JP2005030838A - 監視装置及び監視方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プライバシーが損なわれるおそれがなく、また、監視対象物の動きや位置を検出できる簡便な構成で安価な監視装置を提供する。
【解決手段】本発明の監視装置は、超音波を発信する発信機Ｒ０と、発信機Ｒ０から発信され、監視対象物Ａで反射された波を受信する３個の受信機Ｒ１〜Ｒ３で構成され、いずれかの受信機で受信された波について、第１の時間Ｔに受信された第１の波形と、第２の時間Ｔ＋ΔＴに受信された第２の波形とから、その差の波形を演算し、差の波形が検出された場合に、監視対象物Ａが動いたと判定する。また、発信から３個の受信機Ｒ１〜Ｒ３での受信までの所要時間ｔ１〜ｔ３を測定し、所要時間ｔ１〜ｔ３と監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）との連立方程式から、監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の監視装置は、超音波を発信する発信機Ｒ０と、発信機Ｒ０から発信され、監視対象物Ａで反射された波を受信する３個の受信機Ｒ１〜Ｒ３で構成され、いずれかの受信機で受信された波について、第１の時間Ｔに受信された第１の波形と、第２の時間Ｔ＋ΔＴに受信された第２の波形とから、その差の波形を演算し、差の波形が検出された場合に、監視対象物Ａが動いたと判定する。また、発信から３個の受信機Ｒ１〜Ｒ３での受信までの所要時間ｔ１〜ｔ３を測定し、所要時間ｔ１〜ｔ３と監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）との連立方程式から、監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は監視装置及び監視方法に関する。詳しくは、超音波等を用いて監視対象物の動きや位置を検出する監視装置及び監視方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、監視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、三角法により三次元の監視空間を移動する監視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監視対象物の動きを検出し、左右の撮影画像の相関から監視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）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
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、監視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。
本発明は、プライバシーが損なわれるおそれがなく、また、監視対象物の動きや位置を検出できる簡便な構成で安価な装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の監視装置は、例えば図１及び図１０に示すように、空間を伝播する波を発信する発信機Ｒ０と、前記発信機Ｒ０から発信され、監視対象物Ａで反射された波を受信する複数の受信機Ｒと、各受信機Ｒｉで受信された波について、第１の時間Ｔに受信された波の第１の波形と、前記第１の時間Ｔより後の第２の時間Ｔ＋ΔＴに受信された波の第２の波形とから、前記第１の波形と前記第２の波形との差の波形を演算する差波形演算手段Ｃと、前記複数の受信機Ｒのうちいずれかの受信機で前記差の波形が検出された場合に、前記監視対象物Ａが動いたと判定する判定手段Ｄとを備える。
【０００５】
ここで、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。また、空間を伝播する波には、音波、超音波、ラジオ波、マイクロ波、赤外線、可視光、紫外線が含まれる。
このように構成すると、プライバシーが損なわれるおそれがなく、また、監視対象物Ａの動きを検出できる簡便な構成で安価な装置を提供できる。
【０００６】
また、請求項２に係る請求項１に記載の監視装置において、前記判定手段Ｄは、前記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前記監視対象物Ａが動いたと判定する。
このように構成すると、ノイズによる誤測定を防止できる。
【０００７】
また、請求項３に係る請求項１又は請求項２に記載の監視装置は、例えば図１及び図１０に示すように、前記波が、前記発信機Ｒ０から発信されてから、前記監視対象物Ａで反射され、前記各受信機Ｒｉで受信されるまでの所要時間ｔｉを測定する所要時間測定手段Ｂと、前記各受信機のうち、Ｎ個の受信機Ｒｉを抽出して、抽出された受信機Ｒｉで測定された所要時間ｔｉを用いて、前記監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）と前記所要時間ｔｉとの関係を示すＮ＋１個以下の式からなる連立方程式から、前記監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める位置算定手段Ｅとを備える。
【０００８】
このように構成すると、所要時間ｔｉを基に監視対象物Ａの２次元又は３次元空間での位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を検出できる。Ｎは典型的には２又は３である。連立方程式の数については、３個の受信機Ｒ１〜Ｒ３の場合、通常は（式１）〜（式４）の４式、全ての受信機Ｒ１〜Ｒ３が発信機Ｒ０の近くにある場合は（式５）〜（式７）の３式、２個の受信機Ｒ１〜Ｒ２の場合、通常は（式１０）〜（式１２）等の３式、全ての受信機Ｒ１〜Ｒ２が発信機Ｒ０の近くにある場合は（式１３）〜（式１４）等の２式なので、Ｎ＋１以下となる。
【０００９】
また、請求項４に係る請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の監視装置は、前記受信機Ｒが３個で構成される。
このように構成すると、非常に簡易な装置構成で監視対象物Ａの３次元位置座標及び３次元空間での動きを求めることができる。
【００１０】
また、請求項５に係る請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の監視装置は、例えば図１３に示すように、前記受信機Ｒのうちのいずれか１つが前記発信機Ｒ０と隣接して配置されている。
このように構成すると、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。
【００１１】
また、請求項６に係る請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の監視装置は、前記波が超音波である。
このように構成すると、超音波を用いて、高精度で安価な装置を構成できる。
【００１２】
請求項７に記載の監視方法は、例えば図１１に示すように、複数の受信機Ｒで、前記発信機Ｒ０から発信され、監視対象物Ａで反射された波を受信する工程と、各受信機Ｒｉで受信された波について、第１の時間Ｔに受信された波の第１の波形と、前記第１の時間より後の第２の時間Ｔ＋ΔＴに受信された波の第２の波形とから、前記第１の波形と前記第２の波形との差の波形を演算する工程と、前記複数の受信機Ｒのうちいずれかの受信機Ｒｉで前記差の波形が検出された場合に、前記監視対象物Ａが動いたと判定する工程とを備える。請求項１の監視装置に対応する監視方法の発明である。
【００１３】
請求項８に係る請求項７に記載の監視方法において、例えば図１１に示すように、前記波が、前記発信機Ｒ０から発信されてから、前記監視対象物Ａで反射され、前記各受信機Ｒｉで受信されるまでの所要時間ｔｉを測定する工程と、前記各受信機のうち、Ｎ個の受信機を抽出して、抽出された受信機Ｒｉで測定された所要時間ｔｉを用いて、前記監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）と前記所要時間ｔｉとの関係を示すＮ＋１個以下の式からなる連立方程式から、前記監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める工程とを備える。請求項３の監視装置に対応する監視方法の発明である。Ｎは典型的には２又は３である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下に、図面に基づき本発明の第１の実施の形態について説明する。
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。
