(57)【要約】停止標識、交差点交通整理信号等の交通整理装置が既に設置されている箇所での交通事故を車体のサイドランプ、テールランプ及びブレーキランプと共同で減少させる音響警告システムが開示されている。交通事故の減少はレーダー式距離センサーシステム（１０）で接近する車両等をモニターすることで提供される。パラメトリックアレイ技術に基く音響発生器（２）は音響を数度の角幅に絞り、音響放出装置から一定の範囲に存在する特定の車両（１００）または歩行者（７８）に当てる。
2004506279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一人の個人を運搬する車両と共同して使用するための音響通信システムであって、
近辺または予め選択されたロケーションに配置された、上記車両が上記予め選択されたロケーションに接近するにつれて上記車両に関する情報を検出するためと、上記情報を表示する少なくとも１つの信号を供給するための少なくとも１つのセンサと、
少なくとも１つのプロセッサとを備え、上記少なくとも１つのプロセッサは上記少なくとも１つの信号を分析して上記車両の速度を表示する少なくとも１つのさらなる信号を供給する能力があり、
上記少なくとも１つのプロセッサから上記少なくとも１つのさらなる信号を受信するためと、上記車両内の少なくとも一人の個人と可聴式に通信して上記少なくとも一人の個人に上記車両の速度に関する情報を提供するための通信デバイスを備える音響通信システム。
【請求項２】
少なくとも一人の個人を運搬するための車両と共同して使用するための音響通信システムであって、
近辺または予め選択されたロケーションに配置された、上記車両が上記予め選択されたロケーションに接近するにつれて上記車両に関する情報を検出するためと、上記情報を表示する少なくとも１つの信号を供給するための少なくとも１つのセンサと、
少なくとも１つのプロセッサとを備え、上記少なくとも１つのプロセッサは上記少なくとも１つの信号を分析して上記車両の特徴を表示する少なくとも１つのさらなる信号を供給する能力があり、
上記少なくとも１つのプロセッサから上記少なくとも１つのさらなる信号を受信するためと、上記車両のガラス部分を介して上記車両内の少なくとも一人の個人と可聴式に通信して上記少なくとも一人の個人に上記車両に関する上記情報を提供するための通信デバイスを備える音響通信システム。
【請求項３】
上記情報は上記車両の製造元、モデル及び製造年度を表示する上記車両の反射性の識別特性を含み、
上記少なくとも１つのプロセッサは、上記反射性の識別特性を分析して上記車両の窓の角度、窓の厚さ及び窓の材質を決定し、
上記少なくとも１つのさらなる信号は、上記少なくとも１つのさらなる信号の上記車両の上記窓の通過に伴って上記少なくとも１つのさらなる信号が上記車両の上記少なくとも一人の個人によって聞き取れるように、上記車両の上記窓の上記屈折性及び反射性の特徴を考慮する請求項２記載のシステム。
【請求項４】
車両と共同して使用するための音響通信システムであって、
隣接配置または予め選択されたロケーションに配置された、接近する車両を検出するためと、上記検出された車両を表示する少なくとも１つの信号を生成するための少なくとも１つのセンサと、
上記少なくとも１つのセンサに機能的に接続された少なくとも１つのプロセッサとを備え、上記少なくとも１つのプロセッサは、上記少なくとも１つのセンサから上記検出された車両を表示する上記少なくとも１つの信号を分析して適正な安全速度を決定する能力があり、
上記予め選択されたロケーションに関連づけられた、上記少なくとも１つのセンサに近接する車両信号送信デバイスを備え、上記車両信号送信デバイスは、上記車両に上記適正な安全速度に関する警告を供給するように上記少なくとも１つのプロセッサによって制御され、
上記少なくとも１つのプロセッサはまた、上記車両の実際の速度を決定し、かつ上記実際の速度が上記適正な安全速度を超えると上記車両信号送信デバイスを起動する音響通信システム。
【請求項５】
上記検出された車両の上記少なくとも１つの信号は上記検出された車両の製造元、モデル及び製造年を含み、上記少なくとも１つのプロセッサは上記少なくとも１つの信号を分析して上記検出された車両の窓の角度、窓の厚さ及び窓の材質を決定し、上記警告は、上記検出された車両の上記車両の上記窓の通過に伴って上記警告が上記検出された車両の内部で聞こえるように、上記窓の上記屈折性及び反射性の特徴を利用する請求項４記載のシステム。
【請求項６】
上記少なくとも１つのセンサは路上のセンサである請求項４記載のシステム。
【請求項７】
上記少なくとも１つのセンサは道路に埋め込まれたセンサである請求項４記載のシステム。
【請求項８】
上記少なくとも１つのセンサは上記少なくとも１つのプロセッサに機能的に接続され、上記少なくとも１つのプロセッサは上記検出された車両の上記実際の速度と上記検出された車両の最高安全速度を決定して上記車両信号送信デバイスに信号を送信し、上記車両信号送信デバイスに上記検出された車両へ上記適正な安全速度に関する上記警告を供給させる請求項４記載のシステム。
【請求項９】
上記車両信号送信デバイスは少なくとも１つの超音波プロジェクタを含み、上記少なくとも１つの超音波プロジェクタは上記接近する車両へと配向された変調された波動を発生させ、上記変調された波動は可聴メッセージを伝送し、上記可聴メッセージは、上記変調された波動が上記検出された車両のガラス部分と相互作用すると上記変調された波動から復調し、上記少なくとも１つのプロセッサは、上記少なくとも１つのプロセッサにプログラムされたサイト固有の情報を基礎として上記車両の上記実際の速度と上記車両の最大安全速度とを決定する請求項４記載のシステム。
【請求項１０】
上記サイト固有の情報は交差点またはカーブを含む請求項４記載のシステム。
【請求項１１】
上記少なくとも１つのプロセッサに上記可聴メッセージの復調に影響する大気状態の変化を信号で送信する大気モニタをさらに備え、これにより、上記少なくとも１つのプロセッサは波形を有する上記変調された信号を送信して大気の状態を補償する請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
上記車両信号送信デバイスは複数の検出された車両に信号を送信する請求項９記載のシステム。
【請求項１３】
上記少なくとも１つのセンサは、
上記接近する車両を検出して上記検出された車両を表示する少なくとも１つの信号を生成するためのレーダ・デバイスと、
上記少なくとも１つの信号を処理のまえにデジタル表示に変換するためのアナログ−デジタル変換器と、
上記デジタル表示が予め決められたしきい値を超えると上記検出された車両の検出を表示するための比較器とを備える請求項４記載のシステム。
【請求項１４】
上記比較器はプロセッサ−ベースのプログラムである請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
上記レーダ・デバイスはアンテナとトランシーバとを備える請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
上記車両信号送信デバイスは少なくとも１つの超音波プロジェクタであり、上記少なくとも１つの超音波プロジェクタは上記接近する車両へと配向された変調された波動を発生させ、上記変調された波動は可聴メッセージを伝送し、上記可聴メッセージは、上記変調された波動が上記検出された車両のガラス部分と相互作用すると上記変調された波動から復調し、上記少なくとも１つのプロセッサは、上記少なくとも１つのプロセッサにプログラムされた情報を基礎として上記検出された車両の上記実際の速度と上記検出された車両の最高安全速度とを決定する請求項４記載のシステム。
【請求項１７】
特定のサイトに関連づけられた音響通信システムを使用する方法であって、
近辺または予め選択されたロケーションに配置された、上記車両が上記予め選択されたロケーションに接近するにつれて上記車両に関する情報を検出するためと、上記情報を表示する少なくとも１つの信号を供給するための少なくとも１つのセンサからの少なくとも１つの信号から導出された車両に関する情報を取得するステップと、
上記少なくとも１つのセンサから上記検出された車両を表示する上記少なくとも１つの信号を分析するステップと、
サイト固有の情報に鑑みて適正な安全速度を決定するステップと、
近辺または予め選択されたロケーションに車両信号送信デバイスを配置するステップと、
上記情報から上記車両の上記適正な安全速度の記録を整合させるステップと、
