JP2010525646A - 音と位置の測定 - Google Patents

Abstract

可聴および超音波周波数の両方にわたる周波数応答を持つセンサと、可聴および超音波入力周波数を個別に使用するために分離するように構成された処理用電子機器とを含む、可聴および超音波音入力の両方を処理するように構成された装置。可聴および超音波周波数の両方にわたる周波数応答を持つセンサと、可聴および超音波入力周波数の各々を独立して処理するように構成された処理用電子機器とを含む、可聴および超音波音入力の両方を処理するように構成された装置。
【選択図】 図１

Description

関連出願
本願は、２００７年４月１９日に出願された、Ｔｕｒｂａｈｎの米国仮特許出願Ｎｏ．６０／９０７８４６からの優先権を主張するＰＣＴ出願である。

上記文献の内容は、本明細書に完全に述べられているかのように参考として組み入れられる。

技術分野
本発明は、その一部の実施形態では、同一マイクロホンを介してオーディオアプリケーションおよび超音波アプリケーションを提供することに関し、さらに詳しくは、音波および超音波信号にそれぞれ同時ノイズキャンセルおよびスタイラス定位を実行することに関するが、それに限定されない。

ノイズキャンセルの使用の１例として遠隔会議装置がある。スピーカの音声がマイクロホンによって定位されると、スピーカ以外の方向から生じるノイズは減衰され、スピーカの音声のより良い品質の伝送が生じる。ノイズキャンセルの他の例は、マイクロホンの前部から入る音声から周辺ノイズを減算する特殊マイクロホンを使用する。音声アプリケーションでは、人気のあるマイクロホンのタイプはコンデンサマイクロホンである。

音波を使用するスタイラス定位は、超音波スタイラスが可聴ノイズでユーザを悩まさないという事実に加えて、オーディオ波長によって達成されるより高い精度の定位を必要とする。なお、より良好な定位は、より短いオーディオ波長、すなわち超音波波長を使用することによって達成することができるが、コンデンサマイクロホンは超音波周波数に対して良好な感度を持たない。他方、超音波センサは通常音波帯域の感度が低い。

ＡｌｔｍａｎらのＰＣＴ特許出願第ＩＢ２００８／０５０９４６号は、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）マイクロホンを使用する超音波音響測位システムを記載している。

音を処理する既存の製品および技術は一般的に、超音波アプリケーション用および音声アプリケーション用に別個のセンサを有する。

追加的背景技術として以下のものが挙げられる。

ＰＣＴ特許出願公開第ＷＯ２００４０１０２７５号は、たとえば携帯通信端末内の情報処理システムへの位置情報入力について記載している。該システムは、既知のマイクロホン位置に配置され、かつマイクロホンからの音信号を解釈することのできる処理回路構成に接続された、複数のマイクロホンを備える。音信号は各マイクロホンから受信され、音響波に由来する信号は第１位置に配置された音響音源から生じる。前記第１位置の音源とそれぞれのマイクロホンとの間の距離のそれぞれの差が次いで算出され、続いて前記第１位置の推定値の算出が幾何モデルを用いて行われ、前記推定値は情報処理システムで使用するように意図された位置情報である。

英国特許ＧＢ２３８８０７７は、位置信号を送信するための超音波送信器、および赤外線とすることのできるタイミング信号を送信するための第２送信器を含むスタイラスについて記載している。検出器アセンブリは、ホワイトボード、ブラックボード、フリップチャート、またはタブレットＰＣのような書込み面上でスタイラスまたはイレーザを追跡することを可能にするハードウェアおよびファームウェアをも含むベースアプライアンス上の位置信号受信器（コンデンサマイクロホン）およびタイミング信号受信器を含む。それはまた、プッシュボタンならびにＬＥＤおよび／またはＬＣＤのようなユーザ関連インタラクションおよび／またはディスプレイを含む、着脱自在のパーソナリティモジュールをも有する。パーソナリティモジュールは通信およびスタンドアロン機能のための論理を含む。検出器アセンブリはまた着脱自在のネームプレートをも有する。検出器は、外部プロセッサ無しで書込みをその後の転送および表示のためにローカルストレージに記録するために使用することができる。代替的に、それは外部ディスプレイユニットと共に使用することができる。

米国特許６５７７２９９は、ワイヤレスペンと、ペンの取外し可能なキャップとを含み、キャップがペンから取り外されて基準位置に配置されたときに、キャップの基準位置に対するペン上の少なくとも１つの場所の位置を決定するため、およびペン上の少なくとも１つの場所の決定された位置に依存する信号を生成するために、ペン上の少なくとも１つの場所とキャップ上の少なくとも１つの場所との間で波エネルギを伝達する、ユーザによる書込みを表わす信号を生成するためのワイヤレスペン装置について記載している。

米国特許出願公開第２００３／０７１７９８号は、電磁パルスを放出することのできる電磁放射源と、既知の距離だけ相互に分離された第１および第２超音波検出器と、放射源、第１検出器、および第２検出器に連結され、放射源からの電磁パルスの放出と第１検出器での超音波の検出との間の第１経過時間を測定することができ、かつさらに放射源からの電磁パルスの放出と第２検出器での超音波の検出との間の第２経過時間を測定することができるタイマと、タイマおよび放射源に連結され、放射源に複数の放射パルスを放出するように指示し、第１経過時間、第２経過時間、および検出器間の既知の距離に基づいて超音波トランスポンダの位置を経時的に三角測量し、かつ三角測量データに基づいて文字を生成することのできる三角測量エンジンとを備えた、スタイラスの三角測量データからデジタルインクを生成するためのシステムについて記載している。

