特許 6185838 送信機の３Ｄ座標の測定

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6185838

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】送信機の３Ｄ座標の測定

(51)【国際特許分類】

   G01S 5/18 20060101AFI20170814BHJP

【ＦＩ】

   G01S5/18

【請求項の数】11

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-512627(P2013-512627)

(86)(22)【出願日】2011年4月27日

(65)【公表番号】特表2013-532278(P2013-532278A)

(43)【公表日】2013年8月15日

(86)【国際出願番号】US2011034013

(87)【国際公開番号】WO2012148390

(87)【国際公開日】20121101

【審査請求日】2011年12月21日

【審判番号】不服2016-3128(P2016-3128/J1)

【審判請求日】2016年3月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】509348786

【氏名又は名称】エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109586

【弁理士】

【氏名又は名称】土屋 徹雄

(72)【発明者】

【氏名】上田 智章

【合議体】

【審判長】 酒井 伸芳

【審判官】 中塚 直樹

【審判官】 関根 洋之

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００３−５２９０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第６１８５１５２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００６−１６２４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−４７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 小野順貴、外３名，“聴覚系を模倣した単耳音源定位システム”，電子情報通信学会技術研究報告，２０００年 ８月１６日，Ｖｏｌ．１００，Ｎｏ．２５５，ｐ．２５−３２

【文献】 中島弘道、外２名，“スペクトルの特徴マップを用いた上下方向音源定位学習システム”，電子情報通信学会論文誌．Ｄ−ＩＩ，情報・システム，ＩＩ−パターン処理，日本，２００４年１１月１日，Ｖｏｌ．Ｊ８７−Ｄ−ＩＩ，ｐ．２０３４−２０４４

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

G01S 1/72-1/82

G01S 3/80-3/86

G01S 5/18-5/30

G01S 7/52-7/64

G01S 15/00-15/96

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

不連続波を送信する送信機の３Ｄ座標を測定するように構成された装置であって、
指定の距離だけ離して配置された、それぞれが細長い形状を有する第１および第２の実質的に平坦な反射体と、
前記送信機からの直接波およびその回折波を受信するために、前記第１の反射体の両縁部に関して非対称の位置に設けられる第１の受信機であって、前記回折波が、前記第１の反射体の前記両縁部で回折される、第１の受信機と、
前記送信機からの直接波およびその回折波を受信するために、前記第２の反射体の両縁部に関して非対称の位置に設けられる第２の受信機であって、前記回折波が、前記第２の反射体の前記両縁部で回折される、第２の受信機と、
前記第１および第２の受信機によって受信される信号を処理し、前記第１および第２の受信機からの前記それぞれの受信信号に基づいて第１および第２の速度ポテンシャル応答またはその時間導関数を計算し、前記第１および第２の受信機によって受信される前記それぞれの回折波に起因する前記第１および第２の速度ポテンシャル応答またはその時間導関数での変曲点またはピーク点を検出し、かつ前記検出される変曲点またはピーク点に基づいて前記送信機の前記３Ｄ座標を測定するように構成された処理デバイスとを含む、装置。

【請求項2】

不連続波を送信する送信機の３Ｄ座標を測定するように構成された装置であって、
受信機および反射体の２つの組であって、受信機が、前記反射体に非対称に取り付けられ、前記送信機からの直接波およびその回折波を受信するように構成され、前記回折波が、前記反射体のエッジで回折される、受信機および反射体の２つの組と、
２つの前記受信機によって受信される信号を処理するように構成された処理デバイスと、
を含み、
前記処理デバイスは、
前記受信機からの前記受信信号に基づいて速度ポテンシャル応答またはその時間導関数を計算し、
前記受信機によって受信される前記回折波に起因する前記速度ポテンシャル応答またはその時間導関数での変曲点またはピーク点を検出し、
前記検出される変曲点またはピーク点に基づいて前記送信機の前記３Ｄ座標を測定し、
２つの前記受信機によって受信された前記直接波および回折波に基づいて、前記送信機の３Ｄ座標を求める、
前記装置。

【請求項3】

前記反射体は、実質的に平坦であり、実質的に長方形の形状を有する、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記不連続波は、短パルス波である、請求項２に記載の装置。

【請求項5】

前記回折波は、前記それぞれの反射体の両縁部で生じ、前記受信機のそれぞれは、前記対応する反射体の前記両縁部に関して非対称に位置する、請求項２に記載の装置。

【請求項6】

前記受信機は、円形開口を備えるマイクロフォンである、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記反射体のそれぞれは、実質的に長方形の形状を有し、前記受信機のそれぞれは、前記対応する反射体の短い両縁部に関して非対称に位置し、
前記回折波は、前記それぞれの反射体の前記短い両縁部で生じる、請求項５に記載の装置。

【請求項8】

前記反射体のそれぞれは、実質的に長方形の形状を有し、前記受信機のそれぞれは、前記対応する反射体の短い両縁部に関して非対称にかつ前記対応する反射体の長い両縁部に関して対称に位置し、
前記回折波は、前記それぞれの反射体の前記短い両縁部で生じる、請求項５に記載の装置。

【請求項9】

請求項２の前記装置と、
ユーザによって所有されるように構成された複数の送信機とを含み、各送信機は、前記装置からの要求に応答して不連続波を送信するように構成されている、システム。

【請求項10】

前記システムは、前記装置によって測定される前記対応するユーザの前記送信機の前記３Ｄ座標に従って、映像効果および／または音響効果を各ユーザに個別に提供するように構成されている、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

