JP3979423B2

JP3979423B2 - Position detection system

Info

Publication number: JP3979423B2
Application number: JP2005216510A
Authority: JP
Inventors: 山中　　浩; 和男澤田; 弘通後藤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: JP2007033213A

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検出する位置検出システムに関するものである。 The present invention relates to a position detection system that detects 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 a pressure change of a medium is single. is there.

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 has been provided, and at least three receiving devices (ultrasonic receivers) installed on a ceiling surface in a building ) To receive the ultrasonic wave from the transmitting device, and using the time until the ultrasonic wave transmitted from the transmitting device is received by the receiving device, the position calculation unit (calculation processing means) determines the position of the moving body. A position detection system has been proposed (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。
特開２００３−２７９６４０号公報 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.
JP 2003-279640 A

ところで、各受信装置ではそれぞれ送信装置との相対距離を検出するから、送信装置の座標位置を特定するには、３箇所の受信装置の座標位置を正確に特定しなければならない。つまり、受信装置を設置する際に３箇所の各設置場所の座標位置を正確に計測することが必要であって、受信装置の設置施工に手間がかかるという問題を有している。 By the way, since each receiving device detects the relative distance to the transmitting device, in order to specify the coordinate position of the transmitting device, the coordinate positions of the three receiving devices must be specified accurately. That is, when installing the receiving device, it is necessary to accurately measure the coordinate position of each of the three installation locations, and there is a problem that it takes time to install the receiving device.

また、この種の位置検出システムでは検出した位置に誤差が含まれるが、特許文献１に記載の構成では、誤差については考慮されていないから、求めた位置の信頼性が保証できない。 Further, in this type of position detection system, an error is included in the detected position. However, in the configuration described in Patent Document 1, since the error is not considered, the reliability of the obtained position cannot be guaranteed.

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、最小構成では受信装置と送信装置とを１台ずつ用いるだけで位置を検出することができるようにして設置施工の手間を省き、しかも、誤差を考慮して位置を検出することにより求めた位置の信頼性を高めた位置検出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-mentioned reasons, and its purpose is to minimize the installation work by detecting the position by using only one receiver and one transmitter in the minimum configuration. Another object of the present invention is to provide a position detection system that improves the reliability of the position obtained by detecting the position in consideration of errors.

請求項１の発明は、疎密波を間欠的に送波する疎密波送波部を有した送信装置と、送信装置から送波された疎密波を受波することにより送信装置が存在する相対位置を検出する受信装置とを備え、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送信装置の位置を受信装置に設定した三次元の直交座標における座標位置として求める送信位置演算部とを備え、送信位置演算部は、前記直交座標における一つの座標軸に直交する平面内で送信装置の座標位置を求めるように前記直交座標を設定してあり、前記座標軸と他の座標軸の各一方とをそれぞれ含む２平面内で疎密波の到来方向をそれぞれ求めるとともに、疎密波受波部の角度分解能を到来方向の誤差範囲として用いることにより送信装置の座標位置の第１の誤差範囲を求め、受信装置と送信装置との距離と送信装置の座標位置の各成分のうちの一方に関する第１の誤差範囲とを用いて送信装置の座標位置の各成分のうちの他方に関する第２の誤差範囲を求め、座標位置の各成分について第１の誤差範囲と第２の誤差範囲とのうち範囲が狭いほうを採用し、採用した誤差範囲の中心座標を送信装置の座標位置の各成分として求めることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a transmission device having a dense wave transmission unit that intermittently transmits a dense wave, and a relative position where the transmission device is present by receiving the dense wave transmitted from the transmission device. And a receiving device that receives the sparse wave transmitted from the sparse / dense wave transmission unit and converts the received sparse / dense wave into a received signal that is an electrical signal. The position of the transmitting device based on the time difference between the reception times of the dense waves by the receiving elements of the dense wave receiving section and the receiving elements of the dense wave receiving section and the arrangement positions of the receiving elements A transmission position calculation unit for obtaining the coordinate position in the three-dimensional orthogonal coordinates set in the reception device, and the transmission position calculation unit obtains the coordinate position of the transmission device in a plane orthogonal to one coordinate axis in the orthogonal coordinates. The rectangular coordinates are set as before With obtaining the coordinate axes and another coordinate axis the direction of arrival of compressional waves each one and by two plane containing each respective coordinate positions of the transmitting device by using the angular resolution of the compressional wave reception unit as an error range of DOA A first error range is obtained, and the first error range relating to one of the components of the distance between the receiving device and the transmitting device and the coordinate position of the transmitting device is used. A second error range for the other is obtained, and the component having the coordinate position, whichever is narrower of the first error range and the second error range, is adopted, and the center coordinate of the adopted error range is set as the coordinate of the transmitter. It is obtained as each component of position.

この構成によれば、受信装置に設定した直交座標において送信装置からの疎密波の到来方向を角度の２成分で表すとともに、各角度成分ごとの角度分解能から座標位置の誤差範囲を求めて第１の誤差範囲とし、また受信装置と送信装置との間の距離と送信装置の座標位置の各一方の成分に関する第１の誤差範囲とを用いて座標位置の他方の成分に関する座標位置の誤差範囲を求めて第２の誤差範囲とし、座標位置の各成分について、第１の誤差範囲と第２の誤差範囲とのうち誤差範囲の狭いほうを採用し、送信装置の座標位置の各成分を求めているから、誤差範囲をできるだけ狭く設定することができる。つまり、送信装置の座標位置を誤差を考慮して適正に求めることができる。その結果、求めた位置の信頼性を高めることができる。なお、送信装置の座標位置は疎密波の到来方向として求めた角度に対応する位置として求めることが可能であるが、このようにして求めた座標位置は、角度分解能の範囲から得られる誤差範囲の中心の座標位置ではないから、求めた座標位置に対して誤差範囲が非対称になるのに対して、角度分解能を到来方向の誤差範囲として用い、その誤差範囲に対応する座標位置の誤差範囲を求め、当該誤差範囲の中心座標を送信装置の座標位置と定めることで、求めた送信装置の座標位置を中心として誤差範囲を対称的にすることができ、誤差を低減することができる。 According to this configuration, in the orthogonal coordinates set in the receiving device, the arrival direction of the dense wave from the transmitting device is expressed by two components of the angle, and the error range of the coordinate position is obtained from the angular resolution for each angular component to obtain the first. And the error range of the coordinate position for the other component of the coordinate position using the distance between the receiver and the transmitter and the first error range for each component of the coordinate position of the transmitter. The second error range is obtained, and the component having the narrower error range of the first error range and the second error range is adopted as each component of the coordinate position, and each component of the coordinate position of the transmission device is obtained. Therefore, the error range can be set as narrow as possible. That is, the coordinate position of the transmission device can be appropriately obtained in consideration of the error. As a result, the reliability of the obtained position can be improved. The coordinate position of the transmission device can be obtained as a position corresponding to the angle obtained as the arrival direction of the sparse / dense wave, but the coordinate position obtained in this way is an error range obtained from the range of the angular resolution. Since the error range is asymmetric with respect to the obtained coordinate position because it is not the center coordinate position, the angle resolution is used as the error direction in the arrival direction, and the error range of the coordinate position corresponding to the error range is obtained. By determining the center coordinate of the error range as the coordinate position of the transmission device, the error range can be made symmetric with respect to the obtained coordinate position of the transmission device, and the error can be reduced.