ＡｌｔｍａｎらのＰＣＴ特許出願公開ＷＯ０３／０８８１３６は、前記位置を決定するために復号可能な略連続超音波波形を放出するための第１エミッタを含む、位置を得るための位置要素と、前記位置の決定を可能とするように前記波形を検出しかつ前記位置決定能力を維持するように計算のために前記波形を出力する検出器配列とを備えた、コンピューティングアプリケーションに関連して使用するための位置検出システムについて記載している。

米国特許出願公開第２００６／０７７１８８号は、仮想スクリーンを用いて携帯端末に文字または図形を入力するための装置および方法を開示している。仮想スクリーンを介して文字または図形を入力するために、携帯端末は電子ペンと、仮想スクリーンジェネレータと、電子ペン位置を検出するための位置検出器と、痕跡を文字として認識するための文字認識アルゴリズムとを含む。信号が電子ペンから入力されると、携帯端末は信号の発信位置およびその痕跡を検出する。携帯端末は検出された痕跡を文字として認識し、仮想スクリーンに認識された文字を生成する。

本発明の一部の態様では、音波および超音波信号の両方をピックアップするために同一センサが使用され、センサの出力は、両方のタイプの信号を処理するのに適した電子機器への入力を提供する。

最近になって、同時ピックアップを実行するためのセンサが利用可能になった。そのようなセンサの非限定的実施例として、Ｋｎｏｗｌｅｓ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓによって製造されるようなＭＥＭＳマイクロホンがある。

センサの広い周波数応答から利益を得るために、本発明の１実施形態は２つのフィルタを使用し、１つのフィルタは超音波ピックアップ用であり、１つのフィルタの音波ピックアップ用である。フィルタリングされた信号はオーディオアプリケーション、超音波アプリケーション、または両方を実現するように構成されたプロセッサによって処理される。

本発明の一部の実施形態の態様では、可聴および超音波周波数の両方にわたる周波数応答を持つセンサと、可聴および超音波入力周波数を個別に使用するために分離するように構成された処理用電子機器とを含む、可聴および超音波音入力の両方を処理するように構成された装置を提供する。

本発明の一部の実施形態では、センサの周波数応答が可聴周波数および超音波周波数で実質的に異なる。本発明の一部の実施形態では、その差が４０ｄＢを超える。本発明の一部の実施形態では、処理用電子機器は、センサの可聴周波数への応答およびセンサの超音波周波数への応答のどちらか低い方を増幅するように構成される。

本発明の一部の実施形態では、処理用電子機器は、分離された周波数を独立に処理するための独立処理機器を含む。

本発明の一部の実施形態では、処理用電子機器は、可聴周波数をフィルタリングするように構成された第１フィルタと、超音波周波数をフィルタリングするように構成された第２フィルタとを含む。本発明の一部の実施形態では、処理用電子機器はさらに、分離された周波数の間で切替えを行うためのマルチプレクサを含む。本発明の一部の実施形態では、処理用電子機器はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む。

本発明の一部の実施形態では、処理用電子機器は、センサの可聴出力および超音波出力の同時処理を行うように構成される。

本発明の一部の実施形態では、装置は２つ以上のセンサを含む。本発明の一部の実施形態では、可聴および超音波音入力の両方をピックアップするために同一センサが使用される。

本発明の一部の実施形態では、センサはＭＥＭＳマイクロホンである。

本発明の一部の実施形態では、処理用電子機器は少なくとも１つの超音波音入力源を定位するように構成される。本発明の一部の実施形態では、処理用電子機器は少なくとも１つの可聴音入力源を定位するように構成される。

本発明の一部の実施形態では、処理用電子機器は、２つ以上のセンサの超音波出力を比較することによって３次元で超音波音源を定位するように構成される。

本発明の一部の実施形態では、処理用電子機器は、超音波音源の移動を追跡するように構成される。本発明の一部の実施形態では、処理用電子機器は追跡に対応する出力を生成するように構成される。

本発明の一部の実施形態では、装置は携帯電話に含まれる。

本発明の一部の実施形態では、装置はさらに、機器を監視するように構成される。本発明の一部の実施形態では、装置はさらに不良機器の場所を示すように構成される。

本発明の一部の実施形態では、装置はさらに距離を測定するように構成される。本発明の一部の実施形態では、装置はさらに超音波音源を含む。本発明の一部の実施形態では、装置はカメラの合焦ユニットに距離決定ユニットの一部として含まれる。

本発明の一部の実施形態では、装置はさらに超音波音を発する動物を探知するように構成される。本発明の一部の実施形態では、装置はさらに、超音波音を発する動物を定位するように構成される。

本発明の一部の実施形態では、装置はさらに、同時に音を録音し超音波音源定位を実行するように構成される。本発明の一部の実施形態では、超音波音源定位はさらに、書込みアプリケーションへの入力を生成することを含む。

本発明の一部の実施形態では、装置は２つ以上の超音波音源に対し超音波音源定位を実行するように構成される。本発明の一部の実施形態では、超音波音源定位はさらに、２つ以上の書込みアプリケーションへの入力を生成することを含む。

本発明の一部の実施形態では、装置はさらに、超音波音を放出するタグの場所を示すように構成される。本発明の一部の実施形態では、装置はさらに、タグに超音波音を放出させるためにタグに信号を送信するように構成される。

本発明の一部の実施形態の態様では、装置と、超音波音を放出するように構成されたスタイラスとを含むシステムを提供する。本発明の一部の実施形態では、システムはさらにタッチスクリーンを含み、タッチスクリーン上にスタイラスの先端を配置すると、タッチスクリーン上のスタイラスの先端の場所に対応する出力が生成され、スタイラスの先端をタッチスクリーン表面に沿って移動させると、タッチスクリーン表面に沿ったスタイラスの先端の移動に対応する出力が生成される。

