JPH11502088A

JPH11502088A - マイクロメカニカル発振器及びインテリジェント音響検出器に基づく機械的信号プロセッサ並びにそれに基づくシステム

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Publication number: JPH11502088A
Application number: JP9514090A
Authority: JP
Inventors: ビンニング、ゲルド、カール; ゲレー、ピエール、レオポルド; ローレル、ハインリッヒ; フェッツティゲル、ペーター
Original assignee: インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1999-02-16
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: US6092422A; DE69522721T2; DE69522721D1; JP2918066B2; EP0852708A1; WO1997013127A1; EP0852708B1

Abstract

(57)【要約】本発明は基本ビルディング・ブロックのような機械的加算機構を含む機械的信号処理装置に関する。本発明の基本素子であるそのような機械的加算機構（４０）は・第１周波数（f₁）に感応する第１マイクロメカニカル部材（４０.１）、及び・第２周波数（f₂）に感応する第２マイクロメカニカル部材（４０.２）を含む。２つのマイクロメカニカル部材（４０.１、４０.２）は２つの周波数（f₁）及び（f₂）の重畳（和）を行うために線形結合手段（４１）を介して結合される。上記加算機構に基づいて、更なるマイクロメカニカル部材並びに適正な線形及び非線形結合素子を加えることによって、ＡＮＤゲート及びＯＲゲートを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】マイクロメカニカル発振器及びインテリジェント音響検出器に基づく機械的信号プロセッサ並びにそれに基づくシステム技術分野本発明は、機械的信号プロセッサ、特に、音、ノイズ、母音、話し声、音声等のような機械的信号、又は同種の電気的信号の検出、認識、及び分析のためのミクロ機械加工のセンサ・アレイを含む音響検出器に関するものである。背景技術任意の種類の音響信号、例えば、音、ノイズ、母音、話し声、音声を電気信号に変換する検出器及びマイクロフォンに対する要求がある。音響検出システムの例は、音響信号を受けて増幅し、外耳部に与えられる増幅された音響信号を発生する補聴器、或いは耳の所定部分を刺激するように電極によって耳の内部に電気信号を与える特別な補聴器である。耳に差し込まれた電極による耳の刺激は、人が難聴又は部分的難聴である場合に使用されることが多い。今日では、場合によっては、電極が、耳の神経に直接接触するように内耳部に差し込まれることさえある。現在の補聴器は、出力信号が増幅されそしてスピーカを介して外耳部に送られる一般的なマイクロフォンに頼っている。電極が耳に又は聴覚神経の付近に差し込まれる場合、それらの電極に供給される電気的パルスを発生するためには、プロセッサが使用されて、マイクロフォンにより出力された電気信号を処理する。その処理は非常に複雑であり、人の耳に挿入するように設計されたそのような補聴器は現在では高価であるか、あまり強力なものではない。通常、内耳部における神経を刺激するためには、１２個の電極しか使用されない。少数の電極でもって耳だけを刺激するそのようなシステムが、健康的で十分に機能的な人の耳の能力には達しないであろう、ということは明らかである。従って、人の基底膜及び内耳部の機能を実際にシミュレートし、しかも障害又は欠陥のある聴覚器官を置換するものとして働き得る検出器又はマイクロフォンに対する要求がある。音声検出及び認識システムは、音響検出器（マイクロフォン）を使用することができるもう１つの分野である。音声認識システムは、現在では、例えば、コンピュータへのコマンド又はテキストの入力を簡単にするために使用されている。又、ハンディキャップを持った人達も、音声コマンドを与えることにより操作可能な技術的及び電気的装置を益々頼りにしている。更に、パイロット、自動車運転手、技術者、及び外科医も、自分達が更に強力な且つ信頼の高いものになるので、そのような音声認識システムを使用するであろう。今日の音声認識システムは、音響信号を電気信号に変換するために使用される通常のマイクロフォンに頼っている。なお、その電気信号は、その後、周波数ドメインにおいて処理されそして分析される。そこで、これらの電気信号はプロセッサに送られ、プロセッサは、文字、音節、ワード、及び文章全体を認識しようとする。これらのシステムは、複雑な分析が行われ、しかも、音声データベース（知識ベース）との比較が必要とされるので、多大な計算力を必要とする。受容し得る応答時間及び信頼し得る認識を保証するためには、大量の着信データが短期間で処理されなければならない。特定のノイズ又は音を検出するように設計された音響検出器に対する多くの要求も存在する。そのような検出器は、例えば、エンジンが破壊されそうであるかどうかを表すために、或いは、人の耳では検出し得ない音響信号を検出するために使用されるであろう。ノイズのある環境、例えば、コックピットにおいて、音声及び他の信号がより良く理解されることを保証するためにノイズを減少又は除去することが有益であろう。特定のノイズに感応するそのような検出器は、一般には、通常のマイクロフォン、或いは、特定の周波数範囲において感応するマイクロフォンによって、しかもそのマイクロフォンによって出力された電気信号の分析のために電子回路又はコンピュータを伴って実現される。現在、自動車が、車内に入って来るノイズを抑制するための能動的なマイクロフォン／ラウドスピーカ・システムを搭載するという傾向がある。マイクロフォンによって、例えば、タイヤのノイズが集められ、電気信号に変換される。そこで、これらの信号は、ラウドスピーカ・セットによって音響信号に変換される前に増幅及び位相遷移される。元のノイズと位相遷移されたノイズとの重畳はノイズ・レベルの減少を導く。上記の例から明らかなように、音、ノイズ、母音、話し声、音声等を検出するためのほとんどの既知のシステムは、通常のマイクロフォンによって供給された電気信号を処理及び分析するために電子回路又はコンピュータを使用する。そのようなシステムを更に改良し、それらを更に安価にするためには、更に小型のマイクロフォン及び検出器が必要である。更に、そのようなマイクロフォン及び検出器は、安価であって、信頼性が高く、軽量でなければならない。特に、音響情報の分析を必要とするシステム、例えば、音声認識システムは、コンピュータ等による時間のかかる処理を要求する。そのようなシステムの成功及び価格は既知の方法の簡易化及び改良に大きく依存する。その分野において報告されているように、通常のマイクロフォン及びセンサを置換するにはマイクロメカニカル素子が適している。例えば、マイクロメカニカル・マイクロフォンは、Sensors and Actuators 誌 A21-A23，1990，pp.123-125 における J．Bergqvist 他による「シリコンにおける新コンデンサ・マイクロフォン(A New Condensor Microphone in Silicon)」と題した記事に開示されている。このマイクロフォンはほとんど通常のマイクロフォンのように機能するが、ずっと小さいという相違がある。もう１つの記事である IEEE Spectrum 誌 July 1990，pp.29-35、特に、p.31 における R.T．Howe 他による「シリコン・マイクロメカニクス：チップ上のセンサ及びアクチュエータ(Sil icon Micromechanics: Sensors and Actuators on a Chip)」と題した記事には、ギターの弦のような微小振動する梁がそれの共振周波数の遷移によって生じる張力の変化に反応することが述べられている。これは、ノイズに感応するそのような振動ビームを使用してマイクロフォンの実現を恐らく可能にする効果である。共振周波数の遷移は検出可能であり、更なる処理のために適当な電気的信号に変換可能である。ドイツの VDI nachrichten 誌 4/85，pp.34-35 における A．H euberger による「Mikromechanik - Der lernt fuhlen」と題した記事には、或共振周波数に合った多数のシリコン・ビームを持つ統合センサが実現可能であることが述べられている。