JP2014066529A - 親端末及び子端末並びに距離測定システム - Google Patents

親端末及び子端末並びに距離測定システム Download PDF

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Abstract

【課題】事前の無線等の通信チャネル確立不要な、音波による端末間の距離測定を実現する。
【解決手段】測定原理はBeepBeep等に開示の、端末間相互の音波送受信における第1時間差T1と第2時間差T2とからの距離測定(S305)を用いる。親端末は一定間隔を設けて第1音波を送信し続ける。子端末は受信する第1音波に同期して、第2音波を送信し、親端末においてT1を取得させる(S106)と共に、自身でT2を取得する(S206)。子端末はT2の送信間隔を設けて2回の第2音波を送信することで、音波により親端末へとT2を伝え(S307)、T2とT1の両方を知った親端末は端末間距離の計算を行う。第1音波及びその一定送信間隔並びに第2音波に関しては、その情報を予め端末間で共有しておく。
【選択図】図2

Description

本発明は、端末間で事前のチャネル確立が不要な、音波を用いた距離測定を行う親端末及び子端末並びに距離測定システムに関する。
音波を用いた端末間の距離測定の技術として、以下がある。
第一に、送信側端末において所定強度で音波を送信し、受信側端末における当該音波の受信信号強度によって、送受信端末間の距離を測定する技術がある。しかし、受信信号強度は受信側端末におけるマイクのスペックや位置、周辺雑音などによって大きく変化するため、当該技術は誤差が例えば5m程度のオーダーで生ずるなど、距離測定の精度が低いという問題がある。
第二に、例えば以下の非特許文献1又は特許文献1に開示の技術(BeepBeep)のように、送受信端末間における音波の伝搬時間を計測し、音速を乗ずることで距離を測定する技術がある。上記の受信信号強度を用いる場合と異なり、伝搬時間はマイクのスペックや位置、周辺雑音による影響をほとんど受けずに測定することができるので、当該技術は誤差が例えば50cm程度のオーダーに収まり、精度が高いという利点を有する。
図7Aは、当該従来技術としてのBeepBeepにおける距離測定の概要を説明するための図である。図7Aに示すように、(1)がそのシステム構成であり、(2)が当該システムの端末間でやりとりされる音波の送受信のタイムラインである。
(1)に示されるように当該システムは端末A及び端末Bからなり、当該両者はそれぞれ、音波送信するスピーカSA及びSBと、音波受信するマイクMA及びMBと、を備える。当該技術により最終的に測定されるのは端末Aと端末Bとの距離Dである。このため、スピーカSAの送信音波をマイクMA及びMBにおいて受信してその受信時刻を求め、その後にまた同じく双方向的に、スピーカSBの送信音波をマイクMA及びMBにおいて受信してその受信時刻を求める。なお、スピーカSAとスピーカSBとが間をおいて共に鳴ることよりBeepBeepと称されている。
当該音波送受信によって距離Dを測定を可能にする仕組みに関わる各種の距離として、(1)及び(2)の両方に示すように、端末X(＝端末A又はB)のスピーカと端末Y(＝端末A又はB)のマイク距離として定義される距離dX,Yがある。例えば、距離dA,Bは端末AのスピーカSAと端末BのマイクMBとの距離である。
(2)のタイムラインに示すように、当該技術においては、端末A,B間の距離Dを以下のような音波送受信シーケンスを経て求める。
まず、(2−1)に示すように、時刻tA0にて端末AがそのスピーカSAより音波送信し、当該音波は時刻tA1にて端末AのマイクMAに受信され、時刻tB1にて端末BのマイクMBに受信される。次に、(2−2)に示すように、時刻tB2にて端末BがそのスピーカSBより音波送信し、当該音波は時刻tB3にて端末BのマイクMBに受信され、時刻tA3にて端末AのマイクMAに受信される。よって、当該各送受信の時刻を用いて、前記各距離は以下のように表される。
dA,A ＝ c・(tA1 − tA0) …(式1)
dA,B ＝ c・(tB1 − tA0) …(式2)
dB,A ＝ c・(tA3 − tB2) …(式3)
dB,B ＝ c・(tB3 − tB2) …(式4)
以上の関係式を用いて、BeepBeepでは距離Dを以下の(式5)によって求める。
D = 1/2・(dA,B + dB, A)
= c/2・((tB1 − tA0) + (tA3 − tB2))
= c/2・((tB1 − tA0) + (tB3 − tB3) + (tA3 − tB2) + (tA1 − tA1))
= c/2・((tA3 − tA1) − (tB3 − tB1) + (tB3 − tB2) + (tA1 − tA0))
= c/2・((tA3 − tA1) − (tB3 − tB1)) + dB,B + dA,A …(式5)
さらに、(式5)にある項を、図7Aの(2)にも付記してあるように、以下の(式6),(式7)のようにおくことで、(式5)の距離Dを以下の(式8)のように表現できる。
T1 ＝ tA3 − tA1 …(式6)
T2 ＝ tB3 − tB1 …(式7)
D ＝ c /2・(T1 − T2) + dB,B + dA,A …(式8)
すなわち、BeepBeepにおいては、最初に端末AのスピーカMAで音波送信(1回目の"beep")し、次に端末BのスピーカMBで音波送信(2回目の"beep")し、当該2回の音波を各端末のマイクMA,MBで録音して次のような間隔T1,T2を求める。
T1を、マイクMAにおける一連の受信時の差として、スピーカAによる1回目の音波受信時tA1と、スピーカBによる2回目の音波受信時tA3と、の差として求める。対称的に、T2を、マイクMBにおける一連の受信時の差として、スピーカAによる1回目の音波受信時tB1と、スピーカBによる2回目の音波受信時tB3と、の差として求める。
