(57)【要約】  ユーザの身体において、またはユーザの身体に近接して使用されるように構成されたアンテナ装置である。そのアンテナ装置は、第１導電要素を有するアンテナ構造を備えている。アンテナ構造は、動作中に少なくとも第１導電要素に電流が誘起されるように構成されている。第１導電要素は、アンテナ装置が意図された動作位置に配置されたときに、ユーザの身体の表面に対して実質的に直交する方向において、１／１６波長と全波長の間の長さにわたって延在している。補聴器と、補聴器周辺機器との通信のための上記のアンテナ装置を備える補聴器システムが提供される。少なくとも１つの補聴器周辺機器は、上記のアンテナ装置に係る周辺機器のアンテナ装置を備えており、ユーザの身体に、またはユーザの身体に近接して配置されるように構成されており、補聴器のアンテナ装置と通信するように構成されている。【選択図】図１
2013541913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの身体において、またはユーザの身体に近接して、使用されるように構成されたアンテナ装置であって、
第１導電要素を有するアンテナ構造を備えており、
前記アンテナ構造が、動作中に少なくとも前記第１導電要素に電流が誘起されるように構成されており、
前記第１導電要素が、前記アンテナ装置が意図された動作位置に配置されたときに、前記ユーザの身体の表面に対して実質的に直交する方向において、１／１６波長と全波長の間の長さにわたって延在している、アンテナ装置。
【請求項２】
動作中に前記アンテナ構造によって放射される電磁場が、前記ユーザの身体の表面に対して実質的に直交する方向に偏波した電場を有しており、前記電磁場が主に前記ユーザの表面に沿う方向に伝搬する、請求項１のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１導電要素が、前記アンテナ構造についての接地面および／または反射面を形成している、請求項１または２のアンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナ構造の前記長さが、１／４波長である、請求項１から３の何れか一項のアンテナ装置。
【請求項５】
前記アンテナが、少なくとも１ＧＨｚの周波数で動作する、請求項１から４の何れか一項のアンテナ装置。
【請求項６】
ハウジングの内部に収容されている、請求項１から５の何れか一項のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１導電要素が、アクティブ給電型のアンテナ構造の第１の部分を形成しており、
前記アクティブ給電型のアンテナ構造が、さらに第２の部分を備えている、請求項１から６の何れか一項のアンテナ装置。
【請求項８】
前記第２の部分が、前記第１の部分に対して直交している、請求項７のアンテナ装置。
【請求項９】
前記第２の部分が、メアンダ型のアンテナ要素またはアンテナ短縮部品を備える、請求項７または８のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記第１の部分と前記第２の部分の長さが、１／４波長である、請求項７から９の何れか一項のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記アンテナ構造が、モノポールアンテナを形成している、請求項１から１０の何れか一項のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記アンテナ構造が、前記ハウジングの第１の面に沿って配置された第１アンテナ要素と、前記ハウジングの第２の面に沿って配置された無給電アンテナ要素を備えており、
前記第１導電要素が、前記第１アンテナ要素と前記無給電アンテナ要素を相互接続するように構成されている、請求項６のアンテナ装置。
【請求項１３】
前記ハウジングの前記第１の面と前記ハウジングの前記第２の面が、互いに反対側の面であって、
前記第１の面と前記第２の面の間の距離が、１／１６波長と全波長の間である、請求項１２のアンテナ装置。
【請求項１４】
前記導電要素が、プリント回路基板である、請求項１２または１３のアンテナ装置。
【請求項１５】
前記無給電アンテナ要素が第１の位置で前記導電要素に接続しており、
前記第１アンテナ要素が、前記導電要素に沿って前記第１の位置の実質的に反対側にある励起点を有するアクティブ給電型のアンテナ要素である、請求項１２から１４の何れか一項のアンテナ装置。
【請求項１６】
前記無給電アンテナ要素と前記導電要素の有効長さの合計の長さが、１／４波長である、請求項１２から１４の何れか一項のアンテナ装置。
【請求項１７】
ユーザに、またはユーザに近接して配置された電子機器と通信するように構成された、請求項１から１６の何れか一項のアンテナ装置。
【請求項１８】
外部の電子機器と通信するように構成された、請求項１から１７の何れか一項のアンテナ装置。
【請求項１９】
ユーザによって持ち運ばれる電子機器と外部の電子機器との間での通信を提供するように構成された、請求項１から１８の何れか一項のアンテナ装置。
【請求項２０】
補聴器と、請求項１から１９の何れか一項のアンテナ装置を備える、補聴器システム。
【請求項２１】
少なくとも１つの補聴器周辺機器をさらに備えており、
前記少なくとも１つの補聴器周辺機器が、請求項１から１９の何れか一項の周辺機器のアンテナ装置を備えており、ユーザの身体に、またはユーザの身体に近接して配置されるように構成されており、前記補聴器のアンテナ装置と通信するように構成されている、請求項２０の補聴器システム。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの補聴器周辺機器がリモコンであり、
前記リモコンと前記周辺機器のアンテナ装置が、ウェアラブル電子機器、例えば腕時計の形態で提供される、請求項２１の補聴器システム。
【請求項２３】
前記ウェアラブル電子機器が、１つまたはそれ以上の外部の電子機器と通信するように構成された外部アンテナをさらに備える、請求項２２の補聴器システム。
【請求項２４】
前記１つまたはそれ以上の電子機器と前記補聴器との間の通信が、前記ウェアラブル電子機器を介して行われる、請求項２２または２３の補聴器システム。
