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JP-2026514557-A - 接触検出のための圧電微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）信号処理

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Abstract

本開示の態様は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）と、ＭＥＭＳシステム及び信号を使用した表面衝撃の関連する検出及び分類とに関する。一態様は、オーディオ信号及び動き信号を格納するように構成されたメモリと、１つ又は複数のプロセッサとを含むデバイスである。プロセッサは、オーディオ信号を取得し、オーディオ信号は、マイクロフォンによる音の検出に基づいて生成され、動き信号を取得し、動き信号は、物体の表面上に搭載された動きセンサによる動きの検出に基づいて生成され、オーディオ信号及び動き信号に基づいて類似度測定を実施し、類似度測定に基づいて物体の表面の接触タイプのコンテキストを判定する、ように構成されている。

Inventors

  • ロバート・ジョン・リトレル

Assignees

  • クアルコム，インコーポレイテッド

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20240229
Priority Date
20240228

Claims (20)

  1. オーディオ信号及び動き信号を格納するように構成されたメモリと、 １つ又は複数のプロセッサと、を備えるデバイスであって、前記１つ又は複数のプロセッサは、 ２つ以上のマイクロフォンによる音の検出に基づいて前記オーディオ信号を取得し、 第１の物体の表面に搭載された２つ以上の動きセンサによる動きの検出に基づいて前記動き信号を取得し、 比較データを生成するために、前記オーディオ信号と前記動き信号との１つ又は複数の比較を実施し、 前記比較データに基づいて前記第１の物体の前記表面の接触タイプのコンテキストを判定し、 前記１つ又は複数のプロセッサによって判定された前記コンテキストに基づいて、前記第１の物体までのしきい値距離内の第２の物体のロケーションを判定する、 ように構成されている、デバイス。
  2. 複数の片持ち梁が、センサエリアを囲む膜として構成されている、請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記第１の物体は、車のドアである、請求項１に記載のデバイス。
  4. 前記第２の物体は、人、鍵、又は風船である、請求項１に記載のデバイス。
  5. 前記接触タイプは、前記第１の物体に関連付けられたエリアを含む、請求項１に記載のデバイス。
  6. 前記第１の物体はドアであり、前記第１の物体に関連付けられた前記エリアは、 前記ドアの右上部分、前記ドアの右下部分、前記ドアの左上部分、前記ドアの左下部分、又は前記ドアの中心のうちの１つである、請求項５に記載のデバイス。
  7. デバイスであって、 オーディオ信号及び動き信号を格納するように構成されたメモリと、 １つ又は複数のプロセッサと、を備えるデバイスであって、前記１つ又は複数のプロセッサは、 マイクロフォンによる音の検出に基づいて前記オーディオ信号を取得し、 物体の表面に搭載された動きセンサによる動きの検出に基づいて前記動き信号を取得し、 正規化されたオーディオ信号及び正規化された動き信号を生成するために、オーディオ信号及び動き信号を正規化し、 前記正規化されたオーディオ信号及び前記正規化された動き信号から相関データを生成し、 前記相関データを使用して接触分類を判定するように構成されている、デバイス。
  8. 前記１つ又は複数のプロセッサが、前記相関データを使用して前記接触分類を判定する分類回路として構成されている、請求項７に記載のデバイス。
  9. 前記分類回路は、訓練モードにおいて訓練データとしてオーディオ信号及び前記動き信号を受信し、前記訓練データを提供された訓練分類値とマッチングするように更に構成されている、請求項８に記載のデバイス。
