(57)【要約】【課題】製造コストの増加を抑えながらも被位置検出装置の位置の情報を位置検出装置から被位置検出装置に送信できる。【解決手段】位置検出システムは、位置検出対象の移動体に搭載され超音波送波部１１を有する被位置検出装置１と、超音波送波部１１から送波された超音波を受波する超音波受波部２１を有する位置検出装置２とを備え、位置検出装置２はトリガ信号を送信する送信部２２を有するとともに被位置検出部１はトリガ信号を受信する受信部１５並びに受信部１５にてトリガ信号を受信したときに超音波送波部１１から超音波を送波させる制御部１７を有し、位置検出装置２は、位置検出装置２に対する被位置検出装置１の相対位置を求める位置演算部２５と、位置演算部２５で得られた相対位置の情報を送信部２２から受信部１５に送信させる制御部２７とを有している。【選択図】図１
2008107251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出対象の移動体に搭載され超音波を送波する超音波送波部を有する被位置検出装置と、超音波送波部から送波された超音波を受波するとともに受波した超音波を電気信号である受波信号に変換する複数個の受波素子が同一基板上に配列されたアレイセンサからなる超音波受波部を有し被位置検出装置の位置を検出する位置検出装置とを備え、位置検出装置は電磁波からなるトリガ信号を送信する送信部を有するとともに、被位置検出装置はトリガ信号を受信する受信部並びに当該受信部にてトリガ信号を受信したときに超音波送波部から超音波を送波させる第１制御部を有し、位置検出装置は、送信部よりトリガ信号を送信した時刻と当該トリガ信号を送信した後に超音波受波部で超音波を受波した時刻との関係から位置検出装置と被位置検出装置との距離を求めるとともに、超音波受波部の各受波素子で超音波を受波した時間の時間差と各受波素子の配置位置とに基づいて位置検出装置に対して被位置検出装置が存在する方位を求めることで位置検出装置に対する被位置検出装置の相対位置を求める位置演算部と、位置演算部で求められた相対位置の情報を送信部から受信部に送信させる第２制御部とを有していることを特徴とする位置検出システム。
【請求項２】
第１制御部は、超音波送波部から超音波を送波させる際に当該超音波に被位置検出装置の固有の識別情報を付加するように構成され、第２制御部は、前記相対位置の情報とともに当該相対位置を得るために位置演算部で用いられた超音波に付加された固有の識別情報を送信部から受信部に送信させるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の位置検出システム。
【請求項３】
位置演算部は、超音波受波部で受波した音波に基づいて当該音波の発生源が正常に動作しているか否かを判定する判定手段を備え、当該判定手段によって前記発生源に異常が生じていると判定された際に、各受波素子で前記音波を受波した時間の時間差と各受波素子の配置位置とに基づいて前記発生源が存在する方位を求めるように構成され、第２制御部は、位置演算部で求められた前記発生源が存在する方位の情報を送信部から受信部に送信させるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の位置検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用して検出対象の物体の位置情報を検出する位置検出システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、位置検出対象の複数の移動体それぞれに設けられた被位置検出装置（超音波発信機）と、建物内の天井面の所定領域ごとに設置された少なくとも３個の超音波受信機で構成された位置検出装置と、被位置検出装置から送波された超音波が位置検出装置で受波されるまでの時間に基づいて移動体の位置情報を求める演算処理手段とを備えた位置検出システムが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
また、建物内に存在する移動体の位置を検出する位置検出システムとして、移動体に搭載され超音波を送波する音源（超音波送波部）を有する音源ユニット（被位置検出装置）と、音源から送波された超音波を受波するとともに受波した超音波を電気信号である受波信号に変換する複数個の受波素子が同一基板上に配列された超音波アレイセンサからなる超音波受波装置を有するセンサユニット（位置検出装置）とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００３−２７９６４０号公報（段落〔００１２〕〜〔００２４〕、図１〜図４）
【特許文献２】特開平８−２２６８１０号公報（段落〔００２５〕〜〔００３３〕、図１〜図３）
【特許文献３】特開２００６−２２０６４１号公報（段落〔００２２〕〜〔００２４〕、図１〜図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１，２に開示された位置検出システムは、超音波受信機から被位置検出装置に対して赤外線を媒体とする許可信号を送信し、被位置検出装置では許可信号を受け取ると超音波を送波する。したがって前記特許文献１,２に開示された位置検出システムでは、超音波受信機において許可信号を送信してから超音波を受波するまでの時間を計測することで、被位置検出装置までの距離を算出することができ、３個の超音波受信機において被位置検出装置までの距離を算出するから、３個の超音波受信機の既知の位置に基づいて被位置検出装置の位置を特定することができる。
【０００５】
一方、前記特許文献３に開示された位置検出システムは、被位置検出装置の音源から超音波を送波する際に、トリガ信号を位置検出装置に送信する。したがって前記特許文献３に開示された位置検出システムでは、位置検出装置にてトリガ信号を受信した時刻と、超音波受波装置で超音波を受波した時刻との関係から位置検出装置と被位置検出装置との間の距離を求めるとともに、超音波受波装置の各受波素子で超音波を受波した時間の時間差と各受波素子の配置位置とに基づいて位置検出装置に対して被位置検出装置の存在する方位を求めることで、位置検出装置に対する被位置検出装置の相対位置（被位置検出装置の位置）を求めることができる。
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１〜３に開示された位置検出システムでは、位置検出装置で求めた被位置検出装置の位置の情報を有線接続された外部のコンピュータなどの管理装置に出力できるようになっているものの、被位置検出装置の位置の情報を位置検出装置から被位置検出装置に送信できるようには構成されていない。
【０００７】
