JP2009204347A - Ultrasonic position recognition system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波の受信器または発信器の位置を認識すると共に発信側からのコード情報を受け取ることができる超音波位置認識システムに関する。 The present invention relates to an ultrasonic position recognition system capable of recognizing the position of an ultrasonic receiver or transmitter and receiving code information from a transmitting side.
従来から、超音波を発信して超音波の発信器の位置を受信器側に認識させたり、逆に超音波を受信して受信器側で自己の位置を認識したりすることが行われている。例えば、船等に搭載され自己のIDコードをのせた遭難超音波信号を発振する発信装置に対し、所定距離間隔で配置され前記IDコードを識別すると共にIDコードの遭難超音波信号を発振している発信装置の方角をそれぞれ求める複数の方位決定部と、前記方角および所定距離間隔に基づいて三角測量の原理によって発信装置の位置を測定する情報処理部とを有する受信装置を備えて、発信装置の位置を測定する遭難発見用の位置認識システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, ultrasonic waves are transmitted and the position of the ultrasonic transmitter is recognized on the receiver side, and conversely, ultrasonic waves are received and the position of the receiver is recognized on the receiver side. Yes. For example, for a transmitting device that oscillates a distressed ultrasonic signal mounted on a ship or the like and that carries its own ID code, it is arranged at a predetermined distance interval to identify the ID code and oscillate the distressed ultrasonic signal of the ID code. A receiving device having a plurality of azimuth determining units each for determining the direction of the transmitting device, and an information processing unit for measuring the position of the transmitting device by the principle of triangulation based on the direction and the predetermined distance interval There has been known a position recognition system for finding a distress that measures the position of (see, for example, Patent Document 1).
また、超音波に代えて赤外線を用いる場合、図19に示すように、赤外線発信器92側から赤外線受信器93側にコード情報92aを伝えることは容易に可能であるが、その信号がどの方角から発信されたかを知るには、単純な赤外線の受光素子だけでは難しく、CCDなどの撮像素子や複雑な演算処理による位置認識が必要であり高価なものとなる。この点、超音波は、赤外線などの光と比べて周波数が低く、伝搬速度も遅いため、回路的に安価に構成できるという利点がある。
When infrared rays are used instead of ultrasonic waves, as shown in FIG. 19, it is possible to easily transmit the
超音波を用いる場合、ノイズ耐性を確保してコード情報を誤りなく伝えるために、発信する超音波をスペクトラム拡散することが行われる。例えば、作業者が電動ドライバによって行うねじ締め位置の確認のために電動ドライバに超音波源を設け、その超音波源に電気配線により接続されて空間配置された複数の超音波受信器を備えたシステムがある。電動ドライバの位置決め後にスイッチオン信号と共にスペクトラム拡散変調した超音波が発信されると、配線を介して伝達された超音波発信時刻と各受信器による超音波受信時刻とにより、超音波源と各受信器との間の複数の距離が決定され、ねじ締め位置が確認される(例えば、特許文献2参照)。 When ultrasonic waves are used, the transmitted ultrasonic waves are spread in spectrum in order to ensure noise resistance and transmit code information without error. For example, an ultrasonic source is provided in the electric driver for confirming the screw tightening position performed by the electric driver by the operator, and the ultrasonic source is provided with a plurality of ultrasonic receivers that are connected to the ultrasonic source by electric wiring and arranged in space. There is a system. When the spread spectrum modulated ultrasonic wave is transmitted together with the switch-on signal after positioning the electric driver, the ultrasonic source and each reception are determined by the ultrasonic transmission time transmitted via the wiring and the ultrasonic reception time by each receiver. A plurality of distances to the device are determined, and the screw tightening position is confirmed (for example, see Patent Document 2).
このシステムは、スペクトラム拡散変調した超音波を用いて局所的に位置測定を実現する例であり、スペクトル拡散された電波を用いるGPS(全地球測位システム)のアナロジー構成として理解できる。上述の電動ドライバの例では、近くに他の電動ドライバによる同様の作業が行われていても、互いに超音波の誤検出を回避できる。
しかしながら、上述した特許文献1に示されるような位置認識システムにおいては、IDコードがのった遭難超音波信号が最も強くなる方向に受信装置の受信部を向けることにより発信装置の方角を求めるので、角度スキャンのための構造が必要であり、複雑で小型化できないという問題がある。また、上述した特許文献2に示されるようなシステムにおいても、各受信器単独では、超音波源の方角を決定することができなく、受信器が移動する場合のシステムには適用できないという問題がある。
However, in the position recognition system as shown in
本発明は、上記課題を解消するものであって、超音波を受信して発信源からのコード情報をより優れたノイズ耐性のもとで精度良く受け取ることができると共に簡単な構成により少なくとも超音波の発信源の方角を認識できる超音波位置認識システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problem, and can receive ultrasonic waves and receive code information from a transmission source with high noise resistance with high accuracy and at least ultrasonic waves with a simple configuration. An object of the present invention is to provide an ultrasonic position recognition system capable of recognizing the direction of the transmission source.
