(57)【要約】【課題】  プライバシーが損なわれるおそれがなく、単純な構成でありながら、正確に対象物の位置あるいは距離を測定できる監視装置を提供する。【解決手段】  空間を伝播する波を発信する発信器Ｒ０と、前記発信器Ｒ０から発信され、対象物２で反射された波を受信する受信器Ｓ４１と、前記受信器Ｓ４１で受信された波を増幅する増幅器Ｓ５１と、前記受信器Ｓ４１で第１の時点Ｔに受信された波で前記増幅器Ｓ５１により増幅された第１の波形と、前記第１の時点Ｔと異なる第２の時点Ｔ＋ΔＴに受信された波で前記増幅器Ｓ５１により増幅された第２の波形との差の波形を演算する差波形演算手段Ｃと、前記差の波形が検出された場合には、前記差の波形に基づいて、前記波が、前記発信器Ｒ０から発信されてから、前記対象物２で反射され、前記受信器Ｓ４１で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段Ｂとを備える監視装置とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間を伝播する波を発信する発信器と；
前記発信器から発信され、対象物で反射された波を受信する受信器と；
前記受信器で受信された波を増幅する増幅器と；
前記受信器で第１の時点に受信された波で前記増幅器により増幅された第１の波形と、前記第１の時点と異なる第２の時点に受信された波で前記増幅器により増幅された第２の波形との差の波形を演算する差波形演算手段と；
前記差の波形が検出された場合には、前記差の波形に基づいて、前記波が、前記発信器から発信されてから、前記対象物で反射され、前記受信器で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段とを備える；
監視装置。
【請求項２】
前記増幅器による増幅の増幅率を制御する増幅器制御手段を備え；
前記増幅器制御手段は、前記発信器から波を発信した発信時点からの経過時間のｎ乗に比例する増幅率で前記増幅を行うように前記制御するように構成された；
請求項１に記載の監視装置。
【請求項３】
前記増幅器による増幅の増幅率を制御する増幅器制御手段と；
前記受信器で受信された波の波形を記憶する波形記憶手段とを備え；
前記増幅器制御手段は、前記波形記憶手段により過去に記憶された波形に基づいて、前記増幅率を決定するように構成された；
請求項１に記載の監視装置。
【請求項４】
前記受信器と前記増幅器は、各々複数であることを特徴とする；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の監視装置。
【請求項５】
空間を伝播する波を発信する発信器と；
前記発信器から発信され、対象物で反射された波を受信する受信器と；
前記受信器で第１の時点に受信された波の第１の波形と、前記第１の時点と異なる第２の時点に受信された波の第２の波形との差の波形を演算する差波形演算手段と；
前記差の波形が検出された場合には、前記差の波形に基づいて、前記波が、前記発信器から発信されてから、前記対象物で反射され、前記受信器で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段と；
前記受信器で受信された波の波形を記憶する波形記憶手段と；
前記波形記憶手段により過去に記憶された波形に基づいて、前記発信器により発信する波の大きさを制御する発信器制御手段とを備えた；
監視装置。
【請求項６】
空間を伝播する波を発信する発信器と；
前記発信器から発信され、対象物で反射された波を受信する受信器と；
前記受信器で受信された波を増幅する増幅器と；
前記増幅された波が、前記発信器から発信されてから、前記対象物で反射され、前記受信器で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段と；
前記所要時間に基づいて、前記受信器から前記対象物までの距離を算出する距離算出手段と；
前記増幅器による増幅の増幅率を制御する増幅器制御手段とを備え；
前記増幅器制御手段は、前記発信器から波を発信した発信時点からの経過時間のｎ乗に比例する増幅率で前記増幅を行うように前記制御するように構成された；
距離測定装置。
【請求項７】
空間を伝播する波を発信する発信器と；
前記発信器から発信され、対象物で反射された波を受信する受信器と；
前記受信器で受信された波を増幅する増幅器と；
前記増幅された波が、前記発信器から発信されてから、前記対象物で反射され、前記受信器で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段と；
前記所要時間に基づいて、前記受信器から前記対象物までの距離を算出する距離算出手段と；
前記増幅器による増幅の増幅率を制御する増幅器制御手段と；
前記受信器で受信された波の波形を記憶する波形記憶手段とを備え；
前記増幅器制御手段は、前記波形記憶手段により過去に記憶された波形に基づいて、前記増幅率を決定するように構成された；
距離測定装置。
【請求項８】
空間を伝播する波を発信する発信器と；
前記発信器から発信され、対象物で反射された波を受信する受信器と；
前記波が、前記発信器から発信されてから、前記対象物で反射され、前記受信器で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段と；
前記所要時間に基づいて、前記受信器から前記対象物までの距離を算出する距離算出手段と；
前記受信器で受信された波の波形を記憶する波形記憶手段と；
前記波形記憶手段により過去に記憶された波形に基づいて、前記発信器により発信する波の大きさを制御する発信器制御手段とを備えた；
距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視装置及び距離測定装置に関し、特にプライバシーが損なわれるおそれがなく、単純な構成でありながら、正確に対象物の位置あるいは距離を測定できる監視装置及び距離測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来は、対象物の動きや位置を検出するのに光波を用い、例えば格子状に配列された輝点を形成して、撮像画像の輝点について基準画像の輝点に対する位置変化から撮像対象物の高さを検出するか、三角法により３次元の監視空間を移動する対象物の位置情報を計測するのが一般的であった。三角法では２個の撮像装置を用い、左右の撮影画像の時間的変化から対象物の動きを検出し、左右の撮影画像の相関から対象物の位置座標を求めていた（特許文献１、２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１２２４１７号公報（段落００１６、図１）
【特許文献２】特開２００２―１７５５１３号公報（段落００３４〜００４０、００６４、図４、図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の格子状に配列された輝点を用いる方法は、コヒーレント光を使用するので、装置規模が大きくなる。また、従来のステレオ画像を用いる三角法では、演算部分において高度な処理能力を必要とし、装置規模が大きくなったり、処理時間が長くなり、また、カメラによる撮影を行うので、対象物が人物である場合にプライバシーが損なわれるおそれがあるという問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、プライバシーが損なわれるおそれがなく、単純な構成でありながら、正確に対象物の位置あるいは距離を測定できる監視装置及び距離測定装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による監視装置は、例えば図１、図５、図７に示すように、空間を伝播する波を発信する発信器Ｒ０と；前記発信器Ｒ０から発信され、対象物２で反射された波を受信する受信器Ｓ４１と；前記受信器Ｓ４１で受信された波を増幅する増幅器Ｓ５１と；前記受信器Ｓ４１で第１の時点Ｔに受信された波で前記増幅器Ｓ５１により増幅された第１の波形と、前記第１の時点Ｔと異なる第２の時点Ｔ＋ΔＴに受信された波で前記増幅器Ｓ５１により増幅された第２の波形との差の波形を演算する差波形演算手段Ｃと；前記差の波形が検出された場合には、前記差の波形に基づいて、前記波が、前記発信器Ｒ０から発信されてから、前記対象物２で反射され、前記受信器Ｓ４１で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段Ｂとを備える。
【０００６】
このように構成すると、発信器Ｒ０と、受信器Ｓ４１と、増幅器Ｓ５１とを備えるので、前記発信器Ｒ０から発信され、前記受信器Ｓ４１で第１の時点Ｔに受信された波で前記増幅器Ｓ５１により増幅された第１の波形と、第２の時点Ｔ＋ΔＴに受信された波で前記増幅器Ｓ５１により増幅された第２の波形とを得ることができる。さらに、差波形演算手段Ｃと、所要時間測定手段Ｂとを備えることで、前記第１の波形と、前記第２の波形との差の波形を演算し、前記差の波形が検出された場合には、前記差の波形に基づいて、前記波が、前記発信器Ｒ０から発信されてから、前記対象物２で反射され、前記受信器Ｓ４１で受信されるまでの所要時間を測定できるので、プライバシーが損なわれるおそれがなく、単純な構成でありながら、正確に対象物の位置あるいは距離を測定できる監視装置を提供できる。
【０００７】
また請求項２に記載のように、請求項１に記載の監視装置では、前記増幅器Ｓ５１による増幅の増幅率を制御する増幅器制御手段Ａを備え；前記増幅器制御手段Ａは、前記発信器Ｒ０から波を発信した発信時点からの経過時間のｎ乗に比例する増幅率で前記増幅を行うように前記制御するように構成するとよい。
【０００８】
このように構成すると、例えば前記波が前記経過時間のｎ乗に比例して減衰する場合であっても、前記経過時間のｎ乗に比例する増幅率で増幅することで前記減衰を相殺できるので、検出可能な距離が長くなる。
【０００９】
また請求項３に記載のように、請求項１に記載の監視装置では、例えば図５、図１６に示すように、前記増幅器Ｓ５１による増幅の増幅率を制御する増幅器制御手段Ａ１と；前記受信器Ｓ４１で受信された波の波形を記憶する波形記憶手段Ｓ７４とを備え；前記増幅器制御手段Ａ１は、前記波形記憶手段Ｓ７４により過去に記憶された波形に基づいて、前記増幅率を決定するように構成してもよい。
