JP2000509493A

JP2000509493A - 個人用物体探知器

Info

Publication number: JP2000509493A
Application number: JP9538274A
Authority: JP
Inventors: ディヴィッドバージェス; リーフェルゼンスタイン; スティーヴンイーソーンダース
Original assignee: インターヴァルリサーチコーポレイション
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 2000-07-25
Also published as: EP0895603A1; AU3115397A; US5724313A; EP0895603A4; WO1997040403A1; KR20000010553A; US6011754A

Abstract

(57)【要約】個人用物体探知器装置は、連続伝送周波数変調(ＣＴＦＭ)測距システム(１２)と、可聴周波出力機器(１４)とから成る。ＣＴＦＭ測距システムは、周波数掃引圧力波を送信し、少なくとも１つの物体(３４)から反射される周波数掃引圧力波を受信し、周波数掃引圧力波と反射周波数掃引圧力波の周波数差に基づき可聴周波信号を形成する。可聴周波出力機器(１４)は、可聴周波信号によって決まる音響圧力波を生成する。好適実施例では、音響圧力波は各被探知物体につき別々の音質(３０、３２)を含み、各音質はＣＴＦＭ測距システム(１２)から対応する物体までの距離によって決まる音高を有する。別の実施例では１対のＣＴＦＭ測距システムを使用して、物体や障害物の立体聴覚マップを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】個人用物体探知器発明の属する技術的分野本発明は一般的には、視覚障害者が使用するための物体探知機器に関し、さらに限定するとソナーを基にした物体探知機器に関する。技術的背景近辺の障害物について視覚障害者に電子工学的に警報を発する物体探知機器はたくさん知られている。(前記物体探知機器は「障害物」探知機器とも称される。) エルシンガーに与えられた米国特許４，２８０，２０４号は、デュアルモードの超音波障害物探知装置を取り付けた、盲人用の携帯用ステッキについて説明している。超音波障害物探知装置は、最大及び最小区域深度を持つ所定の空間域内の物体について、可聴警告を発する。バイバーへ与えられた米国特許４，５５１，８２５号は、物体の方向を識別するという目的にあわせ音波エネルギー伝送周波数を周期的に変えて、伝送パターンのビーム幅を周期的に変更する物体探知システムを開示している。可変及び固定音高の音声信号が生成されるが、可変音高信号の生成と音高は物体の距離に依存し、且つ固定音高信号の生成は物体の存在のみに依存している。トレプトーに対する米国特許４，６８０，７４０号は、低可聴周波数信号により変調される高可聴周波数信号を生成し、それに基づき方向性を示す音響エネルギーのビームを放射する盲人用可聴補助器具について開示している。音響エネルギーは、ユーザー近辺の物体を反映し、ユーザーが物体の存在とその大凡の位置を検知するための、聴覚的に識別できる音波信号を返す。バン他に与えられた米国特許４，７１２，００３号は、赤外線放射を発するためのソースと、物体から反射される赤外線放射を受け取るための光電素子とを有する、歩行用杖の形をした案内機器について開示している。電気回路は、光電素子が受け取った放射の照度若しくはエネルギーに基づいて、物体の距離に関する情報を生成する。すると、電気回路が生成する距離情報によって決まる周波数と振幅を持った振動が作り出され、それをユーザーが感知する。キム他への米国特許４，７６１，７７０号では、物体から反射される超音波エコー信号を受信して反射された信号を時間軸内で延ばし、延ばした信号を可聴周波数信号に変換する盲人用超音波知覚補助器具が述べられている。これら機器類の欠点は、多数の物体或いは障害物を同時に探知して、複数の物体に関する情報をユーザーに送るのには適していないということである。発明の概要本発明の目的は、小型化が可能で且つ低コストで生産が可能な物体探知器を提供することである。本発明の更なる目的は、視覚障害者が置き忘れにくい物体或いは障害物探知器を提供することである。本発明の別の目的は、ユーザーを取りまく環境にあって目立たない障害物探知器を提供することである。本発明のまた別の目的は、いくつかの物体を同時に探知でき、それらの違いをユーザーに区別して認めさせることのできる、物体或いは障害物探知器を提供することである。