JP2007183286A - System for measuring flow line - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for measuring a flow line capable of tracking a position of a transmitter, capable of facilitating arrangement design for a receiver, and capable of reducing labors and times of execution work for the receiver, compared with those in conventional configuration. <P>SOLUTION: The transmitter 1 includes a compressional wave transmitting part 11 mounted on a detection object and for transmitting intermittently a compressional wave, and an identification data transmitting part 12 for transmitting an intrinsic identification data by a wireless signal using an infrared ray as a transmission medium. The receiver 2 includes a compressional wave receiving part 21 for receiving the compressional wave and for outputting a reception wave output including information of an arrival direction of the compressional wave, and an identification data receiving part 22 for receiving the wireless signal including the identification data. A moved position of the detection object is tracked based on the detection of the position of a transmitter 1 by the receiver 2. A period of receiving the compressional wave by the compressional wave receiving part 21 is limited within a predetermined receivable time set after the identification data is received, in the receiver 2. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、媒質の圧力変化を周期的に繰り返す超音波や媒質の圧力変化が単発的であるいわゆる圧力波のような疎密波を利用して検出対象の位置を追跡する動線計測システムに関するものである。   The present invention relates to a flow line measurement system that tracks the position of a detection target using an ultrasonic wave that periodically repeats a pressure change of a medium or a so-called pressure wave in which the pressure change of the medium is single. It is.

従来から、位置検出の検出対象である移動体に超音波を送波する送信装置(超音波発信機)を設け、建物内の天井面の所定領域ごとに設置された少なくとも3個の受信装置(超音波受信機)で送信装置からの超音波を受波し、送信装置から送波された超音波が受信装置に受信されるまでの時間を用いて位置演算部(演算処理手段)により移動体の位置を求める位置検出システムが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, a transmitting device (ultrasonic transmitter) that transmits ultrasonic waves to a moving object that is a detection target of position detection is provided, and at least three receiving devices (for each predetermined area on a ceiling surface in a building) ( The ultrasonic wave from the transmission device is received by the ultrasonic receiver), and the position calculating unit (calculation processing means) uses the time until the ultrasonic wave transmitted from the transmission device is received by the reception device. There has been proposed a position detection system for obtaining the position (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載の位置検出システムでは、受信装置から送信装置に対して赤外線を伝送媒体とする許可信号を送信し、送信装置では許可信号を受け取ると超音波を送波する。したがって、受信装置では許可信号を送信してから超音波を受波するまでの時間を計測することで、送信装置までの距離を算出することができ、3個の受信装置において送信装置までの距離を算出するから、3個の受信装置の既知の位置に基づいて送信装置の位置を特定することができる構成になっている。   In the position detection system described in Patent Document 1, a permission signal using infrared as a transmission medium is transmitted from a reception device to a transmission device, and the transmission device transmits an ultrasonic wave when the permission signal is received. Therefore, the distance to the transmitter can be calculated by measuring the time from receiving the permission signal to receiving the ultrasonic wave in the receiver, and the distance to the transmitter in the three receivers Therefore, the position of the transmitting device can be specified based on the known positions of the three receiving devices.

また、送信装置があらかじめ時分割設定された分割時間に基づいて超音波を順次送波することにより、送信装置を特定するとともに移動体の位置を算出する構成が従来構成として記載されている。特許文献1では、送信装置ごとに受信時間が決まっているときに送信装置の台数が多くなると、各送信装置の位置を一通り算出するのに長い時間を要するという問題を解決するために、送信装置から受信装置に対して超音波発受期間の開始を指定する構成を採用している。   In addition, a configuration is described as a conventional configuration in which the transmission device sequentially transmits ultrasonic waves based on division times set in advance in a time division manner, thereby specifying the transmission device and calculating the position of the moving body. In Patent Literature 1, in order to solve the problem that it takes a long time to calculate the position of each transmitting device when the number of transmitting devices increases when the receiving time is determined for each transmitting device. A configuration is adopted in which the start of the ultrasonic transmission / reception period is designated from the apparatus to the receiving apparatus.

これらの構成は、複数台の送信装置から送波した超音波を受信装置において識別することを前提条件に含んだ構成であって、いずれの構成も複数台の送信装置が存在していても、各送信装置ごとに位置を求めることができる。
特開2003−279640号公報
These configurations are preconditions for identifying ultrasonic waves transmitted from a plurality of transmission devices in the reception device, and even if any configuration includes a plurality of transmission devices, The position can be obtained for each transmission device.
JP 2003-279640 A

ところで、特許文献1に記載された従来技術を採用すると、送信装置の台数が多いときに各送信装置の位置を計測するのに時間を要するという問題があり、特許文献1の実施形態に記載の技術では、送信装置に付設された位置検知スイッチを操作しなければならないから、送信装置が時々刻々と位置を変化させるときには、送信装置の位置を追跡することができない。   By the way, when the prior art described in Patent Document 1 is adopted, there is a problem that it takes time to measure the position of each transmitting device when the number of transmitting devices is large. According to the technology, since the position detection switch attached to the transmission apparatus must be operated, the position of the transmission apparatus cannot be tracked when the transmission apparatus changes its position every moment.

さらに、特許文献1に記載の技術では、3個の受信装置を用いなければ送信装置の位置を求めることができない上に、3個の受信装置の検知エリアが重なる範囲内でしか送信装置の位置を求めることができないものであるから、目的とする検知エリアを設定するための受信装置の配置設計が難しく、しかも受信装置を施工する作業に手間がかかるという問題がある。   Furthermore, in the technique described in Patent Document 1, the position of the transmitting apparatus cannot be obtained unless three receiving apparatuses are used, and the position of the transmitting apparatus is only within a range where the detection areas of the three receiving apparatuses overlap. Therefore, there is a problem that it is difficult to design the arrangement of the receiving apparatus for setting the target detection area, and that the work for constructing the receiving apparatus is troublesome.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、複数台の送信装置が存在していても特別な操作をすることなく各送信装置ごとに迅速に位置を求めることができるようにして送信装置の位置の追跡を可能とし、しかも受信装置の配置設計が容易かつ受信装置の施工作業の手間も従来構成に比較して少なくすることができる動線計測システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described reasons, and the object thereof is to promptly determine the position for each transmitting apparatus without performing a special operation even when a plurality of transmitting apparatuses exist. Thus, it is possible to provide a flow line measurement system that enables tracking of the position of a transmission device, and that facilitates layout design of the reception device and reduces the time and effort of construction of the reception device as compared with the conventional configuration. is there.

請求項1の発明は、位置検出の検出対象に搭載され少なくとも疎密波を間欠的に送波する送信装置と、検出対象から送波された疎密波を受波することにより検出対象が存在する相対的な方向と距離とを検出する受信装置とを備え、受信装置による送信装置の位置検出により検出対象の移動した位置を追跡する動線計測システムであって、送信装置は、疎密波を送波する疎密波送波部と、固有の識別データをワイヤレス信号を用いて送信する識別データ送信部とを備え、受信装置は、疎密波送波部から送波された疎密波を受波するとともに受波した疎密波を電気信号である受波信号に変換する受波素子を複数個配列したアレイセンサからなる疎密波受波部と、疎密波受波部の各受波素子による疎密波の受波時刻の時間差と各受波素子の配置位置とに基づいて疎密波受波部に対して検出対象の存在する方向を求める位置演算部と、識別データ送信部からの識別データを受信する識別データ受信部と、疎密波受波部により疎密波を受波する期間を識別データが受信された後に設定した既定の受波可能時間内に制限する受波時間制限部とを備えることを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, there is provided a transmission device that is mounted on a detection target for position detection and that intermittently transmits at least a sparse / dense wave, and a relative that a detection target exists by receiving a sparse / dense wave transmitted from the detection target. And a receiving device that detects a specific direction and distance, and a flow line measurement system that tracks the position of the detection target moved by detecting the position of the transmitting device by the receiving device. The reception device receives and receives the sparse / dense wave transmitted from the sparse / dense wave transmission unit, and an identification data transmission unit that transmits unique identification data using a wireless signal. A sparse / dense wave received by a sparse / dense wave receiving unit composed of an array sensor in which a plurality of receiving elements for converting a sparse / dense dense wave into a received signal, which is an electric signal, and a sparse / dense wave receiving unit. Time difference and location of receiving elements Based on the position calculation unit for obtaining the direction in which the detection target exists with respect to the dense wave receiving unit, the identification data receiving unit for receiving the identification data from the identification data transmitting unit, and the dense wave receiving unit And a reception time limiter that limits a reception period within a predetermined reception-enabled time set after the identification data is received.

この構成によれば、受信装置において送信装置からの疎密波を受波する時間を、受信装置において識別データを受信した後に設定した既定の受波可能時間内に制限しているから、外来の疎密波を受波する可能性を低減することができる。また、検出対象が、受信装置に対して相対的に移動するとともに受信装置における疎密波の受波可能領域に検出対象が出入りするような使用用途では、複数の検出対象が存在していると各検出対象に搭載した送信装置からの疎密波が衝突することによって、検出対象の位置を個別に検出できない可能性があるが、送信装置から固有の識別データを送信していることにより各送信装置を識別できるとともに、各送信装置ごとに疎密波を受波する時間を制限していることによって、各送信装置からの疎密波の混信を低減でき、各検出対象の位置を個別に検出できる可能性が高くなる。ここに、この構成では、複数台の送信装置からの疎密波の混信を回避できるわけではないが、送信装置においては混信ないし衝突の回避のための構成が不要であるから、送信装置において特別な処理や操作をすることなく送信装置ごとの位置を迅速に求めることができ、送信装置の位置の追跡も可能になる。しかも、アレイセンサを用いた疎密波受波部を用い、アレイセンサに設けた受波素子による疎密波の受波時刻の時間差と各受波素子の配置位置とに基づいて検出対象の存在する方向(つまり、送信装置からの疎密波の到来方向)を検出するから、3個の受信装置を用いることなく送信装置の位置を知ることができる。その結果、施工が容易であり検知エリアの設定も容易になる。つまり、低コストでの提供が可能になる。ここに、疎密波送波部から送波する疎密波としては、超音波の間欠波(超音波のバースト波)を用いるか、単発的な疎密波を用いるのが望ましい。   According to this configuration, since the time for receiving the density wave from the transmission device in the reception device is limited to the predetermined reception time set after receiving the identification data in the reception device, the external density The possibility of receiving waves can be reduced. In addition, in a usage where the detection target moves relative to the reception device and the detection target enters and exits the reception area of the dense wave in the reception device, each detection target has a plurality of detection targets. There is a possibility that the position of the detection target cannot be individually detected due to collision of the dense waves from the transmission device mounted on the detection target, but each transmission device can be detected by transmitting unique identification data from the transmission device. In addition to being able to identify, by limiting the time to receive the sparse / acoustic wave for each transmitter, the possibility of sparse / interference interference from each transmitter can be reduced and the position of each detection target can be detected individually. Get higher. Here, in this configuration, it is not possible to avoid the interference of sparse and close waves from a plurality of transmission devices. However, since the transmission device does not require a configuration for avoiding interference or collision, a special configuration is required in the transmission device. The position of each transmission device can be quickly obtained without processing or operation, and the position of the transmission device can be tracked. Moreover, the direction in which the detection target exists is based on the time difference between the reception times of the dense waves by the receiving elements provided in the array sensor and the arrangement position of each receiving element using the dense wave receiving unit using the array sensor. In other words, since the direction of arrival of the dense wave from the transmission device is detected, the position of the transmission device can be known without using three reception devices. As a result, construction is easy and the detection area can be easily set. That is, it can be provided at a low cost. Here, it is desirable to use an ultrasonic intermittent wave (ultrasonic burst wave) or a single dense wave as the dense wave transmitted from the dense wave transmission unit.

