JP4569588B2

JP4569588B2 - 動線計測システム

Info

Publication number: JP4569588B2
Application number: JP2007060646A
Authority: JP
Inventors: 弘通後藤; 山中　　浩; 和男澤田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: JP2007212466A

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。

従来から、ショッピングカートに現在位置を検出する機能を付加し、ショッピングカートの位置に応じて商品などの情報を提供する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のショッピングカートは、距離センサ、方向センサ、高さセンサを用いることによって、ショッピングカートの位置を検出するものであるから、初期位置を合わせるために、規定のスタート位置で位置情報をリセットする必要がある。

また、ショッピングカートの位置に応じて商品などの情報を提供する技術としては、ショッピングカートにＩＣタグを設けておき、商品の展示台に設けたリーダによってＩＣタグの識別情報を読み取ることで、ショッピングカートの接近を検出することも考えられている（たとえば、特許文献２参照）。
特開平６−１０７１８３号公報特開２００５−１０８１８０号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、ショッピングカートを使用するたびに、ショッピングカートをスタート位置に合わせて位置情報をリセットする必要があるから、使い勝手が悪いという問題を有している。また、ショッピングカートの位置を検出して商品情報を提示するだけなので、どのような顧客がどのような商品を購入したりどのような商品に関心を持つのかを分析することはできない。

特許文献２に記載の技術では、ショッピングカートをスタート位置に合わせて位置情報をリセットするというような手間はかからないが、ショッピングカートが商品に近付いたことを検出するだけであるから、ショッピングカートの移動の履歴を分析するのはやや困難である。また、特許文献１に記載のものと同様に、ショッピングカートが商品に近付いたときに商品情報を提示するだけなので、どのような顧客がどのような商品を購入したりどのような商品に関心を持つのかを分析することはできない。

特許文献２には、各ショッピングカートを他から識別するための識別情報をＩＣタグに記憶させているが、ショッピングカートは不特定多数の人が使用するものであり、ＩＣタグに記憶させた識別情報は各ショッピングカートに固定的に設定されているから、ショッピングカートを利用する顧客を識別する情報としては利用することができず、結局、顧客と商品とを結びつけることができない。しかも、識別情報を無線伝送路を用いて授受しているから、識別情報が傍受されて第三者に利用される可能性があり、顧客の個人情報を含む情報の伝送には適さないものである。

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、検出対象が移動した位置を追跡するにあたり、検出対象の位置の履歴と検出対象の固有情報とを一旦記憶部に格納した後に非無線の伝送経路を通して取り出すことにより、検出対象の移動の履歴の分析を容易にするとともに情報の秘匿性を高め、しかも、固有情報を入力する固有情報入力部を設けることにより、検出対象に応じた固有情報をいつでも入力可能とし、検出対象ごとの位置の履歴を分析可能とした動線計測システムを提供することにある。

請求項１の発明は、定位置に固定され疎密波を間欠的に送波する送信装置と、不特定多数の人が使用する移動体に搭載され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の相対的な位置を検出する受信装置と、受信装置で求めた位置の履歴により検出対象の移動した位置を追跡する管理装置とを備え、送信装置は、疎密波を送波する疎密波送波部を備え、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する疎密波の到来方向を求めるとともに送信装置との距離を求める位置演算部と、受信装置を搭載した移動体の固体情報と使用者を特定する個人情報とを固有情報として入力する固有情報入力部と、位置演算部で求めた送信装置の相対位置の履歴と固有情報入力部から入力した固有情報とを記憶する記憶部と、記憶部に格納した記憶内容を非無線の伝送経路で取り出すインターフェイスとを備え、インターフェイスは、人体が接触可能な電極と、人体に装着されたリーダライタとの間で電極に触れた人体を伝送経路の一部に用いたデータ通信を可能にするデータ通信装置とを備え、リーダライタは、受信装置にあらかじめ登録した識別情報を持つときに当該受信装置と通信する機能と、受信装置との通信により記憶部から記憶内容を読み込んで記憶する機能と、記憶した記憶部の記憶内容を受信装置とは別に設けた管理装置に引き渡す機能とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、移動体の固体情報と使用者を特定する個人情報とを固有情報として固有情報と位置の履歴とを対応付けて記憶部に記憶させるので、移動体が移動した経路を移動体ごとに分析することが可能になる。しかも、固有情報は固有情報入力部から入力することができるから、移動体に応じた固有情報をいつでも入力することができ、たとえば、ショッピングカートのように不特定多数の人が使用する部材でも、使用する各個人ごとの固有情報を与えることが可能になる。さらに、記憶部の記憶内容は非無線の伝送経路で取り出すので、無線伝送路を用いる場合に比較して個人情報を含む固有情報の秘匿性が高くなる。しかも、人体を伝送経路の一部に用いるとともに人体に装着したリーダライタを介在させて受信装置と監視装置との間でデータを転送することができるから、有線でのデータ通信のようなケーブルの接続が不要であり、無線でのデータ通信に比較するとデータの漏洩を防止して秘匿性を高めることができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記リーダライタは、前記リーダライタを装着した人体が前記電極に接触すると、前記インターフェイスと交信し、前記記憶部から記憶内容の読出を開始することを特徴とする。