受信機および反射体の２つの組を使って、送信機によって送信される不連続波を受信する段階であって、前記受信機が、前記反射体に非対称に取り付けられ、前記送信機からの直接波およびその回折波を受信するように構成され、前記回折波が、前記反射体のエッジで回折される、段階と、
２つの前記受信機によって受信される信号を処理して、前記送信機の３Ｄ座標を測定する際、２つの前記受信機によって受信された前記直接波および回折波に基づいて、前記送信機の３Ｄ座標を求める、信号を処理する段階と、
を含み、前記信号を処理する段階は、
前記受信機からの前記受信信号に基づいて速度ポテンシャル応答またはその時間導関数を計算する段階と、
前記受信機によって受信される前記回折波に起因する前記速度ポテンシャル応答またはその時間導関数での変曲点またはピーク点を検出する段階と、
前記検出される変曲点またはピーク点に基づいて前記送信機の前記３Ｄ座標を測定する段階と
を含む、前記方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

【０００１】
別段本明細書で示されない限り、この節で述べられる手法は、本出願の特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、この節に含まれていることによって従来技術であると認められるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】米国特許公開第2010/0195445号
【特許文献２】米国特許公開第2002/0196187号
【特許文献３】特開平03-165287号公報
【特許文献４】特開2007-232737号公報
【特許文献５】特開2010-239220号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0002】

波を送信する対象（すなわち、送信機）の３Ｄ座標の測定は、さまざまな用途で有用である。

【0003】

従って、送信機の３Ｄ座標を測定する有用な方法を提供することが、望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

一例では、不連続波を送信する送信機の３Ｄ座標を測定するように構成された装置が、一般的に述べられる。いくつかの例では、その装置は、受信機および反射体の１つまたは複数の組であって、受信機は、反射体に非対称に取り付けられ、送信機からの直接波およびその回折波を受信するように構成され、回折波は、反射体のエッジで回折される、受信機および反射体の１つまたは複数の組と、１つまたは複数の受信機によって受信される信号を処理するように構成された処理デバイスとを含んでもよい。

【0005】

別の例では、不連続波を送信する送信機の３Ｄ座標を測定するように構成された装置が、一般的に述べられる。いくつかの例では、その装置は、受信機および反射体の１つまたは複数の組であって、受信機は、反射体に非対称に取り付けられ、送信機からの直接波およびその回折波を受信するように構成され、回折波は、反射体のエッジで回折される、受信機および反射体の１つまたは複数の組と、１つまたは複数の受信機によって受信される信号を処理するように構成された処理デバイスとを含んでもよい。

【0006】

別の例では、送信機の３Ｄ座標を測定するための方法が、一般的に述べられる。いくつかの例では、その方法は、受信機および反射体の１つまたは複数の組を使って、送信機によって送信される不連続波を受信することを含んでもよく、受信機は、反射体に非対称に取り付けられ、送信機からの直接波およびその回折波を受信するように構成され、回折波は、反射体のエッジで回折される。その方法は、１つまたは複数の受信機によって受信される信号を処理して、送信機の３Ｄ座標を測定することを含んでもよい。

【0007】

前述の概要は、例示的なものにすぎず、決して限定するものではない。上で述べられた例示的な態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴が、図面および次の詳細な説明を参照することによって明らかになる。

【0008】

この開示の前述のおよび他の特徴は、付随する図面と併せて受け取られる次の記述および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになる。これらの図面は、本開示によるいくつかの実施形態だけを描写し、従ってその範囲を限定すると考えるべきでないことを理解して、本開示は、付随する図面の使用を通じてさらに具体的にかつ詳細に述べられることになる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】視角の定義を説明する略図である。

【図2】無限バッフル平面で円形ピストン振動表面によって放射される音の速度ポテ ンシャルを得るために使用される視角を説明する略図である。

【図3】無限バッフル平面で半径ａ＝５ｃｍの円形ピストンによって作成される距離 ｄ＝５０ｃｍでの速度ポテンシャル応答ψ（ｔ）の計算例を説明する略図である（時 間軸：２０μｓ／区分）。

【図4】装置例を説明する略図である。

【図5A】送信機によって放出される超音波パルスの例を説明する略図である。

【図5B】反射体からの回折パルスによって影響を受ける受信パルスの例を説明する 略図である。

【図6】音源（すなわち、送信機）がマイクロフォン開口軸上にあるときの図４で示 される装置についての速度ポテンシャル応答を説明する略図である。

【図7】音源がマイクロフォン開口軸上にないときの図４で示される装置についての 速度ポテンシャル応答を説明する略図である。

【図8】処理デバイスの構成要素の例を説明する略図である。

【図9】それぞれの波の到着時間の例を説明する略図である。

【図10】反射体の寸法ｄ１およびｄ２の定義を説明する略図である。

【図11A】音源がより短い端部−開口側にある場合を説明する略図である。

【図11B】音源がより長い端部−開口側にある場合を説明する略図である。

【図12】音源の３Ｄ座標を計算するために使用される関係を説明する略図である。

【図13】システムの実施形態を説明する略図である。

【図14】システムの実装形態の例を説明する略図である。

【図15】超音波マーカの動作の例を説明する流れ図である。

【図16】超音波マーカの基本構成の例を説明する略図である。

【図17】短い超音波パルスの例を説明する略図である。

【図18】システムを使用することができる用途の例を説明する略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