また、(式8)におけるdA,A及びdB,Bは、典型的には携帯電話を用いることを想定している端末A及び端末Bにおいて、その製造時にマイクとスピーカは筐体内の所定位置に配置されるので、定数として予め知ることができる。よって、当該定数と、受信音波より求められるT1及びT2とによって、(式8)から距離Dを知ることができる。なお、BeepBeepにより高精度で距離Dが求められる理由として、以下が挙げられる。
(a)T1及びT2は、マイクMA及びMBで当該区間を含む時間範囲を個別に録音しておいてから、録音データを後で解析して、マイクMAの録音時系列上とマイクMBの録音時系列上とにおいて個別に求めることができる。すなわち、端末A及び端末Bの間での時計合わせが不要となる。
(b)特に、携帯端末で端末A,Bを実装する場合など、その正確な時刻を知ろうとしても誤差が避けられない音波送信時刻tA0, tB2を知る必要がない。当該送信時刻の代わりに、誤差原因となるリアルタイム検知を要せず、録音後のデータ解析によって検知可能であり、精度よく検知することのできるT1及びT2を用いる。
なお、上記のようなBeepBeepにおける伝搬時間の計測手法自体は、周知のNTP (Network Time Protocol) においても同様の手法が採用されている。
米国特許7,729,204号公報 ("Acoustic Ranging")
BeepBeep: a high accuracy acoustic ranging system using COTS mobile devices; Proceedings of the 5th international conference on Embedded networked sensor systems, November 06-09, 2007, Sydney, Australia
しかしながら、BeepBeepを実行する場合、課題があった。図7BはBeepBeepを実行する場合の全体手順を説明する図であり、図7Bを用いて当該課題を説明する。すなわち、順次実行される各手順は以下の通りである。
(ステップS1001,S2001)
スマートフォンなどに実装されている場合、端末A,Bそれぞれにおいて、BeepBeep実施のためのアプリケーションを立ち上げる。
(ステップS3002)
BeepBeep実行のためには、端末A,B間で予め所定情報を共有しておく必要がある。このため、端末A,B間に通信チャネルを確立する。当該通信チャネルは、典型的には無線通信による。
(ステップS3003)
当該確立した通信チャネルを用いて、BeepBeepを開始する旨の合図を端末Aから端末Bへと送信する。当該合図によって、端末A,B間ではおおまかに時計の同期を取り、BeepBeepが実行されるおおまかな時間範囲を共に知ることができるようになる。さらに、当該合図と共に、通信チャネルを用いて、端末A,Bは互いが送信する音波の情報の共有も実行し、録音から送信音波を検出できるようにする。
(ステップS1004,S2004)
前記ステップS3003の開始合図を受けて、端末A,BはそれぞれマイクMA,MBでの録音を開始する。
(ステップS3005)
図7Aを用いて説明したBeepBeepの双方向音波送信が実行される。
(ステップS1006,S2006)
BeepBeep実行の録音を解析して、端末Aが前記T1を取得し、端末Bが前記T2を取得する。
(ステップS3007)
ステップS3002にて確立した通信チャネルを用いて、端末Bが取得したT2を端末Aへと通知する。
(ステップS1008)
端末Aは自身が取得したT1と、端末Bから通知されたT2と、を用いて、前記(式8)により、端末A,B間の距離Dを求める。
以上、図7BのBeepBeep全体手順において、以下のような課題があった。
[課題]両端末A,B間でおおまかな同期を取るためのステップS3003の開始合図送信において、さらに、ステップS3007でT2を端末A側への通知において、音波とは別途、予めステップS3002にて通信チャネルを確立しておき、当該通信チャネルを用いる必要がある。従って例えば、通信チャネルを確立していない、初めて出会う端末同士では距離測定ができない。
本発明は、上記従来技術の課題を解決し、別途の通信チャネルを用いず、音波のみによって距離測定を可能とする親端末及び子端末並びに距離測定システムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、音波受信機能を備え、子端末との間の距離を測定する親端末であって、第1音波を所定間隔を設けながら継続して送信する音波送信部と、前記第1音波を受信した前記子端末によって送信された第2音波を受信し、当該受信時と、当該受信前における前記第1音波の送信の自身における受信時と、の差を第1時間差として取得する第1時間差取得部と、前記第1音波を受信して前記第2音波を送信した子端末が、当該第1音波の受信時と、当該送信した前記第2音波の自身における受信時と、の差を第2時間差として取得し、当該取得した第2時間差の情報を重畳させた所定音波を送信し、前記子端末によって当該送信された所定音波を受信して解析することで、前記第2時間差を取得する第2時間差取得部と、前記第1時間差と前記第2時間差との差に基づいて前記子端末と自身との間の距離を計算する距離計算部と、を含むことを特徴とする。
また、本発明は、音波受信機能を備え、前記親端末からの第1音波を受信し、自身と前記親端末との距離を前記親端末において測定可能とさせる子端末であって、前記所定間隔を設けて継続送信されている第1音波の受信を実時間で認識する同期処理部と、前記実時間で認識された第1音波の受信時のうちの１つから所定時間経過の後に、第2音波を送信することで、前記親端末において前記第1時間差を取得可能とさせる第1時間差用音波送信部と、前記第1時間差用音波送信部の送信した第2音波の自身における受信時と、当該受信時の前の第1音波の受信時と、の差を第2時間差として取得する子端末側第2時間差取得部と、前記取得した第2時間差の情報を重畳させた所定音波を送信することで、前記親端末において前記第2時間差を取得可能とさせる第2時間差用音波送信部と、を含むことを特徴とする。
また、前記第2時間差用音波送信部が、前記所定音波の送信として、前記取得した第2時間差を設けて、前記第2音波をさらに2回送信することを採用することを特徴とする。
