９】
この光源３には、図２に示すように円筒体２の一端面と同じ大きさ、つまり円筒体２の内径と同一の光照射部４を有し、この光照射部４から照射された光が円筒体２内を通過し、その円筒体２の他端から外部に放射するように構成されている。
【００４０】
次に、図２に基づいて方向調節支援装置１の動作原理及び作用を説明する。図２では各部の寸法及び内部構成を示している。
【００４１】
図２に示すように、光が照射される領域を円筒体２の中心から伸長方向を基準した時、±θの角度で表わせる。この角度θは、円筒体２の長さＬ及び光照射部４の径Ｒから算出することができ、
ｔａｎθ＝Ｒ／Ｌ      （数１）
の関係で求めることができる。この原理により、観測者が本実施形態の方向調節支援装置１を観測した際に、光を観測することができるか否かを調べることにより、観測者が方向調節支援装置１の正面から角度±θ以内に位置するか否かを確認することができる。
【００４２】
このように本実施形態によれば、所定の長さ及び形状からなる円筒体２と、この円筒体２の一端に接するように配置され、かつ光を照射可能な光照射部４を有する光源３とを備え、光照射部４から照射された光が円筒体２内を通過し、この円筒体２の他端から外部に放射されるように構成したので、観測者が観測した際に、光を観測することができるか否かを調べることにより、観測者が方向調節支援装置１の正面から角度±θ以内に位置するか否かを確認することができるため、方向調節支援装置１の部品点数を削減し、構造を簡素化するとともに、設置の際の重量的負担を軽減することができる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、説明を簡便にするため円筒体としたが、例えば、図３に示す第１変形例のように外形が直方体の角筒体とした場合や、図４に示す第２変形例のように外形を円錐台とした拡径筒体の場合等でもそれぞれ筒状であって、光が透過せず、反射しないものであれば、如何なる形状であってもよい。
【００４４】
本実施形態によれば、方向調節支援装置から照射される光を観測できることが、直ちに方向調節が達成したことを意味している。すなわち、「方向調節の成功＝光の観測  有」、「方向調節の不成功＝光の観測  無」という関係が原理的に成り立ち、かつ曖昧な状態が存在しないので、方向調節が達成したことの判定基準が従来技術に比べ単純かつ明確になり、方向調節を行う作業者の負担を軽減することができる。例えば光の有無を判定する判定部を光センサのみで構成することが可能になる。
【００４５】
これに対して、望遠鏡を例にとると、「方向調節の成功＝望遠鏡の視野の中心に相手の基地局が存在」となり、また、上述した非特許文献１を例にとると、「  方向調節の成功＝到来方向が所定の値以内」となる。非特許文献１の場合、数値が出力されるため、比較的判定が容易になるが、望遠鏡の場合、数値などが存在しないため、判定が困難になる。どちらの場合と比較しても、光の有無で判定できる本発明の判定基準の方が単純かつ明確である。
【００４６】
（第１の変形例）
図３（ａ）は、本発明に係る方向調節支援装置の第１の実施形態における第１の変形例を示す構成図、図３（ｂ）は、第１の変形例の動作原理を上方から見た状態を示す説明図、図３（ｃ）は、第１の変形例の動作原理を横方向から見た状態を示す説明図である。
【００４７】
図３（ａ）に示すように、第１の変形例の方向調節支援装置５は、長さＬ、幅Ｗ、高さＨの角筒形状からなる角筒体６を有している。この角筒体６は、光を透過せず、かつ反射しない材料から形成され、この角筒体６の一端には、光源７が接するように配置されている。この光源７には、角筒体６の一端面と同じ大きさの図示しない光照射部を有し、この光照射部から照射された光が角筒体６内を通過し、その角筒体６の他端から外部に放射するように構成されている。
【００４８】
ここで、第１の変形例の場合は、前記第１の実施形態と光を観測可能な領域の計算方法が異なり、図３（ｂ），（ｃ）に示すように外形を直方体した構造にすると、角度θ１，θ２で定義される領域となる。ここで、角度θ１，θ２は、
ｔａｎθ１＝Ｗ／Ｌ      （数２）
ｔａｎθ２＝Ｈ／Ｌ      （数３）
の関係で求められる。
【００４９】
したがって、第１の変形例によれば、前記第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５０】
（第２の変形例）
