(57)【要約】【課題】簡易な構成による移動体の計数測定を可能とする計数装置の提供。【解決手段】可聴域よりも高い周波数の音波を発生する面状発射体２０と、所定の受信領域３１Ａ内に生じた前記音波の強度を測定する指向性受信機３０Ａと、を有する計数装置１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可聴域外の周波数の音波を発生する面状発射体と、
所定の受信領域内に生じた前記音波の強度を測定する指向性受信機と、を有する計数装置。
【請求項２】
請求項１に記載の計数装置において、
前記面状発射体と、前記指向性受信機とは対向して配置され、
前記面状発射体と、前記指向性受信機との間を通過した被測定物を検知することを特徴とする計数装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の計数装置において、
前記指向性受信機を複数備え、
前記複数の指向性受信機の前記受信領域は、少なくとも一部が重複して配置されることを特徴とする計数装置。
【請求項４】
請求項３に記載の計数装置において、
隣接した前記受信領域の信号同士の整合性を確認する通過検知部を有することを特徴とする計数装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の計数装置において、
前記指向性受信機は、前記面状発射体の上方に取り付けられていることを特徴とする計数装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載の計数装置において、
前記面状発射体は、圧電性を有するフィルム状の超音波トランスデューサであることを特徴とする計数装置。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか１つに記載の計数装置において、
前記面状発射体は、互いに対向して配置された一対の電極と、前記一対の電極の間に配置された中間層と、を有し、
前記中間層は、少なくともシリコーンゴムを含んだ材料で構成され、
当該中間層の前記電極と対向する側の面は、コロナ放電による表面改質処理がなされたことを特徴とする計数装置。
【請求項８】
請求項７に記載の計数装置において、
前記面状発射体は、前記中間層の前記表面改質処理がなされた側の面のうち、少なくとも１方と、前記電極との間に形成された空隙部を有することを特徴とする計数装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計数装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の範囲内における歩行者等の移動体の通過を検知するための計測方法としては、光学カメラやマトリックス状のフットスイッチ等を用いる方法が知られている（例えば特許文献１、２等参照）。
【０００３】
このようなマトリックス状のフットスイッチによる方法では、例えば通過したものが、人物なのか物品なのかの区別をつけることが非常に困難であり、また光学カメラによる画像認識は、精度が向上するものの個人情報保護の観点から不特定多数の継続的な撮影が難しいという問題がある。
そこで、例えば音波の反射を用いて、個人の識別をすることなく、通過だけを計測する方法が考えられている（特許文献３等参照）。
しかしながら、このような測定方法では、基本的には狭い面積、あるいは各点での反射を積算することになるため、精度を向上させるためには非常に煩雑なデータ処理が必要となってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成による移動体の計数測定を可能とする計数装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の計数装置は、可聴域外の周波数の音波を発生する面状発射体と、所定の受信領域内に生じた前記音波の強度を測定する指向性受信機と、を有している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の計数装置によれば、簡易な構成による移動体の計数測定を可能とする計数装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明にかかる計数装置の概略構成である。
【図２】図１に示された計数装置の測定範囲の構成例を示す図である。
【図３】図２に示された動作による測定結果の一例を示す図である。
【図４】計数装置の指向性マイクから得られた通過人数の一例を示す図である。
【図５】図４に示された通過人数と、通行人の移動との対応関係を模擬する図である。
【図６】計数装置の指向性マイクから得られた測定結果の他の一例を示す図である。
【図７】図６に示された測定結果から推定される通過人数の一例を示す図である。