しかし、そのような統合センサは、シリコン・ビームによって発生された信号のコンピュータ・ベースの分析を必要とすることも同時に述べられている。上記の３つの例は、通常のマイクロフォンが近い将来においてマイクロメカニカル構造体によって置換されるであろうということを示している。そのような小型化は歓迎され、通常のシステムの改良を導き、それの縮小したサイズ及び価格のために新たな機会を開くことさえある。しかし、依然として、上記のアプリケーションのほとんどに対して莫大な量の処理が必要である。又、１Ｈｚ乃至１ＭＨｚの範囲における電気的信号のパターン認識を行うシステム、及び、信頼し得る且つ高速の方法で機械的な力を処理及び分析するシステムに対する要求も存在する。本発明の目的は、音響的信号、機械的信号、及び電気的信号の信頼性の高い処理のための方法及び装置を提供することにある。本発明の目的は、既知の音響的検出器及びマイクロフォンを改良する方法及び装置を提供することにある。本発明の目的は、音響的信号の検出、変換、及び処理のための新しい方法及びこの新しい方法に基づくシステムを提供することにある。本発明のもう１つの目的は、音響的信号を分析するための新しい方法及びこの新しい方法に基づくシステムを提供することにある。本発明の更なる目的は、改良された補聴器、音声認識システム、及び音、ノイズ、母音、話し声、及び音声検出器、及びノイズ除去装置を提供することにある。発明の開示発明のこれらの目的は、線形又は非線形結合素子によって結合された２つ又はそれ以上の機械的発振器を設けることによって達成される。それらの発振器は、分析又は処理されるべき信号におけるすべての関連の周波数をカバーする。それらの発振器と関連して結合素子によって得られる結合は信号の機械的処理を行う。それらの結合素子及び発振器は、特定の発振コンポーネント（基本周波数及び高調波周波数の特定の結合、即ち、その発振を記述する三角方程式の特定の項を意味する）が更なる機械的処理のために検出又は選択されるように配列される。本発明の基本的素子である機械的加算機構は、・第１周波数（f₁）に感応する第１マイクロメカニカル部材と、・第２周波数（f₂）に感応する第２マイクロメカニカル部材と、を含む。これらの２つのマイクロメカニカル部材は、２つの周波数 f₁及び f₂の重畳（和）を行うために線形結合手段を介して結合される。上記の加算機構に基づいて、振動検出器を備え且つ第３周波数 f₃に感応する第３マイクロメカニカル部材を加えることによってＡＮＤゲートを実現することができる。この第３発振器は、それが前記第１及び第２部材の振動により刺激されて第３部材の振動を生じさせるように、非線形結合手段を介して前記加算機構に結合される必要がある。この第３部材の共振周波数 f₃は、前記第３部材を刺激する非線形結合のタイプに依存する f₁及び f₂の結合である。２次結合の場合、f₃は f₁及び f₂の和又は差に近接している。しかる後、この第３部材の振動が前記振動検出器によって検出される。上記のＡＮＤ機能に加えて、本発明によりＯＲゲート及び閾値検出器を実現することができる。本発明の検出器は、改良された及び完全に新しい音声認識システム、補聴器、及び他の音響システムを簡易化する。更に、提案された音響信号の処理は、音響信号が本発明による音響的検出器へ送られる前に電気的信号が先ずその音響信号に変換される時、その電気的信号を分析するためにも使用可能である。更に、本発明は、例えば、力を分析及び処理するための機械的信号処理システムを簡易化する。機械的信号プロセッサ及び本願において開示されるようにシリコン又は同様の材料から作られた音響検出器は、伝統的な装置にない利点を示す。完全に抑制された寸法及び特性を持った極めて小さい構造体の低コスト一括製造及びこれらの材料、特に、シリコンの固有の特性の範囲は、本装置を助長する特徴である。高度の小型化を達成することができ、消費者市場のための安価な装置及び高性能のアプリケーションのために特別に設計された装置を作ることもできる。次のような図を参照して本発明を詳細に説明することにする。図面の簡単な説明第１図は、本発明によるカンチレバーの投影図を示す。第２図は、本発明によるブリッジの投影図を示す。第３図は、本発明による薄膜の投影図を示す。第４図は、種々の実施例の基本的ビルディング・ブロックとして働く本発明による機械的加算機構の概略的な平面図である。第５Ａ図は、種々の実施例の基本的ビルディング・ブロックとして働く本発明による機械的ＡＮＤゲートの概略的な平面図である。第５Ｂ図は、第５Ａ図の機械的ＡＮＤゲートの概略的な断面図である。第５Ｃ図は、非線形結合素子によって結合されたもう１つのカンチレバーの概略的平面図である。第６図は、種々の実施例の基本的ビルディング・ブロックとして働く本発明による機械的ＯＲゲートの概略的な平面図である。第７図は、種々の実施例の基本的ビルディング・ブロックとして働く本発明による他の機械的ＯＲゲートの概略的な平面図である。第８Ａ図は、本発明による機械的閾値検出器の概略的断面図である。第８Ｂ図は、第８Ａ図の機械的閾値検出器の概略的な断面図である。第９図は、本発明による母音を検出するための音響検出器概略的な平面図である。第１０Ａ図及び第１０Ｂ図は、第１１図における音響的検出器の入力側及びそれのラウドスピーカの出力側における音響信号の周波数スペクトルを概略的に示す図である。第１１図は、本発明による周波数遷移するための手段を持った音響的検出器の概略図である。第１２図は、本発明による音響検出器の最適な適応形を得るために周波数スペクトルを遷移する可能性を概略的に示す図である。第１３図は、本発明による音響的検出器を含む補聴器の概略図である。発明を実施するための最良の形態本発明の種々の実施例を説明する前に、それらの基本的な素子を説明する。Ａ．カンチレバー：カンチレバーは、作るのが容易な周知のマイクロメカニカル素子である。本質的には、個々のカンチレバー及びカンチレバーのアレイを製作するために、ミクロ機械加工の技術が使用される。複雑な構造が必要である場合、集中イオン・ミリングと呼ばれる技術が使用される。この技術は大量生産ににはあまり適さない。この技術では、細工されるべき基板は約２.３×１０^-8mbr の基本圧力で真空室に閉じ込められる。イオン源から、ガリウム（Ｇａ）イオンが高電圧（１０− ３０ｋＶ）によって加速され、そのターゲット上に集中される。ターゲット・スポットにおいてその材料を浸食するために、１２−３００ｐＡの電流が使用される。塩化物分子の流れをターゲット領域に当てることによって、そのプロセスの効率を高めることが可能である。この方法を適用することによって、あらゆる異なる種類のマイクロメカニカル構造体を容易に製作することができる。集中イオン・ミリングのための装置は商業的に入手可能である。カンチレバーの寸法を決める時、そのカンチレバーが形成される基板として使用される材料の特定のパラメータが考慮されなければならない。通常、カンチレバー及びカンチレバー・アレイは、（１００）又は（１１１）配向のシリコン基板の部分をエッチングすることによって作られる。（１００）配向のシリコンは、例えば、エチル・ジアミン・ピロカテコール或いはＫＯＨ溶液を使用してウェット・エッチングされる。ウェット・エッチング技術は、一般に、基板の結晶配向に依存する。例えば、（１００）配向のシリコンは（１１１）平面の非常に遅いエッチング速度を示し、それは（１００）から５４.７°の角度を持った明確なエッチング面を生成する（１１１）軸に沿った良好なエッチング・ストップに通じるものである。別の方法は、ドライ・エッチング技術、例えば、反応性イオン・ビーム・エッチング（ＲＩＥ）、化学援助イオン・エッチング、又はマイクロ波援助プラズマ・エッチングを利用する。特に、ＲＩＥ技術は単一のデバイス又はアレイの一括生産に最適である。上記の集中イオン・ミリング技術はカンチレバー構造体を作るためのもう１つの方法である。プロセス条件次第で、優れた寸法制御に通じる深い異方性構造体が得られる。エッチングされるべき構造体を定義するためにマスクを使用することもできる。その使用されるカンチレバーは、集中イオン・ミリングの他にフォトリソグラフィ及びエッチングによっても得られる任意の形状を持つものでよい。その断面形状は、例えば、矩形、円形、楕円形、又は多角形である。第１図には、本発明に関連して使用されるカンチレバー１０が示される。この図に示されるように、層１１でもって覆われる基板１２がある。この層１１及び基板１２は、カンチレバー１０を形成するようにエッチングされる。