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記送信装置について求めた誤差範囲のうち中心座標からの最大距離を、送信装置の座標位置の最大誤差として求めることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1 , the maximum distance from the center coordinate in the error range obtained for the transmission device is obtained as the maximum error of the coordinate position of the transmission device.

この構成によれば、最大誤差を評価する値を得ることができるから、求めた送信装置の座標位置に対する信頼性を評価することができる。 According to this configuration, since the value for evaluating the maximum error can be obtained, the reliability with respect to the obtained coordinate position of the transmission device can be evaluated.

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、前記送信装置は、前記疎密波送波部からの疎密波の送信と同時に電磁波を用いてトリガ信号を送信するトリガ送信部を備え、前記受信装置は、トリガ送信部から送信されたトリガ信号を受信するトリガ受信部を備え、前記送信位置演算部は、トリガ受信部がトリガ信号を受信してから疎密波受波部が疎密波を受信するまでの時間を前記受信装置までの距離に換算することを特徴とする。 In the invention of claim 3, in the invention of claim 1 or claim 2, wherein the transmitting device, the trigger transmitting section that transmits the trigger signal by using the same time the electromagnetic wave transmission and the compressional wave from the compressional wave transmitting unit The receiving apparatus includes a trigger receiving unit that receives a trigger signal transmitted from a trigger transmitting unit, and the transmission position calculating unit includes a sparse wave receiving unit after the trigger receiving unit receives the trigger signal. The time until the wave is received is converted into a distance to the receiving device .

この構成によれば、受信装置ではトリガ信号を受信してから疎密波を受波するまでの時間を計測することによって、疎密波が送信装置から受信装置まで到達するのに要した時間を知ることができ、疎密波の既知の伝播速度と計測した時間とを用いて送信装置までの距離を求めることができる。すなわち、送信装置を搭載した検出対象までの距離を求めることができる。その結果、疎密波の到来方向と送信装置までの距離とによって送信装置の三次元位置を求めることができる。 According to this configuration, the reception device knows the time required for the sparse / dense wave to reach the reception device from the transmission device by measuring the time from reception of the trigger signal to reception of the sparse / dense wave. The distance to the transmitter can be determined using the known propagation velocity of the dense wave and the measured time. That is, the distance to the detection target equipped with the transmission device can be obtained. As a result, the three-dimensional position of the transmission device can be obtained from the arrival direction of the density wave and the distance to the transmission device.

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、前記受信装置を定位置に固定し、受信装置に設定した直交座標内で前記送信装置の座標位置を求めることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the invention, in any one of the first to third aspects of the invention, the receiving device is fixed at a fixed position, and the coordinate position of the transmitting device is obtained within the orthogonal coordinates set in the receiving device. Features.

この構成によれば、受信装置を定位置に固定しているから、受信装置が疎密波を受波する空間内における送信装置の位置を容易に把握することができる。 According to this configuration, since the receiving device is fixed at a fixed position, the position of the transmitting device in the space where the receiving device receives the dense wave can be easily grasped.

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、前記送信装置を定位置に固定し、受信装置に設定した直交座標内で前記送信装置の座標位置を求めることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the invention, in any of the first to third aspects of the invention, the transmitter is fixed at a fixed position, and the coordinate position of the transmitter is determined within the orthogonal coordinates set in the receiver. Features.

この構成によれば、送信装置を定位置に固定しているから、受信装置では送信装置に対する相対位置を把握することができ、自走する移動体の位置確認などに用いることができる。 According to this configuration, since the transmission device is fixed at a fixed position, the reception device can grasp the relative position with respect to the transmission device, and can be used for confirming the position of a mobile body that is self-propelled.

本発明の構成によれば、送信装置の座標位置として適正な位置を信頼性よく求めることができ、また求めた座標位置に対して誤差範囲を対称的にすることができ、誤差を低減することができるという利点がある。 According to the configuration of the present invention, it is possible to reliably obtain an appropriate position as the coordinate position of the transmission apparatus, and to make the error range symmetrical with respect to the obtained coordinate position, thereby reducing the error. There is an advantage that can be.

（実施形態１）
本実施形態では、位置検出システムとして、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。 (Embodiment 1)
In this embodiment, as a position detection system, as shown in FIG. 2, a moving body (for example, a shopping cart) that moves on the floor FL in a building is set as a detection target Ob for position detection, and the detection target Ob is moved. 1 illustrates a flow line measurement system that tracks a position.