上記課題を達成するために、請求項1の発明は、超音波を受信して少なくとも該超音波の発信源の方角を認識する超音波位置認識システムにおいて、所定のコード情報を拡散符号として用いてスペクトラム拡散処理した超音波を発信する発信器と、前記発信器からの超音波を受信すると共に該超音波から前記コード情報を抽出して該発信器を認識する受信器と、を備え、前記受信器は、互いに離間して配置された複数の受信素子を有し、前記各受信素子が超音波を受信する時間差に基づいて当該超音波を発信した発信器の方角を決定するものである。
In order to achieve the above object, an invention according to
請求項2の発明は、請求項1に記載の超音波位置認識システムにおいて、前記発信器は、超音波を発信する時刻をコード情報に変換して該コード情報を超音波に付加して発信し、前記受信器は、受信した超音波から抽出したコード情報により該超音波を発信した時刻を復元すると共に、その超音波の発信時刻と当該超音波を受信した時刻とに基づいて当該超音波を発信した発信器までの距離を取得するものである。 According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic position recognition system according to the first aspect, the transmitter converts a time at which the ultrasonic wave is transmitted into code information, adds the code information to the ultrasonic wave, and transmits the code information. The receiver restores the time when the ultrasonic wave is transmitted based on the code information extracted from the received ultrasonic wave, and the ultrasonic wave is generated based on the transmission time of the ultrasonic wave and the time when the ultrasonic wave is received. The distance to the transmitter that has transmitted is acquired.
請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の超音波位置認識システムにおいて、前記発信器は複数備えられ、前記コード情報には、前記複数の発信器を互いに識別するための情報が含まれており、前記受信器は、前記識別用の情報に基づいて各発信器を識別すると共に識別した発信器に関連づけられた情報および決定された発信器の方角を表示する表示部を有しているものである。 A third aspect of the present invention is the ultrasonic position recognition system according to the first or second aspect, wherein a plurality of the transmitters are provided, and the code information includes information for identifying the plurality of transmitters from each other. The receiver has a display unit for identifying each transmitter based on the identification information and displaying information associated with the identified transmitter and the determined direction of the transmitter. It is what you are doing.
請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の超音波位置認識システムにおいて、前記受信器は、受信した超音波に付加されたコード情報または該コード情報に関連した情報を表示する表示部と、前記超音波を発信した発信器の方角が変化した場合にその変化に応じて前記表示部に表示するための情報を変化させる処理部と、を有するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the ultrasonic position recognition system according to any one of the first to third aspects, the receiver is associated with the code information added to the received ultrasonic wave or the code information. And a processing unit that changes information to be displayed on the display unit according to the change in the direction of the transmitter that has transmitted the ultrasonic wave. .
請求項5の発明は、請求項1に記載の超音波位置認識システムにおいて、前記受信器は、受信した超音波に付加されたコード情報および該超音波を発信した発信器の方角の情報に基づいて照明装置の点灯、消灯、および/または明るさ若しくは色合いを制御する信号を出力する制御装置を有するものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the ultrasonic position recognition system according to the first aspect, the receiver is based on code information added to the received ultrasonic wave and information on the direction of the transmitter that has transmitted the ultrasonic wave. And a control device that outputs a signal for controlling lighting and extinction of the lighting device and / or brightness or hue.
請求項1の発明によれば、コード情報を拡散符号として使い分けてスペクトラム拡散して超音波を発信するので、発信源からのコード情報をより優れたノイズ耐性のもとで精度良く受け取ることができる。従って、複数の発信器がある場合でも、混信を防ぐことができ、発信した超音波に付加されたコード情報を誤認することなく認識でき、それぞれどの発信器から発信した超音波であるかを確実に判別することができる。 According to the first aspect of the present invention, since the code information is selectively used as a spread code and the spectrum is spread and the ultrasonic wave is transmitted, the code information from the transmission source can be received with high accuracy with better noise resistance. . Therefore, even when there are multiple transmitters, interference can be prevented, the code information added to the transmitted ultrasound can be recognized without misidentification, and each transmitter is sure to identify which ultrasound is transmitted. Can be determined.
また、複数の受信素子が受信する超音波の時間差に基づいて発信器の方角を決定するようにしたので、受信器を簡単な構成とすることができる。さらに、複数の発信器がある場合でも、超音波に付加されたコード情報を認識することにより、それぞれどの発信器から発信した超音波であるかを判別すると共にその発信器の方角を容易に識別できる。特に複数の超音波(発信器)から選択した方角を認識する場合には、それぞれの超音波のスペクトラム拡散処理(復調)を行ってコード情報を取得した後、改めて目的の超音波の方角を測定する代わりに、目的とする超音波のコード情報を用いてスペクトラム拡散処理(復調)と同時に超音波(発信器)の方角の測定を行うことが可能となり、システムの構成が簡単になると共に方角の認識処理が高速化できる。 In addition, since the direction of the transmitter is determined based on the time difference between the ultrasonic waves received by the plurality of receiving elements, the receiver can be configured simply. Furthermore, even when there are multiple transmitters, by recognizing the code information added to the ultrasonic waves, it is possible to distinguish from which transmitter each ultrasonic wave is transmitted and to easily identify the direction of the transmitter it can. In particular, when recognizing the direction selected from multiple ultrasonic waves (transmitters), the code information is acquired by performing spread spectrum processing (demodulation) of each ultrasonic wave, and then the target ultrasonic wave direction is measured again. Instead, it is possible to measure the direction of the ultrasonic wave (transmitter) at the same time as the spread spectrum processing (demodulation) using the code information of the target ultrasonic wave. Recognition processing can be speeded up.