このカンチレバーは溝１３上に延びている。この図では、基板の配向〈１００〉が示される。基板の製作には、砒化ガリウムのような他の半導体材料、例えば、IEEE Trans actions on Electronic Devices 誌 Vol.ED25，No.10，1978，pp.1241-1249 における K.E．Petersenによる「シリコンにおける動的マイクロメカニクス：技術と装置(Dynamic Micromechanics on Silicon: Techniques and Devices)」と題した記事においてレポートされているような材料も適している。そのようなカンチレバーの適当な設計によって、所定の周波数に感応するマイクロメカニカル部材が得られる。正しい形状、長さ、及び材料を選択すれば、特定の周波数の十分な振幅（強さ）を持った力、例えば、音響信号が加えられる場合に強く振動（発振）し始める部材が得られる。その振動は、カンチレバーを担持する基板における可聴音波又は超音波によっても同様に励起される。本発明によれば、カンチレバーの共振周波数は、この特定のカンチレバーによって検出されるべき周波数にほぼ一致するように選択される。一次機械的共振は次式から計算可能である。但し、Ｋは、カンチレバー材料の密度、ヤング率Ｅ（薄いＳｉＯ₂に対しては、Ｅ＝６.７×１０¹⁰Ｎ/ｍ²）に依存する補正率である。Ｉはカンチレバーの長さであり、ｔはカンチレバーの厚さであり、ρは密度である。簡単なシリコン・カンチレバーによるこれまでに観察された最高の共振周波数は、約１.２５ＭＨｚである（Proceedings of the IEEE 誌 Vol.70，No.5，May 1982，p.447 における K.E．Petersen による「機械的材料としてのシリコン(Silicon as Mechani cal Material)」と題した記事参照）。人の耳は２００００Ｈｚまでの周波数に感応する。その周波数は、今日のマイクロメカニカル・カンチレバーでもって検出し得る周波数の約６０分の１である。Ｂ．ブリッジブリッジは、ギターの弦のように両端でクランプされる梁である。１つの例が第２図に示される。基板２２の上に層２１が形成される。その基板及び層は、ブリッジ２０が溝２３の上に形成されるように、例えば、リソグラフィ及びエッチングによって形成される。分解して解くことができる微分方程式があり、それを解いた結果、共振周波数と、引張力、即ち、ブリッジにおいて所与の張力を導く力との間の関係に関する力・周波数の陰関数方程式を生じる。この方程式は、小さい力に対して、次式によって概算される。但し、f は負荷時の共振周波数、f₀は無負荷時の共振周波数、Ｆは引張力、Ｅはヤング率、Ｉはブリッジの長さ、ｔはそれの厚さ、ｂはそれの幅である。上式（２）は、感度のようなそのブリッジの特性を計算するには有用である。そのようなブリッジの正確な形状は、例えば、それが本発明による音響的検出器において使用される場合、音波又は他の力がそのクランプされたビームに作用する態様を考慮して注意深く選択されなければならない。更なる詳細は、例えば、Sensors and Actuators 誌 17，1989，pp.513-519 における F.R．Blom 他による「共振シリコン・ビーム力センサ(Resonanting Silicon Beam Force Sensor)」と題した記事に示されている。Ｃ．膜上述のようにブリッジを使用する代わりに、２つ又はそれ以上のコーナーでクランプされる膜状のマイクロメカニカル部材３０が使用可能である。１つの例が第３図に示される。この膜３０は、基板３２及び被覆層３１を適切に構成することによって形成される。膜３０の下にはエッチング溝３３がある。四辺形状の膜が２つのコーナーでクランプされる場合、共振周波数を計算するために次式が使用可能である。但し、f₀は面内応力のない基本共振周波数、Ｅはヤング率、νはポアソン比、ｔは膜厚、ａは膜の側部の長さである。更なる詳細は、DSC-Vol.46，Micromechani cal Systems，ASME(American Society of Mechanical Engineers)誌 1993，pp.7 -12 における R.P．Ried 他による「オン・ダイアフラム・ヒーターを使用するミクロ機械加工マイクロフォン周波数応答の変調(Modulation of Micromachined -Microphone Frequency Response Using an On-Diaphram Heater)」と題した記事に示されている。本願では、上記の素子、即ち、カンチレバー、ブリッジ、及び膜はすべてマイクロメカニカル部材又はマイクロメカニカル発振器と呼ばれる。上記のマイクロメカニカル部材の形状は下記のものを設けることによってある程度の要求に適合するように最適化可能である：１．カンチレバーの端部における付加的な保証質量（延長端質量）、２．感度を高めるために他のセクションよりも幅広いセクション、３．適正な断面等。上記のブリッジ及び膜が高い周波数のための検出器として十分に適するということは注目に値する。カンチレバーは、低い周波数に感応する部材を得るために、例えば、螺旋状に折り曲げ可能である。Ｄ．マイクロメカニカル部材のアレイ上記の部材は、マイクロメカニカル部材のアレイが得られるように相互に横に並べて配列し得るものである。種々の組合せ及び配列が考えられる。その配列の複雑さは、処理されるべき信号の複雑さを反映する。非常に込み入ったシリコン・テクノロジ及び十分に研究されたエッチング・テクノロジは、本装置を実現するために必要なアレイを導く。高い精度及び再現性をもってそのようなアレイを作ることか可能である。アレイを適正に設計する時、低いコスト及び高い歩留りでそれを量産することが可能である。本発明によれば、上記のマイクロメカニカル部材及びそのような各部材の共振周波数は、所定の周波数に感応する素子を得るように選択される必要がある。マイクロメカニカル部材と周囲の環境との物理的及び化学的相互作用、例えば、質量装荷、塵埃、水分吸着、腐食等による共振周波数遷移を防ぐためには、各マイクロメカニカル部材又は部材のアレイ全体の適切なカプセル化を施すことが有益である。或環境の下では、空にされたハウジング内にマイクロメカニカル部材を配置することを薦めたい。これはそれらの部材の汚染を防ぐのみならず、高い機械的特性値を導く。これを達成するために、そのような部材が、例えば、微小空洞に配置されてもよい。場合によっては、特定のマイクロメカニカル部材が、例えば、音響信号によって生じた外部力によって直接に作用されることを防ぐことも重要である。特定のマイクロメカニカル部材が望ましくない方法で刺激されことを防ぐために使用可能な種々の手段が存在する。それぞれのマイクロメカニカル部材は、例えば、それが音響信号のような力によって刺激される部材に対して垂直に振れるように９０°だけ回転可能である。例えば、音響信号に対するターゲットとして機能する表面サイズの減少によって、その音響信号に関する感度を減少させることが可能である。最後だがもう１つ大事なことを云うと、マイクロメカニカル部材はシールドされるか或いはハウジング内にカプセル化される。機械的又は静電的な制動のための手段を設けることも可能である。静電的な（又は、磁気的な）吸引力に曝されたカンチレバーは共振周波数を低くされる。マイクロメカニカル部材及びその部材をカプセル化するハウジング又は空洞の設計次第で、ガスを導入することによって機械的な特性値Ｑを下げることが可能である（共振周波数は一次的にはＱに逆比例していることに注目してほしい）。マイクロメカニカル部材の硬化は共振周波数の増加に通じ、一方、質量装荷は共振周波数の減少に通じる。これらの効果は各マイクロメカニカル部材を微調整するために使用可能である。例えば、制動効果を得るために、適正なガスを満たし得る空洞内に１つ又は複数の部材を配置することは可能である。マイクロメカニカル部材のアレイは複数のそのような空洞を持ち得るし、各空洞は空にされるか又はガスでもって満たされてもよい。通常、１mbar 以下のガス圧力は共振周波数の大きな遷移を導くものではないが、実際の効果は空洞又はハウジングのサイズ、マイクロメカニカル部材の材料及び他のパラメータ、並びに導入されるガスの種類に依存することに留意すべきである。質量装荷は共振周波数を遷移させるために、例えば、製造偏差を平均化するためにも使用可能である。質量装荷による問題は、質量を加えることができるだけであって、容易に取り除くことができないということである。