【００１０】
このように構成すると、例えば増幅器制御手段Ａ１は、過去に記憶された波形に基づいて増幅率を決定することで、前記減衰や対象物の距離や大きさの影響が加味された最適な増幅率を設定することができるので、検出可能な距離が長くなる。
【００１１】
また請求項４に記載のように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の監視装置では、前記受信器Ｓ４１と前記増幅器Ｓ５１は、各々複数であることを特徴とするとよい。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項５に係る発明による監視装置は、例えば図１、図５、図１９に示すように、空間を伝播する波を発信する発信器Ｒ０と；前記発信器Ｒ０から発信され、対象物２で反射された波を受信する受信器Ｓ４１と；前記受信器Ｓ４１で第１の時点Ｔに受信された波の第１の波形と、前記第１の時点と異なる第２の時点Ｔ＋ΔＴに受信された波の第２の波形との差の波形を演算する差波形演算手段Ｃと；前記差の波形が検出された場合には、前記差の波形に基づいて、前記波が、前記発信器Ｒ０から発信されてから、前記対象物２で反射され、前記受信器Ｓ４１で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段Ｂと；前記受信器Ｓ４１で受信された波の波形を記憶する波形記憶手段Ｓ７４と；前記波形記憶手段Ｓ７４により過去に記憶された波形に基づいて、前記発信器Ｒ０により発信する波の大きさを制御する発信器制御手段Ａ２とを備える。
【００１３】
このように構成すると、発信器Ｒ０と、受信器Ｓ４１とを備えるので、前記発信器Ｒ０から発信され、前記受信器Ｓ４１で第１の時点Ｔに受信された波の第１の波形と、第２の時点Ｔ＋ΔＴに受信された波の第２の波形とを得ることができる。また、差波形演算手段Ｃと、所要時間測定手段Ｂとを備えることで、前記第１の波形と、前記第２の波形との差の波形を演算し、前記差の波形が検出された場合には、前記差の波形に基づいて、前記波が、前記発信器Ｒ０から発信されてから、前記対象物２で反射され、前記受信器Ｓ４１で受信されるまでの所要時間を測定できる。さらに、波形記憶手段Ｓ７４と、発信器制御手段Ａ２とを備えることで、前記受信器Ｓ４１で受信された波の波形を記憶し、前記記憶された波形に基づいて、前記発信器Ｒ０により発信する波の大きさを制御するので、プライバシーが損なわれるおそれがなく、単純な構成でありながら、正確に対象物の位置あるいは距離を測定できる監視装置を提供できる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項６に係る発明による距離測定装置は、例えば図２２、図２４に示すように、空間を伝播する波を発信する発信器Ｒ０と；前記発信器Ｒ０から発信され、対象物２で反射された波を受信する受信器Ｓ４１と；前記受信器Ｓ４１で受信された波を増幅する増幅器Ｓ５１と；前記増幅された波が、前記発信器Ｒ０から発信されてから、前記対象物２で反射され、前記受信器Ｓ４１で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段Ｂと；前記所要時間に基づいて、前記受信器Ｓ４１から前記対象物２までの距離を算出する距離算出手段Ｇと；前記増幅器Ｓ５１による増幅の増幅率を制御する増幅器制御手段Ａとを備え；前記増幅器制御手段Ａは、前記発信器Ｒ０から波を発信した発信時点からの経過時間のｎ乗に比例する増幅率で前記増幅を行うように前記制御するように構成される。
【００１５】
このように構成すると、前記発信器Ｒ０から発信され、対象物２で反射された波を受信器Ｓ４１により受信し、そして増幅器Ｓ５１により受信された波を増幅することができる。また、所要時間測定手段Ｂにより、増幅器Ｓ５１で増幅された波が、前記発信器Ｒ０から発信されてから、前記対象物２で反射され、前記受信器Ｓ４１で受信されるまでの所要時間を測定することで、距離算出手段Ｇにより、前記所要時間に基づいて、前記受信器Ｓ４１から前記対象物２までの距離を算出することができる。さらに、前記増幅器制御手段Ａは、前記増幅器Ｓ５１による増幅を、前記発信器Ｒ０から波を発信した発信時点からの経過時間のｎ乗に比例する増幅率で行うように制御するので、プライバシーが損なわれるおそれがなく、単純な構成でありながら、正確に対象物の位置あるいは距離を測定できる距離測定装置を提供できる。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項７に係る発明による距離測定装置は、例えば図２２、図２５に示すように、空間を伝播する波を発信する発信器Ｒ０と；前記発信器Ｒ０から発信され、対象物２で反射された波を受信する受信器Ｓ４１と；前記受信器Ｓ４１で受信された波を増幅する増幅器Ｓ５１と；前記増幅された波が、前記発信器Ｒ０から発信されてから、前記対象物２で反射され、前記受信器Ｓ４１で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段Ｂと；前記所要時間に基づいて、前記受信器Ｓ４１から前記対象物２までの距離を算出する距離算出手段Ｇと；前記増幅器Ｓ５１による増幅の増幅率を制御する増幅器制御手段Ａ１と；前記受信器Ｓ４１で受信された波の波形を記憶する波形記憶手段Ｓ７４とを備え；前記増幅器制御手段Ａ１は、前記波形記憶手段Ｓ７４により過去に記憶された波形に基づいて、前記増幅率を決定するように構成される。
【００１７】
このように構成すると、前記発信器Ｒ０から発信され、対象物２で反射された波を受信器Ｓ４１により受信し、そして増幅器Ｓ５１により受信された波を増幅することができる。また、所要時間測定手段Ｂにより、増幅器Ｓ５１で増幅された波が、前記発信器Ｒ０から発信されてから、前記対象物２で反射され、前記受信器Ｓ４１で受信されるまでの所要時間を測定することで、距離算出手段Ｇにより、前記所要時間に基づいて、前記受信器Ｓ４１から前記対象物２までの距離を算出することができる。さらに、増幅器制御手段Ａ１と波形記憶手段Ｓ７４と備え、前記増幅器制御手段Ａ１は、前記波形記憶手段Ｓ７４により過去に記憶された波形に基づいて、前記増幅率を決定するように構成されるので、プライバシーが損なわれるおそれがなく、単純な構成でありながら、正確に対象物の位置あるいは距離を測定できる距離測定装置を提供できる。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項８に係る発明による距離測定装置は、例えば図２２、図２５に示すように、空間を伝播する波を発信する発信器Ｒ０と；前記発信器Ｒ０から発信され、対象物２で反射された波を受信する受信器Ｓ４１と；前記波が、前記発信器Ｒ０から発信されてから、前記対象物２で反射され、前記受信器Ｓ４１で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段Ｂと；前記所要時間に基づいて、前記受信器Ｓ４１から前記対象物２までの距離を算出する距離算出手段Ｇと；前記受信器Ｓ４１で受信された波の波形を記憶する波形記憶手段Ｓ７４と；前記波形記憶手段Ｓ７４により過去に記憶された波形に基づいて、前記発信器Ｒ０により発信する波の大きさを制御する発信器制御手段Ａ２とを備える。
【００１９】
このように構成すると、前記発信器Ｒ０から発信され、対象物２で反射された波を受信器Ｓ４１により受信することができる。また、所要時間測定手段Ｂにより、前記波が、前記発信器Ｒ０から発信されてから、前記対象物２で反射され、前記受信器Ｓ４１で受信されるまでの所要時間を測定することで、距離算出手段Ｇにより、前記所要時間に基づいて、前記受信器Ｓ４１から前記対象物２までの距離を算出することができる。さらに、発信器制御手段Ａ２は、波形記憶手段Ｓ７４により過去に記憶された波形に基づいて、前記発信器Ｒ０により発信する波の大きさを制御することで、プライバシーが損なわれるおそれがなく、単純な構成でありながら、正確に対象物の位置あるいは距離を測定できる距離測定装置を提供できる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によれば、空間を伝播する波を発信する発信器と、前記発信器から発信され、対象物で反射された波を受信する受信器と、前記受信器で受信された波を増幅する増幅器と、前記受信器で第１の時点に受信された波で前記増幅器により増幅された第１の波形と、前記第１の時点と異なる第２の時点に受信された波で前記増幅器により増幅された第２の波形との差の波形を演算する差波形演算手段と、前記差の波形が検出された場合には、前記差の波形に基づいて、前記波が、前記発信器から発信されてから、前記対象物で反射され、前記受信器で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段とを備えるので、プライバシーが損なわれるおそれがなく、単純な構成でありながら、正確に対象物の位置あるいは距離を測定できる監視装置を提供できる。
【００２１】
また、本発明によれば、空間を伝播する波を発信する発信器と、前記発信器から発信され、対象物で反射された波を受信する受信器と、前記受信器で受信された波を増幅する増幅器と、前記増幅された波が、前記発信器から発信されてから、前記対象物で反射され、前記受信器で受信されるまでの所要時間を測定する所要時間測定手段と、前記所要時間に基づいて、前記受信器から前記対象物までの距離を算出する距離算出手段と、前記増幅器による増幅の増幅率を制御する増幅器制御手段とを備え、前記増幅器制御手段は、前記発信器から波を発信した発信時点からの経過時間のｎ乗に比例する増幅率で前記増幅を行うように前記制御するように構成されているので、プライバシーが損なわれるおそれがなく、単純な構成でありながら、正確に対象物の位置あるいは距離を測定できる距離測定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２３】
以下に、図面に基づき本発明の第１の実施の形態である監視装置１について説明する。