【請求項２５】
請求項１から１９の何れか一項のアンテナ装置と通信するように構成された補聴器アンテナを備えており、
前記補聴器アンテナが、ユーザの耳から耳への軸に対して平行な導電要素を有しており、
前記導電要素が、１／１６波長と１／４波長の間である、補聴器。
【請求項２６】
前記補聴器と、前記補聴器アンテナが、ハウジングの内部に配置されている、請求項２５の補聴器。
【請求項２７】
前記補聴器アンテナの周波数が、少なくとも１ＧＨｚである、請求項２５または２６の補聴器。
【請求項２８】
請求項１から１９の何れか一項のアンテナ装置と通信するように構成されたアンテナを備えており、
前記アンテナが、ユーザの身体に、またはユーザの身体に近接して配置されたときに、ユーザの身体の表面に対して直交する導電要素を有しており、
前記アンテナが１／４波長であって、そのうち前記導電要素が１／１６波長と１／４波長の間となる、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、アンテナ、特にユーザの身体において、またはユーザの身体に近接して使用されるアンテナ、例えば無線通信を提供するためのアンテナの技術分野に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ますます多くの電子機器が、ユーザおよびユーザの身体の上に、または内部に、または近接して配置されて、使用されている。典型的には、これらの電子機器の間での通信、またはこれらの機器からユーザの外部に配置された機器への通信が、例えばボディエリアネットワーク、無線ボディエリアネットワーク、またはウェアラブルボディエリアネットワークを用いて提供される。ボディエリアネットワークの技術分野は、例えば安価でかつ継続的なヘルスモニタリングを可能にするために開発されている。モニタリングは、インターネットを介した医療記録のリアルタイムでの更新を含んでいてもよく、そしてそれは、患者の健康状態をモニタリングするために、例えば人間の身体の内部にバイオセンサを埋め込んで様々な生理学的変化を収集することによって、医学的状態の早期検出を可能にすることができる。ユーザに、ユーザの内部に、またはユーザに近接して配置される他の電子機器、例えば聴覚障害者の耳の内部や耳の後ろに配置される補聴器も、外部に配置された電子機器、例えば補聴器の周辺機器と通信することができる。ボディエリアネットワークは、典型的には、例えばブルートゥースのような無線規格を用いて実装される。しかしながら、通信のためのブルートゥース規格の使用は、小型のバイオセンサや補聴器等において通常は利用できないような、大きな電源を必要とする。
【０００３】
さらに、人間の身体に、あるいは人間の身体の近くに配置された電子機器の間での通信のために、人間の身体を流れる容量性カップリングのピコアンペア電流によってデジタル情報の交換を提供する、パーソナルエリアネットワークが提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、典型的には、人間の身体による電磁波の吸収に起因して、ユーザに、またはユーザに近接して配置された電子機器からの信号を伝送する際には、大きな損失が経験される。これは、信号の電力を増加させることによって克服することができるものの、典型的には望ましくない電力消費の増加をもたらす。さらに、ユーザに、またはユーザに近接して配置される、小型の電子機器、例えばウェアラブル電子機器については、電源が限られており、無線信号を送信するための消費電力の増加は、実現可能な解決策ではない。
【０００５】
本発明の目的は、上述した欠点の少なくともいくつかを克服することである。特にユーザの身体に近接して動作させるためのアンテナ装置を提供することをさらなる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によって、ユーザの身体において、またはユーザの身体に近接して、使用されるように構成されたアンテナ装置が提供される。そのアンテナ装置は、導電要素を有するアンテナ構造を備えており、アンテナ構造は、動作中に少なくとも導電要素に電流が誘起されるように構成されている。好ましくは、導電要素は、アンテナ装置が意図された動作位置に配置されたときに、ユーザの身体の表面に対して実質的に直交する方向において、１／１６波長と全波長の間の長さにわたって延在している。
【０００７】
これにより、動作中にアンテナ構造によって放射される電磁場は、ユーザの身体の表面に対して実質的に直交する方向に偏波した電場を有することができ、電磁場は主にユーザの表面に沿う方向に伝搬することができる。
【０００８】
ユーザの身体の表面に対して実質的に直交する方向は、典型的には、アンテナ装置がユーザにおける、またはユーザに近接した、意図された動作位置に配置されたときに、アンテナ装置をすぐ近くで囲む範囲における、ユーザの身体の表面に対して実質的に直交する方向を意味する。なお、本明細書において、ユーザの身体という用語は、手足、胴体および頭部を含む、身体全体を包含することが想定される。
【０００９】
アンテナ装置は、アンテナ装置の使用に適した任意のやり方で、ユーザに、またはユーザに近接して配置することができ、従って、アンテナ装置はユーザによって持ち運ばれるように構成されていてもよく、アンテナ装置はウェアラブル電子機器に組み込まれていてもよく、ウェアラブル電子機器と接続するように提供されてもよい。アンテナ装置は、クリップオン型の装置として提供されてもよく、それはアームバンド、または任意の他の適切な身体の部分の周りで位置決めされるバンドで持ち運ばれるように構成されてもよい。アンテナ装置は、接着剤を使用してユーザの身体に配置してもよいし、外科手術を利用して身体の内部に組み込まれていてもよい。アンテナ装置は、さらに、ネックレス、ブレスレット、腕時計、ピン等で提供されてもよいし、またはネックレスやブレスレットのペンダントとして提供されてもよい。
【００１０】