しかし、或ガスは（水蒸気のように）発振器上に液化する。これが質量を加える。それらを加熱することによって、ガス（液体）は脱離される。即ち、質量を再び取り除くことが可能である。密閉した箱では、この効果は可逆的である。樹脂の小滴又は薄い酸化物層が、例えば、マイクロメカニカル部材の更なる負荷を与えるために使用可能である。集中イオン・ミリングが特定のカンチレバーの質量を取り除くことを可能にすることは想像されるが、これは非常に複雑且つ高価なものである。Ｅ．線形及び非線形結合本発明によれば、所望の機械的前処理を達成するためには２つ又はそれ以上のマイクロメカニカル部材が線形又は非線形態様で結合されなければならず、従って、それは、後述するように、複雑さの少ない電子回路に通じるものである。発振器の適切な非線形結合によって、音、ノイズ、話し声、音声等を検出するに適した音響周波検出器が実現可能である。以下では、説明を簡単にするために、例えば第４図に示されたようなカンチレバーに説明を集中することにする。それぞれ第１周波数 f₁及び第２周波数 f₂に感応し、線形結合素子４１によって結合された２つのカンチレバー４０.１及び４０.２により、本発明に従って機械的加算機構を実現することが可能である。第４図には、この加算機構が図形的に示される。カンチレバー４０.１及び４０.２は基板４０に形成され、溝４２においてこの基板の表面に垂直に振動する。素子４１は、カンチレバー４０.１及び４０.２の自由端の面内では伸びるように柔軟であるが、この面の外では変位しないように硬いという線形結合素子である。従って、それはポイントＰにおけるカンチレバー４０.１及び４０.２の面外の変位を平均化する。マイクロメカニカル部材を非線形結合する種々の可能性が存在する。非線形結合は、一方のカンチレバーの振動が係数ｘによって増大される場合に第２のカンチレバー上に作用する力の大きさが係数ｙ≠ｘによって増大されることを意味する。次に、非線形結合素子を説明する。１．第５Ａ図に示された面に垂直にすべて振動するマイクロメカニカル部材６０ .１、６０.２、及び６０.３は、同じ材料から作られ且つそれらのマイクロメカニカル部材と一緒に製作されるスプリング状の素子、例えば、薄いフレキシブルなブリッジによって機械的に結合される。素子６４は、第４図に関連して既述したように、カンチレバー６０.１及び６０.２の自由端の面内では伸びるように柔軟であるが、この面の外では変位しないように硬い線形結合素子である。従って、それはポイントＰにおけるカンチレバー６０.１及び６０.２の面外の変位を平均化する。一方、非線形結合素子６６は弦のようにその面の外で変位するように柔軟である。それはその面を外れる角度の余弦でもって伸ばされ、カンチレバー６２を励起するその面を外れる力成分はその正弦に比例する。従って、結合は主として３次的である。同様に、第５Ｃ図におけるカンチレバー６０.１及び６０.２の間の結合も３次的である。即ち、非線形結合素子６６の硬さは振幅の２乗でもって増加する。２．非線形結合は、例えば、それらのマイクロメカニカル部材を囲む高い粘度を持った流体によって得られる。それらのマイクロメカニカル部材の下のエッチング溝（空洞）は、それが流体のための容器を提供するように設計される。それらの部材は、その流体によって部分的に又は全体的に囲まれるようにこの溝内に設置される。更に、流体が２つのカンチレバーの間で相互作用を与えるようにギャップが設計される必要がある。３．同様に、２つのマイクロメカニカル部材の間を適当なガスでもって満たされた狭いギャップが、非線形結合素子として使用可能である。４．静電型線形結合素子を利用することも可能である。適当な電極を持ったマイクロメカニカル部材を設けることによって、これらの電極の間に電圧を印加する時に誘起される力はそれぞれの部材の非線形結合を導く。この方法の１つの利点は、結合効率、即ち、バネ定数を、その印加された電圧を変化させることによって調節することができるということである。５．マイクロメカニカル部材を非線形態様で結合するために使用可能な他のいずれの手段も同様に適している。上記の方法の任意の組合せが使用可能であることも明らかである。本発明によれば、線形及び非線形結合素子を発振器と共に形成することが可能である。同様に、例えば、発振器にハンダ付けされる発振器材料以外の材料の結合素子を利用することも可能である。Ｆ．検出器たとえほとんどの信号、例えば、音響信号の処理が本発明に従って機械的に（機械的前処理を）行われようも、電気的信号への変換が後続するような幾つかのマイクロメカニカル部材の動きの検出が必要である。以下では、振動検出及び電気的信号への変換に適した幾つかの検出器を説明する。以下では、マイクロメカニカル部材の動きを検出するに適した検出器自体に説明を集中する。その分野では、種々のそのような検出器が知られている。検出方法の第１グループは周知の圧電効果又は圧電抵抗効果に基づいている。その一例は、Applied Physics Letters 誌 Vol.62，No.8，pp.834-836，1993 において M.Tortonese他によって開示されている。これらの方法は、偏向検出器が非線形結合のマイクロメカニカル部材に統合されるという検出方式を提供する。これは、一種の自己検出マイクロメカニカル振動検出器を助長する。マイクロメカニカル部材の変位は、ビームの偏向又は干渉のような光学的方法を適用することによっても測定可能である。そのビームの変更方法は、マイクロメカニカル部材、例えば、カンチレバーの長さを利用する。通常、光ビーム、望ましくは、レーザ・ダイオードによって発生され、或いは、光ファイバを通して案内された光ビームがマイクロメカニカル部材上に向けられる。その部材のわずかな偏向が反射角における適度の変化を生じさせ、従って、バイセル又は他の適当なモニタ素子、例えば、フォトダイオードでもって測定されるその反射した光ビームの偏向が生じる。そのビーム偏向方法は簡単且つ信頼し得るものである。そのような検出器を実現するために、商業的に入手可能な素子を使用することができる。干渉計的な方法は、例えば、Jour nal of Applied Phy sics 誌の Vol.61，p.4723，1987 において Martin 他によって、及び Opt．Let t．誌の Vol.12，p.1057,1988 においてSarid 他によって、及び Ultramicrosco py 誌の 42-44，pp.310-314，1992 において Oshima 他によって開示されている。ファイバを通してその結合された部材に向けられた光ビームを使用する代わりに、統合された導波管構造体を結合部材に設けることも可能である。この導波管構造体を通して送られた光波はその導波管を一端において出て行き、従って、モニタ素子によって検出可能である。カンチレバーに統合された導波管の一例は、 Sensors and Actuators 誌の Vol.A 44，pp.71-75，1994 における M.Hoffmann 他による「光学的疑問を統合したマイクロメカニカル・カンチレバー共振器(Mic romechanical cantilever resonator with integrated optical interrogation) 」と題した記事に示されている。この記事で指摘されているように、光学分岐構造体が使用される場合、カンチレバーのアレイを１つの光源によってまかなうことが可能である。マイクロメカニカル部材の変位を検出する更にもう１つの実施可能な方法は容量感知に依存するものであり、Rev．Sci. Instr．誌の Vol.62，p.710，1991 及び Journal of Vacuum Fci．Technol．誌の Vol.A8，p.383，1990 における God denhenrich 他による記事から知られている。マイクロメカニカル部材及び空洞の相互に対面した表面が薄い金属層、例えば、金でもって覆われ、キャパシタンスを形成する。電圧源がこのキャパシタンスに接続される。弁別器が後続する増幅器にこのキャパシタンスを接続する場合、非常に感度のよい検出器が得られる。米国特許第５,１６６,６１２号に開示されるように、カンチレバーの移動検出のために超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）を使用することも可能である。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によってカンチレバーの振動を検出することも可能である。