JP2021069029A - 電子機器および電子機器における超音波送受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複合機の周囲に居るユーザにのみ音声案内等を送信可能にする。【解決手段】複合機１の超音波送受信装置３において、離間した配置された２つの指向性スピーカ１１，１２それぞれより超音波を照射したタイミングから、ユーザ１０からの反射波を受信したタイミングまでの時間をもとにユーザ１０と複合機１間の距離を算出し、それに基づいてユーザ１０の居る場所を特定する。その後、一方のスピーカ１１より超音波を出力し、他方のスピーカ１２より超音波と可聴音声波との重畳波を出力する。これによりユーザ１０は、音声メッセージを可聴できる。【選択図】図１

Description

本発明は、ユーザに音声案内等の音声メッセージを提供する電子機器および超音波送受信方法に関する。

近年、多くの電子機器には、ユーザに対して警報音のみならず音声による操作案内、注意喚起等を提供する機能が搭載されている。例えば、デジタル複合機において、ユーザフレンドリーの観点から、起動時のメッセージ、操作時における使用方法の音声案内、紙切れ、トナー切れが発生した旨の音声通知、紙切れ、トナー切れになる旨の警告をする音声通知、原稿読取部における原稿の取り忘れの報知、あるいは排紙トレイにおける用紙の取り忘れの報知等を発する態様がある。

一方、複合機に代表されるビジネス用途の電子機器は、オフィス等の設置場所によっては、静音環境の保持が要求される。そのため、上述した音声案内等が複合機の周囲に拡がる態様で発せられた場合、その音声案内等が邪魔となってオフィスでの業務に支障を与える等の不具合が生じることが想定される。

警報音を周囲に拡散させないという観点から考案された技術として、例えば特許文献１には、電動モータで駆動される走行音の小さい車両において、指向性の高いスピーカを使用することで、車両の接近を警報音により歩行者等に報知するとともに、車両周辺に警報音を拡散させない自動車接近警告システムが記載されている。

特開２０１７−２４５３８号公報

特許文献１では、車両の接近を報知する対象である歩行者等を、ステレオカメラの撮像画像より生成した視差画像をもとに検知している。そのため、周辺への警報音の拡散防止を行う際に画像処理が必要となり、それが装置構成を複雑化するとともに装置のコストアップになるという問題がある。

そこで、本発明は上記課題を解決するため、電子機器の周囲に居るユーザにのみ音声案内等を送信可能にする電子機器および超音波送受信方法を提供することを目的とする。

本発明の電子機器によれば、複数の装置機能を有する電子機器であって、超音波を使用して前記電子機器の周辺におけるユーザの存在および位置を特定する特定手段と、前記特定された位置のユーザのみに対して所定の音声情報を送信する送信手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の電子機器の超音波送受信方法によれば、異なる２方向から第１の超音波と第２の超音波を放射する第１の放射工程と、前記第１の超音波のユーザからの第１の反射波と、前記第２の超音波のユーザからの第２の反射波とを受信する受信工程と、前記第１の超音波の放射開始から前記第１の反射波が受信されるまでの時間と前記超音波の伝搬速度より、前記第１の超音波の送信点から前記ユーザを介して受信点に至るまでの第１の距離を測定する工程と、前記第２の超音波の放射開始から前記第２の反射波が受信されるまでの時間と前記超音波の伝搬速度より、前記第２の超音波の送信点から前記ユーザを介して受信点に至るまでの第２の距離を測定する工程と、２次元平面上における前記第１の超音波の送信点および受信点の位置と前記第１の距離とで表わされる前記ユーザの第１の仮想軌跡と、２次元平面上における前記第２の超音波の送信点および受信点の位置と前記第２の距離とで表わされる前記ユーザの第２の仮想軌跡とに基づいて、前記２次元平面上における前記電子機器と前記ユーザ間の距離および該ユーザの位置を特定する工程と、前記第２の超音波に可聴信号を重畳した重畳波を生成する工程と、前記特定されたユーザに向けて前記第１の超音波と前記重畳波を放射する工程とを備え、前記特定された位置のユーザのみに対して前記重畳波に重畳された前記可聴信号を聴取可能にすることを特徴とする。

さらに、本発明の電子機器の超音波送受信方法によれば、所定方向へ超音波を放射する放射工程と、前記超音波のユーザからの第１の反射波を受信する工程と、前記超音波のユーザからの第２の反射波を受信する工程と、前記超音波の放射開始から前記第１の反射波が受信されるまでの時間と前記超音波の伝搬速度より、前記超音波の送信点から前記ユーザを介して受信点に至るまでの第１の距離を測定する工程と、前記超音波の放射開始から前記第２の反射波が受信されるまでの時間と前記超音波の伝搬速度より、前記超音波の送信点から前記ユーザを介して受信されるまでの第２の距離を測定する工程と、２次元平面上における前記超音波の送信点および前記第１の反射波の受信点の位置と前記第１の距離とで表わされる前記ユーザの第１の仮想軌跡と、２次元平面上における前記超音波の送信点および前記第２の反射波の受信点の位置と前記第２の距離とで表わされる前記ユーザの第２の仮想軌跡とに基づいて、前記２次元平面上における前記電子機器と前記ユーザ間の距離および該ユーザの位置を特定する工程と、前記超音波を搬送波として可聴音声信号で変調する工程と、前記特定されたユーザに向けて、前記変調された信号波を放射する工程とを備え、前記特定された位置のユーザのみに対して前記可聴音声信号を聴取可能にすることを特徴とする。

本発明によれば、電子機器の周辺におけるユーザの位置を特定し、その特定された位置に居るユーザにのみ音声案内等が提供されるので、電子機器の設置環境における静音性を保持できる。

