(57)【要約】【課題】監視範囲を広くでき、より簡単な構成により、物体の接近を音源の位置により人間に報知できる装置を実現すること。【解決手段】監視範囲の異なる複数の位置に配設された複数組の受信アンテナを有する。各組の受信アンテナ毎に設けられ、第１受信アンテナにより受信された第１受信信号と第２アンテナにより受信された第２受信信号との位相差信号を検出する位相差信号検出器と、位相差信号検出器により検出された各位相差信号の振幅に応じた強度の音声信号を生成する音声信号生成器とを有する。各組の受信アンテナ毎の各設置位置と人間の右耳及び左耳間のそれぞれの伝達関数である各右耳頭部伝達関数及び各左耳頭部伝達関数と、音声信号生成器の出力する各音声信号とに基づいて、受信アンテナの各設置位置に、各音声信号の各音源が存在するように人間の右耳及び左耳に感知させる音の信号である疑似音声信号を生成し、人間の右耳及び左耳に対して音声出力する。【選択図】図１
2013242232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間の周囲の監視範囲における物体の接近を、人間に音で報知する監視装置において、
前記監視範囲に電磁波を出力する励振器と、
前記励振器により出力された電磁波を所定間隔で配置された第１受信アンテナと第２受信アンテナとを一組として、それぞれの組のアンテナが、前記監視範囲の異なる複数の位置に配設された複数組の受信アンテナと、
各組の前記受信アンテナ毎に設けられ、前記第１受信アンテナにより受信された第１受信信号と前記第２アンテナにより受信された第２受信信号との位相差信号を検出する位相差信号検出器と、
前記位相差信号検出器により検出された前記各位相差信号の振幅に応じた強度の音声信号を生成する音声信号生成器と、
各組の前記受信アンテナ毎の各設置位置と前記人間の右耳及び左耳間のそれぞれの伝達関数である各右耳頭部伝達関数及び各左耳頭部伝達関数と、前記音声信号生成器の出力する前記各音声信号とに基づいて、前記受信アンテナの前記各設置位置に、前記各音声信号の各音源が存在するように前記人間の右耳及び左耳に感知させる音の信号である疑似音声信号を生成する疑似音声信号生成装置と、
前記疑似音声信号生成装置の出力する信号を音として前記人間の右耳及び左耳に対して出力する音声出力器と、
を有することを特徴とする監視装置。
【請求項２】
前記音声信号生成器は、前記各位相差信号の周波数に応じた周波数で且つ前記各位相差信号の振幅に応じた強度の前記音声信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
【請求項３】
前記疑似音声信号生成装置は、前記各音声信号と前記各右耳頭部伝達関数とに基づいて得られる各信号の合成により右耳に対する右耳疑似音声信号を生成し、前記各音声信号と前記各左耳頭部伝達関数とに基づいて得られる各信号の合成により左耳に対する左耳疑似音声信号とを生成する装置であり、
前記音声出力器は、前記右耳疑似音声信号を入力して、前記人間の右耳に音声を出力し、前記左耳疑似音声信号を入力して、前記人間の左耳に音声を、それぞれ出力する装置である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の監視装置。
【請求項４】
前記音声出力器は、前記人間の周囲の複数の箇所にそれぞれ配置されたスピーカであり、
前記疑似音声信号生成装置は、前記各スピーカと右耳間の各第１伝達関数と、前記各スピーカと左耳間の各第２伝達関数と、前記各右耳頭部伝達関数と、前記各左耳頭部伝達関数とに基づいて求められた前記受信アンテナ毎の前記各設置位置と前記各スピーカ間の各第３伝達関数と、前記各音声信号とに基づいて得られる各信号の合成により前記各スピーカに出力すべき疑似音声信号を生成する装置である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の監視装置。
【請求項５】
前記疑似音声信号生成装置は、前記各音声信号と前記各右耳頭部伝達関数の各インパルス応答との畳み込み積分により得られる各信号の合成により右耳に対する右耳疑似音声信号を生成し、前記各音声信号と前記各左耳頭部伝達関数の各インパルス応答とに基づいて得られる各信号の合成により左耳に対する左耳疑似音声信号とを生成する装置である
ことを特徴とする請求項３に記載の監視装置。
【請求項６】
前記疑似音声信号生成装置は、前記各音声信号と前記各第３伝達関数の各インパルス応答との畳み込み積分により得られる各信号の合成により前記各スピーカに出力すべき疑似音声信号を生成する装置である
ことを特徴とする請求項４に記載の監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の周辺や、車両などの移動体の周辺の監視範囲に人間などの動物、物体などの接近を、人間に音として報知する監視装置に関する。
