(57)【要約】【課題】検知領域を広くとりながらも比較的小さいエネルギで駆動することができる３次元センサを提供する。【解決手段】送波装置１０は発熱部の温度変化を媒質の膨張収縮に変換することにより媒質を伝播する粗密波を生成するものであり、媒質の単発的な圧力変化による粗密波が生じるように送波制御部１１により駆動される。受波装置２０は複数個の受波エレメント２１を備え、各受波エレメント２１からの受波信号は、指向性制御部２２において遅延時間が調整された後に合成され、受波装置２０の指向性が制御される。３次元位置検出部２３は、指向性制御部２２により設定された受波装置２０のメインビームの方向において送波装置１０が粗密波を送波してから受波装置２０が受波するまでの時間によって物体Ｏｂまでの距離を求める。【選択図】        図１
2004180262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部の温度変化を媒質の膨張収縮に変換することにより媒質を伝播する粗密波を生成する送波装置と、送波装置から送波され物体で反射された粗密波を受波するとともに受波した粗密波を電気信号である受波信号に変換する受波エレメントを複数個配列した受波装置と、媒質の単発的な圧力変化による粗密波が生じるように送波装置を駆動する送波制御部と、各受波エレメントからの受波信号の遅延時間を調整した後に合成することにより受波エレメントの位置と遅延時間とで決まる受波装置の指向性を制御する指向性制御部と、指向性制御部により設定された受波装置のメインビームの方向において送波装置が粗密波を送波してから受波装置が受波するまでの時間によって物体までの距離を求める３次元位置検出部とを備えることを特徴とする３次元センサ。
【請求項２】
前記指向性制御部は前記受波装置のメインビームの方向を規定した検知領域内で走査することを特徴とする請求項１記載の３次元センサ。
【請求項３】
前記物体が人であって、前記検知領域を設定した警戒空間への人の出入を監視する人感センサが付設され、人感センサにより警戒空間への人の侵入が検知されている期間に３次元位置を計測することを特徴とする請求項２記載の３次元センサ。
【請求項４】
前記物体が人であって前記検知領域が設定される警戒空間への人の出入を監視する人感センサを設け、人感センサにより警戒空間への人の侵入が検知されていない期間に３次元位置検出部で検出した背景の３次元位置と、人感センサにより警戒空間への人の侵入が検知されている期間に３次元位置検出部で検出した３次元位置との差分を求める侵入者抽出部を設けていることを特徴とする請求項２記載の３次元センサ。
【請求項５】
前記３次元位置検出部は、前記警戒空間への人の侵入が検知されていない期間において背景の３次元位置を所定時間毎に検出することを特徴とする請求項４記載の３次元センサ。
【請求項６】
前記発熱部は基板上に熱絶縁層を介して積層された薄膜であって、前記受波エレメントは同基板に形成されていることを特徴とする請求項１記載の３次元センサ。
【請求項７】
前記受波エレメントは、前記粗密波を受波して変位する受圧部と、受圧部の変位を電気量に変換するピエゾ素子とを備えることを特徴とする請求項６記載の３次元センサ。
【請求項８】
前記基板の周辺部に前記送波装置が複数個配置され、前記基板の中央部に前記受波装置が配置されていることを特徴とする請求項６または請求項７記載の３次元センサ。
【請求項９】
前記基板が矩形状であって前記送波装置が各角部に配置されていることを特徴とする請求項８記載の３次元センサ。
【請求項１０】
前記送波装置と前記受波装置との間に前記基板の表面に交差する隔壁が形成されていることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の３次元センサ。
【請求項１１】
前記基板における熱伝導率と体積あたりの熱容量との積が、前記熱絶縁層における熱伝導率と体積あたりの熱容量との積よりも大きいことを特徴とする請求項６記載の３次元センサ。
【請求項１２】
前記受波装置における前記受波エレメントの配列ピッチが、前記送波装置から送波される粗密波の波長の２分の１を越えないことを特徴とする請求項１記載の３次元センサ。
【請求項１３】
前記送波制御部は、規定した周波数範囲で前記粗密波の周波数を掃引することを特徴とする請求項１記載の３次元センサ。
【請求項１４】
前記受波エレメントは１つの円周上に配列されていることを特徴とする請求項１記載の３次元センサ。
【請求項１５】
前記受波エレメントは中心を共通に持ち異なる直径を有した複数個の円周上にそれぞれ配列されていることを特徴とする請求項１記載の３次元センサ。
【請求項１６】
前記送波制御部は、前記送波装置を矩形波パルスにより駆動し、矩形波パルスのオン期間よりもオフ期間を長く設定していることを特徴とする請求項１記載の３次元センサ。
【請求項１７】
前記送波装置に送波用のホーンが付加されていることを特徴とする請求項１記載の３次元センサ。
【請求項１８】
前記送波装置に前記粗密波を反射することにより粗密波の送波方向を規定する反射器が付加されていることを特徴とする請求項１記載の３次元センサ。
【請求項１９】
前記警戒空間への人の侵入が検知されると、前記受波装置から可聴周波数の威嚇音で包絡変調された超音波を送出させる威嚇音生成部を付加したことを特徴とする請求項１記載の３次元センサ。
【請求項２０】
前記送波装置および前記受波装置の前方に、網目のピッチが前記粗密波の波長の２分の１より大きくかつ１波長以下であるネットを配置したことを特徴とする請求項１記載の３次元センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、送波した粗密波の物体による反射波を受波することによって物体の３次元位置を検出する３次元センサが知られている。この種の３次元センサとしては、粗密波として超音波を用いるものが提供されており、複数個の超音波振動子を備えるアレイセンサを用い、送波と受波とにおいて各超音波振動子の位相を制御するフェーズドアレイの技術を用いることによって、物体の存在方向を特定するとともに、送波から受波までの時間を用いて物体までの距離を求める構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
超音波振動子としてはピエゾ素子を用いるものが知られているが、ピエゾ素子を用いる超音波振動子は機械的振動を伴うから以下の問題が生じる。
（１）振動の立ち上がりが遅いから、所望の出力を得ようとすると振動を複数周期繰り返したバースト波を発生させなければならず、結果的にグレーティングローブやサイドローブが発生する。