図４（ａ）は、本発明に係る方向調節支援装置の第１の実施形態における第２の変形例を示す構成図、図４（ｂ）は、第２の変形例の動作原理を示す説明図である。
【００５１】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、第２の変形例の方向調節支援装置８は、拡径部９ａの径をＲ、拡径筒体９の中心から伸長方向を基準した時の角度θの延長線と水平線との交点から拡径部９ａまでの長さをＬとして徐々に径が拡大するように外形を円錐台とした拡径筒体９を有している。この拡径筒体９は、光を透過せず、かつ反射しない材料から形成され、この拡径筒体９の一端には、光源１０が接するように配置されている。この光源１０には、拡径筒体９の一端面と同じ大きさの図示しない光照射部を有し、この光照射部から照射された光が拡径筒体９内を通過し、その拡径筒体９の他端から外部に放射するように構成されている。
【００５２】
ここで、角度θは、
ｔａｎθ＝Ｒ／Ｌ      （数４）
で求められる。
【００５３】
なお、上述した第１の実施形態及び各変形例では、光照射部の大きさと筒の径とを同じ大きさとしたが、これに限らず大きさが異なっていてもよい。また、上記のように各寸法を知ることができれば、如何なる形状であっても、光を観測可能な領域を求めることができるため、本発明に適用することができる。さらに、筒体の材質は非透過、非反射が好ましいが、透過係数及び反射率が十分に小さく、光の有無の判断に支障が無ければ、筒の材料として用いることができる。
【００５４】
さらに、光が観測される領域について、上記第１の実施形態及び各変形例では、幾何学的に計算した。ここで、光には回折現象があるため、上記第１の実施形態及び各変形例で計算した領域よりも実際には僅かに領域が広がることが想定される。しかし、回折現象も光の波長等から予測可能であるため、筒体の設計の際に考慮しておけばよい。
【００５５】
したがって、第２の変形例によれば、前記第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
[第２の実施形態]
図５は、本発明に係る方向調節支援装置の第２の実施形態を示す構成図、図６は、第２の実施形態の作用を示す説明図である。
【００５７】
図５に示すように、本実施形態の方向調節支援装置１１は、所定の範囲内で伸縮可能としたテレスコピック状に形成され、光を透過せず、かつ反射しない材料からなる筒体１２と、この筒体１２の一端と接するように配置された光源１３とから構成されている。この光源１３には、筒体１２の一端面と同じ大きさの図示しない光照射部を有し、この光照射部から照射された光が筒体１２内を通過し、その筒体１２の他端から外部に放射するように構成されている。
【００５８】
ここで、筒体１２は、上記のようにテレスコピック状に形成されている。すなわち、長さが変更可能な筒体１２は、例えば、径が互いに僅かに異なる複数の円筒体を用いることで実現することができる。このようなテレスコピック機構は、伸縮によって焦点距離を変更する望遠鏡などに用いられており、複数の円筒体が互いに完全に重なった場合が最も短くなり、互いの重なりが小さい場合に最も長さが伸びる。
【００５９】
次に、図６に基づいて方向調節支援装置１１の筒体１２の長さを変更することによる作用を説明する。具体的に、図６は、筒体１２の長さがＬ１からＬ２へ変わった場合、光を観測可能な領域がどのように変化するかを示す図である。
【００６０】
ここで、長さＬ１＜Ｌ２とする。前記第１の実施形態で説明したように筒体１２の長さＬとその径Ｒを用いて、光を観測可能な領域を示す角度θを求めることができる。
【００６１】
ｔａｎθ＝Ｒ／Ｌ      （数５）
この式は、係Ｒが一定の場合、長さＬがＬ１からＬ２大きくなるにつれて、角度θが小さくなることを示している。この効果は、図６からも明らかである。
【００６２】
よって、本実施形態によれば、前記第１の実施形態の効果に加え、筒体１２の長さを可変としたことは、光を観測可能な領域を可変としたことと等価で考えることができる。
【００６３】
なお、本実施形態で説明した筒体１２の長さの変更機構は、あくまでも一例であり、例えば、蛇腹のような機構を用いてよく、要するに筒体１２は所定の範囲内で長さが変更可能であればよい。その他の作用及び効果は、前記第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６４】
[第３の実施形態]
