(57)【要約】【課題】  ロボット、セキュリティー及び環境センシング等に用いられ広帯域化、周波数成分分解可能で信頼性及び安定性を向上させる超音波受波器及び計測システムを提供する。【解決手段】  支持構造体１０７による位置関係保持状態で、酸素消光作用を持つ光励起物質を含む感圧材層１０２により、エレクトロルミネッセンス素子１０１から励起光としてルミネッセンスを発生し、酸素分子を含む圧力伝播媒質１０３を介して感圧材層からのルミネッセンスを選択的にフィルタ１０５で透過し受光素子１０６で受光する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロルミネッセンス素子の表面に、上記エレクトロルミネッセンス素子から発せられるルミネッセンスを励起光としルミネッセンスを発生しかつ酸素消光作用を有する光励起物質を含む第１感圧材層が形成され、上記第１感圧材層には酸素分子を含んだ圧力伝播媒質が接触しており、上記圧力伝播媒質を介して上記第１感圧材層の光励起物質から発せられるルミネッセンスを選択的に透過するフィルタが形成され、上記フィルタを介して上記第１感圧材層の上記光励起物質から発せられる上記ルミネッセンスを受光する受光素子が形成され、上記エレクトロルミネッセンス素子と上記フィルタと上記受光素子とを支持してこれらの間の位置関係を支持構造体で保持している超音波受波器。
【請求項２】
上記圧力伝播媒質を介して上記エレクトロルミネッセンス素子から発せられる上記ルミネッセンスを励起光としてルミネッセンスを発生しかつ酸素消光作用を有する光励起物質を含む第２感圧材層が上記フィルタの、上記受光素子が配置された面とは反対側の面に形成され、
上記フィルタは、上記第１感圧材層及び上記第２感圧材層のそれぞれの光励起物質から発せられる上記ルミネッセンスを選択的に透過する請求項１に記載の超音波受波器。
【請求項３】
上記圧力伝播媒質は、上記第１感圧材層と上記フィルタとの間の大略一定の間隔の空間内に入り込んでいる請求項１又は２に記載の超音波受波器。
【請求項４】
上記圧力伝播媒質は、上記第１感圧材層と上記フィルタ又は上記第２感圧材層との間でかつ入り口側から徐々に小さくなるように傾斜した空間に入り込んでいる請求項１又は２に記載の超音波受波器。
【請求項５】
上記受光素子は、１素子、１次元配列、又は２次元配列より構成されている、請求項１〜４のいずれか１つに記載の超音波受波器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の超音波受波器と、
上記超音波受波器の上記受光素子で受光された上記ルミネッセンスからの光情報に基づいて上記圧力伝播媒質の圧力情報を得る光情報処理部と、
上記光情報処理部で処理されて得られた上記圧力情報を表示する表示装置と、
上記圧力情報を記録する記憶装置とを備えて、上記圧力伝播媒質の圧力情報を計測する計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボット、セキュリティー又は環境センシング等に用いる超音波受波器及び該超音波受波器を使用する計測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波受波器は、超音波の圧力によって生じる変位により、体積変化、圧電変化、電気抵抗変化、磁気ひずみ変化などの物理量変化に１次変換し、さらに静電容量、電磁誘導、電気抵抗、磁気抵抗などの電気量の変化に２次変換する。このうち、安価な送受波器として実用化されているものは圧電型である（例えば、特許文献１参照）。超音波受波器は受波特性を向上させるため、一般的には共振系を用いる。
【０００３】
図４は、上記特許文献１に記載された従来の圧電型超音波受波器の断面図を示すものである。２１３は天部２０８の内壁面に配置された圧電体、２１４は支持部２１２に固定された端子板、２１５ａ、２１５ｂは端子板２１４に設けられた端子、２１６は端子２１５ａと端子２１５ｂを絶縁するための絶縁部、２１７は圧電体２１３と端子２１５ａを電気的に接続するためのリード線である。