（２）超音波の送波に用いると入力したエネルギに対して超音波として取り出すことのできる効率が比較的小さい。
（３）機械的振動を伴うことによって寿命が比較的短い。
【０００４】
機械的振動を伴わずに超音波を発生させることができる構成としては、基板上に熱絶縁層を介して発熱体薄膜を積層した構造のものが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２７８５０号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】
特開平１１−３００２７４号公報（第２−３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１に記載の技術において超音波振動子に代えて特許文献２の構成を適用したとすると、送波の際のエネルギの利用効率が高くなることが期待できるが、超音波を用いているものであるからエネルギが分散しやすく、検知領域を広くとろうとすれば結局は比較的大きなエネルギが必要になってしまうという問題がある。
【０００７】
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、単発的な圧力変化による粗密波を発生させることによりグレーティングローブおよびサイドローブのない粗密波を発生させて特定方向の計測を可能とし、しかも検知領域を広くとりながらも比較的小さいエネルギで駆動することができる３次元センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、発熱部の温度変化を媒質の膨張収縮に変換することにより媒質を伝播する粗密波を生成する送波装置と、送波装置から送波され物体で反射された粗密波を受波するとともに受波した粗密波を電気信号である受波信号に変換する受波エレメントを複数個配列した受波装置と、媒質の単発的な圧力変化による粗密波が生じるように送波装置を駆動する送波制御部と、各受波エレメントからの受波信号の遅延時間を調整した後に合成することにより受波エレメントの位置と遅延時間とで決まる受波装置の指向性を制御する指向性制御部と、指向性制御部により設定された受波装置のメインビームの方向において送波装置が粗密波を送波してから受波装置が受波するまでの時間によって物体までの距離を求める３次元位置検出部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記指向性制御部は前記受波装置のメインビームの方向を規定した検知領域内で走査することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、前記物体が人であって、前記検知領域を設定した警戒空間への人の出入を監視する人感センサが付設され、人感センサにより警戒空間への人の侵入が検知されている期間に３次元位置を計測することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明では、請求項２の発明において、前記物体が人であって前記検知領域が設定される警戒空間への人の出入を監視する人感センサを設け、人感センサにより警戒空間への人の侵入が検知されていない期間に３次元位置検出部で検出した背景の３次元位置と、人感センサにより警戒空間への人の侵入が検知されている期間に３次元位置検出部で検出した３次元位置との差分を求める侵入者抽出部を設けていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明では、請求項４の発明において、前記３次元位置検出部は、前記警戒空間への人の侵入が検知されていない期間において背景の３次元位置を所定時間毎に検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明では、請求項１の発明において、前記発熱部は基板上に熱絶縁層を介して積層された薄膜であって、前記受波エレメントは同基板に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明では、請求項６の発明において、前記受波エレメントは、前記粗密波を受波して変位する受圧部と、受圧部の変位を電気量に変換するピエゾ素子とを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明では、請求項６または請求項７の発明において、前記基板の周辺部に前記送波装置が複数個配置され、前記基板の中央部に前記受波装置が配置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項９の発明では、請求項８の発明において、前記基板が矩形状であって前記送波装置が各角部に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明では、請求項６ないし請求項７の発明において、前記送波装置と前記受波装置との間に前記基板の表面に交差する隔壁が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１の発明では、請求項６の発明において、前記基板における熱伝導率と体積あたりの熱容量との積が、前記熱絶縁層における熱伝導率と体積あたりの熱容量との積よりも大きいことを特徴とする。
【００１９】
請求項１２の発明では、請求項１の発明において、前記受波装置における前記受波エレメントの配列ピッチが、前記送波装置から送波される粗密波の波長の２分の１を越えないことを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明では、請求項１の発明において、前記送波制御部は、規定した周波数範囲で前記粗密波の周波数を掃引することを特徴とする。
【００２１】
請求項１４の発明では、請求項１の発明において、前記受波エレメントは１つの円周上に配列されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１５の発明では、請求項１の発明において、前記受波エレメントは中心を共通に持ち異なる直径を有した複数個の円周上にそれぞれ配列されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１６の発明では、請求項１の発明において、前記送波制御部は、前記送波装置を矩形波パルスにより駆動し、矩形波パルスのオン期間よりもオフ期間を長く設定していることを特徴とする。
【００２４】
