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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023120699
(43)【公開日】2023-08-30
(54)【発明の名称】空間音響再生装置、空間音響再生方法およびプログラム
(51)【国際特許分類】
H04R 23/00 20060101AFI20230823BHJP
H01S 3/00 20060101ALI20230823BHJP
【ＦＩ】
H04R23/00 310
H01S3/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022023691
(22)【出願日】2022-02-18
(71)【出願人】
【識別番号】308036402
【氏名又は名称】株式会社ＪＶＣケンウッド
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(72)【発明者】
【氏名】高田 規
【テーマコード（参考）】
5D021
5F172
【Ｆターム（参考）】
5D021DD04
5F172AM08
5F172ZZ20
(57)【要約】
【課題】レーザ光の掃引によって空間に再生される音響の周波数を可変にする。
【解決手段】空間音響再生装置１０は、レーザ光１８を出力するレーザ光源１２と、レーザ光１８の照射方向を変化させる駆動機構１４と、レーザ光源１２および駆動機構１４の少なくとも一方を間欠的に動作させ、レーザ光１８が空気中において音速で掃引される位置における音響パルス３０の発生間隔を可変制御する制御部１６と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】空間音響再生装置１０は、レーザ光１８を出力するレーザ光源１２と、レーザ光１８の照射方向を変化させる駆動機構１４と、レーザ光源１２および駆動機構１４の少なくとも一方を間欠的に動作させ、レーザ光１８が空気中において音速で掃引される位置における音響パルス３０の発生間隔を可変制御する制御部１６と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光の照射方向を変化させる駆動機構と、
前記レーザ光源および前記駆動機構の少なくとも一方を間欠的に動作させ、前記レーザ光が空気中において音速で掃引される位置における音響パルスの発生間隔を可変制御する制御部と、を備える空間音響再生装置。
前記レーザ光の照射方向を変化させる駆動機構と、
前記レーザ光源および前記駆動機構の少なくとも一方を間欠的に動作させ、前記レーザ光が空気中において音速で掃引される位置における音響パルスの発生間隔を可変制御する制御部と、を備える空間音響再生装置。
【請求項2】
前記駆動機構は、前記レーザ光の照射方向を周期的に変化させるよう動作し、
前記制御部は、前記駆動機構の動作周期に合わせて、前記レーザ光の出力のオンオフを制御する、請求項１に記載の空間音響再生装置。
前記制御部は、前記駆動機構の動作周期に合わせて、前記レーザ光の出力のオンオフを制御する、請求項１に記載の空間音響再生装置。
【請求項3】
前記制御部は、音声波形をパルス密度変調した信号に基づいて、前記レーザ光源および前記駆動機構の少なくとも一方を間欠的に動作させる、請求項１または２に記載の空間音響再生装置。
【請求項4】
前記駆動機構は、前記レーザ光を反射させるミラーアレイを含み、前記ミラーアレイを構成する複数のミラーの向きを変化させ、前記複数のミラーから出射する複数のレーザ光のそれぞれの照射方向を変化させるよう動作し、
前記制御部は、前記複数のミラーのそれぞれの動作を制御することにより、前記複数のレーザ光の少なくとも一つが空気中において音速で掃引される位置における音響パルスの発生間隔を可変制御する、請求項１から３のいずれか一項に記載の空間音響再生装置。
前記制御部は、前記複数のミラーのそれぞれの動作を制御することにより、前記複数のレーザ光の少なくとも一つが空気中において音速で掃引される位置における音響パルスの発生間隔を可変制御する、請求項１から３のいずれか一項に記載の空間音響再生装置。
【請求項5】
レーザ光の出力および照射方向の少なくとも一方を間欠的に変化させ、前記レーザ光が空気中において音速で掃引される位置における音響パルスの発生間隔を可変にすることを含む、空間音響再生方法。
【請求項6】
レーザ光を出力するレーザ光源および前記レーザ光の照射方向を変化させる駆動機構の少なくとも一方を間欠的に動作させ、前記レーザ光が空気中において音速で掃引される位置における音響パルスの発生間隔を可変制御する機能をプロセッサに実行させるよう構成されるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空間音響再生装置および空間音響再生方法に関する。
【背景技術】
【0002】