【０００４】
また、超音波受波器は、超音波の圧力を検出しているので一種の圧力計である。近年、物体の変位を用いず圧力計測を行う方法として、感圧塗料を用いた圧力検出方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。感圧塗料は、ある種の色素に紫外〜青色の励起光を照射すると、蛍光と共に青色〜赤色のリン光を発する。このリン光は、酸素と衝突することにより失活（酸素がリン光のエネルギを吸収）し、リン光の強度が低下する。従って、感圧塗料に空気圧力が作用すると、その圧力に対応して空気中の酸素分圧が上昇することによって、酸素によるリン光の失活が増加し、リン光強度が低下する。即ち、圧力が高くなるとリン光強度が低下して暗くなるので、この作用を利用して圧力を検出するものである。
【０００５】
図５は、上記特許文献２に記載された従来の感圧塗料を用いた圧力検出装置を示すものである。エレクトロルミネッセンスシート１１の表面透明電極１２上に感圧塗料を均一に塗布して感圧材層１９を形成した圧力検出シート２０の背面を検出対象物２２に固定し、圧力検出シート２０に通電して感圧材層１９に背面から励起光１８を当てて感圧塗料を励起し、圧力によって変化する感圧塗料の励起されたリン光の強度を計測することにより、検出対象物２２に作用する圧力を検出する。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１１８５５０号公報（第８頁、図２）
【特許文献２】特開２００２−２２８５２４号公報（第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の共振型の超音波受波器では、周波数帯域の広帯域化が難しく周波数成分分解ができない。また、上記従来の感圧塗料を用いた圧力検出方法では、感圧材層と受光素子の位置関係が固定されていないために信頼性、安定性が確保し難いという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ロボット、セキュリティー又は環境センシング等に用いる超音波受波器の広帯域化、周波数成分分解が可能で、かつ、信頼性及び安定性を向上させる超音波受波器及び計測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】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１０】
本発明によれば、エレクトロルミネッセンス素子の表面に、上記エレクトロルミネッセンス素子から発せられるルミネッセンスを励起光としてルミネッセンスを発生しかつ酸素消光作用を有する光励起物質を含む第１感圧材層が形成され、上記第１感圧材層には酸素分子を含んだ圧力伝播媒質が接触しており、上記圧力伝播媒質を介して上記第１感圧材層の光励起物質から発せられるルミネッセンスを選択的に透過するフィルタが形成され、上記フィルタを介して上記第１感圧材層の上記光励起物質から発せられる上記ルミネッセンスを受光する受光素子が形成され、上記エレクトロルミネッセンス素子と上記フィルタと上記受光素子とを支持してこれらの間の位置関係を支持構造体で保持している超音波受波器を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の超音波受波器によれば、酸素消光作用を有する光励起物質を含む第１感圧材層により、エレクトロルミネッセンス素子から発せられるルミネッセンスを励起光としてルミネッセンスを発生し、上記第１感圧材層に接触しかつ酸素分子を含んだ圧力伝播媒質を介して上記第１感圧材層の光励起物質から発せられるルミネッセンスを選択的にフィルタで透過し、上記フィルタを介して上記第１感圧材層の上記光励起物質から発せられる上記ルミネッセンスを受光素子で受光するとともに、エレクトロルミネッセンス素子とフィルタと受光素子との間の位置関係を支持構造体で保持することができるため、感圧材層などと受光素子との間の位置関係が固定でき、かつ、共振型の超音波受波器ではないため、超音波受波器の広帯域化、周波数成分分解が可能で、かつ、信頼性及び安定性を向上させることができる。
