JP6898022B2 - 計測装置、音波受信装置、プログラム、及び、計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、温度計測装置、計測装置、音波受信装置、及び、プログラムに関する。

空気中を伝搬する音波の速度が温度に応じて変化する原理を用いて、音波の伝搬時間から空間の温度を計測することが可能である。
例えば、特許文献１は、超音波を送受信可能な複数のセンサユニットを空間に配置することにより、超音波の伝搬時間から空間の温度を計測する技術を開示している。

特開２０１４−０９５６００号公報

特許文献１では、超音波に指向性がないため、センサユニットは、所望の超音波成分だけでなく、空間に存在する反射部材（例えば、壁）で反射した超音波の成分を受信してしまう。そのため、超音波を誤検出する可能性がある。

つまり、従来、空間の温度を計測する場合のＳ／Ｎ比が低い。その結果、空間の温度の計測結果の精度が低下する。

本発明の目的は、空間の空気特性（例えば、温度）の計測結果のＳ／Ｎ比を向上させることである。

本発明の一態様は、
対象空間に配置された音波送信装置、及び、前記対象空間に配置された音波受信装置と接続可能な温度計測装置であって、
音波を送信させるように、前記音波送信装置を制御する手段を備え、
前記音波を受信する音波受信装置から、前記音波の波形に関する受信波形データを取得する手段を備え、
前記受信波形データに基づいて、前記対象空間の温度分布を計算する手段を備える、
温度計測装置である。

本発明によれば、空間の空気特性の計測結果のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

第１実施形態の計測システムの構成を示すブロック図である。 第１実施形態の計測システムの詳細な構成を示すブロック図である。 第１実施形態の音波送信装置の構成を示す概略図である。 第１実施形態の音波受信装置の構成を示す概略図である。 第１実施形態の概要の説明図である。 第１実施形態の空間データテーブルのデータ構造を示す図である。 第１実施形態のセンサデータテーブルのデータ構造を示す図である。 第１実施形態の経路データテーブルのデータ構造を示す図である。 第１実施形態のメッシュデータテーブルのデータ構造を示す図である。 第１実施形態のフィルタの説明図である。 第１実施形態のセンサ配置の一例を示す図である。 第１実施形態の温度計測の処理のフローチャートである。 図１２の経路温度の計算の詳細なフローチャートである。 図１２の処理において表示される画面例を示す図である。 第２実施形態の音波送信装置の構成を示す概略図である。 第２実施形態の経路データテーブルのデータ構造を示す図である。 第２実施形態の送信角の説明図である。 第２実施形態のセンサ配置の一例を示す図である。 第２実施形態の経路温度の計算の詳細なフローチャートである。 変形例１の音波送信装置及び音波受信装置の構成を示す概略図である。 変形例４の音波送信装置及び音波受信装置の構成を示す概略図である。 変化例４の原理の説明図である。 変形例５の概要の説明図である。 変形例５の温度計測の処理のフローチャートである。 変形例６の音波送信装置及び音波受信装置の概略図である。 変形例８のセンサ配置の一例を示す図である。 変形例９の音波送信装置の構成を示す図である。 変形例９の音波受信装置の構成を示す図である。 変形例９の第１例の概要を示す図である。 変形例９のセンサユニットの構成を示す図である。 変形例９の第２例の概要を示す図である。 変形例１０のフィルタの説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（１）第１実施形態
第１実施形態を説明する。

（１−１）計測システムの構成
第１実施形態の計測システムの構成について説明する。図１は、第１実施形態の計測システムの構成を示すブロック図である。図２は、第１実施形態の計測システムの詳細な構成を示すブロック図である。

図１及び図２に示すように、計測システム１は、温度計測装置１０と、音波送信装置２０と、音波受信装置３０と、空調装置４０と、温度計５０と、を備える。
温度計測装置１０は、音波送信装置２０、音波受信装置３０、空調装置４０、及び、温度計５０に接続されている。
温度計測装置１０、音波送信装置２０、音波受信装置３０、空調装置４０、及び、温度計５０は対象空間ＳＰに配置されている。

温度計測装置１０は、以下の機能を備える。
・音波送信装置２０を制御する機能
・音波受信装置３０から受信波形データを取得する機能
・対象空間ＳＰの温度分布を計測する機能
・空調装置４０を制御する機能
・温度計５０から対象空間ＳＰの温度の測定結果に関する基準温度情報を取得する機能
温度計測装置１０は、例えば、スマートフォン、タブレット端末、又は、パーソナルコンピュータである。

音波送信装置２０は、温度計測装置１０の制御に従い、指向性を有する超音波ビーム（「音波」の一例）を送信するように構成される。また、音波送信装置２０は、超音波の送信方向を変更するように構成される。

音波受信装置３０は、音波送信装置２０から送信された超音波ビームを受信し、且つ、受信した超音波ビームに応じた受信波形データを生成するように構成される。音波受信装置３０は、例えば、無指向性マイクロフォン又は指向性マイクロフォンである。

空調装置４０は、温度計測装置１０の制御に従い、対象空間ＳＰの温度を調整するように構成される。

温度計５０は、対象空間ＳＰの温度（以下「基準温度」という）を測定するように構成される。

（１−１−１）温度計測装置の構成
第１実施形態の温度計測装置１０の構成について説明する。

図２に示すように、温度計測装置１０は、記憶装置１１と、プロセッサ１２と、入出力インタフェース１３と、通信インタフェース１４と、を備える。

記憶装置１１は、プログラム及びデータを記憶するように構成される。記憶装置１１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、ストレージ（例えば、フラッシュメモリ又はハードディスク）の組合せである。

プログラムは、例えば、以下のプログラムを含む。
・ＯＳ（Operating System）のプログラム
・情報処理（例えば、対象空間ＳＰの温度分布を計測するための情報処理）を実行するアプリケーションのプログラム
・空間の温度に対する音波の速度に関する音波速度特性に関するデータ

データは、例えば、以下のデータを含む。
・情報処理において参照されるデータベース
・情報処理を実行することによって得られるデータ（つまり、情報処理の実行結果）

プロセッサ１２は、記憶装置１１に記憶されたプログラムを起動することによって、温度計測装置１０の機能を実現するように構成される。プロセッサ１２は、コンピュータの一例である。

入出力インタフェース１３は、温度計測装置１０に接続される入力デバイスからユーザの指示を取得し、かつ、温度計測装置１０に接続される出力デバイスに情報を出力するように構成される。
入力デバイスは、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、又は、それらの組合せである。また、入力デバイスは、温度計５０を含む。
出力デバイスは、例えば、ディスプレイである。また、出力デバイスは、空調装置４０を含む。

通信インタフェース１４は、外部装置（例えば、サーバ）との間の通信を制御するように構成される。

（１−１−２）音波送信装置の構成
第１実施形態の音波送信装置２０の構成を説明する。図３は、第１実施形態の音波送信装置の構成を示す概略図である。

図３Ａに示すように、音波送信装置２０は、複数の超音波振動子（「振動素子」の一例）２１と、制御回路２２と、を備える。

図３Ｂに示すように、制御回路２２は、温度計測装置１０の制御に従って、複数の超音波振動子２１を振動させる。複数の超音波振動子２１が振動すると、送信面（ＸＹ平面）に対して直交する送信方向（Ｚ軸方向）に向かって、超音波ビームが送信される。

（１−１−３）音波受信装置の構成
第１実施形態の音波受信装置３０の構成を説明する。図４は、第１実施形態の音波受信装置の構成を示す概略図である。

図４に示すように、音波受信装置３０は、超音波振動子３１と、制御回路３２と、を備える。

超音波振動子３１は、音波送信装置２０から送信された超音波ビームを受信すると振動する。

制御回路３２は、超音波振動子３１の振動に応じた受信波形データを生成するように構成される。

（１−２）実施形態の概要
第１実施形態の概要について説明する。図５は、第１実施形態の概要の説明図である。

図５に示すように、温度計測の対象となる空間（以下「対象空間」という）ＳＰには、温度計測装置１０（不図示）と、音波送信装置２０ａ〜２０ｂと、音波受信装置３０ａ〜３０ｂと、が配置されている。温度計測装置１０は、音波送信装置２０及び音波受信装置３０と接続可能である。
温度計測装置１０は、音波を送信させるように、音波送信装置２０ａ〜２０ｂを制御する。
温度計測装置１０は、音波受信装置３０ａ〜３０ｂから、受信された音波の波形に関する受信波形データを取得する。
温度計測装置１０は、受信波形データに基づいて、対象空間ＳＰの温度分布を計算する。