空気中の水蒸気などのガスをレーザ光で励起し、光音響効果によって可聴音を生成する技術が知られている。例えば、レーザ光を所定の周期で掃引することにより、レーザ光が空気中において音速で掃引される位置において局所的な音響パルスを発生させて可聴音を生成できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】Ryan M. Sullenberger, Sumanth Kaushik, and Charles M. Wynn, "Photoacoustic communications: delivering audible signals via absorption of light by atmospheric H2O,"Optics Letters Vol. 44, Issue 3, pp. 622-625 (2019).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
非特許文献１の技術では、レーザ光の掃引周期に一致した周波数の可聴音が生成されるため、可聴音の周波数を変更することが容易ではない。
【0005】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光の掃引によって空間に再生される音響の周波数を可変にする技術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】
【0006】
本発明のある態様の空間音響再生装置は、レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光の照射方向を変化させる駆動機構と、レーザ光源および駆動機構の少なくとも一方を間欠的に動作させ、レーザ光が空気中において音速で掃引される位置における音響パルスの発生間隔を可変制御する制御部と、を備える。
【0007】
本発明の別の態様は、空間音響再生方法である。この方法は、レーザ光の出力および照射方向の少なくとも一方を間欠的に変化させ、レーザ光が空気中において音速で掃引される位置における音響パルスの発生間隔を可変にすることを含む。
【0008】
本発明のさらに別の態様は、プログラムである。このプログラムは、レーザ光を出力するレーザ光源および前記レーザ光の照射方向を変化させる駆動機構の少なくとも一方を間欠的に動作させ、前記レーザ光が空気中において音速で掃引される位置における音響パルスの発生間隔を可変制御する機能をコンピュータに実行させるよう構成される。
【0009】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、レーザ光の掃引によって空間に再生される音響の周波数を可変にする技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】第１実施形態に係る空間音響再生装置の構成を模式的に示す図である。
【図2】空間音響再生装置の動作例を模式的に示すタイムチャートである。
【図3】パルス密度変調した信号に基づく動作例を模式的に示すタイムチャートである。
【図4】第２実施形態に係る空間音響再生装置の構成を模式的に示す図である。
【図5】空間音響再生装置の動作例を模式的に示すタイムチャートである。
【図6】第３実施形態に係る空間音響再生装置の構成を模式的に示す図である。
【図7】第４実施形態に係る空間音響再生装置の構成を模式的に示す図である。
【図8】第５実施形態に係る空間音響再生装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の概要を説明する。本発明は、空気中においてレーザ光を音速で掃引することにより音響パルスを発生させ、空間に音響を再生させる空間音響再生装置である。本発明では、レーザ光の出力および照射方向の少なくとも一方を間欠的に変化させ、音響パルスの発生間隔を可変制御することにより、空間に再生される音響の周波数を可変にする。
【0013】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施の形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、図面において、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0014】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る空間音響再生装置１０の構成を模式的に示す図である。空間音響再生装置１０は、レーザ光源１２と、駆動機構１４と、制御部１６とを備える。
図１は、第１実施形態に係る空間音響再生装置１０の構成を模式的に示す図である。空間音響再生装置１０は、レーザ光源１２と、駆動機構１４と、制御部１６とを備える。
【0015】
レーザ光源１２は、レーザ光１８を出力する。レーザ光１８は、空気中の水蒸気などのガスに吸収される波長を有し、例えば、０．７μｍ～３μｍの赤外域から選択される波長を有する。レーザ光源１２の種類は問わず、半導体レーザ、ファイバレーザ、固体レーザまたはガスレーザ等を用いることができる。
【0016】