請求項2の発明によれば、発信時刻を超音波を媒体として自己完結的に発信器から受信器に伝達できるので、発信時刻を転送するための配線回路を設けたり、別の距離測定装置を設けたりすることなく距離測定を行うことができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、受信した超音波のコード情報に基づいてその発信器を識別して発信器に関連づけられた情報と発信器の方角を表示するので、例えば、人や移動体が受信器と共に移動しながら目的の発信器に接近する際に、その方角に沿って容易に移動できる。この場合、表示方法として、視覚に訴えるものの他に、音声などによる聴覚に訴える表示や、自律移動体用の電気信号に基づく表示を用いることができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、例えば、人や移動体が受信器と共に移動しながら目的の発信器に接近する際に、発信器が移動すると表示部における表示が変化するので、その表示の変化に従って移動することにより、容易に目的の発信器に追随して移動できる。また、受信器の方向を変化させることにより、目的とする発信器を他の発信器に変更することができる。この場合、従来必要であった座標情報の入力や、カーソル位置を動かす操作や、ボタン等による入力などの操作を行うことなく、実際に発信器そのものの位置を動かすだけでこれらと同等の操作を行うことができる。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、例えば、照明の付近にいる人や品物にそれぞれ発信器を取り付けることにより、その人や品物の移動に応じて発信器が移動し、その発信器の移動を受信器が認識するので、照明の点灯・消灯・調光を自動で行うことが可能となる。
According to the invention of
以下、本発明の実施形態に係る超音波位置認識システムについて、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an ultrasonic position recognition system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成を示し、図2は同システムにおける発信器の構成を示し、図3は同システムにおける方角認識のための受信器の構成を示す。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of an ultrasonic position recognition system according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a configuration of a transmitter in the system, and FIG. 3 shows a receiver for direction recognition in the system. The configuration is shown.
超音波位置認識システム1は、図1に示すように、超音波を発信する発信器2と、その超音波を受信して少なくとも超音波の発信源の方角を認識できる受信器3とを備えている。発信器2と受信器3とは、それぞれ複数備えることができる。また、これらのいずれも、空間に固定したり、移動したりすることができる。
As shown in FIG. 1, the ultrasonic
発信器2は、発信する超音波をスペクトラム拡散処理する変調部21を有し、変調部21により所定のコード情報(すなわち、符号化された情報)を拡散符号として用いてコード情報を付加し、コード情報を付加した状態の超音波を発信する。コード情報は、情報入力部2aから入力される。
The
情報入力部2aは、発信器2に外付けしたり、発信器2以外の部品や装置から入力するものとしてもよく、また、情報入力部2aを発信器2に内蔵することもでき、発信器2の内部でコード情報を生成してもよい。コード情報は、信号処理に都合の良いように情報を符号化したものであればよく、「0」と「1」の数値列としたり、数字や文字列としたり、2進数や10進数に限らず、8進数や16進数などを用いたりすることができる。コード情報の情報量は、特には制限はないが、例えば、1bit〜1024bitが適当である。
The
スペクトラム拡散処理する変調部21は、図2に示すように、情報入力部2aからのコード情報をスペクトラム拡散処理用の拡散符号とするための符号処理部2b、搬送波を生成する信号生成部2c、および信号生成部2cからの搬送波と符号処理部2bからの拡散符号とを用いてスペクトラム拡散処理された電気信号を生成する合成部2dと、を備えている。合成部2dからの電気信号は、発信素子22を駆動してスペクトラム拡散された超音波を空間に送波する。
As shown in FIG. 2, the
受信器3は、スペクトラム拡散処理された超音波から拡散符号を抽出する復調部31を有し、発信器2からの超音波を受信して復調部31により超音波からコード情報を抽出して発信器2を認識すると共に、その発信器2(超音波発信源)の方向を、受信器3の前方方向からの振れ角(方角θ)により認識する。受信器3は、互いに離間して受信器3の前方面に配置された複数の受信素子32を有し、各受信素子32が超音波を受信する時間差に基づいて、超音波を発信した発信器2の方角θを決定する。
The
復調部31は、図2に示した変調部21において信号処理の流れを逆にした構成である。
The
取得されたコード情報や方向の情報は、情報出力部3aによって表示したり、他の装置に向けて出力したりすることができる。情報出力部3aは受信器3に外付けする以外に、受信器3に内蔵してもよい。
The acquired code information and direction information can be displayed by the
受信素子32は、これを少なくとも2つ備えることにより超音波Wの飛来方向を検出できる。受信素子32が、図3に示すように、その受信面を同じ方向に向けて距離δを隔てて配置されており、各受信素子32による超音波の受信時刻の差が時間差τの場合、その受信素子32(受信面)の正面方向からの角度の隔たり(振れ角)として方角θが、θ=arcsin(τ×v/δ)、vは音速、として求められる。距離δは、超音波の同一波面を検出対象とするために、通常、超音波の波長以下の距離とされる。
The receiving
方角θの算出のために、受信器3は、各受信素子32からの超音波受信信号を処理する不図示の信号処理部を備えている。この信号処理部によって、上述の時間差τが求められ、方角θが求められる。
