JP2002118484A - 受動音声起動式マイクロホンおよびトランシーバシステム - Google Patents

受動音声起動式マイクロホンおよびトランシーバシステム

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    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
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  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】バッテリの電力を必要としない受動かつ無線の
インタフェースを用いて、コンピュータシステムの音声
起動制御を提供する総合マイクロホン兼トランシーバシ
ステムを提供する。 【解決手段】 本システムは、信号を送信し３２、被変
調信号を受信し３６、かつ送信信号と被変調信号の間の
差が一意の音波信号に対応するように、被変調信号を復
調するインテロゲータユニット２６を備える。前記信号
をインテロゲータユニットから受信し、電子装置を制御
するための命令を含む音波信号を用いて信号を変調し、
信号プロセッサ４８による分析のため、被変調信号をイ
ンテロゲータユニットに返送する音響駆動式マイクロホ
ンユニットもまた備えられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、受動および無線イ
ンタフェースを用いてコンピュータ駆動装置の音声起動
制御が可能な総合マイクロホン兼トランシーバシステム
に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ制御されるシステムの数が
増大するにつれ、このようなシステムを制御するための
より洗練されたアプローチに対する必要性も増大する。
特に、コンピュータシステムの音声起動制御が必要とさ
れている。例えば、自動車制御システムにおいて、運転
手の音声を用いて、ラジオ、ヘッドライト、キャビンラ
イト、フロントガラスワイパ、およびセルラ電話を含む
がこれらの限定されない付属品を作動化または非作動化
することができる。また、音声起動を用いてこのような
付属品を制御することで、運転手の両手がステアリング
ホィールの操作に自由になり、よって運転手がより容易
に道路の状態に集中できるようになる。さらに、家庭や
同様の環境において、ドアの施錠解除、ライトのオン／
オフ、電化製品のオン／オフ等に音声起動を用いること
ができる。コンピュータシステムを制御するための従来
の技術は、システムユーザの側での手動の介入を必要と
するため、一般にあまり有用ではない。また、制御が音
声起動によって実行される場合、周囲雑音がある中での
音声認識に関する問題、およびマイクロホンユニットへ
の電力提供に関する問題が依然として存在する。周囲雑
音がある中での音声認識に関する問題は通常、操作者の
音声源がコンピュータから離れているか、または操作者
が雑音の中にいる場合に見られる。例えば、雑音のある
車内では、マイクロホンが運転手の口の近くになけれ
ば、運転手の音声の認識は困難である。また、有線のマ
イクロホンおよび無線のマイクロホンの双方が現在入手
可能であるが、それぞれがマイクロホンへの電源供給に
関する問題を呈している。例えば、有線のマイクロホン
は、通常自動車の本体を通ってシートベルトまで通る高
価なワイヤを必要とし、シートベルトの頻繁な引き込み
は結果としてワイヤを切断させることになる。一方、無
線マイクロホンはバッテリを必要とし、消費者は、車内
の機器には一般に自動車の寿命を通してこのような同様
のメンテナンスが必要ではないため、定期的にバッテリ
を交換するのを嫌がる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、バッテリ
の電力を必要としない受動かつ無線のインタフェースを
用いて、コンピュータシステムの音声起動制御を提供す
る総合マイクロホン兼トランシーバシステムが非常に望
まれている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】電子装置システムの音波
起動制御を提供するための音声起動マイクロホンおよび
トランシーバシステムを提供する本発明により、従来技
術の上記および他の欠点に対処し、克服する。本システ
ムは、信号パルスを送信し、被変調信号パルスを受信
し、送信された信号パルスと被変調信号パルスの間の遅
延が、電子装置の制御に用いられる一意の音波信号に対
応するように、上記被変調信号パルスを復調するインテ
ロゲータユニットを備える。インテロゲータユニットか
ら信号パルスを受信し、電子装置を制御するための命令
を含む音波信号を用いて上記信号パルスを変調し、信号
プロセッサによる分析のために上記被変調信号パルスを
インテロゲータユニットに返送する音響駆動式マイクロ
ホンユニットもまた備えられる。
【０００５】本発明の代替の実施形態において、光信号
が光学インテロゲータユニットから送信され、光学マイ
クロホンユニットによって受信され反射される。光信号
は、マイクロホンユニットを取り巻くエリアにおける音