本発明の第１の実施の形態に係る複合機（電子機器）に搭載された超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。 超音波送受信装置が搭載された複合機の外観である。 第１の実施の形態に係る超音波送受信装置におけるユーザの位置検出時のタイミングチャートであるである。 第１の実施の形態に係る超音波送受信装置の演算部におけるユーザの位置測定方法の一例を説明する図である。 超音波送受信装置の演算部によりユーザの位置測定を行う方法を説明する図である。 第１の実施の形態に係る超音波送受信装置における処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る複合機（電子機器）に搭載された超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態に係る超音波送受信装置におけるユーザの位置検出時のタイミングチャートである。 第２の実施の形態に係る超音波送受信装置の演算部におけるユーザの位置測定方法の一例を説明する図である。 超音波の搬送波の可聴音声信号によるＡＭ変調を模式的に示す図である。 第２の実施の形態に係る超音波送受信装置における処理手順を示すフローチャートである。 複合機からユーザが遠い場合にスピーカＡ，Ｂ間の距離を大きくする例を示す図である。 複合機からユーザが近い場合にスピーカＡ，Ｂ間の距離を小さくする例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
[第１の実施の形態]
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電子機器に搭載された超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。ここでは、電子機器として複合機を例に挙げて説明する。図１において、複合機１はデジタル複合機またはアナログ複合機であり、例えばコピー機能、スキャン機能、印刷機能等の各種画像形成機能、ＦＡＸ送受信等の通信機能に加えて、超音波送受信装置３によるユーザ１０の位置を特定する機能と、特定された位置に基づいてユーザ１０に向けて種々の音声メッセージを送信する機能を有する。

複合機１内に載置された超音波送受信装置３は、上述したユーザの位置特定機能と、ユーザに対する音声メッセージ送信機能を実現する。そのため超音波送受信装置３は、制御部５、２つの超音波送信部Ａ，Ｂ（スピーカＡ，Ｂ）１１，１２、超音波受信部（マイク）８、信号増幅部Ａ，Ｂ（１３，１４）、超音波信号生成部１５、音声信号生成部１７、回転駆動部Ａ（１８），Ｂ（１９）等を含んで構成される。

図２は、超音波送受信装置３が搭載された複合機の外観を示している。複合機１は、原稿読取部１１０、画像形成部１２０、操作部１３０、給紙部１４０、手差し給紙トレイ１４２、排紙処理部１５０、排紙トレイ１５２を備える。操作部１３０は、タッチパネルディスプレイ１３２および操作キー部１３４を備える。タッチパネルディスプレイ１３２は、液晶パネル等で構成された表示パネルと、表示パネルの上に配置され、ユーザがタッチした位置を検出するタッチパネルとを含む。操作キー部１３４には、不図示の機能ボタンが配置される場合もある。操作キー部１３４には、テンキーが配置される場合もある。

複合機１において、ユーザの位置特定と音声メッセージの送信を行うため、例えば、原稿読取部１１０の正面側の両端部にスピーカＡ，Ｂ（１１，１２）が配置され、原稿読取部１１０の正面側中央部にマイク８が配置されている。このような配置により、後述するようにスピーカより発信された超音波等がユーザの身体の面積的に広い部位に当たり、反射波が得られ易くなる。

以下、超音波送受信装置３の構成、動作等について具体的に説明する。
＜ユーザの位置検出＞
複合機１内に設けた超音波送受信装置３は、超音波を利用して、複合機周辺におけるユーザの存在、およびユーザの位置を特定する。そのため超音波送受信装置３は、超音波送信部として２つのスピーカＡ，Ｂと、スピーカＡ，Ｂから発せられた超音波がユーザ１０に当たって反射した反射波を検知する超音波受信部としてのマイク８を備える。

超音波送受信装置３は、ユーザ１０に対して直線的かつ高指向で超音波を到達させるため、スピーカＡ，Ｂとして、指向性の強いパラメトリックスピーカを使用する。パラメトリックスピーカは、超音波振動子（超音波発音体）からなる複数個の発音素子が配置されたスピーカである。その動作原理等は公知であるため、ここでは、その説明を省略する。

超音波受信部（マイク）８は、ユーザ１０より反射した超音波を検知する超音波マイクである。なお、超音波マイクに代えて超音波センサを使用してもよい。

図３は、超音波送受信装置３におけるユーザの位置検出時のタイミングチャートである。図４は、複合機周辺におけるユーザ、超音波送信部として２つのスピーカＡ，Ｂ、およびユーザからの反射波を検知する超音波受信部としてのマイク８の相互の位置関係を平面視した図である。

ユーザの位置検出を行う場合、超音波送受信装置３の制御部５は、信号増幅部Ａ（１３）を駆動して、図３のタイミングｔ_０Ａで、超音波信号生成部１５で生成された周波数ｆｃ（例えば、４０〜１００ｋＨｚ）の超音波をスピーカＡ（１１）より出力する。図３の信号波形２１は、スピーカＡより出力された超音波信号である。

制御部５は、ユーザの位置を検出する際、回転駆動部Ａ（１８）を作動して、スピーカＡを、その垂直方向の中心軸回りに水平方向に所定角度、回転させる。このとき、スピーカＡを回転させながらスピーカＡから超音波を所定の間隔で連続して発信する。連続する発信波の間隔は、直接波と反射波を区別するために反射波が往復する時間よりも長い間隔を開けて発信する。同時に制御部５は、マイク８における周波数ｆｃの超音波の受信の有無を監視し、所定レベルの超音波を受信した時点（図３のｔ_１Ａ）でスピーカＡの回転を止める。

このときマイク８で受信された超音波は、スピーカＡより出力された超音波がユーザ１０に当たって反射した反射波である（図３の信号波形２２を参照）。そこで、制御部５の演算部７は、超音波の発信タイミングｔ_０Ａと受信タイミングｔ_１Ａとの差分時間Ｔ_１を求める。

制御部５は、スピーカＡと同様、スピーカＢを、その垂直方向の中心軸回りに水平方向に回転させるために回転駆動部Ｂ（１９）を作動する。同時に制御部５は、マイク８における周波数ｆｃの超音波の受信の有無を監視し、所定レベルの超音波を受信した時点（図３のｔ_１Ｂ）でスピーカＢの回転を止める。