すべては、本明細書で述べられる少なくともいくつかの実施形態に従って配置される。

【0011】

次の記述は、特許請求される主題の完全な理解を提供するために具体的な詳細とともにさまざまな例を説明する。しかしながら、特許請求される主題は、本明細書で開示される一部または多数の具体的な詳細なしに実施されてもよいことが当業者には理解されよう。さらに、いくつかの状況では、十分に周知の方法、手順、システム、構成要素および／または回路は、特許請求される主題を不必要にわかりにくくすることを避けるために詳細に述べられなかった。

【0012】

次の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する、付随する図面が、参照される。図面では、同様の記号は典型的には、別段文脈により示されない限り、同様の構成要素を識別する。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲で述べられる例示的な実施形態は、限定することを意図されない。本明細書で提示される主題の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態が、利用されてもよく、他の変形が、なされてもよい。本開示の態様は、本明細書で一般的に述べられ、図で説明されるように、すべてが本明細書で明確に熟考される多種多様の異なる構成で配置され、置換され、組み合わされ、分離され、設計されてもよいことが容易に理解されよう。

【0013】

最初は、本開示の一部が基礎を置く基本原理が、述べられる。

【0014】

速度ポテンシャル応答についての計算方法の例が、述べられる。ここで、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を使用する例が、述べられる。

【0015】

速度ポテンシャル応答は、次の方程式、

【0016】

【数1】

を満たし、ただし、ρは、媒体密度であり、＊は、畳み込み積分演算子を表す。ｘ（ｔ）は、音波パルスが音波マーカによって放射される無響室でマイクロフォンを使って受信される直接波（パルス）の音圧である。ｙ（ｔ）は、帯状の（リボン状の）反射体（例えば、図４を参照）を備えるマイクロフォンを使って受信される音圧である。

【0017】

離散フーリエ変換（ＤＦＴ）は、ｙ（ｔ）およびψ（ｔ）からｘ（ｔ）を与え、

【0018】

【数2】

ただし、Ｆ［］は、ＤＦＴ演算を表す。ここで、畳み込み積分およびＤＦＴの特性から、次の方程式、

【0019】

【数3】

が成立する。それ故に、

【0020】

【数4】

【0021】

次に、視角と速度ポテンシャル応答との間の関係が、述べられる。図１で示されるように、視角θは、点Ｐ’および時間τにおける観測点Ｐでの音の源である音源または反射点の組の広がりによって定義される扇形の中心角を表す。Ｐ’は、Ｐから音源平面または反射体平面まで引かれる垂線の足である。速度ポテンシャル応答は、視角に比例することが周知である。直接波については、その符号は、変わらないままであるが、しかしながら、回折波については、波は固定端で反射されたので、その符号は、反転される。図２で示されるように、無限バッフル平面で円形ピストン振動表面によって放射される速度ポテンシャル応答を幾何形状から得ることができる。図２の場合には、視角θは、次の公式、

【0022】

【数5】

によって得られる。これは、点源から放射され、円形開口を備えるマイクロフォンによって取り込まれる音波パルスの速度ポテンシャル応答と同等であることが周知である。

【0023】

ｔ≧ｄ／ｃについての速度ポテンシャル応答ψ（ｔ）は、次の公式、

【0024】

【数6】

によって与えられる。半径ａ＝５ｃｍの円形ピストンによって作成される、距離ｄ＝５０
ｃｍでの速度ポテンシャル応答ψ（ｔ）は、図３で描写される。直接波速度ポテンシャル
の分析は、速度ポテンシャル応答の時間幅が、円形開口に対応する指向性情報を含むこと
を明らかにする。

【0025】

図４は、本明細書で述べられる少なくともいくつかの実施形態に従って配置される装置例１０を説明する略図である。装置１０は、以下の本明細書で述べられるように送信機の３Ｄ座標を測定するために使用されてもよい。

【0026】

送信機は、不連続波を送信するように構成されてもよい。不連続波は、短パルス波であってもよい。例えば、送信機は、１つまたは複数の超音波パルスを送信してもよい。送信機は、規則的な間隔で不連続波を送信してもよい。送信機は、任意の移動体に設けられてもよい。移動体は、ロボット、人間（ユーザ）、ユーザによって所有されるデバイスなどを含んでもよい。デバイスは、携帯型デバイスであってもよい。例えば、デバイスは、ユーザが眼鏡のように身に着ける表示デバイスであってもよい。

【0027】

装置１０は、受信機１００および反射体２００を含んでもよい。

【0028】

受信機１００は、マイクロフォンを含んでもよい。マイクロフォンは、図４で示されるように、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）マイクロフォンまたはコンデンサマイクロフォンであってもよい。マイクロフォンは、可聴周波数帯域（３０Ｈｚから２０ｋＨｚ）の音波だけでなく、超音波帯域（２０ｋＨｚ以上）の音波もまた検出することができる。マイクロフォンは、反射体２００に非対称に取り付けられてもよい。マイクロフォンは、任意の形状を持つ開口を有してもよい。例えば、マイクロフォンは、図４で示されるような円形開口を有してもよい。マイクロフォンは、単一指向性マイクロフォンであってもよい。