【００１５】
図において、超音波発信機Ｒ０より発信された超音波は、例えば、監視空間内にいる人体等の監視対象物Ａに照射され、反射されて、複数の超音波受信機Ｒ１〜Ｒ３で受信される。Ｗ０は超音波発信機Ｒ０から監視対象物Ａへの入射波、Ｗ１〜Ｗ３は監視対象物Ａから超音波受信機Ｒ１〜Ｒ３への反射波である。
【００１６】
３次元空間における発信機Ｒ０の位置座標をＰ（０，０，０）、受信機Ｒ１〜Ｒ３の位置座標をそれぞれ、Ｐ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｐ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、Ｐ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、監視対象物Ａの位置座標をＰ（ｘ，ｙ，ｚ）、発信機Ｒ０から発信された超音波が発信されてから、監視対象物Ａに照射されるまでの時間をｔ０、受信機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、監視対象物Ａ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）
【００１７】
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。
【００１８】
図２に発信機Ｒ０と３個の受信機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。発信機Ｒ０を中心にして、その周囲に３個の受信機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、受信機Ｒ１〜Ｒ３のｚ座標は０で一定であり、超音波が監視対象物（人体）Ａから各受信機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５）〜（式７）のように表示でき、監視対称物Ａ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、発信機Ｒ０と受信機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５）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ２／２）２ ・・・（式６）
（ｘ−ｘ３）２＋（ｙ−ｙ３）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ３／２）２ ・・・（式７）
【００１９】
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体Ａ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。
超音波発信素子と超音波受信素子として，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。超音波の空中での速度ｖは約３４０ｍ／ｓｅｃなので、超音波が発信されてから、監視対象物Ａ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７〜２０ｍｓｅｃ程度である。
【００２０】
図３に発信機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。
【００２１】
図４に受信機Ｒ１での受信信号を模式的に示す。以後受信機については、受信機Ｒ１について代表的に説明するが、受信機Ｒ２，Ｒ３についても同様のことが云える。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、監視対象物Ａ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。
【００２２】
発信機Ｒ０及び受信機Ｒ１〜Ｒ３が部屋の天井に設置され、監視対象物Ａが人体の場合には、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。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、椅子等に座した状態でも１ｍ程度なので、モジュールＭの設置高さを３ｍとすると、反射波の検出時間は立位の場合約６〜１８ｍｓｅｃと、座位の場合約１２〜１８ｍｓｅｃと広がりをもつ。床からの反射波は約１８ｍｓｅｃで受信されるので、これをカットするには、例えば検出終了時間ｔｅを１６ｍｓｅｃとすればよい。
【００２３】
図５に監視装置の回路構成の例を示す。発信機Ｒ０では、送信パルス発生器Ｓ１により発生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振する。受信機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、１０００倍（６０ｄＢ）に増幅する。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。受信機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。受信波形測定装置Ｓ７のメモリ構成と各演算手段については後述する。
【００２４】
図６に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。発信機Ｒ０から発信された超音波が、受信機Ｒ１で時間ｔ１から検出終了時間ｔｅまでの間に検出される。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。
【００２５】
もし、監視対象物Ａに動きがなければ、図６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、監視対象物Ａが動いたものとする。例えば、監視対象物Ａがトイレットの便座から立ち上がったとする。頭頂部は発信機ＲＯ及び受信機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、頭頂部は発信機ＲＯ及び受信機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）早くなる。よって、受信開始時間は短くなる方にΔｔ１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）遅くなる方にシフトする。時間間隔ΔＴについては、例えば、監視対象物（人体等）Ａ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。
【００２６】
図７に、発信機Ｒ０から第１の時間Ｔで発信された超音波の受信機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。
【００２７】
図８に、発信機Ｒ０から第２の時間Ｔ＋ΔＴで発信された超音波の受信機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。
【００２８】
図９に、図７及び図８で検出された２つの受信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は監視対象物の移動距離等を反映した値になっている。
【００２９】
図１０に本実施の形態における受信波形測定装置Ｓ７の構成の例を示す。Ｓ４は超音波を受信する受信素子、Ｂは超音波が発信機Ｒ０で発信されてから、監視対象物Ａで反射され、受信機Ｒ１〜Ｒ３で受信されるまでの所要時間ｔ１〜ｔ３を測定するための所要時間測定手段、Ｃは第１の波形と第２の波形との差の波形を演算する差波形演算手段、Ｄは受信機Ｒ１で差の波形が検出された場合に、監視対象物Ａが動いたと判定する判定手段、Ｅは受信機Ｒ１〜Ｒ３で測定された所要時間ｔ１〜ｔ３と監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）との関係を示す連立方程式から、監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める位置算定手段、Ｆは監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）の時間変化から監視対象物Ａ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である。これらの各演算手段（測定手段、判定手段を含む）Ｂ〜Ｆが図５の演算回路Ｓ７５に対応する。
【００３０】