上記車両の実際の速度と上記車両の上記適正な安全速度とを比較するステップと、
上記車両の上記実際の速度が上記車両の上記適正な安全速度を超えていれば、上記車両信号送信デバイスを作動させ、上記車両の上記実際の速度が上記車両の上記適正な安全速度を超過しているという警告を送るステップとを含む方法。
【請求項１８】
上記特定のサイトはカーブを含み、かつ上記方法はさらに、
上記少なくとも１つのセンサと上記車両信号送信デバイスを上記カーブの上流側に配置するステップと、
上記車両の転覆を防止するための上記車両の限界速度である上記適正な安全速度を計算するステップと、
上記カーブの特定の曲率点における上記車両の上記実際の速度を推定するステップとを含む請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
上記特定のサイトは交差点を含み、かつ上記方法はさらに、
上記音響通信システムを信号機で制御される交差点に、または当該交差点に隣接して配置するステップと、
上記少なくとも１つのプロセッサにより、情報から、上記車両の上記実際の速度と上記車両が予め選択された時刻に停止できるようにする停止距離とを計算するステップと、
上記少なくとも１つのプロセッサにより、上記交差点から一定の距離だけ上流側で上記車両の上記実際の速度を計算するステップと、
上記少なくとも１つのプロセッサにより、上記車両が上記交差点に到着する前の上記予め選択された時刻に停止できるかどうかを決定するステップと、
上記決定から、上記少なくとも１つのプロセッサにより、上記車両の内部へと可聴メッセージを送信するための上記車両信号送信デバイス宛の信号を送信するステップとを含む請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
特定のサイトに接近する人のための音響通信システムであって、
横断用信号機を有する横断歩道に隣接して配置された、上記横断歩道内の人を検出して上記検出された人を表示する少なくとも１つの信号を生成するための少なくとも１つのセンサと、
上記少なくとも１つのセンサと上記横断用信号機とに機能的に接続された少なくとも１つのプロセッサとを備え、上記少なくとも１つのプロセッサは、上記少なくとも１つのセンサからの上記検出された人と上記横断用信号機とを表示する上記少なくとも１つの信号を分析して上記横断歩道内の上記検出された人の位置を決定し、かつ上記横断用信号機の状態を決定し、
上記横断歩道に関係づけられかつ上記横断歩道に隣接して上記少なくとも１つのセンサの近くに配置された信号送信デバイスを備え、上記信号送信デバイスは、上記検出された人に上記横断用信号機の状態に関する警告を供給すべく上記少なくとも１つのプロセッサによって制御され、上記信号送信デバイスは少なくとも１つの超音波プロジェクタであり、上記超音波プロジェクタは複数の変調された波動を発生させるために接近する車両へと配向され、上記変調された波動は、上記変調された波動が上記変調された波動の焦点に到達するにつれて可聴メッセージへと復調する音響通信システム。
【請求項２１】
車両間で通信するための音響通信システムであって、
第１の車両内に配置された、第２の車両を表示する少なくとも１つの信号を生成するための少なくとも１つのセンサと、
上記少なくとも１つのセンサに機能的に接続された少なくとも１つのプロセッサとを備え、上記少なくとも１つのプロセッサは、上記少なくとも１つのセンサからの上記第２の車両を表示する上記少なくとも１つの信号を分析し、
上記第１の車両上に、または上記第１の車両内部に配置された信号送信デバイスを備え、上記信号送信デバイスは、上記第２の車両に衝突の可能性に関する警告を供給すべく上記少なくとも１つのプロセッサによって制御され、
上記信号送信デバイスは少なくとも１つの超音波プロジェクタを含み、上記少なくとも１つの超音波プロジェクタは上記第２の車両へと配向された変調された波動を発生させ、上記変調された波動は可聴メッセージを伝送し、上記可聴メッセージは、上記変調された波動が上記第２の車両のガラス部分と相互作用すると上記変調された波動から復調し、上記少なくとも１つのプロセッサは、上記少なくとも１つのプロセッサにプログラムされたサイト固有の情報を基礎として上記車両の上記実際の速度と上記車両の最高安全速度とを決定する音響通信システム。
【請求項２２】
人と車両との間で通信するための音響通信システムであって、
メガホン内に配置された、上記車両を表示する少なくとも１つの信号を生成するための少なくとも１つのセンサと、
上記少なくとも１つのセンサに機能的に接続された少なくとも１つのプロセッサとを備え、上記少なくとも１つのプロセッサは、上記少なくとも１つのセンサからの上記車両を表示する上記少なくとも１つの信号を分析して上記人に対する上記車両の位置を決定しかつ上記車両の車両分類を決定し、
上記メガホン上に、または上記メガホン内部に配置された信号送信デバイスを備え、上記信号送信デバイスは、上記車両に警告を供給すべく上記少なくとも１つのプロセッサによって制御され、
上記信号送信デバイスは少なくとも１つの超音波プロジェクタであり、上記少なくとも１つの超音波プロジェクタは上記接近する車両へと配向された変調された波動を発生させ、上記変調された波動は可聴メッセージを伝送し、上記可聴メッセージは、上記変調された波動が上記検出された車両のガラス部分と相互作用すると上記変調された波動から復調し、上記少なくとも１つのプロセッサは、上記車両の特徴を決定しかつ上記可聴メッセージが上記車両内部で理解可能なものとなるための適正な波形に整合するメッセージを選択する音響通信システム。
【請求項２３】
経路内の対象と通信するための音響通信システムであって、
上記経路の境界に隣接して配置された、上記対象を表示する少なくとも１つの信号を生成するための複数のセンサと、
上記複数のセンサの各々に機能的に接続された少なくとも１つのプロセッサとを備え、上記少なくとも１つのプロセッサは、上記複数のセンサからの上記対象を表示する上記少なくとも１つの信号を分析して上記複数のセンサのうちの少なくとも１つに対する上記対象の位置を決定し、
上記経路の境界に隣接して配置された信号送信デバイスを備え、上記信号送信デバイスは、上記対象に警告を供給すべく上記少なくとも１つのプロセッサによって制御され、
上記信号送信デバイスは少なくとも１つの超音波プロジェクタであり、上記少なくとも１つの超音波プロジェクタは上記対象へと配向された変調された波動を発生させ、上記変調された波動は可聴メッセージを伝送し、上記可聴メッセージは、上記変調された波動が上記検出された車両のガラス部分と相互作用すると上記変調された波動から復調し、または大気中で復調し、上記少なくとも１つのプロセッサは、上記対象との距離を決定しかつ上記変調された波動が上記対象に到達するにつれて上記可聴メッセージが復調するために適正な波形に整合するメッセージを選択する音響通信システム。
【請求項２４】
上記対象は船舶である請求項２３記載の音響通信システム。
【請求項２５】
上記対象は人である請求項２３記載の音響通信システム。
【請求項２６】
上記対象は陸用大型乗り物である請求項２３記載の音響通信システム。
【請求項２７】
上記対象は航空機である請求項２３記載の音響通信システム。
【請求項２８】
人と建物の室内の占有者との間で通信するための音響通信システムであって、
メガホン内に配置された、建物の窓を表示する少なくとも１つの信号を生成するための少なくとも１つのセンサと、
上記少なくとも１つのセンサに機能的に接続された少なくとも１つのプロセッサとを備え、上記少なくとも１つのプロセッサは、上記少なくとも１つのセンサからの上記車両を表示する上記少なくとも１つの信号を分析して上記人に対する上記建物の室の窓の位置を決定し、
上記メガホン上に、または上記メガホン内部に配置された信号送信デバイスを備え、上記信号送信デバイスは、上記建物の室内の占有者にメッセージを供給すべく上記少なくとも１つのプロセッサによって制御され、
上記信号送信デバイスは少なくとも１つの超音波プロジェクタであり、上記超音波プロジェクタは上記対象へと配向された変調された波動を発生させ、上記変調された波動は可聴メッセージを伝送し、上記可聴メッセージは、上記変調された波動が上記建物の室の窓と相互作用すると上記変調された波動から復調し、
上記少なくとも１つのプロセッサは窓の特徴を決定しかつ上記可聴メッセージが上記建物の室内で理解可能なものとなるための適正な波形に整合するメッセージを選択する音響通信システム。
【請求項２９】
上記窓の特徴は、窓の角度、窓の厚さ及び窓の材質を含む請求項２８記載のシステム。