そのため、前記特許文献１〜３に開示された位置検出システムに被位置検出装置の位置の情報を位置検出装置から被位置検出装置に送信する機能を追加するためには、被位置検出装置の位置の情報を位置検出装置から被位置検出装置に送信するための送信器及び受信器を新たに位置検出装置及び被位置検出装置それぞれに設ける必要があり、位置検出システムの位置検出装置及び被位置検出装置それぞれの製造コストが増加してしまう。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、製造コストの増加を抑えながらも被位置検出装置の位置の情報を位置検出装置から被位置検出装置に送信できる位置検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、請求項１の発明では、位置検出対象の移動体に搭載され超音波を送波する超音波送波部を有する被位置検出装置と、超音波送波部から送波された超音波を受波するとともに受波した超音波を電気信号である受波信号に変換する複数個の受波素子が同一基板上に配列されたアレイセンサからなる超音波受波部を有し被位置検出装置の位置を検出する位置検出装置とを備え、位置検出装置は電磁波からなるトリガ信号を送信する送信部を有するとともに、被位置検出装置はトリガ信号を受信する受信部並びに当該受信部にてトリガ信号を受信したときに超音波送波部から超音波を送波させる第１制御部を有し、位置検出装置は、送信部よりトリガ信号を送信した時刻と当該トリガ信号を送信した後に超音波受波部で超音波を受波した時刻との関係から位置検出装置と被位置検出装置との距離を求めるとともに、超音波受波部の各受波素子で超音波を受波した時間の時間差と各受波素子の配置位置とに基づいて位置検出装置に対して被位置検出装置が存在する方位を求めることで位置検出装置に対する被位置検出装置の相対位置を求める位置演算部と、位置演算部で求められた相対位置の情報を送信部から受信部に送信させる第２制御部とを有していることを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明によれば、位置検出装置と被位置検出装置との距離を求めるために使用されるトリガ信号を送信する送信部を位置検出装置に設けて、位置検出装置の位置演算部で求められた位置検出装置に対する被位置検出装置の相対位置の情報を、送信部を用いて被位置検出装置の受信部に送信するようにしているので、被位置検出装置の位置の情報を位置検出装置から被位置検出装置に送信するための送信器及び受信器を新たに位置検出装置及び被位置検出装置それぞれに設けなくて済むから、製造コストの増加を抑えながらも被位置検出装置の位置の情報を位置検出装置から被位置検出装置に送信できるという効果を奏する。
【００１１】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、第１制御部は、超音波送波部から超音波を送波させる際に当該超音波に被位置検出装置の固有の識別情報を付加するように構成され、第２制御部は、前記相対位置の情報とともに当該相対位置を得るために位置演算部で用いられた超音波に付加された固有の識別情報を送信部から受信部に送信させるように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明によれば、超音波送波部より送波される超音波に被位置検出装置の固有の識別情報を付加し、位置演算部で求められた相対位置の情報を送信部から受信部に送信する際に、当該相対位置を求めるために位置演算部で用いられた超音波に付加された固有の識別情報も送信するようにしているから、複数の被位置検出装置が存在する場合でも、位置検出装置に対する被位置検出装置の相対位置を被位置検出装置毎に特定して求めることができるという効果を奏するとともに、位置検出装置に対する被位置検出装置の相対位置を各被位置検出装置に正常に伝送できるという効果を奏する。
【００１３】
請求項３の発明では、請求項１又は請求項２の発明において、位置演算部は、超音波受波部で受波した音波に基づいて当該音波の発生源が正常に動作しているか否かを判定する判定手段を備え、当該判定手段によって前記発生源に異常が生じていると判定された際に、各受波素子で前記音波を受波した時間の時間差と各受波素子の配置位置とに基づいて前記発生源が存在する方位を求めるように構成され、第２制御部は、位置演算部で求められた前記発生源が存在する方位の情報を送信部から受信部に送信させるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明によれば、超音波受波部で受波した音波の発生源が正常に動作しているか否かを判定して、当該発生源が異常な動作をしていると判定した際に、その発生源が位置検出装置に対して存在する方位を求めて被位置検出装置に送信するから、異常動作をしている発生源の検出が行えるとともにその方位を知らせることができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、位置検出装置と被位置検出装置との距離を求めるために使用されるトリガ信号を送信する送信部を位置検出装置に設けて、位置検出装置の位置演算部で求められた位置検出装置に対する被位置検出装置の相対位置の情報を、送信部を用いて被位置検出装置の受信部に送信するようにしているので、被位置検出装置の位置の情報を位置検出装置から被位置検出装置に送信するための送信器及び受信器を新たに位置検出装置及び被位置検出装置それぞれに設けなくて済むから、製造コストの増加を抑えながらも被位置検出装置の位置の情報を位置検出装置から被位置検出装置に送信できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施形態１）
本実施形態では、位置検出システムとして、図２（ａ）に示すように、位置検出対象の物体が建物内で床面１００上を移動する移動体（例えば、ショッピングカートなど）Ａであり、間欠的に超音波（疎密波）を送波可能な超音波送波部１１を有する被位置検出装置（送信装置）１を移動体Ａの上面に搭載する一方で、超音波送波部１１から間欠的に送波された超音波を受波する超音波受波部２１を有する位置検出装置（受信装置）２を施工面である天井面２００の定位置に設置し、移動体Ａの移動状況（移動体Ａの移動した位置）を追跡する動線計測システムを例示する。
【００１７】
被位置検出装置１は、上述の超音波送波部１１と、超音波送波部１１を駆動するドライバ１２と、液晶ディスプレイなどの表示部１３と、表示部１３を駆動するドライバ（表示用ドライバ）１４と、後述する送信部２２が送信する信号を受信する受信部１５と、受信部１５で受信した信号の処理を行う信号処理部１６と、ドライバ１２を制御する制御部（第１制御部）１７とを備えている。
【００１８】
制御部１７は、超音波送波部１１より超音波を間欠的に送波させるとともに、受信部１５にて後述するトリガ信号を受信したときに超音波送波部１１から超音波を送波させるように構成されている。また、制御部１７は、超音波送波部１１より超音波を送波させる際に、当該超音波に被位置検出装置１の固有の識別情報（識別データ）を付加するように構成されている。なお、制御部１７は、マイクロコンピュータを主構成とし、上述の制御部１７の機能はマイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現される。
【００１９】
ところで、被位置検出装置１の固有の識別情報は、超音波送波部１１から超音波とともに送波するパルス状の超音波によって送信することができる。また、本実施形態の超音波送波部１１は、後述する超音波発生素子１１ａとして空気に熱衝撃を与えることで超音波を発生するものを用いているので、超音波発生素子として圧電素子を用いる場合に比べて超音波の周波数を広範囲に亘って変化させることができるから、超音波発生素子１１ａから周波数変調された超音波を送信させることが可能となっている。したがって、被位置検出装置１の固有の識別情報を、超音波送波部１１から超音波とともに送波する際には、ディジタル変調方式の一つであるＦＳＫ変調方式や、アナログ変調方式の一つであるＦＭ変調方式などにより超音波を変調することによって固有の識別情報を送信するようにしてもよい。
【００２０】