Ｍ１〜Ｍ９はメモリで、Ｍ１は第１の時間Ｔに受信された波の第１の波形を、Ｍ２は第２の時間Ｔ＋ΔＴに受信された波の第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で発信機Ｒ０から発信されてから受信機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で発信機Ｒ０から発信されてから受信機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Ｆで測定された監視対象物Ａ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Ｆで測定された監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｙ，ｚ＋ｄｚ）を、Ｍ８は時間Ｔ〜Ｔ＋ΔＴの間に監視対象物が移動した移動量ΔＰ（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を、Ｍ９は時間Ｔ〜Ｔ＋ΔＴの間に監視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。これらのメモリＭ１〜Ｍ９が図５の記憶回路Ｓ７４に対応する。
【００３１】
受信素子Ｓ４、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Ｍ１〜Ｍ５は受信機Ｒ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。
【００３２】
図１１に本実施の形態における監視対象物Ａの動きの検出及び位置測定の処理フローの例を示す。第１の時間Ｔで発信された超音波は、受信機Ｒ１の受信素子Ｒｅで受信され、受信波の第１の波形がメモリＭ１に記憶される（ステップＳ０１）。また、第２の時間Ｔ＋ΔＴで発信された超音波は、受信素子Ｒｅで受信され、受信波の第２の波形がメモリＭ２に記憶される（ステップＳ０２）。他方、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Ｓ０３）、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Ｍ４に記憶される（ステップＳ０４）。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Ｓ０５）。
【００３３】
監視対象物Ａ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。監視対象物Ａ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、検出された場合に監視対象物Ａが動いたと判定する（ステップＳ０６）。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監視対象物Ａが動いたと判定する。これにより、ノイズによる誤測定を防止できる。
【００３４】
監視対象物Ａの動きが検出されない時は、スタートに戻り、受信素子ＲｅはΔＴ間隔で超音波の受信を継続する。発信機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、監視対象物（人体等）Ａ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Ｒｅに受信波形が検出される。
【００３５】
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。
【００３６】
これまでの工程について、受信機Ｒ１について説明したが、受信機Ｒ２及び受信機Ｒ３でも、同様に、Ｓ０１〜Ｓ０６のステップが繰り返し行われる。したがって、受信機Ｒ２及び受信機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機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機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の間に受信機Ｒ１で差の波形が検出されない場合には、通常、受信機Ｒ２及び受信機Ｒ３でも差の波形が検出されないし、受信機Ｒ１で差の波形が検出される場合には、通常、受信機Ｒ２及び受信機Ｒ３でも差の波形が検出される。
【００３７】
時間ＴからＴ＋ΔＴの間に監視対象物Ａに動きがあり、差の波形が検出され、ステップＳ０６において判定手段Ｄで監視対象物Ａが動いたと判定すると、監視対象物Ａの位置測定が行われる。受信機Ｒ１に係る判定手段Ｄで監視対象物Ａが動いたと判定されると、通常、受信機Ｒ２及び受信機Ｒ３に係る判定手段Ｄでも動いたと判定される。
【００３８】
次に、受信機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５）〜（式７）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における監視対象物Ａ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Ｓ０７）。また、受信機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５）〜（式７）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における監視対象物Ａ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Ｓ０８）。
【００３９】
さらに、移動情報算定手段Ｆにより、時間Ｔにおける監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）と時間Ｔ＋ΔＴにおける監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｘ，ｚ＋ｄｚ）の差から、監視対象物の移動量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Ｓ０９）。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Ｓ１０）。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、受信素子ＲｅはΔＴごとに超音波の受信を繰り返す。
【００４０】
監視対象物Ａ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。
【００４１】
さらに、位置座標のデータについては、監視対象物Ａが動いている間は、メモリＭ６に記憶された監視対象物Ａ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に記憶された監視対象物Ａ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監視対象物Ａ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、監視対象物Ａの移動軌跡を追随できる。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、監視対象物Ａ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、監視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。
【００４３】
［第２の実施の形態］
図１２に第２の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。図１における３個の超音波受信機Ｒ１〜Ｒ３の内の１つの受信機Ｒ１が発信機Ｒ０に隣接して配置されている。発信機Ｒ０から発信された超音波Ｗ０が監視対象物Ａに到達する時間ｔ０が、発信機Ｒ０から発信された超音波Ｗ０が受信機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８）、（式９）を用いて、ｔ２’、ｔ３’で置換することにより、（式１）〜（式３）を（式１０）〜（式１２）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。位置演算以外の処理手順は第１の実施の形態と同様である。
【００４４】
ｔ２’＝ｔ２−ｔ１／２ … （式８）
ｔ３’＝ｔ３−ｔ１／２ … （式９）
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ１／２）２・・・（式１０）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋（ｚ−ｚ２）２＝（ｖ×ｔ２’）２ ・・・（式１１）
（ｘ−ｘ３）２＋（ｙ−ｙ３）２＋（ｚ−ｚ３）２＝（ｖ×ｔ３’）２ ・・・（式１２）
【００４５】
