(57)【要約】【課題】  指向性の高い音響空間を形成するとともに、対象人物の位置や動きに合わせて、該音響空間を移動させたり、提供する情報を変更したりすることを可能とする。【解決手段】  対象人物の位置を計測する位置計測部１と、音声情報を複数パターン有し、位置計測部１の出力を取り込み前記対象人物の位置に応じて前記音声情報となる信号波を選択的に出力する音声情報切換部３と、位置計測部１の出力を取り込み前記対象人物までの距離に応じてキャリア波の周波数を変更して出力するキャリア波生成部２と、キャリア波を信号波で変調する変調器４と、変調器４から出力される変調信号により駆動され該変調信号を有限振幅レベルの音波に変換して媒質中に放射する広周波数帯域の音響信号を発振することができる超音波トランスデューサ６と、各部の動作を制御する制御部８とを有する。【選択図】    図１
2005080227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象人物の位置を計測する位置計測手段と、音声情報を出力する音声情報出力手段を用い、位置計測手段の出力に基づいて対象人物を追尾しながら、該対象人物の位置に応じて前記音声情報出力手段により音声情報を提供する空間範囲と、提供する音声情報の内容を動的に変更することを特徴とする音声情報提供方法。
【請求項２】
対象人物に対して音声情報を提供する指向型情報提供装置であって、
対象人物の位置を計測する位置計測手段と、
音声情報を複数パターン有し、前記位置計測手段の出力を取り込み前記対象人物までの距離に応じて前記音声情報となる信号波を選択的に出力する音声情報切換手段と、
前記位置計測手段の出力を取り込み前記対象人物までの距離に応じてキャリア波の周波数を変更して出力するキャリア波生成手段と、
前記キャリア波を前記信号波で変調する変調手段と、
前記変調手段から出力される変調信号により駆動され該変調信号を有限振幅レベルの音波に変換して媒質中に放射する広周波数帯域の音響信号を発振することができる超音波トランスデューサと、
各部の動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする指向型音声情報提供装置。
【請求項３】
前記超音波トランスデューサの音波放射軸の角度を機械的に変更する駆動手段を有し、
前記制御手段は、前記対象人物の位置に応じて前記超音波トランスデューサの音波放射軸の角度を変更するように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の指向型音声情報提供装置。
【請求項４】
対象人物に対して音声情報を提供する指向型情報提供装置であって、
対象人物の位置を計測する位置計測手段と、
音声情報を複数パターン有し、前記位置計測手段の出力を取り込み前記対象人物までの距離に応じて前記音声情報となる信号波を選択的に出力する音声情報切換手段と、
前記位置計測手段の出力を取り込み前記対象人物までの距離に応じてキャリア波の周波数を変更して出力するキャリア波生成手段と、
前記キャリア波を前記信号波で変調する変調手段と、
前記変調手段から出力される変調信号により駆動され該変調信号を有限振幅レベルの音波に変換して媒質中に放射する広周波数帯域の音響信号を発振することができる複数の超音波トランスデューサと、
前記複数の超音波トランスデューサの各々に入力される前記変調信号の位相をシフトする複数の移相器と、
前記複数の移相器の移相量を調整して前記複数の超音波トランスデューサから出力される超音波の放射方向角を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする指向型音声情報提供装置。
【請求項５】
前記位置計測手段は、広周波数帯域の音響信号を発振することができる超音波トランスデューサを含んで構成され、該超音波トランスデューサを、音声情報出力用の超音波トランスデューサと兼用することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の指向型音声情報提供装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記対象人物の位置を計測する位置計測モードと、音声情報を出力する音声情報出力モードとを切り換えて動作させることを特徴とする請求項５に記載の指向型音声情報提供装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記位置計測手段により広い空間領域を超音波で走査させ、対象人物の存在を検知した状態をトリガーとして、音声情報提供動作を開始することを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の指向型音声情報提供装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域の超音波トランスデューサを使用して指向性の高い音響空間を形成するとともに、対象人物の位置や動きに合わせて、該音響空間を移動させることが可能な音声情報提供方法及び指向型音声情報提供装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
