WO2015137426A1 - 超音波位置検出システムおよび超音波位置検出方法 - Google Patents

Abstract

　超音波位置検出システムは、超音波の伝搬時間に基づいて、第１の装置（ＤＡ）の第１の超音波トランスデューサ（ＸＡ１）から第２の装置（ＤＢ）の第２の超音波トランスデューサ（ＸＢ１）までの距離である第１の距離（ｄ１）、および第１の装置（ＤＡ）の第１の超音波トランスデューサ（ＸＡ１）から第２の装置（ＤＢ）の第３の超音波トランスデューサ（ＸＢ２）までの距離である第２の距離（ｄ２）を算出する。超音波位置検出システムは、第１および第２の距離（ｄ１，ｄ２）の差が第２および第３の超音波トランスデューサ（ＸＢ１，ＸＢ２）間の距離である第３の距離（ｄ３）よりも大きい場合に、第１および第２の距離（ｄ１、ｄ２）の差が第３の距離（ｄ３）に等しいとして演算を行う。

Description

超音波位置検出システムおよび超音波位置検出方法

　この発明は、超音波を用いた位置検出システムおよび位置検出方法に関する。

　目標物に超音波トランスデューサを取り付け、目標物から送信された超音波を受信側の複数の超音波トランスデューサによって受信することによって、受信側から見た目標物の距離および方向を、三辺測量を用いて検出するシステムが知られている（たとえば、特開平２－１０２４７７号公報（特許文献１）参照）。

特開平２－１０２４７７号公報

　超音波トランスデューサの指向特性は、通常、放射面（受信面）に対して垂直方向に偏っている。このため、上記文献の位置検出システムにおいて、受信側の超音波トランスデューサの真横（受信面の延長線上）に目標物となる超音波源が存在する場合は、目標物の捕捉が困難である。比較的広い指向特性の超音波トランスデューサを用いたとしても、受信面の延長線上に目標物が存在する場合は、計測ジッタ等の影響によって目標物までの距離の検出結果にばらつきが生じやすいという問題がある。

　この発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであって、その目的は、超音波を用いた三辺測量によって位置検出を行う場合に、受信側の２個の超音波トランスデューサを結ぶ直線上に（すなわち、受信面の延長線上に）送信側の超音波トランスデューサが存在する場合であっても、目標物までの距離の検出結果のばらつきを抑制することが可能なシステムを提供することである。

　この発明は一局面において超音波位置検出システムであって、第１の装置に設けられた第１の超音波トランスデューサと、第２の装置に設けられた第２および第３の超音波トランスデューサと、第１および第２の装置の一方から見た他方の距離および方向を演算する演算部とを備える。演算部は、第１の超音波トランスデューサから送信された超音波が第２および第３の超音波トランスデューサの各々によって受信されるまでの超音波の伝搬時間に基づいて、第１の超音波トランスデューサから第２の超音波トランスデューサまでの距離である第１の距離、および第１の超音波トランスデューサから第３の超音波トランスデューサまでの距離である第２の距離を算出するように構成される。演算部は、さらに、第１および第２の距離の差が第２および第３の超音波トランスデューサ間の距離である第３の距離よりも大きい場合に、第１および第２の距離の差が第３の距離に等しいとして演算を行うように構成される。

　より詳細には、演算部は、第１～第３の距離を用いた余弦定理によって、第２および第３の超音波トランスデューサを結ぶ基準線に対して第１の超音波トランスデューサが位置する角度の余弦を算出する。ここで、演算部は、角度の余弦が１より大きい場合または－１より小さい場合に、それぞれ１または－１に等しいとして演算を行う。

　上記のように超音波を用いた三辺測量によって位置検出を行う場合には、受信側の２個の超音波トランスデューサを結ぶ直線上に（すなわち、受信面の延長線上に）送信側の超音波トランスデューサが存在する場合が問題となる。この場合、ジッタまたはノイズによって受信信号に検出誤差が生じると、送信側のトランスデューサの位置を決定できなくなることがある。具体的には、余弦定理によって角度を決定する際に、角度の余弦の値が１より大きくなったり、－１より小さくなったりする場合に問題が生じる。この場合、上記のように角度の余弦を１または－１に丸めて演算を継続する。これによって、位置検出ができなくなるという不都合を回避することができる。

　好ましくは、演算部は、第１～第３の距離に基づいて、第１～第３の超音波トランスデューサの位置座標を決定し、決定した第１～第３の超音波トランスデューサの位置座標に基づいて、第１および第２の装置の一方から見た他方の距離および方向を演算する。

　上記のように、第１の装置に設けられた１個の超音波トランスデューサから送信された超音波信号を第２の装置に設けられた２個の超音波トランスデューサによって受信することによって、第２の装置に対する第１の装置の距離および方向を算出することができる。

　好ましい一実施の形態では、第１の装置は、第４の超音波トランスデューサをさらに有する。演算部は、第４の超音波トランスデューサから送信された超音波が第２および第３の超音波トランスデューサの各々によって受信されるまでの超音波の伝搬時間に基づいて、第４の超音波トランスデューサから第２の超音波トランスデューサまでの距離である第４の距離、および第４の超音波トランスデューサから第３の超音波トランスデューサまでの距離である第５の距離を算出する。この場合、演算部は、第４および第５の距離の差が第３の距離よりも大きい場合に、第４および第５の距離の差が第３の距離に等しいとして演算を行う。さらに、演算部は、第３～第５の距離に基づいて、第４の超音波トランスデューサの位置座標を決定し、第１～第４の超音波トランスデューサの位置座標に基づいて、第２および第３の超音波トランスデューサを結ぶ第１の基準線に対する第１および第２の超音波トランスデューサを結ぶ第２の基準線の傾きを算出する。

　上記のように、第１の装置に設けられた２個の超音波トランスデューサの各々から送信された超音波を、第２の装置に設けられた２個の超音波トランスデューサで受信することによって、第１の装置の超音波トランスデューサの放射面に対する第２の装置の超音波トランスデューサの受信面の傾きを算出することができる。

　好ましい他の実施の形態では、第１の装置は、第４の超音波トランスデューサをさらに有する。演算部は、第２の超音波トランスデューサから送信された超音波が第４の超音波トランスデューサによって受信されるまでの超音波の伝搬時間に基づいて、第２の超音波トランスデューサから第４の超音波トランスデューサまでの距離である第６の距離を算出する。この場合、演算部は、第１および第６の距離の差が第１および第４の超音波トランスデューサ間の距離である第７の距離よりも大きい場合に、第１および第６の距離の差が第７の距離に等しいとして演算を行う。さらに、演算部は、第１、第６および第７の距離に基づいて、第４の超音波トランスデューサの位置座標を決定し、第１～第４の超音波トランスデューサの位置座標に基づいて、第２および第３の超音波トランスデューサを結ぶ第１の基準線と第１および第２の超音波トランスデューサを結ぶ第２の基準線との相互の傾きを算出する。