車両に用いると、走行する車両の周辺に人間、自転車、車両などの監視物体が接近する方向や接近速度を、仮想音源の移動として、運転者に感じさせる装置とすることができる。これにより、車両と監視物体との干渉を未然に防止する安全装置を実現することができる。また、人間に本装置を用いると、一時的に視力障害を起こした人に対して、監視物体の接近を仮想音源の移動として認識することができる視力に対する補助装置として用いることができる。
【０００２】
従来から、車両の４隅に超音波センサを設け、この超音波センサにより車両の４隅周辺を監視する装置が知られている。この装置では、物体に対する車両の接近に関して、接近箇所を画像で示し、接近の程度を周期音で知らせ、干渉直前では音の周期を短くすることで運転者に危険報知が行われている。また、車両の周辺をイメージセンサで検出して、周辺の物体の位置を、車両と共に上面図で表示する装置も知られている。
【０００３】
また、下記特許文献１のように、車両の４隅にレーダによる障害物センサを設けて、これらのセンサの出力から障害物の存在する方位を決定し、車両の内部の複数の箇所に設けられたスピーカから、障害物が存在する方向に音源が存在するように各スピーカから音を出力するようにした警報装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−５８２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
監視装置に超音波センサを用いる場合には、障害物の監視範囲が狭いという問題がある。障害物の存在方向を画像で示す場合には、運転者は、前方や注視すべき方向から視線を画像の方向に変化させる必要があり、煩わしさがあると共に、実際の障害物が存在する方向に視線を向けることが遅れると、障害物との干渉を回避することが困難であるという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１の場合には、障害物の存在方位が、複数のスピーカから出力される音により、障害物の存在方向に仮想音源を設定することで、聴覚により障害物の位置を運転者に報知している。したがって、運転者は、視線を変更しなくとも良いという利点があり、車両の運転の妨げにはならない。
ところが、特許文献１の方法では、複数のセンサによる検出信号から障害物の存在方向を特定するという演算が必要となり、特定された方向に音源を有するように、各スピーカに出力すべき音声信号を生成する必要がある。このため、装置は、複雑になるという問題があった。
本発明は、監視範囲を広くでき、より簡単な構成により、物体の接近を音源の位置により人間に報知できる装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、人間の周囲の監視範囲における物体の接近を、人間に音で報知する監視装置において、監視範囲に電磁波を出力する励振器と、励振器により出力された電磁波を所定間隔で配置された第１受信アンテナと第２受信アンテナとを一組として、それぞれの組のアンテナが、監視範囲の異なる複数の位置に配設された複数組の受信アンテナと、各組の受信アンテナ毎に設けられ、第１受信アンテナにより受信された第１受信信号と第２アンテナにより受信された第２受信信号との位相差信号を検出する位相差信号検出器と、位相差信号検出器により検出された各位相差信号の振幅に応じた強度の音声信号を生成する音声信号生成器と、各組の受信アンテナ毎の各設置位置と人間の右耳及び左耳間のそれぞれの伝達関数である各右耳頭部伝達関数及び各左耳頭部伝達関数と、音声信号生成器の出力する各音声信号とに基づいて、受信アンテナの各設置位置に、各音声信号の各音源が存在するように人間の右耳及び左耳に感知させる音の信号である疑似音声信号を生成する疑似音声信号生成装置と、疑似音声信号生成装置の出力する信号を音として人間の右耳及び左耳に対して出力する音声出力器と、を有することを特徴とする監視装置である。
【０００８】
励振器は、監視範囲において電磁波による電磁場を形成する装置である。監視範囲は、人間にこの装置を設置する場合に、その人間の周囲の空間である。また、この装置を車両に設置する場合には、車両の外部周辺の空間が監視範囲となる。電磁波の周波数は任意であるが、例えば、２．４ＧＨｚが用いられる。電磁波には正弦波、余弦波が用いられる。
【０００９】
車両に用いる場合には、励振器の本体は車両の内部に設け、車両のボディに送信電極を取り付けてボディを励振するか、送信アンテナを車両の外部の任意の箇所に任意個数設けて、車両の４辺に沿った監視範囲に電磁波を放射するようにしても良い。
【００１０】
受信アンテナは、所定間隔、例えば、５ｃｍ程度離れた第１受信アンテナと第２受信アンテナとを一組とするアンテナである。組数は、複数であれば任意である。開けた面上の方位を特定するには、最低限２組の受信アンテナがあれば良い。車両の周辺を監視する場合には、車両の４隅に各組の受信アンテナを設けたり、車両の４辺の各辺の各中心に設けても良い。位相差検出器は、第１受信信号と第２受信信号との位相差を検出する装置であり、両信号をミキシングすることで、位相差信号が得られる。監視範囲に、人、自転車、車、その他の物体（以下、「監視物体」という）が接近すると、監視範囲における電磁波環境が乱れる。すなわち、電磁波のマルチパス環境が生成される。この結果、第１受信アンテナで受信された第１受信信号と第２受信アンテナで受信された第２受信信号とは位相が時間的に変化することになる。これにより、位相差信号は、周波数が時間的に変化する低周波信号となる。また、位相差信号の振幅は、監視物体が第１受信アンテナ及び第２受信アンテナに接近する程、大きくなり、位相差信号の周波数は、監視物体の接近速度に比例して、大きくなる。本願発明は、この現象を用いている。