  10. 前記物体は自動車表面であり、前記表面は前記自動車表面の外向きの表面であり、前記提供される訓練分類値は、既知の力及び損傷タイプ特性を有する衝突分類値のセットである、請求項９に記載のデバイス。
  11. デバイスであって、 変換器データを格納するように構成されたメモリと、 第１の出力を有する第１の圧電微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）変換器であって、前記第１の圧電ＭＥＭＳ変換器は、物体の表面に機械的に結合され、前記第１の圧電ＭＥＭＳ変換器は、第１のアナログ信号を、前記第１のアナログ信号が前記第１の圧電ＭＥＭＳ変換器によって前記物体を伝播する振動から変換されるときに、前記第１の出力において生成するように構成されている、第１の圧電ＭＥＭＳ変換器と、 第２の出力を有する第２の圧電ＭＥＭＳ変換器であって、第２のアナログ信号を、前記第２のアナログ信号が前記第２の圧電ＭＥＭＳ変換器によって前記物体のロケーションにおける音響振動から変換されるときに、前記第２の出力において生成するように構成されている、第２の圧電ＭＥＭＳ変換器と、 前記メモリ、第１の圧電ＭＥＭＳ変換器の前記出力、及び前記第２の圧電ＭＥＭＳ変換器の前記出力に結合された分類回路であって、前記分類回路は、前記第１のアナログ信号からのデータ及び前記第２のアナログ信号からのデータを処理し、１つ又は複数の時間フレーム中に受信された前記第１のアナログ信号及び前記第２のアナログ信号の組み合わせをカテゴライズするように構成されている、分類回路と、 を備える、デバイス。
  12. 前記メモリは、前記分類回路からのカテゴライズデータを前記メモリに格納するように更に構成されている、請求項１１に記載のデバイス。
  13. 前記第１の圧電ＭＥＭＳ変換器が、重力単位（ｇ）での信号出力に関連する所与の周波数におけるノイズを定義するノイズフロアを有し、前記ノイズフロアが、ヘルツ単位の周波数の平方根当たりの重力単位（μｇ）の１００万分の１００（μｇ／ｓｑｒｔ（Ｈｚ））と０．５μｇ／ｓｑｒｔ（Ｈｚ）との間である、請求項１１に記載のデバイス。
  14. 前記第１の圧電ＭＥＭＳ変換器は、０．５キロヘルツ（ｋＨｚ）と１５ｋＨｚとの間の周波数で前記物体を伝播する振動を検出する変換帯域幅を有する、請求項１３に記載のデバイス。
  15. 前記第１のアナログ信号からの前記データは、前記物体を伝播する前記振動の周波数データと、前記物体を伝播する前記振動の大きさデータと、を含み、前記大きさデータは、前記物体との接触の重大度に関連付けられる、請求項１１に記載のデバイス。
  16. 前記１つ又は複数の時間フレームは、毎秒６０フレームよりも大きいレートでキャプチャされる、請求項１１に記載のデバイス。
  17. 第１のセンサパッケージを更に備え、前記第１のセンサパッケージは、基板ベース及び蓋を備え、前記第１の圧電ＭＥＭＳ変換器、前記第２の圧電ＭＥＭＳ変換器、及び特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）は、前記基板ベースに搭載される、請求項１１に記載のデバイス。
  18. 前記ＡＳＩＣは、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、コントローラと、を備え、前記ＡＤＣの出力は、前記デジタル信号プロセッサを介して前記コントローラの入力に結合され、請求項１７に記載のデバイス。
  19. 第３のＭＥＭＳ変換器及び第４のＭＥＭＳ変換器を備える第２のセンサパッケージを更に備え、前記第１のセンサパッケージは、前記物体の前記表面上の第１の位置に配置され、前記第２のセンサパッケージは、前記第１の位置から所定の距離にある前記物体の前記表面上の第２の位置に配置される、請求項１８に記載のデバイス。
  20. 前記分類回路は、同じ時間フレームにおいて前記第１のセンサパッケージにおいて検出された振動と前記第２のセンサパッケージにおいて検出された振動との間の時間遅延又は大きさの差に基づいて、前記物体の前記表面上の衝撃の位置を検出するように更に構成されている、請求項１９に記載のデバイス。

