(57)【要約】  超音波信号の反射波の影響を受けないで、超音波発信源から最も先に到達する直接波の伝搬時間を正確に算出することを可能にする。  互いに異なる複数のＭ系列に基づき生成された複数の超音波信号を送信側から受信側に伝達され、受信側は複数のＭ系列のモデル波形を生成し、各モデル波形と各超音波信号の波形との間で相関処理を実行し、両波形が部分的に一致したときに現れる相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークのうち最小の副次ピークを発生したＭ系列を最適Ｍ系列として決定する。送信側は電磁波信号と、前記最適Ｍ系列の初期条件に基づき生成した最適Ｍ系列により変調した超音波信号を受信側に送出する。受信側はこの超音波信号と前記最適Ｍ系列により変調された超音波のモデル波形との間で相関値を算出し、算出された相関値の最初の主ピークを検出し、電磁波信号を受信した時点と主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出する。
2009028680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）自己相関性の高い擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号を送信側から送出するステップと、
ｂ）該超音波信号を受信側で受信し、前記超音波信号のの擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、該超音波モデル波形と受信した超音波信号との間で相関処理を実行し相関波形を検出するステップと、
ｃ）異なる擬似ランダム系列のデータについて前記ステップ（a）と（ｂ）を繰り返し実行し、前記相関波形を複数検出し、前記超音波モデル波形と受信した超音波信号とが部分的に一致した際に各相関波形に現れる副次ピークのうち最小の副次ピークを検出し、該最小の副次ピークに対応する擬似ランダム系列のデータを最適な擬似ランダム系列のデータとして決定することを特徴とする最適擬似ランダム系列決定方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｂ）で前記各相関波形に現れる最大の副次ピークを検出し、前記ステップ（ｃ）で全相関波形に現れた複数の最大副次ピークのうち最小値のピークを前記最小副次ピークとして検出することを特徴とする請求項１に記載の最適擬似ランダム系列決定方法。
【請求項３】
前記擬似ランダム系列がＭ系列であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の最適擬似ランダム系列決定方法。
【請求項４】
前記擬似ランダム系列がＭ系列であり、前記擬似ランダム系列を規定するデータがＭ系列初期条件データであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の最適擬似ランダム系列決定方法。
【請求項５】
少なくとも１つの送信装置と、前記送信装置の位置を検出する受信装置とを含み、
前記送信装置が、自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を送信し、
前記受信装置が、受信した前記第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、前記第１の超音波信号の受信波形と生成した前記超音波モデル波形との間で相関値を求め、前記相関値の副次ピークが最小となる最適な擬似ランダム系列を規定するデータを決定して前記送信装置に割り当て、
前記送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、前記受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出し、
前記受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、前記第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより前記超音波信号の到達時間を特定し、前記トリガ信号の到着時点と特定した到達時間とから超音波の伝搬時間を算出し、算出した前記超音波伝搬時間に基づいて、前記送信装置の位置を検出することを特徴とする位置検出システム。
【請求項６】
複数の送信装置と、前記送信装置の位置を検出する受信装置とを含み、
前記送信装置が、自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を送信し、
前記受信装置が、受信した前記第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、前記第１の超音波信号の受信波形と生成した前記超音波モデル波形との間で相関値を求め、前記相関値の副次ピークが小さいほうから複数の擬似ランダム系列を規定するデータを決定し、当該複数の擬似ランダム系列を規定するデータを複数の前記送信装置に割り当て、
前記送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出し、
前記受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、前記第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより前記超音波信号の到達時間を特定し、前記トリガ信号の到着時点と特定した到達時間とから超音波の伝搬時間を算出し、算出した前記超音波伝搬時間に基づいて、前記送信装置の位置を検出することを特徴とする位置検出システム。
【請求項７】
前記受信装置が、複数の前記送信装置について、前記超音波伝搬時間の算出と、前記送信装置の位置の検出を繰り返し実行することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の位置検出システム。
【請求項８】
前記受信装置が、前記擬似ランダム系列を規定するデータに加え特性多項式を決定し、
前記送信装置が、前記擬似ランダム系列を規定するデータおよび前記特性多項式とを用いて前記擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号を生成することを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の位置検出システム。
【請求項９】
少なくとも１つの送信装置と、前記送信装置の位置を検出する受信装置とを含み、
前記送信装置が、互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を送信し、
前記受信装置が、前記第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、各超音波モデル波形と各第１の超音波信号の波形との間で相関処理を実行して相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークのうち最小の副次ピークを発生した擬似ランダム系列のデータを最適擬似ランダム系列のデータとして決定して前記装置装置に割り当て、
前記送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出し、
前記受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、前記第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関値を算出し、算出した相関値の主ピークを検出し、前記トリガ信号を受信した時点と該主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出し、算出した前記超音波伝搬時間に基づいて、前記送信装置の位置を検出することを特徴とする位置検出システム。
【請求項１０】
少なくとも１つの送信装置と、前記送信装置の位置を検出する受信装置とを含み、
前記送信装置が、互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を送出し、
前記受信装置が、複数の第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、各超音波モデル波形と各第１の超音波信号の波形との間で相関処理を実行して相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークが小さいほうから複数の擬似ランダム系列のデータを決定し、当該複数の擬似ランダム系列のデータをそれぞれ異なる前記送信装置に割り当て、
前記送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、割り当てられた擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出し、
前記受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、前記第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関値を算出し、算出した相関値の主ピークを検出し、前記トリガ信号を受信した時点と該主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出し、算出した前記超音波伝搬時間に基づいて、前記送信装置の位置を検出することを特徴とする位置検出システム。
【請求項１１】
前記受信装置が、複数の前記送信装置について、前記超音波伝搬時間の算出と、前記送信装置の位置の検出を繰り返し実行することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の位置検出システム。
【請求項１２】
前記受信装置が、前記各相関値の最大の副次ピークを検出し、全相関値の複数の最大副次ピークのうち最小値のピークを前記最小の副次ピークとして検出することを特徴とする請求項９に記載の位置検出システム。
【請求項１３】
前記送信装置が、
擬似ランダム系列を規定するデータを含む前記トリガ信号と、該擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号を同時に送出し、