【００１１】
音声信号生成器は、仮想音源を生成する装置である。所定周波数帯の成分や白色ノイズ成分を有する音声信号を用いることができる。音源の出力を可変利得増幅器で増幅することで、音声信号生成器とすることができる。
各左耳頭部伝達関数、各右耳頭部伝達関数は、予め各組の受信アンテナの設置位置に対して測定しておく。車両の４隅に各組の受信アンテナを設ける場合には、４個の左耳頭部伝達関数と４個の右耳頭部伝達関数が存在する。
【００１２】
疑似音声信号生成装置は、監視物体の移動に伴い、仮想音源の位置を移動させて、リアルタイムで、監視物体の存在方向に、仮想音源を生成する装置である。人間の聴覚により認識される仮想音源は、ヘッドフォン、イヤフォン、耳殻を直接励振する骨伝導装置に出力する疑似音声信号を生成したり、スピーカに出力する疑似音声信号を生成することにより、生成される。
【００１３】
音声出力器には、人間の右耳と左耳とに直接、疑似音声信号による音声を与えるヘッドフォン、イヤフォン、耳殻を直接励振する骨伝導装置を用いることができ、また、人間の周囲の複数の位置に配置されたスピーカを用いることができる。
【００１４】
本発明において、音声信号生成器は、各位相差信号の周波数に応じた周波数で且つ各位相差信号の振幅に応じた強度の音声信号を生成することが望ましい。これにより、監視物体の接近速度を音の高低、例えば、接近速度が大きい程、高音とすることで、接近速度を人間に感知させることができる。
【００１５】
本発明において、疑似音声信号生成装置は、各音声信号と各右耳頭部伝達関数とに基づいて得られる各信号の合成により右耳に対する右耳疑似音声信号を生成し、各音声信号と各左耳頭部伝達関数とに基づいて得られる各信号の合成により左耳に対する左耳疑似音声信号とを生成する装置であり、音声出力器は、右耳疑似音声信号を入力して、人間の右耳に音声を出力し、左耳疑似音声信号を入力して、人間の左耳に音声を、それぞれ出力する装置とすることができる。
右耳疑似音声信号と左耳疑似音声信号とにより、人間は、監視物体の位置に、仮想音源が存在するように感じることができる。
【００１６】
右耳疑似音声信号を生成する方法は、リアルタイムで、各音声信号のフーリエ変換と各右耳頭部伝達関数との各積の合成の逆フーリエ変換により求めることができる。同様に、左耳疑似音声信号を生成する方法は、リアルタイムで、各音声信号のフーリエ変換と各左耳頭部伝達関数との各積の合成を演算し、その合成を逆フーリエ変換することにより求めることができる。
【００１７】
また、疑似音声信号生成装置は、各音声信号と各右耳頭部伝達関数の各インパルス応答との畳み込み積分により得られる各信号の合成により右耳に対する右耳疑似音声信号を生成し、各音声信号と各左耳頭部伝達関数の各インパルス応答とに基づいて得られる各信号の合成により左耳に対する左耳疑似音声信号とを生成する装置としても良い。
この方法は、フーリエ変換、逆フーリエ変換を用いずに、時間軸上で、疑似音声信号を得る方法である。装置としては、各インパルス応答を記憶装置に記憶しておいて、この特性をタップ係数として、トランスバーサルフィルタを構成することで、リアルタイムの畳み込み積分を実行することができる。
【００１８】
また、音声出力器は、人間の周囲の複数の箇所にそれぞれ配置されたスピーカであり、疑似音声信号生成装置は、各スピーカと右耳間の各第１伝達関数と、各スピーカと左耳間の各第２伝達関数と、各右耳頭部伝達関数と、各左耳頭部伝達関数とに基づいて求められた受信アンテナ毎の各設置位置と各スピーカ間の各第３伝達関数と、各音声信号とに基づいて得られる各信号の合成により各スピーカに出力すべき疑似音声信号を生成する装置とすることができる。
この装置では、人間の周囲に配置された複数のスピーカの音声出力により、人間の聴覚において、監視物体の存在位置に、疑似音源を生成する装置である。各第３伝達関数は、各疑似音声信号に基づいて各スピーカから出力される音声が、右耳に到達した時の音声及び左耳に到達した時の音声が、各音声信号を各右耳頭部伝達関数及び各左耳頭部伝達関数で伝達合成した音声と等価になるように定義される伝達関数である。
【００１９】
各スピーカに出力する各疑似音声信号を生成する方法は、一つのスピーカに対して、リアルタイムで、各音声信号のフーリエ変換とそのスピーカに対する各第３伝達関数の各積の合成を演算し、その合成を逆フーリエ変換することにより求めることができる。