博物館や美術館などでの展示解説や、券売機やＡＴＭ（Automatic Teller Machine）などでの操作説明など、ある特定の領域（場所）にいる人にのみ音声情報を提供したいというシーンは多い。このような場合、従来のスピーカは一般的に指向性が強くないため、案内対象人物の周辺にいる人達にも聞こえてしまい、案内を必要としていない人にとっては騒音となってしまうというような問題がある。
【０００３】
また、別の案内を必要としている人に対しては、不要な情報を提供してしまうことになり、かえって惑わせてしまうというような問題がある。
これに対し、空気の非線形性による自己復調の原理を応用した指向性の強いスピーカが提案されている（特許文献１、２参照）。
高音圧の超音波搬送波を可聴音信号で振幅変調して空中に放射すると、空気の非線形性により、音圧の高いところでは音速が高くなり、低いところでは音速が低くなって、波形に歪みが発生する。
【０００４】
この結果、音波が空中を伝搬するに従い波形に歪みが蓄積されて徐々に搬送波成分が減衰し、変調に用いた可聴音成分が自己復調されてくることが知られている。この現象はパラメトリックアレイと呼ばれており、この原理を応用したスピーカはパラメトリックスピーカ（超音波スピーカ）や超指向性スピーカなどと呼ばれている。以下、本明細書では超音波スピーカと記す。超音波で搬送することによって自己復調された可聴音は鋭い指向性を有することから、超音波スピーカは局所的なアナウンスや展示解説、操作案内などに利用されている。
【特許文献１】特開２００２−２０４４９２号公報
【特許文献２】特開２００３―４７０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、音波が空中を伝搬する際、音波の伝搬に伴う空気中粒子の振動の結果、粘性及び熱伝導によってエネルギーを失う。このような空気の吸収によるエネルギー減衰の大きさは、音波の周波数の２乗に比例するため、周波数が高くなるほど音波の到達距離は短くなる。逆に言えば、搬送波の周波数を変えることで、自己復調される音圧、すなわち再生音圧を変えることなく到達距離を変えることができる。
【０００６】
上記従来の超音波スピーカは、振動体に圧電素子を用いた共振型の超音波トランスデューサが用いられているが、共振型トランスデューサはその発振原理上、図９に示すように振動周波数特性の帯域は狭い（狭帯域）。このため、上記従来の共振型トランスデューサを用いた超音波スピーカでは、音響情報の到達範囲を制御する（変化させる）には向いていない。
【０００７】
さらに、人の動きや経路に沿って情報提供（案内）を行うためには、上記従来のスピーカでは、複数のスピーカを設置するか、案内対象の動きに合わせて機械的にスピーカを走査する必要があるため、設置スペースがかさむうえに、コストも高くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、広周波数帯域の音響信号を発振できる超音波トランスデューサを使用して指向性の高い音響空間を形成するとともに、対象人物の位置や動きに合わせて、該音響空間を移動させたり、提供する音声情報を変更したりすることが可能な音声情報提供方法及び指向型音声情報提供装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、対象人物の位置を計測する位置計測手段と、音声情報を出力する音声情報出力手段を用い、位置計測手段の出力に基づいて対象人物を追尾しながら、該対象人物の位置に応じて前記音声情報出力手段により音声情報を提供する空間範囲と、提供する音声情報の内容を動的に変更することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、対象人物に対して音声情報を提供する指向型情報提供装置であって、対象人物の位置を計測する位置計測手段と、音声情報を複数パターン有し、前記位置計測手段の出力を取り込み前記対象人物までの距離に応じて前記音声情報となる信号波を選択的に出力する音声情報切換手段と、前記位置計測手段の出力を取り込み前記対象人物までの距離に応じてキャリア波の周波数を変更して出力するキャリア波生成手段と、前記キャリア波を前記信号波で変調する変調手段と、前記変調手段から出力される変調信