このときマイク８で受信された超音波は、図３において符号２４で示すように、スピーカＢより出力された超音波がユーザ１０に当たって反射した反射波である。そこで、制御部５の演算部７は、超音波の発信タイミングｔ_０Ｂと受信タイミングｔ_１Ｂとの差分時間Ｔ_２を求める。

なお、マイク８における超音波の受信レベルに対して閾値を設け、受信レベルがその閾値を超えた場合、マイク８において適正に超音波が受信されたと判断するようにしてもよい。

図５は、図４に示す位置関係を有するスピーカとマイクを使用して、超音波送受信装置３の演算部７によりユーザの位置測定を行う方法を説明する図である。

図４に示すように、複合機１の前面側にユーザ１０が位置している場合、複合機１側から放射されてユーザ１０に当たり、反射して再び複合機に戻ってくる超音波の到達時間（遅延時間）は、ユーザ１０と複合機１間の距離に比例する。

このように対象物に超音波を照射し、超音波の送信時刻と対象物からの反射波の受信時刻との差に基づいて対象物までの距離を測定する場合、図４に示すようにスピーカＡとマイク８間の距離、およびスピーカＢとマイク８間の距離はそれぞれ一定であることから、各スピーカからユーザまで放射波が直進する距離と、ユーザからマイクまで反射波が直進する距離との和は常に一定となる。

したがって、２つの定点からの距離の和が一定の動点の軌跡は楕円となるので、図５に示すように、スピーカＡの位置（ＳＰ１）とマイク８の位置（Ｍ）を２定点とする仮想楕円軌跡Ｅ１と、スピーカＢの位置（ＳＰ２）とマイク８の位置（Ｍ）を２定点とする仮想楕円軌跡Ｅ２を描くことができる。

ここで、スピーカＡ，Ｂとマイク８を結ぶ直線をｘ軸とし、マイク８の位置（Ｍ）でｘ軸と直交する直線をｙ軸とし、楕円軌跡Ｅ１の長軸の長さを２ａ_１、短軸の長さを２ｂ_１、ＳＰ１−Ｍ間（焦点間）の距離を２ｃ_１とすると、点Ｍは原点Ｏであって、その座標は（０，０）、点ＳＰ１の座標は（−２ｃ_１，０）、焦点間の中点の座標は（−ｃ_１，０）となる。また、ユーザの位置を点Ｐとすると、ＳＰ１−Ｐ間の距離Ｌ１、Ｐ−Ｍ間の距離Ｌ２については、点Ｐが楕円軌跡Ｅ１上にあるため、Ｌ１＋Ｌ２＝２ａ_１となる。

上記の２ａ_１（＝Ｌ１＋Ｌ２）は、スピーカ→ユーザ→マイクの経路における超音波の到達時間（図３の差分時間Ｔ_１）と超音波の伝搬速度とを乗算して求めることができる。また、楕円軌跡Ｅ１において、
ｃ_１＝√（ａ_１ ^２−ｂ_１ ^２）（ａ_１＞ｂ_１） …（１）
が成立する。よって、楕円軌跡Ｅ１は、
｛（ｘ＋ｃ_１）^２／ａ_１ ^２｝＋｛ｙ^２／ｂ_１ ^２｝＝１ …（２）
と表すことができる。

同様に楕円軌跡Ｅ２については、長軸の長さを２ａ_２、短軸の長さを２ｂ_２、ＳＰ２−Ｍ間（焦点間）の距離を２ｃ_２とすると、点ＳＰ２の座標は（２ｃ_２，０）、焦点間の中点の座標は（ｃ_２，０）となる。また、ＳＰ２−Ｐ間の距離Ｌ３、Ｐ−Ｍ間の距離Ｌ４についても、点Ｐが楕円軌跡Ｅ２上にあるため、Ｌ３＋Ｌ４＝２ａ_２となる。

楕円軌跡Ｅ２の場合、２ａ_２（＝Ｌ３＋Ｌ４）は、超音波の遅延時間（図３の差分時間Ｔ_２）と超音波の伝搬速度とを乗じて求めることができる。また、楕円軌跡Ｅ２については、
ｃ_２＝√（ａ_２ ^２−ｂ_２ ^２）（ａ_２＞ｂ_２） …（３）
が成立する。よって、楕円軌跡Ｅ２は、
｛（ｘ−ｃ_２）^２／ａ_２ ^２｝＋｛ｙ^２／ｂ_２ ^２｝＝１ …（４）
と表すことができる。

超音波送受信装置３の演算部７は、上記の式（１）〜（４）より、楕円軌跡Ｅ１，Ｅ２の交点Ｐ（ｘ，ｙ）の座標を求める演算を行う。交点Ｐは、ｘ軸、ｙ軸がなす２次元座標上で一意に定まるため、交点Ｐを複合機１の前面側におけるユーザ１０の居る位置と判定できる。
＜ユーザへの音声メッセージ送信＞
超音波送受信装置３は、ユーザ１０の位置を特定した後、ユーザへ所定の音声メッセージを送信する。そのため制御部５は、信号増幅部Ａ（１３）を駆動して、超音波信号生成部１５からの周波数ｆｃの超音波をスピーカＡより出力する。それとともに、制御部５は重畳部１６を駆動して、音声信号生成部１７で生成された周波数ｆｓの可聴音声信号と、超音波信号生成部１５より出力された周波数ｆｃの超音波とを重畳し、重畳後の信号（周波数ｆｃ−ｓ）を、信号増幅部Ｂ（１４）を介してスピーカＢより出力する。

このとき、スピーカＡ，Ｂは指向性が強いことから、スピーカＡ，Ｂ各々の音波放射面は、上述したように位置特定されたユーザ１０の方向を向いているので、ユーザ１０には、スピーカＡから出力された超音波、およびスピーカＢから出力された超音波と可聴音声波との重畳波が到達する。すなわち、スピーカＡより放射された超音波と、スピーカＢより放射された重畳波とが重なる領域が、ユーザ１０の居る領域と一致することになる。

