JP2005156259A

JP2005156259A - 電波発生源探査装置

Info

Publication number: JP2005156259A
Application number: JP2003392995A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yoshida; 政二吉田
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】電波を利用した宝探しゲームシステムにおいて、送信機（宝）を探査するための受信機に簡単な構成で面白みのある表示機能を持たせる。
【解決手段】受信機２０は指向性受信アンテナ１と方位センサ６を備え、探査開始スイッチをＯＮにするとマイコン回路５が方位検出モードを設定する。同モードで指向性受信アンテナ１の最大感度方向を回転させると、液晶表示部１１にその最大感度方向の方位と一致する態様で方位盤座標１５を表示させ、また指向性受信アンテナ１から得られる受信電界強度信号に基づいて方位盤座標１５の前記方位軸上に距離指標１６を移動表示させる。前記最大感度方向が３６０°回転せしめられると直進表示モードが設定され、前記方位検出モードで最大の受信電界強度信号が得られた方位軸上に距離指標１６を拘束して移動表示させる。送信機の方位と離隔距離を表示画面で確認しながら探査できる。
【選択図】図１

Description

本発明は電波発生源探査装置に係り、特に電波を利用した宝探しゲーム等の遊戯システムに適用される装置に関する。

従来から、電波発生源を探査するためのシステムや装置は、実用的用途として雪崩ビーコンと称される遭難者探索用システムや盗聴器発見装置等で実施されており、下記特許文献等において各種観点からの提案がなされている。

雪崩ビーコンは、登山者が送信機（４５７ｋＨzの微弱電波方式）を携帯し、その登山者が雪崩等に遭遇して行方不明になった場合に、捜索者が前記送信機の発信電波を受信機で受信し、その受信電界強度の強弱を確認しながら前記遭難者の位置を探査してゆくものである。
盗聴器発見装置では、受信周波数の掃引等によって盗聴器の送信周波数を求める必要があるが、捜索のための基本的原理は雪崩ビーコンと同様である。
そして、雪崩ビーコンの受信機や盗聴器発見装置では、前記受信電界強度をビープ音の出力レベルや点灯させるＬＥＤの数等によって聴覚的又は視覚的に示すようになっており、捜索者はその変化によって遭難者や盗聴器までの距離を推測する。

特開２００３−１９８３８９号公報実開平１−１６０７３６号公報特開２００２−１５２３６９号公報特開２００１−１４１８０６号公報

ところで、前記の雪崩ビーコン等の電波を利用した探査原理は、宝探しゲーム等の遊戯システムとしてそのまま利用することが可能である。
即ち、「宝」として隠す方を所定周波数の電波を発信する送信機とし、探査用の受信機で前記電波の受信電界強度を検出しながら隠されている送信機を探し当てるというゲームに利用することができる。
しかしながら、ゲームコンセプトでの利用形態として考えた場合、探査側の受信機において、受信電界強度の増大に対応させてビープ音の出力を大きくしたり周波数を高くする、又はＬＥＤの点灯表示数を多くしたりするという実用本位の機能だけでは、今ひとつ面白みに欠ける。

また、盗聴器発見装置等では、受信機から見た送信機の方位を求めるために指向性受信アンテナを回転駆動させたり、受信機本体に対して指向性受信アンテナを独立させて自由に手動操作できるようにしたものがあるが、前記宝探しゲームに利用する場合には、そのような機構や高度な探査操作性は必要が無く、むしろ子供が手持ちで遊ぶことができるような携帯性が不可欠である。

そこで、本発明は、電波を利用した宝探しゲーム等に利用される受信機であって、極めて簡単な構成でありながら、電波発生源のおよその方位と位置を合理的手順で表示させて探査を行える電波発生源探査装置を提供することを目的として創作された。