【0029】

反射体２００は、実質的に平坦であってもよい。反射体２００は、細長い形状を有してもよい。例えば、反射体２００は、実質的に長方形の形状を有してもよい。言い換えれば、反射体２００は、多くの草食動物の耳に似た帯状（リボン状）であってもよい。反射体２００は、任意の製品に取り付けられるように構成される独立した反射プレートであってもよい。別法として、反射体２００は、任意の製品のケーシングまたは筺体の一部であってもよい。例えば、反射体２００は、携帯電話またはラップトップコンピュータのケーシングまたは筺体の一部であってもよい。

【0030】

受信機１００は、反射体２００の両縁部に関して非対称の位置に設けられてもよい。例えば、受信機１００は、図４で示されるように、長方形の反射体２００の短い両縁部２０２、２０４に関して非対称の位置に設けられてもよい。この場合には、受信機１００は、図４で示されるように、長方形の反射体２００の長い両縁部２０６、２０８に関して対称の位置に設けられてもよい。

【0031】

反射体２００は、その表面で非対称の位置に音圧を受信するための穴を有してもよい。受信機１００は、反射体２００に形成される穴の中に設けられてもよい。

【0032】

図５Ａは、送信機によって放出される超音波パルスの例を説明する略図である。図５Ｂは、反射体からの回折パルスによって影響を受ける受信パルスの例を説明する略図である。図５Ｂで示されるように、受信パルスは、反射体２００からの回折パルスによって影響を受けることもある。具体的には、送信機によって放出されたパルスは、反射体２００の固定端（すなわち、エッジ２０２、２０４、２０６または２０８）で反射され、回折されて反転音圧パルスになることもある。受信機１００は、図５Ｂで示されるように、直接パルスおよび回折パルスの混合物を受信することもある。

【0033】

図６は、音源（すなわち、送信機）がマイクロフォン開口軸上にあるときの図４で示される装置１０についての速度ポテンシャル応答を説明する略図である。

【0034】

図６では、送信機の例であってもよい音波マーカは、比較的小さい音源であり、Ｐ_１は、その位置であると仮定される。Ｐ_２は、半径ａの開口を備える受信機１００の中心位置であるともまた仮定される。受信機１００は、２つの成分、直接波および反射体での固定端反射によって反転される符号を有する回折波を受信する。直接波についての計算は、その視角を使用して前に述べられた方法で行われてもよい。回折波については、簡単にするために、受信機１００の点Ｐ_２（すなわち、円形マイクロフォンの中心座標）は、点音源Ｐ_１によって放射される波を取り込むと仮定される。

【0035】

図６では、点音源Ｐ_１が受信機１００の中心軸上に（すなわち、マイクロフォン開口軸上に）ある場合が、仮定される。この場合には、図６で示されるように、伝搬時間τで反射体２００に達する音波は、楕円体表面と反射体２００との間の交差点の１つまたは複数の円弧状の組を一貫して形成する。それ故に、図６では、逆速度ポテンシャル曲線上の変曲点は、矢印Ｙ２〜Ｙ４によって示されるように、反射体２００の幾何形状に１対１で対応する。例えば、矢印Ｙ３に関係する変曲点は、反射体２００の左の短いエッジ２０２（固定端）での回折波に起因して生成される。さらに、矢印Ｙ４に関係する変曲点は、反射体２００の右の短いエッジ２０４（固定端）での回折波に起因して生成される。

【0036】

図７は、音源がマイクロフォン開口軸上にないときの図４で示される装置１０についての速度ポテンシャル応答を説明する略図である。

【0037】

図７では、音源の相対位置は、図６でのそれに関して変化する。具体的には、図７は、音源から反射体２００の表面に垂直に引かれる直線が、反射体２００の表面に足を有する場合を示す。図７で示される場合は、伝搬経路差が図６と比較してより小さいので、図６でのそれらとは異なる変曲点を有する。言い換えれば、変曲点は、反射体２００に関する音源の相対位置についての情報を含む。同様に、音源から反射体２００の表面への垂線が、反射体２００の表面の外側にその足を有するとき、変曲点を検出できることに留意されたい。それ故に、回折波の変曲点の時間を得ることによって、音源の幾何学的位置は、一意的に識別できる。

【0038】

装置１０は、処理デバイス３００を含んでもよい。処理デバイス３００は、受信機１００によって受信される信号（例えば、図５Ｂを参照）を処理するように構成されてもよい。

【0039】

図８は、本明細書で述べられる少なくともいくつかの実施形態に従って配置される処理デバイス３００の構成要素の例を説明する略図である。

【0040】

処理デバイス３００は、増幅器３０２、Ａ／Ｄ変換器３０４、逆畳み込み計算器３０６、伝搬時間計算器３０８および３Ｄ座標計算器３１０を含んでもよい。処理デバイス３００はまた、コマンド送信機３１２を含んでもよい。

【0041】

増幅器３０２は、受信機１００に結合されてもよい。増幅器はまた、受信機１００によって受信される信号を増幅するように構成されてもよい。超音波マーカが送信機として使用される場合、高域通過フィルター（ＨＰＦ）または帯域通過フィルター（ＢＰＦ）が、環境雑音を除去し、超音波成分だけを引き出すために使用されてもよいことに留意されたい。