　なお、演算部は、第２の超音波トランスデューサから送信された超音波が第１の超音波トランスデューサによって受信されるまでの超音波の伝搬時間に基づいて、第２の超音波トランスデューサから第１の超音波トランスデューサまでの距離である第１の距離をあらためて算出するのが望ましい。これによって、送信側と受信側とが逆の場合において既に得られている第１の距離の検出結果と異なっていないことを確認することができる。

　上記の他の実施の形態によれば、第１の装置の１個の超音波トランスデューサから送信された超音波を第２の装置の２個の超音波トランスデューサで受信した後に、送信側と受信側とを入れ替えて、第２の装置の１個の超音波トランスデューサから送信された超音波を第１の装置の２個の超音波トランスデューサによって受信する。これによって、第１の装置の超音波トランスデューサの放射面（受信面）に対する第２の装置の超音波トランスデューサの放射面（受信面）の傾きを算出することができる。

　この発明は他の局面において超音波位置検出方法であって、第１の超音波トランスデューサから超音波を送信するステップと、互いの間隔が固定された第２および第３の超音波トランスデューサによって超音波を受信するステップと、超音波の伝搬時間に基づいて、第１の超音波トランスデューサから第２の超音波トランスデューサまでの距離である第１の距離、および第１の超音波トランスデューサから第３の超音波トランスデューサまでの距離である第２の距離を算出するステップと、第１および第２の距離の差が第２および第３の超音波トランスデューサ間の距離である第３の距離よりも大きい場合に、第１および第２の距離の差が第３の距離に等しくなるように演算結果を補正するステップとを備える。

　好ましくは、超音波位置検出方法は、第１～第３の距離を用いた余弦定理によって、第２および第３の超音波トランスデューサを結ぶ基準線に対して第１の超音波トランスデューサが位置する角度の余弦を算出するステップをさらに備える。上記の演算結果を補正するステップは、角度の余弦が１より大きい場合または－１より小さい場合に、それぞれ１または－１に等しいと補正するステップを含む。

　この発明によれば、超音波を用いた三辺測量によって位置検出を行う場合に、受信側の２個の超音波トランスデューサを結ぶ直線上に（すなわち、受信面の延長線上に）送信側の超音波トランスデューサが存在する場合であっても、目標物までの距離の検出結果のばらつきを抑制することができる。

実施の形態１による超音波位置検出システムの構成を示す平面図である。 図１の各超音波装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１で用いられる超音波トランスデューサの指向特性の一例を示す図である。 三辺測量の原理を説明するための図である。 送信側の超音波トランスデューサの位置検出が困難となる一例を示す図である。 送信側の超音波トランスデューサの位置検出が困難となる他の例を示す図である。 各超音波トランスデューサの配置を示す平面図である（装置ＤＡのトランスデューサＸＡ１が超音波の放射源となる場合）。 各超音波トランスデューサの配置を示す平面図である（装置ＤＡのトランスデューサＸＡ２が超音波の放射源となる場合）。 実施の形態１の場合の、超音波を用いた位置検出手順を示すフローチャートである。 図９のステップＳＴ１３０の手順をさらに詳しく示すフローチャートである。 実施の形態２による超音波位置検出システムにおいて、送信側の超音波装置と受信側の超音波装置との位置関係を示す平面図である。 実施の形態２において、超音波を用いた位置検出手順を示すフローチャートである。 図１２のステップＳＴ１３１の手順をさらに詳しく示すフローチャートである。 超音波トランスデューサの構造を示す斜視図である。 図１４の切断線ＸＶ－ＸＶに沿う断面図である。 超音波トランスデューサに含まれる超音波発生素子の構造を示す分解斜視図である。

　以下、実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。

　＜実施の形態１＞
　［超音波位置検出システムの概略構成］
　図１は、実施の形態１による超音波位置検出システムの構成を示す平面図である。図１を参照して、超音波位置検出システムは、少なくとも２個の超音波装置ＤＡ，ＤＢを備える（総称する場合または不特定のものを示す場合は超音波装置Ｄと記載する）。

　各超音波装置Ｄは、２個の超音波トランスデューサＸ１，Ｘ２を有する。具体的に、超音波装置ＤＡが有する超音波トランスデューサをＸＡ１，ＸＡ２と記載し、超音波装置ＤＢが有する超音波トランスデューサをＸＢ１，ＸＢ２と記載する。超音波トランスデューサＸＡ１，ＸＡ２は、超音波装置ＤＡのフロント面ＦＡに取り付けられ、互いの距離ｄ７は既知であるとする。同様に、超音波トランスデューサＸＢ１，ＸＢ２は、超音波装置ＤＢのフロント面ＦＢに取り付けられ、互いの距離ｄ３は既知であるとする。

　以下では、簡単のために、超音波位置検出システムを単に位置検出システムと称し、超音波装置Ｄを単に装置Ｄと称し、超音波トランスデューサＸ１，Ｘ２を単にトランスデューサＸ１，Ｘ２と称する場合がある。

　装置ＤＡ，ＤＢのうち一方が送信側となり、他方が受信側となる。たとえば、装置ＤＡのトランスデューサＸＡ１から送信された超音波が装置ＤＢのトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２で受信されたとする。この場合、位置検出システムは、超音波の伝搬時間に基づいて、トランスデューサＸＡ１からトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２の各々までの距離を算出する。そして、位置検出システムは、算出した距離とトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２間の既知の距離ｄ３とに基づいた三辺測量によって、装置ＤＡ，ＤＢの一方から見た他方の距離ｄｃおよび方向φを算出する。さらに、装置ＤＡの残余のトランスデューサＸＡ２から送信された超音波を装置ＤＢのトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２で受信することによって、装置ＤＡの超音波トランスデューサの放射面（受信面）に対する装置ＤＢの超音波トランスデューサの放射面（受信面）の傾きθを算出することができる。

　図１の例では、装置ＤＡのトランスデューサＸＡ１，ＸＡ２の中点をＰＡとし、装置ＤＢのトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２の中点をＰＢとし、中点ＰＡ，ＰＢ間の距離をｄｃと定義する。装置ＤＢの中点ＰＢから見た装置ＤＡの中点ＰＡの方向をφ［－９０°～＋９０°］と定義する。さらに、装置ＤＡのトランスデューサＸＡ１，ＸＡ２を通る基準線ＬＡ１と、装置ＤＢのトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２を通る基準線ＬＢ１とのなす角度、すなわち、装置ＤＡの放射面（受信面）に対する装置ＤＢの放射面（受信面）の傾きを、θ［－９０°～＋９０°］と定義する（図１では、基準線ＬＢ１に平行な補助線ＬＡ２が引かれている）。