上記の目的を遂行するに当たり、本発明は、連続伝送周波変調(ＣＴＦＭ)測距システム及び可聴周波出力機器から成る個人用物体探知器を提供する。ＣＴＦＭ測距システムは、周波数掃引圧力波を送信し、物体から反射される周波数掃引圧力波を受信し、そして周波数掃引圧力波と反射された周波数掃引圧力波との間の周波数差に基づき可聴周波信号を形成する。可聴周波出力機器は、可聴周波信号に基づき音響圧力波を生成する。好適な実施例では、音響圧力波は数個の物体のそれぞれに対して１つの音質を含んでおり、各音質はＣＴＦＭ測距システムから相当する物体までの距離に依存する音高を有している。更に上記目的を実行するために、本発明は第１ＣＴＦＭ測距システム、第２ＣＴＦＭ測距システム、そして１対の可聴周波出力機器から成る個人用物体探知器装置を提供する。第１ＣＴＦＭ測距システムは、第１周波数掃引圧力波を送信し、物体から第１反射周波数掃引圧力波を受信し、第１周波数掃引圧力波と第１反射周波数掃引圧力波の間の周波数差によって決まる第１信号を形成する。第２ＣＴＦＭ測距システムは、第２周波数掃引圧力波を送信し、物体からの第２反射周波数掃引圧力波を受信し、第２周波数掃引圧力波と第２反射周波数掃引圧力波の間の周波数差によって決まる第２信号を形成する。１対の可聴周波出力機器は、第１信号と第２信号に基づき立体音響イメージ内に、ある音質を生成し、その音質は物体の横方向位置に従って立体音響イメージ内に位置づけられる。更に、この音質は、物体までの距離によって決まる音高を有している。本発明に関わる前記の及び他の特性、態様、実施例については、以下の説明、付属の請求項目、添付図面により、より理解が深まるであろう。図面の簡単な説明図１は、本発明による個人用物体探知器の実施例のブロック線図である。図２は、個人用物体探知器の実施例で行われるステップの流れ線図である。図３は、本発明の実施例で使用されるＣＴＦＭ測距システムの実施例のブロック線図である。図４は、本発明の実施例で使用されるＦＭスウィープジェネレーターの実施例のブロック線図である。図５は、個人用物体探知器の実施例の状況図である。図６は、個人用物体探知器の別の実施例の状況図である。本発明を実施する最適なモード図１は、本発明による個人用物体或いは障害物探知器１０のある実施例のブロック線図を表している。探知器１０は、付近に存在する１つまたはそれ以上の障害物３４と３６（物体若しくは目標物と称すことも可）の探知に効能のある連続時間周波変調(ＣＴＦＭ)測距システム１２から成っている。ＣＴＦＭ測距システム１２は可聴周波出力機器１４に連結されており、可聴周波出力機器１４は被探知物体を表す音響圧力波３０と３２を生成する。その結果、視覚障害者であるユーザーは、検知器１０が生成する音響圧力波を感知することにより近辺の障害物に関する情報を得る。個人用物体或いは障害物探知器１０の作動ステップの流れ線図を図２に示す。ＣＴＦＭ測距システム１２は、ブロック２０に示すように、戸外で所定の方向に周波数掃引圧力波を送信する段階と、ブロック２２に示すように、対応する各被探知物体からの反射周波数掃引圧力波を受信する段階とを実行する。ブロック２４に示すように、周波数掃引圧力波と反射周波数掃引圧力波を表す電気信号はＣＴＦＭ測距システム１２により処理され、可聴周波信号が生成される。可聴周波信号は各被探知物体に対応する信号成分或いは音質を含んでいる。各信号成分は、周波数掃引圧力波とそれに対応する反射周波数掃引圧力波の周波数差によって決まる周波数即ち音高を有する。更に、各信号成分は、周波数差によって決まる振幅即ち音の大きさを有する。ブロック２６に示すように、音響圧力波を生成する段階を実行するために、可聴周波信号は可聴周波出力機器１４へ流される。音響圧力波は各被探知物体に対応する音質を含んでいる。好適実施例では、各音質の音高は対応する物体までの距離と共に高くなり、各音質の音の大きさは対応する物体が近づくと共に大きくなる。必然的に、複数の被探知物体に対しては複数の音質が生まれる。このことは図１に描いており、物体３４と物体３６のそれぞれに対して音質３０と音質３２が同時に生成される。本発明によるＣＴＦＭ測距システム１２の実施例のブロック線図を、図３に示す。先に説明した通り、ＣＴＦＭ測距システム１２は、周波数掃引圧力波を送信し、そして反射された圧力波と作動中の送信機出力との周波数の差を測定することにより障害物のエコー遅延を計測する。しかしながら、他のタイプの分析方法を用いて、反射圧力波からさらに別の情報を引き出すことも可能である。ＣＴＦＭ測距システム１２は、１つ或いはそれ以上の掃引パラメーターに基づき周波数掃引信号を生成するＦＭスウィープジェネレーター４０を含む。周波数掃引信号は、変換器４４に流すため、ドライブ増幅器４２で増幅される。