【0042】

Ａ／Ｄ変換器３０４は、増幅器３０２に結合されてもよい。Ａ／Ｄ変換器３０４は、増幅された信号をデジタル形式に変換するように構成されてもよい。

【0043】

逆畳み込み計算器３０６は、Ａ／Ｄ変換器３０４に結合されてもよい。逆畳み込み計算器３０６は、速度ポテンシャル応答を計算するためにＡ／Ｄ変換器３０４からのデジタル化信号を逆畳み込みするように構成されてもよい。速度ポテンシャル応答についての計算は、直接波および受信信号についての周知の情報に基づいて上で述べられた方法でＦＦＴまたは逆畳み込み計算を使って行われてもよいことに留意されたい。例えば、ＦＦＴは、事前登録された直接パルスパターンおよび受信信号（すなわち、受信回折パルス信号）から速度ポテンシャル応答を計算するために使用されてもよい。遠い位置からの直接波の直接パルスパターンは、使用される送信機の伝達関数または観測されるデータに基づいて導き出されてもよい。

【0044】

伝搬時間計算器３０８は、逆畳み込み計算器３０６に結合されてもよい。伝搬時間計算器３０８は、速度ポテンシャル応答での変曲点の時間（すなわち、回折波到着時間）を検出する（引き出す）ように構成されてもよい。伝搬時間計算器３０８はまた、直接波到着の時間を計算してもよい。例えば、伝搬時間計算器３０８は、図９で示されるように、計算された速度ポテンシャル応答に基づいて直接波到着時間ｔ_０ならびに回折波到着時間ｔ_１およびｔ_２を計算してもよい。

【0045】

３Ｄ座標計算器３１０は、伝搬時間計算器３０８に結合されてもよい。３Ｄ座標計算器３１０は、変曲点の時間に基づいて送信機（すなわち、音源）の３Ｄ座標を計算するように構成されてもよい。送信機の３Ｄ座標を計算する方法は、図６および図７に関連して述べられる原理に基づいていてもよい。

【0046】

コマンド送信機３１２は、伝搬時間計算器３０８に結合されてもよい。コマンド送信機３１２は、不連続波を送信するために送信機（図８では示されず）にコマンドを発行するように構成されてもよい。コマンド送信機３１２は、不規則にまたは規則的に（すなわち、所定の時間間隔で）送信機にコマンドを発行してもよい。コマンド送信機３１２は、伝搬時間計算器３０８にコマンドの発行を通知してもよい。

【0047】

次に、送信機（すなわち、音源）の３Ｄ座標を計算する具体的な方法の例が、図９、図１０、図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１２を参照して述べられる。

【0048】

ここで、反射体２００の寸法ｄ_１およびｄ_２は、図１０で示されるように定義される。図１０では、ｄ_１は、受信機１００の円形開口の中心と反射体２００の１つのエッジ２０２（受信機１００に関してより近いエッジ）との間の距離であり、ｄ_２は、受信機１００の円形開口の中心と反射体２００のもう１つのエッジ２０４（受信機１００に関してより遠いエッジ）との間の距離である。距離ｄ_２は、距離ｄ_１よりも実質的に長くてもよい。以下の本明細書では、エッジ２０４が受信機１００に関して位置する側は、「より長い端部−開口距離側」と呼ばれてもよく、エッジ２０２が受信機１００に関して位置する側は、「より短い端部−開口距離側」と呼ばれてもよい。

【0049】

図１１Ａは、音源がより短い端部−開口側に存在する場合を説明する略図である。この場合には、次の関係、
Ｌ_０＝ｃｔ_０
Ｌ_１＝ｃｔ_１−ｄ_１
Ｌ_２＝ｃｔ_２−ｄ_２
が成立し、ただしｃ［ｍ／ｓ］は、光の速度である。さらに、図９で示されるように、ｔ_０は、直接波到着時間であり、ｔ_１は、第１の回折波到着時間であり、ｔ_２は、第２の回折波到着時間である。第１の回折波到着時間ｔ_１は、エッジ２０２での回折波に関係し、第２の回折波到着時間ｔ_２は、エッジ２０４での回折波に関係することに留意されたい。

【0050】

図１１Ｂは、音源がより長い端部−開口側に存在する場合を説明する略図である。この場合には、次の関係、
Ｌ_０＝ｃｔ_０
Ｌ_１＝ｃｔ_２−ｄ_１
Ｌ_２＝ｃｔ_１−ｄ_２
が成立する。第１の回折波到着時間ｔ_１は、エッジ２０４での回折波に関係し、第２の回折波到着時間ｔ_２は、エッジ２０２での回折波に関係することに留意されたい。

【0051】

図１１Ａまたは図１１Ｂで示されるいずれの場合にも、送信機の３Ｄ座標は、次の計算原理を使用して計算されてもよい。

【0052】

ここで、２つのチャンネルを使った測定が、図１２で示されるように仮定される。具体的には、受信機１００および反射体２００の２つの組１０Ｌ、１０Ｒを含む装置１０が、図１２で示されるように使用されてもよい。

【0053】

第１の組１０Ｌの反射体２００および第２の組１０Ｒの反射体２００は、任意の向きを有してもよい。例えば、第１の組１０Ｌの反射体２００および第２の組１０Ｒの反射体２００は、互いに関して平行に配置されてもよい。第１の組１０Ｌの反射体２００および第２の組１０Ｒの反射体２００は、図１２で示されるように、同じ平面内に配置されてもよい。

【0054】

さらに、第１の組１０Ｌの反射体２００および第２の組１０Ｒの反射体２００は、指定の距離だけ離して配置されてもよい。理論上は、指定の距離は、任意の距離であってもよい。指定の距離は、第１の組１０Ｌの反射体２００および第２の組１０Ｒの反射体２００がその上に設けられてもよい部材（図１４で示されるマスタユニット５００のケーシングなど）のサイズに依存することもある。第１の組１０Ｌの反射体２００および第２の組１０Ｒの反射体２００は、任意の方向に配置されてもよい。