さらに、本発明は、距離測定システムであって、前記親端末と、前記子端末と、を備え、前記親端末にて前記親端末と前記子端末との距離を前記計算することを特徴とする。
本発明によれば、利用音波の情報はあらかじめ親端末と子端末とで所定の第1音波及び第2音波として共有しておき、親端末側から第１音波を継続送信し、子端末側では1つ受信した第1音波に応答して第2音波を送信し、親端末側で第1時間差を求めるようにすることができる。さらに、子端末側では第2時間差を取得した後、所定音波に当該第2時間差の情報を重畳させて送信することで、親端末に第2時間差の情報を取得させることができる。最終的に親端末は自身で求めた第1時間差と、子端末から送信された第2時間差とを利用して、親端末と子端末との距離を求める。従って、別途の通信チャネルを用いず、音波のみによって距離測定が可能となる。
また、第2時間差の情報を重畳させる方式として、第2時間差を設けて第2音波をさらに2回送信することを採用することにより、簡素に親端末へ第2時間差の情報を伝えることができるようになる。
一実施形態に係る距離測定システムの機能ブロック図である。 一実施形態に係る距離測定方法の手順を示す図である。 距離測定を実施するための、親端末と子端末との間における音波送受信を説明する図である。 親端末における処理のフローチャートである。 子端末における処理のフローチャートである。 本発明の応用例の１つを示す図である。 本発明の応用例の１つを示す図である。 第2時間差用音波送信部による第2音波送信の別実施形態を説明するための図である。 従来技術(BeepBeep)による距離測定の概要を説明するための図である。 従来技術(BeepBeep)による距離測定の手順全体を説明するための図である。
図1は、本発明の一実施形態に係る距離測定システムの機能ブロック図である。距離測定システム3は、親端末1及び子端末2を備える。親端末1は、(親端末側)音波送信部11、(親端末側)音波受信部12、第１時間差取得部13、(親端末側)第2時間差取得部14、距離計算部15、(親端末側)音波選択部16、及び音波解析部17を含む。子端末2は、(子端末側)音波送信部21、(子端末側)音波受信部22、(子端末側)第2時間差取得部24、(子端末側)音波選択部26、同期処理部27及び第1音波検出部28を含む。
(親端末側)音波送信部11は、音波送信機能を備える。同じく、(子端末側)音波送信部21は、音波送信機能を備え、単一(あるいは複数でもよい)のスピーカとして構成することができるが、当該送信する音波の役割の違いによって、第1時間差用音波送信部210と、第2時間差用音波送信部215と、を含んで構成される。
当該距離測定システム3では、親端末1と子端末2との距離を測定するが、当該距離測定の原理自体は図7Aを用いて説明したBeepBeepと同様である。この際、距離測定の部分に関して、本発明の親端末1はBeepBeepにおける端末Aに対応する役割(1回目の音波送信)を担い、同様に、子端末2は端末Bに対応する役割(1回目の受信に応答しての2回目の音波送信)を担う。
さらに、距離測定に関して、音波送信部11が端末AのスピーカSAに、音波受信部12が端末AのマイクMAに、音波送信部21のうち第１時間差用音波送信部210が端末BのスピーカSBに、音波受信部22が端末BのマイクMBに、それぞれ対応する役割を担う。
すなわち、距離測定に関して、図1における線L1の音波送受信(音波送信部11から音波受信部12へ向けての送受信、以下略す)が図7Aにおける距離dA,Aの部分に、線L2の音波送受信が距離dA,Bの部分に、線L3の音波送受信が距離dB,Bの部分に、線L4の音波送受信が距離dB,Aの部分に、それぞれ対応する。
以上のような対応のもと、距離測定の原理自体は既に説明したBeepBeepと同様であるので、以下、本発明の説明においてその詳細を再度説明することは省略する。なお、本発明においては、BeepBeepの(式8)におけるT1を第1時間差、T2を第2時間差と呼ぶこととする。
[本発明における事前の共有情報に関して]
一方、本発明においては特に、親端末1と子端末2との間で無線通信などの通信チャネルを利用せず、当該通信チャネルによる時刻同期や利用音波情報の交換を行わない。その代わりに、親端末1及び子端末2は、予め以下に掲げる情報を、ユーザにより事前入力される等の形で、共有しておくものとする。
[1]親端末1がそのいずれかを送信するm種類の音波パルスP1, P2, ..., Pm(「第1音波」)の波形
[2]子端末2がそのいずれかを送信するn種類の音波パルスC1, C2, ..., Cn（「第2音波」）の波形
[3]親端末1による音波送信の一定間隔T
[4]BeepBeepの(式8)におけるdA,Aの親端末1における値と、dB,Bの子端末2における値
なお、上記[4]の事前共有に関してはオプションである。また、必ずしも子端末2において既知である必要はなく、距離計算する親端末1の側のみにおいて既知であればよい。さらに、共に値をゼロとして、
dA,A＝dB,B＝0 …(式9)
とした近似で(式8)を適用するようにしてもよい。
また、図1の各部の概要は次の通りである。音波送信部11は第1音波を一定間隔Tを設けて継続的に送信する。音波送信部21は第2音波を送信する。特に、第1時間差用音波送信部210は、第1時間差取得部13が第１時間差T1を取得可能とすべく、第2音波を送信する。また、第2時間差用音波送信部215は、(親端末側)第2時間差取得部14が第2時間差を取得可能とすべく、第2音波を送信する。
音波受信部12は音波を録音する。音波解析部17は当該録音された音波をリアルタイム(実時間)で解析して、所定のイベントを検出することで、他の各機能部にイベントに応じた処理の実施を促す。音波受信部22は音波を録音する。同期処理部27は当該録音された音波をリアルタイムで解析して、特に、親端末1の音波送信部11が一定間隔Tにて送信している音波の受信時を認識し、当該受信検出に応じて他の各機能部に処理を促す。
なお、音波解析部17及び同期処理部27における音波のリアルタイム解析は、通常のOS(オペレーティングシステム)上で実行されるプログラム等によって実現される場合のような、小さいがある程度の不特定の遅れが生ずるものであってもよい。