位置検出装置２は、上述の超音波受波部２１と、電磁波からなるトリガ信号を送信する送信部２２と、送信部２２を駆動するドライバ２３と、現在時刻を計時する時計機能を有し送信部２２がトリガ信号を送信した時刻（以下、「トリガ送信時刻」と称する）を示すトリガ送信信号を出力するタイマ２４と、超音波受波部２１から出力される受波信号とタイマ２４から出力されるトリガ送信信号とを用いて位置検出装置２に対する被位置検出装置１の相対位置（以下、「検出位置」と称する）を求める位置演算部２５と、位置演算部２５で求めた被位置検出装置１の検出位置及び当該検出位置に被位置検出装置１が位置していたときの時刻（タイマ２４で得られたトリガ送信時刻）並びに被位置検出装置１の固有の識別情報（識別データ）をそれぞれ対応付けて時系列的に記憶するメモリ２６と、制御部（第２制御部）２７と、出力部２８とを備えている。
【００２１】
ここで、位置演算部２５により求められる検出位置は、上述したように位置検出装置２に対する被位置検出装置１の相対位置であり、図３に示すように位置検出装置２に設定された直交座標（ローカル座標ＸＬ−ＹＬ）の座標位置として求められる。なお、図３中のｄは、位置検出装置２と被位置検出装置１との距離を示し、ｒは、床面１００上（ｘｙ平面上）における位置検出装置２と被位置検出装置１との距離を示している。
【００２２】
本実施形態では、床面１００から天井面２００までの高さΔＨは一定とみなしている。したがって、移動体Ａの移動する移動空間Ｄにおいて被位置検出装置１の高さ位置は変化しないから、位置検出装置２に設定されたローカル座標ＸＬ−ＹＬを床面１００の上の２次元座標として扱い、移動体Ａの移動する空間に設定したグローバル座標ＸＧ−ＹＧも高さについては考慮せず、床面１００の上の２次元座標として扱う。さらに説明すれば、位置演算部２５は、超音波受波部２１からの出力とタイマ２４の出力とを用いて、位置検出装置２に設定された直交座標からなるローカル座標ＸＬ−ＹＬにおける被位置検出装置１の座標位置を求め、グローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける位置検出装置２の座標位置とローカル座標ＸＬ−ＹＬにおける被位置検出装置１の座標位置とに基づいて、グローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける被位置検出装置１の座標位置を求めるように構成されている。なお、この構成については後述する。
【００２３】
本実施形態の位置検出システムでは、位置検出装置２のキャリブレーションが必要であり、キャリブレーションの際には、位置演算部２５において、超音波受波部２１の出力およびタイマ２４の出力を用いてローカル座標ＸＬ−ＹＬでの被位置検出装置１の座標位置を求め、被位置検出装置１がグローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける既知の座標位置（基準位置）に位置するときに、両座標位置を用いてグローバル座標ＸＧ−ＹＧでの位置検出装置２の座標位置を求める。また、グローバル座標ＸＧ−ＹＧでの位置検出装置２の座標位置を求めた後には、ローカル座標ＸＬ−ＹＬでの被位置検出装置１の座標位置を用いてグローバル座標ＸＧ−ＹＧでの被位置検出装置１の座標位置を求めることができる。つまり、位置検出装置２には、ローカル座標ＸＬ−ＹＬでの被位置検出装置１の座標位置を用いて、グローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける位置検出装置２の座標位置を求める動作モード（キャリブレーションモード）と、グローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける被位置検出装置１の座標位置を求める動作モード（運転モード）とがある。なお、位置演算部２５の動作については後述する。
【００２４】
メモリ２６に格納されているトリガ送信時刻、及びトリガ送信時刻毎の被位置検出装置１の検出位置は、制御部２７により出力部２８のデータ転送形式のデータ列に変換され出力部２８を通して外部のコンピュータなどの管理装置などへ出力される。出力部２８としては、例えば、ＴＩＡ／ＥＩＡ−２３２−ＥやＵＳＢなどのようなシリアル転送方式のインタフェースや、ＳＣＳＩなどのようなパラレル転送方式のインタフェースなどを採用することができる。出力部２８から取り出されたデータは、管理装置において利用され、移動体Ａが移動した経路を追跡することにより動線を計測することができる。
【００２５】
また、制御部２７は、ドライバ２３を制御して送信部２２よりトリガ信号を送信させる機能（トリガ信号送信機能）と、位置演算部２５で得られた検出位置の情報を送信する機能（位置情報送信機能）とを有している。トリガ信号送信機能は、被位置検出装置１の超音波送波部１１から送波された超音波を超音波受波部２１で受波したときに、送信部２２より受信部１５にトリガ信号を送信する機能であって、トリガ信号を送信するにあたっては、超音波受波部２１で受波した超音波に付加されていた固有の識別情報をトリガ信号とともに送信するように構成されている。一方、位置情報送信機能は、位置演算部２５にて求められた検出位置の情報（本実施形態では、検出位置を用いて算出されたグローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける被位置検出装置１の位置の情報）を有する信号（以下、「検出位置信号」と称する）を、当該検出位置を得るために位置演算部２５で用いられた超音波に付加された固有の識別情報とともに送信部２２より受信部１５に送信する機能である。なお、制御部２７の機能はマイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現される。
【００２６】
送信部２２は、無線信号として光を採用する場合には、例えば、発光ダイオードを用いればよく、無線信号として電波を採用する場合には、例えば、電波発信器を用いればよい。ここで、光や電波は音波に対して十分に高速なので、位置検出装置２から被位置検出装置１までの超音波の到達時間のレンジでは、光や電波の到達時間はゼロとみなすことができる。一方、被位置検出装置１の受信部１５は、送信部２２が送信する信号として光を採用する場合には、例えば、フォトダイオードを用いればよく、信号として電波を採用する場合には、例えば、電波受信アンテナを用いればよい。要するに、受信部１５は、送信部２２が送信する信号を受信して当該信号を電気信号に変換して出力できるものであればよい。
【００２７】
信号処理部１６は、受信部１５で受信した信号の処理を行うためのものであって、受信部１５で受信した信号がトリガ信号であるか検出位置信号であるかを判定する判定機能と、判定機能によりトリガ信号であると判定した際に制御部１７にトリガ信号を受信したことを通知する通知機能と、判定機能により検出位置信号であると判定した際にドライバ１４を制御して表示部１３にグローバル座標ＸＧ−ＹＧを示すマップを表示させるとともに、当該マップ上に被位置検出装置１の位置を表示させる位置表示機能とを有している。また、信号処理部１６は、受信部１５で受信したトリガ信号ならびに検出位置信号に付加されている固有の識別情報が、自身の固有の識別情報であるかどうかを判定して、トリガ信号ならびに検出位置信号に付加されている固有の識別情報が自身の固有の識別情報でなければ、受信部１５で受信した信号を無視するように構成されている。
【００２８】