この場合、超音波は人間の可聴域を外れているためユーザ１０には聞こえないが、周波数の異なる、スピーカＡからの超音波とスピーカＢからの重畳波とが干渉する。そのため、周波数ｆｃと周波数ｆｃ−ｓの差分の周波数によるうなりが生じ、それが可聴音としてユーザ１０に聞こえる。その結果、ユーザ１０に対して音声信号生成部１７からの可聴音声信号を音声メッセージとして伝達できる。

音声メッセージとして、例えば、複合機の操作に関する音声案内、エラーメッセージ、紙切れ、トナー切れに対する注意喚起の音声案内等を提供する。

図６は、超音波送受信装置３における処理手順を示すフローチャートである。超音波送受信装置３の制御部５は時分割、すなわち、所定の時間帯にユーザの位置検出処理を行った後、それに続く所定の時間帯にユーザへの音声メッセージ送信処理を行う。

最初に制御部５は、図６のステップＳ１１において、回転駆動部Ａ（１８）を作動してスピーカＡの回転を開始し、同時に、超音波信号生成部１５で生成された超音波（周波数ｆｃ）をスピーカＡより出力する。制御部５は、続くステップＳ１３で、マイク８において所定レベルの超音波（ユーザ１０からの反射波）が受信されたか否かを判断する。

制御部５は、マイク８により超音波が受信されない場合、ステップＳ５１において、回転駆動部Ａ（１８）の回転角度（すなわち、スピーカＡの水平方向の回転角度）が最大値（ＭＡＸ）に達したか否かを判定する。スピーカＡの回転角度が最大値（ＭＡＸ）に達していない場合、制御部５は、処理をステップＳ１１に戻し、スピーカＡの回転を継続するとともに、スピーカＡより超音波（周波数ｆｃ）を出力する。

マイク８により超音波が受信された場合、制御部５は、ステップＳ１４において、上述したようにスピーカＡの回転を止め、続くステップＳ１５において、スピーカＡからの超音波の送信時刻とユーザ１０からの反射波の受信時刻との差分時間Ｔ_１と、超音波の伝搬速度より、スピーカＡよりユーザ１０を介してマイク８に至る距離（Ｌ１＋Ｌ２）を算出する。

次に制御部５は、ステップＳ１７において、回転駆動部Ｂ（１９）を作動してスピーカＢの回転を開始し、同時に、超音波信号生成部１５からの超音波（周波数ｆｃ）をスピーカＢより出力し、ステップＳ１９で、マイク８において所定レベルの超音波（ユーザ１０からの反射波）が受信されたか否かを判断する。

制御部５は、マイク８により超音波が受信されない場合、ステップＳ６１において、回転駆動部Ｂ（１９）の回転角度（すなわち、スピーカＢの水平方向の回転角度）が最大値（ＭＡＸ）に達したか否かを判定する。スピーカＢの回転角度が最大値（ＭＡＸ）に達していない場合、制御部５は、処理をステップＳ１７に戻し、スピーカＢの回転を継続するとともに、スピーカＢより超音波（周波数ｆｃ）を出力する。

マイク８により超音波が受信された場合、制御部５は、ステップＳ２０においてスピーカＢの回転を止め、続くステップＳ２１において、スピーカＢからの超音波の送信時刻とユーザ１０からの反射波の受信時刻との差分時間Ｔ_２と超音波の伝搬速度より、スピーカＢよりマイク８を介してユーザ１０に至る距離（Ｌ３＋Ｌ４）を算出する。

制御部５は、ステップＳ２３において、図５を参照して説明した方法によって、２次元座標上におけるユーザ１０の居る位置を算出する。そして、算出された位置を、複合機１の前面側に実際にユーザ１０が居る位置として特定する。

一方、制御部５は、上記のステップＳ５１においてスピーカＡの回転角度が最大値（ＭＡＸ）に達し、かつ、スピーカＡから超音波を発信したタイミング（時刻）より所定時間が経過した後においても、マイク８においてユーザ１０からの反射波を受信できないと判定した場合、ステップＳ５３において複合機１の周辺にユーザが居ないと判断する。そして、続くステップＳ５５においてスピーカＡの回転を止めた後、処理を終了する。

同様に制御部５は、上記のステップＳ６１においてスピーカＢの回転角度が最大値（ＭＡＸ）に達し、かつ、スピーカＢから超音波を発信したタイミング（時刻）より所定時間が経過した後においても、マイク８においてユーザ１０からの反射波を受信できないと判定した場合には、ステップＳ６３において複合機１の周辺にユーザが居ないと判断し、続くステップＳ６５においてスピーカＢの回転を止めた後、処理を終了する。

制御部５は、上述したユーザの位置検出処理を完了した後、ユーザへの音声メッセージ送信処理に移行する。すなわち、ステップＳ２７において、超音波信号生成部１５からの周波数ｆｃの超音波をスピーカＡより出力し、ステップＳ２９において、可聴音声信号（周波数ｆｓ）と基準超音波信号（周波数ｆｃ）とを重畳した周波数ｆｃ−ｓの重畳波をスピーカＢより出力する。

なお、ユーザは複合機の近傍において、その位置を変えることがある。そこで、図６に示す処理を所定の時間間隔で繰り返すことで、複合機１の周辺で移動するユーザ１０を随時、追跡しながら、音声メッセージを送信することができる。

以上説明したように、互いに離間して配置された２つの指向性スピーカと、それらの間に配置されたマイクとを使用して、超音波によるユーザの位置検出処理を行う時間帯と、ユーザへの音声メッセージ送信処理を行う時間帯を時分割で区切る。

すなわち、２つのスピーカそれぞれから超音波を照射したタイミングより、ユーザからの反射波を受信したタイミングまでの時間をもとに、複合機の前面側におけるユーザの位置と距離を算出する。その結果、簡単な超音波送受信構成によって、ユーザの位置を迅速かつ高精度に特定できる。

