(57)【要約】【課題】反響定位に必要な訓練や身体的な負担を軽減する。【解決手段】知覚補助システム１００は、利用者の周囲の物体により反射されて利用者に聴取されることで利用者が当該物体を知覚可能な検査音を放射するシステムであり、検査音を表す音響信号を生成する信号生成部２２と、音響信号が表す検査音を放射する放音部２４とを具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の周囲の物体により反射されて利用者に聴取されることで前記利用者が当該物体を知覚可能な検査音を表す音響信号を生成する信号生成部と、
前記音響信号が表す検査音を放射する放音部と
を具備する知覚補助システム。
【請求項２】
前記信号生成部は、時間軸上の相異なる時点で発音される複数の検査音を表す前記音響信号を生成する
請求項１に記載の知覚補助システム。
【請求項３】
前記信号生成部は、前記音響信号の周期および発音時間長の少なくとも一方を変更可能である
請求項２に記載の知覚補助システム。
【請求項４】
前記信号生成部は、前記音響信号の周波数特性を変更可能である
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の知覚補助システム。
【請求項５】
前記放音部は、前記検査音を放射する方向および範囲の少なくとも一方を変更可能である
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の知覚補助システム。
【請求項６】
前記利用者の頭部に装着可能である
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の知覚補助システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視覚障碍者が周囲の環境を知覚することを補助する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
弱視者または全盲者等の視覚障碍者が周囲の物体を知覚するための手法として反響定位（エコーロケーション）が提案されている。反響定位では、利用者が舌打ち音等の音（以下「検査音」という）を発音し、周囲の物体の表面で反射した検査音を聴取することでその物体を知覚する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“音で物を視る「エコロケーション」を行う盲目の男性がスゴい”，[online]，株式会社ケアラー，［2016年10月25日検索］，インターネット<URL:http://carer.jp/archives/686>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、反響定位により物体を正確に知覚するには、検査音を一定の音響特性（音量または音色）で周期的に発音する必要がある。しかし、一定の音響特性の検査音を周期的に発音するためには相当の訓練が必要であり、利用者の身体的な負担が大きいという問題もある。以上の事情を考慮して、本発明は、反響定位に必要な訓練や身体的な負担を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る知覚補助システムは、検査音を表す音響信号を生成する信号生成部と、前記音響信号が表す検査音を放射する放音部とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る知覚補助システムの外観図である。
【図２】知覚補助システムの構成図である。
【図３】音響信号の説明図である。
【図４】第２実施形態における知覚補助システムの構成図である。
【図５】複数の放音装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る知覚補助システム１００の外観を例示する構成図である。第１実施形態の知覚補助システム１００は、弱視または全盲等の視覚障碍を有する利用者Ｕが障害物等の周囲の物体を知覚することを補助するためのシステムである。具体的には、知覚補助システム１００は、反響定位（エコーロケーション）のための検査音を利用者Ｕの周囲の空間に放射する。検査音は、利用者Ｕの周囲の物体の表面で反射する。利用者Ｕは、物体から到来する反射音を聴取することで、例えば障害物等の物体の有無や利用者Ｕとの位置関係等の周辺環境を知覚すること（すなわち反響定位）が可能である。以上の説明から理解される通り、検査音は、利用者Ｕの周囲の物体により反射されて利用者Ｕに聴取されることで利用者Ｕがその物体を知覚可能な音波である。