号により駆動され該変調信号を有限振幅レベルの音波に変換して媒質中に放射する広周波数帯域の音響信号を発振することができる超音波トランスデューサと、各部の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の指向型音声情報提供装置前記超音波トランスデューサの音波放射軸の角度を機械的に変更する駆動手段を有し、前記制御手段は、前記対象人物の位置に応じて前記超音波トランスデューサの音波放射軸の角度を変更するように前記駆動手段を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、対象人物に対して音声情報を提供する指向型情報提供装置であって、対象人物の位置を計測する位置計測手段と、音声情報を複数パターン有し、前記位置計測手段の出力を取り込み前記対象人物までの距離に応じて前記音声情報となる信号波を選択的に出力する音声情報切換手段と、前記位置計測手段の出力を取り込み前記対象人物までの距離に応じてキャリア波の周波数を変更して出力するキャリア波生成手段と、前記キャリア波を前記信号波で変調する変調手段と、前記変調手段から出力される変調信号により駆動され該変調信号を有限振幅レベルの音波に変換して媒質中に放射する広周波数帯域の音響信号を発振することができる複数の超音波トランスデューサと、前記複数の超音波トランスデューサの各々に入力される前記変調信号の位相をシフトする複数の移相器と、前記複数の移相器の移相量を調整して前記複数の超音波トランスデューサから出力される超音波の放射方向角を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載の指向型音声情報提供装置において、前記位置計測手段は、広周波数帯域の音響信号を発振することができる超音波トランスデューサを含んで構成され、該超音波トランスデューサを、音声情報出力用の超音波トランスデューサと兼用することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の指向型音声情報提供装置において、前記制御手段は、前記対象人物の位置を計測する位置計測モードと、音声情報を出力する音声情報出力モードとを切り換えて動作させることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、請求項２乃至６のいずれかに記載の指向型音声情報提供装置において、前記制御手段は、前記位置計測手段により広い空間領域を超音波で走査させ、対象人物の存在を検知した状態をトリガーとして、音声情報提供動作を開始することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、位置を限定して音声情報を提供することができるため、案内を必要としている人のみに情報を提供することができるとともに、案内を必要としていない人を不要な情報で惑わせてしまうことがない。
また、人の移動に合わせて音声情報の内容を変更しながら提供することができるため、丁寧かつ確実な情報提供（案内）を実現することができる。特に、視覚障害者の案内などには有効である。例えば、超音波トランスデューサを使えば、煙等で視界がなくなった状態でも人物（動体）を検出することできるため、非常時の確実な避難誘導を行うことも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の第１実施形態に係る指向型音声情報提供装置の構成を図１に示す。この音声情報提供装置は、対象人物の位置を計測する位置計測手段と、音声情報を出力する音声情報出力手段を用い、位置計測手段の出力に基づいて対象人物を追尾しながら、該対象人物の位置に応じて前記音声情報出力手段により音声情報を提供する空間範囲と、提供する音声情報の内容を動的に変更することを特徴とする音声情報提供方法を実施するための装置である。
【００１８】
図１において、本発明の第１実施形態に係る指向型音声情報提供装置は、音声情報を提供する対象人物Ｐの位置を計測する位置計測部１と、キャリア波を生成するキャリア波生成部２と、提供する音声情報（信号波）を出力する音声情報切換部３と、変調器４と、パワーアンプ５と、超音波トランスデューサ６と、トランスデューサ駆動部７と、各部を制御する制御部８とを有している。
【００１９】
本実施形態に好適な位置計測部１の具体的な構成の一例を図２に示す。位置計測部１は、第１の超音波トランスデューサ１０（ＴＳ１）と、第２の超音波トランスデューサ１１（ＴＳ２）と、信号発生部１２と、超音波受信部１３（ＲＳ）と、バンドパスフィルタ部１４−１（ＢＰＦ−Ａ）〜１４−ｎ（ＢＰＦ−Ｓ）と、カウンタ部１５−１（Ａ）〜１５−ｎ（Ｓ）と、統合計測部１６とを有している。
【００２０】
