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技術 音響インテンシティ計測装置及び計測方法

出願人 株式会社日立パワーソリューションズ
発明者 青木琢哉
出願日 2006年1月27日 (14年11ヶ月経過) 出願番号 2006-018323
公開日 2007年8月9日 (13年4ヶ月経過) 公開番号 2007-198926
状態 特許登録済
技術分野 機械的振動・音波の測定
主要キーワード エネルギー伝搬 計測対象位置 音圧計 格子分割 音響インテンシティ 音圧測定 計測エリア 音圧値
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年8月9日)のものです。
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図面 (6)

課題

測定対象物音響インテンシティを、複数の計測エリア音圧を測定せずに算出できる音響インテンシティ計測装置及び計測方法を提供する。

解決手段

複数個マイクロフォン3からマイクロフォンアレイ1を構成して測定対象物に所定距離を隔てて対向配置する。マイクロフォンアレイ1のマイクロフォン3毎に音圧値マイク音圧記憶手段6に記録し、このマイクロフォン3毎の音圧値からそれぞれの音響インテンシティを算出する音響インテンシティ算出手段7を備えて音響インテンシティ計測装置とする。音響インテンシティ算出手段7は、設定した計算対象基準平面を含む3つの平面の分割した格子点音圧計算点とする計測エリア分割部8と、格子点毎に音圧値の加重平均を求めて音圧値を算出する音圧分布算出部9と、計算対象基準平面上の格子点毎に複数の格子点の音圧値から音響インテンシティを算出する音響インテンシティ分布算出部10を備える。

概要

背景

従来から、機器が発生する騒音音源探査等のため、音場の実質的なエネルギー伝搬方向及びエネルギー面密度を表す方向と大きさを持つベクトル量である音響インテンシティ計測することが行われている。例えば2対のマイクロフォンを1組以上用い、各マイクロフォンで計測した音圧値から、マイクロフォン全体の中心位置における音響インテンシティを演算部で算出し、音源の方向と大きさとを計測する音響インテンシティ計測装置が知られている(特許文献1参照)。

一方、移動中する音源である車等の移動体騒音低減に使用するため、移動体の騒音発生位置分布を測定することも行われている。例えば、移動体の騒音計測に、複数個のマイクロフォンで構成するマイクロフォンアレイを用い、マイクロフォンアレイを移動体の進行方向に45度等の角度を持つように配置し、この各マイクロフォンで検出した音響信号を、各マイクロフォンへの音波到着時間だけ補正し、補正後の信号を重ね合わせて周波数分析を行い、この分析されたスペクトルの平均化を行う移動音源計測装置も知られている(特許文献2参照)。

特許2594941号公報
特許2544515号公報

概要

測定対象物の音響インテンシティを、複数の計測エリア音圧を測定せずに算出できる音響インテンシティ計測装置及び計測方法を提供する。複数個のマイクロフォン3からマイクロフォンアレイ1を構成して測定対象物に所定距離を隔てて対向配置する。マイクロフォンアレイ1のマイクロフォン3毎に音圧値をマイク音圧記憶手段6に記録し、このマイクロフォン3毎の音圧値からそれぞれの音響インテンシティを算出する音響インテンシティ算出手段7を備えて音響インテンシティ計測装置とする。音響インテンシティ算出手段7は、設定した計算対象基準平面を含む3つの平面の分割した格子点音圧計算点とする計測エリア分割部8と、格子点毎に音圧値の加重平均を求めて音圧値を算出する音圧分布算出部9と、計算対象基準平面上の格子点毎に複数の格子点の音圧値から音響インテンシティを算出する音響インテンシティ分布算出部10を備える。

目的

本発明の目的は、測定対象物の音圧の計測に複数個のマイクロフォンからなるマイクロフォンアレイを用い、設置位置から離れた場所にある測定対象物の音響インテンシティを広範囲に算出できる音響インテンシティ計測装置及び計測方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