第1時間差取得部13は、第１時間差T1を取得する。第2時間差取得部14,24は、第2時間差T2を取得する。音波選択部16,26は、各端末における送信音波(親端末1の第１音波と、子端末2の第2音波)につき、複数あるうちのいずれの種類を用いるかを選択する。第1音波検出部28は、音波受信部22の直近の過去録音を解析して、子端末2が親端末1からの第1音波を受信しているかを判定する。
図2は、本発明の一実施形態に係る距離測定方法の手順を示す図である。図2を用いて、本発明の詳細を、図1の各部の詳細と共に説明する。図2では、各ステップに以下の規則で番号を付与している。
親端末１の単独実行に係るステップ ；100番台(S101など)
子端末２の単独実行に係るステップ ；200番台(S202など)
親端末１及び子端末２の共同実行に係るステップ ；300番台(S305など)
なお、単独実行か共同実行かは便宜上の区別であって、実施形態によっては単独実行のステップに共同実行の要素が加わってもよい。
また、各端末で実行されるステップはその付与番号の下1桁の値の順で実行される。すなわち図示するように、親端末1では、S101, S305, S106, S307, S108, S109の順に、子端末2では、S202, S203, S204, S305, S206, S307の順に、各ステップが実行される。当該順次実行される各ステップの詳細は以下の通りである。
(ステップS101)
スマートフォン等で親端末1を実装する場合、親端末1において本発明を実施するためのアプリケーションを起動する。当該起動に従い、子端末2から送信される第2音波を検出すべく、マイクも起動する。すなわち、音波受信部12が録音を開始する。
当該起動後、音波[1], 音波[2], 音波[3], ...等として示されているように、音波送信部11は、前記事前の情報共有で説明した、所定波形P1, P2, ..., Pmのいずれか(Pkとする)で構成された音波パルスすなわち第1音波を、一定間隔Tを設けて送信することを継続する。こうして、本発明において音波送信部11は、一定間隔Tをもって並んだ第１音波Pkのパルス列を常に送信し続けることとなる。なお、図2においては、音波[3]以降の送信音波パルスは、図が煩雑となるため、説明を要する箇所(後述のステップS305)を除いて、逐一描くのを省略している。
(ステップS202)
一方、子端末2においても、スマートフォン等で実装される場合、本発明を実施するためのアプリケーションを起動し、当該起動に従い、親端末1から送信される第1音波を検出すべく、マイクも起動される。すなわち、音波受信部22が録音を開始する。
(ステップS203)
第1音波検出部28が、音波受信部22の録音した直近の過去に渡る所定長さの録音を、既知の第1音波のパルス情報と送信間隔Tの情報とを用いて解析する。当該解析では、前記所定波形P1, P2, ..., Pmのいずれかが概ね(すなわち、所定の判定用閾値内に収まる形で)受信間隔Tで検出されているかを調べる。
当該検出がなされたことは、親端末1が間隔Tを設けて継続して第1音波を送信しており、且つ子端末2が当該送信音波を受信可能な位置にあるということを意味するので、距離測定の準備に移るべく、次のステップS204へと進む。また、当該検出がなされない間は、次のステップS204へは進まず、検出がなされるまで待つこととなる。
(ステップS204)
音波選択部26が、上記ステップS203を通過後の所定長さに渡る音波受信部22の録音を解析(スキャン)して、子端末2が利用しうる第2音波の受信があるかを調べ、子端末2の側から送信する第2音波を決定する。このため、n種類の音波パルスC1, C2, ..., Cnのうち、録音されているものがあるか調べる。一実施形態では、当該スキャンする長さは親端末1が第1音波を送信する一定間隔Tと等しいが、その他の所定長さを設定してもよい。
録音されているものがなかった場合、n種類の音波パルスC1, C2, ..., Cnのうちの任意の1つ(乱数などで定めてもよい)を、次のステップS305以降で送信する第2音波として決定する。
録音されているものがあった場合、n種類の音波パルスC1, C2, ..., Cnのうちの録音されていなかったものの中から任意の1つ(同じく、乱数などで定めてもよい)を、次のステップS305以降で送信する第2音波として決定する。
当該ステップS204によって、ある親端末1に対して、その第2音波が重複して到達可能な子端末2が複数存在していた場合であっても、親端末1が複数の子端末2から同一設定の第2音波を狭い時間範囲内で重複して受信し、本発明の距離測定に誤りが生ずる、あるいは測定不可能となる事態を避けることができる。
(ステップS305)
親端末1と子端末2との間で、BeepBeepを利用した距離測定を実施するため、音波の送受信を行う。「図２−２」は当該送受信を説明するための図である。すなわち、図中順次「…、音波[i−2]、音波[i−1]、音波[i]、音波[i+1]、音波[i+2]、…」と示すように、親端末1はステップS101以降、音波送信部11より第１音波(のうち1種類を選択した)Pkを一定間隔Tを設けて送信し続けている。
これに対して子端末2は、音波受信部22で音波を受信し続けており、同期処理部27が当該受信音波をリアルタイム(実時間)で解析して、第１音波Pkが受信間隔Tをなして順次受信されるのを認識している。当該認識によって同期処理部27は、子端末2側において親端末1の送信音波の受信に自発的に同期する役割を担うこととなる。当該自発的な同期により、BeepBeepにおいて無線通信等を別途介してなされた「開始合図」に相当するものは、本発明においては不要となる。
当該同期処理部27による実時間での受信認識により、受信したある音波[i]の受信の直後あるいは短い所定間隔の後に、ただちに第1時間差用音波送信部210が第2音波を1個送信することができる。