　［超音波装置の構成］
　図２は、図１の各超音波装置の構成を示すブロック図である。図２を参照して、各超音波装置Ｄは、トランスデューサＸ１，Ｘ２と、演算・制御部２０と、駆動信号発生装置２２１，２２２と、送信・受信切換回路２４１，２４２と、フィルタ２６１，２６２と、差動増幅器２８１，２８２と、フィルタ３０１，３０２と、Ａ／Ｄ（Analog　to　Digital）変換器３２１，３２２と、通信装置３４とを含む。なお、図２において、各ブロック間の並行する２本の矢印は差動信号を意味し、１本の矢印はシングルエンド信号を意味するものとする。

　演算・制御部２０は、駆動信号発生装置２２１，２２２、送信・受信切換回路２４１，２４２、および通信装置３４を制御する。さらに、演算・制御部２０は、超音波トランスデューサＸ１，Ｘ２によって受信された信号に基づく演算を行う。演算・制御部２０は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、メモリ、リアルタイムクロック、タイマ、入出力インターフェース等を含むマイクロコントローラをベースに構成される。

　超音波トランスデューサＸ１，Ｘ２は、受信した超音波信号を電気信号に変換して出力するとともに、入力された電気信号を超音波信号に変換して送信する。

　送信・受信切換回路２４１，２４２は、演算・制御部２０の制御に基づいて動作するスイッチとして機能する。具体的に、送信・受信切換回路２４１，２４２は、受信の際には、それぞれ対応するトランスデューサＸ１，Ｘ２から出力された電気信号を対応するフィルタ２６１，２６２に出力する。送信・受信切換回路２４１，２４２は、送信の際には、それぞれ対応する駆動信号発生装置２２１，２２２によって生成された電気信号を、対応するトランスデューサＸ１，Ｘ２に入力する。

　送信・受信切換回路２４１から出力された電気信号は、差動増幅器２８１によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３２１によってデジタル信号に変換され、変換後のデジタル信号が演算・制御部２０に入力される。差動増幅器２８１の前段および後段にノイズを除去するためのフィルタ２６１，３０１が設けられる。同様に、送信・受信切換回路２４２から出力された電気信号は、差動増幅器２８２によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３２２によってデジタル信号に変換され、変換後のデジタル信号が演算・制御部２０に入力される。差動増幅器２８２の前段および後段にノイズを除去するためのフィルタ２６２，３０２が設けられる。

　通信装置３４は、超音波装置Ｄの外部と無線および／または有線によって通信を行う。演算・制御部２０は、通信装置３４を介して送信側の超音波装置Ｄから超音波信号の送信時刻に関する情報を受信する。この送信時刻に基づいて、演算・制御部２０は、超音波の伝搬時間を算出し、算出した伝搬時間に基づいて自装置から送信側の超音波装置Ｄまでの距離を算出する。

　上記とは逆に、演算・制御部２０は、通信装置３４を介して送信側の超音波装置Ｄに超音波信号の受信時刻の情報を送信するようにしてもよい。この場合、送信側の超音波装置Ｄに設けられた演算・制御部２０によって超音波の伝播時間および距離が算出される。

　もしくは、送信側の超音波装置Ｄが超音波信号と電磁波信号とを同時に送信することによって、超音波信号と電磁波信号の受信時刻の差に基づいて超音波の伝搬時間を算出することもできる。この場合、電磁波信号に代えて、赤外線などの光信号を用いてもよい。

　正確に伝搬時間を算出するためには、送信側と受信側とで演算・制御部２０に内蔵されているリアルタイムクロックを予め同期しておく必要がある。その際、リアルタイムクロックは完全同期されることが望ましいが、駆動開始となるトリガー信号で同期がとれれば、超音波の伝搬時間を十分な精度でもって算出することができる。

　［三辺測量の原理と問題点］
　図３は、実施の形態１で用いられる超音波トランスデューサの指向特性の一例を示す図である。同図では、放射面（受信面）に垂直な方向を０°とする。図３に示すように、－９０°から＋９０°までの比較的広い指向特性が実現されている。しかしながら、－９０°または＋９０°に近付くにつれ、０°の場合に比べて送信または受信する超音波の強度が減少する。このため、－９０°または＋９０°の近傍ではジッタおよびノイズの影響を受けやすくなる。

　図４は、三辺測量の原理を説明するための図である。図４を参照して、装置ＤＡのトランスデューサＸＡ１から送信された超音波が装置ＤＢのトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２によって受信されるとする。位置検出システムは、超音波の伝搬時間に基づいて、トランスデューサＸＡ１からトランスデューサＸＢ１までの距離ｄ１を算出し、トランスデューサＸＡ１からトランスデューサＸＢ２までの距離ｄ２を算出する。そうすると、送信側の装置ＤＡのトランスデューサＸＡ１は、受信側の装置ＤＢのトランスデューサＸＢ１を中心とする半径ｄ１の円Ｃ１と、受信側の装置ＤＢのトランスデューサＸＢ２を中心とする半径ｄ２の円Ｃ２との交点に位置することがわかる（円Ｃ１と円Ｃ２との交点は２個存在するが、超音波トランスデューサＸＢ１，ＸＢ２の放射面（受信面）の裏面側の交点は除外される）。

　なお、トランスデューサＸＡ１，ＸＢ１，ＸＢ２が本願発明の第１、第２および第３の超音波トランスデューサにそれぞれ相当する。距離ｄ１，ｄ２，ｄ３が本願発明の第１、第２および第３の距離にそれぞれ相当する。

　より具体的には、位置検出システムは、距離ｄ１，ｄ２，ｄ３に基づく余弦定理によって、トランスデューサＸＢ１，ＸＢ２を結ぶ基準線に対するトランスデューサＸＢ１が位置する角度α，βの余弦を算出する。そして、位置検出システムは、距離ｄ１，ｄ２，ｄ３ならびに角度α，βを用いてトランスデューサＸＡ１，ＸＢ１，ＸＢ２の位置座標を決定する。

　図５は、送信側の超音波トランスデューサの位置検出が困難となる一例を示す図である。図５の例では、受信側の装置ＤＢの２個のトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２を結ぶ直線上に送信側の装置ＤＡのトランスデューサＸＡ１が位置する場合が示されている（図４でα＝１８０°、β＝０°となる）。この場合、トランスデューサＸＢ１を中心とする半径ｄ１の円Ｃ１と、トランスデューサＸＢ２を中心とする半径ｄ２の円Ｃ２とは一点で接する。