前記受信装置が、受信したトリガ信号が含む擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号の超音波モデル波形を生成し、該超音波モデル波形と受信した超音波信号との間で相関値を複数検出し、該複数の相関値から一次ピークの周辺に現れる最大の副次ピークを検出し、異なる擬似ランダム系列のデータについて前記副次ピークを複数求め、該複数の副次ピークのうち最小の副次ピークに対応する擬似ランダム系列のデータを前記最適擬似ランダム系列のデータとして決定することを特徴とする請求項９に記載の位置検出システム。
【請求項１４】
前記送信装置が、送信周期毎に異なる擬似ランダム系列を規定するデータと送信周期毎に異なる特性多項式を表すデータを含む前記トリガ信号を送出し、
前記受信装置が、受信した前記トリガ信号が含む擬似ランダム系列を規定するデータと特性多項式データとに基づき前記超音波モデル波形を生成することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の位置検出システム。
【請求項１５】
前記送信装置が、送信周期毎に異なる符号を送出し、前記受信装置が、受信した符号を対応する擬似ランダム系列を規定するデータと特性多項式に変換することを特徴とする請求項１４に記載の位置検出システム。
【請求項１６】
前記擬似ランダム系列のデータを位相変調方式により前記超音波信号を変調することを特徴とする請求項９から請求項１５の何れかに記載の位置検出システム。
【請求項１７】
前記トリガ信号として赤外線を送信することを特徴とする請求項９から請求項１６の何れかに記載の位置検出システム。
【請求項１８】
前記送信装置が、移動体に設置されていることを特徴とする請求項５から請求項１７の何れかに記載の位置検出システム。
【請求項１９】
前記移動体が、電子ペンであることを特徴とする請求項１８に記載の位置検出システム。
【請求項２０】
前記移動体が、ロボットであることを特徴とする請求項１８に記載の位置検出システム。
【請求項２１】
前記送信装置が、前記擬似ランダム系列のデータの１ビットに超音波信号のｎ周期が割り当て該超音波を位相変調し、前記受信装置が、前記擬似ランダム系列のデータの１ビットに超音波信号のｎ周期が割り当て該超音波信号を位相変調して前記超音波信号モデル波形を生成し、前記相関値の主ピークの（n-1）周期前までに現れるピークから最大の副次ピークを検出することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の位置検出システム。
【請求項２２】
前記擬似ランダム系列がＭ系列であることを特徴とする請求項５から請求項２１の何れかに記載の位置検出システム。
【請求項２３】
前記擬似ランダム系列がＭ系列であり、前記トリガ信号が含む前記擬似ランダム系列を規定するデータがＭ系列初期条件データであることを特徴とする請求項５から請求項２１の何れかに記載の位置検出システム。
【請求項２４】
少なくとも１つの送信装置が、自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を送信するステップを実行し、
前記送信装置の位置を検出する受信装置が、受信した前記第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、前記第１の超音波信号の受信波形と生成した前記超音波モデル波形との間で相関値を求め、前記相関値の副次ピークが最小となる最適な擬似ランダム系列を規定するデータを決定して前記送信装置に割り当てるステップを実行し、
前記送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、前記受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出するステップを実行し、
前記受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、前記第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより前記超音波信号の到達時間を特定し、前記トリガ信号の到着時点と特定した到達時間とから超音波の伝搬時間を算出し、算出した前記超音波伝搬時間に基づいて、前記送信装置の位置を検出するステップを実行することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２５】
複数の送信装置が、自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を送信するステップを実行し、
前記送信装置の位置を検出する受信装置が、受信した前記第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、前記第１の超音波信号の受信波形と生成した前記超音波モデル波形との間で相関値を求め、前記相関値の副次ピークが小さいほうから複数の擬似ランダム系列を規定するデータを決定し、当該複数の擬似ランダム系列を規定するデータを複数の前記送信装置に割り当てるステップを実行し、
前記送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出するステップを実行し、
前記受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、前記第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより前記超音波信号の到達時間を特定し、前記トリガ信号の到着時点と特定した到達時間とから超音波の伝搬時間を算出し、算出した前記超音波伝搬時間に基づいて、前記送信装置の位置を検出するステップを実行することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２６】
前記受信装置が、複数の前記送信装置について、前記超音波伝搬時間の算出と、前記送信装置の位置の検出を繰り返し実行することを特徴とする請求項２４又は請求項２５に記載の位置検出方法。
【請求項２７】
前記受信装置が、前記擬似ランダム系列を規定するデータに加え特性多項式を決定するステップを実行し、
前記送信装置が、前記擬似ランダム系列を規定するデータおよび前記特性多項式とを用いて前記擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号を生成するステップを実行することを特徴とする請求項２４から請求項２６の何れかに記載の位置検出方法。
【請求項２８】
少なくとも１つの送信装置が、互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を送出するステップを実行し、
前記送信装置の位置を検出する受信装置が、前記第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、各超音波モデル波形と各第１の超音波信号の波形との間で相関処理を実行して相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークのうち最小の副次ピークを発生した擬似ランダム系列のデータを最適擬似ランダム系列のデータとして決定して前記装置装置に割り当てるステップを実行し、
前記送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出するステップを実行し、
前記受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、前記第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関値を算出し、算出した相関値の主ピークを検出し、前記トリガ信号を受信した時点と該主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出し、算出した前記超音波伝搬時間に基づいて、前記送信装置の位置を検出するステップを実行することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２９】
少なくとも１つの送信装置が、互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を送出するステップを実行し、
前記送信装置の位置を検出する受信装置が、複数の第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、各超音波モデル波形と各第１の超音波信号の波形との間で相関処理を実行して相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークが小さいほうから複数の擬似ランダム系列のデータを決定し、当該複数の擬似ランダム系列のデータをそれぞれ異なる前記送信装置に割り当てるステップを実行し、
前記送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、割り当てられた擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出するステップを実行し、
前記受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、前記第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関値を算出し、算出した相関値の主ピークを検出し、前記トリガ信号を受信した時点と該主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出し、算出した前記超音波伝搬時間に基づいて、前記送信装置の位置を検出するステップを実行することを特徴とする位置検出方法。
【請求項３０】
前記受信装置が、複数の前記送信装置について、前記超音波伝搬時間の算出と、前記送信装置の位置の検出を繰り返し実行することを特徴とする請求項２８又は請求項２９に記載の位置検出方法。
【請求項３１】
前記受信装置が、前記各相関値の最大の副次ピークを検出し、全相関値の複数の最大副次ピークのうち最小値のピークを前記最小の副次ピークとして検出するステップを実行することを特徴とする請求項２８に記載の位置検出方法。
【請求項３２】
前記送信装置が、
擬似ランダム系列を規定するデータを含む前記トリガ信号と、該擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号を同時に送出するステップを実行し、