【請求項３０】
音響通信システムであって、
一次波として超音波を発生させるための少なくとも１つの波動プロジェクタ手段を備え、上記超音波は非線形媒体と相互作用して可聴周波数で二次波が生成され、
上記少なくとも１つの波動プロジェクタ手段は纏めて機能的に接続された上記一次波を放射するための複数の個別ユニットを備え、
上記ユニットの各々に機能的に接続された、上記超音波の方向を変えて焦点を非線形媒体上に配置するための照準手段と、
上記照準手段に上記非線形媒体の座標を供給して上記複数のユニットを調整するための超音波集束手段とを備え、
上記超音波集束手段はマイクロ波レーダ・デバイスを備える音響通信システム。
【請求項３１】
上記照準手段は少なくとも１つの位相シフタと少なくとも１つの電力増幅器とを備える請求項３０記載のシステム。
【請求項３２】
上記超音波はメッセージによって変調される搬送波であり、上記メッセージはプロセッサ−ベースの上記非線形媒体の特徴列から選択される請求項３０記載のシステム。
【請求項３３】
上記非線形媒体は自動車、航空機または船舶のフロントガラスである請求項３０記載のシステム。
【請求項３４】
上記非線形媒体は人の近辺の空気である請求項３０記載のシステム。
【請求項３５】
上記非線形媒体は建物の窓である請求項３０記載のシステム。
【請求項３６】
経路またはチャネルを画定する少なくとも２つの超音波プロジェクタ手段をさらに備え、これにより、上記非線形媒体が上記経路または上記チャネルの外側に漂出すると上記超音波は上記非線形媒体へと方向づけられる請求項３０記載のシステム。
【請求項３７】
上記超音波集束手段は、
アンテナと、
トランシーバと、
アナログ−デジタル変換器と、
纏めてネットワーク化された汎用デジタル・コンピュータとを備える請求項３０記載のシステム。
【請求項３８】
上記アンテナはマイクロ波アンテナであり、上記トランシーバはマイクロ波トランシーバである請求項３７記載のシステム。
【請求項３９】
上記アンテナはレーザ光エミッタであり、上記トランシーバはレーザ・トランシーバである請求項３７記載のシステム。
【請求項４０】
上記アンテナは無線アンテナであり、上記トランシーバは無線トランシーバである請求項３７記載のシステム。
【請求項４１】
上記アンテナは音響アンテナであり、上記トランシーバは音響トランシーバである請求項３７記載のシステム。
【請求項４２】
上記少なくとも１つの波動プロジェクタ手段は、
記憶装置を有する汎用デジタル・コンピュータと、
デジタル−アナログ変換器と、
互いに機能的に接続された増幅器とを備える請求項３０記載のシステム。
【請求項４３】
接近する車両の内部にいる少なくとも一人の個人に対して可聴メッセージを発生させるために非線形出力を使用する方法であって、
道路へと配向された出力レーダ波を発生させるステップと、
上記接近する車両から反射された上記出力レーダ波の戻りのレーダ波を検出するステップと、
上記戻りのレーダ波をアナログからデジタル信号に変換するステップと、
上記デジタル信号の特徴を上記車両に関する記憶された情報と比較するステップと、
デジタル・メッセージを選択するための適正な波形を決定するステップと、
上記車両が予め決められた場所に到達するまでに停止するかどうかを計算するステップと、
上記デジタル・メッセージをアナログ信号に変換するステップと、
上記アナログ信号を上記接近する車両に送信するステップとを含み、
これにより、上記接近する車両の上記ガラス部分と相互作用すると上記アナログ信号は上記可聴メッセージに復調される方法。
【請求項４４】
音声プロジェクタから距離を置いて位置づけられた車両の乗員室に位置づけられた少なくとも一人の人に可聴メッセージを送信して危険な状況について警告する方法であって、
上記車両の速度を検出するステップと、
変調された信号を上記車両の方向へ送信するステップとを含み、上記変調された信号は、上記変調された信号が上記車両の上記ガラス部分と相互作用するにつれて上記乗員室の内部で上記可聴メッセージが生成されるような所定の波形である方法。
【請求項４５】
音響通信システムであって、
接近する車両の距離と速度とを決定するための距離検出手段と、
上記距離検出手段と交信する超音波投射手段とを備え、上記超音波プロジェクタは上記車両へと配向された変調された波動を発生させ、上記変調された波動は可聴メッセージを伝送し、上記可聴メッセージは、上記変調された波動が上記車両のガラス部分と相互作用すると上記変調された波動から復調する音響通信システム。
【請求項４６】
上記超音波投射手段は、
上記距離検出手段によって伝達されたデータを処理して上記変調された波動を生成するための、変調された波動を記憶する記憶装置を有する汎用デジタル・コンピュータと、
デジタル−アナログ変換器と、
増幅器と、
互いに機能的に接続された上記デジタル・コンピュータによって発生される上記変調された波動を方向づけるための少なくとも１つの超音波投射手段とを備える請求項４５記載のシステム。
【請求項４７】
音響通信システムであって、
一次波として可聴メッセージによって変調された超音波を発生させるための超音波プロジェクタ手段を備え、上記超音波プロジェクタ手段は纏めてアレイを画定する複数の個別ユニットを備え、
上記ユニットを互いに対して移動させ、これにより上記超音波を非線形媒体上に集中させる焦点を変更するための手段を備える音響通信システム。
【請求項４８】
信号機に付着された交差点音響通信システムであって、
車両検出装置と、
上記車両検出装置と交信する超音波発生器とを備え、上記超音波発生器は一次波として超音波を発生させ、上記一次波が非線形媒体と相互作用すると可聴周波数で二次波が生成される音響通信システム。
【請求項４９】
上記車両検出装置は、
レーダ・アンテナと、
トランシーバと、
アナログ−デジタル変換器と、
互いに機能的に接続された汎用デジタル・コンピュータとを備える請求項４８記載のシステム。
【請求項５０】
上記超音波発生器は、
複数の一次波を記憶する記憶装置を有する汎用デジタル・コンピュータと、上記車両検出装置によって供給された車両情報を処理するプロセッサとを備え、上記プロセッサは上記一次波を発生させ、
デジタル−アナログ変換器と、
増幅器と、
互いに機能的に接続された上記プロセッサによって発生される上記一次波を方向づけるための少なくとも１つの超音波プロジェクタとを備える請求項４８記載のシステム。
【請求項５１】
少なくとも一人の個人を運搬する車両と共同して使用するための音響通信システムであって、
近辺または予め選択されたロケーションに配置された、上記予め選択されたロケーションに接近する複数の車両に関する情報を検出するためと、上記複数の接近する車両の各々の車両に関する上記情報を表示する少なくとも１つの信号を供給するための少なくとも１つのセンサと、
少なくとも１つのプロセッサとを備え、上記少なくとも１つのプロセッサは上記少なくとも１つの信号を分析して上記複数の接近する車両の各々の車両に関する特徴を表示する少なくとも１つのさらなる信号を供給する能力があり、
上記少なくとも１つのプロセッサから上記少なくとも１つのさらなる信号を受信するためと、上記複数の車両の各々のガラス部分を介して各車両内の少なくとも一人の個人と可聴式に通信して上記少なくとも一人の個人にメッセージを提供するための通信デバイスを備える音響通信システム。
【請求項５２】
上記少なくとも１つのセンサは、上記少なくとも１つのセンサの視野方向内にある上記複数の車両の各々の車両を検出し、これにより、一直線上にある全ての車両を検出可能である請求項５１記載のシステム。
【請求項５３】
接近する車両及び／または歩行者に警告するための車両と共同する音響通信システムであって、
上記車両上に、または上記車両内に配置された、上記車両の実際の速度を表示する少なくとも１つの信号を生成するための少なくとも１つのセンサと、
上記少なくとも１つのセンサに機能的に接続された少なくとも１つのプロセッサとを備え、上記少なくとも１つのプロセッサは上記少なくとも１つのセンサからの上記少なくとも１つの信号を分析し、上記少なくとも１つのプロセッサは、上記車両の最長安全停止距離を決定し、かつ上記車両から外側へ配向された変調された波動を発生させて衝突の可能性について警告し、
上記車両上に、または上記車両内に配置された少なくとも１つの信号送信デバイスを備え、上記少なくとも１つの信号送信デバイスは、上記変調された波動を上記接近する車両及び／または歩行者へと配向すべく上記少なくとも１つのプロセッサによって制御され、
上記変調された波動は可聴メッセージを伝送し、