請求項2の発明では、請求項1の発明において、前記受波時間制限部が、前記識別データ受信部が識別データを受信した時点から既定の遅延時間後に受波可能時間を開始し、当該遅延時間は検出対象と受信装置との許容された最小距離において送信装置から受信装置まで疎密波が到達するのに要する時間に設定されていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the reception time limit unit starts a reception possible time after a predetermined delay time from the time when the identification data reception unit receives the identification data, and the delay The time is set to a time required for the dense wave to reach from the transmission device to the reception device at the minimum allowable distance between the detection target and the reception device.

この構成は、識別データを送信するワイヤレス信号が、送信装置から受信装置まで達する時間を実質的に無視できる伝送媒体(赤外線あるいは電波)を用いているときに有効であって、当該識別データを送信した送信装置からの疎密波を受信する可能性のない時間には、当該送信装置からの疎密波を受け付けないことにより、複数台の送信装置からの疎密波の混信を抑制することができる。   This configuration is effective when a wireless signal for transmitting identification data uses a transmission medium (infrared rays or radio waves) that can substantially ignore the time from the transmission device to the reception device, and transmits the identification data. In a time when there is no possibility of receiving the sparse wave from the transmitter, the sparse wave from a plurality of transmitters can be suppressed by not accepting the sparse wave from the transmitter.

請求項3の発明では、請求項1または請求項2の発明において、前記識別データ送信部が前記識別データを一定の時間間隔で間欠的に送信し、前記送信装置が、識別データを送信する時間間隔を設定する指示を受けて発生させた乱数を用いて当該時間間隔を不規則に設定する手段を備えることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the identification data transmission unit intermittently transmits the identification data at a constant time interval, and the transmission device transmits the identification data. Means is provided for randomly setting the time interval using a random number generated in response to an instruction to set the interval.

この構成によれば、識別データを送信する時間間隔を乱数により不規則に設定するから、複数台の送信装置が存在している場合でも受信装置において識別データを異なるタイミングで受信できる期間が必ず生じ、結果的に複数台の送信装置ごとに識別データを受信して送信装置の位置を検出することが可能になる。   According to this configuration, since the time interval for transmitting the identification data is irregularly set by a random number, there is always a period in which the identification data can be received at different timings in the reception device even when there are a plurality of transmission devices. As a result, it becomes possible to receive the identification data for each of the plurality of transmitting apparatuses and detect the position of the transmitting apparatus.

請求項4の発明では、請求項1ないし請求項3のいずれかの発明において、前記疎密波送波部から送波される疎密波の送波パターンを前記識別データ送信部から送信する識別データに対応付ける識別パターン生成部を備え、前記位置演算部が、前記疎密波受波部で受波した疎密波の受波パターンが前記識別データ受信部で受信した識別データに対応しているときに当該疎密波を用いて前記検出対象の存在する方向を求めることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the transmission pattern of the dense wave transmitted from the dense wave transmission unit is used as identification data transmitted from the identification data transmission unit. An identification pattern generation unit to be associated, and when the position calculation unit receives the density pattern received by the density wave reception unit corresponding to the identification data received by the identification data reception unit A direction in which the detection target exists is obtained using a wave.

この構成によれば、疎密波の送波パターンを識別データに対応付け、かつ受信装置では識別データに対応する受波パターンを持つ疎密波から検出対象の方向を求めるから、受信した疎密波がどの送信装置から送波されたかを識別することができる。   According to this configuration, the transmission / reception pattern of the sparse / dense wave is associated with the identification data, and the receiving device obtains the direction of the detection target from the sparse / dense wave having the reception pattern corresponding to the identification data. It is possible to identify whether the wave is transmitted from the transmission device.

請求項5の発明では、請求項1ないし請求項3のいずれかの発明において、前記識別データ送信部が、疎密波送波部から送波する疎密波を伝送媒体に用いるとともに前記識別データを固定長のビット列で表され、各ビット値が疎密波を送波する時間間隔に対応付られけていることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the identification data transmitting unit uses a dense wave transmitted from the dense wave transmitting unit as a transmission medium and fixes the identification data. It is represented by a long bit string, and each bit value is associated with a time interval for transmitting a dense wave.

この構成によれば、検出対象の位置を検出するために用いる疎密波を識別データの伝送にも兼用するから、識別データを送受する構成を別途に設ける必要がなく、疎密波の混信を抑制する構成を比較的低コストで実現できる。   According to this configuration, since the dense wave used for detecting the position of the detection target is also used for transmitting the identification data, it is not necessary to provide a separate configuration for transmitting and receiving the identification data, and the interference of the dense wave is suppressed. The configuration can be realized at a relatively low cost.

本発明の構成によれば、受信装置において送信装置からの疎密波を受波する時間を、受信装置において識別データを受信した後に設定した既定の受波可能時間内に制限しているから、外来の疎密波を受波する可能性を低減することができるという利点がある。この構成では、複数台の送信装置からの疎密波の混信を回避できるわけではないが、送信装置においては混信ないし衝突の回避のための構成が不要であるから、送信装置において特別な処理や操作をすることなく送信装置ごとの位置を迅速に求めることができ、送信装置の位置の追跡も可能になるという利点がある。しかも、アレイセンサを用いた疎密波受波部を用い、アレイセンサに設けた受波素子による疎密波の受波時刻の時間差と各受波素子の配置位置とに基づいて送信装置からの疎密波の到来方向を検出するから、3個の受信装置を用いることなく送信装置の位置を知ることができる。   According to the configuration of the present invention, the reception time of the dense wave from the transmission device in the reception device is limited to a predetermined reception time set after receiving the identification data in the reception device. There is an advantage that it is possible to reduce the possibility of receiving the dense wave. In this configuration, interference of sparse and close waves from a plurality of transmission devices cannot be avoided, but a configuration for avoiding interference or collision is not necessary in the transmission device, so that special processing and operation in the transmission device are not required. There is an advantage that the position of each transmitting apparatus can be quickly obtained without performing tracking, and the position of the transmitting apparatus can be tracked. In addition, a dense wave receiving unit using an array sensor is used, and the dense wave from the transmitting device is based on the time difference between the reception times of the dense waves by the receiving elements provided in the array sensor and the arrangement position of each receiving element. Since the arrival direction is detected, the position of the transmitting apparatus can be known without using three receiving apparatuses.

(実施形態1)
本実施形態では、図2に示すように、建物内で床面FL上を移動する移動体(たとえば、ショッピングカート)を位置検出の検出対象Obとし、検出対象Obが移動した位置を追跡する動線計測システムを例示する。検出対象Obの位置を追跡するために、検出対象Obの上面には疎密波を送波する送信装置1を搭載し、床面FLの上方である天井面CLの定位置には疎密波を受波する受信装置2を設置する。したがって、既知の位置に受信装置2が配置されることになる。本実施形態では、疎密波として媒質(空気)の圧力変化が単発的に生じる圧力波を用いる。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a moving body (for example, a shopping cart) that moves on the floor surface FL in a building is set as a detection target Ob for position detection, and the movement for tracking the position where the detection target Ob has moved is detected. A line measurement system is illustrated. In order to track the position of the detection target Ob, the transmitting device 1 that transmits the dense wave is mounted on the upper surface of the detection target Ob, and the dense wave is received at a fixed position of the ceiling surface CL above the floor surface FL. A wave receiving device 2 is installed. Therefore, the receiving device 2 is arranged at a known position. In the present embodiment, a pressure wave in which a pressure change of the medium (air) occurs once as a dense wave is used.

送信装置1は、図1に示すように、疎密波を送波する疎密波送波部11と、赤外線を伝送媒体としたワイヤレス信号を送信する識別データ送信部12とを備える。疎密波送波部11および識別データ送信部12は、それぞれドライバ13,14を介して制御部10からの指示を受けて動作する。制御部10はワンチップマイコンからなり、CPU、RAM、ROM、シリアル通信用インターフェイスを包含している。疎密波送波部11からは疎密波を間欠的に送波し、識別データ送信部12は識別データを含んだワイヤレス信号を送信する。識別データは制御部10に設定されており、送信装置1ごとに固有の識別データが設定される。疎密波の送波タイミングおよびワイヤレス信号の送信タイミングは制御部10において制御される。具体的には識別データを含むワイヤレス信号の送信と同時に疎密波を送波しており(実際には、ワイヤレス信号を送信する時刻と疎密波を送波する時刻との間には、ワンチップマイコンの命令処理に要する時間程度の時間遅れはある)、ワイヤレス信号と疎密波とは所定の出力間隔で間欠的に出力される。上述した送信装置1の機能は制御部10を構成しているワンチップマイコンに適宜のプログラムを搭載することにより実現される。   As shown in FIG. 1, the transmission device 1 includes a dense wave transmission unit 11 that transmits a dense wave, and an identification data transmission unit 12 that transmits a wireless signal using infrared as a transmission medium. The sparse / dense wave transmission unit 11 and the identification data transmission unit 12 operate in response to instructions from the control unit 10 via the drivers 13 and 14, respectively. The control unit 10 includes a one-chip microcomputer and includes a CPU, RAM, ROM, and serial communication interface. The sparse / dense wave transmission unit 11 intermittently transmits the sparse / dense wave, and the identification data transmission unit 12 transmits a wireless signal including identification data. The identification data is set in the control unit 10, and unique identification data is set for each transmission device 1. The control unit 10 controls the transmission timing of the sparse / dense wave and the transmission timing of the wireless signal. Specifically, a sparse wave is transmitted simultaneously with the transmission of a wireless signal including identification data (actually, the one-chip microcomputer is between the time when the wireless signal is transmitted and the time when the sparse wave is transmitted. In other words, the wireless signal and the sparse / dense wave are intermittently output at a predetermined output interval. The functions of the transmission device 1 described above are realized by mounting an appropriate program on the one-chip microcomputer constituting the control unit 10.

