JP5518314B2 - 物体測位装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体検出範囲を移動する物体を測位する物体測位装置に関し、特に、自身の軸心を中心とした所定内角の円錐状に物体検出範囲を発生する測位センサ素子を利用した物体測位装置に関する。

現在、セキュリティや人員の動線検出などのため、物体検出範囲を移動する物体を測位する物体測位装置が利用されている。このような物体測位装置は、例えば、自身の軸心を中心とした所定内角の円錐状に物体検出範囲を発生する測位センサ素子からなる。

より具体的には、このような測位センサ素子は、例えば、物体検出範囲の内角が７０°ほどであり、有効な物体検出範囲は６０°ほどとなる。物体測位装置は、このような測位センサ素子を軸心が鉛直方向となるようにセンサ支持機構で支持した構造からなる。

このような物体測位装置を、例えば、特定の物体検出空間の天井面に配列することで、その物体検出空間の人員の移動などを検出できる。その場合、物体検出空間を自由に移動する人員を確実に検出するためには、多数の物体測位装置を、物体検出範囲が相互に隙間なく略最小限にオーバーラップするように配列する必要がある。

当然ながら、必要な物体測位装置の個数は、上述した物体検出範囲の内角の他、物体検出空間の面積および形状、天井面から検出位置までの上下間隔、などに依存する。本発明者が、ある物体検出空間に物体測位装置を必要最小限に設置したところ、１９８個が必要であった。

現在、上述のような物体測位装置として各種の提案がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３１１１２５号公報

しかし、上述のように物体検出空間の天井面に多数の物体測位装置を配列することは、施工の作業性や美観の観点から好適とはいえない。特に、一般的に天井面には、照明器具、空調機器、防災設備、スピーカユニット、等が設置されていることがある。このような場合、上述のように多数の物体測位装置を必要な位置に過不足なく配列することが困難なことがある。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、特定の物体検出空間の天井面に過不足なく物体測位装置を配列するような場合でも、その個数を大幅に削減することができる物体測位装置を提供するものである。

本発明の物体測位装置は、物体検出範囲を移動する物体を測位する物体測位装置であって、自身の軸心を中心とした所定内角の円錐状に物体検出範囲を発生する複数の測位センサ素子と、物体検出範囲が相互に隙間なく略最小限にオーバーラップする配置に複数の測位センサ素子を特定内角で放射状に支持しているセンサ支持機構と、を有する。

従って、本発明の物体測位装置では、複数の測位センサ素子が自身の軸心を中心とした所定内角の円錐状に物体検出範囲を発生する。このような複数の測位センサ素子を、物体検出範囲が相互に隙間なく略最小限にオーバーラップする配置にセンサ支持機構が特定内角で放射状に支持している。このため、複数の測位センサ素子の円錐状の物体検出範囲が疑似的に一つの物体検出範囲として機能する。

また、上述のような物体測位装置において、測位センサ素子は、円錐状の物体検出範囲の有効な内角がＡ°であり、センサ支持機構は、複数の測位センサ素子を軸心の内角が(３Ａ／４)°となる配置で放射状に支持していてもよい。

また、上述のような物体測位装置において、測位センサ素子は、円錐状の物体検出範囲の有効な内角が略６０°であり、センサ支持機構は、複数の測位センサ素子を軸心の内角が略４５°となる配置で放射状に支持していてもよい。

また、上述のような物体測位装置において、測位センサ素子は、七個あり、センサ支持機構は、一個の測位センサ素子を中心に六個の測位センサ素子を正六角形状に支持していてもよい。

なお、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。

本発明の物体測位装置では、複数の測位センサ素子が自身の軸心を中心とした所定内角の円錐状に物体検出範囲を発生する。このような複数の測位センサ素子を、物体検出範囲が相互に隙間なく略最小限にオーバーラップする配置にセンサ支持機構が特定内角で放射状に支持している。このため、複数の測位センサ素子の円錐状の物体検出範囲が疑似的に一つの物体検出範囲として機能する。従って、測位センサ素子が一個しかない従来装置に比較して物体検出範囲の内角を大幅に拡開することができる。このため、特定の物体検出空間の天井面に過不足なく物体測位装置を配列するような場合でも、その個数を大幅に削減することができる。