本発明は、所定周波数の電波発生源を探査するための電波発生源探査装置であって、装置自体に固定された指向性受信アンテナと、前記指向性受信アンテナから得られる前記所定周波数の受信信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段が増幅した受信信号に基づいて受信電波の電界強度を検出する電界強度検出手段と、方位センサと、前記方位センサから得られる信号に基づいて前記指向性受信アンテナの最大感度方向が指している方位を検出する方位検出手段と、探査の開始を指示するための指示手段と、表示手段と、前記表示手段の表示画面内に方位盤座標と距離指標を表示させる表示制御手段とを備え、前記表示制御手段は、前記方位盤座標における前記指向性受信アンテナの最大感度方向を指す軸が常に前記方位検出手段による検出方位を示す軸となるように前記方位盤座標を回転させて表示すると共に、前記方位盤座標の中心と前記距離指標との間隔が前記電界強度検出手段で検出された受信電界強度の増大につれて小さくなるように前記距離指標を移動させて表示する手段であり、前記指示手段から探査開始指示が与えられた後、装置自体が３６０°回転せしめられるまでの過程では、前記電界強度検出手段が検出する電界強度が最大になる度に前記方位検出手段による検出方位を更新しながら記憶し、装置自体が３６０°回転せしめられた後は、前記過程終了後に記憶している前記検出方位を前記電波発生源の方位として決定して、前記距離指標を前記方位盤座標における前記決定方位に対応する軸上で移動表示させる機能を有していることを特徴とする電波発生源探査装置に係る。

本発明の電波発生源探査装置では、指示手段から探査開始指示を与えた後、装置自体を３６０°回転させると、電界強度検出手段が回転過程で変化する受信電界強度を検出するが、その受信電界強度は指向性受信アンテナの最大感度方向が向いた方位から得られたものであり、その方位は方位センサからの信号に基づいて方位検出手段によって検出されている。
表示制御手段は、表示手段の表示画面内に方位盤座標を表示させているが、装置自体の回転に伴って方位盤座標も回転させ、方位盤座標における指向性受信アンテナの最大感度方向を指す軸が常に方位検出手段による検出方位を表す軸となるように制御される。
また、表示制御手段は、電波発生源と装置自体の離隔距離を示すための距離指標を前記方位盤座標に表示させる。
その場合、一般的には受信電界強度が送信機と受信機の離隔距離の２乗に比例して減衰する傾向があるため、方位盤座標の中心と距離指標との間隔が電界強度検出手段で検出された受信電界強度の増大につれて小さくなるという条件で距離指標を表示させる。
そして、距離指標の表示制御モードは２段階に分かれ、指示手段から探査開始指示を与えて装置自体が３６０°回転せしめられるまでは、方位盤座標における前記指向性受信アンテナの最大感度方向に対応する軸上に表示させ、３６０°回転せしめられた後は、前記の回転過程で電界強度検出手段が検出する受信電界強度が最大になった時点での方位検出手段による検出方位に対応する軸上に表示させるようになっている。
即ち、装置自体と電波発生源の離隔距離を方位盤座標上の距離指標の位置で確認させながら受信電界強度を計測して電波発生源の方位を決定させ、それ以降は決定した方位に限定して距離指標を移動させることによって電波発生源の探査を容易にする。

ところで、電波発生源が間欠的に電波を発信するような場合には、装置自体を回転させる速度が大きくなると、指向性受信アンテナが最大感度方向で前記電波を受信できないことがあり、電波発生源が存在する方位を正確に決定できなくなる。
この問題については、前記表示制御手段により、装置自体を回転させる際の回転速度を案内するための角度指標を前記方位盤座標の周方向へ所定速度で移動表示させることで解消できる。

本発明の電波発生源探査装置によれば、指向性受信アンテナの回転駆動機構を要さずに、電波発生源の所在と方位を方位盤座標上の距離指標で視覚的に確認しながら電波発生源を探査することが可能であり、電波を利用した宝探しゲームの探査側受信機に最適な構成を提供する。
また、この発明の電波発生源探査装置の原理は雪崩ビーコンや盗聴器発見装置にもそのまま利用することができる。