ユーザの居る場所を特定した後、一方のスピーカより超音波を出力し、他方のスピーカより超音波と可聴音声波との重畳波を出力する。その際、特定された位置より、複合機からユーザまでの距離が分かるので、スピーカより出力された超音波と、超音波と可聴音声波の重畳波とが重なる領域を、ユーザの居る領域と一致させるとともに、距離に応じた超音波を出力する。これにより、複合機の設置場所の静音性を保持しながら、複合機の周辺に居るユーザに対してのみ、音声による操作案内、注意喚起等を提供できる。

さらには、複合機の周辺にユーザが居ない場合、スピーカからの音声メッセージの出力を行わないことで、無駄な音声出力による電力消費等を防止できる。

なお、スピーカＡ，Ｂから発信される超音波も、ある程度の広がりがあることを考慮して、スピーカＡ，Ｂを回転させずにユーザからの反射波を受信し、それにより特定されたユーザに向くようにスピーカＡ，Ｂを回転させるようにしてもよい。

また、上記のステップＳ１４，Ｓ２０のように反射波を受信後にスピーカＡ，Ｂの回転を止めず、ユーザの位置検出後にユーザの位置に基づいて、ユーザに向くようにスピーカＡ、Ｂを回転させるようにしてもよい。
[第２の実施の形態]
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る電子機器に搭載された超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。ここでも第１の実施の形態と同様、電子機器として複合機を例に挙げて説明する。複合機５１は、デジタル複合機またはアナログ複合機であり、例えばコピー機能、スキャン機能、印刷機能等の各種画像形成機能、ＦＡＸ送受信等の通信機能と、超音波送受信装置５３によるユーザ１０の位置を特定する機能と、特定された位置に基づいてユーザ１０に向けて音声メッセージを送信する機能を有する。

超音波送受信装置５３は、制御部３５、超音波送信部（スピーカ）４７、２つの超音波受信部Ａ，Ｂ（マイクＡ，Ｂ）（４８，４９）、信号増幅部４３、超音波信号生成部５５、音声信号生成部５７、回転駆動部５０等を含んで構成される。

ここで図２を参照して説明すると、第２の実施の形態に係る複合機には、原稿読取部１１０の正面側の両端部にマイク４８，４９が配置され、原稿読取部１１０の正面側中央部にスピーカ４７が配置されている。

以下、超音波送受信装置５３の構成、動作等について具体的に説明する。
＜ユーザの位置検出＞
複合機５１内に設けた超音波送受信装置５３は、スピーカ４７から発せられた超音波がユーザ１０に当たって反射した反射波を、２つのマイク４８，４９で検知することで、複合機の周辺におけるユーザ１０の存在、およびその位置を特定する。

スピーカ４７として指向性の強いパラメトリックスピーカを使用する。また、超音波受信部としてのマイク４８，４９は、ユーザ１０からの反射波を検知する超音波マイクである。超音波マイクに代えて超音波センサを使用してもよい。

図８は、超音波送受信装置５３におけるユーザの位置検出時のタイミングチャートである。図９は、複合機周辺におけるユーザ、超音波送信部としてスピーカ４７、およびユーザからの反射波を検知する超音波受信部としての２つのマイク４８，４９の相互の位置関係を平面視した図である。

図９に示すように、複合機１の前面側にユーザ１０が位置している場合、複合機１側から放射されてユーザ１０に当たり、反射して再び複合機に戻ってくる超音波の到達時間（遅延時間）は、ユーザ１０と複合機１間の距離に比例する。

そこで、超音波送受信装置５３の制御部３５は、ユーザの位置検出時、信号増幅部４３を駆動して、図８のタイミングｔ_０で、超音波信号生成部５５で生成された周波数ｆｃの超音波をスピーカ４７より出力する（図８の超音波信号波形６１を参照）。

すなわち、制御部３５は、ユーザの位置検出のため回転駆動部５０を作動して、スピーカ４７を、その垂直方向の中心軸回りに水平方向に所定角度、回転させる。このとき、スピーカ４７を回転させながらスピーカ４７から超音波を所定の間隔で連続して発信する。連続する発信波の間隔は、直接波と反射波を区別するために反射波が往復する時間よりも長い間隔を開けて発信する。そして、制御部３５は、受信部としてのマイク４８，４９それぞれにおける、周波数ｆｃの超音波の受信の有無を監視し、所定レベルの超音波を受信した時点でスピーカ４７の回転を止める。

このときマイク４８で受信された超音波は、スピーカ４７より出力された超音波がユーザ１０に当たって反射した反射波（図８の信号波形６２）であり、超音波信号生成部５５で生成された超音波信号をスピーカ４７より出力したタイミングｔ_０から時間Ｔ_３が経過したタイミングｔ_Ａにおいてマイク４８で受信された信号であることが分かる。

同様に、マイク４９で受信された超音波は、スピーカ４７より出力された超音波がユーザ１０に当たって反射した反射波（図８の信号波形６３）である。信号波形６３は、超音波信号生成部５５で生成された超音波信号がスピーカ４７より出力されたタイミングｔ_０から時間Ｔ_４が経過したタイミングｔ_Ｂにおいてマイク４９で受信された信号である。

なお、マイク４８，４９における超音波の受信レベルに対して閾値を設け、受信レベルが閾値を超えた場合にマイク４８，４９において適正に超音波が受信されたと判断するようにしてもよい。

図９に示すスピーカとマイクの位置関係より、スピーカ４７とマイク４８間の距離、およびスピーカ４７とマイク４９間の距離はそれぞれ一定であることから、スピーカからユーザまで放射波が直進する距離と、ユーザからマイクまで反射波が直進する距離との和は常に一定となる。

したがって、２つの定点からの距離の和が一定の動点の軌跡は楕円となるので、上述した図５に示す例と同様、スピーカ４７の位置とマイク４８の位置を２定点とする仮想楕円軌跡と、スピーカ４７の位置とマイク４９の位置を２定点とする仮想楕円軌跡を描くことができる。