この位置計測部１は、超音波トランスデューサから出力される超音波が、周波数に応じて超音波の指向特性(指向角度)が異なることを利用し、超音波トランスデューサの発振周波数による空間コード化（空間を分割し、それぞれに識別符号をつける）を行うこと、すなわち超音波トランスデューサから出力される超音波の発振周波数と、超音波の放射領域となる空間領域とを対応づけることにより、広周波数帯域発振型の、少数の超音波トランスデューサを用いることにより、横方向（距離方向に対して垂直な方向）の空間分解能の高い位置計測を行うものである。
【００２１】
第１の超音波トランスデューサ１０（ＴＳ１）は、目標物に対して超音波を放射する広い周波数帯域にわたって超音波を発振する機能を有している。第１の超音波トランスデューサ１０は、複数の周波数のバースト波を生成し、出力する。このために、第１の超音波トランスデューサ１０には、広周波数帯域発振型の超音波トランスデューサを用いる。第１の超音波トランスデューサ１０には、例えば、静電型の超音波トランスデューサを用いる。
【００２２】
第２の超音波トランスデューサ１１（ＴＳ２）は、単一の周波数の超音波を生成し、出力する。したがって、第２の超音波トランスデューサ１１（ＴＳ２）は、第１の超音波トランスデューサ１０のように、広周波数帯域発振型の超音波トランスデューサである必要はなく、圧電型の狭周波数帯域発振型の超音波トランスデューサを用いてもよい。
第２の超音波トランスデューサ１１（ＴＳ２）は、第１の超音波トランスデューサ１０の音波放射面の法線方向である超音波放射軸を中心とする超音波の放射領域となる空間領域のうちの特定領域に単一の周波数の超音波を放射する機能を有している。
【００２３】
信号発生部１２は、第１の超音波トランスデューサ１０（ＴＳ１）、第２の超音波トランスデューサ１１（ＴＳ２）を駆動するためのバースト信号を、それぞれ生成し、第１の超音波トランスデューサ１０（ＴＳ１）、第２の超音波トランスデューサ１１（ＴＳ２）に供給する。
信号発生部１２は、第１の超音波トランスデューサ１０（ＴＳ１）へは、時系列的に段階的に周波数が変化するバースト信号を生成し、供給する。すなわち、信号発生部１２は、第１の超音波トランスデューサ１０の発振周波数を、例えば、最初は低くし、時系列的に、かつ段階的に高くなるバースト波を生成して第１の超音波トランスデューサ１０に供給する。このように駆動することで、空間に放射される超音波のバースト波は、最初のうちは大きな指向角度を有し、段階的にその指向角度が小さく（鋭く）なっていく。
【００２４】
また、信号発生部１２は、第２の超音波トランスデューサ１１（ＴＳ２）へは、単一の周波数のバースト信号を生成し、供給する。
さらに、信号発生部１２は、各バースト信号出力と同期して、カウンタ部１５−１〜１５−ｎ内の各カウンタのカウントアップを開始させるトリガ゛信号（ｔｒｇ−Ａ，ｔｒｇ−Ｂ，…，ｔｒｇ−Ｓ）をそれぞれ出力する。また、信号発生部１２は、第１、第２の超音波トランスデューサ１０、１１に出力するバースト信号の出力タイミング及び、バースト信号の出力期間を示す時間情報である計測時間情報を統合計測部１６に対して出力する。この計測時間情報は、統合計測部１６において、信号処理に必要となる時間情報である。
また、後述するように、統合計測部１６は、第１、第２の超音波トランスデューサ１０、１１の発振周波数と、該発振周波数に対する超音波の放射空間領域とを予め対応付けたテーブルを有している。このため、第１．第２の超音波トランスデューサ１０、１１を上述したように駆動することで、超音波放射空間を仮想的に分割し、分割された各空間領域に対して発振周波数を対応づける（空間コード化を行う）ことが可能になる。
【００２５】
超音波受信部１３（ＲＳ）は、超音波トランスデューサ１０、１１から出力され、目標物（対象人物）で反射した超音波の反射波を受信する機能を有している。超音波受信部１３（ＲＳ）は、本実施形態では、第１の超音波トランスデューサ１０で用いた静電型超音波トランスデューサを用い、直流バイアスを印加した状態で、両電極間に生じる電圧変動を検出することにより、広周波数帯域の超音波信号（反射波）を電気信号に変換する超音波受信部１３（ＲＳ）を構成することができる。
【００２６】
バンドパスフィルタ部１４−１（ＢＰＦ−Ａ）〜１４−ｎ（ＢＰＦ−Ｓ）は、それぞれ、バンドパスフィルタを有し、超音波受信部１３（ＲＳ）により受信した超音波の反射波を周波数毎に分離する機能を有している。バンドパスフィルタ部１４−１（ＢＰＦ−Ａ）〜１４−ｎ（ＢＰＦ−Ｓ）内の各バンドパスフィルタの通過帯域はそれぞれ異なり、通過帯域が互いにオーバーラップしないようなフィルタ周波数特性とする。(各フィルタの通過帯域は、信号発生部１２で生成する各バースト波周波数を通過帯域幅の中心周波数とし、それ以外のバースト波周波数成分を遮断するようなフィルタ特性とする。)