以下、本発明の電波発生源探査装置の実施形態を宝探しゲーム用の携帯型受信機を例にとって詳細に説明する。
先ず、図１は携帯型受信機のブロック回路図であり、この受信機２０と探査される方の送信機（図示せず）とが１組になって宝探しゲームのシステムを構成する。
同図において、１は送信機側が発信する電波を受信する指向性受信アンテナであり、その指向性受信アンテナ１に誘起した高周波電流は高周波増幅器２で増幅された後に整流回路３で整流され、その直流電圧がＡ/Ｄ変換器４でディジタル信号に変換されて、受信電界強度データとしてマイクロコンピュータ回路（以下、「マイコン回路」という）５に取り込まれる。
また、６は方位センサであり、指向性受信アンテナ１の最大感度方向に向けて設置されており、その出力は増幅器７で増幅された後、Ａ/Ｄ変換器８でディジタル信号に変換されて、方位データとしてマイコン回路５に取り込まれる。

一般に、指向性受信アンテナにはバーアンテナや八木・宇田アンテナやパラポラアンテナがあるが、各アンテナは図２に示すような水平面の指向特性を有しており、この受信機２０では指向性受信アンテナであれば何れの方式のアンテナでもよい。
但し、図３は操作者３０が受信機２０を両手で把持した状態を上側から見た平面図であるが、同図に示すように、指示アンテナ１はその最大感度方向１a（図２における矢印方向）が液晶表示部１１の表示画面と平行な関係で筐体に固定されている。
尚、方位センサ６は受信機２０の筐体内に内蔵されている。

マイコン回路５は、ＣＰＵ５１とＲＯＭ５２とＲＡＭ５３とＩ/Ｏポート５４とからなり、Ｉ/Ｏポート５４から取り込んだ各検出データをＲＡＭ５３にセーブさせ、ＣＰＵ５１がＲＯＭ５２の表示制御プログラムに基づいた処理を行って各検出データに応じて表示信号をＩ/Ｏポート５４から表示駆動回路１０へ出力させる。
表示駆動回路１０は液晶表示部１１を駆動して表示画面に後述の“方位盤座標１５”と“距離指標１６”を表示させる。
尚、１２は乾電池又は充電池を電力供給源とする電源回路である。

以上の構成に基づいて、受信機２０は、液晶表示部１１に方位盤座標１５と距離指標１６を表示させながら、操作者を送信機（ゲーム上の宝）へ導くようになっている。
以下、その動作手順を図４のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、操作者が電源をＯＮ状態にして探査開始スイッチ９をＯＮにすると、ＣＰＵ５１は方位検出モードを設定し、指向性受信アンテナ１から得られる受信電界強度データと方位センサ６から得られる方位データの取り込みを開始し、各データをＩ/Ｏポート５４から所定周期で取り込んで順次更新しながらＲＡＭ５３にセーブする（S1〜S3）。

宝探しゲームでは、前記方位検出モードを設定された後、操作者が受信機２０自体を回転させる（S4）。
具体的には、図３に示すように、操作者３０が受信機２０を水平に把持した状態でそのまま一定位置で回転し、それによって指向性受信アンテナ１の最大感度方向（矢印１aで示す方向）が定位置を中心に回転することになる。

そして、前記の回転過程では、方位センサ６が検出する方位データの変化に応じて、指向性受信アンテナ１から得られる送信機側の発信電波の受信電界強度データが変化するが、マイコン回路５では、ＣＰＵ５１がＲＡＭ５３にセーブさせたそれらの検出データに基づいて表示データを作成し、その表示データをＩ/Ｏポート５４から表示駆動回路１０へ出力させて、液晶表示部１１に図５（Ａ）に示すような方位盤座標１５と距離指標（★印）１６を表示させる（S5）。

