(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
包絡線の波形を、少なくとも前縁（ＷＦ）若しくは後縁（ＷＢ）の一方が正弦波でその前後に連続する波形とした超音波検出信号を生成し、スピーカ（ＳＰ）から、オーディオ信号と重畳若しくは独立して、所定の周期で超音波検出信号を発信する検出信号出力手段と、
検出信号出力手段に接続し、超音波検出信号の発信タイミングを監視するマイクロコンピュータ（７）と、
超音波検出信号を集音し、超音波検出信号の受信タイミングをマイクロコンピュータ（７）へ出力するマイクロホン（３）とを備え、
マイクロコンピュータ（７）において、超音波検出信号の発信タイミングと受信タイミングとの時間間隔から、スピーカ（ＳＰ）とマイクロホン（３）の距離を検出することを特徴とするマイクロホンの位置検出システム。
【請求項２】
パーソナルコンピュータ（２）に接続され、パーソナルコンピュータ（２）から出力されるＬ側オーディオ信号とＲ側オーディオ信号をそれぞれ再生する一対のＬ側スピーカ（ＳＰＬ）とＲ側スピーカ（ＳＰＲ）と、
包絡線の波形を、少なくとも前縁（ＷＦ）若しくは後縁（ＷＢ）の一方が正弦波でその前後に連続する波形としたＬ側超音波検出信号を生成し、Ｌ側スピーカ（ＳＰＬ）から、Ｌ側オーディオ信号と重畳若しくは独立して、所定の周期でＬ側超音波検出信号を発信するＬ側検出信号出力手段と、
包絡線の波形を、少なくとも前縁（ＷＦ）若しくは後縁（ＷＢ）の一方が正弦波でその前後に連続する波形としたＲ側超音波検出信号を生成し、Ｒ側スピーカ（ＳＰＲ）から、Ｒ側オーディオ信号と重畳若しくは独立して、Ｌ側超音波検出信号と交互にＲ側超音波検出信号を発信するＲ側検出信号出力手段と、
検出信号出力手段に接続し、Ｌ側超音波検出信号とＲ側超音波検出信号の発信タイミングを監視するマイクロコンピュータ（７）と、
Ｌ側超音波検出信号とＲ側超音波検出信号を集音し、それぞれの超音波検出信号の受信タイミングをマイクロコンピュータ（７）へ出力する少なくとも２個のマイクロホン（３）を、異なる位置に配設した入力装置とを備え、
マイクロコンピュータ（７）において、
Ｌ側超音波検出信号の発信タイミングと、２個のマイクロホンのそれぞれから入力されたＬ側超音波検出信号の受信タイミングの時間間隔から、Ｌ側スピーカ（ＳＰＬ）と各マイクロホン（３）との距離（ＤＬ１、ＤＬ２）を求めるとともに、
Ｒ側超音波検出信号の発信タイミングと、２個のマイクロホンのそれぞれから入力されたＲ側超音波検出信号の受信タイミングの時間間隔から、Ｒ側スピーカ（ＳＰＲ）と各マイクロホン（３）の距離（ＤＲ１、ＤＲ２）を求め、
Ｌ側スピーカ（ＳＰＬ）と２個のマイクロホン（３）の距離（ＤＬ１、ＤＬ２）と、Ｒ側スピーカ（ＳＰＲ）と２個のマイクロホン（３）の距離（ＤＲ１、ＤＲ２）と、Ｌ側スピーカ（ＳＰＬ）とＲ側スピーカ（ＳＰＲ）間の距離（ＤＳ）とから、Ｌ側スピーカ（ＳＰＬ）とＲ側スピーカ（ＳＰＲ）と入力装置が属するＸ，Ｚ平面において、入力装置のＸ、Ｚ方向の位置（ｘ、ｚ）と、Ｙ軸回りの回転角ＹＡＷ（θ）のいずれか若しくは全てを検出し、
検出した入力装置の相対位置を示す位置情報を、パーソナルコンピュータ（２）へ出力することを特徴とするマイクロホンを備えた入力装置の位置検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
この発明は、マイクロホンやマイクロホンを備えた入力装置のスピーカに対する相対位置を検出する位置検出システムに関するものであり、特に、パーソナルコンピュータへカーソル制御情報を出力するポインティグデバイスの代用として、マイクロホン若しくは入力装置を利用できる位置検出システムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータへの入力には、キーボードによるキー入力の煩雑さを避けるため、若しくは、ゲームなどにおいてディスプレー上に表示されたキャラクターを移動させるため、マウス、トラックボールなどのポインティングデバイスが用いられている。
【０００４】
すなわち、ポインティングデバイスを操作することによって、その操作量（移動量）から生成したカーソル制御情報をパーソナルコンピュータへ出力し、操作量、操作方向に対応させて、カーソルやキャラクターをディスプレー上で移動させるものである。
【０００５】
一方、マルチメディア化によって、この様なパーソナルコンピュータは、ディスプレー上に文字、画像などを表示させるとともに、同時にパーソナルコンピュータに接続したスピーカを通して音声、音楽などを再生したり、マイクロホンを通して音声、音楽などを入力するようにしている。例えば、パーソナルコンピュータを用いたカラオケでは、映像をディスプレー上に表示させつつ、スピーカを通して音楽を再生し、マイクロホンから音声を入力する。この場合に、左右のスピーカバランスの調整や、選曲は、上記ポインティングデバイスの操作で行うものであるが、その都度、パーソナルコンピュータに接続されたポインティングデバイスの位置まで、移動しなければならず、その操作が煩わしいものであった。