声音波信号の空気圧に応答して振幅変調され、インテロ
ゲータソースに反射して戻され、ここで音声信号プロセ
ッサユニットが最終的に上記信号を処理する。
【０００６】
【発明の実施の形態】次に、以下の説明および添付図面
を参照する。電子装置の音声起動制御を提供するための
システムについて説明する。一般に、無線周波数（Ｒ
Ｆ）信号パルス等の信号パルスが、インテロゲータユニ
ットからマイクロホンユニットに送信される。マイクロ
ホンユニットは信号パルスを受信し、上記送信された信
号パルスを音声音波信号に対応する音波を用いて変調す
る。被変調信号は、マイクロホンユニットを取り巻く空
気中の音声からの音圧がＲＦエコーの遅延またはリンギ
ング周波数を変調するＲＦエコーとして生成される。そ
の後、マイクロホンユニットは信号を変調したものをイ
ンテロゲータユニットに送信し、ここで音声信号が検出
され、後に音声信号プロセッサユニットによって処理さ
れる。
【０００７】あるいは、光信号が光学インテロゲータユ
ニットから送信され、光学マイクロホンユニットによっ
て受信され反射される。光信号は、マイクロホンユニッ
トを取り巻くエリアにおける音声音波信号の空気圧に応
答して振幅変調され、インテロゲータソースに反射して
戻され、ここで音声信号プロセッサユニットが最終的に
上記信号を処理する。
【０００８】本発明の好ましい実施形態を説明する目的
のため、自動車システムの制御に音声起動を用いて本発
明を説明する。しかし、本発明は特定のコンピュータシ
ステムまたは電子装置への制御の提供に制限されないこ
とに留意することが重要である。実際、本発明は、自動
車システムおよび家庭システム（例えば、ドアの施錠解
除、ライト、電化製品のオン／オフ等）を含むがこれら
に制限されない任意のコンピュータベースシステムの音
声起動制御の提供に利用することができる。本発明はま
た、保護されたシステム、例えば一意に識別可能な音声
信号コマンドを認識した上でのみユーザにアクセスを認
可するシステムへのアクセス提供に利用することも可能
である。
【０００９】図１を参照し、本発明の第１の実施形態に
おいて、本明細書ではさらに表面弾性波（ＳＡＷ）マイ
クロホンユニットとも呼称するマイクロホンユニット１
０が、ハウジング１２、上記ハウジング１２内に搭載さ
れた薄い可撓性ＳＡＷ素子１４、ハウジング１２を通し
てＳＡＷ素子１４に取り付けられる１本のアンテナ（あ
るいは複数本のアンテナ）１６、およびハウジング１２
の開口部を密閉するダイアフラムカバー１８を備えて図
示される。ＳＡＷマイクロホンユニット１０は、好まし
くは運転手のシートベルトに装着されるが、あるいはマ
イクロホンユニットの受信感度を増大するために、複数
のマイクロホンユニットを運転手のシートベルトに装着
してもよい。ハウジング１２は、貫通型であり、かつプ
リントされたＲＦトレース（図示せず）を備える、約
０．１インチ厚のセラミックパッケージであることが好
ましい。ＳＡＷ素子１４は、約４ミル（０．００４イン
チ）厚のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）圧電性結晶
から形成される単一変換器ＳＡＷ遅延線デバイスである
ことが好ましいが、代替としてＳＡＷ共振器デバイスで
あってもよい。アンテナ１６は、図１においてワイヤダ
イポールアンテナとして図示されているが、代替とし
て、パッチアンテナ、ループアンテナ、またはＲＦ周波
数の使用に適した小型アンテナを含むことができる。
【００１０】図１にはＳＡＷ遅延線として示されるＳＡ
Ｗ素子１４は、加えられたＲＦ信号バーストの遅延エコ
ーを提供する。特に、ＳＡＷ遅延線は、ギャップエリア
（図示せず）により離隔された２グループのインターデ
ジタル電極フィンガからなるインターデジタル金属膜変
換器（図示せず）を含む。ＳＡＷ変換器の中心周波数付
近のＲＦ放射のバーストにより作動されると、各グルー
プの変換器フィンガが表面弾性波を遅延線クリスタル１
４の表面に沿って左右双方に送信する。このような作動
は、ダイポールアンテナ１６がＳＡＷ変換器と同じ中心
周波数においてインテロゲータユニット発振器（後述）
により生成された送信ＲＦ信号を受信した結果発生す
る。吸収器（図示せず）が遅延線クリスタル１４の端部
に移動する波を抑制し、初期ＲＦトーンバーストの数マ
イクロ秒後に、クリスタル１４の中心に移動する波が、
反対グループの電極に達する。ここで、波がＲＦトーン
バーストに再変換され、これが、インテロゲータユニッ
トから受信したＲＦバースト信号の遅延エコーとして、
マイクロホンユニットアンテナ１６から再送信される。
【００１１】ＳＡＷデバイス１４の遅延は、クリスタル
の表面歪みに比例して変更するため、音波信号、本明細
書では運転手の音声により、送信されたＳＡＷ遅延線１
４のパルス遅延を変調することができる。特に、表面歪
みは、マイクロホン１０を取り巻く空気中の周囲音の空
気圧により強制的に上下させられるダイアフラム１８か
ら、プッシュロッド２０を通して加えられる力によって
生じる。ダイアフラム１８は、運転手の音声の音波によ
り生成される圧力を力に変換する。次に、この力がプッ
シュロッド２０を介して、ハウジング１２の基部に片持
ち梁として搭載される、ＳＡＷ遅延線１４の自由端２２