本実施形態によれば、音波の伝搬時間から対象空間ＳＰの温度分布を計算する。これにより、空間の温度の計測結果のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

（１−３）データテーブル
第１実施形態のデータテーブルについて説明する。

（１−３−１）空間データテーブル
第１実施形態の空間データテーブルについて説明する。図６は、第１実施形態の空間データテーブルのデータ構造を示す図である。

図６の空間データテーブルには、音波送信装置２０及び音波受信装置３０が配置された空間（以下「対象空間」という）に関する空間情報が格納される。
空間データテーブルは、「座標」フィールドと、「反射特性」フィールドと、を含む。各フィールドは、互いに関連付けられている。

「座標」フィールドには、対象空間に存在する反射部材の座標（以下「反射部材座標」という）が格納される。反射部材座標は、対象空間の任意の基準点を原点とする座標系（以下「空間座標系」という）で表される。

「反射特性」フィールドには、反射部材の反射特性に関する反射特性情報が格納される。「反射特性」フィールドは、「反射種別」フィールドと、「反射率」フィールドと、「法線角」フィールドと、を含む。

「反射種別」フィールドには、反射種別に関する情報が格納される。反射種別は、以下の何れかである。
・拡散反射
・鏡面反射

「反射率」フィールドには、反射部材の反射率の値が格納される。

「法線角」フィールドには、反射部材の反射面の法線角度の値が格納される。

（１−３−２）センサデータテーブル
第１実施形態のセンサデータテーブルについて説明する。図７は、第１実施形態のセンサデータテーブルのデータ構造を示す図である。

図７に示すように、センサデータテーブルには、音波送信装置２０及び音波受信装置３０に関する情報（以下「センサ情報」という）が格納される。
センサデータテーブルは、「センサＩＤ」フィールドと、「座標」フィールドと、「センサタイプ」フィールドと、を含む。
各フィールドは、互いに関連付けられている。

「センサＩＤ」フィールドには、音波送信装置２０又は音波受信装置３０を識別するセンサ識別情報が格納される。

「座標」フィールドには、音波送信装置２０又は音波受信装置３０の位置を示す座標（以下「センサ座標」という）が格納される。センサ座標は、空間座標系で表される。

「センサタイプ」フィールドには、音波送信装置２０であることを示すタグ「送信」、又は、音波受信装置３０であることを示すタグ「受信」が格納される。

（１―３−３）経路データテーブル
第１実施形態の経路データテーブルについて説明する。図８は、第１実施形態の経路データテーブルのデータ構造を示す図である。

図８に示すように、経路データテーブルには、経路に関する経路情報が格納される。
経路データテーブルは、「経路ＩＤ」フィールドと、「送信センサ」フィールドと、「受信センサ」フィールドと、を含む。

「経路ＩＤ」フィールドには、経路を識別する経路識別情報が格納される。

「送信センサ」フィールドには、経路を構成する音波送信装置２０のセンサ識別情報が格納される。

「受信センサ」フィールドには、経路を構成する音波受信装置３０のセンサ識別情報が格納される。

（１−３−４）メッシュデータテーブル
第１実施形態のメッシュデータテーブルについて説明する。図９は、第１実施形態のメッシュデータテーブルのデータ構造を示す図である。図１０は、第１実施形態のフィルタの説明図である。

図９に示すように、メッシュデータテーブルには、仮想メッシュに関するメッシュ情報が格納される。
メッシュデータテーブルは、「メッシュＩＤ」フィールドと、「座標」フィールドと、「経路ＩＤ」フィールドと、「フィルタ」フィールドと、を含む。

「メッシュＩＤ」フィールドには、仮想メッシュを識別するメッシュ識別情報が格納される。

「座標」フィールドには、仮想メッシュの位置を示すメッシュ座標が格納される。メッシュ座標は、空間座標系で表される。

「経路ＩＤ」フィールドには、経路の経路識別情報が格納される。
図１０に示すように、対象空間ＳＰは、複数の仮想メッシュＭｉ（ｉは引数）に分割される。各仮想メッシュＭｉは、３次元形状を有する。
例えば、仮想メッシュＭ１は、複数の経路Ｐ１０１及びＰ２００を含む。経路Ｐ１０１は、音波送信装置２０ａから音波受信装置３０ａに至る経路である。経路Ｐ２００は、音波送信装置２０ｂから音波受信装置３０ｂに至る経路である。

「フィルタ」フィールドには、音波受信装置３０によって受信された受信波形データによって再現される超音波ビームの波形から特定波形を抽出するためのフィルタに関するフィルタ情報が格納される。フィルタ情報は、「経路ＩＤ」フィールドに格納された経路識別情報に関連付けられる。「フィルタ」フィールドは、「時間フィルタ」フィールドと、「振幅フィルタ」フィールドと、を含む。

「時間フィルタ」フィールドには、時間軸に沿って特定波形を抽出するための時間フィルタに関する情報が格納される。時間フィルタは、例えば、以下の少なくとも１つである（図１０）。
・下限時間閾値ＴＨｔｂ
・上限時間閾値ＴＨｔｔ
・下限時間閾値ＴＨｔｂと上限時間閾値ＴＨｔｔとによって規定される時間ウインドウＷｔ

「振幅フィルタ」フィールドには、振幅軸に沿って特定波形を抽出するための振幅フィルタに関する情報が格納される。振幅フィルタは、例えば、以下の少なくとも１つである（図１０）。
・下限振幅閾値ＴＨａｂ
・上限振幅閾値ＴＨａｔ
・下限振幅閾値ＴＨａｂと上限振幅閾値ＴＨａｔとによって規定される振幅ウインドウＷａ

（１−４）温度計測の処理
第１実施形態の温度計測の処理について説明する。図１１は、第１実施形態のセンサ配置の一例を示す図である。図１２は、第１実施形態の温度計測の処理のフローチャートである。図１３は、図１２の経路温度の計算の詳細なフローチャートである。図１４は、図１２の処理において表示される画面例を示す図である。

図１１に示すように、対象空間ＳＰには、複数の音波送信装置２０ａ〜２０ｅと、複数の音波受信装置３０ａ〜３０ｅと、が配置される。
複数の音波送信装置２０ａ〜２０ｅは、それぞれ、複数の音波受信装置３０ａ〜３０ｅに対向している。例えば、音波送信装置２０ａは、音波受信装置３０ａに対向している。これは、音波送信装置２０ａ及び音波受信装置３０ａが、センサペアを形成することを意味している。
図１１は、５つのセンサペアが形成される例を示している。

複数の経路を含む仮想メッシュのメッシュ温度の計測が可能である。
図１１は、仮想メッシュＭ１〜Ｍ４のメッシュ温度の計測が可能である例を示している。

図１２に示すように、温度計測装置１０は、対象メッシュの決定（Ｓ１１０）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、図５に示すように、対象空間ＳＰを構成する複数の仮想メッシュの中から対象メッシュＭｔ（ｔ＝１〜４）のメッシュ識別情報を決定する。

ステップＳ１１０の後、温度計測装置１０は、所定の経路温度計算モデルに従って、経路温度の計算（Ｓ１１１）を実行する。
図１３を参照して、ステップＳ１１１の詳細を説明する。

温度計測装置１０は、対象経路の決定（Ｓ１１１０）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、メッシュデータテーブル（図９）を参照して、ステップＳ１１０で決定したメッシュ識別情報に関連付けられた「経路ＩＤ」フィールドの情報（つまり、対象メッシュＭｔを通る経路（以下「対象経路」という）Ｐｉ（ｉは、経路の引数）の経路識別情報）を特定する。

ステップＳ１１１０の後、温度計測装置１０は、超音波ビームの出力（Ｓ１１１１）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、経路データテーブル（図８）を参照して、ステップＳ１１１０で特定した経路識別情報に関連付けられた「送信センサ」フィールドの情報（つまり、制御対象となる音波送信装置（以下、「対象音波送信装置」という）２０）と、「受信センサ」フィールドの情報（つまり、制御対象となる音波受信装置（以下「対象音波受信装置」という）３０）と、を特定する。
プロセッサ１２は、対象音波送信装置２０に超音波制御信号を送信する。