【００１２】
本発明の超音波受波器を使用する計測システムによれば、広帯域化、周波数成分分解が可能で、かつ、信頼性及び安定性を向上させることができる超音波受波器を使用することができるので、圧力伝播媒質に伝播される圧力情報を広帯域で、必要に応じて周波数成分分解も可能に、高い信頼性及び安定性で計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１４】
本発明の第１態様によれば、エレクトロルミネッセンス素子の表面に、上記エレクトロルミネッセンス素子から発せられるルミネッセンスを励起光としてルミネッセンスを発生しかつ酸素消光作用を有する光励起物質を含む第１感圧材層が形成され、上記第１感圧材層には酸素分子を含んだ圧力伝播媒質が接触しており、上記圧力伝播媒質を介して上記第１感圧材層の光励起物質から発せられるルミネッセンスを選択的に透過するフィルタが形成され、上記フィルタを介して上記第１感圧材層の上記光励起物質から発せられる上記ルミネッセンスを受光する受光素子が形成され、上記エレクトロルミネッセンス素子と上記フィルタと上記受光素子とを支持してこれらの間の位置関係を支持構造体で保持している超音波受波器を提供する。
【００１５】
本発明の第２態様によれば、上記圧力伝播媒質を介して上記エレクトロルミネッセンス素子から発せられる上記ルミネッセンスを励起光としてルミネッセンスを発生しかつ酸素消光作用を有する光励起物質を含む第２感圧材層が上記フィルタの、上記受光素子が配置された面とは反対側の面に形成され、
上記フィルタは、上記第１感圧材層及び上記第２感圧材層のそれぞれの光励起物質から発せられる上記ルミネッセンスを選択的に透過する第１の態様に記載の超音波受波器を提供する。
【００１６】
本発明の第３態様によれば、上記圧力伝播媒質は、上記第１感圧材層と上記フィルタとの間の大略一定の間隔の空間内に入り込んでいる第１又は２の態様に記載の超音波受波器を提供する。
【００１７】
本発明の第４態様によれば、上記圧力伝播媒質は、上記第１感圧材層と上記フィルタ又は上記第２感圧材層との間でかつ入り口側から徐々に小さくなるように傾斜した空間に入り込んでいる第１又は２の態様に記載の超音波受波器を提供する。
【００１８】
本発明の第５態様によれば、上記受光素子は、１素子、１次元配列、又は２次元配列より構成されている、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の超音波受波器を提供する。
【００１９】
本発明の第６態様によれば、第１〜５のいずれか１つの態様に記載の超音波受波器と、
上記超音波受波器の上記受光素子で受光された上記ルミネッセンスからの光情報に基づいて上記圧力伝播媒質の圧力情報を得る光情報処理部と、
上記光情報処理部で処理されて得られた上記圧力情報を表示する表示装置と、
上記圧力情報を記録する記憶装置とを備えて、上記圧力伝播媒質の圧力情報を計測する計測システムを提供する。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１の（Ａ）は、本発明の第１実施形態における超音波受波器２０１の構成図である。図１を用いて、本発明の第１実施形態における超音波受波器２０１の構成を説明する。
【００２１】
エレクトロルミネッセンス素子１０１の表面には、第１感圧材層の一例としての感圧塗料層１０２が形成されている。受光素子１０６の表面には、フィルタの一例としてのバンドパスフィルタ１０５が配置され、バンドパスフィルタ１０５の表面には感圧塗料層１０４が形成されている。感圧塗料層１０２と第２感圧材層の一例としての感圧塗料層１０４との間には、超音波受波器２０１の外部から酸素分子を含んだ空気などの圧力伝播媒質１０３が入り込む一定間隔の空間１１０を形成している。このような空間１１０を形成できるように、感圧塗料層１０２と感圧塗料層１０４とをはさむように、エレクトロルミネッセンス素子１０１と感圧塗料層１０２と受光素子１０６とバンドパスフィルタ１０５と感圧塗料層１０４とが支持構造体１０７によって保持されている。