【図８】図１に示された計数装置の構成例を示す図である。
【図９】図１に示された計数装置の受信領域の構成の一例を示す図である。
【図１０】図１に示された面状発射体の第１の実施例を示す図である。
【図１１】図１に示された面状発射体の第２の実施例を示す図である。
【図１２】計数装置の比較例１を示す図である。
【図１３】計数装置の比較例２を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明に係る計数装置、及び当該計数装置を用いた通行者の計数方法の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【０００９】
計数装置１００は、図１に示すように、複数の被測定対象たる通行人Ｐが通過する床下に面状に形成された超音波を発生する超音波発生体たる面状発射体２０と、超音波の強度を測定する指向性受信機たる指向性マイク３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃと、を有している。
計数装置１００は、かかる指向性マイク３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃからの信号を確認して通行人Ｐの通過を検知するための通過検知部４０を有している。
なお、図１においては３つの指向性マイクを配置しているが、１つ以上であれば良い。
ここで、『超音波』とは人の可聴域外の周波数の音波を指している。面状発射体２０は、照射面積が広く、音波の波長が短い方が音波の指向性が強いことが一般的に知られている。そのため本実施形態では特に可聴域よりも高い周波数帯域の超音波を用いる。
【００１０】
面状発射体２０は、超音波生成手段であり、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた圧電性を有するフィルム状の超音波トランスデューサである。なお、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いることとしても良い。
【００１１】
面状発射体２０は、通行人Ｐが通過する床下に設置されており、上方へ向けて一様に超音波を発信している。
【００１２】
指向性マイク３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、図１に破線で示すように、所定の立体角内の特定の波長の音波の強度を検知するための指向性を備える集音器であり、面状発射体２０側に集音側を向けて配置されている。
言い換えると指向性マイク３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃとは、何れも図１に一点鎖線で示す立体角θを頂角とする円錐状の受信領域３１を有し、受信領域３１内に生じた音波の強度を計測する指向性受信機である。
すなわち、指向性マイク３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによって、面状発射体２０の発する超音波の強度が測定される。
【００１３】
かかる構成を用いて通行人Ｐの数を計測する計数方法について説明する。
まず、通行人Ｐがいないとき面状発射体２０の発する超音波は、指向性マイク３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによってそれぞれ計測され、所定の強度で超音波波形が検知される。
受信領域３１内に通行人Ｐがいるときには、図１に破線で示すように、超音波の通らない『影』となる部分が生じるから、影の面積に応じて指向性マイク３０Ａ〜３０Ｃに検知される超音波の強度が減少する。
【００１４】
ここで、説明を簡単にするために、図２（ａ）〜（ｃ）に示すようにまず単一の指向性マイク３０Ａを用いて、１人の通行人Ｐが受信領域３１外から受信領域３１を横切って通過するような場合を計測する。
図３は、通行人Ｐがかかる動作を行ったときの指向性マイク３０Ａの検知した超音波の強度の変遷の計測結果例を示している。
通行人Ｐが受信領域３１にいないときには、指向性マイク３０Ａは、受信領域３１内で生じた超音波を全て計測可能な状態である。
すなわち、面状発射体２０から生じる超音波の強度を一定に維持すれば、指向性マイク３０Ａによって計測される超音波の強度も図３に（ａ）で示したように一定の最大値をとる。
次に、通行人Ｐが受信領域３１内に向かって移動する場合には、図２（ｂ）に示すように、過渡的に通行人Ｐによって面状発射体２０から生じる超音波が遮られていくため、図３に（ｂ）で示したように、指向性マイク３０Ａによって検知される超音波の強度は時間と共に減少していく。
【００１５】
更に通行人Ｐが受信領域３１に入ると、通行人Ｐによって生じる影の面積となるから、通行人Ｐが遮る超音波が一定量になって図３に（ｃ）で示すように維持される。