対象音波送信装置２０は、温度計測装置１０から送信された超音波制御信号に応じて超音波ビームを送信する。
具体的には、複数の超音波振動子２１は、超音波制御信号に応じて同時に振動する。
これにより、対象音波送信装置２０から対象音波受信装置３０に向かって、送信方向（Ｚ軸方向）に進行する超音波ビームが送信される。

ステップＳ１１１１の後、温度計測装置１０は、受信波形データの取得（Ｓ１１１２）を実行する。
具体的には、対象音波受信装置３０の超音波振動子３１は、ステップＳ１１１１で対象音波送信装置２０から送信された超音波ビームを受信することにより振動する。
制御回路３２は、超音波振動子３１の振動に応じた受信波形データ（図１０）を生成する。
制御回路３２は、生成した受信波形データを温度計測装置１０に送信する。

温度計測装置１０のプロセッサ１２は、音波受信装置３０から送信された受信波形データを取得する。

ステップＳ１１１２の後、温度計測装置１０は、フィルタリング（Ｓ１１１３）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、メッシュデータテーブル（図９）を参照して、ステップＳ１１０で決定した対象経路Ｐｉの経路識別情報に関連付けられた「フィルタ」フィールドを特定する。
例えば、対象メッシュのメッシュ識別情報が「Ｍ００１」である場合、以下のフィルタ情報が特定される。
・経路識別情報「Ｐ００１」：時間閾値ＴＨｔ１以上及び振幅閾値ＴＨａ１以上
・経路識別情報「Ｐ００２」：時間閾値ＴＨｔ２以上及び振幅ウインドウＷａ２内
・経路識別情報「Ｐ００３」：時間ウインドウＷｔ３内及び振幅閾値ＴＨａ３以上
・経路識別情報「Ｐ００４」：時間ウインドウＷｔ４内及び振幅ウインドウＷａ４内

プロセッサ１２は、特定したフィルタ情報に基づいて、受信波形データに含まれる成分のうち、対象経路Ｐｉに沿って進行した超音波ビームの成分を抽出する。

ステップＳ１１１３の後、温度計測装置１０は、経路温度の計算（Ｓ１１１４）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、センサデータテーブル（図７）の「座標」フィールドを参照して、センサペア毎に、センサペアを構成する音波送信装置２０の座標及び音波受信装置３０の座標を特定する。
プロセッサ１２は、特定した音波送信装置２０の座標及び音波受信装置３０の座標の組合せに基づいて、当該音波送信装置２０と当該音波受信装置３０との間の距離（以下「センサ間距離」という）Ｄｓを計算する。
プロセッサ１２は、ステップＳ１１１３で抽出された成分のピーク値に対応する時間（以下「伝搬時間」という）ｔを特定する。伝搬時間ｔは、音波送信装置２０が超音波ビームを送信してから、対象経路Ｐｉに沿って進行した超音波ビームが音波受信装置３０に到達するまでの所要時間（つまり、対象経路の始点から終点までを超音波ビームが伝搬する時間）を意味する。
プロセッサ１２は、超音波の音速Ｃ、センサ間距離Ｄｓと、伝搬時間ｔと、基準温度Ｔ０と、を用いて、対象経路Ｐｉの経路温度ＴＥＭＰｐａｔｈｉを計算する。

全ての対象経路ＰｉについてステップＳ１１１４が終了していない場合（Ｓ１１１５−ＮＯ）、温度計測装置１０は、ステップＳ１１１０を実行する。

全ての対象経路ＰｉについてステップＳ１１１４が終了すると（Ｓ１１１５−ＹＥＳ）、温度計測装置１０は、図１２のメッシュ温度の計算（Ｓ１１２）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、ステップＳ１１１４（図１１）において計算された全ての対象経路Ｐｉの経路温度ＴＥＭＰｐａｔｈｉを用いて、対象メッシュＭｔのメッシュ温度ＴＥＭＰｍｅｓｈｔを計算する（式１）。
ＴＥＭＰｍｅｓｈｔ ＝ ＡＶＥ（ＴＥＭＰｐａｔｈｉ）…（式１）
・ＡＶＥ（ｘ）：ｘの平均値を求める関数

全ての対象メッシュＭｔについてステップＳ１１２が終了していない場合（Ｓ１１３−ＮＯ）、温度計測装置１０は、ステップＳ１１０を実行する。

全ての対象メッシュＭｔについてステップＳ１１２が終了すると（Ｓ１１３−ＹＥＳ）、温度計測装置１０は、計測結果の提示（Ｓ１１４）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、画面Ｐ１０（図１４）をディスプレイに表示する。

画面Ｐ１０は、表示オブジェクトＡ１０を含む。
表示オブジェクトＡ１０には、画像ＩＭＧ１０が表示される。
画像ＩＭＧ１０は、対象空間ＳＰを構成する複数の仮想メッシュのそれぞれについて、ステップＳ１１２で計算されたメッシュ温度ＴＥＭＰｍｅｓｈｔを示している。

第１実施形態によれば、超音波ビームの伝搬時間から対象空間ＳＰの温度分布を計算する。これにより、空間の温度の計測結果のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

（２）第２実施形態
第２実施形態を説明する。第２実施形態は、音波送信装置２０の超音波ビームの送信方向が可変である例である。

（２−１）音波送信装置の構成
音波送信装置２０の構成を説明する。図１５は、第２実施形態の音波送信装置の構成を示す概略図である。

図１５に示すように、音波送信装置２０は、複数の超音波振動子２１と、制御回路２２と、アクチュエータ２３と、を備える。

図１５Ａに示すように、複数の超音波振動子２１は、送信面（ＸＹ平面）上に二次元配列される。つまり、複数の超音波振動子２１は、振動子アレイＴＡを形成する。

アクチュエータ２３は、送信軸（Ｚ軸）に対する送信面（ＸＹ平面）の向きを変更するように構成される。
アクチュエータ２３が送信面を送信軸（Ｚ軸）方向に向けると、超音波ビームＵＳＷ０が送信される。
アクチュエータ２３が送信面を送信軸（Ｚ軸）に対して傾斜させると、超音波ビームＵＳＷ１が送信される。

（２−２）経路データテーブル
第２実施形態の経路データテーブルについて説明する。図１６は、第２実施形態の経路データテーブルのデータ構造を示す図である。図１７は、第２実施形態の送信角の説明図である。

図１６に示すように、経路データテーブルは、図８のフィールド（「経路ＩＤ」フィールド、「送信センサ」フィールド、及び、「受信センサ」フィールド）に加えて、「送信角度」フィールドを含む。

「送信角度」フィールドには、音波送信装置２０の送信軸（Ｚ軸）に対する超音波ビームの送信角の値が格納される。

図１７に示すように、経路Ｐ１〜Ｐ３は、音波送信装置２０、音波受信装置３０、及び、送信角度θの組合せによって特定される。

（２−３）情報処理
第２実施形態の情報処理について説明する。図１８は、第２実施形態のセンサ配置の一例を示す図である。図１９は、第２実施形態の経路温度の計算の詳細なフローチャートである。

図１８に示すように、対象空間ＳＰには、複数の音波送信装置２０ａ〜２０ｂと、複数の音波受信装置３０ａ〜３０ｂと、が配置される。
複数の音波送信装置２０ａ〜２０ｂは、何れも、複数の音波受信装置３０ａ〜３０ｂに到達する経路に沿った超音波ビームを送信可能である。例えば、音波送信装置２０ａは、音波受信装置３０ａに到達する経路Ｐ２０ａに沿った超音波ビームと、音波受信装置３０ｂに到達する経路Ｐ２１ａに沿った超音波ビームと、を送信可能である。

超音波ビームの経路を含む仮想メッシュのメッシュ温度の計測が可能である。
対象空間ＳＰの反射部材（例えば、壁及び天井の少なくとも１つ）で超音波ビームが反射する経路Ｐ２０ｂ及びＰ２１ｂを含むので、より多くの仮想メッシュのメッシュ温度の計測が可能である。