この場合、カンチレバーが振動するとそのＦＥＴのケート電極が動くので、電流がそのＦＥＴを流れて出力信号を発生する。１つの例が米国特許第５,１０３,２７９号に示されている。上記の検出器は、その検出器自体によって出力された信号を処理するために、例えば、容量的な検出方法に関連して既に示したような信号処理回路を必要とする。Ｇ．信号処理回路最も簡単な信号処理回路は演算増幅器より成り、その演算増幅器はコンパレータとして働き、入力が閾値を超えた場合に出力信号（特定の音、母音等が検出されたかどうかに関する情報をこの出力信号が搬送するので、決定信号とも呼ばれる）が与えられるように構成される。信号処理回路が簡単であればあるほど、容易にそれはマイクロメカニカル部材及び検出器を保持した基板に一体的に統合される。Ｈ．インターフェース・エレクトロニクス本発明の音響的周波数検出器が、例えば、コンピュータ又は電話システムに接続されるべき場合、上記の素子の他に別の回路が必要である。本願の音響的検出器を他のシステム及び装置に接続するために必要な回路は、本願では、インターフェース・エレクトロニクスと呼ばれる。インターフェース・エレクトロニクスは音響的検出器と同じ基板上に統合可能である。そのような回路は、マイクロプロセッサ、マルチプレクサ／デマルチプレクサ、並列・直列変換器、直列・並列変換器、アナログ・ディジタル変換回路等を含む。特に重要なものは、音響的検出器がコンピュータに接続されるべき場合にアナログ・ディジタル変換するための手段である。或アプリケーションに対しては、音響的周波数検出器のすべての活動を調整するマイクロプロセッサを使用することが賢明である。Ｉ．論理「ＡＮＤ」機能機械的に前処理された情報が決定として出力されることは本発明にとって極めて重要である。これは処理の速度を高め、更なる処理に必要な電子回路の複雑さを減少させる。第５Ａ図及び第５Ｂ図に示されるように、３つのカンチレバー、即ち、第１の共振周波数 f₁を有する第１カンチレバー６０.１、第２の共振周波数 f₂を有する第２カンチレバー６０.２、及び適当な第３の共振周波数 f₃を有する第３カンチレバー６２より成るデバイスによって論理ＡＮＤ機能（ＡＮＤゲート）を実現することができる。線形結合素子６４はポイントＰにおけるカンチレバー６０. １の変位 a₁sin(f₁t) 及びカンチレバー６０.２の変位 a₂sin(f₂t)を平均し、ポイントＰは、１/２[a₁ sin(f₁t)＋a₂sin(f₂t)]でもって振動する。カンチレバー６２に対する非線形結合（非線形結合素子６６によって得られる）は、周波数 f₃を持ったカンチレバー６２における力の項を生じる。それは、f₁又はf₂の高調波又は f₁及び f₂とそれらの高調波との結合である。それらの結合だけがＡＮＤゲートに関連する。それは、それらの力の項の振幅が両方の元の振幅 a₁及び a₂の混合積であるためである。従って、カンチレバー６２のそのようなモードは、両方のカンチレバー６０.１及び６０.２が励起される場合に励起されるだけである。２次の結合に対して、振幅が a₁a₂に比例する場合、f₃＝｜f₁±f₂｜であり、振幅が a₁ ²a₂に比例する場合、f₃＝２f₁±f₂であり、振幅が a₁a₂ ²に比例する場合、f₃＝２f₂±f₁である。第４次の項は、振幅が a₁ ³a₂に比例する場合、f₃＝３ f₁±f₂を生じ、振幅が a₁ ²a₂ ²に比例する場合、f₃＝２(f₁±f₂)を生じ、振幅が a₁a₂ ³に比例する場合、f₃＝３f₂±f₁を生じ、振幅が a₁a₂(a₁ ²＋a₂ ²)に比例する場合、f₃＝(f₁±f₂)を生じる等々である。振幅における非線形項は、閾値検出に対して都合よく使用可能であることに留意して欲しい。これまでは、マイクロメカニカル加算機構（第４図）及びマイクロメカニカルＡＮＤゲート（第５Ａ図及び第５Ｂ図）を説明した。そのような加算機構及びＡＮＤゲートを実施するための幾つかの異なる方法が存在すること、及びこれまでに概略的に説明したものが単なる例であることは明らかである。１つの機械的ＡＮＤゲートによって、又は複数のＡＮＤゲートの組合せによって、或周波数又は周波数の組合せが構成されるかどうかに関して信号を機械的に処理及び分析することが可能である。次に、別のビルディング・ブロック、即ち、機械的ＯＲゲーを考察する。簡単な実施例が第６図に概略的に示される。アクチュエータ５０によって刺激され、周波数 f₄で振動する補助カンチレバー６０.４は、ポイントＰ４がa₁sin(f₁t)＋ a₂sin(f₂t)＋a₄sin(f₄t)でもって振動するようにカンチレバー６０.１及び６０. ２に加えられる。その非線形的に結合されたカンチレバーは、(f₁，f₄)(f₂，f₄) 及び（f₁，f₂）の結合である周波数 f₃を含んでいる。（f₁，f₄）及び（f₂，f₄ ）という異なる結合が同じ周波数 f₃を与える場合、カンチレバー６０.１及び６０.２が振動する時にカンチレバー６２が励起される。第６図における２次非線形結合素子６６に対して、f₁−f₄＝f₂＋f₄＝f₃が選択され、従って、f₃＝１/２（f₁＋f₂）及び f₄＝１/２(f₁−f₂)が選択されるであろう。２次非線形結合素子６６はカンチレバー６２における周波数 f₃を持った２つの力の項、即ち、a₁a₄s in(f₁−f₄)及び a₂a₄sin(f₂＋f₄)を与える。周波数 f₁及び f₂が非常に近接している場合、f₄は実際に実施するには小さすぎることがある。これは、第７図に示されるような別の種類のＯＲゲートを必要とする。この図に示されるように、f₁ ＋f₄＝f₂＋f₅＝f₃のような周波数 f₄及び f₅をそれぞれ有する２つの補助カンチレバー６０.４及び６０.５を使用することが有利である。２つの補助カンチレバー６０.４及び６０.５は、それぞれ、周波数 f₄及び f₅を持った振動を励起するために使用されるアクチュエータ５０を備えている。閾値検出器と呼ばれ、信号の機械的分析にとって重要であるもう１つの素子が第８Ａ図及び第８Ｂ図における断面図によって示される。例えば、音響信号の分析のためには、所定の振幅（音量）を超える信号だけを考慮することが重要である。第８Ａ図及び第８Ｂ図の閾値検出器は２つのカンチレバー１２１及び１２２、或いは同様のマイクロメカニカル部材を使用する。それらは、第１カンチレバー１２１が周波数 f₁を持った外部の力（音響信号）によって動かされるように構成される。この信号が所定の振幅を超える場合、第１カンチレバー１２１がそれに衝突することによって、第２カンチレバー１２２が機械的に刺激される。第２カンチレバー１２２は f₁と同じ共振周波数を有し、その振動は検出可能である。２つのカンチレバー１２１及び１２２は、第１カンチレバー１２１だけが外部の力（音響信号）によって直接に作用されるように配列されなければならない。これは、例えば、第２カンチレバー１２２が溝１２３において第１カンチレバー１２１の下に位置されることを意味する。それが直接に刺激されることを更に防ぐために、それをプレート条の部材１２４によって遮蔽することも可能である。閾値作用を得るもう１つの方法は、論理ＡＮＤ機能と関連して、上述したような高次の結合を使用することである。４次の結合の場合、３f₁±f₂における検出は、３f₁±f₂の振幅が a₁ ³a₂に比例するので、f₁に対する閾値検出である。一方、a₂ ³に比例した振幅の場合の３f₂±f₁は f₂の閾値検出である。前者の場合、f₂ は補助発振器によっても発生可能であり、後者の場合、f₁が同様に発生可能である。本発明の更にもう１つの基本的な素子は高い周波数への遷移に関するものである。マイクロメカニカル部材は高い周波数の検出に特に適しているので、より良好な機械的処理のためには低い周波数の信号をより高い周波数にシフトすることが望ましく、或いは必要なことである。これは、周波数 f₁、例えば、１０ｋＨｚを持った高い周波数の補助カンチレバーによって行うことができ、そのカンチレバーは f₂の低い周波数のマイクロメカニカル部材に線形に結合される。今や、f₁＋f₂は、例えば、f₁の範囲における周波数 f₃（例えば、１１ｋＨｚ）を有するもう１つの信号（音響信号）と容易にＡＮＤ結合される。或アプリケーションに対しては、重畳周波数f₁＋f₂をわずかにシフトすることが重要である。これは、周波数 f₁を f₁−Δf₁から f₁＋Δf₁までウォブルすることによって達成可能である。通常、そのような補助カンチレバー（マイクロメカニカル共振器とも呼ばれる）は数パーセント、即ち、Δf₁＜＜f₁しか同調可能でない。