請求項１７の発明では、請求項１の発明において、前記送波装置に送波用のホーンが付加されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項１８の発明では、請求項１の発明において、前記送波装置に前記粗密波を反射することにより粗密波の送波方向を規定する反射器が付加されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項１９の発明では、請求項１の発明において、前記警戒空間への人の侵入が検知されると、前記受波装置から可聴周波数の威嚇音で包絡変調された超音波を送出させる威嚇音生成部を付加したことを特徴とする。
【００２７】
請求項２０の発明は、請求項１の発明において、前記送波装置および前記受波装置の前方に、網目のピッチが前記粗密波の波長の２分の１より大きくかつ１波長以下であるネットを配置したことを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本実施形態に示す３次元センサは、図１に示すように、媒質の単発的な圧力変化による粗密波を送波する送波装置１０と、粗密波が物体Ｏｂで反射された反射波を受波する受波装置２０とを備え、送波装置１０により粗密波を送波してから受波装置２０が反射波を受波するまでの時間により物体Ｏｂまでの距離を求めることができる。また、受波装置２０は指向性を制御可能であって、受波装置２０のメインビームの方向が物体Ｏｂを検知する方向になる。つまり、受波装置２０のメインビームの方向において物体Ｏｂまでの距離を求めることにより、物体Ｏｂの３次元位置を知ることが可能になっている。
【００２９】
送波装置１０は、図２に示すように、基本的には特許文献２に記載された圧力波発生装置と同様の構成を有するものであって、単結晶シリコンからなる基板１０ａに、多孔質シリコン（ナノ結晶シリコン）からなる熱絶縁層１０ｂを介して薄膜の発熱部１０ｃを積層した構成を有する。この構造の送波装置１０は半導体製造プロセスにより形成される。発熱部１０ｃは熱絶縁層１０ｂの表面に沿って形成され、本実施形態では４本の直線部分を並設するとともに隣り合う直線部分の端部同士を連結して形成した１本の電路によって発熱部１０ｃが形成されている。発熱部１０ｃの両端間に通電して発熱部１０ｃに温度変化を生じさせると、発熱部１０ｃに接触する媒質（空気）に温度変化が生じる。発熱部１０ｃに接触している媒質は、発熱部１０ｃの温度上昇時には膨張し発熱部１０ｃの温度下降時には収縮するから、発熱部１０ｃの通電を適宜に制御することによって媒質を膨張収縮させることができ媒質を伝播する粗密波を生成することになる。
【００３０】
基板１０ａにおける単位体積当たりの熱容量と熱伝導率との積は熱絶縁層１０ｂにおける単位体積当たりの熱容量と熱伝導率との積よりも大きくしてある。基板１０ａおよび熱絶縁層１０ｂのそれぞれについて求められる積の比は１００以上（好ましくは４００以上）になるように材料が選択される。たとえば、基板１０ａの材料である単結晶シリコンは単位体積当たりの熱容量が１．６７、熱伝導率が１６８であり、熱絶縁層１０ｂの材料である多孔質シリコンは単位体積当たりの熱容量が０．７、熱伝導率が１であって、上述した熱容量と熱伝導率との積の比は０．７／２８０．６≒１／４０９になる。このような設定によって、基板１０ａは熱絶縁層１０ｂからの熱を効率よく受け取って熱絶縁層１０ｂの熱を逃がすことができ、熱絶縁層１０ｂの存在によって送波装置１０の発熱部１０ｃの温度変化を媒質に効率よく伝達しながらも、発熱部１０ｃからの熱が熱絶縁層１０ｂに蓄積されるのを防止することができる。また、基板１０ａは熱絶縁層１０ｂからの放熱を促す機能を持っている。
【００３１】
発熱部１０ｃの通電制御は図１に示す送波制御部１１が行う。送波制御部１１は、発熱部１０ｃに対して図３（ａ）に示すようなベル形の波形の電圧を間欠的に印加することができるように、電圧印加のタイミングを決定するタイミング制御部１１ａと、タイミング制御部１１ａにより指示された送波タイミングで上述した波形の信号を生成する信号源１１ｂと、信号源１１ｂで生成した信号を電圧増幅する増幅器１１ｃとを備える。また、発熱部１０ｃに対する１回の通電時間は１〜１００ｎｓの範囲で設定されている。したがって、発熱部１０ｃに接触している媒質には、発熱部１０ｃの通電時間に相当する圧力変化が生じ、この圧力変化が粗密波として媒質中を伝播されるのである。上述のように、発熱部１０ｃに印加される電圧の波形がベル形（正弦波形の下限値から下限値までの１サイクルに相当する波形）であるから、発熱部１０ｃに接触している媒質には単発的な圧力変化が生じ、この圧力変化により生じる粗密波が媒質を伝播される。このような粗密波は、連続した波ではなく媒質中を孤立波として伝播するから、エネルギがあまり分散せず遠方まで伝播することになる。
【００３２】
発熱部１０ｃに印加する電圧は上述のようなベル形の波形以外に、図４に示すような矩形波パルスとしてもよい。矩形波パルスはオン期間ａがオフ期間ｂよりも短くなるように設定する。望ましくはオン期間ａのオフ期間ｂに対する割合（ａ／ｂ）を１０％以下にする。ここで、印加電圧を変えずにａ／ｂのみを大きくした場合と比較すれば、粗密波の圧力（印加電圧に依存する）は変えずに発熱部１０ｃで消費される平均電力を小さくすることができる。
【００３３】
送波制御部１１に設けた信号源１１ｂでは規定した周波数範囲で粗密波の周波数を掃引してもよい。一般に物体Ｏｂの密度と粗密波の周波数との関係によって物体Ｏｂでの粗密波の吸収率が決まるから、物体Ｏｂによっては粗密波の減衰が大きくなって反射波のレベルが不十分になることがある。そこで、たとえば４０〜１００ｋＨｚの範囲において粗密波の周波数を掃引すれば、掃引範囲のいずれかの周波数ににおいては物体Ｏｂでの適正な反射波を得ることができる可能性が高くなる。
【００３４】
送波装置１０には、図５（ａ）のように送波用のホーン１３を付加するのが望ましい。すなわち、送波装置１０から放射される粗密波は平面波であるが送波装置１０から離れるに従って球面波に近付いて粗密波のエネルギが減衰するから、粗密波のエネルギの減衰を抑制するためにホーン１３を付加するのが望ましい。また、ホーン１３を設けることによって媒質に対する送波装置１０の放射インピーダンスを高めることができ、結果的にインピーダンスの整合を図って電気音響変換の効率を高めることができる。ホーン１３の材料には合成樹脂や金属を用いることができ、ホーン１３の内側面はいわゆるエクスポネンシャルホーンとなるように設計される。つまり、ホーン１３において送波装置１０を配置した部位の断面積をＳ０とし、遮断周波数をｆ、音速をｃとするときに、ホーン１３の中心線に沿って送波装置１０からｘの距離の位置におけるホーン１３の内側面の断面積Ｓは、次式で表される。