例えば、受信機２０の指向性受信アンテナ１の最大感度方向を北(Ｎ)→北東(ＮＥ)→東(Ｅ)→南東(ＳＥ)→南(Ｓ)→南西(ＳＷ)→西(Ｗ)→北西(ＮＷ)の順に変化させると、液晶表示部１１の方位盤座標１５と距離指標１６は図５の(Ａ)→(Ｂ)→(Ｃ)→(Ｄ)→(Ｅ)→(Ｆ)→(Ｇ)→(Ｈ)のように変化する。
即ち、ＣＰＵ５１は、方位データに基づいて、方位盤座標１５で示される指向性受信アンテナ１側の方位が実際に指向性受信アンテナ１の向いている方位を示すように、方位盤座標を回転させている。
この場合は、送信機が東の方向に２０[ｍ]だけ離れた位置にあることを想定しており、（Ａ）；最初に指向性受信アンテナ１の最大感度方向が北(Ｎ)の方向を向いている段階では最大感度での受信ではないため受信電界強度を示す距離指標１６は座標上の３０[ｍ]以上に相当する位置にあり、（Ｂ）；北東(ＮＥ)の方向に向くとほぼ３０[ｍ]の位置へ移動し、（Ｃ）；東(Ｅ)の方向に向くと最大感度方向が送信機の方向になるために前記のとおり２０[ｍ]の位置まで中心方向へ近づき、その後、（Ｄ）,（Ｅ）；南東(ＳＥ)から南(Ｓ)の方向へ回転してゆくと徐々に中心から離れて３０[ｍ]以上に相当する位置になり、更に、（Ｆ）〜（Ｈ）；南西(ＳＷ)から北西(ＮＷ)へ回転してゆくと受信電界強度が著しく低下して受信圏外となるために表示されなくなる。
従って、操作者３０は液晶表示部１１の方位盤座標１５と距離指標１６を見ながら回転することにより、送信機が所在する大体の方向を確認することができる。

また、ＣＰＵ５１は、前記の方位盤座標１５と距離指標１６の表示制御と共に、山登り法で受信電界強度が最大となる方位データを求めてゆき、更新しながらＲＡＭ５３にセーブしてゆく（S6）。
そして、図３に示すように、受信機２０が水平に保たれた状態で３６０°回転せしめられると、ＣＰＵ５１はそれを方位データから確認し、自動的に直進表示モードを設定する（S7→S8）。
この直進表示モードが設定されると、ＣＰＵ５１は、３６０°回転中の最大受信電界強度に対応している方位データに基づいて、方位盤座標１５における前記方位を示す線上のみを距離指標１６が移動するように表示制御を行う（S9）。

例えば、前記のように最大受信電界強度が東(Ｅ)の方向で得られたとすると、図６（Ａ）〜（Ｄ）のように、距離指標１６が方位盤座標１５の東(Ｅ)を示す方位線上だけを移動するように表示される。
即ち、指示アンテナ１の最大感度方向１aが東(Ｅ)の方向に向いていれば、距離指標１６が東(Ｅ)を示す方位線上にあり、図７に示すように操作者が東方向へ移動すると、図６の(Ａ)→(Ｂ)→(Ｃ)で示すように距離指標１６が方位盤座標１５の中心方向へ移動してゆき、送信機へ近づく方向へ移動していることが視覚的に確認できる。
従って、操作者３０は液晶表示部１１の画面で方位盤座標１５上の距離指標１６の位置を見ながら前後方向へ移動することで、送信機の探査を行うことができる（S10）。