Description

本開示は、一般に圧電音響変換器に関し、より詳細には、物体表面に関連する振動を検出する圧電微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）振動感知デバイスに関する。 ＭＥＭＳ技術は、ウエハ堆積技法を使用して、より小型のマイクロフォン及び他の音響変換器の開発を可能にした。一般に、ＭＥＭＳマイクロフォンは、例えば、容量性マイクロフォン及び圧電マイクロフォンを含む様々な形態をとることができる。ＭＥＭＳ容量性マイクロフォン及び電気コンデンサマイクロフォン（ＥＣＭｓ）は、現在、家電製品マイクロフォン市場を支配している。しかしながら、マイクロフォンなどの圧電ＭＥＭＳシステムは、成長市場であり、様々な利点を提供する。例えば、圧電ＭＥＭＳマイクロフォンは、スクイーズフィルムダンピング（容量性ＭＥＭＳマイクロフォンの固有のノイズ源）を排除するバックプレートを必要としない場合がある。更に、圧電ＭＥＭＳマイクロフォンは、リフロー適合性があり、他のタイプのマイクロフォンに回復不可能な損傷を与える可能性がある鉛フリーはんだ処理を使用してプリント回路基板（ＰＣＢ）に搭載することができる。これらの利点及び他の利点は、改善された圧電ＭＥＭＳマイクロフォンによってより完全に実現され得る。 本開示の態様は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス、システム、方法、及び表面との接触を検出及び分類することに関連する他の態様を説明する。 いくつかの態様では、本明細書に記載の技法は、オーディオ信号及び動き信号を格納するように構成されたメモリと、１つ又は複数のプロセッサと、を含むデバイスであって、１つ又は複数のプロセッサは、２つ以上のマイクロフォンによる音の検出に基づいてオーディオ信号を取得し、第１の物体の表面に搭載された２つ以上の動きセンサによる動きの検出に基づいて動き信号を取得し、比較データを生成するために、オーディオ信号と動き信号との１つ又は複数の比較を実施し、比較データに基づいて第１の物体の表面の接触タイプのコンテキストを判定し、１つ又は複数のプロセッサによって判定されたコンテキストに基づいて、第１の物体までのしきい値距離内の第２の物体のロケーションを判定する、ように構成されている、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、複数の片持ち梁が、センサエリアを囲む膜として構成されているデバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、第１の物体が車のドアであるデバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、第２の物体が人、鍵、又は風船であるデバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、接触タイプが第１の物体に関連付けられたエリアを含むデバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、第１の物体はドアであり、第１の物体に関連付けられたエリアは、ドアの右上部分、ドアの右下部分、ドアの左上部分、ドアの左下部分、又はドアの中心のうちの１つである、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書に記載の技法は、デバイスであって、オーディオ信号及び動き信号を格納するように構成されたメモリと、１つ又は複数のプロセッサと、を含むデバイスであって、１つ又は複数のプロセッサは、マイクロフォンによる音の検出に基づいてオーディオ信号を取得し、物体の表面に搭載された動きセンサによる動きの検出に基づいて動き信号を取得し、正規化されたオーディオ信号及び正規化された動き信号を生成するために、オーディオ信号及び動き信号を正規化し、正規化されたオーディオ信号及び正規化された動き信号から相関データを生成し、相関データを使用して接触分類を判定する、ように構成されている、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、１つ又は複数のプロセッサが、相関データを使用して接触分類を判定する分類回路として構成されている、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、分類回路が、訓練モードにおいて訓練データとしてオーディオ信号及び動き信号を受信し、訓練データを提供された訓練分類値とマッチングするように更に構成されている、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法はデバイスに関し、物体は自動車表面であり、表面は自動車表面の外向きの表面であり、提供される訓練分類値は、既知の力及び損傷タイプ特性を有する衝突分類値のセットである。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、メモリと、第１の出力を有する第１の圧電微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）変換器であって、第１の圧電ＭＥＭＳ変換器は、物体の表面に機械的に結合され、第１の圧電ＭＥＭＳ変換器は、第１のアナログ信号を、第１のアナログ信号が第１の圧電ＭＥＭＳ変換器によって物体を伝播する振動から変換されるときに、第１の出力において生成するように構成されている、第１の圧電ＭＥＭＳ変換器と、第２の出力を有する第２の圧電ＭＥＭＳ変換器であって、第２の圧電ＭＥＭＳ変換器は、第２のアナログ信号を、第２のアナログ信号が第２の圧電ＭＥＭＳ変換器によって物体のロケーションにおける音響振動から変換されるときに、第２の出力において生成するように構成されている、第２の圧電ＭＥＭＳ変換器と、メモリ、第１の圧電ＭＥＭＳ変換器の出力、及び第２の圧電ＭＥＭＳ変換器の出力に結合された分類回路であって、分類回路は、第１のアナログ信号からのデータ及び第２のアナログ信号からのデータを処理し、１つ又は複数の時間フレーム中に受信された第１のアナログ信号及び第２のアナログ信号の組み合わせをカテゴライズするように構成されている、分類回路と、を備える、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、分類回路からのカテゴライズデータをメモリに格納することを更に含む、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、第１の圧電ＭＥＭＳ変換器が、重力単位（ｇ）での信号出力に関連する所与の周波数におけるノイズを定義するノイズフロアを有し、ノイズフロアが、ヘルツ単位の周波数の平方根当たりの重力単位（μｇ）の１００万分の１００（μｇ／ｓｑｒｔ（Ｈｚ））と０．