被位置検出装置１の超音波送波部１１としては、図４に示すように、単結晶のｐ形のシリコン基板からなる支持基板３１の一表面（図４における上面）側に多孔質シリコン層からなる熱絶縁層（断熱層）３２が形成され、熱絶縁層３２上に金属薄膜（例えば、タングステン薄膜）からなる発熱体層３３が形成され、支持基板３１の上記一表面側に発熱体層３３と電気的に接続された一対のパッド３４，３４が形成された前述の熱励起式の超音波発生素子１１ａを用いることが望ましい。なお、支持基板３１の平面形状は矩形状であって、発熱体層３３の平面形状も矩形状に形成してある。また、支持基板３１の上記一表面側において熱絶縁層３２が形成されていない部分の表面にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜（図示せず）が形成されている。
【００２９】
熱励起式の超音波発生素子１１ａでは、発熱体層３３の両端のパッド３４，３４間に通電して発熱体層３３に温度変化を生じさせると、発熱体層３３に接触している空気に温度変化が生じる。発熱体層３３に接触している空気は、発熱体層３３の温度上昇時には膨張し発熱体層３３の温度下降時には収縮するから、発熱体層３３への通電を適宜に制御することによって空気中を伝搬する超音波を発生させることができる。つまり、この超音波発生素子１１ａでは、一対のパッド３４，３４により発熱体層３３へ与える駆動電圧波形もしくは駆動電流波形からなる駆動入力波形に応じた発熱体層３３の温度変化により空気に熱衝撃を与えることにより超音波を発生させることができる。
【００３０】
一方、従来から超音波発生素子として広く用いられている圧電式の超音波発生素子では、共振特性のＱ値が高いので、図５（ｂ）に示す超音波波形のように残響時間が長くなってしまうが、上述の熱励起式の超音波発生素子１１ａでは、一対のパッド３４，３４を介した発熱体層３３への通電に伴う発熱体層３３の温度変化に伴って超音波を発生するものであり、発熱体層３３へ与える駆動電圧あるいは駆動電流の波形を例えば周波数がｆ１の正弦波波形とした場合、当該周波数ｆ１の略２倍の周波数の超音波を発生させることができ、例えば正弦波波形の半周期の孤立波を駆動電圧としてドライバ１２から一対のパッド３４，３４間へ与えることによって、図５（ａ）に示すような残響時間が短く且つ発生期間の短い略１周期の超音波を発生させることができる。要するに、圧電式の超音波発生素子は、固有の共振周波数をもつので周波数帯域が狭いが、熱励起式の超音波発生素子１１ａでは、発生させる超音波の周波数を広範囲にわたって変化させることができ、駆動電圧もしくは駆動電流の波形を孤立波とすれば、図５（ａ）に示すような略１周期の超音波を発生させることができる。
【００３１】
なお、上述の熱励起式の超音波発生素子１１ａでは、支持基板３１の厚さを５２５μｍ、熱絶縁層３２の厚さを１０μｍ、発熱体層３３の厚さを５０ｎｍ、各パッド３４の厚さを０．５μｍとしてあるが、これらの厚さは一例であって特に限定するものではない。また、支持基板３１の材料としてＳｉを採用しているが、支持基板３１の材料はＳｉに限らず、例えば、Ｇｅ，ＳｉＣ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＩｎＰなどの陽極酸化処理による多孔質化が可能な他の半導体材料でもよい。
【００３２】
位置検出装置２の超音波受波部２１は、図２（ｂ）に示すように、超音波送波部１１から送波された超音波を受波するとともに受波した超音波を電気信号である受波信号に変換する複数個の受波素子２１ａが同一基板２１ｂ上で２次元的に配列されたアレイセンサにより構成されている。ここにおいて、受波素子２１ａの中心間距離（配列ピッチ）Ｌは超音波送波部１１から発生させる超音波の波長程度（例えば、超音波の波長の０．５〜５倍程度）に設定することが望ましく、超音波の波長の０．５倍よりも小さいと超音波が隣り合う受波素子２１ａそれぞれへ到達する時間の時間差が小さくなり、当該時間差の検出が困難となる。受波素子２１ａとしては、例えば、超音波を圧電効果により電気信号に変換する圧電式の受波素子（圧電素子）や、超音波を静電容量の変化に変換する静電容量式の受波素子などの超音波用の受波素子として広く知られているものを採用することが考えられるが、超音波送波部１１と同様に残響を少なくするために、静電容量式の受波素子の構造を採用することが望ましい。
【００３３】
本実施形態では、受波素子２１ａとして、図６に示すような静電容量式のマイクロホンを採用している。図６に示す構成の静電容量式のマイクロホンは、マイクロマシニング技術を利用して形成されており、シリコン基板に厚み方向に貫通する窓孔４１ａを設けることで形成された矩形枠状のフレーム４１と、フレーム４１の一表面側においてフレーム４１の対向する２つの辺に跨る形で配置されるカンチレバー型の受圧部４２とを備えている。ここにおいて、フレーム４１の一表面側には熱酸化膜４５と熱酸化膜４５を覆うシリコン酸化膜４６とシリコン酸化膜４６を覆うシリコン窒化膜４７とが形成されており、受圧部４２の一端部がシリコン窒化膜４７とを介してフレーム４１に支持され、他端部が上記シリコン基板の厚み方向においてシリコン窒化膜４７に対向している。また、シリコン窒化膜４７における受圧部４２の他端部との対向面に金属薄膜（例えば、クロム膜など）からなる固定電極４３ａが形成され、受圧部４２の他端部におけるシリコン窒化膜４７との対向面とは反対側に金属薄膜（例えば、クロム膜など）からなる可動電極４３ｂが形成されている。なお、フレーム４１の他表面にはシリコン窒化膜４８が形成されている。また、受圧部４２は、上記各シリコン窒化膜４７，４８とは別工程で形成されるシリコン窒化膜により構成されている。
【００３４】
図６に示した構成の静電容量式のマイクロホンからなる受波素子２１ａでは、固定電極４３ａと可動電極４３ｂとを電極とするコンデンサが形成されるから、受圧部４２が音波の圧力を受けることにより固定電極４３ａと可動電極４３ｂとの間の距離が変化し、固定電極４３ａと可動電極４３ｂとの間の静電容量が変化する。したがって、固定電極４３ａおよび可動電極４３ｂに設けたパッド（図示せず）間に直流バイアス電圧を印加しておけば、パッドの間には超音波の音圧に応じて微小な電圧変化が生じるから、超音波の音圧を電気信号に変換することができる。
【００３５】
なお、受波素子２１ａとして用いる静電容量式のマイクロホンの構造は図６の構造に特に限定するものではなく、例えば、シリコン基板などをマイクロマシニング技術などにより加工して形成され、超音波を受けるダイヤフラム部からなる可動電極と、ダイヤフラム部に対向する背板部からなる固定電極との間に、超音波を受けていない状態でのダイヤフラム部と背板部とのギャップ長を規定する絶縁膜からなるスペーサ部が介在し、背板部に複数の排気孔が貫設された構造を有するものでもよい。このような静電容量式のマイクロホンでは、ダイヤフラム部が超音波を受けて変形してダイヤフラム部と背板部との距離が変化することにより、可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。
【００３６】
ところで、図６に示した静電容量式のマイクロホンからなる受波素子２１ａの共振特性のＱ値は３〜４程度であり、圧電素子に比べてＱ値が十分に小さく、従来のように送波素子および受波素子に圧電素子を用いている場合に比べて、超音波送波部１１から送波される超音波における残響成分に起因した不感帯を短くすることができるとともに、受波素子２１ａで超音波を受波したときに発生する受波信号における残響時間を短くできて受波素子２１ａから出力される受波信号における残響成分に起因した不感帯を短くすることができるので、角度分解能を改善することができる。
【００３７】
