(57)【要約】低電力インプラントシステムである。このシステムは、蝸牛インプラント又は人工中耳のような人に移植するためのインプラントを具備する。インプラントは、超広帯域パルスの伝送を介して装置と通信することができる。装置は、人の体外に装着するようにさせても、又は、第２のインプラントとしてもよい。約１／１０００以下のデューティサイクルを保持するようにしている。省電力は、インプラント及び／又は受信装置内の時間ゲート増幅器により実現される。
2005527337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低電力インプラントシステムであって、
超広帯域パルスの伝送により通信可能な、人に移植するためのインプラントと、
超広帯域パルスの伝送により前記インプラントと通信可能な装置と、
を具備する低電力インプラントシステム。
【請求項２】
前記インプラントと前記装置とは、超広帯域パルスの伝送により一方向又は双方向通信が可能である、請求項１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項３】
前記インプラントは蝸牛インプラントである、請求項１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項４】
前記インプラントは人工中耳である、請求項１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項５】
前記装置は人の体外に装着できるように作られ、前記装置は音響信号を処理する信号処理装置と、人の皮膚を通して前記インプラントに音響信号を表現するパルスを伝送することができる送信器とを具備する、請求項１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項６】
前記インプラントは、少なくとも１つの電極を具備し、少なくとも１つの電極を介して、前記送信器から受信した音響信号の関数として、電気的刺激を与える能力を有する、請求項５に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項７】
前記装置は、人に移植するための第２のインプラントである、請求項１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項８】
前記インプラントと前記装置とは、約１／１０００以下のデューティサイクルを持つ超広帯域パルスを介して通信を行う、請求項１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項９】
前記インプラント及び前記装置は、継続時間が０．５ｎｓと１０ｎｓとの間である超広帯域パルスにより通信を行う、請求項１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項１０】
前記インプラント及び前記装置は、パルス繰り返し時間が５μｓと１００μｓとの間である超広帯域パルスにより通信を行う、請求項１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項１１】
前記装置は、超広帯域パルスを伝送することのできる送信器又は超広帯域パルスを受信することのできる受信器の一方を具備し、前記インプラントは前記送信器又は受信器の他の一方を具備する、請求項１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項１２】
前記受信器は、前記送信器から受信したパルスを増幅する時間ゲート増幅器を具備する、請求項１１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項１３】
前記時間ゲート増幅器は、前記送信器からパルスを受信する可能性がゼロより大きいとき動作する、請求項１２に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項１４】
前記時間ゲート増幅器は、前記送信器からパルスを受信する可能性がゼロのときでも完全に停止しないようにバイアスがかけられる、請求項１２に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項１５】
前記時間ゲート増幅器は継続時間Ｄで周期的に動作し、前記増幅器の動作は前記送信器からのパルスの受信の可能性と同期する、請求項１２に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項１６】
前記時間ゲート増幅器は、前記送信器からのパルスの受信の可能性と同期して前記増幅器を動作させるための制御装置を具備する、請求項１２に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項１７】
前記制御装置は、あらかじめ定めた振幅を持つパルスの受信に基づき、前記ゲート増幅器を前記送信器から受信したパルスに同期させる、請求項１６に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項１８】
前記制御装置は、あらかじめ定めた継続時間を持つパルスの受信に基づき、前記ゲート増幅器を前記送信器から受信したパルスに同期させる、請求項１６に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項１９】