【０００６】
そこで、パーソナルコンピュータから離れた入力装置のパーソナルコンピュータに対する位置（姿勢角度）を逐次算出し、その間の相対移動情報に基づいて、カーソルを移動させる入力装置の位置検出システムが開発され、例えば、米国特許第５，００９，５０１号の公報に開示されている。
【０００７】
これを図１２乃至図１４で説明すると、図１２は、この従来の入力装置の位置検出システム１００の構成を示す概略図、図１３は、４分割したフォトダイオード１０６の正面図、図１４は、位置検出システムを説明する説明図である。
【０００８】
図において１０１は、入力装置１０２により制御される図示しないパーソナルコンピュータを一体として備えた基準受信装置で、入力装置１０２に向けて基準放射光を発光する第一赤外発光ダイオード１０４と入力装置１０２からの赤外線信号を受信する第一フォトダイオード１０５がディスプレー１０３の周囲に取り付けられている。
【０００９】
一方、入力装置１０２には、基準放射光を受光する第二フォトダイオード１０６と赤外線信号を発信する第二赤外発光ダイオード１０７が備えられている。
【００１０】
この第二フォトダイオード１０６は、４個のセグメントａ、ｂ、ｃ、ｄに分割され、各セグメントの受光面は、図１３に示すように２行２列のマトリックス状となるように配設されている。
【００１１】
又、第二フォトダイオード１０６の前方には集光レンズ１０８が配置され、基準受信装置１０１からの基準放射光は、集光レンズ１０８によって第二フォトダイオード１０６上を照射するように構成されている。
【００１２】
入力装置１０２を照準１０９を利用してディスプレー１０３の中央に向けると、図１３に示す４個のセグメントａ、ｂ、ｃ、ｄの中央に、円形の基準放射光の光スポットが形成される。
【００１３】
図１４のように、入力装置１０２がディスプレー１０３の中央からＸ1、Ｙ1離れたポイントに向けられたとすると、光スポットの中心は、４個のセグメントａ、ｂ、ｃ、ｄの対角線上の位置Ｘ2、Ｙ2に移動する。
【００１４】
集光レンズ１０８とディスプレー１０３との距離をＺ、第二フォトダイオード１０６と集光レンズ１０８との距離をＬとすれば、この光スポットの位置Ｘ2、Ｙ2と入力装置１０２の向けられた位置Ｘ1、Ｙ1との関係は、Ｘ1＝ＺＸ2／Ｌ、Ｙ1＝ＺＹ2／Ｌの関係式で表すことができる。
【００１５】
光スポットの位置Ｘ2、Ｙ2は、４個のセグメントａ、ｂ、ｃ、ｄで受光した基準放射光の受光量の比で求めることができ、既知の距離Ｌと上記関係式より、入力装置１０２の姿勢角度（Ｘ1／Ｚ、Ｙ1／Ｚ）を得ることができる。
【００１６】
この入力装置１０２の姿勢角度（Ｘ1／Ｚ、Ｙ1／Ｚ）に関するデータは、第二赤外発光ダイオード１０７から発信する赤外線信号に含まれ、第一フォトダイオード１０５を介して基準受信装置１０１に送られる。
【００１７】
第二赤外発光ダイオード１０７は、トリガースイッチ１１０により制御され、トリガースイッチ１１０を引くと第二赤外発光ダイオード１０７が点滅駆動し、前記姿勢角度に関するデータとともに実行命令などパーソナルコンピュータへのカーソル制御情報を含む赤外線信号を発信する。
【００１８】
パーソナルコンピュータは、これらのデータを基準受信装置１０１から受けて、ディスプレー１０３のＸ1、Ｙ1にカーソルを移動させたり、該位置に表示されたアイコンの命令を実行する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の入力装置の位置検出システム１００にあっては、入力装置１０２の相対的な姿勢角度を検出するだけであり、その基準受信装置１０１に対する相対位置（ｘ，ｚ）は、検出できない。従って、入力装置１０２自体を移動させることによってカーソルなどを移動制御することはできず、操作性が不充分なものであった。
【００２０】
また、パーソナルコンピュータ側には、第１発光ダイオード１０４を取り付けた基準受信装置を別に設ける必要があり、装置全体のコストアップの原因になっていた。
【００２１】
更に、入力装置側にも、集光レンズ１０８と第二フォトダイオード１０６を備える必要があり、部品点数が増加するとともに、一定の焦点距離Ｌを確保する必要があることから、入力装置の低コスト化、小型化が制約される問題があった。
【００２２】
【００２３】
この発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、既存の構成を利用して、簡単な回路を加えるだけで、マイクロホンやマイクロホンを備えた入力装置の位置を検出できる位置検出システムを提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
