(57)【要約】【課題】単一の入力信号から異なる複数の周波数の電力増幅を行う。【解決手段】電子装置１０は、増幅器１１、共振部１２、加算器１３および負荷１４を備える。共振部１２は、２以上の並列に設けた共振回路を含み、共振回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃを含んでいる。増幅器１１は、入力した信号を増幅する。共振回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、増幅された信号を逓倍の複数の周波数の正弦波に分解する。共振回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃが出力する周波数は互いに逓倍の関係にある。加算器１３は、共振部１２から出力された複数の周波数の正弦波の振幅を調整し合成して負荷１４へ出力する。【選択図】図１
2020039065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した一の信号を増幅する増幅器と、
増幅された前記信号を逓倍の複数の周波数の正弦波に分解する並列に設けられた複数の共振回路と、
前記複数の共振回路から出力された前記複数の周波数の正弦波の振幅を調整して合成する加算器と、
を有する電子装置。
【請求項２】
前記加算器における合成により生成された出力信号に応じた前記複数の周波数の正弦波を含む出力波の発信、および、前記出力波が物体によって反射された反射波の受信を行うセンサ、
をさらに有する請求項１記載の電子装置。
【請求項３】
前記出力波の発信制御を行って物体に前記出力波を照射させ、受信した前記反射波にもとづいて前記物体の形状を検出する制御部、
をさらに有する請求項２記載の電子装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記センサにより前記出力波を前記物体に照射させ、前記センサにより受信された前記反射波に含まれる前記複数の周波数のそれぞれのスペクトルの検出時間の差にもとづいて、前記物体の形状を検出する、
請求項３記載の電子装置。
【請求項５】
前記出力波および前記反射波は、超音波である、
請求項２乃至４の何れか１項に記載の電子装置。
【請求項６】
増幅器が、入力した一の信号を増幅し、
並列に設けられた複数の共振回路が、増幅された前記信号を逓倍の複数の周波数の正弦波に分解し、
加算器が、前記複数の共振回路から出力された前記複数の周波数の正弦波の振幅を調整して合成する、
信号処理方法。
【請求項７】
コンピュータに、
入力した一の信号を増幅する増幅器と、増幅された前記信号を逓倍の複数の周波数の正弦波に分解する並列に設けられた複数の共振回路と、前記複数の共振回路から出力された前記複数の周波数の正弦波の振幅を調整して合成する加算器と、前記加算器における合成により生成された出力信号に応じた前記複数の周波数の正弦波を含む出力波の発信、および、前記出力波が物体によって反射された反射波の受信を行うセンサと、を有する電子装置による前記出力波の発信制御を行って前記物体に前記出力波を照射させ、
前記センサにより受信された前記反射波にもとづいて前記物体の形状を検出する、
処理を実行させるプログラム。
【請求項８】
入力した一の信号を増幅する増幅器と、増幅された前記信号を逓倍の複数の周波数の正弦波に分解する並列に設けられた複数の共振回路と、前記複数の共振回路から出力された前記複数の周波数の正弦波の振幅を調整して合成する加算器と、前記加算器における合成により生成された出力信号に応じた前記複数の周波数の正弦波を含む出力波の発信、および、前記出力波が物体によって反射された反射波の受信を行うセンサと、を有する電子装置と、
前記出力波の発信制御を行って物体に前記出力波を照射させ、前記センサにより受信された前記反射波にもとづいて前記物体の形状を検出する計測装置と、
を有する測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置、信号処理方法、プログラムおよび測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物までの距離を測定するセンサとして超音波センサがある。超音波センサは、超音波（周波数が２０ｋＨｚ以上の音波）の直進性を利用し、インパルス状の単音を対象物に向けて発信して、その反射波を受信することで対象物までの距離を測定する。対象物までの距離は、超音波の発信から受信までの時間の半分に、音速（３４６（ｍ／ｓ）（２５℃））を掛け合わせることで算出される。
【０００３】
また、超音波センサでは、印加電圧に応じて振動して超音波を出力する圧電スピーカが用いられる。超音波を用いた空気中でのセンシングでは、圧電スピーカは例えば、百数十ボルトで駆動して４０ｋＨｚから１００ｋＨｚで振動するため、アンプを用いてこの駆動レベルまで電力を増幅させている。
【０００４】
このような超音波センサ等のセンシングに利用されるアンプは、装置内の他回路と比較して消費電力が高く、大電流を要する。このため、高効率に電力増幅を行う技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１７００３１号公報
【特許文献２】特開２００６−４１７８１号公報
【特許文献３】特開平１１−３１９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波センサの圧電スピーカなどを駆動するためのアンプとして、Ｅ級増幅回路が用いられている。Ｅ級増幅回路は、スイッチ回路と共振回路を備え、スイッチ回路のスイッチング動作により共振回路に共振電圧を印加し、共振回路から出力される周波数信号の電圧を増幅して負荷に供給する。
【０００７】
しかし、従来のＥ級増幅回路では、単一の入力信号から単一の周波数の電力増幅しかできず、異なる複数の周波数の電力増幅ができないという問題がある。このため、例えば、該Ｅ級増幅回路で圧電スピーカを駆動する超音波センサでは、超音波の発信直線状の物体の有無および物体までの距離を検出できるに過ぎず、用途が限られてしまう。
【０００８】
１つの側面では、本発明は、単一の入力信号から異なる複数の周波数の電力増幅を可能にした電子装置、信号処理方法、プログラムおよび測定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】
【０００９】