前記増幅器は差動増幅器又は擬似差動増幅器のうちの１つである、請求項１２に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項２０】
前記受信器はパッシブ受信器である、請求項１１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項２１】
前記送信器は１次電線コイルを具備し、前記受信器は２次電線コイルを具備し、前記送信器と前記受信器との間の通信は前記１次コイルと前記２次コイルとの誘導結合により行われる、請求項１１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項２２】
前記送信器は１次ループアンテナを具備し、前記受信器は２次ループアンテナを具備し、前記送信器と前記受信器との間の通信は前記１次ループアンテナと前記２次ループアンテナとの誘導結合により行われる、請求項１１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項２３】
前記受信器は、超広帯域パルスを介して伝送されてきたＲＦ成分をベースバンドに変換するために非線形電子部品を具備する、請求項１１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項２４】
前記送信器は、超広帯域パルスを介してベースバンド信号を直接伝送する、請求項１１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項２５】
前記送信器は、低周波スペクトル成分を除去するために超広帯域モノサイクルパルスを伝送する、請求項１１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項２６】
前記インプラント及び／又は前記装置はバッテリーを具備する、請求項１に記載の低電力インプラントシステム。
【請求項２７】
低電力聴覚システムであって、
補聴器又はインプラントのうちの１つに情報を伝送する第１の外部信号処理装置と、
超広帯域パルスを介して第１の外部信号処理装置と通信することができる第２の外部信号処理装置と、
を具備する低電力聴覚システム。
【請求項２８】
前記超広帯域パルスは１／１０００以下のデューティサイクルを持つ、請求項２７に記載の低電力聴覚システム。
【請求項２９】
前記超広帯域パルスは継続時間が０．５ｎｓと１０ｎｓとの間である、請求項２７に記載の低電力聴覚システム。
【請求項３０】
前記超広帯域パルスはパルス繰り返し時間が５μｓと１００μｓとの間である、請求項２７に記載の低電力聴覚システム。
【請求項３１】
前記第１の外部信号処理装置及び／又は前記第２の外部信号処理装置は、超広帯域パルスを受信する受信器を具備し、前記受信器は時間ゲート増幅器を有する、請求項２７に記載の低電力聴覚システム。
【請求項３２】
前記時間ゲート増幅器は、超広帯域パルスを受信する可能性と同期して前記受信器を動作させる制御装置を具備する、請求項２７に記載の低電力聴覚システム。
【請求項３３】
前記制御装置は、あらかじめ定めた振幅を持つパルスの受信に基づき、前記ゲート増幅器を受信したパルスに同期させる、請求項２７に記載の低電力聴覚システム。
【請求項３４】
前記制御装置は、あらかじめ定めた継続時間を持つパルスの受信に基づき、前記ゲート増幅器を受信したパルスに同期させる、請求項２７に記載の低電力聴覚システム。
【請求項３５】
前記第１の外部信号処理装置は第１のマイクロフォンを具備し、前記第２の外部信号処理装置は、第２のマイクロフォンと、使用者の第１の耳にある音響信号を処理するための第１の信号処理装置と、使用者の第２の耳にある音響信号を処理するための第２の信号処理装置とを具備する、請求項２７に記載の低電力聴覚システム。
【請求項３６】
装置と体内に移植されたインプラントとの間で情報を伝送する方法であって、
前記装置又は前記インプラントのうちの一方から情報を表現する超広帯域パルスを伝送する段階と、
前記装置又は前記インプラントのうちの他の一方で、前記超広帯域パルスを受信する段階と、
を具備する装置と体内に移植されたインプラントとの間で情報を伝送する方法。
【請求項３７】
前記装置は、人の体外にある信号処理装置であり、伝送には前記信号処理装置から超広帯域パルスを皮膚を通して伝送することが含まれる、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記伝送する段階には、
前記信号処理装置にて音響信号を処理する段階と、
情報を表現する超広帯域パルスを前記信号処理装置から皮膚を通して前記インプラントに伝送する段階とが含まれる、
請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記インプラントは少なくとも１つの電極を有する蝸牛インプラントであり、前記方法は、さらに、前記音響信号の関数として少なくとも１つの電極を電気的に刺激する段階を具備する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記装置は第２のインプラントである、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
伝送には、約１／１０００以下のデューティサイクルで超広帯域パルスを伝送することが含まれる、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
伝送には、継続時間が０．５ｎｓと１０ｎｓとの間である超広帯域パルスを伝送することが含まれる、請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