図１に本実施の形態の測定原理を説明するために、装置の配置状態を模式的に示す。なお、空間を伝播する波には、音波（例えば超音波、可聴音波）、電波（例えばラジオ波、マイクロ波）、光（例えば赤外線、可視光、紫外線）が含まれるが、本実施の形態では、空間を伝播する波は超音波である場合で説明する。このようにすると高精度で安価な装置を構成できる。本実施の形態では、受信器と増幅器は、各々複数である。さらに受信器と増幅器は一体に構成され超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３を成している。即ち超音波受信部は複数である。ここでは超音波受信部が３個で構成される。このようにすると、対象物２の３次元位置座標を求めることができる。なお、受信器と増幅器については図５で後述する。
【００２４】
ここで図１では、超音波発信器Ｒ０より発信された超音波は、例えば、監視空間内にいる人物等の対象物２に照射され、反射されて、複数の超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３で受信される。Ｗ０は超音波発信器Ｒ０から対象物２への入射波、Ｗ１〜Ｗ３は対象物２から超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３への反射波である。
【００２５】
３次元空間での超音波発信器Ｒ０の位置座標をＰ（０，０，０）、超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３の位置座標をそれぞれ、Ｐ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｐ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、Ｐ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、対象物２の位置座標をＰ（ｘ，ｙ，ｚ）、超音波発信器Ｒ０から発信された超音波が発信されてから、対象物２に照射されるまでの時間をｔ０、超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３に受信されるまでの時間をそれぞれｔ１、ｔ２、ｔ３、超音波の速度をｖとすると、対象物２の位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）は（式１）〜（式４）から求められる。
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋（ｚ−ｚ１）２＝（ｖ×（ｔ１−ｔ０））２
・・・（式１）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋（ｚ−ｚ２）２＝（ｖ×（ｔ２−ｔ０））２
・・・（式２）
（ｘ−ｘ３）２＋（ｙ−ｙ３）２＋（ｚ−ｚ３）２＝（ｖ×（ｔ３−ｔ０））２
・・・（式３）
ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ０）２  ・・・（式４）
【００２６】
すなわち、（式１）〜（式４）において、Ｐ（０，０，０）、Ｐ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｐ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、Ｐ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）の位置は固定されているので、ｔ１、ｔ２、ｔ３を測定すれば、未知数はｘ，ｙ，ｚとｔ０のみであり、連立方程式を解くことにより、未知数を求めることができる。
【００２７】
また、図２に示すように、監視装置１は、複数の超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３のうちのいずれか１つが超音波発信器Ｒ０と隣接して配置するようにしてもよい。このようにすると、測定すべき距離の未知部分、又は測定すべき時間の未知部分を短くでき、測定精度を向上できる。
【００２８】
より具体的には、例えば図１での３個の超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３の内の１つの超音波受信部Ｒ１を発信器Ｒ０に隣接して配置する。超音波発信器Ｒ０から発信された超音波Ｗ０が対象物２に到達する時間ｔ０が、超音波発信器Ｒ０から発信された超音波Ｗ０が超音波受信部Ｒ１に受信されるまでの時間ｔ１の１／２に等しくなるので、ｔ２、ｔ３を（式５）、（式６）を用いて、ｔ２’、ｔ３’で置換することにより、（式１）〜（式３）を（式７）〜（式９）に置換できる。未知の測定距離又は未知の測定時間が１／２になり、測定精度を向上できる。すなわち、ｔ２及びｔ３の測定誤差を半減できる。
【００２９】
ｔ２’＝ｔ２−ｔ１／２  ・・・（式５）
ｔ３’＝ｔ３−ｔ１／２  ・・・（式６）
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ１／２）２  ・・・（式７）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋（ｚ−ｚ２）２＝（ｖ×ｔ２’）２  ・・・（式８）
（ｘ−ｘ３）２＋（ｙ−ｙ３）２＋（ｚ−ｚ３）２＝（ｖ×ｔ３’）２  ・・・（式９）
【００３０】
図３に超音波発信器Ｒ０と３個の超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３とを１つのモジュールＭにまとめた構成を模式的に示す。第１の実施の形態の構成はこのようなものとする。超音波発信器Ｒ０を中心にして、その周囲に３個の超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３がほぼ１２０度の角度をなして放射状に配置されている。この場合、超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３のｚ座標は０で一定であり、超音波が対象物２（人物）から各超音波受信部Ｒｉ（ｉ＝１〜３）に到達するまでの時間は、ｔｉ／２で近似されるので、（式１）〜（式３）を（式１０）〜（式１２）のように表示でき、対象物２の位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）は３元連立方程式で求められる。このようにすると、発信器Ｒ０と受信部Ｒ１〜Ｒ３間の距離は固定され、位置座標を求めるのに便宜である他、搬送及び取り付けが容易になる。
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ１／２）２  ・・・（式１０）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ２／２）２  ・・・（式１１）
（ｘ−ｘ３）２＋（ｙ−ｙ３）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ３／２）２  ・・・（式１２）
【００３１】
図４の模式的斜視図に示すように、モジュールＭは、例えばトイレット等の他人の目につかない部屋にいる人物２に異常がないかを監視するために、部屋の天井に設置されているものとする。なお図示ではモジュールＭは天井の中央付近に配置される。このように本実施の形態では監視装置１はトイレ室内を監視する場合で説明するが、例えばトイレット等の閉空間の他、屋外のような開放された空間でも用いることができる。
【００３２】
モジュールＭ言い換えれば超音波発信器Ｒ０及び超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３が部屋の天井に設置され、対象物２が人物の場合には、通常は、まず、頭頂部からの反射波が検出され、順次、肩、手、胴体、足からの反射波が検出される。さらに周囲の静止物体からの反射波があり、特に床からの反射波が強くなる。超音波の大気中での速度ｖは約３４０ｍ／ｓｅｃなので、超音波が発信されてから、対象物２で反射され、受信されるまでの進行距離が２〜６ｍ程度であれば、ｔ１〜ｔ３は６〜１８ｍｓｅｃ程度である。直立状態で頭頂部から足の甲までの距離は通常、１〜２ｍであり、椅子（便座）等に座した状態でも１ｍ程度なので、例えばモジュールＭの設置高さ（床から天井までの距離）を２．５ｍとすると、反射波の検出時間は立位の場合約３〜１５ｍｓｅｃと、座位の場合約９〜１５ｍｓｅｃと広がりをもつ。またトイレットのような閉空間では、超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３による対象物２で反射された波の検出時間を、波が監視空間内で最も遠い距離にあるもので反射され、受信されるまでの時間とすればよい。ここでは最も遠い距離にあるものは床であるので検出時間は１５ｍｓｅｃとすればよい。言い換えれば受信波のサンプリング時間は１５ｍｓｅｃとすればよい。ここでは検出間隔（サンプリング間隔）は、後述の時間ΔＴに相当する（例えば図１０参照）。
【００３３】
図５に監視装置１の回路構成の例を示す。超音波発信器Ｒ０は、送信パルス発生器Ｓ１と、送信用ドライブ回路Ｓ２と、発信素子Ｓ３とを含んで構成される。超音波発信器Ｒ０では、送信パルス発生器Ｓ１により発生（発振）したパルスで送信用ドライブ回路Ｓ２を駆動し、発信素子Ｓ３から超音波パルスを発信する。超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３は、超音波発信器Ｒ０から発信され、対象物２で反射された波を受信する複数の受信器としての受信素子Ｓ４１〜Ｓ４３と、各受信素子Ｓ４１〜Ｓ４３で受信された波を増幅する複数の増幅器としての信号増幅回路Ｓ５１〜Ｓ５３と、検波回路Ｓ６１〜Ｓ６３とを含んで構成される。超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３では、受信素子Ｓ４１〜Ｓ４３で超音波の反射波を受信し、直流成分をカットした後に信号増幅回路Ｓ５１〜Ｓ５３で増幅する。信号増幅回路Ｓ５１〜Ｓ５３として例えば負帰還型差動オペアンプ増幅回路を用い、例えばおよそ１０００倍（６０ｄＢ）程度の増幅率で増幅する。なおここでは信号増幅回路Ｓ５１〜Ｓ５３の増幅率は、後述の増幅器制御手段により変更可能である。あるいは可変可能である。増幅信号は検波回路Ｓ６１〜Ｓ６３で半波整流および包絡検波処理される。半波整流は例えば２個のショットキーバリアダイオードを用いて行い、包絡検波は例えばＲＣ遅延回路により行う。受信部Ｒ１〜Ｒ３の検波回路Ｓ６１〜Ｓ６３の出力は受信波形測定装置Ｓ７に導かれる。受信波形測定装置Ｓ７についてはあとで詳述する。また包絡検波処理については図１１で説明する。