受信装置2は、送信装置1に設けた疎密波送波部11から送波された疎密波を受波する疎密波受波部21を備え、疎密波受波部21は疎密波を受波すると電気信号である受波信号を出力する。つまり、疎密波受波部21は疎密波を受波信号に変換する。また、受信装置2は、送信装置1に設けた識別データ送信部12から送信されたワイヤレス信号を受信する識別データ受信部22も設けられる。識別データ受信部22は、ワイヤレス信号からキャリアを除去して識別データを抽出する。識別データ受信部22で抽出されたパルス列からなる識別データは制御部20に入力され、識別データを送信した送信装置1が制御部20において認識される。制御部20はマイクロコンピュータを主構成要素としており、CPU、RAM、ROM、シリアル通信インターフェイスを包含している。また、出力用のインターフェイスが別に出力部26として付加される。出力部26には、TIA/EIA−232−EやUSBなどの仕様のシリアルインターフェイスのほかSCSIのような仕様のパラレルインターフェイスなどを採用することができ、別に設けた管理装置において受信装置2での検出結果を利用できるようにしてある。   The receiver 2 includes a sparse wave receiver 21 that receives the sparse wave transmitted from the sparse wave transmitter 11 provided in the transmitter 1, and the sparse wave receiver 21 receives the sparse wave. A received signal that is an electrical signal is output. That is, the dense wave receiving unit 21 converts the dense wave into a received signal. The receiving device 2 is also provided with an identification data receiving unit 22 that receives a wireless signal transmitted from the identification data transmitting unit 12 provided in the transmitting device 1. The identification data receiving unit 22 removes the carrier from the wireless signal and extracts the identification data. The identification data composed of the pulse train extracted by the identification data receiving unit 22 is input to the control unit 20, and the transmission device 1 that has transmitted the identification data is recognized by the control unit 20. The control unit 20 includes a microcomputer as a main component, and includes a CPU, a RAM, a ROM, and a serial communication interface. Further, an output interface is added as an output unit 26 separately. The output unit 26 can employ a serial interface with specifications such as TIA / EIA-232-E and USB, and a parallel interface with specifications such as SCSI. The detection result can be used.

疎密波受波部21は、複数個の受波素子を配列したアレイセンサであって、制御部20では各受波素子による疎密波の受波時刻の時間差と受波素子の配列位置とに基づいて疎密波の到来方向、すなわち検出対象Obの存在する方向を求める。ここで求める方向は疎密波受波部21に対する相対的な方向であるが、受信装置2の配置は既知であるから、受信装置2の配置を特定する絶対座標系における疎密波の到来方向を求めることができる。   The dense wave receiving unit 21 is an array sensor in which a plurality of receiving elements are arranged, and the control unit 20 is based on the time difference between the receiving times of the dense waves by the receiving elements and the arrangement positions of the receiving elements. Thus, the arrival direction of the dense wave, that is, the direction in which the detection object Ob exists is obtained. The direction to be obtained here is a relative direction with respect to the dense wave receiving unit 21, but since the arrangement of the receiving device 2 is known, the arrival direction of the dense wave in the absolute coordinate system for specifying the arrangement of the receiving device 2 is obtained. be able to.

上述したように疎密波の到来方向を求めるには、疎密波を受波した受波素子での受波時刻の時間差を含む情報が必要であるから、疎密波受波部21から出力される受波信号をA/D変換部23をデジタル信号である受波データに変換した後、各受波素子に対応する出力を一時記憶するデータ格納部24に格納する。疎密波受波部21は到来する疎密波を常時受波しているが、A/D変換部23およびデータ格納部24の動作タイミングは、制御部20からの指示によってタイミング制御部25が制御する。タイミング制御部25は、CPLD(Complex Programmable Logic Device)あるいはFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いて構成されており、A/D変換部23およびデータ格納部24の動作タイミングを制御するエネーブル信号を生成するほか、データ格納部24の記憶領域を指定するためのアドレスを生成する。   As described above, in order to obtain the arrival direction of the dense wave, information including the time difference between the reception times at the wave receiving elements that have received the dense wave is required. The wave signal is converted into received data that is a digital signal by the A / D converter 23 and then stored in the data storage unit 24 that temporarily stores the output corresponding to each receiving element. The sparse / dense wave receiving unit 21 always receives incoming sparse / dense waves, but the timing control unit 25 controls the operation timing of the A / D conversion unit 23 and the data storage unit 24 according to instructions from the control unit 20. . The timing control unit 25 is configured using CPLD (Complex Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array), and generates an enable signal for controlling the operation timing of the A / D conversion unit 23 and the data storage unit 24. In addition, an address for designating a storage area of the data storage unit 24 is generated.

制御部20では、識別データ受信部22からシリアル通信インターフェイスを通して入力される識別データが、あらかじめ登録されている範囲内の識別データであるときには、タイミング制御部25に指示し受波信号に対応する受波データをデータ格納部24に格納するための待機状態になる。この待機状態は、識別データを含むワイヤレス信号を受信した後から設定される受波可能時間内に制限されている。つまり、受波可能時間以外において疎密波受波部21で受波された疎密波は、受波データに変換されずデータ格納部24にも格納されないから、疎密波受波部21では、実質的に受波可能時間内でのみ疎密波を受波することになる。言い換えると、制御部20およびタイミング制御部25は、受波時間制限部として機能する。   In the control unit 20, when the identification data input from the identification data receiving unit 22 through the serial communication interface is identification data within a pre-registered range, the control unit 20 instructs the timing control unit 25 to receive the reception signal corresponding to the received signal. The standby state for storing the wave data in the data storage unit 24 is entered. This standby state is limited to a wave reception time set after receiving a wireless signal including identification data. In other words, the dense wave received by the dense wave receiving unit 21 outside the reception possible time is not converted into received data and is not stored in the data storage unit 24. In other words, a sparse / dense wave is received only within the reception time. In other words, the control unit 20 and the timing control unit 25 function as a reception time limit unit.

受波可能時間は一定時間であって、受波可能時間が開始された後に受波可能時間内で疎密波受波部21が疎密波を受波すると、各受波素子が疎密波を受波した時刻情報を含む形で受波信号に対応する受波データがデータ格納部24に格納される。また、受波可能時間が終了すると、その後に受波した疎密波は無効になる。   The wave reception time is a fixed time, and when the dense wave receiving unit 21 receives the dense wave within the wave reception possible time after the wave reception possible time is started, each wave receiving element receives the density wave. The received data corresponding to the received signal is stored in the data storage unit 24 in a form including the time information. In addition, when the wave reception possible time ends, the dense wave received thereafter becomes invalid.

データ格納部24に格納された受波データは受波可能時間の終了後に制御部20に読み込まれ、各受波素子での受波時刻の時間差に相当する時間を求めるために、隣接する受波素子に対応する受波データを時間軸方向に既定した時間分だけシフトして加算する。   The received data stored in the data storage unit 24 is read into the control unit 20 after the reception-enabled time has ended, and adjacent reception signals are obtained in order to obtain a time corresponding to the time difference between reception times at each reception element. The received data corresponding to the element is shifted by a predetermined time in the time axis direction and added.

この処理について簡単に説明する。いま、疎密波受波部21において受波素子40が図3に示すように同一平面上において一次元的に等間隔で配列されているものとする(実際には二次元的に配列されている)。受波素子40が配列された面に対する超音波の波面の角度がθであるとき、疎密波の到来方向もθになる。音速をc、受波素子40の配列ピッチ(中間間の距離)をLとすれば、到来方向がθである疎密波の波面が隣接する受波素子40に到達する際の時間差ΔTは、ΔT=L・sinθ/cである。すなわち、θ=sin−1(ΔT・c/L)であって、時間差ΔTを求めると到来方向θを求めることができる。 This process will be briefly described. Now, it is assumed that the receiving elements 40 are arranged one-dimensionally at equal intervals on the same plane as shown in FIG. 3 (in practice, they are arranged two-dimensionally). ). When the angle of the wavefront of the ultrasonic wave with respect to the surface on which the wave receiving elements 40 are arranged is θ 0 , the arrival direction of the dense wave is also θ 0 . If the speed of sound is c and the arrangement pitch (intermediate distance) of the receiving elements 40 is L, the time difference ΔT 0 when the wavefront of the dense wave whose arrival direction is θ 0 reaches the adjacent receiving element 40 is , ΔT 0 = L · sin θ 0 / c. That is, θ 0 = sin −1 (ΔT 0 · c / L), and the arrival direction θ 0 can be obtained by obtaining the time difference ΔT 0 .

以上の関係から、各受波素子40で受波した疎密波に対応する受波信号を到来方向θに対応した時間差ΔT分だけ遅延させると、時間軸方向において受波信号の位置を一致させることができることがわかる。たとえば、隣り合う3個の受波素子40から図4(a)〜(c)のような受波信号が出力され、隣接する受波素子40から出力される受波信号が時間差ΔTを有しているものとする。この場合、隣接する受波素子40から得られる受波信号を、適宜の遅延手段によって互いにΔTだけ遅延させる。つまり、図4(c)の受波信号を2ΔTだけ遅延させ、図4(b)の受波信号をΔTだけ遅延させると、両受波信号は時間軸方向において図4(a)の受波信号の位置に一致する。各受波素子40の出力である受波信号の時間軸方向における位置が一致していれば、これらの受波信号を加算したときに加算結果は大きな振幅になる。言い換えると、加算結果の振幅が大きければ、疎密波の到来方向θは当該遅延時間ΔTに対応しているといえる。 Based on the above relationship, if the received signal corresponding to the sparse / dense wave received by each receiving element 40 is delayed by the time difference ΔT 0 corresponding to the arrival direction θ 0 , the position of the received signal matches in the time axis direction. You can see that For example, the received signals as shown in FIGS. 4A to 4C are output from three adjacent receiving elements 40, and the received signals output from the adjacent receiving elements 40 have a time difference ΔT 0 . Suppose you are. In this case, the reception signals obtained from the adjacent reception elements 40 are delayed by ΔT 0 from each other by appropriate delay means. That is, when the received signal in FIG. 4C is delayed by 2ΔT 0 and the received signal in FIG. 4B is delayed by ΔT 0 , both received signals in FIG. It matches the position of the received signal. If the received signals that are the outputs of the receiving elements 40 have the same position in the time axis direction, when these received signals are added, the addition result has a large amplitude. In other words, if the amplitude of the addition result is large, it can be said that the arrival direction θ 0 of the density wave corresponds to the delay time ΔT 0 .

本実施形態では、受信信号を時間軸方向に偏移させるのではなく、受波データを時間軸方向に偏移させる構成を採用しているが、到来方向θを算出する目的においては差異はない。しかして、制御部20ではデータ格納部24に格納された受波データに対して、あらかじめ設定した複数種類の遅延時間を適用して遅延させた後に加算し、加算結果が最大になるときの遅延時間を求める。この遅延時間は時間差ΔTに対応するから、遅延時間にあらかじめ到来方向θを対応付けておくことにより、疎密波の到来方向をただちに求めることができる。遅延時間は、たとえば到来方向を5度刻みで検出することができるように設定される。上述のように受波データを時間軸方向に偏移させた後に加算する処理を遅延加算処理と呼ぶ。遅延加算処理は制御部20に設定したプログラムにより実現される。 In the present embodiment, the received signal is not shifted in the time axis direction, but the received data is shifted in the time axis direction. However, for the purpose of calculating the arrival direction θ 0 , the difference is Absent. Therefore, the control unit 20 adds the delay time to the received data stored in the data storage unit 24 after applying a plurality of preset delay times and delays the addition result. Ask for time. Since this delay time corresponds to the time difference ΔT 0 , the arrival direction of the dense wave can be immediately obtained by associating the arrival direction θ 0 with the delay time in advance. The delay time is set so that, for example, the arrival direction can be detected in increments of 5 degrees. As described above, the process of adding the received data after shifting the received data in the time axis direction is called a delay addition process. The delay addition process is realized by a program set in the control unit 20.