【0055】

ここで、簡単にするために、図１２では、第１の組１０Ｌの反射体２００および第２の組１０Ｒの反射体２００がｘ−ｙ平面にある座標系が、仮定され、ｙ軸は、第１および第２の組１０Ｌ、１０Ｒの反射体２００の縦（垂直）方向と平行であり、ｘ軸は、第１および第２の組１０Ｌ、１０Ｒの受信機１００の中心上にあり、原点は、ｘ軸の（水平）方向で第１の組１０Ｌの反射体２００と第２の組１０Ｒの反射体２００との間の中間点に定義され、より長い端部−開口距離側は、ｙ軸で正である。

【0056】

点（−ｈ，−ｄ_１，０）および（ｈ，−ｄ_１，０）は、第１および第２の組１０Ｌおよび１０Ｒの反射体２００のエッジ２０２のそれぞれの中間点に対応する。点（−ｈ，０，０）および（ｈ，０，０）は、第１および第２の組１０Ｌおよび１０Ｒの受信機１００のそれぞれの中心に対応する。点（−ｈ，ｄ_２，０）および（ｈ，ｄ_２，０）は、第１および第２の組１０Ｌおよび１０Ｒの反射体２００のエッジ２０４のそれぞれの中間点に対応する。図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して述べられるように、音源の未知の座標（ｘ，ｙ，ｚ）から既知のそれぞれの座標（−ｈ，−ｄ_１，０）、（−ｈ，０，０）、（−ｈ，ｄ_２，０）、（ｈ，−ｄ_１，０）、（ｈ，０，０）および（ｈ，ｄ_２，０）までのそれぞれの距離Ｌ_１Ｒ、Ｌ_０Ｒ、Ｌ_２Ｒ、Ｌ_１Ｌ、Ｌ_０ＬおよびＬ_２Ｌは、次の６つの方程式、

【0057】

【数7】

によって表すことができる。距離Ｌ_１Ｒ、Ｌ_２Ｒ、Ｌ_１ＬおよびＬ_２Ｌは、音源がより長い端部−開口側またはより短い端部−開口側に存在するという仮定に基づいて導き出されてもよいことに留意されたい。３つの未知の変数ｘ、ｙおよびｚは、これらの６つの方程式から導き出すことができる。例えば、方程式７番での第２および第３の方程式は、未知の変数ｙを次の通りに与える。

【0058】

【数8】

さらに、方程式７番での第５および第６の方程式もまた、未知の変数ｙを次の通りに与える。

【0059】

【数9】

方程式８番および９番によって得られるｙの値は、精度を改善するために平均化されてもよいことに留意されたい。さらに、方程式７番での第１および第４の方程式はまた、未知の変数ｘも次の通りに与える。

【0060】

【数10】

最後に、未知の変数ｚは、得られた変数ｙおよびｘを６つの方程式（方程式７番を参照）の１つに代入することによって導き出すことができる。音源がより長い端部−開口側またはより短い端部−開口側に存在するという仮定が間違っている場合、６つの方程式から得られるｚの値は、異なることに留意されたい。それ故に、音源がより長い端部−開口側（図１１Ｂを参照）かまたはより短い端部−開口側（図１１Ａを参照）に存在するかを決定することができる。さらに、分散が６つの方程式から得られるｚの６つの値に基づいて計算される場合、音源がより長い端部−開口側かまたはより短い端部−開口側に存在するかを決定することができる。

【0061】

たとえ直接波到着時間ｔ_０ならびに回折波到着時間ｔ_１およびｔ_２が、送信機からの不連続波（例えば、パルス波）の送信のタイミングについての情報が利用できないという事実のために導き出すことができなくても、音源の３Ｄ座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、これらの６つの方程式から導き出すことができることに留意されたい。この場合には、変数の数は、なお方程式の数（すなわち、６）未満である４まで増加するだけである。

【0062】

送信機の３Ｄ座標を計算する上述の方法によると、受信機１００および反射体２００の２つの組１０Ｌ、１０Ｒが、使用されるが、しかしながら、組の数は、任意である。例えば、精度を高めるために３つよりも多い組を使用することができる。さらに、追加の情報が、送信機の３Ｄ座標を識別するために必要とされるけれども、受信機１００および反射体２００の１つの組を使用することもできる。追加の情報は、任意の方法で得られてもよい。例えば、受信機１００および反射体２００の組ならびに他の測定デバイスの組合せを使用することもできる。さらに、追加の情報は、２つの垂直方向に反射体２００に関して非対称に受信機１００を置くことによって得られてもよい。この場合には、２つのチャンネルの測定は、受信機１００および反射体２００の１つの組によって実施できる。例えば、図４で示される例では、受信機１００は、長方形の反射体２００の短い両縁部２０２、２０４に関してかつ長い両縁部２０６、２０８に関して非対称の位置に設けられてもよい。この場合には、受信機１００の中心からそれぞれのエッジ２０２、２０４、２０６、２０８までの距離は、互いに異なってもよい。この配置によると、全部で４つの変曲点を得ることができるので、６つの方程式（方程式７番を参照）の代わりに全部で５つの方程式が、得られてもよい。それ故に、３つの未知の変数ｘ、ｙおよびｚ（すなわち、音源の３Ｄ座標）は、これらの５つの方程式から導き出すことができる。