当該1個の第2音波の送信により、図２−２中に示すように、次のような受信時刻の関係を形成させることができる。すなわち、親端末1側で音波受信部12での録音において音波[i]の送信(の受信)後に第1時間T1を経て第2音波を受信し、T1＜Tとなる。すなわち、当該第2音波の受信時は音波[i]の送信(の受信)とその次の音波[i+1]の送信(の受信)との間となる。子端末2が音波[i]に応答して送信した第2音波の親端末1における受信が、次の音波[i+1]の送信(の受信)以降となることはない。
なおまた同様に、子端末2側においても、第2音波を送信するトリガとなる音波[i]を受信後、その次の音波[i+1]を受信する以前の時点において、第2音波送信を実行することができる。
この関係により、親端末1においてはその録音のみより、第2音波の受信時刻から最も近い過去における第１音波送信(の受信)時を求め、それらの差として第1時間T1を一意に決定することができるようになる。子端末2側においても同様に、第2時間T2を一意に決定できる。
なおまた、第1音波を送信する一定間隔Tは、このような関係が形成できるように、少なくともある程度の長さ(例えば少なくとも5秒)を持つような制約のもとで設定すればよい。同様に、同期処理部27の第1音波受信認識の後に第2音波を送信するタイミングも、当該関係を形成できるように例えばT1＝5秒の際に0.1秒経過後あるいは0.5秒経過後などと設定してもよいし、第1音波の受信認識自体にある程度の計算時間を要することを見込んで、受信認識次第ただちに第2音波を送信するようにしてもよい。
(ステップS106, S206)
上記ステップS305で説明したように、BeepBeepを利用可能な形で音波送受信がなされたので、当該送受信の録音を親端末1及び子端末2でそれぞれ解析して、第1時間T1及び第2時間T2を求める。それぞれ以下の通りである。
(ステップS106)
親端末1の第1時間差取得部13が、音波受信部12の録音を解析することで子端末1から送信される第2音波のパルスC1, C2, ..., Cnのいずれかの受信があった場合に、図２−２で説明したように、当該受信の直前における自身の音波送信部11からの第1音波送信の受信時刻と、当該第2音波の受信時刻の差を求め、第1時間差T1となす。
当該第2音波パルスの受信があったことは、音波受信部12の録音をリアルタイムで監視する音波解析部17によって、第2音波のパルスC1, C2, ..., Cnのいずれかの受信をリアルタイムで判定し続けることによって、ただちに検出することができる。当該検出結果を受けて、第1時間差取得部13が上記のように第1時間差T1を求める。
(ステップS206)
子端末2の第2時間差取得部24が、同期処理部27の同期処理のもと第1時間差用音波送信部210による音波送信が行われた際に、音波受信部22の録音を解析し、第2時間差T2を求める。当該解析により、図２−２で説明したように、当該送信された第2音波の当該録音内における受信時刻と、当該受信時刻の直近の過去に存在する第1音波の受信時刻と、の差として第2時間差T2を求める。
(ステップS307)
ステップS307は、図1の線L5で表される音波送受信に対応する。子端末2が、第2時間差用音波送信部215より、ステップS206で求まった第2時間差T2を設けて、ステップS305で用いたのと同種類の第2音波を2回、送信する。従って親端末1の側では、上記ステップS305のBeepBeepにおいて1個受信した第2音波と同種の第2音波が、当該送信によってさらに2回送られてくるのを、音波受信部12において受信することとなる。
(ステップS108)
親端末1の第2時間差取得部14は、音波受信部12の録音を、子端末2からの第2音波受信後の所定範囲に渡って解析して、同種類の第2音波をさらに受信している2つの時点を探し、当該2つの受信時点の差を、第2時間差T2として求める。
あるいは、子端末2からの1個目の第2音波受信後、所定範囲内の制限を設けたうえで、音波解析部17がリアルタイムで同種類の第2音波をさらに2個受信するのを検出して、当該検出時間の差を第2時間差取得部14が取得して第2時間差となしてもよい。
以上のステップS307及びS108によって、本発明では別途の無線通信等を用いることなく、BeepBeepでの距離測定に用いたのと同じ第2音波を第2時間差の通知用にも利用することで、子端末2から親端末1へと第2時間差T2の情報を伝えることができるようになる。また、親端末1においても、所定範囲内で3つの同種の第2音波の受信があるかに基づいて、子端末2からの距離測定目的の音波送信であるかチェックすることが可能となる。
(ステップS109)
親端末1にて距離計算部15が、ステップS106で取得の第1時間T1と、ステップS108で取得の第2時間T2と、を用いて、親端末1と子端末2との距離を計算する。当該距離計算には、BeepBeepの(式8)を用いる。すなわち、第1時間T1と第2時間T2の差の平均に音速を乗じたうえで、各端末におけるマイク-スピーカ間距離を所定定数として加えることで、距離が計算される。前述のように当該所定定数はゼロとみなしてもよい。
以上、図2の各手順を説明した。次に、図3を用いて親端末1の処理フローを、図４を用いて子端末2の処理フローをそれぞれ説明する。ここでは、図2の説明においてその詳細説明を省略された、各端末における音波待ち等の処理を詳細に説明する。まず、図3に示す親端末1の処理フローは次の通りである。
(ステップS1)
音波選択部16が、音波送信部11より一定間隔を設けて送信する第1音波Pkを、m種類の音波パルスP1, P2, ..., Pmの中から選択し、次のステップS2へ移る。当該選択はユーザ入力によってなされ、選択結果を音波選択部16において受け取ることでなされてもよい。
あるいは、音波選択部16が所定範囲の直近過去に渡る音波受信部12の録音を解析して、m種類の音波パルスP1, P2, ..., Pmのうち一定間隔Tをもって連続受信しているものがあれば当該音波パルスを除外して、残りから任意に選択するようにしてもよい。
いずれの場合も、音波パルスを複数m種類の中から選択可能なように構成されることで、本発明においては親端末1が複数存在して第1音波の到達範囲が重複する場合に、子端末2において同一設定の第1音波を重複で受信して本発明に係る距離測定が実施できなくなる事態を避けることができる。
(ステップS2)