前記受信装置が、受信したトリガ信号が含む擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号の超音波モデル波形を生成し、該超音波モデル波形と受信した超音波信号との間で相関値を複数検出し、該複数の相関値から一次ピークの周辺に現れる最大の副次ピークを検出し、異なる擬似ランダム系列のデータについて前記副次ピークを複数求め、該複数の副次ピークのうち最小の副次ピークに対応する擬似ランダム系列のデータを前記最適擬似ランダム系列のデータとして決定するステップを実行することを特徴とする請求項２８に記載の位置検出方法。
【請求項３３】
前記送信装置が、送信周期毎に異なる擬似ランダム系列を規定するデータと送信周期毎に異なる特性多項式を表すデータを含む前記トリガ信号を送出するステップを実行し、
前記受信装置が、受信した前記トリガ信号が含む擬似ランダム系列を規定するデータと特性多項式データとに基づき前記超音波モデル波形を生成するステップを実行することを特徴とする請求項２８又は請求項２９に記載の位置検出方法。
【請求項３４】
前記送信装置が、送信周期毎に異なる符号を送出し、前記受信装置が、受信した符号を対応する擬似ランダム系列を規定するデータと特性多項式に変換するステップを実行することを特徴とする請求項３３に記載の位置検出方法。
【請求項３５】
前記擬似ランダム系列のデータを位相変調方式により前記超音波信号を変調することを特徴とする請求項２８から請求項３４の何れかに記載の位置検出方法。
【請求項３６】
前記トリガ信号として赤外線を送信することを特徴とする請求項２８から請求項３５の何れかに記載の位置検出方法。
【請求項３７】
前記送信装置が、移動体に設置されていることを特徴とする請求項２４から請求項３６の何れかに記載の位置検出方法。
【請求項３８】
前記移動体が、電子ペンであることを特徴とする請求項３７に記載の位置検出方法。
【請求項３９】
前記移動体が、ロボットであることを特徴とする請求項３７に記載の位置検出方法。
【請求項４０】
前記送信装置が、前記擬似ランダム系列のデータの１ビットに超音波信号のｎ周期が割り当て該超音波を位相変調し、前記受信装置が、前記擬似ランダム系列のデータの１ビットに超音波信号のｎ周期が割り当て該超音波信号を位相変調して前記超音波信号モデル波形を生成し、前記相関値の主ピークの（n-1）周期前までに現れるピークから最大の副次ピークを検出することを特徴とする請求項２８又は請求項２９に記載の位置検出方法。
【請求項４１】
前記擬似ランダム系列がＭ系列であることを特徴とする請求項２４から請求項４０の何れかに記載の位置検出方法。
【請求項４２】
前記擬似ランダム系列がＭ系列であり、前記トリガ信号が含む前記擬似ランダム系列を規定するデータがＭ系列初期条件データであることを特徴とする請求項２４から請求項４０の何れかに記載の位置検出方法。
【請求項４３】
送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し前記送信装置の位置を検出する位置検出システムの前記送信装置であって、
自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を送信すると共に、
送信タイミングを表すトリガ信号と、前記受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出する手段を含むことを特徴とする送信装置。
【請求項４４】
前記擬似ランダム系列を規定するデータおよび前記受信装置が決定した特性多項式とを用いて前記擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号を生成することを特徴とする請求項４３に記載の送信装置。
【請求項４５】
送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し前記送信装置の位置を検出する位置検出システムの前記送信装置であって、
互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を送信すると共に、
送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出する手段を含むことを特徴とする送信装置。
【請求項４６】
擬似ランダム系列を規定するデータを含む前記トリガ信号と、該擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号を同時に送出することを特徴とする請求項４５に記載の送信装置。
【請求項４７】
前記送信装置が、送信周期毎に異なる擬似ランダム系列を規定するデータと送信周期毎に異なる特性多項式を表すデータを含む前記トリガ信号を送出ことを特徴とする請求項４５又は請求項４６に記載の送信装置。
【請求項４８】
前記送信装置が、送信周期毎に異なる符号を送出し、前記受信装置が、受信した符号を対応する擬似ランダム系列を規定するデータと特性多項式に変換することを特徴とする請求項４７に記載の送信装置。
【請求項４９】
前記擬似ランダム系列のデータを位相変調方式により前記超音波信号を変調する手段を含むことを特徴とする請求項４５から請求項４８の何れかに記載の送信装置。
【請求項５０】
前記トリガ信号として赤外線を送信することを特徴とする請求項４３から請求項４９の何れかに記載の送信装置。
【請求項５１】
移動体に設置されていることを特徴とする請求項４３から請求項５０の何れかに記載の送信装置。
【請求項５２】
前記移動体が、電子ペンであることを特徴とする請求項５１に記載の送信装置。
【請求項５３】
前記移動体が、ロボットであることを特徴とする請求項５１に記載の送信装置。
【請求項５４】
前記擬似ランダム系列がＭ系列であることを特徴とする請求項４３から請求項５３の何れかに記載の送信装置。
【請求項５５】
前記擬似ランダム系列がＭ系列であり、前記トリガ信号が含む前記擬似ランダム系列を規定するデータがＭ系列初期条件データであることを特徴とする請求項４３から請求項５３の何れかに記載の送信装置。
【請求項５６】
送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し前記送信装置の位置を検出する位置検出システムの前記受信装置であって、
前記送信装置から送信される自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を受信し、受信した前記第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、前記第１の超音波信号の受信波形と生成した前記超音波モデル波形との間で相関値を求め、前記相関値の副次ピークが最小となる最適な擬似ランダム系列を規定するデータを決定して前記送信装置に割り当てる手段と、
前記送信装置から同時に送信される送信タイミングを表すトリガ信号と、前記受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号を受信し、受信した第２の超音波信号の受信波形と、前記第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより前記超音波信号の到達時間を特定し、前記トリガ信号の到着時点と特定した到達時間とから超音波の伝搬時間を算出し、算出した前記超音波伝搬時間に基づいて、前記送信装置の位置を検出する手段と
を含むことを特徴とする受信装置。
【請求項５７】
送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し前記送信装置の位置を検出する位置検出システムの前記受信装置であって、
複数の前記送信装置が送信する自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を受信し、受信した前記第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、前記第１の超音波信号の受信波形と生成した前記超音波モデル波形との間で相関値を求め、前記相関値の副次ピークが小さいほうから複数の擬似ランダム系列を規定するデータを決定し、当該複数の擬似ランダム系列を規定するデータを複数の前記送信装置に割り当てる手段と、
前記送信装置から同時に送信される送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号を受信し、受信した第２の超音波信号の受信波形と、前記第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより前記超音波信号の到達時間を特定し、前記トリガ信号の到着時点と特定した到達時間とから超音波の伝搬時間を算出し、算出した前記超音波伝搬時間に基づいて、前記送信装置の位置を検出する手段と
を含むことを特徴とする受信装置。
【請求項５８】
複数の前記送信装置について、前記超音波伝搬時間の算出と、前記送信装置の位置の検出を繰り返し実行することを特徴とする請求項５６又は請求項５７に記載の受信装置。
【請求項５９】
前記受信装置が、前記擬似ランダム系列を規定するデータに加え特性多項式を決定することを特徴とする請求項５６から請求項５８の何れかに記載の受信装置。
【請求項６０】
送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し前記送信装置の位置を検出する位置検出システムの前記受信装置であって、
少なくとも１つの送信装置から送信される互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を受信し、受信した前記第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、各超音波モデル波形と各第１の超音波信号の波形との間で相関処理を実行して相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークのうち最小の副次ピークを発生した擬似ランダム系列のデータを最適擬似ランダム系列のデータとして決定して前記装置装置に割り当てる手段と、
前記送信装置から同時に送信される送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号を受信し、受信した第２の超音波信号の受信波形と、前記第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関値を算出し、算出した相関値の主ピークを検出し、前記トリガ信号を受信した時点と該主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出し、算出した前記超音波伝搬時間に基づいて、前記送信装置の位置を検出する手段と
を含むことを特徴とする受信装置。
【請求項６１】