上記可聴メッセージは、上記変調された波動が上記接近する車両のガラス部分と相互作用すると上記変調された波動から、もしくは上記歩行者の近辺で復調する音響通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、概して無装備の聞き手との音響通信に関し、より特定的には、音響通信で超音波搬送波を変調することによる可聴ソースから遠隔場所に位置づけられたコンパートメントの内部との可聴式通信に関する。
【０００２】
近年、米国では、典型的には１６，０００件もの致死的な多重車両衝突が発生している。Ｃ．Ｄ．Ｅｂｅｒｈａｒｄ外、「オートモーティブ・エンジニアリング」１９９７年３月８６−９０ページ、Ｔ．Ｍｉｌｌｅｒ、「事故の分析と防止」第２３巻第３号１９９７年３４３−３５２ページ、及び合衆国統計集を参照されたい。多重車両衝突の５つの類別の年間財政直接費は、下記の通りであった。
【０００３】
交差路衝突　１４５億ドル
追突　１３９億ドル
反対方向　９５億ドル
斜め側面衝突　２８億ドル
後進　８億ドル
交差路での衝突の約７０％は、標識及び信号が設置された場所で発生した。この点を問題視した連邦ハイウェイ管理団は、１９９９年、標識及び信号の可視性を高めるように命じる新たな基準を発行した。対策に苦慮する自治体は法律を改正し、赤信号でも「走り去る」ドライバを撮影して後日違反の呼び出し状を発行する自動カメラへの投資を始めている。
【０００４】
ずらりと並んだ閃光灯、路面に付された凹凸及び他のデバイスにも関わらず、有料道路の料金所はコンクリートの防御設備で包囲する必要があり、それでも定期的に死者の出る追突現場となる。有料高速道路はまた、方向違いの行路に進入した車両による致死衝突の現場ともなる。
【０００５】
合衆国統計集は、幹線道路の建設区画での死亡者は７００名、負傷者は３０，０００名と報告している。ドライバは、数多くの車両搭載デバイス及び沿道の警告デバイスに対応し損なって、道路工事の作業員に全速で突っ込むことがよくある。こうした問題もあり、多くの管轄権は、幹線道路の工事作業員の生命を守るため、幹線道路の工事作業員及びその車両の後に後方からの衝突の衝撃を吸収すべく設計された衝突防護トラックを配備するように要求している。
【０００６】
急速に老齢化する米国の住民の運転能力の低下も、この問題をさらに悪化させることが予測される。この老齢化の問題を見越して、連邦道路管理局（ＦＨＷＡ）は今年、高齢ドライバの問題に対応するための標識、信号及び幹線道路の配置に関するガイドラインを発行した。特に、夜間に照明されると光標識がどの程度反射するか、という標識の「再帰反射性」に関する基準が注目されている。
【０００７】
これらの課題を解決する試みにおいては、視覚的及び聴覚的公害の危険性がある。この点は、レッカー車、救急車、消防車及び警察の車が全てストロボのフラッシュライトを装備している事故現場において目撃することができる。これは、側を通過するドライバをぼうっとさせる効果を与える場合がある。管轄権によっては、一般の人々からの苦情で、そのＬＥＤ交通信号灯の輝度を下げざるを得なかったところもある。あらゆる車両及びあらゆる標識及び信号に強力な照明及び人目を引く配色を施すことは、公衆に受入れられるとは思えない。道路の路面に付された凹凸及び窪みで横断歩道の盲人用の音響補助として発せられる音は近在の住民に反対されており、その使用の削減または取り止めを余儀なくされている。
【０００８】
従って、危険なほど接近してくるドライバに警告する、そうでなければ神経に障る音を発すると同時に、安全に接近してくる多くのドライバを困惑させることのない、より強力な手段に対する逆説的とも思えるニーズが存在する。
【０００９】
車両に装備される衝突回避デバイスについて調査した、Ｄ．Ｓｍｉｔｈ著「軽自動車用の効果的な衝突回避システム」活動報告、ＩＴＳ２０００会報、米国インテリジェント交通協会、２０００年５月、ボストン、は、自動車のドライバは視覚的な通知よりも聴覚的な通知の方によく反応すると報告している。テレビ広告に関する文献は、画像を凌ぐ音声の卓越性を指摘している。Ｊ．Ｔｒｏｕｔ著「新しいポジショニング」ニューヨーク州マクグローヒル、１９９６年、は、頭脳は音声による言葉は１４０ミリ秒で理解することができるが、書き言葉の理解には１８０ミリ秒を要することを示す調査を報告している。書き言葉の理解は１秒で薄らぐが、音声による言葉の理解は４または５秒間続く。Ｔｒｏｕｔの報告による米国陸軍での調査は、音声の抑揚が情報の吸収速度に大きく影響することを示している。
【００１０】
交通の警告システムには、音声が使用されている。例えば、車両には全て警笛が付いている。鉄道の踏切遮断機や料金徴収マシンは、所定の状況下でベルが鳴る。盲人の歩行者用に装備されている横断歩道灯は、盲人歩行者を補助する音声を送信する。緊急車両には、サイレン及び他の発音デバイスが装備されている。工事用マシンは、バックする時に音声を発する。これらのデバイスの有効性は、音声を特定の方向へは向けられないこと、かつ音声を特定の車両または歩行者へは集中させ得ないことによって限定される。この限定は単に、警笛のような音を出すデバイスがその出力を狭い波動に集めるためには巨大なものでなければならないことに起因する。数度の幅の波動を形成するためには、約５０波長の規模の開口が必要である。音声は３００Ｈｚという低い周波数成分を有するが、これは音の幅が１メートル波長であることを含意する。幅３゜の１メートル波長音の波動を形成するためには、約５０メートルもの大きさの警笛が必要となる。
【００１１】
タナカ外（米国特許第４，８２３，９０８号）は、大ホールの特定の領域に音を集中させることのできる指向性スピーカを開示している。これは、空気中での波長が約５乃至１０ミリメートルである超音波を使用することにより、方向性の問題を解決している。これは、３゜幅の波動を達成するためには、音の放出口が８乃至１６センチメートルの大きさであることを含意する。可聴メッセージは、ＡＭ無線の場合に行われるものと同様の方法で超音波搬送波の振幅を変調する。タナカ外は、強力な音波の存在における空気の非線形特性を利用して、超音波搬送波を復調し、高度に集中された超音波搬送波から可聴音を生成している。タナカ外によって開示された音声エミッタは、交通管制標識または信号または車両への取付けには不向きである複雑なバッフル・システムを使用している。残念ながら彼らの技術は、受入れ難いほど高レベルの高調波歪みを生み出した。
【００１２】
【本発明の目的】
従って本発明の目的は、交通管制システムに接近する従来型の車両の密閉された乗員室内部に可聴メッセージを伝達する手段を提供することにより、交通管制システムの効力を大幅に向上させることにある。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、視覚的情報を凌ぐ音響情報の卓越性を活用することにある。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、本デバイスが、標識、信号及び車両のような従来の交通管制システムと電気的に互換性でなければならず、かつこれらのシステムへの実装が容易でなければならないことにある。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、車両が危険なほど接近してくる車両等の他の車両と差し迫った状況について連絡し合えるようにすることにある。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、車両が当該車両の移動経路内に存在する潜在的な歩行者または車両のドライバに連絡して警告を発することにある。
【００１７】
本発明のさらなる目的は、音声プロジェクタの伝達方向及び音波の焦点範囲を、物標から受信される皮膚反射を分析して物標の方向、範囲及び他の特徴を測定するレーダ・デバイスに結合することにより自動制御することにある。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、可聴メッセージを、局所化された領域の周辺全域に迷惑をかけることなく局所化された領域へ伝達することにある。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、歩行していて、もしくは車両を運転していてチャネルから外れている無装備の人々が、彼らをチャネルへ戻すように方向づける可聴連絡を受けるように、移動チャネルを詳細に叙述することにある。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、周辺の大気条件を監視し、条件の変化に伴って音声伝達のパラメータを修正することにある。