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。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。 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. 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、電磁波（赤外線または電波）を伝送媒体としたワイヤレス信号を送信するトリガ送信部１２および識別情報送信部１３とを備える。疎密波送波部１１、トリガ送信部１２、識別情報送信部１３は、それぞれドライバ１４〜１６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、トリガ送信部１２は疎密波の送信と同時にトリガ信号としてのワイヤレス信号（以下では、単に「トリガ信号」という）を送信する。また、識別情報送信部１３は識別データを含むワイヤレス信号（以下では、「識別情報信号」という）をトリガ信号に引き続いて送信する。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、トリガ信号の送信タイミング、識別情報信号の送信タイミングは制御部１０において制御される。疎密波とトリガ信号と識別情報信号とは所定の時間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, a trigger transmission unit 12 that transmits a wireless signal using electromagnetic waves (infrared rays or radio waves) as a transmission medium, and identification information transmission. Unit 13. The sparse / dense wave transmission unit 11, the trigger transmission unit 12, and the identification information transmission unit 13 operate in response to instructions from the control unit 10 via the drivers 14 to 16, 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 a sparse / dense wave, and the trigger transmission unit 12 transmits a wireless signal as a trigger signal (hereinafter simply referred to as “trigger signal”) simultaneously with the transmission of the sparse / dense wave. Further, the identification information transmitting unit 13 transmits a wireless signal including identification data (hereinafter referred to as “identification information signal”) following the trigger signal. 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 density wave, the transmission timing of the trigger signal, and the transmission timing of the identification information signal. The density wave, the trigger signal, and the identification information signal are intermittently output at predetermined time intervals. 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に設けたトリガ送信部１２から送信されたトリガ信号を受信するトリガ受信部２２と、識別情報送信部１３から送信された識別情報信号を受信する識別情報受信部２３とを備える。トリガ受信部２２ではトリガ信号を波形整形し、識別情報受信部２３は識別情報信号からキャリアを除去する。トリガ受信部２２の出力は受信装置の動作開始のタイミングを指示し、受信装置２に設けた位置演算部２４およびタイマ部２５を起動する。また、識別情報受信部２３から出力されるパルス列からなる識別データはメモリ２６に格納される。タイマ部２５は現在時刻を計時する時計機能も備え、トリガ受信部２２でトリガ信号を受信した時刻がメモリ２６に格納される。 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. In addition, the reception device 2 receives a trigger signal transmitted from the trigger transmission unit 12 provided in the transmission device 1 and an identification information reception that receives an identification information signal transmitted from the identification information transmission unit 13. Part 23. The trigger receiving unit 22 shapes the waveform of the trigger signal, and the identification information receiving unit 23 removes the carrier from the identification information signal. The output of the trigger receiving unit 22 instructs the timing for starting the operation of the receiving device, and activates the position calculating unit 24 and the timer unit 25 provided in the receiving device 2. In addition, identification data including a pulse train output from the identification information receiving unit 23 is stored in the memory 26. The timer unit 25 also has a clock function for measuring the current time, and the time when the trigger signal is received by the trigger receiving unit 22 is stored in the memory 26.

位置演算部２４は、トリガ受信部２２の出力が発生した時点で待機状態から受信状態に移行し、受信状態において得られる疎密波受波部２１の出力を用いて送信装置１の位置を算出する。受信状態はあらかじめ定めた一定時間継続する。 The position calculation unit 24 shifts from the standby state to the reception state when the output of the trigger reception unit 22 occurs, and calculates the position of the transmission device 1 using the output of the dense wave reception unit 21 obtained in the reception state. . The reception state continues for a predetermined time.

疎密波受波部２１の出力を用いて得られる送信装置１の位置は、受信装置２に対する送信装置１の相対位置であり、図３に示すように受信装置２に設定された直交座標の座標位置として求められる。ここに、本実施形態では床面ＦＬから天井面ＣＬまでの高さは一定とみなしている。したがって、検出対象Ｏｂの移動する空間において送信装置１の高さ位置は変化しないから、直交座標を送信装置１を含む床面ＦＬに平行な平面内の二次元座標として扱う。位置演算部２４は、直交座標での送信装置１の座標位置を求める送信位置演算部の機能を有する。送信位置演算部の動作については後述する。 The position of the transmission device 1 obtained using the output of the sparse / dense wave receiving unit 21 is a relative position of the transmission device 1 with respect to the reception device 2, and the coordinates of the orthogonal coordinates set in the reception device 2 as shown in FIG. It is calculated as a position. Here, in the present embodiment, the height from the floor surface FL to the ceiling surface CL is considered to be constant. Therefore, since the height position of the transmission device 1 does not change in the space in which the detection object Ob moves, the orthogonal coordinates are handled as two-dimensional coordinates in a plane parallel to the floor surface FL including the transmission device 1. The position calculation unit 24 has a function of a transmission position calculation unit that obtains the coordinate position of the transmission device 1 in orthogonal coordinates. The operation of the transmission position calculation unit will be described later.

メモリ２６には、位置演算部２４で求めた送信装置１の座標位置と、当該座標位置に位置していたときの時刻（トリガ受信部２２がトリガ信号を受信した時刻）と、当該送信装置１の識別データとが対応付けられて１レコードとして格納される。メモリ２６に格納されたデータは制御部２０において必要に応じて読み出され、出力部２７を通して外部の管理装置などに出力される。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、出力部２７は出力用のインターフェイスであって、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が採用される。出力部２７から取り出された検出結果は、別に設けた管理装置において利用され、本実施形態では、検出対象Ｏｂが移動した経路を追跡することにより動線を計測する。 In the memory 26, the coordinate position of the transmission device 1 obtained by the position calculation unit 24, the time when the transmission device 1 is located at the coordinate position (the time when the trigger reception unit 22 received the trigger signal), and the transmission device 1 Are associated with each other and stored as one record. Data stored in the memory 26 is read by the control unit 20 as necessary, and is output to an external management device or the like through the output unit 27. The control unit 20 includes a microcomputer as a main component, and includes a CPU, a RAM, a ROM, and a serial communication interface. The output unit 27 is an output interface, and adopts a serial interface such as TIA / EIA-232-E and USB, and a parallel interface such as SCSI. The detection result taken out from the output unit 27 is used in a separate management device. In this embodiment, the flow line is measured by tracking the path along which the detection target Ob has moved.