このようなアンテナ装置を提供することの利点は、ユーザにまたはユーザに近接して配置された電子機器、例えばボディセンサ、例えば継続的なグルコースセンサ、医療機器、例えば心臓機器、ウェアラブル電子機器、例えば補聴器、例えばボディエリアネットワーク、例えばＢＡＮ（ボディエリアネットワーク）やＷＢＡＮ（無線ボディエリアネットワーク）、例えばウェアラブル無線ボディエリアネットワークの内部での、またはユーザにまたはユーザに近接して配置される上述した電子機器と、身体の外部のトランシーバまたは身体の外部の電子機器との間での、相互接続が得られることである。身体の外部のトランシーバまたは身体の外部の電子機器は処理装置であってもよく、受信した信号を処理してユーザのための出力を提供するように構成されていてもよいし、または、オペレータ、警報サービス、医療プロバイダ、医師ネットワークなどに、インターネットまたは複数のコンピュータまたは処理装置の間での任意の他のイントラ又は相互接続を介して、継続的にまたはユーザ、オペレータ、プロバイダ、またはシステムが生成するトリガからの要求に応じて、接続されてもよい。アンテナ装置が、ユーザの身体にまたはユーザの身体に近接して配置された１つまたはそれ以上の電子機器の間での相互接続を提供することができることは、更なる利点である。アンテナ装置は、直接的に、またはアンテナ装置に追加のアンテナを設けることにより、または中間アンテナ装置を介して、外部の電子機器に接続することができる。
【００１１】
アンテナ装置は別個に設けられていてもよいし、あるいはアンテナ装置はユーザの内部で、またはユーザにおいて、あるいはユーザに近接して動作するように構成された電子機器の一部を形成していてもよい。好ましくは、アンテナ構造は、共振アンテナ構造を備える。
【００１２】
導電要素は、好ましくは、アンテナ装置がその動作位置においてユーザに配置されている場合に、アンテナ構造の励起時に、ユーザの身体に対して実質的に直交する方向において、少なくとも導電要素に電流が流れるように構成されていてもよい。
【００１３】
これにより、励起によって、アンテナから放射される電磁場の大部分、例えば６０％、例えば８０％は、その電場をユーザの身体の表面に対して実質的に直交させながら、ユーザの身体の表面に沿って伝搬する。それは、アンテナ装置の位置において実質的にユーザの身体の表面に直交している。電磁場がユーザの身体の表面に沿って回折される場合、身体の表面との相互作用に起因する損失は最小となる。これにより、ユーザに、あるいはユーザに近接して配置される第２の電子機器、または外部の電子機器のいずれによるものについても、電磁波の著しく改善された受信を実現することができる。
【００１４】
電磁場が、ユーザの身体の表面との相互作用を最小としつつ、ユーザの身体の表面に沿って回折するため、ユーザの身体の表面に沿った電磁場の強度は著しく改善される。したがって、上記のような他の電子機器に設けられた他のアンテナおよび／またはトランシーバとの相互作用を、向上させることができる。
【００１５】
アンテナ構造の導電要素はトランシーバに接続され、導電要素が電磁場の所望の送信周波数で大振幅の電流を流すように構成することができる。これにより、アンテナによって放射され、アンテナから他の電子機器に伝搬する電磁場の電力の大部分は、導電要素による寄与を受けることができる。導電要素の長さは、導電要素の電流経路の長さとして決定することができる。導電要素の長さは、１／１６波長と全波長の間、例えば１／１６波長と３／４波長の間、例えば１／１６波長と５／８波長の間、例えば１／１６波長と１／４波長の間、例えば１／１６波長と半波長の間、例えば１／１６波長と３／８波長の間、例えば１／１６波長と１／８波長の間であってもよい。いくつかの実施形態については、１／８波長を長さの下限として用いることが有利であり得ることが想定される。特に好ましい実施形態では、導電要素の長さは１／１６波長と１／８波長の間である。最適な長さは、任意のサイズ制約および電磁場の強度を含む、多くの基準に基づいて選択される。
【００１６】
導電要素は、例えば第１の直線状要素、例えばロッド状要素であってもよく、導電要素の長手方向が、アンテナ装置の意図される動作位置に近接するユーザの身体の表面に対して直交するか、または実質的に直交するように配置されてもよい。
【００１７】
第１導電要素は、前記アンテナ構造についての接地面および／または反射面を形成していてもよい。これによって、第１導電要素はアンテナ構造に共通接地電位を提供することができる。
【００１８】
直線状のアンテナを流れる電流は、アンテナの長さに沿って定在波を形成する。そして、適切な動作のために、直線状のアンテナは、典型的には、直線状のアンテナの長さが放射された電磁場の１／４波長またはその任意の倍数に等しくなる共振周波数において、またはほぼ共振周波数において動作する。したがって、第１導電要素を備えるアンテナ構造は、放射される電磁場の１／４波長またはその任意の倍数の長さを有していてもよい。
【００１９】
ユーザの身体に対して直交する、または実質的に直交する方向に、電流が導電要素を流れるように配置される導電要素の構成によって、後述するような放射された電磁場の有利な特徴に起因して、アンテナは身体の異なる部分に配置された装置の間での無線通信に適したものとなる。
【００２０】
動作中に、アンテナ構造の導電要素がユーザの身体の表面に沿って伝搬する電磁場に対して寄与し、それによってロバストで低損失な無線データ通信を提供することは、有利な点である。
【００２１】
ユーザの身体に対して垂直な、例えばアンテナ装置が配置される任意の身体の部分に対して垂直な電流成分に起因して、電磁場の表面波がより効果的に励起されてもよい。
【００２２】
アンテナ構造は、ユーザの身体の表面に沿った回折のために、実質的にＴＭ偏波した電磁場、すなわちユーザの身体の表面に対してＴＭ偏波した電磁場を放射してもよい。
【００２３】
アンテナ構造は、導電要素の電流経路の方向に電磁場を放射しない、または実質的に放射しなくてもよく、したがって、ユーザの身体の動作位置にアンテナ装置が配置された場合に、アンテナ構造はユーザの身体の表面に対して直交する方向に電磁場を放射しない、または実質的に放射しない。むしろ、使用時にアンテナ装置がその動作位置に配置された場合に、アンテナ構造はユーザの身体の表面に対して平行な方向に電磁場を放射する。それによって、放射された電磁場の電場は、少なくとも動作時にアンテナ装置が配置される側の身体において、ユーザの身体の表面に対して直交する、または実質的に直交する方向を有する。このようにして、ユーザの身体の表面に対して平行な電場成分を有する電磁場の伝播損失と比較して、身体の組織における伝搬損失を低減することができる。様々な身体の部分での回折によって、アンテナ構造によって放射された電磁場は、一つの電子機器から、身体の異なる部分に、または身体の異なる部分に近接して配置された別の電子機器へ、または外部に配置された電子機器へ伝搬する。