に伝えられる。梁はＳＡＷ遅延線１４を撓ませ、これに
よりクリスタル表面上に機械的歪みが生じる。その結
果、ＳＡＷ遅延線１４の遅延は、運転手の音声によって
生成されるマイクロホンユニット１０における空気圧に
伴い変化する。
【００１２】ＳＡＷ遅延線１４は単一変換器における２
つのインターデジタル電極において遅延エコーを生成す
るよう設計されるため、ＳＡＷ遅延線１４はＲＦ信号バ
ーストの遅延したものをアンテナ１６から再送信するこ
とができる。ここでは運転手の音声を用いて変調され
た、遅延信号は、インテロゲータユニット内にある受信
アンテナによって受信され、ここで、後述するように、
インテロゲータユニットにより運転手の音声を表すもの
として復調される。
【００１３】図２を参照して、本明細書ではＳＡＷイン
テロゲータユニットともさらに呼称するインテロゲータ
ユニット２６は、表面弾性波（ＳＡＷ）発振器２８、Ｒ
Ｆ送信スイッチ３０、送信アンテナ３２、受信アンテナ
３６、ＲＦ受信スイッチ３８、および音声信号プロセッ
サ（音声ボコーダ）４８を備える。図２における実線の
パスラインは、電気経路を表す。好ましい実施形態を説
明する目的のため、ＳＡＷインテロゲータユニット２６
は、自動車のダッシュボードや遮光板に搭載されること
が好ましく、ここで、マイクロホンユニットにＲＦ信号
パルスバーストを送信し、バーストの遅延エコーを受信
することで、ＳＡＷマイクロホンユニットにおける空気
圧を測定する。一連の送信信号パルスバーストおよび受
信信号エコーバーストは、ＳＡＷマイクロホンユニット
での運転手の音声により生成される空気圧が、測定が運
転手の音声のサウンドの正確な表現を提供するのに十分
な頻度で、例えば１秒当たり約５００，０００回など、
ＳＡＷインテロゲータユニット２６により１秒当たり多
数回繰り返される。
【００１４】より具体的に、図１に示すＳＡＷマイクロ
ホンユニット１０内にあるＳＡＷ遅延線デバイス１４と
同じ中心周波数、ここでは９１５ＭＨｚを有するＳＡＷ
発振器２８が設けられる。ＳＡＷ発振器２８は連続ＲＦ
信号２７を生成し、これがＲＦ送信スイッチ３０に加え
られる。同時に、デジタルカウントダウンデバイダ３４
が、パルスの数が９１５に達するまで、ＳＡＷ発振器の
ＲＦ信号２７の正のパルスを計数する。パルスの数が９
１５に達すると、デジタルカウントダウンデバイダ３４
が符号３５においてＲＦスイッチ３０を作動して、ＳＡ
Ｗ発振器のＲＦ信号２７の時間ゲートされたバースト３
３を送信アンテナ３２に渡し、カウントダウンデバイダ
３４がリセットされて再び計数を開始する。１マイクロ
秒後、受信ＲＦスイッチ３８が、デジタルカウントダウ
ンデバイダ３４からの遅延信号４１によって作動され
て、受信アンテナ３６から時間ゲートされた信号エコー
バースト４３を受信する。受信ＲＦスイッチ３８が、Ｓ
ＡＷマイクロホンユニット１０から送信される遅延され
たサウンド変調された信号エコーバースト４３を受信
し、ＳＡＷマイクロホンユニット１０に送信されたより
初期のより強力な時間ゲートされた信号バースト３３を
受信しないように、デジタルカウントダウンデバイダ遅
延３１は、１マイクロ秒にセットされる。ＳＡＷマイク
ロホンユニット１０は、運転手の音声のサウンドによっ
て生成される、マイクロホンユニットを取り巻く空気の
瞬間圧に比例する遅延を有する被変調信号として信号エ
コーバースト４３を戻す。
【００１５】ＲＦ受信スイッチ３８は、信号エコーバー
スト４３をゲートし、被ゲート信号４５を低雑音増幅器
４０に加え、これが被ゲート信号エコーバースト４５を
増幅する。次に、増幅された信号４７がＳＡＷバンドパ
スフィルタ４２を通過し、そうでなければＳＡＷマイク
ロホンユニット１０から受信し、後に音声ボコーダ４８
によって処理される音声信号に望ましくない雑音を導入
することになる帯域外雑音および干渉を除去する。ＳＡ
Ｗバンドパスフィルタ４２の中心周波数は、ＳＡＷ発振
器２８と同じ周波数にセットされることが好ましい。Ｓ
ＡＷバンドパスフィルタ４２の帯域幅は、マイクロホン
ユニットからの被変調無線エコー４３のスペクトルを通
過させなければならないため、上記帯域幅は実際に可能
な限り狭く、しかし２０ｋＨｚ以上でなければならな
い。また、ＳＡＷバンドパスフィルタ４２の帯域幅が狭
いため、帯域外雑音および干渉が広く除去され、それに
よってＲＦ信号２７と戻される信号エコーバースト４３
の間の位相差を正確に測定することができる。
【００１６】なお図２を参照し、位相検出乗算器４４を
介して、連続ＲＦ信号２７の位相に対して増幅された信
号エコーバースト４７の位相を測定する。乗算器４４に
おいて測定される位相変化は、元の信号バースト３３を
変調した音声の結果、ＳＡＷマイクロホンユニットのＲ
Ｆエコーの遅延の変化の結果である。乗算器４４の出力
における位相信号４９がロウパスフィルタ４６、好まし
くは１０ＫＨｚフィルタに与えられ、これが不要な高周
波成分を位相信号４９から取り除き、運転手の音声のサ
ウンドに応答して滑らかに変化する電圧信号５１に位相
信号４９を変換する。電圧信号５１は信号プロセッサユ
ニット４８に送信され、ここで、従来の音声認識技術を
用い、信号プロセッサ４８が音声信号５１を運転手の音
声コマンドとして解釈し、上記コマンドを用いて、特定