受信装置２の各部の構成をさらに詳しく説明する。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、位置演算部２４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。疎密波の到来方向は、図３に示すように、直交座標におけるｘｚ平面とｙｚ平面との各角度として求められる。以下では、ｘｚ平面内での角度をθｘ、ｙｚ平面内での角度をθｙと記述する。つまり、到来方向は（θｘ，θｙ）の対で表される。 The configuration of each unit of the receiving device 2 will be described in more detail. The sparse / dense wave receiving unit 21 is an array sensor in which a plurality of receiving elements are arranged. In the position calculation unit 24, the time difference between the receiving times of the sparse and received waves by each receiving element and the arrangement position of the receiving elements are obtained. Based on this, the arrival direction of the density wave, that is, the direction in which the detection target Ob exists is obtained. As shown in FIG. 3, the arrival direction of the density wave is obtained as each angle between the xz plane and the yz plane in orthogonal coordinates. Hereinafter, the angle in the xz plane is described as θx, and the angle in the yz plane is described as θy. That is, the arrival direction is represented by a pair of (θx, θy).

疎密波の到来方向（θｘ，θｙ）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変換器２４ａ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２４ｂ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、位置演算部２４での処理はトリガ受信部２２の出力が得られてから一定時間である受波ゲート期間に制限される。 In order to obtain the arrival direction (θx, θy) of the sparse / dense wave, information including the time difference of the reception time at the receiving element that has received the sparse / dense wave is necessary. After the received signal is converted into received data that is a digital signal by the A / D converter 24a, the output corresponding to each receiving element is stored in the data storage unit 24b that temporarily stores the received signal. The sparse / dense wave receiving unit 21 always receives incoming sparse / dense waves, but the processing in the position calculation unit 24 is limited to a reception gate period that is a fixed time after the output of the trigger receiving unit 22 is obtained. The

データ格納部２４ｂに格納された受波データは受波ゲート期間の終了後に処理部２４ｃ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。処理部２４ｃはマイクロコンピュータを主構成要素とする。 The reception data stored in the data storage unit 24b is read into the processing unit 24c after the reception gate period ends, 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. The processing unit 24c has a microcomputer as a main component.

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４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疎密波の波面の角度がθ_０であるとき、疎密波の到来方向もθ_０になる。疎密波の速度を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_０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_０は、ΔＴ_０＝Ｌ・ｓｉｎθ_０／ｃである。すなわち、θ_０＝ｓｉｎ^−１（ΔＴ_０・ｃ／Ｌ）であって、時間差ΔＴ_０を求めると到来方向θ_０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. 4 (in practice, they are arranged two-dimensionally). ). When the angle of the wave front of the dense 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 velocity of the density wave is c, and the arrangement pitch (intermediate distance) of the wave receiving elements 40 is L, the time difference when the wave surface of the density wave whose arrival direction is θ ₀ reaches the adjacent wave receiving element 40. ΔT ₀ 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_０に対応した時間差ΔＴ_０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５（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_０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_０だけ遅延させる。つまり、図５（ｃ）の受波信号を２ΔＴ_０だけ遅延させ、図５（ｂ）の受波信号をΔＴ_０だけ遅延させると、両受波信号は時間軸方向において図５（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_０は当該遅延時間ΔＴ_０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, received signals as shown in FIGS. 5A to 5C are output from three adjacent receiving elements 40, and the received signals output from 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. 5C is delayed by 2ΔT ₀ and the received signal in FIG. 5B is delayed by ΔT ₀ , both received signals are shown in FIG. 5A in the time axis direction. 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_０を算出する目的においては差異はない。しかして、処理部２４ｃではデータ格納部２４ｂ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_０に対応するから、遅延時間にあらかじめ到来方向θ_０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２度刻みで検出することができるように設定される。この場合、図４において受波素子４０が配列された方向の角度分解能は２度になる。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。遅延加算処理は処理部２４ｃ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 processing unit 24c adds the delay time to the received data stored in the data storage unit 24b after applying a plurality of preset delay times and adding the delay time, and the delay when the addition result is maximized. 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 direction of arrival can be detected in increments of 2 degrees. In this case, the angular resolution in the direction in which the receiving elements 40 are arranged in FIG. 4 is 2 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 processing unit 24c.

図４の例では説明を簡単にするために受波素子４０を一直線上に配列した例で説明したが、疎密波受波部２１は、実際には、一平面上においてｘ方向とｙ方向とに複数個ずつの受波素子４０をたとえば十文字状に配列した二次元配列を有している。この構成により、ｘｚ平面内での到来方向θｘと、ｙｚ平面内での到来方向θｙとを同時に求めることができる。つまり、疎密波の到来方向を（θｘ，θｙ）の組合せで求めることができる。 In the example of FIG. 4, the wave receiving elements 40 are arranged on a straight line to simplify the explanation. However, the dense wave wave receiving unit 21 actually has an x direction and a y direction on one plane. For example, a two-dimensional array in which a plurality of receiving elements 40 are arranged in a cross shape, for example. With this configuration, the arrival direction θx in the xz plane and the arrival direction θy in the yz plane can be obtained simultaneously. That is, the arrival direction of the sparse / dense wave can be obtained by a combination of (θx, θy).

トリガ信号と疎密波とは同時に出力され、トリガ送信部１２からのトリガ信号の送信とトリガ受信部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、トリガ受信部２２でのトリガ信号の受信時刻と、疎密波受波部２１での疎密波の受波時刻との時間差は、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。ただし、上述したように本実施形態では床面ＦＬの上の二次元座標での座標位置を求める。つまり、三次元位置に対して既知の高さ寸法を用いることにより床面ＦＬの上での二次元座標を求めることができる。なお、この演算は処理部２４ｃにおいて行う。 Since the trigger signal and the dense wave are output at the same time, the trigger signal from the trigger transmitter 12 and the reception of the wireless signal at the trigger receiver 22 can be regarded as substantially simultaneous. The time difference between the reception time of the sparse wave and the reception time of the sparse / dense wave in the sparse / dense wave receiver 21 can be regarded as a time during which the sparse / dense wave propagates in 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. However, as described above, in this embodiment, the coordinate position in two-dimensional coordinates on the floor surface FL is obtained. That is, the two-dimensional coordinates on the floor surface FL can be obtained by using a known height dimension for the three-dimensional position. This calculation is performed in the processing unit 24c.