In order to calculate the direction θ, the
受信素子32は、2つとは限らずより多数の受信素子32を備えてもよく、それらの2つによって方角θが求められる。受信素子32を2つ以上を備える場合、1列に並べるだけでなく、縦、横の2方向にならべてアレイセンサを構成してもよい。縦、横の2方向に配列する場合、その2方向に関して発信器2の方角を求めることができる。例えば、受信素子32を上下と左右に配置した場合、上下の角度と左右の角度を求めることができる。なお、受信素子32の受信面は通常円形か正方形であるが、これに限らず任意形状の受信面とすることができる。
The receiving
超音波受信素子32は、SOI(Silicon on Insulator)基板などにダイヤフラム構造によるメンブレン部を構成し、そのメンブレン部に上下電極を有する強誘電体PZT膜を形成したものを好適に用いることができる。SOI基板のシリコンは、異方性エッチングにより凹部が形成されてダイヤフラム形状とされる。メンブレン部に、超音波の圧力を受けると、PZTの圧電効果により電圧が発生し、その電圧がPZTの上部と下部に設けた電極を通して外部に電気信号として取り出される。
The
このような構成の受信素子32は、小型化及び集積化が可能であり、超音波アレイセンサを構成するのに好適に用いられる。超音波アレイセンサを用いると、各受信素子32からの受信信号を処理して電子的に角度走査(角度スキャン)できる。上述の時間差τを求める信号処理部は、遅延回路と比較回路とを備えて構成され、遅延時間を変化させることにより(すなわち、電子的角度スキャン)、特定の時間差、従って超音波の方向を検出することができる。
The receiving
本実施形態の超音波位置認識システム1によれば、コード情報を拡散符号として使い分けてスペクトラム拡散して超音波を発信するので、受信器3は、発信源(発信器2)からのコード情報をより優れたノイズ耐性のもとで精度良く受け取ることができる。従って、複数の発信器2がある場合でも、混信を防ぐことができ、発信した超音波に付加されたコード情報を誤認することなく認識でき、それぞれどの発信器2から発信した超音波であるかを確実に判別することができる。
According to the ultrasonic
また、複数の受信素子32が受信する超音波の時間差τに基づいて発信器2の方向を決定するようにしたので、受信器3を簡単な構成とすることができる。さらに、複数の発信器2がある場合でも、超音波に付加されたコード情報を認識することにより、それぞれどの発信器2から発信した超音波であるかを判別すると共にその発信器2の方向を容易に識別できる。この場合、それぞれの超音波のスペクトラム拡散処理(復調)を行ってコード情報を取得した後、改めて目的の超音波の方向を求める代わりに、目的とする発信器2のコード情報を用いてスペクトラム拡散処理(復調)をすると共にその発信器2の方向を求めることが可能であり、システムの構成が簡単になると共に方向の認識処理が高速化できる。
In addition, since the direction of the
(第2の実施形態)
図4は第2の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成を示す。本実施形態は、上述の第1の実施形態における超音波位置認識システム1を2つの発信器2と1つの受信器3とで構成した例を明示的に示すものである。このように複数の発信器2がある場合でも、それぞれの発信器2にて付加するコード情報を異なるものにすることにより、受信器3で受信した超音波が、どの発信器2からの超音波であるかが判別できる。従って、これにより、複数の発信器2があっても、各発信器の方向を識別して認識することができる。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows the configuration of an ultrasonic position recognition system according to the second embodiment. This embodiment explicitly shows an example in which the ultrasonic
(第3の実施形態)
図5は第3の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成を示す。本実施形態は、上述の第1、第2の実施形態において発信器2と受信器3のそれぞれに内蔵されていた変調部21と復調部31とを、外付け構成とするものである。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows the configuration of an ultrasonic position recognition system according to the third embodiment. In the present embodiment, the
すなわち、スペクトラム拡散処理部としての変調部21、および復調部31は、発信器2、受信器3とそれぞれ一体である必要はない。また、それぞれ独立した部品や装置とし、発信器2や受信器3と接続する構成でもよい。さらに、発信器2と受信器3とでスペクトラム拡散処理部を共有する構成としてもよい。
That is, the
(第4の実施形態)
図6は第4の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成を示す。本実施形態は、発信器2と受信器3との相互の位置認識において、特に相互の距離に注目するものである。本実施形態の超音波位置認識システム1において、発信器2は、超音波を発信する時刻(t1とする)の情報aをコード情報に変換する変換部23を有し、超音波の発信に際し、変換部23を用いて超音波発信時刻t1を符号化してコード情報とする。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 shows the configuration of an ultrasonic position recognition system according to the fourth embodiment. This embodiment pays particular attention to the mutual distance in the mutual position recognition of the