【００２７】
また、カウンタ部１５−１（Ａ）〜１５−ｎ（Ｓ）は、バンドパスフィルタ部１４−１（ＢＰＦ−Ａ）〜１４−ｎ（ＢＰＦ−Ｓ）により分離された周波数成分毎の反射波となる超音波の送信時点から受信時点までの時間を計測する機能を有する。
カウンタ部１５−１（Ａ）〜１５−ｎ（Ｓ）内の各カウンタは、信号発生部１２から出力される各トリガー信号(ｔｒｇ−Ａ，ｔｒｇ−Ｂ，…，ｔｒｇ−Ｓ)に同期してそれぞれ計数値がリセットされてカウントアップが開始され、各バンドパスフィルタ部１４−１（ＢＰＦ−Ａ）〜１４−ｎ（ＢＰＦ−Ｓ）から出力される反射波検出信号（ｄｅｔＡ，ｄｅｔＢ，…，ｄｅｔＳ）に同期してカウントアップが終了する。
【００２８】
統合計測部１６はカウンタ部１５−１（Ａ）〜１５−ｎ（Ｓ）の出力ｃｎｔ−Ａ〜ｃｎｔ−Ｓに基づいて、各周波数成分に対して、バースト波を発信してからその反射波を受信するまでの時間をそれぞれ計測し、これらの計測結果を統合して、対象人物が存在する空間領域及び前記目標物までの距離を算出し、上記対象人物の位置を決定する。
統合計測部１６は、第１、第２の超音波トランスデューサ１０、１１の発振周波数と、該発振周波数のときに前記超音波トランスデューサの音波放射面の法線方向である超音波放射軸を中心とする超音波の放射領域となる空間領域とを予め対応付けたテーブルを記憶する記憶手段を有しており、超音波受信部１３が受信した超音波の反射波の周波数から前記テーブルを参照して目標物である対象人物が存在する空間領域を同定し、超音波の送信時点から受信時点までの時間から前記対象人物までの距離を算出する。
【００２９】
ところで、本実施形態における位置計測部１では、横方向の計測範囲を広くかつ空間分解能の高い計測を行うために、送受信部にそれぞれ広周波数帯域発振型の超音波トランスデューサを用い、発振（送信）周波数を段階的に変更して時系列的に計測を行う構成を示したが、これに限るものではない。例えば、狭い通路における情報提供の用途など、距離計測のみで対応できるような用途においては、一般によく用いられている圧電型（狭帯域型）の超音波トランスデューサを上記送受信部にそれぞれ用い得ることも当然可能である。
また、本実施形態では、位置計測部１を構成する距離センサとして、超音波トランスデューサを使用したが、これに限らず、赤外線センサ、イメージセンサ等のセンサを使用して位置計測部１を構成するようにしてもよい。
次に、キャリア波生成部２の構成を図３に示す。同図において、キャリア波生成部２は、周波数制御部２０と、周波数情報記憶部２１と、キャリア波発振源２２とを有している。
周波数情報記憶部２１には、目標物である対象人物までの距離とキャリア波発振源の発振周波数との関係を示すテーブルが記憶されている。
【００３０】
対象人物までの距離とキャリア波発振源の発振周波数との関係を、例えば、対象人物が音声情報提供装置に近づくにつれて、すなわち、対象人物までの距離が短くなるにつれてキャリア波の周波数を高くするように設定することで、提供する音声情報が対象人物までの距離が遠い場合には遠くまで到達し、近い場合には近距離のみに到達する音響空間を形成することが可能になる。
【００３１】
周波数制御部２０は、位置計測部１より入力された対象人物までの距離データから周波数情報記憶部２１に記憶されたテーブルを参照して対象人物までの距離に対応する周波数を求め、該周波数のキャリア波を生成するようにキャリア波発振源２２を制御する。この結果、キャリア波生成部２は、対象人物までの距離に応じた周波数のキャリア波を生成し、変調器４に出力する。
なお、キャリア波生成部２を、それぞれ異なる固定周波数のキャリア波を発振する複数の発振部を設けておき、距離情報に応じて所定の周波数のキャリア波が選択されるように切り換えるように構成しても良い。
【００３２】
次に、音声情報切換部３の構成を図４に示す。同図において、音声情報切換部３は、音声情報出力部３０と、音声情報記憶部３１と、信号波生成部３２とを有している。
音声情報記憶部３１には、目標物である対象人物までの距離と提供すべき音声情報との関係を示すテーブルが記憶されている。例えば、音声情報は予め複数のパターンを用意しておき、例えば、
対象人物までの距離          音声情報パターン
１０〜５ｍ            Ａ  （○○へは、真っ直ぐお進みください）
５〜２ｍ            Ｂ  （○○へは、まもなく右に曲がります）
２〜０ｍ            Ｃ  （○○へは、ここで右に曲がってください）
というように、検出距離範囲と音声情報の各パターンとを関連づけてテーブルとして音声情報記憶部に記憶させておく。これにより、対象人物の位置や動きに応じて適切な音声情報（案内）を提供することができる。