駆動機構１４は、レーザ光１８の照射方向を周期的に変化させ、空気中においてレーザ光１８を周期的に掃引するよう構成される。駆動機構１４は、ポリゴンミラー２０と、モータ２２とを含む。ポリゴンミラー２０は、正多角柱となる形状を有し、正多角柱のｎ個の側面のそれぞれに反射面２４が設けられる。ポリゴンミラー２０の１枚の反射面２４が設けられる角度範囲θは、θ＝２π／ｎである。モータ２２は、ポリゴンミラー２０を矢印Ｒで示される方向に一定の角速度ωＲで回転させる。ポリゴンミラー２０の回転周波数ｆＲを用いると、ωＲ＝２πｆＲである。
【0017】
レーザ光１８は、一定の角速度ωＲで回転するポリゴンミラー２０の反射面２４にて反射し、１枚の反射面２４が設けられる角度範囲θの２倍となる掃引角度範囲２θにて繰り返し掃引される。レーザ光１８が掃引される角速度ωＬは、ポリゴンミラー２０が回転する角速度ωＲでの２倍であり、ωＬ＝２ωＲ＝４πｆＲである。レーザ光１８の掃引周波数ｆＬは、ポリゴンミラー２０の回転周波数ｆＲに反射面２４の枚数ｎを掛け合わせたものであり、ｆＬ＝ｎｆＲである。
【0018】
レーザ光１８は、空気中の水蒸気などのガスを励起する。レーザ光１８によって励起されたガスは膨張して正の圧力波を周囲に発生させる。発生した圧力波は、音速ｖＳで周囲に伝搬する。可聴音となる音響パルス３０は、レーザ光１８が音速ｖＳで掃引される音速掃引位置２８において発生する。音響パルス３０は、レーザ光１８が音速ｖＳで掃引される掃引開始位置３２から掃引終了位置３４までの掃引範囲において発生する圧力波が重畳することにより生成される。音速掃引位置２８では、レーザ光１８によって生成される圧力波の発生位置が掃引開始位置３２から掃引終了位置３４に向けて音速ｖＳで進行する。その結果、圧力波が音速ｖＳで進行する位置にて新たな圧力波が生成され、新たに発生する圧力波が連続して重畳して大きな衝撃波に成長し、可聴音となる音響パルスが生成される。
【0019】
レーザ光１８がポリゴンミラー２０に入射する入射位置２６から音速掃引位置２８までの距離ｒについて、ｖＳ＝ｒωＬの関係が成立するため、距離ｒ＝ｖＳ／ωＬ＝ｖＳ／４πｆＲとなる。したがって、ポリゴンミラー２０の回転周波数ｆＲが決まると、音響パルス３０が発生する音速掃引位置２８の距離ｒが決まる。
【0020】
レーザ光１８が連続して照射される場合、音響パルス３０は、レーザ光１８の掃引開始位置３２から掃引終了位置３４までの１回の掃引ごとに生成される。したがって、音響パルス３０の発生周波数ｆは、レーザ光１８の掃引周波数ｆＬに等しい。音響パルス３０の発生周波数ｆは、音響パルス３０によって再生される音響の周波数に相当する。したがって、音響パルス３０の発生周波数ｆを可変制御できれば、音響パルス３０によって再生される音響の周波数を可変制御できる。
【0021】
制御部１６は、レーザ光源１２および駆動機構１４の動作を制御する。制御部１６により提供される各種機能は、例えば、ハードウェアおよびソフトウェアの連携によって実現されうる。制御部１６のハードウェアは、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現される。制御部１６のソフトウェアは、コンピュータプログラム等によって実現される。
【0022】
制御部１６は、駆動機構１４の動作周期に合わせて、レーザ光源１２によるレーザ光１８の出力のオンオフを制御し、音響パルス３０の発生間隔を制御する。制御部１６は、レーザ光１８の掃引周期に合わせてレーザ光源１２をオンオフさせ、レーザ光源１２を間欠的に動作させることにより、音響パルス３０の発生周波数ｆを可変制御する。
【0023】
制御部１６は、例えば、ポリゴンミラー２０が角度θだけ回転するごとにレーザ光源１２のオンオフを切り替えし、ポリゴンミラー２０の複数枚の反射面２４に向けて１枚おきにレーザ光１８が照射されるようにする。これにより、音響パルス３０の発生周波数ｆをレーザ光１８の掃引周波数ｆＬの半分にする。
【0024】
図２は、空間音響再生装置１０の動作例を模式的に示すタイムチャートである。図２は、駆動機構１４によるレーザ光１８の掃引位置と、レーザ光源１２によるレーザ光１８のオンオフの時系列を示す。レーザ光１８の掃引位置は、１回の掃引によって掃引開始位置３２から掃引終了位置３４に向けて変化した後、掃引開始位置３２に戻る。レーザ光１８の１回の掃引にかかる掃引時間Ｔｓは、レーザ光１８の掃引周波数ｆＬの逆数である。したがって、Ｔｓ＝１／ｆＬ＝１／ｎｆＲである。
【0025】
図２（ａ）は、レーザ光１８を連続してオンにする場合を示す。この場合、音響パルス３０は、レーザ光１８の１回の掃引ごとに発生する。そのため、音響パルス３０の発生間隔Ｔ１は、レーザ光１８の１回の掃引時間Ｔｓと同じであり、音響パルス３０の発生周波数ｆ＝ｆＬである。
【0026】
図２（ｂ）は、レーザ光１８のオンオフを１回の掃引ごとに切り替える場合を示す。レーザ光１８のオンオフは、レーザ光１８が掃引終了位置３４から掃引開始位置３２に戻るタイミングにて切り替えされる。この場合、音響パルス３０の発生間隔Ｔ２は、レーザ光１８の１回の掃引時間Ｔｓの２倍であり、音響パルス３０の発生周波数ｆ＝ｆＬ／２である。
【0027】
図２（ｃ）は、レーザ光１８を１回の掃引時間Ｔｓにわたってオンにした後、２回の掃引時間２Ｔｓにわたってオフにする場合を示す。この場合、音響パルス３０の発生間隔Ｔ３は、レーザ光１８の１回の掃引時間Ｔｓの３倍であり、音響パルス３０の発生周波数ｆ＝ｆＬ／３である。