情報入力部2aはコード情報化された時間情報a、および発信器認識用のIDコードなどのコード情報を変調部21に出力する。発信器2は、時間情報aを含むコード情報を拡散符号として用いてスペクトラム拡散処理した超音波を発信する。
The
受信器3は、超音波を受信素子32によって受信することにより、コード情報b、受信時刻t2の情報c、および発信器の方向の情報dを求め、情報出力部3aに出力する。受信器3は、コード情報bから該超音波を発信した時刻t1の情報aを復元する復元部35を有し、復元部35を用いて超音波の発信時刻t1の情報eを取得する。また、受信器3は、その超音波の発信時刻t1の情報eと当該超音波を受信した受信時刻t2の情報cとに基づいて超音波を発信した発信器2までの距離Dを出力する距離演算部36を備えている。距離Dは、D=(t2−t1)×v、vは音速、によって求められる。
The
また、受信器3は、超音波の受信によって取得した位置情報を表示する表示部4を備えており、表示部4に、受信器の方角の情報dや距離演算部36から出力される距離Dの情報を表示する。
In addition, the
変換部23や、復元部35は、図6に示したように発信器2や受信器3の本体から独立した部品や装置で構成してもよく、または発信器2や受信器3の本体に内蔵して一体としたものでもよい。距離演算部36は、受信器3の本体から独立した部品や装置で構成してもよく、受信器3の内部に備えてもよい。
As shown in FIG. 6, the
本実施形態の超音波位置認識システム1によれば、発信時刻t1を超音波を媒体として自己完結的に発信器2から受信器3に伝達できるので、発信時刻t1を転送するための配線回路を設けたり、別の距離測定装置を設けたりすることなく距離測定を行うことができる。
According to the ultrasonic
(第5の実施形態)
図7は第5の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成を示す。本実施形態は、上述の第2の実施形態における超音波位置認識システム1のように複数の発信器2を有するシステムに関し、受信器3側で各発信器2を識別する構成に関する。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 shows the configuration of an ultrasonic position recognition system according to the fifth embodiment. The present embodiment relates to a system having a plurality of
本実施形態の超音波位置認識システム1において、発信器2が複数備えられ、コード情報には、各発信器2を互いに識別するための情報が含まれており、受信器3は、各発信器2からの超音波を受信して各発信器2を識別すると共に各発信器2の方角を求めて位置認識する。
In the ultrasonic
受信器3は、複数の発信器からの信号を処理するために、発信器毎に対応させた複数の復調部31と、コード情報によって1つの復調部31を選択する選択部33と、選択された発信器2についてその方角θを求める情報処理部34と、所望の発信器を選択するための情報を選択部33に出力するための操作部3bと、を備えている。操作部3bは、操作者が受信器3を携帯する場合、操作者によって操作される。各復調部31は、互いに並列処理動作させることにより高速動作を実現できる。
In order to process signals from a plurality of transmitters, the
本実施形態の超音波位置認識システム1によれば、受信した超音波のコード情報に基づいてその発信器2を選択してその発信器2の方角を認識することができる。従って、例えば、人や移動体が受信器3と共に移動しながら目的の発信器2に接近する際に、その方角に沿って移動すれば容易に接近できる。
According to the ultrasonic
(第6の実施形態)
図8は第6の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成を示す。本実施形態は、上述の第5の実施形態において、復調部31を1つに集約する構成を示す。すなわち、操作部3bからの選択用のコード情報は、復調部31に直接入力される。復調部31は、選択されたコード情報を復調用のコードとして用いて、スペクトラム拡散された超音波信号から選択された特定の復調信号が得られる。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 shows the configuration of an ultrasonic position recognition system according to the sixth embodiment. The present embodiment shows a configuration in which the
本実施形態の超音波位置認識システム1によれば、受信器3におけるスペクトラム拡散処理に用いる復調部31の数を減らすことができるので、装置構成の簡素化が可能である。また、複数の復調部31を直列動作させる場合に比べて、より高速に処理を実行可能となる。
According to the ultrasonic
(第7の実施形態)
図9は第7の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成を示し、図10は同システムにおける方角表示部の他の例を示し、図11は同システムにおけるコード関連データ用のメモリを発信器側に備える例を示し、図12(a)(b)は同システムにおけるコード関連データ用のメモリを受信器側に備える例を示す。
(Seventh embodiment)
FIG. 9 shows a configuration of an ultrasonic position recognition system according to the seventh embodiment, FIG. 10 shows another example of a direction display unit in the system, and FIG. 11 transmits a memory for code related data in the system. 12 (a) and 12 (b) show examples in which a memory for code related data in the system is provided on the receiver side.