第２の実施の形態に係る複合機における超音波送受信装置においても、第１の実施の形態と同様、これらの楕円軌跡の交点座標を求めることで、２次元座標上で一意に定まる交点Ｐを、複合機５１の前面側におけるユーザ１０が居る位置と判定できる。よって、ここでは、超音波送受信装置５３の演算部３７における、ユーザの位置測定方法については、説明を省略する。
＜ユーザへの音声メッセージ送信＞
超音波送受信装置５３は、ユーザ１０の位置を特定した後、ユーザへ所定の音声メッセージを送信する。そのため制御部３５は、変調部４６を駆動して、図１０に示す超音波の搬送波７３（周波数ｆｃ）を、音声信号生成部５７より出力された、図１０に示す周波数ｆｓの可聴音声信号７１で変調（ＡＭ変調）し、その変調信号（図１０の信号波形７５）を、信号増幅部４３を介してスピーカ４７より出力する。

スピーカ４７の音波放射面は、上述したように位置特定されたユーザ１０の方向を向いている。よって、スピーカ４７より出力された超音波ＡＭ変調信号は、空気の弾性特性の非線形性の影響を受けて、ＡＭ変調の包絡線成分（すなわち、可聴音声信号成分）が可聴音としてユーザ１０に聞こえる。

図１１は、第２の実施の形態に係る超音波送受信装置５３における処理手順を示すフローチャートである。第２の実施の形態に係る超音波送受信装置５３の制御部３５は、上述した第１の実施の形態と同様、最初にユーザの位置検出処理を行い、その後、ユーザへの音声メッセージ送信処理を行う。

制御部３５は、図１１のステップＳ３１において、回転駆動部５０を作動してスピーカ４７の回転を開始し、同時に、超音波信号生成部５５で生成された超音波（周波数ｆｃ）をスピーカ４７より出力する。制御部３５は、続くステップＳ３３で、受信部としてのマイクＡ，Ｂ（４８，４９）それぞれにおいて所定レベルの超音波（ユーザ１０からの反射波）が受信されたか否かを判断する。

制御部３５は、マイクＡ，Ｂにより超音波が受信されない場合、ステップＳ４２において、回転駆動部５０の回転角度（すなわち、スピーカ４７の水平方向の回転角度）が最大値（ＭＡＸ）に達したか否かを判定する。スピーカ４７の回転角度が最大値（ＭＡＸ）に達していない場合、制御部５は、処理をステップＳ３１に戻し、スピーカ４７の回転を継続するとともに、スピーカ４７より超音波（周波数ｆｃ）を出力する。

マイクＡ，Ｂそれぞれが超音波を受信した場合、制御部３５は、ステップＳ３４においてスピーカ４７の回転を止めた後、ステップＳ３５で、マイクＡにおいて、スピーカ４７より超音波が送信された時刻から、ユーザ１０からの反射波を受信した時刻までの時間Ｔ_３と、マイク４９において、スピーカ４７より超音波が送信された時刻から、ユーザ１０からの反射波を受信した時刻までの時間Ｔ_４を求める。

すなわち、演算部３７は、スピーカ→ユーザ→マイクの経路における超音波の到達時間と超音波の伝搬速度とを乗算した結果をもとに、スピーカからユーザを介してマイクに至る距離を算出する。

制御部５は、ステップＳ３７において、上記のステップＳ３５での算出結果（スピーカ−ユーザ−マイクＡ，Ｂの距離）より、２次元座標上におけるユーザ１０が居る位置を特定する。

一方、制御部３５は、上記のステップＳ４２において、スピーカ４７の回転角度が最大値（ＭＡＸ）に達し、かつ、スピーカ４７から超音波を送信した後、所定時間が経過した後においてもマイクＡ，Ｂにおいてユーザ１０からの反射波を受信できないと判定した場合、ステップＳ４３において複合機５１の周辺にユーザが居ないと判断し、ステップＳ４４においてスピーカ４７の回転を止めた後、処理を終了する。

制御部３５は、上記のユーザの位置検出処理を完了した後、ユーザへの音声メッセージ送信処理に移行する。すなわち、ステップＳ３９において、変調部４６によって、周波数ｆｃの超音波搬送波を、周波数ｆｓの可聴音声信号でＡＭ変調する。そして、ステップＳ４１において、ステップＳ３９で生成した変調信号を、信号増幅部４３を介してスピーカ４７より出力する。

なお、ユーザが複合機の近傍において、その位置を変えた場合に対処するため、図１１に示す処理を所定の時間間隔で繰り返すことで、複合機５１の周辺で移動するユーザ１０を随時、追跡しながら、音声メッセージを送信することができる。

以上説明したように、互いに離間して配置された２つのマイクと、それらの間に配置されたスピーカとを使用して超音波によるユーザの位置検出処理を行うことで、簡単な超音波送受信構成で複合機の前面側におけるユーザの位置を迅速かつ正確に特定できる。

また、超音波を可聴音声信号でＡＭ変調した信号を単一のスピーカより出力することで、ユーザへの音声メッセージ送信の構成を簡略化できる。

なお、スピーカ４７から発信される超音波も、ある程度の広がりがあることを考慮して、スピーカ４７を回転させずにユーザからの反射波を受信し、それにより特定されたユーザに向くようにスピーカ４７を回転させるようにしてもよい。

また、上記のステップＳ３４のように反射波を受信後にスピーカ４７の回転を止めず、ユーザの位置検出後にユーザの位置に基づいて、ユーザに向くようにスピーカ４７を回転させるようにしてもよい。

上述したユーザの位置特定と音声メッセージ送信のためのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(Random Access Memory）を含む。

また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上述した実施の形態は例示にすぎず、限定的に解釈されるべきではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更はすべて本発明の範囲内のものである。
＜変形例１＞
例えば、上述した第１の実施の形態において、複合機の原稿読取部の正面側の両端部に配置したスピーカＡ，Ｂを水平方向に移動可能にする機構を設け、複合機からユーザまでの距離に応じてスピーカＡ，Ｂ間の距離を変える構成としてもよい。