複数個マイクロフォンから構成されて測定対象物所定距離を隔てて対向配置するマイクロフォンアレイと、前記マイクロフォン毎音圧値を記録するマイ音圧記憶手段と、前記マイク音圧記憶手段に記録したマイクロフォン毎の音圧値からそれぞれの音響インテンシティを算出する音響インテンシティ算出手段とを備え、前記音響インテンシティ算出手段は、マイクロフォンアレイの中心から測定対象物側に一定距離だけ離れたところに計算対象基準平面を設定すると共に、前記計算対象基準平面からマイクロフォンアレイ側及び測定対象物側にそれぞれ所定距離を隔てる2つの計算対象仮想平面を設定して、前記各平面を格子状に分割してそれぞれの格子点音圧計算点として設定する計測エリア分割部と、前記音圧計算点毎にマイク音圧記憶装置に記憶された音圧値の加重平均を求めて音圧値を算出する音圧分布算出部と、前記計算対象基準平面上の音響インテンシティ計算点として設定した格子点毎に、前記各平面における複数の格子点の音圧値を用いて音響インテンシティを算出する音響インテンシティ分布算出部とを備えて構成したことを特徴とする音響インテンシティ計測装置

請求項2

請求項1において、前記マイクロフォンアレイは、少なくとも2つの支持枠にそれぞれマイクロフォンを等間隔に複数個設置して構成したものであることを特徴とする音響インテンシティ計測装置。

請求項3

測定対象物に所定距離を隔てて対向して配置したマイクロフォンアレイのマイクロフォン毎に音圧値を記録し、前記マイクロフォンアレイの中心位置から測定対象物側に一定距離だけ離れたところに計算対象基準平面を設定し、前記計算対象基準平面からマイクロフォンアレイ側及び測定対象物側にそれぞれ所定距離を隔てる2つの計算対象仮想平面を設定すると共に、前記各平面を格子状に分割してそれぞれの格子点を音圧計算点として設定し、前記音圧計算点毎にマイク音圧記憶装置に記憶された音圧値の加重平均を求めて音圧値を算出し、前記計算対象基準平面上の音響インテンシティ計算点として設定した格子点毎に、前記各平面における複数の格子点の音圧値を用いて音響インテンシティを算出することを特徴とする音響インテンシティ計測方法

技術分野

0001

本発明は音響インテンシティ計測装置及び計測方法係り、特に測定対象物所定距離を隔てて対向配置するマイクロフォンアレイを用いて計測した音圧から、音響インテンシティを適切に計測可能な音響インテンシティ計測装置及び計測方法に関する。

背景技術

0002

従来から、機器が発生する騒音音源探査等のため、音場の実質的なエネルギー伝搬方向及びエネルギー面密度を表す方向と大きさを持つベクトル量である音響インテンシティを計測することが行われている。例えば2対のマイクロフォンを1組以上用い、各マイクロフォンで計測した音圧値から、マイクロフォン全体の中心位置における音響インテンシティを演算部で算出し、音源の方向と大きさとを計測する音響インテンシティ計測装置が知られている(特許文献1参照)。

0003

一方、移動中する音源である車等の移動体騒音低減に使用するため、移動体の騒音発生位置分布を測定することも行われている。例えば、移動体の騒音計測に、複数個のマイクロフォンで構成するマイクロフォンアレイを用い、マイクロフォンアレイを移動体の進行方向に45度等の角度を持つように配置し、この各マイクロフォンで検出した音響信号を、各マイクロフォンへの音波到着時間だけ補正し、補正後の信号を重ね合わせて周波数分析を行い、この分析されたスペクトルの平均化を行う移動音源計測装置も知られている(特許文献2参照)。

0004

特許2594941号公報
特許2544515号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、特許文献1に記載の音響インテンシティ計測装置では、測定対象物の音圧計測に2対のマイクロフォンを1組或いは複数組用い、各マイクロフォンで計測した音圧値から、マイクロフォン全体の中心位置における音響インテンシティを計算しており、1地点のみで計測を行うものである。

0006

このため、測定対象物が大きい場合には、何度も計測地点を変えて計測を行う必要があるし、計測地点が足場のない場所や立ち入り禁止の場所では計測を行えず、より正確な測定ができないし、また特許文献2に記載のマイクロフォンアレイを用いて測定したとしても、音響インテンシティを適切に計測できない問題があった。