以上の問題点を解決するため、請求項１のマイクロホンの位置検出システムは、包絡線の波形を、少なくとも前縁（ＷＦ）若しくは後縁（ＷＢ）の一方が正弦波でその前後に連続する波形とした超音波検出信号を生成し、スピーカから、オーディオ信号と重畳若しくは独立して、所定の周期で超音波検出信号を発信する検出信号出力手段と、検出信号出力手段に接続し、超音波検出信号の発信タイミングを監視するマイクロコンピュータと、超音波検出信号を集音し、超音波検出信号の受信タイミングをマイクロコンピュータへ出力するマイクロホンとを備え、
マイクロコンピュータにおいて、超音波検出信号の発信タイミングと受信タイミングとの時間間隔から、スピーカとマイクロホンの距離を検出することを特徴とする。
【００２５】
超音波検出信号の発信タイミングと受信タイミングとの時間間隔は、スピーカとマイクロホンの距離に比例し、音速を乗じれば、その距離が求められる。従って、既存のスピーカとマイクロホンとの組み合わせだけで、マイクロホンのスピーカに対する相対位置を求めることができる。
【００２６】
超音波検出信号は、非可聴音声帯域にあるので、人の耳に聞こえることがなく、オーディオ信号に重畳させても、スピーカから再生される音質に影響を与えずに、上記距離を求めることができる。
【００３７】
更に、超音波検出信号の少なくとも前縁若しくは後縁の包絡線が、正弦波でその前後と連続しているので、立ち下がりエッジ若しくは立ち下がりエッジによる高調波成分が可聴音声帯域の周波数帯域まで広がってノイズとなるということを防止できる。
【００３８】
また、請求項２のマイクロホンを備えた入力装置の位置検出システムは、パーソナルコンピュータに接続され、パーソナルコンピュータから出力されるＬ側オーディオ信号とＲ側オーディオ信号をそれぞれ再生する一対のＬ側スピーカとＲ側スピーカと、包絡線の波形を、少なくとも前縁（ＷＦ）若しくは後縁（ＷＢ）の一方が正弦波でその前後に連続する波形としたＬ側超音波検出信号を生成し、Ｌ側スピーカから、Ｌ側オーディオ信号と重畳若しくは独立して、所定の周期でＬ側超音波検出信号を発信するＬ側検出信号出力手段と、包絡線の波形を、少なくとも前縁（ＷＦ）若しくは後縁（ＷＢ）の一方が正弦波でその前後に連続する波形としたＲ側超音波検出信号を生成し、Ｒ側スピーカから、Ｒ側オーディオ信号と重畳若しくは独立して、Ｌ側超音波検出信号と交互にＲ側超音波検出信号を発信するＲ側検出信号出力手段と、検出信号出力手段に接続し、Ｌ側超音波検出信号とＲ側超音波検出信号の発信タイミングを監視するマイクロコンピュータと、Ｌ側超音波検出信号とＲ側超音波検出信号を集音し、それぞれの超音波検出信号の受信タイミングをマイクロコンピュータへ出力する少なくとも２個のマイクロホンを、異なる位置に配設した入力装置とを備え、
マイクロコンピュータにおいて、
Ｌ側超音波検出信号の発信タイミングと２個のマイクロホンのそれぞれから入力されたＬ側超音波検出信号の受信タイミングの時間間隔から、Ｌ側スピーカと各マイクロホンとの距離ＤＬ１、ＤＬ２を求めるとともに、Ｒ側超音波検出信号の発信タイミングと２個のマイクロホンのそれぞれから入力されたＲ側超音波検出信号の受信タイミングの時間間隔から、Ｒ側スピーカと各マイクロホンの距離ＤＲ１、ＤＲ２を求め、Ｌ側スピーカと２個のマイクロホンの距離ＤＬ１、ＤＬ２と、Ｒ側スピーカと２個のマイクロホンの距離ＤＲ１、ＤＲ２と、Ｌ側スピーカとＲ側スピーカ間の距離ＤＳとから、Ｌ側スピーカとＲ側スピーカと入力装置が属するＸ，Ｚ平面において、入力装置のＸ、Ｚ方向の位置（ｘ、ｚ）と、Ｙ軸回りの回転角ＹＡＷ（θ）のいずれか若しくは全てを検出し、検出した入力装置の相対位置を示す位置情報を、パーソナルコンピュータへ出力することを特徴とする。
【００３９】
２個のマイクロホンのＬ側スピーカとＲ側スピーカまでの距離ＤL1、ＤL2、ＤR1、ＤR2は、それぞれのスピーカから発信された超音波検出信号の発信タイミングと各マイクロホンの受信タイミングとの時間間隔に、音速を乗じて求められる。従って、Ｌ側スピーカとＲ側スピーカ間の距離ＤSは定数であり、予め求めておくことができるので、Ｌ側スピーカ、Ｒ側スピーカ及び入力装置が含まれる平面上で、これらの距離ＤL1、ＤL2、ＤR1、ＤR2、ＤSから２個のマイクロホンのそれぞれの位置（ｘ1，ｚ1）（ｘ2，ｚ2）を算出して求めることができる。また、２個のマイクロホンの位置が求められるので、その傾きからＹ軸回りの回転角ＹＡＷ（θ）も求めることができる。従って、既存のステレオを再生する一対のスピーカとマイクロホンとの組み合わせだけで、入力装置の相対位置を示す位置情報をパーソナルコンピュータへ出力できる。この相対位置検出に用いる超音波検出信号は、非可聴音声帯域にあるので、検出中に人の耳に聞こえることがない。
【００４６】