送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し前記送信装置の位置を検出する位置検出システムの前記受信装置であって、
前記送信装置から送信される互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を受信し、受信した複数の第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、各超音波モデル波形と各第１の超音波信号の波形との間で相関処理を実行して相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークが小さいほうから複数の擬似ランダム系列のデータを決定し、当該複数の擬似ランダム系列のデータをそれぞれ異なる前記送信装置に割り当てる手段と、
前記送信装置から同時に送信される送信タイミングを表すトリガ信号と、割り当てられた擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号を受信し、受信した第２の超音波信号の受信波形と、前記第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関値を算出し、算出した相関値の主ピークを検出し、前記トリガ信号を受信した時点と該主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出し、算出した前記超音波伝搬時間に基づいて、前記送信装置の位置を検出する手段と
を含むことを特徴とする受信装置。
【請求項６２】
複数の前記送信装置について、前記超音波伝搬時間の算出と、前記送信装置の位置の検出を繰り返し実行することを特徴とする請求項６０又は請求項６１に記載の受信装置。
【請求項６３】
前記各相関値の最大の副次ピークを検出し、全相関値の複数の最大副次ピークのうち最小値のピークを前記最小の副次ピークとして検出することを特徴とする請求項６０に記載の受信装置。
【請求項６４】
前記送信装置から同時に送信される擬似ランダム系列を規定するデータを含む前記トリガ信号と、該擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号を受信し、受信したトリガ信号が含む擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号の超音波モデル波形を生成し、該超音波モデル波形と受信した超音波信号との間で相関値を複数検出し、該複数の相関値から一次ピークの周辺に現れる最大の副次ピークを検出し、異なる擬似ランダム系列のデータについて前記副次ピークを複数求め、該複数の副次ピークのうち最小の副次ピークに対応する擬似ランダム系列のデータを前記最適擬似ランダム系列のデータとして決定する手段を含むことを特徴とする請求項６０に記載の受信装置。
【請求項６５】
前記送信装置から送信周期毎に送信される、異なる擬似ランダム系列を規定するデータと送信周期毎に異なる特性多項式を表すデータを含む前記トリガ信号を受信し、受信した前記トリガ信号が含む擬似ランダム系列を規定するデータと特性多項式データとに基づき前記超音波モデル波形を生成することを特徴とする請求項６０又は請求項６１に記載の受信装置。
【請求項６６】
前記擬似ランダム系列のデータの１ビットに超音波信号のｎ周期が割り当て該超音波信号を位相変調して前記超音波信号モデル波形を生成し、前記相関値の主ピークの（n-1）周期前までに現れるピークから最大の副次ピークを検出することを特徴とする請求項６０又は請求項６１に記載の受信装置。
【請求項６７】
前記擬似ランダム系列がＭ系列であることを特徴とする請求項５６から請求項６６の何れかに記載の受信装置。
【請求項６８】
前記擬似ランダム系列がＭ系列であり、前記トリガ信号が含む前記擬似ランダム系列を規定するデータがＭ系列初期条件データであることを特徴とする請求項５６から請求項６６の何れかに記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体から送出される超音波の所定位置までの伝搬時間を最適なＭ系列に基づき生成された電磁波信号と超音波信号を同時に送出することにより超音波の伝搬時間を測定して位置を検出する位置検出システムに関し、更に前記最適Ｍ系列を決定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音波の伝搬時間を算出する一例が、特許文献１に記載されている。この従来の音波の伝搬時間算出方法は、送信波にＭ系列位相変調波を用い、送信機により送信されたＭ系列位相変調波を受信機により受信し、受信信号と送信信号との相関をマッチドフィルタでとり、マッチドフィルタの出力のピーク検出を行い、ピーク時刻により音波の伝搬時間を算出する。【０００３】
さらに、送信波にＭ系列位相変調波を用いる場合に、送受信における音波の歪みによる相関ピークの誤検知を低減する方法の一例が、特許文献２に記載されている。この従来の方法は、送受信される音波の歪みにより生じる受信波の非Ｍ系列性を、Ｍ系列位相変調信号の位相が１８０度反転する位相反転部の直前半周期分の正弦波パルスの振幅をゼロとした信号を生成し、スピーカを駆動することにより、音波の歪みを低減し、非Ｍ系列性のため生じる副次的なピークを抑制する。【０００４】
また、超音波の伝搬時間を測定し位置検出を行なう方法の一例が特許文献３に記載されている。この従来の超音波の伝搬時間を利用した位置検出方法は、電子ペンから一定周期で電磁波による測定開始の赤外線トリガ信号と各周期毎に同一波形の超音波信号とを同時に送信する。受信側はトリガ信号を受信した時点から、超音波信号を受信した時点までの時間を超音波の伝搬時間として測定し、その伝搬時間を利用して電子ペンの位置を特定する。
【特許文献１】特許第３８７６３７０号
【特許文献２】特開２００２−２８６５１７
【特許文献３】米国特許６１１８２０５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波信号は周囲の壁等から反射し伝搬距離の異なる複数の経路で受信側に到達することがあり得るため反射波が発生する。従来の超音波伝搬時間測定方法は、各送信周期とも同じ波形であるため、受信側がトリガ信号を受信後、超音波信号の直接波と反射波が重なった合成波を受信した場合に、両者を識別することが困難であるため直接波だけを正確に抽出することが不可能である。殊に、直接波と反射波の重なり具合によっては合成波の形状が変化してしまい最初の直接波の到達点を検出することが難しい。【０００６】
また、Ｍ系列位相変調波を用いた従来の音波伝搬時間算出方法は、送受信による音波の歪みを低減する方法を加えても、残留振動が多い送信源を用いた場合に、音波の歪みを低減するには十分でなく、非Ｍ系列性のため生じる副次的な相関ピークを抑制することが難しいという問題点がある。その理由は、Ｍ系列位相変調信号の位相が１８０度反転する位相反転部の直前半周期分の正弦波パルスの振幅をゼロとした信号を生成し、送信源を駆動しても、残留振動が生じ、駆動信号による振動と干渉し非Ｍ系列性が残ってしまうためである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、容易に判別可能な相関ピークを発生するのに最適なＭ系列を決定する方法と、トリガ用電磁波信号およびこの最適Ｍ系列によりＭ系列化された超音波信号の両信号を同時に送信側から送出することにより、受信側が外乱環境下でも容易に検出できるピークを超音波到達時点に出現させる最適擬似ランダム系列決定方法、位置検出システム、位置検出方法、送信装置及び受信装置を提供することである。【０００８】
本発明の最適擬似ランダム系列決定方法は、ａ）自己相関性の高い擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号を送信側から送出するステップと、ｂ）該超音波信号を受信側で受信し、超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、該超音波モデル波形と受信した超音波信号との間で相関処理を実行し相関波形を検出するステップと、ｃ）異なる擬似ランダム系列のデータについてステップ（a）と（ｂ）を繰り返し実行し、相関波形を複数検出し、超音波モデル波形と受信した超音波信号とが部分的に一致した際に各相関波形に現れる副次ピークのうち最小の副次ピークを検出し、該最小の副次ピークに対応する擬似ランダム系列のデータを最適な擬似ランダム系列のデータとして決定する。【０００９】
本発明の第１の位置検出システムは、少なくとも１つの送信装置と、送信装置の位置を検出する受信装置とを含み、送信装置が、自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を送信し、受信装置が、受信した第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、第１の超音波信号の受信波形と生成した超音波モデル波形との間で相関値を求め、相関値の副次ピークが最小となる最適な擬似ランダム系列を規定するデータを決定して送信装置に割り当て、送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出し、受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより超音波信号の到達時間を特定し、トリガ信号の到着時点と特定した到達時間とから超音波の伝搬時間を算出し、算出した超音波伝搬時間に基づいて、送信装置の位置を検出する。【００１０】
本発明の第２の位置検出システムは、複数の送信装置と、送信装置の位置を検出する受信装置とを含み、送信装置が、自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を送信し、受信装置が、受信した第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、第１の超音波信号の受信波形と生成した超音波モデル波形との間で相関値を求め、相関値の副次ピークが小さいほうから複数の擬似ランダム系列を規定するデータを決定し、当該複数の擬似ランダム系列を規定するデータを複数の送信装置に割り当て、送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出し、受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより超音波信号の到達時間を特定し、トリガ信号の到着時点と特定した到達時間とから超音波の伝搬時間を算出し、算出した超音波伝搬時間に基づいて、送信装置の位置を検出する。【００１１】