共振周波数の同調は、例えば、DSC-Vol.46，Micromechanical Systems，ASME 1993，pp.7-12 におけるR.P．Ried 他による「オン・ダイアフラム・ヒータを使用したミクロ機械加工マイクロフォン周波数応答の変調(Modulation of Microma chined-microphone Frequency Response Using an on-Diaphragm Heater)」と題した記事で報告されているように、電熱効果によって、即ち、オン・ダイアフラム・ポリシリコン・ヒータによって誘起された熱膨張を利用することによって得られる。本発明による母音検出システムを次に説明する。母音の発音に関する最近の調査によって、各母音が特徴的な周波数スペクトルを有することがわかった。所定の周波数又はそれの組合せの検出によって、種々の母音を容易に決定することができる。今、「ａ」が主として周波数 f₁及び f₂の時のピークより成り、一方、「ｉ」が f₃及び f₄によって特徴付けられるものと仮定する場合、前述の基本的なビルディング・ブロックによって母音検出システムを実現することが可能である。同じことが他のすべての母音に対しても当てはまる。第９図には、相異なる母音「ａ」、「ｅ」、「ｉ」、「ｏ」、及び「ｕ」を機械的に決定することを可能にする母音検出システム１３５が概略的に示される。それは５つの音響機械的ＡＮＤゲート１３０乃至１３４より成り、各ＡＮＤゲートは１つの特定の母音を検出するように特別に設計されている。演算増幅器１３６.１−１３６.５より成る簡単な信号処理回路が設けられる。分析されるべき音響信号が、例えば、「ｅ」を含む場合、演算増幅器１３６.２の出力において信号が得られる。更に、母音検出システム１３５は、第９図において概略的に示されるような閾値検出器１３７を含むことが可能である。そのような閾値検出器は機械的なもの又は電気的なものでよい。母音検出システム１３５は、更なるビルディング・ブロックを加えることによって更に改良可能である。観察されそして分析される周波数が多ければ多いほど、特定の母音が正確に検出される。本願のＡＮＤゲート及びＯＲゲートの任意の組合せがその検出を改良するために使用可能である。特徴となる周波数スペクトルの振幅が、更なる情報を得るために及び母音の検出を更に改良するために使用可能である。これを達成するために、上記の閾値検出器が使用可能である。母音検出システム１３５を通常の音声認識システムと関連して使用することも可能である。それは、間違った決定の数を減らすために使用可能な更なる情報（決定）をそのような通常の認識システムに与えることに非常に適している。本願の音声検出システム１３５は、ハンディキャップを負った人が母音を発生する時に電気的装置を動作させるための手段としても適している。簡単なコマンドを母音の形で発生することによって、種々な装置を制御及び操作することが可能になる。前述のように、母音検出システムに対する多くの他のアプリケーションが存在することは明らかである。完全な音声認識システムを実現するためには、第９図のシステムは更に拡張されなければならない。例えば、ＡＮＤゲート、ＯＲゲート、及び閾値検出器として配列された１００個のマイクロメカニカル・カンチレバーのアレイが、既に、音節の良好な認識を導き、或いは複数のワード全体の良好な認識さえも導いている。スペースが許すならば、そのような検出器において使用されるカンチレバーの数に対する制限はほとんどない。そのような検出器は複数の並列出力線を持つことも可能である。音声信号が検出されそして機械的に処理される場合、これらの出力線上には一連の信号（決定）が生じる。本願の検出器は、これまでに知られているものとは異なる新しい音声認識システムを助長する。その検出器は前処理された信号、即ち、特定の母音、子音、音節、又はワードが認識されたかどうかに関する決定を与えるので、分析、セグメント化、及び着信信号と知識ベースに記憶された信号との比較を簡易化することができ、或いは省略することさえできる。このような新しい音声認識システムは、例えば、既知のシステムの確率的方法の他に、検出器から受け取った決定又は決定パターンに基づいて決定がウェート付けされるため、検出器から受け取った決定を使用して認識率を改良することができる。これは音節又はワードの更に信頼性の高い認識を導く。適当な信号処理回路を伴った本願の音響的検出器と通常の音声認識システムとの相互作用を、その通常の音声認識システムにおけるエラーの自動検出及び訂正のために使用することも可能である。全く新しい音声認識システムは、本発明による検出器の並列出力線を介して出力された決定（決定パターン）だけに依存する。これらの決定は、知識ベースに記憶された決定のパターンと比較される。一致した決定パターンがこの知識ベースにおいて見つかった場合、対応する音節又はワードが検索され、更なる処理のために戻される。この処理のほとんどはディジタル回路によって実行可能であり、処理時間は比較的短い。知識ベースをサーチするための既知のパターン認識方法を、そのような新しい音声認識システムの信頼性を改良するために使用することが可能である。そのような新しいシステムの知識ベースは通常の音声認識システムの知識システムよりもずっと小さくなり得る。人の声の代表的な周波数スペクトルが第１０Ａ図に示される。その例からわかるように、基本周波数１５０の後の高い周波数において幾つかのピークが存在する。これらのピークは、通常、約１００Ｈｚくらい離れている。第１０Ａ図に示された周波数パターンは、例えば、「ａ」を表す。本発明によれば、今や、第１０Ａ図に示された周波数ピークの幾つか又はすべてに感応する複数のカンチレバーを持った音響的検出器を設計することが可能である。問題は、人の声の周波数範囲が、通常は、数Ｈｚと数ｋＨｚとの間であるということである。これは、比較的長いカンチレバー、又はそのような低い周波数に対処するように設計された非常に特殊な形状のカンチレバーに通じるであろう。次に、本発明のもう１つの実施例を第１１図に関連して説明する。必然的に長いカンチレバーよりも高い周波数に感応する小型の短いカンチレバーを使用したい場合、着信音響信号、例えば、人の声を更に高い周波数に遷移させなければならない。第１１図に示されるように、例えば、マイクロフォン、混合器、及びラウドスピーカによってこれを達成することが可能である。着信音響信号１４３はマイクロフォン１４１によって電気信号に変換される。マイクロフォン１４１の出力は高い周波数、例えば、１０ｋＨｚの搬送波信号１５１でもって変調又は混合される。ラウドスピーカ１４５は別の信号１４６を発生する。この信号１４６は第１０Ｂ図に示されるような周波数スペクトルを有する。本発明によれば、搬送波１５１の周波数は音響的検出器１４０の周波数特性と完全に一致するように選択される。今や、この検出器１４０のカンチレバー１４２は、人の声で直接に動作するように設計された検出器のカンチレバーよりもずっと短くすることが可能である。人の声の周波数ピークは約１００Ｈｚ離れているので、１００Ｈｚの周波数分解能（選択度）が必要である。今日の精密加工技術はそのような選択度（約１００のＱ値）を持ったカンチレバー・アレイを作ることを可能にしている。第１１図の素子は、マイクロフォン・アセンブリ又は補聴器において使用し得る小型のハウジング内に容易に統合可能である。第１１図に関連して説明した原理は電気信号の機械的処理のためにも使用可能である。そのような電気信号は、それが検出器１４０に与えられる前に、例えば、ラウドスピーカ１４５によって音響信号に変換されるか、或いはそれが検出器１４０上に機械的に結合される必要がある。機械的結合は、例えば、検出器１４０と相互作用する剛性スタンプによって達成可能である。音響的検出器を新しいユーザ（スピーカ）に適応させるためには、第１カンチレバーのピーク感度１６０（第１２図）に達するまで基本周波数１５０をより高い周波数又はより低い周波数にシフトする必要があろう。第１１図に示された音響的検出器の場合、これは、第１２図に示されるような搬送周波数１５１の変更によって達成可能である。この改良は、搬送周波数１５１と混合された基本周波数１５０が第１カンチレバーのピーク感度１６０に一致するとその最適な搬送周波数がロックされるようにフィードバック態様で制御可能である。例えば、これをトレーニング・シーケンスで行うことが可能であり、その結果をランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）に記憶することも可能である。