音波送信部11が第1音波Pkを1個送信し、次のステップS3へ移る。従って、以降当該ステップS2に、ステップS4の一定間隔T経過判定を経て到達するたびに、音波送信部11が第1音波のパルスを1個ずつ送信することとなる。当該ステップS4→S2のループにより、音波送信部11が第1音波Pkを、一定間隔Tを設けて送信し続けることとなる。当該送信継続は図2のステップS101完了後に対応する。
(ステップS3)
子端末2が送信しうる第2音波C1, C2, ..., CnのうちのいずれかCiの受信が新たにあったかを、音波受信部12の録音を音波解析部17がリアルタイムで監視することによって、判断する。新たに受信があれば、ステップS5へと進み、なければ、ステップS4へ進む。
(ステップS4)
直近のステップS2における1個の音波パルスPk送信時を起点として、パルス送信間隔である一定間隔Tを経過しているかを判定し、経過していなければ、ステップS3に戻る。経過していれば、直ちにステップS2へ戻り、当該戻ったステップS2にて音波パルスPkを送信することで、1個前のパルスから一定間隔Tを設けて新たなパルスを送信する。
(ステップS5)
当該ステップS5に至る直前のステップS3で受信検出された第2音波Ciが、一定時間以内の2回目以降の同一種類の第2音波Ciの受信であるかを判断する。2回目以降でなければ、すなわち1回目であれば、ステップS6へ進む。当該受信が一定時間以内の当該第2音波Ciの2回目以降の受信でれば、ステップS7へ進む。
(ステップS6)
ステップS5からステップS6の遷移は、別途の音波の誤受信などでない限り、当該1回目の第2音波Ciが子端末2がBeepBeepによる距離測定を実施すべく送信した1回目の第2音波を受信したものであることを意味している。従って、図２−２で説明したように、第1時間差取得部13が、当該第2音波Ciの受信時と、その直前の第1音波Pkの受信時と、の差を第１時間差T1iとして取得する。なおここでは、第2音波の種類を表すインデクスiを紐付けた形式で、第1時間差T1iと表記する。
(ステップS7)
一定時間内の2回目以降の第2音波Ciの受信である場合、当該第2音波は子端末2が第2時間差を伝えるために送信した2個の第2音波のいずれかである。2回目が当該2個の第2音波の1個目であり、3回目が当該2個の第2音波の2個目であるので、そのいずれを受信したかを判定する。前者であればステップS8へ、後者であればステップS9へ進む。
(ステップS8)
当該2回目の第2音波受信時を、第2時間差取得部14が保持し、ステップS4へ進む。
(ステップS9)
当該3回目の第2音波受信時を、第2時間差取得部14が保持し、ステップS10へ進む。
(ステップS10)
第2時間差取得部14が、ステップS8で取得した1個目(2回目)の第2音波受信時と、ステップS9で保持した2個目(3回目)の第2音波受信時と、の差として、第2時間差T2iを求め、ステップS11へ進む。なおここでは、第2音波の種類を表すインデクスiを紐付けた形式で、第1時間差T2iと表記する。
(ステップS11)
距離計算部15が、ステップS10で取得した第1時間差T2iを用いて、親端末1と子端末2との距離を計算する。また、第1時間差T1i及び第2時間差T2iの情報をクリア(削除)して、別途の第2音波Ciの受信に備えるようにする。
以上、図3を説明したが、補足として次が挙げられる。ステップS5の一定時間以内の第2音波Ciの2回目以降の受信か、については、直近の過去のCi受信を起点とすればよい。こうして、所定期間に渡って第2音波Ciの受信がなかった後にCiを受信すると、当該CiがBeepBeep距離測定を意図しているものと自動判定されて、第1時間差T1iが自動算出される。当該自動判定の後、継続のCi受信が所定期間に渡ってなかった場合は、直近のCi受信は何らかのエラーであったことになるが、それより算出されたT1iが利用されることはないので、エラー処理が自動で実施されることとなる。
なお、Ci受信履歴がない初期状態か、または、ステップS11を通過して第1時間差T1i及び第2時間差T2iの情報がクリアされた後にステップS5に初めて到達した場合であれば、「一定時間以内である」と判定してステップS6へ進めばよい。
すなわち、第1時間差取得部13では、所定時間に渡って受信がなかった第2音波を受信した際に、または、前記初期状態若しくは情報クリア後の最初のステップS6到達の際に、当該第2音波を、第1時間差の取得用のものであると判断して、第1時間差を取得することとなる。また、第1時間差が取得された後の所定時間内において、さらに2個の第2音波を受信することで、第2時間差取得部14では、第2時間差を取得することとなる。
なおまた、ステップS6は図2のステップS106に、ステップS8及びS9は図2のステップS307に、ステップS10は図2のステップS108に、ステップS11は図2のステップS109に、対応する。
次に、図4を説明する。すなわち、子端末2の処理フローは次の通りである。なお、当該フローは、子端末2を有するユーザが距離測定を行う意図をもってアプリケーションなどを起動すること(図2のステップS202に対応)によって、開始される。
(ステップS20)
親端末1が送信する第1音波のいずれかPjを受信したかを、音波受信部22の録音を解析して第1音波検出部28が判定する。受信していれば、ステップS21へ進む。受信していなければ、ステップS10に戻り次の所定区間につき判定を繰り返す。当該ステップS20は、図2のステップS203に対応する。
(ステップS21,S22)
(S21)一定時間の間、音波選択部26が音波受信部22の録音を解析(スキャン)し、(S22)当該スキャン結果より、未使用の子端末2用の第2音波の中から、実際に送信する音波を選択し、ステップS23へ進む。当該ステップS21,S22は、図2のステップS204に対応する。
(ステップS23)
第1時間差用音波送信部210が、ステップS22で選択された第2音波を1回送信し、ステップS24へ進む。当該ステップS23は、図2のステップS305に対応し、その送信タイミングなどは、図２−２で説明した通りであるが、ステップS22の選択が済み次第、適宜最も近い次の第1音波受信時を図２−２の音波[i]として、当該音波[i]をトリガに送信するようにすればよい。