以上説明したように、受信装置２では送信装置１からのトリガ信号を受信すると、受波ゲート期間の制限内で受波信号を待ち受け、受波ゲート期間内に受波した疎密波のみを用いて疎密波の到来方向および送信装置１までの距離を算出し、検出対象Ｏｂの床面ＦＬの上の二次元座標（直交座標）での座標位置を求める。また、トリガ信号を受信した時刻およびトリガ信号に対応する識別データをメモリ２６に格納する。 As described above, when the receiving device 2 receives the trigger signal from the transmitting device 1, the receiving device 2 waits for the received signal within the limit of the receiving gate period, and uses only the dense wave received within the receiving gate period. The arrival direction of the sparse / dense wave and the distance to the transmission device 1 are calculated, and the coordinate position in two-dimensional coordinates (orthogonal coordinates) on the floor surface FL of the detection target Ob is obtained. The time at which the trigger signal is received and identification data corresponding to the trigger signal are stored in the memory 26.

なお、データ格納部２４ｂの容量は、受波素子４０の素子数と受波ゲート期間とＡ／Ｄ変換器２４ａのサンプリング周期とに依存する。たとえば、受波素子４０を８素子とし、Ａ／Ｄ変換器２４ａのサンプリング周期を１μｓ、受波ゲート期間を３０ｍｓ（送信装置１までの距離が約１０ｍの範囲内）とし、１データを１ワードで保存するとすれば（つまり、Ａ／Ｄ変換器２４ａの分解能が８ビットであるとすれば）、３０ｋワード×８素子＝２４０ｋワードの容量が必要になる。この程度の容量であれば、２５６ｋｂｙｔｅの容量を有するＳＲＡＭを用いることができる。 The capacity of the data storage unit 24b depends on the number of receiving elements 40, the receiving gate period, and the sampling period of the A / D converter 24a. For example, the receiving element 40 is 8 elements, the sampling period of the A / D converter 24a is 1 μs, the receiving gate period is 30 ms (the distance to the transmitting device 1 is within a range of about 10 m), and one data is one word. Therefore, if the resolution of the A / D converter 24a is 8 bits, a capacity of 30k words × 8 elements = 240k words is required. An SRAM having a capacity of 256 kbytes can be used with such a capacity.

上述した処理によって直交座標での送信装置１の座標位置を求めることができる。すなわち、位置演算部２４のうちＡ／Ｄ変換部２４ａ、データ格納部２４ｂ、処理部２４ｃにより直交座標での送信装置１の座標位置を求める送信位置演算部が構成される。 The coordinate position of the transmission device 1 in the orthogonal coordinates can be obtained by the above-described processing. That is, the A / D conversion unit 24a, the data storage unit 24b, and the processing unit 24c in the position calculation unit 24 constitute a transmission position calculation unit that obtains the coordinate position of the transmission device 1 in orthogonal coordinates.

ところで、疎密波受波部２１における到来方向（θｘ，θｙ）の角度分解能を、各角度θｘ，θｙについてそれぞれΔθとすると、疎密波受波部２１で受波した疎密波から得られる到来方向（θｘ，θｙ）は、各角度θｘ，θｙについてそれぞれ最大でΔθ／２の誤差を持つ。つまり、得られた到来方向（θｘ，θｙ）は、実際には（θｘ±Δθ／２，θｙ±Δθ／２）の範囲で誤差を含む可能性がある（この範囲を到来方向の誤差範囲という）。したがって、位置演算部２４において求めた送信装置１の座標位置は、到来方向（θｘ，θｙ）の角度分解能に起因する誤差を含んでいる可能性がある。そこで、本実施形態では、以下の演算によって送信装置１の座標位置を求めている。 By the way, if the angle resolution of the arrival directions (θx, θy) in the dense wave receiving unit 21 is Δθ for each angle θx, θy, the arrival direction obtained from the dense wave received by the dense wave receiving unit 21 ( θx, θy) has a maximum error of Δθ / 2 for each angle θx, θy. That is, the obtained arrival direction (θx, θy) may actually include an error in the range of (θx ± Δθ / 2, θy ± Δθ / 2) (this range is referred to as the error range of the arrival direction). ). Therefore, the coordinate position of the transmission device 1 obtained by the position calculation unit 24 may include an error due to the angular resolution of the arrival direction (θx, θy). Therefore, in the present embodiment, the coordinate position of the transmission device 1 is obtained by the following calculation.

いま、直交座標のｚ軸方向における送信装置１と受信装置２との距離が既知であるものとする。この距離は実質の距離であって、送信装置１において疎密波を送波する面と、受信装置２において疎密波を受波する面との距離を意味する。受信装置２に設定する直交座標は、ｘｙ平面に平行な平面上で送信装置１が移動するように設定される。つまり、送信装置１と受信装置２とのｚ軸方向における距離は一定であって、送信装置１と受信装置２との高さ位置の差ΔＨ（図３参照）になる。受信装置２で得られる疎密波の到来方向（θｘ，θｙ）は、上述のように、（θｘ±Δθ／２，θｙ±Δθ／２）の誤差範囲を有しているから、図６に示すように、送信装置１を含むｘｙ平面に沿った平面内で、送信装置１の位置の誤差範囲は、ｘ＝ΔＨ・ｔａｎ（θｘ±Δθ／２）、ｙ＝ΔＨ・ｔａｎ（θｙ±Δθ／２）として求めることができる。 Now, it is assumed that the distance between the transmitter 1 and the receiver 2 in the z-axis direction of orthogonal coordinates is known. This distance is a substantial distance, and means a distance between a surface that transmits a sparse / dense wave in the transmitter 1 and a surface that receives a sparse / dense wave in the receiver 2. The orthogonal coordinates set in the receiving device 2 are set so that the transmitting device 1 moves on a plane parallel to the xy plane. That is, the distance in the z-axis direction between the transmission device 1 and the reception device 2 is constant, and the height position difference ΔH between the transmission device 1 and the reception device 2 (see FIG. 3). The arrival direction (θx, θy) of the dense wave obtained by the receiving device 2 has an error range of (θx ± Δθ / 2, θy ± Δθ / 2) as described above, and is shown in FIG. Thus, within the plane along the xy plane including the transmission device 1, the error range of the position of the transmission device 1 is x = ΔH · tan (θx ± Δθ / 2), y = ΔH · tan (θy ± Δθ / 2).