図７は、本発明に係る方向調節支援装置の第３の実施形態を示す説明図、図８は、第３の実施形態の作用を示す説明図である。前記第１の実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を用いて説明する。その他の実施形態も同様である。
【００６５】
図７では、光照射部４と円筒体２の径との少なくても一方の大きさが可変である端面を示している。本実施形態では、光照射部４と接する円筒体２における端面２ａの径Ｒの大きさが可変である点が特徴である。この径Ｒの大きさが変更可能な端面２ａは、例えば、カメラ等で光景を調節する絞り機構で実現することができる。
【００６６】
次に、図８に基づいて径の大きさを変更することによる作用を説明する。
【００６７】
前記第１の実施形態で説明したように、円筒体２の長さＬとその径Ｒを用いて、光を観測可能な領域を示す角度θを求めることができる。
【００６８】
例えば、Ｒｏｕｔを光照射部４と接していない他方の端面の径とした場合、Ｒout＞Ｒの時、
ｔａｎθ＝（Ｒout＋Ｒ）／２Ｌ      （数６）
Ｒout≦Ｒの時
ｔａｎθ＝（Ｒ−Ｒout）／Ｌ        （数７）
これらの式は、長さＬ及び光照射部４と接していない他方の端面の径Ｒoutが一定の場合、径Ｒが小さくなるにつれて角度θが小さくなることを示している。したがって、円筒体２の径の大きさを可変としたことは、光を観測可能な領域を可変としたことと等価と考えることができる。このように光を観測可能な領域を可変としたことによる作用及び効果は前記第２の実施形態と同様である。
【００６９】
なお、本実施形態の説明では、光照射部４と接する径Ｒのみが変化する例について説明したが、前記Ｒoutで示す他方の径の大きさを変化させてもよい。例えば、径Ｒと径Ｒoutとが常に同じ大きさで変化するような機構を用いた場合には、
ｔａｎθ＝Ｒ／Ｌ  （Ｒ＝Ｒout）      （数８）
で角度θを求めることができる。この式もまた径Ｒが小さくなることにより、角度θが小さくなることを表しており、円筒体２における端面２ａの径Ｒの大きさを可変としたことは、光を観測可能な領域を可変としたことと等価と考えることができる。
【００７０】
また、本実施形態で説明した円筒体２における径Ｒの大きさの変更機構は、あくまでも一例であり、例えば、ゴムのように、伸縮自在の物質を利用した機構を用いてもよく、上記変更機構は如何なるものであってもよい。
【００７１】
さらに、本実施形態では、光照射部４と接する円筒体２における端面２ａの径Ｒの大きさを可変したが、光照射部４の径の大きさを可変としてもよく、これらの少なくとも一方の大きさを所定の範囲内で変化可能とすればよい。その他の作用及び効果は、前記第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００７２】
[第４の実施形態]
第４の実施形態は、図示しないが前記第２の実施形態のように筒体１２の長さが可変となる機構を有し、かつ前記第３の実施形態のように光照射部４に接する端面２ａの径の大きさが可変である。
【００７３】
本実施形態は、例えば前記第２の実施形態の機構と前記第３の実施形態の機構とを両方を備えた筒体で実現することができ、方向調節の精度向上のために角度θを極端に小さく変化させるときを考えると、これを筒体１２の長さの変更のみで実現すると、長さＬが非常に大きくなり、装置を設置する際の負荷が大となる。
【００７４】
また、端面２ａの径の大きさの変更のみで実現すると、光照射部４が非常に小さくなり、有意な量の光を照射しない可能性が生ずる。このような場合は筒体１２の長さと端面２ａの径の大きさとの双方を同時に変更すればよい。
【００７５】
本実施形態は、例えば、ゴムなどの伸縮可能な素材を筒体に用いることでも可能である。ゴムから成形された筒体は、長さ方向のみに力を加えれば、長さＬが大きくなり、それに伴い端面２ａの径Ｒも小さくなる。
【００７６】
このような変化は、本発明に係る方向調節支援装置の筒体に求められる機能と合致している。このように筒体１２の長さ及び端面２ａの径Ｒを変化させる機構は、如何なるものであってもよい。
【００７７】
なお、本実施形態では、光照射部４と接する筒体１２における端面２ａの径Ｒの大きさを可変したが、光照射部４の径の大きさを可変としてもよく、これらの少なくとも一方の大きさを所定の範囲内で変化可能とすればよい。
【００７８】