【００２２】
支持構造体１０７としては、少なくともエレクトロルミネッセンス素子１０１と受光素子１０６を保持する強度があれば、任意の形状、厚み、及び材質で構成することができる。例えば、局所的な１点の圧力を測定する場合には、エレクトロルミネッセンス素子１０１のサイズも小さく圧力波の干渉等もさほど問題とはならないため、支持構造はスペーサを入れて接着剤で固定する程度で良い。スペーサの材質は、金属、プラスチック、シリコン等過度な弾性体でなければどのようなものであってもかまわない。また、圧力伝播媒質１０３を挟むようにエレクトロルミネッセンス素子１０１と感圧塗料層１０２と受光素子１０６とバンドパスフィルタ１０５と感圧塗料層１０４とで構成される形状は、円筒形状、角筒形状などでもよい。また、支持構造体１０７は、圧力伝播媒質１０３内に圧力伝播された圧力波が支持構造体１０７に当たると反射するが、この反射を防止したい場合には、支持構造体１０７に点線で示すように空間１１０に連通する貫通穴１０７ａを形成して、貫通穴１０７ａから外部に伝播させることにより、反射を防止するようにしてもよい。支持構造体１０７は、個別の部品であっても、エレクトロルミネッセンス素子１０１や受光素子１０６又はバンドパスフィルタ１０５の一部であってもかまわない。このような構造にすることにより、光源であるエレクトロルミネッセンス素子１０１と受光素子１０６との位置関係が明確になり、計測の安定性、信頼性が向上する。また、素子としての生産性の向上も図れる。
【００２３】
エレクトロルミネッセンス素子１０１を、上記背景技術の特許文献２を引用し、図６を用いて説明する。図６は、従来から知られているエレクトロルミネッセンスシート１１であり、これをエレクトロルミネッセンス素子１０１として使用している。エレクトロルミネッセンスシート１１は、表面透明電極１２と、発光層１３と、絶縁層１４と、背面電極１５と、背面保護層１６とを積層してシート状に一体化したものであり、上記表面透明電極１２と背面電極１５には、電源に接続するようにした電源回路１７が接続されている。エレクトロルミネッセンスシート１１は、電源回路１７により表面透明電極１２と背面電極１５とに通電すると、発光層１３が面方向に均一に発光し、その発光した光は表面透明電極１２を透過してその上面から均一に射出される。上記エレクトロルミネッセンスシート１１は、発光層１３の材質を選定することによって、紫外〜青色の励起光１８を均一に射出させることができる。
【００２４】
酸素消光特性を有する光励起物質に、その吸収スペクトルに相当する波長の励起光１８を照射すると、励起状態の物質分子は、基底状態に戻る際に励起光１８より長い波長のルミネセンスを発する。しかし、励起状態の物質分子の周辺に酸素分子が存在すると、励起分子は酸素エネルギーを奪われ、ルミネセンスを発することなく基底状態に落ちる。ルミネセンスの強度及び寿命は、光励起物質の周辺の雰囲気の酸素濃度によって増減する。つまり、圧力が高いと酸素濃度が高くなり、光励起物質からのルミネッセンス量が減少するということである。このように、圧力と酸素濃度との間に相関があることを利用して、圧力値を得る。通常、酸素分子を含んだ圧力伝播媒質１０３は空気であるが、原理上、酸素分子を含んでおりかつ圧力値により酸素濃度が変化する圧力伝播物質であれば、物質の制約を受けるものではなく、任意の物質でよい。
【００２５】