【0028】
以上を一般化すれば、レーザ光１８を１回の掃引時間Ｔｓにわたってオンにした後、ｋ－１回の掃引時間（ｋ－１）Ｔｓにわたってオフにするようにレーザ光源１２を間欠的に動作させることにより、音響パルス３０の発生周波数ｆをレーザ光１８の掃引周波数ｆＬの１／ｋ（つまり、ｆ＝ｆＬ／ｋ）にできる。
【0029】
制御部１６は、レーザ光源１２によるレーザ光１８の出力のオンオフの周期を切り替えることにより、時分割で異なる周波数の音響が再生されるようにしてもよい。例えば、音響パルス３０の発生間隔を第１周波数ｆ１＝ｆＬ／ｋ１とした後に、音響パルス３０の発生間隔を第１周波数ｆ１と異なる第２周波数ｆ２＝ｆＬ／ｋ２となるようにしてもよい。
【0030】
一例として、音響パルス３０が発生する音速掃引位置２８までの距離ｒ＝２．５ｍとし、音速ｖＳ＝３４０ｍ／ｓとする場合、ポリゴンミラー２０の回転周波数ｆＲ＝ｖＳ／４πｒ≒１０．８Ｈｚとすればよい。つまり、モータ２２の回転数を毎分６４８回転とすればよい。このとき、ポリゴンミラー２０の反射面２４の枚数ｎ＝３２であれば、レーザ光１８の掃引周波数ｆＬ＝ｎｆＲ≒３４６Ｈｚとなる。この場合、空間音響再生装置１０は、３４６Ｈｚを任意の正の整数ｋで割った周波数ｆ＝３４６／ｋ［Ｈｚ］の音響を再生できる。空間音響再生装置１０は、例えば、ｋ＝１となる３４６Ｈｚの音響を再生した後に、ｋ＝２となる１７３Ｈｚの音響を再生できる。
【0031】
図３は、パルス密度変調した信号に基づく動作例を模式的に示すタイムチャートである。図３（ａ），（ｂ）は、それぞれ異なる周波数の音声を再生させる場合を示す。制御部１６は、再生すべき音声波形をパルス密度変調した信号（ＰＤＭ信号）を生成し、ＰＤＭ信号に基づいてレーザ光源１２を間欠的に動作させる。ＰＤＭ信号におけるオンオフの切替周期は、レーザ光１８の１回の掃引周期Ｔｓに対応する。ＰＤＭ信号がオンとなる場合にレーザ光１８がオンとなり、レーザ光１８の１回の掃引時間Ｔｓにつき１個の音響パルス３０が生成される。ＰＤＭ信号がオフとなる場合にはレーザ光１８がオフとなり、音響パルス３０が生成されない。空間音響再生装置１０をＰＤＭ駆動することにより、レーザ光１８の掃引周波数ｆＬの１／ｋとは異なる周波数の音声を生成できる。
【0032】
空間音響再生装置１０をＰＤＭ駆動する場合、再生すべき音声の周波数ｆの数十倍（例えば６４倍）の周波数でレーザ光１８を掃引させる必要がある。例えば、再生すべき音声の周波数ｆ＝２１６Ｈｚの場合、レーザ光１８の掃引周波数ｆＬ＝６４×２１６＝１３，８２４Ｈｚとする必要がある。レーザ光１８の掃引周波数ｆＬ＝ｎｆＲであるため、ｆＲ＝１０．８Ｈｚの場合、反射面２４の枚数ｎ＝１２８０とすればよい。
【0033】
なお、ポリゴンミラー２０の回転周波数ｆＲおよび反射面２４の枚数ｎは、空間音響再生装置１０に必要とされる距離ｒや周波数ｆの仕様に応じて、適宜設定することができる。
【0034】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る空間音響再生装置４０の構成を模式的に示す図である。第２実施形態では、レーザ光１８の照射方向を変化させる駆動機構４２として、ポリゴンミラー２０とは異なる機構を用いる。以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。
図４は、第２実施形態に係る空間音響再生装置４０の構成を模式的に示す図である。第２実施形態では、レーザ光１８の照射方向を変化させる駆動機構４２として、ポリゴンミラー２０とは異なる機構を用いる。以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。
【0035】
空間音響再生装置４０は、レーザ光源１２と、駆動機構４２と、制御部１６とを備える。レーザ光源１２および制御部１６は、上述の第１実施形態と同様に構成されてもよい。駆動機構４２は、レーザ光１８を反射させるミラー４４と、ミラー４４の向きを変化させるアクチュエータ４６とを含む。駆動機構４２は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーや高速ステアリングミラーなどである。
【0036】
制御部１６は、レーザ光源１２および駆動機構４２の少なくとも一方を間欠的に動作させ、レーザ光１８が空気中において音速で掃引される音速掃引位置２８における音響パルス３０の発生間隔を可変制御する。制御部１６は、例えば、レーザ光１８を連続的にオンにしたまま、ミラー４４の向きを矢印Ａで示されるように間欠的に変化させることにより、音響パルス３０の発生間隔を可変制御する。
【0037】
制御部１６は、ミラー４４の向き（角度）の変化速度（角速度ωＲ）が一定となるようにミラー４４の向きを変化させてもよい。これにより、レーザ光１８が音速ｖＳで掃引される音速掃引位置２８までの距離ｒを一定に維持しながら、音響パルス３０を発生させることができる。
【0038】