図１２は、複合機１からユーザ１０までの距離が大きい（ユーザ１０が複合機１から遠い位置に居る）場合、スピーカＡとスピーカＢを、通常時の距離（Ｎとする）よりも遠ざけて、Ｎ１（Ｎ１＞Ｎ）となるように移動したときの様子である。スピーカ同士を離すことで、スピーカＡより放射された超音波と、スピーカＢより放射された超音波とが重なる領域８１を、複合機１から離れた位置において十分に確保でき、領域８１内に居るユーザ１０に対して音声メッセージを確実に提供できる。

図１３は、複合機１からユーザ１０までの距離が小さい（ユーザ１０が複合機１から近い位置に居る）場合、スピーカＡとスピーカＢを、通常時の距離（Ｎ）よりも近づけて、Ｎ２（Ｎ２＜Ｎ）となるように移動したときの様子である。スピーカ同士を近づけることで、スピーカＡより放射された超音波と、スピーカＢより放射された超音波とが重なる領域８３を、複合機１から近い位置において確保でき、領域８３内に居るユーザ１０に対して音声メッセージを確実に提供できる。

さらには、図１２と図１３に示す方法を連続的に実行する構成とすることで、複合機１から遠ざかるユーザ１０、あるいは複合機１に近づくユーザ１０に対しても音声メッセージを提供できる。
＜変形例２＞
上述した第１および第２の実施の形態において、複合機からユーザまでの距離に応じてスピーカの音量を適宜、調整する機構を設けてもよい。例えば、ユーザが複合機から近い位置に居る場合には、スピーカの音量を通常よりも下げ、ユーザが複合機から遠い位置に居る場合には、スピーカの音量を通常よりも上げることで、ユーザ１０には、複合機からの距離に応じた、注意喚起等を促すのに適切な音量の音声メッセージを送信することができる。
＜変形例３＞
上述した第１の実施の形態においてユーザの位置検出を行う際、スピーカＡとスピーカＢとで、使用する超音波の周波数を異ならせてもよい。例えば、スピーカＡより周波数ｆｃ１の超音波を出力し、スピーカＢより周波数ｆｃ２の超音波を出力する。

こうすることで、スピーカＡ，Ｂから発せられた超音波がユーザに当たって反射した反射波の周波数も異なるため、受信部であるマイク８に、これらの周波数を弁別するフィルタを具備することで、ユーザの位置検出時において時差を設けることなくスピーカＡ，Ｂより同時に超音波を発信できるので、ユーザの位置検出の迅速化が可能となる。
＜変形例４＞
上記第１および第２の実施の形態において、ユーザの位置検出を行うときのみ、無指向性のスピーカより超音波を照射し、ユーザに対する音声メッセージの送信時に指向性のスピーカを使用するようにしてもよい。これにより、スピーカからの超音波の照射範囲が広がり、ユーザの位置検出時、スピーカを回転せずにユーザからの反射波を容易に得ることができる。
＜変形例５＞
複合機の設置環境の特徴（例えば、複合機の周辺にある壁、柱、キャビネット等）がユーザの位置検出に影響を及ぼすことが想定される。そこで、上述したユーザの位置検出に先立ち、複合機１の周辺にユーザが居ない状態における、スピーカＡ，Ｂより超音波を送信したときの反射波の有無、その度合い等を確認することで、複合機１の設置環境の特徴を事前に把握しておく。そして、実際のユーザの位置検出時に得た反射波の検出結果より、事前に把握した設置環境に起因する反射波を除外する等の演算を行うことで、ユーザの位置検出精度を向上できる。

１，５１ 複合機
３，５３ 超音波送受信装置
５，３５ 制御部
７，３７演算部
８，４８，４９ 超音波受信部（マイク）
１０ ユーザ
１１，１２，４７ 超音波送信部（スピーカ）
１３，１４，４３ 信号増幅部
１５，５５ 超音波信号生成部
１７，５７ 音声信号生成部
１８，１９，５０ 回転駆動部
Ｅ１，Ｅ２ 仮想軌跡

Claims (17)