の装置、例えば自動車のフロントガラスワイパを電気的
に制御する。
【００１７】図３を参照し、本発明の代替の実施形態に
おいて、レバー要素５２を利用してＳＡＷマイクロホン
ユニット５０の音響感度を機械的に増大するマイクロホ
ンユニット５０を示す。上述したように、マイクロホン
ユニット５０を取り巻くエリアにある音声音波からの空
気圧により、ダイアフラム５４に対して最初の力が生成
される。しかし、ここでは、ダイアフラム５４が第１の
プッシュロッド５６を介してこの力をレバー５２の自由
端５８に加える一方、支点６２または同様のデバイスに
よってレバー５２の反対端６０の移動が制限される。レ
バー５２の下側に、第１のプッシュロッド５６が支点６
２から離隔した距離の１／５分支点６２から離れたポイ
ントに、ＳＡＷ素子６６の自由端に５倍の力を伝達する
第２のプッシュロッド６４がある。この追加の力により
ＳＡＷ素子６６の可撓性が増大し、これが次にＲＦエコ
ーの遅延を比例して変化させ、それによって運転手の音
声に対するマイクロホンユニット５０の感度を増大す
る。また、図１に示したように、運転手の音声を表す音
波はＲＦトーンバーストに再度変換され、これが、イン
テロゲータユニットから受信したＲＦバースト信号の遅
延エコーとして、マイクロホンユニットアンテナ６７か
ら再度送信される。図３に示すような単一レバーの使用
を、いくつかのレバーの使用に拡張してもよいことに留
意することが重要である。例えば、２つのレバーを用い
ることで、第１のレバーが５に等しい力増倍率を提供
し、これをまた５に等しい力増倍率を提供する第２のレ
バーに与えることが可能である。このようにすると、Ｓ
ＡＷ素子６６の表面を押下する力の総計が２５の倍率ま
で増大する。
【００１８】図４を参照すると、本発明の別の実施形態
によるコンデンサ・マイクロホンユニット６８が示され
る。コンデンサ・マイクロホンユニット６８は、コンデ
ンサ・マイクロホン７０、誘導子７２、およびアンテナ
７４（ワイヤダイポールアンテナとして図示）を備え
る。
【００１９】コンデンサ・マイクロホン７０は、第１の
プレート７６が、周囲の空気中での音の存在に応答し
て、第２のプレート７８に向かって移動したり、それか
ら離れて移動したりするコンデンサである。最も基本的
な形態において、第１のプレート７６は、マイクロホン
ユニット・ハウジング（図示せず）の開口部を密閉す
る、受動的に取り付けられたダイアフラムであり、第２
のプレート７８は、マイクロホン・ハウジングの背面に
相対する位置に堅固に固定される。第１のプレート７６
は音波に伴って移動するため、マクロフォン７０の容量
も同様に音波の容量に伴って変化する。したがって、コ
ンデンサ・マイクロホン７０は、容量の対応する変化に
より、空気の瞬間圧の変化を表す。
【００２０】誘導子７２およびコンデンサ・マイクロホ
ン７０は、並列共振回路８０で組み合わせられる。マイ
クロホン７０の容量は、上述したように音波に伴って変
化するため、回路８０の共振周波数もまた音波に伴って
変化する。共振回路８０はアンテナ７４に接続されるた
め、共振回路８０の共振周波数に近い共振周波数を有す
るアンテナ７４が短い広帯域のＲＦバーストを受信する
と、上記ＲＦバーストが共振回路８０に加えられ、ここ
で受信周波数における交流電流が回路８０に蓄積され、
そうすることでエネルギーを蓄える。受信バーストの送
信が停止すると、交流電流は、蓄えられたエネルギーが
枯渇するまで、アンテナ７４から再放出（「リング」）
し続ける。再放出される信号の周波数は、共振回路８０
の共振周波数にセットされるため、上記周波数は、音声
波信号の結果として、コンデンサ・マイクロホン６８の
ダイアフラムに瞬間音圧の指示を提供する。その結果、
図６に関して後述するようなコンデンサ／クリスタルイ
ンテロゲータユニットは、「リンギング」周波数を測定
し、マイクロホン７０のダイアフラム上に力を生成する
音声によって生じる瞬間圧に関連するものに上記測定を
変換する。
【００２１】図５を参照し、本発明の別の実施形態によ
るクリスタルマイクロホンユニット８２を示す。クリス
タルマイクロホンユニット８２は、可変コンデンサ８
４、誘導子８６、アンテナ８８、圧電性（「クリスタ
ル」）マイクロホン９０、ブロッキング・コンデンサ９
２、およびＲＦチョーク９４を備える。図４に示すコン
デンサ・マイクロホンユニット６８と同様に、クリスタ
ルマイクロホンユニット８２は、固定誘導子８６と、並
列共振回路９６の共振周波数を変調する、ここではバラ
クタである可変コンデンサ８４とを備える並列共振回路
９６を含む。また、図４に示すコンデンサ・マイクロホ
ンユニット６８と同様に、並列共振回路９６はアンテナ
８８に接続される。
【００２２】図４に示すコンデンサ共振回路８０のよう
に、クリスタル回路９６の共振周波数は、運転手の音声
のサウンドによる周囲の空気圧変化に伴い変化する。し
かし、コンデンサ・マイクロホンユニットの共振回路８
０（図４参照）のコンデンサとは異なり、クリスタル共
振回路９６のコンデンサは、バラクタ８４として提供さ
れる。バラクタ８４は、直流（ＤＣ）または低周波数バ
イアスを加えることで調整される容量を有する既知の半
導体デバイスである。ここで、好ましくは従来のクリス