図１３に、受信機Ｒ１だけでなく、受信機Ｒ２、Ｒ３も発信機Ｒ０と同じモジュールＭにまとめた構成の例を示す。発信機Ｒ０に対して受信機Ｒ１だけでなく、Ｒ２及びＲ３の位置関係も固定されるので、計算が楽になり、また、搬送や取り付けが容易になる。この場合も（式１０）〜（式１２）を用いることができる（この場合、ｚ２、ｚ３とも０である）。
【００４６】
［第３の実施の形態］
図１４に、第３の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。２台の受信機Ｒ１、Ｒ２が、発信機Ｒ０と共に、ＸＺ面内に２次元に配置された場合である。監視対象物ＡもＸＺ面内で移動する。例えば、監視対象物Ａがベルトコンベア上をｘ方向に移動し、監視対象物Ａがベルトコンベアから脱落するか否かを監視するような場合である。ｙ座標を考慮する必要がないので、監視対象物Ａの位置座標は、（式１３）〜（式１５）を用いて、ｘとｚを求めれば良い（未知数は、ｘ、ｚ、ｔ０）。発信機Ｒ０と２個の受信機Ｒ１〜Ｒ２とを１つのモジュールＭにまとめた構成を用いると、（式１６）〜（式１７）を用いて、ｘとｚを求めれば良い。位置演算以外の処理手順は第１の実施の形態と同様である。
【００４７】
（ｘ−ｘ１）２＋（ｚ−ｚ１）２＝（ｖ×（ｔ１−ｔ０））２・・・（式１３）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｚ−ｚ２）２＝（ｖ×（ｔ２−ｔ０））２・・・（式１４）
ｘ２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ０）２ ・・・（式１５）
（ｘ−ｘ１）２＋（ｚ−ｚ１）２＝（ｖ×ｔ１／２）２・・・（式１６）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｚ−ｚ２）２＝（ｖ×ｔ２／２）２・・・（式１７）
【００４８】
［第４の実施の形態］
図１５に、第４の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。２台の受信機Ｒ１、Ｒ２が、発信機Ｒ０と共に、等しい高さ（ｚ＝０）のＸＹ面に置かれ、監視対象物Ａは別のＸＹ面内で移動する場合である。例えば、監視対象物Ａがベルトコンベア上をｘ方向に移動し、監視対象物Ａがベルトコンベアのｘラインから逸脱するか否かを監視するような場合である。ｚは一定なので、監視対象物Ａの位置座標は、（式１８）〜（式２０）を用いて、ｘとｙを求めれば良い（未知数は、ｘ、ｙ、ｔ０）。発信機Ｒ０と２個の受信機Ｒ１〜Ｒ２とを１つのモジュールＭにまとめた構成を用いると、（式２１）〜（式２２）を用いて、ｘとｚを求めれば良い。位置演算以外の処理手順は第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋ｚ２＝（ｖ×（ｔ１−ｔ０））２・・・（式１８）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋ｚ２＝（ｖ×（ｔ２−ｔ０））２・・・（式１９）
ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ０）２ ・・・（式２０）
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ１／２）２・・・（式２１）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ２／２）２・・・（式２２）
【００５０】
［第５の実施の形態］
第５の実施の形態は、超音波に代えて光（例えば赤外線）を用いる場合である。
例えば、波長８９８ｎｍのＧａＡｓＬＥＤ（発行ダイオード）を光発信機Ｒ０に、Ｓｉ−ｐｉｎダイオードを光受信機Ｒ１〜Ｒ３に用いる。例えば、時間間隔ΔＴを０．１ｓｅｃとし、パルス幅Ｐｗが１ｎｓｅｃ（光進行距離３０ｃｍ、約３．３×１０５周期分の波が含まれる）の光パルスを発信する。現在、光受信機で３ｎｓｅｃの分解能が充分得られているので、時間ΔＴの間に光進行距離約１ｍの変化（監視対象物０．５ｍの変化）を充分検知できる。したがって、監視対象物の動きを検出でき、その位置を計算できる。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態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、受信機の数は４以上であっても良い。この場合、４以上の受信機のうちから３個を選択すれば、受信機３個の場合と同様に監視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。
【００５２】
また、受信機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、受信機の回路構成など、種々変更可能である。
【００５３】
【発明の効果】
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、また、監視対象物の動きや位置を検出できる簡便な構成で安価な装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【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の実施の形態において、発信機と３個の受信機を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３】発信機Ｒ０からの発信信号を模式的に示す図である。
【図４】受信機Ｒ１での受信信号を模式的に示す図である。
【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図である。
【図６】包絡検波処理後の受信信号を模式的に示す図である。
【図７】発信機Ｒ０から時間Ｔで発信された超音波の受信機Ｒ１での受信波形を模式的に示す図である。
【図８】発信機Ｒ０から時間Ｔ＋ΔＴで発信された超音波の受信機Ｒ１での受信波形を模式的に示す図である。
【図９】２つの受信波形の差の波形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に受信波形測定装置Ｓ７の構成の例を示す図である。
【図１１】第１の実施の形態における監視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１２】第２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１３】第２の実施の形態において、発信機Ｒ０と３個の受信機Ｒ１〜Ｒ３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１４】第３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１５】第４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。
【符号の説明】
Ａ ： 監視対象物
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
Ｍ ： モジュール
Ｍ１〜Ｍ９： メモリ
Ｐ０（０，０，０）： 発信機の位置座標
Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）〜Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）： 受信機の位置座標
Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）： 監視対象物の位置座標
ΔＰ（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）： 監視対象物の移動量
Ｐｗ： パルス幅
Ｒ０： 発信機
Ｒ１〜Ｒ３： 受信機
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： 発信機Ｒ０から発信された超音波が発信されてから、受信機Ｒ１〜Ｒ３に受信されるまでの所要時間
Δｔ１〜Δｔ３： 受信機Ｒ１〜Ｒ３における所要時間の変化分
ｔｅ： 検出終了時間
Ｕ ： 監視対象物の移動速度
ｖ ： 超音波の速度
Ｗ０： 監視対象物への入射波
Ｗ１〜Ｗ３： 監視対象物からの反射波
【発明の属する技術分野】
本発明は監視装置及び監視方法に関する。詳しくは、超音波等を用いて監視対象物の動きや位置を検出する監視装置及び監視方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、監視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、三角法により三次元の監視空間を移動する監視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監視対象物の動きを検出し、左右の撮影画像の相関から監視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）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