本発明の第３の位置検出システムは、少なくとも１つの送信装置と、送信装置の位置を検出する受信装置とを含み、送信装置が、互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を送信し、受信装置が、第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、各超音波モデル波形と各第１の超音波信号の波形との間で相関処理を実行して相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークのうち最小の副次ピークを発生した擬似ランダム系列のデータを最適擬似ランダム系列のデータとして決定して装置装置に割り当て、送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出し、受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関値を算出し、算出した相関値の主ピークを検出し、トリガ信号を受信した時点と該主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出し、算出した超音波伝搬時間に基づいて、送信装置の位置を検出する。【００１２】
本発明の第４の位置検出システムは、少なくとも１つの送信装置と、送信装置の位置を検出する受信装置とを含み、送信装置が、互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を送出し、受信装置が、複数の第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、各超音波モデル波形と各第１の超音波信号の波形との間で相関処理を実行して相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークが小さいほうから複数の擬似ランダム系列のデータを決定し、当該複数の擬似ランダム系列のデータをそれぞれ異なる送信装置に割り当て、送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、割り当てられた擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出し、受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関値を算出し、算出した相関値の主ピークを検出し、トリガ信号を受信した時点と該主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出し、算出した超音波伝搬時間に基づいて、送信装置の位置を検出する。【００１３】
本発明の第１の位置検出方法は、少なくとも１つの送信装置が、自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を送信するステップを実行し、送信装置の位置を検出する受信装置が、受信した第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、第１の超音波信号の受信波形と生成した超音波モデル波形との間で相関値を求め、相関値の副次ピークが最小となる最適な擬似ランダム系列を規定するデータを決定して送信装置に割り当てるステップを実行し、送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出するステップを実行し、受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより超音波信号の到達時間を特定し、トリガ信号の到着時点と特定した到達時間とから超音波の伝搬時間を算出し、算出した超音波伝搬時間に基づいて、送信装置の位置を検出するステップを実行する。【００１４】
本発明の第２の位置検出方法は、複数の送信装置が、自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を送信するステップを実行し、送信装置の位置を検出する受信装置が、受信した第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、第１の超音波信号の受信波形と生成した超音波モデル波形との間で相関値を求め、相関値の副次ピークが小さいほうから複数の擬似ランダム系列を規定するデータを決定し、当該複数の擬似ランダム系列を規定するデータを複数の送信装置に割り当てるステップを実行し、送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出するステップを実行し、受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより超音波信号の到達時間を特定し、トリガ信号の到着時点と特定した到達時間とから超音波の伝搬時間を算出し、算出した超音波伝搬時間に基づいて、送信装置の位置を検出するステップを実行する。【００１５】
本発明の第３の位置検出方法は、少なくとも１つの送信装置が、互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を送出するステップを実行し、送信装置の位置を検出する受信装置が、第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、各超音波モデル波形と各第１の超音波信号の波形との間で相関処理を実行して相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークのうち最小の副次ピークを発生した擬似ランダム系列のデータを最適擬似ランダム系列のデータとして決定して装置装置に割り当てるステップを実行し、送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出するステップを実行し、受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関値を算出し、算出した相関値の主ピークを検出し、トリガ信号を受信した時点と該主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出し、算出した超音波伝搬時間に基づいて、送信装置の位置を検出するステップを実行する。【００１６】
本発明の第４の位置検出方法は、少なくとも１つの送信装置が、互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を送出するステップを実行し、送信装置の位置を検出する受信装置が、複数の第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、各超音波モデル波形と各第１の超音波信号の波形との間で相関処理を実行して相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークが小さいほうから複数の擬似ランダム系列のデータを決定し、当該複数の擬似ランダム系列のデータをそれぞれ異なる送信装置に割り当てるステップを実行し、送信装置が、送信タイミングを表すトリガ信号と、割り当てられた擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出するステップを実行し、受信装置が、受信した第２の超音波信号の受信波形と、第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関値を算出し、算出した相関値の主ピークを検出し、トリガ信号を受信した時点と該主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出し、算出した超音波伝搬時間に基づいて、送信装置の位置を検出するステップを実行する。【００１７】
本発明の第１の送信装置は、送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し送信装置の位置を検出する位置検出システムの送信装置であって、自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を送信すると共に、送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出する手段を含む。【００１８】
本発明の第２の送信装置は、送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し送信装置の位置を検出する位置検出システムの送信装置であって、互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を送信すると共に、送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号とを同時に送出する手段を含む。【００１９】
本発明の第１の受信装置は、送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し送信装置の位置を検出する位置検出システムの受信装置であって、送信装置から送信される自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を受信し、受信した第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、第１の超音波信号の受信波形と生成した超音波モデル波形との間で相関値を求め、相関値の副次ピークが最小となる最適な擬似ランダム系列を規定するデータを決定して送信装置に割り当てる手段と、送信装置から同時に送信される送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号を受信し、受信した第２の超音波信号の受信波形と、第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより超音波信号の到達時間を特定し、トリガ信号の到着時点と特定した到達時間とから超音波の伝搬時間を算出し、算出した超音波伝搬時間に基づいて、送信装置の位置を検出する手段とを含む。【００２０】
