DE102022115034A1 - MULTI-MODAL SENSOR ARRANGEMENT FOR USE CLOSE TO THE BODY - Google Patents
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Abstract
Eine Sensoranordnung (41) für eine körpernahe Anwendung umfasst eine Trägerstruktur (112), ein oder mehrere Leiterstrukturen (122), die an der Trägerstruktur (112) angebracht sind und die eingerichtet sind, um elektromagnetische Wellen einer Radarmessung auszusenden oder zu detektieren. Außerdem umfasst die Sensoranordnung mindestens einen Sensor (351), der an der Trägerstruktur (112) angebracht ist und der eingerichtet ist, um mindestens eine Messgröße zu detektieren. Derart kann zum Beispiel der Vokaltrakt der Person charakterisiert werden, etwa um eine intendierte Sprachäußerung zu bestimmen.A sensor arrangement (41) for use close to the body comprises a support structure (112), one or more conductor structures (122) which are attached to the support structure (112) and which are set up to emit or detect electromagnetic waves from a radar measurement. The sensor arrangement also includes at least one sensor (351) which is attached to the support structure (112) and which is set up to detect at least one measured variable. In this way, for example, the person's vocal tract can be characterized, for example in order to determine an intended speech expression.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD
Verschiedene Beispiele betreffen eine Sensoranordnung, die eine Antenne für eine Radarmessung kombiniert mit einem weiteren Sensor, beispielsweise einem Beschleunigungssensor oder Dehnungssensor. Entsprechende Sensoranordnungen können verwendet werden, um Sensordaten zu erfassen, basierend auf denen beispielsweise ein Vokaltrakt zum Zwecke der Bestimmung einer intendierten Sprachäußerung charakterisiert werden kann.Various examples relate to a sensor arrangement that combines an antenna for a radar measurement with another sensor, for example an acceleration sensor or strain sensor. Corresponding sensor arrangements can be used to record sensor data, based on which, for example, a vocal tract can be characterized for the purpose of determining an intended speech utterance.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Die Charakterisierung des Vokaltrakts kann zum Zwecke der Bestimmung einer intendierten Sprachäußerung der Person erfolgen. Siehe z. B. Wagner, Christoph, et al. „Silent Speech Command Word Recognition Using Stepped Frequency Continuous Wave Radar“ (2021).The characterization of the vocal tract can be done for the purpose of determining the person's intended speech expression. See e.g. B. Wagner, Christoph, et al. “Silent Speech Command Word Recognition Using Stepped Frequency Continuous Wave Radar” (2021).
Technisch wird die menschliche Stimme häufig durch das sogenannte Quelle-Filter-Modell beschrieben. Die Lunge, die Luftröhre und der Kehlkopf bilden zusammen die Quelle. Die Luft wird in der Lunge komprimiert und strömt durch die Luftröhre nach oben zum Kehlkopf. Im Kehlkopf bilden die Stimmlippen - umgangssprachlich als „Stimmbänder“ bezeichnet - die Stimmritze. Die Kehlkopfmuskulatur hält die Stimmlippen unter Spannung, indem sie über die Aryknorpel eine Kraft ausübt. Beim stimmhaften Sprechen bewirken der Druck in der Luftröhre und die Spannung der Stimmlippen, dass sich diese periodisch öffnen und schließen, wodurch eine akustische Schwingung, eine Schallwelle, entsteht. Diese Schallwelle wird durch die zeitlich veränderliche Form des Vokaltrakts, bestehend aus Rachen, Mundhöhle und Nasenhöhle, akustisch gefiltert, bevor sie aus dem Mund und den Nasenlöchern austritt. Technically, the human voice is often described by the so-called source-filter model. The lungs, trachea and larynx together form the source. The air is compressed in the lungs and flows up the trachea to the larynx. In the larynx, the vocal folds - colloquially known as “vocal cords” - form the glottis. The larynx muscles keep the vocal folds under tension by exerting force through the arytenoid cartilages. During voiced speech, the pressure in the trachea and the tension of the vocal folds cause them to open and close periodically, creating an acoustic vibration, a sound wave. This sound wave is acoustically filtered by the time-changing shape of the vocal tract, consisting of the pharynx, oral cavity and nasal cavity, before exiting the mouth and nostrils.