【0063】

次に、装置１０を使用することができるシステムの例が、述べられる。

【0064】

図１３は、システム２０の実施形態を説明する略図である。システム２０は、装置１０および１つまたは複数の送信機４００を含んでもよい。

【0065】

前に述べたように、各送信機４００は、パルス波などの不連続波を送信するように構成されてもよい。例えば、各送信機４００は、超音波パルスを送信してもよい。各送信機４００は、規則的な間隔で不連続波を送信してもよい。各送信機４００は、任意の移動体に設けられてもよい。移動体は、ロボット、人間（ユーザ）、ユーザによって所有されるデバイスなどを含んでもよい。例えば、デバイスは、ユーザが眼鏡のように身に着ける表示デバイスであってもよい。

【0066】

各送信機４００は、装置１０からの要求に応答してパルス波などの不連続波を送信するように構成されてもよい。そのような要求は、装置１０のコマンド送信機３１２によって送信されてもよい（図８を参照）。その要求は、装置１０以外の任意のデバイスによって送信されてもよい。その要求は、規則的な間隔でまたは各送信機４００の３Ｄ座標が必要になるときに送信されてもよい。その要求は、時分割方式でそれぞれの送信機４００に送信されてもよい。

【0067】

装置１０は、前に述べたように１つまたは複数の送信機４００の３Ｄ座標を測定するように構成されてもよい。

【0068】

システム２０は、装置１０によって測定される１つまたは複数の送信機４００の３Ｄ座標が任意の機能または効果を実施するために使用されてもよいさまざまな用途のために使用されてもよい。

【0069】

図１４は、システム２０の実装形態の例を説明する略図である。

【0070】

システム２０は、マスタユニット５００および表示デバイス６００を含んでもよい。

【0071】

マスタユニット５００は、装置１０を実装してもよい。具体的には、受信機１００および反射体２００の第１の組１０Ｌは、マスタユニット５００のケーシングの左側に取り付けられてもよい。受信機１００および反射体２００の第２の組１０Ｒは、マスタユニット５００のケーシングの右側に取り付けられてもよい。処理デバイス３００は、マスタユニット５００に組み込まれてもよい。マスタユニット５００は、デジタルＨＰＦまたはデジタルＢＰＦを使用してもよい。マスタユニット５００は、映像／画像コンテンツを放送するように構成される「ユビキタスコンピューティング（Ｕｂｉｃｏｍｐ）」端末によって実施されてもよい。

【0072】

ステレオ音声入力デバイスなどの、音声入力機能を備える端末は通常、ステレオ音声を受け入れることに留意されたい。多くのコンデンサマイクロフォンまたはＭＥＭＳマイクロフォンはまた、それらは通常小さく、高い共振周波数を有するので、２０ｋＨｚから６０ｋＨｚに至るまでの超音波も検出する。それ故に、この２０ｋＨｚ以上の帯域は、音源（すなわち、送信機４００）の３Ｄ座標を決定するのを実行するために利用されてもよい。この場合には、反射体２００を追加するなどの小さな物理的変更が、必要なこともある。

【0073】

マスタユニット５００は、それぞれの送信機４００の３Ｄ座標に従ってそれぞれの表示デバイス６００を介して映像効果および／または音響効果を各ユーザに個別に提供するように構成されてもよい。これらのプロセスは、処理デバイス３００またはマスタユニット５００での他の処理デバイスによって実行されてもよい。

【0074】

表示デバイス６００は、無線通信経路を介してマスタユニット５００に結合されてもよい。表示デバイス６００は、ユーザが身に着けることができるゴーグルの形態であってもよい。表示デバイス６００は、ユーザ（それを身に着ける）に映像効果および／または音響効果を提供してもよい。表示デバイス６００は、送信機４００として超音波マーカを含んでもよい。表示デバイス６００は、それぞれのユーザに従って番号付けされてもよい。

【0075】

いくつかの実施形態では、超音波マーカとして具体化される送信機４００は、図１５に従って動作するように構成されてもよい。具体的には、コマンドの受信時に、送信機４００は、受信コマンドを得ることができる（Ｓ１４００）。コマンドは、マスタユニット５００によって送信されてもよい。例えば、マスタユニット５００は、規則的にかつ連続して超音波パルスを送信するように各ユーザの番号付き表示デバイス６００に命令して（すなわち、コマンドを発行して）もよい。マスタユニット５００は、コマンドを発行するために有線インターフェース、赤外線インターフェースまたは無線インターフェース（例えば、ジグビー（ＺｉｇＢｅｅ）またはブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)））を使用してもよい。次いで、送信機４００は、得られたコマンドがパルス送信コマンドであるかどうかを決定することができる（Ｓ１４０２）。得られたコマンドがパルス送信コマンドである場合、送信機４００は、短い超音波パルスを送信することができる（Ｓ１４０４）。次いで、送信機４００は、次のコマンドの受信のために待機状態に戻ることができる。

【0076】

超音波マーカとして具体化される送信機４００は、図１６で示されるように、バッファーおよび圧電素子を含んでもよい。短い超音波パルスは、図１６で示されるように、圧電素子をデジタル的に駆動することによって放出できる。短い超音波パルスは、図１７で示されるようであってもよい。この例では、２と２分の１の駆動パルスが、超音波パルスの１つの放出のために使用されるが、しかしながら、放出されるパルスの幅は、超音波マーカの伝達関数特性に起因してより大きいこともある。圧電素子は、例えば約３．３Ｖの電圧で駆動できることに留意されたい。圧電素子の負荷は、原則として容量性であり、間欠的に駆動されるので、それは、少量の電池エネルギーを消費する。