更に、超音波検出信号の少なくとも前縁若しくは後縁の包絡線が、正弦波でその前後と連続しているので、立ち下がりエッジ若しくは立ち下がりエッジによる高調波成分が可聴音声帯域の周波数帯域まで広がってノイズとなるということを防止できる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第１の実施の形態に係るマイクロホンの位置検出システムを図１乃至図３で説明する。
【００４８】
図１は、マイクロホンの位置検出システム１全体の構成を示す概略図で、図中、２は、パーソナルコンピュータ、ＳＰLは、このパーソナルコンピュータに接続されたＬ側スピーカ、ＳＰRは、同様にパーソナルコンピュータに接続されたＲ側スピーカである。Ｌ側スピーカＳＰLとＲ側スピーカＳＰRは、それぞれパーソナルコンピュータ２から出力されるＬ側とＲ側のオーディオ信号を再生するもので、ステレオ再生するために、左右一対が接続されているものである。
【００４９】
また、パーソナルコンピュータ２には、音声入力のために、接続ケーブル４を介してマイクロホン３が接続されている。
【００５０】
本実施の形態では、このマイクロホン３の平面位置を検出するものであり、この為、Ｌ側スピーカＳＰLとＲ側スピーカＳＰRから、交互に超音波検出信号を、周期的に発信している。超音波検出信号は、図２（ａ）に示すように、バースト幅が４ｍｓｅｃのバースト波であり、バースト波の周期は、８０ｍｓｅｃとしている。バースト波の周波数、すなわちこの超音波検出信号の周波数は、音声帯域の音波を集音する通常のマイクロホンで集音でき、かつ一般の人間の可聴音声帯域からは、外れた２０ＫＨｚに設定し、これによって、超音波検出信号を通常用いるマイクロホンで検出し、しかも超音波検出信号が周期的な雑音として聞こえないようにしている。一方のスピーカＳＰL、ＳＰRから発信される超音波検出信号は、他方のスピーカＳＰR、ＳＰLから発信される超音波検出信号の休止期間中に発信され、これによって、両者が重ならないようにしている。
【００５１】
図３に示す位置（ｘ，ｚ）にマイクロホン３があったとすると、スピーカＳＰL、ＳＰRとこのマイクロホン３の距離ＤL、ＤRは、スピーカＳＰL、ＳＰRから発信され超音波検出信号がマイクロホン３に到達するまでの時間ｔ1、ｔ2によって求めることができる。
【００５２】
一般に、空気中を伝搬する超音波信号の音速Ｖは、気温を摂氏Ｔ度とすれば、Ｖ＝３３１．５＋０．６０７Ｔ［ｍ／ｓｅｃ］で表され、Ｔを２０度とすると、Ｖ＝３４３．６４［ｍ／ｓｅｃ］となる。
【００５３】
図２（ｂ）のように、Ｌ側スピーカＳＰLから発信された超音波検出信号のマイクロホン３への到達時間ｔ1が、１．２［ｍｓｅｃ］であったとすると、スピーカＳＰＬとマイクロホン３の距離ＤLは、ＤL＝３４３．６４［ｍ／ｓｅｃ］＊１．２［ｍｓｅｃ］＝４１．２３６８ｃｍとなる。
【００５４】
同様に、Ｒ側スピーカＳＰRから発信された超音波検出信号のマイクロホン３への到達時間ｔ2が、１．０［ｍｓｅｃ］であったとすると、スピーカＳＰRとマイクロホン３の距離ＤRは、ＤR＝３４３．６４［ｍ／ｓｅｃ］＊１．０［ｍｓｅｃ］＝３４．３６４ｃｍとなる。
【００５５】
一方、図３に示すように、Ｘ軸上にあるＬ側スピーカＳＰLとＲ側スピーカＳＰRの距離を２ｒとして、その中点をＸ，Ｚ平面の原点（０，０）、マイクロホン３の位置を（ｘ，ｚ）とすれば、
【００５６】
【数１】
0003897856.tif 000002
【００５７】
【数２】
0003897856.tif 000003
【００５８】
が成立し、（１）式から（２）式を引いて、ＤL2−ＤR2＝４ｘｒ、すなわち、
【００５９】
【数３】
0003897856.tif 000004
【００６０】
が求められる。
【００６１】
また、（２）式に（３）式を代入して、
【００６２】
【数４】
0003897856.tif 000005
【００６３】
から、ｚを求めることができる。
【００６４】
上述のように、ＤLは、４１．２３６８ｃｍ、ＤRは３４．３６４ｃｍであるから、ｒを３０ｃｍとして、これらを（３）式と（４）式に代入すると、
マイクロホン３の位置ｘ＝４．３３ｃｍ、ｚ＝２２．８４５８ｃｍが検出できる。
【００６５】
図５は、本発明の第二の実施の形態に係る超音波検出信号が形成される過程を示す波形図であり、同図の符号（ｈ）に示すように、超音波検出信号の前縁ＷFと後縁ＷBの包絡線を、正弦波の一部の波形として、その前後に連続させているものである。
【００６６】
この第二の実施の形態の超音波検出信号は、搬送波を２０ＫＨｚの正弦波とし、５０Ｈｚの変調波でＡＭ変調したもので、いずれの周波数も非可聴音声帯域となるように設定している。しかしながら、変調波が上記第一の実施の形態に示すような矩形波であるとすると、矩形波自身の高調波成分が、変調の結果可聴音声帯域まで広がり、超音波検出信号がスピーカから発信される度に、雑音が発生する場合が生じる。また、変調波である５０Ｈｚの高調波成分だけでなく、無信号から変調された搬送波が発信される瞬間若しくは変調された搬送波が無信号になる瞬間における、搬送波の不連続性又は信号振幅の急激な変化によって、可聴帯域の不要な雑音が発生する場合がある。