伝送には、パルス繰り返し時間が５μｓと１００μｓとの間であるパルスを伝送することが含まれる、請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
受信には、超広帯域パルスを増幅することが含まれ、前記増幅は時間ゲートがかけられている、請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
前記増幅は、前記超広帯域パルスの整流の前に行われる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記増幅は、前記超広帯域パルスの整流の後に行われる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記増幅には、前記装置からパルスを受信する可能性がゼロより大きいとき増幅器を動作することが含まれる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記増幅には、前記送信器からパルスを受信する可能性がゼロのときでも完全に停止しないようにバイアスをかけることが含まれる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
さらに、あらかじめ定めた振幅を持つパルスの受信に基づき、伝送されたパルスの受信の可能性と同期して前記増幅器を動作させる段階を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
さらに、あらかじめ定めた継続時間を持つパルスの受信に基づき、伝送されたパルスの受信の可能性と同期して前記増幅器を動作させる段階を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５１】
前記装置は１次コイルを具備し、前記インプラントは２次コイルを具備し、伝送には、前記１次コイルと前記２次コイルとを誘導結合させることを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項５２】
前記装置は１次ループを具備し、前記インプラントは２次ループを具備し、伝送には、前記１次ループと前記２次ループとを誘導結合させることを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項５３】
聴覚システムにおける低電力通信方法であって、
補聴器又はインプラントのうちの１つと通信を行う第１の外部信号処理装置を用意する段階と、
第２の外部信号処理装置を用意する段階と、
前記第１の外部信号処理装置と第２の外部信号処理装置との間で超広帯域パルスを伝送する段階と、
を具備する低電力通信方法。
【請求項５４】
伝送には、１／１０００以下のデューティサイクルで超広帯域パルスを伝送することを含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
継続時間が０．５ｎｓと１０ｎｓとの間である超広帯域パルスを伝送することが含まれる、請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
伝送には、パルス繰り返し時間が５μｓと１００μｓとの間であるパルスを伝送することが含まれる、請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】
さらに、前記第１の外部信号処理装置又は第２の外部信号処理装置のうちの一方で前記パルスを受信する段階を具備し、前記受信には前記超広帯域パルスを増幅することが含まれ、前記増幅は時間ゲートがかけられている、請求項５３に記載の方法。
【請求項５８】
前記増幅には、前記装置からパルスを受信する可能性がゼロより大きいとき動作することが含まれる、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記増幅には、前記装置からパルスを受信する可能性がゼロのときでも完全に停止しないように前記増幅器にバイアスをかけることが含まれる、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
さらに、あらかじめ定めた振幅を持つパルスの受信に基づき、伝送されたパルスの受信の可能性と同期して前記増幅器を動作させる段階を含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６１】
さらに、あらかじめ定めた継続時間を持つパルスの受信に基づき、伝送されたパルスの受信の可能性と同期して前記増幅器を動作させる段階を含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６２】
前記第１の外部信号処理装置は第１のマイクロフォンを具備し、前記第２の外部信号処理装置は第２のマイクロフォンを具備し、前記方法は、
前記第１の外部信号処理装置において、使用者の第１の耳にある音響信号を処理する段階と、
前記第２の外部信号処理装置において、使用者の第２の耳にある音響信号を処理する段階と、
前記使用者の第２の耳にある前記音響信号を表現する超広帯域パルスを、前記第２の外部信号処理装置から前記第１の外部信号処理装置に伝送する段階と、
を具備する、請求項５７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば蝸牛インプラントのような埋め込まれた装置に使うことのできる、短距離での低電力伝送に関する。