【００３４】
なお、超音波の発信素子Ｓ３と超音波の受信素子Ｓ４１〜Ｓ４３としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などのセラミック圧電素子やＰＶＤＦ（ポリ弗化ビニリデン）などのポリマー系圧電素子を用いることができる。
【００３５】
また監視装置１は、受信波形測定装置Ｓ７を備えている。受信波形測定装置Ｓ７では、スイッチ回路Ｓ７１で検波回路Ｓ６１〜Ｓ６３からの出力を順次切り替えて、Ａ／Ｄ変換回路Ｓ７２に導き、Ａ／Ｄ変換回路Ｓ７２でアナログ／デジタル変換を行い、中央処理ユニット（ＣＰＵ）Ｓ７３に導く。中央処理ユニットＳ７３では、記憶回路Ｓ７４を用いて超音波の波形データ、測定データ及び演算データを記憶し、演算回路Ｓ７５を用いて各種演算を行う。測定結果及び演算結果は中央処理ユニットＳ７３の制御により外部出力回路Ｓ７６から出力される。なお記憶回路Ｓ７４は、受信素子Ｓ４１〜Ｓ４３で受信された波の波形を記憶する波形記憶手段でもある。受信波形測定装置Ｓ７の演算回路Ｓ７５と記憶回路Ｓ７４については図６、図７で後述する。
【００３６】
さらに監視装置１は、空間内に存在する媒体の温度を測定する温度センサＳ８を備えている。ここでは媒体は大気（空気）である。超音波の大気中での速度ｖは、大気温度が１４℃のときに約３４０ｍ／ｓｅｃであるが、温度により変化する。温度センサＳ８により大気温度を測定することで、測定された温度に対応する正確な超音波の速度ｖを、例えば上述した位置座標に用いることができる。即ち正確な位置座標を算出できる。
【００３７】
図６に本実施の形態における受信波形測定装置Ｓ７の演算回路Ｓ７５の構成の例を示す。演算回路Ｓ７５は、信号増幅回路Ｓ５１〜Ｓ５３による増幅の増幅率を制御する増幅器制御手段Ａと、超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３で第１の時点としての第１の時間Ｔに受信された波で信号増幅回路Ｓ５１〜Ｓ５３により増幅された第１の波形と、第１の時間Ｔと異なる第２の時点としての第２の時間Ｔ＋ΔＴに受信された波で信号増幅回路Ｓ５１〜Ｓ５３により増幅された第２の波形との差の波形を演算する差波形演算手段Ｃと、前記差の波形が検出された場合には、前記差の波形に基づいて、前記波が、超音波発信器Ｒ０から発信されてから、対象物２で反射され、超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３で受信されるまでの所要時間ｔ１〜ｔ３を測定する所要時間測定手段Ｂと、超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３で差の波形が検出された場合に、対象物２が動いたと判定する判定手段Ｄと、超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３で測定された所要時間ｔ１〜ｔ３と対象物２の位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）との関係を示す連立方程式から、対象物２の位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める位置算定手段Ｅと、対象物２の位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）の時間変化から対象物２の移動量ΔＰ（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）及び移動速度Ｕ（ｄｘ／ΔＴ，ｄｙ／ΔＴ，ｄｚ／ΔＴ）を求める移動情報算定手段Ｆとを含んで構成されている。なお判定手段は、超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３のうちいずれかの超音波受信部Ｒｉで前記差の波形が検出された場合に、対象物２が動いたと判定する。また、判定手段Ｄは、差の波形における差の絶対値が任意の時間に所定の閾値を越えた場合に対象物２が動いたと判定する。このようにすると、ノイズによる誤測定を防止できる。
【００３８】
なお差の波形の検出された場合とは、例えば第１の波形と第２の波形との差の波形の値（例えば振幅）が閾値以上であった場合のことをいう。このようにすると、ノイズによる誤測定を防止できる。また増幅器制御手段Ａは、超音波発信器Ｒ０から波を発信した発信時点からの経過時間のｎ乗に比例する増幅率で前記増幅を行うように増幅率を制御するように構成されている。ここでｎ乗は、例えば２乗あるいは４乗である。ここではｎ乗は２乗である場合で説明する。これは大気中を進行する波（超音波）が経過時間（移動距離とも言い換えられる）の２乗に比例して減衰するためである。このようにすることで、例えば超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３より受信される超音波の減衰を相殺できるので、正確な波形が得られる。また、検出可能な距離が長くなる。言い換えればより遠くにある対象物で反射された波形が得やすい。
【００３９】
また、上記ｎ乗は４乗としてもよい。これは、上記減衰に加えて、対象物２で反射される超音波の量が超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３からの距離（超音波の移動距離とも言い換えられる）の２乗に比例して小さくなるためである。言い換えれば、対象物２で反射される超音波の量が、超音波発信器Ｒ０から波を発信した発信時点からの経過時間の２乗に比例して小さくなる。即ち、超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３より受信される超音波は、超音波発信器Ｒ０から波を発信した発信時点からの経過時間４乗に比例して減衰するためである。このようにすることで、例えば対象物２で反射される超音波のより正確な波形が得やすい。また、増幅器制御手段による増幅は、超音波発信器Ｒ０から波を発信した発信時点から、超音波発信器Ｒ０が次の波を発信する発信時点までの期間について行う。言い換えれば、第１の時間Ｔから第２の時間Ｔ＋ΔＴの期間について行う。
【００４０】
図７に本実施の形態における受信波形測定装置Ｓ７の記憶回路Ｓ７４の構成の例を示す。記憶回路Ｓ７４は、メモリＭ０〜Ｍ９を含んで構成されている。Ｍ０は増幅器制御手段で設定される増幅率ａ１を、Ｍ１は第１の時間Ｔに受信された波に対応する第１の波形を、Ｍ２は第２の時間Ｔ＋ΔＴに受信された波に対応する第２の波形を、Ｍ３は第１の波形と第２の波形との差の波形を、Ｍ４は超音波が第１の時間Ｔで超音波発信器Ｒ０から発信されてから超音波受信部Ｒ１で受信されるまでの所要時間ｔ１を、Ｍ５は超音波が第２の時間Ｔ＋ΔＴで発信器Ｒ０から発信されてから超音波受信部Ｒ１で受信されるまでの所要時間ｔ１＋Δｔ１を、Ｍ６は第１の時間Ｔにおいて、位置算定手段Ｅで測定された対象物２の位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を、Ｍ７は第２の時間Ｔ＋ΔＴにおいて、位置算定手段Ｅで測定された対象物２の位置座標Ｐ（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｙ，ｚ＋ｄｚ）を、Ｍ８は時間Ｔ〜Ｔ＋ΔＴの間に対象物が移動した移動量ΔＰ（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を、Ｍ９は時間Ｔ〜Ｔ＋ΔＴの間に対象物が移動した移動速度Ｕ（ｄｘ／ΔＴ，ｄｙ／ΔＴ，ｄｚ／ΔＴ）をそれぞれ記憶する。
【００４１】
なお、上述した増幅器制御手段Ａ、所要時間測定手段Ｂ、差波形演算手段Ｃ、判定手段Ｄ、メモリＭ０〜Ｍ５は各超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３毎に設けられ、位置算定手段Ｅ、移動情報算定手段Ｆ、メモリＭ６〜Ｍ９は監視装置に１つ設けられる。
【００４２】
ここで図８に超音波発信器Ｒ０からの超音波発信信号を模式的に示す。例えば、周波数４０ｋＨｚとすると１ｍｓｅｃ当り４０周期分が発信される。もし、パルス幅を１ｍｓｅｃとすると、１パルスに４０周期分の搬送波が含まれ、約３４ｃｍ長の波束となって空中を伝播する。
【００４３】
図９に超音波受信部Ｒ１での受信信号を模式的に示す。以後超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３については、受信部Ｒ１について代表的に説明するが、超音波受信部Ｒ２、Ｒ３についても同様のことが云える。図示では超音波が発信されてから時間ｔ１後に反射波が検出されている。ただし、発信波Ｗ０及び反射波Ｗ１〜Ｗ３はそれぞれ立体的に広がり、さらに、対象物２の反射位置には広がりがあるので、検波強度が弱くなると共に、検出波の波形がブロードになる。なおここでの波形は受信された波を電力又は電位で検出した時の経時変化で表したものである。即ち、第１の波形及び第２の波形も増幅された波を電力又は電位で検出した時の経時変化で表したものである。なお、図８と図９とでは横軸（時間軸）のスケールが異なる。図９の方が図８よりも大きいスケールで示している。
【００４４】