光励起物質は、通常色素であり、何らかのバインダーによって感圧塗料層が形成され、物体表面に固着される。しかし、時間分解能、つまり応答性や圧力分解能を向上させるためには、酸素分子との反応を速く濃く行わなければならない。そのためには、高酸素透過性バインダーを用いるか、直接光励起物質を固体表面に固着させるようにする。反応面積及び体積を増加させるためには、多孔質を用いると良い。光励起物質としては、ポルフィリン類のＰｔＯＥＰ、  ＰｄＯＥＰ、  ＰｔＴＦＰＰ、  ＰｔＴＣＰＰ、  ＰｄＴＣＰＰ、  ＴＣＰＰ、ルテニウム錯体類のＲｕ（ｂｐｙ）３２＋、  Ｒｕ（Ｐｈ２Ｐｈｅｎ）３２＋、多環芳香族化合物のピレン、ペリレン、ユーロピウム錯体のＥｕ（ＴＴＡ）３等を用いる。同様の特性を持つ物質であれば、上記の物質以外でもかまわない。図１では、反応面積及び体積を増加させるために感圧塗料層１０２、１０４の２層を用いているが、図７又は図８に示すように、どちらか一方だけでもかまわない。この場合は、いずれか一方の感圧塗料層と対向する部材（エレクトロルミネッセンス素子１０１又はバンドパスフィルタ１０５）との間で上記圧力伝播媒質１０３が入り込む一定間隔の空間１１０を形成することができる。また、異なる圧力感度特性やスペクトル特性を持つ感圧塗料層１０２と感圧塗料層１０４とを組み合わせて使うことにより、圧力測定環境に合わせた高精度の計測条件が設定可能となる。
【００２６】
通常は、感圧塗料層１０４の１層で十分であるが、感圧塗料層１０２と感圧塗料層１０４との２層構成にすれば、同一材料の場合、圧力波感知表面積を増加させて感度を上げることができる。
【００２７】
バンドパスフィルタ１０５は、エレクトロルミネッセンス素子１０１からのルミネッセンスを遮断し、感圧塗料層１０２、１０４の光励起物質からのルミネッセンスを透過させる特性を有する。バンドパスフィルタ１０５を透過した光励起物質からのルミネッセンスは、受光素子１０６にて受光される。これにより、圧力伝播媒質１０３内に圧力伝播された圧力波の圧力情報が光情報として受光素子１０６で計測される。
【００２８】
受光素子１０６は、一般的にＣＣＤが用いられるが、ＣＭＯＳ、ＡＰＤ、光電子増倍管等の受光素子であってもかまわない。受光素子１０６は計測の用途に応じて、図９の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示されるように、１素子１０６ａであっても、１次元配列素子１０６ａであっても、２次元配列素子１０６ａであってもかまわない。
【００２９】
図２は、上記超音波受波器２０１を用いた計測システムの概略図である。時間的な圧力情報である圧力波２００を超音波受波器２０１が受けて、超音波受波器２０１の受光素子１０６を構成する各受光素子単体１０６ａには圧力情報が光情報として計測される。受光素子１０６で計測された光情報を、光情報処理部の一例として機能する受波信号処理装置２０２で圧力情報に再度変換し、圧力の時間変化を各受光素子１０６ごとに処理することにより、上記圧力伝播媒質１０３の圧力情報を計測する。必要に応じて、それらの情報（上記圧力伝播媒質の圧力情報、又は、上記光情報と上記圧力伝播媒質の圧力情報）は表示装置２０３に表示され、記憶装置２０４に記録される。また、表示装置２０３の代わりに、上記情報（上記圧力伝播媒質の圧力情報、又は、上記光情報と上記圧力伝播媒質の圧力情報）を他の装置に出力する出力装置としてもよい。
【００３０】
上記計測システムをセキュリティー等に用いる場合は、まず、基準となる（異常が無い正常状態での）圧力波２００を超音波受波器２０１が受けて、超音波受波器２０１の受光素子１０６には、上記したように、圧力情報が、基準となる光情報（基準光情報）として計測される。受光素子１０６の基準光情報を受波信号処理装置２０２で基準圧力情報に再度変換し、圧力の時間変化を各受光素子単体１０６ａごとに処理する。それらの情報は表示装置２０３に表示され、記憶装置２０４に基準圧力情報として記録される。
【００３１】