通行人Ｐが受信領域３１を出ていくときには、上述した状態から逆順を通り、また指向性マイク３０Ａの検知する超音波の強度は初期の最大値に戻ることとなる。
このように、受信領域３１を１人の通行人Ｐが通過する時、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように指向性マイク３０Ａの検知する超音波の強度は、２段階のステップ状に変動する。
【００１６】
同じように、２人の通行人Ｐが受信領域３１を通過する場合には、指向性マイク３０Ａが受信可能な超音波の強度は、過渡的な部分を省くと、図４、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、０人がいる状態、１人のみ入った状態、２人とも入った状態、の３段階のステップ状に変動する。
これらのステップそれぞれの強度の値は、受信領域３１の広さと通行人Ｐのサイズによって定まり、予め測定しておくことができるため、比較的容易に人数を把握することが可能である。
同様に、通行人Ｐ以外の例えば車椅子、子供、キャリーケース等の切り分けについても、階段状に変化する強度の値と通行人１人当たりによって生じる影の量の比から、通過した対象の大きさを凡そ推しはかることができる。
【００１７】
このように、予め通過する可能性のある被対象物について、指向性マイク３０Ａの検知する超音波の強度にどの程度影響を与えるかについて測定しておくことで、より高精度に対象が通過したこと及びその数を検知することができる。
【００１８】
本実施形態の計数装置１００は、超音波を発生する面状発射体２０と、所定の受信領域３１内に生じた超音波の強度を測定する指向性マイク３０Ａと、を有している。
かかる構成により、簡単な構成で受信領域３１内を通過する対象物をもれなく検知することができる。さらに、画像を用いてないため、個人としての特定を行うことが無く、プライバシーの問題を回避できる。
【００１９】
また本実施形態では、被対象物たる移動体としての通行人Ｐは、指向性マイク３０Ａと、面状発射体２０との間を通過する。
このように透過型の超音波測定方法を用いることにより、従来の超音波を発してその反射波から移動体の位置を推定する方法よりも多重反射や周囲の騒音などのノイズに対して強く、Ｓ／Ｎ比が良いから、精度よく通行人Ｐを検知することが可能である。
【００２０】
かかる構成を用いて、さらに複数の受信領域３１を跨いでのデータ処理について説明する。
図６（ａ）、（ｂ）は、何れも指向性マイク３０Ａの受信領域３１Ａを何かが通過した時のデータの変遷例を示している。
横軸は時間変化を、縦軸は指向性マイク３０Ａが受信した音波の強度を示しており、縦軸の数値は一例として大人１人が通過した時の減衰量を１．０としている。
さて、図７（ａ）に示したケースＡのように、仮に大人の通行人Ｐが受信領域３１の端部を歩いた場合に、体の半分だけが受信領域３１Ａを通過した場合には、図６（ａ）に示したように減衰量は０．５となると考えられる。
【００２１】
しかしながら、同じ通行人Ｐが図７（ｂ）のように受信領域３１Ａの真ん中を通過した場合には、図６（ｂ）に示したように減衰量は１．０となる。単一の受信領域３１のみを用いるのでは、例えば形状の差による受信感度の減衰量と、位置の差による受信感度の減衰量とを混同してしまう場合があると考えられる。
【００２２】
しかしながら本発明のように、複数の受信領域３１Ａと受信領域３１Ｂとを用いて、通過検知部４０がかかる複数の受信領域に跨る信号の整合性を取るように通行人Ｐの数を検知することで、かかる混同を防ぐことが可能である。
例えば図８に示したような場合には、受信領域３１Ａにおいては通行人Ｐは体半分だけが通過するから図６（ａ）のように減衰量は０．５になるが、受信領域３１Ａと隣接する受信領域３１Ｂにおいては、通行人Ｐの体全体が受信領域３１Ｂを通過するから、減衰量は１．０となる。
【００２３】
そこで本実施形態の計数装置１００では、かかる指向性マイク３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを複数列、例えば３行３列のマトリクス状に配置することがより望ましい。
図９は、このようにマトリクス状に配置された９つの指向性マイク３０Ａａ〜Ｃｃが形成する３行３列の受信領域３１Ａａ〜３１Ｃｃを模式的に示した図である。なお、説明を簡単化するために正方形の受信領域としたが、かかる形状に限定されるものではなく、また互いに一部重複した部分を有していても良い。
【００２４】
図６から明らかなように、３行３列の受信領域３１Ａａ〜３１Ｃｃにおいて、例えば受信領域３１Ａａ、受信領域３１Ｂａのように互いに隣接する受信領域３１同士に０．５ずつの減衰量が検知されたときには、通過検知部４０は、たとえ０．５ずつの信号しか検知されなくとも、通行人Ｐが大人１人であることを推定可能である。