このようにして、送信装置１の誤差範囲が求まれば、誤差範囲の中心座標（ｘｃ，ｙｃ）を送信装置１の座標位置として採用する。中心座標（ｘｃ，ｙｃ）は以下のように求めることができる。
ｘｃ＝ΔＨ｛ｔａｎ（θｘ＋Δθ／２）＋ｔａｎ（θｘ−Δθ／２）｝／２
ｙｃ＝ΔＨ｛ｔａｎ（θｙ＋Δθ／２）＋ｔａｎ（θｙ−Δθ／２）｝／２
いま、ΔＨ＝４．５ｍ、（θｘ，θｙ）＝（４３°，２８°）、Δθ＝２°とすれば、中心座標（ｘｃ、ｙｃ）＝（４．１９９，２．３９４）になる。なお、受信装置２から送信装置１までの距離は６．６０２ｍになる。また、誤差が最大になるときの座標位置と中心座標（ｘｃ，ｙｃ）との距離（座標位置の最大誤差）は０．１７９ｍになる。座標位置の誤差範囲と中心座標（ｘｃ，ｙｃ）と座標位置の最大誤差とは、到来方向（θｘ，θｙ）と差ΔＨとによって一意に決まり、差ΔＨは乗算するだけであるから、到来方向（θｘ，θｙ）の組ごとに差ΔＨを乗じる前の値をデータテーブルとしてもたせておけば、これらの値を求めるのが容易になる。 When the error range of the transmission device 1 is obtained in this way, the center coordinates (xc, yc) of the error range are adopted as the coordinate position of the transmission device 1. The center coordinates (xc, yc) can be obtained as follows.
xc = ΔH {tan (θx + Δθ / 2) + tan (θx−Δθ / 2)} / 2
yc = ΔH {tan (θy + Δθ / 2) + tan (θy−Δθ / 2)} / 2
If ΔH = 4.5 m, (θx, θy) = (43 °, 28 °), and Δθ = 2 °, the center coordinates (xc, yc) = (4.199, 2.394). Note that the distance from the receiving device 2 to the transmitting device 1 is 6.602 m. Further, the distance between the coordinate position and the center coordinates (xc, yc) when the error is maximized (maximum error of the coordinate position) is 0.179 m. The error range of the coordinate position, the center coordinate (xc, yc), and the maximum error of the coordinate position are uniquely determined by the arrival direction (θx, θy) and the difference ΔH, and the difference ΔH is simply multiplied. If the values before multiplying the difference ΔH for each set of (θx, θy) are provided as a data table, these values can be easily obtained.

位置演算部２４における上述の手順を図７にまとめて示す。まず、疎密波の到来方向（θｘ，θｙ）が求まると（Ｓ１）、角度分解能に基づいて到来方向の誤差範囲を求める（Ｓ２）。つまり、求めた到来方向（θｘ，θｙ）を中心にして角度分解能の角度幅を有する範囲を到来方向の誤差範囲とする。ここまでの演算の結果は、あらかじめデータテーブルとして登録しておいてもよい。次に、送信装置１を含む平面内で誤差範囲を求める（Ｓ３）。ｘｙ平面に平行な面内での誤差範囲がもとまれば、その中心座標を送信装置１の座標位置として採用する（Ｓ４）。また、誤差範囲に含まれ中心座標からもっとも遠い点と中心座標との距離を最大誤差として求める（Ｓ５）。 The above-described procedure in the position calculation unit 24 is collectively shown in FIG. First, when the arrival direction (θx, θy) of the sparse / dense wave is obtained (S1), the error range of the arrival direction is obtained based on the angular resolution (S2). That is, the range having the angular width of the angular resolution with the obtained arrival direction (θx, θy) as the center is set as the error range of the arrival direction. The calculation results so far may be registered in advance as a data table. Next, an error range is obtained in a plane including the transmission device 1 (S3). If an error range in a plane parallel to the xy plane is obtained, the center coordinate is adopted as the coordinate position of the transmitter 1 (S4). Further, the distance between the point farthest from the center coordinate included in the error range and the center coordinate is obtained as the maximum error (S5).

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８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８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 a transmission element 30 having a structure shown in FIG. In this transmission element 30, a heat insulating layer 32 made of a porous silicon layer is formed on one surface (upper surface in FIG. 8) 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９（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８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, even after the driving of the piezoelectric element is stopped, it is shown in FIG. Thus, reverberation continues due to resonance. On the other hand, the thermally excited wave transmitting element 30 shown in FIG. 8 has a low sharpness and substantially does not 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９（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９（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. 9A is generated. 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^３・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^３・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^３・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^３・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１０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１０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 capacitive wave receiving element 40 shown in FIG. 10, 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１０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. 10. 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 the 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８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１０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。その結果、複数台の送信装置１からの疎密波を次々に受信することが可能であり、受信装置１の検知エリア内に比較的多くの送信装置１が存在していても、各別に分離して位置を求めることが可能になる。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. 8 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. As a result, it is possible to receive the dense waves from a plurality of transmitters 1 one after another, and even if a relatively large number of transmitters 1 exist in the detection area of the receiver 1, they are separated separately. Position. 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.

上述の構成例では、到来方向（θｘ，θｙ）の誤差が最大である場合の座標位置の平均を送信装置１の座標位置の中心座標として求めているが、以下では、到来方向（θｘ，θｙ）だけではなく、受信装置２から送信装置１までの距離ｄも用いて送信装置１の座標位置の中心座標を求める例について説明する。なお、距離ｄは疎密波の伝播時間を用いて求めるほか、ｚ方向の高さ位置の差ΔＨが既知であるから、図３を見ればわかるように、差ΔＨと到来方向（θｘ，θｙ）とを用いて距離ｄを求めることもできる。 In the above configuration example, the average of the coordinate positions when the error of the arrival direction (θx, θy) is the maximum is obtained as the center coordinate of the coordinate position of the transmission device 1, but in the following, the arrival direction (θx, θy) In addition, an example in which the center coordinate of the coordinate position of the transmission device 1 is obtained using not only the distance d from the reception device 2 to the transmission device 1 will be described. The distance d is obtained using the propagation time of the dense wave, and since the difference ΔH in the height direction in the z direction is known, as can be seen from FIG. 3, the difference ΔH and the arrival direction (θx, θy) The distance d can also be obtained using