本実施形態の超音波位置認識システム1は、発信器2が複数備えられ、コード情報には、各発信器2を互いに識別するための情報が含まれており、受信器3は、各発信器2に関連づけられた情報および決定された発信器2の方角を表示する表示部4を有する。受信器3は、超音波を受信すると、その超音波からコード情報を抽出すると共にそのコード情報に基づいてその発信器2を識別して認識し、受信した超音波から得られた結果、すなわちその発信器2に関連づけられた情報を表示部4に表示する。
The ultrasonic
表示部4は、発信器2の方角を表示する角度表示部41と、発信器2に関連づけられた情報を表示する関連情報表示部42と、を備えている。角度表示部41には、矢印や文字情報などにより、発信器2の方角が表示される。関連情報表示部42には、コード情報や、コード情報に関連づけられた情報が、文字情報、写真や図などによって表示される。
The
この超音波位置認識システム1の使用例として、例えば、誘導案内システムがある。この場合、博物館や展示場などにおいて展示された作品や製品に関連する説明を見学者に行いつつ、会場を順番に誘導して案内する状況が考えられる。図9の場合、会場に配置された物品m1,m2,m3毎に固有のコード情報を有する発信器2が、それぞれ配置されている。見学者は、受信器3と共に移動し、表示部4を参照することにより、表示部4に表示された情報をその情報に関連する物品と結びつけて見学することができる。
As an example of use of this ultrasonic
関連情報表示部42は、写真や文字を表示する画像表示装置により構成できるが、他の表示機能として音声ガイドなどの機能を備えることができ、また、電子的な画像表示(モニター表示)などに代えて、情報をあらかじめ記入してあるシートを機械的に入れ替えて表示する装置を用いることができる。
The related
発信器2は必ずしも物品ごとに設置しなくてもよく、複数の物品ごとや、種別単位ごと設置してもよい。上記物品は、品物に限らず人や動物、植物などでもよい。さらには、超音波位置認識システム1の利用場所は、住宅やビルの部屋単位、フロアにおけるセクション単位などでもよい。受信器3および表示部4は、1つに限らず複数あってもよい。
The
角度表示部41は、モニター画面への表示ではなく、図10に示すように、専用計器により構成してもよい。このような角度表示部41が、見学者と共に移動する場合に、空間中における角度表示部41の姿勢に拘わらず、現在受信している超音波の発信源を表示するようにすることにより使い勝手の良いものとなる。そのため、角度表示部41に地磁気センサや水平センサを備えて、会場の空間に対する角度表示部41の姿勢を把握して、角度表示を補正するようにすればよい。また、現在注目している超音波の受信強度に応じた出力信号、例えば音声信号や光信号を出す強度モニタを備えて、見学者にその超音波の方角を探させるようにしてもよい。
The
また、発信器2から発信される情報として、その発信器2を識別するためのコード情報の他に、そのコード情報に関連するデータを送信するようにしてもよい。このため、発信器2は、図11に示すように、メモリM2を備え、そのメモリM2にコード情報に関連するデータを記録しておけばよい。
Further, as information transmitted from the
また、コード情報に関連するデータは、図12(a)に示すように表示部4に備えたメモリM3や、図12(b)に示すように受信器3本体に備えたメモリM3に、コード情報毎に記録しておき、コード情報毎にデータ読み出して表示するようにしてもよい。また、このようなメモリM2,M3などにデータを記録するかわりに、受信器3が無線通信装置を備えて、別途、データベース基地などから無線通信によって外部から取得するようにしてもよい。
Further, the data related to the code information is stored in the memory M3 provided in the
本実施形態の超音波位置認識システム1によれば、受信した超音波のコード情報に基づいてその発信器2を識別して発信器2に関連づけられた情報と発信器2の方角を表示するので、例えば、人や移動体が受信器3と共に移動しながら目的の発信器2に接近する際に、その方角に沿って移動したり、特定の発信器2に関連づけられた情報を利用することができる。
According to the ultrasonic
この場合、方角や関連情報の表示方法として、視覚に訴えるものの他に、音声などによる聴覚に訴える表示を用いることができる。また、自律移動体などに受信器3を固定して、人がその自律移動体と共に移動する場合に、自律移動体が認識できる電気信号によって方角を表示(指示)する。この場合、自律移動体は、その角度表示に従って移動する。
In this case, as the display method of the direction and related information, in addition to the visual appeal, a display appealing to hearing by voice or the like can be used. In addition, when the
(第8の実施形態)
図13は第8の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成を示す。本実施形態の超音波位置認識システム1は、受信器3が、受信した超音波に付加されたコード情報または該コード情報に関連した情報を表示する表示部4と、超音波を発信した発信器2の方角が変化した場合にその変化に応じて表示部4に表示するための情報を変化させる処理部5とを有するものである。
(Eighth embodiment)
FIG. 13 shows the configuration of an ultrasonic position recognition system according to the eighth embodiment. In the ultrasonic
この超音波位置認識システム1は、例えば、発信器2が空間を移動する物体と共に移動し、受信器3および受信器3本体に接続された表示部4と処理部5とが空間に固定されている場合が想定される。また、受信器3、表示部4、および処理部5が、人や移動体と共に移動する状況も想定される。発信器2と関連づけられた物体が移動すると、表示部4において、その物体に関連づけられた写真や絵などの表示h1,h2が移動する。
In the ultrasonic
本実施形態の超音波位置認識システム1によれば、例えば、人や移動体が受信器3と共に移動しながら目的の発信器2に接近する際に、発信器2が移動すると表示部における表示が変化するので、その表示の変化に従って移動することにより、容易に目的の発信器2に追随して移動できる。また、受信器3の方向を変化させることにより、目的とする発信器2を他の発信器2に変更することができる。
According to the ultrasonic
また、逆に、発信器2そのものの位置を動かすことにより、表示部4における表示を変化させることができる。この場合、従来必要であった座標情報の入力や、カーソル位置を動かす操作や、ボタン等による入力などの操作を行うことなく、発信器2そのものを動かすだけでこれらと同等の操作を、表示部4において行うことができる。
Conversely, the display on the
(第9の実施形態)
図14は第9の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成を示す。本実施形態の超音波位置認識システム1は、受信器3が、受信した超音波に付加されたコード情報および超音波を発信した発信器2の方角の情報に基づいて照明装置L1〜L4等の点灯、消灯、および明るさや色合いなど制御する信号を出力する制御装置6を有するものである。
(Ninth embodiment)
FIG. 14 shows the configuration of an ultrasonic position recognition system according to the ninth embodiment. In the ultrasonic