変換器４４は、周波数掃引信号に従い周波数掃引圧力波を生成する。好適実施例では、変換器４４は、電気信号を超音波圧力波に変換可能な超音波変換器である。受信変換器４６は、各物体或いは障害物（総括的に物体３５と表している）により戻された反射周波数掃引圧力波を受信する。好適実施例では、変換器４６は超音波圧力波を電気信号に変換可能な超音波変換器である。より一般的には、変換器４６は、反射された周波数掃引圧力波をそれを表す電気信号(ここでは「反射信号」と称する)に変換する。反射信号と周波掃引信号とは加算要素５０により組み合わされ、合成信号と成る。合成信号は、合成信号に含まれるうなり包絡線を抽出することにより可聴周波信号を形成する検知器５２へと流される。随意事項として、うなり包絡線を信号プロセッサー５４へ送り、追加的な分析の実行及び／或いは、ここでで説明されたように、反射圧力波からの追加的情報の抽出を行う。処理された可聴周波信号は、可聴周波出力機器１４へ送るために可聴周波増幅器５６へと流される。本発明の好適実施例では、ＦＭスウィープジェネレーター４０は線形に掃引された周波数を持つ正弦波を生成する。送信は変数ｆ₀で表される基本周波数で始まり、変数ｋで表される掃引率で増加する周波数で掃引する。ゆえに、時間ｔ_s における、瞬間の送信周波数ｆは次の方程式で求められる。ｆ＝ｆ₀＋ｋｔ_s （１）受信用変換器４６を送信用変換器４４と共に配列した場合は、距離ｄの静止目標物からの反射信号の遅延は、 △ｔ_d＝２ｄ／ｖ（２）で表され、ｖは伝播速度である。受信される反射信号の瞬間的周波数は、次の方程式で求められる。ｆ_r＝ｆ₀＋ｋ(ｔ_s−△ｔ_r) （３）反射信号が送信信号に加えられると、その結果としての合計信号は２つの正弦波の周波数差に等しいうなり(或いはヘテロダイン)周波数を有する。このうなり周波数は変数ｆ_bで表され、次の方程式で求められる。ｆ_b＝ｆ−ｆ_r＝ｆ₀＋ｋｔ_s−ｆ₀−ｋｔ_s＋ｋ△ｔ_r＝ｋ△ｔ_r （４）うなり周波数ｆ_bは、基本周波数ｆ₀と時間ｔ_sの両者から独立していることが分かる。ゆえに、送信機の掃引率が一定である限り、障害物に関連するうなり周波数は固定される。うなり包絡線信号は検知器５２により抽出されるが、同期復調器或いは単純なダイオードーコンデンサー包絡線検知器のいずれかが、これを行ってもよい。各被探知障害物は、包絡線信号で固定周波数のヘテロダイン音質を作り出す。目標物測距プロファイルは、フィルターバンク或いはフーリエ変換計算で抽出することができる。うなり包絡線信号は、ヘッドフォン或いは１つまたはそれ以上のスピーカーの形態をした可聴周波出力機器１４を使用する人間の聴取者に対し表示される。掃引正弦測距技術の優位特性は、人間の内耳蝸牛殻を、包絡線信号のための分析フィルターバンクとして利用できる点である。掃引率を適正に選択すると、包絡線信号を人間の聴覚システムの使用範囲内に収めることができる。その結果、聴取者は可聴音質のセットとして測距プロファイルを直接理解できるようになる。 Δｔ_rつまり障害物距離の測定の正確さは、このシステムのＳ／Ｎ比と包絡線信号が観測される持続時間によって決まる。測定に十分な時間をかければ任意の測距精度が可能となる。逆に精度への要求度がゆるい場合は、迅速な測定が行える。実際には、測距分解能に最も制限を加えるのは周波数掃引の線形性である。次に、掃引の停止または反復の効果について分析する。比較的ゆっくりしたのこぎり波の線形周波変調に関して、方程式１の関係は依然成り立つが、ｔ_smaxを掃引時間とすると、ｔ_s＝ｔｍｏｄｔ_smaxである。送信されたシヌソイドは周波数ｆ₀で始まり、掃引率ｋでｆ_max＝ｆ＋ｋｔ_smaxまで掃引する。周波数のスパンはΔｆ＝ｋｔ_smaxである。このシステムは又、エコー遅延 Δｔ_rmaxを伴うある最大作動範囲ｄmaxを有する。量（ｔ_s−Δｔ_r）が正の数である間は、方程式３のうなり周波数の関係は成り立つ。しかしながら、先の掃引サイクルからの反射信号が受信されると複雑になってくる。元のうなり周波数ｆ_bからΔｆだけオフセットした偽のうなり周波数ｆ_b'が生まれる。ｆ_b'＝｜ｆ_b−Δｆ｜（５）偽のうなり周波数は、測距プロファイルの偽のイメージに対応し、それはパルスを基にした測距システムのクラッターエコーに類似している。これら偽のイメージは、関係する障害物のイメージを補強する際に、除去又は利用されるため、信号プロセッサー５４により識別可能である。偽のイメージを制御する１つの方法は、２Δｔ_rmax＜ｔ_smaxとなるように最大作動範囲を設定することである。この作動条件だと、範囲内障害物の偽のイメージは周波数がｋΔｔ_rmaxを上回る周波数にのみ出現する。