５μｇ／ｓｑｒｔ（Ｈｚ）との間である、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、第１の圧電ＭＥＭＳ変換器が、０．５キロヘルツ（ｋＨｚ）と１５ｋＨｚとの間の周波数で物体を伝播する振動を検出する変換帯域幅を有する、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、第１のアナログ信号からのデータは、物体を伝播する振動の周波数データと、物体を伝播する振動の大きさデータと、を含み、大きさデータは、物体との接触の重大度に関連付けられる、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、１つ又は複数の時間フレームが、毎秒６０フレームよりも大きいレートでキャプチャされる、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、第１のセンサパッケージを更に含み、第１のセンサパッケージは、基板ベース及び蓋を含み、第１の圧電ＭＥＭＳ変換器、第２の圧電ＭＥＭＳ変換器、及び特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）は、基板ベースに搭載される、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、ＡＳＩＣが、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、コントローラと、を含み、ＡＤＣの出力は、デジタル信号プロセッサを介してコントローラの入力に結合される、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、第３のＭＥＭＳトランスデューサ及び第４のＭＥＭＳトランスデューサを含む第２のセンサパッケージを更に含むデバイスであって、第１のセンサパッケージは、物体の表面上の第１の位置に配置され、第２のセンサパッケージは、第１の位置から所定の距離にある物体の表面上の第２の位置に配置される、デバイスに関する。 いくつかの態様では、本明細書で説明される技法は、分類回路が、同じ時間フレームにおいて第１のセンサパッケージにおいて検出された振動と第２のセンサパッケージにおいて検出された振動との間の時間遅延又は大きさの差に基づいて、物体の表面上の衝撃の位置を検出するように更に構成されている、デバイスに関する。 前述のことがらは、以下の明細書、特許請求の範囲、及び添付図面を参照することにより、他の特徴及び実施形態とともに、より明らかとなるであろう。 本明細書に記載の態様による、接触検出及び分類のための音響変換器システムの一例を示す図である。本明細書に記載の態様による、圧電微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による圧電ＭＥＭＳセンサデバイスの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による圧電ＭＥＭＳセンサデバイスの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による圧電ＭＥＭＳセンサデバイスの態様を示す図である。本明細書に記載の態様に従って使用され得る圧電ＭＥＭＳ変換器の平面図である。本明細書に記載の態様に従って使用することができる圧電ＭＥＭＳビームの一部分の断面図である。本明細書に記載の態様に従って使用することができる圧電ＭＥＭＳビームの等角図である。本明細書に記載の態様による圧電ＭＥＭＳ変換器を含むシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による圧電ＭＥＭＳ変換器を含むシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、圧電ＭＥＭＳ変換器の１つ又は複数のアレイを含むシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類に関連する方法を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類に関連する方法を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類の態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類の態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類に関連する方法を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類の態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用する接触検出及び分類の態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類の態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類の態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類をサポートするシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類をサポートするシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類をサポートするシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類をサポートするシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類をサポートするシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類をサポートするシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類をサポートするシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類をサポートするシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、ＭＥＭＳ変換器を使用した接触検出及び分類をサポートするシステムの態様を示す図である。本明細書に記載の態様による、圧電ＭＥＭＳ接触検出及び分類シス