制御部１６は、ミラー４４の向き（角度）の変化範囲が一定となるようにミラー４４の向きを変化させてもよい。制御部１６は、例えば、所定の掃引開始角度θａから、所定の掃引終了角度θｂまでの角度範囲θ（＝θｂ－θａ）においてミラー４４の向きを変化させてもよい。掃引開始角度θａは、レーザ光１８を掃引開始位置３２に向けて照射するためのミラー４４の向きに対応する。掃引終了角度θｂは、レーザ光１８を掃引終了位置３４に向けて照射するためのミラー４４の向きに対応する。この場合、レーザ光１８が掃引される掃引角度範囲２θは、掃引開始角度θａと掃引終了角度θｂの差の２倍（つまり、２（θｂ－θａ））となる。
【0039】
【0040】
図５（ａ）は、ミラー４４の向きを連続的に変化させる場合を示す。この場合、音響パルス３０は、ミラー４４を掃引開始角度θａから掃引終了角度θｂまで変化させた後に掃引開始角度θａに戻すまでの１回の掃引時間Ｔｐごとに発生する。音響パルス３０の発生間隔Ｔ４は、レーザ光１８の１回の掃引時間Ｔｐに一致し、音響パルス３０の発生周波数ｆ＝１／Ｔｐとなる。
【0041】
図５（ｂ）は、ミラー４４の向きを間欠的に変化させる場合を示す。ミラー４４の向きを掃引開始角度θａから掃引終了角度θｂまで１回変化させた後、ミラー４４の向きを掃引開始角度θａに戻して掃引開始角度θａのまま固定させる。なお、ミラー４４の向きを掃引終了角度θｂに固定したままとした後に掃引開始角度θａに戻してもよい。
【0042】
図５（ｂ）においてミラー４４の向きが変化しない場合、レーザ光１８が掃引されないため、可聴音となる音響パルス３０は発生しない。そのため、音響パルス３０の発生間隔Ｔ５は、ミラー４４の１回の掃引時間Ｔｐと、ミラー４４の掃引を停止させる停止時間Ｔｑとの合計（つまり、Ｔ５＝Ｔｐ＋Ｔｑ）となる。つまり、音響パルス３０の発生周波数ｆ＝１／（Ｔｐ＋Ｔｑ）となる。
【0043】
第２実施形態において、レーザ光１８が掃引される角速度ωＬは、ωＬ＝２θ／Ｔｐである。また、ミラー４４から音速掃引位置２８までの距離ｒは、ｒ＝ｖＳ／ωＬ＝ｖＳＴｐ／２θである。一例として、１／Ｔｐ＝７８０Ｈｚ、θ＝５度とした場合、ｒ＝２．５ｍとなる。この場合、停止時間Ｔｑを変更することにより、７８０Ｈｚ以下の範囲で任意の周波数ｆの音響を再生できる。
【0044】
なお、ミラー４４の１回の掃引における掃引時間Ｔｐおよび角度範囲θは、空間音響再生装置４０に必要とされる距離ｒや再生すべき音響の周波数ｆの仕様に応じて、適宜設定することができる。
【0045】
第２実施形態では、必ずしもミラー４４を連続的に動作させる必要がないため、ミラー４４の停止時間Ｔｑを任意に設定することができる。そのため、第１実施形態に比べて、音響パルス３０の発生間隔をより柔軟に変更できる。
【0046】
第２実施形態において、制御部１６は、駆動機構４２の動作に合わせて、レーザ光源１２を間欠的に動作させてもよい。制御部１６は、例えば、ミラー４４の向きが掃引開始角度θａから掃引終了角度θｂに向けて変化している期間Ｔｐにおいてのみレーザ光１８の出力をオンにし、それ以外の期間はレーザ光１８の出力をオフにしてもよい。制御部１６は、例えば、ミラー４４の向きが固定されている期間Ｔｑや、ミラー４４の向きが掃引終了角度θｂから掃引開始角度θａに戻るまでの期間においてレーザ光１８の出力をオフにしてもよい。
【0047】
第２実施形態において、制御部１６は、ミラー４４の向き（角度）の変化速度（角速度ωＲ）を可変にしてもよい。制御部１６は、ミラー４４の向きを第１角速度ωＲ１で変化させることにより、音響パルス３０の発生位置までの距離を第１距離ｒ１とし、ミラー４４の向きを第２角速度ωＲ２で変化させることにより、音響パルス３０の発生位置までの距離を第２距離ｒ２としてもよい。これにより、音響パルス３０の発生位置までの距離ｒを可変にしてもよい。
【0048】
第２実施形態において、制御部１６は、再生すべき音声波形をパルス密度変調した信号（ＰＤＭ信号）を生成し、ＰＤＭ信号に基づいてミラー４４の向きを変化させてもよい。制御部１６は、ＰＤＭ信号がオンとなる場合、ミラー４４の向きを一定の角速度ωＲで掃引開始角度θａから掃引終了角度θｂまで変化させるようにし、ＰＤＭ信号がオフとなる場合、ミラー４４の向きを固定するようにしてもよい。
【0049】
第２実施形態において、ミラー４４の向きを掃引終了角度θｂから掃引開始角度θａに戻す復路においても音響パルス３０を発生させるようにしてもよい。例えば、ミラー４４の向きを掃引開始角度θａから掃引終了角度θｂまで変化させる往路におけるミラー４４の角速度と、ミラー４４の向きを掃引終了角度θｂから掃引開始角度θａまで変化させる復路におけるミラー４４の角速度とを同じにすることで、音響パルス３０の発生位置までの距離ｒを固定したまま、両方向に音響パルス３０を発生できる。例えば、往路と復路においてレーザ光１８を連続照射した場合、両方向に同一周波数の音響を発生できる。なお、ミラー４４の角速度を往路と復路において異ならせることにより、往路と復路において異なる距離ｒに音響パルス３０を発生させてもよい。また、往路と復路においてレーザ光１８のオンオフの周期を異ならせたり、ミラー４４の停止時間Ｔｑを異ならせたりすることにより、両方向のそれぞれに発生する音響の周波数を異ならせてもよい。
【0050】