Die Erzeugung von Sprache aus entsprechenden Sprachäußerungen besteht dabei aus dem Vorgang der Phonation, technisch ausgedrückt der Anregung einer akustischen Schwingung durch die Stimmlippen, und der Artikulation, also der Filterung des Schallspektrums durch die zeitlich veränderliche Form des Vokaltrakts. Die Formung des Vokaltrakts erfolgt mit dem Gaumensegel, das die Nasenhöhle öffnet oder abschließt, der Zunge, der oberen und unteren Zahnreihe sowie der Ober- und Unterlippe.The production of speech from corresponding speech utterances consists of the process of phonation, in technical terms the excitation of an acoustic vibration through the vocal folds, and articulation, i.e. the filtering of the sound spectrum through the time-changing shape of the vocal tract. The vocal tract is formed by the soft palate, which opens or closes the nasal cavity, the tongue, the upper and lower rows of teeth, and the upper and lower lips.
Zur Charakterisierung des Vokaltrakts wird die Veränderung von elektromagnetischen Wellen einer Radarmessung durch Reflexion oder Transmission am Vokaltrakt einer Person ausgenutzt. Die Radarsignale können dann zum Beispiel mittels eines künstlichen neuronalen Netzwerks verarbeitet werden, um eine intendierte Sprachäu-ßerung zu bestimmen.To characterize the vocal tract, the change in electromagnetic waves from a radar measurement through reflection or transmission on a person's vocal tract is used. The radar signals can then be processed, for example, using an artificial neural network to determine an intended speech utterance.
KURZE ZUSAMMENFASSUNGSHORT SUMMARY
Es besteht ein Bedarf für Sensoranordnungen und Messtechniken zum Charakterisieren des Vokaltrakts, insbesondere um das Bestimmen einer intendierten Sprachäußerung zu ermöglichen.There is a need for sensor arrangements and measurement techniques to characterize the vocal tract, in particular to enable the determination of an intended speech utterance.
Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.This task is solved by the features of the independent patent claims. The features of the dependent claims define embodiments.
Verschiedene Beispiele beruhen auf der Erkenntnis, dass eine genaue Bestimmung einer intendierten Sprachäußerung oftmals von der Verwendung mehrerer unterschiedlicher Messverfahren zur Vermessung des Vokaltrakts, insbesondere Vokaltrakt-Bewegungen, einer Person profitieren kann.Various examples are based on the knowledge that an accurate determination of an intended speech utterance can often benefit from the use of several different measurement methods to measure a person's vocal tract, in particular vocal tract movements.
Eine Sensoranordnung für eine körpernahe Anwendung umfasst eine Trägerstruktur und ein oder mehrere Leiterstrukturen. Die ein oder mehreren Leiterstrukturen sind an der Trägerstruktur angebracht. Die ein oder mehrere Leiterstrukturen sind eingerichtet, um elektromagnetische Wellen einer Radarmessung auszusenden und/oder zu detektieren.A sensor arrangement for an application close to the body includes a support structure and one or more conductor structures. The one or more conductor structures are attached to the support structure. The one or more conductor structures are set up to emit and/or detect electromagnetic waves from a radar measurement.
Außerdem umfasst die Sensoranordnung mindestens einen Sensor, der an der Trägerstruktur angebracht ist, wobei der mindestens eine Sensor eingerichtet ist, um mindestens eine Messgröße zu detektieren. Beispiele wären eine Dehnung und Beschleunigung. Es könnte auch Leitfähigkeit gemessen werden.In addition, the sensor arrangement comprises at least one sensor which is attached to the support structure, wherein the at least one sensor is set up to detect at least one measured variable. Examples would be expansion and acceleration. Conductivity could also be measured.
Die Sensoranordnung kann also eine Integration einer durch die ein oder mehreren Leiterstrukturen ausgebildeten Antenne (als „Radarsensor“) und des mindestens einen weiteren Sensors auf der gemeinsamen Trägerstruktur bereitstellen. Durch die Integration in einer gemeinsamen Sensoranordnung kann erreicht werden, dass Messsignale der unterschiedlichen Messverfahren in einer vorgenannten Beziehung zueinanderstehen.The sensor arrangement can therefore provide an integration of an antenna formed by the one or more conductor structures (as a “radar sensor”) and the at least one further sensor on the common support structure. Through integration in a common sensor arrangement, it can be achieved that measurement signals from the different measurement methods are related to one another in the aforementioned relationship.