以上説明したように、受信装置2では送信装置1からのワイヤレス信号を受信し、制御部20に登録された範囲内の識別データを含むワイヤレス信号であることを確認すると、受波可能時間の制限内で受波信号を待ち受け、受波可能時間内に受波した疎密波のみを用いて疎密波の到来方向を算出する。   As described above, when the receiving device 2 receives the wireless signal from the transmitting device 1 and confirms that the wireless signal includes identification data within the range registered in the control unit 20, the reception time limit is limited. The received signal is waited for in the receiver, and the arrival direction of the sparse / dense wave is calculated using only the sparse / dense wave received within the reception time.

ここに、上述したように、ワイヤレス信号の送信と疎密波の送波とのタイミングには既知の一定の時間遅れがあるが、識別データ送信部12からのワイヤレス信号の送信と識別データ受信部22でのワイヤレス信号の受信とは実質的に同時とみなせるから、識別データ受信部22でのワイヤレス信号の受信時刻と、疎密波受波部21での疎密波の受波時刻との時間差は、既知の時間遅れを考慮して計算すると実質的に疎密波が媒質中を伝播する時間とみなすことができる。したがって、ワイヤレス信号を受信してから疎密波を受波するまでの時間によって受信装置2に対する送信装置1の相対的な距離を知ることができる。つまり、送信装置1の方向と距離とを知ることができるから、受信装置2では送信装置1の三次元位置を求めることができる。なお、上述した制御部20の動作はマイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現される。   Here, as described above, there is a known constant time delay between the transmission of the wireless signal and the transmission of the sparse / dense wave, but the transmission of the wireless signal from the identification data transmitting unit 12 and the identification data receiving unit 22 Therefore, the time difference between the reception time of the wireless signal at the identification data receiving unit 22 and the reception time of the dense wave at the dense wave receiving unit 21 is known. If the calculation is performed in consideration of the time delay, it can be regarded as a time during which the dense wave propagates through the medium. Therefore, it is possible to know the relative distance of the transmission device 1 with respect to the reception device 2 based on the time from reception of the wireless signal to reception of the dense wave. That is, since the direction and distance of the transmission device 1 can be known, the reception device 2 can obtain the three-dimensional position of the transmission device 1. The operation of the control unit 20 described above is realized by installing an appropriate program in the microcomputer.

本実施形態の動作例を図5に示す。いま、図2に示すように、送信装置1からの疎密波を受波するとともにワイヤレス信号を受信できる検知エリア内に2個の検出対象Obが存在する場合を想定する。両検出対象Obを区別するために、ここでは図2の左側の検出対象をOb1、右側の検出対象をOb2と表記する。両検出対象Ob1,Ob2と受信装置2との距離はほぼ等しいものとする。   An operation example of this embodiment is shown in FIG. Now, as shown in FIG. 2, it is assumed that there are two detection targets Ob in a detection area that can receive a sparse / dense wave from the transmission apparatus 1 and receive a wireless signal. In order to distinguish between the two detection targets Ob, the left detection target in FIG. 2 is referred to as Ob1, and the right detection target is referred to as Ob2. It is assumed that the distances between the detection targets Ob1 and Ob2 and the receiving device 2 are substantially equal.

各送信装置1は、それぞれ疎密波とワイヤレス信号とを間欠的に出力しているから、たとえば図5(a)のように、検出対象Ob1に設けた送信装置1から送信されたワイヤレス信号の識別データを受信装置2において時刻t1で検出したとすると、図5(b)のように時刻t1から受波可能時間Tpの時限が開始される。受波可能時間Tpの時限中に受信装置2において疎密波を受波すると、当該疎密波を検出対象Ob1に設けた送信装置1からの疎密波であると判断して検出対象Ob1の存在する方向を算出する。つまり、受波可能時間Tpにおいて受波した疎密波の到来方向を、識別データにより示された送信装置1の存在する方向とみなす。   Since each transmission device 1 intermittently outputs a dense wave and a wireless signal, for example, as shown in FIG. 5A, the wireless signal transmitted from the transmission device 1 provided in the detection target Ob1 is identified. Assuming that the data is detected at the time t1 in the receiving device 2, the time limit of the wave reception possible time Tp is started from the time t1 as shown in FIG. 5B. When the receiving device 2 receives a sparse / dense wave during the time limit of the receivable time Tp, it is determined that the sparse / dense wave is a sparse / dense wave from the transmitting device 1 provided in the detection target Ob1 and the direction in which the detection target Ob1 exists. Is calculated. That is, the arrival direction of the sparse / dense wave received during the wave reception possible time Tp is regarded as the direction in which the transmission device 1 indicated by the identification data exists.

たとえば図5(a)のように、受波可能時間Tpの時限中である時刻t2において送信されてきたワイヤレス信号を無視し、図5(c)のように、時刻t1から受波可能時間Tpの間に到来する疎密波W1のみを抽出すれば、検出対象Ob2に搭載した送信装置1からの疎密波W2の影響を除去して検出対象Ob1に搭載した送信装置1からの疎密波W1のみを抽出することが可能になる。   For example, as shown in FIG. 5A, the wireless signal transmitted at the time t2 during the time limit of the wave reception possible time Tp is ignored, and the wave reception possible time Tp from the time t1 as shown in FIG. 5C. If only the dense wave W1 arriving between the two is extracted, the influence of the dense wave W2 from the transmission device 1 mounted on the detection target Ob2 is removed, and only the dense wave W1 from the transmission device 1 mounted on the detection target Ob1 is removed. It becomes possible to extract.

なお、検出対象Ob1,Ob2の位置関係によっては、受信装置2において、受波可能時間Tpの間に2台の送信装置1からの疎密波W1,W2を受波することもあるが、その場合には1台の送信装置1だけからの疎密波W1,W2を受波する状態になるまで疎密波W1,W2の到来方向の算出を行わないようにする。   Depending on the positional relationship between the detection targets Ob1 and Ob2, the reception device 2 may receive the dense waves W1 and W2 from the two transmission devices 1 during the wave reception possible time Tp. Therefore, the arrival directions of the dense waves W1, W2 are not calculated until the dense waves W1, W2 from only one transmitter 1 are received.

上述したように、ワイヤレス信号を受信することにより得られる識別データをトリガとして、受波可能時間Tpの時限を開始し、受波可能時間Tpの時限中に疎密波W1,W2を受波したときに、当該疎密波W1,W2を識別データに対応する送信装置1からの疎密波と判断し、疎密波W1,W2の到来方向を送信装置1の存在する方向として算出するのであって、このような動作により、疎密波W1,W2の混信によって送信装置1の存在方向を誤認識する可能性を低減することができる。   As described above, when the identification data obtained by receiving the wireless signal is used as a trigger to start the time limit of the receivable time Tp, and when the dense waves W1 and W2 are received during the time limit of the receivable time Tp In addition, the sparse / dense waves W1 and W2 are determined to be sparse / dense waves from the transmission device 1 corresponding to the identification data, and the arrival directions of the sparse / dense waves W1 and W2 are calculated as directions in which the transmission device 1 exists. With this operation, it is possible to reduce the possibility of erroneously recognizing the direction in which the transmitter 1 is present due to interference between the dense waves W1 and W2.

受波可能時間Tpは、ワイヤレス信号を受信した後ただちに時限する必要はなく、送信装置1と受信装置2との許容された最小距離に相当する遅延時間が既知であるときには、ワイヤレス信号の受信から遅延時間が経過した後に受波可能時間Tpの時限を開始してもよい。つまり、ワイヤレス信号は光を伝送媒体とするから、送信装置1からワイヤレス信号が送信された後に受信装置2で受信されるまでの時間差を無視することができ、一方、疎密波が送信装置1から受信装置2に達するまでの最小時間は、送信装置1と受信装置2との許容された最小距離を疎密波が伝播するように要する時間に相当する。   The reception possible time Tp does not need to be timed immediately after receiving the wireless signal. When the delay time corresponding to the minimum allowable distance between the transmission device 1 and the reception device 2 is known, the reception possible time Tp is from the reception of the wireless signal. You may start the time limit of the wave reception possible time Tp after delay time passes. That is, since the wireless signal uses light as a transmission medium, a time difference from when the wireless signal is transmitted from the transmission device 1 to when it is received by the reception device 2 can be ignored. The minimum time required to reach the receiving device 2 corresponds to the time required for the sparse wave to propagate the minimum allowable distance between the transmitting device 1 and the receiving device 2.

つまり、受信装置2においてワイヤレス信号を受信した後に、上記最小時間より前に疎密波が到達することはないから、この最小時間を遅延時間とし、ワイヤレス信号の受波から遅延時間だけ遅れて受波可能時間Tpの時限時間を開始するようにしても、疎密波の到来方向を検出することができる。ここに、ワイヤレス信号を受信した時点では識別データを確認できていないが、ワイヤレス信号を受信してから識別データが確認されるまでの確認時間は既知であるから、識別データの確認時点から遅延時間を計時し、その際に既知の確認時間分だけ遅延時間を短く設定すれば、ワイヤレス信号の受信時点から遅延時間を計時したことと等価になる。   That is, after the wireless signal is received by the receiving device 2, the dense wave does not arrive before the minimum time, so this minimum time is set as the delay time, and the reception is delayed by the delay time from the reception of the wireless signal. Even if the time limit time of the possible time Tp is started, the arrival direction of the sparse / dense wave can be detected. Here, the identification data cannot be confirmed when the wireless signal is received, but the confirmation time from the reception of the wireless signal until the identification data is confirmed is known, so the delay time from the confirmation time of the identification data is known. If the delay time is set to be short by a known confirmation time at that time, it is equivalent to measuring the delay time from the reception time of the wireless signal.

受波可能時間Tpの長さは、位置を検出しようとする送信装置1の最長距離によって規定される。つまり、受信装置2によって位置検出を行う最長距離を規定し、疎密波がこの距離を伝播するのに要する時間を、受信装置2がワイヤレス信号を受信してから受波可能時間Tpが終了するまでの時間に設定する。   The length of the receivable time Tp is defined by the longest distance of the transmission apparatus 1 that attempts to detect the position. That is, the longest distance at which position detection is performed by the receiving device 2 is defined, and the time required for the sparse / dense wave to propagate through this distance is determined from the time when the receiving device 2 receives the wireless signal until the wave reception possible time Tp ends. Set the time.