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係る空間音響再生装置５０の構成を模式的に示す図である。第３実施形態では、レーザ光１８の照射方向を変化させる駆動機構５２として、複数のミラー５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄがアレイ状に配列されたＭＥＭＳミラーアレイを用いる。以下、第３実施形態について、第２実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。
図６は、第３実施形態に係る空間音響再生装置５０の構成を模式的に示す図である。第３実施形態では、レーザ光１８の照射方向を変化させる駆動機構５２として、複数のミラー５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄがアレイ状に配列されたＭＥＭＳミラーアレイを用いる。以下、第３実施形態について、第２実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。
【0051】
空間音響再生装置５０は、レーザ光源１２と、駆動機構５２と、制御部１６とを備える。レーザ光源１２および制御部１６は、上述の第１実施形態または第２実施形態と同様に構成されてもよい。
【0052】
駆動機構５２は、複数のミラー５４ａ～５４ｄと、複数のミラー５４ａ～５４ｄのそれぞれの向きを独立して変化させるアクチュエータ５６とを含む。図６の例では、駆動機構５２が４枚のミラー５４ａ～５４ｄを含むが、駆動機構５２に含まれるミラーの枚数は問わない。駆動機構５２に含まれる複数のミラー５４ａ～５４ｄは、所定方向に一列に配置されてもよいし、二次元アレイ状に配置されてもよい。
【0053】
レーザ光源１２は、複数のミラー５４ａ～５４ｄのそれぞれの反射面全体にレーザ光１８の光束を照射する。レーザ光１８の光束のサイズは、複数のミラー５４ａ～５４ｄの反射面が占める面積よりも大きい。
【0054】
制御部１６は、駆動機構５２の動作を制御し、複数のミラー５４ａ～５４ｄのそれぞれの向きを変化させる。複数のミラー５４ａ～５４ｄのそれぞれで反射されたレーザ光１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、空気中において音速で掃引される音速掃引位置２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄにて音響パルス３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを発生させる。制御部１６は、複数のミラー５４ａ～５４ｄのそれぞれの動きを個別に制御することにより、複数のミラー５４ａ～５４ｄに対応する複数の音響パルス３０ａ～３０ｄのそれぞれの発生位置および発生間隔を独立して制御する。
【0055】
制御部１６は、複数のミラー５４ａ～５４ｄのそれぞれの向き（角度）の変化速度（角速度ωＲ）が一定となる条件下で、複数のミラー５４ａ～５４ｄの向きを変化させてもよい。これにより、複数のミラー５４ａ～５４ｄに対応する複数の音速掃引位置２８ａ～２８ｄまでの距離を一定に維持しながら、複数の音響パルス３０ａ～３０ｄを発生させることができる。
【0056】
制御部１６は、複数のミラー５４ａ～５４ｄのそれぞれの向き（角度）の変化速度（角速度ωＲ）を互いに異ならせてもよい。この場合、複数のミラー５４ａ～５４ｄに対応する複数の音速掃引位置２８ａ～２８ｄまでの距離を互いに異ならせることができ、距離の異なる位置に複数の音響パルス３０ａ～３０ｄを発生させることができる。
【0057】
制御部１６は、複数のミラー５４ａ～５４ｄのそれぞれの掃引時間Ｔｐ、停止時間Ｔｑおよび角度範囲θの少なくとも一つを互いに異ならせることにより、複数の音響パルス３０ａ～３０ｄの発生間隔を互いに異ならせてもよい。この場合、複数の音響パルス３０ａ～３０ｄのそれぞれの発生周波数ｆａ～ｆｄを異ならせることができ、複数の周波数成分を有する音響を再生できる。
【0058】
制御部１６は、複数のミラー５４ａ～５４ｄのうち、一部のミラー（例えば、第１ミラー５４ａと第２ミラー５４ｂ）の動きを同一にしてもよい。例えば、第１ミラー５４ａと第２ミラー５４ｂが第１周波数の音響を再生させるように動作し、第３ミラー５４ｃが第２周波数の音響を再生させるように動作し、第４ミラー５４ｄが第３周波数の音響を再生させるように動作してもよい。この場合、第１ミラー５４ａおよび第２ミラー５４ｂによって再生される第１周波数の成分を相対的に強くし、第３ミラー５４ｃおよび第４ミラー５４ｄによって再生される第２周波数および第３周波数の成分を相対的に弱くでき、周波数成分ごとに強弱をつけた音響を提供できる。
【0059】
第３実施形態において、制御部１６は、再生すべき音声波形をパルス密度変調した信号（ＰＤＭ信号）を生成し、ＰＤＭ信号に基づいて複数のミラー５４ａ～５４ｄの向きを変化させてもよい。制御部１６は、再生すべき音声波形を複数の周波数成分に対応する複数の音声波形に分解し、複数の音声波形のそれぞれに対応する複数のＰＤＭ信号を生成してもよい。制御部１６は、複数のＰＤＭ信号に基づいて、複数のミラー５４ａ～５４ｄの向きを変化させてもよい。