また、スピーカを用いる場合には、疑似音声信号生成装置は、各音声信号と各第３伝達関数の各インパルス応答との畳み込み積分により得られる各信号の合成により各スピーカに出力すべき疑似音声信号を生成する装置とすることができる。この場合においては、各第３伝達関数の各インパルス応答が記憶装置に記憶される。そして、インパルス応答の特性をタップ係数として、トランスバーサルフィルタを構成することで、リアルタイムの畳み込み積分を実行することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、監視物体の存在位置を、人間の聴覚により検知される疑似音源の位置として検知可能となる。監視物体の移動は、聴覚の次元における疑似音源の移動として検知できる。また、本装置を有する人間や車両に対して、監視物体がより接近すると疑似音源の音が強くなり、接近の距離の程度を検知することができる。また、監視物体の接近の速度は、疑似音源からの音の高低により検知することができる。例えば、接近速度が速くなると、音程は高くなる。また、本発明では、各右耳頭部伝達関数やその各インパルス応答、各左耳頭部伝達関数やその各インパルス応答を記憶しておくだけで、リアルタイムで、疑似音声信号を得ることができ、装置の構成が極めて簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１の監視装置の構成図。
【図２】励振器の構成図。
【図３】車両の周辺の監視範囲と受信アンテナ組、送信アンテナの設置位置との関係を示した説明図。
【図４】実施例１の位相差検出器の構成図。
【図５】実験例１の音声信号生成器及び疑似音声信号生成装置の構成図。
【図６】実施例１の音声信号生成器の詳細を示した構成図。
【図７】実施例１の畳み込み積分器の構成図。
【図８】実施例３の監視装置の構成図。
【図９】実施例１の監視装置で検出された各位相差信号の波形図。
【図１０】車両の周辺を人が歩行した場合に実施例１の監視装置で検出された一位相差信号の拡大波形図。
【図１１】車両の周辺を人が小走りした場合に実施例１の監視装置で検出された一位相差信号の拡大波形図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を、具体的な実施例に基づいて説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２３】
本実施例は、車両の長方形４辺に沿った一定幅を監視範囲として、車両の運転者に対して監視物体の移動に伴い仮想音源を移動させることで、運転者の聴覚空間において、監視物体の存在を報知させるようにした装置である。
図１は、実施例１の監視装置の構成について示した図である。実施例１の監視装置は、励振器１と、４組の受信アンテナ組２０と、位相差検出器２と、音声信号生成器３と、疑似音声信号生成装置４と、音声出力装置５とを備えている。
【００２４】
図２は、励振器１の構成を示した図である。励振器１は、発振器１０と、帯域通過フィルタ１１を介して発振器１０に接続する送信アンテナ群１３と、によって構成されている。帯域通過フィルタ１１は、発振器１０の発振する電気信号の周波数帯のみを透過させるものである。この帯域通過フィルタ１１は必ずしも必要なものではないが、ノイズ等を除去して実施例１の監視装置の感度を向上させるためにはこのフィルタを設けることが望ましい。帯域通過フィルタ１１からの電気信号は、送信アンテナ群１３より電磁波として空間に放射される。
【００２５】
図３に示すように車両３００の長方形の外周の角をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとする。各角Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれに第１受信アンテナ組ＡＴ1 、第２受信アンテナ組ＡＴ2 、第３受信アンテナ組ＡＴ3 、第４受信アンテナ組ＡＴ4 が設けられている。これらの受信アンテナ組は、車両３００の側面に垂直な方向に相互に５ｃｍだけ離間して設けられた第１受信アンテナと第２受信アンテナとを一組として構成されている。
【００２６】
また、送信アンテナ群１３は、各角Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに、それぞれ、設けられた４本の送信アンテナ１３１、１３２、１３３、１３４で構成されている。全送信アンテナは同一の発振器１０により励振される。この送信アンテナ群１３は、監視領域に電磁波による電磁場が形成されれば良く、本数や設置位置は任意である。
【００２７】
図４は、一つの受信アンテナ組に対する位相差検出器２の構成について示した図である。位相差検出器２は、第１受信アンテナ組２０１の第１受信アンテナ２０１Ａにより受信された第１受信信号Ｓ１と、第２受信アンテナ２０１Ｂにより受信された第２受信信号Ｓ２との位相差を検出する回路である。第１、第２受信アンテナ２０１Ａ、２０１Ｂは、それぞれ帯域通過フィルタ２１Ａ、Ｂ、増幅器２２Ａ、Ｂを介して乗算器（ミキサー）２３Ａ、Ｂの入力側に接続されている。帯域通過フィルタ２１Ａ、Ｂは、送信器１０の発振周波数帯のみを透過するものであり、増幅器２２Ａ、Ｂは、それぞれ帯域通過フィルタ２１Ａ、Ｂからの電気信号を増幅するものである。
【００２８】