１つの態様では、電子装置が提供される。電子装置は、入力した一の信号を増幅する増幅器と、増幅された信号を逓倍の複数の周波数の正弦波に分解する並列に設けられた複数の共振回路と、複数の共振回路から出力された複数の周波数の正弦波の振幅を調整して合成する加算器とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
１つの側面では、単一の入力信号から異なる複数の周波数の電力増幅が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電子装置の一例を示す図である。
【図２】電子装置の回路構成の一例を示す図である。
【図３】信号波形の一例を示す図である。
【図４】超音波測定システムの構成の一例を示す図である。
【図５】超音波の指向性を説明するための図である。
【図６】センサ装置の機能ブロックの一例を示す図である。
【図７】計測装置のハードウェアの一例を示す図である。
【図８】計測装置の機能ブロックの一例を示す図である。
【図９】センサ装置による集音範囲の一例を示す図である。
【図１０】パワースペクトルの一例を示す図である。
【図１１】物体の形状検出の一例を示す図である。
【図１２】シミュレーション回路の一例を示す図である。
【図１３】出力信号の一例を示す図である。
【図１４】出力信号のフーリエ解析結果の一例を示す図である。
【図１５】フーリエ解析対象期間の一例を示す図である。
【図１６】計測装置内の制御部の動作を示すフローチャートである。
【図１７】計測装置の他の構成例を示す図である。
【図１８】超音波測定システムの用途の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態について図１から図３を用いて説明する。図１は電子装置の一例を示す図である。電子装置１０は、増幅器１１、共振部１２、加算器１３および負荷１４を備える。共振部１２は、２以上の並列に設けた共振回路を含み、図１の例では共振回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃを含んでいる。
【００１３】
増幅器１１は、入力した単一の信号を増幅する。共振回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、増幅された信号を逓倍の各周波数の正弦波に分解する。また、共振回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃが出力する周波数は互いに逓倍の関係にある。
【００１４】
例えば、ｎを整数とすると、共振回路１２ｂは、共振回路１２ａが出力する周波数に対してｎ逓倍した周波数を出力する。また、共振回路１２ｃは、共振回路１２ａが出力する周波数に対して（ｎ＋１）逓倍した周波数を出力する。
【００１５】
加算器１３は、共振部１２で生成された複数の正弦波の振幅を均一に調整・合成して負荷１４へ出力する。負荷１４は、例えば、超音波を用いたセンサ装置に電子装置１０を適用した場合、圧電スピーカ等に該当する。
【００１６】
＜電子装置の回路構成＞
図２は電子装置の回路構成の一例を示す図である。電子装置１０は、信号発振源ｆｉ、増幅器１１、共振部１２、加算器１３およびバリスタｖａを備える。増幅器１１、共振部１２および加算器１３によって、単一の入力信号から異なる複数の周波数の電力増幅が可能なＥ級増幅回路が形成される。
【００１７】
増幅器１１は、例えば、ＮＭＯＳトランジスタ１１ａ、１１ｂ、１１ｄ、ＰＭＯＳトランジスタ１１ｃ、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびダイオードＤ０を含むプッシュプル増幅回路である。ＮＭＯＳトランジスタ１１ａ、１１ｂ、１１ｄはＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、ＰＭＯＳトランジスタはＰチャネルのＭＯＳＦＥＴである。また、ＮＭＯＳトランジスタ１１ｂおよびＰＭＯＳトランジスタ１１ｃは、大電力用のパワーＭＯＳＦＥＴである。
【００１８】
増幅器１１は、正弦波以外の入力信号の増幅を行う。よって、図２の例では、信号発振源ｆｉから矩形信号を発振させて増幅器１１に入力している。矩形信号以外にも例えば、三角波信号を発生させて増幅器１１に入力してもよい。
【００１９】
増幅器１１内のＮＭＯＳトランジスタ１１ｂおよびＰＭＯＳトランジスタ１１ｃは、スイッチ回路を形成し、ＮＭＯＳトランジスタ１１ｂおよびＰＭＯＳトランジスタ１１ｃは相補的にオンオフして、共振部１２に共振電圧を印加する。
【００２０】
共振部１２は、インダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３およびコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を含む。インダクタＬ１とコンデンサＣ１が直列に接続された直列ＬＣ回路が共振回路１２ａに対応する。
【００２１】
同様に、インダクタＬ２とコンデンサＣ２が直列に接続された直列ＬＣ回路が共振回路１２ｂに対応し、インダクタＬ３とコンデンサＣ３が直列に接続された直列ＬＣ回路が共振回路１２ｃに対応する。なお、共振回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃは共に、入力端を１つとして並列に接続される。
【００２２】
加算器１３は、インダクタンスを可変できるインダクタ（可変インダクタ）Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を含む。加算器１３では、共振回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃのそれぞれの出力端をインダクタ素子によってワイヤード接続して加算を行っている（インダクタ素子以外の回路で加算を行ってもよい）。
【００２３】
各回路素子の接続関係を記すと、ＮＭＯＳトランジスタ１１ｄのドレインは、電源電圧ＶＣＣおよびＮＭＯＳトランジスタ１１ｂのドレインに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１１ｄのソースは、抵抗Ｒ１の一端に接続され、ＮＭＯＳトランジスタ１１ｄのゲートは、抵抗Ｒ１の他端、ＮＭＯＳトランジスタ１１ｂのゲートおよびダイオードＤ０のアノードに接続される。
【００２４】
ＮＭＯＳトランジスタ１１ｂのソースは、抵抗Ｒ２の一端に接続され、抵抗Ｒ２の他端は、ＰＭＯＳトランジスタ１１ｃのソースおよびコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の一端に接続される。
【００２５】