本発明の第２の受信装置は、送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し送信装置の位置を検出する位置検出システムの受信装置であって、複数の送信装置が送信する自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された第１の超音波信号を受信し、受信した第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、第１の超音波信号の受信波形と生成した超音波モデル波形との間で相関値を求め、相関値の副次ピークが小さいほうから複数の擬似ランダム系列を規定するデータを決定し、当該複数の擬似ランダム系列を規定するデータを複数の送信装置に割り当てる手段と、送信装置から同時に送信される送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列を規定するデータに基づき生成された擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号を受信し、受信した第２の超音波信号の受信波形と、第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関処理を実行することにより超音波信号の到達時間を特定し、トリガ信号の到着時点と特定した到達時間とから超音波の伝搬時間を算出し、算出した超音波伝搬時間に基づいて、送信装置の位置を検出する手段とを含む。【００２１】
本発明の第３の受信装置は、送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し送信装置の位置を検出する位置検出システムの受信装置であって、少なくとも１つの送信装置から送信される互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を受信し、受信した第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、各超音波モデル波形と各第１の超音波信号の波形との間で相関処理を実行して相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークのうち最小の副次ピークを発生した擬似ランダム系列のデータを最適擬似ランダム系列のデータとして決定して装置装置に割り当てる手段と、送信装置から同時に送信される送信タイミングを表すトリガ信号と、受信装置から割り当てられた最適な擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号を受信し、受信した第２の超音波信号の受信波形と、第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関値を算出し、算出した相関値の主ピークを検出し、トリガ信号を受信した時点と該主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出し、算出した超音波伝搬時間に基づいて、送信装置の位置を検出する手段とを含む。【００２２】
本発明の第４の受信装置は、送信装置から送信される超音波信号を受信装置で受信し送信装置の位置を検出する位置検出システムの受信装置であって、送信装置から送信される互いに異なる複数の自己相関性の高い擬似ランダム系列のデータにより変調された複数の第１の超音波信号を受信し、受信した複数の第１の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形を生成し、各超音波モデル波形と各第１の超音波信号の波形との間で相関処理を実行して相関値の副次ピークを検出し、全相関処理で検出された副次ピークが小さいほうから複数の擬似ランダム系列のデータを決定し、当該複数の擬似ランダム系列のデータをそれぞれ異なる送信装置に割り当てる手段と、送信装置から同時に送信される送信タイミングを表すトリガ信号と、割り当てられた擬似ランダム系列のデータにより変調された第２の超音波信号を受信し、受信した第２の超音波信号の受信波形と、第２の超音波信号の擬似ランダム系列の超音波モデル波形との間で相関値を算出し、算出した相関値の主ピークを検出し、トリガ信号を受信した時点と該主ピークの検出時点とから超音波伝搬時間を算出し、算出した超音波伝搬時間に基づいて、送信装置の位置を検出する手段とを含む。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は相関値の主ピーク検出時点、即ち超音波到達時点周辺で受信した超音波波形が部分的にモデル波形と形状的に一致したことにより現れる相関値の副次ピーク成分が小さい擬似ランダム系列のデータにより変調された超音波信号を用いるため、反射波や雑音といった外乱環境下でも容易に検出可能なピークが超音波到達時点に現れる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の送信装置と受信装置の構成を示すブロック図。
【図２】１ビット当たり１周期を割り当てた位相変調方式により変調された超音波Ｍ系列データ。
【図３】直接波、反射波及び雑音が合成されたＭ系列化超音波受信波形。
【図４】Ｍ系列化超音波の直接波波形。
【図５】Ｍ系列化超音波の反射波波形。
【図６】雑音波形。
【図７】本発明の第１実施形態の送信装置の動作を示すフローチャート。
【図８】本発明の第１実施形態の受信装置の動作を示すフローチャート。
【図９】Ｍ系列探索モードにおいてM系列が「１００１００１１０１０１１１」の場合の相関値波形。
【図１０】Ｍ系列探索モードにおいてM系列が「００１００１１０１０１１１１」の場合の相関値波形。
【図１１】超音波伝搬時間測定モードにおける最適Ｍ系列モデル波形と最適Ｍ系列により位相変調された超音波波形との相関値波形。
【図１２】１ビット当たり１周期で位相変調された基本周波数４０ｋＨｚの超音波の帯域幅を示す図。
【図１３】１ビット当たり２周期で位相変調された基本周波数４０ｋＨｚの超音波の帯域幅を示す図。
【図１４】１ビット当たり３周期で位相変調された基本周波数４０ｋＨｚの超音波の帯域幅を示す図。
【図１５】１ビット当たり２周期で位相変調されたＭ系列超音波の直接波とＭ系列モデル波形との相関値波形。
【図１６】１ビット当たり３周期で位相変調されたＭ系列超音波の直接波とＭ系列モデル波形との相関値波形。
【図１７】１ビット当たり３周期で位相変調されたＭ系列超音波の直接波と３周期遅れの反射波の合成波形とＭ系列モデル波形との相関値波形。
【図１８】本発明の第２実施形態の送信装置の動作を示すフローチャート。
【図１９】本発明の第２実施形態の受信装置の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明を実施するための第一の最良の形態について図１乃至１９を参照して詳細に説明する。図１において、本発明の超音波伝搬時間測定システムは移動体としての電子ペン１に装着された送信装置２と、この送信装置から離れた所定の位置に設置された受信装置３から成る。本測定システムは超音波伝搬時間の測定に先立ち最適Ｍ系列の探索（以下、Ｍ系列探索モード）を行う。【００２６】
送信装置２は制御回路１０１、Ｍ系列生成回路１０２、超音波駆動回路１０３、超音波送信器１０４、赤外線駆動回路１０５、赤外線送信器１０６とから構成される。Ｍ系列生成回路１０２が生成するＭ系列は特性多項式により生成される系列であり、特性多項式と初期条件を規定することにより得られる。なお、Ｍ系列の詳細は、例えば、柏木濶著「Ｍ系列とその応用」（１９９６年３月２５日，昭晃堂）に記述されている。例えば、４次の特性多項式f(x) = x4 + x + 1により生成される系列長が１５ビットであるデータ列を用いる。初期条件を変更することにより、データの並びが巡回的にシフトした１５通りの異なるデータ列が得られる。【００２７】
Ｍ系列探索モードにおいて、制御回路１０１は予め決められた特性多項式に基づくＭ系列の初期条件を決定し、この初期条件を一定の送信周期でＭ系列生成回路１０２と赤外線駆動回路１０５に伝達する。Ｍ系列生成手段１０２はこの初期条件に従い各送信周期毎に異なるＭ系列のコード化されたビット列を生成する。超音波駆動回路１０３はこのＭ系列データを超音波変調用の駆動信号として超音波送信器１０４に供給する。超音波送信器１０４はこの駆動信号を変調信号として超音波を変調しＭ系列変調された超音波信号を空間に送出する。好適実施例として超音波の変調に位相変調方式が使用される。一方、制御回路１０１はトリガ信号の生成を赤外線駆動回路１０５に指示し、続いて上述のＭ系列の初期条件をコード化した初期条件データを赤外線駆動回路１０５に供給する。超音波送信器１０４の送信タイミングに同期して、赤外線送信器１０６はこの赤外線駆動回路１０５の出力により駆動され赤外線を電子ペン１から空間に送出する。【００２８】
後述の如くＭ系列探索モードにおいて最適なＭ系列が決定される。続く超音波伝搬時間測定モードにおいて、制御回路１０１は予め決められた特性多項式の最適Ｍ系列の初期条件を決定し、この初期条件をＭ系列生成回路１０２と赤外線駆動回路１０５に伝達する。
Ｍ系列生成手段１０２はこの初期条件に従い最適Ｍ系列データを生成する。超音波駆動回路１０３はこの最適Ｍ系列データを超音波変調用の駆動信号として超音波送信器１０４に供給する。超音波送信器１０４はこの駆動信号を変調信号として超音波を変調しＭ系列変調された超音波信号を空間に送出する。【００２９】
図２はＭ系列によりコード化した一例として、Ｍ系列により位相変調された変調波の波形を示す。一定の周波数の超音波を１５ビットのＭ系列「１０００１００１１０１０１１１」で位相変調された超音波信号の波形を示す。本波形は１ビット当たり基本波（例えば４０ｋＨｚ）の１周期を対応させて、０の場合は反転位相で、１の場合は同相で位相変調したもので変調波は基本波１５周期分の長さとなっている。【００３０】
一方、制御回路１０１はトリガ信号の生成を赤外線駆動回路１０５に指示し、続いて最適Ｍ系列の初期条件データを赤外線駆動回路１０５に供給する。
超音波送信器１０４の送信タイミングに同期して、赤外線送信器１０６はこの赤外線駆動回路１０５の出力により駆動され赤外線を電子ペン１から空間に送出する。【００３１】
受信装置３は超音波受信器２０１、サンプリング回路２０２，赤外線受信器２０３，検出回路２０４，メモリ２０５とデータ処理回路２０６とから成る。【００３２】
赤外線受信器２０３は電子ペン１からの赤外線信号を受信しこれを電気信号に変換する。検出回路２０４は赤外線受信器２０３の出力からトリガパルスを検出するとトリガパルスの到来時刻をメモリ２０５に格納し、次にＭ系列の初期条件データを検出しこれをメモリ２０５に格納する。【００３３】
超音波受信器２０１は電子ペン１から送信された超音波信号を受信しこれをＭ系列コードの電気信号に変換する。サンプリング回路２０２は超音波受信器２０１の出力を一定のサンプリング間隔（ΔＴ）でサンプル化し、サンプル化された超音波の波形データを順次メモリ２０５に格納する。必要に応じて、ノイズ除去を目的にフィルタ処理を行う。【００３４】