図１９に示すように、第２実施形態の温度計測装置１０は、ステップＳ１１１０の後、送信方向の決定（Ｓ２１１０）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、経路データテーブル（図８）を参照して、ステップＳ１１１０で特定した経路識別情報に関連付けられた「送信センサ」フィールドの情報（つまり、制御対象となる音波送信装置（以下、「対象音波送信装置」という）２０）と、「受信センサ」フィールドの情報（つまり、制御対象となる音波受信装置（以下「対象音波受信装置」という）３０）と、「送信角度」フィールドの情報（つまり、対象音波送信装置２０の送信角の値）と、を特定する。
プロセッサ１２は、対象音波送信装置２０に超音波制御信号を送信する。超音波制御信号は、送信角の値を含む。

対象音波送信装置２０は、温度計測装置１０から送信された超音波制御信号に含まれる送信角度の値が示す方向に超音波ビームを送信する。
具体的には、アクチュエータ２３は、超音波制御信号に含まれる送信角の値を参照して、送信軸（Ｚ軸）に対する送信面（ＸＹ平面）の向きを変更する。
制御回路２２は、複数の超音波振動子２１を同時に振動させる。
これにより、超音波制御信号に含まれる送信角の値が示す方向に進行する超音波ビームが送信される。

ステップＳ２１１０の後、温度計測装置１０は、図１２と同様に、ステップＳ１１１１〜Ｓ１１１６を実行する。

第２実施形態によれば、音波送信装置２０の送信角が可変である。これにより、１つの音波送信装置２０から送信される超音波ビームの経路が増える。その結果、対象空間ＳＰの温度分布の計測に必要な音波送信装置２０の数を低減することができ、且つ、音波送信装置２０及び音波受信装置３０の配置の自由度を向上させることができる。
（３）変形例
本実施形態の変形例について説明する。

（３−１）変形例１
変形例１について説明する。変形例１は、音波送信装置２０及び音波受信装置３０に関する変形例である。図２０は、変形例１の音波送信装置及び音波受信装置の構成を示す概略図である。

図２０に示すように、変形例１の対象空間ＳＰには、センサユニットＳＵが配置される。
センサユニットＳＵは、音波送信装置２０と、音波受信装置３０と、を備える。

音波送信装置２０は、複数の超音波振動子２１を備える。
複数の超音波振動子２１は、一定方向（Ｘ方向）に配列される。

音波受信装置３０は、複数の超音波振動子３１を備える。
複数の超音波振動子３１は、一定方向（Ｙ方向）に配列される。

音波送信装置２０の超音波振動子２１の配列方向と、音波受信装置３０の超音波振動子３１の配列方向と、は互いに異なる。好ましくは、超音波振動子２１の配列方向（Ｘ方向）は、超音波振動子３１の配列方向（Ｙ方向）と直交する。

音波送信装置２０から送信された超音波ビームの音圧分布は、超音波振動子２１の配列方向（Ｘ方向）に対する直交方向（Ｙ方向）に広がっている。
この超音波ビームは、対象空間ＳＰの反射部材で反射する。
音波受信装置３０は、反射部材で反射した超音波ビームを受信する。超音波振動子３１の超音波振動子３１の超音波に対する感度分布は、超音波振動子３１の配列方向（Ｙ方向）に対する直交方向（Ｘ方向）に広がっている。

変形例１によれば、Ｙ方向に広がる音圧分布を有する超音波ビームを、Ｘ方向に広がる感度分布を有する超音波振動子３１の振動に応じた波形データが得られる。つまり、音波受信装置３０は、音圧分布と感度分布が交わる点の成分を最も強く取得する。これにより、空間温度の計測の解像度を増加させることができる。

（３−２）変形例２
変形例２について説明する。変形例２は、アクチュエータ２３を用いずに、送信方向を変更する例である。

変形例２の制御回路２２は、超音波制御信号に含まれる送信角の値に応じて、Ｚ軸に対する送信角を実現するために必要な位相差を計算する。
制御回路２２は、超音波ビームが計算した位相差が発生するように、複数の超音波振動子２１をそれぞれ異なるタイミングで振動させる。各超音波振動子２１の振動のタイミングの差は、各超音波振動子２１から送信される超音波の位相差を形成する。
これにより、超音波制御信号に含まれる送信角の値が示す方向に進行する超音波ビームが送信される。

変形例２によれば、アクチュエータ２３（つまり、送信方向を変えるための機械的機構）を用いることなく、送信方向を変えることができる。

（３−３）変形例３
変形例３について説明する。変形例３は、対象空間ＳＰの温度に応じて、フィルタを補正する例である。

変形例３のプロセッサ１２は、ステップＳ１１１３において、温度計５０から基準温度を取得する。
プロセッサ１２は、基準温度に基づいて、特定したフィルタ情報を補正する。
プロセッサ１２は、補正したフィルタ情報に基づいて、受信波形データに含まれる成分のうち、対象経路Ｐｉに沿って進行した超音波ビームの成分を抽出する。

変形例３によれば、対象空間ＳＰの温度に基づいてフィルタリングを実行する。これにより、受信波形データから、対象経路Ｐｉに沿って進行した超音波ビームの成分をより確実に抽出することができる。その結果、メッシュ温度の計算の精度を向上させることができる。

（３−４）変形例４
変形例４について説明する。変形例４は、対象空間ＳＰ内の気流が計測結果に与える影響を軽減する例である。図２１は、変形例４の音波送信装置及び音波受信装置の構成を示す概略図である。図２２は、変化例４の原理の説明図である。

図２１に示すように、変形例４の対象空間ＳＰには、少なくとも２つのセンサユニットＳＵａ及びＳＵｂが配置される（図２１Ａ）。
センサユニットＳＵａ及びＳＵｂは、それぞれ、音波送信装置２０と、音波受信装置３０と、を備える（図２１Ｂ）。

センサユニットＳＵａの音波送信装置２０ａから送信された超音波ビームは、センサユニットＳＵｂの音波受信装置３０ｂによって受信される。
音波受信装置３０ｂは、受信した超音波ビームに応じた受信波形データ（「第２受信波形データ」の一例）を生成する。

センサユニットＳＵｂの音波送信装置２０ｂから送信された超音波ビームは、センサユニットＳＵａの音波受信装置３０ａによって受信される。
音波受信装置３０ａは、受信した超音波ビームに応じた受信波形データ（「第１受信波形データ」の一例）を生成する。

図２２に示すように、音波送信装置２０ａから音波受信装置３０ｂに向かう経路（以下「往路」という）を進行する超音波ビームの実速度の絶対値｜Ｖａｂ｜については、式２ａの関係が成立する。
｜Ｖａｂ｜ ＝ Ｄａｂ／ｔａｂ ＝ Ｃ＋Ｖｗａｂ …（式２ａ）
・Ｄａｂ：センサユニットＳＵａ及びＳＵｂの間のセンサ間距離
・ｔａｂ：往路の伝搬時間
・Ｖｗａｂ：センサユニットＳＵａ及びＳＵｂの間の風速成分

音波送信装置２０ｂから音波受信装置３０ａに向かう経路（以下「復路」という）は、往路の逆方向である。したがって、復路を進行する超音波ビームの実速度の絶対値｜Ｖｂａ｜については、式２ｂの関係が成立する。
｜Ｖｂａ｜ ＝ Ｄａｂ／ｔｂａ ＝ Ｃ−Ｖｗａｂ …（式２ｂ）
・ｔｂａ：復路の伝搬時間

温度計測装置１０は、式２ｃを用いて、センサユニットＳＵａ及びＳＵｂの平均速度｜Ｖａ：ｂ｜を計算する。
｜Ｖａ：ｂ｜ ＝ （｜Ｖａｂ｜＋｜Ｖｂａ｜）／２ …（式２ｃ）

式２ｃにより、往路の風速成分Ｖａｂと復路の風速成分Ｖｂａが互いに相殺される。したがって、平均速度｜Ｖａ：ｂ｜は、風速成分Ｖｗａｂを含まない。

温度計測装置１０は、記憶装置１１に記憶された音波速度特性に関するデータを参照して、平均速度｜Ｖａ：ｂ｜に対応する温度を計算する。

変形例４によれば、１対のセンサユニットＳＵａ及びＳＵｂの間の風速成分を含まない平均速度に対応する温度を計算する。これにより、空間の温度の計測結果のＳ／Ｎ比をさらに向上させることができる。