本発明の一部の実施形態の態様では、装置と、超音波音を放出するように構成されたポインティングデバイスとを含むシステムを提供する。本発明の一部の実施形態では、装置は３つのセンサを含み、３次元のポインティングデバイスの定位を生成する。本発明の一部の実施形態では、ポインティングデバイスはマウスである。

本発明の一部の実施形態の態様では、可聴および超音波周波数の両方にわたる周波数応答を持つセンサと、可聴および超音波入力周波数の各々を独立して処理するように構成された処理用電子機器とを含み、可聴および超音波音入力の両方を処理するように構成された装置を提供する。

本発明の一部の実施形態の態様では、可聴および超音波音入力の入力のために可聴および超音波入力周波数の両方にわたる周波数応答を持つセンサと、可聴および超音波入力周波数を独立して使用するために分離するための処理用電子機器とを使用して、可聴および超音波音入力の両方を処理するための方法を提供する。本発明の一部の実施形態では、センサは２つ以上のセンサを含み、さらにセンサの少なくとも１つからの入力への応答を較正することを含む。本発明の一部の実施形態では、処理用電子機器は可聴および超音波周波数を同時に処理するように構成される。

本発明の一部の実施形態の態様では、可聴および超音波音入力の入力のために可聴および超音波入力周波数の両方に及ぶ周波数応答を持つセンサを使用し、可聴および超音波入力周波数の各々を独立に処理して、可聴および超音波音入力を処理するための方法を提供する。本発明の一部の実施形態では、可聴および超音波入力周波数の各々を独立に処理することは、可聴および超音波入力周波数の一方を他方とは異なるように増幅することを含む。

別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的用語および／または科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載される方法および材料と類似または同等である方法および材料を本発明の実施または試験において使用することができるが、例示的な方法および／または材料が下記に記載される。矛盾する場合には、定義を含めて、本特許明細書が優先する。加えて、材料、方法および実施例は例示にすぎず、限定であることは意図されない。

本発明の実施形態の方法および／またはシステムを実行することは、選択されたタスクを、手動操作で、自動的にまたはそれらを組み合わせて実行または完了することを含んでいる。さらに、本発明の装置、方法および／またはシステムの実施形態の実際の機器や装置によって、いくつもの選択されたステップを、ハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェア、あるいはオペレーティングシステムを用いるそれらの組合せによって実行できる。

例えば、本発明の実施形態による選択されたタスクを実行するためのハードウェアは、チップまたは回路として実施されることができる。ソフトウェアとして、本発明の実施形態により選択されたタスクは、コンピュータが適切なオペレーティングシステムを使って実行する複数のソフトウェアの命令のようなソフトウェアとして実施されることができる。本発明の例示的な実施形態において、本明細書に記載される方法および／またはシステムの例示的な実施形態による１つ以上のタスクは、データプロセッサ、例えば複数の命令を実行する計算プラットフォームで実行される。任意選択的に、データプロセッサは、命令および／またはデータを格納するための揮発性メモリ、および／または、命令および／またはデータを格納するための不揮発性記憶装置（例えば、磁気ハードディスク、および／または取り外し可能な記録媒体）を含む。任意選択的に、ネットワーク接続もさらに提供される。ディスプレイおよび／またはユーザ入力装置（例えば、キーボードまたはマウス）も、任意選択的にさらに提供される。

本明細書では本発明のいくつかの実施形態を単に例示し添付の図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の実施形態を例示考察することだけを目的としていることを強調するものである。この点について、図面について行う説明によって、本発明の実施形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。
図１は、オーディオおよび超音波信号の両方をピックアップするマイクロホンを使用する、本発明の例示的実施形態の簡易ブロック図である。 図２は、オーディオおよび超音波信号の両方をピックアップする２つのマイクロホンを使用する、本発明の代替的例示的実施形態の簡易ブロック図である。 図３は、図１の発明を使用して音声ピックアップおよびスタイラス定位を結合するシステムの簡易画像である。 図４は、図１の発明の別の例示的実施形態の簡易ブロック図である。 図５は、図１の発明のさらに別の例示的実施形態の簡易ブロック図である。 図６は、図１の発明のさらに別の例示的実施形態の簡易ブロック図である。

本発明は、その一部の実施形態では、同一マイクロホンを介してオーディオアプリケーションおよび超音波アプリケーションを提供することに関し、さらに詳しくは、音波および超音波信号それぞれに対して同時ノイズキャンセルおよびスタイラス定位を実行することに関するが、それに限定されない。

背景で記載した通り、オーディオアプリケーション用のマイクロホンは、超音波アプリケーションに対する良好な感度を持たない。最近、オーディオおよび超音波周波数の両方に感応するセンサが出現した。例示的センサとして、オーディオ周波数および超音波周波数を含む広い周波数応答を有するＭＥＭＳマイクロホンがある。

本発明と共通の発明者を有するＡｌｔｍａｎらの上述のＰＣＴ特許出願第ＩＢ２００８／０５０９４６号は、オーディオおよび超音波アプリケーションの両方にＭＥＭＳマイクロホンをいかに使用するかを記載している。本発明はそのようなマイクロホンの使用に関する。

本発明の実施形態では、センサの広い周波数応答から利益を得るために、本発明の１実施形態は２つのフィルタを使用する。１つのフィルタは超音波ピックアップ用、１つのフィルタは音波ピックアップ用である。フィルタリングされた信号は、オーディオアプリケーション、超音波アプリケーション、または両方を実現するように構成されたプロセッサによって処理される。