また、乗算器２３Ａ、Ｂのもう一方の入力側にはＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ｌｏｏｐ）回路２４が共通して接続されている。ＰＬＬ回路２４は、周波数が発振器１０の発振周波数に近い信号を生成するものである。この乗算器２３Ａ、Ｂにおいて、第１受信アンテナ２０１Ａの出力する第１受信信号Ｓ１と、第２受信アンテナ２０１Ｂの出力する第２受信信号Ｓ２に、それぞれ、ＰＬＬ回路２４からの信号を乗ずることで、第１受信信号Ｓ１と、第２受信信号Ｓ２との位相を比較しやすい中間周波数の電気信号へとダウンコンバートしている。乗算器２３Ａ、Ｂの出力側は、それぞれ帯域通過フィルタ２５Ａ、Ｂ、ＰＬＬ回路２６Ａ、Ｂ、増幅器２７Ａ、Ｂを介して、乗算器（ミキサー）２８の２つの入力側に接続されている。帯域通過フィルタ２５Ａ、Ｂは中間周波数帯の信号のみを透過させるものであり、また、ＰＬＬ回路２６Ａ、Ｂは、帯域通過フィルタ２５Ａ、Ｂからの電気信号の周波数をＮ倍（Ｎは１より大きい実数）して出力する。増幅器２７Ａ、ＢはＰＬＬ回路２６Ａ、Ｂからの電気信号を増幅させるものである。また、乗算器２８は、増幅器２７Ａ、Ｂからの電気信号を乗じて出力する。この乗算器２８から出力される電気信号は、第１受信信号Ｓ１と、第２受信信号Ｓ２との位相差のＮ倍を反映した低周波信号である。そして、乗算器２８の出力側は、ローパスフィルタ２９に接続されている。ローパスフィルタ２９の出力が、位相差信号αn である。位相差信号αn は、音声信号生成器３と、疑似音声信号生成装置４とに入力している。
【００２９】
ＰＬＬ回路２６Ａ、２６Ｂは、第１受信アンテナ２０１Ａ、第２受信アンテナ２０１Ｂの間隔が発振器１０の発振波長をλとしてλ／２以下である場合に、第１受信信号Ｓ１、第２受信信号Ｓ２の位相差が非常に小さくなる場合があるため、位相差を拡大し、Ｓ／Ｎ比を大きくするために設けられている。
【００３０】
図５は、音声信号生成器３と疑似音声信号生成装置４とを含む装置の構成を示している。音声信号生成器３と疑似音声信号生成装置４は、右耳系統と左耳系統とにおいて共通である。音声信号生成器３は、白色雑音源３０、周波数帯選択器３１と、可変利得増幅器３２とを有している。周波数帯選択器３１は後述するように、第ｎ受信アンテナ組ＡＴn から得られる位相差信号αn の周波数により白色雑音源３０の信号帯域を制御する装置である。監視物体の接近速度が速い程、周波数帯域が高くなり、監視物体が第ｎ受信アンテナ組ＡＴn に接近する程、振幅が大きくなる音声信号βn が、畳み込み積分器４１に入力している。畳み込み積分器４１は、右耳頭部伝達関数によりタップ係数が設定された右耳トランスバーサルフィルタと左耳頭部伝達関数によりタップ係数が設定された左耳トランスバーサルフィルタで構成されている。
【００３１】
なお、図５の装置自体は、ディジタル処理による回路である。白色雑音源３０の出力は、白色雑音をサンプリングしたディジタル値である。このディジタル値は、サンプリングでなくとも、ディジタル信号処理により乱数を発生させるものでも良い。期周波数帯選択装置３１、可変利得増幅器３２、畳み込み積分器４１もディジタル演算を行う装置である。畳み込み積分器４１は、第ｎ受信アンテナ組ＡＴn に対応する音声信号βn と右耳頭部伝達関数ＺRnのインパルス応答ＰRnとの畳み込み積分を行う装置である。畳み込み積分器４１の出力する信号は、第ｎ受信アンテナ組ＡＴn から得られた位相差信号αn で変調された疑似音声信号ＡRnとなる。第ｎ受信アンテナ組ＡＴn に対応する疑似音声信号ＡRnが、合成器４２で合成されて右耳疑似音声信号Ｒとなり、その信号は、Ｄ／Ａ変換器４３でアナログ信号に変換されて、ヘッドフォン５１の右側レシーバに出力される。同様に、左耳系統においても、畳み込み積分器４１と、合成器４２が構成されている。左耳系統では、畳み込み積分器４１は、第ｎ受信アンテナ組ＡＴn に対応する音声信号βn と左耳頭部伝達関数ＺLnのインパルス応答ＰLnとの畳み込み積分を行う装置である。左耳系統では、第ｎ受信アンテナ組ＡＴn に対応する畳み込み積分器４１の出力が疑似音声信号ＡLnとなり、疑似音声信号ＡLnが合成器４２で合成されて左耳疑似音声信号Ｌとなり、アナログ信号に変換され、ヘッドフォン５１の左側レシーバに出力される。
【００３２】
次に、実施例１の監視装置の動作について説明する。
まず、励振器１の発振器１０によって電気信号を生成し、帯域通過フィルタ１１を通すことでノイズ成分等を除去したのち、複数のアンテナ１３１〜１３４より電磁波を放射させて、監視領域に電磁波により電磁場が形成される。
【００３３】
監視範囲における電磁波は、各受信アンテナ組における第１、第２受信アンテナ２０１Ａ、２０１Ｂによって受信される。第１、第２受信アンテナ２０１Ａ、２０１Ｂは離間しているため、励振器１の送信アンテナ群１３と、第１、第２受信アンテナ２０１Ａ、２０１Ｂとの相対的な距離に応じて、第１、第２受信アンテナ２０１Ａ、２０１Ｂが、それぞれ受信する第１受信信号Ｓ１、第２受信信号Ｓ２の位相は異なる。以下、説明の簡略化のため、第１受信アンテナ２０１Ａで受信する第１受信信号Ｓ１をｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）、第２受信アンテナ２０１Ｂで受信する第２受信信号Ｓ２をｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）として考察する。ωは２πｆであり、ｆは発振器１０の発振周波数である。