変形例４では、２つのセンサユニットＳＵａ及びＳＵｂを使用する例を説明したが、本実施形態はこれに限られない。本実施形態は、例えば、音波がほぼ同一の進行経路を通っており、且つ、それらの音波に含まれる風速成分のベクトル和がキャンセルされる条件を満たす限り、３種類以上の音速又はそれに準ずる信号の平均を用いる場合にも適用可能である。

変形例４では、２つのセンサユニットＳＵａ及びＳＵｂを使用する例を説明したが、本実施形態はこれに限られない。変形例４は、1回以上の反射散乱経路を使用する場合にも適用可能である。

（３−５）変形例５
変形例５について説明する。変形例５は、時系列フィルタを用いた温度計測アルゴリズムの例である。

（３−５−１）変形例５の概要
変形例５の概要について説明する。図２３は、変形例５の概要の説明図である。
図２３に示すように、変形例５のプロセッサ１２は、経路温度計算モデルＭｐｔ（ｔ）と、時系列フィルタＦＩＬと、を実行するように構成される。

経路温度計算モデルＭｐｔ（ｔ）は、時刻ｔの受信波形データＲＷ（ｔ｜ｘ，ｙ，ｚ）に応じて、時刻ｔの経路温度ＰＤ（ｔ｜ｘ，ｙ，ｚ）を出力するように構成される。

時系列フィルタＦＩＬは、経路温度計算モデルＭｐｔ（ｔ）の出力（経路温度ＰＤ（ｔ｜ｘ，ｙ，ｚ））、温度計５０によって計測された時刻ｔの基準温度Ｔｒｅｆ（ｔ）、及び、時刻ｔ−１の温度分布Ｄ（ｔ−１）の組合せに応じて、時刻ｔの温度分布Ｄｔ（ｔ）を出力するように構成される。
時系列フィルタＦＩＬは、例えば、以下の少なくとも１つを含む。
・カルマンフィルタ
・拡張カルマンフィルタ
・無香カルマンフィルタ
・パーティクルフィルタ

（３−５−２）温度計測の処理
変形例５の温度計測の処理について説明する。図２４は、変形例５の温度計測の処理のフローチャートである。

図２４に示すように、変形例５の温度計測装置１０は、図１２と同様に、ステップＳ１１０〜Ｓ１１３を実行する。

全ての対象メッシュＭｔについてステップＳ１１２が終了していない場合（Ｓ１１３−ＮＯ）、温度計測装置１０は、ステップＳ１１０を実行する。

全ての対象メッシュＭｔについてステップＳ１１２が終了すると（Ｓ１１３−ＹＥＳ）、温度計測装置１０は、時系列フィルタリング（Ｓ３１０）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、温度計５０から時刻ｔの基準温度Ｔｒｅｆ（ｔ）を取得する。
プロセッサ１２は、ステップＳ１１１で得られた時刻ｔの経路温度Ｔｐ（ｔ｜ｘ，ｙ，ｚ）と、基準温度Ｔｒｅｆ（ｔ）と、を時刻ｔ−１の温度分布（ｔ−１）と、を時系列フィルタＦＩＬに入力することにより、時刻ｔの温度分布Ｄ（ｔ）を計算する。
温度分布Ｄ（ｔ）は、時刻ｔ＋１の温度分布Ｄ（ｔ＋１）の計算において参照される。

変形例５によれば、時系列フィルタリングを実行することにより、空間の温度の計測結果のＳ／Ｎ比を更に向上させることができる。

なお、変形例５の時系列フィルタＦＩＬは、更に、時刻ｔ−１の外部環境情報を参照して、時刻ｔの温度分布Ｄ（ｔ）を計算しても良い。時刻ｔ−１の外部環境情報は、例えば、以下の情報を含む。
・空調装置４０の熱量に関する情報
・対象空間ＳＰの周辺の外気温に関する情報
・対象空間ＳＰの３次元形状に関する情報
・対象空間ＳＰの断熱性能に関する情報
・対象空間ＳＰ内に存在する人の数に関する情報
・対象空間ＳＰ内に存在する人の動きに関する情報
・空調装置４０の風に関する情報
・対象空間ＳＰ内の風に関する情報

（３−６）変形例６
変形例６について説明する。変形例６は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の音波送信装置２０、及び、Ｍ（Ｍは２以上の整数）個の音波受信装置３０の組合せの例である。図２５は、変形例６の音波送信装置及び音波受信装置の概略図である。

図２５に示すように、Ｎ個の音波送信装置２０（１）〜２０（Ｎ）が超音波ビームを送信する。

Ｍ個の音波受信装置３０（１）〜３０（Ｍ）は、それぞれ、Ｎ個の音波送信装置２０（１）〜２０（Ｎ）から送信された超音波ビームを受信し、且つ、当該超音波ビームに対応する受信波形データを生成する。

変形例６の第１例のプロセッサ１２は、音波受信装置３０（１）〜３０（Ｍ）によって生成された受信波形データに対して、図１３のフィルタリング（Ｓ１１１３）を実行することにより、受信波形データに対応する超音波ビームの経路（つまり、当該超音波ビームの発信源である音波送信装置２０（ｎ）（ｎは、２〜Ｎの整数）及び音波受信装置３０（ｍ）の組合せ）を特定する。

変形例６の第２例のプロセッサ１２は、受信波形データを包絡線に変換し、且つ、包絡線の立ち上がりの時刻を特定する。プロセッサ１２は、当該時刻によって、受信波形データに対応する超音波ビームの経路（つまり、当該超音波ビームの発信源である音波送信装置２０（ｎ）及び音波受信装置３０（ｍ）の組合せ）を特定する。

変形例６の第３例の音波送信装置２０（ｎ）は、互いに、周波数が異なる超音波ビームを送信する。プロセッサ１２は、受信波形データの周波数を参照して、受信波形データに対応する超音波ビームの経路（つまり、当該超音波ビームの発信源である音波送信装置２０（ｎ）及び音波受信装置３０（ｍ）の組合せ）を特定する。

変形例６によれば、１つの音波受信装置３０が複数の音波送信装置２０（ｎ）から送信された超音波ビームを受信する。温度計測装置１０は、受信波形データをフィルタリングすることにより、超音波ビームを発振した音波送信装置２０（ｎ）を特定する。これにより、空間の温度の計測結果のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

（３−７）変形例７
変形例７について説明する。変形例７は、温度に加えて、風ベクトルの分布を計測する例である。

変形例７の対象空間ＳＰには、例えば、図５の温度計測装置１０（不図示）と、少なくとも２つの音波送信装置２０ａ〜２０ｂと、少なくとも２つの音波受信装置３０ａ〜３０ｂと、が配置されている。

温度計測装置１０は、所定の送信周波数Ｆｓを有する超音波ビームを送信するように、音波送信装置２０ａを制御する。
音波送信装置２０ａは、温度計測装置１０の制御に従い、送信周波数Ｆｓを有する超音波ビームを送信する。
音波受信装置３０ａは、超音波ビームを受信すると、受信波形データを生成する。音波受信装置３０ａが受信する超音波ビームには、音波送信装置２０ａと音波受信装置３０ａとの間の風に起因するドップラー効果が発生する。したがって、音波受信装置３０ａが受信する超音波ビームの受信周波数Ｆｒａは、送信周波数Ｆｓとは異なる。
温度計測装置１０は、音波受信装置３０ａから受信波形データを取得し、且つ、受信波形データを参照して受信周波数Ｆｒａを特定する。
ドップラー効果を考慮すると、送信周波数Ｆｓと受信周波数Ｆｒａとの間には、式３．１の関係が成立する。
Ｆｓ ＝ （Ｃ＋Ｖｗａ）／Ｃ×Ｆｒａ …（式３．１）
・Ｃ：超音波の音速
・Ｖｗａ：音波送信装置２０ａと音波受信装置３０ａとの間の経路上の理論上の風速

式３．１を展開すると、理論上の風速Ｖｗａは、式３．２のように表すことができる。プロセッサ１２は、式３．１を用いて、理論上の風速Ｖｗａを計算する。
Ｖｗａ ＝ Ｃ×Ｆｓ／Ｆｒａ−Ｃ …（式３．２）