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳しく説明する前に、本発明は、その適用において、下記の説明に示されるか、および／または図面および／または実施例において例示される構成要素および／または方法の組み立ておよび構成の細部に必ずしも限定されないことを理解しなければならない。本発明は他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実施または実行されることが可能である。

用語「センサ」はその全ての文法的形式が、本明細書および特許請求の範囲全体で、用語「マイクロホン」およびその対応する文法形式と相互に置換可能に使用される。

なお、多くのタイプのセンサは振動を電気信号に変換するものであり、それらのいずれも本発明におけるセンサとして働くことができる。そのようなセンサの非限定的リストは、セラミックセンサ、圧電センサ、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）センサ、静電センサなどを含む。

用語「音波」はその全ての文法的形式が、本明細書および特許請求の範囲全体で、用語「音声」および「オーディオ」ならびにそれらに対応する文法的形式と相互に置換可能に使用される。用語「超音波」は本発明の明細書および特許請求の範囲全体で、音波周波数より高い音周波数に対して使用される。通常、超音波は２０ＫＨｚを超える周波数として定義される。

ここで図１を参照すると、それはオーディオおよび超音波信号の両方をピックアップするマイクロホンを使用する、本発明の例示的実施形態の簡易ブロック図である。

図１の例示的実施形態はマイクロホン１０５、フィルタ１０１、音波信号処理ユニット１０６、および超音波信号処理ユニット１０７を備える。

マイクロホン１０５は音波および超音波音周波数の両方に感応する。そのようなマイクロホンの非限定的実施例として、上述したようなＭＥＭＳマイクロホンがある。

マイクロホン１０５はフィルタ１０１に接続され、それに入力される信号を生成する。フィルタ１０１は可聴周波数信号１０２の出力を音波信号処理ユニット１０６に送信し、超音波周波数信号１０３の出力を超音波信号処理ユニット１０７に送信する。

音波信号処理ユニット１０６は任意選択的に可聴または音声アプリケーションを実現する。

超音波信号処理ユニット１０７は任意選択的に超音波アプリケーションを実現する。

なお、マイクロホン１０５への応答は可聴範囲および超音波範囲で実質的に異なるかもしれない。そのような場合、応答のより低い方の増幅が実行される。

本発明の一部の実施形態では、可聴および超音波周波数が分離される前に、増幅は、異なる周波数範囲に異なる増幅を実行するように構成された増幅器によって実行される。本発明の他の実施形態では、増幅は可聴および超音波周波数が分離された後で実行される。

感度がボルト／パスカルとして定義される場合、超音波および可聴周波数範囲に対するセンサの感度の４０ｄＢ以上の差は、上述した増幅によって補償される。

ここで図２を参照すると、それは、オーディオおよび超音波信号の両方をピックアップする２つのマイクロホンを使用する、本発明の代替的例示的実施形態の簡易ブロック図である。

図１の例示的実施形態は、２つのマイクロホン１０５、２つのフィルタ１０１、音波信号処理ユニット１０６、および超音波信号処理ユニット１０７を備える。

２つのマイクロホン１０５は、図１に関連して上述した通りである。

２つのマイクロホン１０５の各々は２つのフィルタ１０１のうちの対応する１つに接続され、それに入力される信号を生成する。フィルタ１０１の各々は可聴周波数信号１０２の出力を音波信号処理ユニット１０６に送信し、かつ超音波周波数信号１０３の出力を超音波信号処理ユニット１０７に送信する。

音波信号処理ユニット１０６は任意選択的に２つのマイクロホン１０５からの可聴周波数信号１０２を受け入れ、任意選択的に可聴または音声アプリケーションを実現する。そのような可聴アプリケーションの非限定的実施例として、音声圧縮／伝送アプリケーションがある。そのような可聴アプリケーションの別の非限定的実施例として、ノイズキャンセルアプリケーションがある。そのような可聴アプリケーションの別の非限定的実施例として、スピーカ定位アプリケーション、または可聴ノイズ源定位アプリケーションがある。

超音波信号処理ユニット１０７は任意選択的に２つのマイクロホンから超音波周波数信号１０３を受け取り、任意選択的に超音波アプリケーションを実現する。そのような超音波アプリケーションの非限定的実施例として、スタイラス定位アプリケーションおよびスタイラス追跡アプリケーションがある。

なお、２つのマイクロホン１０５は、音波か超音波かにかかわらず、入力音に対して均等な応答を持たないかもしれない。本発明の一部の実施形態は、マイクロホン１０５の相互に対する応答の測定およびその後の較正を実行し、それによってマイクロホン１０５が較正されない場合より良好な精度をアプリケーションに可能にする。

なお、音波か超音波かにかかわらず、マイクロホン１０５の各々はそれ自体、入力音に線形応答をもたらさないかもしれない。本発明の一部の実施形態はマイクロホン１０５の応答の測定およびその後の較正を実行し、それによってマイクロホン１０５が較正されない場合より良好な精度をアプリケーションに可能にする。

なお、本発明の一部の実施形態では、マイクロホン１０５は実質的に線形の入力信号をもたらし、較正プロセスを簡素化し、あるいは不要にさえする。

なお、較正はまた線形性以外の理由でも実行される。較正の追加的原因の非限定例としてマイクロホンの異なる位相応答、異なる方向から受信した音に対する異なる応答のようなマイクロホンの異なる空間応答、および各々のマイクロホンの機械的環境の相違がある。