　しかしながら、図３で説明したように、トランスデューサＸＢ１，ＸＢ２の受信面の延長線上に送信側のトランスデューサＸＡ１が存在する場合には、受信信号はジッタおよびノイズの影響を受けやすい。このため、超音波の伝搬時間に基づく距離ｄ１，ｄ２に誤差が生じる結果、距離ｄ１と距離ｄ２との差（の絶対値）が距離ｄ３よりも大きくなる場合がある。すなわち、円Ｃ１と円Ｃ２とに交点が存在しなくなり、距離ｄ１，ｄ２，ｄ３から余弦定理によって求められるcosαが－１より小さくなり、cosβが１より大きくなる。この場合、位置検出システムは、距離ｄ１と距離ｄ２との差が距離ｄ３に等しいものとして、言い換えるとcosα＝－１、cosβ＝＋１として計算を継続することによって、各トランスデューサＸＡ１，ＸＢ１，ＸＢ２の位置座標を決定する。

　図６は、送信側の超音波トランスデューサの位置検出が困難となる他の例を示す図である。図６の例では、トランスデューサＸＡ１の放射面の延長線上に受信用のトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２が位置する場合が示されている（図４でα＝０°、β＝１８０°となる）。この場合、図５の場合に比べて受信信号はさらにジッタおよびノイズの影響を受けやすくなるので、超音波の伝搬時間に基づく距離ｄ１，ｄ２に誤差が生じ、その結果として距離ｄ１と距離ｄ２との差（の絶対値）が距離ｄ３よりも大きくなる場合（すなわち、cosα＞１、cosβ＜－１となる場合）が生じ得る。この場合も図５の場合と同様に、位置検出システムは、距離ｄ１と距離ｄ２との差が距離ｄ３に等しいものとして、すなわちcosα＝＋１、cosβ＝－１として計算を継続することによって、各トランスデューサＸＡ１，ＸＢ１，ＸＢ２の位置座標を決定することができる。

　［具体的な位置検出手順］
　図７は、各超音波トランスデューサの配置を示す平面図である（装置ＤＡのトランスデューサＸＡ１が超音波の放射源となる場合）。図８は、各超音波トランスデューサの配置を示す平面図である（装置ＤＡのトランスデューサＸＡ２が超音波の放射源となる場合）。図９は、実施の形態１の場合の、超音波を用いた位置検出手順を示すフローチャートである。図１０は、図９のステップＳＴ１３０の手順をさらに詳しく示すフローチャートである。以下、図７～図１０を参照して、超音波を用いた位置検出手順について具体的に説明する。

　まず、図７に示すように、装置ＤＡの演算・制御部２０は、トランスデューサＸＡ１から超音波信号を送信する（図９のステップＳＴ１００）。さらに、装置ＤＡの演算・制御部２０は、超音波信号の送信時刻に関する情報を装置ＤＢに通信装置３４を介して送信する。送信された超音波信号は、装置ＤＢのトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２によって受信される（ステップＳＴ１０５）。

　装置ＤＢの演算・制御部２０は、超音波信号の伝搬時間に基づいて、トランスデューサＸＡ１からトランスデューサＸＢ１までの距離ｄ１と、トランスデューサＸＡ１からトランスデューサＸＢ２までの距離ｄ２とを算出する（ステップＳＴ１１０）。

　次に、装置ＤＡの演算・制御部２０は、図８に示すようにトランスデューサＸＡ２から超音波信号を送信するとともに（ステップＳＴ１１５）、送信時刻に関する情報を装置ＤＢに通信装置３４を介して送信する。送信された超音波信号は、装置ＤＢのトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２によって受信される（ステップＳＴ１２０）。上記において、トランスデューサＸＡ２が本願発明の第４の超音波トランスデューサに相当する。

　なお、トランスデューサＸＡ１から送信される超音波信号とトランスデューサＸＢ２から送信される超音波信号とに対して互いに異なる変調が施されており、受信側の装置ＤＢで受信した超音波信号を復調することによって送信元のトランスデューサを区別可能な場合には、トランスデューサＸＡ１，ＸＡ２の両方から同時に超音波信号を送信することができる。すなわち、ステップＳＴ１００とステップＳＴ１１５とを同時に実行してもよい。

　装置ＤＢの演算・制御部２０は、超音波信号の伝搬時間に基づいて、トランスデューサＸＡ２からトランスデューサＸＢ１までの距離ｄ４と、トランスデューサＸＡ２からトランスデューサＸＢ２までの距離ｄ５とを算出する（ステップＳＴ１２５）。なお、距離ｄ４が本願発明の第４の距離、距離ｄ５が本願発明の第５の距離に相当する。

　以上で算出された距離ｄ１，ｄ２，ｄ４，ｄ５および既知の距離ｄ３を用いて、位置検出システムは、装置ＤＢから見た装置ＤＡの距離および方向、ならびに装置ＤＢの放射面（受信面）に対する装置ＤＡの放射面（受信面）の傾きを計算する（ステップＳＴ１３０）。これらの計算は、一方の装置で算出された距離の情報を他方の装置に送信することによって、装置ＤＡ，ＤＢのどちらの演算・制御部２０によって実行することもできるし、装置ＤＡ，ＤＢのいずれとも異なるコンピュータ（演算・制御部）によって実行することもできる。

　なお、超音波信号の送信時刻および／または受信時刻の情報を他の装置に通信装置３４を介して送信することによって、ステップＳＴ１１０およびステップＳＴ１２５の距離の計算を、装置ＤＡ，ＤＢのどちらの演算・制御部２０によっても行うことができるし、装置ＤＡ，ＤＢのいずれとも異なるコンピュータ（演算・制御部）によって行うことができる。

　次に、図１０のフローチャートを参照して、図９のステップＳＴ１３０の計算手順について詳しく説明する。まず、位置検出システムは、図７の距離ｄ１，ｄ２，ｄ３を用いた余弦定理によって、図７の角度α、βの余弦を計算する（図１０のステップＳＴ２００）。具体的には、次式（１）、（２）に従う。

　cosα＝(d1²+d3²-d2²)／(2×d1×d3)　　　…(1)
　cosβ＝(d2²+d3²-d1²)／(2×d2×d3)　　　…(2)
　上記の計算の結果、cosαの値が１より大きい場合または－１より小さい場合には（ステップＳＴ２０５でＹＥＳ）、それぞれcosαの値を１または－１に設定する（ステップＳＴ２１０）。同様に、cosβの値が１より大きい場合または－１より小さい場合には（ステップＳＴ２１５でＹＥＳ）、それぞれcosβの値を１または－１に設定する（ステップＳＴ２２０）。