【０００８】
第１実施形態の知覚補助システム１００は、利用者Ｕの頭部に装着される可搬型の電子機器であり、図１に例示される通り、機能部１２と取付部１４とを具備する。取付部１４は、機能部１２を利用者Ｕの頭部に装着するための器具である。例えば、図１に例示される通り、利用者Ｕの頭部に巻回されるベルトが取付部１４の典型例である。機能部１２は、利用者Ｕの周囲の空間に検査音を放射する。
【０００９】
図２は、知覚補助システム１００（機能部１２）の機能に着目した構成図である。図２に例示される通り、第１実施形態の知覚補助システム１００は、信号生成部２２と放音部２４と操作部２６と制御部２８とを具備する。信号生成部２２は、検査音を表す音響信号を生成する。放音部２４は、信号生成部２２が生成した音響信号が表す検査音を周囲に放射する。図２に例示される通り、第１実施形態の放音部２４は、検査音を放射する１個の放音装置３２を具備する。
【００１０】
制御部２８は、信号生成部２２の動作を制御する。操作部２６は、利用者Ｕからの指示を受付ける入力機器であり、例えば利用者Ｕが操作する複数の操作子を含んで構成される。なお、操作部２６を機能部１２とは別体で構成し、利用者Ｕからの操作に応じた信号を無線通信（例えば赤外線通信）により操作部２６から機能部１２に送信することも可能である。
【００１１】
図３は、音響信号の説明図である。図３に例示される通り、音響信号は、相互に間隔をあけて時間軸上に配列する複数の発音期間Ｑを含む。各発音期間Ｑは、検査音が発音される期間である。すなわち、放音部２４に対する音響信号の供給により検査音が間隔をあけて複数回にわたり反復的に放射される。１個の発音期間Ｑにおける検査音の発音時間長（すなわち発音期間Ｑの時間長）Ｌは、例えば３ミリ秒から５ミリ秒に設定される。各検査音の周期（すなわち相前後する２個の発音期間Ｑの時間差）Ｔは、例えば０.１秒以上かつ１秒以下の範囲内（例えば０.４秒）の数値に設定される。
【００１２】
第１実施形態の検査音は、利用者Ｕが反響定位により物体を知覚し易い周波数特性の可聴音である。具体的には、最低周波数Ｆminから最高周波数Ｆmaxまでの周波数帯域内で強度が略均等に分布する白色雑音が検査音として好適である。過度に周波数が低い音は、利用者がＵが方向を知覚し難いという傾向があり、空調設備の動作音または人混み内の雑踏音等の他の雑音との区別が困難であるという事情もある。また、過度に周波数が高い音は、特に加齢を原因として聴取し難くなり、聴取の可否に個人差が顕著であるという事情がある。以上の事情を考慮して、最低周波数Ｆminは、例えば５００Ｈｚ以上かつ２ｋＨｚ以下の範囲内の周波数であり、最高周波数Ｆmaxは、例えば１２ｋＨｚ以上かつ２０ｋＨｚ以下の範囲内の周波数である。特に３ｋＨｚ以上かつ１０ｋＨｚ以下の範囲内の検査音を利用すれば、反射音が到来する方向を利用者Ｕが知覚し易いという利点がある。なお、最低周波数Ｆminおよび最高周波数Ｆmaxの一方から他方まで周波数が時間的に連続に変化するタイムストレッチドパルス（ＴＳＰ：Time Stretched Pulse）音を検査音として利用することも可能である。また、例えば利用者Ｕが発音した舌打ち音のように反響定位に好適な音を検査音として事前に収録することも可能である。
【００１３】
図２に例示される通り、第１実施形態の信号生成部２２は、波形生成部４２と特性調整部４４とＤ/Ａ変換部４６と信号増幅部４８とを含んで構成される。波形生成部４２および特性調整部４４は、例えば記憶装置（図示略）に記憶されたプログラムをＣＰＵ等の演算処理回路（図示略）が実行することで実現される。ただし、専用の電子回路で波形生成部４２および特性調整部４４の一方または双方を実現することも可能である。
【００１４】
波形生成部４２は、図３に例示した通り、時間軸上の各発音期間Ｑ内に検査音を含むデジタルの音響信号を生成する。例えば、記憶装置（図示略）に記憶された波形データから音響信号を生成する音源、または、正規乱数を時系列に配列することで白色雑音の音響信号を生成する音源が、波形生成部４２として好適に利用される。
【００１５】