Verschiedene hierein offenbarte Techniken ermöglichen es, eine Charakterisierung des Vokaltrakts oder z.B. insbesondere eine intendierte Sprachäußerung basierend auf mehreren Eingabedaten für einen Verarbeitungsalgorithmus zu bestimmen. Es ist in anderen Worten möglich, eine Sensorfusion mehrerer unterschiedlicher Sensoren zu verwenden.Various techniques disclosed herein make it possible to determine a characterization of the vocal tract or, for example, in particular an intended speech utterance based on multiple input data for a processing algorithm. In other words, it is possible to use a sensor fusion of several different sensors.
Es werden insbesondere Techniken beschrieben, bei denen eine Radarmessung kombiniert wird mit ein oder mehreren anderen Messverfahren, etwa die Vermessung einer Beschleunigung im Bereich des Vokaltrakts und/oder eine Verformung oder Verspannung der Hautoberfläche im Bereich des Vokaltrakts.In particular, techniques are described in which a radar measurement is combined with one or more other measurement methods, such as measuring an acceleration in the area of the vocal tract and/or a deformation or tension of the skin surface in the area of the vocal tract.
Eine Radarmessung kann z.B. die Bestimmung der Impulsantwort des Kanals umfassen. Eine Radarmessung kann also eine Interaktion von elektromagnetischen Wellen mit dem Gewebe und das Gewinnen von Information über diese Interaktion umfassen.A radar measurement can, for example, include determining the impulse response of the channel. A radar measurement can therefore involve an interaction of electromagnetic waves with the tissue and obtaining information about this interaction.
Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, um die Trägerstruktur der Antennenanordnung zu implementieren.There are different ways to implement the support structure of the antenna arrangement.
Beispielsweise wäre es denkbar, dass die Trägerstruktur zweidimensional ausgedehnt ist. Die Trägerstruktur kann als dünne Schicht ausgebildet sein. Die Trägerstruktur kann elastisch ausgebildet ein. Derart könnte die Sensoranordnung eingerichtet sein, um auf der Unterseite der Sensoranordnung auf der Hautoberfläche der Person aufgebracht zu werden.For example, it would be conceivable for the support structure to be extended two-dimensionally. The support structure can be designed as a thin layer. The support structure can be designed to be elastic. In this way, the sensor arrangement could be set up to be applied to the underside of the sensor arrangement on the surface of the person's skin.
In einem weiteren Beispiel wäre es denkbar, dass die Trägerstruktur und die Antenne als Folien ausgebildet sind. Es könnte eine Polymid-Folie verwendet werden. Hier können also die Trägerstruktur und die Antenne als dünne Schichten mit Elastizität auf Folien-Basis umgesetzt werden. Die Antennen-Folie und die Trägerstruktur-Folie können miteinander verklebt sein. Träger- und Antennenfolie können auch die gleiche Folie (also vereint) sein.In a further example, it would be conceivable for the support structure and the antenna to be designed as films. A polymide film could be used. Here the support structure and the antenna can be implemented as thin layers with elasticity based on foil. The antenna film and the carrier structure film can be glued together. The carrier and antenna foil can also be the same foil (i.e. combined).
Zum Beispiel wäre es denkbar, dass die Trägerstruktur als textile Schicht ausgebildet ist. Das bedeutet, dass die Trägerstruktur aus einem gewebten Material bestehen kann oder dieses umfassen kann. In einem solchen Beispiel könnten die ein oder mehreren Leiterstrukturen der Antenne zum Beispiel als Fäden oder Bänder in die textile Schicht eingebracht sein.For example, it would be conceivable that the support structure is designed as a textile layer. This means that the support structure may consist of or include a woven material. In such an example, the one or more conductor structures of the antenna could be incorporated into the textile layer as threads or ribbons, for example.