　続いて、位置検出システムは、図８の距離ｄ３，ｄ４，ｄ５を用いた余弦定理によって、図８の角度γの余弦を計算する（ステップＳＴ２２５）。具体的には、次式（３）に従う。

　cosγ＝(d3²+d4²-d5²)／(2×d3×d4)　　　…(3)
　上記の計算の結果、cosγの値が１より大きい場合または－１より小さい場合には（ステップＳＴ２３０でＹＥＳ）、それぞれcosγの値を１または－１に設定する（ステップＳＴ２３５）。

　以上の計算結果に基づいて、位置検出システムは、トランスデューサＸＡ１，ＸＡ２，ＸＢ１，ＸＢ２の位置座標、トランスデューサＸＡ１，ＸＡ２の中点ＰＡの位置座標、およびトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２の中点ＰＢの位置座標を決定する（ステップＳＴ２４０）。具体的には図７、図８に示すように、トランスデューサＸＢ１，ＸＢ２を結ぶ直線方向をｕ軸方向とし、ｕ軸に垂直な方向をｖ軸方向とする。トランスデューサＸＡ１を座標軸の原点（０，０）とする。そうすると、トランスデューサＸＢ１の位置座標（ｕ１，ｖ１）は、次式（４）、（５）で与えられる。

　u1＝d1×cosα　　　…(4)
　v1＝d1×(1－cos²α)^1/2　　　…(5)
　同様に、トランスデューサＸＢ２の位置座標（ｕ２，ｖ２）は、次式（６）、（７）で与えられる。

　u2＝－d2×cosβ　　　…(6)
　v2＝d2×(1－cos²β)^1/2　　　…(7)
　トランスデューサＸＡ１とＸＡ２との中点ＰＡの位置座標を（ｕａ，ｖａ）とすると、トランスデューサＸＡ２の位置座標（２×ｕａ，２×ｖａ）は、次式（８），（９）で与えられる。

　2×ua＝u1－d4×cosγ＝d1×cosα－d4×cosγ　　　…(8)
　2×va＝v1－d4×(1－cos²γ)^1/2
　　　＝d1×(1－cos²α)^1/2－d4×(1－cos²γ)^1/2　　　…(9)
　トランスデューサＸＢ１とＸＢ２との中点ＰＢの位置座標を（ｕｂ，ｖｂ）とすると、中点ＰＢの位置座標は次式（１０）、（１１）で与えられる。

　ub＝(u1＋u2)／2＝(d1×cosα－d2×cosβ)／2　　　…(10)
　vb＝(v1＋v2)／2＝(d1×(1－cos²α)^1/2＋d2×(1－cos²β)^1/2)／2　　…(11)
　続いて、位置検出システムは、算出した中点ＰＡ，ＰＢの位置座標を用いて、図１に示すように、装置ＤＡと装置ＤＢとの間の距離ｄｃ、装置ＤＢに対する装置ＤＡの方向φ、ならびに装置ＤＢの放射面（受信面）に対する装置ＤＡの放射面(受信面）の傾きθを計算する（ステップＳＴ２４５）。具体的に、距離ｄｃ、方向φ、傾きθは、中点ＰＡの位置座標（ｕａ，ｕｂ）および中点ＰＢの位置座標（ｖａ，ｖｂ）を用いることによって、次式（１２）～（１４）で与えられる。

　dc＝((ub－ua)²＋(vb－va)²)^1/2　　　…(12)
　φ＝arctan((ub－ua)／(vb－va))　　　…(13)
　θ＝arctan(va／ua)　　　…(14)
　［実施の形態１の効果］
　上記のとおり、実施の形態１の超音波位置検出システムによれば、受信側の２個の超音波トランスデューサを結ぶ直線上に（すなわち、受信面の延長線上に）送信側の超音波トランスデューサが存在する場合であっても、目標物までの距離の検出結果のばらつきを抑制することができる。

　＜実施の形態２＞
　実施の形態１による超音波位置検出システムでは、送信側の２個の超音波トランスデューサから送信された超音波を受信側の２個の超音波トランスデューサで受信することによって、装置ＤＢの放射面（受信面）に対する装置ＤＡの放射面（受信面）の傾きθを算出していた。実施の形態２による超音波位置検出システムでは、送信側と受信側を入れ替えて超音波測定を行うことによって装置ＤＢの放射面（受信面）に対する装置ＤＡの放射面（受信面）の傾きθを算出する。以下、図１１～図１３を参照して具体的に説明する。

　図１１は、実施の形態２による超音波位置検出システムにおいて、送信側の超音波装置と受信側の超音波装置との位置関係を示す平面図である。図１２は、実施の形態２において、超音波を用いた位置検出手順を示すフローチャートである。図１３は、図１２のステップＳＴ１３１の手順をさらに詳しく示すフローチャートである。以下、図７、図１１～図１３を参照して、位置検出手順につて具体的に説明する。

　まず、図７に示すように、装置ＤＡのトランスデューサＸＡ１から送信された超音波信号が、装置ＤＢのトランスデューサＸＢ１，ＸＢ２で受信される（図１２のステップＳＴ１００，ＳＴ１０５）。このときの超音波信号の伝搬時間に基づいて図７の距離ｄ１，ｄ２が算出される（ステップＳＴ１１０）。この手順は図９のステップＳＴ１００からＳＴ１１０までと同じであるので、詳しい説明を繰り返さない。

　次に、装置ＤＢの演算・制御部２０は、図１１に示すようにトランスデューサＸＢ２から超音波信号を送信するとともに（図１２のステップＳＴ１１６）、送信時刻に関する情報を装置ＤＡに通信装置３４を介して送信する。送信された超音波信号は、装置ＤＡのトランスデューサＸＡ１，ＸＡ２によって受信される（ステップＳＴ１２１）。

　装置ＤＢの演算・制御部２０は、超音波信号の伝搬時間に基づいて、トランスデューサＸＢ１からトランスデューサＸＡ２までの距離ｄ６を算出する（ステップＳＴ１２６）。なお、距離ｄ６が本願発明の第６の距離、前述の距離ｄ７が本願発明の第７の距離に相当する。

　さらに、装置ＤＢの演算・制御部２０は、トランスデューサＸＢ１から送信された超音波信号がトランスデューサＸＡ１によって受信されるまでの超音波の伝搬時間に基づいて、トランスデューサＸＢ１からトランスデューサＸＡ１までの距離ｄ１を再計算し、再計算した距離ｄ１がステップＳＴ１１０における距離ｄ１の計算結果と異なっていないことを確認するのが望ましい。ステップＳＴ１１０で、距離ｄ１を計算してから時間が経過しているので、装置ＤＡおよび装置ＤＢが相対移動したために距離ｄ１が変化している可能性があるからである。