次いで、計測対象となる圧力波２００を超音波受波器２０１が受けて、超音波受波器２０１の受光素子１０６には圧力情報が、計測対象光情報として計測される。受光素子１０６の計測対象光情報を受波信号処理装置２０２で計測対象圧力情報に再度変換し、圧力の時間変化を受光素子１０６で（例えば各受光素子単体１０６ａごとに）処理する。次いで、計測対象光情報及び計測対象圧力情報などの情報（少なくとも計測対象圧力情報）は表示装置２０３に表示され、記憶装置２０４に計測対象圧力情報として記録される。また、比較判断部として機能する受波信号処理装置２０２で、記憶装置２０４に予め記憶されていた基準圧力情報と計測対象圧力情報とが比較されて、その結果情報が表示装置２０３に表示され、記憶装置２０４に比較圧力情報として記録される。また、必要に応じて、結果情報を警告装置などに出力して、結果情報が許容範囲を超えて異常であると受波信号処理装置２０２で判断する場合には、受波信号処理装置２０２に接続された警告装置で警告を発して異常が生じていることを知らせるか、受波信号処理装置２０２に接続された監視装置でさらに精細な監視を行うようにしてもよい。
【００３２】
ここで、上記受光素子１０６で計測された光情報を受波信号処理装置２０２で圧力情報に再度変換するとき、受光素子１０６で受光された、感圧塗料層１０２、１０４の両方の光励起物質からのルミネッセンスの強度を求め、予め記憶装置２０４に記憶されたルミネッセンスの強度と圧力値との関係を基に、求められたルミネッセンスの強度から圧力値を圧力情報の一例として求めるようにしている。すなわち、圧力値を求めるためには、予め受光素子１０６での受光強度と圧力の関係を求めて換算式又は表等を作っておき、圧力測定時には、受光強度を計測し、計測された受光強度を上記換算式又は表等を基に圧力に換算すれば、圧力値を求めることができる。
【００３３】
また、本発明の上記実施形態の別の変形例として、上記超音波受波器２０１又は２０１Ｂをロボット、セキュリティー又は環境センシング等に用いる場合は、特に、圧力伝播媒質１０３が入り込む空間１１０を複数に分割可能とすることが好ましい。このようにすれば、通常は空間１１０を分割せずに無指向でセンシングを行い、何らかの異常を検出した場合には空間１１０を適宜分割して、分割された空間でそれぞれ個別に圧力波の計測を行うことにより、指向性を強くして、より精密なセンシング（例えば、先の例での精細な監視）を行うことができる。具体的には、例えば、図１０及び図１１に示すように、エレクトロルミネッセンス素子１０１と感圧塗料層１０２とを厚み方向に貫通するようなスリット３００、又は、受光素子１０６とバンドパスフィルタ１０５と感圧塗料層１０４とを厚み方向に貫通するようなスリットを形成しておき、このスリット３００内を移動可能な遮蔽板３０１を、モータやエアシリンダなどの遮蔽板駆動装置３０２で上記厚み方向に進退移動させて、感圧塗料層１０２と感圧塗料層１０４との間に形成されている圧力伝播媒質１０３が入り込む空間１１０を分割可能とすることができる。図１０及び図１１では、エレクトロルミネッセンス素子１０１と感圧塗料層１０２とを厚み方向に貫通するようなスリット３００が９０度間隔毎に形成されており、４枚の遮蔽板３０１を４個の遮蔽板駆動装置３０２で独立してそれぞれ個別に駆動可能とし、圧力伝播媒質１０３が入り込む円形の空間１１０を４分割又は２分割等に適宜分割できるようにしている。このようにすれば、分割された空間１１０に対向する、超音波受波器２０１Ｂの周囲空間又は領域から伝播される圧力波の圧力情報を個別に計測することができ、図１０及び図１１では超音波受波器２０１Ｂの周囲を４方向に分割して、それぞれの方向からの圧力情報を個別に計測することができる。
【００３４】
また、本発明の上記実施形態の別の変形例として、自走式ロボットに上記超音波受波器２０１又は２０１Ｂを載置する場合には、図１２に示されるように、ロボット１７０のヘッドの頂部又は胴部の周囲に上記超音波受波器２０１又は２０１Ｂを配置して、ロボット１７０の周囲の環境を検出することができる。これにより、例えば、ロボット１７０の周囲の環境に応じて、ロボット自体を走行させてもよいか否かの判断や、ロボットアーム１７０ａを動作させて先端のハンド１７０ｂで物体１７０ｃを把持するなどの所望の動作を行わせても良いか否かの判断が可能となる。