上述したように、受信装置２では送信装置１までの距離ｄを求めることができるから、図３に示した関係から明らかなように、送信装置１と受信装置２との高さ位置の差ΔＨと距離ｄとの関係から、ｚ軸を中心とし送信装置１の座標位置（ｘ，ｙ）を通る円の半径ｒを次式で求めることができる。
ｒ^２＝Ｌ^２−ΔＨ^２
また、座標位置（ｘ，ｙ）と半径ｒとには次の関係もある。
ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２
したがって、座標位置（ｘ，ｙ）の一方の成分と距離ｄとを用いることによって、座標位置（ｘ，ｙ）の他方の成分を求めることができる。
ｘ^２＝（Ｌ^２−ΔＨ^２）−ｙ^２
ｙ^２＝（Ｌ^２−ΔＨ^２）−ｘ^２
たとえば、上述の動作例と同じ値を用いると、ｘの最小値は４．１３７、ｘの最大値は４．２５２、ｙの最小値は２．１０９、ｙの最大値は２．６３０になる。上述の手順で求めた場合には、ｘの最小値は４．０５２、ｘの最大値は４．３４６、ｙの最小値は２．２９３、ｙの最大値は２．４９４であるから、ｘについては距離ｄを用いて求めたほうが誤差範囲が狭くなり、ｙについては距離ｄを用いずに求めたほうが誤差範囲が狭くなることがわかる。 As described above, since the receiving device 2 can determine the distance d to the transmitting device 1, as is clear from the relationship shown in FIG. 3, the height position difference ΔH between the transmitting device 1 and the receiving device 2. And the distance d, the radius r of a circle passing through the coordinate position (x, y) of the transmitter 1 with the z axis as the center can be obtained by the following equation.
r ² = L ² −ΔH ²
The coordinate position (x, y) and the radius r have the following relationship.
r ² = x ² + y ²
Accordingly, by using one component of the coordinate position (x, y) and the distance d, the other component of the coordinate position (x, y) can be obtained.
x ² = (L ² −ΔH ² ) −y ²
y ² = (L ² −ΔH ² ) −x ²
For example, if the same values as in the above operation example are used, the minimum value of x is 4.137, the maximum value of x is 4.252, the minimum value of y is 2.109, and the maximum value of y is 2.630. . When the above procedure is used, the minimum value of x is 4.052, the maximum value of x is 4.346, the minimum value of y is 2.293, and the maximum value of y is 2.494. It can be seen that the error range is narrower when the distance d is obtained using the distance d, and the error range is narrower when the distance y is obtained without using the distance d.

そこで、距離ｄを用いる場合と用いない場合との両方について送信装置１の座標位置（ｘ，ｙ）の誤差範囲を求め、座標位置（ｘ，ｙ）の各成分のうち誤差範囲が小さいほうを採用して中心座標（ｘｃ，ｙｃ）を求める。すなわち、上述した例では座標位置（ｘ，ｙ）のうち、ｘ成分については距離ｄを用いるほうが誤差範囲が小さく、ｙ成分については距離ｄを用いないほうが誤差範囲が小さいから、これらの値を用いて送信装置１の中心座標（ｘｃ，ｙｃ）を求めると、（ｘｃ，ｙｃ）＝（４．１９９，２．３９４）になる。なお、誤差が最大になるときの座標位置と中心座標（ｘｃ，ｙｃ）との距離は０．１１６ｍになる。つまり、この手順を採用すれば、中心座標（ｘｃ，ｙｃ）の誤差を小さくすることができる。 Wherein, determined both error range of the coordinate position of the transmitting device 1 (x, y) for the case with and without the use of distance d, smaller error range of each component of the coordinate position (x, y) The center coordinates (xc, yc) are obtained by adopting this method. That is, in the above-described example, among the coordinate positions (x, y), the error range is smaller when the distance d is used for the x component, and the error range is smaller when the distance d is not used for the y component. When the center coordinates (xc, yc) of the transmission apparatus 1 are obtained using (xc, yc) = (4.199, 2.394). Note that the distance between the coordinate position and the center coordinate (xc, yc) when the error is maximum is 0.116 m. That is, if this procedure is adopted, the error of the center coordinates (xc, yc) can be reduced .

距離ｄを用いた場合に、座標位置（ｘ，ｙ）のどちらの成分の誤差範囲が、距離ｄを用いない場合よりも小さくなるかは、到来方向（θｘ，θｙ）における各成分θｘ，θｙの絶対値の大小関係によって決まり、｜θｘ｜≧｜θｙ｜の関係が成立する領域では、ｘ成分については距離ｄとｙ成分とを用いるほうが誤差範囲が小さくなり、それ以外の領域ではｙ成分については距離ｄとｘ成分とを用いるほうが誤差範囲が小さくなる。 When the distance d is used, which component of the coordinate position (x, y) has a smaller error range than when the distance d is not used depends on each component θx, θy in the arrival direction (θx, θy). In the region where the relationship | θx | ≧ | θy | is established, the error range is smaller when the distance d and the y component are used for the x component, and the y component is used in other regions. For, the error range is smaller when the distance d and the x component are used.

位置演算部２４での処理手順を図１１にまとめて示す。まず、疎密波の到来方向（θｘ，θｙ）が求まると（Ｓ１）、角度分解能に基づいて到来方向の誤差範囲を求める（Ｓ２）。次に、送信装置１を含む平面内で誤差範囲を求め第１の誤差範囲とする（Ｓ３）。ここまでは図７に示した手順と同様である。 The processing procedure in the position calculation unit 24 is collectively shown in FIG. First, when the arrival direction (θx, θy) of the sparse / dense wave is obtained (S1), the error range of the arrival direction is obtained based on the angular resolution (S2). Next, an error range is obtained in a plane including the transmission device 1 and is set as a first error range (S3). The procedure so far is similar to the procedure shown in FIG.