一方、直進表示モードが設定された後に、指示アンテナ１の最大感度方向１aを最大受信電界強度が得られた方位以外の方向へ向けると、図６の（Ｄ）のように方位盤座標１５が回転すると共に距離指標１６も周方向へ回転する。
そのような場合は、宝探しゲームでは受信機２０と送信機の間に障害物が介在することが多く、途中で進行方向を変更したようなときに生じるが、その状態では受信電界強度が正常に検出できておらず、正確な距離を求めるには、探査開始スイッチ９をＯＮにして再度方位検出モードからやり直すことになる。
このように、送信機（宝）を探し当てるまでの経路に紆余曲折があって、何度も再設定しながら探査してゆく点にもゲームとしての面白みがある。

以上の実施形態において、方位盤座標１５の中心と距離指標１６との距離は、受信電界強度が増大するにつれて小さくなるという条件で設定される。
一般的な空中線理論によると、電波の進行を妨げるものが無い自由空間では、距離の２乗に比例して減衰し、且つ電波の波長の２乗に反比例するとされている。
具体的には、受信有効電力Ｗrと送信電力Ｗtの比で与えられる自由空間伝播損失Ｌ（即ち、受信電界強度）は次の数式１で与えられ、送信アンテナと受信アンテナの構成と電波の波長（周波数）が選択されると、受信電界強度は送信機と受信機の離隔距離によって決定されることが理解できる。

但し、ｄは送信機と受信機の離隔距離[ｍ]、λは電波の波長[ｍ]、Ｇtは送信アンテナの絶対利得、Ｇrは受信アンテナの絶対利得である。
もっとも、実際には自由空間の条件は満足されず、前記数式１で求めると誤差が大きくなるため、送信アンテナと受信アンテナの構成と電波の周波数を選択した後、距離をパラメータとした受信電界強度を実測する方が高い精度の値が得られるとされている。
従って、距離指標１６の表示位置を制御するための簡易なプログラムとしては前記の理論式に基づいたものであっても良いが、この実施形態のように方位盤座標１５に受信機２０と送信機の離隔距離を具体的に表示するような場合には、実測によって求められた受信電界強度と距離との関係をＲＯＭ５２にテーブルとして格納しておき、そのテーブルを参照しながら距離指標１６の表示位置を求めることが望ましい。

ところで、以上の実施形態における方位検出モードでは、図３に示したように、操作者３０が受信機２０を把持した状態で回転することになっている。
一方、送信機側は乾電池や充電池による駆動方式となるため、電池の寿命を長くするために、例えば１秒間に１回、０.２秒間だけ間欠的に電波を発信させるような構成が採用されることが多い。
その場合、操作者３０の回転速度が前記の発信間隔に対して速くなりすぎると、指向性受信アンテナ１の最大感度方向１aが送信機の所在方向へ向いた時が電波の発信されていない時間帯となる可能性が高くなり、送信機が所在する方位を正確に決定できなくなるという問題が生じる。
また、逆に操作者３０が回転速度を遅くすると、方位検出モードに時間がかかり過ぎ、１回の探査ゲーム期間が長くなって受信機２０側の電池の消耗度合いを大きくしてしまうことになる。

この問題点については、図８に示すように、方位検出モードの設定に基づいて液晶表示部１１に表示されている方位盤座標１５の周囲を所定速度で回転する角度指標１７を表示させることにより、操作者３０に対して適切な回転速度を案内指示することで解消できる。
即ち、図８の（Ａ）〜（Ｈ）は、方位検出モードが設定された後、操作者３０が非回転状態（方位盤座標１５が非回転状態）で角度指標１７が回転してゆく過程を示したものであり、例えば、角速度にして２２.５［°／秒］で回転するように設定されている。
そして、図９の（Ａ）〜（Ｈ）は、前記の角度指標１７の回転位置に合わせて操作者３０が回転することで指向性受信アンテナ１の最大感度方向１aを常に角度指標１７が指し示す方位へ向けるようにした場合の表示過程を示したものであり、実際のゲームにおいてはこのようにして方位検出が実行されることになる。
尚、図９の（Ａ）〜（Ｈ）における方位盤座標１５の回転と距離指標１６の移動は図５の場合と同様である。