【００６７】
この為、本実施の形態では、超音波検出信号の前縁ＷFと後縁ＷBの包絡線を正弦波を用いて、緩やかなスロープで連続させ、このような高調波による雑音の発生を防止するものである。
【００６８】
以下、図４乃至図６をもとに、この超音波検出信号の生成過程と、マイクロホン３の位置を検出する過程を説明する。
【００６９】
図４は、パーソナルコンピュータ２とＬ側スピーカＳＰL及びＲ側スピーカＳＰRとの間に取り付けられたサウンドボード５と、マイクロホン３の構成を示すブロック図である。
【００７０】
サウンドボード５は、インターフェース回路６を介して、Ｌ側スピーカＳＰLとＲ側スピーカＳＰRとマイクロホン３をパーソナルコンピュータ２へ接続するもので、後述するマイクロホン３の位置検出を行うマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）７が搭載されている。
【００７１】
サウンドボード５には、また上記超音波検出信号の包絡線の一部とするため、正弦波発振器８が形成され、図５の（ａ）に示す５００Ｈｚのｓｉｎ波を発生させて、サンプルホールド回路９L、９Rの入力端側と、移相器１０の入力側へ出力する。移相器１０は、ｓｉｎ波（ａ）の位相をπ／２進めて図５の（ｂ）に示すｃｏｓ波を生成し、コンパレータ１１へ出力する。ｃｏｓ波（ｂ）を生成することによって、ｓｉｎ波のピーク値となる位相を、ｃｏｓ波のゼロクロスポイントを検出することによって監視するものである。この為、コンパレータ１１は、ｃｏｓ波（ｂ）のゼロクロスポイントで立ち上がりと立ち下がりを繰り返す同図の（ｃ）に示すパルス波形を生成し、マイコン７へ出力している。
【００７２】
一方、マイコン７には、クロック発振回路１２で生成された８ＭＨｚのクロックが入力され、このクロックをもとにマイコン７の処理を実行するとともに、超音波検出信号を生成するために、８ＭＨｚのクロックを分周して生成した２０ＫＨｚの図５の（ｄ）に示すバースト波を、ゲイン調整回路１３L、１３Rへ交互に出力している。バースト波（ｄ）の出力は、上記のパルス波形（ｃ）の立ち下がり位置に同期させるものであり、パルス波形（ｃ）が５００Ｈｚの周波数であることから、その立ち下がりの位置から２周期後の立ち下がりの位置まで、バースト波（ｄ）を出力することによって４ｍｓｅｃ幅とし、これをパルス波形（ｃ）が２０周期となる時間幅で繰り返して４０ｍｓｅｃの周期としている。
【００７３】
この結果、図５に示すように、（ａ）のｓｉｎ波の３π／２から１１π／２までの位相のときに、図５の（ｄ）に示すバースト波が一方のゲイン調整回路１３Lへ出力され、以後、４０ｍｓｅｃの周期で、同じバースト波（ｄ）がゲイン調整回路１３R、１３Lに交互に出力される。
【００７４】
また、マイコン７は、バースト波（ｄ）がゲイン調整回路１３L、１３Rへ出力されている間の前後πの期間をハイレベルとする図５の（ｅ）のスイッチ制御信号を生成し、サンプルホールド回路９L、９Rへ交互に出力する。例えば、サンプルホールド回路９Lには、図５に示すように、ｓｉｎ波が３π／２から５π／２まで及び９π／２から１１π／２までにあるときをハイレベルとするスイッチ制御信号（ｅ）が出力される。
【００７５】
サンプルホールド回路９L、９Rは、スイッチ制御信号（ｅ）がハイレベルにあるときに、正弦波発振器８から入力されたｓｉｎ波を、その出力端側に接続されたゲイン調整回路１３L、１３Rへ出力し、ローレベルにあるときにそのときの入力電位をホールドするもので、その結果、出力信号は、同図の（ｆ）に示すように一部にｓｉｎ波が含まれた波形となる。
【００７６】
尚、マイコン７は、４０ｍｓｅｃ毎のこのスイッチ制御信号（ｅ）の最初の立ち上がり位置、すなわちｓｉｎ波（ａ）が３π／２にあるときから４０ｍｓｅｃ毎のタイミングを、超音波検出信号の発信タイミングとして記憶し、後述するマイクロホン３での受信タイミングと比較している。
【００７７】
ゲイン調整回路１３L、１３Rは、サンプルホールド回路９L、９Rの出力信号（ｆ）によってバースト波（ｄ）のゲインを調整するもので、その結果図５の（ｇ）に示すような出力信号（ｆ）を包絡線とするＡＭ変調信号が形成される。上述のように、バースト波（ｄ）が入力されるタイミングに合わせて、出力信号（ｆ）の一部がｓｉｎ波（ａ）となっているので、ＡＭ変調信号（ｇ）の前縁と後縁の包絡線は、ｓｉｎ波（ａ）となりその前後に連続している。
【００７８】
ゲイン調整回路１３L、１３Rで形成されたＡＭ変調信号（ｇ）は、それぞれの後段に接続されたバンドパスフィルタ１４L、１４Rに出力され、バンドパスフィルタ１４L、１４Rの２０ＫＨｚ帯域フィルターを通すことによって、図５の（ｈ）の超音波検出信号となる。
【００７９】