次に、図１０に信号増幅回路Ｓ５１での増幅信号を模式的に示す。ここでは超音波発信器Ｒ０から波Ｗ０−１を発信した発信時点（第１の時間Ｔ）から、次の波Ｗ０−２を発信する発信時点（第２の時間Ｔ＋ΔＴ）までの期間について示す。図示のように、超音波受信部Ｒ１の受信素子Ｓ４１での受信信号は経過時間の２乗比例して検波強度が弱くなる（図中２点鎖線で表示）。増幅器制御手段Ａにより、超音波発信器Ｒ０から波を発信した発信時点（時間Ｔ）からの経過時間の２乗に比例する増幅率ａ１（＝ｆ（ｔ２））で受信信号の増幅を行うように増幅率を制御することで、経過時間言い換えれば検出距離が長くなっても正確な波形を得ることができる。即ち検出可能な範囲（距離）が拡大する。
【００４５】
図１１に検波回路Ｓ６１による包絡検波処理後の受信信号の例を模式的に示す。包絡検波処理後の信号を点線で示す。超音波発信器Ｒ０から発信された超音波が、超音波受信部Ｒ１の受信素子Ｓ４１で時間ｔ１から検出終了時間ｔｅまでの間に検出され、さらに信号増幅回路Ｓ５１で増幅される。反射波の広がり等のために、実際の波形は模式図のようにきれいではないが、図に示すようなブロードな包絡線の波形が得られる。
【００４６】
もし、対象物２に動きがなければ、図１１に示す受信波の形状は変化しない。ところで、時間ＴからＴ＋ΔＴの間に、対象物２が動いたものとする。例えば、対象物２がトイレットの便座から立ち上がったとする。頭頂部は超音波発信器Ｒ０及び超音波受信部Ｒ１に共に近づくので、発信から受信までの所要時間はｔ１より短くなる。また、便座から倒れてうつ伏せ状態になったとすると、頭頂部は超音波発信器Ｒ０及び超音波受信部Ｒ１に共に遠のくので、発信から受信までの所要時間はｔ１より長くなる。もし、立ち上がった時に、ΔＴ（例えば０．１ｓｅｃ）の間に、頭頂部が１０ｃｍ高くなったとしたら、超音波の往復距離は約２０ｃｍ短くなるので、Δｔ１（約０．６ｍｓｅｃ）だけ早くなる。よって、受信開始時間は短くなる方にΔｔ１だけシフトする。逆に、倒れた時に、ΔＴ（例えば０．１ｓｅｃ）の間に、頭頂部が１０ｃｍ低くなったとしたら、超音波の往復距離は約２０ｃｍ長くなるので、受信開始時間はΔｔ１（約０．６ｍｓｅｃ）だけ遅くなる方にシフトする。時間間隔ΔＴについては、例えば、対象物２（人物等）の変化を検出でき、かつ変化が微小量で、その変化をたどれば移動の軌跡が得られるような時間間隔を選択すれば良い。
【００４７】
なおここでは、所要時間ｔ１は波形が所定の閾値を越えた最初の時間とするとよい。但しこの場合には、例えば対象物より高い位置（超音波受信部に近い位置）に背景である物が存在する場合にはそれを考慮する必要がある。例えば対象物よりも近い位置にある背景を予め把握しておき、その背景に対応する部位を無視した波形で所定の閾値を越えた最初の時間とするとよい。このようにすることで例えば超音波発信器から発信された超音波が対象物である人物の頭頂部で反射され超音波受信部で受信されるまでの所要時間、言い換えれば対象物までの最短距離に対応する所要時間の測定が容易である。
【００４８】
図１２に、超音波発信器Ｒ０から第１の時間Ｔで発信された超音波の超音波受信部Ｒ１での受信波形（第１の波形）を模式的に示す。包絡検波処理後の信号を点線で示す。
【００４９】
図１３に、超音波発信器Ｒ０から第２の時間Ｔ＋ΔＴで発信された超音波の超音波受信部Ｒ１での受信波形（第２の波形）を模式的に示す。包絡検波処理後の信号を点線で示す。概して云えば、第１の波形からΔｔ１遅くなる方にシフトしている。
【００５０】
図１４に、図１２及び図１３で検出された２つの波形の差の波形を模式的に示す。第２の波形は第１の波形に比して受信開始時間がΔｔ１遅くなる方にシフトしているので、時間がｔ１からｔ１＋α１まではマイナス方向の波形が現れ、時間がｔ１＋α１からｔ１＋α１＋α２までプラス方向の波形が現れている。ここにα１及びα２は対象物の移動距離等を反映した値になっている。
【００５１】
図１５に本実施の形態における対象物２の動きの検出及び位置測定の処理フローの例を示す。まず増幅器制御手段ＡによりメモリＭ０に記憶された増幅率ａ１＝ｆ（ｔ２）が信号増幅回路Ｓ５１に設定される（ステップＳ１０１）。そして超音波発信器Ｒ０により第１の時間Ｔに超音波Ｗ０−１が発信される（ステップＳ１０３）。第１の時間Ｔで発信された超音波は、超音波受信部Ｒ１の受信素子Ｓ４１で受信され、信号増幅回路Ｓ５１により増幅率ａ１＝ｆ（ｔ２）で増幅された後、第１の波形がメモリＭ１に記憶される（ステップＳ１０５）。次に、超音波発信器Ｒ０により第２の時間Ｔ＋ΔＴに超音波Ｗ０−２が発信される（ステップＳ１０７）。第２の時間Ｔ＋ΔＴで発信された超音波は、受信素子Ｓ４１で受信され、信号増幅回路Ｓ５１により増幅率ａ１＝ｆ（ｔ２）で増幅された後、第２の波形がメモリＭ２に記憶される（ステップＳ１０９）。次に、差波形演算手段Ｃで第１の波形と第２の波形が比較され、差の波形が演算されて、メモリＭ３に記憶される（ステップＳ１１５）。このように第１の波形と第２の波形との差を取ることで、動きの無い対象物は波形が相殺されて消える。結果として、動きのある対象物からの反射波だけが残る。これにより所要時間ｔ１の検出が効率よく行える。また所要時間ｔ１の検出が容易となる。差の波形が検出された場合には、所要時間測定手段Ｂにより、第１の波形から、超音波が発信されてから受信されるまでの所要時間ｔ１が検出されてメモリＭ４に記憶され（ステップＳ１１１）、第２の波形から、超音波が発信されてから受信されるまでの所要時間ｔ１＋Δｔ１が検出されてメモリＭ５に記憶される（ステップＳ１１３）。
【００５２】
前述の通り、対象物２が静止している限り、第１の波形と第２の波形は同じであり、差の波形は検出されない。対象物２が動いた時には、第１の波形と第２の波形との間に差異が生じ、差の波形が検出される。判定手段Ｄでは、差の波形が検出されるのを監視し、検出された場合に対象物２が動いたと判定する（ステップＳ１１７）。検出する際に、閾値を設定し、例えば、差の波形において、差の絶対値が任意の時間に所定の閾値を越えた場合に対象物２が動いたと判定する（ステップＳ１１７がＹｅｓ）。これにより、ノイズによる誤測定を防止できる。
【００５３】
対象物２の動きが検出されない時は（ステップＳ１１７がＮｏ）、再びパルス発信に戻り（ステップＳ１０３へ戻り）、受信素子Ｓ４１はΔＴ間隔で超音波の受信を継続する。超音波発信器Ｒ０からは、ΔＴ（例えば０．１ｓｅｃ）間隔で超音波パルスが発信され、パルス幅Ｐｗは例えば１ｍｓｅｃとする。１ｍｓｅｃの間には４０ｋＨｚの超音波の粗密波の４０周期分が含まれる。時間間隔ΔＴについては、例えば、対象物２（人物等）の変化を検出でき、かつ変化が微小量で、その変化をたどれば移動の軌跡が得られるような時間間隔を選択すれば良い。時間間隔ΔＴ毎に、受信素子Ｓ４１に受信波形が検出される。
【００５４】
なお、第２の時間Ｔ＋ΔＴからさらにΔＴ後に新たな超音波を受信し、先に受信された第２の波形を新たな第１の波形とし、新たに受信された波形を新たな第２の波形として、第１の波形と第２の波形の差の波形が演算され、新たな第１の波形、新たな第２の波形、新たな差の波形がそれぞれ、メモリＭ１〜Ｍ３に記憶される。また、超音波が発信されてから受信されるまでの所要時間ｔ１、ｔ１＋Δｔ１についても、それぞれ、第１の波形及び第２の波形から検出されて、メモリＭ４，Ｍ５に記憶される。ここで、メモリＭ２のデータをメモリＭ１に移動し、メモリＭ１に新たな第２の波形を取り込むようにすると、差の波形の演算は常にメモリＭ２のデータとメモリＭ１のデータ間で演算を行えば良い。また、メモリＭ５のデータをメモリＭ４に移動し、メモリＭ５に新たな所要時間ｔ１＋Δｔ１をとりこむようにすると、常に所要時間ｔ１はメモリＭ４に、所要時間ｔ１＋Δｔ１はメモリＭ５に記憶されることになる。以下、時間間隔ΔＴ毎に波形の受信と差の波形の演算、及び所要時間の検出が繰り返し行われる。また、超音波発信器Ｒ０による超音波の発信は一定間隔で次々と連続的に行われる。即ち時間間隔ΔＴ毎に波形の受信と差の波形の演算、及び所要時間の検出が一定間隔で連続的に行われる。
【００５５】
これまでの工程について、超音波受信部Ｒ１について説明したが、超音波受信部Ｒ２及び超音波受信部Ｒ３でも、同様に、Ｓ１０１〜Ｓ１１７のステップが繰り返し行われる。したがって、受信部Ｒ２及び受信部Ｒ３に関し、時間Ｔにおける受信波形、Ｔ＋ΔＴにおける受信波形、これらの差の波形、超音波が時間Ｔ及びＴ＋ΔＴで発信されてから受信部Ｒ２に受信されるまでの所要時間ｔ２及びｔ２＋Δｔ２、超音波が時間Ｔ及びＴ＋ΔＴで発信されてから受信部Ｒ３に受信されるまでの所要時間ｔ３及びｔ３＋Δｔ３がメモリＭ４及びＭ５に記録される。また、時間ＴからＴ＋ΔＴの間に受信部Ｒ１で差の波形が検出されない場合には、通常、受信部Ｒ２及び受信部Ｒ３でも差の波形が検出されないし、受信部Ｒ１で差の波形が検出される場合には、通常、受信部Ｒ２及び受信部Ｒ３でも差の波形が検出される。
【００５６】
時間ＴからＴ＋ΔＴの間に対象物２に動きがあり、差の波形が検出され、ステップＳ１１７において判定手段Ｄで対象物２が動いたと判定すると、対象物２の位置測定が行われる。受信部Ｒ１に係る判定手段Ｄで対象物２が動いたと判定されると（ステップＳ１１７がＹｅｓ）、通常、受信部Ｒ２及び受信部Ｒ３に係る判定手段Ｄでも動いたと判定される。
【００５７】
次に、受信部Ｒ１〜Ｒ３に係るメモリＭ４から、所要時間ｔ１，ｔ２，ｔ３が抽出されて、（式１０）〜（式１２）に代入されると、これらの連立方程式から位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）の演算が可能になる。位置算定手段Ｅにより、時間Ｔにおける対象物２の位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を求めることができ、求めた位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）はメモリＭ６に記憶される（ステップＳ１１９）。また、受信部Ｒ１〜Ｒ３に係るメモリＭ５から、所要時間ｔ１＋Δｔ１、ｔ２＋Δｔ２、ｔ３＋Δｔ３が抽出されて、（式１０）〜（式１２）に代入されると、これらの連立方程式から位置Ｐ（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｘ，ｚ＋ｄｚ）の演算が可能になる。位置算定手段Ｅにより、時間Ｔ＋ΔＴにおける対象物２の位置座標Ｐ（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｘ，ｚ＋ｄｚ）を求めることができ、求めたＰ（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｙ，ｚ＋ｄｚ）はメモリＭ７に記憶される（ステップＳ１２１）。