ダイオードＤ０のカソードは、ＮＭＯＳトランジスタ１１ａのドレインおよびＰＭＯＳトランジスタ１１ｃのゲートに接続され、ＮＭＯＳトランジスタ１１ａのソースは、抵抗Ｒ３の一端に接続される。信号発振源ｆｉの接地端はグランド（以下、ＧＮＤと表記）に接続され、信号発振源ｆｉの信号出力端は、ＮＭＯＳトランジスタ１１ａのゲートに接続される。
【００２６】
コンデンサＣ１の他端は、インダクタＬ１、Ｌ４の一端に接続され、コンデンサＣ２の他端は、インダクタＬ２、Ｌ５の一端に接続され、コンデンサＣ３の他端は、インダクタＬ３、Ｌ６の一端に接続される。インダクタＬ４、Ｌ５、Ｌ６の他端は、電子装置１０の出力端子およびバリスタｖａの一端に接続される。抵抗Ｒ３の他端は、ＰＭＯＳトランジスタ１１ｃのドレイン、インダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３の他端およびバリスタｖａの他端およびＧＮＤに接続される。
【００２７】
ここで、ＮＭＯＳトランジスタ１１ｄおよび抵抗Ｒ１によって定電流回路が形成され、所要以上の電流が流れないように、電流リミッタ機能が実現されている。また、ＮＭＯＳトランジスタ１１ａのソースには抵抗Ｒ３を接続して、発熱に対して安定動作を行う電流帰還バイアス回路が形成されている。
【００２８】
さらに、抵抗Ｒ２は、スイッチング短絡保護を行うもので、ＮＭＯＳトランジスタ１１ｂとＰＭＯＳトランジスタ１１ｃが同時オンした場合の短絡を保護し、大電流が流れることを抑制している。
【００２９】
また、バリスタｖａは、負荷１４に対して最大定格以上の電圧が印加されないように電圧印加を抑え込む保護素子としての機能を有している。Ｅ級増幅回路は、共振回路にタイミングを合わせてスイッチ回路で駆動することにより電力増幅を行うが、基本回路では理論上、無限大増幅となる。このため、バリスタｖａを設けて、負荷１４への入力が増幅しすぎないようにリミッタをかけている（バリスタの代わりに双方向ツェナーダイオード等を使用してもよい）。
【００３０】
＜信号波形＞
図３は信号波形の一例を示す図である。図中の座標の横軸は周波数、縦軸は振幅である。電子装置１０の入力端子に、矩形信号４０が入力される。矩形信号４０の振幅はＡ、周期はＴであり、矩形信号４０の高電位レベル期間（Ｈレベル期間）はτである。
【００３１】
［状態ＳＴ１］波形Ｇ１は、共振部１２の入力端の波形に含まれる周波数成分と振幅との関係を示している。矩形信号４０は、フーリエ級数展開されたとき整数倍（逓倍）の正弦波成分を含んでいる。
【００３２】
共振部１２の入力端の波形における周波数＝０から周波数＝１／τの中の周波数成分として、整数倍周波数ｆ、２ｆ、３ｆ、４ｆ、５ｆの各正弦波が含まれている。同様に、周波数＝１／τから周波数＝２／τの中には、整数倍周波数６ｆ、７ｆ、８ｆ、９ｆ、１０ｆ、１１ｆの各正弦波が含まれることになる。
【００３３】
［状態ＳＴ２］波形Ｇ２は、共振部１２の出力端の波形に含まれる周波数成分と振幅との関係を示している。ここで、共振回路１２ａが周波数ｆの正弦波で共振するようにＬＣ定数が決定され、共振回路１２ｂが周波数２ｆの正弦波で共振するようにＬＣ定数が決定され、共振回路１２ｃが周波数３ｆの正弦波で共振するようにＬＣ定数が決定されているとする。この場合、共振部１２からは、周波数ｆ、２ｆ、３ｆの正弦波が抽出される。
【００３４】
［状態ＳＴ３］波形Ｇ３は、電子装置１０の加算器１３によってレベル調整された後の波形に含まれる周波数成分と振幅との関係を示している。状態ＳＴ２に示したように、周波数成分毎に抽出した信号レベルは均一レベルではない。
【００３５】
このため、加算器１３では、インダクタンスに重み付けを設定したインダクタＬ４、Ｌ５、Ｌ６を用いて各周波数成分の正弦波レベルを均一に調整する。これにより、周波数ｆ、２ｆ、３ｆの正弦波が均一レベルで合成される。
【００３６】
なお、矩形信号４０のデューティ比Ｄｔ（＝τ／Ｔ）をＤｔ＝５０％とした場合、偶数の逓倍周波数が抽出されない可能性がある。例えば、共振部１２において、１ｋＨ、３ｋＨを生成できても２ｋＨｚの周波数を生成できない可能が出てくる。このため、矩形信号４０のデューティ比は、Ｄｔ≠５０％として使用することが望ましい。
【００３７】
以上説明したように、電子装置１０は、２以上の並列に設けた共振回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって、増幅器１１によって増幅された単一の入力信号を逓倍の各周波数の正弦波に分解し、加算器１３によって複数の正弦波の振幅を調整して合成出力する。これにより、電子装置１０は、単一の入力信号から異なる複数の周波数の電力増幅を行うことが可能になる。
【００３８】
［第２の実施の形態］
次に第２の実施の形態について以降詳しく説明する。第２の実施の形態は、電子装置１０の機能を、超音波を用いたセンサ装置に適用したものである。まず、システム構成について説明する。
【００３９】
図４は超音波測定システムの構成の一例を示す図である。超音波測定システム１は、センサ装置１００、計測装置２００を備え、センサ装置１００と計測装置２００は、ネットワーク２０を介して接続される。ネットワーク２０は、有線ネットワークまたは無線ネットワークいずれでもよい。
【００４０】
センサ装置１００は、計測装置２００からの指示にもとづいて、空間３０に向けて超音波を発信し、超音波の反射波を受信する。受信した反射波は、ネットワーク２０を介して計測装置２００へ送信される。
【００４１】
計測装置２００は、ネットワーク２０を介して、センサ装置１００に対して超音波の発信指示の制御を行う。また、計測装置２００は、センサ装置１００から送信された反射波を受信すると、反射波の解析を行う。解析内容としては例えば、空間３０内の物体の有無、また空間３０内に物体が存在する場合には、物体とセンサ装置１００との間の距離および物体の形状を計測する。
【００４２】
＜超音波の指向性＞
図５は超音波の指向性を説明するための図である。超音波の波長λとスピーカ（圧電スピーカ）の口径Ｄとに応じた超音波の指向性を示している。スピーカ口径Ｄは例えば、数センチメートルである。
【００４３】
λ＝４Ｄの場合、指向性Ｂ１であり超音波は面状に進行する。λ＝２Ｄの場合、指向性Ｂ２となり、λ＝４Ｄの場合と比べて超音波の拡散性は小さくなっている。
λ＝１．５Ｄの場合、指向性Ｂ３となり、λ＝２Ｄの場合と比べて超音波の拡散性は小さくなっている。λ＝Ｄの場合、指向性Ｂ４となり、λ＝１．５Ｄの場合と比べて超音波の拡散性は小さくなっている。
【００４４】
λ＝０．７５Ｄの場合、指向性Ｂ５となり、λ＝Ｄの場合と比べて超音波の拡散性は小さくなってビーム性が現れ、メインビームとメインビーム周囲にサイドローブが現れている。