受波可能時間Tpを上述のように設定すると、受信装置2において受波する可能性のない期間に到来した疎密波は無効であって位置検出に用いられることがなく、送信装置1の位置を誤検出する可能性を低減することができる。   When the wave reception possible time Tp is set as described above, the sparse wave that arrives in a period during which there is no possibility of wave reception in the reception device 2 is invalid and is not used for position detection, and the position of the transmission device 1 is changed. The possibility of erroneous detection can be reduced.

たとえば、図6(a)に示すように、ワイヤレス信号を受信し識別データを時刻t1において確認したとする。ここで、時刻t1の後に2個の疎密波Wx,W1が受信装置2に到来する場合を想定する。図6(b)のように、受波可能時間Tpはワイヤレス信号の受信から遅延時間Tdが経過した後の時刻t2において時限が開始され、その後、目的とする最長距離に相当する時間が経過した時刻t3において時限を終了する。上述した疎密波Wxは時刻t2より前に到来しており、到来した時点が受波可能時間Tpから逸脱しているから無効になり、図6(c)のように疎密波Wxは取り出されない。一方、疎密波W1は時刻t2と時刻t3との間で到来するから、到来した時点が受波可能時間Tpに含まれており位置検出に用いられるのである。   For example, as shown in FIG. 6A, it is assumed that a wireless signal is received and identification data is confirmed at time t1. Here, it is assumed that two dense waves Wx and W1 arrive at the receiving device 2 after time t1. As shown in FIG. 6 (b), the time Tp that can be received starts at the time t2 after the delay time Td has elapsed from the reception of the wireless signal, and then the time corresponding to the target longest distance has elapsed. The time limit ends at time t3. The above-described dense wave Wx arrives before time t2, and becomes invalid because the point of arrival deviates from the reception time Tp, and the dense wave Wx is not extracted as shown in FIG. 6C. . On the other hand, since the dense wave W1 arrives between time t2 and time t3, the arrival time is included in the wave reception possible time Tp and is used for position detection.

上述した構成例では、ワイヤレス信号および疎密波の送波間隔を一定とし、かつ異なる送信装置1において送波する時間間隔を等しい場合を想定しているが、この場合、複数台の送信装置1においてワイヤレス信号を送信するタイミングが最初に一致してしまうと、その後は、ワイヤレス信号を送信するタイミングがつねに一致し、受信装置2ではどの送信装置1からのワイヤレス信号かを識別できなくなる。   In the above-described configuration example, it is assumed that the transmission intervals of the wireless signal and the sparse / dense wave are constant and the time intervals of transmission in different transmission apparatuses 1 are equal. In this case, in the plurality of transmission apparatuses 1 If the timing for transmitting the wireless signal first matches, then the timing for transmitting the wireless signal always matches, and the receiving device 2 cannot identify the transmitting device 1 from which the wireless signal is transmitted.

そこで、送信装置1には、ワイヤレス信号(つまり、識別データ)を送信する時間間隔を自動的に設定する機能を設けている。この機能は、時間間隔の設定を要求されたときに起動され、まず乱数を発生させた後に、発生させた乱数を用いて識別データを送信する時間間隔を設定する。時間間隔の設定要求は、送信装置1の電源投入時のみとしてもよいが、押釦スイッチのような適宜の操作部を設け、任意のタイミングで時間間隔の設定要求を行えるようにしてもよい。   Therefore, the transmitter 1 is provided with a function for automatically setting a time interval for transmitting a wireless signal (that is, identification data). This function is activated when a time interval setting is requested. First, a random number is generated, and then the time interval for transmitting the identification data is set using the generated random number. The time interval setting request may be made only when the transmitter 1 is turned on, but an appropriate operation unit such as a push button switch may be provided so that the time interval setting request can be made at an arbitrary timing.

この構成を採用することにより、ワイヤレス信号を送信する時間間隔を各送信装置1ごとに異ならせることができる。したがって、送信装置1からワイヤレス信号を一度送信したときに他の送信装置1からのワイヤレス信号と衝突することによって受信装置2において識別データを認識できなかったとしても、ワイヤレス信号を複数回送信している間には他の送信装置1からのワイヤレス信号との衝突を回避できるタイミングでワイヤレス信号を送信することができるようになる。   By adopting this configuration, the time interval for transmitting the wireless signal can be made different for each transmitter 1. Therefore, even when the wireless signal from the transmitting device 1 is transmitted once and the receiving device 2 cannot recognize the identification data by colliding with the wireless signal from the other transmitting device 1, the wireless signal is transmitted a plurality of times. During this time, the wireless signal can be transmitted at a timing at which a collision with a wireless signal from another transmitter 1 can be avoided.

ところで、送信装置1における疎密波送波部11を構成している送波素子には、圧電素子からなる超音波振動子を用いてもよいが、圧電素子は一般にせん鋭度(Q値)が100を越えるから残響時間が比較的長く、残響時間を考慮すると疎密波を送波する時間間隔が長くなる。つまり、送信装置1を搭載する検出対象が移動体であるときには、移動体の位置を細かく計測することができない。   By the way, although the ultrasonic transducer which consists of a piezoelectric element may be used for the transmission element which comprises the dense wave transmission part 11 in the transmitter 1, a piezoelectric element generally has a sharpness (Q value). Since it exceeds 100, the reverberation time is relatively long, and considering the reverberation time, the time interval for transmitting the dense wave becomes long. That is, when the detection target on which the transmission device 1 is mounted is a moving body, the position of the moving body cannot be measured finely.

そこで、疎密波送波部11には、図7に示す構造を有した残響時間の短い送波素子30を用いるのが望ましい。この送波素子30は、単結晶のp形のシリコン基板からなる支持基板31の一表面(図7における上面)側に多孔質シリコン層からなる熱絶縁層32が形成され、熱絶縁層32上に金属薄膜(たとえば、タングステン薄膜)からなる発熱体層33が形成され、さらに、支持基板31の上記一表面側に発熱体層33と電気的に接続された一対の電極パッド34が形成されている。支持基板31の平面形状は長方形状であって、熱絶縁層32、発熱体層33も平面形状はそれぞれ長方形状に形成される。   Therefore, it is desirable to use the transmission element 30 having the structure shown in FIG. In this transmission element 30, a thermal insulating layer 32 made of a porous silicon layer is formed on one surface (upper surface in FIG. 7) side of a support substrate 31 made of a single crystal p-type silicon substrate. A heating element layer 33 made of a metal thin film (for example, a tungsten thin film) is formed, and a pair of electrode pads 34 electrically connected to the heating element layer 33 is formed on the one surface side of the support substrate 31. Yes. The planar shape of the support substrate 31 is rectangular, and the planar shape of the heat insulating layer 32 and the heating element layer 33 is also rectangular.

この送波素子30は熱励起式であって、発熱体層33に温度変化が生じるように発熱体層33に通電し、発熱体層33に接触している媒質の膨張収縮を促すことによって疎密波を発生させる。つまり、発熱体層33の両端の電極パッド34間に通電し発熱体層33に温度変化を生じさせることで、発熱体層33に接触している媒質である空気に温度変化を生じさせる。発熱体層33に接触している空気は、発熱体層33の温度上昇時には膨張し発熱体層33の温度下降時には収縮するから、発熱体層33への通電を制御することによって空気中を伝搬する疎密波を発生させることができるのである。   The wave transmitting element 30 is of a thermal excitation type, and the heating element layer 33 is energized so that a temperature change occurs in the heating element layer 33 and the medium in contact with the heating element layer 33 is encouraged to expand and contract. Generate a wave. That is, by energizing between the electrode pads 34 at both ends of the heating element layer 33 to cause a temperature change in the heating element layer 33, a temperature change is caused in the air that is in contact with the heating element layer 33. The air in contact with the heating element layer 33 expands when the temperature of the heating element layer 33 rises and contracts when the temperature of the heating element layer 33 decreases. It is possible to generate a dense wave.

圧電素子からなる送波素子はせん鋭度(Q値)が大きいものであるから、疎密波を瞬間的に発生させたとしても、圧電素子の駆動を停止した後も図8(b)に示すように、共振によって残響が継続する。これに対して、図7に示した熱励起式の送波素子30は、せん鋭度が小さく、実質的に共振周波数を持たないものである。熱励起式の送波素子30では、上述したように、一対の電極パッド34を介した発熱体層33への通電に伴う発熱体層33の温度変化に伴って疎密波を発生する。   Since a wave transmitting element made of a piezoelectric element has a high sharpness (Q value), even if a sparse wave is generated instantaneously, the piezoelectric element is also shown in FIG. 8B even after the driving of the piezoelectric element is stopped. Thus, reverberation continues due to resonance. On the other hand, the thermally excited wave transmitting element 30 shown in FIG. 7 has a small sharpness and does not substantially have a resonance frequency. In the thermal excitation type wave transmitting element 30, as described above, a sparse wave is generated in accordance with a temperature change of the heating element layer 33 accompanying energization to the heating element layer 33 via the pair of electrode pads 34.

つまり、発熱体層33へ与える駆動電圧ないし駆動電流の波形が正弦波形状であるときには、当該正弦波形の2倍の周波数の疎密波を発生させることができる。したがって、電極パッド34に印加する駆動電圧の波形を、正弦波の半周期に相当する孤立波とすれば、図8(a)に示すような正弦波形の1周期分の疎密波を発生させることができる。しかも、熱励起式の送波素子30は実質的に共振周波数を持たないから残響時間はごく短くなる。また、圧電素子は固有の共振周波数を有するので発生可能な疎密波の周波数範囲が狭いが、熱励起式の送波素子30は実質的に共振周波数を持たないので発生可能な疎密波の周波数範囲が広範囲になる。しかも、駆動電圧もしくは駆動電流の波形を孤立波とすれば、図8(a)に示すように1周期程度の疎密波を発生させることができる。   That is, when the waveform of the drive voltage or drive current applied to the heating element layer 33 has a sine wave shape, a dense wave having a frequency twice that of the sine waveform can be generated. Therefore, if the waveform of the drive voltage applied to the electrode pad 34 is an isolated wave corresponding to a half cycle of a sine wave, a dense wave corresponding to one cycle of the sine waveform as shown in FIG. Can do. In addition, the reverberation time is very short because the thermal excitation type transmitting element 30 does not substantially have a resonance frequency. In addition, since the piezoelectric element has a specific resonance frequency, the frequency range of the density wave that can be generated is narrow. However, since the thermal excitation type transmission element 30 does not substantially have the resonance frequency, the frequency range of the density wave that can be generated. Becomes widespread. In addition, if the waveform of the drive voltage or drive current is an isolated wave, a sparse / dense wave of about one cycle can be generated as shown in FIG.