従って、音響的検出器を種々のスピーカのためにプログラムすることができ、手操作で或いは自動的に切り換えることも可能である。次に、本発明のもう１つの実施例を説明することにする。本発明は既知の補聴器を改良するためにも使用可能である。人の耳に装着するための補聴器の一例が第１３図に示される。この図からわかるように、本発明によれば、着信音響信号１７４を機械的に前処理するために使用されるカンチレバー１７２を有する音響的検出器１７０がある。この検出器１７０はインターフェース回路１７１に接続される。この回路１７１は検出器１７０から受け取った信号を分析する。例えば、それはランダムアクセス・メモリ（ＲＡＭ）に記憶された特別のパラメータを考慮してもよい。そのようなパラメータの例は、前述のように或スピーカに対するその検出器の最適な適用に通じる搬送周波数である。それは、更に、最適な信号スペクトルを得るためのフィルタ及び増幅器を含む。出力側では、このインターフェースは適正な信号を電極１７３のセットに送るための駆動手段を含む。そのような各電極１７３は、聴覚神経１７６と相互作用するように人の耳１７５に装着される。これらの電極１７３に送られた信号によって、聴覚神経１７６が刺激され、従って、刺激パターンが耳の中で得られる。そこで、このパターンが神経によって脳１７７に送られる。その脳では、それが分析され、音、音節、又はワードに割り当てられる。使用される電極が多ければ多いほど良好に、補聴器が十分機能的な人の耳に取って代わる。そのような補聴器に慣れるためにはわずかなトレーニングが必要であるだけであることが実験によってわかった。バックグラウンド・ノイズを減少させるように信号を適応させるために、及び調節可能な幾つかのパラメータを単に指名するようにフィルタ特性を修正するためには、インターフェース回路を微同調するための手段が有用である。本願の音響的検出器は、或音、例えば、警報信号の検出の改善、又は母音、子音、音節、又はワードの認識の改善を促進するように、通常のマイクロフォン又は補聴器と結合されてもよい。本願の検出器によって得られる機械的前処理によって、例えば、音声認識システムの処理ユニットはアンロードされる。上記の加算機構、ＡＮＤゲート、ＯＲゲート、及び閾値検出器はノイズ除去装置を実現するためにも使用可能である。そのようなノイズ除去装置は、例えば、特定の音を検出するように設計された音響検出器を含み得るものである。ノイズのある環境、例えば、コックピットでは、それは、音声及び他の信号がよく理解され得ることを保証すべくこの特定の音を減少又は除去するために有用であろう。その場合、音響検出器の電気的出力信号は、ラウドスピーカ・セットによって音響信号に変換される前に増幅及び位相遷移される。元の音とその位相遷移された音との重畳がノイズ・レベル全体の減少に通じる。上記機械的信号処理システム及び音響的検出器はすべてオンチップ（例えば、大規模集積ＣＭＯＳ；ＬＳＩＣＭＯＳ）エレクトロニクスでもって実現可能である。これは、幾つかの利点を挙げるとすれば、非励振キャパシタンスの減少、サイズの減少、及び信頼性の改良に通じる。産業上の利用可能性本願の検出器は、複数のスピーカによって使用されるように設計されるか、或いは個人用システムに通じる１つの特定のスピーカの特徴的な周波数スペクトルに一致すべく詳細に設計又は微同調されてもよい。１つのスピーカによって操作されるように特別に適応した検出器は種々の方法で使用可能である。例えば、所有者の音声を認識した時だけ働く移動電話、又はコールを処理するために完全にコンピュータに依存した電話照会サービスを想像して欲しい。これらの発展は音声認識テクノロジにおける進歩の結果であり、特に、そのようなシステムが本発明による音響的検出器と共同／相互作用することによって可能となる。

【手続補正書】【提出日】１９９８年３月１３日【補正内容】請求の範囲１．第１周波数（f₁）に感応する第１マイクロメカニカル部材（６０.１）第２周波数（f₂）に感応する第２マイクロメカニカル部材（６０.２）振動検出器（６５）を備えた第３マイクロメカニカル部材（６２）を含み、前記第１及び第２メカニカル部材（６０.１、６０.２）は線形結合手段（６４）を通して結合され、前記線形結合手段（６４）は、前記第１マイクロメカニカル部材（６０.１）が前記第１周波数（f₁）の力又は音響信号によって作動され、前記第２マィクロメカニカル部材（６０.２）が前記第２周波数（f₂）の力又は音響信号によって作動される場合、前記周波数（f₁、f₂）の重畳でもって振動すべく前記線形結合素子（６４）が刺激されるように構成され、前記第３マイクロメカニカル部材（６２）は、前記第３マイクロメカニカル部材（６２）が非線形態様で刺激されるように、及び特定の振動成分が前記重畳に存在する場合、前記振動検出器（６５）によって検出し得る態様で振動するように、非線形結合手段（６６）を介して前記線形結合手段（６４）に結合される機械的信号処理システム。２．前記第３マイクロメカニカル部材（６２）は、前記特定の振動成分が存在する場合、前記第３マイクロメカニカル部材（６２）が振動するように第３周波数（f₃）に感応する請求の範囲第１項に記載の処理システム。３．前記非線形結合手段は非線形バネ定数を有する薄いブリッジである請求の範囲第２項に記載の処理システム。４．前記非線形結合手段は非線形の吸引力を導く電圧を印加するための対向した電極を含む請求の範囲第２項に記載の処理システム。５．前記第３周波数（f₃）は前記線形結合手段の振動周波数にほぼ一致し、前記第３周波数は前記第１周波数及び第２周波数に依存する請求の範囲第２項乃至第４項の何れかに記載の処理システム。６．前記振動検出器はピエゾを含む請求の範囲第２項に記載の処理システム。７．前記振動検出器は振動を容量的に感知するための手段を含む請求の範囲第２項に記載の処理システム。８．前記振動検出器は光学的な振動検出を行うための手段を含む請求の範囲第２項に記載の処理システム。９．前記第１マイクロメカニカル部材（６０.１）及び前記第２マイクロメカニカル部材（６０.２）と直接に相互作用する音響信号を処理するために使用される請求の範囲第１項乃至第８項の何れかに記載の処理システム。１０．コンピュータと相互作用するための信号処理回路又はインターフェース回路を含む請求の範囲第１項又は第９項に記載の処理システム。１１．前記マイクロメカニカル部材の少なくとも１つの所定の周波数に関する感度を調節するための手段を含む請求の範囲第１項又は第９項に記載の処理システム。１２．前記音響信号の強度が所定の閾値を超える場合、前記マイクロメカニカル部材の１つだけが刺激されるように前記マイクロメカニカル部材の１つに結合されたマイクロメカニカル閾値検出器を含む請求の範囲第９項に記載の処理システム。１３．元の音響信号の振幅では非線形である対応振幅を有する適した周波数項に一致するように前記第３カンチレバーの第３周波数を選択することによって閾値機能が実施される請求の範囲第９項に記載の処理システム。１４．搬送周波数 f_cで振動し、前記搬送周波数 f_e及び前記第１マイクロメカニカル部材の振動周波数の機械的重畳が生じるょうに前記第１マイクロメカニカル部材に結合されるマイクロメカニカル共振器を含む請求の範囲第９項に記載の処理システム。１５．前記マイクロメカニカル部材の１つ又はそれ以上がカンチレバー又はブリッジである請求の範囲第１項乃至第１４項の何れかに記載の処理システム。１６．シリコン（Ｓｉ）を含む請求の範囲第１項に記載の処理システム。１７．特定の母音、子音、音節、又はワードが認識されたかどうかに関する決定を与えるための複数の並列出力線を含む請求の範囲第９項に記載の処理システム。１８．請求の範囲第９項に記載の処理システム（１４０）及び、（ａ）前記音響信号（１４３）を電気信号に変換するためのマイクロフォン（１４１）、（ｂ）前記電気信号の周波数スペクトルを特定の高い周波数に遷移させるための電子的混合器（１４４）、及び（ｃ）前記電子的混合器（１４４）によって出力された電気信号に対応する周波数遷移した音響信号（１４６）を発生するためのラウドスピーカ（１４５）、を含み、前記ラウドスピーカ（１４５）は、前記周波数遷移した音響信号（１４６）が前記処理システム（１４０）のマイクロメカニカル部材（１４２）と相互作用するように前記処理システム（１４０）に関して配列される音響的検出システム。１９．請求の範囲第９項乃至第１８項の何れかに記載の音響的検出器を含む音声認識システム。２０．請求の範囲第９項乃至第１８項の何れかに記載の処理システムを含むマイクロフォン。２１．請求の範囲第９項乃至第１８項の何れかに記載の処理システム（１７９、１７２）を含む補聴器。