この構成によれば、リーダライタにおいて受信装置の記憶内容を確実に取り込むことが可能になる。

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、前記リーダライタは、前記記憶部から記憶内容の読出が終了すると報知することを特徴とする。

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、前記受信装置は、時刻を計時する時計部を有し、前記リーダライタは時計機能を有し、前記インターフェイスは、前記記憶部の記憶内容を前記リーダライタに転送するとともに前記リーダライタから時刻情報を受信する機能を有し、前記時計部は前記リーダライタからの時計情報を用いて時刻を修正する機能を有することを特徴とする。

この構成によれば、時計部で計時している時刻をリーダライタの管理する時刻に自動的に合わせるから、時刻の精度が高くなるとともに、リーダライタが複数台の受信装置を管理する場合に、各受信装置の時刻をほぼ一致させることが可能になる。

本発明の構成によれば、移動体の固体情報と使用者を特定する個人情報とを固有情報として固有情報と位置の履歴とを記憶部に記憶させるので、移動体が移動した経路を検出対象ごとに分析することが可能になるという利点がある。また、固有情報は固有情報入力部から入力することができるから、移動体に応じた固有情報をいつでも入力することができ、たとえば、ショッピングカートのように不特定多数の人が使用する部材でも、使用する各個人ごとの固有情報を与えることが可能になる。さらに、検出対象が移動した経路を記憶内容として記憶部に蓄積し、記憶部の記憶内容をインターフェイスを通して外部に取り出すのであって、記憶部の記憶内容を非無線の伝送経路で取り出すので、無線伝送路を用いる場合に比較すると情報の漏洩の可能性を低減でき個人情報を含む固有情報の秘匿性が高くなるという利点がある。しかも、人体を伝送経路の一部に用いるとともに人体に装着したリーダライタを介在させて受信装置と監視装置との間でデータを転送することができるから、有線でのデータ通信のようなケーブルの接続が不要であり、無線でのデータ通信に比較するとデータの漏洩を防止して秘匿性を高めることができる。

（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、床面ＦＬの上方である天井面ＣＬの定位置には疎密波を送波する送信装置１を設置し、検出対象Ｏｂには疎密波を受波する受信装置２を搭載する。したがって、既知の位置に送信装置１が配置されることになる。本実施形態では、送信装置１を天井面ＣＬに設置する例を示しているが、壁面に設置してもよい。また、受信装置２において送信装置１の相対位置を計測し、送信装置１に関する既知の座標位置と計測した相対位置とから受信装置２の座標位置を求めるものとする。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。

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。

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、制御部２０には、入出力が可能なインターフェイス２６が付加される。インターフェイス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、外部装置としてのコンピュータサーバのような管理装置（図示せず）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。インターフェイス２６は、必ずしもケーブルを必要とはしないが、無線伝送路を用いない構成を採用する。

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、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、送信装置１の配置は既知であるから、送信装置１の配置を特定する絶対座標における疎密波の到来方向を求めることができる。

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（ＣｏｍｐｌｅｘＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＤｅｖｉｃｅ）あるいはＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）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。

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。

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。

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。

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_０であるとき、疎密波の到来方向もθ_０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_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。

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_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４（ｃ）の受波信号を２ΔＴ_０だけ遅延させ、図４（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_０は当該遅延時間ΔＴ_０に対応しているといえる。

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、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_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。

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。

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受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、制御部２０では、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の相対的な距離を求める。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、制御部２０において送信装置１の三次元位置を求めるから制御部２０が位置演算部として機能する。