Insbesondere wenn die Trägerstruktur als zweidimensional ausgedehnte Schicht umgesetzt ist, kann die Sensoranordnung für das direkte Tragen auf der Hautoberfläche ausgebildet sein. Beispielsweise wäre es denkbar, dass die Sensoranordnung außerdem eine Klebeschicht aufweist, die sich entlang der Trägerstruktur erstreckt und die eine Aussparung aufweist. Mittels der Klebeschicht kann die Sensoranordnung auf der Haut aufgeklebt werden. Der mindestens eine Sensor könnte dann innerhalb der Aussparung angeordnet sein. Dabei könnte eine sensitive Fläche des mindestens einen Sensors in direktem Kontakt mit der Hautoberfläche stehen. Derart werden insbesondere Kontakt-basierte Messverfahren ermöglicht, beispielsweise das Messen der Dehnung/Verspannung der Hautoberfläche oder Feuchtigkeit der Hautoberfläche.In particular, if the carrier structure is implemented as a two-dimensionally extended layer, the sensor arrangement can be designed to be worn directly on the skin surface. For example, it would be conceivable for the sensor arrangement to also have an adhesive layer that extends along the support structure and that has a recess. The sensor arrangement can be stuck to the skin using the adhesive layer. The at least one sensor could then be arranged within the recess. A sensitive surface of the at least one sensor could be in direct contact with the skin surface. In particular, contact-based measurement methods are made possible in this way, for example measuring the stretching/tension of the skin surface or moisture of the skin surface.
Beispielsweise wäre es denkbar, dass der Verarbeitungsalgorithmus durch ein künstliches neuronales Netzwerk implementiert wird. Dieses könnte, beispielsweise in unterschiedlichen Kanälen, Eingabedaten, die aus der Radarmessung erhalten werden, und weitere Eingabedaten, die basierend auf Sensordaten des mindestens einen Sensors erhalten werden, verarbeiten. Das bedeutet, dass die Sensorfusion durch das künstliche neuronale Netzwerke umgesetzt werden kann.For example, it would be conceivable that the processing algorithm is implemented by an artificial neural network. This could, for example in different channels, process input data that is obtained from the radar measurement and further input data that is obtained based on sensor data from the at least one sensor. This means that sensor fusion can be implemented by artificial neural networks.
In einem solchen Beispiel ist es insbesondere hilfreich, wenn die Antenne für die Radarmessung und der mindestens eine Sensor in einer bestimmten relativen Anordnung zueinander und in Bezug auf die Person bzw. die Hautoberfläche angeordnet sind. Dann ist es nämlich möglich, während des Trainings des künstlichen neuronalen Netzwerks dieselben Messbedingungen in Bezug auf eine solche relative Anordnung herzustellen, wie während der Messung selbst. Durch die Integration der Antenne und des mindestens einen Sensors in der gemeinsamen Sensoranordnung können solche reproduzierbaren Messbedingungen sichergestellt werden. Dadurch kann die Genauigkeit beim Bestimmen von intendierten Sprachäußerungen erhöht werden.In such an example, it is particularly helpful if the antenna for the radar measurement and the at least one sensor are arranged in a specific relative arrangement to one another and in relation to the person or the skin surface. It is then possible to create the same measurement conditions with respect to such a relative arrangement during training of the artificial neural network as during the measurement itself. By integrating the antenna and the at least one sensor in the common sensor arrangement, such reproducible measurement conditions can be ensured . This can increase the accuracy when determining intended speech utterances.
Es wäre auch denkbar, dass der mindestens eine Sensor dazu verwendet wird, einen korrekten Sitz der Sensoranordnung auf der Hautoberfläche der Person zu überprüfen. Es wäre denkbar, dass z.B. die Leitfähigkeit gemessen wird und derart überprüft wird, ob die ein oder mehreren Leiterstrukturen auf der Hautoberfläche aufliegen bzw. sich entlang der Hautoberfläche erstrecken.It would also be conceivable that the at least one sensor is used to check that the sensor arrangement is correctly seated on the surface of the person's skin. It would be conceivable that, for example, the conductivity is measured and a check is made as to whether the one or more conductor structures rest on the skin surface or extend along the skin surface.
Nachfolgend werden einige Beispiele für den mindestens einen Sensor beschrieben:
- Zum Beispiel könnte ein Dehnungsmessstreifen verwendet werden, um die Dehnung der Hautoberfläche zu messen.
- For example, a strain gauge could be used to measure the stretch of the skin surface.
Ein mikroelektromechanischer Sensor mit einer schwingenden Masse könnte verwendet werden, um die Beschleunigung zu detektieren.A microelectromechanical sensor with a vibrating mass could be used to detect acceleration.