0007

本発明の目的は、測定対象物の音圧の計測に複数個のマイクロフォンからなるマイクロフォンアレイを用い、設置位置から離れた場所にある測定対象物の音響インテンシティを広範囲に算出できる音響インテンシティ計測装置及び計測方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明の音響インテンシティ計測装置は、複数個のマイクロフォンから構成されて測定対象物に所定距離を隔てて対向配置するマイクロフォンアレイと、前記マイクロフォン毎に音圧値を記録するマイク音圧記憶手段と、前記マイク音圧記憶手段に記録したマイクロフォン毎の音圧値からそれぞれの音響インテンシティを算出する音響インテンシティ算出手段とを備え、前記音響インテンシティ算出手段は、マイクロフォンアレイの中心から測定対象物側に一定距離だけ離れたところに計算対象基準平面を設定すると共に、前記計算対象基準平面からマイクロフォンアレイ側及び測定対象物側にそれぞれ所定距離を隔てる2つの計算対象仮想平面を設定して、前記各平面を格子状に分割してそれぞれの格子点音圧計算点として設定する計測エリア分割部と、前記音圧計算点毎にマイク音圧記憶装置に記憶された音圧値の加重平均を求めて音圧値を算出する音圧分布算出部と、前記計算対象基準平面上の音響インテンシティ計算点として設定した格子点毎に、前記各平面に分布する複数の格子点の音圧値を用いて音響インテンシティを算出する音響インテンシティ分布算出部とを備えて構成したことしたものである。

0009

また、本発明の音響インテンシティ計測方法は、測定対象物に所定距離を隔てて対向して配置したマイクロフォンアレイのマイクロフォン毎に音圧値を記録し、前記マイクロフォンアレイの中心位置から測定対象物側に一定距離だけ離れたところに計算対象基準平面を設定し、前記計算対象基準平面からマイクロフォンアレイ側及び測定対象物側にそれぞれ所定距離を隔てる2つの計算対象仮想平面を設定すると共に、前記各平面を格子状に分割してそれぞれの格子点を音圧計算点として設定し、前記音圧計算点毎にマイク音圧記憶装置に記憶された音圧値の加重平均を求めて音圧値を算出し、前記計算対象基準平面上の音響インテンシティ計算点として設定した格子点毎に、前記各平面に分布する複数の格子点の音圧値を用いて音響インテンシティを算出することを特徴としている。

発明の効果

0010

本発明は、測定対象物から離れた位置にマイクロフォンアレイを設置して音圧を計測でき、マイクロフォンアレイのマイクロフォン毎に計測した複数点の音圧値を基に、計測位置における音響インテンシティをより適切に算出することができ、しかも直接マイクロフォンアレイを設置できない場所における音響インテンシティも計測することができる。

発明を実施するための最良の形態

0011

本発明の音響インテンシティ計測装置は、測定対象物に所定距離を隔てて対向配置するマイクロフォンアレイと、マイクロフォン毎に音圧値を記録するマイク音圧記憶手段と、このマイク音圧記憶手段に記録したマイクロフォン毎の音圧値からそれぞれの音響インテンシティを算出する音響インテンシティ算出手段とを備えている。音響インテンシティ算出手段は、マイクロフォンアレイの中心位置から測定対象物側に一定距離だけ離れたところに計算対象基準平面を設定すると共に、前記計算対象基準平面からマイクロフォンアレイ側及び測定対象物側にそれぞれ所定距離を隔てる2つの計算対象仮想平面を設定して、前記各平面を格子状に分割してそれぞれの格子点を音圧計算点として設定する計測エリア分割部と、前記音圧計算点毎にマイク音圧記憶装置に記憶された音圧値の加重平均を求めて音圧値を算出する音圧分布算出部と、前記計算対象基準平面上の音響インテンシティ計算点として設定した格子点毎に、前記各平面に分布する複数の格子点の音圧値を用いて音響インテンシティを算出する音響インテンシティ分布算出部とを備えて構成する。

0012

本発明の一実施例である音響インテンシティ計測装置の全体構成図を、図1(a)及び(b)に示している。三脚等の架台4の上に設置するマイクロフォンアレイ1は、この例では互いに並行に配置する円形の2つの支持枠2a、2bに、それぞれマイクロフォン3を等間隔に複数個の取り付けて構成している。このマイクロフォンアレイ1は、図1(b)に示すように例えばコンプレッサ配管等の産業機械である測定対象物5に所定距離を隔てて対向する位置に配置し、正対する測定対象物5の音圧を測定する。