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、監視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。
本発明は、プライバシーが損なわれるおそれがなく、また、監視対象物の動きや位置を検出できる簡便な構成で安価な装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の監視装置は、例えば図１及び図１０に示すように、空間を伝播する波を発信する発信機Ｒ０と、前記発信機Ｒ０から発信され、監視対象物Ａで反射された波を受信する複数の受信機Ｒと、各受信機Ｒｉで受信された波について、第１の時間Ｔに受信された波の第１の波形と、前記第１の時間Ｔより後の第２の時間Ｔ＋ΔＴに受信された波の第２の波形とから、前記第１の波形と前記第２の波形との差の波形を演算する差波形演算手段Ｃと、前記複数の受信機Ｒのうちいずれかの受信機で前記差の波形が検出された場合に、前記監視対象物Ａが動いたと判定する判定手段Ｄとを備える。
【０００５】
ここで、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。また、空間を伝播する波には、音波、超音波、ラジオ波、マイクロ波、赤外線、可視光、紫外線が含まれる。
このように構成すると、プライバシーが損なわれるおそれがなく、また、監視対象物Ａの動きを検出できる簡便な構成で安価な装置を提供できる。
【０００６】
また、請求項２に係る請求項１に記載の監視装置において、前記判定手段Ｄは、前記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前記監視対象物Ａが動いたと判定する。
このように構成すると、ノイズによる誤測定を防止できる。
【０００７】
また、請求項３に係る請求項１又は請求項２に記載の監視装置は、例えば図１及び図１０に示すように、前記波が、前記発信機Ｒ０から発信されてから、前記監視対象物Ａで反射され、前記各受信機Ｒｉで受信されるまでの所要時間ｔｉを測定する所要時間測定手段Ｂと、前記各受信機のうち、Ｎ個の受信機Ｒｉを抽出して、抽出された受信機Ｒｉで測定された所要時間ｔｉを用いて、前記監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）と前記所要時間ｔｉとの関係を示すＮ＋１個以下の式からなる連立方程式から、前記監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める位置算定手段Ｅとを備える。
【０００８】
このように構成すると、所要時間ｔｉを基に監視対象物Ａの２次元又は３次元空間での位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を検出できる。Ｎは典型的には２又は３である。連立方程式の数については、３個の受信機Ｒ１〜Ｒ３の場合、通常は（式１）〜（式４）の４式、全ての受信機Ｒ１〜Ｒ３が発信機Ｒ０の近くにある場合は（式５）〜（式７）の３式、２個の受信機Ｒ１〜Ｒ２の場合、通常は（式１０）〜（式１２）等の３式、全ての受信機Ｒ１〜Ｒ２が発信機Ｒ０の近くにある場合は（式１３）〜（式１４）等の２式なので、Ｎ＋１以下となる。
【０００９】
また、請求項４に係る請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の監視装置は、前記受信機Ｒが３個で構成される。
このように構成すると、非常に簡易な装置構成で監視対象物Ａの３次元位置座標及び３次元空間での動きを求めることができる。
【００１０】
また、請求項５に係る請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の監視装置は、例えば図１３に示すように、前記受信機Ｒのうちのいずれか１つが前記発信機Ｒ０と隣接して配置されている。
このように構成すると、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。
【００１１】
また、請求項６に係る請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の監視装置は、前記波が超音波である。
このように構成すると、超音波を用いて、高精度で安価な装置を構成できる。
【００１２】
請求項７に記載の監視方法は、例えば図１１に示すように、複数の受信機Ｒで、前記発信機Ｒ０から発信され、監視対象物Ａで反射された波を受信する工程と、各受信機Ｒｉで受信された波について、第１の時間Ｔに受信された波の第１の波形と、前記第１の時間より後の第２の時間Ｔ＋ΔＴに受信された波の第２の波形とから、前記第１の波形と前記第２の波形との差の波形を演算する工程と、前記複数の受信機Ｒのうちいずれかの受信機Ｒｉで前記差の波形が検出された場合に、前記監視対象物Ａが動いたと判定する工程とを備える。請求項１の監視装置に対応する監視方法の発明である。
【００１３】
請求項８に係る請求項７に記載の監視方法において、例えば図１１に示すように、前記波が、前記発信機Ｒ０から発信されてから、前記監視対象物Ａで反射され、前記各受信機Ｒｉで受信されるまでの所要時間ｔｉを測定する工程と、前記各受信機のうち、Ｎ個の受信機を抽出して、抽出された受信機Ｒｉで測定された所要時間ｔｉを用いて、前記監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）と前記所要時間ｔｉとの関係を示すＮ＋１個以下の式からなる連立方程式から、前記監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める工程とを備える。請求項３の監視装置に対応する監視方法の発明である。Ｎは典型的には２又は３である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下に、図面に基づき本発明の第１の実施の形態について説明する。
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。
【００１５】
図において、超音波発信機Ｒ０より発信された超音波は、例えば、監視空間内にいる人体等の監視対象物Ａに照射され、反射されて、複数の超音波受信機Ｒ１〜Ｒ３で受信される。Ｗ０は超音波発信機Ｒ０から監視対象物Ａへの入射波、Ｗ１〜Ｗ３は監視対象物Ａから超音波受信機Ｒ１〜Ｒ３への反射波である。
【００１６】
３次元空間における発信機Ｒ０の位置座標をＰ（０，０，０）、受信機Ｒ１〜Ｒ３の位置座標をそれぞれ、Ｐ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｐ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、Ｐ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、監視対象物Ａの位置座標をＰ（ｘ，ｙ，ｚ）、発信機Ｒ０から発信された超音波が発信されてから、監視対象物Ａに照射されるまでの時間をｔ０、受信機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、監視対象物Ａ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）
【００１７】
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。
【００１８】
図２に発信機Ｒ０と３個の受信機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。発信機Ｒ０を中心にして、その周囲に３個の受信機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、受信機Ｒ１〜Ｒ３のｚ座標は０で一定であり、超音波が監視対象物（人体）Ａから各受信機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５）〜（式７）のように表示でき、監視対称物Ａ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、発信機Ｒ０と受信機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５）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ２／２）２ ・・・（式６）