本発明の実施の一形態を図面を参照して以下に説明する。なお、本実施の形態では図示するように上下方向を規定して説明する。しかし、これは構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定するものである。従って、本発明を実施する製品の製造時や使用時の方向を限定するものではない。

本実施の形態の物体測位装置１００は、物体検出範囲を移動する物体を測位する。のため、物体測位装置１００は、図１および図２に示すように、自身の軸心を中心とした所定内角の円錐状に物体検出範囲ＯＳＡを発生する複数の測位センサ素子１１０と、物体検出範囲ＯＳＡが相互に隙間なく略最小限にオーバーラップする配置に複数の測位センサ素子１１０を特定内角で放射状に支持しているセンサ支持機構１２０と、を有する。

より具体的には、本実施の形態の物体測位装置１００では、測位センサ素子１１０は、七個あり、センサ支持機構１２０は、一個の測位センサ素子１１０を中心に六個の測位センサ素子１１０を正六角形状に支持している。

測位センサ素子１１０は、円錐状の物体検出範囲ＯＳＡの有効な内角が略６０°であり、センサ支持機構１２０は、複数の測位センサ素子１１０を軸心の内角が略４５°となる配置で放射状に支持している。

このため、測位センサ素子１１０の物体検出範囲ＯＳＡの有効な内角をＡ°とすると、センサ支持機構１２０は複数の測位センサ素子１１０を軸心の内角が(３Ａ／４)°となる配置で放射状に支持していることになる。

なお、センサ支持機構１２０は、図示するように、円盤状の支持ベース部１２１を有しており、この支持ベース部１２１の下面中央から下方にセンサ支持部１２２が突出している。

このセンサ支持部１２２は、下端が水平に形成されており、その周囲は六角錐状に形成されている。その六面は支持ベース部１２１の鉛直な軸心から４５°に傾斜しており、このように傾斜した六面と中央の水平な下面の各々に、七個の測位センサ素子１１０が一個ずつ配置されている。

上述のような構成において、本実施の形態の物体測位装置１００では、図３に示すように、複数の測位センサ素子１１０が自身の軸心を中心とした６０°などの所定内角の円錐状に物体検出範囲ＯＳＡを発生する。

このような複数の測位センサ素子１１０を、物体検出範囲ＯＳＡが相互に隙間なく略最小限にオーバーラップする配置に、センサ支持機構１２０が４５°などの特定内角で放射状に支持している。

このため、本実施の形態の物体測位装置１００では、図４に示すように、複数の測位センサ素子１１０の円錐状の物体検出範囲ＯＳＡが疑似的に一つの物体検出範囲ＯＳＡ′として機能する。

従って、測位センサ素子１１０が一個しかない従来装置(図示せず)に比較して物体検出範囲ＯＳＡ′の内角を１５０°などと大幅に拡開することができる。このため、特定の物体検出空間の天井面に過不足なく物体測位装置１００を配列するような場合でも、その個数を大幅に削減することができる。

なお、前述のように、本発明者が、ある物体検出空間(図示せず)に従来の物体測位装置を必要最小限に設置したところ１９８個が必要であった。しかし、本実施の形態の物体測位装置を必要最小限に設置したところ、必要な個数は２２個であった。従って、その施工の作業性を大幅に向上させることができ、天井面の美観も向上させることができる。

なお、本実施の形態の物体測位装置１００は、上述のように複数の測位センサ素子１１０が実装されているので、その検出信号の処理アルゴリズムも従来とは相違することになる。

例えば、実装されている七個の測位センサ素子１１０が一個でも移動する物体を検出したときは、これを物体測位装置１００の検出結果として採用する。一方、七個の測位センサ素子１１０が一個でもノイズを検出したときは、七個の測位センサ素子１１０の全部の検出結果をキャンセルする、のような信号処理が可能である。