更に、ｋΔｔ_rmax 未満のうなり周波数を持つ遠距離クラッターの偽イメージは、遠距離の故に減衰する。Δｔ_rmax ＜＜ｔ_smaxを確立すると、クラッターイメージは大幅に減衰するので無視できる。偽物問題に対してより厳密な解決法を求める場合には、包絡線信号の時間領域構造を観察することにより偽のイメージを識別できる。偽のイメージが付きまとううなり信号は新しい周波数掃引時間の開始直後に現れるが、作動中の掃引期間に関連し、且つ遅延Δｔ_rと周波数ｆ_b＝ｋΔｔ_rを持つうなり信号は、新しい掃引開始後、Δｔ_r時までは現れない。前記条件を基に、信号プロセッサー５４は偽物のうなり信号を識別し、方程式５の関係を用いてどの障害物がそれを発しているかを判断する。偽の信号が領域内目標物に対応しない場合は、それはクラッターイメージということになる。環境騒音源がＣＴＦＭ測距システムの作動帯域近くで、且つ送信器の掃引率に近似する掃引率で、掃引シヌソイドを作り出すと、この騒音源は測距プロファイルに間違ったイメージを生成することになる。そうでなければ、ＣＴＦＭ測距システム１２の周波数掃引活動は、測距プロファイルの広範なスパン全体に騒音源を「塗りつける」ことになる。ゆえに、お互いに関連しない環境騒音は、単に測距プロファイルのノイズフロアを上げるだけに終わる。次に、特定の環境騒音源の分析について説明する。ある中心周波数と帯域幅でパルスを発振する環境騒音源を考えていただきたい。掃引サインシステムの測距情報は周波数領域内にあるので、各パルスのエネルギーは、測距プロファイル中の広範域に亘って分布される。従って、このタイプの環境騒音に関しては、間違ったイメージは生成されない。次に固定周波数のシヌソイドを放散する環境騒音源について考える。送信された掃引シヌソイドと混ざり合うと、固定音質は包絡線信号に掃引うなり周波数を生み出す。十分長時間にわたり分析を行うと、この掃引うなり周波数のエネルギーは測距プロファイルの広範域に亘って分布されることになる。その結果、このタイプの環境的騒音源に関しては、偽イメージは生成されない。最後に、この測距システムの作動帯域をカバーする広帯域騒音を放散する騒音源を考えてみよう。このような騒音源は、単に測距プロファイルに均等に行き渡るノイズを生成するだけである。その結果、間違ったイメージは生成されない。どんな障害物も完全な反射器とは成り得ず、その代わり特定周波数の波動を選択的に反射或いは吸収する。信号プロセッサー５４が実行する包絡線信号の分析の１部として、各障害物に伴うスペクトルに関する情報を回復することが必要である。このような情報は、ある場合には障害物の識別に有用であることが明らかである。反射スペクトルは、使用される波長に依り、目標物の材質、生地、形についての情報を伝える。障害物はゆっくりとした掃引シヌソイドで照射されるので、その反射信号は、時間領域においては、掃引領域上の障害物の反射スペクトルを直接測定することになる。いったん障害物のうなり周波数が分かると、その障害物の反射スペクトルが、信号プロセッサー５４内の変調及びローパスフィルターを使用して時間領域に抽出される。送信用変換器４４に対して移動している障害物に関しては、反射される信号の周波数にドップラー偏移があり、 △_dｆ−２ｃｏｓθｖ／λ （６）で求められるが、ここでθは測距システムに直角な方向に対する障害物の移動の角度、ｖは障害物の速度、そしてλは信号の波長である。反射される信号の周波数におけるこの偏移は、障害物に関わるうなり周波数に同一の偏移をもたらす。その結果、ＣＴＦＭ測距システム１２から遠ざかる物体は、それらの物体が実際にあるよりもより遠くに離れているように見え、ＣＴＦＭ測距システム１２に近づく物体は、実際よりももっと接近しているように見える。ドップラー偏移に起因する間違った測距作用を最低限に抑えるために、重要な領域の物体については著しく大きいｆ_b＞＞ Δｄ_fになる掃引率ｋを選ぶことができる。時間領域で障害物のうなり信号を隔離するために変調が利用される場合、掃引時間開始に対応する戻り信号の立ち上がり端部では、ドップラー偏移とは無関係なΔｔ_rを測定できる。このΔｔ_rという値を、うなり周波数の測定値と比較すれば、うなり周波数の期待値と実測値の差を用いてドップラー偏移を測定できる。 Δｄ_fｆ＝ｆ_b−ｋΔｔ_r （７）好適実施例では、個人用物体探知機は、視覚障害者が付近の物体を探知するのに使用できるよう設計された、短距離用超音波の戸外ソナーシステムという形態をとる。包絡線信号は可聴周波出力機器１４を経由してユーザーに直接（信号プロセッサー５４の必要無しに）表示されるように、有効目標領域が可聴周波数スパンにマッピングされる。