【００２４】
動作中に、ユーザの身体に接して着用されるように構成されたアンテナ要素を提供する場合、アンテナ装置のサイズが重要なパラメータとなる。典型的には、ウェアラブル電子機器におけるアンテナ要素の電流経路の向きは、電子機器の形状および小さなサイズによって課される制約に応じて決定されている。
【００２５】
アンテナ装置は、任意の周波数で動作するように構成することができる。好ましくは、アンテナ装置は、少なくとも１ＧＨｚの周波数で、例えば１．５ＧＨｚと３ＧＨｚの間の周波数で、例えば２．４ＧＨｚの周波数で、動作するように構成されている。
【００２６】
アンテナ装置は、好ましくは、ハウジング内に収容されていてもよく、好ましくは、アンテナ構造がハウジングから突出することなくハウジングの内部に配置されるように収容される。
【００２７】
本発明の一実施形態では、導電要素が、アクティブ給電型のアンテナ構造の第１の部分を形成しており、前記アクティブ給電型のアンテナ構造が、さらに第２の部分を備えていてもよい。
【００２８】
第１の部分と第２の部分を有するアンテナ構造を設けることの利点は、典型的には、直線状のアンテナは、アンテナのルート、または励起点に近接して、電流が最大振幅を有するであろうことである。したがって、アンテナの励振点近傍のアンテナの部分は、一般に、アンテナ構造から放射される電磁的信号に大きく寄与する。したがって、アンテナ構造の第１の直線状の部分を形成しており、ユーザの身体において所望の動作位置に配置されたときに、ユーザの身体の表面に対して直交するような長手方向を有する第１導電要素を有していれば、アンテナの残りの部分の向きは、ユーザの身体の表面に沿う方向に主に伝搬する電磁場を得るためには、あまり重要ではない。
【００２９】
所望の無線周波数において適切な動作のための好適な長さ、例えば電磁場の１／４波長またはその任意の倍数の波長に等しい、またはほぼ等しい長さを得るために、アンテナ構造に第２の部分および／またはさらなる部分を設けることが好ましい。
【００３０】
第２の部分は、第１の部分に対して直交していてもよい。あるいは、第２の部分は、所定の全体の長さを有するアンテナ構造を提供するために、メアンダ型のアンテナ要素またはアンテナ短縮部品を備えていてもよい。したがって、例えば、第１の部分と第２の部分および／またはさらなる部分を合計した長さは、１／４波長または任意のその整数倍であってもよい。
【００３１】
したがって、合計したアンテナの長さが電磁場の所望の波長の放射に適したものとなるように、第１導電要素は、アンテナ構造の第２の部分と、および場合によってはさらなる部分と、相互接続していてもよい。
【００３２】
アンテナ構造の全体の物理的な長さは、アンテナを、アンテナの定在波パターンを変化させるインピーダンスを有し、それによってその有効長さを変化させる電子部品、いわゆるアンテナ短縮部品と相互接続することにより、短くすることができる。必要とされるアンテナの物理的な長さは、例えば、アンテナをインダクタと直列に、またはコンデンサと並列に接続することにより、短くすることができる。
【００３３】
したがって、アンテナは、アンテナ装置がユーザの身体において意図される動作位置に配置されたときに、その長手方向がユーザの身体に対して直交するようにハウジングの内部に配置された、比較的短い長さの、例えば放射される電磁波の１／１６波長の長さの、単一の直線状の部分を有していてもよい。好ましくは、アンテナ構造は、モノポールアンテナを形成する。
【００３４】
本発明の別の実施形態では、アンテナ装置は、アンテナ構造が無給電アンテナ要素を備えるように提供される。無給電アンテナ要素は、導電要素に関連して、アンテナ装置が意図された動作位置に配置されたときに、ユーザの身体に直交する方向に導電要素を電流が流れるように、構成されていてもよい。
【００３５】
アンテナ構造は、さらに、第１アンテナ要素を備えていてもよい。好ましくは、第１アンテナ要素と無給電アンテナ要素は、所定の距離だけ離して配置される。導電要素は、第１アンテナ要素と無給電アンテナ要素を相互接続するように構成されていてもよい。好ましくは、第１の面と第２の面の間の所定の距離は、１／１６波長と全波長の間であってもよい。
【００３６】
第１アンテナ要素は、例えば、ユーザの身体の表面に対して平行に延びる細長いアンテナ要素であってもよい。
【００３７】
一実施形態では、第１アンテナ要素は、ハウジングの第１の面に沿って配置されていてもよく、無給電アンテナは、ハウジングの第２の面に沿って配置されていてもよい。ハウジングの第１の面とハウジングの第２の面は、互いに反対側の面であってもよいし、互いに反対側にある第１の面と第２の面は、実質的に平行であってもよい。第１の面と第２の面との間の距離は、１／１６波長と全波長の間であってもよい。
【００３８】
第１アンテナ要素は、励起点を有するアクティブ給電型のアンテナ要素であってもよい。無給電アンテナ要素は第１の位置で導電要素に接続していてもよく、第１の位置は無給電アンテナ要素の励起点を形成する。第１アンテナ要素と無給電アンテナ要素は、第１アンテナの励起点が導電要素に沿って第１の位置の実質的に反対側に配置されるように、構成されていてもよい。電流は第１アンテナの励起点から導電要素の励起点に向けて流れること、およびその電流はユーザの身体の表面に対して直交する方向とは異なる方向に流れることが想定される。好ましくは、この電流は導電要素を流れる電流に比べて、無視できる程度のものである。第１アンテナの励起点と導電要素の励起点との間の距離を最小化することによって、第１アンテナ要素に対して十分に強い励起を提供しながら、この異なる方向に流れる電流を最小化することができる。
【００３９】