Ｓ＝Ｓ０・ｅｘｐ（４πｆｘ／ｃ）
ところで、ホーン１３を設ける代わりに、図５（ｂ）のように反射器１４を設けてもよい。反射器１４は送波装置１０から送波された粗密波を反射し、粗密波の送波方向を規定するように形状および位置が設定される。反射器１４を設けない場合には、送波装置１０はほぼ一点とみなすことができるから、粗密波の送波方向は無指向性になるが、反射器１４を設けることによって、粗密波の送波方向に指向性を付与することができ、物体Ｏｂを検知しようとする検知領域外への粗密波の放射を抑制することができる。つまり、不要方向での粗密波のエネルギの消失を抑制し、効率を向上させることができる。
【００３５】
受波装置２０は、図６に示すように、複数個の受波エレメント２１を一平面上に２次元的に配列したものであって、受波エレメント２１は、たとえばマトリクス状（図６はマトリクス状の例を示している）、千鳥格子状、同心円状などに配列される。図７（ａ）は１つの円周上に受波エレメント２１を配列した例を示し、図７（ｂ）は中心を共通に持ち異なる直径を有した２個の円周上に受波エレメント２１を配列した例を示している。図７（ｂ）は２個の円周であるが３個以上の円周上に受波エレメント２１を配列することも可能である。このように円周上に受波エレメント２１を配列すると、中心部分には受波エレメント２１を配列しないから、後述する指向性の制御を同程度に行うとすれば、マトリクス状に配列する場合に比較して受波エレメント２１の個数を削減することができる。また、２個の円周上に受波エレメント２１を配列すれば、１つの円周上に受波エレメント２１を配列している場合よりも受波エレメント２１の個数が多くなり指向性を鋭くすることができる。その結果、サイドローブを低減することが可能である。ここに、受波装置２０の指向性を高めるには、受波エレメント２１の配列ピッチが粗密波の波長の２分の１を越えないようにすることも有効である。つまり、一般に複数個の受波エレメント２１を配列して受波装置２０の指向性を鋭くするには、受波エレメント２１の配列ピッチを扱う波長に比べて小さくする必要があり、配列ピッチの限界値は扱う波長の２分の１になることが知られているから、受波エレメント２１の配列ピッチが粗密波の波長の２分の１を越えないように設定しているのである。
【００３６】
ところで、本実施形態では、図８に示すように、受波装置２０を送波装置１０と同じ基板１０ａの上に形成してあり、受波装置２０にも送波装置１０と同様に半導体製造プロセスによって製造可能なものを用いている。つまり、受波エレメント２１は、粗密波を受波して変位する受圧部と、受圧部の変位を電気量に変換するピエゾ素子とを備える構造を有している。この種の受波エレメント２１としては、図９に示すように、基板１０ａの一部に形成した窓孔２１ａを覆うダイアフラム型の状の受圧部２１ｂを設け、受圧部２１ｂにピエゾ素子２１ｃを積層した形のもの、あるいは図１０に示すように、基板１０ａの一部に形成した窓孔２１ａの一辺において基板１０ａに連続するカンチレバー型の受圧部２１ｂを設け、窓孔２１ａの周部と受圧部２１ｂとを連結している部位に拡散抵抗からなるピエゾ素子（ピエゾ抵抗素子）２１ｃを形成したものなどが知られている。ダイアフラム型の受圧部２１ｂを備える受波エレメント２１に用いるピエゾ素子２１ｃとしては、ＰＺＴ、ＺｎＯなどの材料が用いられる。
【００３７】
上述のように送波装置１０と受波装置２０との基板１０ａを共用し、しかも両者を半導体製造プロセスにより製造可能としているから、送波装置１０と受波装置２０とを一括して製造することができ製造工程が容易になるのであって、大量生産に適した構成になる。また、基板１０ａには単結晶シリコンを用いているから、他の部品を集積回路として基板１０ａに形成することが可能であり、後述する回路部を送波装置１０および受波装置２０とともに基板１０ａ上に形成することで小型化が可能になる。なお、上述した構成の送波装置１０は機械的振動がほとんど発生しないから、受波装置２０とともに１枚の基板１０ａに形成しても送波装置１０の駆動に伴う受波装置２０への影響が比較的少なく、このことによって送波装置１０と受波装置２０とを１枚の基板１０ａに設けることが可能になっている。
【００３８】
受波装置２０を構成する各受波エレメント２１は媒質の圧力変化を受けると電気信号である受波信号を出力する。各受波エレメント２１に対応する受波信号は、指向性制御部２２に入力され、指向性制御部２２に設けた増幅器２２ａでそれぞれ増幅された後に、遅延時間が可変である複数個の遅延回路２２ｂにそれぞれ入力されて適宜に遅延され、さらに遅延後の受波信号が合成器２２ｃにより合成される。各遅延回路２２ｂの遅延時間を適宜に設定することによって受波エレメント２１の位置との関係で受波装置２０のメインビームの方向を制御することができる。この種の技術は、アンテナ分野においてフェイズドアレイとして知られている。いま、受波装置２０で平面波を受波するとすれば、各遅延回路２２ｂの遅延時間が等しいときには、メインビームの方向は受波エレメント２１を配列した平面の法線方向になる。また、図１１に示すように、受波エレメント２１を配列した平面の法線方向Ｎに対して角度φで傾斜する方向をメインビームの方向に設定するには、受波エレメント２１を配列した平面に対して角度φで傾斜した平面波の１つの波面Ｗｓが各受波エレメント２１に到達するときの時間差を考慮し、平面波の１つの波面Ｗｓに対応する受波信号が各遅延回路２２ｂから出力されるタイミングを一致させるように、各受波エレメント２１に対応する遅延回路２２ｂの遅延時間を設定する。合成器２２ｃは各遅延回路２２ｂの出力を加算する加算器であって、遅延回路２２ｂから受波信号が出力されるタイミングが一致しているときに合成器２２ｃの出力振幅が最大になる。このように遅延時間２２ｂから受波信号が出力されるタイミングの一致するような平面波の到来方向が、受波装置２０のメインビームの方向になる。言い換えると、受波エレメント２１を配列している位置に応じて遅延回路２２ｂの遅延時間を調節することによって、受波装置２０の指向性を制御することができ、受波装置２０のメインビームの方向（最大感度の方向）を制御することができる。
【００３９】