多くの安価な増幅器やイヤフォンの作動レンジと調和するように、可聴出力用に１００Ｈｚ乃至４ｋＨｚのレンジを選ぶ。５メートルの最大作動レンジにはΔｔ_rmax＝３０ｍｓである。最長距離の障害物用に４ｋＨｚのうなり周波数を生成するために、掃引率ｋは１３３ｋＨｚ／秒になるように選択される。本実施例の領域分解能は、掃引期間ではなく、人間の聴覚システムにより決まる。掃引がリセットされる際の、偽物を生み出す作用と、可聴周波出力信号の周期的な妨害とを低減させるためには、掃引期間を可能な限り長くすることが望ましい。しかしながら、コストの面と、大気中の音波の減衰が周波数と共に急激に増加するという理由から、測距システムの帯域幅を１オクターブ以下に制限することも望ましい。このトレードオフに従えば、システムの基本周波数は１００ｋＨｚ近くに、掃引期間は７５０ｍｓ近くに、上限周波数は２００ｋＨｚ程度にそれぞれ選択できる。掃引期間が７５０ｍｓで出力帯域幅が４ｋＨｚになると、２５０メートルを越える領域でのみ偽のイメージがクラッターを生じさせる。この領域でのクラッター反射は、逆２乗ロスにより約６８ｄＢ減衰し、（領域内目標物に比較して）大気中減衰によりゼロまで効果的に減衰するであろう。ユーザーの普通の動きは、１００Ｈｚ乃至３００Ｈｚ程度のドップラー偏移を生じさせる。ソナーの周波数掃引は時間の経過と共に上昇するので、ドップラー偏移はユーザに向けて移動する物体を、実際の距離よりもわずかにより近く見えるようにさせてしまう。ユーザーから遠ざかる物体は、実際の距離よりもすこし離れて見える。しかし、物体探知機としての機器の作動においては、このドップラー偏移の影響は重要ではなく、実のところユーザーにとっては有益となる。上記のように選択されたパラメーターは、近接領域目標物を、ユーザーに聞こえない或いは可聴周波出力機器で再生できない可聴下音のうなり周波数にマッピングさせてしまうであろう。出力音質のユーザー認知作用については他に２つの問題がある。第１に、周波数の距離へのマッピングがほとんどのユーザーにとって直感的とはいえない。第２に、耳の敏感度は周波数により変化するので、物体に関わる音質の知覚される音の大きさは、たとえ音質の振幅が変化しても、距離によって直接的に変化することはない。これらの問題点は、これから述べる信号処理技術の１つまたはそれ以上により、あるいはこれらを組み合わせることにより未然に防ぐことが可能である。 (１)変調を適用して、可聴周波出力のスペクトルをシフトする。こうすると近くの物体に関するユーザーの知覚が向上するが、そうでないとこれは可聴下音の音質で表される。ステレオシステムでは、これで立体イメージを向上させることもできる。 (２)非線形歪みを与え、可聴周波出力に調波を加える。こうすると近くの物体に関するユーザーの知覚が向上するが、そうでないと、これは可聴下音の音質で表される。ステレオシステムでは、これで立体イメージを向上させることもできる。 (３)変調とフィルタリングを用い、可聴周波出力信号の周波数スケールを反転させ、接近した物体が、より低い音質ではなくより高い音質で表されるようにする。ここに述べる好適実施例では、可聴周波出力を４ｋＨｚの発振器で変調し、４ｋＨｚのローパスフィルターを適用することにより、これを実現する。このタイプの処理で、周波数と距離の関係はユーザーにとってより直感的になる。またこのタイプの処理により、近辺の物体が可聴下音の音質で表されるという問題を正すこともできる。 (４)(Ａ加重等化のような)等化を適用し、耳の周波数に依存した敏感性を補正する。可聴周波フィルターを信号プロセッサ−５４内に設けると、出力信号を等化させることができるので、等しい断面を持つ物体はどんな距離にあっても知覚される音の大きさが等しい音質を生成する。 (５)反響を用いると、反響音に向ける割合が各物体の距離と共に減少する。このタイプの処理は、反響が人間の聴覚にとっては重要な距離の合図となることから、物体に関するより自然な距離感覚を作り出す。この処理は、可聴周波信号をローパス或いはハイパスフィルターに通し、次に反響器に通し、それからその結果を元の可聴周波信号に加算することにより、実行することができる。図４に移るが、ここでは本発明による実施例で使用されるＦＭスウィープジェネレーターの実施例のブロック線図を示す。ＦＭスウィープジェネレーターの周波数を制御する掃引パラメーターを、カウンター６０に与える。カウンター６０の出力は、複数の正弦関数値を格納している正弦波参照表６２を駆動する。正弦波参照表６２は読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)で実施するのが一般的である。