【００４５】
λ＝０．５Ｄの場合、指向性Ｂ６となり、λ＝０．７５Ｄの場合と比べて超音波のビーム性が大きくなり（鋭くなり）、メインビームとメインビーム周囲にサイドローブが現れている。
【００４６】
λ＝０．２５Ｄの場合、指向性Ｂ７となり、λ＝０．５Ｄの場合と比べて超音波のビーム性がさらに大きくなって、メインビームとメインビーム周囲にサイドローブが現れている。
【００４７】
このように、超音波は、周波数が低いほど広く面状に進行し、周波数が高いほどビーム状に直進性を持って進行する。また、超音波は、超音波を発するスピーカの口径に応じても指向性が変化する。
【００４８】
この場合、スピーカ口径Ｄの中に超音波の波長λが多く入るほど（スピーカ口径Ｄに含まれる超音波の周波数が高いほど）、超音波は、面状からビーム状に変化し、指向性に直進性が増すことになる。超音波の指向性は、スピーカ口径Ｄに対する超音波の波長λ（周波数）にもとづいて調整することが可能である。
【００４９】
＜センサ装置の機能ブロック＞
図６はセンサ装置の機能ブロックの一例を示す図である。センサ装置１００は、制御回路１０１、駆動回路１０２および超音波センサ１０３を含む。
【００５０】
制御回路１０１は、計測装置２００から送信された超音波発信指示を、ネットワーク２０を介して受信すると、超音波発信指示にもとづき駆動回路１０２をアクティブ状態（電源オン等）にする。さらに、制御回路１０１は、超音波センサ１０３で受信された反射波の情報を、ネットワーク２０を介して計測装置２００へ送信する。
【００５１】
一方、制御回路１０１は、上記の制御の他に、センサ装置１００全体の運用管理の制御を行う。運用管理の制御としては例えば、制御回路１０１は、センサ装置１００内の運用状態（正常／異常状態）を検知し、運用情報を計測装置２００へ送信する。
【００５２】
駆動回路１０２は、上述した電子装置１０の増幅器１１、共振部１２および加算器１３を備え、超音波発信指示にもとづいて超音波センサ１０３の駆動を行う。
超音波センサ１０３は、センサヘッドを備え、センサヘッドは、一体化された発信部および受信部を有して、駆動回路１０２からの出力信号にもとづいて駆動する（センサヘッドの発信部は、電子装置１０の負荷１４に対応する）。超音波センサ１０３は、加算器１３における合成により生成された出力信号に応じた複数の周波数の正弦波を含む超音波（出力波）の発信、および、当該超音波が物体によって反射された超音波（反射波）の受信を行う。
【００５３】
発信部は、例えば、圧電スピーカであって、電子装置１０の加算器１３からの出力信号により振動して超音波を発信する。受信部は、例えば、マイクであって、超音波が物体に照射されて反射したときの反射波を受信する。受信した反射波を示す信号は、制御回路１０１へ送信される。
【００５４】
＜計測装置のハードウェア＞
図７は計測装置のハードウェアの一例を示す図である。計測装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０２、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２０３、画像信号処理部２０４、入力信号処理部２０５、媒体リーダ２０６および通信ＩＦ（インタフェース）２０７を有する。
【００５５】
計測装置２００の各ハードウェアは、バス接続されている。ＣＰＵ２０１は、プログラムの命令を実行するプロセッサである。ＣＰＵ２０１は、ＨＤＤ２０３に記憶されたプログラムやデータの少なくとも一部をＲＡＭ２０２にロードし、プログラムを実行する。なお、ＣＰＵ２０１は複数のプロセッサコアを含んでもよい。また、計測装置２００は複数のプロセッサを有してもよい。以下で説明する処理は複数のプロセッサまたはプロセッサコアを用いて並列に実行されてもよい。
【００５６】
ＲＡＭ２０２は、ＣＰＵ２０１が実行するプログラムやＣＰＵ２０１が演算に用いるデータを一時的に記憶する揮発性の半導体メモリである。なお、計測装置２００は、ＲＡＭ以外の種類のメモリを備えてもよく、複数個のメモリを備えてもよい。
【００５７】
ＨＤＤ２０３は、ＯＳ（Operating System）やミドルウェアやアプリケーションソフトウェアなどのソフトウェアのプログラム、およびデータを記憶する不揮発性の記憶装置である。なお、計測装置２００は、フラッシュメモリやＳＳＤ（Solid State Drive）等の他の種類の記憶装置を備えてもよく、複数の不揮発性の記憶装置を備えてもよい。
【００５８】
画像信号処理部２０４は、ＣＰＵ２０１からの命令に従って、計測装置２００に接続されたディスプレイ２１１に画像を出力する。ディスプレイ２１１としては、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ（ＯＥＬ：Organic Electro-Luminescence）ディスプレイなど、任意の種類のディスプレイを用いることができる。
【００５９】
入力信号処理部２０５は、計測装置２００に接続された入力デバイス２１２から入力信号を取得し、ＣＰＵ２０１に出力する。入力デバイス２１２としては、マウス・タッチパネル・タッチパッド・トラックボールなどのポインティングデバイス、キーボード、リモートコントローラ、ボタンスイッチなどを用いることができる。また、計測装置２００に、複数の種類の入力デバイスが接続されていてもよい。
【００６０】
媒体リーダ２０６は、記録媒体２１３に記録されたプログラムやデータを読み取る読み取り装置である。記録媒体２１３として、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク（ＭＯ：Magneto Optical disk）、半導体メモリなどを使用できる。磁気ディスクには、フレキシブルディスク（ＦＤ：Flexible Disk）やＨＤＤが含まれる。光ディスクには、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）が含まれる。
【００６１】
媒体リーダ２０６は、例えば、記録媒体２１３から読み取ったプログラムやデータを、ＲＡＭ２０２やＨＤＤ２０３などの他の記録媒体にコピーする。読み取られたプログラムは、例えば、ＣＰＵ２０１によって実行される。
【００６２】
なお、記録媒体２１３は可搬型記録媒体であってもよく、プログラムやデータの配布に用いられることがある。また、記録媒体２１３やＨＤＤ２０３を、コンピュータ読み取り可能な記録媒体と言うことがある。
【００６３】