ところで、上述した管理装置は、検出対象Ｏｂとは別に設けられる。たとえば、検出対象Ｏｂがショッピングカートであれば、管理装置とともに用いることにより、ショッピングカートの移動した位置を追跡する動線計測システムを構成することができる。この場合、制御部２０で求めた位置の履歴を記憶部２７に格納しておき、インターフェイス２６を介して接続される管理装置に記憶部２７の記憶内容を転送する。記憶部２７には、フラッシュメモリあるいはハードディスクを用いる。

記憶部２７には受信装置２に設定された固有情報も格納される。固有情報は、受信装置２、検出対象Ｏｂ、検出対象Ｏｂの使用者などを特定する情報であり、たとえば、検出対象Ｏｂがショッピングカートである場合には、ショッピングカートの固体情報とショッピングカートの使用者を特定する個人情報とを用いればよい。個人情報は、必ずしも個人を特定する情報でなくてもよく、たとえば年齢と性別程度の情報であってもよい。年齢と性別とを固有情報として位置の履歴とともに記憶部２７に登録しておけば、管理装置で年齢別や男女別に関心を持つ商品の傾向を整理することが可能になり、ある種のマーケティングリサーチが可能になる。

固有情報は固有情報入力部２８から入力される。固有情報入力部２８は、キーボードを用いてもよいが、磁気カードやＩＣカードを読み取るカードリーダを用いれば、ショッピングカードなどの情報を読み取って固有情報を取り込むことが可能になる。

本実施形態では、受信装置２にディスプレイとスピーカとの少なくとも一方を用いた情報提示部２９を設けてあり、固有情報入力部２８から読み取った固有情報に対して記憶部２７に適宜の提示情報が記憶されている場合には、情報提示部２９を通して使用者に情報を提示する。

たとえば、ショッピングカートに取り付けたカードリーダにショッピングカードを読み取らせると、ショッピングカードに登録された固有情報に照応した商品情報（お勧め商品や関心を持ちそうな新商品などの情報）を記憶部２７から抽出し、情報提示部２９により提示する。情報提示部２９による商品情報の提示は、制御部２０で検出している位置と連動させてもよい。たとえば、制御部２０で検出した位置によって、提示しようとする商品情報に関連する商品を陳列した商品棚に受信装置２が近付いたと判断したとき（商品棚の位置を中心とする所定範囲をあらかじめ設定しておき、その範囲内に入ったことを検出したとき）、その陳列棚の商品に関連する商品情報を情報提示部２９に提示するのである。このような情報提示によって、顧客に満足度の高い情報提示が可能になる。情報提示部２９に提示する情報は、管理装置から記憶部２７にあらかじめ取り込んでおけばよい。

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。

そこで、疎密波送波部１１には、図５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５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。

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。

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６（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５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。

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６（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６（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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を二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。

この種の受波素子４０は、図７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。

図７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。

なお、受波素子４０は図７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。

図５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７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。

（実施形態２）
本実施形態は、図８に示すように、実施形態１の構成に加えて時刻を計時する時計部１６を設けたものである。時計部１６はリアルタイムクロックＩＣからなり、セットした時刻をもとに時刻を計時する。時計部１６で計時される時刻は、制御部２０において検出した位置と対応付けて記憶部２７に登録される。つまり、制御部２０で検出された位置が更新されるたびに記憶部２７には位置と時刻とが格納される。

このように、受信装置２の位置と時刻とを対応付けて記憶部２７に格納しておくことにより、管理装置では記憶部２７の記憶内容から、特定の位置に停止していた時間や特定の場所間の移動速度などを知ることが可能になる。したがって、検出対象Ｏｂがショッピングカートである場合には、どの商品の近くで停止していたか、あるいはどの商品に近付くときの速度が速かったかなどの情報を取得することができ、固有情報で対応付けられた顧客の嗜好を分析するための情報として用いることができる。

なお、時計部１６の時刻合わせは、管理装置によって行うのが望ましい。つまり、時計部１６には時刻情報が与えられると時刻を修正する機能を設け、管理装置にはインターフェイス２６を通して時計部１６に時刻情報を与える機能を設けておくのが望ましい。インターフェイス２６では記憶部２７の記憶内容が管理装置で読み出される際に、管理装置からの時計情報を受信する機能を有しており、制御部２０ではインターフェイス２６を通して受信した時計情報を時計部１６に与えることによって時計部１６の時刻を修正させる。この構成を採用することにより、記憶部２６の記憶内容を管理装置で読み出す際に時計部１６の時刻が自動的に修正されるから、受信装置２の時計部１６で計時する時刻を管理装置の時刻にほぼ一致させておくことができる。つまり、複数台の受信装置２を１台の管理装置で管理する場合には、各受信装置２における時計部１６で計時する時刻をほぼ一致させることができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態は、受信装置２と管理装置との間のデータの受け渡しの際の秘匿性を高めるために、受信装置２のインターフェイス２６を、図９に示すように、一対の電極１７ａ，１７ｂと、電極１７ａ，１７ｂを通して人体Ｍを伝送経路とするデータ通信を可能にするデータ通信装置（図示せず）とで構成している。