【００３３】
音声情報出力部３０は、位置計測部１より入力された対象人物までの距離データからその距離に対応する音声情報を音声情報記憶部３１に記憶されているテーブルを参照して求め、その音声情報を信号波生成部３２に出力する。
信号波生成部３２は、音声情報出力部３０から入力された音声情報を、変調器４で変調可能な形式、例えば、アナログ信号（信号波）に変換して変調器４に出力する。
このように音声情報切換部３は、位置計測部１から出力される対象人物までの距離データに応じて、再生すべき音声情報を切り換える。
【００３４】
変調器４は、キャリア波生成部２から出力されたキャリア波を音声情報切換部3から出力された信号波（音声情報）で振幅変調し、該変調信号をパワーアンプ５を介して超音波トランスデューサ６に出力する。
【００３５】
超音波トランスデューサ６は、変調器４から出力される変調信号により駆動され該変調信号を有限振幅レベルの音波に変換して媒質中（空気中）に放射する。高音圧の超音波搬送波（キャリア波）を、上記のように可聴音信号で振幅変調して空中に放射すると、空気の非線形性により、音圧の高いところでは音速が高くなり、低いところでは音速が低くなって、波形に歪みが発生する。この結果、音波が空中を伝播するに従い波形に歪みが蓄積されて徐々に搬送波成分が減衰し、変調に用いた可聴音成分が自己復調されてくる（パラメトリックアレイ効果）。超音波で搬送することによって自己復調された可聴音は鋭い指向性を有し、超音波スピーカを構成することができる。
本発明の実施形態における超音波トランスデューサ６は、広周波数帯域の音響信号を発振することができる。超音波トランスデューサ６の具体的構成を図８に示す。同図において、静電型の超音波トランスデューサ６は、振動体として３〜１０μｍ程度の厚さのＰＥＴ（ポリエチレンテレフクレート樹脂）等の誘電体４１（絶縁体）を用いている。誘電体４１に対しては、アルミ等の金属箔として形成される上電極４２がその上面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮で形成された下電極４３が誘電体４１の下面部に接触するように設けられている。この下電極４３は、リード５２が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板４５に固定されている。
【００３６】
また、上電極４２は、リード５３が接続されており、このリード５３は直流バイアス電源５０に接続されている。この直流バイアス電源５０により上電極４２には５０〜１５０Ｖ程度の上電極吸着用の直流バイアス電圧が常時、印加され、上電極４２が下電極４３側に吸着されるようになっている。５１は交流信号源（本実施形態では、パワーアンプ５の出力）である。誘電体４１および上電極４２ならびにベース板４５は、メタルリング４６、４７、および４８、ならびにメッシュ４９とともに、ケース４０によってかしめられている。
【００３７】
下電極４３の誘電体４１側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μｍ程度の微小な溝が複数形成されている。この微小な溝は、下電極４３と誘電体４１との間の空隙となるので、上電極４２および下電極４３間の静電容量の分布が微小に変化する。このランダムな微小な溝は、下電極４３の表面を手作業によりヤスリで荒らすことで形成されている。静電方式の超音波トランスデューサでは、このようにして空隙の大きさや深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、超音波トランスデューサ６の周波数特性が図９において曲線Ｑ１に示すように広帯域となっている。
【００３８】
上記構成の超音波トランスデューサ６では、上電極４２に直流バイアス電圧が印加された状態で上電極４１と下電極４３との間に交流信号電圧（パワーアンプ５の出力）が印加されるようになっている。因みに、図９に曲線Ｑ２で示すように共振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、中心周波数（圧電セラミックの共振周波数）が例えば、４０kHzであり、最大音圧となる中心周波数に対して±５kHzの周波数において最大音圧に対して−３０dＢである。これに対して、上記構成の広帯域発振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、４０kHzから１００kHz付近まで平坦で、１００kHzで最大音圧に比して±６dＢ程度である。