正弦波参照表６２のサイズが、波長データ分解能を定める一方、カウンター６０の長さは周波数分解能を定める。実行に当たっては、カウンター６０の複数の上位の有効出力ビット(ただし全出力ビットではない)が使用され、正弦波参照表６２にアドレスを提供する。正弦波参照表６２の出力は、シグマ−デルタ変調器６４に流される。シグマ− デルタ変調器６４とカウンター６０の両者は、ソナー出力の所要周波数より大きいビット伝送速度を有するシングルクロック(図示せず)により時間計測される。実際問題として、クロックのビット伝送速度は、ソナー出力周波数の１０倍乃至１００倍程度になる。シグマ−デルタ変調器６４は、高速ビットストリーム出力を生成するが、それはローパスフィルター６に流れ正弦ＦＭ波を得る。ＦＭ掃引出力は、図３のドライブ増幅器４２へと直接流れる。ドライブ増幅器はクラスＤ増幅器若しくはクラスＨ増幅器が望ましい。個人用物体探知機は様々に異なる形態でパッケージ化することができる。図５に示すように、探知機はＣＴＦＭ測距システム（明細に図示せず）と可聴周波出力機器（明細に図示せず）を収納するケース８０を含んでいてもよい。ケース８０はユーザー８２が障害物探知機を手に持って使用できるようになっていることが望ましい。イラストが示すように、ケース８０は小型懐中電灯と似た形にもできる。ユーザー8２が椅子８６のような物体に向けてＣＴＦＭ測距システムの送信用変換器８４を向けると、探知機は１つまたはそれ以上の可聴周波音質８５を生成する。別な方法として、個人用物体或いは障害物探知機は、ＣＴＦＭ測距システムを機械的に収納できるようなっていれば、着用者の頭部、腕、脚、胴などの着用衣料品部材に包み込むことも可能だ。探知機を、例えば、シャツ、上着、帽子、キャップ、バイザー、ヘッドバンド或いは別のヘッドギア、ベスト、ネックレス、ペンダント、腕時計、アームバンド、半ズボン、長ズボン、靴、ブーツ、ベルト等々に、配置したり埋め込んだりしてもよい。これに関して、図６では、ＣＴＦＭ測距システムを機械的に収納できるヘッドバンド９０を示す。障害物探知機であるヘッドバンドの実施例は、図６に示すように、１対のＣＴＦＭ測距システム９２と９４、及び１対の可聴周波出力機器９６と９８を使用する。１対の可聴周波出力機器９６と９８は、イヤフォン若しくはヘッドフォンの形態をとってもよいのだが、ユーザーの前にある障害物の立体聴覚マップを生成する。この１対の可聴周波出力機器９６と９８は、被探知物体の自然な聴覚的位置測定を生成するのが望ましい。ここで、ユーザー８２は、結果として得られる立体イメージの音質の位置により、物体或いは障害物の水平方向位置を判断できる。可聴周波出力機器９６と９８が、ユーザーに、被探知物体から音が発出しているという感覚を与えることがさらに理想的だ。これまで説明した本発明による実施例には多くの利点がある。ＣＴＦＭ測距システムを採用すると、個人用障害物探知機に関するの多くの電子工学を単一のＶＬＳＩチップに詰め込むことが可能だ。その結果、物体探知機は低コストでの生産が可能となり、十分小型であるため、手に持ったり、衣料品部材に取り付けて着用したり、ヘッドバンドに付けたり、或いはシャツのポケットに入れたりと、いずれの方法も可能になる。さらに、個人用障害物探知機を着用できる衣料品部材としてパッケージ化することにより、視覚障害者が探知機を置き忘れる（盲人用の他の補助機器では共通の問題である）傾向が大幅に減る。その上、身に付けることが可能なパッケージ化は、ユーザーの周辺にいる他の人々の注意を探知機に引き付けない点で都合が良い。さらなる優位点は、ＣＴＦＭ測距システムが、多数の物体或いは障害物を同時に探知できるということである。反応すると、個々の物体に対し別々の音質で、複数の音質が生成される。また、各音質は、対応する物体からＣＴＦＭ測距システムまでの距離によって決まる音高と、対応する物体のサイズによって決まる強さとを有している。また、ソナー信号を直接分析するために、ユーザーの人間聴覚系を利用することにより、本発明の多くの実施例は、ユーザーインターフェースを駆動させるための分析／判断システムの使用を必要としない。実際には、本発明の実施例は、０．５乃至１０メートルの距離にある不動物体を探知する。本発明が多くの代替、変更、バリエーションを包含する種々広範な構造に利用できることは、当業者には自明のことである。従って、本発明は、付属の請求項目の精神とその及ぶ広い範囲内にある、そのような代替、変更、バリエーション全てを含むことを意図する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者フェルゼンスタインリーアメリカ合衆国カリフォルニア州 94303 パロアルトグリアロード 2490 (72)発明者ソーンダーススティーヴンイーアメリカ合衆国カリフォルニア州 95014―4644 クーパーティノシャディーグローヴドライヴ 6069