指向性制御部２２の出力は遅延回路２２ｂにより設定された特定方向の受波信号に相当しており、この受波信号を３次元位置検出部２３に入力することによって物体Ｏｂまでの距離を求める。物体Ｏｂまでの距離は送波装置１０から粗密波を送波した後に受波装置２０によって反射波が受波されるまでの時間と媒質（空気）中の粗密波の伝播速度とによって求める。本実施形態で用いる粗密波の伝播速度は音速と同程度であって略一定であるから、送波から受波までの時間が分かれば物体Ｏｂまでの距離を求めることができる。３次元位置検出部２３は、合成器２２ｃから出力された受波信号のうち粗密波の送波タイミングに合わせて設定した受波ゲート期間に得られた受波信号のみを通過させる受波ゲート回路２３ａを備える。受波ゲート回路２３ａはタイミング制御回路１１ａからの受波ゲート信号が発生している期間にのみ受波信号を通過させるように構成されている。つまり、送波装置１０からの粗密波の送波に伴う振動が受波装置２０に回り込む可能性があり、また受波装置２０において多重反射などによる反射波を受波する可能性もあるから、受波ゲート回路２３ａによって、送波直後における受波装置２０の出力を除去するとともに送波から所定時間が経過した後の受波装置２０の出力も除去しているのである。つまり、受波ゲート回路２３ａは受波信号から不要成分を除去するフィルタとして機能する。
【００４０】
受波ゲート回路２３ａを通過した受波信号は波形整形回路２３ｂに入力される。波形整形回路２３ｂでは、コンパレータなどを用いて、信号レベルが規定した閾値以下である受波信号を除去するとともに受波信号に対応した矩形波に波形整形する。波形整形回路２３ｂから出力される矩形波は距離演算部２３ｃに入力され、距離演算部２３ｃでは、タイミング制御部１０ａによって設定された粗密波の送波時点と波形整形回路２３ｂから矩形波が出力された時点との時間差を用いて物体Ｏｂまでの距離を求める。ここに、受波装置２０と距離演算部２３ｃとの間には遅延回路２２ｂが設けられているから、距離演算部２３ｃでは遅延回路２２ｂによる遅延時間を除去して距離を演算する。
【００４１】
したがって、受波装置２０の受波エレメント２１の位置と、指向性制御部２２に設けた遅延回路２２ｂの遅延時間との関係によって決まる受波装置２０のメインビームの方向において、物体Ｏｂまでの距離を距離演算部２３ｃで求めることができ、距離と方向とによって物体Ｏｂの３次元の位置を特定することが可能になる。ここにおいて、遅延回路２２ｂの遅延時間は３次元位置検出部２３に設けた方向指示部２３ｄにより設定され、方向指示部２３ｄにより設定された方向と距離演算部２３ｃで求めた距離とを位置演算部２３ｅに入力することによって、物体Ｏｂの３次元位置を位置演算部２３ｅにおいて特定するようになっている。
【００４２】
要するに、送波装置１０には図３（ａ）のような波形の電圧が発熱部１０ｃに印加され、受波装置２０で受波した粗密波（反射波）に応じて指向性制御部２２からは図３（ｃ）のような受波信号が出力される。受波ゲート回路２３ａでは、受波ゲート信号により図３（ｂ）のように受波信号の通過可能な期間Ｔｇが設置されているから、期間Ｔｇ内に発生した受波信号のみが波形整形回路２３ｂに入力され、適宜のレベルでスライスされることにより、図３（ｄ）のように矩形波に波形整形される。ところで、物体Ｏｂまでの距離を求めるには、送波装置１０を駆動する図３（ａ）の信号と波形整形回路２３ｂから出力される図３（ｄ）の信号との時間を求める必要がある。ここに、送波装置１０を駆動する電圧波形が上述のようにベル形であるから、時間計測の起点を電圧波形のピークとするのが望ましい。一方、波形整形回路２３ｂの出力は矩形波であるから、粗密波の伝播時間に相当する時間を計測するには矩形波の立ち上がりと立ち下がりとの間の中央の時刻を求める必要がある。そこで、時間計測の起点から矩形波の立ち上がりまでの時間Ｔｄと、矩形波の立ち上がりから立ち下がりまでの時間Ｔｅの２分の１とを加算することによって、粗密波の伝播時間とし、この時間（Ｔｄ＋Ｔｅ／２）を用いるとともに遅延回路２２ｂでの遅延時間を考慮して物体Ｏｂまでの距離を求める。
【００４３】
本実施形態では、３次元空間における任意の位置に存在する物体Ｏｂの位置を特定するために、受波装置２０のメインビームの方向を時間経過とともに変化させている。つまり、所望の検知領域内で受波装置２０のメインビームの方向を走査するように、遅延回路２２ｂの遅延時間を時間経過に伴って変化させている。受波装置２０のメインビームの方向の走査は送波装置１０からの粗密波の送波のタイミングに同期させてあり、方向指示部２３ｄには距離演算部２３ｃと同様に粗密波の送波タイミングに同期した同期信号が入力される。したがって、受波装置２０では設定された検知領域内でメインビームを走査することになり、検知領域内の任意の位置に存在する物体Ｏｂを検知することが可能になる。
【００４４】
いま、図１２のように、本実施形態の３次元センサを用いて玄関扉Ｐの周辺における侵入者を検知する場合を想定する。このような用途では、３次元位置検出部２３により求めた物体Ｏｂの３次元位置が所定の領域内であるか否かを判別する構成を３次元位置検出部２３の後段に設け、物体Ｏｂの３次元位置が所定の領域内であるときに、警報報知を行ったり他の装置（テレビカメラなど）を駆動したりする。ここで、侵入者を物体Ｏｂとして検知するのであるから、玄関扉Ｐの外側の領域Ｅｘを警戒すればよく、玄関扉Ｐの内側の領域Ｉｎを警戒する必要はない。そこで、受波装置２０のメインビームが玄関扉Ｐの外側の領域Ｅｘのみを検知領域Ｅａとして走査するように方向指示部２３ｄを構成しておくことにより、目的の領域のみを検知領域Ｅａとすることが可能になる。
【００４５】
ところで、物体Ｏｂとして人を検知する場合に特定の場所（室内など）への人の出入を検知し、特定の場所に侵入した人の行動などを知るために人の位置を検知したい場合がある。このような場合に、特定の場所を警戒空間として警戒空間への人の侵入を検知したときに３次元位置の計測を開始するようにすれば、無駄な電力消費を抑制することができ、また人以外の物体の動きを追跡する可能性が低減される。そこで、図１に示すように、警戒空間への人の出入を監視する人感センサ１２を別に設けておき、人感センサ１２により警戒空間への人の侵入が検知されている期間にのみ、タイミング制御部１１ａを動作させて３次元位置を計測するようにしてもよい。人感センサ１２としては、人が放射する熱線を検知する焦電型赤外線センサを用いた人感センサ１２を採用すればよい。
【００４６】