このように本実施形態によれば、筒体１２が所定の範囲内で長さが変化可能であり、かつ筒体２における一端面２ａの径Ｒの大きさと光照射部４の大きさの少なくとも一方が所定の範囲内で変化可能としたことにより、方向調節の精度を向上させるため、光を観測可能な領域を極端に狭くする場合に有効となる。その他の構成及び作用は、前記第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００７９】
[第５の実施形態]
図９は、本発明に係る方向調節支援装置の第５の実施形態における光源を示す構成図、図１０は、図９の光源における光照射部の作用を示す説明図である。
【００８０】
本実施形態では、図９に示すように前記第１、第２、第３及び第４の実施形態のいずれか一項に記載の方向調節支援装置において、光源１５は、照射する光の色が互いに異なる複数の光照射部１６を用いている。
【００８１】
以下、図９及び図１０を基づいて本実施形態の作用及び効果を説明する。
【００８２】
図９は、本実施形態において色の異なる複数の光源１５として、赤色、青色、緑色の３つの色からなる光照射部１６を示している。
【００８３】
図１０は、光照射部１６を用いた際の光を観測可能な領域及びその色を示している。図１０で示すように、赤色、青色、緑色の全てを観測可能な領域では、それらの合成色である白色、緑色だけが遮蔽される領域では紫色、青色だけが遮蔽される領域では黄色を観測することができる。
【００８４】
このように本実施形態によれば、光源１５が赤色、青色、緑色の３つの色からなる光照射部１６を有することにより、観測者は光の有無だけでなく、その光の色を用いて方向調節を行うことが可能となる。
【００８５】
[第６の実施形態]
図１１は、本発明に係る方向調節支援装置の第６の実施形態を示す説明図である。
【００８６】
本実施形態の方向調節支援装置１８は、図１１に示すように前記第２の実施形態のように筒体１９の長さが変更可能に構成され、かつ第３の実施形態のように光源２０の光照射部の大きさ及び筒体１９における一端面の径の大きさが変更可能に構成されている。
【００８７】
また、本実施形態は、筒体１９の長さ、光源２０の光照射部の大きさ及び筒体１９における一端面の径の大きさに基づいて光を観測可能な領域を演算する演算手段としての演算部２１と、この演算部２１の演算結果に基づいて筒体１９の方向精度を表示する方向精度表示手段としての方向精度表示部２２とを備えている。
【００８８】
このように本実施形態によれば、光を観測可能な領域を演算し、この演算結果に基づいて筒体１９の方向精度を表示することにより、観測者は方向調節支援装置１８の精度を確認しながら、作業を行うことができる。
【００８９】
[第７の実施形態]
図１２は、本発明に係る第７の実施形態を示す説明図、図１３は、第７の実施形態において方向調節の方法を示す説明図、図１４は、第７の実施形態における方向調節の手順を示すフローチャートである。なお、本実施形態は、方向調節支援システムを構成しており、指向性アンテナを用いた無線通信における方向調節の例を示している。
【００９０】
図１２に示すように、被方向調節物としての指向性アンテナ２５は、指向性を有し、その指向性を所定の方向へ調節する必要があり、固定台２６に設置されている。方向調節支援装置２７は、光の照射方向が指向性アンテナ２５のメインビーム方向と常に平行となるように固定台２６に設置される。そして、指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７には、駆動手段としての共通の駆動部２８が取り付けられている。この駆動部２８を駆動させることで、指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７を同時に同一方向に回動させることが可能である。なお、方向調節支援装置２７は、前記第１〜第６の実施形態におけるそれぞれの方向調節支援装置の構成が適用可能である。
【００９１】
次に、図１３に基づいて本実施形態における各部の配置関係を説明する。
【００９２】
図１３に示すように、基地局Ｙは、方向調節を行う必要があり、図１２に示す構成のように指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７が設置されている。作業者Ａは、方向調節の目的となる方向の延長線上に位置し、第１の連絡手段として携帯電話２９ａを所持している。また、作業者Ｂは、指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７の近傍に位置し、第２の連絡手段として携帯電話２９ｂを所持し、基地局Ｙの向いている方向を変化させる。したがって、携帯電話２９ａは、指向性アンテナ２５の方向調節の目的となる方向の延長線上に配置されることとなり、また、携帯電話２９ｂは、指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７の近傍に配置されることになる。