【００３４】
第１受信信号Ｓ１であるｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）は、帯域通過フィルタ２１Ａによって発振器１０の周波数帯域のみが透過され、増幅器２２Ａによって信号が増幅される。また、第２受信信号Ｓ２であるｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）は、帯域通過フィルタ２１Ｂによって発振器１０の周波数帯域のみが透過され、増幅器２２Ｂによって信号が増幅される。
【００３５】
増幅器２２Ａ、Ｂからの電気信号は、乗算器２３Ａ、Ｂにおいて、それぞれＰＬＬ回路２４からの電気信号と乗算される。ＰＬＬ回路２４からの電気信号をｓｉｎ（ωLOｔ＋θLO）とすれば、乗算器２３Ａからの出力は、ｓｉｎ（Δωｔ＋θＡ−θLO）の成分と、周波数がω＋ωLOの成分である。ここで、Δω＝ω−ωLOと置いた。この周波数がω＋ωLOの成分については帯域通過フィルタ２５Ａによってカットされる。同様に、乗算器２３Ｂからの出力は、ｓｉｎ（Δωｔ＋θＢ−θLO）の成分と、周波数がω＋ωLOの成分であり、周波数がω＋ωLOの成分は帯域通過フィルタ２５Ｂによってカットされる。
【００３６】
帯域通過フィルタ２５Ａからの電気信号は、ＰＬＬ回路２６Ａによって周波数、位相がＮ倍され、電気信号ｓｉｎ（Ｎ×（Δωｔ＋θＡ−θLO））が出力される。同様に帯域通過フィルタ２５Ｂからの電気信号は、ＰＬＬ回路２６Ｂによって周波数、位相がＮ倍され、電気信号ｓｉｎ（Ｎ×（Δωｔ＋θＢ−θLO））が出力される。
【００３７】
ＰＬＬ回路２６Ａ、２６Ｂからの電気信号は、増幅器２７Ａ、Ｂによってそれぞれ増幅されたのち、乗算器２８によって乗算される。乗算器２８からの出力は、ｃｏｓ（Ｎψ）の成分と、周波数が２ＮΔωの成分である。ここで、ψ＝θＡ−θＢとおいた。ψはアンテナ２０Ａで受信した電気信号Ｓ１とアンテナ２０Ｂで受信した電気信号Ｓ２との位相差である。このうち、周波数が２ＮΔωの成分は低域通過フィルタ２９によりカットされるため、ｃｏｓ（Ｎψ）の成分のみが位相差信号αn として、音声信号生成器３へと送出される。
【００３８】
音声信号生成器３は、ｃｏｓ（Ｎψ）からＮψを算出し、Ｎψの時間変化Ｎ＊ｄψ／ｄｔ、すなわち周波数を算出する。そして、その周波数は、周波数帯選択器３１に入力して、白色雑音の周波数帯が選択される。また、ｃｏｓ（Ｎψ）の振幅は、可変利得増幅器３２の利得を可変する。ここで、Ｎψの時間変化は、励振器１と第ｎ受信アンテナ組ＡＴn との間に形成されるマルチパス環境の変化に対応して生ずるものである。マルチパス環境の変化は、励振器１と第ｎ受信アンテナ組ＡＴn との間の領域での監視物体の接近、離脱などによって生ずる。したがって、実施例１の監視装置によれば、励振器１と第ｎ受信アンテナ組ＡＴn 間の監視範囲の環境変化を人間に聴覚により感知させることができる。
【００３９】
次に、音声信号生成器３における位相差信号αn から音声信号βn を生成する部分について説明する。図６において、位相差信号αn は、Ａ／Ｄ変換器７０に入力して、ディジタル値に変換されて帯域通過フィルタ７１に入力する。帯域通過フィルタ７１により、位相差信号αn のうちの意味のある信号帯域だけが抽出される。帯域通過フィルタ７１の出力から、位相差信号αn の周波数が演算される。帯域通過フィルタ７１の出力は飽和増幅器７２に入力、その出力はパルスエッジ検出器７３に入力し、その出力は単パルス発生器７４に入力し、その出力はパルス平坦化器７５に入力する。すなわち、位相差信号αn は、飽和増幅器７２により増幅されて、位相差信号の周波数と同一周波数の方形波に整形される。
【００４０】
次に、その方形波の立ち上がりが、パルスエッジ検出器７３で検出される。次に、方形波の立ち上がりに同期して、単パルス発生器７４において、一定パルス幅のパルス信号が出力される。このパルス信号は、周波数（周期）が、位相差信号αn の周波数（周期）と同一であって、パルス幅が一定の信号となる。したがって、このパルス信号は、位相差信号αn の周波数でＰＤＭ変調した信号となる。このパルス信号のパルス密度が大きい程、位相差信号αn の周波数が高いことを示している。このパルス信号は、パルス平坦化器７５に入力されて、デューティ比に比例した直流値（周波数信号）が出力される。この周波数信号は、ＬＣＦ調整部７６とＨＣＦ調整部７７に入力する。ＬＣＦ調整部７６は、周波数信号から、通過帯域の低域カットオフ周波数を決定し、ＨＣＦ調整部７７は、通過帯域の高域カットオフ周波数を決定する。すなわち、位相差信号αn の周波数が低い場合には、低域カットオフ周波数と高域カットオフ周波数を低くして、低周波数帯域の信号が周波数帯域選択器３１においてより通過するように設定される。位相差信号αn の周波数が高い場合には、低域カットオフ周波数と高域カットオフ周波数を高くして、高周波数帯域の信号が周波数帯域選択器３１においてより通過するように設定される。これにより、白色雑音源３０から、位相差信号αn の周波数に比例した音程の音声信号βn が得られる。