超音波検出信号（ｈ）は、各バンドパスフィルタ１４L、１４Rの後段に接続された混合器１５L、１５Rを通してそれぞれのＬ側スピーカＳＰLとＲ側スピーカＳＰRから発信されるが、音声入出力回路１６からオーディオ信号が出力されているときには、オーディオ信号とともにスピーカＳＰL、ＳＰRから発信される。すなわち、混合器１５L、１５Rは、音声入出力回路１６の出力側にも接続していて、パーソナルコンピュータ２から音声入出力回路１６を介してＬ側オーディオ信号が出力されているときには、混合器１５LにおいてＬ側オーディオ信号と超音波検出信号（ｈ）を重畳させて、Ｌ側スピーカＳＰLへ出力する。また、同様に、パーソナルコンピュータ２から音声入出力回路１６を介してＲ側オーディオ信号が出力されているときには、混合器１５RにおいてＲ側オーディオ信号と超音波検出信号（ｈ）を重畳させて、Ｒ側スピーカＳＰRへ出力する。
【００８０】
サウンドボード５には、音声などをパーソナルコンピュータ２へ入力するマイクロホン３が、接続ケーブル４で接続されている。マイクロホン３のマイクロホン素子１７は、マイクロホン３周囲の音圧を電気エネルギーに変換して受信信号とするもので、スピーカＳＰL、ＳＰRから超音波検出信号（ｈ）が発信されているときには、超音波検出信号（ｈ）を受けて他のオーディオ信号とともに、受信信号とする。
【００８１】
マイクロホン素子１７の後段には、受信信号を増幅する増幅器１８を介して、ローパスフィルタ２１とバンドパスフィルタ１９が接続されている。バンドパスフィルタ１９は、超音波検出信号の周波数である２０ＫＨｚのみを通過させる帯域フィルタであり、従って、受信信号の中の超音波検出信号のみがバンドパスフィルタ１９を通過して後段の検波回路２０に送られ、その他の音声などのオーディオ信号は、ローパスフィルタ２１と接続ケーブル４1を介して音声入出力回路１６へ出力される。
【００８２】
図６は、Ｌ側スピーカＳＰLとＲ側スピーカＳＰRから交互に発信される超音波検出信号と、マイクロホン３で受信した超音波検出信号の関係を示すもので、図中の（ｈ）L、Rは、このＬ側スピーカＳＰLとＲ側スピーカＳＰRからそれぞれ発信される超音波検出信号を、（ｅ）L、Rは、その超音波検出信号を形成する際に用いたスイッチ制御信号を、（ｉ）は、バンドパスフィルタ１９を通過した超音波検出信号を示すタイミングチャートである。
【００８３】
バンドパスフィルタ１９を通過した超音波検出信号は、検波回路２０によって、所定のしきい値と比較され、同図の（ｊ）に示すようなパルス信号に波形成形される。マイクロホン３側に超音波検出信号が到達すると、このパルス信号（ｊ）が立ち下がるので、パルス信号（ｊ）を受信タイミングを表す信号として、接続ケーブル４2を介してマイコン７へ出力する。
【００８４】
マイコン７では、このパルス信号（ｊ）に含まれる受信タイミングと、前述の発信タイミングとから、スピーカＳＰL、ＳＰRとマイクロホン３との距離を求める。図６に示すように、超音波検出信号の到達時間は、発信タイミングとパルス信号（ｊ）の立ち下がり位置との間隔から求めるが、例えば、スピーカＳＰL、ＳＰRにおいては、物理的な振動を与えて超音波検出信号を発信するため無視できない回路上の遅れΔｔが生じ、この回路上の遅れΔｔを考慮して、前記時間間隔からΔｔを引いた間隔を到達時間とする。
【００８５】
例えば、Ｌ側スピーカＳＰLから発信された超音波検出信号のマイクロホン３までの到達時間ｔ3は、Ｌ側の発信タイミングＴLからその後最初にパルス信号（ｊ）が立ち下がった位置までの時間間隔からΔｔを引いたものであり、Ｒ側スピーカＳＰRからマイクロホン３までの到達時間ｔ4は、Ｒ側の発信タイミングＴRからその後最初にパルス信号（ｊ）が立ち下がった位置までの時間間隔からΔｔを引いたものである。
【００８６】
マイコン７は、到達時間ｔ3、ｔ4から、上述の方法によってマイクロホン３とそれぞれのスピーカまで距離を求める。尚、スピーカまでの距離は、到達時間ｔ3、ｔ4を検出する都度求めてもよいが、周期的入力されるので、所定の入力数毎に異常値を除き平均化してから求めてもよい。
【００８７】
このようなマイクロホン３を図８に示すように、入力装置３０に複数個取り付けて、個々のマイクロホン３の位置を求めることによって、入力装置３０のスピーカＳＰL、ＳＰRに対する多方向の位置を求めるようにしてもよい。
【００８８】
この入力装置３０を用いた位置検出システムでは、図９に示すＸ、Ｙ、Ｚ軸に対して、Ｌ側スピーカＳＰLとＲ側スピーカＳＰRが属する水平面（Ｘ，Ｚ面）上で入力装置３０を移動操作し、入力装置３０のＸ，Ｚ面上の相対位置（ｘ，ｚ）と、Ｘ軸回りの回転角ＰＩＴＣＨ（φ）と、Ｙ軸回りの回転角ＹＡＷ（θ）を検出するものである。
【００８９】
この為、図８のように、入力装置３０のパーソナルコンピュータ２と対向するＸ，Ｙ面には、３個のマイクロホン３1、３2、３3を取り付けている。マイクロホン３1と３2は、Ｘ方向に間隔をおいて配置し、又、マイクロホン３3は、マイクロホン３1上すなわちＹ方向に間隔をおいて配置する。