(ステップS24)
第2時間差取得部24が、ステップS23で送信した第2音波の受信時と、その直前の第1音波(上記トリガとした音波[i])の受信時と、の差として第2時間差T2jを求め、保持し、ステップS25へ進む。なおここでは、第1音波Pjの種類を表すインデクスjを紐付けた形式で、第2時間差T2jと表記する。当該ステップS24は、図2のステップS206に対応する。
(ステップS25)
第2時間差用音波送信部215が、ステップS24で求めた第2時間差T2jを設けて、ステップS22におけるのと同種の第2音波を2回送信し、ステップS20に戻る。当該送信はステップS24完了後ただちに行ってもよいし、所定時間おいてから行ってもよい。当該ステップS25は、図2のステップS307に対応する。
なお、ステップS25からステップS20に戻る際に、ユーザからの距離測定継続の旨の決定入力を受け付けてから、戻るようにしてもよい。
図5Aは、本発明の応用例の１つを示す図である。すなわち、親端末1をデジタルサイネージにおいて採用し、各子端末2はユーザの有するスマートフォンなどとする。(1)に示すように、親端末1の付近の所定範囲R内に子端末2が存在する場合は、親端末1であるところのデジタルサイネージのディスプレイを自動でオンにする。
逆に(2)に示すように、親端末1の付近の所定範囲R内に子端末2が全く存在しない場合は、当該デジタルサイネージのディスプレイを自動でオフにすることで、省電力に貢献することができる。当該所定範囲R内に子端末2が存在するかを親端末1が判定する際に、本発明の距離測定を利用することができる。
図5Bは、本発明の応用例の１つを示す図である。スーパーマーケットの各売り場コーナーに、親端末1を配置し、子端末2は客の有するスマートフォンなどとする。ここでは、飲み物コーナーAに親端末1Aが、野菜コーナーに親端末1Bが、配置されており、各コーナーの近辺に子端末1A及び1Bがそれぞれ存在している。
こうして、親端末1Aから子端末2Aへ、また親端末1Bから子端末2Bへ、といったように、本発明の距離測定により判定された特定の商品の目の前(1〜2m以内など)にいるユーザへ、その商品のクーポンを配信し、商品に興味のある可能性の高いユーザへ限定してクーポン配信することで、収益向上を図ることができる。なお、クーポンへのアクセス情報の提供手段は、別途設けることとする。
図5Bの例ではまた、コーナー毎のユーザ数を親端末1A,1B等により、本願発明で判定された所定範囲内に存在するユーザ数として測定して、人の流れの概要を把握し、店舗レイアウト変更などに活用することもできる。
以下、本発明の補足事項(補足事項１，２)を説明する。
[補足事項1]図2のステップS307, S108等における、第2音波を第2時間差を設けて2回送信して親端末1に当該第2時間差を伝える実施形態には、簡素な手法で親端末1に第2時間差を伝えることができるという利点があった。当該実施形態の代わりに、より一般には所定形式の音波に情報を重畳させることによっても、親端末1に第2時間差を伝えることができる。ただし、当該所定形式の情報を、親端末1と子端末2との間の事前共有情報として追加で設定しておくものとする。
例えば、音波で情報を伝える以下の非特許文献2に開示の「トーンコネクト」などの技術を用いてもよい。
[非特許文献2] Toneconnect [登録商標] (トーンコネクト)、[online]、＜http://www.toneconnect.com/＞
なお、当該技術で情報伝達する旨の合図を送るために、ステップS305で用いた第2音波と同種類の第2音波を用いるようにして、ステップS307を当該技術を利用したステップに置き換えるようにしてもよい。例えば、親端末1ではステップS305経過後の所定時間内に所定シーケンス(所定の回数及び間隔)の第2音波を受信した際に、当該技術による音波での情報受信を開始するようにしてもよい。
[補足事項2]
本発明では、第2時間差用音波送信部215が、第1時間差用音波送信部210が1回送信する第2音波とは別途に、さらに2回分の第2音波を送信するものとして説明した。当該第2時間差用音波送信部215の別実施形態として、次が挙げられる。すなわち、第1時間差用音波送信部210が1回送信した第2音波との間に第2時間差T2を設けることで、第2時間差用音波送信部215は1回のみ第2音波を送信してもよい。当該別実施形態もまた、簡素な手法で親端末1に第2時間差を伝えることができるという利点を有する。
図6は当該別実施形態を説明するための図であり、図２−２の場合と同様に、親端末1は音波送信部11にて第1音波を間隔Tを設けて継続的に送信している。図示するように、当該別実施形態は、図2のステップS305とステップS307とを合わせて実施することに相当する。すなわち、(1)に示すように、第1時間差用音波送信部210が送信する1個の第2音波が、第2時間差用音波送信部215が前記説明した実施形態においてT2を通知するために2回送信する第2音波の1回目を兼用することになる。従って(2)に示すように、第2時間差用音波送信部215は、第1時間差用音波送信部210が送信した第1音波から第2時間差T2経過の後に、1個の第2音波を送信する。
親端末2の側では、第1時間差T1を求めるための1個の第2音波が第2時間差T2を求めるための第2音波の1回目を兼用しているという追加条件を課したうえで、前述の実施形態と同様にして第1時間差T1及び第2時間差T2を求めることができる。
なお、図6では、(2)に示す第2時間差用音波送信部215の1個送信した第2音波の到達タイミングが、第1時間差用音波送信部210が第2音波を送信するトリガとなった第１音波[i]の送信と、その次の第2音波[i+1]との間に生じている。当該到達タイミングは、当該その次の第2音波[i+1]以降であってもよい。