【００９３】
ここで、指向性アンテナ２５は、角度±１０°以内で方向調節を行う必要があるとする。方向調節支援装置２７は、図２に示す角度θが１０°以下になるように筒体の長さＬ及び光源の光照射部の径Ｒで構成しておく。本実施形態の方向調節支援装置２７では、例えば筒体の長さＬ＝７０ｃｍ、光照射部の径Ｒ＝１０ｃｍで構成するものとする。このとき、式（１）に各数値を代入すると、角度θは約８．１°となり、角度±１０°以下の条件を十分満たすことになる。
【００９４】
次に、図１４に基づいて本実施形態の方向調節の手順を説明する。
【００９５】
まず、作業者Ａは、ステップＳ１０で方向調節を開始すると、方向調節の目的の場所から基地局Ｙを観測する（ステップＳ２０）。
【００９６】
一方、ステップＳ１０で方向調節を開始すると、作業者Ｂは方向調節支援装置２７から光を照射させる（ステップＳ３０）。そして、作業者Ｂは、駆動部２８を駆動させ、指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７の向きを少しずつ任意に変更していく（ステップＳ４０）。
【００９７】
他方、作業者Ａは、ステップＳ５０で基地局Ｙが照射する光を観測する。この場合、基地局Ｙが照射する光を観測したら携帯電話２９ａによって作業者Ｂに報告する（ステップＳ６０）。そして、作業者Ｂは、その旨の報告を作業者Ａから携帯電話２９ｂで受けたら基地局Ｙにおける指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７の向きの移動を停止する（ステップＳ７０）。
【００９８】
上記の手順を行うことにより、作業者Ａから基地局Ｙの方向調節支援装置２７が照射する光を観測することができるようになる。すなわち、これは図２で説明した原理により一方の基地局と他方の基地局とが角度±θ以内で対向している状態であり、指向性アンテナの運用条件である角度±１０°以下の対向条件を満たすことになる。
【００９９】
このように本実施形態によれば、方向調節支援装置２７が筒体及び光源を備えただけという非常に簡易な構成で正確な方向調節を実現することができる。
【０１００】
また、本実施形態によれば、指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７には、共通の駆動部２８を取り付けたことにより、指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７の方向調節を容易に行うことができる。
【０１０１】
なお、本実施形態では、方向調節の対象として指向性アンテナ２５を用いた例について説明したが、アンテナに限る必要はなく、所定の精度で方向を調節する必要があるものであれば如何なるものでもよい。
【０１０２】
また、本実施形態では、作業者Ａ、作業者Ｂとの間の連絡手段として携帯電話を用いたが、連絡手段の役割、作業者Ｂに合図を送ることであるため、その他の通信用無線機等の通信機であってもよい。
【０１０３】
さらに、本実施形態では、作業者Ａが基地局Ｙを目視可能であれば、作業者Ａが手を上げる等の視覚的な合図することであってもよく、また作業者Ａが声を出す等の聴覚的な合図するようにしてもよい。
【０１０４】
そして、本実施形態では、作業者Ａと作業者Ｂとの間の１回の連絡で方向調節を行う例について説明したが、この連絡は１回に限らなくてもよい。例えば、作業者Ｂが基地局Ｙの方向を速く駆動している状況では、作業者Ａが光を観測してから作業者Ｂへ連絡を行う際の時間遅延によって、再び光を観測することができなくなる場合が想定される。このような場合には、複数回の連絡のやり取りによって、最終的に作業者Ａが光を観測可能な状態にすればよい。
【０１０５】
また、本実施形態では、指向性アンテナ２５、方向調節支援装置２７、及び作業者Ａと方向調節の目標との場所を厳密に一致させることが好ましいが、現実には厳密に一致させるのは困難である。しかしながら、例えば基地局と目標点とが１０００ｍ離れた状態で方向調節を行う場合、指向性アンテナ２５、方向調節支援装置２７、及び目標点と作業者Ａの観測位置とが１ｍずれていても、その誤差は、方向調節の角度誤差にして約０．０６°程度である。よって、角度±１０°以下の方向調節において、角度を約±８．１°で構成した方向調節支援装置を用いれば、上記の方向調節支援装置及び観測位置によって生じる誤差は無視することができる。また、位置の差異が既知である場合は、その差異から生じる角度誤差を考慮した筒体を設計してもよい。