0013

上記した実施例では、マイクロフォンアレイ1として2段に配置する円形の支持枠2a、2bに、マイクロフォン3を等間隔に設置して構成したものを用いた場合で説明したが、これに限らず1段で構成したものを使用することができるし、支持枠の形状やその数を適宜変更して製作したものを用いることができ、またマイクロフォン3も任意の位置に配置して構成したものを使用することができる。

0014

マイクロフォンアレイ1で集音された音圧値を記録するマイク音圧記憶部6を設けており、各マイクロフォン3とマイク音圧記憶部6はケーブル15にて接続し、マイクロフォン3毎の音圧値を記録する。そして、マイク音圧記憶部6に記録したマイクロフォン3毎の音圧値を取り込んで音響インテンシティ計測する音響インテンシティ算出手段7を備えている。

0015

音響インテンシティ算出手段7は、図1(a)に示すようにマイクロフォンアレイ1の中心から測定対象物5側の一定距離Lのところに、音響インテンシティの計算対象基準平面を設定すると共に、2つの計算対象仮想平面を設定し、これらの各平面を格子状に分割してそれぞれの格子点を音圧計算点として設定する計測エリア分割部8を備えている。

0016

また、音圧計算点とした格子点毎に、マイク音圧記憶装置6に記憶された音圧値の加重平均を求めて音圧値を算出する音圧分布算出部9、及び計算対象の計測エリア平面上の音響インテンシティ計算点として設定した格子点毎に、計算対象基準平面及び計算対象仮想平面における複数の格子点の音圧値を用いて音響インテンシティを算出する音響インテンシティ分布算出部10を備え、この3つの処理部分で構成している。以下、これらの詳細をそれぞれに説明する。

0017

計測エリア分割部8は、図2(a)に示すようにマイクロフォンアレイ1の中心C1から測定対象物5側の任意の位置、例えば側面を計測面とした計測エリアまでの距離Lを取り込む部分である測定距離入力部8Aと、音響インテンシティの計測面とした計測エリアである計算対象基準平面11a及び計算対象基準平面11b、11cを定めて、各平面を格子幅dで格子状に分割する格子分割部8Bと、上記した距離L等を記録する距離記憶部8Cとを備えている。

0018

計算対象仮想平面11bは、計算対象基準平面11aからマイクロフォンアレイ1側に距離L−dだけ離れた位置に、また計算対象仮想平面11cは、計算対象基準平面11aから測定対象物5側に距離L+dだけ離れた位置に設定し、全ての平面11a、11b、11cを、格子幅dで等間隔に格子状に分割しており、格子点毎に各マイクロフォン3との距離を計算して距離記憶部8Cに記録する。この格子幅dは予め設定されているが、利用者が任意に設定することも可能である。

0019

測定距離入力部8Aで取り込む距離Lは、予め設定したり或いは測定対象物5にマイクロフォンアレイ1を対向設置することで定まる値であり、利用者が任意に設定することも可能な値である。また、マイクロフォンアレイ1の中心C1とは、この構造上の中心でも、また測定対象物5に対向する前面位置を中心として定めて用いても良いものである。

0020

音圧分布算出部9は、図3(a)に示すように各平面11a、11b、11cの各格子点を音圧計算点として音圧値を算出する音圧算出部9A、これら算出した音圧値を記録する音圧記憶部9Bで構成している。

0021

音圧算出部9Aでの計算対象基準平面11a及び計算対象仮想平面11b、11cの音圧計算点とした格子点の音圧算出の際には、図3(b)に示すように距離記憶部8Cに記憶されている格子点とマイクロフォン3毎の距離を読み出して実施する。

0022

この際、例えば各平面11a、11b、11cの左下隅から符号を付け格子点11a00…、11b00…、11c00…の如く符号を付け、格子点毎にマイク音圧記憶部6に記憶されたマイクロフォン3毎の音圧値を取り込んで、マイクロフォン3毎の音圧値の加重平均を求める。