なお、当該別実施形態が可能な前提として、(3)に示すように、第1時間差用音波送信部210の第2音波送信の受信後になされる第2時間差T2の算出(前述の図2のステップS206に相当)が、(1)に示す1回目の第2音波送信(の受信)後、(2)に示す当該T2の時間が経過した第2時間差用音波送信部215の送信タイミング前に完了することがある。従って、T2にある程度の長さを見込んで第1時間差用音波送信部210が送信タイミングを決める、及び／又は子端末2が計算能力が高く、T2を計算するのに要する時間がある程度少ないことが前提となる。なおまた、第2時間差用音波送信部215において、第2時間T2の経過の判定に関しては、同期処理部27で用いているのと同じリアルタイム判定を用いることができる。
当該別実施形態においては、図3で説明した親端末1の処理及び図4で説明した子端末2の処理も適宜修正が加わることとなる。図3では、ステップS7及びS8が削除され、ステップS5でyes判定の後はステップS9へ至る。修正されたステップS9では、第2時間差用音波送信部215の送信した1個の第2音波を、「2回目の」受信時刻として保持することとなる。修正されたステップS10では、直近のステップS6でT1iを取得する際に用いた第2音波を1回目の音波とし、ステップS9でその受信時刻を保持した第2音波を2回目の音波とし、これらの時間差として、間隔T2iを計算する。
図4では、ステップS25が修正され、ステップS23での第2音波送信(1回目)からT2jの間隔をおいて、2回目の第2音波として1個の第2音波を送信することとなる。特に、ステップS23完了からステップS25完了に至るまでの間隔T2jの間に、ステップS24の計算が完了することが、図6の(3)で説明したように当該別実施形態を可能とする前提となる。
1…親端末、2…子端末、3…距離測定システム、11…音波送信部、12…音波受信部、13…第1時間差取得部、14…第2時間差取得部、15…距離計算部、16…音波選択部、17…音波解析部、21…音波送信部、210…第1時間差用音波送信部、215…第2時間差用音波送信部、22…音波受信部、24…第2時間差取得部、26…音波選択部、27…同期処理部、28…第1音波検出部

Claims (9)

  1. 音波受信機能を備え、子端末との間の距離を測定する親端末であって、
    第1音波を所定間隔を設けながら継続して送信する音波送信部と、
    前記第1音波を受信した前記子端末によって送信された第2音波を受信し、当該受信時と、当該受信前における前記第1音波の送信の自身における受信時と、の差を第1時間差として取得する第1時間差取得部と、
    前記第1音波を受信して前記第2音波を送信した子端末が、当該第1音波の受信時と、当該送信した前記第2音波の自身における受信時と、の差を第2時間差として取得し、当該取得した第2時間差の情報を重畳させた所定音波を送信し、
    前記子端末によって当該送信された所定音波を受信して解析することで、前記第2時間差を取得する第2時間差取得部と、
    前記第1時間差と前記第2時間差との差に基づいて前記子端末と自身との間の距離を計算する距離計算部と、を含むことを特徴とする親端末。
  2. 前記第1時間差取得部は、前記第2音波の受信がない状態が所定の第1期間に渡って継続したのちに前記第2音波を受信した場合に、前記第1時間差を取得し、
    前記第2時間差取得部は、前記第1時間差が取得された後の所定の第2期間を対象として、前記所定音波を受信して前記第2時間差を取得することを特徴とする請求項1に記載の親端末。
  3. 親端末が複数存在し、第1音波の到達範囲が重複する場合に、前記子端末において複数の親端末からの同一設定の第1音波を重複して受信する状況が発生しないように、前記第1音波の設定が、複数の所定設定の中から選択可能なように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の親端末。
  4. 音波受信機能を備え、請求項１ないし３のいずれかに記載の親端末からの第1音波を受信し、自身と前記親端末との距離を前記親端末において測定可能とさせる子端末であって、
    前記所定間隔を設けて継続送信されている第1音波の受信を実時間で認識する同期処理部と、
    前記実時間で認識された第1音波の受信時のうちの１つから所定時間経過の後に、第2音波を送信することで、前記親端末において前記第1時間差を取得可能とさせる第1時間差用音波送信部と、
    前記第1時間差用音波送信部の送信した第2音波の自身における受信時と、当該受信時の前の第1音波の受信時と、の差を第2時間差として取得する子端末側第2時間差取得部と、
    前記取得した第2時間差の情報を重畳させた所定音波を送信することで、前記親端末において前記第2時間差を取得可能とさせる第2時間差用音波送信部と、を含むことを特徴とする子端末。
  5. 前記第2時間差用音波送信部が、前記所定音波の送信として、前記取得した第2時間差を設けて、前記第2音波をさらに2回送信することを採用することを特徴とする請求項４に記載の子端末。
  6. 前記第2時間差用音波送信部が、前記所定音波の送信として、前記取得した第2時間差を設けて、前記第2音波を前記第1時間差用音波送信部の送信後にもう1回送信することを特徴とする請求項４に記載の子端末。
  7. 子端末が複数存在し、第2音波の到達範囲が重複する場合に、前記親端末において複数の子端末からの同一設定の第2音波を重複して受信する状況が発生しないように、前記第2音波の設定が、複数の所定設定の中から選択可能なように構成されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の子端末。
  8. 受信音波を所定範囲内に渡って解析し、当該受信音波内において前記第2音波の複数の所定設定のいずれかに該当するものがある場合、該当しない所定設定を選択して、当該選択された所定設定のもとで前記第2音波を送信させるようにする、音波選択部をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の子端末。
  9. 請求項１ないし３のいずれかに記載の親端末と、請求項４ないし８のいずれかに記載の子端末と、を備え、前記親端末にて前記親端末と前記子端末との距離を前記計算することを特徴とする距離測定システム。
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