【０１０６】
また、本実施形態では、１基の基地局Ｙの方向調節について説明したが、例えば図１５に示すように一対の基地局Ｘ，Ｙを対向させたい場合にも適用することができる。図１５は、本発明に係る方向調節支援システムの第１の実施形態における変形例を示す説明図である。このような状況は、例えば一対一の無線通信システム等で想定される。この場合は、基地局Ｘ、基地局Ｙの順番に上記手順を行うことにより方向調節が可能である。
【０１０７】
すなわち、図１５に示すように基地局Ｘを方向調節する場合には、作業者Ｂが上述した作業者Ａの役割を、作業者Ａが上述した作業者Ｂの役割を担って方向調節を行い、基地局Ｙを方向調節する場合は、それらの役割分担を交代すればよい。
【０１０８】
次に、本発明に係る方向調節支援システムの第１の実施形態における第３の変形例について説明する。なお、この変形例は、図示しないが、前記方向調節支援システムの第１の実施形態と対応する部分には、同一の符号を用いて説明する。
【０１０９】
この第３の変形例では、例えば基地局Ｘの指向性アンテナ２５を方向調節する場合、方向調節支援装置２７から光を照射させ、この光を基地局Ｙに設置した光センサで受光し、この受光強度を計測手段により計測し、その受光強度信号を基地局Ｘに送信する。基地局Ｘでは、その受光強度信号に基づいて駆動部２８を駆動させ、指向性アンテナ２５の向きを所定の方向へ調節する。このように他の変形例によれば、非常に簡易な構成で正確な方向調節を実現することができる。なお、基地局Ｙの指向性アンテナ２５を方向調節する場合には、この手順を逆に行えばよい。
【０１１０】
第４の変形例では、方向調節支援装置２７に対して、光センサと、方向を調節する対象物及び方向調節支援装置２７の方向を同時に同じ方向に回動可能な駆動機構と、通信手段と、これらの制御を行う制御部とを設け、作業者が方向調節支援装置２７の方向を変化させる役割を前記駆動機構が行い、目視で光を確認する役割を光センサで行い、作業者ＡＢ間の通信を前記通信手段で行い、方向調整の手順及びこれらの動作に関する制御を前記制御部が行うことで、非常に簡易な構成で正確な方向調節を実現することができる。
【０１１１】
第５の変形例は、上記第４の変形例の応用例であり、方向調節支援装置２７の光源として、色の異なる（周波数が異なる）複数の光源を設け、光の観測時に受信した光の周波数を観測することにより、色の異なる複数の光源を用いた場合でも自動方向調整が可能になる。また、この応用例の変形として、方向調節支援装置２７の光源として、白色光を発光する光源と、この光源からの白色光を光のスペクトラムに分光する分光器とを設け、光の観測時に受信した光の周波数を観測することにより自動方向調整が可能になる。
【０１１２】
第６の変形例では、駆動機構と姿勢センサと制御部とを設け、方向調整終了時の姿勢を基準にしておき、なんらかの外的要因によって、方向調節支援装置２７の方向にズレが生じた場合に、姿勢センサの基準点を参照して制御部で駆動量を計算し、この駆動量を駆動機構に与えて制御することで、方向調節支援装置２７のズレを補正する自動方向保持機能が可能になる。
【０１１３】
第７の変形例では、駆動機構と加速度センサと制御部とを設け、方向調整終了時の姿勢を基準としておき、何らかの外的要因によって方向調節支援装置２７の方向にズレが生じた場合に同時に加速度が生じるので、加速度センサによって検知した加速度の大きさ及びベクトルに基づいて制御部で駆動量を計算し、この駆動量を駆動機構に与えて制御することで、方向調節支援装置２７のズレを補正する自動方向保持機能が可能になる。
【０１１４】
第８の変形例は、上記第６及び第７の変形例の応用例であり、姿勢センサと、姿勢センサに比べてズレに対する時間応答速度が原理的に速い加速度センサとを両方設けることで、姿勢が変化する過程の加速度を加速度センサで検知し、一方、ゆっくりと方向がずれていくような場合は生じる加速度が小さいため、加速度センサによる加速度の検知が難しいので姿勢センサによる検知が有効であり、両センサを補完的に用いることで、方向保持の精度を向上することができる。
【０１１５】
[第８の実施形態]