　次に、算出された距離ｄ１，ｄ２，ｄ６および既知の距離ｄ３，ｄ７を用いて、位置検出システムは、装置ＤＢから見た装置ＤＡの距離および方向、ならびに装置ＤＢの放射面（受信面）に対する装置ＤＡの放射面（受信面）の傾きを計算する（ステップＳＴ１３１）。これらの計算は、算出された距離の情報を他の装置に送信することによって、装置ＤＡ，ＤＢのいずれの演算・制御部２０によって実行することもできるし、装置ＤＡ，ＤＢのいずれとも異なるコンピュータ（演算・制御部）によって実行することもできる。

　なお、超音波信号の送信時刻および／または受信時刻の情報を他の装置に送信することによって、ステップＳＴ１１０およびステップＳＴ１２６の距離の計算を、装置ＤＡ，ＤＢのどちらの演算・制御部２０によっても実行することができるし、装置ＤＡ，ＤＢのいずれとも異なるコンピュータ（演算・制御部）によって実行することができる。

　次に、図１３を参照して、図１２のステップＳＴ１３１の計算手順について詳しく説明する。まず、位置検出システムは、図７の距離ｄ１，ｄ２，ｄ３を用いた余弦定理によって、図７の角度α、βの余弦を計算する（図１３のステップＳＴ２００～ＳＴ２２０）。この手順は、実施の形態１における図１１のステップＳＴ２００～ＳＴ２２０と同じであるので説明を繰り返さない。

　続いて、位置検出システムは、図１１の距離ｄ１，ｄ６，ｄ７を用いた余弦定理によって、図１１の角度εの余弦を計算する（図１３のステップＳＴ２２６）。具体的には、次式（１５）に従う。

　cosε＝(d1²+d7²-d6²)／(2×d1×d7)　　　…(15)
　上記の計算の結果、cosεの値が１より大きい場合または－１より小さい場合には（ステップＳＴ２３１でＹＥＳ）、それぞれcosεの値を１または－１に設定する（ステップＳＴ２３６）。

　以上の計算結果に基づいて、位置検出システムは、トランスデューサＸＡ１，ＸＡ２，ＸＢ１，ＸＢ２の位置座標および中点ＰＡ，ＰＢの位置座標を決定する（ステップＳＴ２４１）。具体的には図７、図１１に示すように、トランスデューサＸＢ１，ＸＢ２を結ぶ直線方向をｕ軸方向とし、ｕ軸に垂直な方向をｖ軸方向とする。トランスデューサＸＡ１を座標軸の原点（０，０）とする。この場合、トランスデューサＸＢ１，ＸＢ２の位置座標は、前述の式（４）～（７）で与えられる。

　トランスデューサＸＡ２の位置座標（２×ｕａ，２×ｕｂ）は、トランスデューサＸＡ１，ＸＡ２間の既知の距離ｄ７を用いることによって次式（１６）、（１７）で与えられる。

　2×ua＝d7×(1－cos²ε)^1/2　　　…(16)
　2×va＝d７×cosε　　　…(17)
　なお、式（１６）、（１７）の右辺の１／２がトランスデューサＸＡ１とＸＡ２との中点ＰＡの位置座標（ｕａ，ｖａ）である。トランスデューサＸＢ１とＸＢ２との中点ＰＢ（ｕｂ，ｖｂ）は、前述の式（１０）、（１１）で与えられる。

　続いて、位置検出システムは、算出した中点ＰＡ，ＰＢの位置座標を用いて、図１に示すように、装置ＤＡと装置ＤＢとの間の距離ｄｃ、装置ＤＢに対する装置ＤＡの方向φ、ならびに装置ＤＢの放射面（受信面）に対する装置ＤＡの放射面（受信面）の傾きθを計算する（ステップＳＴ２４６）。具体的に、距離ｄｃ、方向φ、傾きθは、中点ＰＡの位置座標（ｕａ，ｕｂ）および中点ＰＢの位置座標（ｖａ，ｖｂ）を用いることによって、前述の式（１２）～（１４）で与えられる。

　上記のとおり、実施の形態２の超音波位置検出システムによっても、受信側の２個の超音波トランスデューサを結ぶ直線上に（すなわち、受信面の延長線上に）送信側の超音波トランスデューサが存在する場合に、目標物までの距離の検出結果のばらつきを抑制することができる。

　＜超音波トランスデューサの構造の一例＞
　以下、上記の実施の形態１，２による位置検出システムで用いられるＳＭＤ（Surface　Mount　Device）型の超音波トランスデューサＸＡ１，ＸＡ２，ＸＢ１，ＸＢ２の構造の一例について説明する。

　図１４は、超音波トランスデューサの構造を示す斜視図である。図１５は、図１４の切断線ＸＶ－ＸＶに沿う断面図である。図１６は、超音波トランスデューサに含まれる超音波発生素子の構造を示す分解斜視図である。

　図１４～図１６を参照して、超音波発生素子１は、枠体２と、第１のバイモルフ型圧電振動子３と、第２のバイモルフ型圧電振動子４とを備える。枠体２は、中央部に貫通孔２ａが形成されている。そして、枠体２の下側の主面には、第１のバイモルフ型圧電振動子３が接着剤５ａにより接合され、枠体２の上側の主面には、第２のバイモルフ型圧電振動子４が接着剤５ｂにより接合されている。すなわち、枠体２の貫通孔２ａは、第１のバイモルフ型圧電振動子３と、第２のバイモルフ型圧電振動子４とで塞がれた構造となっている。超音波発生素子１は、たとえば、３２０μｍ程度の厚みからなる。

　枠体２は、たとえば、セラミックスからなり、厚みは２００μｍ程度である。貫通孔２ａの直径は、たとえば、２．４ｍｍ程度である。なお、貫通孔２ａに代えて、枠体２の中央部分に溝を形成するようにしても良い。すなわち、枠体２は、閉じた環状の構造体には限られず、一部において開いた環状の構造体であっても良い。

　第１のバイモルフ型圧電振動子３は、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などからなる矩形で平板状の圧電セラミックス３ａを備える。そして、圧電セラミックス３ａの内部には、内部電極３ｂが形成され、圧電セラミックス３ａの両主面には、それぞれ、外部電極３ｃ，３ｄが形成されている。内部電極３ｂ、外部電極３ｃ，３ｄは、たとえば、Ａｇ、Ｐｄからなる励振電極である。内部電極３ｂは、圧電セラミックス３ａの隣り合う２つの角部に引出されている。一方、外部電極３ｃ，３ｄは、内部電極３ｂが引出されていない、圧電セラミックス３ａの隣り合う２つの角部にそれぞれ引出されている。第１のバイモルフ型圧電振動子３の厚みは、たとえば、６０μｍ程度である。