通信ＩＦ２０７は、ネットワーク２０に接続され、ネットワーク２０を介して他のコンピュータと通信を行うインタフェースである。通信ＩＦ２０７は、例えば、ネットワーク２０に属するスイッチやルータなどの通信装置とケーブルで接続される。
【００６４】
以上のようなハードウェア構成によって、計測装置２００の処理機能を実現することができる。例えば、計測装置２００は、ＣＰＵ２０１がそれぞれ所定のプログラムを実行することで形状測定の制御を行うことができる。
【００６５】
計測装置２００は、例えば、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムを実行することにより、所定の処理機能を実現する。計測装置２００に実行させる処理内容を記述したプログラムは、様々な記録媒体に記録しておくことができる。
【００６６】
例えば、計測装置２００に実行させるプログラムを補助記憶装置に格納しておくことができる。ＣＰＵ２０１は、補助記憶装置内のプログラムの少なくとも一部を主記憶装置にロードし、プログラムを実行する。
【００６７】
また、光ディスク、メモリ装置、メモリカード等の可搬型記録媒体に記録しておくこともできる。可搬型記録媒体に格納されたプログラムは、例えば、ＣＰＵ２０１からの制御により、補助記憶装置にインストールされた後、実行可能となる。またＣＰＵ２０１が、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み出して実行することもできる。
【００６８】
＜計測装置の機能ブロック＞
図８は計測装置の機能ブロックの一例を示す図である。計測装置２００は、制御部２、通信部２２０および記憶部２３０を備える。制御部２は、フーリエ解析部２４０および判定部２５０を含む。
【００６９】
通信部２２０は、ネットワーク２０を介してセンサ装置１００から送信された超音波の反射波を録音データとして取得する。また、通信部２２０は、センサ装置１００へ向けて超音波の発信指示を送信し、センサ装置１００から送信された運用情報を受信する。
【００７０】
記憶部２３０は、取得された録音データを記憶する。また、記憶部２３０は、センサ装置１００および計測装置２００の運用情報や制御情報等を記憶する。フーリエ解析部２４０は、録音データのフーリエ解析を行って録音データから複数の周波数成分のパワースペクトルを抽出する。判定部２５０は、抽出された複数の周波数成分のパワースペクトルの時間軸に対する位置にもとづいて、超音波が照射された物体の形状を判定する（物体形状の解析・判定処理の具体例は、図９から図１１で後述）。
【００７１】
なお、制御部２は、図７のＣＰＵ２０１によって実現され、通信部２２０は、図７の通信ＩＦ２０７によって実現される。また、記憶部２３０は、図７のＲＡＭ２０２またはＨＤＤ２０３によって実現される。
【００７２】
＜超音波に重畳される周波数＞
センサ装置１００では、複数の共振回路を有するので、複数の異なる周波数を超音波に重畳させることができるが、以下の説明では、センサ装置１００から発信される超音波は、逓倍関係にある低周波および高周波の２つの周波数が重畳されているものとする。
【００７３】
この場合、電子装置１０内の共振部１２は、共振回路１２ａ、１２ｂを備えればよい。共振回路１２ａから出力される共振周波数ｆ１（低周波）は以下の式（１ａ）で表され、共振回路１２ｂから出力される共振周波数ｆ２（高周波）は以下の式（１ｂ）で表される。
【００７４】
【数１】
2020039065.tif 000003
なお、Ｌ１はインダクタＬ１のインダクタンス、Ｌ２はインダクタＬ２のインダクタンスである。Ｃ１はコンデンサＣ１のキャパシタンス（容量）、Ｃ２はコンデンサＣ２のキャパシタンスである。ｎは整数である。例えば、ｎ＝１のときの共振周波数ｆ１を、増幅器１１のスイッチング周波数に合わせることで、Ｅ級増幅による増幅率が向上する。
【００７５】
＜超音波による物体の形状測定＞
次に超音波による物体の形状測定について、図９から図１１を用いて説明する。図９はセンサ装置による集音範囲の一例を示す図である。以降では、センサ装置１００による集音範囲を示す図を集音範囲レーダチャートと呼ぶ。
【００７６】
図９に示す集音範囲レーダチャートにおいて、測定ポイントＰ１にはセンサ装置１００が置かれる（またはセンサ装置１００のセンサヘッドが置かれる）。測定ポイントＰ１に置かれたセンサ装置１００から高周波および低周波が重畳された超音波を対象物に向かって送信し、その反射波をセンサ装置１００で受信（集音）する。
【００７７】
太実線Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３は、測定対象物の形状を表している。また、低周波集音範囲Ｒｖ１は、対象物からの反射波のうち、低周波の反射波を集音可能な範囲を示し、高周波集音範囲Ｒｖ２は、対象物からの反射波のうち、高周波の集音が可能な範囲を示している。
【００７８】
図９（Ａ）の集音範囲レーダチャートにおいて、対象物形状Ｑ１は、測定ポイントＰ１に対して凹状に配置されている。この場合、測定ポイントＰ１から距離ｒ２の位置に、低周波集音範囲Ｒｖ１に含まれる対象物形状Ｑ１が存在している。また、測定ポイントＰ１から距離ｒ３の位置に、低周波集音範囲Ｒｖ１と高周波集音範囲Ｒｖ２に含まれる対象物形状Ｑ１が存在している。
【００７９】
図９（Ｂ）の集音範囲レーダチャートにおいて、対象物形状Ｑ２は、測定ポイントＰ１に対して凸状に配置されている。この場合、測定ポイントＰ１から距離ｒ１の位置に、低周波集音範囲Ｒｖ１および高周波集音範囲Ｒｖ２に含まれる対象物形状Ｑ２が存在している。また、測定ポイントＰ１から距離ｒ２の位置に、低周波集音範囲Ｒｖ１に含まれる対象物形状Ｑ２が存在している。
【００８０】
図９（Ｃ）の集音範囲レーダチャートにおいて、対象物形状Ｑ３は、測定ポイントＰ１に対して斜めに配置されている。この場合、測定ポイントＰ１から距離ｒ１の位置に、低周波集音範囲Ｒｖ１に含まれる対象物形状Ｑ３が存在している。また、測定ポイントＰ１から距離ｒ２の位置に、低周波集音範囲Ｒｖ１および高周波集音範囲Ｒｖ２に含まれる対象物形状Ｑ３が存在している。さらに、測定ポイントＰ１から距離ｒ３の位置に、低周波集音範囲Ｒｖ１に含まれる対象物形状Ｑ３が存在している。
【００８１】
図１０はパワースペクトルの一例を示す図である。図中の座標は横軸が時間、縦軸はエネルギーである。エネルギーは、対象物からの反射波のパワースペクトルに相当する。また、図中の下側座標は、低周波集音範囲Ｒｖ１で集音された低周波の反射波のエネルギーと到達時間との関係を示し、上側座標は、高周波集音範囲Ｒｖ２で集音された高周波の反射波のエネルギーと到達時間との関係を示している。
【００８２】