位置演算部２５は、超音波受波部２１の各受波素子２１ａで音波を受波した時刻（以下、受波時刻と称す）の時間差と各受波素子２１ａの配置位置とに基づいて超音波の到来方向、すなわち、位置検出装置２に対して被位置検出装置１が存在する方位を求める機能を有している。ここで、超音波の到来方向は、図３に示す直交座標におけるｘｚ平面とｙｚ平面との各角度として求められる。以下では、ｘｚ平面内での角度をθｘ、ｙｚ平面内での角度をθｙと記述する。つまり、超音波の到来方向は（θｘ，θｙ）の対で表される。
【００３８】
以下、位置演算部２５において超音波の到来方向（θｘ，θｙ）を求める処理について説明するが、説明を簡単にするために、超音波受波部２１の受波素子２１ａが図７に示すように同一平面上において１次元的に等間隔で配列されているものとする（実際には上述のように２次元的に配列されている）。受波素子２１ａが配列された面に対する超音波の波面の角度がθ０である場合を想定すると、超音波の到来方向（すなわち、超音波受波部２１に対して超音波送波部１１の存在する方位角）はθ０になる。ここで、超音波の速度をｃ、超音波の波面が隣り合う受波素子２１ａのうちの一方の受波素子２１ａに到達する時刻における超音波の波面と他方の受波素子２１ａの中心との間の距離（遅延距離）をｄ０、隣り合う受波素子２１ａの中心間距離をＬとすれば、超音波の波面が隣り合う受波素子２１ａ間に到達する時間差Δｔ０（図８参照）は、Δｔ０＝ｄ０／ｃ＝Ｌ・ｓｉｎθ０／ｃになる。したがって、θ０＝ｓｉｎ−１（Δｔ０・ｃ／Ｌ）となるから、時間差Δｔ０を求めれば、超音波の到来方向θ０を求めることができる。
【００３９】
図８（ａ）〜（ｃ）は上述の超音波送波部１１から略１周期の超音波（図５（ａ）参照）を送波したときの図７の各受波素子２１ａそれぞれの受波信号を示しており、図８（ａ）が図７の一番上の受波素子２１ａの受波信号、図８（ｂ）が図７の真ん中の受波素子２１ａの受波信号、図８（ｃ）が図７の一番下の受波素子２１ａの受波信号を示している。
【００４０】
ここで、位置演算部２５は、超音波の到来方向を求める機能を有する信号処理部２５ｃを備えている。信号処理部２５ｃは、超音波受波部２１の各受波素子２１ａから出力された電気信号である受波信号をそれぞれ各受波素子２１ａの配列パターンに応じた遅延時間で遅延させた受波信号を組にして出力する遅延手段と、遅延手段により遅延された受波信号の組を加算する加算器と、加算器の出力波形のピーク値と適宜の閾値との大小関係を比較し閾値を超えるピーク値が得られたときに遅延手段で設定されている遅延時間に対応する方向を超音波の到来方向と判断する判断手段とを備えているので、超音波受波部２１に対する超音波の到来方向を求めることができる。
【００４１】
また、位置演算部２５は、上述の信号処理部２５ｃの他に、超音波受波部２１の各受波素子２１ａから出力されるアナログの受波信号をディジタルの受波信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換部２５ａと、タイマ２４より得られたトリガ送信時刻から所定の受波期間だけＡ／Ｄ変換部２５ａの出力が格納されるデータ格納部２５ｂと、座標変換処理部２５ｄとを備えており、上述の信号処理部２５ｃは、データ格納部２５ｂにトリガ送信信号が入力されたときに受波期間を設定し、受波期間にのみＡ／Ｄ変換部２５ａを作動させ、受波期間にデータ格納部２５ｂに格納された受波信号のデータに基づいて超音波の到来方向を求める。
【００４２】
一方、受波期間外において超音波受波部２１で受波した超音波は、信号処理部２５ｃによって当該超音波に被位置検出装置１の固有の識別情報が付加されているかどうかが判別される。信号処理部２５は、超音波に固有の識別情報が付加されていると判別した際に、制御部２７に受波した超音波に付加された固有の識別情報を出力してトリガ信号出力機能による動作を行わせるようになっている。なお、信号処理部２５ｃは、受波期間内において超音波受波部２１で受波した超音波に対しても、固有の識別情報が付加されているかどうかを判別するようにしてもよく、ここで、固有の識別情報がトリガ信号に付加した固有の識別情報と一致しない、又は固有の識別情報が存在しない場合には、その超音波を無効なものと扱うようにしてもよい。
【００４３】
ところで、本実施形態では、超音波送波部１１として上述の熱励起式の超音波発生素子１１ａを用いているので、図９に示すように、超音波受波部２１の各受波素子２１ａへ２つの到来方向θ１，θ２から超音波が到来する場合、到来方向θ１から到来する超音波の方が到来方向θ２の方向から到来する超音波に比べて先に到達するとすれば、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように各受波素子２１ａそれぞれから出力される２つの受波信号が重なりにくく、超音波の到来方向θ１，θ２を求めることができる。ここで、図１０は、（ａ）が図９の一番上の受波素子２１ａの２つの受波信号、（ｂ）が図９の真ん中の受波素子２１ａの２つの受波信号、（ｃ）が図９の一番下の受波素子２１ａの２つの受波信号を示しており、（ａ）〜（ｃ）それぞれにおける左側の受波信号が到来方向θ１から到来した超音波に対応し、右側の受波信号が到来方向θ２から到来した超音波に対応している。なお、到来方向θ１からの超音波の波面が隣り合う受波素子２１ａのうちの一方の受波素子２１ａに到達する時刻における超音波の波面と他方の受波素子２１ａの中心との間の距離（遅延距離）をｄ１（図９参照）とすれば、超音波の波面が隣り合う受波素子２１ａ間に到達する時間差Δｔ１（図１０参照）は、Δｔ１＝ｄ１／ｃ＝Ｌ・ｓｉｎθ１／ｃとなるから、θ１＝ｓｉｎ−１（Δｔ１・ｃ／Ｌ）となり、時間差Δｔ１を求めれば、超音波の到来方向θ１を求めることができる。同様に、到来方向θ２からの超音波の波面が隣り合う受波素子２１ａのうちの一方の受波素子２１ａに到達する時刻における超音波の波面と他方の受波素子２１ａの中心との間の距離（遅延距離）をｄ２（図９参照）とすれば、超音波の波面が隣り合う受波素子２１ａ間に到達する時間差Δｔ２（図１０参照）は、Δｔ２＝ｄ２／ｃ＝Ｌ・ｓｉｎθ２／ｃとなるから、θ２＝ｓｉｎ−１（Δｔ２・ｃ／Ｌ）となり、時間差Δｔ２を求めれば、超音波の到来方向θ２を求めることができる。
【００４４】
図７、図９の例では説明を簡単にするために受波素子２１ａを一直線上に配列した例で説明したが、実際には一平面上においてｘ方向とｙ方向とにそれぞれ複数個の受波素子２１ａを配列してあるので、ｘｚ平面内での到来方向θｘと、ｙｚ平面内での到来方向θｙとを同時に求めることができる。つまり、超音波の到来方向を（θｘ，θｙ）の組み合わせで求めることができる。
【００４５】
また、位置演算部２５の信号処理部２５ｃは、送信部２２によりトリガ信号が送信された時刻と受波素子２１ａにより超音波を受波した時刻との関係から位置検出装置２と被位置検出装置１との距離ｄ（実質的には、位置検出装置２の超音波受波部２１と被位置検出装置１の超音波送波部１１との距離）を求める距離演算手段を備えている。ここで、上述のようにトリガ信号として光もしくは電波のように超音波に比べて十分に高速な信号を採用していることにより、被位置検出装置１から位置検出装置２までのトリガ信号の到達時間は被位置検出装置１から位置検出装置２までの超音波の到達時間に比べて十分に短く（無視できる程度に短く）、トリガ信号の到達時間をゼロとみなすことができるので、距離演算手段では、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すようにデータ格納部２５ｂを介してトリガ送信信号ＳＴを受信した時刻（トリガ送信時刻）と当該トリガ送信信号ＳＴの受信後に最初に受波素子２１ａからの受波信号ＳＰを受信した時刻との時間差Ｔと、超音波の速度とによって位置検出装置２と被位置検出装置１との距離ｄを求めるようにしてある。なお、信号処理部２５ｃの距離演算手段は、当該信号処理部２５ｃを構成するマイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現される。