【００９０】
各マイクロホン３1、３2、３3とスピーカＳＰL、ＳＰRまでの距離は、上述の実施の形態と同じ方法で検出するので、その説明を省略する。しかしながら、上述の実施の形態と異なり、入力装置３０は、ワイヤレスでマイコン７と接続するものであり、マイクロホン３1、３2、３3で集音した超音波検出信号の受信タイミングは、入力装置３０に取り付けられた赤外発光素子（図示せず）によって赤外線信号として、パーソナルコンピュータ２の受光素子（図示せず）へ送られ、受光素子を介してマイコン７へ出力される。
【００９１】
次に、各マイクロホン３1、３2、３3とスピーカＳＰL、ＳＰRまでの距離から、入力装置３０の各位置情報を求める方法について説明する。
【００９２】
図７において、Ｘ，Ｚ面上の位置に入力装置３０があり、マイクロホン３1とマイクロホン３2からのスピーカＳＰL、ＳＰRまでの距離が、それぞれＤL1、ＤR1、ＤL2、ＤR2であったとすると、マイクロホン３1、３2のＸ，Ｚ面上の位置（ｘ1，ｚ1）、（ｘ2，ｚ2）は、図３を用いて説明した記述の方法で検出することができる。従って、検出した（ｘ1，ｚ1）と（ｘ2，ｚ2）のいずれか若しくはこの２点の中点を入力装置３０のＸ，Ｚ面上の位置（ｘ，ｚ）とすることができる。
【００９３】
尚、スピーカＳＰL、ＳＰR間の距離ＤSは、既知の２ｒとして上記位置を検出しているが、距離ＤSをマイクロホン３1とマイクロホン３2からの距離ＤL1、ＤR1、ＤL2、ＤR2を用いて初期設定することもできる。
【００９４】
図１０は、この距離ＤSを求める方法を説明するもので、始めに、同図（ａ）のように、Ｒ側スピーカＳＰR前方（Ｚ方向）にマイクロホン３1を置き、ＤR1、ＤL1を求める。このとき、ＤR1、ＤL1、ＤS1を各辺とする三角形は、直角三角形となるので、ＤS1＝（ＤL12−ＤR12）1/2より求められる。また、同様に、同図（ｂ）のように、Ｌ側スピーカＳＰLの前方にマイクロホン３2を置き、ＤR2、ＤL2を求める。このとき、ＤR2、ＤL2、ＤS2を各辺とする三角形も直角三角形となるので、ＤS2＝（ＤR22−ＤL22）1/2より求められる。
【００９５】
スピーカＳＰL、ＳＰR間の距離ＤSは、ＤS1とＤS2の平均値として、前述の初期設定値とする。尚、上記方法の他に、距離ＤSは、２個のマイクロホン３1、３2の中心が、各スピーカＳＰR、ＳＰLの前方へ位置するようにして、それぞれのマイクロホン３1、３2について求めた距離ＤR1、ＤL1、ＤR2、ＤL2の平均値から求めてもよく、又、１個のマイクロホン３を各スピーカＳＰR、ＳＰLの前方へ置いて、上記方法で求めてもよい。
【００９６】
入力装置３０のＹ軸回りの回転角ＹＡＷ（θ）は、検出したマイクロホン３1、３2のＸ，Ｚ面上の位置（ｘ1，ｚ1）、（ｘ2，ｚ2）から、２位置間の傾きによって求めることができる。すなわち、ｔａｎ（θ）＝（ｚ2−ｚ1）／（ｘ2−ｘ1）で、ＹＡＷ（θ）が求められる。
【００９７】
Ｘ軸回りに回転角ＰＩＴＣＨ（φ）の検出は、マイクロホン３1と３3間の距離ＤMが入力装置３０によって定まる既知の値とすれば、マイクロホン３1、３3といずれかのスピーカＳＰまでの距離Ｄ1、Ｄ3を検出することで求めることができる。
【００９８】
すなわち、入力装置３０がＸ軸回りに回転角ＰＩＴＣＨ（φ）回転して、このときのマイクロホン３1、３3といずれかのスピーカＳＰまでの距離が、図１１の実線で示すように、Ｄ1、Ｄ3であったとすると、Ｄ1、Ｄ3、ＤMを３片とする三角形に余弦定理を適用して、ｃｏｓ（φ＋π／２）＝（ＤM2＋Ｄ12−Ｄ32）／２ＤM＊Ｄ1の関係が得られ、これより回転角ＰＩＴＣＨ（φ）を求めることができる。
【００９９】
マイコン７は、これらの入力装置３０に関する多方向の位置情報（ｘ，ｚ）、ＹＡＷ（θ）、ＰＩＴＣＨ（φ）を、カーソル制御情報として、例えばポインティングデバイスの出力フォーマットと同一のフォーマットでパーソナルコンピュータ２へ出力する。
【０１００】
これによって、パーソナルコンピュータ２のディスプレーに表示されたカーソル、アイコン、キャラクターなどを入力装置３０の移動操作に対応させて、移動させることができる。
【０１０１】
尚、図８において、３１、３１・・は、入力装置３０の平面に取り付けられたキースイッチであり、キースイッチ３１を押圧することによってマウスのスイッチに相当するキーデータを発生させる。このキーデータは、前述の受信タイミングを表す赤外線信号に含まれ、カーソル制御情報の一部としてパーソナルコンピュータ２へ出力される。これによって、入力装置３０を移動操作し、所定のアイコン上へカーソルを移動させた後、キースイッチ３１を押圧すれば、該アイコンに表示された命令を実行させることができる。