図１０（Ａ）に示すパワースペクトルパターンｐａは、図９（Ａ）の集音範囲レーダチャートに対応したパワースペクトルを示している。
〔時刻ｔ１ａ〕距離ｒ２の位置にあって低周波集音範囲Ｒｖ１内に配置される対象物形状Ｑ１からの反射波が、時刻ｔ１ａでセンサ装置１００に到達する。したがって、計測装置２００内の制御部２は、時刻ｔ１ａにおいて、低周波の反射波エネルギーＧ２１を測定する。
【００８３】
〔時刻ｔ２ａ〕距離ｒ３の位置にあって低周波集音範囲Ｒｖ１および高周波集音範囲Ｒｖ２の両方に配置される対象物形状Ｑ１からの反射波が、時刻ｔ１ａより遅い時刻ｔ２ａでセンサ装置１００に到達する。したがって、制御部２は、時刻ｔ２ａにおいて、低周波の反射波エネルギーＧ２２と、高周波の反射波エネルギーＧ１１を測定する。
【００８４】
図１０（Ｂ）に示すパワースペクトルパターンｐｂは、図９（Ｂ）の集音範囲レーダチャートに対応したパワースペクトルを示している。
〔時刻ｔ１ｂ〕距離ｒ１の位置にあって低周波集音範囲Ｒｖ１および高周波集音範囲Ｒｖ２の両方に配置される対象物形状Ｑ２からの反射波が、時刻ｔ１ｂでセンサ装置１００に到達する。したがって、制御部２は、時刻ｔ１ｂにおいて、低周波の反射波エネルギーＧ２３と、高周波の反射波エネルギーＧ１２を測定する。
【００８５】
〔時刻ｔ２ｂ〕距離ｒ２の位置にあって低周波集音範囲Ｒｖ１内に配置される対象物形状Ｑ２からの反射波が、時刻ｔ１ｂより遅い時刻ｔ２ｂでセンサ装置１００に到達する。したがって、制御部２は、時刻ｔ２ｂにおいて、低周波の反射波エネルギーＧ２４を測定する。
【００８６】
図１０（Ｃ）に示すパワースペクトルパターンｐｃは、図９（Ｃ）の集音範囲レーダチャートに対応したパワースペクトルを示している。
〔時刻ｔ１ｃ〕距離ｒ１の位置にあって低周波集音範囲Ｒｖ１内に配置される対象物形状Ｑ３からの反射波が、時刻ｔ１ｃでセンサ装置１００に到達する。したがって、制御部２は、時刻ｔ１ｃにおいて、低周波の反射波エネルギーＧ２５を測定する。
【００８７】
〔時刻ｔ２ｃ〕距離ｒ２の位置にあって低周波集音範囲Ｒｖ１および高周波集音範囲Ｒｖ２の両方に配置される対象物形状Ｑ３からの反射波が、時刻ｔ１ｃより遅い時刻ｔ２ｃでセンサ装置１００に到達する。したがって、制御部２は、時刻ｔ２ｃにおいて、低周波の反射波エネルギーＧ２６と、高周波の反射波エネルギーＧ１３を測定する。
【００８８】
〔時刻ｔ３ｃ〕距離ｒ３の位置にあって低周波集音範囲Ｒｖ１内に配置される対象物形状Ｑ３からの反射波が、時刻ｔ２ｃより遅い時刻ｔ３ｃでセンサ装置１００に到達する。したがって、制御部２は、時刻ｔ３ｃにおいて、低周波の反射波エネルギーＧ２７を測定する。
【００８９】
制御部２は、異なる複数の周波数の正弦波が合成されている出力波（超音波）を超音波センサ１０３により物体に照射させる。制御部２は、超音波センサ１０３により受信された反射波（超音波）に含まれる複数の周波数のそれぞれのスペクトルの検出時間の差にもとづいて、物体の形状を検出する。
【００９０】
上記において、図１０（Ａ）に示したパワースペクトルパターンｐａが測定された場合、制御部２は、対象物形状Ｑ１は測定ポイントＰ１に対して凹状に配置されていることを検出する。
【００９１】
また、図１０（Ｂ）に示したパワースペクトルパターンｐｂが測定された場合、制御部２は、対象物形状Ｑ２は測定ポイントＰ１に対して凸状に配置されていることを検出する。
【００９２】
さらに、図１０（Ｃ）に示したパワースペクトルパターンｐｃが測定された場合、制御部２は、対象物形状Ｑ３は測定ポイントＰ１に対して斜めに配置されていることを検出する。
【００９３】
なお、図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のいずれにおいても、対象物の大きさは、反射波の大きさ（パワースペクトル）で決定できる。
図１１は物体の形状検出の一例を示す図である。センサ装置１００は、空間３０に向けて超音波を発して戻ってきた反射波を受信した場合、計測装置２００内の制御部２は、上記のように、低周波および高周波の反射波それぞれに対してフーリエ解析を行い、低周波および高周波の反射波のパワースペクトルを算出する。
【００９４】
図１１（Ａ）において、センサ装置１００から空間３０に向けて超音波を発して、制御部２が反射波のエネルギーをゼロ近傍で測定した場合、空間３０には物体が存在しないことを検出する。
【００９５】
図１１（Ｂ）において、センサ装置１００から空間３０に向けて超音波を発して、制御部２が反射波のエネルギーとして、図１０（Ａ）のパワースペクトルパターンｐａを測定したとする。この場合、制御部２は、空間３０にはセンサ装置１００に対して凹状に配置された物体６１、６２が存在することを検出する。
【００９６】
図１１（Ｃ）において、センサ装置１００から空間３０に向けて超音波を発して、制御部２が反射波のエネルギーとして、図１０（Ｂ）のパワースペクトルパターンｐｂを測定したとする。この場合、制御部２は、空間３０にはセンサ装置１００に対して凸状に配置された物体６３が存在することを検出する。
【００９７】
図１１（Ｄ）において、センサ装置１００から空間３０に向けて超音波を発して、制御部２が反射波のエネルギーとして、図１０（Ｃ）のパワースペクトルパターンｐｃを測定したとする。この場合、制御部２は、空間３０にはセンサ装置１００に対して斜めに配置された物体６４が存在することを検出する。
【００９８】
上記のように、超音波測定システム１によれば、単一の入力信号を逓倍の周波数の正弦波に分解する共振回路によって複数の異なる周波数が重畳された超音波を生成し、該超音波を物体に照射して反射波の周波数成分を解析することにより、物体形状および物体の配置を検出することが可能になる。
【００９９】
＜シミュレーション＞
次にシミュレーション結果について、図１２から図１５を用いて説明する。図１２はシミュレーション回路の一例を示す図である。センサ装置１００内の駆動回路１０２のシミュレーション回路であって、互いに異なる共振周波数を出力する２つの共振回路を備える構成例を示している。
【０１００】
駆動回路１０２ａは、トランジスタＱ０（ＮＰＮ）と、ＮＭＯＳトランジスタ１１１、１１２と、抵抗Ｒ１１、・・・、Ｒ２５と、コンデンサＣ１１、・・・、Ｃ１６と、ダイオードＤ１、Ｄ２と、インダクタＬ１１、・・・、Ｌ１５とを備える。
【０１０１】
なお、ＮＭＯＳトランジスタ１１１、１１２および抵抗Ｒ１５、Ｒ１６によってスイッチ回路１１０が形成され、インダクタＬ１１、抵抗Ｒ１２およびコンデンサＣ１１によってローパスフィルタ１２０が形成されている。
【０１０２】