【0060】
（第４実施形態）
図７は、第４実施形態に係る空間音響再生装置６０の構成を模式的に示す図である。第４実施形態では、複数のレーザ光源６２を駆動機構６４によって回転させることにより、複数のレーザ光源６２のそれぞれから出力される複数のレーザ光６８の照射方向を変化させるよう構成される。以下、第４実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。
図７は、第４実施形態に係る空間音響再生装置６０の構成を模式的に示す図である。第４実施形態では、複数のレーザ光源６２を駆動機構６４によって回転させることにより、複数のレーザ光源６２のそれぞれから出力される複数のレーザ光６８の照射方向を変化させるよう構成される。以下、第４実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。
【0061】
空間音響再生装置６０は、複数のレーザ光源６２と、駆動機構６４と、制御部１６とを備える。制御部１６は、上述の第１実施形態と同様に構成されてもよい。
【0062】
駆動機構６４は、回転軸７０を中心に回転する回転台７２を含む。駆動機構６４は、モータ（不図示）などによって回転台７２を矢印Ｒで示されるように一定の角速度ωＲで回転させるよう構成される。
【0063】
複数のレーザ光源６２は、駆動機構６４の回転台７２に取り付けられる。複数のレーザ光源６２は、回転軸７０のまわりに周方向に等間隔に配置される。図７の例では、１２台のレーザ光源６２が３０度間隔で配置される。複数のレーザ光源６２のそれぞれは、回転軸７０から離れる方向（つまり、回転台７２の径方向）にレーザ光６８を出力するよう配置される。
【0064】
複数のレーザ光源６２のそれぞれは、複数のレーザ光６８を出力する。一つのレーザ光源６２から出力される複数のレーザ光６８の照射方向は、回転台７２の面内において互いに異なっており、例えば、所定の角度差δで異なる。図７の例では、一つのレーザ光源６２から１０本のレーザ光６８が照射され、各レーザ光６８の角度差δが３度である。一つのレーザ光源６２から出力される複数のレーザ光６８は、例えば、回折光学素子などによってレーザ光束を複数に分割することにより生成される。
【0065】
制御部１６は、駆動機構６４の動作周期に合わせて、複数のレーザ光源６２のそれぞれの出力のオンオフを制御し、レーザ光６８が空気中において音速で掃引される音速掃引位置２８における音響パルス３０の発生間隔を可変制御する。制御部１６は、第１実施形態に係る図２のタイムチャートと同様の原理によって、音響パルス３０の発生間隔を可変制御する。
【0066】
複数のレーザ光源６２をオンにしたままとする場合、特定の音速掃引位置２８における音響パルス３０の発生間隔Ｔｒは、回転台７２の角速度ωＲと、複数のレーザ光６８の角度差δによって決まり、Ｔｒ＝δ／ωＲとなる。音響パルス３０の発生間隔Ｔｒは、第１実施形態における１回の掃引時間Ｔｓに相当する。回転軸７０から音速掃引位置２８までの距離ｒは、回転台７２の角速度ωＲによって決まり、ｒ＝ｖＳ／ωＲとなる。
【0067】
複数のレーザ光源６２を間欠的に動作させた場合、特定の音速掃引位置２８における音響パルス３０の発生間隔は、複数のレーザ光源６２をオンにしたままとする場合の発生間隔Ｔｒよりも長くなる。例えば、図２（ｂ）と同様に、１回の掃引時間Ｔｒごとに複数のレーザ光源６２のオンオフを切り替えれば、音響パルス３０の発生間隔を２Ｔｒにできる。また、図２（ｃ）と同様に、１回の掃引時間Ｔｒにわたって複数のレーザ光源６２をオンにした後、２回の掃引時間２Ｔｒにわたって複数のレーザ光源６２をオフにすれば、音響パルス３０の発生間隔を３Ｔｒにできる。一般化すれば、複数のレーザ光源６２を１回の掃引時間Ｔｒにわたってオンにした後、ｋ－１回の掃引時間（ｋ－１）Ｔｒにわたってオフにするように間欠的に動作させれば、音響パルス３０の発生周波数ｆを掃引周波数ｆＬ＝１／Ｔｒの１／ｋ（つまり、ｆ＝ｆＬ／ｋ）にできる。
【0068】
一例として、複数のレーザ光６８の角度差δ＝３度とし、音響パルス３０が発生する音速掃引位置２８までの距離ｒ＝２．５ｍとし、音速ｖＳ＝３４０ｍ／ｓとする場合、回転台７２の回転周波数ｆＲ＝ｖＳ／２πｒ≒２１．７Ｈｚ（毎分１３００回転）とすればよい。δ＝３度の場合、複数のレーザ光６８の本数ｎ＝１２０であるため、レーザ光６８の掃引周波数ｆＬ＝ｎｆＲ≒２．６［ｋＨｚ］となる。この場合、空間音響再生装置６０は、２．６［ｋＨｚ］を任意の正の整数ｋで割った周波数ｆ＝２，６００／ｋ［Ｈｚ］の音響を再生できる。
【0069】
第４実施形態において、回転台７２の回転周波数ｆＲおよび複数のレーザ光６８の本数ｎは、空間音響再生装置６０に必要とされる距離ｒや周波数ｆの仕様に応じて、適宜設定することができる。第４実施形態において、空間音響再生装置６０をＰＤＭ駆動させてもよい。制御部１６は、再生すべき音声波形をパルス密度変調した信号（ＰＤＭ信号）を生成し、ＰＤＭ信号に基づいて複数のレーザ光源６２の動作を制御してもよい。
【0070】