プロセッサ１２は、式３．３を用いて、音波送信装置２０ｂと音波受信装置３０ｂとの間の経路上の理論上の風速Ｖｗｂを計算する。
Ｖｗｂ ＝ Ｃ×Ｆｓ／Ｆｒｂ−Ｃ …（式３．３）
・Ｆｒｂ：音波受信装置３０ｂが受信した超音波ビームの受信周波数

記憶装置１１には、温度と風速の相関関数Ｇ（ｘ）が予め格納されている。
プロセッサ１２は、ステップＳ１１２で得られたメッシュ温度ＴＥＭＰｍｅｓｈ及び相関関数を用いて、式３．４〜式３．５のように、補正風速Ｖｒｗａ及びＶｒｗｂを計算する。
Ｖｒｗａ ＝ Ｇ（Ｔｍｅｓｈ）×Ｖｗａ …（式３．４）
Ｖｒｗｂ ＝ Ｇ（Ｔｍｅｓｈ）×Ｖｗｂ …（式３．５）

温度計測装置１０は、音波送信装置２０ａ〜音波受信装置３０ａの進行経路及び音波送信装置２０ｂ〜音波受信装置３０ｂの進行経路の成す角度を参照して、式３．４〜式３．５から得られた補正風速Ｖｒｗａ及びＶｒｗｂを合成することにより、風ベクトルを計算する。

変形例７によれば、超音波の進行経路が交差する交差点を含むメッシュの風ベクトルが得られる。したがって、複数の交差点が形成される場合、対象空間ＳＰの風ベクトルの分布（つまり、風速及び風向きの分布）が得られる。

変形例７では、２本の進行経路が交差点を形成する例を示した。この場合、得られる風ベクトルの次元は２次元である。
なお、変形例７は、３本の進行経路が交差点を形成する場合にも適用可能である。この場合、得られる風ベクトルの次元は３次元である。

（３−８）変形例８
変形例８について説明する。変形例８は、超音波を用いて風ベクトルの分布を計測する例である。図２６は、変形例８のセンサ配置の一例を示す図である。

図２６に示すように、変形例８の対象空間ＳＰには、少なくとも４つのセンサユニットＳＵａ〜ＳＵｄが、センサユニットＳＵａ〜ＳＵｂの超音波の進行経路と、センサユニットＳＵｃ〜ＳＵｄの超音波の進行経路とが互いに交わる（好ましくは、直交する）ように配置される。
各センサユニットＳＵａ〜ＳＵｄの構成は、変形例４（図２１Ｂ）と同様である。

変形例８の温度計測装置１０は、式４．１を用いて、センサユニットＳＵａ〜ＳＵｂ間の往路を進行する超音波ビームの速度の絶対値｜Ｖａｂ｜から温度因子を除去することにより、センサユニットＳＵａ及びＳＵｂの間の風速成分Ｖｗａｂを計算する。
Ｖｗａｂ ＝ ｜Ｖａｂ｜−｜Ｖａ：ｂ｜ …（式４．１）

温度計測装置１０は、式４．２を用いて、センサユニットＳＵｃ〜ＳＵｄ間の往路を進行する超音波ビームの速度の絶対値｜Ｖｃｄ｜から温度因子を除去することにより、センサユニットＳＵｃ及びＳＵｄの間の風速成分Ｖｗｃｄを計算する。
Ｖｗｃｄ ＝ ｜Ｖｃｄ｜−｜Ｖｃ：ｄ｜ …（式４．２）
・｜Ｖｃ：ｄ｜：センサユニットＳＵｃ及びＳＵｄの平均速度

温度計測装置１０は、センサユニットＳＵａ〜ＳＵｂの進行経路及びセンサユニットＳＵｃ〜ＳＵｄの進行経路の成す角度を参照して、式４．１から得られた風速成分Ｖｗａｂと、式４．２から得られた風速成分Ｖｗｃｄと、を合成することにより、風ベクトルを計算する。

変形例８によれば、対象空間ＳＰに配置されたセンサユニットの超音波の進行経路が交差点を含むメッシュの風ベクトルが得られる。したがって、複数の交差点が形成される場合、対象空間ＳＰの温度分布に代えて、風ベクトル（つまり、風速及び風向き）の分布が得られる。

変形例８では、往路を進行する超音波ビームの絶対値｜Ｖａｂ｜及び｜Ｖｃｄ｜に代えて、復路を進行する超音波ビームの絶対値｜Ｖｂａ｜及び｜Ｖｄｃ｜を用いて、風ベクトルを推定しても良い。

変形例８では、一対のセンサユニットが交差点を形成する例を示した。この場合、得られる風ベクトルの次元は２次元である。
なお、変形例８は、３つのセンサユニットが交差点を形成する場合にも適用可能である。この場合、得られる風ベクトルの次元は３次元である。

（３−９）変形例９
変形例９を説明する。変形例９は、振動子アレイを用いて温度を計測する例である。

（３−９−１）変形例９の計測システムの構成
変形例９の計測システム１の構成を説明する。

（３−９−１−１）変形例９の音波送信装置の構成
変形例９の音波送信装置２０の構成を説明する。図２７は、変形例９の音波送信装置の構成を示す図である。

図２７に示すように、音波送信装置２０は、複数の超音波振動子２１と、制御回路２２と、を備える。

図２７Ａに示すように、複数の超音波振動子２１は、送信面（ＸＹ平面）上に二次元配列される。つまり、複数の超音波振動子２１は、振動子アレイＴＡを形成する。

図２７Ｂに示すように、各超音波振動子２１は、Ｚ方向に沿って進行する超音波ビームＵＳＷを送信する。

（３−９−１−２）変形例９の音波受信装置の構成
変形例９の音波受信装置３０の構成を説明する。図２８は、変形例９の音波受信装置の構成を示す図である。

図２８に示すように、音波受信装置３０は、複数の超音波振動子３１と、制御回路３２と、を備える。

図２８Ａに示すように、複数の超音波振動子３１は、送信面（ＸＹ平面）上に二次元配列される。つまり、複数の超音波振動子３１は、振動子アレイＴＡを形成する。

図２８Ｂに示すように、各超音波振動子３１は、音波送信装置２０から送信された超音波ビームＵＳＷを受信すると振動する。

（３−９−２）変形例９の具体例
変形例９の具体例を説明する。

（３−９−２−１）変形例９の第１例
変形例９の第１例を説明する。変形例９の第１例は、一対の音波受信装置３０及び音波送信装置２０を用いて温度を計測する例である。図２９は、変形例９の第１例の概要を示す図である。

以下、対象空間ＳＰには、図２９のＸ＋方向に向かう気流ＡＦが存在する。

変形例９の第１例の音波送信装置２０の振動子２１ａ〜２１ｃは、それぞれ、Ｚ＋方向に向かって超音波ビームＵＳＷ０〜ＵＳＷ２を送信する。

超音波ビームＵＳＷ０〜ＵＳＷ２は、気流ＡＦの影響により、Ｘ＋方向にシフトする。
その結果、超音波ビームＵＳＷ２は音波受信装置３０の外側に向かって進行する。
一方、超音波ビームＵＳＷ０〜ＵＳＷ１は、超音波振動子３１ｂ〜３１ｃに受信される。

このように、音波送信装置２０及び音波受信装置３０が、何れも、振動子アレイＴＡを形成する。これにより、音波送信装置２０の振動子アレイＴＡから放射された超音波ビームＵＳＷ０〜ＵＳＷ２は、気流ＡＦの影響を受けたとしても、音波受信装置３０の振動子アレイＴＡに到達し易くなる。これにより、気流ＡＦの影響を受けることなく、本実施形態と同様の効果が得られる。

（３−９−２−２）変形例９の第２例
変形例９の第２例を説明する。変形例９の第２例は、一対のセンサユニットＳＵ（音波受信装置３０及び音波送信装置２０の組合せ）を用いて温度を計測する例である。図３０は、変形例９のセンサユニットの構成を示す図である。図３１は、変形例９の第２例の概要を示す図である。