そこで、通過検知部４０は、かかる複数の受信領域３１Ａａ〜３１Ｃｃの信号を用いて、通行人Ｐの数を検知する。
かかる構成とすることで、さらに精度よく通行人Ｐを検知することが可能である。
【００２５】
また、減衰量が０．５となるような子どもが２人並んで歩いてるような場合には、２人が完璧に同期して歩くことは難しいと考えられるため、受信領域３１Ａａと受信領域３１Ｂａとに検知される信号に、時間的なずれが生じる。通過検知部４０は、このように受信強度のみならず時間経過とともに変化する受信強度についても併せて整合性を取るように判断することで、より精度を向上させることができる。
【００２６】
さらに、多数の通行人Ｐが様々な方向に移動した場合には、かかる複数の受信領域における減衰量の数値の組み合わせとして扱うこともできる。
結果的に、このように複数の指向性マイク３０Ａａ〜Ｃｃを用いたときには、画素数がかかる指向性マイク３０Ａａ〜Ｃｃの受信領域３１Ａａ〜Ｃｃに対応し各画素の画像強度がステップ状に変化するモノクロ動画と同様の扱いによって、通行人Ｐの数を検知することができる。
また、少なくとも一部が重複するように、円形の受信領域３１Ａａ〜３１Ｃｃを設定するとすれば、隣接する受信領域３１Ａａと受信領域３１Ｂａと、等から得られる信号から複合的に通行人Ｐの数を判断できるから、より精度よく通行人Ｐの数を推定することができる。
【００２７】
さて、このような構成の計数装置１００を用いた具体例として、面状発射体２０に下記に実施例１、実施例２として示すような積層型の超音波素子を用いた場合について挙げる。
【００２８】
なお、指向性マイク３０として日本セラミック製の防滴型超音波センサ（ＰＲ４０−１８）と筒状の部材とを用いて指向性のコントロールを行い、３行３列のマトリクス状に複数の受信領域３１を、面状発射体２０の上面側に形成した。受信領域３１はそれぞれ遮蔽版で覆いながら各受信領域のサイズを測定して、直径１．５ｍの円形の受信領域を形成するように、指向性マイク３０の筒状部材の長さを調整されている。
【００２９】
指向性マイク３０は、受信領域３１から高さ４ｍの位置に吊り下げられており、全部で９つが配置されている。
通行人Ｐは、かかる受信領域３１上をランダムに歩行し、皆大人であって受信領域３１に全身が入った状態において、受信強度の減衰量は１．０であるとする。
【００３０】
（実施例１）
実施例１に用いた面状発射体２０の構成について述べる。
まず、ベース材料となるシリコーンゴム（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製）に添加剤としてチタン酸バリウム（和光純薬株式会社製）を混合し、平均厚み１５０±２０μｍ、幅１２０ｍｍでＰＥＴフィルム上にロールコートを実施する。
かかる混合物を、１２０℃で５分間の連続加熱を行うことで、中間層前駆体を得る。
中間層前駆体を印加電圧：１００Ｖ、積算エネルギー３０Ｊ／ｃｍ２、雰囲気：空気、の環境下でコロナ放電処理を行う表面改質処理を行う。
表面改質した後、かかる処理面にオプツールＤＳＸ（ダイキン工業株式会社製）をパーフルオロヘキサンで希釈した０．１％溶液を引き上げ速度１０ｍｍ／ｍｉｎのディッピング工法にて塗布する。その後、相対湿度９０％、温度６０℃の環境下で３０分間以上保持し、５０℃で１０分間の乾燥処理を行い、不活性処理を行った。
【００３１】
最後に、ＰＥＴフィルムを剥離することで、図１０に示すように、面状発射体２０の中間層２５が形成される。かかる中間層２５の両面には、前記表面改質処理と、前記不活性処理とによって形成された改質面２５ａが形成されている。また、改質面２５ａの外側には、第１の電極２６ａ、第２の電極２６ｂとして、平均厚み１２μｍのアルミニウムシートが貼り付けられている。第１の電極２６ａと、第２の電極２６ｂとには４０ｋＨｚのアンプが接続されており、電圧を印加することで面状発射体２０は超音波発射体としての機能を有している。
つまり第１の電極２６ａと第２の電極２６ｂとは互いに対向する一対の電極であり、当該電極の間に中間層２５が挟持された態様で面状発射体２０が構成されている。
かかる構成の面状発射体２０を用いることにより、電圧印加時に逆圧電的な動作を示すこと、大面積化が容易であることから、より広い範囲において移動体の計測が可能となる。
また、上述したようなコロナ放電による処理等の表面処理（特許文献１等参照）を行うことにより、面状発射体２０に電圧を印加した時に生じる音圧を向上させることができる。かかる構成により、超音波に対応した数ボルトレベルの交番電圧を面状発射体２０に印加することで、指向性マイク３０で受信するのに十分な音圧が発生するようになる。
【００３２】
（実施例２）
次に実施例２に用いた面状発射体２０の構成について述べる。