特性調整部４４は、波形生成部４２が生成した音響信号の音響特性（例えば周波数特性）を調整する。例えば、相異なる複数の周波数帯域の各々の音響成分を個別のゲインで増幅するイコライザが特性調整部４４として好適に利用される。Ｄ/Ａ変換部４６は、特性調整部４４による処理後の音響信号をデジタルからアナログに変換する。なお、波形生成部４２および特性調整部４４をアナログ回路で構成した場合には、Ｄ/Ａ変換部４６は省略される。信号増幅部４８は、Ｄ/Ａ変換部４６が生成したアナログの音響信号を増幅する。信号増幅部４８による増幅後の音響信号が放音部２４（放音装置３２）に供給され、空気振動としての検査音が放射される。
【００１６】
図２の制御部２８は、例えば記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵ等の演算処理回路が実行することで実現される。ただし、制御部２８の少なくとも一部を専用の電子回路で実現することも可能である。
【００１７】
第１実施形態の制御部２８は、操作部２６に対する利用者Ｕからの指示に応じて信号生成部２２の各要素（例えば波形生成部４２および特性調整部４４）の動作を制御する。例えば、制御部２８は、波形生成部４２が生成する音響信号における各検査音の周期Ｔと発音時間長Ｌとを利用者Ｕからの指示に応じて制御する。なお、周期Ｔおよび発音時間長Ｌの一方または双方を固定値とすることも可能である。また、制御部２８は、特性調整部４４が音響信号（検査音）に付与する周波数特性を利用者Ｕからの指示に応じて制御する。例えば、制御部２８は、事前に用意された複数の周波数特性のうち操作部２６に対する操作で利用者Ｕが選択した周波数特性を特性調整部４４に指示する。以上の説明から理解される通り、利用者Ｕは、操作部２６を適宜に操作することで、音響信号の周期Ｔおよび発音時間長Ｌと音響信号の周波数特性とを変更することが可能である。
【００１８】
以上に説明した通り、第１実施形態では、利用者Ｕが周囲の物体を知覚可能な検査音が放音部２４から放射される。したがって、反響定位に必要な訓練や利用者Ｕの身体的な負担を軽減することが可能である。第１実施形態では特に、検査音が複数回にわたり反復的に放射されるから、利用者Ｕが周囲の環境（例えば障害物の有無）を継続的に知覚できるという利点がある。したがって、利用者Ｕが移動している状況のように周囲の環境が動的に変化する場合でも利用者Ｕが周囲の環境を随時に知覚できるという利点がある。
【００１９】
第１実施形態では、検査音の周期Ｔおよび発音時間長Ｌと周波数特性とが可変である。したがって、個々の利用者Ｕが聴取し易い検査音を反響定位に利用できるという利点がある。例えば、利用者Ｕが屋外等の広い空間にいる状況では、検査音のうち特定の周波数帯域の音量を増加させることで利用者Ｕが検査音を知覚し易くなり、利用者Ｕが屋内等の狭い空間にいる状況では検査音のうち広い周波数帯域にわたる音量を減少させることで周囲に迷惑をかけ難くなる。
【００２０】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下に例示する各形態において作用または機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
【００２１】
図４は、第２実施形態の知覚補助システム１００の構成図である。第２実施形態の知覚補助システム１００は、放音部２４の構成が第１実施形態とは相違する。信号生成部２２の構成は第１実施形態と同様である。
【００２２】
第２実施形態の放音部２４は、図４に例示される通り、複数の放音装置３２と指向制御部３４とを具備し、検査音を放射する方向（以下「指向方向」という）Ｄと検査音が放射される範囲（以下「指向範囲」という）Ｒとを変更可能である。図１に例示される通り、指向方向Ｄは、検査音が放射される主要な方向（例えば検査音の音量が最大となる方向）であり、指向範囲Ｒは、検査音が所定の音量で到達する範囲（角度）である。
【００２３】
複数の放音装置３２は、図５に例示される通り、縦方向および横方向に行列状に配列されてスピーカアレイを構成する。複数の放音装置３２は、平面上または曲面上に設置される。複数の放音装置３２の各々は、図４の指向制御部３４から供給される音響信号が表す検査音を放射する。指向制御部３４は、複数の放音装置３２の各々に供給される音響信号の振幅および位相を放音装置３２毎に調整することで、複数の放音装置３２から放射される検査音の指向方向Ｄおよび指向範囲Ｒを制御可能である。具体的には、指向方向Ｄの方位角（水平方向の角度）および仰角（垂直方向の角度）を制御し、指向方向Ｄに分布する指向範囲Ｒの広狭（角度）を制御することが可能である。