図３は１５ビットＭ系列のデータ列「１０００１００１１０１０１１１」により位相変調された超音波を受信した波形である。サンプリング間隔（ΔＴ）を超音波の基本波周期の１／８としてメモリ２０５に格納された超音波の受信波形を示す。横軸は、赤外線トリガ信号を受信した時点を０とした時刻を示している。周波数が４０ｋＨｚの超音波を使用した場合、超音波の基本周期は２５μｓｅｃとなり、サンプリング間隔は３．１２５μｓｅｃとなる。メモリ２０５に格納された超音波の受信波形（図３）は送信された超音波の直接波（図４）や反射波（図５）、さらにノイズ（図６）が混合した合成波となる。【００３５】
データ処理回路２０６はメモリ２０５にトリガパルス到来時刻を示すデータが格納されるとＭ系列の初期条件データを読み出し、この初期条件（必要に応じて更に特性多項式）に基づきＭ系列モデル波形を生成し、メモリ２０５に格納されている超音波受信波形との間で相関処理を行う。【００３６】
Ｍ系列探索モードの時、赤外線信号と超音波信号が繰り返し電子ペンから送出される。その際送信毎に異なるＭ系列を使用される。各受信毎に超音波のＭ系列モデル波形との相関度を両者の形状が部分的に一致したとき生ずる複数の副次ピークから使用したＭ系列の最適度をチェックする。最大副次ピークの値が小さいＭ系列ほどの最適度が高く評価される。全Ｍ系列のうち最大副次ピークの値が最小のＭ系列を最適Ｍ系列として決定する。【００３７】
超音波伝搬測定モードの時、最適Ｍ系列に基づき生成された赤外線信号と超音波信号が送出され相関処理が行われる。データ処理回路２０６は相関値の最初のピークを検出するとトリガパルス到来時刻からこのピークを検出した時点までの経過時間、即ち電子ペン１からの受信装置３に至る超音波信号の伝搬時間を算出する。【００３８】
次に、本発明の第１実施形態における送信装置２の制御回路１０１を図７のフローチャートを参照し、次に受信装置３のデータ処理回路２０６の動作を図８のフローチャートを参照して説明する。【００３９】
まず、図７において、Ｍ系列探索モードのとき制御回路１０１は互いに異なる複数のＭ系列から任意のＭ系列を選びこのＭ系列の初期条件を設定する（ステップ３０１）。Ｍ系列生成回路１０２はこの初期条件に基づきＭ系列データを生成し（ステップ３０２）、超音波駆動回路１０３に供給する。超音波駆動回路１０３はこのＭ系列データから超音波を変調するための駆動信号（変調信号）を生成する（ステップ３０３）。また、制御回路１０１はＭ系列初期条件を決定すると、トリガパルスとＭ系列初期条件データを赤外線駆動回路１０５に供給し赤外線駆動信号を生成する（ステップ３０４）。ステップ３０３と３０４で両駆動信号が生成されると、赤外線送信器１０６と超音波送信器１０４は赤外線駆動回路１０５と超音波駆動回路１０３の出力によりそれぞれ同時に駆動され赤外線とＭ系列により変調された超音波信号を電子ペン１から空間に送出する（ステップ３０５）。【００４０】
ステップ３０５が実行されると制御回路１０１は判定ステップ３０６で全てのＭ系列初期条件をチェックしたか否かを判定する。全Ｍ系列の送信が終了していなければ制御回路１０１はステップ３０６からステップ３０１に戻り次のＭ系列の初期条件を設定する。従って、全Ｍ系列の送信が終了するまで、ステップ３０１から３０５が順次実行され、異なるＭ系列により変調された複数の超音波信号が順次送出される。そして、各超音波信号の送出と同時に、これらのＭ系列の初期条件とトリガパルスにより変調された複数の赤外線信号が順次送出される。図２に示す１５ビットＭ系列で位相変調された超音波信号の場合、ステップ３０１から３０５の処理が１５回繰り返され１５種類のＭ系列データが試験される。【００４１】
全Ｍ系列の送信が終了すると（ステップ３０６）、システムは超音波伝搬時間測定モードになる。制御回路１０１はペン動作が終了したか否かを確認し（ステップ３０７）、ペン動作中であれば、後述の如く、受信装置３が決定した最適Ｍ系列の初期条件が制御回路１０１に設定され（ステップ３０８）、ステップ３０２に戻り最適Ｍ系列データを生成し、ステップ３０３でトリガパルスと最適Ｍ系列初期条件データを赤外線駆動回路１０５により生成し、さらにステップ３０４で最適Ｍ系列化された超音波駆動信号を超音波駆動回路１０３おいて生成する。これらの駆動信号により、最適Ｍ系列化超音波信号とこれに対応する赤外線信号が同時に電子ペンから送出される（ステップ３０５）。システムが測定モードであるため次の判定ステップ３０６はＹＥＳとなり、ペン動作が終了するまで、制御回路１０１はステップ３０８，３０２，３０３，３０４，３０５を順次繰り返し実行する。【００４２】
受信装置３において、データ処理回路２０６が図８のフローチャートを実行する前に、サンプリング回路２０２は超音波受信器２０１が受信した信号を一定のサンプリング間隔でサンプルし、サンプル化した超音波波形データをメモリ２０５に格納する。一方、検出回路２０４は赤外線受信器２０３が受信した信号からトリガ検出信号とＭ系列初期条件データを検出し、メモリ２０５に格納する。【００４３】
データ処理回路２０６はステップ４０１でトリガ検出信号をメモリ２０５から読出すと、サンプリングカウンタの値「ｔ」（サンプリング時刻）を「０」に設定し、ステップ４０２でＭ系列初期条件をメモリに格納されている初期条件に設定し、この初期条件に基づきＭ系列モデル波形を生成し、このモデル波形で超音波を各１ビットに割り当てられた該超音波の周期数に従い位相変調する（ステップ４０３）。データ処理回路２０６は、Ｍ系列探索中であればステップ４０４で相関開始時点（ts）を設定し、相関値算出ステップ４０５に進む。  【００４４】
ステップ４０５において、先ずＮ個のＭ系列超音波データがメモリ２０５から読出され、ステップ４０３で生成されたモデル波形との間で相関計算が実行され、数１に基づき相関値C(t)が算出されメモリに格納される。【００４５】
【数１】
2009028680.tif 000003
【００４６】
式１において、ｉは整数値でサンプリング時刻を変数であり、Ｎはモデル波形のサンプリング数、ｒ（ｉ）はサンプリング時刻ｉのモデル波形の値、ｆ（ｉ＋ｔ）はサンプリング時刻（ｉ＋ｔ）の受信波形の値である。【００４７】
相関処理開始から所定時間が経過したか否かがステップ４０６で判定され、経過していなければステップ４０７でサンプリング時刻ｔを単位量１だけ進ませステップ４０５に戻る。この相関計算は所定時間が経過するまで実行されメモリ２０５に複数の相関値が格納される。【００４８】
相関開始から所定時間が経過すると、ステップ４０８でＭ系列探索中であるか否かが判定され、Ｍ系列探索中であればステップ４０９でメモリ２０５に格納されている相関値から最大の相関値（一次ピーク）を検出しその発生時点を超音波到達（相関終了）時点 (te)として設定する。ステップ４１０において、データ処理回路２０６は式２に基づき相関開始時点から相関終了時点の直前に至る期間、即ち、
2009028680.tif 000004
における最大の相関値を検出する。【００４９】
【数２】
2009028680.tif 000005
【００５０】
ここで、P(n)はあるＭ系列の初期条件nの超音波到達時点以前の期間(
2009028680.tif 000006
)の相関値C(t)の最大値を表す。この期間は到来した超音波の形状がモデル波形と部分的に一致する期間であり、この結果現れる相関値を副次ピークと称する。検出された最大副次ピークはメモリ２０５に格納される。  【００５１】
次に、メモリ２０５に格納された超音波データと全相関値はステップ４１１で消去され、次回到来する超音波データ、トリガ検出信号、Ｍ系列初期条件データを格納するための準備をする。【００５２】
データ処理回路２０６はステップ４１２で全Ｍ系列の探索を終了したか否かを判定し、終了していなければステップ４０１に戻り、次の赤外線信号と超音波信号の到来を検出するためメモリ２０５を監視し、トリガ検出信号を読出す。全Ｍ系列の探索が終了していればデータ処理回路２０６はステップ４１３に進み、メモリ２０５に格納されている全副次ピークのうち最小副次ピークを検出し、これに対応するＭ系列を最適Ｍ系列として決定し、Ｍ系列探索モードを終了しステップ４０１に戻る。【００５３】
図9は上記の超音波波形と図２の１５ビットＭ系列モデル波形との相関値を示し、ステップ４１０において最大副次ピークがサンプリング時点“１０”の付近で検出されたことを示す。【００５４】
本発明の好適実施形態として、送信側の制御回路１０１では予めＭ系列の特性多項式を決定しておいて初期条件を選択するが、Ｍ系列のビット配列を変更せずに１ビットずつシフトするようにＭ系列を決定してもよい。図１０は図２の１５ビットＭ系列において１ビット分シフトした１５ビットＭ系列のデータ列、即ち「０００１００１１０１０１１１１」により位相変調した超音波を用いた場合の相関値を示し最大副次ピークがサンプリング時点“１２”付近で検出されたことを示す。図９と図１０において、いずれもトリガパルスを受信した時点を０とし、サンプリング間隔は超音波の基本波周期の１／８である。送信装置２と受信装置３が一定距離に保たれている限り超音波到達時点における相関値ピーク（主ピーク）は同一のサンプリング時点“１５”に現れる。
図９と図１０の最大副次ピークを比較すると、図９の最大副次ピークのほうが小さいのでM系列「１０００１００１１０１０１１１」が最適M系列として決定される。また、これまでの説明では予め特定多項式を決定しておいて初期条件のみを変更していたが、特性多項式と初期条件の両方を変更してもよい。【００５５】
更に、本発明の好適実施形態として、異なる複数のＭ系列に対応して複数の異なる符号（またはインデックス）を割り当て、これらの符号とそれぞれを対応するＭ系列の初期条件と特性多項式に関連付けしたマッピングテーブルを
受信側３に設ける。Ｍ系列探索モードの時、送信側２は１つのＭ系列を送信する際このＭ系列に割り当てられた符号（インデックス）を赤外線信号により送信し、受信側３は前記マッピングテーブルを参照し受信した符号に関連付けされたＭ系列初期条件と特性多項式を読出す。この方法により少ない情報量でＭ系列初期条件と特性多項式を受信側に伝達することができる。【００５６】
上述のように決定された最適Ｍ系列の初期条件は送信装置２の制御回路１０１に設定され超音波伝搬時間測定モードで使用される。従って、送信装置２は設定された最適Ｍ系列に基づき赤外線信号と超音波信号を生成し受信装置３に送出する。【００５７】