【００５８】
さらに、移動情報算定手段Ｆにより、時間Ｔにおける対象物２の位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）と時間Ｔ＋ΔＴにおける対象物２の位置座標Ｐ（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｘ，ｚ＋ｄｚ）の差から、対象物の移動量ΔＰ（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を求めることができ、求めた移動量ΔＰ（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）はメモリＭ８に記録される（ステップＳ１２３）。また、移動量ΔＰ（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を時間ΔＴで除算することにより、移動速度Ｕ（ｄｘ／ΔＴ，ｄｙ／ΔＴ，ｄｚ／ΔＴ）を求めることができ、求めた移動速度Ｕ（ｄｘ／ΔＴ，ｄｙ／ΔＴ，ｄｚ／ΔＴ）はメモリＭ９に記憶される（ステップＳ１２５）。このように一連の処理が行われるが、再度スタートに戻って、超音波受信部Ｒ１はΔＴごとに超音波の受信を繰り返す。
【００５９】
対象物２が動き続ける間は、差の波形が検出され続ける。このような場合に、メモリＭ１に記憶された第１の波形のデータ及びメモリＭ３に記憶された差の波形のデータを、ΔＴ間隔で新たな波を受信する際に消去するのでなく、容量が大きく、多数の波形を記憶できる別のメモリＭ１’Ｍ３’にそれぞれ移動可能にしておけば、動きがあった場合の波形データと差の波形のデータを順次蓄積できる。また、時間ＴでメモリＭ４に記憶された所要時間ｔ１のデータも、ΔＴ間隔で新たな波を受信する際に消去するのでなく、容量が大きく、多数のデータを記憶できる別のメモリＭ４’に移動可能にしておけば、動きがあった場合の所要時間のデータを順次蓄積できる。
【００６０】
さらに、位置座標のデータについては、対象物２が動いている間は、メモリＭ６に記憶された対象物２の時間Ｔにおける位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を、ΔＴ間隔で、容量が大きく、多数のデータを記憶できる別のメモリＭ６’に移動し、メモリＭ７に記憶された対象物２の時間Ｔ＋ΔＴにおける位置座標Ｐ（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｙ，ｚ＋ｄｙ）を、メモリＭ７からメモリＭ６に移動し、新たに演算して求めた対象物２の位置座標Ｐ（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｙ，ｚ＋ｄｙ）をメモリＭ７に記憶することとし、時間ＴにおけるメモリＭ８及びＭ９に記憶された移動量ΔＰ（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）及び移動速度Ｕ（ｄｘ／ΔＴ，ｄｙ／ΔＴ，ｄｚ／ΔＴ）を、ΔＴ間隔で、多数のデータを記憶できる別のメモリＭ８’及びＭ９’にそれぞれ移動可能にしておけば、位置座標データ及び移動データを順次蓄積できる。そして、蓄積された位置座標データ及び移動データから、対象物２の移動軌跡を追随できる。
【００６１】
なお、以上では、所要時間の検出は、第１の波形と第２の波形との各々から所要時間ｔ１（ｔ１＋Δｔ１）を検出する場合で説明したがこれに限られない。例えば、差波形演算手段Ｃにより演算された差の波形（あるいは差波形の絶対値）が所定の閾値を最初に越えた時間を所要時間としてもよい。この場合所定の閾値はノイズ等の影響を考慮して設定する。このようにすると、背景が除かれた動きのある対象物の波形から所要時間を検出するので、動きのある対象物の位置（距離）を検出するのに好適である。
【００６２】
また、例えば差波形の演算で第２の波形から第１の波形を引く場合には、差波形のうち正の波形に着目し、正の波形が所定の閾値を最初に越えた時間を所要時間としてもよい。但しこの場合には、対象物が接近したときには、現在の対象物までの最短距離を反映する値となるが、対象物が遠ざかったときには、必ずしも現在の対象物までの最短距離を反映する値とはなり得ない（但しサンプリング間隔（ΔＴ）内に対象物の厚み分以上の動きがあれば最短距離を反映した値となる。）。
【００６３】
さらに別の方法としては、現在（時間Ｔ＋ΔＴ）とその直前（時間Ｔ）の位置の平均位置を求めるものとして、差波形の大きい方から２つのピークの平均位置、例えば１つの正のピークと１つの負のピークとの平均位置に対応する時間を所要時間としてもよい。あるいは差波形の絶対値が所定の閾値を越えた最短時間及び最長時間の平均を所要時間としてもよい。
【００６４】
このように、本実施の形態によれば、対象物２が動いた場合に、その動きを知ることができ、目の届かないトイレットの中等で人が倒れた時等の緊急時に即座にその動きを検出できる。また、超音波では、対象物の顔や容姿を検出する必要はなく、プライバシーを侵害することもない。
【００６５】
以下に、図面に基づき本発明の第２の実施の形態である監視装置１’について説明する。
第２の実施の形態の監視装置１’の構成は、第１の実施の形態の監視装置１と基本的に共通であるが、例えば増幅器制御手段Ａの代わりに後述する増幅器制御手段Ａ１が備えられている点で異なる。以下監視装置１’について説明するが、第１の実施の形態の監視装置１と共通する構成については出来るだけ省略して説明する。
【００６６】
図１６に第２の実施の形態における受信波形測定装置Ｓ７の演算回路Ｓ７５（図５参照）と記憶回路Ｓ７４（図５参照）の構成の例を示す。増幅器制御手段Ａ１は、波形記憶手段としての記憶回路Ｓ７４により過去に記憶された波形に基づいて、増幅率を決定するように構成されている。過去に記憶された波形とは、例えば１つ前に取得した波形である。具体的には第２の時間から見ると、過去に記憶された波形は第１の時間の波形である。さらに言えばメモリＭ１に記憶された波形である。第１の実施の形態で前述したように、大気中を進行する超音波は、経過時間の２乗に比例して減衰する。また、対象物２で反射される超音波の量は、超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３からの距離の２乗に比例して小さくなる。このため、適切なレベルの波形を得にくい。増幅器制御手段Ａ１は、１つ前に取得した波形に基づいて増幅率を決定することで、例えば１つ前の波を適切なレベルに増幅できる増幅率を今回の増幅率として採用できるので最適な増幅率を設定することができる。このようにすることで、適切なレベルの波形を得ることができるので、例えば対象物の距離や大きさの影響を受けにくくなる。即ち正確な波形が得られる。また、増幅器制御手段Ａ１による増幅は、超音波発信器Ｒ０から波を発信した発信時点から、超音波発信器Ｒ０が次の波を発信する発信時点までの期間について行う。言い換えれば、第１の時間Ｔから第２の時間Ｔ＋ΔＴの期間について行う。また記憶回路Ｓ７４のメモリＭ０は増幅器制御手段Ａ１で設定される増幅率ａ２を記憶するように構成されている。なお、上述した増幅器制御手段Ａ１、メモリＭ０は各超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３毎に設けられる。
【００６７】
なお、所要時間測定手段Ｂ、差波形演算手段Ｃ、判定手段Ｄ、位置算定手段Ｅ、移動情報算定手段Ｆについては、第１の実施の形態の受信波形測定装置Ｓ７の演算回路Ｓ７５と同様である。またメモリＭ１〜Ｍ９までは第１の実施の形態の記憶回路Ｓ７４と同様である。
【００６８】
次に、図１７に信号増幅回路Ｓ５１での増幅信号を模式的に示す。ここでは超音波発信器Ｒ０から波Ｗ０−１を発信した発信時点（第１の時間Ｔ）から、次の波Ｗ０−２を発信する発信時点（第２の時間Ｔ＋ΔＴ）までの期間、及び波Ｗ０−２を発信する発信時点（第２の時間Ｔ＋ΔＴ）から、さらに次の波Ｗ０−３を発信する発信時点（第３の時間Ｔ＋２ΔＴ）までの期間について示す。
【００６９】
図示のように、第１の時点Ｔに発信された超音波Ｗ０−１の受信素子Ｓ４１での受信信号は、信号増幅回路Ｓ５１により増幅率ａ２’で増幅され第１の波形を形成する。なお増幅率ａ２’は１つ前（ΔＴ前）の波形に基づいて決定されたものあるいは、予め設定したものである（例えば１つ前の波形が無い場合）。第１の波形のピークが、受信許容レベルに対して低い場合には、第１の波形のピークが例えば７０〜９５％、より好ましくは８０％程度になるような増幅率ａ２を決定するようにするとよい。また第１の波形のピークが、受信許容レベルに対して高い場合にも第１の波形のピークが例えば７０〜９５％、より好ましくは８０％程度になるような増幅率ａ２を決定するようにする。第２の時間Ｔ＋ΔＴに発信された超音波Ｗ０−２の受信素子Ｓ４１での受信信号は、決定された増幅率ａ２で信号増幅回路Ｓ５１により増幅され第２の波形を形成する。即ち、第２の波形は適切なレベルの波形となる。このようにすることで、例えば第１の波形のレベルに基づいて、第２の波形の適切な増幅率を決定することで、受信許容レベルを超えない（サチレーションを起こさない）ような増幅率を設定できる。また受信許容レベルを大幅に下回らない（例えば受信許容レベルの２０％以下）ような増幅率を設定できる。言い換えれば効率良く正確な波形を得ることができる。
【００７０】
なお、差波形演算手段Ｃによる第１の波形と第２の波形との差の波形の演算は、第１の波形での増幅率ａ２’と、第２の波形での増幅率ａ２とに基づいて行うようにする。言い換えれば、超音波受信部Ｒ１で第１の時間Ｔに受信された波で信号増幅回路Ｓ５１により第１の増幅率ａ２’で増幅された第１の波形と、第２の時間Ｔ＋ΔＴに受信された波で信号増幅回路Ｓ５１により第２の増幅率ａ２で増幅された第２の波形との差の波形の演算は、第１の増幅率ａ２’と第２の増幅率ａ２とに基づいて行うようにする。具体的には、例えば第１の波形を増幅率ａ２と同じ増幅率となるような増幅率（例えばａ２／ａ２’）でさらに増幅した波形を用いて差の波形を演算するようにする。即ち同じ増幅率に揃えて差の波形を演算する。逆に第２の波形を第１の波形に揃えて差の波形を演算してもよい。