1. 複数の装置機能を有する電子機器であって、
   超音波を使用して前記電子機器の周辺におけるユーザの存在および位置を特定する特定手段と、
   前記特定された位置のユーザのみに対して所定の音声情報を送信する送信手段と、
   を備えることを特徴とする電子機器。
2. 前記特定手段は、
   所定方向へ第１の超音波を放射する第１の放射手段と、
   所定方向へ第２の超音波を放射する第２の放射手段と、
   前記第１の超音波のユーザからの第１の反射波と、前記第２の超音波のユーザからの第２の反射波とを受信する第１の受信手段と、
   前記第１の超音波の放射開始から前記第１の反射波が前記第１の受信手段で受信されるまでの時間と前記超音波の伝搬速度より、前記第１の放射手段から前記ユーザを介して前記第１の受信手段に至るまでの第１の距離を測定する手段と、
   前記第２の超音波の放射開始から前記第２の反射波が前記第１の受信手段で受信されるまでの時間と前記超音波の伝搬速度より、前記第２の放射手段から前記ユーザを介して前記第１の受信手段に至るまでの第２の距離を測定する手段と、
   前記第１の距離と前記第２の距離とに基づいて、前記２次元平面上における当該電子機器と前記ユーザ間の距離および該ユーザの位置を特定する手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. ２次元平面上における前記第１の放射手段および前記第１の受信手段の位置と前記第１の距離とで表わされる前記ユーザの第１の仮想的な軌跡は、前記第１の放射手段と前記第１の受信手段の位置を焦点とする第１の楕円軌跡であり、２次元平面上における前記第２の放射手段および前記第１の受信手段の位置と前記第２の距離とで表わされる前記ユーザの第２の仮想的な軌跡は、前記第２の放射手段と前記第１の受信手段の位置を焦点とする第２の楕円軌跡であり、前記第１の楕円軌跡と前記第２の楕円軌跡との交点を前記ユーザの位置と特定することを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
4. 前記送信手段は、
   前記特定されたユーザに向けて、前記第１の放射手段より超音波を放射するとともに、前記第２の超音波に可聴信号を重畳した重畳波を前記第２の放射手段より放射することを特徴とする請求項２または３に記載の電子機器。
5. 前記第１の距離の測定と、前記第２の距離の測定を時分割で行うことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
6. 前記第１の反射波と前記第２の反射波が受信されない場合、前記送信手段を作動させないことを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
7. 当該電子機器から前記ユーザまでの距離に応じて前記第１の放射手段と前記第２の放射手段間の距離を変える変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
8. 前記変更手段は、当該電子機器から前記ユーザまでの距離が所定値よりも小さい場合、前記第１の放射手段と前記第２の放射手段間の距離を小さくすることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
9. 前記変更手段は、当該電子機器から前記ユーザまでの距離が所定値よりも大きい場合、前記第１の放射手段と前記第２の放射手段間の距離を大きくすることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
10. 前記特定手段は、
    所定方向へ超音波を放射する第３の放射手段と、
    前記超音波のユーザからの第３の反射波を受信する第２の受信手段と、
    前記超音波のユーザからの第４の反射波を受信する第３の受信手段と、
    前記超音波の放射開始から前記第３の反射波が前記第２の受信手段で受信されるまでの時間と前記超音波の伝搬速度より、前記第３の放射手段から前記ユーザを介して前記第２の受信手段に至るまでの第３の距離を測定する手段と、
    前記超音波の放射開始から前記第４の反射波が前記第３の受信手段で受信されるまでの時間と前記超音波の伝搬速度より、前記第３の放射手段から前記ユーザを介して前記第３の受信手段に至るまでの第４の距離を測定する手段と、
    前記第３の距離と前記第４の距離とに基づいて、前記２次元平面上における当該電子機器と前記ユーザ間の距離および該ユーザの位置を特定する手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
11. ２次元平面上における前記第３の放射手段および前記第２の受信手段の位置と前記第３の距離とで表わされる前記ユーザの第３の仮想的な軌跡は、前記第３の放射手段と前記第２の受信手段の位置を焦点とする第３の楕円軌跡であり、２次元平面上における前記第３の放射手段および前記第３の受信手段の位置と前記第４の距離とで表わされる前記ユーザの第４の仮想的な軌跡は、前記第３の放射手段と前記第３の受信手段の位置を焦点とする第４の楕円軌跡であり、前記第３の楕円軌跡と前記第４の楕円軌跡との交点を前記ユーザの位置と特定することを特徴とする請求項１０に記載の電子機器。
12. 前記超音波を搬送波として可聴音声信号で変調する手段をさらに備え、
    前記送信手段は、前記特定されたユーザに向けて、前記変調された信号波を前記第３の放射手段より放射することを特徴とする請求項１０または１１に記載の電子機器。
13. 前記第３の距離の測定と、前記第４の距離の測定を同時に行うことを特徴とする請求項１０に記載の電子機器。
14. 前記第３の反射波と前記第４の反射波が受信されない場合、前記送信手段を作動させないことを特徴とする請求項１２に記載の電子機器。
15. 前記超音波の放射手段は、複数の超音波発音素子からなるパラメトリックスピーカであることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電子機器。
16. 電子機器における超音波の送受信方法であって、
    異なる２方向から第１の超音波と第２の超音波を放射する第１の放射工程と、
    前記第１の超音波のユーザからの第１の反射波と、前記第２の超音波のユーザからの第２の反射波とを受信する受信工程と、
    前記第１の超音波の放射開始から前記第１の反射波が受信されるまでの時間と前記超音波の伝搬速度より、前記第１の超音波の送信点から前記ユーザを介して受信点に至るまでの第１の距離を測定する工程と、
    前記第２の超音波の放射開始から前記第２の反射波が受信されるまでの時間と前記超音波の伝搬速度より、前記第２の超音波の送信点から前記ユーザを介して受信点に至るまでの第２の距離を測定する工程と、
    ２次元平面上における前記第１の超音波の送信点および受信点の位置と前記第１の距離とで表わされる前記ユーザの第１の仮想軌跡と、２次元平面上における前記第２の超音波の送信点および受信点の位置と前記第２の距離とで表わされる前記ユーザの第２の仮想軌跡とに基づいて、前記２次元平面上における前記電子機器と前記ユーザ間の距離および該ユーザの位置を特定する工程と、
    前記第２の超音波に可聴信号を重畳した重畳波を生成する工程と、
    前記特定されたユーザに向けて前記第１の超音波と前記重畳波を放射する工程と、
    を備え、
    前記特定された位置のユーザのみに対して前記重畳波に重畳された前記可聴信号を聴取可能にすることを特徴とする電子機器における超音波送受信方法。
17. 電子機器における超音波の送受信方法であって、
    所定方向へ超音波を放射する放射工程と、
    前記超音波のユーザからの第１の反射波を受信する工程と、
    前記超音波のユーザからの第２の反射波を受信する工程と、
    前記超音波の放射開始から前記第１の反射波が受信されるまでの時間と前記超音波の伝搬速度より、前記超音波の送信点から前記ユーザを介して受信点に至るまでの第１の距離を測定する工程と、
    前記超音波の放射開始から前記第２の反射波が受信されるまでの時間と前記超音波の伝搬速度より、前記超音波の送信点から前記ユーザを介して受信されるまでの第２の距離を測定する工程と、
    ２次元平面上における前記超音波の送信点および前記第１の反射波の受信点の位置と前記第１の距離とで表わされる前記ユーザの第１の仮想軌跡と、２次元平面上における前記超音波の送信点および前記第２の反射波の受信点の位置と前記第２の距離とで表わされる前記ユーザの第２の仮想軌跡とに基づいて、前記２次元平面上における前記電子機器と前記ユーザ間の距離および該ユーザの位置を特定する工程と、
    前記超音波を搬送波として可聴音声信号で変調する工程と、
    前記特定されたユーザに向けて、前記変調された信号波を放射する工程と、
    を備え、
    前記特定された位置のユーザのみに対して前記可聴音声信号を聴取可能にすることを特徴とする電子機器における超音波送受信方法。
    
    

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