（ｘ−ｘ３）２＋（ｙ−ｙ３）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ３／２）２ ・・・（式７）
【００１９】
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体Ａ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。
超音波発信素子と超音波受信素子として，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。超音波の空中での速度ｖは約３４０ｍ／ｓｅｃなので、超音波が発信されてから、監視対象物Ａ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７〜２０ｍｓｅｃ程度である。
【００２０】
図３に発信機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。
【００２１】
図４に受信機Ｒ１での受信信号を模式的に示す。以後受信機については、受信機Ｒ１について代表的に説明するが、受信機Ｒ２，Ｒ３についても同様のことが云える。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、監視対象物Ａ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。
【００２２】
発信機Ｒ０及び受信機Ｒ１〜Ｒ３が部屋の天井に設置され、監視対象物Ａが人体の場合には、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。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、椅子等に座した状態でも１ｍ程度なので、モジュールＭの設置高さを３ｍとすると、反射波の検出時間は立位の場合約６〜１８ｍｓｅｃと、座位の場合約１２〜１８ｍｓｅｃと広がりをもつ。床からの反射波は約１８ｍｓｅｃで受信されるので、これをカットするには、例えば検出終了時間ｔｅを１６ｍｓｅｃとすればよい。
【００２３】
図５に監視装置の回路構成の例を示す。発信機Ｒ０では、送信パルス発生器Ｓ１により発生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振する。受信機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、１０００倍（６０ｄＢ）に増幅する。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。受信機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。受信波形測定装置Ｓ７のメモリ構成と各演算手段については後述する。
【００２４】
図６に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。発信機Ｒ０から発信された超音波が、受信機Ｒ１で時間ｔ１から検出終了時間ｔｅまでの間に検出される。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。
【００２５】
もし、監視対象物Ａに動きがなければ、図６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、監視対象物Ａが動いたものとする。例えば、監視対象物Ａがトイレットの便座から立ち上がったとする。頭頂部は発信機ＲＯ及び受信機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、頭頂部は発信機ＲＯ及び受信機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）早くなる。よって、受信開始時間は短くなる方にΔｔ１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）遅くなる方にシフトする。時間間隔ΔＴについては、例えば、監視対象物（人体等）Ａ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。
【００２６】
図７に、発信機Ｒ０から第１の時間Ｔで発信された超音波の受信機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。
【００２７】
図８に、発信機Ｒ０から第２の時間Ｔ＋ΔＴで発信された超音波の受信機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。
【００２８】
図９に、図７及び図８で検出された２つの受信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は監視対象物の移動距離等を反映した値になっている。
【００２９】
図１０に本実施の形態における受信波形測定装置Ｓ７の構成の例を示す。Ｓ４は超音波を受信する受信素子、Ｂは超音波が発信機Ｒ０で発信されてから、監視対象物Ａで反射され、受信機Ｒ１〜Ｒ３で受信されるまでの所要時間ｔ１〜ｔ３を測定するための所要時間測定手段、Ｃは第１の波形と第２の波形との差の波形を演算する差波形演算手段、Ｄは受信機Ｒ１で差の波形が検出された場合に、監視対象物Ａが動いたと判定する判定手段、Ｅは受信機Ｒ１〜Ｒ３で測定された所要時間ｔ１〜ｔ３と監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）との関係を示す連立方程式から、監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める位置算定手段、Ｆは監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）の時間変化から監視対象物Ａ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である。これらの各演算手段（測定手段、判定手段を含む）Ｂ〜Ｆが図５の演算回路Ｓ７５に対応する。
【００３０】
Ｍ１〜Ｍ９はメモリで、Ｍ１は第１の時間Ｔに受信された波の第１の波形を、Ｍ２は第２の時間Ｔ＋ΔＴに受信された波の第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で発信機Ｒ０から発信されてから受信機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で発信機Ｒ０から発信されてから受信機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Ｆで測定された監視対象物Ａ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Ｆで測定された監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｙ，ｚ＋ｄｚ）を、Ｍ８は時間Ｔ〜Ｔ＋ΔＴの間に監視対象物が移動した移動量ΔＰ（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を、Ｍ９は時間Ｔ〜Ｔ＋ΔＴの間に監視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。これらのメモリＭ１〜Ｍ９が図５の記憶回路Ｓ７４に対応する。
【００３１】
受信素子Ｓ４、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Ｍ１〜Ｍ５は受信機Ｒ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。
【００３２】
図１１に本実施の形態における監視対象物Ａの動きの検出及び位置測定の処理フローの例を示す。第１の時間Ｔで発信された超音波は、受信機Ｒ１の受信素子Ｒｅで受信され、受信波の第１の波形がメモリＭ１に記憶される（ステップＳ０１）。また、第２の時間Ｔ＋ΔＴで発信された超音波は、受信素子Ｒｅで受信され、受信波の第２の波形がメモリＭ２に記憶される（ステップＳ０２）。他方、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Ｓ０３）、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Ｍ４に記憶される（ステップＳ０４）。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Ｓ０５）。
【００３３】