この超音波位置認識システム1を適用すると、追尾照明システムを構築できる。例えば、発信器2と共に人や物体が移動すると、発信器2が超音波を発信した際に、受信器3がその超音波源の方向さらには距離を検出してその発信器2の位置を認識し、制御装置6が照明装置を制御するので、移動する人や物体を追尾してその移動に合わせた照明が行われることになる。この場合、コード情報として、例えば、人が発信器2と共に移動する場合、男か女か、大人か子供かなどの情報や、その人の目的に応じて選択した情報を用いることができる。このような情報は、情報入力部2a(不図示)を用いて発信器2に入力することができる。そのため、情報入力部2aに選択ボタンを設けることができる。また、発信器2は、超音波を常時発信したり、間欠的に発信したり、一緒に移動する人や物からの操作によって発信したりすればよい。
When this ultrasonic
発信器2や受信器3、制御装置6などは、それぞれ1つに限らず複数あってもよい。受信器3と制御装置6と照明装置L1〜L4等は、それぞれ独立した部品や装置でもよく、またこれらを一体とした構成の装置でもよい。本例では、受信器3や照明装置が天井に配置されている様子を示しているが、必ずしも天井とは限らず壁や床、天井から吊り下げた金具などに配置してもよい。また、この超音波位置認識システム1は、住宅やビルなどの建物の内部や、車両や船舶、航空機の内部などで適用でき、さらに屋外施設、例えば道路照明などにも適用できる。
The
本実施形態の超音波位置認識システム1によれば、例えば、照明の付近にいる人や品物にそれぞれ発信器を取り付けることにより、その人や品物の移動に応じて発信器2が移動し、その発信器2の移動を受信器3が認識するので、照明の点灯・消灯・調光を自動で行うことが可能となる。
According to the ultrasonic
超音波位置認識システム1は、上述の照明制御を行う追尾照明システムに限らず、一般に、移動に合わせてその移動環境に配置された機器(上記では照明装置)を制御する状況で好適に用いることができる。例えば、移動に合わせて、照明装置の制御にかぎらず、映像や音声の出力の制御や、モータ駆動の制御、空調装置の制御などを行うことができる。
The ultrasonic
(第10の実施形態)
図15は第10の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成を示す。本実施形態は、特に受信器3が移動する場合であって、受信器3の姿勢が変化する場合を想定するものである。受信器3は、超音波受信素子32を複数備えて超音波の伝搬方向、すなわち受信素子32の前方方向からの振れ角である超音波源の方角θを求める。その方角θは互いに離して配置した受信素子32の配置に対して決まる角度である。ところが、方角θは、超音波源すなわち発信器2と受信器3の存在する空間に共通の座標系のもとで、受信器3またはその受信器3と共に移動する人や物によって認識され利用されるものである。受信器3が移動すると、平行移動する以外にも回転移動して、共通の座標系に対する受信素子32の姿勢が変化してしまうので、受信素子32によって検知した方角θを認識するには、その姿勢を考慮する必要がある。
(Tenth embodiment)
FIG. 15 shows the configuration of an ultrasonic position recognition system according to the tenth embodiment. In the present embodiment, it is assumed that the
本実施形態における受信器3は、受信器3本体の姿勢を検知する姿勢センサ7を備えている。各受信素子32が受信器3本体の前面に固定されているとすると、姿勢センサ7は、各受信素子32の配置の姿勢を検知することができる。姿勢センサ7は、少なくとも、水平方向を認識できるものであればよい。水平方向を認識できることにより、受信器3が水平面内で移動する際に、左右方向の方角θを検知して、容易に発信器2の方角を認識することができる。この場合、複数の受信素子32のうち、少なくとも2つの受信素子32が受信器3本体の前面に略水平面に沿って離間して配置されている必要がある。
The
情報処理部34が受信素子32からの超音波受信信号に基づいて発信器2の方角を算出する際に、姿勢センサ7からの姿勢に関する情報が参照され、情報出力部3aに出力される情報は、受信器3従って受信素子32の姿勢の情報が含められる。そこで、表示部4には、例えば人が現在位置している空間における配置を理解して認識できるように、発信器2の方角が表示される。
When the
また、表示部4は、受信器3から独立した構成であって、受信器3の姿勢とは独立に自己の姿勢が変化する構成とすることができる。この場合には、表示部4に姿勢センサを設けることにより、その姿勢センサからの信号に基づいて、現在位置している空間における配置を理解して認識できるように、発信器2の方角を表示部4に表示することができる。
In addition, the
姿勢センサ7は、3軸加速度センサ、地磁気センサ等を用いて構成される。これらを1つまたは複数備えることにより、受信器3や表示部4の姿勢を検出することができる。このような姿勢センサ7により、少なくとも水平方向を認識できる情報が得られ、水平方向以外に、3次元座標軸方向と各座標軸回りの回転とを認識可能とすることができる。
The
(第11の実施形態)
図16は第11の実施形態に係る超音波位置認識システムに用いられる受信器本体を示し、図17は同受信器における部分断面により受信素子の配列を示す。本実施形態は、受信器3における受信素子32の配置をより具体的に示すものである。受信器3本体の前部(図中z軸方向端)には、正面、上下前方(Y軸方向)、および左右前方(X軸方向)からの超音波を受信する受信素子32が、それぞれ十字形に配置されて備えられている。また、受信器3は、姿勢センサ7、および復調部31、情報処理部34などを、上述した各実施形態と同様に備えている。
(Eleventh embodiment)
FIG. 16 shows a receiver main body used in the ultrasonic position recognition system according to the eleventh embodiment, and FIG. 17 shows an array of receiving elements by a partial cross section of the receiver. In the present embodiment, the arrangement of the receiving
十字形に配置された4つの受信素子32の組は、それぞれ共通の平面P1,P2,P3等(総称してP)内に配置されて(図17参照)、平面Pの法線方向からの振れ角として、発信器2(不図示)からの超音波Wの飛来方角θ1,θ2,θ3(総称してθ)等を検出することができる。
A set of four receiving
このような受信器3は、情報処理部34が、各受信素子32からの信号によって得られる超音波の飛来方角θと、姿勢センサ7からの姿勢に関する情報とに基づいて出力用の情報を処理して、人や移動体がより容易に理解して認識できるように、発信器2の方角を表示部4(不図示)に表示することができる。受信器3本体の姿勢が変化しても、最適の受信素子32の組が発信器2の方角を検出するようにできる。従って、認識し易い表示とすることができるので、使用勝手の良い受信器3が得られ、使用勝手の良い超音波位置認識システム1を実現できる。
In such a
(第12の実施形態)
図18は第12の実施形態に係る超音波位置認識システムの受信器における受信素子の配列を示す。受信器は、球面の一部に多数の受信素子32を面的に配置して構成されている。このような配置の受信素子32を有する受信器は、任意の2つの受信素子32の組によって超音波Wの飛来方角を認識することができる。なお、このような飛来方角の認識のために、これらの受信素子32からの信号を総合的に処理する中央処理装置を備える。中央処理装置は、マイクロプロセッサとメモリや周辺回路で構成され、デジタル的に信号処理を行う。このような中央処理装置は、受信器3本体に内蔵されていてもよく、また外付け構成とされていてもよい。