【背景技術】
【０００２】
埋め込まれた装置には、長期間にわたって比較的短距離にあるインプラントに情報を伝送する必要がある場合がある。
【０００３】
このような応用例の１つとして、図１に示したような、耳の後ろや耳道内に置かれたマイクロフォン１０３及び／又はプロセッサ１０４のような外部装置から、完全に埋め込まれた蝸牛インプラント１０１への音声信号の伝送がある。受信器１０６と送信器１０５は、各々外部装置１０２とインプラント１０１で消費される小さな電池１０７及び１０８から電源供給されるので、送信器１０５の電力消費と受信器の電力消費とは制限要因となる。
【０００４】
他の応用例として、補聴器又は蝸牛インプラントに用いられるマイクロフォン及び／又はプロセッサにおいて、双方の耳同士での情報伝送がある。これらの場合、方向情報を失わせないために、ビームの形成のため又は協調的に処理するため、左右の音声信号を比較して処理すること又は共通に処理することが必要である。
【０００５】
図１を参照すると、蝸牛インプラントの送信システムには、一般に、変調した高周波（ＲＦ）信号で外部コイル１０９を動作させる高周波送信器１０５が含まれる。この信号は、送信コイル１０９からほんの数ｍｍまたは数ｃｍの位置にある、埋め込まれた受信器１０６のコイル１１０により受信され、さらに受信器１０６により処理される。ダイナミックレンジの大きな（例えば７０〜９０ｄＢの）音声信号の伝送のために、アナログ信号又はコード化信号（例えばＰＣＭ、又は、一般にバンド幅１・・・２ＭＨｚでΣΔ変調信号にコード化された信号）のようなよく知られた変調法を用いた一般的な狭帯域ＲＦ伝送体系において、送信器１０５又は受信器１０６、あるいはその両方における電力の消費が（例えば、非常に低い電力送信器が微弱な信号を送信したとき、大きなＲＦ増幅が必要となるため）結果として桁外れに大きくなってしまう。全電力消費のうちの大部分は、送信及び／又は受信端におけるＲＦ要素に起因することに注意しなければならない。最近のCMOS技術の低速度電力消費とベースバンドでの比較的低周波数のおかげで、ベースバンドでの処理における電力消費は無視できる。
【０００６】
微小電力受信器として、例えば、ダイオード整流器を用いることができる。しかしながら、復調にバックワード・ダイオードを用いたとしても、ダイオード整流器の電圧閾値は大きすぎる可能性がある。他の微小電力受信器は、超再生受信器（superregenerative  receiver）であるが、これは、コード化された音声信号を伝送するのに十分な帯域幅を持たない。他の受信器の例として、スーパーヘテロダイン受信器又はホモダイン受信器、又は復調を行うストレート増幅器の連鎖が含まれる。しかしながら、これらの各場合において、RF増幅における電力消費は無視できない。選択された送信器の電力によって、受信器の電力に対する送信器の電力の相対的な割合が、対応する電池の有効容量に適合するようにしてもよい。例えば、送信信号が強い場合は、受信器での増幅は小さいか又はなくてもよい。しかしながら、全電力はいずれにしろ大きすぎる。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の第１の実施の形態においては、低電力のインプラントシステム又はインプラント方法を提供する。人体に移植するインプラントは、超広帯域のパルスを伝送することにより通信する能力を持つ。装置は、超広帯域のパルスを伝送することによりインプラントと通信する能力を持つ。
【０００８】
関連する実施の形態において、超広帯域のパルス伝送により、インプラントと装置とは一方向または双方向に通信することができる。ここでインプラントとは、蝸牛インプラント又は人工中耳である。本装置は、体外に装備するようにすることができ、音響信号を処理する信号処理装置と、人の肌を通してインプラントに音響信号を表現するパルスを伝送することのできる送信器とを有する。本インプラントは、少なくとも１つの電極を有し、送信器から受信した音響信号の関数として少なくとも１つの電極を介して電気的な刺激を与えることができる。本装置は人に移植するための第２のインプラントであってもよい。インプラントと装置は、デューティサイクルが約１／１０００以下であり、継続時間が０．５ｎｓと１０ｎｓの間であり、且つ／又は、パルス反復時間が５と１００μｓの間である超広帯域のパルスを介して通信することができる。
【０００９】
本発明のさらに他の実施の形態においては、装置は、超広帯域のパルスを伝送することができる１つの送信器と、超広帯域のパルスを受信することができる受信器と、送信器及び受信器以外のものを有するインプラントを具備する。送信器は、送信器から受信したパルスを増幅する時間ゲート増幅器（time-gated  amplifier）を具備してもよい。時間ゲート増幅器は、送信器からパルスを受信する可能性がゼロより大きいとき動作する。時間ゲート増幅器は、送信器からパルスを受信する可能性がゼロのときに完全に停止しないようにバイアスをかけておいてもよい。時間ゲート増幅器は、時間Ｄの間、周期的に動作してもよい。すなわち、増幅器の動作は送信器からのパルスを受信する可能性と同期して行われるようにしてもよい。時間ゲート増幅器に、送信器からのパルスを受信する可能性と同期して増幅器を動作させるような制御装置を具備させてもよい。制御装置は、所定の振幅及び／又は継続時間を有するパルスを受信したことに基づいて、送信器から受信したパルスに時間ゲート増幅器を同期させることができる。増幅器は、差動増幅器又は擬似差動増幅器とすることができる。受信器はパッシブ受信器でもよい。送信器と受信器との間で誘導結合を介した伝送を行うために、送信器及び受信器は各々がコイル又はループを具備してもよい。超広帯域パルスにより伝送されたＲＦ成分をベースバンドに変換するために、受信器は非線型電子素子を具備してもよい。送信器は、超広帯域パルスにより、ベースバンド信号を直接伝送することができる。送信器は、超広帯域のモノサイクルパルスを伝送することができ、したがって、低周波スペクトル成分を除去することができる。送信器及び／又は受信器アンテナコイルの共振により、信号の高周波成分が強調され、各広帯域パルスから減衰した高周波バーストが発生する。