また、コンデンサＣ１２、・・・、Ｃ１５、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２およびインダクタＬ１２、Ｌ１３によって共振回路１３０が形成され、インダクタＬ１４、Ｌ１５によって加算器１４０が形成されている。さらに、コンデンサＣ１６および抵抗Ｒ２５によって擬似センサ１５０が形成されている。
【０１０３】
なお、駆動回路１０２の出力端には実際には、超音波センサ１０３（センサヘッド）が接続されるが、駆動回路１０２ａを用いてシミュレーションを行う場合、センサヘッドのダミー回路として擬似センサ１５０を設け、擬似センサ１５０を負荷として駆動回路１０２ａの出力端に接続させている。
【０１０４】
各回路素子の接続関係について記すと、抵抗Ｒ１７の一端は、駆動回路１０２ａの入力端子と、抵抗Ｒ１８の一端とに接続され、抵抗Ｒ１７の他端は、トランジスタＱ０のベースに接続され、抵抗Ｒ１８の他端は、ダイオードＤ２のアノードに接続される。
【０１０５】
抵抗Ｒ１１の一端は、電源電圧ＰＯＷ１に接続され、抵抗Ｒ１１の他端は、ダイオードＤ１のアノードと、トランジスタＱ０のコレクタとに接続される。
ＮＭＯＳトランジスタ１１１のドレインは、電源電圧ＰＯＷ２に接続され、ＮＭＯＳトランジスタ１１１のゲートは、ダイオードＤ１のカソードと、抵抗Ｒ１４の一端とに接続される。
【０１０６】
ＮＭＯＳトランジスタ１１１のソースは、抵抗Ｒ１５の一端に接続され、抵抗Ｒ１５の他端は、インダクタＬ１１の一端と、抵抗Ｒ１６の一端とに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１１２のドレインは、抵抗Ｒ１６の他端に接続され、ＮＭＯＳトランジスタ１１２のゲートは、ダイオードＤ２のカソードと、抵抗Ｒ１３の一端とに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１１２のソースは、抵抗Ｒ１９の一端に接続される。
【０１０７】
インダクタＬ１１の他端は、抵抗Ｒ２０の一端と、抵抗Ｒ１２の一端とに接続され、抵抗Ｒ１２の他端は、コンデンサＣ１１の一端に接続される。コンデンサＣ１１の他端は、トランジスタＱ０のエミッタ、抵抗Ｒ１４の他端、抵抗Ｒ１３の他端、抵抗Ｒ１９の他端およびＧＮＤに接続される。
【０１０８】
抵抗Ｒ２０の他端は、コンデンサＣ１２、Ｃ１３の一端およびコンデンサＣ１４、Ｃ１５の一端に接続される。コンデンサＣ１２の他端は、コンデンサＣ１３の他端、抵抗Ｒ２２の一端および抵抗Ｒ２３の一端に接続される。コンデンサＣ１４の他端は、コンデンサＣ１５の他端、抵抗Ｒ２１の一端および抵抗Ｒ２４の一端に接続される。
【０１０９】
抵抗Ｒ２１の他端は、インダクタＬ１３の一端に接続され、抵抗Ｒ２２の他端は、インダクタＬ１２の一端に接続される。抵抗Ｒ２３の他端は、インダクタＬ１４の一端に接続され、抵抗Ｒ２４の他端は、インダクタＬ１５の一端に接続される。
【０１１０】
インダクタＬ１４の他端は、駆動回路１０２ａの出力端子、インダクタＬ１５の他端、コンデンサＣ１６の一端および抵抗Ｒ２５の一端に接続される。コンデンサＣ１６の他端は、抵抗Ｒ２５の他端、インダクタＬ１２の他端、インダクタＬ１３の他端およびＧＮＤに接続される。
【０１１１】
ここで、抵抗、コンデンサおよびインダクタの各素子の数値の一例を記すと、抵抗Ｒ１１＝１．２ｋ、抵抗Ｒ１２＝１、抵抗Ｒ１３＝１０ｋ、抵抗Ｒ１４＝１０ｋ、抵抗Ｒ１５＝０．５、抵抗Ｒ１６＝０．５、抵抗Ｒ１７＝１０ｋ、抵抗Ｒ１８＝１００、抵抗Ｒ１９＝０．００１、抵抗Ｒ２０＝０．０１、抵抗Ｒ２１＝０．０２４、抵抗Ｒ２２＝０．０２４、抵抗Ｒ２３＝３０、抵抗Ｒ２４＝３０、抵抗Ｒ２５＝１００ｋである（単位はΩ）。
【０１１２】
また、コンデンサＣ１１＝１μ、コンデンサＣ１２＝０．０５６μ、コンデンサＣ１３＝０．２４μ、コンデンサＣ１４＝０．０１２μ、コンデンサＣ１５＝０．０６２μ、コンデンサＣ１６＝１４００ｐである（単位はＦ）。
【０１１３】
さらに、インダクタＬ１１＝１０ｎ、インダクタＬ１２＝１００μ、インダクタＬ１３＝１００μ、インダクタＬ１４＝１．８ｍ、インダクタＬ１５＝１ｍである（単位はＨ）。
【０１１４】
なお、インダクタＬ１２（＝１００μＨ）、コンデンサＣ１２（＝０．０５６μＦ）およびコンデンサＣ１３（＝０．２４μＦ）を含む共振回路の共振周波数ｆ１は上記の式（１ａ）から求まる。合成容量は０．２９６（＝０．０５６＋０．２４）μＦであり、ｆ１＝２９２５３．２６Ｈｚと算出される。
【０１１５】
また、インダクタＬ１３（＝１００μＨ）、コンデンサＣ１４（＝０．０１２μＦ）およびコンデンサＣ１５（＝０．０６２μＦ）を含む共振回路の共振周波数ｆ２は上記の式（１ｂ）から求まる。合成容量は０．０７４（＝０．０１２＋０．０６２）μＦであり、ｆ２＝５８５０６．５２１Ｈｚと算出される。このとき、ｎ＝２（＝５８５０６．５２１／２９２５３．２６）となる。
【０１１６】
次に図１２に示した駆動回路１０２ａを通じて超音波を発してセンシングした場合のシミュレーション波形について、図１３から図１５を用いて説明する。図１３は出力信号の一例を示す図である。波形Ｇ３１は、駆動回路１０２ａを通じて出力される、超音波に相当する出力信号を示しており、横軸は時間（ｍｓ）、縦軸は電圧（Ｖ）である。
【０１１７】
図１４は出力信号のフーリエ解析結果の一例を示す図である。波形Ｇ３２は、図１３に示した出力信号のフーリエ解析結果を示しており、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸はパワースペクトル（ｄＢ）である。
【０１１８】
出力信号の電力密度（パワースペクトル）は、２９２５３．２６Ｈｚと５８５０６．５２１Ｈｚにおいて高くなっている。よって、出力信号は、周波数成分として、２９２５３．２６Ｈｚと５８５０６．５２１Ｈｚの互いに逓倍関係にある周波数を含み、２９２５３．２６Ｈｚの正弦波と、５８５０６．５２１Ｈｚの正弦波の合成信号であることがわかる。
【０１１９】
また、２９２５３．２６Ｈｚと５８５０６．５２１Ｈｚのそれぞれのレベルは、インダクタＬ１４とインダクタＬ１５のインダクタンスによって調整されているため、３０ｄＢ近傍で均一化されていることがわかる。
【０１２０】
図１５はフーリエ解析対象期間の一例を示す図である。横軸は時間、縦軸はエネルギーである。波形Ｇ３３ａは、駆動回路１０２ａの出力端で測定したスパイク状の波形である。なお、超音波を発信するポイントでは、peak to peakで数十Ｖから百数十Ｖの高電圧が出力されるので、図１５では正側ピーク値と負側ピーク値の波形がグラフ上切れた状態で示されている。
【０１２１】