上述したように、超音波が媒質中（空気中）を伝搬する際、音波の周波数が高くなるほどその到達距離は短くなる。上記超音波トランスデューサ６は広帯域の周波数特性を有するため、音声情報を搬送するキャリア波の周波数を変えて超音波トランスデューサ６を駆動することによって、自己復調される音圧レベル、すなわち再生音圧を変えることなく、再生音の到達範囲を制御することができる。
なお、位置計測部１を構成する超音波トランスデューサ１０も上述した超音波トランスデューサ６と同一の構成及び特性を有する。
【００３９】
トランスデューサ駆動部７は、超音波トランスデューサ６の音波放射軸（音波放射面の法線方向）の角度を機械的に変更する機能を有している。図示していないが、例えば、超音波トランスデューサ６を駆動するアクチュエータと、該アクチュエータを電気的に駆動する駆動部とで構成され、制御部８からの制御信号に基づいて超音波トランスデューサ６の音波放射軸の角度を変更するように制御する。
【００４０】
制御部８は、位置計測部１、キャリア波生成部２、音声情報切換部３及びトランスデューサ駆動部７の動作を制御する。具体的には、位置計測部１で計測された対象人物Ｐの位置に応じて、超音波トランスデューサ６の音波放射軸が対象人物Ｐに向くようにトランスデューサ駆動部７を制御する。さらに、音声情報提供装置の動作を、対象人物Ｐの位置を計測する位置計測モードと、対象人物の存在する空間領域に音声情報を出力する音声情報出力モードとに切り換えるように制御することができるようになっている。
【００４１】
上記構成において、制御部８は、周期的に、例えば、一定時間毎に動作モードを位置計測モードに切り換え、位置計測部１を動作させて、音声情報の提供対象である対象人物Ｐの位置を計測する。
また、制御部８は、位置計測モードの動作が終了する毎に音声情報出力モードに切り換え、キャリア波生成部２、音声情報切換部３、トランスデューサ駆動部７を動作させる。この結果、対象人物Ｐと音声情報提供装置との間の検出された距離データに基づいて予め対象人物までの距離に対応付けられた音声情報が信号波として音声情報切換部３より変調器４に出力されるとともに、キャリア波生成部２からは対象人物Ｐまでに音声情報が到達するように周波数が変更されたキャリア波が変調器４に出力される。
なお、本実施形態においては、位置計測部１から出力される超音波と超音波トランスデューサ６から出力される超音波とが互いに強く干渉しないように、双方の配置及び発振周波数を調節することによって、位置計測モードと音声情報出力モードとをオーバーラップさせる、つまり位置計測を行いながら音声情報を出力することも可能である。
【００４２】
変調器４では、キャリア波生成部２より入力されたキャリア波を音声情報切換部３より入力された信号波により変調し、該変調信号をパワーアンプ５に出力する。パワーアンプ５では前記変調信号を所定のレベルまで増幅し、超音波トランスデューサ６に出力する。
超音波トランスデューサ６は、前記変調信号により駆動され、該変調信号を有限振幅レベルの音波に変換して媒質（空気）中に放射する。
また、超音波トランスデューサ６は、位置計測部１からの位置データに基づいて制御部８の制御下に超音波トランスデューサ６の音波放射軸が対象人物Ｐに向くようにトランスデューサ駆動部７により方向制御される。
【００４３】
以上より、本実施形態に係る指向型音声情報提供装置によれば、図１０にイメージ図として示すように、対象人物Ｐに対して対象人物Ｐの位置（距離）に応じた音声情報を提供する空間範囲（音声情報の再生範囲）と、提供する音声情報の内容を動的に変更することができる。図１０において、対象人物Ｐと指向型音声情報提供装置との距離lはl1＜l2＜l3の関係にある。
【００４４】
次に、本発明の第２実施形態に係る指向型音声情報提供装置の構成を図５に示す。本実施形態に係る指向型音声情報提供装置が第１実施の形態に係る音声情報提供装置と構成上、異なるのは、単一の超音波トランスデューサ６の代わりに複数の超音波トランスデューサ６−１〜６−６を設けたことと、複数の超音波トランスデューサ６−１〜６−６から放射される超音波の合成波の放射方向を制御するための移相回路９を設けた点であり、他の構成は第１実施形態と同様であるので重複する説明は省略する。なお、本実施形態では、超音波トランスデューサの数を６としたが、これに限定する必要はない。
【００４５】
移相回路９の構成を図１１に示す。同図に示すように、移相回路９は、複数の超音波トランスデューサ６−１〜６−６の各々に設けられた移相シフト部９０〜９５から構成されている。移相シフト部９０〜９５の各々の移相量は制御部８からの制御信号により設定されるようになっている。
図５において、位置計測モードの動作により得られた対象人物Ｐまでの距離データが入力された制御部８は、対象人物Ｐの位置に応じて、移相回路９内の各位相シフト部９０〜９５の移相量を設定する。
【００４６】