0023

音圧計算点となる各格子点では、マイク音圧記憶部6に記憶されているマイクロフォン毎に集音した音圧値が、音圧計算点の格子点の音圧値と同一になるように補正する処理を行い、計測エリアの3次元的な音圧分布を算出する。この音圧計算は、平面11a、11b及び11cの音圧計算点とした全ての格子点で同様に音圧を計算し、音圧記憶部9Bに出力記録する。

0024

音響インテンシティ分布算出部10は、図4(b)に示すように計算対象基準平面11aで、しかも周囲に格子点が存在する格子点、例えば図4(b)では下から2列目で2番目の格子点11a11から順に、音響インテンシティを算出するものであり、選択した複数の格子点の音圧を音圧記憶部9Bから読み出す周囲音圧入力部10Aを有し、格子点毎に音響インテンシティを算出する音響インテンシティ算出部10Bを備え、計測エリアとした計算対象基準平面11aの音響インテンシティ分布を算出する。

0025

周囲音圧入力部10Aは、図4(b)に黒点で示すように周囲の格子点の音圧を利用する都合上、まず計算対象基準平面11aの音響インテンシティ計算点となる1つの格子点11a11を選び、これに隣接する自己平面11aの左右のx方向、上下のy方向、前後の各平面11b及び11cのz方向にある複数の格子点の音圧値を音圧記憶部9Bから読み出し、音響インテンシティ算出部10Bに提供する。

0026

即ち、図4(c)の例では、格子点11a11とこの周囲x1方向の格子点11a10及びx2方向の格子点11a12、y1方向の格子点11a01及びy2方向の格子点11a21、z1方向の格子点11b11及びz2方向の格子点11c11の6つの音圧値を、音響インテンシティ計算点となる格子点毎に音圧記憶部9Bから読み出して音響インテンシティ算出部10Bに与えている。

0027

音響インテンシティ算出部10Bは、周囲音圧入力部10Aから入力された周囲格子点14を構成する6つの格子点の音圧値に基づいて、音響インテンシティ計算点の格子点毎に順に、音響インテンシティを公知の方法、例えば特開2002−243534号公報に記載されている方法を用いて算出する。

0028

次に、測定対象物5に対して所定距離を隔てて対向配置したマイクロフォンアレイ1の各マイクロフォン3で音圧を測定し、これら実測した音圧から測定対象物5の音響インテンシティの分布を算出する処理手順を、図5に示すフローチャートを用いて説明する。

0029

まず、複数個のマイクロフォン3でそれぞれ集音された音圧は、マイク音圧記憶部6に記録する(ステップS21)。音響インテンシティ算出手段7では、記録されたマイクロフォン3毎の音圧値を用いて音響インテンシティを算出する。

0030

即ち、音響インテンシティ算出手段7の計測エリア分割部8では、測定距離入力部8Aから音圧測定時のマイクロフォンアレイ1の中心C1から測定対象物5の前面等の測定エリアまでの距離Lを取り込み、格子分割部8Bに伝達する(ステップS22)。

0031

計測エリア分割部8の格子分割部8Bでは、ステップS21において、格子分割部8Bによって、マイクロフォンアレイ1の中心から測定距離入力部8Aで入力された距離Lだけ離れた測定エリアを計算対象基準平面11aとし、マイクロフォンアレイ1から測定対象物5側に距離L+dだけ離れた計算仮想平面11b及びマイクロフォンアレイ1側に距離L−dだけ近づいた計算仮想平面11cを設定し、これら合計3つの平面を格子状に分割する(ステップS23)。

0032

格子分割部8Bで分割する格子幅寸法dは、各平面11a、11b、11c間の距離と同じであって、予め設定して各格子点間が等間隔になるようにするが、この設定値は利用者によって計算時に任意の値に変更して使用することもできる。

0033

そして、計測エリア分割部8では、各格子点とマイクロフォン3との距離を、格子点毎に計算すると共に距離記憶部8Aに記録する(ステップS24)。

0034

次に、音圧分布算出部9で計算対象基準平面11a及び計算仮想平面11b及び11cから順に、1つの格子点11a00…、11b00…、11c00…、を順に音圧計算点として選出し(ステップS25)、音圧計算点となる格子点毎に、マイクロフォン3との距離を、距離記憶部8Aから読み出しを実施する。