【００１０】
本発明の他の実施の形態において、低電力聴覚システムの方法及び装置は、１つの補聴器とインプラントに情報を伝えるための、第１の外部信号処理装置を具備する。第２の外部信号処理装置は、超広帯域パルスを介して第１の外部信号処理装置と通信する能力を持つ。
【００１１】
関連する実施の形態において、超広帯域パルスは、約１／１０００以下のデューティサイクルを有し、０．５ｎｓと１０ｎｓの継続時間を有し、且つ／又は、５と１００μｓの間のパルス反復時間を有することができる。第１の外部処理装置及び／又は第２の外部処理装置は、超広帯域パルスを受信するための時間ゲート増幅器を有する受信器を具備することができる。時間ゲート増幅器は、超広帯域パルスを受信する可能性と同期して、受信器を動作させるための制御装置を具備させてもよい。制御装置は、所定の振幅又は継続時間を有するパルスを受信したことに基づいて、受信したパルスに時間ゲート増幅器を同期させることができる。
【００１２】
さらに他の関連する実施の形態においては、第１の外部信号処理装置は第１のマイクロフォンを有し、第２の外部信号処理装置は第２のマイクロフォンを有することとしてもよい。第１の外部信号処理装置は、使用者の第１の耳にある音響信号を処理し、第２の外部信号処理装置は、使用者の第２の耳にある音響信号を処理する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
具体的実施例の詳細な説明
本発明を説明するための実施例では、例えば、聴覚装置の部品間で低電力信号伝送を行う装置と方法が提供される。低電力信号伝送は、非常に短い超広帯域（ＵＷＢ）パルスの伝送により実現する。種々の実施の形態において、伝送されるＵＷＢ信号は、１又は２ＭＨｚを超えない帯域幅の信号を表す。ＵＷＢパルスは、このように非常に小さいデューティサイクルで伝送され、その結果、伝送電力消費が非常に低くなる。入力ＵＷＢパルスと同期するパッシブ受信器又はゲート受信器を用いることにより、受信器における更なる電力節減が実現する。説明のための実施例の詳細を以下に説明する。
【００１４】
超広帯域（ＵＷＢ）技術は、変調手法を用いた通信とは本質的に異なった比較的新しい通信技術である。例えば、参考文献として本説明に組み込まれた米国特許番号6,031,862「超広帯域通信装置及び方法」参照のこと。搬送信号を採用するのではなく、ＵＷＢ通信は、ピコ秒又はナノ秒オーダーの持続時間のパルスを有する短い断続的な一連のパルスで構成される。パルスの振幅、極性、タイミング、及び／又は特性を変化させることにより、情報はデータ・ストリームにコード化される。他の様々な用語が、とりわけ、無搬送波、ベースバンド、非正弦波、及びインパルスベースのような用語が、ＵＷＢ伝送モードについて用いられる。
【００１５】
しかしながら、ＵＷＢは、これまで高速データ通信で用いられてきた。例えば、ＵＷＢラジオは、一般に１００Ｍｂｐｓをゆうに越えて実行される。ＵＷＢパルスは非常に短いので、パルス同士の間隔を近づけることにより、高速データ転送を実現することができる。
【００１６】
図２は、本発明の１実施の形態における、ＵＷＢパルスの伝送を具備する低電力インプラントシステム２００の回路図である。低電力インプラントシステムは、人に移植するためのインプラント２０２を具備する。インプラント２０２は、蝸牛インプラント、脳幹インプラント、又は人工中耳であるが、これに限定されない。付加的に、低電力インプラントシステム２００は、ＵＷＢパルスの伝送により移植可能な部分２０２と通信することができる装置２０１を具備する。この装置は、音響信号を処理するための信号処理装置のように、体外に装着するようにすることができる。あるいは、外部装置は、ＦＭ音楽増幅装置やＴＶ装置のように、人体からさらに離れていてもよい。さらに他の実施の形態においては、この装置２０１は他のインプラントでもよい。通信は双方向でも、どちらか一方向でもよい。
【００１７】
この装置２０１は、パルス発生器２０３のトリガーを引くタイミング回路２１１を具備する。パルス発生器２０３は、送信器２０４を介してインプラント２０２に伝送されるＵＷＢパルスを生成する。インプラント２０２は、伝送されてきたＵＷＢパルスを受信するための受信器２１０を有する。送信器２０４と受信器２１０は、それぞれ、送信器２０４と受信器２１０との間で誘導結合を介したパルス伝送を行うような、コイル又はループ２０５及び２０６を具備してもよい。他の実施の形態において、伝送は電気双極子を介して行っても良いが、インプラント２０２と近接した体組織に関して、電気双極子を使用することが問題となるかもしれない。
【００１８】