一方、波形Ｇ３３ｂは、超音波が物体に当たって戻ってきた反射波を示している。超音波の発信終了時間ｔ１１から反射波の受信終了時間ｔ１２までの期間Ｔ１が、制御部２によるフーリエ解析対象期間となる。
【０１２２】
＜フローチャート＞
図１６は計測装置内の制御部の動作を示すフローチャートである。
〔ステップＳ１０〕制御部２は、センサ装置１００から物体へ超音波を発信した際に物体から反射される反射波のデータ（録音データ）の録音を開始する。
【０１２３】
〔ステップＳ１１〕制御部２は、超音波の発信指示をセンサ装置１００へ送信し、センサ装置１００から対象物へ向けて超音波が発信される。
〔ステップＳ１２〕制御部２は、対象物から反射された反射波に対応する録音データを受信すると録音を終了する。
【０１２４】
〔ステップＳ１３〕制御部２は、録音データの逓倍周波数毎のフーリエ解析を行って録音データから複数の周波数成分のパワースペクトルを抽出する。
〔ステップＳ１４〕制御部２は、抽出した複数の周波数成分のパワースペクトルと、時間軸上の位置とから、超音波が照射された物体の形状を判定する。例えば、制御部２は、図１０に示したようなパワースペクトルパターンｐａ、ｐｂ、ｐｃを予め有しており、測定したパワースペクトルパターンとのマッチングを行って物体の形状を判定する。
【０１２５】
〔ステップＳ１５〕制御部２は、図７に示したディスプレイ２１１に結果を出力する。
＜他の構成例＞
図１７は計測装置の他の構成例を示す図である。計測装置２００ａは、センサ装置１００を内蔵してもよい。この場合、計測装置２００ａは、第１の実施の形態の電子装置１０の一例と考えることができる。計測装置２００ａの例では、制御部２は、ネットワークを介さずに、センサ装置１００による超音波の発信制御を行って物体に超音波（出力波）を照射させ、物体により反射された超音波（反射波）にもとづいて、上記で説明した方法により、物体の形状を検出する。
【０１２６】
＜用途の例＞
図１８は超音波測定システムの用途の一例を示す図である。超音波測定システム１は、トイレ３０ａ内の物体形状を測定する。この場合、トイレ３０ａの壁面に設けられたセンサ装置１００から便器に人が座る位置に向けて超音波が発信される。なお、センサ装置１００は、別室に配置された計測装置２００に接続される。
【０１２７】
従来の超音波を使用した監視システムでは、トイレ３０ａ内の人の有無しか認識できない。これに対し、超音波測定システム１では、トイレ３０ａの空間内の物体を三次元で形状認識できる。
【０１２８】
このため、反射波の解析によって、トイレ３０ａ内で人が本来あるべき姿勢にないことを認識した場合、例えば、人が倒れていると検出することができる。なお、個人の特定はできないためプライバシーの面でも配慮が可能となる。
【０１２９】
また他の用途としては、例えば、公共施設におけるごみ箱に対する空間測定がある。公共施設に設置されるごみ箱に対して、例えば、ごみ箱の上部にセンサ装置１００を実装して超音波を発信することで、ごみ箱内のごみの容量を検出できる。これにより、ごみ箱内の容量に応じたごみ回収が可能になるので、作業効率の向上を図ることが可能になる。
【０１３０】
上記で説明した超音波測定システム１による物体形状の解析判定処理機能は、コンピュータによって実現することができる。この場合、超音波測定システム１が有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。
【０１３１】
処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記憶装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等がある。磁気記憶装置には、ハードディスク装置（ＨＤＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、磁気テープ等がある。光ディスクには、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）／ＲＷ（Rewritable）等がある。光磁気記録媒体には、ＭＯ等がある。
【０１３２】
プログラムを流通させる場合、例えば、そのプログラムが記録されたＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。
【０１３３】
プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。
【０１３４】
また、コンピュータは、ネットワークを介して接続されたサーバコンピュータからプログラムが転送される毎に、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。また、上記の処理機能の少なくとも一部を、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）等の電子回路で実現することもできる。
【０１３５】
以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。さらに、前述した実施の形態のうちの任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【符号の説明】
【０１３６】
１０  電子装置
１１  増幅器
１２  共振部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  共振回路
１３  加算器
１４  負荷
【図１】
2020039065.tif 000004
【図２】
2020039065.tif 000005
【図３】
2020039065.tif 000006
【図４】
2020039065.tif 000007
【図５】
2020039065.tif 000008
【図６】
2020039065.tif 000009
【図７】
2020039065.tif 000010
【図８】
2020039065.tif 000011
【図９】
2020039065.tif 000012
【図１０】
2020039065.tif 000013
【図１１】
2020039065.tif 000014
【図１２】
2020039065.tif 000015
【図１３】
2020039065.tif 000016
【図１４】
2020039065.tif 000017
【図１５】
2020039065.tif 000018
【図１６】
2020039065.tif 000019
【図１７】
2020039065.tif 000020
【図１８】
2020039065.tif 000021