無給電アンテナ要素と導電要素の合計の長さは、１／４波長またはその任意の倍数、またはその偶数倍数に等しいものであってもよい。導電要素の長さは、導電要素の有効長さ、例えば第１アンテナ要素の励起点と無給電アンテナ要素、すなわち第１の位置の間の導電要素に沿った最も短い長さ、例えば第１アンテナの励起点と第１の位置の間の最も短い電流経路の長さとして、決定されていてもよい。
【００４０】
第１アンテナ要素と無給電アンテナ要素の間の電気的接続を形成する導電要素は、例えば、任意の導電性材料、例えばプリント回路基板であってもよい。
【００４１】
無給電アンテナ要素の形状は決定的なものではなく、無給電アンテナ要素は、パッチ形状、ロッド形状、モノポール形状、メアンダライン形状など、またはそれらの任意の組み合わせの形状を有していてもよい。
【００４２】
好ましくは、導電要素と無給電アンテナ要素を備えるアンテナ構造の電流は、その電流が導電要素において最大電流振幅を有するように構成されている。
【００４３】
一実施形態では、第１アンテナ要素は、導電要素の少なくとも一部を励起し、それによって導電要素に対して少なくとも１つの電気的接続を有する無給電アンテナ要素を励起することができる。これにより、導電要素がアンテナを備えておらず、むしろ無給電アンテナ要素についての接地面を構成する場合であっても、電流は導電要素に誘起される。従って、導電要素が前記アンテナ構造についての接地面を形成しており、第１アンテナ要素の励起によって導電要素に誘起される電流が流れることができる。
【００４４】
接地面は、第１アンテナ要素によって誘導される電流を案内する。本発明の好ましい実施形態では、無給電アンテナ要素の励起点は、第１アンテナ要素の励起点の反対側にある。
【００４５】
好ましい実施形態では、第１アンテナ要素の励起点と無給電アンテナ要素の励起点は、ユーザの身体に対して実質的に直交する軸に沿って距離を置いて離れて配置されている。その距離は、好ましくは１／１６波長と全波長の間にあり、例えば１／１６波長と３／４波長の間にあり、例えば１／１６波長と５／８波長の間にあり、例えば１／１６波長と半波長の間にあり、例えば１／１６波長と３／８波長の間にあり、例えば１／１６波長と１／８波長の間にある。いくつかの実施形態において、１／８波長を長さの下限値として使用することが有利であり得ることが想定される。特に好ましい実施形態では、導電要素の長さは１／１６波長と１／８波長の間である。最適な長さは、任意のサイズ制約および電磁場の強度を含む多くの基準に基づいて選択される。
【００４６】
励起により、誘導電流が導電要素の内部を、ほぼ第１アンテナ要素の励起点から無給電アンテナ要素の励起点に向けて、アンテナ装置が配置された箇所または範囲におけるユーザの身体の表面に直交する方向に流れ、その電流は無給電アンテナ要素を励起する。従って、例えば耳かけ型補聴器では、ユーザの頭部に付随する補聴器の第１の面に沿って配置された第１アンテナと、補聴器の反対側の面に沿って配置されており、導電要素を介して第１アンテナと相互接続している無給電アンテナ要素を有していることで、導電要素に誘導された電流は主にユーザの耳から耳への軸に対して平行に流れる。
【００４７】
第１アンテナ要素の励起によって、電流が導電要素の内部を、アンテナ装置がユーザによって意図される動作位置に着用されたときに、ユーザの身体の表面に対して実質的に直交する方向に流れるように、無給電アンテナ要素の励起点は、典型的には、アンテナ要素についての接地面に配置されている。アンテナ装置の効率に関するトレードオフではあるが、第１アンテナ要素の励起点と無給電アンテナ要素の励起点は、ユーザの身体の表面に対して直交しない角度をなす軸に沿って配置されてもよいことが想定される。好ましい実施形態では、接地面は、第１アンテナ要素と無給電アンテナ要素を接続するプリント回路基板であってもよい。この場合、第１アンテナ要素の励起点と無給電アンテナ要素の励起点の両方が、プリント回路基板に配置されていてもよい。従って、接地電位面はプリント回路基板であってもよいが、接地電位面はアンテナ要素の励起時に電流を流すことができる任意の材料で形成することができる。接地面は、電流を案内するための、例えば銅製の、単一の導電経路として形成されてもよい。
【００４８】
導電要素の長さは、主アンテナ要素の励起点から無給電アンテナ要素の励起点への電流経路の長さとして定義される。
【００４９】
無給電アンテナ要素が設けられていないアンテナシステムに比べて、アンテナシステムの帯域幅を大幅に増加させることができることが、無給電アンテナ要素を設けることの利点である。第１アンテナ要素と第１導電要素を備えるアンテナシステムに比べて、帯域幅を２倍に改善することができる。好ましい実施形態では、無給電アンテナ要素は、第１アンテナ要素の鏡像である、または無給電アンテナ要素と第１アンテナ要素は、対称なアンテナ構造である、例えば、第１アンテナ要素がメアンダ型のアンテナ構造を形成し、無給電アンテナ要素が対応するメアンダ型のアンテナ構造を形成していてもよい。あるいは、無給電アンテナ要素と第１アンテナ要素は、同一のアンテナ構造を形成してもよい。
【００５０】
無給電アンテナ要素が、接地面の短い範囲に沿って、例えば導電要素に沿って流れる電流をさらに励起することを助け、それによって電磁波の表面波がさらに励起されることは、有利な点である。
【００５１】
導電要素が十分な長さを有し、電流によって形成される定在波の最大箇所、または最大箇所の近傍でのアンテナ構造において、全電流に比べて高い電流を流す実施形態では、導電要素はアンテナ構造の全体から放射される電磁場に対して大きく寄与する。これによって、無給電アンテナ要素の向きは、あまり重要でない、または重要でないものとなる。なぜなら、これらの他の要素は、アンテナから放射される電磁場に大きく寄与しないからである。
【００５２】
通常、ハウジングの内部にアンテナ要素を配置する場合、例えば医療機器のハウジング、例えば補聴器のハウジングの内部にアンテナ要素を配置する場合、ハウジングの内部におけるアンテナ装置と他の部品の望ましい位置および形状は、ハウジングの形状によって決定される。
【００５３】