また、ロボット１７０の周囲の環境を検出することにより、図１３に示すような無人の部屋９３でドア９６が開いてその部屋９３内に人が入って来ることを検出すれば、当該人からの命令を受けることが可能なように、受波信号処理装置２０２からのスタンバイ動作信号を、表示装置２０３の代わりにロボット１７０で受信可能に接続して、ロボット１７０のスタンバイ動作を行うようにしてもよい。この場合、予めドア９６が開いたときの圧力波の変動パターンを記憶装置２０４に予め記憶させておき、検出された圧力波の変動パターンと、記憶装置２０４に記憶された圧力波の変動パターンとを受波信号処理装置２０２で比較すれば、ドア９６が開いた否かの判断を行うことができる。なお、図１３において、部屋９３の中には、テーブル９０、いす９１、テレビ９２等がある。
【００３５】
また、本発明の上記実施形態のさらに別の変形例として、介護分野などに本発明を適用する場合、例えば、赤ん坊や老人や病人などの被検出者がベッドなどの所定の領域外に移動したときの圧力波の変動パターンを記憶装置２０４に予め記憶させておき、検出された圧力波の変動パターンと、記憶装置２０４に記憶された圧力波の変動パターンとを受波信号処理装置２０２で比較して、赤ん坊や老人や病人などの被検出者がベッドなどの所定の領域外に移動した否かの判断を行うことができる。もし、受波信号処理装置２０２で所定の領域外に被検出者が移動したと判断した場合には、通信機器や通信回線などを使用して、異常を通知すべき機器（例えば、ナースステーションの異常発生通報器や携帯機器など）に連絡するようにしてもよい。
【００３６】
上記したように上記第１実施形態によれば、酸素消光作用を有する光励起物質を含む第１感圧材層１０２により、エレクトロルミネッセンス素子１０１から発せられるルミネッセンスを励起光としてルミネッセンスを発生し、上記第１感圧材層１０２に接触しかつ酸素分子を含んだ圧力伝播媒質１０３を介して上記第１感圧材層１０２の光励起物質から発せられるルミネッセンスを選択的にバンドパスフィルタ１０５で透過し、上記バンドパスフィルタ１０５を介して上記第１感圧材層１０２の上記光励起物質から発せられる上記ルミネッセンスを受光素子１０６で受光するとともに、エレクトロルミネッセンス素子１０１とバンドパスフィルタ１０５と受光素子１０６との間の位置関係を支持構造体１０７で支持して保持することができるため、エレクトロルミネッセンス素子１０１や感圧材層１０２などと受光素子１０６との間の位置関係が固定できる。この結果、ロボット、セキュリティー、又は環境センシング等に用いる超音波受波器の広帯域化、周波数成分分解が可能で、かつ、計測の信頼性及び安定性を向上させることができる。また、素子としての生産性向上も図れる。すなわち、従来例では感圧材層と受光素子の位置関係が固定されていないのに対して、本発明では感圧材層と受光素子の位置関係が固定されおり、計測の信頼性及び安定性が向上する理由としては、支持構造体１０７でエレクトロルミネッセンス素子１０１と受光素子１０６とバンドパスフィルタ１０５とが支持されて各素子の位置関係が固定されているため、計測の信頼性及び安定性を向上することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
図３の（Ａ）は、本発明の第２実施形態における超音波受波器２０１Ａの構成図であり、先の超音波受波器２０１と置換可能なものである。
【００３８】
図３を用いて、本発明の第２実施形態における超音波受波器２０１Ａの構成を説明する。図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。計測システムは、図２と同様である。
【００３９】
図３の（Ａ）では、圧力伝播媒質１０３の入り込む空間１１０が、入り口側は幅広く、奥に向かうに従い徐々に狭くなるような、楔状の側面を有するように形成されている。これは、簡便な圧力波の周波数分解機構であり、圧力周波数の高いものほど高さの低い奥まで侵入することができる。すなわち、圧力周波数の低いものは、幅広い入り口付近の空間内までしか侵入できない一方、圧力周波数の高いものは幅狭い奥の方の空間まで侵入できる。このことを図３の（Ｂ）に示す。図３の（Ｂ）では、感圧材層１０２、１０４の光励起物質から発せられるルミネセンスの強度と位置との関係を示している。図３の（Ｂ）のグラフから明らかなように、空間１１０の圧力伝播媒質１０３内に入り込んだ圧力波を感圧塗料層１０４で周波数を空間分解している。厳密な周波数分解を行うためには、必要な測定範囲により、構造を最適化しなければならない。また、圧力周波数を空間分解できる構造であれば、どのような構造であってもかまわない。