Es könnte ein Ultraschall-Sensor verwendet werden, um eine Bewegung des Vokaltrakts der Person zu vermessen.An ultrasonic sensor could be used to measure movement of the person's vocal tract.
Es könnte ein Elektromyografie-Sensor verwendet werden, um die elektrische Muskelaktivität eines Muskels im Vokaltrakts - etwa der Zunge - zu bestimmen.An electromyography sensor could be used to determine the electrical muscle activity of a muscle in the vocal tract - such as the tongue.
Es wäre denkbar, dass die Leitfähigkeit der Hautoberfläche gemessen wird. Es könnte ein Leitfähigkeitssensor verwendet werden, der den Widerstand zwischen den Sensoren, die z.B. auf den Wangen oder zusätzlich unter dem Kinn angebracht sind, vor und während des Sprechens vermisst. Damit ist es möglich, Information über den Sitz, Position der Antennen und deren Veränderung während des Sprechens, den Hautwiderstand (Schweißbildung), usw. zu erhalten.It would be conceivable that the conductivity of the skin surface could be measured. A conductivity sensor could be used that measures the resistance between the sensors, for example placed on the cheeks or under the chin, before and during speaking. This makes it possible to obtain information about the fit, position of the antennae and their changes while speaking, skin resistance (sweat formation), etc.
Die Sensoranordnung kann außerdem eine Kommunikationsschnittstelle umfassen, die eingerichtet ist, um erste Signale und zweite Signale zu multiplexen oder zu de-multiplexen. Die Kommunikationsschnittstelle kann in Hardware und optional in Software implementiert sein.The sensor arrangement may also include a communication interface that is set up to multiplex or de-multiplex first signals and second signals. The communication interface can be implemented in hardware and optionally in software.
Mittels der Kommunikationsschnittstelle können die ersten Signale und die zweiten Signale über ein gemeinsames Kabel übertragen werden. Die ersten Signale können dabei mit den ein oder mehreren Leiterstrukturen assoziiert sein; während die zweiten Signale mit dem mindestens einen Sensor assoziiert sind. Beispielsweise könnten die ersten Signale von einem Hochfrequenz(HF)-Frontend empfangen werden und in die ein oder mehreren Leiterstrukturen eingekoppelt werden; derart können elektromagnetische Wellen ausgesendet werden Die ersten Signale könnten HF-Ströme sein, die Radar-Chirps implementieren. Es können auch durch detektierte elektromagnetische Wellen hervorgerufene Ströme in den ein oder mehreren Leiterstrukturen in Form der ersten Signale an eine HF-Empfangsschaltung, die zum Beispiel einen Signalverstärker und einen Analog-Digitalwandler umfasst, über das Kabel weitergeleitet werden.Using the communication interface, the first signals and the second signals can be transmitted via a common cable. The first signals can be associated with the one or more conductor structures; while the second signals are associated with the at least one sensor. For example, the first signals could be received by a radio frequency (RF) front end and coupled into the one or more conductor structures; electromagnetic waves can be emitted in this way. The first signals could be RF currents that implement radar chirps. Currents caused by detected electromagnetic waves in the one or more conductor structures can also be forwarded via the cable in the form of the first signals to an HF receiving circuit, which includes, for example, a signal amplifier and an analog-to-digital converter.
Entsprechend können die zweiten Signale zum Beispiel eine Versorgungsspannung für den mindestens einen Sensor umfassen. Die zweiten Signale könnten Sensorsignale des mindestens einen Sensors umfassen. Je nach Implementierung des mindestens einen Sensors wäre es denkbar, dass die ersten Signale und die zweiten Signale inhärent unterschiedliche Frequenzen aufweisen; und derart das Multiplexen eine einfache Kombination der ersten und zweiten Signale betrifft. Beispielsweise könnte eine Versorgungsspannung für den mindestens einen Sensor mit einer Tiefpassfilterung von HF-Strömen für die ein oder mehreren Leiterstrukturen getrennt werden.Accordingly, the second signals can include, for example, a supply voltage for the at least one sensor. The second signals could include sensor signals from the at least one sensor. Depending on the implementation of the at least one sensor, it would be conceivable that the first signals and the second signals have inherently different frequencies; and such multiplexing involves a simple combination of the first and second signals. For example, a supply voltage for the at least one sensor could be separated from HF currents for the one or more conductor structures using low-pass filtering.