【００２１】
本発明のさらなる目的は、遠隔から建物の上側の窓へと音を集中させる手段を供給して、内部に位置する人々と連絡をとることにある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の上述の目的並びにさらなる他の目的及び優位点は、以下で説明する本発明の実施形態によって達成される。
【００２３】
本発明は、道路脇の標識、信号及び担当官等の交通管制システム並びに車両搭載のライト及び他の視感エンハンサが、それらのメッセージを接近中の車両に伝達する能力を向上させる。接近中の車両に反応がなければ、警報の強度及び緊急度を、無反応のドライバまたは歩行者の神経に障る程度にまで高めることができる。これは、接近中の交通を監視して、接近中の車両が標識及び信号送信デバイスが提示している伝達内容にどの程度反応しているかに関するフィードバックを供給するレーダ・システムのような領域検出デバイスによって達成される。
【００２４】
視覚的な情報伝達は、気付きにくく、紛らわしく、見とれてしまったり物理的に傷んでいたりもするため、車両のドライバ、歩行者及びその他の者は、視覚的伝達に反応し損なう場合が多い。調査では、可聴式伝達の方が視覚的伝達より優れていることが示されている。本発明は、主として交通管制デバイスに可聴音声、及び通常のエリアに存在する者に対抗する者としての特定の車両または歩行者に当該音声を集中させる能力を与える。
【００２５】
本発明の下記の用途例は、例示を目的とするものであり、本発明の使用を限定するものではない。例えば本発明は、「停止」及び「進入禁止」の標識、交差点の前方カーブあり標識における信号機、速度制限標識、幹線道路の工事ゾーンを警備する旗振りまたは警官、テール・ライト、ブレーキ・ライト及び陸上車両後部のサイド・ライト、歩行者用横断信号、指向性の警報サイレンまたは車両の後進インジケータ及び雪または霧の中を走行する車両のあとに続く車両等に使用されることが可能である。
【００２６】
さらに本発明は、例えば、海上の航行用指標、船舶上の航海灯及び霧または他の低視界状況において航行する船舶にも使用されることが可能である。
【００２７】
本発明はまた、消防士または他の公共安全要員が建物の閉まった窓の後側にいる人々と通信する場合にも使用されることが可能である。
【００２８】
本発明はまた、地上及び航空交通管制のための航空アプリケーションでも使用可能である。航空機のターミナル、滑走路及び整備格納庫との往復地上走行は、管制塔または無線による現行の送受信への依存よりも高い速度及び精度を有する特殊装備の航空機によって接触されることが可能である。本発明を装備した航空機では、飛行中のニアミスはなくなる。コックピット内部の音声通信は、もはや、スイッチを入れる、または正しい周波数に合わせる無線に依存しない。
【００２９】
概して本発明は、超音波搬送波を利用する。超音波搬送波は、一定期間の後、その応力対歪みの関係性が非線形的である窓に遭遇すると復調され、次いでこれを圧縮して、窓ガラス内部の復調プロセスの結果として生じる可聴音の窓に包囲されている空気で満たされたコンパートメントへの伝搬を利用する。開放空気内の１点における多数の変調された超音波搬送波の共通部分は、空気を飽和状態に至らせることができるが、これもまた搬送波を復調させる。これは、道を外れた無装備の移動者をもとの移動チャネルへと方向づける、歩行者または車両用の移動チャネルの境界線を確立させる。
【００３０】
本発明並びにそのさらに他の目的をより良く理解するため、添付の図面及び詳細な説明を参照する。本発明の範囲は、添付の請求の範囲において明示される。
【００３１】
本発明の好適な実施形態は、接近中の交通を継続して監視し、必要に応じてこれと交信する交通管制システムである。接近車両の距離の時刻歴は、距離検出デバイスに結合された従来型のデジタル・コンピュータによって分析される。本発明の目的に沿った車両は、陸上車両、船舶及び航空機を含む人々及び貨物を運搬するためのあらゆる手段である。接近車両が、残りの距離で停止できるかどうかの決定が行われる。危険なほど接近してくる車両には、車両に特別な装備がされていなくても、ドライバの神経に障る程度にまで警告メッセージが送られる。
【００３２】
添付の図面に示された上述の発明の好適な実施形態は、図１では本発明によって構成された音響通信システムとして絵画的に表示されている。本システムは、概して数字１で指示されている。システム１は概して、距離検出システム１０とコードまたは無線で繋がる超音波投射システム２を含んでいる。
【００３３】
図２は、音響通信システム１の略図を示している。図２が示すように、超音波投射システム２は、好適には事前処理されたメッセージ用の記憶容量１３３を有するデジタル・コンピュータ１２８と、Ｄ／Ａ変換器１３４と、増幅器１３６と、超音波プロジェクタ１３８とを含んでいる。距離検出システム１０は、好適にはレーダ・アンテナ１２９を有するレーダ・トランシーバ１３０と、Ａ／Ｄ変換器１３１と、デジタル・コンピュータ１３２とを含んでいる。被検車両が予め決められたポイントに危険速度で接近していると、距離検出システム１０は、超音波投射システム２に車両の距離、車両型式及びメッセージ等の情報を発信する。車両型式情報は、モデル、製造元、製造年、フロントガラスの角度、フロントガラスの厚さ及びフロントガラスの材質といった特徴の相互参照に使用され、適切な警告信号が送信される。警告信号は、フロントガラスを通過すると可聴音に復調される。超音波投射システム２が車両の側面に方向づけられた信号を送信するように配置されている場合は、全ての車両ウィンドウの情報はデジタル・コンピュータ１２８、１３２の何れかまたは両方に記憶される。超音波投射システム２は、被検車両に警告信号を送信する。
【００３４】
以下、本発明の様々な実施形態の基礎を成す概念、より特定的には空気の非線形性からの音声の生成、を詳細に分析する。
【００３５】
空気は、音響通信によって変調されている強力な超音波によって励振される。音響通信ｅ（ｔ）によって変調された超音波は、次式、即ち
ｐ１（ｔ）＝Ｐ１ｅ（ｔ）ｓｉｎ（ωｃ ｔ）　式１
で与えられ、超音波を復調する空気の非線形性によって発生される二次波は、次式、即ち
2004506279.tif 000003
式２
で与えられる。但し、
υ２／υｔ２は、時間に関する部分二次導関数であり、
Ｐ１は、発射される超音波搬送波の振幅であり、
ｐ１（ｔ）は、時間ｔの関数としての一次超音波搬送波の波圧であり、
ｅ（ｔ）は、超音波搬送波の変調包絡線であり、
ωｃは、搬送波の角周波数であり、
ｐ２（ｔ）は、非線形性によって復調された二次可聴波の圧力であり、
βは、非線形性の係数、即ちβ＝（γ＋１）／２であって、この場合のλは比熱の割合であり、
ρ０は、媒体の周辺密度であり、
ｃ０は、小信号波の伝搬速度であり、
Ａは、波動の断面積であり、
ｚは、軸方向距離であり、
αは、ωｃにおける媒体の吸音率である。
【００３６】
式１は、強力な超音波が進行している空気の飽和状態に起因する二乗非線形性を説明している。
【００３７】
二次波（復調波）の振幅は、変調包絡線の二乗の二次導関数に比例する。圧力度は、式２が示すように、空気の物理定数に対して大きいことが好適である。
【００３８】
可聴音の発生は、超音波を固体表面から変調された超音波のソースの方向へと反射させることによって達成され得る。固体表面の非線形的な応力／歪みの関係性は、音響通信の変調及び可聴音の発生の原因となる。これは、式２が説明しているように、開放空気内に音を発生させる空気の非線形性とほとんど同様に発生する。
【００３９】
本発明は、人が着信する音波に関連して窓またはコンパートメントの反対側でメッセージを聞けるように、この周知の技術をコンパートメントを取り囲む窓または他のパネルの向こう側への変調音の発生にまで展開する。
【００４０】
図３は、フロントガラス８６に集中されたミリメートル波長の超音波８４の到来を示している。フロントガラス８６における音速と空気中の速度との比は約６対１であるため、超音波８４は反射される８９となる。入射角がフロントガラス８６の表面に対する垂直から数度以内であれば、超音波８４は屈折もされ、屈折された超音波９１となる。屈折の有無に関わらず、フロントガラス８６の表面に当たる超音波８４は、式２が説明しているように、飽和状態に駆動される空気中で強力な音が経験するものとほとんど同程度にフロントガラス８６との非線形的な相互作用を受ける。超音波８４は、フロントガラス８６の非線形的な応力対歪みの関係性と相互作用する。フロントガラス８６とのこの非線形的相互作用は、超音波８４を復調し、フロントガラス８６の反対側の表面の近くに０．１メートル波長の可聴音９０が再生される。超音波８４がフロントガラス８６を通って屈折されると、さらなる復調が発生する可能性がある。多くの場合、フロントガラス８６はガラスとプラスチックのラミネートで製造される。