また、人感センサ１２を設けている場合には、３次元位置の計測によって人と他の物体とを識別するために、人感センサ１２によって警戒空間への人の侵入が検知されていない期間には、３次元位置の計測によって背景となる物体Ｏｂの位置を検出しておき、人感センサ１２により警戒空間への人の侵入が検知された後の３次元位置の計測によって得られる物体の位置との差分を求める侵入者抽出部２４を設けるようにしてもよい。侵入者抽出部２４によって背景となる物体Ｏｂの３次元位置を計測する期間は人感センサ１２により人が検知されていないすべての期間としてもよいが、背景となる物体Ｏｂはほとんど動かないことが多いから、人感センサ１２によって警戒空間への人の侵入が検知されていない期間において所定時間毎に背景を検出すれば十分である。
【００４７】
このような侵入者抽出部２４を設けておけば、背景となる物体を除去することができ、侵入者のみを抽出することが可能になる。つまり、検知領域内における侵入者を背景から分離して抽出することになり、侵入者の行動追跡が容易になる。なお、警戒空間は人感センサ１２により人を検知する領域を含む空間であり、検知領域は３次元位置の計測が可能な空間領域を意味しており、警戒空間と検知領域とは必ずしも一致している必要はない。
【００４８】
人の侵入を検知する目的に使用する場合には、侵入者に対して威嚇音を発生させるのが望ましい。威嚇音を発生させる手段としては送波装置１０を用いる。送波装置１０は高周波信号を与えることによって超音波の送波が可能である。そこで、可聴音である威嚇音で包絡変調した超音波（たとえば、４０ｋＨｚ）を送出するように送波装置１０を駆動することにより、空気の非線形パラメトリック作用を利用して超音波の指向性を持ちながらも可聴音である威嚇音が聞こえるようにしてある。このように生成した威嚇音は超音波の到達する限定された領域でのみ可聴になるから、威嚇音の可聴となる領域を侵入者の存在する領域に設定すれば、侵入者にのみ威嚇音が聞こえることになり、威嚇音が周囲騒音になるのを防止することができる。
【００４９】
上述のように超音波を用いて可聴の威嚇音を生成するために、本実施形態では威嚇音によって包絡変調した高周波信号を生成する威嚇音生成部２５を設けてあり、この高周波信号を送波装置１０を駆動する駆動部１１ｃに与えている。威嚇音生成部２５を駆動するタイミングはタイミング制御部１１ａにより制御され、タイミング制御部１１ａは位置演算部２３ｅの出力に基づいて人が威嚇音の可聴となる領域内に侵入したことを検出したときに威嚇音生成部２５を動作させて送波装置１０から威嚇音を出力するようになっている。なお、威嚇音としてはブザー音のような単一音のほか、必要に応じてサイレン音や合成音声などを用いることも可能である。ここに、威嚇音生成部２５は人感センサ１２の有無にかかわらず設けることができるのはいうまでもない。
【００５０】
上述した例では基板１０ａに送波装置１０と受波装置２０とを横並びに並設しているが、図１３に示すように、基板１０ａの周辺部に送波装置１０を複数個（図示例では６個）配置し、基板１０ａの中央部に受波装置２０を配置してもよい。この場合、送波装置１０を複数個設けることになり、送波する粗密波のエネルギを大きくとることができる。送波装置１０を複数個配置する場合には、図１３のように受波装置２０の中心を対称中心として対称な位置に送波装置１０を配置するのが望ましい。送波装置１０を対称な位置に配置する例として、図１４に示すように、基板１０ａにおいて受波エレメント２１を配列した面を矩形状として送波装置２０を基板１０ａの各角部に配置してもよい。この場合、送波装置２０は４個になるから、送波装置２０を１個だけ設ける場合よりも送波する粗密波のエネルギを大きくとることができ、また受波装置２０を中心として送波装置１０が対称に配置されるから距離の測定精度を向上させることが可能になる。さらに、送波装置１０を２個として基板１０ａの対角線上に送波装置１０を配置してもよい。送波装置１０を複数個設け、受波装置２０の中心を対称中心として送波装置１０を対称に配置すれば、送波装置１０が複数個であることによって比較的広い範囲に粗密波を送波しながらも、各送波装置１０から送波された粗密波が干渉しないように配置することができ、しかも中央に設けた受波装置２０によって、どの送波装置１０から送波された粗密波に対応する反射波でも受波することができる。
【００５１】
送波装置１０と受波装置２０との間には、図１５、図１６のように基板１０ａの表面に交差する形で隔壁１０ｄを設けておくのが望ましい。隔壁１０ｄを設けることによって、送波装置１０から受波装置２０に対して粗密波が直接回り込むのを防止でき、粗密波の送波時に受波装置２０から出力される不要成分を低減することができる。送波装置１０と受波装置２０との前面側には防塵の目的でネットを配置するのが望ましい。ネットは防塵の効果を持ちながらも、粗密波の通過を妨げないように網目のピッチが選択される。具体的には網目のピッチを粗密波の波長の２分の１より大きくすることによって粗密波の通過を妨げないようにし、粗密波の１波長以下（粗密波を１００ｋＨｚとして１．５〜３ｍｍ程度）とすることによって防塵の目的を達成する。
【００５２】
上述の例では遅延回路２２ｂの遅延時間を時間経過に伴って変化させることにより受波装置２０のメインビームを走査しているが、以下に説明する技術を採用することにより物体の方向を特定することもできる。ここでは、図１７に示すように、送波装置１０からの粗密波が到達可能であって受波装置２０により反射波を検出可能な領域内に２個の物体Ｏｂ１，Ｏｂ２が存在している場合を想定する。送波装置１０から送波された粗密波は各物体Ｏｂ１，Ｏｂ２で反射されるから、図１８に示すように、受波装置２０の各受波エレメント２１からは各物体Ｏｂ１，Ｏｂ２の位置に応じた時間差を持つ受波信号が得られる。物体Ｏｂ１が物体Ｏｂ２よりも受波装置２０に近いとすれば、図１８のように物体Ｏｂ１により反射された反射波Ｒ１は物体Ｏｂ２により反射された反射波Ｒ２よりも先に入力される。なお、図１８における時刻ｔ０は送波装置１０からの粗密波の送波時点を示している。各一方の物体Ｏｂ１，Ｏｂ２について各受波エレメント２１から出力される受波信号の時間差は、受波エレメント２１のピッチと各物体Ｏｂ１，Ｏｂ２の位置との関係によって決まり、一般には各一方の物体Ｏｂ１，Ｏｂ２からの反射波はそれぞれすべての受波エレメント２１に入射すると考えられるから、これらの条件を用いることによって、各受波エレメント２１から得られた受波信号がどの物体Ｏｂ１，Ｏｂ２からのものか否かを識別することができる。そこで、図１８のように各受波エレメント２１から出力された複数個の受波信号のうち各一方の物体Ｏｂ１，Ｏｂ２に対応すると見なせる受波信号をグループ化する（図示例は３個ずつの受波信号を２群にグループ化し、それぞれ反射波Ｒ１，Ｒ２としている）。