　第２のバイモルフ型圧電振動子４も、第１のバイモルフ型圧電振動子３と同様に、たとえば、ＰＺＴなどからなる矩形で平板状の圧電セラミックス４ａを備え、圧電セラミックス４ａの内部には、内部電極４ｂが形成され、圧電セラミックス４ａの両主面には、それぞれ、外部電極４ｃ，４ｄが形成されている。内部電極４ｂ、外部電極４ｃ，４ｄも、たとえば、Ａｇ、Ｐｄからなる励振電極である。そして、内部電極４ｂは、圧電セラミックス４ａの隣り合う２つの角部に引出されている。外部電極４ｃ，４ｄは、内部電極４ｂが引出されていない、圧電セラミックス４ａの隣り合う２つの角部にそれぞれ引出されている。第２のバイモルフ型圧電振動子４の厚みも、たとえば、６０μｍ程度である。

　第１のバイモルフ型圧電振動子３の圧電セラミックス３ａ、および、第２のバイモルフ型圧電振動子４の圧電セラミックス４ａは、それぞれ、内部において分極されている。なお、圧電セラミックス３ａにおいて、外部電極３ｃと内部電極３ｂとの間と、内部電極３ｂと外部電極３ｄとの間とは、分極方向が同じである。同様に、圧電セラミックス４ａにおいて、外部電極４ｃと内部電極４ｂとの間と、内部電極４ｂと外部電極４ｄとの間とは、分極方向が同じである。一方、圧電セラミックス３ａの外部電極３ｃと内部電極３ｂとの間、および内部電極３ｂと外部電極３ｄとの間と、圧電セラミックス４ａの外部電極４ｃと内部電極４ｂとの間、および内部電極４ｂと外部電極４ｄとの間とは、分極方向が逆である。

　そして、超音波発生素子１の４つの角部には、それぞれ、引出電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが形成されている。隣り合う２つの引出電極６ａ，６ｂは、いずれも、それぞれ、圧電セラミックス３ａの内部電極３ｂ、および、圧電セラミックス４ａの内部電極４ｂと電気的に接続されている。一方、残りの隣り合う２つの引出電極６ｃ，６ｄは、いずれも、それぞれ、圧電セラミックス３ａの外部電極３ｃ，３ｄ、および、圧電セラミックス４ａの外部電極４ｃ，４ｄと電気的に接続されている。引出電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、たとえば、Ａｇからなる。

　各超音波トランスデューサＸＡ１，ＸＡ２，ＸＢ１，ＸＢ２は、さらに、基板７と蓋部材８とからなる筺体を備える。

　基板７は、たとえば、ガラスエポキシからなり、矩形で、平板状である。基板７の上側の主面には、複数のランド電極（図示せず）が形成されている。そして、それらのランド電極に、超音波発生素子１の引出電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを導電性接着剤９によりそれぞれ接合することにより、基板７に超音波発生素子１が搭載されている。基板７と超音波発生素子１（第１のバイモルフ型圧電振動子３）とにより構成される隙間は、第１の音響経路Ｓ１を形成し、第１のバイモルフ型圧電振動子３から放出された超音波を圧縮し、超音波発生素子１の下側の主面に沿った方向に超音波が伝搬するのに寄与する。すなわち、基板７は、音響経路部材である。基板７と超音波発生素子１とにより構成される隙間（第１の音響経路Ｓ１）の長さは、３０μｍ以上に設定され、特に、第１のバイモルフ型圧電振動子３から放出された超音波の音波位相をそろえ、音圧を高めるためには、１００～２００μｍに設定される。なお、超音波発生素子１は、４つの角部で、導電性接着剤９により基板７に接合されるため、超音波発生素子１から放出された超音波の伝搬を阻害しない。

　蓋部材８は、たとえば、洋白からなり、超音波発生素子１を収容するための開口８ａが形成され、さらに天板部分に、矩形の音響放出口８ｂ（前述の放射面および受信面に相当する）が形成されている。音響放出口８ｂの個数は任意であるが、本実施形態においては、４個の音響放出口８ｂが形成されている。蓋部材８は、開口８ａに超音波発生素子１を収容したうえで、開口８ａの周縁が、たとえば接着剤（図示せず）により、基板７の上側の主面に接合されている。蓋部材８と超音波発生素子１（第２のバイモルフ型圧電振動子４）とにより構成される隙間は、第１の音響経路Ｓ１を形成し、第２のバイモルフ型圧電振動子４から放出された超音波を圧縮し、超音波発生素子１の上側の主面に沿った方向に超音波が伝搬するのに寄与する。すなわち、蓋部材８は、音響経路部材である。蓋部材８と超音波発生素子１とにより構成される隙間（第１の音響経路Ｓ１）の長さは、３０μｍ以上に設定され、特に、第２のバイモルフ型圧電振動子４から放出された超音波の音波位相をそろえ、音圧を高めるためには、１００～２００μｍに設定される。

　各超音波トランスデューサＸＡ１，ＸＡ２，ＸＢ１，ＸＢ２は、超音波発生素子１の外周面と、基板７と蓋部材８とからなる筺体の内周面とにより構成される隙間により、第２の音響経路Ｓ２が形成されている。なお、第２の音響経路Ｓ２の一部が、第１のバイモルフ型圧電振動子３の振動の腹の近傍、および、第２のバイモルフ型圧電振動子４の振動の腹の近傍において、上述の第１の音響経路Ｓ１を構成する。第１の音響経路Ｓ１は、上述のとおり、第１のバイモルフ型圧電振動子３、または、第２のバイモルフ型圧電振動子４から放出された超音波を圧縮し、超音波発生素子１の主面に沿った方向に超音波が伝搬するのに寄与する。

　かかる構造からなる各超音波トランスデューサＸＡ１，ＸＡ２，ＸＢ１，ＸＢ２は、たとえば、次の方法で製造される。

　まず、第１のバイモルフ型圧電振動子３、および、第２のバイモルフ型圧電振動子４を作製する。具体的には、所定の形状からなる複数枚の圧電セラミックグリーンシートを準備し、それらの表面に、内部電極３ｂ，４ｂ、外部電極３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄを形成するための、導電性ペーストを所定の形状に印刷する。次に、所定の圧電セラミックグリーンシートどうしを積層し、加圧したうえ、所定のプロファイルで焼成して、内部電極３ｂ、外部電極３ｃ，３ｄの形成された第１のバイモルフ型圧電振動子３、および、内部電極４ｂ、外部電極４ｃ，４ｄの形成された第２のバイモルフ型圧電振動子４を得る。なお、外部電極３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄは、積層した圧電セラミックグリーンシートを焼成した後に、印刷またはスパッタなどによって形成されてもよい。