タルマイクロホンであるマイクロホン９０はバイアス電
圧を生成する。高インピーダンスバラクタ８４と併せて
用いる場合に優れた感度を提供する、高出力電圧および
高インピーダンスにより、クリスタルマイクロホン９０
が好ましい。
【００２３】ＲＦチョーク９４は、クリスタルマイクロ
ホン９０の容量の、共振回路９６のリンギング共振周波
数への干渉を防止するために設けられ、ブロッキング・
コンデンサ９２は、マイクロホンユニット８２の出力電
圧の誘導子８６による短絡を防止するために設けられ
る。
【００２４】図６を参照して、本発明の別の実施形態に
よれば、デジタルカウントダウン・デバイダ９９内に２
つのマイクロ秒遅延１００と、好ましくは０．１ミリ秒
（ｍｓ）の定数を有するフェーズドロックループ（ＰＬ
Ｌ）１１０とを含むことを除き、図２に示すインテロゲ
ータユニット２６と同様のコンポーネントおよび動作を
有するコンデンサ／クリスタルインテロゲータユニット
９８を示す。また、図１および図３に示すもののよう
に、ＳＡＷマイクロホンユニットに存在する音声の音圧
を測定する代わりに、無線コンデンサ／クリスタルイン
テロゲータユニット９８は、図４および図５に関して上
述したもののように、コンデンサ・マイクロホンまたは
クリスタルマイクロホンユニットにおける音圧を測定す
る。
【００２５】図２に示すＳＡＷインテロゲータユニット
と同様に、コンデンサ／クリスタルインテロゲータユニ
ット９８は、発振器１１２の連続信号出力１１１をゲー
トすることで生成される短いＲＦバースト１１３（例え
ば、１マイクロ秒バースト）を送信する。短いＲＦバー
スト１１３は、送信アンテナ１１４を介してコンデンサ
またはクリスタルのマイクロホンユニットに送信され、
そこで音声音波信号を用いて変調することができる。被
変調ＲＦバーストは、マイクロホンユニットにある受信
アンテナで受信され、これにより無線周波数で交流電流
でエネルギーを蓄えるマクロフォンユニット共振回路を
励起する。インテロゲータの送信バースト１１３が停止
すると、マイクロホンユニットの共振回路に蓄えられた
エネルギーが、マイクロホンユニット自身の共振周波数
における交流電流として継続し、エネルギーの損失とし
て、そのアンテナから「リンギング」無線信号を再度送
信する。
【００２６】なお図６を参照して、マイクロホンユニッ
トのアンテナから送信されたリンギング無線信号は、複
数のＲＦエコーバースト信号１１７として、インテロゲ
ータユニット受信アンテナ１１６で受信される。信号１
１７はそれぞれ、ＲＦ受信スイッチ１１５および低雑音
増幅器１１９によりそれぞれ時間ゲートされ増幅され
る。また、図２に示すインテロゲータユニットとは異な
り、信号１１７は、コンデンサ・マイクロホンまたはバ
ラクタマイクロフォンの周波数被変調エコーから復調さ
れる。これを達成するため、フェーズドロックループ１
１０が、マイクロホンからの一連の周波数被変調エコー
１１７の平均周波数および位相を表す狭帯域連続信号１
２１を生成する。この平均信号１２１の位相は、エコー
１１７の周波数と共に変化する。これは、エコー１１７
が最初は送信信号１１３と同位相であるが、周波数の違
いにより時間の経過に伴い位相がずれるためである。し
たがって、フェーズドロックループ１１０の出力におけ
る信号１２１の位相は、ＳＡＷ発振器１１２の連続信号
１１１と比較する場合、マイクロホンにおける圧力の測
定値であり、乗算器（位相検出器）１２９がこの位相に
対応する電圧信号１２３を生成する。フィルタ１１１に
おけるロウパスフィルタ後の電圧信号１２３は、マイク
ロホンで聞こえたサウンドを表すオーディオ信号１２５
になり、これが音声ボコーダ１２７で分析される。
【００２７】あるいは、インテロゲータユニット９８
は、短いＲＦバースト１１３を送信する代わりに、連続
信号を送信してもよく、また、受信コンデンサまたはク
リスタルマイクロホンユニットは、一方の極性でのイン
テロゲータユニットから信号を受信し、他方の極性で変
調された信号を再度送信してもよい。したがって、マイ
クロホンユニットは、インテロゲータユニットから受信
した信号とそれ自身が送信した信号とを差別化すること
ができる。先の実施形態において説明したように、受信
信号の振幅は、マイクロフォン（コンデンサまたはバラ
クタ）の共振の周波数がインテロゲータユニットの送信
周波数とどの程度近いか、またはどの程度離れていたか
に応じて、マイクロホンユニットを取り巻く空気におけ
る音波圧に伴い変化する。
【００２８】図７を参照し、本発明の別の実施形態によ
る光学マイクロホンユニット１２０を示す。光学マイク
ロホンユニット１２０は、密閉されたハウジング１２
２、上記ハウジング１２２の開口部に取り付けられた透
明なダイアフラム１２４、下部光学格子１２８、上部光
学格子１２６、および小型コーナー・キューブのアレイ
１３０を備える。
【００２９】好ましい実施形態において、運転手の音声
のサウンドからの空気圧が、垂直方向にダイアフラム１
２４を上下（push and pull）させる。この圧力からの
力が次に、切り欠き付きブラケット１３４に対して旋回
するベントレバー１３２により垂直から水平の圧力に変
換される。レバー１３２は、ダイアフラム１２４の底部