このように、方位盤座標１５の周囲に角度指標１７を回転表示させることによって、送信機側の間欠的な電波発信状態に対しても方位を正確に検出することが可能になるが、角度指標１７の表示制御は、上記の方位盤座標１５と距離指標１６の表示制御と併せて、マイコン回路５のＣＰＵ５１がＲＯＭ５３に格納した表示プログラムに基づいて実行する。

本発明の実施形態に係る携帯型受信機［宝探しゲームにおいて送信機（宝）を探査するための受信機］のブロック回路図である。各種指向性受信アンテナの水平面での指向特性図［（Ａ）はバーアンテナ、（Ｂ）は八木・宇田アンテナ、（Ｃ）はパラポラアンテナ］である。操作者が受信機を両手で把持した状態を上側から見た平面図（方位検出モードでの説明図）である。実施形態に係る受信機の動作手順を示すフローチャートである。方位検出モードで受信機を回転させて指向性受信アンテナの最大感度方向を各方位へ向けた場合の方位盤座標と距離指標の表示状態を示す平面図である。直進表示モードでの方位盤座標と距離指標の表示状態を示す平面図である。操作者が受信機を両手で把持した状態を上側から見た平面図（直進表示モードでの説明図）である。方位検出モードで方位盤座標の周囲に角度指標を回転表示させるようにした場合の表示状態を示す平面図である。但し、操作者は非回転状態（方位盤座標が非回転状態）にある。方位検出モードで方位盤座標の周囲に角度指標を回転表示させるようにした場合の表示状態を示す平面図である。但し、操作者が角度指標に従って回転（方位盤座標が回転）している。

符号の説明

１…指向性受信アンテナ、１a…指向性受信アンテナの最大感度方向、２…高周波増幅器、３…整流回路、４,８…Ａ/Ｄ変換器、５…マイコン回路、６…方位センサ、７…増幅器、９…スイッチ、１０…表示駆動回路、１１…液晶表示部、１２…電源回路、１５…方位盤座標、１６…距離指標、１７…角度指標、２０…受信機、５１…ＣＰＵ、５２…ＲＯＭ、５３…ＲＡＭ、５４…Ｉ/Ｏポート。

Claims

所定周波数の電波発生源を探査するための電波発生源探査装置であって、
装置自体に固定された指向性受信アンテナと、
前記指向性受信アンテナから得られる前記所定周波数の受信信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段が増幅した受信信号に基づいて受信電波の電界強度を検出する電界強度検出手段と、
方位センサと、
前記方位センサから得られる信号に基づいて前記指向性受信アンテナの最大感度方向が指している方位を検出する方位検出手段と、
探査の開始を指示するための指示手段と、
表示手段と、
前記表示手段の表示画面内に方位盤座標と距離指標を表示させる表示制御手段とを備え、
前記表示制御手段は、前記方位盤座標における前記指向性受信アンテナの最大感度方向を指す軸が常に前記方位検出手段による検出方位を示す軸となるように前記方位盤座標を回転させて表示すると共に、前記方位盤座標の中心と前記距離指標との間隔が前記電界強度検出手段で検出された受信電界強度の増大につれて小さくなるように前記距離指標を移動させて表示する手段であり、
前記指示手段から探査開始指示が与えられた後、装置自体が３６０°回転せしめられるまでの過程では、前記電界強度検出手段が検出する電界強度が最大になる度に前記方位検出手段による検出方位を更新しながら記憶し、装置自体が３６０°回転せしめられた後は、前記過程終了後に記憶している前記検出方位を前記電波発生源の方位として決定して、前記距離指標を前記方位盤座標における前記決定方位に対応する軸上で移動表示させる機能を有していることを特徴とする電波発生源探査装置。
前記表示制御手段により、装置自体を回転させる際の回転速度を案内するための角度指標を、前記方位盤座標の周方向へ所定速度で移動表示させることとした請求項１に記載の電波発生源探査装置。