監視対象物Ａ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。監視対象物Ａ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、検出された場合に監視対象物Ａが動いたと判定する（ステップＳ０６）。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監視対象物Ａが動いたと判定する。これにより、ノイズによる誤測定を防止できる。
【００３４】
監視対象物Ａの動きが検出されない時は、スタートに戻り、受信素子ＲｅはΔＴ間隔で超音波の受信を継続する。発信機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、監視対象物（人体等）Ａ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Ｒｅに受信波形が検出される。
【００３５】
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。
【００３６】
これまでの工程について、受信機Ｒ１について説明したが、受信機Ｒ２及び受信機Ｒ３でも、同様に、Ｓ０１〜Ｓ０６のステップが繰り返し行われる。したがって、受信機Ｒ２及び受信機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機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機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の間に受信機Ｒ１で差の波形が検出されない場合には、通常、受信機Ｒ２及び受信機Ｒ３でも差の波形が検出されないし、受信機Ｒ１で差の波形が検出される場合には、通常、受信機Ｒ２及び受信機Ｒ３でも差の波形が検出される。
【００３７】
時間ＴからＴ＋ΔＴの間に監視対象物Ａに動きがあり、差の波形が検出され、ステップＳ０６において判定手段Ｄで監視対象物Ａが動いたと判定すると、監視対象物Ａの位置測定が行われる。受信機Ｒ１に係る判定手段Ｄで監視対象物Ａが動いたと判定されると、通常、受信機Ｒ２及び受信機Ｒ３に係る判定手段Ｄでも動いたと判定される。
【００３８】
次に、受信機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５）〜（式７）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における監視対象物Ａ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Ｓ０７）。また、受信機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５）〜（式７）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における監視対象物Ａ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Ｓ０８）。
【００３９】
さらに、移動情報算定手段Ｆにより、時間Ｔにおける監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）と時間Ｔ＋ΔＴにおける監視対象物Ａの位置座標Ｐ（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｘ，ｚ＋ｄｚ）の差から、監視対象物の移動量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Ｓ０９）。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Ｓ１０）。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、受信素子ＲｅはΔＴごとに超音波の受信を繰り返す。
【００４０】
監視対象物Ａ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。
【００４１】
さらに、位置座標のデータについては、監視対象物Ａが動いている間は、メモリＭ６に記憶された監視対象物Ａ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に記憶された監視対象物Ａ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監視対象物Ａ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、監視対象物Ａの移動軌跡を追随できる。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、監視対象物Ａ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、監視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。
【００４３】
［第２の実施の形態］
図１２に第２の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。図１における３個の超音波受信機Ｒ１〜Ｒ３の内の１つの受信機Ｒ１が発信機Ｒ０に隣接して配置されている。発信機Ｒ０から発信された超音波Ｗ０が監視対象物Ａに到達する時間ｔ０が、発信機Ｒ０から発信された超音波Ｗ０が受信機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８）、（式９）を用いて、ｔ２’、ｔ３’で置換することにより、（式１）〜（式３）を（式１０）〜（式１２）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。位置演算以外の処理手順は第１の実施の形態と同様である。
【００４４】
ｔ２’＝ｔ２−ｔ１／２ … （式８）
ｔ３’＝ｔ３−ｔ１／２ … （式９）
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ１／２）２・・・（式１０）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋（ｚ−ｚ２）２＝（ｖ×ｔ２’）２ ・・・（式１１）
（ｘ−ｘ３）２＋（ｙ−ｙ３）２＋（ｚ−ｚ３）２＝（ｖ×ｔ３’）２ ・・・（式１２）
【００４５】
図１３に、受信機Ｒ１だけでなく、受信機Ｒ２、Ｒ３も発信機Ｒ０と同じモジュールＭにまとめた構成の例を示す。発信機Ｒ０に対して受信機Ｒ１だけでなく、Ｒ２及びＲ３の位置関係も固定されるので、計算が楽になり、また、搬送や取り付けが容易になる。この場合も（式１０）〜（式１２）を用いることができる（この場合、ｚ２、ｚ３とも０である）。
【００４６】
［第３の実施の形態］
図１４に、第３の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。２台の受信機Ｒ１、Ｒ２が、発信機Ｒ０と共に、ＸＺ面内に２次元に配置された場合である。監視対象物ＡもＸＺ面内で移動する。例えば、監視対象物Ａがベルトコンベア上をｘ方向に移動し、監視対象物Ａがベルトコンベアから脱落するか否かを監視するような場合である。ｙ座標を考慮する必要がないので、監視対象物Ａの位置座標は、（式１３）〜（式１５）を用いて、ｘとｚを求めれば良い（未知数は、ｘ、ｚ、ｔ０）。発信機Ｒ０と２個の受信機Ｒ１〜Ｒ２とを１つのモジュールＭにまとめた構成を用いると、（式１６）〜（式１７）を用いて、ｘとｚを求めれば良い。位置演算以外の処理手順は第１の実施の形態と同様である。
【００４７】
（ｘ−ｘ１）２＋（ｚ−ｚ１）２＝（ｖ×（ｔ１−ｔ０））２・・・（式１３）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｚ−ｚ２）２＝（ｖ×（ｔ２−ｔ０））２・・・（式１４）
ｘ２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ０）２ ・・・（式１５）
（ｘ−ｘ１）２＋（ｚ−ｚ１）２＝（ｖ×ｔ１／２）２・・・（式１６）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｚ−ｚ２）２＝（ｖ×ｔ２／２）２・・・（式１７）
【００４８】
［第４の実施の形態］