(Twelfth embodiment)
FIG. 18 shows an array of receiving elements in the receiver of the ultrasonic position recognition system according to the twelfth embodiment. The receiver is configured by arranging a large number of receiving
なお、本発明は、上記各実施形態で示した構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を矛盾のない範囲で互いに組み合わせた構成とすることができ、そのような組合せ可能な構成の実施形態は明記されていなくても当然に本発明に含まれる。また、超音波位置認識システム1を構成する発信器2と受信器3の組合せには、1対1、多対1、1対多、多対多などの組合せが含まれ、さらに、固定固定、固定移動、移動固定、移動移動などの可能な組合せが全て含まれる。
The present invention is not limited to the configurations shown in the above embodiments, and various modifications can be made. For example, the configurations of the above-described embodiments can be combined with each other within a consistent range, and such embodiments that can be combined are naturally included in the present invention even if they are not specified. Further, the combinations of the
1 超音波位置認識システム
2 発信器
3 受信器
4 表示部
5 情報変化処理部
6 照明制御装置
21 変調部
23 変換部
31 復調部
32 受信素子
33 選択部
34 情報処理部
35 復元部
36 距離計算部
41 角度表示部
42 関連情報表示部
2a 情報入力部
2b 符号処理部
2c 信号生成部
2d 合成部
3a 情報出力部
3b 操作部
D 距離
W 超音波
θ,θ1,θ2 方角
DESCRIPTION OF
Claims (5)
所定のコード情報を拡散符号として用いてスペクトラム拡散処理した超音波を発信する発信器と、
前記発信器からの超音波を受信すると共に該超音波から前記コード情報を抽出して該発信器を認識する受信器と、を備え、
前記受信器は、互いに離間して配置された複数の受信素子を有し、前記各受信素子が超音波を受信する時間差に基づいて当該超音波を発信した発信器の方角を決定することを特徴とする超音波位置認識システム。 In an ultrasonic position recognition system that receives ultrasonic waves and recognizes at least the direction of the ultrasonic wave transmission source,
A transmitter that transmits ultrasonic waves subjected to spread spectrum processing using predetermined code information as a spread code;
A receiver for receiving the ultrasonic wave from the transmitter and extracting the code information from the ultrasonic wave to recognize the transmitter;
The receiver includes a plurality of receiving elements that are spaced apart from each other, and determines the direction of the transmitter that transmits the ultrasonic wave based on a time difference at which each receiving element receives the ultrasonic wave. Ultrasonic position recognition system.
前記受信器は、受信した超音波から抽出したコード情報により該超音波を発信した時刻を復元すると共に、その超音波の発信時刻と当該超音波を受信した時刻とに基づいて当該超音波を発信した発信器までの距離を取得することを特徴とする請求項1に記載の超音波位置認識システム。 The transmitter converts the time of transmitting an ultrasonic wave into code information, adds the code information to the ultrasonic wave, and transmits the code information.
The receiver restores the time when the ultrasonic wave is transmitted based on the code information extracted from the received ultrasonic wave, and transmits the ultrasonic wave based on the transmission time of the ultrasonic wave and the time when the ultrasonic wave is received. The ultrasonic position recognition system according to claim 1, wherein the distance to the transmitter is acquired.
前記受信器は、前記識別用の情報に基づいて各発信器を識別すると共に識別した発信器に関連づけられた情報および決定された発信器の方角を表示する表示部を有していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の超音波位置認識システム。 A plurality of the transmitters are provided, and the code information includes information for identifying the plurality of transmitters from each other,
The receiver has a display unit for identifying each transmitter based on the identification information and displaying information associated with the identified transmitter and the determined direction of the transmitter. The ultrasonic position recognition system according to claim 1 or 2.
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2008
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