上述した熱励起式の送波素子30は、支持基板31としてp形のシリコン基板を用いており、熱絶縁層32を多孔度が60〜80%(望ましくは略70%)の多孔質シリコン層により構成している。これは、多孔度が60%未満では断熱効果が小さくなり、多孔度が80%を越えると構造的に脆くなるからである。この熱絶縁層32は、支持基板31として用いるシリコン基板の一部をフッ化水素水溶液とエタノールとの混合液からなる電解液中で陽極酸化処理することにより形成することができる。ここに、陽極酸化処理の条件(たとえば、電流密度、通電時間など)を適宜設定することにより、熱絶縁層32となる多孔質シリコン層の多孔度や厚みそれぞれを所望の値とすることができる。   The above-described thermally excited wave transmitting element 30 uses a p-type silicon substrate as the support substrate 31, and the thermal insulating layer 32 is a porous silicon layer having a porosity of 60 to 80% (preferably about 70%). It is constituted by. This is because if the porosity is less than 60%, the heat insulating effect is reduced, and if the porosity exceeds 80%, the structure becomes brittle. The thermal insulating layer 32 can be formed by anodizing a part of a silicon substrate used as the support substrate 31 in an electrolytic solution made of a mixed solution of hydrogen fluoride aqueous solution and ethanol. Here, by appropriately setting conditions for anodizing treatment (for example, current density, energization time, etc.), the porosity and thickness of the porous silicon layer to be the heat insulating layer 32 can be set to desired values, respectively. .

多孔質シリコン層は、多孔度が高くなるにつれて熱伝導率および熱容量が小さくなることが知られている。たとえば、熱伝導率が148W/(m・K)、熱容量が1.63×106J/(m・K)の単結晶のシリコン基板を陽極酸化し、多孔度が60%の多孔質シリコン層を形成すると、この多孔質シリコン層は、熱伝導率が1W/(m・K)、熱容量が0.7×106J/(m・K)になる。本実施形態では、上述のように多孔度が略70%の多孔質シリコン層により熱絶縁層32を形成してあり、熱絶縁層32の熱伝導率が0.12W/(m・K)、熱容量が0.5×106J/(m・K)になっている。 It is known that the porous silicon layer has a lower thermal conductivity and heat capacity as the porosity increases. For example, a single crystal silicon substrate having a thermal conductivity of 148 W / (m · K) and a heat capacity of 1.63 × 106 J / (m 3 · K) is anodized to form a porous silicon layer having a porosity of 60%. When formed, this porous silicon layer has a thermal conductivity of 1 W / (m · K) and a heat capacity of 0.7 × 10 6 J / (m 3 · K). In the present embodiment, as described above, the heat insulating layer 32 is formed of a porous silicon layer having a porosity of approximately 70%, and the heat conductivity of the heat insulating layer 32 is 0.12 W / (m · K), The heat capacity is 0.5 × 10 6 J / (m 3 · K).

なお、熱伝導度および熱容量について熱絶縁層32を支持基板31に比べて小さくし、熱伝導度と熱容量との積についても熱絶縁層32を支持基板31に比べて十分に小さくすることにより、発熱体層33の温度変化を空気に効率よく伝達することができ、発熱体層33と空気との間で効率よく熱交換させることができる。しかも、支持基板31が熱絶縁層32からの熱を効率よく受け取るから熱絶縁層32の熱を逃がすことができ発熱体層33からの熱が熱絶縁層32に蓄積されるのを防止することができる。   The thermal insulation layer 32 is made smaller than the support substrate 31 in terms of thermal conductivity and heat capacity, and the product of thermal conductivity and thermal capacity is also made sufficiently smaller than the support substrate 31 in terms of the product of thermal conductivity and thermal capacity. The temperature change of the heat generating body layer 33 can be efficiently transmitted to the air, and heat can be efficiently exchanged between the heat generating body layer 33 and the air. In addition, since the support substrate 31 efficiently receives the heat from the heat insulating layer 32, the heat of the heat insulating layer 32 can be released and the heat from the heating element layer 33 is prevented from being accumulated in the heat insulating layer 32. Can do.

発熱体層33は、高融点金属の一種であるタングステンにより形成してあり、熱伝導率が174W/(m・K)、熱容量が2.5×106J/(m・K)となっている。発熱体層33の材料はタングステンに限らず、たとえば、タンタル、モリブデン、イリジウムなどを採用してもよい。 The heating element layer 33 is made of tungsten, which is a kind of refractory metal, and has a thermal conductivity of 174 W / (m · K) and a heat capacity of 2.5 × 10 6 J / (m 3 · K). . The material of the heating element layer 33 is not limited to tungsten, and for example, tantalum, molybdenum, iridium, or the like may be employed.

上述の熱励起式の送波素子30は、支持基板31の厚さを525μm、熱絶縁層32の厚さを10μm、発熱体層33の厚さを50nm、各電極パッド34の厚さを0.5μmとしてある。ただし、これらの厚さは一例であり、とくに限定する主旨ではない。また、支持基板31の材料としてSiを採用しているが、支持基板31の材料はSiに限らず、たとえば、Ge,SiC,GaP,GaAs,InPなどの陽極酸化処理による多孔質化が可能な他の半導体材料でもよい。   In the thermal excitation type wave transmitting element 30 described above, the thickness of the support substrate 31 is 525 μm, the thickness of the thermal insulating layer 32 is 10 μm, the thickness of the heating element layer 33 is 50 nm, and the thickness of each electrode pad 34 is 0. .5 μm. However, these thicknesses are only examples, and are not intended to be particularly limited. Further, Si is adopted as the material of the support substrate 31, but the material of the support substrate 31 is not limited to Si, and for example, it can be made porous by anodizing treatment of Ge, SiC, GaP, GaAs, InP or the like. Other semiconductor materials may be used.

ところで、受信装置2の疎密波受波部21に用いる受波素子40は、疎密波を受波するとともに受波した疎密波を電気信号である受波信号に変換するものであり、疎密波受波部21には1枚の基板(図示せず)に複数個の受波素子40を配列して構成してある。ここでは、受波素子40を2次元的に配列したアレイセンサを構成しているものとする。アレイセンサにおいて、受波素子40の中心間距離(配列ピッチ)は疎密波送波部11から発生させる疎密波の波長程度(たとえば、疎密波の波長の0.5〜5倍程度)に設定することが望ましい。これは、疎密波の波長の0.5倍よりも小さいと疎密波の波面が隣り合う受波素子40にそれぞれ到達する時刻の時間差が小さくなり、時間差の検出が困難になるからである。受波素子40として、圧電素子を用いることが可能であるが、疎密波送波部11と同様に、残響の少ない構成が望ましい。したがって、疎密波の圧力(音圧)を静電容量の変化に変換する静電容量式の受波素子40を用いることが望ましい。   By the way, the wave receiving element 40 used for the dense wave receiving unit 21 of the receiving device 2 receives the dense wave and converts the received dense wave into a received signal that is an electric signal. The wave section 21 is configured by arranging a plurality of receiving elements 40 on a single substrate (not shown). Here, it is assumed that an array sensor in which the wave receiving elements 40 are two-dimensionally arranged is configured. In the array sensor, the center-to-center distance (arrangement pitch) of the wave receiving elements 40 is set to about the wavelength of the density wave generated from the density wave transmission unit 11 (for example, about 0.5 to 5 times the wavelength of the density wave). It is desirable. This is because if the wavelength is smaller than 0.5 times the wavelength of the dense wave, the time difference between the times when the wave front of the dense wave reaches each of the adjacent receiving elements 40 becomes small, making it difficult to detect the time difference. Although a piezoelectric element can be used as the wave receiving element 40, a configuration with less reverberation is desirable as in the case of the dense wave transmission unit 11. Therefore, it is desirable to use a capacitive wave receiving element 40 that converts the pressure (sound pressure) of the density wave into a change in capacitance.

この種の受波素子40は、図9に示す構成のものがある。図示する受波素子40は、マイクロマシンニング技術により形成され、シリコン基板に厚み方向に貫通する窓孔41aを設けることで形成された矩形枠状のフレーム41と、フレーム41の一表面側において窓孔41aを囲む四辺のうちの一辺に固定されるとともに窓孔41aを覆う形に配置されたカンチレバー型の受圧板42とを備える。フレーム41の上記一表面には熱酸化膜45を介してシリコン酸化膜46が積層され、さらにシリコン酸化膜46の表面はシリコン窒化膜47で覆われる。受圧板42の一端部は熱酸化膜45を介してフレーム41に固定され、受圧板42の他端部はシリコン基板の厚み方向においてシリコン酸化膜46に対向する。シリコン酸化膜46における受圧板42の他端部との対向面には金属薄膜(たとえば、クロム膜など)からなる固定電極43aが形成され、受圧板42の他端部において固定電極43aと対向している部位であって固定電極43aとの対向面の背面側には金属薄膜(たとえば、クロム膜など)からなる可動電極43bが形成される。フレーム41の他表面にはシリコン窒化膜48が形成される。ここに、受圧板42は、各シリコン窒化膜47,48とは別工程で形成されるシリコン窒化膜により構成される。   This type of receiving element 40 has a configuration shown in FIG. A wave receiving element 40 shown in the figure is formed by a micromachining technique and has a rectangular frame-shaped frame 41 formed by providing a silicon substrate with a window hole 41a penetrating in the thickness direction, and a window hole on one surface side of the frame 41. And a cantilever type pressure receiving plate 42 which is fixed to one of the four sides surrounding 41a and is arranged to cover the window hole 41a. A silicon oxide film 46 is laminated on the one surface of the frame 41 via a thermal oxide film 45, and the surface of the silicon oxide film 46 is covered with a silicon nitride film 47. One end of the pressure receiving plate 42 is fixed to the frame 41 via the thermal oxide film 45, and the other end of the pressure receiving plate 42 faces the silicon oxide film 46 in the thickness direction of the silicon substrate. A fixed electrode 43a made of a metal thin film (for example, a chromium film) is formed on a surface of the silicon oxide film 46 facing the other end of the pressure receiving plate 42, and the other end of the pressure receiving plate 42 faces the fixed electrode 43a. A movable electrode 43b made of a metal thin film (for example, a chromium film) is formed on the back side of the surface facing the fixed electrode 43a. A silicon nitride film 48 is formed on the other surface of the frame 41. Here, the pressure receiving plate 42 is formed of a silicon nitride film formed in a separate process from the silicon nitride films 47 and 48.

図9に示す静電容量式の受波素子40では、受圧板42に疎密波の圧力(音圧)が作用すると、疎密波の圧力に応じて固定電極43aと可動電極43bとの距離が変化するから、固定電極43aと可動電極43bとの間の静電容量を検出することにより、疎密波の圧力を検出することができる。したがって、固定電極43aと可動電極43bとの間に直流バイアス電圧を印加しておけば、固定電極43aと可動電極43bとの間には疎密波の圧力に応じた電圧変化が生じ、疎密波の音圧を電気信号に変換することができる。この種の静電容量式の受波素子40はせん鋭度が圧電素子よりも小さいから、圧電素子を用いる場合よりも受波できる疎密波の周波数帯域幅を広くとることができる。   In the capacitance type wave receiving element 40 shown in FIG. 9, when the pressure (sound pressure) of the dense wave acts on the pressure receiving plate 42, the distance between the fixed electrode 43a and the movable electrode 43b changes according to the pressure of the dense wave. Therefore, the pressure of the dense wave can be detected by detecting the capacitance between the fixed electrode 43a and the movable electrode 43b. Therefore, if a DC bias voltage is applied between the fixed electrode 43a and the movable electrode 43b, a voltage change corresponding to the pressure of the dense wave occurs between the fixed electrode 43a and the movable electrode 43b. Sound pressure can be converted into an electrical signal. Since this type of capacitive wave receiving element 40 has a sharpness smaller than that of the piezoelectric element, it is possible to widen the frequency bandwidth of the dense wave that can be received compared to the case where the piezoelectric element is used.