【００４６】
なお、データ格納部２５ｂには、〔受波素子２１ａの個数〕×〔各受波素子２１ａからの受波信号のデータ数〕の数だけデータが格納されることになるので、例えば、受波素子２１ａの個数を８個、受波期間を３０ｍｓ、Ａ／Ｄ変換部２５ａのサンプリング周期を１μｓとした場合には、１データを１ワードとして２４０ｋワードの容量が必要となるから、２５６ｋワードのＳＲＡＭなどを使用すればよい。
【００４７】
ところで、本実施形態では、上述のように、グローバル座標ＸＧ−ＹＧでの位置検出装置２の座標位置を求める必要があり、そのため、移動体Ａをグローバル座標ＸＧ−ＹＧの座標位置が既知である基準位置に位置させる。
【００４８】
いま、図１２に示すように床面１００の上でグローバル座標ＸＧ−ＹＧの座標位置が既知である基準位置Ｐｓを設定し、基準位置Ｐｓに移動体Ａを位置させた場合を想定する。ここで、移動体Ａに対する被位置検出装置１の位置は変化しないから、移動体Ａの位置は被位置検出装置１の位置を表しているものとみなして説明する。基準位置Ｐｓのグローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける座標位置を（ＸＧ１１，ＹＧ１１）とする。グローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける位置検出装置２の座標位置を求めるには、まず、位置演算部２５を位置検出装置２の位置を求めるキャリブレーションモードに設定した状態で、移動体Ａを基準位置Ｐｓに位置させる。
【００４９】
位置検出装置２の位置演算部２５では、ローカル座標ＸＬ−ＹＬにおける被位置検出装置１の座標位置を求めることができるから、この座標位置を（ＸＬ１１，ＹＬ１１）とする。ここで、グローバル座標ＸＧ−ＹＧとローカル座標ＸＬ−ＹＬとの座標軸の向きが一致するという制約条件を設定すれば、基準位置Ｐｓについて、グローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける座標位置（ＸＧ１１，ＹＧ１１）とローカル座標ＸＬ−ＹＬにおける座標位置（ＸＬ１１，ＹＬ１１）との差が、グローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける位置検出装置２の座標位置（ＸＲ，ＹＲ）になる。すなわち、ＸＲ＝ＸＧ１１−ＸＬ１１、ＹＲ＝ＹＧ１１−ＹＬ１１として位置検出装置２の座標位置を求めることができる。
【００５０】
グローバル座標ＸＧ−ＹＧでの位置検出装置２の座標位置（ＸＲ，ＹＲ）は座標変換処理部２５ｄに格納され、信号処理部２５ｃでの以後の処理に用いられる。また、座標変換処理部２５ｄには、グローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける基準位置Ｐｓの座標位置（ＸＧ１１，ＹＧ１１）も格納されている。ここで、座標変換処理部２５ｄに格納されたデータの変更頻度は少ないから、座標変換処理部２５ｄにはＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリを用いるのが望ましい。座標位置（ＸＧ１１，ＹＧ１１）は、グローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける基準位置Ｐｓを実装した結果に基づいて設定される。すなわち、グローバル座標ＸＧ−ＹＧでの被位置検出装置１の座標位置を求める運転モードでは、座標変換処理部２５ｄに格納された位置検出装置２の座標位置を用いることで、被位置検出装置１の座標位置を算出するのである。なお、基準位置Ｐｓの計測は床面１００の上で行うから作業は容易である。
【００５１】
ところで、上述の説明では、グローバル座標ＸＧ−ＹＧの座標軸とローカル座標ＸＬ−ＹＬの座標軸との向きが一致しているという制約条件を設定したが、このような制約条件を成立させるには、位置検出装置２の取付方向がグローバル座標ＸＧ−ＹＧの座標軸に対して一定の関係になるように施工しなければならない。したがって、位置検出装置２の設置施工時に座標位置については考慮しなくてもよいから設置施工が容易になるものの、依然としてグローバル座標ＸＧ−ＹＧの座標軸との関係については考慮しなければならない（グローバル座標の座標軸に沿ったラインが天井面２００に設けられている場合もあるから、その場合には設置施工は比較的容易である）。
【００５２】
そこで、以下では位置検出装置２の取付方向についても制約を設けずに設置施工が可能になる技術を説明する。上述の動作ではグローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける位置検出装置２の座標位置を求めるだけであり、座標軸の回転角を考慮しないから、未知数は２であって、上述したように１つの基準位置Ｐｓについて２式を設定すれば未知数を求めることができる。一方、座標軸の回転角を考慮する場合にはグローバル座標ＸＧ−ＹＧの座標軸に対するローカル座標ＸＬ−ＹＬの座標軸の回転角θＲを求めなければならないから、未知数が３つ（ＸＲ，ＹＲ，θＲ）になる。つまり、１つの基準位置Ｐｓから得られる２式のみでは未知数を求めることができない。そこで、基準位置を２つ設定する。
【００５３】
いま、図１３に示すように、２つの基準位置Ｐｓ１，Ｐｓ２（Ｐｓ２は図示せず）のうちの一方の基準位置Ｐｓ１について、位置検出装置２ではグローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける座標位置（ＸＧ１１，ＹＧ１１）が既知であり、ローカル座標ＸＬ−ＹＬにおける座標位置（ＸＬ１１，ＹＬ１１）が計測されているものとする。ここで、位置検出装置２に関する未知数（ＸＲ，ＹＲ，θＲ）とこれらの座標位置（ＸＧ１１，ＹＧ１１），（ＸＬ１１，ＹＬ１１）との関係は、下記数１のように表すことができる。
【００５４】
【数１】
2008107251.tif 000003
【００５５】
同様にして、基準位置Ｐｓ２についてもグローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける座標位置（ＸＧ１２，ＹＧ１２）とローカル座標ＸＬ−ＹＬにおける座標位置（ＸＬ１２，ＹＬ１２）との関係を下記数２のように表すことができる。
【００５６】
【数２】
2008107251.tif 000004
【００５７】
ここで、数１と数２とから（ＸＲ，ＹＲ）を消去すれば、θＲに関する下記数３が得られる。
【００５８】
【数３】
2008107251.tif 000005
【００５９】
さらに、数３を数１、数２に適用すれば、（ＸＲ，ＹＲ）を求めることができる。
【００６０】
したがって、位置検出装置２の座標位置を求めるには、まず移動体Ａを基準位置Ｐｓ１に位置させてローカル座標ＸＬ−ＹＬにおける座標位置（ＸＬ１１，ＹＬ１１）を求め、次に、移動体Ａを基準位置Ｐｓ２に位置させてローカル座標ＸＬ−ＹＬにおける座標位置（ＸＬ１２，ＹＬ１２）を求めると、グローバル座標ＸＧ−ＹＧにおける位置検出装置２の位置をローカル座標ＸＬ−ＹＬにおける座標軸の回転角θＲを含めて求めることができる。
【００６１】