から突出するタブ１３６により定位置に保持される。ば
ねクリップ１３８におけるばね張力が力を光学格子１２
６に加え、上記光学格子１２６を左側に押す傾向があ
る。このようにして格子１２６を押すことで、ダイアフ
ラム１２４が上下に動くときに、ベントレバー１３２が
ダイアフラム１２４、切り欠き付きブラケット１３４に
おける支点に位置する切り欠き１３１、および上部光学
格子１２６と接触したままであることが保証される。ベ
ントレバー１３２の上部が下方に押下されると、レバー
１３２の下部が左側に移動し、上部光学格子１２６とベ
ントレバー１３２との間の接触を維持しながら、ばねク
リップ１３８が上部光学格子１２６を左側に押すことが
できる。
【００３０】図８を参照して、下部格子１２８は固定さ
れているため、上部格子１２６が空気圧および運転手の
音声音波のリンクにより変位すると、それにしたがっ
て、２つの格子（１２６、１２８）の組み合わせにより
遮蔽される光の程度が変化する。特に、図８の（ａ）を
参照して、透明ラインと不透明ラインとが交互になった
パターンをそれぞれ含む格子対（１２６、１２８）が、
組み合わせパターンの不透明な部分を変更することで、
透過される光の振幅を変調する。上部光学格子の位置に
応じて、透過範囲は約０％〜５０％である。図８の
（ｂ）に示すように、格子（１２６、１２８）を、例え
ば上部光学格子１２６を右側にずらすことで調整し、サ
ウンドがない状態では、透過率が約２５％で互いにｗ／
２だけ変位するようにする。但し、ｗは、格子における
不透明ラインまたは透明ラインの幅に等しい（例えば、
ｗ＝０．００１インチ）。図８の（ｃ）に示すように、
運転手の音波の圧力が上部光学格子１２６を１ラインの
幅（ｗ）分下部光学格子１２８よりもさらに右側に変位
させた場合、透過率は徐々に０％に低減する。また、図
８の（ｄ）に示すように、格子１２６の不透明ラインが
格子１２８の不透明ラインの直上になるように、運転手
の音声の圧力が上部光学格子１２６をずらすと、透過率
は最大である５０％まで増大する。したがって、サウン
ドがない状態での上部格子１２６の有利な静止位置は、
透過率が２５％であるように、下部格子１２８から左ま
たは右にｗ／２変位したところである。この静止位置で
は、音波が、双方向に最大５０％および最小０％まで上
下に、圧力の変化に伴い光の透過率を連続して変化させ
ることが可能である。
【００３１】再び図７を参照して、光学マイクロホンイ
ンテロゲータユニットからの光は、図９に関して後述す
るように、ダイアフラム１２４を透過し、格子対（１２
６、１２８）上で光る。ダイアフラム１２４は透明であ
ることが好ましいが、代替として透明窓領域以外は殆ど
不透明であってもよい。上部格子１２６の瞬間位置が、
どの程度の光が格子対（１２６、１２８）を透過するか
を決定する。格子対（１２６、１２８）を透過した光
は、マイクロホンユニット・ハウジング１２２の基部に
あるコーナーキューブのアレイ１３０によって反射され
る。コーナーキューブのアレイ１３０は、光が格子（１
２６、１２８）を通ってインテロゲータユニットに戻る
ような様式で、光を反射する。光検出器を用いて反射光
の振幅を電圧に変換することにより、光学マイクロホン
インテロゲータユニットが、詳細に後述するように、マ
イクロホンユニット１２０において検出したサウンドに
対応する電気オーディオ信号を回復することができる。
【００３２】図９を参照して、発振器１５２あるいはパ
ルス発生器と、赤外線（ＩＲ）範囲付近のレーザまたは
変調された発光ダイオード（ＬＥＤ）（modulated LE
D）１５４と、光検出器および増幅器素子１５６と、乗
算器１５８と、ロウパスフィルタ（ＬＰＦ）１６０と、
信号プロセッサ１６２とを備える光学マイクロホンイン
テロゲータユニット１５０を示す。インテロゲータユニ
ット１５０は、運転手のシートベルトの光学マイクロホ
ンユニットが見える、自動車のダッシュボードに取り付
けることが好ましい。
【００３３】発振器１５２が、赤外線（ＩＲ）付近の発
光ダイオード（ＬＥＤ）１５４に電力供給する２０ｋＨ
ｚ信号１５３を生成し、それによって、本明細書ではさ
らに相互相関器とも呼称するＬＥＤ１５４が光１５５を
１秒当たり２０，０００パルス送信する。２０ｋＨｚ信
号１５３は、受信光検出のための参照として、乗算器１
５８にも供給される。光信号パルスを変調したもの１５
５は後に、光１６３が光検出器および増幅器ユニット１
５６によって受信され増幅される光学マイクロホンユニ
ットから戻される。増幅された信号１５７は乗算器１５
８に与えられ同期が検出され、信号対雑音比を改善す
る、よって、発振器１５２の中心周波数に対応する周波
数で変調されていない不要な光信号をすべてなくす。好
ましくは１０ｋＨｚフィルタであるロウパスフィルタ１
６０が、振幅増幅された信号１５９を、運転手の音声の
サウンドに対応する電気オーディオ信号である滑らかな
電圧信号１６２に変換する。先の実施形態でのように、
信号１６１は信号プロセッサユニット１６２に送信さ
れ、ここで、従来の音声認識技術を用い、信号プロセッ
サ１６２が、運転手の音声コマンドに対応するものとし
て電気オーディオ信号を解釈する。
【００３４】明らかに、上記教示に鑑みて、本発明の多