図３０Ａに示すように、変形例９の第２例のセンサユニットＳＵは、音波送信装置２０と、音波受信装置３０と、を備える。

音波送信装置２０は、複数の超音波振動子２１と、制御回路２２と、を備える。

複数の超音波振動子２１は、送信面（ＸＹ平面）上に二次元配列される。つまり、複数の超音波振動子２１は、振動子アレイＴＡを形成する。

音波受信装置３０は、複数の超音波振動子３１と、制御回路３２と、を備える。

複数の超音波振動子３１は、送信面（ＸＹ平面）上に二次元配列される。つまり、複数の超音波振動子３１は、振動子アレイＴＡを形成する。

図３０Ｂに示すように、対象空間ＳＰには、一対のセンサユニットＳＵａ及びＳＵｂが配置される。

センサユニットＳＵａの音波送信装置２０は、センサユニットＳＵｂの音波受信装置３０に向かって超音波を放射する。
センサユニットＳＵｂの音波送信装置２０は、センサユニットＳＵａの音波受信装置３０に向かって超音波を放射する。

以下、対象空間ＳＰには、図３１のＸ＋方向に向かう気流ＡＦが存在する。

センサユニットＳＵａの音波送信装置２０の振動子２１ａ〜２１ｃは、それぞれ、Ｚ＋方向に向かって超音波ビームＵＳＷａ０〜ＵＳＷａ２を送信する。
センサユニットＳＵｂの音波送信装置２０の振動子２１ａ〜２１ｃは、それぞれ、Ｚ−方向に向かって超音波ビームＵＳＷｂ０〜ＵＳＷｂ２を送信する。

超音波ビームＵＳＷａ０〜ＵＳＷａ２及びＵＳＷｂ０〜ＵＳＷｂ２は、気流ＡＦの影響により、Ｘ＋方向にシフトする。
その結果、超音波ビームＵＳＷａ２は、センサユニットＳＵｂの音波受信装置３０の外側に向かって進行する。超音波ビームＵＳＷｂ２は、センサユニットＳＵａの音波受信装置３０の外側に向かって進行する。
一方、超音波ビームＵＳＷａ０〜ＵＳＷａ１は、センサユニットＳＵｂの音波受信装置３０の超音波振動子３１ｂ〜３１ｃに受信される。超音波ビームＵＳＷｂ０〜ＵＳＷｂ１は、センサユニットＳＵａの音波受信装置３０の超音波振動子３１ｂ〜３１ｃに受信される。

このように、音波送信装置２０及び音波受信装置３０が、何れも、振動子アレイＴＡを形成する。これにより、音波送信装置２０の振動子アレイＴＡから放射された超音波ビームＵＳＷ０〜ＵＳＷ２は、気流ＡＦの影響を受けたとしても、音波受信装置３０の振動子アレイＴＡに到達し易くなる。更に、センサユニットＳＵａ〜ＳＵｂの間の空間の温度を、Ｚ−方向に進行する超音波ビーム及びＺ＋方向に進行する超音波ビームの両方を用いて計測する。これにより、気流ＡＦの影響を受けることなく、本実施形態と同様の効果が得られる。

（３−１０）変形例１０
変形例１０を説明する。変形例１０は、１つの音波受信装置３０が受信した音波の波形の中から、参照すべき波形を特定する例である。図３２は、変形例１０のフィルタの説明図である。

（３−１０−１）変形例１０の第１例
変形例１０の第１例を説明する。

変形例１の第１例の音波受信装置３０は、経路毎の時間フィルタを有する。時間フィルタは、例えば、以下の少なくとも１つである（図３２）。
・下限時間閾値ＴＨｔｂ
・上限時間閾値ＴＨｔｔ
・下限時間閾値ＴＨｔｂと上限時間閾値ＴＨｔｔとによって規定される時間ウインドウＷｔ

下限時間閾値ＴＨｔｂ及び上限時間閾値ＴＨｔｔは、以下の少なくとも１つによって決まる。
・音波送信装置２０と音波受信装置３０との間の距離
・音波送信装置２０から送信された超音波ビームが音波受信装置３０によって受信されるまでの間に超音波ビームが伝搬する距離

ステップＳ１１１２（図１３）において、制御回路３２は、超音波振動子３１の振動に応じた受信波形データ（図３２）を生成した後、時間フィルタ（例えば、時間ウインドウＷｔ）を受信波形データに適用することにより、受信波形データに含まれる波形ＷＦ１〜ＷＦ３の中から参照すべき波形ＷＦ２を抽出する。
制御回路３２は、抽出された波形ＷＦ２を含む受信波形データを温度計測装置１０に送信する。

（３−１０−１）変形例１０の第２例
変形例１０の第２例を説明する。

変形例１０の第２例の温度計測装置１０は、第１例と同様の時間フィルタを有する。

ステップＳ１１１３（図１３）において、プロセッサ１２は、時間フィルタ（例えば、時間ウインドウＷｔ）を受信波形データに適用することにより、受信波形データに含まれる波形ＷＦ１〜ＷＦ３の中から参照すべき波形ＷＦ２を抽出する。

（４）その他の変形例
その他の変形例を説明する。

記憶装置１１は、ネットワークＮＷを介して、温度計測装置１０と接続されてもよい。

図４の例では、超音波振動子３１を備える音波受信装置３０の例を示した。しかし、音波受信装置３０は、音波送信装置２０と同様に、複数の超音波振動子３１を備えても良い。

図５の例では、１個の音波送信装置２０が複数の経路に沿った超音波ビームを送信し、且つ、１個の音波受信装置３０が複数の経路に沿った超音波ビームを受信する例を示した。しかし、本実施形態はこれに限られない。ｎ（ｎは２以上の整数）個の音波送信装置２０のそれぞれが１本の経路に沿った超音波ビーム（つまり、ｎ個の音波送信装置２０がｎ本の経路に沿った超音波ビーム）を送信し、且つ、ｎ個の音波受信装置３０のそれぞれが各経路に沿った超音波ビームを受信しても良い（つまり、ｎ個の音波受信装置３０がｎ本の経路に沿った超音波ビームを受信しても良い）。

上記の実施形態では、メッシュ温度ＴＥＭＰｍｅｓｈｔの計算に平均値を求める関数を用いる例を示したが、本実施形態のメッシュ温度ＴＥＭＰｍｅｓｈｔの計算方法はこれに限られるものではない。

音波送信装置２０は、自己相関が比較的強い自己相関信号（例えば、Ｍ系列信号）を含む超音波ビームを送信しても良い。これにより、空間の温度の計測結果のＳ／Ｎ比を更に向上させることができる。

音波送信装置２０が個別に異なる自己相関信号を含む超音波ビームを送信することにより、音波受信装置３０が、超音波ビームの発信源となる音波送信装置２０を識別しても良い。
また、音波送信装置２０毎に異なる発振周波数を有する超音波ビームを送信することにより、音波受信装置３０が、超音波ビームの発信源となる音波送信装置２０を識別しても良い。

温度計測装置１０は、温度分布及び風ベクトル分布以外に、以下の空気特性の分布を計測することも可能である。
・空気中の化学物質（例えば、ＣＯ_２）の濃度の分布
・湿度の分布
・臭気の分布
・有毒ガスの分布

本実施形態では、音波送信装置２０及び音波受信装置３０を区別して規定したが、本実施形態の範囲は、これに限られない。本実施形態は、１つの超音波振動子が超音波を送信する機能及び超音波を受信する機能を備えても良い。

本実施形態では、ステップＳ１１１４（図１３）において経路温度ＴＥＭＰｐａｔｈｉの計算に用いる式、及び、ステップＳ１１２（図１２）においてメッシュ温度ＴＥＭＰｍｅｓｈｔの計算に用いる式の少なくとも１つは、外部環境情報（例えば、外気温、外気の湿度、及び、外気圧の少なくとも１つ）をパラメータとして含んでも良い。この場合、外部環境情報に関わらず、空間の空気特性の計測結果のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本実施形態では、音波送信装置２０は、指向性を有する超音波ビームを送信する例を示したが、本実施形態は、これに限られない。本実施形態は、音波送信装置２０が可聴音ビーム（つまり、超音波ビームとは異なる周波数を有する音波）を送信する場合にも適用可能である。

本実施形態において、温度分布とは、メッシュ温度ＴＥＭＰｍｅｓｈに限られない。温度分布は、以下の少なくとも１つも含む。
・経路上の複数点の温度
・経路上の平均温度

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。また、上記の実施形態及び変形例は、組合せ可能である。

１ ：計測システム
１０ ：温度計測装置
１１ ：記憶装置
１２ ：プロセッサ
１３ ：入出力インタフェース
１４ ：通信インタフェース
２０ ：音波送信装置
２１ ：超音波振動子
２２ ：制御回路
２３ ：アクチュエータ
３０ ：音波受信装置
３１ ：超音波振動子
３２ ：制御回路
４０ ：空調装置
５０ ：温度計