【００２４】
第２実施形態の制御部２８は、操作部２６に対する利用者Ｕからの操作に応じて指向方向Ｄおよび指向範囲Ｒを指向制御部３４に指示する。指向制御部３４は、制御部２８から指示された指向方向Ｄおよび指向範囲Ｒに検査音が放射されるように音響信号を放音装置３２毎に制御する。したがって、利用者Ｕは、操作部２６を適宜に操作することで、検査音の指向方向Ｄおよび指向範囲Ｒを任意に変更することが可能である。なお、指向方向Ｄおよび指向範囲Ｒの一方を固定することも可能である。
【００２５】
第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第２実施形態では、放音部２４が検査音の指向方向Ｄおよび指向範囲Ｒを変更可能であるから、利用者Ｕの所望の方向および範囲にある物体を利用者Ｕが反響定位により知覚できるという利点がある。
【００２６】
＜変形例＞
以上に例示した態様は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２個以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
【００２７】
（１）前述の各形態では、利用者Ｕの頭部に装着可能な知覚補助システム１００を例示したが、知覚補助システム１００の具体的な形態は以上の例示に限定されない。例えば、知覚障害者が使用する白杖（盲人安全杖）に知覚補助システム１００を搭載することも可能である。具体的には、白杖のうち利用者Ｕが掴むグリップ部分に知覚補助システム１００を内蔵した構成が好適である。
【００２８】
（２）前述の各形態では、検査音を周期Ｔで反復的に放射する構成を例示したが、利用者からの指示を契機として検査音を放射することも可能である。例えば、操作部２６に対する所定の操作を契機として、信号生成部２２は、検査音を所定回だけ放音部２４に放射させるための音響信号を生成して放音部２４に供給する。操作部２６に対する操作毎に検査音を１回だけ放射する構成も好適である。また、検査音の発音時間長Ｌを可変値とすることも可能である。例えば、操作部２６に対する操作の開始（例えば操作子の押下）から終了（例えば押下の解放）までにわたり検査音を継続させることも可能である。すなわち、利用者Ｕが操作部２６に対する操作を継続する時間を発音時間長Ｌとして検査音が生成される。
【００２９】
（３）第２実施形態では、複数の放音装置３２を含むスピーカアレイにより検査音の指向方向Ｄを制御したが、指向方向Ｄを制御するための構成は以上の例示に限定されない。例えば、放音部２４が１個の放音装置３２を具備する構成において、例えばソレノイド等のアクチュエータを利用して放音装置３２の方向を機構的に変更することで検査音の指向方向Ｄを制御することも可能である。
【００３０】
（４）周囲の物体が利用者Ｕに近い状況では反響定位を頻繁に実行する必要がある。したがって、物体が利用者Ｕに近いほど検査音の周期Ｔを短くする構成が好適である。例えば、利用者Ｕの周囲の物体の有無を検知するセンサを知覚補助システム１００に搭載し、センサが物体を検知した場合に、物体を検知していない場合と比較して周期Ｔを短くすることが可能である。また、利用者Ｕの周囲の物体までの距離を検知するセンサを知覚補助システム１００に搭載した構成では、利用者Ｕから物体までの距離が短いほど周期Ｔが短くなるように周期Ｔを段階的または連続的に変化させることも可能である。
【００３１】
（５）検査音について制御可能な特性は前述の各形態の例示（周期Ｔ,発音時間長Ｌ，周波数特性，指向方向Ｄ，指向範囲Ｒ）に限定されない。例えば、操作部２６に対する利用者Ｕからの操作に応じて信号増幅部４８のゲイン（すなわち検査音の音量）を制御することも可能である。
【００３２】
（６）前述の各形態では、利用者Ｕの前方に検査音を放射する構成を例示したが、利用者Ｕの頭部の全周にわたり複数の放音装置３２を配列することで、利用者Ｕを中心とした任意の方向に検査音を放射することも可能である。また、利用者Ｕの頭部の全周にわたり複数の放音装置３２を配列した構成において、複数の放音装置３２のうち利用者Ｕが進行する方向に位置する放音装置３２のみから検査音を放射する（それ以外の放音装置３２は動作を停止させる）ことも可能である。また、利用者Ｕが自身の周囲の全体的な環境を知覚したい場合には、頭部の全周にわたる複数の放音装置３２の全部から検査音を順次に放射する動作が好適である。