本実施形態では、第７の実施形態と同様であるため、図１２及び図１３に基づいて説明する。この方向調節支援システムにおいては、方向調節を行う必要のある基地局Ｙには、図１２に示す第７の実施形態で説明した構成に従って、指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７が設置されている。ここで、指向性アンテナ２５は、角度±１０°以内で方向調節を行う必要があるとする。
【０１１６】
本実施形態では、方向調節支援装置２７は２種類の方向精度に設定する。すなわち、第１の精度は、目標精度である角度１０°以下になるように設定しておく。本実施形態では、例えば筒体の長さＬmax＝７０ｃｍ、光照射部の径Ｒ＝１０ｃｍで構成するものとする。このとき、角度θは約８．１°となり、角度±１０°以下の条件を十分満たすことになる。
【０１１７】
また、第２の精度２には、目標とする精度よりも低い精度を設定する、例えば筒体の長さＬmin＝３０ｃｍであるとする。このとき、角度θは約１８°である。
【０１１８】
次に、図１６に基づいて本実施形態の方向調節の手順を説明する。
【０１１９】
まず、作業者Ａは、ステップＳ１１０で方向調節を開始すると、方向調節の目的の場所から基地局Ｙを観測する（ステップＳ１２０）。
【０１２０】
一方、ステップＳ１１０で方向調節を開始すると、ステップＳ１３０で作業者Ｂは方向調節支援装置２７から光を照射させ、方向調節支援装置２７の精度を第２の精度に設定する（ステップＳ１４０）。そして、駆動部２８を駆動させ、指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７の向きを少しずつ任意に変更していく（ステップＳ１５０）。
【０１２１】
他方、作業者Ａは、ステップＳ１６０で基地局Ｙが照射する光を観測する。この場合、基地局Ｙが照射する光を観測したら携帯電話２９ａによって作業者Ｂに報告する（ステップＳ１７０）。そして、作業者Ｂは、その旨の報告を作業者Ａから携帯電話２９ｂで受けたら基地局Ｙにおける指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７の向きの移動を停止する（ステップＳ１８０）。
【０１２２】
この場合の作業において、作業者Ａが方向調節支援装置２７からの光を観測することができるようにするのは、目標精度である第１の精度の設定で作業を行うよりも容易である。何故ならば、第２の精度は、第１の精度に比べて約２倍程度角度θが大きいからである。
【０１２３】
次に、作業者Ｂは作業者Ａから報告を携帯電話２９ｂで受けたら方向調節支援装置２７の精度を第１の精度に変更する（ステップＳ１９０）。このときの精度の変更によって、作業者Ａは、ステップＳ２００で光が消失しない場合（ステップＳ２００；ＮＯ）には、後述するように携帯電話２９ａによって作業者Ｂに報告する（ステップＳ２４０）。そして、作業者Ｂは、その旨の報告を作業者Ａから携帯電話２９ｂで受けたら基地局Ｙにおける指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７の向きの移動を停止する（ステップＳ２５０）。つまり、方向調節を終了する。
【０１２４】
また、ステップＳ２００で光が消失した場合（ステップＳ２００；ＹＥＳ）には、作業者Ｂは再び駆動部２８を駆動させ、指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７の向きをすこしずつ任意に変更していく（ステップＳ２１０）。
【０１２５】
同時に、ステップＳ２００で光が消失した場合（ステップＳ２００；ＹＥＳ）には、ステップＳ２２０で作業者Ａは基地局Ｙが照射する光の観測を継続する。次いで、ステップＳ２３０で方向調節支援装置２７が照射する光を観測したら携帯電話２９ａによって作業者Ｂに報告する（ステップＳ２４０）。そして、作業者Ｂは、その旨の報告を作業者Ａから携帯電話２９ｂで受けたら基地局Ｙにおける指向性アンテナ２５及び方向調節支援装置２７の向きの移動を停止する（ステップＳ２５０）。つまり、方向調節を終了する。
【０１２６】
上記手順を行うことにより、目標精度である第１の精度の設定において、作業者Ａから基地局Ｙの方向調節支援装置２７が照射する光を観測することができるようになる。すなわち、これは図２で説明した原理により一方の基地局と他方の基地局とが角度±θ以内で対向している状態であり、指向性アンテナの運用条件である角度±１０°以下の対向条件を満たすことになる。
【０１２７】