ここで図３を参照すると、それは、図１の発明を使用して音声ピックアップおよびスタイラス定位を結合するシステムの簡易画像である。

図３のシステムは、２つのマイクロホン１０５およびスタイラス２０５を含む携帯電話２００を備える。

２つのマイクロホン１０５は、図１に関連して上述した通りである。

マイクロホン１０５の少なくとも１つは、携帯電話２００が通話を実行するための音ピックアップ用に役立つ。一般的に通話をピックアップするには１つのマイクロホンで充分である。任意選択的に、両方のマイクロホン１０５が使用される。

２つのマイクロホン１０５はまた、スタイラス２０５に含まれる超音波送信器（図示せず）用の超音波ピックアップとしても働く。超音波送信器（図示せず）は超音波音２１０を放出し、それは２つのマイクロホン１０５によってピックアップされる。

携帯電話２００は、図１の本発明の実施形態と、上述したＡｌｔｍａｎらのＰＣＴ特許出願第ＩＢ２００８／０５０９４６号に記載されるようなスタイラス定位アプリケーションとを備える。

図３のシステムの代替的実施形態は追加的にノイズキャンセルシステムを備え、それは、スピーカの方向からの音声源を強調するために、両方のマイクロホン１０５を使用し、他の方向からのノイズを減弱させる。

なお、本発明の一部の代替的実施形態では、３つ以上のマイクロホンが使用される。

３つ以上のマイクロホンを含む実施形態は任意選択的に、スタイラス２０５に含まれる超音波送信器（図示せず）の３次元定位に使用される。

なお、図３のシステムの代替的実施形態は、マイクロホンのアレイを備える。ＤＳＰ（図示せず）はアレイから信号を受け取り、２つのマイクロホンと比較して定位の精度が改善される。

なお、１つのマイクロホンを持つ本発明の実施形態を使用する場合、音源の定位は任意選択的に本発明から音源までの距離をもたらす。

２つのマイクロホンが使用される場合、音源の定位は任意選択的に、音源が位置する２次元表面を画定して、２次元で行われる。しかし、２つのマイクロホンは任意選択的に超音波音および／または可聴音のＤＯＡ（到来方向）を推定する。

本発明の代替的実施形態は、任意選択的に異なる技術を使用して同期情報を本発明の実施形態に通信する同期機構を含む。通信は任意選択的に非限定的実施例として、電気接続のような有線通信によって、またはＩＲおよび／またはＲＦ通信のような無線通信によって行われる。同期機構は任意選択的にセンサの各々までの距離を測定することを可能にし、それによって音源を定位するために三角測量を可能にする。

４つ以上のマイクロホンが使用される場合、定位は任意選択的に、本発明から音源までの方向および距離、または３軸に沿った距離を提供するなど、３次元で行われる。

ここで図４を参照すると、それは図１の発明の別の例示的実施形態の簡易ブロック図である。

図４の例示的実施形態は、２つのマイクロホン１０５およびＤＳＰ１３０を備える。

マイクロホン１０５は、図１に関連して上述した通りである。

マイクロホン１０５は各々、ＤＳＰ１３０の入力１３１、１３２に接続される。ＤＳＰ１３０は音波および超音波信号の両方をデジタルに変換する充分な速度およびダイナミックレンジを持つアナログデジタル変換器を含む。

なお、本発明の一部の実施形態に関連して、Ａ／Ｄ（アナログデジタル）変換の前に、オプション増幅器はマイクロホン信号を増幅する。例として、図４の実施形態のＡ／Ｄ変換はＤＳＰ１３０で行われ、したがって増幅は任意選択的に、Ａ／Ｄ変換の前にＤＳＰ１３０で行われる。別の例として、図１のフィルタ１０１が任意選択的に増幅を実現する。

本発明の実施形態では、ＤＳＰ１３０は任意選択的に、デジタルドメインで音波周波数範囲または超音波周波数範囲への到来信号のフィルタリングを実行する。ＤＳＰ１３０はその後任意選択的に、音波アプリケーションまたは超音波アプリケーションのために、フィルタリングされた信号の処理を実現する。

本発明の一部の実施形態では、ＤＳＰ１３０は任意選択的に上述のアプリケーションの一方の処理を実現し、その後に上述のアプリケーションの他方の処理を実現する。ＤＳＰ１３０は、任意選択的に音波範囲と超音波範囲との間で周期的に切替えを行い、両方のアプリケーションを急速なレートで次々に実現する。

本発明の代替的実施形態では、ＤＳＰ１３０は任意選択的に、レート変換された周波数帯域の信号を処理する前に、可聴および音波の周波数帯域の少なくとも１つに対しレート変換を実行する。

本発明の代替的実施形態では、ＤＳＰ１３０は任意選択的に音波および超音波アプリケーションを同時に処理する。

ここで図５を参照すると、それは図１のさらに別の例示的実施形態の簡易ブロック図である。

図５の例示的実施形態は２つのマイクロホン１０５、２つのアナログ音波フィルタ１１０、２つのアナログ超音波フィルタ１１５、２つのマルチプレクサ１２０、およびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１２５を備える。

２つのマイクロホンは図１Ａのマイクロホン１０５と同様であり、音波および超音波信号の両方に感応する。

マイクロホン１０５は各々、アナログ音波フィルタ１１０の１つおよびアナログ超音波フィルタ１１５の１つに接続され、アナログフィルタ１１０、１１５への入力を提供する。アナログフィルタ１１０、１１５は各々、マルチプレクサ１２０の各々に接続される。

マルチプレクサ１２０は出力をＤＳＰ１２５に提供する。ＤＳＰ１２５は制御信号をマルチプレクサ１２０に提供し、マルチプレクサ１２０がいつでも音波および超音波信号のどちらを出力として提供すべきかを選択する。