Claims (20)

1. 対象空間に配置された音波送信装置、及び、前記対象空間に配置された音波受信装置と接続可能な計測装置であって、
   前記対象空間に含まれる領域である複数の仮想メッシュのそれぞれについて、各仮想メッシュを通る複数の経路を決定する手段を備え、
   前記複数の経路に沿って進行する音波を送信させるように、前記音波送信装置を制御する手段を備え、
   前記音波を受信する前記音波受信装置から、前記音波の波形に関する受信波形データを取得する手段を備え、
   各経路について、前記受信波形データに基づいて、前記音波の伝搬時間を計算する手段を備え、
   各経路の伝搬時間に基づいて、各仮想メッシュの空気特性を計算する手段を備える、
   計測装置。
2. 対象空間に配置された少なくとも２つのセンサユニットと接続可能な計測装置であって、
   第１センサユニットは、第１音波送信装置、及び、第１音波受信装置を備え、
   第２センサユニットは、第２音波送信装置、及び、第２音波受信装置を備え、
   前記対象空間に含まれる領域である複数の仮想メッシュのそれぞれについて、各仮想メッシュを通る複数の経路を決定する手段を備え、
   前記複数の経路に沿って進行する音波を送信させるように、各音波送信装置を制御する手段を備え、
   前記第１音波受信装置から、前記第２音波送信装置から送信された音波の波形に関する第１受信波形データを取得する手段を備え、
   前記第２音波受信装置から、前記第１音波送信装置から送信された音波の波形に関する第２受信波形データを取得する手段を備え、
   各経路について、前記第１受信波形データ及び前記第２受信波形データに基づいて、前記音波の伝搬時間を計算する手段を備え、
   各仮想メッシュの伝搬時間に基づいて、各仮想メッシュの空気特性を計算する手段を備える、
   計測装置。
3. 対象空間に配置されたＮ（Ｎは２以上の整数）個の音波送信装置及びＭ（Ｍは２以上の整数）個の音波受信装置と接続可能な計測装置であって、
   前記対象空間に含まれる領域である複数の仮想メッシュのそれぞれについて、各仮想メッシュを通る複数の経路を決定する手段を備え、
   前記複数の経路に沿って進行する音波を送信させるように、各音波送信装置を制御する手段を備え、
   各音波受信装置から、前記音波の波形に関する受信波形データを取得する手段を備え、
   Ｍ個の受信波形データに基づいて、前記受信波形データに対応する音波の発信源である音波送信装置及び前記音波受信装置の組合せを特定する手段を備え、
   各経路について、前記特定された組合せ毎の受信波形データに基づいて、前記音波の伝搬時間を計算する手段を備え、
   各経路の伝搬時間に基づいて、各仮想メッシュの空気特性を計算する手段を備える、
   計測装置。
4. 前記空気特性は、温度を含む、
   請求項１〜請求項３の何れかに記載の計測装置。
5. 前記空気特性は、風ベクトルを含む、
   請求項１〜請求項４の何れかに記載の計測装置。
6. 前記空気特性は、空気中の化学物質の濃度、湿度、臭気、及び、有毒ガスの少なくとも１つを含む、
   請求項１〜請求項５の何れかに記載の計測装置。
7. 前記経路を決定する手段は、前記対象空間に存在する反射部材の反射特性に関する情報に基づいて、前記経路を決定する、
   請求項１〜請求項６の何れかに記載の計測装置。
8. 前記反射特性は、前記反射部材の反射種別、反射率、及び、反射面の法線角度の少なくとも１つを含む、
   請求項７に記載の計測装置。
9. 前記制御する手段は、前記音波送信装置の送信面の向きを変更することにより、前記音波の送信角を変更する、
   請求項１〜請求項８の何れかに記載の計測装置。
10. 前記制御する手段は、前記音波の位相差を形成することにより、前記音波の送信角を変更する、
    請求項１〜請求項９の何れかに記載の計測装置。
11. 前記制御する手段は、前記音波送信装置に含まれる複数の振動素子のそれぞれを異なるタイミングで振動させることにより、前記音波の送信角を変更する、
    請求項１０に記載の計測装置。
12. 前記受信波形データに対してフィルタを適用することにより、前記経路に沿って進行する音波の成分を抽出する手段を備え、
    前記計算する手段は、前記抽出された成分に基づいて、前記空気特性を計算する、
    請求項１〜請求項１１の何れかに記載の計測装置。
13. 前記対象空間の温度に基づいて前記フィルタを補正する手段を備える、
    請求項１２に記載の計測装置。
14. 前記計算する手段は、時系列フィルタを用いて、前記空気特性を計算する、
    請求項１〜請求項１３の何れかに記載の計測装置。
15. 前記音波送信装置から送信された音波の送信周波数と、前記音波受信装置により受信された音波の受信周波数と、前記仮想メッシュの温度と、を参照して、前記仮想メッシュの風ベクトルを計算する手段を備える、
    請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の計測装置。
16. 複数の受信波形データに時間フィルタを適用することにより、参照すべき波形を抽出する手段を備え、
    前記計算する手段は、前記抽出された波形に基づいて、前記空気特性を計算する、
    請求項１〜請求項１５の何れかに記載の計測装置。
17. コンピュータに、請求項１〜請求項１６の何れかに記載の各手段を実現させるためのプログラム。
18. 対象空間に配置された音波送信装置、及び、前記対象空間に配置された音波受信装置を用いた計測方法であって、
    前記対象空間に含まれる領域である複数の仮想メッシュのそれぞれについて、各仮想メッシュを通る複数の経路を決定するステップを備え、
    前記決定された複数の経路に沿って進行する音波を送信させるように、前記音波送信装置を制御するステップを備え、
    前記音波を受信する前記音波受信装置から、前記音波の波形に関する受信波形データを取得するステップを備え、
    各経路について、前記受信波形データに基づいて、前記音波の伝搬時間を計算するステップを備え、
    各経路の伝搬時間に基づいて、各仮想メッシュの空気特性を計算するステップを備える、
    計測方法。
19. 対象空間に配置された少なくとも２つのセンサユニットを用いた計測方法であって、
    第１センサユニットは、第１音波送信装置、及び、第１音波受信装置を備え、
    第２センサユニットは、第２音波送信装置、及び、第２音波受信装置を備え、
    前記対象空間に含まれる領域である複数の仮想メッシュのそれぞれについて、各仮想メッシュを通る複数の経路を決定するステップを備え、
    前記決定された複数の経路に沿って進行する音波を送信させるように、各音波送信装置を制御するステップを備え、
    前記第１音波受信装置から、前記第２音波送信装置から送信された音波の波形に関する第１受信波形データを取得するステップを備え、
    前記第２音波受信装置から、前記第１音波送信装置から送信された音波の波形に関する第２受信波形データを取得するステップを備え、
    各経路について、前記第１受信波形データ及び前記第２受信波形データに基づいて、前記音波の伝搬時間を計算するステップを備え、
    各仮想メッシュの伝搬時間に基づいて、各仮想メッシュの空気特性を計算するステップを備える、
    計測装置。
20. 対象空間に配置されたＮ（Ｎは２以上の整数）個の音波送信装置及びＭ（Ｍは２以上の整数）個の音波受信装置と接続可能な計測方法であって、
    前記対象空間に含まれる領域である複数の仮想メッシュのそれぞれについて、各仮想メッシュを通る複数の経路を決定するステップを備え、
    前記決定された複数の経路に沿って進行する音波を送信させるように、各音波送信装置を制御するステップを備え、
    各音波受信装置から、前記音波の波形に関する受信波形データを取得するステップを備え、
    Ｍ個の受信波形データに基づいて、前記受信波形データに対応する音波の発信源である音波送信装置及び前記音波受信装置の組合せを特定するステップを備え、
    各経路について、前記特定された組合せ毎の受信波形データに基づいて、前記音波の伝搬時間を計算するステップを備え、
    各経路の伝搬時間に基づいて、各仮想メッシュの空気特性を計算するステップを備える、
    計測方法。
    

Images