上記の通り、本発明の１実施の形態におけるインプラントは蝸牛インプラント（内耳人工器官）でもよい。蝸牛インプラントは、深刻な難聴の人、又は、重大な聴力障害をもつ人を助ける手段である。単に増幅し修正した音響信号を用いる従来の補聴器とは違って、蝸牛インプラントは、聴覚神経に直接電気的刺激を与えることに立脚している。蝸牛インプラントの狙いは、正常な聴覚がある場合と非常に似た聞こえ方が獲得できるような方法で、電気的に内耳の神経構造を作り出すことである。
【００１９】
蝸牛インプラント装置は、基本的に、音声処理装置の役割を果たす外部装置と刺激を与える装置としてのインプラントとの２つの部分からなる。音声処理装置は音響信号の受信と信号処理を行う。処理された音響信号は伝送されインプラントにより受信される。インプラントは、刺激パターンを生成し、通常は内耳の鼓室階に位置する電極アレイ１１１（図１参照）により神経組織に刺激パターンを導く。
【００２０】
伝送されてきた処理された音響信号は、一般に、例えば、ΣΔ変調を用いて（他の実施の形態においては、パルスコード変調のようなもっと複雑な信号のコード化が用いられ、さらに、信号情報を伝えるパルスと同期させるためだけのパルスとを識別する）ディジタル化／コード化され、約１−２ＭＨｚのバンド幅（実施の形態によっては、数ｋＨｚを越えないバンド幅となる振幅信号から得られた制御信号が転送される）とすることができる。このベースバンド信号は、図2に示すように単一位相ベースバンドＵＢＳパルスを伝送するために、送信器２０４から得ることができる。
【００２１】
データ転送速度が遅いため、ＵＷＢパルスは非常に低いデューティサイクルで伝送される。したがって、送信器２０４の部品は比較的少ない電力を消費する。受信器２１０で受信されたパルスは検出され、場合によっては増幅され、そして、一般的なディジタルＣＭＯＳ回路により処理される。低レベルのインターフェース信号を除去するための閾値は、例えば、ＣＭＯＳゲートの適切なバイアスにより、又は、シュミットトリガー回路を用いることにより、得られる。
【００２２】
様々な実施の形態において、上述の単純なベースバンド検出の構成は、例えば、前置増幅器及び／又は後置増幅器を含む非線形素子を用いたもっと複雑な構成に置き換えることができる。例えば、図３は、ＵＷＢモノサイクルパルスの伝送を具備する低電力インプラントシステム２００の回路図である。これらのパルスは、低周波スペクトル成分を有しない点が利点である。低周波スペクトル成分はアンテナを介して非効率的に伝送されかなりのリンギングを引き起こす。これらに限定されるわけではないが、ダイオード、バックワード・ダイオード、又はショットキー／ダイオードなどの非線形素子３０５は、ＲＦ信号を整流しＲＦ信号からベースバンドパルスを生成する。
【００２３】
送信器２０４と受信器２１０のコイル／ループは、付加的なキャパシタンス４０５又はストレイ・キャパシタンスと一緒になって、図４に示すように、本発明の１実施の形態における比較的低いＱ値の共振回路として用いられる。パルスの伝送を過度に引き延ばさないように注意しなければならない。このことは、使われる受信器の型式によっては、データ転送速度の減少と省電力効果の減少をもたらすかもしれない。
【００２４】
本発明の種々の実施の形態において、パッシブ受信器を用いることができる。入力パルスは、さらに、適切な閾値を確立するためのトリガー回路を含むディジタルＣＭＯＳロジックにより処理される。パッシブ受信器は移植するのが簡単ではあるが、パッシブ受信器は比較的感度が低いので、例えば数センチメートル以下の距離にのみ用いることができる。長い距離に対しては、パッシブ受信器は、十分なパルス振幅がＵＷＢ送信器によって生成されていることを必要とする。したがって、非常に低い送信電力しか利用できず、そして／又は、距離が長い場合は、受信器はもっと高感度でなければならない。このことは受信器に先行する広帯域増幅器により達成することができる。しかしながら、このような増幅器は不釣合に大きな電流を消費する。ここで結果的に生じる電力消費が、装置全体の電力消費の大きな割合を占める。
【００２５】
図５は、本発明の１実施の形態における、受信器の感度を都合よく増大する増幅器を用いた受信器の回路図である。増幅器５０９には、（必要に応じて）整流器３０５を前置してもよい。あるいは、増幅器５０９と組み合わせて、整流器３０５の後に増幅器５１０をおいてもよい。
【００２６】
省電力のため、増幅器５０９及び／又は５１０には、信号パルスを受信する可能性がゼロでないときの短い期間だけ増幅器を動作させるように時間ゲートをかけてもよい。信号対雑音比を改善し直接の信号の後に到達するエコーを阻止する、受信器における従来の時間ゲートとは違い、ここで強調されるのは、受信器での省電力である。増幅器５０９及び／又は５１０での時間ゲートは、伝送された信号パルスと同期して増幅器起動パルスを出す制御装置５１１により実行される。
【００２７】
図６は、伝送されるべきデータ６０１と、伝送された信号６０２と、制御装置５１１により生成された増幅器起動パルス６０３と、受信器の出力信号６０４との時間関係を示した模範的なタイミング図である。伝送された信号は、伝送されるべきデータが論理回路において１なのか０なのかに応じて伝送されるパルスにより、転送速度１／Ｔで伝送される。増幅器起動パルスは、送信器により伝送されたパルスを受信する可能性と同期している。起動パルスが動作している間に受信した伝送されたパルスは、受信器の出力６０４にて検出され見られるが、起動パルスが動作していな間に受信したパルスは、受信器の出力６０４に影響を及ぼさない。
【００２８】