【００７１】
さらに増幅率は対象物２の状態に基づいて決定するように構成してもよい。例えば監視空間内に対象物が存在しない場合（トイレットのときには空室状態）には、受信許容レベルのおよそ半分程度のレベルとなるような増幅率とするとよい。また増幅率は対象物２に関する受信信号が受信許容レベルを超えないようにする。例えば対象物が人物である場合には、頭部の位置（背の高さ）が推測できるので、頭部の位置の周辺の高さを示す受信信号のレベルに注目して増幅率を決定するとよい。言い換えれば頭部の位置の周辺より高い位置あるいは低い位置を示す受信信号は背景と扱う。
【００７２】
図１８に第２の実施の形態における対象物２の動きの検出及び位置測定の処理フローの例を示す。まず増幅器制御手段Ａ１によりメモリＭ０に記憶された増幅率ａ２’が信号増幅回路Ｓ５１に設定される（ステップＳ１３１）。そして超音波発信器Ｒ０により第１の時間Ｔに超音波Ｗ０−１が発信される（ステップＳ１３３）。第１の時間Ｔで発信された超音波は、超音波受信部Ｒ１の受信素子Ｓ４１で受信され、信号増幅回路Ｓ５１により増幅率ａ２’で増幅された後、第１の波形がメモリＭ１に記憶される（ステップＳ１３５）。増幅器制御手段Ａ１により、メモリＭ１に記憶された第１の波形に基づいて増幅率ａ２が決定され、メモリＭ０に記憶される。そして、メモリＭ０に記憶された増幅率ａ２が信号増幅回路Ｓ５１に設定される（ステップＳ１３６）。
【００７３】
次に、超音波発信器Ｒ０により第２の時間Ｔ＋ΔＴに超音波Ｗ０−２が発信される（ステップＳ１３７）。第２の時間Ｔ＋ΔＴで発信された超音波は、受信素子Ｓ４１で受信され、信号増幅回路Ｓ５１により増幅率ａ２で増幅された後、第２の波形がメモリＭ２に記憶される（ステップＳ１３９）。次に、差波形演算手段Ｃで第１の波形での増幅率ａ２’と第２の波形での増幅率ａ２が比較され、差の波形が演算されて、メモリＭ３に記憶される（ステップＳ１４５）。差の波形が検出された場合には、所要時間測定手段Ｂにより、第１の波形から、超音波が発信されてから受信されるまでの所要時間ｔ１が検出されてメモリＭ４に記憶され（ステップＳ１４１）、第２の波形から、超音波が発信されてから受信されるまでの所要時間ｔ１＋Δｔ１が検出されてメモリＭ５に記憶される（ステップＳ１４３）。以下の処理は第１の実施の形態と同様である（図１５の説明参照）。
【００７４】
以下に、図面に基づき本発明の第３の実施の形態である監視装置１”について説明する。
第３の実施の形態の監視装置１”の構成は、第１の実施の形態の監視装置１と基本的に共通であるが、例えば増幅器制御手段Ａの代わりに後述する発信器制御手段Ａ２が備えられている点で異なる。以下監視装置１”について説明するが、第１の実施の形態の監視装置１と共通する構成については出来るだけ省略して説明する。
【００７５】
図１９に第３の実施の形態における受信波形測定装置Ｓ７の演算回路Ｓ７５（図５参照）と記憶回路Ｓ７４（図５参照）の構成の例を示す。発信器制御手段Ａ２は、波形記憶手段としての記憶回路Ｓ７４により過去に記憶された波形に基づいて、超音波発信器Ｒ０により発信する波の大きさを制御するように構成されている。具体的には発信器制御手段Ａ２は、超音波発信器Ｒ０の送信用ドライブ回路Ｓ２（図５参照）を制御することで発信する超音波の大きさを可変させる。第２の実施の形態で前述したような理由で適切なレベルの波形を得にくい。発信器制御手段Ａ２は、例えば１つ前に取得した波形に基づいて波の大きさ即ち超音波の出力レベルを決定することで、例えば１つ前（直前）の波を適切なレベルで受信できる超音波の出力できるので最適なレベルの受信波形を得ることができる。このようにすることで、適切なレベルの波形を得ることができるので、例えば対象物の距離や大きさの影響を受けにくくなる。即ち正確な波形が得られる。また記憶回路Ｓ７４のメモリＭ０は発信器制御手段Ａ２で設定される超音波の出力レベルＰａを記憶するように構成されている。なお、上述した発信器制御手段Ａ２、メモリＭ０は各超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３毎に設けられる。
【００７６】
なお、所要時間測定手段Ｂ、差波形演算手段Ｃ、判定手段Ｄ、位置算定手段Ｅ、移動情報算定手段Ｆについては、第１の実施の形態の受信波形測定装置Ｓ７の演算回路Ｓ７５と同様である。またメモリＭ１〜Ｍ９までは第１の実施の形態の記憶回路Ｓ７４と同様である。
【００７７】
次に、図２０に超音波発信器Ｒ０により送信される超音波の出力レベルと、信号増幅回路Ｓ５１での増幅信号を模式的に示す。ここでは超音波発信器Ｒ０から波Ｗ０−１を発信した発信時点（第１の時間Ｔ）から、次の波Ｗ０−２を発信する発信時点（第２の時間Ｔ＋ΔＴ）までの期間、及び波Ｗ０−２を発信する発信時点（第２の時間Ｔ＋ΔＴ）から、さらに次の波Ｗ０−３を発信する発信時点（第３の時間Ｔ＋２ΔＴ）までの期間について示す。
【００７８】
図示のように、第１の時点Ｔに出力レベルＰａ１で発信された超音波Ｗ０−１の受信素子Ｓ４１での受信信号は、信号増幅回路Ｓ５１により増幅され第１の波形を形成する。なお超音波の出力レベルＰａ１は１つ前（ΔＴ前）の波形に基づいて決定されたものあるいは、予め設定したものである（例えば１つ前の波形が無い場合）。発信器制御手段Ａ２は、第１の波形のピークが、受信許容レベルに対して低い場合には、第１の波形のピークが例えば７０〜９５％、より好ましくは８０％程度になるような超音波の出力レベルＰａ２を決定するようにするとよい。また第２の時間Ｔ＋ΔＴに発信された超音波Ｗ０−２の受信素子Ｓ４１での受信信号は、信号増幅回路Ｓ５１により増幅され第２の波形を形成する。このようにすることで、第２の波形は適切なレベルの波形となる。
【００７９】
なお、差波形演算手段Ｃによる第１の波形と第２の波形との差の波形の演算は、第１の波形での超音波の出力レベルＰａ１と、第２の波形での超音波の出力レベルＰａ２とに基づいて行うようにする。言い換えれば、超音波発信器Ｒ０で第１の時間Ｔに第１の出力レベルＰａ１で発信された超音波Ｗ０−１に対応する第１の波形と、第２の時間Ｔ＋ΔＴに第２の出力レベルＰａ２で発信された超音波Ｗ０−２に対応する第２の波形との差の波形の演算は、第１の出力レベルＰａ１と第２の出力レベルＰａ２とに基づいて行うようにする。具体的には、例えば第１の出力レベルＰａ１で発信された超音波Ｗ０−１に対応する第１の波形を、第２の出力レベルＰａ２で発信した場合と同じとなるような増幅率（例えばＰａ２／Ｐａ１）でさらに増幅した波形を用いて差の波形を演算するようにする。即ち超音波が第２の出力レベルＰａ２と同じ出力レベルで発信された場合と同等になるように第１の波形の信号レベルを増幅して差の波形を演算する。言い換えれば第１の波形の信号レベルを第２の波形の信号レベルに揃えて差の波形を演算する。また逆に第２の波形を第１の波形に揃えて差の波形を演算してもよい。
【００８０】
図２１に第３の実施の形態における対象物２の動きの検出及び位置測定の処理フローの例を示す。まず発信器制御手段Ａ２によりメモリＭ０に記憶された出力レベルＰａ１で、超音波発信器Ｒ０により第１の時間Ｔに超音波Ｗ０−１が発信される（ステップＳ１５３）。第１の時間Ｔで発信された超音波は、超音波受信部Ｒ１の受信素子Ｓ４１で受信され、信号増幅回路Ｓ５１により増幅された後、第１の波形がメモリＭ１に記憶される（ステップＳ１５５）。そして発信器制御手段Ａ２により、メモリＭ１に記憶された第１の波形に基づいて超音波の出力レベルＰａ２が決定され、メモリＭ０に記憶される。
【００８１】
次に、超音波発信器Ｒ０により出力レベルＰａ２で第２の時間Ｔ＋ΔＴに超音波Ｗ０−２が発信される（ステップＳ１５７）。第２の時間Ｔ＋ΔＴで発信された超音波は、受信素子Ｓ４１で受信され、信号増幅回路Ｓ５１により増幅された後、第２の波形がメモリＭ２に記憶される（ステップＳ１５９）。次に、差波形演算手段Ｃで第１の波形での超音波の出力レベルＰａ１と、第２の波形での超音波の出力レベルＰａ２とが比較され、差の波形が演算されて、メモリＭ３に記憶される（ステップＳ１５５）。差の波形が検出された場合には、所要時間測定手段Ｂにより、第１の波形から、超音波が発信されてから受信されるまでの所要時間ｔ１が検出されてメモリＭ４に記憶され（ステップＳ１６１）、第２の波形から、超音波が発信されてから受信されるまでの所要時間ｔ１＋Δｔ１が検出されてメモリＭ５に記憶される（ステップＳ１６３）。以下の処理は第１の実施の形態と同様である（図１５の説明参照）。
【００８２】
なお以上では、信号増幅回路Ｓ５１を備えている場合で説明したが、特に備えなくてもよい。この場合には、差波形演算手段Ｃは、超音波受信部Ｒ１で第１の時点に受信された波の第１の波形と、前記第１の時点と異なる第２の時点に受信された波の第２の波形との差の波形を演算するように構成するとよい。また、監視装置１”は、第１の実施の形態で説明した増幅器制御手段Ａあるいは第２の実施の形態で説明した増幅器制御手段Ａ１をさらに備えてもよい。
【００８３】
以上、本発明の実施の形態の監視装置について説明したが、実施の形態はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変更を加えうることは明白である。
例えば、超音波受信部の数は４以上であっても良い。この場合、４以上の超音波受信部のうちから３個を選択すれば、超音波受信部が３個の場合と同様に対象物の位置及び動きを検出できる。また、３個の組み合わせを何組か形成し（１個が複数の組に所属しても良い）、これら位置座標や移動距離の測定結果から、最も妥当性の高いデータを選択しても良く、これらの平均値を算出しても良い。また、差の波形の検出における閾値に例えば差の波形（絶対値）の積分値を用いても良い。また、超音波受信部の数は１であっても良い。この場合には、超音波発信器から発信されてから、対象物で反射され、超音波受信部で受信されるまでの所要時間から、超音波受信部から対象物までの距離を算出するようにするとよい。超音波発信器と超音波受信部はともに指向性を持っており、真横への感度はほとんど無いので、対象物までの距離から対象物の位置を推測することもできる。