【００４１】
一方、帯域通過フィルタ７１の出力は、絶対値計算部７８に入力し、その出力は低域通過フィルタ７９に入力する。絶対値計算部７８は、位相差信号αn のピーク値が検出されて、ピーク値により形成される波形の包絡線が低域通過フィルタ７９により検出される。すなわち、低域通過フィルタ７９からは位相差信号αn の包絡線信号が出力される。この信号は調整部８０に入力して、調整部８０により、可変利得増幅器３２の利得が決定される。したがって、可変利得増幅器３２の出力信号は、位相差信号αn の周波数に応じた音程で、位相差信号αn の振幅に応じた強度の音声信号βn となる。
【００４２】
図７は、図５における畳み込み積分器４１と合成器４２を、右耳系統と左耳系統が分かるように表示している。
【００４３】
第ｎ受信アンテナ組と右耳間の伝達関数である右耳頭部伝達関数をＺRn、第ｎ受信アンテナ組と左耳間の伝達関数である左耳頭部伝達関数をＺLnとする。既に、定義したように、第ｎ受信アンテナ組から得られる位相差信号αn 、位相差信号αn に基づいて生成された音声信号をβn 、音声信号βn に頭部伝達関数ＺRn、ＺLnを作用させて得られる疑似音声信号をＡRn、ＡLnとする。次式が成立する。
【００４４】
【数１】
2013242232.tif 000003
【数２】
2013242232.tif 000004
ただし、Ｆ［  ］はフーリエ変換を表す。
また、疑似音声信号ＡRnを、全位相差信号に対して合成して得られる右耳疑似音声信号Ｒ、疑似音声信号ＡLnを、全位相差信号に対して合成して得られる左耳疑似音声信号Ｌは、次式で表現れる。
【００４５】
【数３】
2013242232.tif 000005
【数４】
2013242232.tif 000006
である。
【００４６】
また、右耳頭部伝達関数ＺRnのインパルス応答をＰRn、左耳頭部伝達関数ＺLnのインパルス応答をＰLnとすると、次式が成立する。
【数５】
2013242232.tif 000007
【数６】
2013242232.tif 000008
ただし、∫（  ）dtは、畳み込み積分を意味する。
【数７】
2013242232.tif 000009
【数８】
2013242232.tif 000010
となる。
【００４７】
このようにして、右耳疑似音声信号Ｒと、左耳疑似音声信号Ｌを得て、それぞれをヘッドフォン５１の右側レシーバ、左側レシーバから、それらの信号による音声を人間の右耳、左耳に出力すれば、人間は聴覚空間において、監視物体の存在位置に、仮想音源が存在するかのように感じる。第ｎ受信アンテナ組により検出された位相差信号αn は、その位置から観測した監視物体の位置情報を含んでいることになる。したがって、位相差信号αn で白色雑音を変調して得られた音声信号βn を、第ｎ受信アンテナ組の設置位置と右耳、左耳間の右耳頭部伝達関数、左耳頭部伝達関数で、それぞれ伝達して全受信アンテナ組について、それぞれ合成すれば、検出された監視物体の位置に仮想音源を得ることかできる。監視物体と車両との距離は、音の強さ、接近速度は、音程、方向は、聞こえる方向により特定することができる。これにより、運転者は、運転しながら、車両の周囲の障害物を聴覚空間上で認識することができる。
【００４８】
なお、人が感じる音については２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚが可聴範囲である。また、音の時間分解能は、最短で１ｍｓと言われており、音の聞き分けには１ｋＨｚ以下の変調とする必要がある。Ｎψの時間変化である周波数が１〜１０００Ｈｚの範囲となるように、励振器１の発振器１０の発振周波数およびＰＬＬ回路２６Ａ、ＢのＮの値を設定することが望ましい。
【実施例２】
【００４９】
上記実施例は、疑似音声信号を求めるのに畳み込み積分を用いる方法であるが、音声信号を周波数空間で頭部まで伝達して、逆フーリエ変化により疑似音声信号を求めても良い。すなわち、音声信号βn をフーリエ変換して、Ｆ［βn ］を求める。次に、（１）、（２）式により、右耳頭部伝達関数ＺRn、左耳頭部伝達関数ＺLnと、Ｆ［βn ］とのそれぞさの積を求める。次に、（３）、（４）式により、全受信アンテナ組に対して、積ＺRnＦ［βn ］の総和、積ＺLnＦ［βn ］の総和を求め、それぞれの総和の逆フーリエ変換により、右耳疑似音声信号Ｒと、左耳疑似音声信号Ｌを求めても良い。この演算をリアルタイムで実行するようにしても良い。また、フーリエ変換の区間は適当な時間長さの窓関数により設定すれば良い。
【実施例３】
【００５０】
本実施例は、ヘッドフォンの代わりに複数のスピーカを用いる例である。スピーカを２個用いる例について説明する。