Grundsätzlich wären aber auch kompliziertere Multiplex-Verfahren denkbar, beispielsweise ein Zeitschlitzverfahren oder eine Modulation von Trägerfrequenzen.In principle, more complicated multiplex methods would also be conceivable, for example a time slot method or modulation of carrier frequencies.
Durch solche Techniken, wie sie voranstehend im Zusammenhang mit der Kommunikationsschnittstelle beschrieben wurden, ist es möglich, ein einzelnes Kabel zum Kontaktieren der Sensoranordnung zu verwenden. Dies vereinfacht die Benutzung und reduziert die Gefahr einer Fehlkontaktierung durch den Benutzer.Through techniques such as those described above in connection with the communication interface, it is possible to use a single cable to contact the sensor arrangement. This simplifies use and reduces the risk of incorrect contact by the user.
Ein System umfasst eine Sensoranordnung, wie sie voranstehend beschrieben wurden. Außerdem umfasst das System ein HF-Frontend welches mit den ein oder mehreren Leiterstrukturen elektrisch gekoppelt ist. Das HF-Frontend ist dabei eingerichtet, um Radarmessung basierend auf elektromagnetischen Wellen durchzuführen. Ferner umfasst das System eine Sensor-Treiberschaltung, die mit dem mindestens einen Sensor elektrisch gekoppelt ist. Die Sensor-Treiberschaltung ist eingerichtet, um eine Messung der mindestens einen Messgröße durchzuführen. Schließlich umfasst das System auch einen Prozessor. Der Prozessor ist eingerichtet, um basierend auf der Radarmessung sowie basierend auf der Messung der mindestens einen Messgröße eine intendierte Sprachäußerung der Person zu bestimmen.A system includes a sensor arrangement as described above. The system also includes an RF front end which is electrically coupled to the one or more conductor structures. The HF front end is set up to carry out radar measurements based on electromagnetic waves. The system further comprises a sensor driver circuit that is electrically coupled to the at least one sensor. The sensor driver circuit is set up to carry out a measurement of at least one measured variable. Finally, the system also includes a processor. The processor is set up to determine an intended speech utterance of the person based on the radar measurement and based on the measurement of the at least one measurement variable.
Das HF-Frontend und die Sensor-Treiberschaltung können über ein gemeinsames Kabel mit der Sensoranordnung verbunden sein. Die entsprechenden Signale können, wie voranstehend beschrieben, mittels der Kommunikationsschnittstelle über das gemeinsame Kabel übertragen werden.The RF front end and the sensor driver circuit can be connected to the sensor arrangement via a common cable. The corresponding signals can, as described above, be transmitted via the communication interface via the common cable.
Ein Verfahren umfasst das Charakterisieren des Vokaltrakts einer Person mittels einer Radarmessung und einer Messung mindestens einer Messgröße. Dabei wird eine Sensoranordnung wie voranstehend beschrieben verwendet. Basierend auf dem Charakterisieren des Vokaltrakts kann dann eine intendierte Sprachäußerung der Person bestimmt werden.A method includes characterizing a person's vocal tract using a radar measurement and a measurement of at least one measurement variable. A sensor arrangement as described above is used. Based on the characterization of the vocal tract, the person's intended speech expression can then be determined.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The features set out above and features described below can be used not only in the corresponding combinations explicitly set out, but also in further combinations or in isolation without departing from the scope of the present invention.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
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1 ist eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Sensoranordnung.1 is a schematic side view of an exemplary sensor arrangement. -
2 ist eine schematische Ansicht eines Systems gemäß verschiedenen Beispielen.2 is a schematic view of a system according to various examples.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.The characteristics, features and advantages of this invention described above and the The manner in which these are achieved will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which will be explained in more detail in connection with the drawings.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.The present invention is explained in more detail below using preferred embodiments with reference to the drawings. In the figures, the same reference numbers designate the same or similar elements. The figures are schematic representations of various embodiments of the invention. Elements shown in the figures are not necessarily drawn to scale. Rather, the various elements shown in the figures are reproduced in such a way that their function and general purpose is understandable to those skilled in the art. Connections and couplings between functional units and elements shown in the figures can also be implemented as an indirect connection or coupling. A connection or coupling can be implemented in a wired or wireless manner. Functional units can be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
Nachfolgend werden Techniken offenbart, welche es ermöglichen, Radarmessungen in körpernahen Anwendungen durchzuführen. Beispielsweise könnten medizinische Anwendungen ermöglicht werden. Beispiele betreffen etwa die Bestimmung von intendierten Sprachäußerungen, wenn eine Person keine oder nur eingeschränkte Fähigkeiten zur Lautbildung besitzt.Techniques are disclosed below that make it possible to carry out radar measurements in applications close to the body. For example, medical applications could be made possible. Examples concern, for example, the determination of intended speech utterances if a person has no or only limited ability to produce sounds.