本発明の１実施の形態において、増幅器起動パルス７０１と送信器パルス７００の受信の可能性との同期について詳細なタイミング図を図７に示す。まず、増幅器起動パルス７０１が繰返し速度１／Ｔで、動作し、各起動パルス７０１は、継続時間ｄを持つ。伝送開始時、送信器は、Ｔよりも少し長い継続時間を持つパルスを伝送する。起動パルス７０１が動作したとき、受信器は少なくともこの長いパルスの一部を受信し、ｄよりも長い継続時間を持つパルスを受信したことを認識する。このことが制御装置に対して、伝送された長いパルスが終わるまで増幅器起動パルス７０１の動作を保持させるトリガーとなる。これがコントローラに増幅器起動パルス７０１をリセットさせ、送信器パルス７００の受信の可能性と同期させる事象となる。時間Ｔの後、制御装置は、最初の可能伝送信号パルスを受信するよう起動パルス７０１を動作させる。一旦制御装置により起動パルス７０１と伝送されたパルス７００との同期が確立すると、これに限定されるわけではないが、各受信パルスと同期する位相固定ループ又はリセット可能なタイミング発生器を用いて、伝送している期間、制御装置により同期が維持される。受信器の出力７０３は図６を用いて上述した通りとなる。
【００２９】
他の同期手法も用いてもよい。例えば、本発明の１実施の形態に従い、増幅器が低電力モード（即ち、起動パルスが動作していない状態）のときであっても受信される特別に長いパルスを送信器が伝送してもよい。特別に長いパルスにより、制御装置は伝送されたパルスの受信の可能性と起動パルスとを同期化させる。この実施の形態において、起動パルスが動作していないとき増幅器は完全に停止とはならない。その代わり、特別に長いパルスが受信器によって認識できるような、静止期の小さな電流が保持される。
【００３０】
好ましい実施の形態において、前置整流増幅器及び後置整流増幅器は、差動増幅器又は擬似差動増幅器である。このことにより、起動パルス（コモンモードで印加される）が所定のパルス検出閾値に到達するのを防止する。トランジスタの許容差に基づく除去できない伝達があるにもかかわらず、起動パルスが動作中の伝送信号のみが検出される。
【００３１】
本発明の１実施の形態により、図８と９とは、それぞれ、ゲート増幅器８０１の回路図とそれに関するタイミングチャートとを示している。ＣＭＯＳ技術が使われている。Ｔ１・・・Ｔ３はｎチャンネルＣＭＯＳトランジスタ、Ｔ４・・・Ｔ６はｐチャンネルＣＭＯＳトランジスタである。Ｔ１，Ｔ２，Ｔ５及びＴ６は擬似差動アンプを形成する。Ｔ３及びＴ４はバイアス回路の一部をなし、受信器が伝送されてきたＵＷＢパルスを受信できるよう増幅器を起動するために用いられる。
【００３２】
「ダイオード接続」のトランジスタＴ３は、ＲＱと供給電圧ＶＤとで定まる微小電流により少し順電圧が加えられる。Ｔ１，Ｔ２及びＴ３のゲートが接続されているので、Ｔ２及びＴ３は同じ電圧であり従って同一の静止電流が流れることが分かる。Ｔ５及びＴ６で形成されたよく知られた電流ミラーにより、Ｔ６にて理想的にはＴ１のドレイン電流に等しいドレイン電流が発生する。静止出力電圧は、Ｔ１及びＴ６の相対出力抵抗により決まる。増幅器をトランジスタのパラメータの許容誤差とは無関係にするために、外部抵抗Ｒ１及びＲ２を追加してもよい。
【００３３】
十分な増幅度を得るためには大きなドレイン電流が必要である。したがって、増幅器８０１を起動するために、起動パルス９０１をＴ４に加える。Ｒsetを流れる電流によりＴ３の順電圧が強化され、その結果、全ての電流が適切なレベルまで増大する。伝送されたパルスを受信することなく起動パルスを動作させると、出力電圧９０３は増幅器の後に続く決定回路の閾値より少ないという結果になる。しかし、起動パルス９０１が動作している間にパルス９０２を受信すると、アンテナコイル／ループに誘起された電圧により、Ｔ１のゲート電圧が変化する。一方、これにより、Ｔ１のドレイン電流が変化し、その結果、出力電圧９０３が決定回路をトリガーするのに十分な電圧となる。
【００３４】
本発明の他の実施の形態において、図１０は、図５に示したモノサイクルパルス又は短いＲＦバーストを受信する受信器の擬似差動増幅器の回路図である。受信アンテナ・ループ／コイルは、少なくとも一部はストレイキァパシタにより構成されるキャパシタと共に低いＱ共振を形成する。キャパシタＣ２は、Ｔ１のゲート電圧がアンテナ・ループにより短絡されることを防止する。原理的には、この回路の機能は、図８で説明した回路と等価である。主な違いは、受信したスペクトルのＲＦ成分を効率的に使うため、ＲＦ成分の整流ができるように、Ｔ１の伝達特性において十分非線形な部分でＴ１を確実に駆動するようにバイアスを行わなければならない。抵抗Ｒ３及びＲ４は、ＲＦ信号に外乱を与えることなくＴ１とＴ２のゲートをＴ３につなげている。
【００３５】
本発明の１実施の形態において、ＲＦ成分の整流を図１１に示した回路により行ってもよい。ここでは、受信したパルスのＲＦ成分を整流するために付加的なダイオードＤを用いる。
【００３６】
図１２は、本発明の１実施の形態における、第１のトランシーバ１２００と第２のトランシーバ１２２０間の模範的な二重低電力インプラントシステムの回路図である。各トランシーバ１２００及び１２２０は、それぞれ同じループ／コイル１２１６及び１２３６を共有する送信器１２０２及び１２２２と受信器１２０３及び１２２３とを具備する。加えて、各送信器１２０２及び１２２２は、それぞれ、クロック発生回路１２０６及び１２２６とＵＷＢパルス発生装置１２０８及び１２２８とを具備し、各受信器１２０３及び１２２３は、それぞれ、前置整流増幅器１２１０及び１２３０と、整流ダイオード１２１２及び１２３２と、後置整流増幅器１２１４及び１２３４とを具備する。図１３は、図１２の実施の形態で示した二重伝送の仕組みについてのタイミングの詳細を示したタイミング図である。