【００４１】
本発明のさらなる特徴は、フロントガラスを通過する際に超音波を復調することによる、可聴音を最適に発生させるための送信された音波の事前処理に依存する。本発明では、図４で説明されている較正プロセスを使用して、車両１００のフロントガラス１０８と相互作用する超音波１０６によって乗員室内で発生される可聴音１０４が記録される。これらの記録は、図５及び６が示す後述の技術を利用して、理解可能な可聴音１０４の最適な発生のために事前処理されているメッセージを車両１００の内部で作り上げるために使用される。これらの事前処理されたメッセージは、後に利用できるように超音波投射システム２に記憶されている。
【００４２】
図４は、本発明の概念を立証しかつシステム１によって使用されるメッセージを事前処理するために使用される検査範囲を表示している。図４では、超音波プロジェクタ９４が適切な可動マウント９６上に取り付けられていて、データ収集プロセスの間に距離９８であるｒの変更が可能である。（中には、データ収集プロセスの間にプロジェクタ９４の高さを変える必要のある場合がある。）陸上車両１００は、その断面図が示されている。典型的なドライバの頭部がくる場所には、マイクロフォン１０２が設置されている。マイクロフォン１０２は、超音波１０６がフロントガラス１０８と相互作用しかつ車両１００の乗員室１１０へと進入する際のその復調によって発生される可聴音１０４を録音する。マイクロフォン１０２によって録音された可聴音１０４は受信フィルタ１１２によって濾波され、次に増幅器１１４によって増幅される。増幅器１１４及びフィルタ１１２は、フロントガラス１０８における復調プロセスによって発生される超音波１０６及び画像周波数の痕跡を取り除く。本音声信号はまたフィルタ１１２によって帯域を制限され、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１１６によってデジタル化される際に雑音及びナイキスト周波数を超える他の信号のエイリアシングから発生する可能性のある歪みが防止される。音声波形のデジタル・サンプルは、デジタル・コンピュータ１１８へ送信されて処理され、記憶される。デジタル・コンピュータ１１８はまた超音波１０６を変調するメッセージのデジタル・サンプル・ストリームを発生させるために使用され、超音波１０６はデジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）１２０によってアナログ信号に変換される。Ｄ／Ａ変換器１２０の出力は、送信フィルタ１２２によって濾波される。送信フィルタ１２２はデジタル−アナログ変換プロセスの所謂ボックスカー効果を平滑化し、電力増幅器１２４による増幅の前に信号から他の望ましくない高周波数成分を取り除く。増幅された信号は、超音波１０６を車両１００のフロントガラス１０８上へ投射するために使用される静電または圧電スピーカ１２６のアレイを駆動する。
【００４３】
図５は、図４の較正を介する信号の流れのブロック図を示している。目的は、所定の音声波形ｖ（ｔ）の発生に必要なソース波形ｅ（ｔ）を計算することにある。例えば、所望の波形ｖｄ（ｔ）は可聴発話「止まれ」の波形であったりする。図４では、単語「止まれ」の発話１０４が車両１００の乗員室１１０の内側で受信されることが望まれる可能性がある。問題は、「止まれ」を車両内部で可聴にするためには、デジタル・コンピュータ１１８がどのデジタル波形をＤ／Ａ変換器１２０に転送しなければならないかを計算することにある。
【００４４】
ｖ（ｔ）を発生させるためのシステムを介する信号ｅ（ｔ）の送信は、非線形プロセスである。超音波は、固体表面を介して伝搬するうちに固体を圧縮しかつ減圧する。固体の応力対歪みの関係性は、概して非線形的である。非線形的な相互作用によって導入される歪みを補償する技術は、本明細書に参照用として編入されているＳｉｎｇｈａｌ外の米国特許第４，６０３，４０８号に開示されている。送信された波形の合成は、波形の線形的な事前濾波と連動する。
【００４５】
線形的事前濾波の手順は、図６に示されている。手順は、所望の音声波形Ｖｄ（ｔ）で始まる。次に、事前処理手順を開始するために、開始入力波形ｅ（ｔ）が計算される。
2004506279.tif 000004
式３
結果として得られる入力波形ｅ０（ｔ）は、図４が示す検査範囲において音声プロジェクタ１２６を駆動するために使用される。次に、マイクロフォン１０２で受信された可聴音１０４ｖ０（ｔ）を使用して、改良された波形ｅ１（ｔ）が計算される。受信された波形ｖ０（ｔ）は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムを使用して周波数領域に変換される。
【００４６】
Ｖ０（ω）＝ＦＦＴ［ｖ０（ｔ）］　式４
同様に、入力波形ｅ０（ｔ）がＦＦＴで変換される。
【００４７】
Ｅ０（ω）＝ＦＦＴ［ｅ０（ｔ）］　式５
次に、複合伝達関数Ｈ０（ω）が計算される。
【００４８】
Ｈ０（ω）＝Ｖ０（ω）／Ｅ０（ω）　式６
複合伝達関数Ｈ０（ω）は、改良された波形の周波数領域表示の計算に使用される。
【００４９】
Ｅ１（ω）＝Ｖ０（ω）／Ｈ０（ω）　式７
周波数領域バージョンは、次に逆ＦＦＴ（ＩＦＦＴ）によって時間領域ｅ１（ｔ）に変換される。
【００５０】
ｅ１（ｔ）＝［ＩＦＦＴ＊Ｅ１（ω）］１／２　式８
改良された送信波形ｅ１（ｔ）を取得するために、平方根が利用される。（平方根は、式２によってモデル化されているように、非線形性から発生する二乗化に起因して必要である。）本事前処理手順は、ｅ１（ｔ）を入力しかつｖ１（ｔ）を測定して継続される。
【００５１】
次に、受信された音声信号ｖ１（ｔ）が、周波数領域と等価であるｖ１（ω）に変換される。
【００５２】
ｖ１（ω）＝ＦＦＴ［ｖ１（ｔ）］　式９
ｖ１（ω）及びＥ１（ω）は次に、再帰的平均値算出演算への入力として機能する。
【００５３】
Ｈ１（ω）＝Ｈ０（ω）＋（１／Ｎ）［｛Ｖ１（ω）／Ｅ１（ω）｝−Ｈ０（ω）］　式１０
式１０の再帰的平均値算出プロセスは、改良された伝達関数Ｈ１（ω）をもたらす。但し、式１０におけるＨ０（ω）は、Ｈ１（ω）から減算される。（式１０では、Ｈ１（ω）は、ｖ１（ω）とＥ１（ω）との比から計算される。）数回の反復の後、伝達関数の最後の更新は先行バージョンに極めて類似したものになり、こうして再帰的平均値算出手順は値の変更を止める。本手順は、次に、所望の周波数領域スペクトル及び伝達関数の最終推定値を使用して改良された周波数スペクトルを計算する。
【００５４】
Ｅ１（ω）＝Ｖ０（ω）／Ｈ１（ω）　式１１
次に、ＩＦＦＴ及び平方根演算が式８の場合と同様に実行される。
【００５５】
ｅ２（ｔ）＝［ＩＦＦＴ＊Ｅ１（ω）］１／２　式１２
次に本手順は、ｅ２（ｔ）を入力しかつｖ２（ｔ）を測定して継続される。本手順は、集中に達するまで反復されることが可能である。
【００５６】
例えば、発話「止まれ！」が必要であったと仮定する。図４が示す検査範囲が設定され、車両内部で理解可能な「止まれ」を生み出すバージョンを取得するように図６の手順によって「止まれ」が処理される。異なる範囲、車両型式、入射角、大気状態及びシステムの非線形性に起因する信号の振幅について、図６の事前処理を実行する必要のある場合がある。事前処理されたメッセージは、超音波投射システム２のデジタル・コンピュータ１２８に記憶される。他の事前処理されたメッセージの例には、減速または進路変更が含まれる。
【００５７】