くの変更および変形が可能である。したがって、添付の
特許請求の範囲内で、本発明を具体的に上述した以外で
実施しうることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による表面弾性波（ＳＡ
Ｗ）マイクロホンユニットの機械製図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＳＡＷインテロゲー
タユニットの一実施形態のブロック図である。
【図３】本発明の代替の実施形態によるレバーを備える
ＳＡＷマイクロホンユニットの機械製図である。
【図４】本発明の代替の実施形態によるコンデンサ・マ
イクロホンユニットの概略図である。
【図５】本発明の代替の実施形態によるクリスタルマイ
クロホンユニットの概略図である。
【図６】本発明の代替の実施形態によるコンデンサまた
はクリスタルのインテロゲータユニットのブロック図で
ある。
【図７】本発明の代替の実施形態による光学マイクロホ
ンユニットの機械製図である。
【図８】図８の（ａ）は、本発明の図７の実施形態によ
る、幅Ｗの透明領域および不透明領域が交互になったパ
ターンを有する光学マイクロホン格子機構の図であり、
図８の（ｂ）は、静止した第２の光学マイクロホン格子
の上にＷ／２だけずれた位置にある第１の光学マイクロ
ホン格子の図であり、図８の（ｃ）は、ゼロの光透過を
もたらす、静止した第２の光学マイクロホン格子の上に
Ｗ／２だけずれた位置にある第１の光学マイクロホン格
子の図であり、図８の（ｄ）は、最大の光透過をもたら
す、静止した第２の光学マイクロホン格子の上にＷ／２
だけずれた位置にある第１の光学マイクロホン格子の図
である。
【図９】本発明の代替の実施形態による光学インテロゲ
ータユニットのブロック図である。
【符号の説明】
１０ 表面弾性波（ＳＡＷ）マイクロホンユニッ
ト １２ ハウジング １４ ＳＡＷ素子 １６ アンテナ ２０ プッシュロッド ２６ インテロゲータユニット ３２ 送信アンテナ ３６ 受信アンテナ ３８ 受信ＲＦスイッチ ４４ 位相検出乗算器 ４８ 音声信号プロセッサ（音声ボゴータ） ５０ マイクロホンユニット ５６ 第１のプッシュロッド ６６ ＳＡＷ素子 ６８ コンデンサマイクロホンユニット ７０ マイクロホン
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年８月１０日（２００１．８．１
０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【図８】
【図９】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｒ 23/00 ３２０ Ｈ０４Ｒ 23/00 ３２０ (72)発明者 ロバート・ビー・ストッケス アメリカ合衆国カリフォルニア州90275, ランチョ・パロス・ヴァーデス，スタディ ン・ヒル・ロード 29329 (72)発明者 マーシャル・ワイ・フアン アメリカ合衆国カリフォルニア州90275, ランチョ・パロス・ヴァーデス，クイーン リッジ・ドライブ 6125 (72)発明者 バリー・アール・アレン アメリカ合衆国カリフォルニア州90277, リダンド・ビーチ，アベニュー・ビー 631 Ｆターム(参考） 5D016 AA01 HA03 5D021 CC07 DD00 5K011 DA05 DA19 DA27 DA28 EA02 JA01 JA12 KA03 5K060 CC04 CC12 DD07 GG04 HH34 JJ10 JJ21 MM08

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子装置の音波起動式制御を提供するた
    めのシステムであって、 信号を生成し、該信号のパルスを送信し、被変調信号を
    受信し、前記電子装置を制御するための命令を含む音波
    信号に対応する前記信号と前記被変調信号の間の差を決
    定し、前記音波信号の命令を用いて、前記電子装置を制
    御するためのインテロゲータユニットと、 該インテロゲータユニットと離間され、前記信号パルス
    を前記インテロゲータユニットから受信し、該信号パル
    スを前記音波信号を用いて変調して前記被変調信号を形
    成し、該被変調信号を前記インテロゲータユニットに送
    信するための音響駆動式マイクロホンユニットと、を備
    える、システム。
  2. 【請求項２】 前記信号は連続した無線周波数（ＲＦ）
    信号である、請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記インテロゲータユニットは、前記信
    号を生成するための表面弾性波（ＳＡＷ）発振器を備え
    る、請求項１記載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記インテロゲータユニットは、前記信
    号をゲートして前記信号パルスを生成するための送信無
    線周波数スイッチ（ＲＦ）を備える、請求項１記載のシ
    ステム。
  5. 【請求項５】 前記インテロゲータユニットは、前記信
    号パルスを前記マイクロホンユニットに送信するための