なお、受波素子40は図9の構造に限定されるものではなく、たとえば、シリコン基板などをマイクロマシンニング技術などにより加工して形成され疎密波の圧力を受けるダイヤフラム部からなる可動電極と、ダイヤフラム部に対向する背板部からなる固定電極との間の静電容量を検出する構成を採用してもよい。この構成では、疎密波の圧力が作用していない状態でのダイヤフラム部と背板部とのギャップ長を規定する絶縁膜からなるスペーサ部を設け、背板部には複数の排気孔を貫設する。   The wave receiving element 40 is not limited to the structure shown in FIG. 9. For example, a movable electrode formed by processing a silicon substrate or the like by a micromachining technique or the like and having a diaphragm portion that receives the pressure of a dense wave, and a diaphragm You may employ | adopt the structure which detects the electrostatic capacitance between the fixed electrodes which consist of a backplate part which opposes a part. In this configuration, a spacer portion made of an insulating film that defines the gap length between the diaphragm portion and the back plate portion when the pressure of the dense wave is not applied is provided, and a plurality of exhaust holes are provided in the back plate portion. To do.

図7に示した熱励起式の送波素子30のせん鋭度(Q値)は1程度であり、図9に示した静電容量式の受波素子40のせん鋭度は3〜4程度であって、圧電素子に比較するとせん鋭度が大幅に小さい。したがって、送波素子および受波素子に圧電素子を用いる場合に比較すると、疎密波送波部11から送波される疎密波に含まれる残響成分の割合が少なくなり、疎密波受波部21から出力される受波信号に含まれる残響成分の割合が少なくなる。つまり、送波時には疎密波の送波間隔を短くすることができ、受波時には短い時間間隔で疎密波を受波しても疎密波に対応する受波信号が重複しないように分離することができる。なお、送波素子30および受波素子40のせん鋭度(Q値)はいずれも10以下が望ましく、さらに望ましくは5以下とする。   The sharpness (Q value) of the thermal excitation type transmitting element 30 shown in FIG. 7 is about 1, and the sharpness of the capacitive type receiving element 40 shown in FIG. However, the sharpness is significantly smaller than that of the piezoelectric element. Therefore, as compared with the case where piezoelectric elements are used for the transmitting and receiving elements, the ratio of the reverberation component included in the dense wave transmitted from the dense wave transmitting unit 11 is reduced, and the density of the dense wave receiving unit 21 is reduced. The ratio of the reverberation component contained in the output received signal is reduced. In other words, the transmission interval of the sparse / dense wave can be shortened during transmission, and the received signal corresponding to the sparse / dense wave can be separated so as not to overlap even when the sparse / dense wave is received at a short time interval during reception. it can. Note that the sharpness (Q value) of each of the transmitting element 30 and the receiving element 40 is preferably 10 or less, and more preferably 5 or less.

(実施形態2)
本実施形態は、図10に示すように、送信装置1において疎密波送波部11から送波する疎密波に送波パターンを付与する識別パターン生成部15を付加したものである。識別パターン生成部15は、疎密波の発生タイミングと発生個数との少なくとも一方によって疎密波に送波パターンを与えるものである。たとえば、識別データを1回送信すると、疎密波を複数個送波し、その個数によって疎密波の送波パターンを変化させる。あるいはまた、識別データを1回送信したときに、複数個の疎密波を送波するとともに疎密波を送波する時間間隔を変化させることにより疎密波の送波パターンを変化させる。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, an identification pattern generation unit 15 that adds a transmission pattern to the dense wave transmitted from the dense wave transmission unit 11 in the transmission device 1 is added. The identification pattern generation unit 15 gives a transmission pattern to the density wave by at least one of the generation timing and the number of generation times of the density wave. For example, when identification data is transmitted once, a plurality of dense waves are transmitted, and the transmission pattern of the dense waves is changed according to the number of the dense data. Alternatively, when the identification data is transmitted once, the transmission pattern of the sparse / dense wave is changed by transmitting a plurality of sparse / dense waves and changing the time interval for transmitting the sparse / dense wave.

いま、ワイヤレス信号により送信する識別データを数値であるものとし、識別データが偶数値であるときには2個の疎密波を続けて発生させ、奇数値であるときには3個の疎密波を続けて発生させるようにすれば、受信装置2では到来した疎密波が受信した識別データに対応するものか否かを判別しやすくなる。この例では疎密波では2種類を区別しているだけであるから、識別データと疎密波とを一対一に対応付けるものではないが、対応付けを行わない場合に比較すると、受信した疎密波から求めた方向が識別データを送信した送信装置1と異なっている可能性を低減することができる。   Now, it is assumed that the identification data transmitted by the wireless signal is a numerical value. When the identification data is an even value, two sparse waves are continuously generated, and when the identification data is an odd value, three sparse waves are continuously generated. By doing so, the receiving device 2 can easily determine whether or not the incoming dense wave corresponds to the received identification data. In this example, only two types of sparse / dense waves are distinguished, so identification data and sparse / dense waves are not associated one-to-one. It is possible to reduce the possibility that the direction is different from that of the transmission device 1 that transmits the identification data.

本実施形態の構成では、受信装置2においても疎密波の受波パターンと識別データとの対応付けが必要であることはいうまでもなく、位置演算部として用いられている制御部20において、データ格納部24に格納されている受波データの受波パターンが、識別データ受信部22から入力された識別データに対応するか否かを判断し、対応していない場合には当該受波データは破棄する。この処理によって、識別データに対応しない受波データを位置検出に用いることが防止される。他の構成および動作は実施形態1と同様である。   In the configuration of the present embodiment, it is needless to say that the reception device 2 also needs to associate the reception pattern of the sparse / dense wave with the identification data. In the control unit 20 used as the position calculation unit, the data It is determined whether or not the received pattern of the received data stored in the storage unit 24 corresponds to the identification data input from the identification data receiving unit 22, and if not, the received data is Discard. By this processing, it is possible to prevent the received wave data not corresponding to the identification data from being used for position detection. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

(実施形態3)
本実施形態は、図11に示すように、実施形態1の構成から赤外線を伝送媒体とする識別データの伝送路を省略したものである。本実施形態では、赤外線を用いる代わりに識別データを疎密波により伝送する構成を採用している。つまり、受信装置2では、疎密波送波部11から送波される疎密波を用いて送信装置1の位置検出を行うほか、疎密波に含まれる識別データを抽出することにより送信装置1を特定する。したがって、疎密波送信部11が識別データ送信部12と兼用され、また疎密波受波部21が識別データ受信部22と兼用されているものである。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the identification data transmission path using infrared as a transmission medium is omitted from the configuration of the first embodiment. In the present embodiment, a configuration is adopted in which identification data is transmitted by dense waves instead of using infrared rays. In other words, in the receiving device 2, the position of the transmitting device 1 is detected using the dense wave transmitted from the dense wave transmitting unit 11, and the transmitting device 1 is identified by extracting the identification data included in the dense wave. To do. Accordingly, the sparse / dense wave transmission unit 11 is also used as the identification data transmission unit 12, and the sparse / dense wave reception unit 21 is also used as the identification data reception unit 22.

本実施形態では、疎密波により識別データを送信するために、実施形態2と同様に、識別パターン生成部15を設けている。識別パターン生成部15では、一定の複数個の疎密波で識別データを生成するとともに、疎密波を送波する時間間隔でビット値を表す。ここでは、識別データを8ビットで表し1ビットのスタートビットを付加した9ビットのデータを疎密波で表すものとする。つまり、ビット値は疎密波を送波する時間間隔で表しているから、一度に10個の疎密波を送波することになる。   In the present embodiment, an identification pattern generation unit 15 is provided in the same manner as in the second embodiment in order to transmit identification data using a dense wave. The identification pattern generation unit 15 generates identification data with a fixed number of sparse and dense waves, and represents bit values at time intervals at which the sparse and dense waves are transmitted. Here, it is assumed that the identification data is represented by 8 bits and 9-bit data to which a 1-bit start bit is added is represented by a dense wave. That is, since the bit value is represented by the time interval for transmitting the sparse / dense wave, 10 sparse / dense waves are transmitted at a time.

いま、適宜の単位時間をTとし、ビット値の「1」を疎密波の時間間隔が6T以上8T以下である適宜の時間間隔に対応付け、ビット値の「0」を疎密波の時間間隔が10T以上12T以下である適宜の時間間隔に対応付けるものとする。一例として、7Tを「1」、11Tを「0」に対応付ける場合を想定する。また、スタートビットは「1」であるものとする。   Assume that an appropriate unit time is T, a bit value “1” is associated with an appropriate time interval in which the time interval of the sparse / dense wave is 6T or more and 8T or less, and a bit value “0” is the time interval of the sparse / dense wave. Assume that it is associated with an appropriate time interval that is not less than 10T and not more than 12T. As an example, it is assumed that 7T is associated with “1” and 11T is associated with “0”. The start bit is assumed to be “1”.

2台の送信装置1が存在し、一方の識別データが「01010101」であり、他方の識別データが「11111111」であって、両送信装置1から疎密波の送波が同時に開始されたとすると、各送信装置1から送波された疎密波を受信装置2で独立して受波するとすれば図12(a)(b)のような受波データが得られる。したがって、受信装置2では実際には図12(c)のような受波データが得られる。図から明らかなように、受信装置2において受波する疎密波の時間間隔は6Tよりも短くなっている。また、受信装置2では10個の疎密波を単位として識別データを判断するのに対して、10個目の疎密波の後にも6Tよりも短い時間間隔で疎密波を受信している。   If there are two transmitters 1, one identification data is “01010101”, the other identification data is “11111111”, and transmission of dense waves from both transmitters 1 is started simultaneously, If the loose waves transmitted from each transmission device 1 are received independently by the reception device 2, the reception data as shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b) is obtained. Therefore, the receiving device 2 actually obtains received data as shown in FIG. As can be seen from the figure, the time interval of the sparse / dense waves received by the receiving device 2 is shorter than 6T. The receiving device 2 determines the identification data in units of ten sparse / dense waves, but receives sparse / dense waves at a time interval shorter than 6T even after the tenth sparse / dense wave.