各スピーカと、人間の右耳、左耳間の伝達行列は２×２の行列となる。伝達行列の各成分が、各スピーカと右耳、左耳間の各伝達関数である。すなわち、この伝達行列の第１行成分が各第１伝達関数であり、第２行成分が各第２伝達関数である。この伝達行列をＢとする。２個のスピーカに入力すべき疑似音声信号を２×１の列ベクトルＤで表記する。右耳、左耳に入力される音声は２×１の列ベクトルＣで表記する。次式が成立する。
【００５１】
【数９】
2013242232.tif 000011
また、上記の第ｎ受信アンテナ組ＡＴn と右耳、左耳間の頭部伝達関数ＺRn、ＺLnを成分とする２×４の行列を伝達行列Ｚとする。音声信号βn を成分とする４×１の列ベクトルをβとする。ただし、受信アンテナ組の数を４としている。すなわち、ｎ＝１，２，３，４である。
疑似音声信号（Ｒ，Ｌ）は、次式で表される。
【数１０】
2013242232.tif 000012
この式が、（９）のＦ［Ｃ］に等しくなるように、各スピーカに入力される疑似音声信号Ｄを生成すれば良い。
すなわち、次式が成立する。
【数１１】
2013242232.tif 000013
よって、
【数１２】
2013242232.tif 000014
すなわち、頭部伝達行列Ｚと、各スピーカと右耳、左耳間の伝達行列Ｂとを用いて、各受信アンテナ組と各スピーカ間の伝達行列Ｂ-1Ｚを得ることができる。２×４の伝達行列Ｂ-1Ｚの各成分が各受信アンテナ組と各スピーカ間の伝達関数であり、第３伝達関数である。Ｂ-1Ｚのインパルス応答Ｆ-1［Ｂ-1Ｚ］と、音声信号βとの畳み込み積分をすれば、各スピーカに入力すべき疑似音声信号Ｄを得ることができる。この疑似音声信号Ｄにより音を各スピーカから出力すれば、人間は、実施例１と同様に仮想音源を監視物体の位置に認識することができる。
【００５２】
なお、スピーカを４個用いる場合には、スピーカと右耳、左耳間の伝達行列Ｂは、２×４の行列となり、Ｂ-1が定義されないが、２×２の２つの小行列を対角に配置し、他の成分を０とした拡張した４×４の行列で行列Ｂを定義することで、Ｂ-1を得ることができる。
図８は、スピーカ５２を４個用いた例を示している。畳み込み積分器４６は、（β1,β2,β3,β4 ）に対して、インパルス応答Ｆ-1［Ｂ-1Ｚ］との畳み込み積分の行列を求める積分器である。Ｄ／Ａ変換器４３は、疑似音声信号Ｄ（４成分）をディタル値からアナログ値に変換して各スピーカ５２に出力する。
【実施例４】
【００５３】
上記実施例３は、疑似音声信号を求めるのに畳み込み積分を用いる方法であるが、音声信号を周波数空間でスピーカまで伝達して、逆フーリエ変化により各スピーカに入力する疑似音声信号を求めても良い。すなわち、音声信号βをフーリエ変換して、Ｆ［β］を求める。次に、（１２）式により、伝達行列Ｂ-1Ｚと、Ｆ［β］との積により、スピーカに入力する疑似音声信号のフーリエ変換の行列Ｆ［Ｄ］を求める。Ｆ［Ｄ］の逆フーリエ変換により、各スピーカに入力すべき疑似音声信号の行列Ｄを得ることができる。
【００５４】
［実験例］
実施例１の装置において、車両の周囲を人が歩行した場合に、各受信アンテナ組で検出される位相差信号αn の波形を図９に示す。順次、各受信アンテナ組に接近したところで、位相差信号αn の振幅は大きくなっていることが分かる。
図１０は、一つの位相差信号αn を拡大した波形である。周波数は約７Ｈｚであった。また、車両の周囲の監視範囲を人が小走りで歩行した場合の一つの位相差信号αn の拡大波形を図１１に示す。周波数はおよそ１７〜２０Ｈｚであった。監視物体の移動速度が速くなると、位相差信号αn の周波数も向上することが理解される。
【００５５】
本装置の車両以外での利用例を次に示す。
［利用例１］
励振器１および受信アンテナ組を、人体に取り付ける。たとえば指、手、腕、足などに取り付ける。このようにすれば、人体に監視物体の接近方向や接近状況を聴覚により検知することができる。
【００５６】
［利用例２］
励振器１を第１の人体に取り付け、受信アンテナ組以下の装置を第３者である第２の人体に取り付ける。このようにすれば、第２の人体は、第１の人体のどの箇所が動いたのかを聴覚により感知することができる。
【００５７】
［利用例３］
励振器１を移動体などに取り付ける。受信アンテナ組以下の装置を人に取り付ける。このようにすれば、人は、移動体が接近する状況を聴覚により感知することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、例えば、車両の周辺における障害物を聴覚で監視する装置に応用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１：励振器
２：位相差検出器
２０：受信アンテナ組
３：音声信号生成器
４：疑似信号生成装置
５：音声出力装置
１０：発振器
【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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