再度図２を参照すると、本ブロック図は、標識または信号上への取付けに適した本発明の実施形態を示している。マイクロ波レーダ・トランシーバ１３０は、デジタル・コンピュータ１３２でレーダのエコー１３５を処理して接近車両の距離を監視する。距離検出システム１０はマイクロ波であることが好適であるが、無線、レーザ及び音響を含む任意の従来型レーダ・システムも受容可能である。接近車両の距離の時刻歴の分析及び接近車両のレーダ断面の測定値は、図７が示すように、デジタル・コンピュータ１３２によって実行可能なコンピュータ・プログラムに入力される。図７におけるフローチャートは、オペレーション・モードを言葉で示している。本チャートは、無応答のドライバのもとで使用可能な光及び音声の発生の制御について説明している。危険なドライバが光または音声に反応しない場合は、交差交通に危険が知らされ、警察の違反切符発行カメラがトリガーされる可能性がある。デジタル・コンピュータ１３２は次に、所望メッセージの数、車両の距離及び車両型式等の情報をデジタル・コンピュータ１２８に送信する。デジタル・コンピュータ１２８は次に、事前処理されて記憶されたそのデジタル波形セットから当該車両の距離及び型式に適合する要求されたメッセージを選択し、これをＤ／Ａ変換器１３４へ転送する。次には、Ｄ／Ａ変換器１３４のアナログ信号出力が電力増幅器１３６によって増幅され、少なくとも１つの音声プロジェクタ１３８を駆動するために使用される。コンピュータ１２８及び１３２は、単一のコンピュータ（図示されていない）として組み込むことができる点に留意しなければならない。
【００５８】
音声プロジェクタ１３８は、図８が示すような標識１４２の表面に直接取り付けられた静電または圧電薄膜である場合もあれば、図９が示すような５×７の静電または圧電シート・アレイである場合もある。５×７アレイの３５枚の個々のシートは、機能的なスピーカ１５４である。個々のスピーカ１５４は、位相調整されたアレイ１５２として使用される。個々のスピーカ１５４から発射される最終的な超音波（図示されていない）は、位相シフタ１５３でスピーカ間の位相を制御することによって操縦される。図１０は、波動１８４が接近車両１８６のフロントガラス１７８上に集中するように従来型の手段によってその波動１８４を角度θ１８０まで操縦する多重波音声プロジェクタ１８２を示している。次に図９を再度参照すると、位相シフタ１５３は、第２のデジタル・コンピュータ１２８によって発生された制御信号１５１で駆動される。位相シフタ１５３の出力は、電力増幅器１５５を使用してスピーカ１５４を駆動する。位相シフタ１５３によって導入される移相の量は、図２が示すデジタル・コンピュータ１２８の制御下にある。デジタル・コンピュータ１２８は、距離検出システム１０からデジタル・コンピュータ１３２を介して被検車両の座標を自動的に受信し、波動を移動中の車両のフロントガラスに集めるための個々のスピーカ１５４に関する移相分を計算する。本好適な実施形態は、１つのスピーカにつき１つの増幅器と１つの位相シフタとを使用する。この場合、位相シフタ及び増幅器は各々３５個になる。スピーカ・アレイは、図９が示す長方形の構成に限らず、幾つかの構成で実施されることが可能である。円形形状のアレイ及び多角形形状のアレイもまた、位相調整されたアレイとして効果的である。
【００５９】
車両内部への音声の発射に対するものとしての開放空気における可聴音の発生は、図１１が示すように、盲人歩行者７８の道路７２の横断を補助することができる。超音波ソース８２は、レーダ・センサ８０によってそのロケーションが決定される歩行者７８に向けて警告を発している。その目的は、歩行者７８の周りにのみ可聴メッセージ７６を発生させることである。これは、図１２、１３、１４及び１５が示す本発明の実施形態によって達成することができる。
【００６０】
図１２が示すように、本超音波プロジェクタ１５９は多数の位相調整されたアレイ１６１で製造されている。位相調整された各アレイは操縦可能であり、先に論じたようにその波動は方位角及び高度を移動させることができる。図１３が示すように、プロジェクタ１５６は、音声プロジェクタ１５６からｒ１の距離に位置づけられた点１６２に集中するように照準された個々の波動１６０を示す。その波形が１つの領域における位相内にある多数の波動１６０の集中は、その領域における超音波の圧力度を高める。強い音は空気を、式２によって与えられるような非線形の行動モードへと駆動する。非線形の行動は超音波１６０を復調し、ｒ１の距離に位置づけられた領域から発生する可聴性の二次音声１６４を生成する。
【００６１】
図１４では、音声プロジェクタ１６８は位相調整されたその個々のアレイ１７０を利用して、その波動１７２を、それらが音声プロジェクタ１６８からｒ２の距離１７６に位置づけられた点１６６に集中するように照準する。波動が集中する領域を移動させるこの技術により、可聴音の二次ソースは、横断歩行中の異なるロケーションの歩行者に対応して音声プロジェクタの前後に移動されることが可能である。異なる領域では、異なるメッセージを受け取ることができる。例えば、歩行者は、やって来た歩道の縁まで戻るように問われている。歩行者が音声プロジェクタ付近にいれば、交通がすぐに再開されるのでその歩道の縁を急いでまたぐように指示されると思われる。
【００６２】
図１５は、位相調整されたアレイ１８０、１８２、１８４及び１８６が搭載されたプロジェクタ１７８から発する多数の音波の集中を示している。波動１８９及び１９０は、点１９２に集中する。超音波は、典型的には数ミリメートルの範囲の波長を有するため、位相調整されたアレイの大きさはかなり小さいものであることが可能である。
【００６３】
次に、再度図１を参照すると、超音波投射システム２は交通信号４上に設置されている。幅の狭い超音波６は、接近車両８に照準されている。また交通信号４には、レーダ・センサのような車両の距離検出手段１０も装備されている。接近車両８の距離は、レーダ距離センサの波動１２によって検出される。距離の測定値は、超音波投射システム２のパラメータの設定及びその超音波６の操縦に使用される。図７には、可視性かつ可聴性の警告手段及び警察の違反切符発行カメラを備えるシステムの決定プロセスの例が示されている。超音波６はフロントガラス１４の非線形性によって復調され、接近する無装備の車両８の内部で可聴メッセージ１６が発生する。検出手段によって検出されているものとしては単一の接近車両が示されているが、検出手段の視野方向にあるどんな車両も、それが検出手段からの線上の第１、第２または第３の何れの車両であれ、事前に選択されたロケーションにおける安全を決定づける目的で検出可能であることは本発明の意図の範囲内にある。
【００６４】
図１６は、代替アプリケーションとしてシステムが交通警告標識１８上に取り付けられているシステムをを示している。変調超音波プロジェクタ２０は、標識１８の表面に取り付けられている。超音波２２は、接近車両２６のフロントガラス２４に照準される。可聴メッセージ２８は、超音波２２がフロントガラス２４の非線形性と相互作用する際の超音波２２の復調によって、車両２６の内部で発生される。車両２６の接近は、道路３２に埋め込まれた磁気ループ検出器３０またはこれに類似するものによって感知される。また、レーダ・システム、テレビカメラまたは他の距離検出手段も使用可能である。
【００６５】
図１７は、超音波２９を介して後続車両３３と通信するために陸上車両２７の後部へ超音波プロジェクタ３５を取付けている他の代替アプリケーションを示している。交信は、好適にはマイクロ波３２または他の波動によって後続車両３３との距離及び後続車両３３の接近速度を検出するレーダ・システム３０により、自動的に発行されることが可能である。可聴メッセージ３２は、超音波２９がフロントガラス３１の非線形性と相互作用する際の超音波２９の復調によって、車両３３の内部で発生される。
【００６６】
さらに、図１７が示す超音波プロジェクタは、パトカーのような車両（図示されていない）の前側に配置されて、先行車両または接近車両に可聴メッセージを送信することもできる。
【００６７】
さらに、図１７が示す超音波プロジェクタを配達用トラックのような車両（図示されていない）の前後に配置すれば、車両の視野が建物、樹木、低木または他の車両によって遮られる場合に、歩行者及び他の車両に予め選択された距離から可聴メッセージを送信して接近車両のあることを警告することができる。復調された可聴メッセージの範囲は、車両の速度と当該車両の速度におけるその安全な停止距離プラス安全域としての追加距離との関数である。
【００６８】
さらに他のアプリケーションとして、図１８は、従来型の機械的手段か電子式の位相調整されたアレイ技術の何れかを使用して操縦される超音波３４を示している。操縦のコマンドは、レーダのエコー３５または他の距離検出システムからのデータを分析するコンピュータ（図示されていない）から送られてくる。
【００６９】
さらなるアプリケーションとして、図１９は、交差点の信号３８から遠隔のロケーションにおける超音波投射システム３６を示している。接近車両４２は、レーダ波４０によって監視される。メッセージは遠隔の超音波投射システム３６に伝達され、超音波投射システム３６は車両４２のサイド、リアまたはフロントガラスに超音波４４を送信する。可聴メッセージは、超音波４４と車両４２の窓との非線形的な相互作用によって車両４２の内側で発生する。