次に図５の例示的実施形態の動作について説明する。

マイクロホン１０５は音信号をピックアップし、音信号をアナログフィルタ１１０、１１５への入力として提供する。音信号はオーディオ信号、超音波信号、ならびに同時にオーディオおよび超音波の両方とすることができる。

アナログ超音波フィルタ１１５は超音波信号を通過させる。アナログ音波フィルタ１１０は音波信号を通過させる。

超音波信号はマルチプレクサ１２０の入力１２６に渡され、音波信号はマルチプレクサ１２０の入力１２７に渡される。

マルチプレクサ１２０は、マルチプレクサ１２０への選択信号１２８に基づいて、出力１２９を介して音波信号または超音波信号のいずれかの出力を提供する。選択信号１２８はＤＳＰ１２５によってマルチプレクサ１２０に提供される。ＤＳＰ１２５はこうして、任意選択的にＤＳＰ１２５がそのときに音声アプリケーションまたは超音波アプリケーションのどちらのために信号を処理しているかに基づいて、超音波信号または音波信号のどちらを受け入れるかを制御する。

なお、本発明の代替的実施形態では、アナログ音波フィルタ１１０および／またはアナログ超音波フィルタ１１５はデジタルフィルタとすることができる。

なお、本発明の一部の実施形態では、マイクロホン１０５およびアナログフィルタ１１０は実質的に線形の入力信号をＤＳＰ１２５に提供し、較正プロセスを簡素化し、あるいは不要にさえする。

本発明のさらに他の代替的実施形態では、１つは可聴アプリケーション用、１つは超音波アプリケーション用の２つのＤＳＰユニットが含まれる。

ここで図６を参照すると、それは図１の発明のさらに別の例示的実施形態の簡易ブロック図である。

図１Ｃの例示的実施形態は、２つのマイクロホン１０５および２つのＤＳＰ１３５、１３６を備える。

２つのマイクロホン１０５は任意選択的に、図１のマイクロホン１０５と同様である。マイクロホン１０５の各々は任意選択的に、ＤＳＰ１３５、１３６の両方の入力１３７、１３８に接続される。

ＤＳＰ１３５、１３６は各々任意選択的に、音波および超音波信号の両方をデジタルに変換するのに充分な速度およびダイナミックレンジを持つアナログデジタル変換器を備える。ＤＳＰ１３５の１つは入力１３８のフィルタリングを実行して超音波信号を受け入れ、それによって超音波アプリケーションをサポートし、ＤＳＰ１３６のもう１つは入力１３７のフィルタリングを実行して音波信号を受け入れ、それによって音波アプリケーションをサポートする。

可聴および超音波音源の両方を処理する能力を使用する例示的アプリケーションを非限定的実施例として下述する。

スタイラス定位
１つ以上のマイクロホンを含む装置は、本発明によってスタイラス定位アプリケーションを含むことが可能になる。たとえば、ラップトップコンピュータおよびコンピュータディスプレイはしばしばマイクロホンを含む。別の例として、携帯電話はそれらの動作の必要な部品としてマイクロホンを有する。

機器監視
様々な種類の機器が動作中にノイズを発生する。ノイズは機器の動作に特有であり、ノイズスペクトルは動作を特徴付ける。そのような機器の非限定的実施例はファンとすることができる。回転機械は特に、一般的に機械が回転する周波数のノイズおよびそのノイズの高調波から構成されるノイズスペクトルを生成する。

機械の動作中にそのノイズを監視し、ノイズのスペクトルを追跡することにより、モニタは正常な動作と、ノイズスペクトルの変化を発生させる異常な動作とを区別することが可能になる。

本発明の実施形態は任意選択的に、音波範囲および超音波範囲の両方における機械動作のノイズを監視し、通常の動作ノイズスペクトルより豊富なスペクトルを生成する。モニタは任意選択的に異常ノイズスペクトルに基づいて異常動作を示すことが可能になる。モニタはまた任意選択的に、２つのマイクロホンの使用に基づいて、モニタから異常動作機械への方向を示す。モニタはまた任意選択的に、３つ以上のマイクロホンを使用することによって、機械の方向および距離に基づいて、異常動作機械の場所を示す。

特に興味深いアプリケーションは、本発明を使用することによって、携帯電話に機器監視能力を持たせることである。

距離測定
ＡｌｔｍａｎらのＰＣＴ特許出願第ＩＢ２００８／０５０９４６号に記載される通り、超音波感応マイクロホンは超音波音響測位システムを可能にする。

非限定的実施例としてマイクロホン付きビデオカメラおよびスチルカメラのように、現在マイクロホンを他の用途に使用している現在利用可能な機器に、今や距離を測定させることができる。本発明を備えかつ超音波音源を追加することによって、強化された機器は超音波音を障害物から跳ね返らせ、戻ってきた超音波音を処理することができる。本発明の一部の実施形態では、距離の測定は１つのＭＥＭＳマイクロホンにより実行される。本発明の他の実施形態では、距離の測定は２つ以上のＭＥＭＳマイクロホンにより実行される。

本発明に対して考えられる１つの用途は、カメラの合焦ユニットの一部としての用途である。

動物の探知および定位
動物の中には超音波範囲のノイズを発するものがある。本発明は、上述のカメラのような通常マイクロホンを含む装置に、または指向性マイクロホンに、これらの動物の探知能力を提供することができる。