【００３７】
図１２及び１３を参照して、第１のトランシーバ（「マスター」）１２００は、信号の送信のためのタイミングを両方に対して設定する。第２のトランシーバ１２２０のタイミング（「スレーブ」）は、例えば図７で示した上述のような起動パルス１３０２を生成する制御装置１２３０のロジックにより受信された伝送パルスに固定される。
【００３８】
同じ誘導結合を双方向に利用するために、第１の送信器１２０２により伝送されたパルス１３０１と、第２の送信器１２２２により伝送されたパルス１３０３とは、交互に配置される。このオフセットΔ（例えばΔ＝Ｔ／２）を作るため、遅延回路１２２４が第２のトランシーバ１２２０に導入され、第２のトランシーバ１２２０により生成されたパルス１３０３をＴ／２だけ遅らせる。同様の遅延回路１２０４が第１のトランシーバ１２００に用いられ、第１のトランシーバ１２００に付随する受信器１２０３のゲート（起動パルス）１３０４を適切に遅延させる。全ての信号は、第１の送信器１２０２から生成されたパルス１３０１に由来するので、第１のトランシーバ１２００で、同期を取るための制御ロジックを必要としない。
【００３９】
インプラントへ、及び／又は、インプラントから伝送される信号の帯域が狭いのでＵＷＢパルスを非常に低いデューティサイクルで伝送することができ、伝送における電力の消費を節減する。インプラント、及び／又は、受信器の増幅器に時間ゲートをかけることによっても又受信器における電力消費を節減する。ＵＷＢパルス伝送を介した通信を含む一般的な聴覚装置の概略パラメータのレンジは、これに限定されるわけではないが、以下の通りである。
【００４０】
（ＵＷＢパルス送信器の）パルス継続時間        τ      １〜１０ｎｓｅｃ
パルス繰り返し期間                            Ｔ      １〜１０μｓｅｃ
「起動パルス」継続時間                        ｄ      ５〜１００μｓｅｃ
伝送パルスのデューティファクタ                τ／Ｔ  約  １：１０００
受信器ゲートリングのデューティファクタ        ｄ／Ｔ  約  １：１００
双方向配置における
前方及び後方伝送間での時間遅れ                Δ      例えばＴ／２（図１３参照）
【００４１】
本発明の他の実施の形態によれば、低電力聴覚装置は体外にある部品同士で通信を行うＵＷＢを有していてもよい。例えば、耳の後ろやその他の色々な場所に置いた双方向のマイクロフォン、及び／又は、外部処理装置のような複数の外部装置同士で、例えば、上述の実施の形態と同様の方法で、データを転送することができる。このようにして外部装置は、音響ビームの形成、又は、他の統合された仕組みを形成することができる。外部装置は、例えば、補聴器、及び／又は、インプラントと組み合わせて使用してもよい。
【００４２】
本発明について様々の模範的な実施の形態を開示したが、当業者にとって、本発明の技術範囲を越えることなく本発明の利点を実行する様々な変更と改良が可能であることは明らかである。これらの、又は、他の明らかな改良は、特許請求の範囲に含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
前述の本発明の特徴は、添付した以下の図面を参照して、詳細な説明により容易に理解できよう。
【図１】耳の裏側にある信号処理装置から、完全に埋め込み可能な蝸牛インプラントに音響信号を伝送するシステムの、先行技術における回路図である。
【図２】本発明の１実施の形態における、ＵＷＢパルスの伝送を具備する低電力インプラントシステムの回路図である。
【図３】本発明の１実施の形態における、ＵＷＢモノサイクルパルスの伝送を具備する低電力インプラントシステムの回路図である。
【図４】本発明の１実施の形態における、低電力Ｑ共振を具備する低電力インプラントシステムの回路図である。
【図５】本発明の１実施の形態における、アクティブ受信器を具備する低電力インプラントシステムの回路図である。
【図６】本発明の１実施の形態における、低電力インプラントシステムのゲート付受信器の詳細なタイミングを示すタイミング図である。
【図７】本発明の１実施の形態における、低電力インプラントシステムのゲート付受信器の詳細な同期タイミングを示すタイミング図である。
【図８】本発明の１実施の形態における、低電力インプラントシステムのゲート増幅器のタイミング図である。
【図９】本発明の１実施の形態における、図８に示したゲート増幅器に関するタイミングの詳細を示すタイミング図である。
【図１０】本発明の１実施の形態における、モノサイクルパルスを受信する低電力インプラントシステムのゲート増幅器の回路図である。
【図１１】本発明の１実施の形態における、ゲート増幅器の整流装置の回路図である。
【図１２】本発明の１実施の形態における、二重伝送を具備する低電力インプラントシステムの回路図である。
【図１３】本発明の１実施の形態における、図１２の低電力インプラントシステムのタイミングの詳細を示すタイミング図である。
【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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【国際調査報告】
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