0035

音圧分布算出部9では、マイク音圧記憶部6に記憶されたマイクロフォン3毎の音圧値を音圧算出部9Aに取り込んで、マイクロフォン3毎の音圧値の加重平均を求め、音圧計算点11a1、11a2…における音圧値を算出して音圧記憶部9Bに出力する(ステップS26)。この音圧値の算出は、各平面11aから11cの全ての格子点で実施する(ステップS27)。

0036

ステップS27において、計算対象基準平面11a及び計算仮想平面11b、11cにおける全ての格子点の音圧算出が、音圧分布算出部9で済んだYと判断すると、次のステップS28に移行し、逆に計算対象基準平面11a及び計算仮想平面11b、11cにおける全ての格子点の音圧が、音圧分布算出部9で算出されていないNと判断すると、ステップS25からの処理を戻り繰り返し実行する。

0037

続いて、音響インテンシティ分布算出部10では、周囲音圧入力部10Aにより計算対象基準平面11aの中から周囲の格子点に囲まれた格子点11a11…を音響インテンシティ計算点として選出し(ステップS28)、そして音響インテンシティ計算点である格子点11aa11に隣接するxyzの3方向、例えば左右の方向x1及びx2、上下の方向y1及びy2や前後のz1及びz2の6つの周囲格子点11a10、11a12、11a21、11a01、11b11、11c11における音圧値を、それぞれ音圧記憶部9Bから読み出し、これらが音響インテンシティ算出部10Bに伝達する。

0038

次に、音響インテンシティ分布算出部10の音響インテンシティ算出部10Bでは、算出対象の格子点について、周囲音圧入力部10Aから伝えられた周囲の6つの格子点における音圧値を用い、音響インテンシティ計算点である各格子点における音響インテンシティを計算する。(ステップS29)。

0039

音響インテンシティ算出部10Bでは、計算対象基準平面11a上の全て対象となる格子点について、音響インテンシティが算出されていないNの場合から、算出が済んだYになるまで繰り返し実行する(ステップS30)。これにより、測定エリアに設定した計算対象基準平面11aの音響インテンシティ分布が明らかになる。

0040

本発明の算出方法は、上記のような手順で音響インテンシティを算出するものであって、3次元的に配置された複数個のマイクロフォン3で構成されるマイクロフォンアレイ1を用いて、音響インテンシティ計算点となる格子点の周囲の3次元的な音圧分布を得た後、複数点の音圧を用いて音響インテンシティを算出している。したがって、計測対象位置にマイクロフォンを配置する必要はなく、かつ任意位置での音響インテンシティを算出でき、しかもマイクロフォンアレイを移動することなく、計測を行いたい複数の測定エリアにおける音響インテンシティを算出することができる。

0041

上記の実施例では、1つの音響インテンシティ計算点での音響インテンシティを算出するにあたり、音響インテンシティ計算点である格子点の周囲の水平x、垂直y、前後zの3方向に、それぞれ2点ずつの計6点の位置における音圧を用いた例で説明しているが、4点以上の複数点の格子点における音圧を利用して算出することができ、この選択点の数は算出音響インテンシティの精度と計算時間を考慮して適宜設定することができる。

図面の簡単な説明

0042

本発明の一実施例である音響インテンシティ計測装置を示す全体構成図である。
本発明の音響インテンシティ計測装置の計測エリア分割処理を説明するための模式図である。
本発明の音圧分布算出処理を説明するための模式図である。
本発明の音響インテンシティ分布算出処理を説明するための模式図である。
本発明の音響インテンシティの分布を算出する処理手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

0043

1…マイクロフォンアレイ、2a、2b…支持枠、3…マイクロフォン、4…架台、5…測定対象物、6…マイク音圧記憶部、7…音響インテンシティ算出手段、8…計測エリア分割部、8A…測定距離入力部、8B…格子分割部、8C…距離記憶部、9…音圧分布算出部、9A…音圧算出部、9B…音圧記憶部、10…音響インテンシティ分布算出部、10A…周囲音圧入力部、10B…音響インテンシティ算出部、11a…計算対象基準平面、11b、11c…計算対象仮想平面。

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