第４実施形態によれば、回転軸７０から所定の距離ｒとなる円周６６の全体において音響パルス３０を発生させ、円周６６上の全体において可聴となる音響を再生できる。第４実施形態によれば、複数のレーザ光源６２のオンオフを全て同じように制御することにより、円周６６上の全体において同じ音響を提供できる。なお、複数のレーザ光源６２のオンオフを独立して制御すれば、円周６６上の異なる場所において異なる音響を提供できる。
【0071】
（第５実施形態）
図８は、第５実施形態に係る空間音響再生装置８０の構成を模式的に示す図である。第５実施形態では、レーザ光１８が歳差運動をするようにレーザ光１８を照射するよう構成される。以下、第５実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。
図８は、第５実施形態に係る空間音響再生装置８０の構成を模式的に示す図である。第５実施形態では、レーザ光１８が歳差運動をするようにレーザ光１８を照射するよう構成される。以下、第５実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜省略する。
【0072】
空間音響再生装置８０は、レーザ光源１２と、駆動機構８２と、制御部１６とを備える。レーザ光源１２および制御部１６は、上述の第１実施形態と同様に構成されてもよい。駆動機構８２は、レーザ光１８を反射させるミラー８４と、ミラー８４を回転させるモータ８６と、回転軸８８とを含む。ミラー８４は、回転軸８８に対して傾斜して取り付けられる。モータ８６は、回転軸８８を中心としてミラー８４を一定の角速度ωＲで回転させる。
【0073】
レーザ光１８は、回転軸８８に沿ってミラー８４に入射する。ミラー８４で反射されるレーザ光１８は、歳差運動をするように照射方向が変化する。レーザ光１８は、回転軸８８と直交する平面において、回転軸８８の延長線上の点９０を中心とする円周９２に沿って周回するように照射される。レーザ光１８は、円周９２に沿った掃引速度が音速ｖＳとなる音速掃引位置２８において音響パルス３０を発生させる。円周９２の半径をｄとした場合、ｖＳ＝ｄωＲとなる円周９２上において音響パルス３０が発生する。
【0074】
レーザ光源１２をオンにしたままとする場合、特定の音速掃引位置２８における音響パルス３０の発生間隔Ｔｓは、円周９２におけるレーザ光１８の回転周期によって決まり、Ｔｓ＝２π／ωＲとなる。ミラー８４から円周９２の中心点９０までの距離ｈは、音響パルス３０の発生間隔Ｔｓに依存しないため、任意に設定することができる。ミラー８４から円周９２の中心点９０までの距離ｈは、回転軸８８に対するミラー８４の傾斜角によって調整できる。
【0075】
制御部１６は、駆動機構８２の動作周期に合わせて、レーザ光源１２によるレーザ光１８の出力のオンオフを制御し、音響パルス３０の発生間隔を制御する。制御部１６は、レーザ光１８の掃引周期に合わせてレーザ光源１２をオンオフさせ、レーザ光源１２を間欠的に動作させることにより、音響パルス３０の発生周波数ｆを可変制御する。例えば、レーザ光１８を１回の掃引時間Ｔｓにわたってオンにした後、ｋ－１回の掃引時間（ｋ－１）Ｔｓにわたってオフにするようにレーザ光源１２を間欠的に動作させることにより、音響パルス３０の発生周波数ｆをレーザ光１８の掃引周波数ｆＬ＝１／Ｔｓの１／ｋ（つまり、ｆ＝ｆＬ／ｋ）にできる。
【0076】
一例として、ミラー８４の回転周波数ｆＲ＝２１７Ｈｚ（毎分１３，０００回転）とすれば、レーザ光１８の掃引周波数ｆＬ＝ｆＲ＝２１７Ｈｚとなり、ｆＬを任意の正の整数ｋで割った周波数ｆ＝２１７／ｋ［Ｈｚ］の音響を再生できる。このとき、円周９２の半径ｄ＝ｖＳ／２πｆＬ＝０．２５ｍとなる。
【0077】
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、各表示例に示す構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。
【0078】
本実施の形態は、空間音響再生方法として提供されてもよい。この方法は、レーザ光の出力および照射方向の少なくとも一方を間欠的に変化させ、レーザ光が空気中において音速で掃引される位置における音響パルスの発生間隔を可変にすることを含んでもよい。この方法は、上述のいずれかの実施形態に係る音響再生装置を用いて、空間に音響を再生してもよい。
【0079】
本実施の形態は、プログラムとして提供されてもよい。このプログラムは、レーザ光を出力するレーザ光源および前記レーザ光の照射方向を変化させる駆動機構の少なくとも一方を間欠的に動作させ、前記レーザ光が空気中において音速で掃引される位置における音響パルスの発生間隔を可変制御する機能をコンピュータに実行させるよう構成されてもよい。このプログラムは、上述のいずれかの実施形態に係る音響再生装置が備える制御部に含まれるプロセッサによって実行されてもよい。
【符号の説明】
【0080】
１０，４０，５０，６０，８０…空間音響再生装置、１２，６２…レーザ光源、１４，４２，５２，８２…駆動機構、１６…制御部、１８，６８…レーザ光、２８…音速掃引位置、３０…音響パルス。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】