Es wird eine multi-modale Sensoranordnung offenbart, welche eine Antenne für die Radarmessung kombiniert mit ein oder mehreren weiteren Sensoren, die ein oder mehrere Messgrößen messen. Dadurch kann der Vokaltrakt einer Person charakterisiert werden. Es kann z.B. eine lautlose Spracherkennung realisiert werden.A multi-modal sensor arrangement is disclosed, which combines an antenna for radar measurement with one or more additional sensors that measure one or more measured variables. This allows a person's vocal tract to be characterized. For example, silent speech recognition can be implemented.
Beispielsweise könnte mittels der ein oder mehreren weiteren Sensoren überprüft werden, ob die Antenne richtig in Bezug auf die Hautoberfläche positioniert ist.For example, one or more additional sensors could be used to check whether the antenna is correctly positioned in relation to the skin surface.
Es wäre möglich, eine intendierte Sprachäußerung einer Person zu bestimmen. Es wäre denkbar, einen Text zu bestimmen, der eine textuelle Wiedergabe der Sprache entsprechend der intendierten Sprachäußerung beschreibt. Es könnte eine Audioausgabe bestimmt werden (also ein Audiosignal), welche der Sprachäußerung entspricht. Nachfolgend wird für alle solche Varianten der Begriff der Bestimmung einer synthetischen Sprache einer Person verwendet.It would be possible to determine a person's intended speech utterance. It would be conceivable to define a text that describes a textual reproduction of the language according to the intended language expression. An audio output could be determined (i.e. an audio signal) that corresponds to the speech utterance. Below, the term determining a person's synthetic language is used for all such variants.
Die synthetische Sprache kann insbesondere auch bestimmt werden, wenn keine Lautbildung durch die Person möglich ist. Das bedeutet, dass „stumme Sprache“ ermöglicht wird. Es ist bekannt, dass drei bis neun Prozent der Bevölkerung in den Industrieländern von Stimmstörungen betroffen sind. Sie äußern sich in einer Reihe von Symptomen, die unter dem Begriff Dysphonie zusammengefasst werden: von Heiserkeit über eine schwache oder verzerrte Sprache bis hin zu einem vollständigen Verlust der Stimme, der als Aphonie bezeichnet wird. Stimmstörungen können funktionellen oder organischen Ursprungs sein. Organische Stimmstörungen können weiter unterteilt werden in strukturelle oder neurogene Störungen. Für Personen mit solchen Stimmstörungen kann eine „stumme Sprache“ ermöglicht werden.Synthetic speech can also be determined in particular if the person is unable to produce sounds. This means that “silent speech” is made possible. It is known that three to nine percent of the population in industrialized countries are affected by voice disorders. They manifest themselves in a range of symptoms that are summarized under the term dysphonia: from hoarseness to weak or distorted speech to a complete loss of voice, known as aphonia. Voice disorders can be of functional or organic origin. Organic voice disorders can be further divided into structural or neurogenic disorders. “Silent speech” can be made possible for people with such voice disorders.
Synthetische Sprache kann auch erzeugt werden, wenn die Person absichtlich flüstert oder lautlos artikuliert. Dies könnte z.B. ein fernmündliches, privates „Gespräch“ ermöglichen.Synthetic speech can also be produced when the person intentionally whispers or articulates silently. This could, for example, enable a private “conversation” over the telephone.