また、2台の送信装置1が存在し、一方の識別データが「01010101」であるのに対して他方の識別データが「00000000」であり、両送信装置1から疎密波の送波が同時に開始されたとすると、各送信装置1から送波された疎密波を受信装置2で独立して受波するとすればそれぞれ図13(a)(b)のような受波データが得られる。すなわち、受信装置2では実際には図13(c)のような受波データが得られる。この場合、受信装置2で受波する疎密波の時間間隔は10個目までの間に7Tよりも短い時間間隔のものが含まれ、また10個目の疎密波の後に11Tよりも短い時間間隔で疎密波を受信している。   Also, there are two transmitters 1, one identification data is “01010101”, the other identification data is “00000000”, and transmission of dense waves from both transmitters 1 starts simultaneously. Assuming that the reception device 2 receives the sparse / dense wave transmitted from each transmission device 1 independently, the reception data as shown in FIGS. 13A and 13B is obtained. That is, the receiving device 2 actually obtains received data as shown in FIG. In this case, the time intervals of the dense waves received by the receiving device 2 include those with a time interval shorter than 7T until the tenth, and the time intervals shorter than 11T after the tenth dense wave. I am receiving sparse waves.

別の例として2台の送信装置1の一方から送信する識別データが「01010101」であり、他方から送信する識別データが「10101010」であって、上記他方が7Tだけ先行して疎密波の送波を開始する場合を想定すると、各送信装置1から送波された疎密波を受信装置2でそれぞれ独立して受波すれば図14(a)(b)のような受波データが得られる。したがって、受信装置2で受波する疎密波は、実際には図14(c)のようになり10個目までの疎密波は先行して送波を開始した送信装置1からの疎密波と一致する。ただし、受信装置2で得られる受波データには11個目の疎密波が検出され、しかも10個目と11個目との疎密波の時間間隔は11T以下になる。   As another example, the identification data transmitted from one of the two transmission apparatuses 1 is “01010101”, the identification data transmitted from the other is “10101010”, and the other is preceded by 7T, and the transmission / reception of dense waves is performed. Assuming a case where a wave is started, if the dense waves transmitted from each transmitting device 1 are received independently by the receiving device 2, received data as shown in FIGS. 14A and 14B can be obtained. . Accordingly, the dense wave received by the receiving device 2 is actually as shown in FIG. 14C, and the tenth dense wave coincides with the dense wave from the transmitting device 1 that has started transmission in advance. To do. However, the eleventh dense wave is detected in the received data obtained by the receiving device 2, and the time interval between the tenth and eleventh dense waves is 11T or less.

図12、図13、図14の結果から、(1)10個目までの疎密波の時間間隔が6Tよりも短い、(2)10個目の疎密波の後に11T以内に疎密波が得られる、という2条件の少なくとも一方が満たされる場合には混信が生じているものと判断し、受波した疎密波を無効にする。また、混信が検出されたときには、疎密波を受波しない期間が12T以上になるまでは受波した疎密波を無視する。疎密波を用いて識別データを送信するのに要する時間は、最長で95T(「00000000」の場合)であるから、T=10μsとすれば高々1msで1個の識別データを伝送することができる。   From the results of FIGS. 12, 13, and 14, (1) the time interval of up to 10th dense wave is shorter than 6T, and (2) the dense wave can be obtained within 11T after the 10th dense wave. If at least one of the two conditions is satisfied, it is determined that interference has occurred, and the received sparse / dense wave is invalidated. When interference is detected, the received sparse / dense wave is ignored until the period during which the sparse / dense wave is not received reaches 12T or more. Since the maximum time required to transmit identification data using a sparse / dense wave is 95T (in the case of “00000000”), if T = 10 μs, one identification data can be transmitted at most 1 ms. .

本実施形態では、複数台の送信装置1を用い、各送信装置1が識別データを送信する周期を50+50R(ms)に設定すれば(Rは0〜1で一様に分布する乱数)、1台の受信装置2が監視する領域内において10台程度の送信装置1が同時に存在可能となる。   In the present embodiment, if a plurality of transmitters 1 are used and the period at which each transmitter 1 transmits identification data is set to 50 + 50R (ms) (R is a random number uniformly distributed from 0 to 1), 1 About 10 transmitters 1 can exist simultaneously in the area monitored by one receiver 2.

また、疎密波によって識別データを送信しているが、位置検出は識別データの送信後に設定した受波可能時間において送受される。他の構成および動作は実施形態1と同様である。   In addition, although identification data is transmitted by a density wave, position detection is transmitted and received during a wave reception possible time set after transmission of identification data. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

なお、本実施形態の構成では、識別データを疎密波によって送信しているから、識別データを送信している疎密波を用いて位置検出を行うことも可能である。この場合には、ひとまとまりである10個の疎密波のうちの少なくとも1個の疎密波を用いれば位置検出を行うことができるが、複数の疎密波によって求めた位置の平均値などを求めるようにすれば、検出結果の信頼性を高めることができる。また、混信が検出された場合に当該検出結果を破棄するのはいうまでもない。   In the configuration of the present embodiment, the identification data is transmitted using a sparse / dense wave, so that the position can be detected using the sparse / dense wave that transmits the identification data. In this case, the position can be detected by using at least one of the 10 dense waves as a group, but the average value of the positions obtained by the plurality of dense waves is obtained. If it is made, the reliability of a detection result can be improved. Needless to say, when interference is detected, the detection result is discarded.

実施形態1を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a first embodiment. 同上の使用例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the usage example same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上の他の動作例の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the other operation example same as the above. 同上に用いる送波素子の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the wave transmission element used for the same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上に用いる受波素子の一例を示し、(a)は一部破断した斜視図、(b)は断面図である。An example of the wave receiving element used for the above is shown, (a) is a partially broken perspective view, and (b) is a sectional view. 実施形態2に用いる送信装置を示すブロック図である。6 is a block diagram illustrating a transmission apparatus used in Embodiment 2. FIG. 実施形態3を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating a third embodiment. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

1 送信装置
2 受信装置
10 制御部
11 疎密波送波部
12 識別データ送信部
15 識別パターン生成部
20 制御部(位置演算部、受波時間制限部))
21 疎密波受波部
22 識別データ受信部
23 A/D変換器
24 データ格納部
25 タイミング制御部(受波時間制限部)
40 受波素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission apparatus 2 Reception apparatus 10 Control part 11 Density / wave transmission part 12 Identification data transmission part 15 Identification pattern generation part 20 Control part (Position calculation part, reception time restriction | limiting part)
21 Density wave reception unit 22 Identification data reception unit 23 A / D converter 24 Data storage unit 25 Timing control unit (wave reception time limit unit)
40 receiving element

Claims (5)

位置検出の検出対象に搭載され少なくとも疎密波を間欠的に送波する送信装置と、検出対象から送波された疎密波を受波することにより検出対象が存在する相対的な方向と距離とを検出する受信装置とを備え、受信装置による送信装置の位置検出により検出対象の移動した位置を追跡する動線計測システムであって、送信装置は、疎密波を送波する疎密波送波部と、固有の識別データをワイヤレス信号を用いて送信する識別データ送信部とを備え、受信装置は、疎密波送波部から送波された疎密波を受波するとともに受波した疎密波を電気信号である受波信号に変換する受波素子を複数個配列したアレイセンサからなる疎密波受波部と、疎密波受波部の各受波素子による疎密波の受波時刻の時間差と各受波素子の配置位置とに基づいて疎密波受波部に対して検出対象の存在する方向を求める位置演算部と、識別データ送信部からの識別データを受信する識別データ受信部と、疎密波受波部により疎密波を受波する期間を識別データが受信された後に設定した既定の受波可能時間内に制限する受波時間制限部とを備えることを特徴とする動線計測システム。   A transmitting device mounted on a detection target for position detection and transmitting at least a dense wave intermittently, and a relative direction and distance in which the detection target exists by receiving a dense wave transmitted from the detection target A flow line measuring system for tracking a position where a detection target has moved by detecting the position of the transmission device by the reception device, the transmission device comprising: a sparse wave transmission unit for transmitting a sparse wave; An identification data transmission unit that transmits unique identification data using a wireless signal, and the reception device receives the density wave transmitted from the density wave transmission unit and receives the density signal as an electrical signal. The dense wave receiving unit composed of an array sensor in which a plurality of receiving elements to be converted into received signals are arranged, and the time difference between the receiving times of the dense waves by each receiving element of the dense wave receiving unit and each received wave Density waves based on the location of the element Identifies the position calculation unit that determines the direction in which the detection target exists with respect to the wave unit, the identification data reception unit that receives identification data from the identification data transmission unit, and the period during which the dense wave reception unit receives the dense wave A flow line measurement system comprising: a reception time limiter configured to limit within a predetermined reception time set after data is received. 前記受波時間制限部は、前記識別データ受信部が識別データを受信した時点から既定の遅延時間後に受波可能時間を開始し、当該遅延時間は検出対象と受信装置との許容された最小距離において送信装置から受信装置まで疎密波が到達するのに要する時間に設定されていることを特徴とする請求項1記載の動線計測システム。   The reception time limit unit starts a reception possible time after a predetermined delay time from the time when the identification data reception unit receives the identification data, and the delay time is the minimum allowable distance between the detection target and the reception device. 2. The flow line measuring system according to claim 1, wherein the time is required for the dense wave to reach from the transmitting device to the receiving device. 前記識別データ送信部は前記識別データを一定の時間間隔で間欠的に送信し、前記送信装置は、識別データを送信する時間間隔を設定する指示を受けて発生させた乱数を用いて当該時間間隔を不規則に設定する手段を備えることを特徴とする請求項1または請求項2記載の動線計測システム。   The identification data transmission unit intermittently transmits the identification data at a constant time interval, and the transmission device uses the random number generated in response to an instruction to set the time interval for transmitting the identification data. 3. The flow line measuring system according to claim 1, further comprising means for irregularly setting the value. 前記疎密波送波部から送波される疎密波の送波パターンを前記識別データ送信部から送信する識別データに対応付ける識別パターン生成部を備え、前記位置演算部は、前記疎密波受波部で受波した疎密波の受波パターンが前記識別データ受信部で受信した識別データに対応しているときに当該疎密波を用いて前記検出対象の存在する方向を求めることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の動線計測システム。   An identification pattern generation unit that associates a transmission pattern of the dense wave transmitted from the dense wave transmission unit with identification data transmitted from the identification data transmission unit; and the position calculation unit is the dense wave reception unit. 2. The direction in which the detection target exists is obtained using the sparse / dense wave when a received pattern of the received sparse / dense wave corresponds to the identification data received by the identification data receiving unit. The flow line measurement system according to any one of claims 3 to 4. 前記識別データ送信部は、疎密波送波部から送波する疎密波を伝送媒体に用いるとともに前記識別データを固定長のビット列で表し、各ビット値は疎密波を送波する時間間隔に対応付けていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の動線計測システム。   The identification data transmitting unit uses a dense wave transmitted from the dense wave transmitting unit as a transmission medium and represents the identification data as a fixed-length bit string, and each bit value is associated with a time interval for transmitting the dense wave. The flow line measurement system according to any one of claims 1 to 3, wherein the flow line measurement system is provided.
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