【００７０】
図２０は、その進行が信号機４９から発生するレーダ型距離センサの波動４８によって監視される、危険なほど接近してくる車両４６を示している。接近車両の距離の時刻歴の分析は、図７が示すプログラミング・フローチャートを実行する従来型のデジタル・コンピュータによって行われる。この分析は、交差点の信号５０が赤に変わるまでに車両４６が停止しそうにないことを示している。従って、その交差点に進入しかつ危険なほど接近してくる車両４６の経路内に存在する可能性のある車両５２に対し、超音波５４によって伝送される警告が発せられる。
【００７１】
図２１は、公衆安全係員５６がとりわけ１つの車両６８と交信するために使用している音声発生器５８を示している。例として、多車線の料金所または大型駐車場がある。この場合は、メガホン状の音声発生器５８が音声発生アレイ６０と、（おそらくはマイクロ波レーダ及び／またはテレビカメラである）距離／方向センサ６２と、ユーザ５６がそこに向けて発声するマイクロフォン６４とで構成される。距離センサ６２の測定値は、超音波６９がフロントガラス７０で復調されることにより可聴音６６が車両６８の内部で発生されるように超音波６９の事前処理パラメータを設定するために使用される。
【００７２】
図２２は、システム１の公衆安全アプリケーションを示している。係員は、メガホン・デバイス５７を使用して建物５９の窓６３に超音波６１を送っている。可聴性の警告メッセージは、超音波６１と窓６３との相互作用によって建物の内部で発生される。
【００７３】
図１１に戻ると、特に盲人歩行者７８を補助するために横断管制灯７３が装備されているシステム１が横断歩道７２で使用されている。この場合、超音波７４は空気と相互作用し、音声送信機８２のパラメータを設定するための距離／角度センサ８０からの情報を使用して、盲人歩行者７８の近くに可聴音７６を発生させる。本実施形態の興味深い特徴は、音声７６が音声プロジェクタ８２の付近ではなく歩行者７８の近辺に発生されることにある。これは、図１４及び１５が示すように、多数の音波を標的領域に集中させることによって達成される。
【００７４】
空気中での音声の発生を使用可能であるときは、群衆の整理等の他の実施形態も存在する。
【００７５】
図２３には、さらに他のアプリケーションが示されている。この場合は、変調された超音波の波動８９がセンサ７５及び７７によって投射されるため、両波動間に経路７９またはチャネルが画定される。経路７９は、歩行者、船舶または陸上車両による使用を含む可能性があるが、これらに限定されない。経路７９を退出し、波動８９の一方に進入すると、歩行者８１または車両８３に経路７９に戻るように指令するメッセージ８５、８７が、侵入する対象である８１、８３に送られることになる。メッセージ８５及び８７はレーダ型スキャナが波動８９への侵入を検出した後に送信される場合もあり、もしくは波動８９は、経路７９へ戻る指令を継続的に送り、波動８９が少しでも進入されると本指令が聞こえるという場合もある。
【００７６】
次に再度図１０を参照すると、本発明の機能としてマイクロフォン１８８が追加されていて、これは、送信を監視し、かつ送信された波動１８４の特徴を中継して送信システム１８２に戻す。雨、雪、吹き飛ぶ砂、霧または他の物質が式２に記述される空気の非線形特性を変える、または他の原因で超音波１８４が散らされるとすると、送信システム１８２は検出された変化を使用して送信電力、搬送周波数、変調度及び事前処理濾波といった送信のパラメータを修正し、波動１８４の経路に進入した物質による影響を補償する。
【００７７】
本発明のさらに他のアプリケーションは、地上及び空中の航空交通管制である。ターミナル、滑走路及び整備格納庫への航空機の往復地上走行は、管制塔（図示されていない）または特殊装備の航空機（図示されていない）により、現行の無線による送受信への依存よりも高い速度及び精度で接触されることが可能である。本発明を装備した航空機（図示されていない）では、飛行中のニアミスはなくなる。コックピット内部の音声通信は、もはや、スイッチを入れる、または正しい周波数に合わせる無線に依存しない。
【００７８】
様々な実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明はまた、添付の請求の範囲の精神及び範囲内でさらに他の多種多様な実施形態が可能であることは認識されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の距離センサ及び変調超音波プロジェクタを装備した交差点の交通管制灯の絵画表示であり、音声プロジェクタが接近中の車両内のドライバに通報している状態を示している。
【図２】デジタル・コンピュータによってそのエコーが分析される距離検出レーダを含むブロック図を表示している。分析結果は、本発明による超音波プロジェクタのパラメータを制御する第２のデジタル・コンピュータに送信される。
【図３】本発明により車両のフロントガラスに集中されている変調された超音波を絵画式に表示している。
【図４】プロジェクタからの変調された超音波によって車両がターゲットにされる検査範囲を絵画的に略示している。
【図５】本発明による超音波プロジェクタからマイクロフォンの濾波された出力における受信された信号までの音声の送信経路を表すブロック図である。
【図６】本発明による超音波上での送信用に波形を事前処理するための計算手順を示している。
【図７】レーダ距離センサからの距離情報を分析し、本発明により目前の状況に反応して警告を発する本発明によるデジタル・コンピュータ・プログラムのフローチャートである。
【図８】本発明による交通管制標識の表面に取り付けられたフラットな静電スピーカまたはシート圧電プロジェクタを絵画的に表示している。
【図９】本発明による静電スピーカまたは圧電プロジェクタのアレイを略示している。
【図１０】本発明の操縦可能超音波プロジェクタ・アレイの絵画表示である。
【図１１】本発明により、歩行者の頭上で可聴音が発せられるように変調された超音波を集中させることによって信号機から特定の距離を隔てた盲人の歩行者に通報するレーダ装備の歩行者用交差信号を絵画的に表示している。
【図１２】４×４のスピーカ・アレイを有する超音波システムの絵画表示である。
【図１３】多数の音波が交差する範囲ｒ１における変調された多数の超音波の絵画的略図である。
【図１４】超音波の復調がｒ２の範囲で実行されるようにその多数の音波を操縦する超音波プロジェクタ・システムの略示である。
【図１５】本発明による、４つの位相調整されたアレイによって放射されかつ位相調整されたアレイから幾分かの距離を隔てて位置づけられた１点で交差する４つの超音波の略示である。
【図１６】本発明による無装備車両のドライバに可聴メッセージを伝達する変調超音波プロジェクタを備える交通標識を絵画的に表示している。
【図１７】本発明による超音波を使用して後続車両に通信する先行車両の絵画表示である。
【図１８】本発明による位相調整されたアレイまたは機械的操縦手段の何れかによって進路を取る音波の絵画表示である。操舵は、仰角または方位角の何れか、もしくはこれらの双方によって行われる。
【図１９】交差点に位置づけられた本発明のレーダ距離センサによってトリガーされる遠隔超音波プロジェクタを絵画的に示している。
【図２０】交差点に進入する可能性がありかつ危険なほど接近している車両の経路内にある交差交通に集中された変調超音波プロジェクタの絵画表示であり、危険車両が本発明による交通管制デバイスに搭載されたレーダ・センサによって検出されている状態を示している。
【図２１】本発明による、係官が多くの車両の中の特定の車両にその声を集中させるために使用している変調超音波メガホンを絵画的に表示している。
【図２２】本発明による集中された変調超音波を使用して窓の後の人々と交信している官吏を絵画的に表示している。
【図２３】超音波の波動内に進入しつつある歩行者または車両がもとのチャネルへと移動して戻る方法に関する指令を受信するように、変調された超音波の波動によってその境界が確立されている移動チャネルを絵画的に示している。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２１】
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【図２３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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