【0077】

図１８は、システム２０を使用することができる用途の例を説明する略図である。システム２０は、図１８で示されるように、ユーザの送信機４００の３Ｄ座標に従って映像効果および／または音響効果をユーザに個別に提供するように構成されてもよい。

【0078】

ここで、拡張現実のさまざまな用途では、複数のユーザは、同時にシステムを共有する必要があることが認識された。そのような用途のためにもっと現実性を生じさせるためには、対応するユーザの位置の３Ｄ座標に従って映像効果および音響効果をユーザに個別に提供することが、重要なこともある。共有される拡張現実は、図１８で示されるように、装置１０によって測定されるユーザの位置の３Ｄ座標に従って個別に変換されてもよく、そのような変換された現実は、各ユーザに設けられて、個人用拡張現実を生じさせる。その実装形態によると、それらは、極めて小さなサイズのハードウェアおよび低い処理作業負荷で送信機４００の３Ｄ座標を検出する追加の能力を提供することができるので、複数のユーザは、各ユーザの位置に合わせたサービスとともに拡張現実を共有することができる。その実装形態は、ユビキタスコンピューティングシステム以外の多数の拡張現実システムに応用できることに留意されたい。

【0079】

前述では、速度ポテンシャル応答は、送信機の３Ｄ座標を測定するために使用されるが、しかしながら、音圧インパルス応答が、速度ポテンシャル応答の代わりに使用されてもよい。言い換えれば、音圧インパルス応答は、速度ポテンシャル応答の時間導関数(時間微分)と同等であるので、同様の手順が、音圧インパルス応答のために使用できる。速度ポテンシャル応答の時間導関数の場合には、ピーク点は、それらが速度ポテンシャル応答での変曲点と同等であるので、変曲点の代わりに使用されてもよい。

【0080】

さらに、音波を使用する実装形態が、主に述べられるが、しかしながら、電波など他の波を使用することもできる。その実装形態は、受信機１００をその非対称の位置に有する反射体２００を使用するパッシブ座標検出を提供してもよい。例えば、現在のＧＰＳシステムは、座標計算を実行するために４つの衛星が同時に利用可能であることを必要とする。多くの超高層ビルがある都市部では、位置を決定することは、衛星が真上にない場合には困難である。しかしながら、その実装形態は、それらがＧＰＳ測定に応用される場合、４つの衛星を必要としない。位置の決定は、１つまたは２つの衛星で可能である。同様に、ソナーシステムの場合には、２チャンネルアクティブソナーおよび３チャンネルパッシブソナーは、３Ｄ座標を決定することができることもある。

【0081】

前述の詳細な説明は、ブロック図、流れ図、および／または例の使用を介してデバイスおよび／またはプロセスのさまざまな実施形態を説明した。そのようなブロック図、流れ図、および／または例が、１つもしくは複数の機能および／または動作を含有する限りにおいて、そのようなブロック図、流れ図、もしくは例内の各機能および／または動作は、個別にかつ／または集合的に、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または事実上それらの任意の組合せによって実施できることが、当業者には理解されよう。いくつかの実施形態では、本明細書で述べられる主題のいくつかの部分は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、または他の統合されたフォーマットを介して実施されてもよい。しかしながら、本明細書で開示される実施形態のいくつかの態様は、全部または一部において、１つもしくは複数のコンピュータで走る１つもしくは複数のコンピュータプログラムとして（例えば、１つもしくは複数のコンピュータシステムで走る１つもしくは複数のプログラムとして）、１つもしくは複数のプロセッサで走る１つもしくは複数のプログラムとして（例えば、１つもしくは複数のマイクロプロセッサで走る１つもしくは複数のプログラムとして）、ファームウェアとして、または事実上それらの任意の組合せとして、集積回路に同等に実装できること、ならびに回路を設計しかつ／またはソフトウェアおよびもしくはファームウェアのためのコードを書くことは、この開示に照らして十分に当業者の技量の範囲内となることが、当業者には認識されよう。加えて、本明細書で述べられる主題のメカニズムは、いろいろな形態でのプログラム製品として配布でき、本明細書で述べられる主題の例示的な実施形態は、その配布を実際に実行するために使用される特定の種類の信号担持媒体にかかわらず適用されることが、当業者には理解されよう。信号担持媒体の例は、次の、フレキシブルディスク、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリなどの記録可能型媒体、ならびにデジタルおよび／またはアナログ通信媒体（例えば、光ファイバーケーブル、導波路、有線通信リンク、無線通信リンクなど）などの透過型媒体を含むが限定されない。

【0082】

さまざまな方法およびシステムを使用するある技術例が、本明細書で述べられ、図示されたが、特許請求される主題から逸脱することなく、さまざまな他の変更が、なされてもよく、等価物が、置換されてもよいことは、当業者には理解されるはずである。加えて、多くの変更が、本明細書で述べられる中心的な概念から逸脱することなく、特定の状況を特許請求される主題の教示に適合させるようになされてもよい。従って、特許請求される主題は、開示される特定の例に限定されなくてもよいが、しかしそのような特許請求される主題はまた、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に入るすべての実装形態を含んでもよいことが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】