例えば、一実施形態において説明されたアンテナ構造の第２の部分、および／または、別の実施形態において説明された無給電アンテナ要素の第２の部分または場合によってはさらなる部分の何れも、電流がそれらの部分を、アンテナ装置がユーザの所望の位置においてその動作位置に着用されたときに、ユーザの身体の表面に対して平行な方向に流れるように、配置することができる。無給電アンテナ要素は、好ましくは、無給電アンテナ要素の接続点の反対側に、すなわち通常は無給電アンテナ要素の励起点でもある第１の位置の反対側に、自由端を有している。
【００５４】
アンテナ装置は、放射される電磁場の所望の指向性パターン、および場合によっては所望の偏波を得るために、さらなる無給電アンテナ要素を備えていてもよい。
【００５５】
従って、無給電アンテナ要素の電流経路の向きは、アンテナ装置を組み込んだ電子機器の形状および小さなサイズと、ハウジングの内部における他の部品の所望の配置および形状によって課される制約に応じて、決定することができる。例えば、無給電アンテナ要素の第２の部分および場合によってはさらなる部分は、アンテナ装置がその意図される動作位置に、例えば補聴器の場合にはユーザの耳に、着用または配置されたときに、ユーザの身体の表面に対して平行な方向に、電流がそれらの部分を流れるように配置することができる
【００５６】
アンテナ装置は、放射される電磁場の所望の指向性パターン、および場合によっては所望の偏波を得るために、さらなる無給電アンテナ要素を備えていてもよい。
【００５７】
導電要素は励起点を有していてもよく、それによって導電要素は補聴器の内部の電子回路から給電されてもよく、すなわちアクティブに励起されてもよいし、その代わりに、導電要素はパッシブに励起されてもよい。導電要素と第１アンテナ要素は、共通の励起点／給電点を有していてもよい。典型的には、アンテナ要素の励起点は、接地電位、例えばゼロ電位または相対接地電位に接続されている点である。第１アンテナは、接地面の長辺で、または長辺に近接して、例えば矩形状の接地面の長辺で、給電されてもよい。それによって、主に接地面の最も短い範囲に沿って、ユーザの身体の面に垂直に、またはアンテナ装置が装着される身体の部分に垂直に、電流が流れる。
【００５８】
第１アンテナ要素および導電要素、および場合によっては１つまたはそれ以上の無給電アンテナ要素の具体的な配置は、アンテナ装置が組み込まれる電子機器の形状、例えば補聴器の形状によって決定されてもよい。
【００５９】
例えば、耳かけ型補聴器のハウジングは、典型的には、補聴器の１つの面に、第１アンテナ要素を、その長手方向がバナナ形状の耳かけ型補聴器のハウジングの長手方向に対して平行となるように収容する。他方、耳あな型補聴器は、典型的には、補聴器のフェースプレートに配置されたパッチアンテナを備えるように提供されている。
【００６０】
本発明の一実施形態では、ハウジングは、使用時にユーザの耳の後ろに配置されるように構成された耳かけ型ハウジングであり、第１アンテナ要素は、補聴器アセンブリの第１の長手側面に配置されており、無給電アンテナ要素は、補聴器アセンブリの第２の長手側面に配置されている。第１アンテナ要素と無給電アンテナ要素は、導電要素、例えばプリント回路基板に設けられた導電要素、例えばアンテナを備える支持要素などを介して接続していてもよい。および／または、導電要素はアンテナ要素の接地面を構成していてもよい。
【００６１】
無給電アンテナ要素と、第１の部分と、主アンテナ要素を備える補聴器アンテナは、ＩＳＭ周波数帯域で動作するように構成することができる。好ましくは、このアンテナは、少なくとも１ＧＨｚの周波数で、例えば１．５ＧＨｚと３ＧＨｚの間の周波数で、例えば２．４ＧＨｚの周波数で、動作するように構成されている。
【００６２】
本発明のさらなる態様では、補聴器システムが提供される。その補聴器システムは、補聴器と、上述したアンテナ装置のいずれかに係るアンテナ装置を備えている。
【００６３】
補聴器システムは、１つまたはそれ以上の補聴器周辺機器をさらに備えていてもよい。少なくとも１つの補聴器周辺機器は、上述したアンテナ装置のいずれかに係る周辺機器のアンテナ装置を備える。少なくとも一つの補聴器周辺機器は、ユーザの身体に、またはユーザの身体に近接して配置されるように構成されていてもよく、補聴器のアンテナ装置と通信するように構成されていてもよい。少なくとも一つの補聴器周辺機器は、例えばリモコンであってもよく、リモコンと周辺機器のアンテナ装置は、ウェアラブル電子機器、例えば腕時計、またはリストバンドの形態で提供されていてもよい。
【００６４】
ウェアラブル電子機器は、１つまたはそれ以上の外部の電子機器、例えば他の補聴器周辺機器、補聴器設定ソフトウェア、試験ソフトウェアなどと通信するように構成された、外部アンテナをさらに備えていてもよい。
【００６５】
補聴器システムの一実施形態では、１つまたはそれ以上の外部機器、例えば補聴器周辺機器および補聴器との間の通信は、ウェアラブル電子機器を介して行われてもよい。
【００６６】
本発明のさらなる態様では、上述したアンテナ装置のいずれかに係るアンテナ装置と通信するように構成された補聴器アンテナを備える補聴器が提供される。補聴器アンテナは、補聴器が意図された動作位置に着用されたときに、ユーザの耳から耳への軸に対して平行な導電要素を有していてもよい。導電要素は、頭部の表面から突出していてもよい。好ましくは、導電要素は、１／１６波長と１／４波長の間である。
【００６７】
補聴器および補聴器アンテナはハウジングの内部に配置されていてもよく、好ましくは、それによってアンテナ構造がハウジングの内部に構成されて、ハウジングの外部に突出しない。
【００６８】
補聴器用アンテナ装置は、ＩＳＭ周波数帯域で動作するように構成することができ、好ましくは、補聴器アンテナは、少なくとも１ＧＨｚの周波数で、例えば１．５ＧＨｚと３ＧＨｚの間の周波数で、例えば２．４ＧＨｚを中心とする周波数帯域で、動作するように構成されている。
【００６９】
本発明のさらなる態様において、電子機器が提供される。その電子機器は、上述したアンテナ装置と通信するように構成されたアンテナを備えている。そのアンテナは、ユーザの身体における、またはユーザの身体に近接した動作位置に配置されたときに、ユーザの身体の表面に対して直交する導電要素を有していてもよい。そのアンテナは、１／４波長であって、そのうち導電要素は少なくとも１／１６波長となる。