Claims

【特許請求の範囲】１．周波数掃引圧力波を送信し、少なくとも１つの物体の各々から反射される周波数掃引圧力波を受信し、周波数掃引圧力波と各反射周波数掃引圧力波の周波数差に基づき可聴周波信号を形成するＣＴＦＭ測距システムと、前記可聴周波信号によって決まる音響圧力波を生成する可聴周波出力機器とから成ることを特徴とする個人用物体探知器装置。２．前記音響圧力波が少なくとも１つの物体の各々用に１つの音質を持ち、各音質はＣＴＦＭ測距システムから少なくとも１つの物体の内の対応する１つまでの距離によって決まる音高を有することを特徴とする、上記請求項１に記載の個人用物体探知器装置。３．前記各音質が、少なくとも１つの物体の内の対応する１つのサイズによって決まる強さを有することを特徴とする、上記請求項２に記載の個人用物体探知器装置。４．ＣＴＦＭ測距システムを機械的に収納できるようなっている、着用可能な衣料品部材を更に含むことを特徴とする、上記請求項１に記載の個人用物体探知器装置。５．前記着用可能な衣料品部材が、ユーザーの頭部に着用できるタイプであることを特徴とする、上記請求項４に記載の個人用物体探知器装置。６．ＣＴＦＭ測距システムを収納するためのケースを更に含み、前記ケースは探知機を手に持って使用できるようしていることを特徴とする、上記請求項１に記載の個人用物体探知器装置。７．前記ケースが更に可聴周波出力機器を収納していることを特徴とする、上記請求項６に記載の個人用物体探知器装置。８．前記ＣＴＦＭ測距システムが、周波数掃引信号を生成するＦＭスウィープジェネレーターと、周波数掃引信号に基づく周波数掃引圧力波を生成する第１変換器とを包含することを特徴とする、上記請求項１に記載の個人用物体探知器装置。９．前記ＦＭスウィープジェネレーターが、ＦＭスウィープジェネレーターの周波数を制御する掃引パラメーター受信用のカウンターと、複数の正弦関数値が格納されたメモリであって、前記メモリはカウンターと通信を行い、カウンターの出力に基づき複数の正弦関数値の少なくとも１つを検索する、そのようなメモリと、前記メモリから検索された複数の正弦関数値の少なくとも１つを受信し、ビットストリーム出力を生成するためにメモリと通信する変調器と、前記ビットストリーム出力を周波数掃引信号に変換するために変調器と通信するフィルターとから成ることを特徴とする、上記請求項８に記載の個人用物体探知器装置。１０．前記カウンターが第１の複数出力ビットを生成し、前記カウンターの前記第１の複数出力ビットの１部がメモリにアドレスを与えるために使用されることを特徴とする、上記請求項９に記載の個人用物体探知器装置。１１．前記変調器と前記カウンターの両方に共通クロック信号を送るために、変調器及びカウンターと通信するクロックジェネレーターを更に含むことを特徴とする、上記請求項９に記載の個人用物体探知器装置。１２．前記クロックジェネレーターが周波数掃引信号より大きいビット伝送速度を持つクロック信号を生成することを特徴とする、上記請求項１１に記載の個人用物体探知器装置。１３．前記クロック信号が、周波数掃引信号の周波数の約１０倍から１００倍の間のビット伝送速度を有することを特徴とする、上記請求項１２に記載の個人用物体探知器装置。１４．前記ＣＴＦＭ測距システムが、反射される周波数掃引圧力波を受信し、反射される周波数掃引圧力波に基づき反射信号を生成する第２変換器と、反射信号と周波数掃引信号を組み合わせて合成信号を形成する加算器と、合成信号に含まれるうなり包絡波を抽出することにより可聴周波信号を形成する探知機とを含むことを特徴とする、上記請求項８に記載の個人用物体探知器装置。１５．前記第１変換器と前記第２変換器が超音波変換器であることを特徴とする上記請求項１４に記載の個人用物体探知器装置。１６．前記探知機と通信する信号プロセッサをさらに含んでいることを特徴とする、上記請求項１４に記載の個人用物体探知器装置。１７．前記信号プロセッサが前記可聴周波信号を変調させ、可聴周波信号の周波数をシフトして、他の方法では可聴下音音声信号で表される付近の物体に対する知覚度を向上させることを特徴とする、上記請求項１６に記載の個人用物体探知器装置。１８．前記信号プロセッサが、非線形歪みを利用して可聴周波信号に調波を加え付近の物体に対する知覚度を向上させることを特徴とする、上記請求項１６に記載の個人用物体探知器装置。１９．