図１５に、第４の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。２台の受信機Ｒ１、Ｒ２が、発信機Ｒ０と共に、等しい高さ（ｚ＝０）のＸＹ面に置かれ、監視対象物Ａは別のＸＹ面内で移動する場合である。例えば、監視対象物Ａがベルトコンベア上をｘ方向に移動し、監視対象物Ａがベルトコンベアのｘラインから逸脱するか否かを監視するような場合である。ｚは一定なので、監視対象物Ａの位置座標は、（式１８）〜（式２０）を用いて、ｘとｙを求めれば良い（未知数は、ｘ、ｙ、ｔ０）。発信機Ｒ０と２個の受信機Ｒ１〜Ｒ２とを１つのモジュールＭにまとめた構成を用いると、（式２１）〜（式２２）を用いて、ｘとｚを求めれば良い。位置演算以外の処理手順は第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋ｚ２＝（ｖ×（ｔ１−ｔ０））２・・・（式１８）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋ｚ２＝（ｖ×（ｔ２−ｔ０））２・・・（式１９）
ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ０）２ ・・・（式２０）
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ１／２）２・・・（式２１）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋ｚ２＝（ｖ×ｔ２／２）２・・・（式２２）
【００５０】
［第５の実施の形態］
第５の実施の形態は、超音波に代えて光（例えば赤外線）を用いる場合である。
例えば、波長８９８ｎｍのＧａＡｓＬＥＤ（発行ダイオード）を光発信機Ｒ０に、Ｓｉ−ｐｉｎダイオードを光受信機Ｒ１〜Ｒ３に用いる。例えば、時間間隔ΔＴを０．１ｓｅｃとし、パルス幅Ｐｗが１ｎｓｅｃ（光進行距離３０ｃｍ、約３．３×１０５周期分の波が含まれる）の光パルスを発信する。現在、光受信機で３ｎｓｅｃの分解能が充分得られているので、時間ΔＴの間に光進行距離約１ｍの変化（監視対象物０．５ｍの変化）を充分検知できる。したがって、監視対象物の動きを検出でき、その位置を計算できる。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態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、受信機の数は４以上であっても良い。この場合、４以上の受信機のうちから３個を選択すれば、受信機３個の場合と同様に監視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。
【００５２】
また、受信機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、受信機の回路構成など、種々変更可能である。
【００５３】
【発明の効果】
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、また、監視対象物の動きや位置を検出できる簡便な構成で安価な装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【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の実施の形態において、発信機と３個の受信機を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３】発信機Ｒ０からの発信信号を模式的に示す図である。
【図４】受信機Ｒ１での受信信号を模式的に示す図である。
【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図である。
【図６】包絡検波処理後の受信信号を模式的に示す図である。
【図７】発信機Ｒ０から時間Ｔで発信された超音波の受信機Ｒ１での受信波形を模式的に示す図である。
【図８】発信機Ｒ０から時間Ｔ＋ΔＴで発信された超音波の受信機Ｒ１での受信波形を模式的に示す図である。
【図９】２つの受信波形の差の波形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に受信波形測定装置Ｓ７の構成の例を示す図である。
【図１１】第１の実施の形態における監視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１２】第２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１３】第２の実施の形態において、発信機Ｒ０と３個の受信機Ｒ１〜Ｒ３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１４】第３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１５】第４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。
【符号の説明】
Ａ ： 監視対象物
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
Ｍ ： モジュール
Ｍ１〜Ｍ９： メモリ
Ｐ０（０，０，０）： 発信機の位置座標
Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）〜Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）： 受信機の位置座標
Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）： 監視対象物の位置座標
ΔＰ（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）： 監視対象物の移動量
Ｐｗ： パルス幅
Ｒ０： 発信機
Ｒ１〜Ｒ３： 受信機
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： 発信機Ｒ０から発信された超音波が発信されてから、受信機Ｒ１〜Ｒ３に受信されるまでの所要時間
Δｔ１〜Δｔ３： 受信機Ｒ１〜Ｒ３における所要時間の変化分
ｔｅ： 検出終了時間
Ｕ ： 監視対象物の移動速度
ｖ ： 超音波の速度
Ｗ０： 監視対象物への入射波
Ｗ１〜Ｗ３： 監視対象物からの反射波
Claims (8)
- 空間を伝播する波を発信する発信機と；
前記発信機から発信され、監視対象物で反射された波を受信する複数の受信機と；
各受信機で受信された波について、第１の時間に受信された波の第１の波形と、前記第１の時間より後の第２の時間に受信された波の第２の波形とから、前記第１の波形と前記第２の波形との差の波形を演算する差波形演算手段と；
前記複数の受信機のうちいずれかの受信機で前記差の波形が検出された場合に、前記監視対象物が動いたと判定する判定手段と；
を備える監視装置。 - 前記判定手段は、前記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前記監視対象物が動いたと判定する；
請求項１に記載の監視装置。 - 前記波が、前記発信機から発信されてから、前記監視対象物で反射され、前記各受信機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；
前記各受信機のうち、Ｎ個の受信機を抽出して、抽出された受信機で測定された所要時間を用いて、前記監視対象物の位置座標と前記所要時間との関係を示すＮ＋１個以下の式からなる連立方程式から、前記監視対象物の位置座標を求める位置算定手段と；
を備える請求項１又は請求項２に記載の監視装置。 - 前記受信機が３個で構成される請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の監視装置。
- 前記受信機のうちのいずれか１つが前記発信機と隣接して配置されている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の監視装置。
- 前記波が超音波である請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の監視装置。
- 複数の受信機で、前記発信機から発信され、監視対象物で反射された波を受信する工程と；
各受信機で受信された波について、第１の時間に受信された波の第１の波形と、前記第１の時間より後の第２の時間に受信された波の第２の波形とから、前記第１の波形と前記第２の波形との差の波形を演算する工程と；
前記複数の受信機のうちいずれかの受信機で前記差の波形が検出された場合に、前記監視対象物が動いたと判定する工程と；
を備える監視方法。 - 前記波が、前記発信機から発信されてから、前記監視対象物で反射され、前記各受信機で受信されるまでの所要時間を測定する工程と；
前記各受信機のうち、Ｎ個の受信機を抽出して、抽出された受信機で測定された所要時間を用いて、前記監視対象物の位置座標と前記所要時間との関係を示すＮ＋１個以下の式からなる連立方程式から、前記監視対象物の位置座標を求める工程と；
を備える請求項７に記載の監視方法。
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