今日まで音波用途に使用されてきた装置は、動物の超音波放出によって特徴付けられる動物の探知に本発明を使用することによって、機能強化することができる。

本発明の実施形態は、上述の動物の方向を指摘し、かつ動物の方向および動物までの距離の両方を指摘することを可能にする。

特に興味深いアプリケーションは、本発明を使用することによって、携帯電話に動物探知能力を持たせることである。

なお、１マイクロホンの動物探知アプリケーションは任意選択的に、音を出す動物の存在を示すだけであるが、３つ以上のマイクロホンによるアプリケーションは任意選択的に方向を示し、かつ任意選択的に音を出す動物までの距離を示す。

３次元マウス
３つ以上のマイクロホンを使用する本発明の実施形態は、３次元の定位を達成する。超音波音源をコンピュータマウスに埋め込むことによって、３次元マウスがもたらされる。マウスのボタンを押すなどマウスのアクチュエータを作動させると、マウスの３次元の追跡プロセスが開始される。マウスを介してコンピュータに３次元入力を提供することにより、コンピュータにおける３次元アプリケーションが使用可能になる。

特に興味深いアプリケーションは、本発明を使用することによって、携帯電話への３次元マウス入力を持つことである。

録音およびスタイラス入力処理の同時実行
本発明の実施形態は、マイクロホンの音波および超音波能力を使用して、同時に音を録音しかつ超音波音源を含むスタイラスを追跡する。スタイラスを追跡することによって、実施形態は書込みアプリケーションに入力を提供する。

実施形態の使用例として、会議中に、会議における全ての発言を録音しながら、スタイラスによって書き込まれたメモをも記録する。

別の使用例として、電話会議中に、電話の全ての当事者の録音を行いながら、１つの場所でスタイラスによって書き込まれたメモを１つ以上の遠隔場所に転送する。

なお、本発明の実施形態は電話会議の異なる場所に存在し、書き込まれた内容を各々の場所から他の場所に転送することができる。

特に興味深いアプリケーションは、本発明を使用することによって、上述した電話会議を携帯電話によって実行させることである。

２つ以上の超音波音源の同時処理
ＡｌｔｍａｎらのＰＣＴ特許出願第ＩＢ２００８／０５０９４６号に記載される通り、たとえば異なる超音波周波数を使用することによって、２つ以上の超音波音源を同時に追跡することができる。

代替的に、本発明と共通の発明者を有するＡｌｔｍａｎらのＰＣＴ特許出願公開ＷＯ０３／０８８１３６に記載される通り、センサは相互に直交配置される。該配置は２つ以上の超音波音源の同時追跡をも可能にする。

したがって本発明の実施形態は、２つ以上の超音波音源を同時に、たとえば２つ以上のスタイラスを同時に追跡する。異なるスタイラスの移動は任意選択的に、数人のユーザの書き込みメモを追跡するための入力をもたらす。

タッチスクリーンアプリケーション
超音波音源を含むスタイラスを追跡するときに、追跡は任意選択的に、非限定例として書込みアプリケーションのような追加アプリケーションへの入力として提供される。スタイラスはまた、マウスとして入力を提供することもでき、スタイラスを追跡することにより、コンピュータアプリケーションにおいてカーソルの対応する移動が生じる。アプリケーションの実施形態は任意選択的にタッチスクリーンアプリケーションへの入力をもたらす。タッチスクリーンアプリケーションでは、スタイラスの移動がカーソルの移動に変換されるだけではなく、さらに、スタイラスがタッチスクリーンに触れた場所にカーソルが配置され、カーソルはタッチスクリーン上のスタイラスを追従するように移動する。

超音波音を放出するタグの定位
本発明の実施形態は、超音波音を放出するタグを定位する。該実施形態は、目的物を見つけることを可能にするために、任意選択的に目的物に取り付けられるタグを見つけることを可能にする。

２つ以上の超音波音源を定位する能力は、タグ間の区別を可能にする。

代替的実施形態は、超音波音放出タグに信号を送信するエミッタを含み、それによって、そうするように合図されたときにだけタグに超音波音を放出させる。

特に興味深いアプリケーションは、本発明を使用することによって、上述したタグ定位を携帯電話に実行させることである。

本出願から成熟する特許の存続期間の期間中には、多くの関連する音波および超音波ピックアップの両方に感応することができるマイクロホンが開発されることが予想され、マイクロホン、およびＭＥＭＳマイクロホンの用語の範囲は、すべてのそのような新しい技術を生得的に包含することが意図される。

用語「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびそれらの同根語は、「含むが、それらに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」ことを意味する。

本明細書で使用される場合、単数形態（「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」）は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数の参照物を包含する。例えば、用語「ユニット（ａ ｕｎｉｔ）」または用語「少なくとも１つのユニット」は、複数のユニットを包含し得る。

明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴は単一の実施形態に組み合わせて提供することもできることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施形態の文脈で説明されている本発明の各種の特徴は、別個にまたは適切なサブコンビネーションで、または本発明の他の実施形態において好適に提供することもできる。種々の実施形態の文脈において記載される特定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なしに動作不能である場合を除いては、それらの実施形態の不可欠な特徴であると見なされるべきではない。

本発明はその特定の実施態様によって説明してきたが、多くの別法、変更および変形があることは当業者には明らかであることは明白である。従って、本発明は、本願の請求項の精神と広い範囲の中に入るこのような別法、変更および変形すべてを包含するものである。

本書で挙げた刊行物、特許および特許出願はすべて、個々の刊行物、特許および特許出願が各々あたかも具体的にかつ個々に引用提示されているのと同程度に、全体を本書に援用するものである。さらに、本願で引用または確認したことは本発明の先行技術として利用できるという自白とみなすべきではない。節の見出しが使用されている程度まで、それらは必ずしも限定であると解釈されるべきではない。

Claims (42)