実施例２においては、図１１に示すように、中間層２５は実施例１と同一であるが、中間層２５と、第１の電極２６ａとの間に、導電布テープ２７（星和電機社製）が５ｍｍ幅で張り付けられている。
これにより、導電布テープ２７と第１の電極２６ａと中間層２５とによって囲まれた空間に、５ｍｍ幅、０．１２ｍｍ厚の空隙層２８が形成されている。
すなわち、本実施例２において面状発射体２０は、『中間層２５の表面改質処理がなされた側の面のうち、少なくとも１方と、電極との間に形成された空隙部２８を有している』。
かかる構成により、第１の電極２６ａと中間層２５の表面処理面との間において交番電圧により、電気的に引き合ったり、第１の電極２６ａの弾性で元に戻ったり、電気的に戻ったり、様々な理由によって振動を繰り返すこととなる。
なお空隙部２８がなくとも、このような振動は生じるが、空隙部２８が第１の電極２６ａと中間層２５との間にあることによって、面状発射体２０の振動が、より空気の振動として伝わりやすく（≒音波を生じやすく）なるため好ましい。
さらに、かかる空隙部２８は両面にあっても良いが、一方の空隙部２８で生じた音波が他方の空隙部で共鳴吸収される虞もあるため、最も振動のための変位が大きく生じやすい側の面だけに空隙部２８を設けることが最も好ましい。
【００３３】
かかる実施例１、実施例２に加えて、図１２、図１３に示すように、反射型の超音波センサ２００を９つ用いた例を比較例１とし、反射型の超音波センサ２００を３０個用いて受信領域を細かく設定した場合の例を比較例２とする。
それぞれの実施例における正しい通行人Ｐの数を通過人数とし、それぞれの実施例・比較例を用いて受光範囲３１を通過したと判断された通行人Ｐの数についてそれぞれ表１に示す。なお、かかる実験においては、通行人Ｐは皆大人で全身が受信領域３１に入ったとき１．０の減衰量となり、左から右へ通過するものとして、初期の配置はランダムである。また、表１は通過する通行人Ｐは全て大人サイズとして人数を変えて１２回測定した結果である。
【００３４】
【表１】
2019159450.tif 000003
【００３５】
表１から明らかなように、実施例１、２では比較例と比べて通行人Ｐの数が精度よく検知されることがわかる。
反射型の超音波センサ２００を用いた場合には、特に比較例１では、減少誤差人数が多いことから、超音波センサ２００の個数が少なすぎて、本来検知せねばならない通行人Ｐが抜けてしまっているものと考えられる。
しかしながら、かかる比較例１の結果を基に、超音波センサ２００の数を比較例２のように増やしただけでは、減少誤差人数は抑えられるものの、増加誤差人数までもは抑えることができない。これは、多くの超音波センサ２００を用いただけでは、指向性が低いために互いの受信領域において生じた反射音までも検知してしまうためと考えられる。
【００３６】
そこで、本発明の実施形態においては、床側に面状発射体２０を配置し、上方に指向性マイク３０を複数配置することにより、簡単な構成で床上を移動する通行人Ｐの数を精度よく検知することができる。
さらに、かかる受信領域の少なくとも一部が重複するように配置することで、より精度よく通行人Ｐの数を検知することができる。
【００３７】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに異なる実施形態や変形例を適宜に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
２０      面状発射体
３０      指向性受信機（指向性マイク）
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ      受信領域
４０      通過検知部
１００    計数装置
Ｐ        被測定物（通行人）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】特開２０１６−１０３９６７号公報
【特許文献２】特許第３２１８５２１号公報
【特許文献３】特許第２９６３２３６号公報
【特許文献４】特許第２９３８９０７号公報
【図１】
2019159450.tif 000004
【図２】
2019159450.tif 000005
【図３】
2019159450.tif 000006
【図４】
2019159450.tif 000007
【図５】
2019159450.tif 000008
【図６】
2019159450.tif 000009
【図７】
2019159450.tif 000010
【図８】
2019159450.tif 000011
【図９】
2019159450.tif 000012
【図１０】
2019159450.tif 000013
【図１１】
2019159450.tif 000014
【図１２】
2019159450.tif 000015
【図１３】
2019159450.tif 000016