２２．請求の範囲第１７項に記載の処理システムと共に使用するための音声認識システムにして、（ａ）前記並列出力線を介して受け取った前記決定を処理するための手段と、（ｂ）前記決定を知識ベースに記憶された決定に突き合わせるための手段と、（ｃ）前記知識ベースにおいて一致する決定が見つかった場合、対応する母音、子音、音節、又はワードを戻すための手段と、を含む音声認識システム。２３．請求の範囲第９項に記載の処理システムを含むノイズ除去装置にして、前記マイクロメカニカル部材はそれらが特定の周波数又は周波数の組合せに関して感応するように設計され、前記ノイズ除去装置は、更に、（ａ）前記処理システムによって出力された電気信号の位相を遷移させるための電子的位相シフタと、（ｂ）前記特定の周波数又は周波数の組合せに関して位相遷移された音響信号を発生するためのラウドスピーカと、を含み、前記位相遷移は、位相遷移した音響信号と前記特定の周波数又は周波数の組合せとの重畳が前記特定の周波数又は周波数の組合せの振幅の減少を導くように選択されるノイズ除去装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ローレル、ハインリッヒスイス国リヒテルヴィル、バッハテルシュトラーセ 27 (72)発明者フェッツティゲル、ペータースイス国ラングノーアムアルビス、ラングムーズシュトラーセ 33

Claims

【特許請求の範囲】１．第１周波数（f₁）に感応する第１マイクロメカニカル部材（６０.１）第２周波数（f₂）に感応する第２マイクロメカニカル部材（６０.２）を含み、前記部材（６０.１、６０.２）は線形結合手段（６４）を通して結合され、前記線形結合手段（６４）は、前記第１マイクロメカニカル部材（６０.１）が前記第１周波数（f₁）の力又は音響信号によって作動され、前記第２マイクロメカニカル部材（６０.２）が前記第２周波数（f₂）の力又は音響信号によって作動される場合、第３周波数（f₃）でもって振動すべく前記線形結合素子（６４）が刺激されるように構成されることを特徴とする機械的信号処理システム。２．振動検出器（６５）を備えた前記第３周波数（f₃）に感応する第３マイクロメカニカル部材（６２）を含み、前記第３マイクロメカニカル部材（６２）は、前記第３マイクロメカニカル部材（６２）が非線形態様で刺激されるように、及び前記振動検出器（６５）によって検出し得る態様で前記第３周波数（f₃）で振動するように、非線形結合手段（６６）を介して前記線形結合手段（６４）に結合されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の処理システム。３．前記非線形結合手段は非線形バネ定数を有する薄いブリッジであることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の処理システム。４．前記非線形結合手段は非線形の吸引力を導く電圧を印加するための対向した電極を含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の処理システム。５．前記第３周波数（f₃）は前記線形結合素子の振動周波数にほぼ一致し、前記振動周波数は前記第１周波数及び第２周波数に依存することを特徴とする請求の範囲第２項乃至第４項の何れかに記載の処理システム。６．前記振動検出器はピエゾを含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の処理システム。７．前記振動検出器は振動を容量的に感知するための手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の処理システム。８．前記振動検出器は光学的な振動検出を行うための手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の処理システム。９．前記第１マイクロメカニカル部材（６０.１）及び前記第２マイクロメカニカル部材（６０.２）と直接に相互作用する音響信号を処理するために使用されることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第８項の何れかに記載の処理システム。１０．コンピュータと相互作用するための信号処理回路又はインターフェース回路を含むことを特徴とする請求の範囲第１項又は第９項に記載の処理システム。１１．前記マイクロメカニカル部材の少なくとも１つの所定の周波数に関する感度を調節するための手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１項又は第９項に記載の処理システム。１２．前記音響信号の強度が所定の閾値を超える場合、前記マイクロメカニカル部材の１つだけが刺激されるように前記マイクロメカニカル部材の１つに結合されたマイクロメカニカル閾値検出器を含むことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の処理システム。１３．元の音響信号の振幅では非線形である対応振幅を有する適した周波数項に一致するように前記第３カンチレバーの共振周波数を選択することによって閾値機能が実施されることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の処理システム。１４．搬送周波数 f_cで振動し、前記搬送周波数 f_c及び前記第１マイクロメカニカル部材の振動周波数の機械的重畳が生じるように前記第１マイクロメカニカル部材に結合されるマイクロメカニカル共振器を含むことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の処理システム。１５．前記マイクロメカニカル部材の１つ又はそれ以上がカンチレバー又はブリッジであることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１４項の何れかに記載の処理システム。１６．シリコン（Ｓｉ）を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の処理システム。１７．特定の母音、子音、音節、又はワードが認識されたかどうかに関する決定を与えるための複数の並列出力線を含むことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の処理システム。１８．請求の範囲第９項に記載の処理システム（１４０）及び、（ａ）前記音響信号（１４３）を電気信号に変換するためのマイクロフォン（１４１）、（ｂ）前記電気信号の周波数スペクトルを特定の高い周波数に遷移させるための電子的混合器（１４４）、及び（ｃ）前記電子的混合器（１４４）によって出力された電気信号に対応する周波数遷移した音響信号（１４６）を発生するためのラウドスピーカ（１４５）、を含み、前記ラウドスピーカ（１４５）は、前記周波数遷移した音響信号（１４６）が前記処理システム（１４０）のマイクロメカニカル部材（１４２）と相互作用するように前記処理システム（１４０）に関して配列されることを特徴とする音響的検出システム。１９．請求の範囲第９項乃至第１８項の何れかに記載の音響検出器を含む音声認識システム。２０．請求の範囲第９項乃至第１８項の何れかに記載の処理システムを含むマイクロフォン。２１．請求の範囲第９項乃至第１８項の何れかに記載の処理システム（１７９、１７２）を含む補聴器。２２．請求の範囲第１７項に記載の処理システムと共に使用するための音声認識システムにして、（ａ）前記並列出力線を介して受け取った前記決定を処理するための手段と、（ｂ）前記決定を知識ベースに記憶された決定に突き合わせるための手段と、（ｃ）前記知識ベースにおいて一致する決定が見つかった場合、対応する母音、子音、音節、又はワードを戻すための手段と、を含む音声認識システム。２３．請求の範囲第９項に記載の処理システムを含むノイズ除去装置にして、前記マイクロメカニカル部材はそれらが特定の周波数又は周波数の組合せに関して感応するように設計され、前記ノイズ除去装置は、更に、（ａ）前記処理システムによって出力された電気信号の位相を遷移させるための電子的位相シフタと、（ｂ）前記特定の周波数又は周波数の組合せに関して位相遷移された音響信号を発生するためのラウドスピーカと、を含み、前記位相遷移は、位相遷移した音響信号と前記特定の周波数又は周波数の組合せとの重畳が前記特定の周波数又は周波数の組合せの振幅の減少を導くように選択されることを特徴とするノイズ除去装置。