超音波伝搬時間測定モードにおいて、最適Ｍ系列の基づき生成された赤外線信号と超音波信号が送信装置２から送出され、データ処理回路２０６はステップ４０１でトリガ検出信号をメモリ２０５から読出し、ステップ４０２でＭ系列初期条件をメモリに格納されている最適Ｍ系列の初期条件に設定し、最適Ｍ系列モデル波形を生成する（ステップ４０３）。Ｍ系列探索モードでないためデータ処理回路２０６はステップ４０４を飛び越しステップ４０５に進み、前述のように１サンプル分のＭ系列超音波データをメモリ２０５から読出し、ステップ４０３で生成された最適モデル波形との間で相関計算を実行し、式（１）に基づき相関値C(t)を算出しメモリ２０５に格納する。所定時間が経過するまでデータ処理回路２０６はステップ４０５を実行し、ステップ４０６からステップ４０８に進む。既にＭ系列探索モードを終了しているのでステップ４０８はスキップされステップ４１４が実行される。【００５８】
ステップ４１４においてデータ処理回路２０６は所定時間内に算出された全相関値から副次ピークの値より大きな所定値以上の相関値を選択、この中から先頭ピークを検出する。【００５９】
図１１は最適Ｍ系列モデル波形と最適Ｍ系列により位相変調された超音波の合成波との間で相関処理を行い、得られた相関値をプロットした図である。
先頭ピークが直接波のピークであり、次のピークが反射波のピークである。この例では、反射波のピークが一番大きいが、 先頭ピークが最大ピーク値に対し一定比率以上であればこれを直接波のピークとして認識することにより、反射波の影響を受けず直接波の到達時刻を確実に検出できる。【００６０】
先頭ピークを検出した時点のサンプリング時刻(tf)を先頭ピーク検出時点として設定し（ステップ４１５）、超音波伝搬時間(tf
× ΔT)算出する（ステップ４１６）。次に、ステップ４１７で全てのデータをメモリ２０５から消去する。【００６１】
送信装置２と受信装置３の間の距離は超音波伝搬時間と音速から算出される。また、受信装置３を複数設け各受信装置との距離を求め三角測量の原理で送信装置の位置を特定することができる。【００６２】
送信側が電子ペンのように移動体の場合、送信装置２は引き続き最適Ｍ系列に基づき生成された赤外線信号と超音波信号を繰り返し送信する。そのため、データ処理回路２０６はステップ４１７からステップ４０１に戻り後続の信号を受信する。【００６３】
上述の説明で、Ｍ系列のデータ１ビット当たり送信超音波の基本波１周期を対応させた位相変調を用いたが、基本波２周期、３周期、一般的にｎ周期を対応させた位相変調を用いることもできる。Ｍ系列データの１ビット当たり基本波１周期を対応させた位相変調波の送受信に必要な主たる帯域幅を１とすると、ｎ周期を対応させた場合には、帯域幅は１／ｎとなる。基本波の周波数が４０ｋＨｚとすると、必要な主たる帯域幅は、図１２、図１３、図１４に図示するように、４０ｋＨｚを中心にそれぞれ、１ビット当たり１周期で位相変調の場合は８０ｋＨｚ、２周期の位相変調の場合は４０ｋＨｚ、３周期の位相変調の場合は８０／３＝２６．７ｋＨｚとなり、順により狭帯域となる。【００６４】
図１５は、１５ビットＭ系列データ「１０００１００１１０１０１１１」により１ビット当たり基本波２周期を対応させて位相変調した場合の受信超音波波形と相関値波形を示す。２周期の場合、１ビット毎に２周期分同じ位相の波形が続くため、超音波到達点に現れる相関ピークの１周期前と１周期後にそれぞれピークＰ１とＰ２が現れる。受信波が理想的な正弦波であればピークＰ１とＰ２の大きさは、超音波到達点の最大相関ピークの大きさの１／２となる。【００６５】
図１６は、同じデータにより１ビット当たり基本波３周期を対応させて位相変調した場合の受信超音波波形と相関値波形を示す。３周期の場合も同様に、１ビット毎に３周期分同じ位相の波形が続くため、超音波到達点に現れる相関ピークの１周期前と１周期後にそれぞれピークＰ１とＰ２が、さらに２周期前と２周期後にそれぞれピークＰ３とＰ４が現れる。受信波が理想的な正弦波であればピークＰ１とＰ２の大きさは超音波到達点の最大相関ピークの大きさの２／３、ピークＰ３とＰ４の大きさは、最大相関ピークの１／３となる。一般的にｎ周期の場合、超音波到達点に現れる相関ピークのｎ周期前とｎ周期後までピークが現れ、その大きさは１周期前後から(ｎ−１)周期前後の順に並べると（ｎ−１）／ｎ，（ｎ−２）／ｎ，…，１／ｎとなる。【００６６】
図８のステップ４１０で副次ピークの最大値を検出する際、上述のピークを考慮して、Ｍ系列のデータ１ビットに基本波ｎ周期を対応させて位相変調する場合、最大相関ピークの(ｎ−１)周期以前の時間を指定することが好ましい。【００６７】
また、殆ど減衰していない反射波が直接波の直後に受信される環境では、副次ピークが超音波到達点の最大相関ピークの(ｎ−１)周期前までに現れるピークと重なって副次ピークの検出が困難になる可能性があるので、(ｎ−１)周期以前の相関ピーク付近の副次ピークは小さいほうが望ましい。【００６８】
１ビット当たり基本波３周期を対応させた位相変調の場合、副次ピーク検出ステップ４１０の処理は、最大相関値ピーク時点の２４周期前から３周期前の副次ピークの最大値を各受信波から検出し、これらの副次ピーク最大値のうち最小値をとるＭ系列を決定する。図１６に示すようにビット列「１１０１０１１１１０００１００」となるＭ系列をそれと定める。図１７は、直接波到達点の３周期後に反射波を受信し、その結果波の同相が重なった区間は振幅が２倍になり逆相が重なった区間は振幅がゼロとなっている。  【００６９】
前述の第一実施形態では受信側３は最適Ｍ系列を決定すると送信側２は伝搬時間測定モードにおいて受信側が決定した最適Ｍ系列の初期条件を赤外線信号で受信側に伝達していた。【００７０】
本発明の第二実施形態において受信側３は最適Ｍ系列を決定するとこれをデータ処理回路２０６に設定し、送信側２は伝搬時間測定モードにおいて受信側が決定した最適Ｍ系列を赤外線信号に含ませずトリガ信号のみとする。
これにより伝搬時間測定モードの情報量を削減することができる。  【００７１】
図１８と図１９はそれぞれ第二実施形態における送信装置２と受信装置３のフローチャートを示す。これらの図において図７と８と同じ機能を有するステップは同一の参照番号を付してあり、太枠のステップは追加されたステップを表す。【００７２】
図１８において、ステップ３０８で受信側が決定したＭ系列の初期条件を設定した後、制御回路１０１はステップ３０９に進み、最適Ｍ系列データを生成し、これに基づき超音波駆動信号を生成する（ステップ３１０）。次に、ステップ３１１でトリガ信号のみの赤外線駆動信号を生成し、ステップ３１２で超音波送信器と赤外線送信器とをそれぞれステップ３１０と３１１で生成支度同信号により駆動し、ペン動作チェックステップ３０７に戻る。【００７３】
図１９において、データ処理回路２０６はステップ４１３で全最大副次ピークから最小副次ピークを検出しこれに対応するＭ系列を最適Ｍ系列として決定すると、ステップ４１８に進みこの最適Ｍ系列の初期条件を設定し、ステップ４１９で最適Ｍ系列モデル波形を生成しメモリ２０５に格納する。  【００７４】
ステップ４２０でデータ処理回路２０６はメモリ２０５を監視しトリガ検出信号が書き込まれていればこれを読み出しサンプリングカウンタを０に設定し、最適Ｍ系列モデル波形をメモリ２０５から読出し、相関処理ステップ４０５に進む。データ処理回路２０６は相関処理を所定時間実行すると（ステップ４０４）、ステップ４０８を経由してステップ４１４に進み先頭ピークを検出を検出し、ステップ４１５，４１６を実行して超音波伝搬時間を算出する。メモリ２０５を消去した後データ処理回路２０６はステップ４１７からステップ４２０に戻り次ぎのデータがメモリ２０５に書き込まれていれば読出し相関処理を再び実行する。【００７５】
上記の説明は１本の電子ペン使用に限定したものではなく、複数の電子ペン使用に適用できる。この場合、複数の電子ペン１に対し、電子ペン毎にそれぞれ異なるＭ系列を割り当てるようにする。あらかじめ、Ｍ系列探索モードにおいて、Ｍ系列の初期条件の取りうる値を電子ペン毎に重複なきように設定し、各電子ペンでＭ系列探索モードを実行する。【００７６】
例えば、３本の電子ペンを使用することを想定した場合、１５通りあるデータ列を５通りずつ３グループに分けて、各グループを３本の電子ペンそれぞれに割り当て、各電子ペンでは、割り当てられたグループのデータ列をとる初期条件のみを取り得るようにし、それぞれ最適Ｍ系列を決定する。もしくは、Ｍ系列探索モードにおいてＭ系列の初期条件毎に算出される副次ピークが小さいものから順に採用するようにしてもよい。【００７７】
例えば、５本のペンに割り当てる場合、全１５通りのデータ列のうち、副次ピークが小さいものから順に５通りのデータ列をそれぞれの電子ペンに割り当てる。また、赤外線送信器１０６から送信される赤外線信号は、電子ペン毎に識別可能な信号とする。受信装置２において、赤外線受信機２０３は、赤外線信号を受信し、検出回路２０４は赤外線受信機２０３の出力から各電子ペンに対応したトリガパルスを検出すると、トリガパルスの到達時刻をメモリ２０５に格納する。データ処理回路２０６では、超音波受信波形に対して、生成されたＭ系列のモデル波形により相関処理を行うと、該当する電子ペンの超音波到達時刻をＭ系列の相関値のピークとして検出できる。【００７８】
なお、上記の説明で電子ペンを例に挙げたが、本発明はロボットなどの移動体にも適用できる。即ち、送信装置２と受信装置３をロボットに装着し、送信装置から周囲に超音波を送出し、対象物体からの反射波を受信装置で検出し、この反射波の往復伝搬時間を測定し、この伝搬時間から対象物までの距離を算出することでロボットが周囲の物体に衝突することを防ぐことができる。このような場合、受信装置は送信装置が超音波を送出したタイミングを直接知ることができるのでトリガパルスを空間に送出する必要はない。【００７９】
また、これまでは、Ｍ系列による変調について述べたが、例えばＧｏｌｄ系列のように、自己相関性が高く、他の系列との相互相関が低い擬似ランダム信号であれば、Ｍ系列に限定するものではない。【００８０】
この出願は、２００７年８月３０日に出願された日本出願特願２００７−２２４８５８と２００８年７月２２日に出願された日本出願特願２００８−１８８２７４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
2009028680.tif 000007
【図２】
2009028680.tif 000008
【図３】
2009028680.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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2009028680.tif 000027
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