次に、本実施形態の位置検出システムの動作について簡単に説明する。被位置検出装置１の超音波送波部１１からは間欠的に超音波が送波されており、位置検出装置２の超音波受波部２１により当該超音波を受波した際には、送信部２２からトリガ信号が送信される。また、トリガ信号が送信される際には、超音波受波部２１で受波した超音波に付加されていた固有の識別情報も一緒に送信される。被位置検出装置１の受信部１５でトリガ信号を受信した際には、超音波送波部１１から超音波が送波される。ここで、超音波送波部１１より超音波を間欠的に送波させる時間間隔は、超音波送波部１１より間欠的に送波される超音波によって位置検出装置２より送信されたトリガ信号を受信して超音波送波部１１から超音波を送波させる処理を行える時間間隔に設定されており、トリガ信号によって超音波送波部１１より超音波を送波するタイミングと、超音波送波部１１より超音波を間欠的に送波させるタイミングとが重複してしまうことがないようにしている。
【００６２】
この超音波を超音波受波部２１で受波した際には、位置演算部２５によって検出位置が求められ、送信部２２より検出位置の情報を有する検出位置信号が、検出位置を求める際に用いられた超音波に付加された固有の識別情報とともに送信される。被位置検出装置１の受信部１５で検出位置信号を受信した際には、表示部１３にて上述したように検出位置が表示される。
【００６３】
以上説明した本実施形態の位置検出システムでは、位置検出装置２が、超音波送波部１１から送波された超音波を受波するとともに受波した超音波を電気信号である受波信号に変換する複数個の受波素子２１ａが同一基板２１ｂ上に配列されたアレイセンサからなる超音波受波部２１を有し、位置演算部２２が、超音波受波部２１の各受波素子２１ａで超音波を受波した時刻の時間差と各受波素子２１ａの配置位置とに基づいて位置検出装置２に対して被位置検出装置１の存在する方位を求めるとともに、位置検出装置２と被位置検出装置１との距離を求め、位置検出装置２に対する被位置検出装置１の相対位置を求めるように構成されているので、１個の位置検出装置２の出力に基づいて当該位置検出装置２に対する被位置検出装置１の相対位置を求めることができるから、施工が容易になる。
【００６４】
さらに、位置検出装置２と被位置検出装置１との距離を求めるために使用されるトリガ信号を送信する送信部２２を位置検出装置２に設けて、位置検出装置２の位置演算部２５で求められた位置検出装置２に対する被位置検出装置１の相対位置の情報を、送信部２２を用いて被位置検出装置１の受信部１５に送信するようにしているので、被位置検出装置１の位置の情報を位置検出装置２から被位置検出装置１に送信するための送信器及び受信器を新たに位置検出装置２及び被位置検出装置１それぞれに設けなくて済むから、製造コストの増加を抑えながらも被位置検出装置１の位置の情報を位置検出装置２から被位置検出装置１に送信できるという効果を奏する。
【００６５】
また、超音波送波部１１より送波される超音波に被位置検出装置１の固有の識別情報を付加し、送信部２２から受信部１５に相対位置の情報を送信する際に、当該相対位置を求めるために位置演算部２５で用いられた超音波に付加された固有の識別情報も送信するようにしているから、複数の被位置検出装置１が存在する場合でも、位置検出装置２に対する被位置検出装置１の相対位置を被位置検出装置１毎に特定して求めることができるという効果を奏するとともに、位置検出装置２に対する被位置検出装置１の相対位置を各被位置検出装置１に正常に伝送できるという効果を奏する。
【００６６】
（実施形態２）
本実施形態の位置検出システムの基本構成は実施形態１と略同じであるが、図１４に示すように、位置検出装置２にデータメモリ部２９ａと比較部２９ｂとが設けられている点で異なっている。また、本実施形態の位置検出システムは、図１５に示すように、音波の発生源となる装置３００，４００，５００を有する工場などに設置される。なお、実施形態１と同様の構成については説明を省略する。
【００６７】
装置３００，４００，５００としては、例えば、工作機械や、パーツフィーダ、ベルトコンベアなどの生産設備が挙げられ、これらはスタンドアローンで使用される（他の機器に接続されずに単独で使用される）ものであってもよいし、ライン（生産ライン）で使用されるものであってもよい。なお、工作機械は、例えば、旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、研削盤、表面仕上げ機械、歯切り盤、歯車仕上げ機械、平削り盤、立て削り盤、形削り盤、ブローチ盤、切断機、多機能工作機械（マシニングセンタなど）、特殊加工機械（ウォータージェット加工機、プラズマ加工機、レーザ加工機、ワイヤ放電加工機、形彫り放電加工機、数値制御放電加工機、超音波加工機、電解加工機、電子ビーム加工機、放電加工機など）である。
【００６８】
データメモリ部２９ａは、例えばＲＡＭなどの記憶装置であって、被位置検出装置１の超音波送波部１１より送波される超音波（以下、「正規超音波」と称する）のデータと、装置３００，４００，５００が正常に動作している際の動作音（正常に動作している際に各装置３００，４００，５００で発生される音波（以下、「正常音波」と称する）のデータとが格納されている。ここで、データメモリ部２９ａに格納される正規超音波のデータ並びに正常音波のデータとしては、例えば図１６（ａ）に示すような音波の時間軸上の波形（時間波形）のデータが用いられる。なお、図１６（ａ）の時間波形のデータは、正常音波のデータを示している。
【００６９】
比較器２９ｂは、超音波受波部２１で受波した音波が被位置検出装置１によるものであるかどうかを判定する機能（認証機能）と、超音波受波部２１で受波した音波が被位置検出装置１によるものではない場合に、当該超音波が装置３００，４００，５００の正常音波であるかどうかを判定する機能（異常判定機能）とを有する判定手段である。
【００７０】
認証機能では、超音波受波部２１で受波した音波のデータ（超音波受波部２１から出力される受波信号）とデータメモリ部２９ａに格納されている正規超音波のデータとを比較し、一致度が所定値以上であれば超音波受波部２１で受波した音波を被位置検出装置１の超音波送波部１１により送波されたものであると判定して、信号処理部２５ｃに被位置検出装置１の位置を求める動作を行わせる。
【００７１】
異常判定機能では、認証機能において正規超音波ではないと判定された音波のデータとデータメモリ部２９ａに格納されている正常音波のデータとを比較し、一致度が所定値以上であれば受波信号を正常音波であると判定して処理を終了し、一致度が所定値未満であれば受波信号を装置が異常動作を行ったことに起因する異常音波であると判定して、信号処理部２５ｃに異常音波を発生している装置が存在する方位を求める動作を行わせる。
【００７２】
ここで、比較器２９ｂにおける超音波の比較方法について異常判定機能のケースを例に挙げて説明する。なお、以下の説明では、装置３００が異常動作を行っており、装置４００，５００は正常動作を行っているとする。
【００７３】
比較器２９ｂの異常判定機能では、上述したように超音波受波部２１で受波した音波と、データメモリ部２９ａに格納されている正常音波とが比較される。比較を行う際には、超音波受波部２１で受波した音波と正常音波それぞれのデータに対してフーリエ変換が行われる。超音波受波部２１で受波した音波が図１６（ｃ）に示すような時間波形の音波（正常動作を行っている装置４００又は装置５００で発生される音波）である場合、フーリエ変換によって図１６（ｄ）に示すような音波の周波数軸上の波形（周波数波形）が得られる。一方、図１６（ａ）に示すような時間波形の正常音波がフーリエ変換された際には、図１６（ｂ）に示すような周波数波形が得られる。
【００７４】