【００５３】
上述のように受波信号をグループ化することができれば、１つのグループ内での各受波信号の時間差を記憶しておき、送波装置１０からの粗密波の次の送波時には、いずれかのグループについて記憶した時間差をなくすように遅延回路２２ｂの遅延時間を調節しておけば、図１９（ａ）（ｂ）のように受波信号の１つのグループについては遅延回路２２ｂから出力する時刻を一致させることができる。このような受波信号を合成器２２ｃで加算すれば、他の受波信号とのレベル差が大きい出力を得ることができるから、波形整形回路２３ｂにおいて適宜の閾値を用いて他の受波信号を除去すれば、各一方の物体Ｏｂ１，Ｏｂ２に関する受波信号のみを抽出することができ、当該物体Ｏｂ１，Ｏｂ２について距離を求めることができる。また、遅延回路２２ｂにおいて設定した時間差は受波装置２０のメインビームの方向を反映しているから、距離を求めた物体Ｏｂ１，Ｏｂ２が存在する方向を知ることができる。なお、図１９（ａ）は物体Ｏｂ２に対応する受波信号について遅延回路２２ｂから出力する時刻を一致させた場合を示し、図１９（ｂ）は物体Ｏｂ１に対応する受波信号について遅延回路２２ｂから出力する時刻を一致させた場合を示している。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１の発明は、発熱部の温度変化を媒質の膨張収縮に変換することにより媒質を伝播する粗密波を生成する送波装置と、送波装置から送波され物体で反射された粗密波を受波するとともに受波した粗密波を電気信号である受波信号に変換する受波エレメントを複数個配列した受波装置と、媒質の単発的な圧力変化による粗密波が生じるように送波装置を駆動する送波制御部と、各受波エレメントからの受波信号の遅延時間を調整した後に合成することにより受波エレメントの位置と遅延時間とで決まる受波装置の指向性を制御する指向性制御部と、指向性制御部により設定された受波装置のメインビームの方向において送波装置が粗密波を送波してから受波装置が受波するまでの時間によって物体までの距離を求める３次元位置検出部とを備えるものであり、発熱部の温度変化による媒質の膨張収縮により粗密波を生成するとともに、媒質の単発的な圧力変化による粗密波が生じるように送波装置を駆動するから、送波装置から送波される粗密波は孤立波として媒質を伝播することになり、比較的小さいエネルギで遠方まで到達させることが可能になる。また、送波装置には機械的な振動を伴う部分がないから、送波装置を低エネルギで駆動することとあいまって送波装置の寿命が長くなる。しかも、受波装置のメインビームの方向を遅延時間によって制御することができるから、送波装置により粗密波を送波可能な範囲内であれば、遅延時間の制御によって物体の検知領域を任意に設定することが可能になる。しかも、単発的な圧力変化による粗密波を発生させるので、グレーティングローブおよびサイドローブのない粗密波を発生させて特定方向の計測が可能になる。
【００５５】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、指向性制御部は受波装置のメインビームの方向を規定した検知領域内で走査するので、検知領域内に存在する物体について立体的な形状を把握することが可能になる。
【００５６】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、物体が人であって、検知領域を設定した警戒空間への人の出入を監視する人感センサが付設され、人感センサにより警戒空間への人の侵入が検知されている期間に３次元位置を計測するものであり、警戒空間における人の３次元位置を計測しようとする場合に、人が警戒空間に存在しないにもかかわらず３次元位置を計測するという無駄をなくすことができる。
【００５７】
請求項４の発明では、請求項２の発明において、物体が人であって検知領域が設定される警戒空間への人の出入を監視する人感センサを設け、人感センサにより警戒空間への人の侵入が検知されていない期間に３次元位置検出部で検出した背景の３次元位置と、人感センサにより警戒空間への人の侵入が検知されている期間に３次元位置検出部で検出した３次元位置との差分を求める侵入者抽出部を設けているものであり、警戒空間に人が存在しない期間に得られる背景の物体に関する３次元位置と、警戒空間に人が存在する期間に得られる人を含んだ物体に関する３次元位置との差分を求めるので、背景の状況を除去して人を抽出することができ、人と人以外の物体とを区別することができ、人の行動の監視などが容易になる。
【００５８】
請求項５の発明では、請求項４の発明において、３次元位置検出部は、警戒空間への人の侵入が検知されていない期間において背景の３次元位置を所定時間毎に検出するものであり、背景の情報を常時更新することになるから、警戒空間に存在する物体の位置などに変化があっても人を確実に抽出することができる。
【００５９】
請求項６の発明では、請求項１の発明において、発熱部は基板上に熱絶縁層を介して積層された薄膜であって、受波エレメントは同基板に形成されているので、１枚の基板上に送波装置と受波装置とを形成することができ、送波装置と受波装置とを別に備えながらも送波装置と受波装置とを１部品として扱うことができることになる。また、送波装置は発熱部の温度変化によって粗密波を生成するものであって、機械的振動がほとんど生じないから、１枚の基板に送波装置と受波装置とを形成していても、送波装置の駆動時に受波装置に強い振動が伝達されることがなく、このような振動に伴う受波装置の破損が生じないという利点がある。
【００６０】
請求項７の発明では、請求項６の発明において、受波エレメントは、粗密波を受波して変位する受圧部と、受圧部の変位を電気量に変換するピエゾ素子とを備えるものであり、受波エレメントとして受圧部とピエゾ素子とを備えるものを用いており、この種の受波エレメントは半導体製造プロセスによって容易に製造することができるから、送波装置とともに１枚の基板に受波装置を形成するのが容易である。
【００６１】
請求項８の発明では、請求項６または請求項７の発明において、基板の周辺部に送波装置が複数個配置され、基板の中央部に受波装置が配置されているので、送波装置を複数個配置していることにより、比較的大きなエネルギの粗密波を送波することができ、検知領域を広くとることができる。
【００６２】
請求項９の発明では、請求項８の発明において、基板が矩形状であって送波装置が各角部に配置されているので、比較的大きなエネルギの粗密波を送波することができる上に、送波装置が受波装置に対して対称性を持つように配置されていることにより、距離の測定精度を比較的高くとることができる。