前記信号プロセッサが前記可聴周波信号を変調し、フィルターを通して、可聴周波信号の周波数スケールを反転し、近くの物体が遠くの物体よりも高い周波数の可聴周波信号で表されるようにすることを特徴とする、上記請求項１６に記載の個人用物体探知器装置。２０．前記信号プロセッサが、ユーザーの周波数に依存する知覚性を補正するべく、可聴周波信号を等化させることを特徴とする、上記請求項１６に記載の個人用物体探知器装置。２１．前記信号プロセッサが前記可聴周波信号に反響を与えて、反響音に向ける割合が、物体のユーザーからの距離と共に減少するようにすることを特徴とする、上記請求項１６に記載の個人用物体探知器装置。２２．前記信号プロセッサが、可聴周波信号の周波数範囲の一部だけを有するフィルターを掛けられた可聴周波信号を生成するために探知器と通信する信号フィルターと、フィルターを掛けられ反響を加えられた可聴周波信号を生成するため、フィルターを掛けられた可聴周波信号に反響を加えるために、信号フィルターと通信する反響器と、可聴周波信号をフィルターを掛けられ反響を加えられた可聴周波信号と合成させるために、探知器と通信し、且つ前記反響器と通信する加算器とから成ることを特徴とする、上記請求項１６に記載の個人用物体探知器装置。２３．周波数掃引信号を生成するＦＭスウィープジェネレーターと、周波数掃引信号に従い周波数掃引圧力波を生成する第１変換器と、少なくとも１つの物体の各々から反射される周波数掃引圧力波を受信して、それに基づき反射信号を生成する第２変換器と、反射信号と周波数掃引信号を組み合わせて合成信号を形成する加算器と、合成信号に含まれるうなり包絡線を抽出することにより可聴周波信号を形成する検知器と、ＦＭスウィープジェネレーター、第１変換器、第２変換器、加算器、検知器を収納できるようにされた着用可能な衣料品部材と、可聴周波信号に従い音響圧力波を生成する可聴周波出力機器とから成り、音響圧力波は少なくとも１つの物体のそれぞれに関する各音質を持ち、各音質は第１変換器から対応する少なくとも１つの物体の内の１つまでの距離によって決まる音高を有することを特徴とする個人用物体探知器装置。２４．周波数掃引圧力波を送信する段階と、少なくとも１つの物体の各々から反射される周波数掃引圧力波を受信する段階と、周波数掃引圧力波と反射周波数掃引圧力波の周波数差によって決まる音響圧力波を作り出す段階とから成ることを特徴とする、少なくとも１つの物体を探知する方法。２５．前記音響圧力波は少なくとも１つの物体の各々に対する各音質を持ち、各音質が、対応する少なくとも１つの物体の内の１つまでの距離によって決まる音高を有することを特徴とする、上記請求項２４に記載の方法。２６．前記各音質が、対応する少なくとも１つの物体の内の１つのサイズによって決まる強さを有することを特徴とする、上記請求項２５に記載の方法。２７．前記送信の段階が、周波数掃引信号を生成する段階と、周波数掃引信号に従い周波数掃引圧力波を生成する段階とから成ることを特徴とする、上記請求項２４に記載の方法。２８．前記作り出す段階が、反射される周波数掃引圧力波に基づき反射信号を生成する段階と、反射信号と周波数掃引信号を組み合わせて合成信号を形成する段階と、合成信号に含まれるうなり包絡線を抽出して可聴周波信号を生成する段階と、可聴周波出力機器に可聴周波信号を流し音響圧力波を生成する段階とを含んでいることを特徴とする、上記請求項２７に記載の方法。２９．第１周波数掃引圧力波を送信し、物体からの第１反射周波数掃引圧力波を受信し、第１周波数掃引圧力波と第１反射周波数掃引圧力波の周波数差に基づき第１信号を形成する第１ＣＴＦＭ測距システムと、第２周波数掃引圧力波を送信し、物体からの第２反射周波数掃引圧力波を受信し、第２周波数掃引圧力波と第２反射周波数掃引圧力波の周波数差に基づき第２信号を形成する第２ＣＴＦＭ測距システムと、第１信号と第２信号に基づき立体音響イメージ内に音質を生成する１対の可聴周波出力機器であって、音質は物体の横方向位置に従い立体音響イメージ内に位置するそのような１対の可聴周波出力機器とから成ることを特徴とする個人用物体探知器装置。３０．前記音質が、物体までの距離によって決まる音高を有することを特徴とする、上記請求項２９に記載の個人用物体探知器装置。３１．前記音質が、物体のサイズによって決まる強さを持つことを特徴とする、上記請求項２９に記載の個人用物体探知器装置。３２．ＣＴＦＭ測距システムを機械的に収納できるようにされた着用可能な衣料品部材を更に含むことを特徴とする、上記請求項２９に記載の個人用物体探知器装置。３３．前記着用可能な衣料品部材が着用者の頭部に着用できるタイプであることを特徴とする、上記請求項３２に記載の個人用物体探知器装置。