【００３３】
（７）相異なる複数種の検査音の何れかを選択的に放音することも可能である。例えば、波形生成部４２は、周波数特性（例えば音色）が相違する複数種の検査音のうち操作部２６に対する操作で利用者Ｕが選択した検査音の音響信号を生成する。以上の構成によれば、利用者Ｕが聴取し易い検査音を反響定位に利用できるという利点がある。
【００３４】
（８）検査音が物体に反射して利用者Ｕに到達する時点と、直後の検査音が放音部２４から放射される時点とが時間軸上で近接または重複すると、利用者Ｕが物体を正確に知覚できない可能性がある。以上の事情を考慮すると、検査音の周期Ｔを所定値以上の範囲に制限することが好適である。例えば、放音部２４から放射された検査音が物体での反射後に利用者Ｕに到達するまでの時間の最大値（以下「最大遅延量」という）を上回る範囲に周期Ｔが制限される。最大遅延量は、例えば、利用者Ｕが知覚すべき物体と利用者Ｕとの間に想定される最大の距離のもとで、放音部２４から放射された検査音が物体での反射後に利用者Ｕに到達するまでの時間である。検査音の周期Ｔが最大遅延量を上回る以上の構成によれば、物体の表面で反射した検査音が利用者Ｕに到達する時点と、直後の検査音が放音部２４から放射される時点とが時間軸上で相互に離間するから、利用者Ｕが物体を正確に知覚できるという利点がある。
【００３５】
（９）以上に例示した形態から、例えば以下の態様が把握される。
＜態様１＞
本発明の好適な態様（態様１）に係る知覚補助システム１００は、利用者Ｕの周囲の物体により反射されて利用者Ｕに聴取されることで利用者Ｕが当該物体を知覚可能な検査音を表す音響信号を生成する信号生成部２２と、音響信号が表す検査音を放射する放音部２４とを具備する。以上の態様では、利用者Ｕが周囲の物体を知覚可能な検査音が放音部２４から放射されるから、反響定位に必要な訓練や利用者Ｕの身体的な負担を軽減することが可能である。
＜態様２＞
態様１の好適例（態様２）において、信号生成部２２は、時間軸上の相異なる時点で発音される複数の検査音を表す音響信号を生成する。以上の態様では、検査音が複数回にわたり反復的に放射されるから、利用者Ｕが周囲の物体の有無を継続的に知覚できるという利点がある。
＜態様３＞
態様２の好適例（態様３）において、信号生成部２２は、検査音の周期および発音時間長の少なくとも一方を変更可能である。以上の態様では、検査音の周期および発音時間長の少なくとも一方が変更され得るから、個々の利用者Ｕが聴取し易い検査音を反響定位に利用できるという利点がある。
＜態様４＞
態様１から態様３の何れかの好適例（態様４）において、信号生成部２２は、検査音の周波数特性を変更可能である。以上の態様では、検査音の周波数特性が変更され得るから、個々の利用者Ｕが聴取し易い検査音を反響定位に利用できるという利点がある。
＜態様５＞
態様１から態様４の何れかの好適例（態様５）において、放音部２４は、検査音を放射する方向および範囲の少なくとも一方を変更可能である。以上の態様では、検査音が放射される方向および範囲の少なくとも一方が変更され得るから、多様な方向および範囲にある物体を利用者Ｕが反響定位により知覚できるという利点がある。
＜態様６＞
態様１から態様５の何れかの好適例（態様６）に係る知覚補助システム１００は、利用者Ｕの頭部に装着可能である。以上の態様によれば、利用者Ｕが知覚補助システム１００を把持する必要がないという利点がある。
【符号の説明】
【００３６】
１００…知覚補助システム、１２…機能部、１４…取付部、２２…信号生成部、２４…放音部、２６…操作部、２８…制御部、３２…放音装置、３４…指向制御部、４２…波形生成部、４４…特性調整部、４６…Ｄ/Ａ変換部、４８…信号増幅部。
【図１】
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【図２】
2018075178.tif 000004
【図３】
2018075178.tif 000005
【図４】
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【図５】
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