【０１０２】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【０１０３】
例えば、上記の実施の形態においては、入力装置３０からマイコン７への出力は、赤外線信号を用いたが、電波を用いてもよく、また接続ケーブルで接続するものであってもよい。
【０１０４】
更に、上記、第二の実施の形態に係る超音波検出信号は、図５の符号（ｈ）に示すように、方形波であった包絡線の前縁ＷFと後縁ＷBを、正弦波の一部の波形としているが、中間の一定レベルにある波形の部分を取り除き、正弦波の一部である前縁ＷFと後縁ＷBを直接連続させた一波としてもよい。
【０１０５】
また、マイクロコンピュータ７などサウンドボード５に搭載されている種々の回路は、パーソナルコンピュータ２に内蔵するものであってもよく、また、マイクロコンピュータ７は、パーソナルコンピュータ２のＣＰＵなどの処理装置で代用するものであってもよい。
【０１０６】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１の発明によれば、既存のスピーカとマイクロホンとの組み合わせで、マイクロホンのスピーカに対する相対位置を求めることができる。従って、オペレータが発生した音源とその音がアンプを通してスピーカから再生された音との時間差によって生じるエコーを、上記相対位置を用いて、容易に回路処理して、その発生を防止できる。
【０１１２】
更に超音波検出信号の少なくとも前縁若しくは後縁の包絡線が、正弦波でその前後と連続しているので、立ち上がりエッジ若しくは立ち下がりエッジによる高調波成分が可聴音声帯域の周波数帯域まで広がってノイズとなるということを防止できる。
【０１１３】
請求項２の発明によれば、既存のステレオを再生する一対のスピーカとマイクロホンとの組み合わせだけで、入力装置の相対位置を示す位置情報をパーソナルコンピュータへ出力できる。
【０１１６】
更に、超音波検出信号の少なくとも前縁若しくは後縁の包絡線が、正弦波でその前後と連続しているので、立ち上がりエッジ若しくは立ち下がりエッジによる高調波成分が可聴音声帯域の周波数帯域まで広がってノイズとなるということを防止できる。
【０１１７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロホンの位置検出システム１全体の構成を示す概略図である。
【図２】（ａ）は、スピーカＳＰから発信する超音波検出信号タイムチャートであり、（ｂ）は、マイクロホンで受信する超音波検出信号のタイムチャートである。
【図３】スピーカＳＰL、ＳＰRとマイクロホン３の位置（ｘ，ｚ）関係を示す平面図である。
【図４】サウンドボード５と、マイクロホン３の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態に係る超音波検出信号が形成される過程を示す波形図である。
【図６】Ｌ側スピーカＳＰLとＲ側スピーカＳＰRから交互に発信される超音波検出信号と、マイクロホン３で受信した超音波検出信号の関係を示すタイミングチャートである。
【図７】スピーカＳＰL、ＳＰRと２個のマイクロホン３1、３2の位置（ｘ1，ｚ1）（ｘ2，ｚ2）関係を示す平面図である。
【図８】入力装置３０の斜視図である。
【図９】入力装置３０とスピーカＳＰL、ＳＰRの位置関係を示す斜視図である。
【図１０】スピーカＳＰL、ＳＰR間の距離ＤSを求める方法を説明するものであり、
（ａ）は、Ｒ側スピーカＳＰRの前方（Ｚ方向）にマイクロホン３1を置いた状態を、
（ｂ）は、Ｌ側スピーカＳＰLの前方（Ｚ方向）にマイクロホン３2を置いた状態を示す平面図である。
【図１１】Ｘ軸回りの回転角ＰＩＴＣＨ（φ）の検出する方法を示す側面図である。
【図１２】従来の入力装置の位置検出システム１００を示す概略図である。
【図１３】４分割したフォトダイオードの正面図である。
【図１４】位置検出システムを説明する説明図である。
【符号の説明】
２              パーソナルコンピュータ
３              マイクロホン
７              マイクロコンピュータ
ＤL            Ｌ側スピーカとマイクロホンの距離
ＤR            Ｒ側スピーカとマイクロホンの距離
ＤS            Ｌ側スピーカとＲ側スピーカ間の距離
ＳＰ            スピーカ
ＳＰL          Ｌ側スピーカ
ＳＰR          Ｒ側スピーカ
ＷF            前縁
ＷB            後縁
（ｘ、ｚ）    Ｘ、Ｚ面上の位置
θ            Ｙ軸回りの回転角ＹＡＷ
φ            Ｘ軸回りの回転角ＰＩＴＣＨ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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