人体Ｍにはリーダライタ５０が装着され、リーダライタ５０に設けた電極５１ａ，５１ｂと受信装置２の電極１７ａ，１７ｂとの間の伝送経路の一部として人体Ｍが用いられる。図示するリーダライタ５０は人体Ｍの片方の腕部に装着される。したがって、リーダライタ５０には、腕部に装着するためのリストバンドのような装着具が設けられる。リーダライタ５０に設けた電極５１ａ，５１ｂは、ともに人体Ｍに接触し、図示する構成では、両電極５１ａ，５１ｂが腕の長手方向に離間して配置されている。また、受信装置２の一方の電極１７ａは人体Ｍの一部（たとえば、指先）が接触可能になるように配置され、受信装置２の他方の電極１７ｂは人体Ｍには接触せず、人体Ｍから離間するように配置される。

データ通信装置は、制御部２０から出力されたデータで変調した交流電圧を一対の電極１７ａ，１７ｂに印加するように構成される。また、データ通信装置は、一対の電極１７ａ，１７ｂに印加された交流電圧からデータを抽出して制御部２０に与える機能も備える。リーダライタ５０も同様の構成のデータ通信装置（図示せず）を内蔵しており、さらにリーダライタ５０にはデータ通信装置を通して受信したデータを記憶する記憶部（図示せず）が設けられる。データ通信装置は記憶部に記憶したデータを送信する機能も備える。

受信装置２とリーダライタ５０との間でデータ通信を行うには、リーダライタ５０を装着した腕の指先を受信装置２の電極１７ａに接触させる。この状態において、電極１７ａ−人体Ｍ−電極５１ａ−人体Ｍ−電極５１ｂ−人体Ｍ−（人体Ｍと電極１７ｂとの間の静電容量）−電極１７ｂというループ状の伝送経路が形成される。この伝送経路に含まれるインピーダンスを考察すると、電極１７ａと電極５１ａとの間に人体ＭによるインピーダンスＺ１があり、電極５１ａ，５１ｂの間に人体ＭによるインピーダンスＺ２がある。また、電極１７ｂと人体Ｍとは接触していないが、電極１７ｂと人体Ｍとの間の静電容量によるインピーダンスＺ４がある。電極５１ｂと電極１７ｂとのインピーダンスには、静電容量によるインピーダンスＺ４のほか、人体ＭによるインピーダンスＺ３も含まれる。さらに、電極１７ａと人体Ｍとの接触抵抗によるインピーダンスＺ５や、電極５１ａ，５１ｂと人体Ｍとの接触抵抗によるインピーダンスＺ６も伝送経路に含まれる。なお、電極５１ｂと電極１７ｂとの間には図９に破線で示した経路も含まれる。

電極１７ａ，１７ｂには交流電圧が印加されるから、静電容量によるインピーダンスＺ４を含む伝送経路を通してデータを伝送することが可能になる（この種のいわゆる人体伝送の技術は周知であって、たとえば特開２００１−７７７３５号公報に記載されている）。

上述したリーダライタ５０を用いることによって、受信装置２の記憶部２６に格納された記憶内容をリーダライタ５０で読み出すことが可能になる。受信装置２から記憶内容をリーダライタ５０に読み出す際には、人体Ｍを通していわば有線でデータ通信を行っているから、無線伝送路のようにデータが外部に漏洩する可能性が少なくデータの秘匿性が高くなる。また、通常の有線伝送路を用いる場合のようなコネクタなどの接続が不要であって、リーダライタ５０を装着した人が指先を電極１７ａに触れるだけでよいから、ケーブルの着脱作業が不要である。

ここに、受信装置２と通信可能なリーダライタ５０をあらかじめ受信装置２に登録した識別情報を持つリーダライタ５０に制限しておけば、受信装置２の記憶内容が不用意に読み出されることが防止され、データの秘匿性が一層高くなる。また、指先を電極１７ａに接触させた時点で、受信装置２とリーダライタ５０との間で交信することによりリーダライタ５０によるデータの読出を開始するようにし、データの読出が終了した時点で、リーダライタ５０において終了を示す報知を行うようにすれば、受信装置２の記憶内容をリーダライタ５０に確実に取り込むことが可能になる。この報知は受信装置２で行ってもよいのはもちろんのことである。