第１の誤差範囲を求めた後、第１の誤差範囲のｘ成分とｙ成分との一方と距離ｄとを用いてｘ成分とｙ成分との他方の誤差範囲を求め、このようにして求めた誤差範囲を第２の誤差範囲とする（Ｓ４）。第１の誤差範囲と第２の誤差範囲とについて、ｘ成分とｙ成分との範囲を比較し、範囲の狭いほうを採用し、その中心座標を送信装置１の座標位置として採用する（Ｓ５）。また、誤差範囲に含まれ中心座標からもっとも遠い点と中心座標との距離を最大誤差として求める（Ｓ６）。 After obtaining the first error range, the other error range of the x component and the y component is obtained using one of the x component and the y component of the first error range and the distance d, and thus obtained. The determined error range is set as a second error range (S4). For the first error range and the second error range, the ranges of the x component and the y component are compared, the narrower range is adopted, and the center coordinate is adopted as the coordinate position of the transmission apparatus 1 (S5). . Further, the distance between the center coordinate and the point far from the center coordinate included in the error range is obtained as the maximum error (S6 ).

（実施形態２）
実施形態１においては送信装置１を検出対象Ｏｂである移動体に設け、受信装置２を天井面ＣＬなどの定位置に固定する例を示したが、図１２に示すように、送信装置１を天井面ＣＬなどの定位置に固定し、受信装置２を検出対象Ｏｂに搭載する構成を採用してもよい。この構成の場合も受信装置２に設定した直交座標では実施形態１と同様の関係が成立するから、同様の演算によって直交座標における送信装置１の中心座標（ｘｃ，ｙｃ）を求めることができる。 ( Embodiment 2 )
Oite to the first embodiment provided in the moving body as a detection object Ob transmission apparatus 1, an example of fixing the receiving apparatus 2 in place of the ceiling surface CL, as shown in FIG. 12, the transmitting device 1 may be fixed to a fixed position such as the ceiling surface CL, and the receiving device 2 may be mounted on the detection target Ob. Also in this configuration, since the same relationship as in the first embodiment is established in the orthogonal coordinates set in the receiving device 2, the central coordinates (xc, yc) of the transmitting device 1 in the orthogonal coordinates can be obtained by the same calculation.

なお、検出対象Ｏｂが移動体であって受信装置２を移動体に搭載する場合には、移動体の向きに応じて受信装置２に設定した直交座標がｚ軸の回りに回転するから、受信装置２にジャイロセンサのような方向センサを設け、移動体の向きを検出することによってｚ軸回りの回転を補正するのが望ましい。他の構成および動作は実施形態１と同様である。 In addition, when the detection target Ob is a moving body and the receiving device 2 is mounted on the moving body, the orthogonal coordinates set in the receiving device 2 rotate around the z-axis according to the orientation of the moving body. It is desirable to provide a direction sensor such as a gyro sensor in the device 2 and correct the rotation about the z-axis by detecting the direction of the moving body. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment .

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. 同上の原理説明図である。It is principle 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. 同上の原理説明図である。It is principle explanatory drawing same as the above. 同上における位置演算部の処理手順を示す動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing which shows the process sequence of the position calculating part in the 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. 同上の位置演算部の処理手順を示す動作説明図である。 It is operation | movement explanatory drawing which shows the process sequence of a position calculating part same as the above . 実施形態２の使用例を示す概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating an example of use of Embodiment 2 .

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トリガ送信部
２０制御部
２１疎密波受波部
２２トリガ受信部
２４位置演算部
２４ａＡ／Ｄ変換器
２４ｂデータ格納部
２４ｃ処理部（送信位置演算部）
４０受波素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission apparatus 2 Reception apparatus 10 Control part 11 Density wave transmission part 12 Trigger transmission part 20 Control part 21 Density wave reception part 22 Trigger reception part 24 Position calculating part 24a A / D converter 24b Data storage part 24c Processing part ( Transmission position calculation unit)
40 receiving element

Claims

A transmission device having a sparse wave transmission unit that intermittently transmits a sparse / dense wave, and a reception device that detects a relative position where the transmission device exists by receiving the sparse wave transmitted from the transmission device. The receiving device includes an array sensor in which a plurality of receiving elements that receive the dense wave transmitted from the dense wave transmission unit and convert the received dense wave into a received signal that is an electric signal are arranged. The third order in which the position of the transmitter is set in the receiver based on the time difference between the reception times of the dense waves by the receiving elements of the dense wave receiving section and the receiving elements of the dense wave receiving section and the arrangement positions of the receiving elements A transmission position calculation unit that obtains the coordinate position in the original orthogonal coordinates, and the transmission position calculation unit sets the orthogonal coordinates so as to obtain the coordinate position of the transmission device in a plane orthogonal to one coordinate axis in the orthogonal coordinates The coordinate axes and other coordinates With respectively obtained arrival direction of compressional waves each one and by two plane including each of the first error range of the coordinate position of the transmitter by using the angular resolution of the compressional wave reception unit as an error range of DOA Using the distance between the receiving device and the transmitting device and the first error range for one of the components of the coordinate position of the transmitting device, the second of the other components of the coordinate position of the transmitting device. An error range is obtained, and a component having a narrower one of the first error range and the second error range is adopted for each component of the coordinate position , and the center coordinate of the adopted error range is used as each component of the coordinate position of the transmitting device. A position detection system characterized by obtaining.

The position detection system according to claim 1, wherein a maximum distance from a center coordinate in an error range obtained for the transmission device is obtained as a maximum error of a coordinate position of the transmission device .

The transmission device includes a trigger transmission unit that transmits a trigger signal using electromagnetic waves simultaneously with transmission of the dense wave from the dense wave transmission unit, and the reception device receives the trigger signal transmitted from the trigger transmission unit. And the transmission position calculation unit converts the time from when the trigger reception unit receives the trigger signal until the sparse wave reception unit receives the sparse wave into a distance to the receiving device. The position detection system according to claim 1 or 2, characterized by the above.

4. The position detection system according to claim 1, wherein the receiving device is fixed at a fixed position, and a coordinate position of the transmitting device is obtained within orthogonal coordinates set in the receiving device. 5. .

The transmission device is fixed in position, the position detecting system according to any one of claims 1 to claim 3, characterized in that obtaining the coordinate position of the transmission device in the orthogonal coordinates set in the receiving device Mu.