図１１において、各超音波トランスデューサ６−１〜６−６から放射される信号波で変調された超音波を同一の方向角θで出力するには、超音波トランスデューサ６−１に供給する駆動信号（変調信号）の位相をシフトする位相シフト部９０の移相量を基準とすると、他の位相シフト部９１〜９５の移相量を隣接する位相シフト部の移相量に対して所定の移相量だけ順次、増加または減少させるように設定する。これにより、各超音波トランスデューサ６−１〜６−６から放射される音波の合成波面は、方向角θで放射され、位置計測部１で検出した位置に応じて出力する音波の放射方向角を制御することができる。
【００４７】
次に、本発明の第３実施形態に係る指向型音声情報提供装置の構成を図６に示す。本実施形態に係る指向型音声情報提供装置が第１実施形態に係る指向型音声情報提供装置と構成上、異なるのは、音声情報出力用の超音波トランスデューサ６を設けずに、位置計測部1内の第１の超音波トランスデューサ１０（ＴＳ１）を位置計測用と音声情報出力用に兼用する用にした点である。このために、第１の超音波トランスデューサ１０（ＴＳ１）の入力系を切り換えるモードスイッチ１００を追加し、位置計測モードと音声情報出力モードとで、第１の超音波トランスデューサ１０（ＴＳ１）に入力する信号を切り換えるようにしている。
【００４８】
図７は、信号計測部１の構成を示しており、図２と異なるのは、第１の超音波トランスデューサ１０は、制御部８の制御下に通常は（位置計測モードでは）モードスイッチ１００の接点ａ側に切り換えられており、音声情報出力モード時に制御部８から出力される制御信号ＣＳにより接点ｂ側に切り換えられるようになっている。その他の構成は第１実施の形態と同様であるので、重複する構成及びその説明は省略する。
上記構成において、位置計測モードでは、信号発生部１２から出力されるバースト信号により第１の超音波トランスデューサ１０が駆動され、既述した動作により対象人物Ｐの位置が計測される。
【００４９】
そして音声情報提供装置の動作が音声情報出力モードに切り換えられると、制御部８よりモードスイッチ１００に制御信号ＣＳが出力され、モードスイッチ１００は可動接点が接点ｂ側に切り換えられ、音声情報を荷った変調信号がパワーアンプ５により増幅され、その出力が第１の超音波トランスデューサ１０に出力されるようになる。この結果、対象人物Ｐの位置に応じた音声情報が第１の超音波トランスデューサ１０より出力されることとなる。
【００５０】
第３の実施形態によれば、広周波数帯域発振型の超音波トランスデューサを位置計測用と音声情報出力用に兼用できるので、装置の簡略化及びコストの低減が図れる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、アミューズメント設備、及び施設における音響演出等に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る指向型音声情報提供装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した本発明の第１実施形態に係る指向型音声情報提供装置における位置計測部の構成を示すブロック図。
【図３】図１に示した本発明の第１実施形態に係る指向型音声情報提供装置におけるキャリア波生成部の構成を示すブロック図。
【図４】図１に示した本発明の第１実施形態に係る指向型音声情報提供装置における音声情報切換部の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る指向型音声情報提供装置の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第３実施形態に係る指向型音声情報提供装置の構成を示すブロック図。
【図７】図６に示した位置計測部の構成を示すブロック図。
【図８】図１に示した本発明の実施形態に係る指向型音声情報提供装置における超音波トランスデューサの具体的構成を示す図。
【図９】図８に示した超音波トランスデューサの周波数特性を示す特性図。
【図１０】本発明の実施形態に係る音声情報提供装置により対象人物に対して音声情報を提供する状態を示すイメージ図。
【図１１】図５に示した移相回路の構成を示す説明図。
【符号の説明】
【００５３】
１…位置計測部、２…キャリア波生成部、３…音声情報切換部、４…変調器、５…パワーアンプ、６、１０、１１…超音波トランスデューサ、７…トランスデューサ駆動部、８…制御部、１３…超音波受信部、１４−１〜１４−ｎ…バンドパスフィルタ部、１５−１〜１５−ｎ…カウンタ部、１６…統合計測部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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