1. 可聴および超音波周波数の両方にわたる周波数応答を持つセンサと、
   可聴および超音波入力周波数を個別に使用するために分離するように構成された処理用電子機器と
   を含む、可聴および超音波音入力の両方を処理するように構成された装置。
2. センサの周波数応答が可聴周波数および超音波周波数で実質的に異なる、請求項１に記載の装置。
3. 可聴周波数と超音波周波数の差が４０ｄＢを超える、請求項２に記載の装置。
4. 処理用電子機器は、センサの可聴周波数への応答およびセンサの超音波周波数への応答のどちらか低い方を増幅するように構成される、請求項３に記載の装置。
5. 処理用電子機器は、分離された周波数を独立に処理するための独立処理機器を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
6. 処理用電子機器は、可聴周波数をフィルタリングするように構成された第１フィルタと、超音波周波数をフィルタリングするように構成された第２フィルタとを含む、請求項１または５に記載の装置。
7. 処理用電子機器はさらに、分離された周波数の間で切替えを行うためのマルチプレクサを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 処理用電子機器はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
9. 処理用電子機器は、センサの可聴出力および超音波出力の同時処理を行うように構成される、請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
10. ２つ以上のセンサを含む、請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
11. 可聴および超音波音入力の両方をピックアップするために同一センサが使用される、請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
12. センサはＭＥＭＳマイクロホンである、請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
13. 処理用電子機器は少なくとも１つの超音波音入力源を定位するように構成される、請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
14. 処理用電子機器は少なくとも１つの可聴音入力源を定位するように構成される、請求項１〜１３のいずれかに記載の装置。
15. 処理用電子機器は、２つ以上のセンサの超音波出力を比較することによって３次元で超音波音源を定位するように構成される、請求項１０〜１３のいずれかに記載の装置。
16. 処理用電子機器は、超音波音源の移動を追跡するように構成される、請求項１３〜１５のいずれかに記載の装置。
17. 処理用電子機器は追跡に対応する出力を生成するように構成される、請求項１６に記載の装置。
18. 携帯電話に含まれる、請求項１〜１７のいずれかに記載の装置。
19. 機器を監視するようにさらに構成される、請求項１〜１８のいずれかに記載の装置。
20. 不良機器の場所を示すようにさらに構成される、請求項１９に記載の装置。
21. 距離を測定するようにさらに構成される、請求項１〜２０のいずれかに記載の装置。
22. 超音波音源をさらに含む、請求項１〜２１のいずれかに記載の装置。
23. カメラの合焦ユニットに距離決定ユニットの一部として含まれる、請求項２１に記載の装置。
24. 超音波音を発する動物を探知するようにさらに構成される、請求項１〜２１のいずれかに記載の装置。
25. 超音波音を発する動物を定位するようにさらに構成される、請求項１〜２１，２４のいずれかに記載の装置。
26. 同時に音を録音し超音波音源定位を実行するようにさらに構成される、請求項１〜２１のいずれかに記載の装置。
27. 超音波音源定位はさらに、書込みアプリケーションへの入力を生成することを含む、請求項２６に記載の装置。
28. ２つ以上の超音波音源に対し超音波音源定位を実行するように構成される、請求項１〜２１，１９〜２２のいずれかに記載の装置。
29. 超音波音源定位はさらに、２つ以上の書込みアプリケーションへの入力を生成することを含む、請求項１〜２１，１９〜２３のいずれかに記載の装置。
30. 超音波音を放出するタグの場所を示すようにさらに構成される、請求項１〜２１のいずれかに記載の装置。
31. タグに超音波音を放出させるためにタグに信号を送信するようにさらに構成される、請求項３０に記載の装置。
32. 請求項１〜１８のいずれかに記載の装置と、超音波音を放出するように構成されたスタイラスとを含むシステム。
33. システムはさらにタッチスクリーンを含み、タッチスクリーン上にスタイラスの先端を配置すると、タッチスクリーン上のスタイラスの先端の場所に対応する出力が生成され、スタイラスの先端をタッチスクリーン表面に沿って移動させると、タッチスクリーン表面に沿ったスタイラスの先端の移動に対応する出力が生成される、請求項３２に記載のシステム。
34. 請求項１〜１８のいずれかに記載の装置と、超音波音を放出するように構成されたポインティングデバイスとを含むシステム。
35. 装置は３つのセンサを含み、３次元のポインティングデバイスの定位を生成する、請求項３４に記載のシステム。
36. ポインティングデバイスはマウスである、請求項３４または３５に記載のシステム。
37. 可聴および超音波周波数の両方にわたる周波数応答を持つセンサと、
    可聴および超音波入力周波数の各々を独立して処理するように構成された処理用電子機器と
    を含む、可聴および超音波音入力の両方を処理するように構成された装置。
38. 可聴および超音波音入力の入力のために可聴および超音波入力周波数の両方にわたる周波数応答を持つセンサと、可聴および超音波入力周波数を独立して使用するために分離するための処理用電子機器とを使用して、可聴および超音波音入力の両方を処理するための方法。
39. センサは２つ以上のセンサを含み、さらにセンサの少なくとも１つからの入力への応答を較正することを含む、請求項３８に記載の方法。
40. 処理用電子機器は可聴および超音波周波数を同時に処理するように構成される、請求項３８に記載の方法。
41. 可聴および超音波音入力の入力のために可聴および超音波入力周波数の両方に及ぶ周波数応答を持つセンサを使用し、可聴および超音波入力周波数の各々を独立に処理して、可聴および超音波音入力を処理するための方法。
42. 可聴および超音波入力周波数の各々を独立に処理することは、可聴および超音波入力周波数の一方を他方とは異なるように増幅することを含む、請求項４１に記載の方法。

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