特に、本実施の形態の物体測位装置１００では、測位センサ素子１１０は、円錐状の物体検出範囲ＯＳＡの有効な内角が略６０°であり、センサ支持機構１２０は、複数の測位センサ素子１１０を軸心の内角が略４５°となる配置で放射状に支持している。

そして、センサ支持機構１２０は、一個の測位センサ素子１１０を中心に六個の測位センサ素子１１０を正六角形状に支持している。このため、有効な内角が略６０°の測位センサ素子１１０を略最良の効率で利用することができる。

ここで、上述のことを以下に順番に説明する。まず、測位センサ素子１１０の受信可能な角度は、現実には全角で７０°程度であるが、測位センサ素子１１０の個体差等を考慮し、［１］では安全率をとり全角で６０°とし、考察してゆく。

［１］中央のセンサと周囲六個のセンサの角度説明（現状なぜ４５°になっているのか）。

内側に隙間が無いように配置を考える。測位センサ素子１１０一個一個の受信可能な範囲を円錐形で表現すると、図５のようになる。円錐形は適切に配置しないと隙間、つまり受信不可能な範囲が現れる。

隙間を無くすために、円錐状の物体検出範囲ＯＳＡがオーバーラップするように測位センサ素子１１０の配置を決めてゆく。まず、直下に対してどの位置でも受信可能になるような測位センサ素子１１０の配置を検討する。

図６に示すように、二つの円錐状の物体検出範囲ＯＳＡがオーバーラップしつつ、垂線同士が角度αほど傾いている状態について考える。まず、単純なモデルとして、図７に示すように、同じ直径の円を、中心に一つ配し、その円周上に、それぞれの円が接する状態、すなわち、真下を向いた一個の測位センサ素子１１０に対し、六個の測位センサ素子１１０を六等配の角度（＝６０°）で配置する場合で検討を開始した。

このとき、傾いている側、つまり円周上に並べたの測位センサ素子１１０の受信可能な範囲を円で近似すると上図のαは以下の式の通りとなる。外周の測位センサ素子１１０の有効範囲を円形とすると以下のようになる。

［数１］
ｘ＝２＊（COS(30°）＊ｒ１）
＝２＊（COS(30°）＊（H＊TAN(30°)））
＝２＊H＊SIN(30°)
＝１H
［数２］
α＝ArcTan(X/H）
＝45°

つまり、測位センサ素子１１０の物体検出範囲ＯＳＡを円錐形とし、中心に一個、外周に６０°づつ六個の合計七個を配置したとき、以上の計算より、真下を向いた中央の素子から４５°の角度をつけて、外周の六個の素子を配置したとき、直下に対して受信不可の範囲が無くなる事がわかった。

このとき、図８に示すように、物体測位装置１００の全体としての受信可能な角度は、半角で７５°、全角だと１５０度である。

［２］外周六個の測位センサ素子１１０の個数の説明（現状なぜ円周を六等分にしているのか）つぎに、外周の測位センサ素子１１０同士の関係について考察する。

前述の［１］に於いて、真下に一個、外周に六個の合計七個を配置することが効率がよいと分かったが、外周の六個の測位センサ素子１１０同士が上手く機能しているか考察する。

測位センサ素子１１０の取付け角が４５°、測定可能な範囲が全角で７０°のとき、高さＨの床に描かれる楕円は、図９および図１０に示すように、半減全角が７０°なので、楕円の公式により、以下のようになる。

［数３］
(x/a)^2+(y/b)^2=1
a＝2.747477 H ：（H＊tan(中心+（全角/2)-H＊tan（中心-（全角/2）））/2
0.990243 H ：（H/cos(中心)）*tan(（全角/2））
1.923804 H ：(（H＊tan(中心+（全角/2）)+H＊tan(中心-（全角/2）））/2)
-H*tan(中心）
b＝1.649376 H