また、図１５に示すように一対の基地局Ｘ，Ｙを設置し、これらの基地局Ｘ，Ｙを対向させたい場合でも、同様に図２で説明した原理により基地局Ｘ，Ｙが角度±θ以内で対向している状態であり、指向性アンテナ２５の運用条件である角度±１０°以下の対向条件を満たすことになる。
【０１２８】
このように本実施形態によれば、段階的に精度を変化させながら方向調節を行うことにより、一段と簡易に正確な方向調節を実現することができる。
【０１２９】
なお、本実施形態では、精度の設定を２種類としたが、より多くの精度を設定し、さらに多段階で方向調節を行ってもよい。このように多くの精度を設定することにより、極めて正確な方向調節を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明に係る方向調節支援装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】第１の実施形態の動作原理及び作用を示す説明図である。
【図３】（ａ）は本発明に係る方向調節支援装置の第１の実施形態における第１の変形例を示す構成図、（ｂ）は第１の変形例の動作原理を上方から見た状態を示す説明図、（ｃ）は第１の変形例の動作原理を横方向から見た状態を示す説明図である。
【図４】（ａ）は本発明に係る方向調節支援装置の第１の実施形態における第２の変形例を示す構成図、（ｂ）は第２の変形例の動作原理を示す説明図である。
【図５】本発明に係る方向調節支援装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図６】第２の実施形態の作用を示す説明図である。
【図７】本発明に係る方向調節支援装置の第３の実施形態を示す説明図である。
【図８】第３の実施形態の作用を示す説明図である。
【図９】本発明に係る方向調節支援装置の第５の実施形態における光源を示す構成図である。
【図１０】図９の光源における光照射部の作用を示す説明図である。
【図１１】本発明に係る方向調節支援装置の第６の実施形態を示す説明図である。
【図１２】本発明に係る方向調節支援システムの第１の実施形態を示す説明図である。
【図１３】方向調節支援システムの第１の実施形態における各部の配置関係を示す説明図である。
【図１４】方向調節支援システムの第１の実施形態における方向調節の手順を示すフローチャートである。
【図１５】本発明に係る方向調節支援システムの第１の実施形態における変形例を示す説明図である。
【図１６】方向調節支援システムの第２の実施形態における方向調節の手順を示すフローチャートである。
【図１７】従来の方向調節方法を示す説明図である。
【図１８】図１７において望遠鏡を覗いた状態を説明図である。
【図１９】非特許文献１の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１  方向調節支援装置
２  円筒体（筒体）
３  光源
４  光照射部
５  方向調節支援装置
６  角筒体
７  光源
８  方向調節支援装置
９  拡径筒体
１０  光源
２５  指向性アンテナ（被方向調節物）
２６  固定台
２７  方向調節支援装置
２８  駆動部（駆動手段）
２９ａ  携帯電話（第１の連絡手段）
２９ｂ  携帯電話（第２の連絡手段）
【図１】
0004568676.tif 000002
【図２】
0004568676.tif 000003
【図３】
0004568676.tif 000004
【図４】
0004568676.tif 000005
【図５】
0004568676.tif 000006
【図６】
0004568676.tif 000007
【図７】
0004568676.tif 000008
【図８】
0004568676.tif 000009
【図９】
0004568676.tif 000010
【図１０】
0004568676.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004568676.tif 000014
【図１４】
0004568676.tif 000015
【図１５】
0004568676.tif 000016
【図１６】
0004568676.tif 000017
【図１７】
0004568676.tif 000018
【図１８】
0004568676.tif 000019
【図１９】
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