【００４０】
このように圧力周波数を空間分解できれば、受光素子１０６をマルチ化することにより、同時に圧力波に含まれている周波数成分を分解計測可能となる。
【００４１】
また、傾斜角度の異なる受光素子１０６を配置することにより、異なった周波数を計測することができる。
【００４２】
上記第２実施形態にかかる超音波受波器及び計測システムによれば、物体の変位、特に共振系を用いて圧力計測を行わないので、周波数計測が広帯域化でき、しかも同時に圧力波に含まれている周波数成分を分解計測可能となる。また、支持構造体により各要素を一体化しているため、計測の信頼性、安定性の向上が可能となる。
【００４３】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明にかかる超音波受波器及び計測システムは、超音波受波器の広帯域化、周波数成分分解が可能で、かつ、信頼性及び安定性を向上させることができる効果を有し、ロボット、セキュリティー、又は環境センシング等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施形態における超音波受波器の構成要素を示す断面図及び感圧材層１０２、１０４の光励起物質から発せられるルミネセンスの強度と位置との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の第１実施形態における超音波受波器を利用する計測システムの概念図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ本発明の第２実施形態における超音波受波器の構成要素を示す断面図及び感圧材層１０２、１０４の光励起物質から発せられるルミネセンスの強度と周波数（位置）との関係を示すグラフである。
【図４】従来の超音波受波器を示す断面図である。
【図５】従来の感圧塗料を用いた圧力検出装置を示す一部断面図である。
【図６】従来から知られているエレクトロルミネッセンスシートを示す断面図である。
【図７】図１の超音波受波器において感圧塗料層１０２が無い変形例を示す断面図である。
【図８】図１の超音波受波器において感圧塗料層１０４が無い変形例を示す断面図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ上記超音波受波器の受光素子の種々の例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の上記第１実施形態の変形例にかかる超音波受波器の平面図である。
【図１１】図１０の上記第１実施形態の変形例にかかる超音波受波器の側面図である。
【図１２】上記計測システムの超音波受波器をロボットの頭頂部に取り付けたときの説明図である。
【図１３】図１２の上記計測システムにより周囲環境を計測している状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０１  エレクトロルミネッセンス素子
１０２  感圧塗料層
１０３  酸素分子を含んだ圧力伝播媒質
１０４  感圧塗料層
１０５  バンドパスフィルタ
１０６  受光素子
１０７  支持構造体
１１０  空間
２００  圧力波
２０１  超音波受波器
２０２  受波信号処理装置
２０３  表示装置
２０４  記憶装置
【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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