【００７０】
本発明の一実施形態に関連して説明した特徴および要素は、適用可能であれば、他の実施形態にも等しく適用することができることが想定される。
【００７１】
本発明の上記および他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら詳細にその例示的な実施形態を記述することにより、当業者にはより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態に係るアンテナ装置を示す。
【図２】人体に配置されたアンテナ装置と通信するように構成された補聴器を示す。
【図３】別のアンテナ装置と通信するように構成されたアンテナ装置を備える補聴器を示す。
【図４】本発明の別の実施形態に係るアンテナ装置を示す。
【図５】従来技術のアンテナについての電流分布を示す。
【図６】本発明に係るアンテナ設計についての電流分布を示す。
【図７】補聴器と通信するように構成された、図４に示すアンテナ装置を示す。
【図８】本発明に係る別のアンテナ装置を示す。
【図９】ユーザの肩部に配置された医療機器を示す。その医療機器は、腕時計の内部に配置されたアンテナ装置と通信する。
【図１０】直交アンテナおよび平行アンテナのそれぞれについて、頭部の一方の側の補聴器から頭部の反対側の補聴器までのカップリング効率を、アンテナ長さの関数として示す。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
本発明について、本発明の例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照しながら、以下でより十分に説明する。しかしながら、本発明は、異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全なものとなり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるように提供されている。
【００７４】
以下では、平行アンテナまたはアンテナの平行部分は、使用中にユーザの身体に装着される装置内にあるアンテナまたはアンテナの部分であって、主にそのアンテナの位置での身体の表面に対して平行な方向に電流を流すものをいい、直交アンテナまたはアンテナの直交部分は、使用中にユーザの身体に装着される装置内にあるアンテナまたはアンテナの部分であって、少なくともそのアンテナの一部において、そのアンテナの位置での身体の表面に対して直交する方向に電流を流すものをいう。
【００７５】
例えば、使用中にユーザの耳に装着される装置内にある平行アンテナまたはアンテナの平行部分は、主にユーザの耳での頭部の表面に対して平行な方向に、言い換えるとユーザの耳から耳への軸に対して直交する方向に、電流を流す。使用中にユーザの耳に装着される装置内にある直交アンテナまたはアンテナの直交部分は、少なくともそのアンテナの一部において、ユーザの耳での頭部の表面に対して直交する方向に、言い換えるとユーザの耳から耳への軸に対して平行な方向に、電流を流す。
【００７６】
アンテナの放射パターンは、通常、アンテナの遠方場での水平面および垂直面での放射電力の極座標プロットで示されている。プロットされる変数は、電界強度、単位立体角あたりの電力、または指向性利得であってもよい。ピーク放射は最大利得の方向に発生する。
【００７７】
図２は、ユーザの身体に関連付けられた座標系を定義するために、ユーザのモデルとともに、ｘ、ｙおよびｚ軸を有する通常の三次元直交座標系を示している。
【００７８】
ユーザの身体の表面の各点は、法線ベクトルおよび接線ベクトルを有する。法線ベクトルはユーザの身体の表面に対して直交している一方で、接線ベクトルはユーザの身体の表面に対して平行である。ユーザの身体の表面に沿って延びる要素は、ユーザの身体の表面に対して平行であるということができ、ユーザの身体の表面上の点から、ユーザの身体から周囲の空間に向けて放射状に外側に伸びる要素は、ユーザの身体の表面に対して直交するということができる。
【００７９】
図２のユーザの身体のモデルは、地面（図示せず）に直立しており、その地面はｘｙ平面に対して平行である。ユーザの頭頂部から爪先へ向かう胴体軸はｚ軸に対して平行であり、ユーザの鼻はｙ軸に沿って紙面の外側を指している。
【００８０】
右の耳孔および左の耳孔を通過する軸は、図中のｘ軸に対して平行である。この耳から耳への軸（耳軸）は、頭部の表面から離れる個所において、頭部の表面に対して直交している。耳から耳への軸は、ユーザの身体または頭部の表面と同じように、以下において本発明の要素の具体的な構成を説明する際の基準として用いられる。
【００８１】
ユーザの耳に配置される装置、例えば補聴器を考えると、耳介の面がどのような向きを向いているかは、人によって異なっているものではあるが、通常は、たいていの被験者において、耳の耳介が主として頭部の表面に対して平行な面内に配置されているので、耳から耳への軸は耳に対して直交する役割も果たすと説明される。
【００８２】
障害物を伴う通信を考える場合、具体的な波長、および放射される電磁場の周波数が重要である。本発明においては、障害物はユーザの身体、例えばアンテナを備える補聴器を有する頭部である。その補聴器は、頭部の表面に近接して配置されている。波長が長過ぎる、例えば１ＧＨｚの周波数およびより低い周波数である場合、ユーザの身体の大部分が近接場の領域に配置されることになる。この事は、様々な回折を招いて、電磁場がユーザの身体の周りをまたはユーザの身体に沿って伝搬することをより困難にする。一方で、波長が短過ぎると、ユーザの身体があまりにも巨大な障害物となって、これもまた電磁場がユーザの身体の周りをまたはユーザの身体に沿って伝搬することを困難にする。一般に、通信は１ＧＨｚより大きな周波数、例えば１．５ＧＨｚと３ＧＨｚの間の周波数で行われ、好ましくは、２．４ＧＨｚを中心として所望の周波数を備える産業・科学・医療用の装置のための（ＩＳＭ）周波数帯域が選択される。
【００８３】