　次に、予め所定の形状に作製された枠体２を準備し、枠体２の両主面に、第１のバイモルフ型圧電振動子３と第２のバイモルフ型圧電振動子４とを、接着剤５ａ，５ｂを用いてそれぞれ接合し、超音波発生素子１を得る。

　次に、超音波発生素子１の４つの角部に、たとえば、スパッタリングなどの技術を用いて、引出電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを形成する。

　次に、予め所定の形状に作製された基板７と蓋部材８とを準備し、導電性接着剤９を用いて、基板７に超音波発生素子１を搭載したうえ、接着剤（図示せず）を用いて、基板７の上側の主面に蓋部材８を接合し、各超音波トランスデューサＸＡ１、ＸＡ２，ＸＢ１，ＸＢ２を完成させる。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　８ｂ　音響放出口（放射面）、２０　演算・制御部、２２１，２２２　駆動信号発生装置、２４１，２４２　送信・受信切換回路、２６１，２６２，３０１，３０２　フィルタ、２８１，２８２　差動増幅器、３２１，３２２　Ａ／Ｄ変換器、Ｄ，ＤＡ，ＤＢ　超音波装置、ＬＡ１，ＬＢ１　基準線、ＰＡ，ＰＢ　中点、Ｘ１，Ｘ２，ＸＡ１，ＸＡ２，ＸＢ１，ＸＢ２　超音波トランスデューサ。

Claims (7)

1. 　第１の装置に設けられた第１の超音波トランスデューサと、
   　第２の装置に設けられた第２および第３の超音波トランスデューサと、
   　前記第１および第２の装置の一方から見た他方の距離および方向を演算する演算部とを備え、
   　前記演算部は、
   　前記第１の超音波トランスデューサから送信された超音波が前記第２および第３の超音波トランスデューサの各々によって受信されるまでの超音波の伝搬時間に基づいて、前記第１の超音波トランスデューサから前記第２の超音波トランスデューサまでの距離である第１の距離、および前記第１の超音波トランスデューサから前記第３の超音波トランスデューサまでの距離である第２の距離を算出し、
   　前記第１および第２の距離の差が前記第２および第３の超音波トランスデューサ間の距離である第３の距離よりも大きい場合に、前記第１および第２の距離の差が前記第３の距離に等しいとして演算を行うように構成される、超音波位置検出システム。
2. 　前記演算部は、
   　前記第１～第３の距離を用いた余弦定理によって、前記第２および第３の超音波トランスデューサを結ぶ基準線に対して前記第１の超音波トランスデューサが位置する角度の余弦を算出し、
   　前記角度の余弦が１より大きい場合または－１より小さい場合に、それぞれ１または－１に等しいとして演算を行うように構成される、請求項１に記載の超音波位置検出システム。
3. 　前記演算部は、
   　前記第１～第３の距離に基づいて、前記第１～第３の超音波トランスデューサの位置座標を決定し、
   　前記第１～第３の超音波トランスデューサの位置座標に基づいて、前記第１および第２の装置の一方から見た他方の距離および方向を演算するように構成される、請求項１または２に記載の超音波位置検出システム。
4. 　前記第１の装置は、第４の超音波トランスデューサをさらに有し、
   　前記演算部は、
   　前記第４の超音波トランスデューサから送信された超音波が前記第２および第３の超音波トランスデューサの各々によって受信されるまでの超音波の伝搬時間に基づいて、前記第４の超音波トランスデューサから前記第２の超音波トランスデューサまでの距離である第４の距離、および前記第４の超音波トランスデューサから前記第３の超音波トランスデューサまでの距離である第５の距離を算出し、
   　前記第４および第５の距離の差が前記第３の距離よりも大きい場合に、前記第４および第５の距離の差が前記第３の距離に等しいとして演算を行い、
   　前記第３～第５の距離に基づいて、前記第４の超音波トランスデューサの位置座標を決定し、
   　前記第１～第４の超音波トランスデューサの位置座標に基づいて、前記第２および第３の超音波トランスデューサを結ぶ第１の基準線に対する前記第１および第２の超音波トランスデューサを結ぶ第２の基準線の傾きを算出するように構成される、請求項３に記載の超音波位置検出システム。
5. 　前記第１の装置は、第４の超音波トランスデューサをさらに有し、
   　前記演算部は、
   　前記第２の超音波トランスデューサから送信された超音波が前記第４の超音波トランスデューサによって受信されるまでの超音波の伝搬時間に基づいて、前記第２の超音波トランスデューサから前記第４の超音波トランスデューサまでの距離である第６の距離を算出し、
   　前記第１および第６の距離の差が前記第１および第４の超音波トランスデューサ間の距離である第７の距離よりも大きい場合に、前記第１および第６の距離の差が前記第７の距離に等しいとして演算を行い、
   　前記第１、第６および第７の距離に基づいて、前記第４の超音波トランスデューサの位置座標を決定し、
   　前記第１～第４の超音波トランスデューサの位置座標に基づいて、前記第２および第３の超音波トランスデューサを結ぶ第１の基準線と前記第１および第２の超音波トランスデューサを結ぶ第２の基準線との相互の傾きを算出するように構成される、請求項３に記載の超音波位置検出システム。
6. 　第１の超音波トランスデューサから超音波を送信するステップと、
   　互いの間隔が固定された第２および第３の超音波トランスデューサによって前記超音波を受信するステップと、
   　前記超音波の伝搬時間に基づいて、前記第１の超音波トランスデューサから前記第２の超音波トランスデューサまでの距離である第１の距離、および前記第１の超音波トランスデューサから前記第３の超音波トランスデューサまでの距離である第２の距離を算出するステップと、
   　前記第１および第２の距離の差が前記第２および第３の超音波トランスデューサ間の距離である第３の距離よりも大きい場合に、前記第１および第２の距離の差が前記第３の距離に等しくなるように演算結果を補正するステップとを備える、超音波位置検出方法。
7. 　前記超音波位置検出方法は、
   　前記第１～第３の距離を用いた余弦定理によって、前記第２および第３の超音波トランスデューサを結ぶ基準線に対して前記第１の超音波トランスデューサが位置する角度の余弦を算出するステップをさらに備え、
   　前記演算結果を補正するステップは、前記角度の余弦が１より大きい場合または－１より小さい場合に、それぞれ１または－１に等しいと補正するステップを含む、請求項６に記載の超音波位置検出方法。

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