    送信アンテナを備える、請求項１記載のシステム。
  6. 【請求項６】 前記インテロゲータユニットは、前記マ
    イクロホンユニットから前記被変調信号を受信するため
    の受信アンテナを備える、請求項１記載のシステム。
  7. 【請求項７】 前記インテロゲータユニットは、前記被
    変調信号をゲートするための受信無線周波数（ＲＦ）ス
    イッチを備える、請求項１記載のシステム。
  8. 【請求項８】 前記インテロゲータユニットは、前記パ
    ルスの数が所定の値に達するまで、前記信号の正のパル
    スを計数し、前記所定の値に達すると、前記信号パルス
    の前記マイクロホンユニットへの送信を起動し、所定の
    遅延が満了すると、前記マイクロホンユニットからの前
    記被変調信号の受信を起動する、デジタルカウントダウ
    ンデバイダを備える、請求項１記載のシステム。
  9. 【請求項９】 前記インテロゲータユニットは、前記被
    変調信号を増幅する低雑音増幅器を備える、請求項１記
    載のシステム。
  10. 【請求項１０】 前記インテロゲータユニットは、前記
    被変調信号から帯域外雑音および干渉を除去する表面弾
    性波（ＳＡＷ）バンドパスフィルタを備える、請求項１
    記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 前記インテロゲータユニットは、前記
    連続信号と前記被変調信号の間の差を測定し、その差に
    対応する前記音波信号を生成する乗算器を備える、請求
    項１記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 前記インテロゲータユニットは、前記
    音波信号から高周波成分を除去し、除去された音波信号
    に対応する電圧信号を生成するロウパスフィルタを備え
    る、請求項１１記載のシステム。
  13. 【請求項１３】 前記電圧信号は、滑らかに変化する電
    圧信号である、請求項１２記載のシステム。
  14. 【請求項１４】 前記インテロゲータユニットは、前記
    電圧信号を受信し、該電圧信号を前記電子装置を制御す
    るための命令として解釈する信号プロセッサユニットを
    備える、請求項１２記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 前記信号プロセッサユニットは音声ボ
    コーダである、請求項１４記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 前記音響駆動式マイクロホンユニット
    は、前記被変調信号を前記信号パルスの遅延エコーバー
    ストとして生成する表面弾性波（ＳＡＷ）素子を備え、
    前記遅延エコーバーストは、前記表面弾性波素子の表面
    に加えられた力によって生成され、該力は前記マイクロ
    ホンユニットを取り巻く空気中の音波の圧力から生じ
    る、請求項１記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 前記表面弾性波（ＳＡＷ）素子は遅延
    線である、請求項１６記載のシステム。
  18. 【請求項１８】 前記音響駆動式マイクロホンユニット
    は、該マイクロホンユニットを取り巻く空気中の音波の
    圧力を吸収するダイアフラムを備える、請求項１６記載
    のシステム。
  19. 【請求項１９】 前記音響駆動式マイクロホンユニット
    は、前記ダイアフラムと前記表面弾性波素子の間に配置
    され、前記ダイアフラムによって吸収された前記圧力
    を、前記表面弾性波素子の表面に加えられる力へと伝達
    する第１のプッシュロッドを備える、請求項１８記載の
    システム。
  20. 【請求項２０】 前記音響駆動式マイクロホンユニット
    は、前記ダイアフラムと前記表面弾性波素子の間に配置
    され、前記第１のプッシュロッドにおける前記ダイアフ
    ラム上の音波圧力を吸収するレバーと、 該レバーと前記表面弾性波素子の間に配置され、前記レ
    バーによって吸収された圧力を前記表面弾性波素子の表
    面に伝達する第２のプッシュロッドであって、該伝達さ
    れる圧力は、この圧力に応答してＭのファクタで前記表
    面弾性波素子の表面に加えられる力を増大する、該第２
    のプッシュロッドと、をさらに備える、請求項１９記載
    のシステム。
  21. 【請求項２１】 前記音響駆動式マイクロホンユニット
    は、前記信号パルスを前記インテロゲータユニットから
    受信すると共に、前記被変調信号を前記インテロゲータ
    ユニットに送信するためのアンテナを備える、請求項１
    記載のシステム。
  22. 【請求項２２】 前記アンテナは、ダイポールアンテ
    ナ、パッチアンテナ、およびループアンテナからなる群
    から選択されるアンテナである、請求項２１記載のシス
    テム。
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