【００８４】
また、超音波受信部を全て天井に設置する必要はなく、壁やスタンドに設置しても良い。また、使用する波も音波、超音波、ラジオ波、マイクロ波、赤外線、可視光、紫外線などから選択可能であり、周波数も変更できる。また、パルスの周期（時間差）、パルス幅、発信素子、受信素子、受信部の回路構成など、種々変更可能である。また、第１の実施の形態の増幅器制御手段Ａと第２の実施の形態の増幅器制御手段Ａ１との両方を備えてもよい。言い換えれば、超音波発信器Ｒ０から波を発信した発信時点からの経過時間のｎ乗に比例する増幅率で前記増幅を行うように増幅率を制御し、さらに波形記憶手段により過去に記憶された波形に基づいて、増幅率を決定するように増幅器制御手段を構成してもよい。
【００８５】
以上説明したように、本発明により、プライバシーが損なわれるおそれがなく、単純な構成でありながら、例えば正確に対象物の動きや位置を測定できる監視装置を提供することができる。
【００８６】
以下に、図面に基づき本発明の第４の実施の形態である距離測定装置１００について説明する。第４の実施の形態の距離測定装置１００の構成は、第１の実施の形態の監視装置１と多くの部分で共通であるが、例えば差波形演算手段Ｃ、判定手段Ｄ、位置算定手段Ｅ、移動情報算定手段Ｆを備えておらず、後述する距離算出手段Ｇを備えている点で異なる。また超音波受信部を１つ備えている点でも異なる。以下監視装置１”について説明するが、第１の実施の形態の監視装置１と共通する構成については出来るだけ省略して説明する。
【００８７】
図２２に本実施の形態の測定原理を説明するために、装置の配置状態を模式的に示す。ここでは、超音波発信器Ｒ０より発信された超音波は、例えば、監視空間内にいる人物等の対象物２に照射され、反射されて、超音波受信部Ｒ１で受信される。Ｗ０は超音波発信器Ｒ０から対象物２への入射波、Ｗ１は対象物２から超音波受信部Ｒ１への反射波である。
【００８８】
図２３に第４の実施の形態における受信波形測定装置Ｓ７の演算回路Ｓ７５の構成の例を示す。演算回路Ｓ７５は、信号増幅回路Ｓ５１（図５参照）による増幅の増幅率を制御する増幅器制御手段Ａと、前記増幅された波が、超音波発信器Ｒ０から発信されてから、対象物２で反射され、超音波受信部Ｒ１〜Ｒ３で受信されるまでの所要時間ｔ１〜ｔ３を測定する所要時間測定手段Ｂと、前記所要時間に基づいて、超音波受信部Ｒ１から対象物２までの距離を算出する距離算出手段Ｇとを含んで構成されている。距離算出手段Ｇは、所要時間測定手段Ｂにより測定された所要時間と超音波の大気中での速度ｖ（１４℃で３４０ｍ／ｓｅｃ）とにより、超音波受信部Ｒ１から対象物２までの距離を算出できる。
【００８９】
次に、図２４に本実施の形態における受信波形測定装置Ｓ７の記憶回路Ｓ７４の構成の例を示す。記憶回路Ｓ７４は、メモリＭ０〜Ｍ３を含んで構成されている。Ｍ０は増幅器制御手段で設定される増幅率ａ１を、Ｍ１は第１の時間Ｔに受信された波に対応する第１の波形を、Ｍ２は超音波が第１の時間Ｔで超音波発信器Ｒ０から発信されてから超音波受信部Ｒ１で受信されるまでの所要時間ｔ１を、Ｍ３は所要時間ｔ１に基づいて算出された超音波受信部Ｒ１から対象物２までの距離をそれぞれ記憶する。
【００９０】
以上にように構成することで、距離測定装置１００は、例えば超音波受信部Ｒ１より受信される超音波の減衰を相殺できるので、検出可能な距離が長くなる。言い換えればより遠くにある対象物までの距離を測定できる。
【００９１】
また、以上では増幅器制御手段Ａを用いる場合で説明したが、図２５（ａ）に示すように、第２の実施の形態の増幅器制御手段Ａ１を用いてもよい。即ち増幅器制御手段Ａの代わりに波形記憶手段としての記憶回路Ｓ７４により過去に記憶された波形に基づいて、増幅率を決定するように構成されている増幅器制御手段Ａ１を備えるようにしてもよい。また、図２５（ｂ）に示すように、増幅器制御手段Ａの代わりに、第３の実施の形態で説明した発信器制御手段Ａ２を用いてもよい。即ち、増幅器制御手段Ａの代わりに、波形記憶手段としての記憶回路Ｓ７４により過去に記憶された波形に基づいて、超音波発信器Ｒ０により発信する波の大きさを制御するように構成されている発信器制御手段Ａ２を備えるようにしてもよい。
【００９２】
以上、本発明の実施の形態の距離測定装置について説明したが、実施の形態はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変更を加えうることは明白である。
例えば、超音波受信部の数は２以上であっても良い。この場合には、各超音波受信部の距離の検出結果から、最も妥当性の高いデータを選択しても良く、またこれらの平均値を算出しても良い。さらに例えば４以上の場合には、４以上の受信部のうちから３個を選択すれば、受信部３個の場合と同様に対象物の位置及び動きを検出できる。
【００９３】
以上説明したように、本発明により、プライバシーが損なわれるおそれがなく、単純な構成でありながら、例えば正確に対象物の距離を測定できる距離測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】第１の実施の形態における装置の配置状態を模式的に示す図である。
【図２】第１の実施の形態における装置の図１と別の配置状態を模式的に示す図である。
【図３】第１の実施の形態において、発信器と３個の受信部を１つのモジュールにまとめて構成した例を示す図である。
【図４】図３でのモジュールをトイレットに配置した例を示す斜視図である。
【図５】第１の実施の形態における監視装置の回路構成を示すブロック図である。
【図６】図５での演算回路の構成を示すブロック図である。
【図７】図５での記憶回路の構成を示すブロック図である。
【図８】第１の実施の形態における発信器からの発信信号を模式的に示す図である。
【図９】第１の実施の形態における受信部での受信信号を模式的に示す図である。
【図１０】第１の実施の形態における信号増幅回路での増幅信号を模式的に示す図である。
【図１１】第１の実施の形態における包絡検波処理後の受信信号を模式的に示す図である。
【図１２】第１の実施の形態における発信器から第１の時間で発信された超音波の受信部での受信波形を模式的に示す図である。
【図１３】第１の実施の形態における発信器から第２の時間で発信された超音波の受信部での受信波形を模式的に示す図である。
【図１４】２つの受信波形の差の波形を模式的に示す図である。
【図１５】第１の実施の形態における対象物の動きの検出及び位置測定の処理フローの例を示す図である。
【図１６】第２の実施の形態における演算回路と記憶回路の構成を示すブロック図である。
【図１７】第２の実施の形態における信号増幅回路での増幅信号を模式的に示す図である。
【図１８】第２の実施の形態における対象物の動きの検出及び位置測定の処理フローの例を示す図である。
【図１９】第３の実施の形態における演算回路と記憶回路の構成を示すブロック図である。
【図２０】第３の実施の形態における信号増幅回路での増幅信号を模式的に示す図である。
【図２１】第３の実施の形態における対象物の動きの検出及び位置測定の処理フローの例を示す図である。
【図２２】第４の実施の形態における距離測定装置の配置状態を模式的に示す図である。
【図２３】第４の実施の形態における演算回路の構成を示すブロック図である。
【図２４】第４の実施の形態における記憶回路の構成を示すブロック図である。
【図２５】第４の実施の形態における距離測定装置の別の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  ：  監視装置
１００  ：  距離測定装置
２  ：  対象物
Ａ、Ａ１  ：  増幅器制御手段
Ａ２  ：  発信器制御手段
Ｂ  ：  所要時間測定手段
Ｃ  ：  差波形演算手段
Ｄ  ：  判定手段
Ｅ  ：  位置算定手段
Ｆ  ：  移動情報算定手段
Ｇ  ：  距離算出手段
Ｍ  ：  モジュール
Ｍ１〜Ｍ９：  メモリ
Ｐ０（０，０，０）：  発信器の位置座標
Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）〜Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）：  受信部の位置座標
Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）：  対象物の位置座標
ΔＰ（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）：  対象物の移動量
Ｐｗ：  パルス幅
Ｒ０：  発信器
Ｒ１〜Ｒ３：  受信部
Ｓ１：  送信パルス発生器
Ｓ２：  送信用ドライブ回路
Ｓ３：  発振素子
Ｓ４、Ｓ４１〜Ｓ４３：  受信素子
Ｓ５１〜Ｓ５３：  信号増幅回路
Ｓ６１〜Ｓ６３：  検波回路
Ｓ７：  受信波形測定装置
Ｓ７１：  スイッチ回路
Ｓ７２：  ＡＤ変換回路
Ｓ７３：  中央処理ユニット（ＣＰＵ）
Ｓ７４：  記憶回路
Ｓ７５：  演算回路
Ｓ７６：  外部出力回路
Ｔ  ：  第１の時間
ΔＴ：  パルス間隔
Ｔ＋ΔＴ：  第２の時間
ｔ１〜ｔ３：  発信器Ｒ０から発信された超音波が発信されてから、受信部Ｒ１〜Ｒ３に受信されるまでの所要時間
Δｔ１〜Δｔ３：  受信部Ｒ１〜Ｒ３における所要時間の変化分
ｔｅ：  検出終了時間
Ｕ  ：  対象物の移動速度
ｖ  ：  超音波の速度
Ｗ０：  対象物への入射波
Ｗ１〜Ｗ３：  対象物からの反射波
ａ１〜ａ２：  増幅率
Ｐａ１〜Ｐａ２：  超音波の出力レベル
【図１】
2005283128.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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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