このようにして周波数波形が得られた後には、各周波数波形におけるピークの周波数を比較することによって一致しているか否かが判定される。ここで、一致しているか否かの判定を行う際に使用するピークは、所定の基準値（雑音として含まれるピークを含まないような値）Ｔｈ以上の大きさのピークとしている。
【００７５】
図１６（ｂ）に示す正常音波の周波数波形と図１６（ｄ）に示す音波の周波数波形とは、基準値Ｔｈ以上のピークＰ１〜Ｐ５が出現する周波数が略一致しているから、超音波受波部２１で受波した音波と正常音波とは一致していると判定されて、超音波受波部２１で受波した音波は、装置が正常に動作している際に装置で発生される音波であると判定される。
【００７６】
一方、超音波受波部２１で受波した音波が、図１６（ｅ）に示すような時間波形を有する音波（異常動作を行っている装置３００が発信する超音波）である場合、フーリエ変換によって図１６（ｆ）に示すような周波数波形が得られる。
【００７７】
図１６（ｆ）に示す周波数波形は、図１６（ｂ）に示す正常音波の周波数波形と同様に基準値Ｔｈ以上となるピークＰ１〜Ｐ５を有しているものの、図１６（ｂ）の周波数波形には現れていない基準値Ｔｈ以上となるピーク（すなわち異常動作によって発生している音波に起因するピーク）Ｐ６〜Ｐ８を有しており、そのため、超音波受波部２１で受波した音波と正常音波とは一致していないと判定されて、超音波受波部２１で受波した音波は、装置が正常に動作していない（異常動作している）際に装置で発生された音波であると判定される。
【００７８】
なお、認識機能での音波の比較も異常判定機能と同様にフーリエ変換を行うことで音波を周波数波形に変換して、そのピークの出現位置を比較することで一致度を求めるようにしてもよい。また、比較器２９ｂの認識機能ならびに異常判定機能では、必ずしもフーリエ変換により得られる周波数波形を用いて一致度を求める必要はなく、例えば超音波受波部２１で受波した音波と、正規超音波とをパターンマッチングなどすることによって一致度を求めるようにしてもよい。ところで、比較器２９ｂで一致度を求める際に周波数波形を用いる場合には、データメモリ部２９ａに格納する正規超音波ならびに正常音波のデータは、時間波形ではなく、予めフーリエ変換された周波数波形としてもよい。
【００７９】
信号処理部２５ｃは、実施形態１で述べたように被位置検出装置１の位置を求めるだけではなく、装置３００，４００，５００のうち異常音波を発生している装置（図１５に示す例では装置３００）の方位を求める機能（異常装置検出機能）を有している。
【００８０】
異常装置検出機能は、超音波受波部２１から出力された受波信号が、比較器２５ｃによって異常音波によるものであると判定された（すなわち、比較器２５によって装置３００，４００，５００のいずれかに異常が生じていると判定された）際に行われる機能であって、異常音波であると判定された超音波を各受波素子２１ａで受波した時間の時間差と各受波素子２１ａの配置位置とに基づいて位置検出装置２に対して装置が存在する方位（以下、「異常装置存在方位」と称する）を求めるように構成されている。
【００８１】
この異常検出機能によって求められた異常装置存在方位の情報は、メモリ２６を介し制御部２７に送られ、制御部２７は、ドライバ２３を制御して、異常装置存在方位の情報を有する信号（以下、「異常発生信号」と称する）を送信部２２より受信部１５に送信させる。
【００８２】
これに伴って被位置検出装置１の信号処理部１６の前述の判定機能は、受信部１５で受信した信号が、トリガ信号と、検出位置信号と、異常発生信号とのいずれであるか判定するように構成されている。また、信号処理部１６は、判定機能により異常発生信号であると判定した際に、ドライバ１４を制御して表示部１３に異常装置存在方位に基づいて異常動作している装置の方位を表示させる異常報知機能を有している。尚、異常動作している装置の方位を表示部１３に表示させる際には、表示部１３にグローバル座標ＸＧ−ＹＧを示すマップを表示させるとともに、当該マップ上に異常動作している装置の方位を表示させる。
【００８３】
また、本実施形態では、異常発生信号をトリガ信号として用いるようにしており、異常報知機能では、判定機能により受信部１５で受信した信号が異常発生信号であると判定された際に、制御部１７にトリガ信号を受信したことを通知するようにしている。
【００８４】
ところで、被位置検出装置１が異常発生信号を受信した際には、異常報知機能によって制御部１７にトリガ信号を受信したことが通知されるため、超音波送波部１１からは超音波が送波され、その結果、実施形態１で述べたように被位置検出装置１は位置検出装置２より検出位置信号を受信する。そして、表示部１３では、検出位置信号に基づいて被位置検出装置１の位置が表示されるから、表示部１３には、位置検出装置２に対する被位置検出装置１の相対位置と、位置検出装置２に対する異常動作中の装置の存在する方位とが表示されることになる。
【００８５】
以上述べた本実施形態の位置検出システムによれば、実施形態１の効果を奏する上に、超音波受波部２１で受波した音波の発生源となる装置３００，４００，５００が正常に動作しているか否かを判定して、装置３００，４００，５００が異常な動作をしていると判定した際に、その装置３００，４００，５００が位置検出装置２に対して存在する方位を求めて被位置検出装置１に送信するから、異常動作をしている装置の検出が行えるとともにその方位を知らせることができるという効果を奏する。
【００８６】
特に、被位置検出装置１を人が所持している場合には、その人に異常動作している装置の存在する方位を報せることができ、装置の修復作業や、装置から離れるように指示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施形態１を示すシステム構成図である。
【図２】同上を示し、（ａ）は使用例を示す概略構成図、（ｂ）は超音波受波部の概略斜視図である。
【図３】同上の原理説明図である。
【図４】同上における熱励起式の超音波発生素子の概略断面図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】同上における静電容量式のマイクロホンを示し、（ａ）は一部破断した概略斜視図、（ｂ）は概略断面図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】同上の動作説明図である。
【図９】同上の動作説明図である。
【図１０】同上の動作説明図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【図１２】同上の原理説明図である。
【図１３】同上の他の動作での原理説明図である。
【図１４】実施形態２を示すシステム構成図である。
【図１５】同上の使用例を示す概略構成図である。
【図１６】同上の説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
Ａ  移動体
１  被位置検出装置
２  位置検出装置
１１  超音波送波部
１５  受信部
１７  制御部（第１制御部）
２１  超音波受波部
２１ａ  受波素子
２２  送信部
２５  位置演算部
２７  制御部（第２制御部）
２９ｂ  比較器（判定手段）
３００，４００，５００  装置（発生源）
【図１】
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【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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