リーダライタ５０に取り込まれたデータは、図示しない管理装置に取り出される。管理装置は、受信装置２と同様に、人体Ｍに接触する電極と人体Ｍとは静電容量によって結合される非接触の電極とを有し、リーダライタ５０との間でデータ通信を行う。リーダライタ５０と管理装置との間では、リーダライタ５０が受信装置２の記憶部２６から読み込んだデータを管理装置に引き渡す。この場合も、データの転送終了をリーダライタ５０において報知すればよい。この報知を管理装置で行ってもよいのはもちろんのことである。

この構成により、リーダライタ５０と管理装置とを接続するケーブルが不要である上に、リーダライタ５０と管理装置との間でデータ通信を行う際のデータの秘匿性を確保することができる。

なお、本実施形態の構成では、管理装置と受信装置２との間でデータを直接授受せず、リーダライタ５０を介在させているから、受信装置２に設けた時計部１６の時刻を管理装置の時刻に合わせて自動修正することはできないが、リーダライタ５０に時計機能を持たせ、リーダライタ５０で計時する時刻を用いて受信装置２の時計部１７で計時する時刻を自動修正することは可能である。さらに、リーダライタ５０が計時する時刻を管理装置が計時する時刻で自動修正してもよい。

以上説明したように、本実施形態では有線伝送路を用いる場合のようなケーブル接続の煩わしさがなく、無線伝送路を用いる場合に比較してデータの秘匿性が高くなる。したがって、受信装置２で取得した固有情報を管理装置に転送する際の利便性が高くなる。なお、他の構成および動作は実施形態１、２と同様である。

実施形態１を示すブロック図である。同上の使用例を示す概略構成図である。同上の動作説明図である。同上の動作説明図である。同上に用いる送波素子の一例を示す断面図である。同上の動作説明図である。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。実施形態２を示すブロック図である。実施形態３を示す概略構成図である。

符号の説明

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
１６時計部
１７ａ電極
１７ｂ電極
２０制御部（位置演算部）
２１疎密波受波部
２２識別データ受信部
２３Ａ／Ｄ変換器
２４データ格納部
２５タイミング制御部
２６インターフェイス
２８固有情報入力部
２７記憶部
４０受波素子
５０リーダライタ
Ｍ人体
Ｏｂ検出対象

Claims

定位置に固定され疎密波を間欠的に送波する送信装置と、不特定多数の人が使用する移動体に搭載され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の相対的な位置を検出する受信装置と、受信装置で求めた位置の履歴により検出対象の移動した位置を追跡する管理装置とを備え、送信装置は、疎密波を送波する疎密波送波部を備え、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する疎密波の到来方向を求めるとともに送信装置との距離を求める位置演算部と、受信装置を搭載した移動体の固体情報と使用者を特定する個人情報とを固有情報として入力する固有情報入力部と、位置演算部で求めた送信装置の相対位置の履歴と固有情報入力部から入力した固有情報とを記憶する記憶部と、記憶部に格納した記憶内容を非無線の伝送経路で取り出すインターフェイスとを備え、インターフェイスは、人体が接触可能な電極と、人体に装着されたリーダライタとの間で電極に触れた人体を伝送経路の一部に用いたデータ通信を可能にするデータ通信装置とを備え、リーダライタは、受信装置にあらかじめ登録した識別情報を持つときに当該受信装置と通信する機能と、受信装置との通信により記憶部から記憶内容を読み込んで記憶する機能と、記憶した記憶部の記憶内容を受信装置とは別に設けた管理装置に引き渡す機能とを備えることを特徴とする動線計測システム。
前記リーダライタは、前記リーダライタを装着した人体が前記電極に接触すると、前記インターフェイスと交信し、前記記憶部から記憶内容の読出を開始することを特徴とする請求項１記載の動線計測システム。
前記リーダライタは、前記記憶部から記憶内容の読出が終了すると報知す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。
前記受信装置は、時刻を計時する時計部を有し、前記リーダライタは時計機能を有し、前記インターフェイスは、前記記憶部の記憶内容を前記リーダライタに転送するとともに前記リーダライタから時刻情報を受信する機能を有し、前記時計部は前記リーダライタからの時計情報を用いて時刻を修正する機能を有す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。