(57)【要約】【課題】超音波位置認識システムにおいて、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を可能とすると共に簡単な構成により超音波の発信源の方角を認識することを可能とする。【解決手段】超音波位置認識システム１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により所定のコード情報を拡散符号として用いてコード情報を付加した状態の超音波を発信する発信器２と、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を認識する受信器３と、を備え、受信器３は、互いに離間して配置された複数の受信素子３２を有し、各受信素子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の方角を決定する。複数の発信器に対して混信を防ぐことができ、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、発信器を確実に判別することができる。【選択図】図１
2009204347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とする超音波位置認識システム。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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、を有することを特徴とする請求項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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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）。
【０００５】
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。
【特許文献１】特開平０８−１４６１１８号公報
【特許文献２】特開２００２−２６７７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
（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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
（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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
（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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
（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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
（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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
（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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
（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。
【００７９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】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図。
【図２】同上システムにおける発信器の構成図。
【図３】同上システムにおける受信器による方角認識の説明図。
【図４】第２の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成図。
【図５】第３の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成図。
【図６】第４の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成図。
【図７】第５の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成図。
【図８】第６の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成図。
【図９】第７の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成図。
【図１０】同上システムにおける方角表示部の他の例を示す平面図。
【図１１】同上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す図。
【図１２】（ａ）（ｂ）は同上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図。
【図１３】第８の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成図。
【図１４】第９の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成図。
【図１５】第１０の実施形態に係る超音波位置認識システムの構成図。
【図１６】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の斜視図。
【図１７】同上受信器における受信素子の配列を示す部分断面図。
【図１８】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部分断面図。
【図１９】従来の赤外線を用いる位置認識システムの構成図。
【符号の説明】
【００８１】
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
【図１】
2009204347.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【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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