【００６３】
請求項１０の発明では、請求項６ないし請求項７の発明において、送波装置と受波装置との間に基板の表面に交差する隔壁が形成されているので、送波装置から受波装置に対して粗密波が直接回り込むのを防止することができ、強い粗密波が受波装置に回り込むのを防止することができる。
【００６４】
請求項１１の発明では、請求項６の発明において、基板における熱伝導率と体積あたりの熱容量との積が、熱絶縁層における熱伝導率と体積あたりの熱容量との積よりも大きいから、基板は熱絶縁層からの熱を効率よく受け取って熱絶縁層の熱を逃がすことができ、熱絶縁層の存在によって送波装置の発熱部の温度変化を媒質に効率よく伝達しながらも、発熱部からの熱が熱絶縁層に蓄積されるのを防止することができる。
【００６５】
請求項１２の発明では、請求項１の発明において、受波装置における受波エレメントの配列ピッチが、送波装置から送波される粗密波の波長の２分の１を越えないから、受波エレメントの配列ピッチを比較的小さくすることによって鋭い指向性を得ることができ、ＳＮ比を高くとって正確な３次元計測が可能になる。
【００６６】
請求項１３の発明では、請求項１の発明において、送波制御部が、規定した周波数範囲で粗密波の周波数を掃引するから、対象となる物体の密度と物体により反射させる粗密波の周波数との関係によって物体での粗密波の吸収率が異なっていても、掃引するいずれかの周波数において適正な反射波を受波できる可能性が高くなり正確な３次元計測が可能になる。
【００６７】
請求項１４の発明では、請求項１の発明において、受波エレメントは１つの円周上に配列されているから、受波エレメントをマトリクス状に配列する場合に比較すると、メインビームの制御範囲は同様としながらも受波エレメントの個数を削減することができ、結果的に受波エレメントの出力に基づいて指向性を制御する指向性制御部の構成が簡単になる。
【００６８】
請求項１５の発明では、請求項１の発明において、受波エレメントは中心を共通に持ち異なる直径を有した複数個の円周上にそれぞれ配列されているので、受波エレメントをマトリクス状に配列する場合に比較すると、メインビームの制御範囲は同様としながらも受波エレメントの個数を削減することができ、結果的に受波エレメントの出力に基づいて指向性を制御する指向性制御部の構成が簡単になる。しかも、１つの円周上に配列する場合に比較すると指向性が鋭くなり、ＳＮ比が向上するとともにサイドローブの発生が抑制される。
【００６９】
請求項１６の発明では、請求項１の発明において、送波制御部は、送波装置を矩形波パルスにより駆動し、矩形波パルスのオン期間よりもオフ期間を長く設定しているので、送波装置を駆動するための平均電力を小さくすることができる。
【００７０】
請求項１７の発明では、請求項１の発明において、送波装置に送波用のホーンが付加されているので、送波装置と粗密波が送波される媒質との音響的なインピーダンスを整合させることができ、送波装置に投入する電力から粗密波への変換効率をホーンを設けない場合よりも高くすることが可能になる。
【００７１】
請求項１８の発明では、請求項１の発明において、送波装置に粗密波を反射することにより粗密波の送波方向を規定する反射器が付加されているので、送波装置からの粗密波を送波する範囲を反射器によって制限することができ、送波方向に指向性を付与することができる。
【００７２】
請求項１９の発明では、請求項１の発明において、警戒空間への人の侵入が検知されると、受波装置から可聴周波数の威嚇音で包絡変調された超音波を送出させる威嚇音生成部を付加しているので、媒質の非線形パラメトリック作用によって限定された領域でのみ威嚇音が可聴となり、威嚇音が発生した場合でも侵入者にしか聞こえないようにすることで、威嚇音が周囲への騒音となるのを防止することができる。
【００７３】
請求項２０の発明は、請求項１の発明において、送波装置および受波装置の前方に、網目のピッチが粗密波の波長の２分の１より大きくかつ１波長以下であるネットを配置しているので、粗密波の波長の２分の１以上のピッチの網目をネットに設けていることでネットが粗密波の送受波の妨げになることがなく、しかもネットによって送波装置および受波装置への異物の付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上に用いる送波装置を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上に用いる送波装置の駆動例を示す動作説明図である。
【図５】（ａ）同上に用いる送波装置にホーンを付設した場合の概略構成図、（ｂ）同上に用いる送波装置に反射器を付設した場合の概略構成図である。
【図６】同上に用いる受波装置を示す平面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）同上に用いる受波装置における受波エレメントの配列例を示す図である。
【図８】同上の要部斜視図である。
【図９】同上に用いる受波エレメントを示す断面図である。
【図１０】同上に用いる受波エレメントの他例を示す平面図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【図１２】同上の動作説明図である。
【図１３】同上の要部平面図である。
【図１４】同上の他例を示す要部斜視図である。
【図１５】同上のさらに他例を示す要部斜視図である。
【図１６】同上の別例を示す要部斜視図である。
【図１７】同上の他の動作例を説明する図である。
【図１８】図１７に示した例の動作説明図である。
【図１９】図１７に示した例の動作説明図である。
【符号の説明】
１０  送波装置
１０ａ  基板
１０ｂ  熱絶縁層
１０ｃ  発熱部
１０ｄ  隔壁
１１  送波制御部
１２  人感センサ
１３  ホーン
１４  反射器
２０  受波装置
２１  受波エレメント
２１ｂ  受圧部
２１ｃ  ピエゾ素子
２２  指向性制御部
２３  ３次元位置検出部
２４  侵入者抽出部
２５  威嚇音生成部
２６  位相器
Ｏｂ  物体
【図１】
2004180262.tif 000003
【図２】
2004180262.tif 000004
【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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