ここで、計算のために中央部の影響は小さいとし、周囲に配置する測位センサ素子１１０の数だけ楕円を原点から放射状に配置する。そして、図１１に示すように、上で求めた楕円をいくつ並べたときにｒがどのように変化するかを検証した。

結果として、六個までは測位センサ素子１１０を円周上に並べたとき、劇的に受信可能な範囲が広がるが、七個以上すると受信可能な範囲は広がるが、製造コストを考慮すると、六個とするのが妥当だと考える。以上の理由により、測位センサ素子１１０の配置を決定した。

なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では説明を簡単とするため、試作品の簡単な意匠の物体測位装置１００を例示した。

しかし、このような物体測位装置は各種にデザインすることができる。例えば、図１２ないし図１５に例示する物体測位装置２００は、円盤状の支持ベース部２１１の下面に円滑な半円球状にセンサ支持部２１２が突出しており、その外面に七個の測位センサ素子１１０が配列されている。支持ベース部２１１の上面には円筒状のベース本体部２１３が形成されており、これで素子支持部材２１０が形成されている。

この物体測位装置２００では、センサ支持部２１２の突出が必要最小限であるとともに、その外形が円滑である。このため、天井面に物体測位装置２００を施工したときに目立たず、天井面の美観を損なうことを抑制できる。

また、図１６ないし図１９に例示する物体測位装置２２０では、素子支持部材２３０の肉厚のある円盤状の支持ベース部２３１の下面に放射状に六つの凹部２３２が形成されており、その凹部２３２に測位センサ素子１１０が配列されている。この物体測位装置２２０では、さらに下面の突出を低減することができるので、さらに天井面の美観の向上を期待することができる。

さらに、図２０ないし図２４に例示する物体測位装置２４０では、素子支持部材２４１が、第一支持ユニット２５０と第二支持ユニット２６０からなる。第一支持ユニット２５０は、円筒状のベース本体部２１３と円盤状の支持ベース部２５１からなる。

ただし、この支持ベース部２５１には貫通孔が形成されており、そこに第二支持ユニット２６０が揺動自在に軸支されている。この第二支持ユニット２６０は、下半部が支持ベース部２５１の貫通孔から下方に突出しており、そこに七個の測位センサ素子１１０が搭載されている。

一方、支持ベース部２５１は、貫通孔に連通する円筒状部２５３が上方に形成されており、そこに第二支持ユニット２６０の上部が軸支されている。この物体測位装置２４０では、第二支持ユニット２６０が前後方向(左右方向)に揺動自在である。

このため、その物体検出範囲ＯＳＡを所望により偏向することができる。特に、第一支持ユニット２５０が円筒状に形成されているので、これを天井面に水平方向に回動自在に装着することもできる。この場合、第二支持ユニット２６０を全周方向に可動自在とすることができるので、様々な検出に対応することができる。

なお、上記形態では、センサ支持機構１２０が一個の測位センサ素子１１０を中心に六個の測位センサ素子１１０を正六角形状に支持している物体測位装置１００を例示した。

しかし、三個の測位センサ素子１１０をセンサ支持機構が正三角形状に放射状に支持している物体測位装置(図示せず)なども実施可能である。この場合も、センサ支持機構は、略６０°などの円錐状に物体検出範囲ＯＳＡを発生する複数の測位センサ素子１１０を、軸心の内角が略４５°となる配置で放射状に支持することで、物体検出範囲ＯＳＡが相互に隙間なく略最小限にオーバーラップする配置とすることができる。

しかも、このような物体測位装置では、三個の測位センサ素子１１０により形成される疑似的な一つの物体検出範囲ＯＳＡが正三角形状になるので、複数の物体測位装置の物体検出範囲ＯＳＡで壁面を過不足なく充填することができる。

なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。

本発明の実施の形態の物体測位装置の外観を示す底面図である。 物体測位装置の外観を示す正面図である。 物体測位装置の複数の測位センサ素子の物体検出範囲を示す模式図である。 物体測位装置の疑似的な一つの物体検出範囲を示す模式的な正面図である。 一個の測位センサ素子の物体検出範囲を示す模式的な斜視図である。 二個の測位センサ素子の物体検出範囲を示す模式的な斜視図である。 七つの物体検出範囲を示す模式的な平面図である。 二つの物体検出範囲を示す模式的な斜視図である。 傾斜した物体検出範囲を示す模式的な斜視図である。 二つの物体検出範囲を示す模式的な斜視図である。 三つの物体検出範囲を示す模式的な斜視図である。 一の変形例の物体測位装置の外観を示す斜視図である。 物体測位装置の外観を示す底面図および平面図である。 物体測位装置の外観を示す正面図および側面図である。 物体測位装置の内部構造を示す縦断正面図である。 他の変形例の物体測位装置の外観を示す斜視図である。 物体測位装置の外観を示す底面図および平面図である。 物体測位装置の外観を示す正面図および側面図である。 物体測位装置の内部構造を示す縦断正面図である。 さらに他の変形例の物体測位装置の外観を示す斜視図である。 物体測位装置の外観を示す底面図および平面図である。 物体測位装置の外観を示す正面図および側面図である。 物体測位装置の内部構造を示す縦断正面図である。 物体測位装置が可動した状態を示す模式的な縦断正面図である。

符号の説明

１００ 物体測位装置
１１０ 測位センサ素子
１２０ センサ支持機構
１２１ 支持ベース部
１２２ センサ支持部
２００ 物体測位装置
２１０ 素子支持部材
２１１ 支持ベース部
２１２ センサ支持部
２１３ ベース本体部
２２０ 物体測位装置
２３０ 素子支持部材
２３１ 支持ベース部
２３２ 凹部
２４０ 物体測位装置
２４１ 素子支持部材
２５０ 第一支持ユニット
２５１ 支持ベース部
２５２ 貫通孔
２５３ 円筒状部
２６０ 第二支持ユニット
ＯＳＡ 物体検出範囲

Claims (4)

1. 物体検出範囲を移動する物体を測位する物体測位装置であって、
   自身の軸心を中心とした所定内角の円錐状に前記物体検出範囲を発生する複数の測位センサ素子と、
   前記物体検出範囲が相互に隙間なく略最小限にオーバーラップする配置に複数の前記測位センサ素子を特定内角で放射状に支持しているセンサ支持機構と、
   を有し、
   前記測位センサ素子は、円錐状の前記物体検出範囲の有効な内角がＡ°であり、
   前記センサ支持機構は、複数の前記測位センサ素子を前記軸心の内角が(３Ａ／４)°となる配置で放射状に支持している物体測位装置。
2. 物体検出範囲を移動する物体を測位する物体測位装置であって、
   自身の軸心を中心とした所定内角の円錐状に前記物体検出範囲を発生する複数の測位センサ素子と、
   前記物体検出範囲が相互に隙間なく略最小限にオーバーラップする配置に複数の前記測位センサ素子を特定内角で放射状に支持しているセンサ支持機構と、
   を有し、
   前記測位センサ素子は、円錐状の前記物体検出範囲の有効な内角が略６０°であり、
   前記センサ支持機構は、複数の前記測位センサ素子を前記軸心の内角が略４５°となる配置で放射状に支持している物体測位装置。
3. 物体検出範囲を移動する物体を測位する物体測位装置であって、
   自身の軸心を中心とした所定内角の円錐状に前記物体検出範囲を発生する複数の測位センサ素子と、
   前記物体検出範囲が相互に隙間なく略最小限にオーバーラップする配置に複数の前記測位センサ素子を特定内角で放射状に支持しているセンサ支持機構と、
   を有し、
   前記測位センサ素子は、七個あり、
   前記センサ支持機構は、一個の前記測位センサ素子を中心に六個の前記測位センサ素子を正六角形状に支持している物体測位装置。
4. 前記測位センサ素子は、七個あり、
   前記センサ支持機構は、一個の前記測位センサ素子を中心に六個の前記測位センサ素子を正六角形状に支持している請求項１または２に記載の物体測位装置。

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