Auf der Trägerstruktur 112 ist eine Metallschicht 113 aufgebracht; diese könnte zum Beispiel als Folien-basierte Schaltung umgesetzt werden. Die Schicht 113 umfasst mehrere metallische Leiterstrukturen 122 (in
Unterhalb der Leiterstrukturen 122 ist eine Klebefolie 114 vorgesehen, was aber optional ist. Die Sensoranordnung 41 kann mittels der Klebefolie 114 ohne Luftspalt auf der Hautoberfläche fixiert werden.An
Außerdem ist ein Sensor 351 vorgesehen. Der Sensor ist mit einer sensitiven Fläche 352 direkt auf der Hautoberfläche 196 angebracht. Dies wird durch eine entsprechende Aussparung 359 ermöglicht, die sich durch die Schichten 112-114 erstreckt. Der Sensor 351 ist teilweise in der Aussparung 359 angeordnet. Allgemein müsste die Aussparung nicht alle Schichten 112, 113, 114 durchdringen; es wäre z.B. denkbar, dass lediglich die Klebefolie 114 eine Aussparung aufweist, wenn der Sensor 351 besonders flach implementiert wäre (etwa ein MEMS-Beschleunigungssensor).A
Der Sensor 351 könnte zum Beispiel eine Dehnung der Hautoberfläche 196 messen.The
Eine weitere Möglichkeit wäre, dass der Sensor 351 die Beschleunigung misst. In einem solchen Fall müsste der Sensor auch nicht direkt auf der Hautoberfläche 196 aufliegen.Another possibility would be for the
Außerdem ist eine Kommunikationsschnittstelle 361 vorgesehen, die mit einer korrespondierenden Kommunikationsschnittstelle 362 über ein Kabel 369 verbunden ist. Die Kommunikationsschnittstelle 361 kann zum Beispiel eingerichtet sein, um jeweils Signale von oder für die Leiterstrukturen 122 mit Signalen von oder für den Sensor 351 zu multiplexen oder zu de-multiplexen. In einer einfachen Variante könnte die Kommunikationsschnittstelle 361 die Signale beider Typen überlagert in das Kabel 369 einspeisen. Es könnten auch aktive Multiplex-Techniken verwendet werden, im Frequenzraum oder im Zeitraum. Entsprechend der Implementierung der Kommunikationsschnittstelle 361 kann auch die korrespondierende Kommunikationsschnittstelle 362 eingerichtet sein.In addition, a
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass zum Beispiel die Radarsignale drahtgebunden über das Kabel 369 übertragen werden, jedoch Signale von oder für den Sensor 351 drahtlos übertragen werden. Beispielsweise könnten Radarsignale zusammen mit einer DC-Versorgungsspannung für den Sensor 351 über das Kabel 369 übertragen werden; während Messdaten des Sensors 351 drahtlos übertragen werden.In principle, it would also be conceivable that, for example, the radar signals are transmitted wired via the
In
Außerdem ist eine Sensor-Treiberschaltung 363 gezeigt. Diese ist eingerichtet, um eine Messung einer Messgröße mittels des Sensors 351 zu implementieren. Die Sensor-Treiberschaltung kann den Sensor 351 mit einer Betriebsspannung versorgen. Die Sensor-Treiberschaltung könnte den Sensor 351 auslesen.A
Das System 80 umfasst auch einem Prozessor 82. Der Prozessor 82 ist eingerichtet, um basierend auf der Radarmessung mittels der Leiterstrukturen 122 und basierend auf der Messung der Messgröße mittels des Sensors 351 eine intendierte Sprachäu-ßerung der Person zu bestimmen, beispielsweise basierend auf Programmcode der aus dem Speicher 83 geladen wird und ausgeführt wird.The
In
Die Radarmessung kann grundsätzlich in Reflektionen durchgeführt werden; dann kann ein und dieselbe Leiterstrukturen 122 zum Aussenden und zum Detektieren der elektromagnetischen Wellen verwendet werden. In manchen Beispielen wäre aber auch eine Radarmessung in Transmission denkbar. Dann kann eine weitere Antenne vorgesehen sein, um die elektromagnetischen Wellen auszusenden, die anschließend von den Leiterstrukturen 122 detektiert werden; oder es kann eine weitere Antenne vorgesehen sein, die die ausgesendeten elektromagnetischen Wellen detektiert.The radar measurement can basically be carried out in reflections; then one and the
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.Of course, the features of the previously described embodiments and aspects of the invention can be combined with one another. In particular, the features can be used not only in the combinations described, but also in other combinations or alone, without departing from the field of the invention.
Claims (9)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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