図１において、本発明の実施形態に係るアンテナ装置が示されている。アンテナ装置１は、アンテナ構造が設けられたハウジング２を有している。アンテナ構造は、支持部材７に対して実質的に直交する導電要素５を有している。支持部材７は、アンテナ装置がその意図された動作位置に配置されたときに、導電要素５がユーザの身体に対して実質的に直交するように、ユーザの身体に配置されるように構成されている。
【００８４】
典型的には、共振アンテナ、例えばロッド状のアンテナは、そのアンテナにとって所望の無線周波数で放射される電磁場の波長の四分の一にほぼ等しい長さを有する必要がある。
【００８５】
従来、ロッド状の直交アンテナは、ユーザの身体に、あるいはユーザの身体に近接して配置されるように構成されたアンテナ装置のハウジングの内部に収容する、例えば補聴器のハウジングにおいて、どの部分もそのハウジングから突出させないようにするには、長過ぎるものであった。
【００８６】
驚くべきことに、身体の表面に対して直交するように設ける必要があるのはアンテナ構造の一部のみであって、アンテナ構造の第１の部分を形成する導電要素５は少なくとも波長の１／１６であることが好ましいことが見出された。第２のアンテナ要素８は、アンテナ構造の第２の部分を形成してもよいし、別の導電要素８であってもよい。放射される電磁場の一部に対して第１の部分が大きく寄与する限り、アンテナ構造の第２の部分は、その性能を大幅に低下させることなく、１またはそれ以上の屈曲部を有することができることが分かる。
【００８７】
アンテナ構造５，８は、プリント回路基板である支持構造７上に配置されている。本実施形態では、支持構造７は、アンテナの接地面を形成する。アンテナ５，８は、伝送線路６を介して中央処理装置４に接続されている。伝送線路６は、アンテナ構造５，８に給電する。中央処理装置は、トランシーバを備えていてもよいし、同一または別々のプリント回路基板３上に配置されてもよい。
【００８８】
図２は、ユーザの身体９を概略的に示している。ユーザは、それぞれの耳に補聴器１０，１１を着用している。補聴器１０，１１は、ユーザの胸部に配置されたアンテナ装置１と通信する。アンテナ装置は、ユーザの右耳の後ろの補聴器１０と接続１２を介して通信し、ユーザの左耳の後ろの補聴器１１と接続１３を介して通信する。また、補聴器１０，１１は本発明に係るアンテナ装置を備えており、補聴器１０，１１は互いに無線によって通信してもよいことが分かる。
【００８９】
図３は、本発明の別の使用態様を示している。ここで、図１に詳細を示すようなアンテナ装置１を備える補聴器１０は、ユーザの胸部に配置されたアンテナ装置１と接続１３を介して通信し、場合によってはユーザの身体９の外部に配置された電子機器１５とも通信する。ユーザの胸部に配置されたアンテナ装置１は、さらに、電子機器、例えば補聴器パラメータを制御するための電子機器を備えていてもよい。
【００９０】
図４は、本発明に係るアンテナ装置２１の別の実施形態を示す。アンテナ装置は、ハウジング２２の内部に配置されている。第１アンテナ要素２５は、支持構造２３から持ち上げて配置されたロッド状のアンテナ要素である。支持構造は、アンテナ装置がその意図された動作位置に配置されたときに、ユーザの身体に沿って配置されることを意図している。支持構造２３は、プリント回路基板であり、伝送線路２６は、第１アンテナ要素２５を中央処理装置２４に接続する。無給電アンテナ要素は、アンテナ装置２１の意図された動作位置に対して直交する方向において、第１アンテナ要素２５に対向して配置されている。導電要素２７は、第１アンテナ要素２５と無給電アンテナ要素２８を相互接続するように配置されている。第１アンテナ要素２５の励起により、電流が導電要素２７に流れ、伝送線路２９を介して無給電アンテナ要素２８を励起する。第１アンテナ要素２５の励起点３０は、実質的に無給電アンテナ要素の励起点３１の真向かいに、導電要素２７に沿って配置されているから、導電要素２７に流れる電流は、支持構造２３に実質的に直交する方向を有しており、従って、アンテナ装置２１がユーザの身体９での意図された動作位置に配置されたときには、ユーザの身体９に対して実質的に直交する方向を有している。
【００９１】
図５では、比較のために、無給電アンテナ要素が設けられていない従来技術の実施形態について、導電要素２７における電流分布を示している。電流強度は、アンテナ要素の励起点をすぐ近くで囲むところで最大となることが分かる。図６では、無給電アンテナ要素２８が存在する場合の、アンテナ要素２７の電流分布が示されている。電流は、第１アンテナ要素の励起点３０から無給電アンテナ要素の励起点３１に向かって、導電要素２７を流れることが分かる。第１アンテナ要素２７についての効果的な励起を保証しつつ、第１アンテナ要素の励起点３０と導電要素２７の端部３４との間の距離は可能な限り小さく保たれることが想定される。
【００９２】
図７は、図４に示されるようなアンテナ装置の使用態様を示す。ここで、補聴器１０はユーザの身体９の胸部に配置されたアンテナ装置２１と無線接続３５を介して通信する。
【００９３】
図８は、本発明のさらなる実施形態に係るアンテナ装置３６を示している。この実施形態では、導電要素３７は、電流を案内するための、単一の導電経路、例えば銅線として配置されている。さらなる要素は、図４に関連して上述した要素に対応している。
【００９４】
図９では、本発明の別の実施形態が示されている。ここでは、医療機器、例えばバイオセンサあるいはグルコース量を測定する装置が、本明細書で開示された実施形態の何れかに係るアンテナ装置１，２１，３６を備えている。装置１，２１，３６は、ユーザの身体９の表面に配置されており、医療機器の測定値、例えばグルコース量をユーザに出力するために、受信装置１７、例えば腕時計型の受信装置と無線１８によって通信する。
【００９５】
図１０においては、人間の頭部の周りでの経路損失に関連して、平行モノポールロッドアンテナと直交モノポールアンテナの総合効率を、物理的なアンテナ長さの関数として、比較している。アンテナの共振周波数は、直列インダクタンスを使用して、同一に保たれている。最も短い直交アンテナが、最も長い平行アンテナに比べて、頭部の反対側での電磁場の確立において、より効果的であることに留意すべきである。
【図１】
2013541913.tif 000003
【図２】
2013541913.tif 000004
【図３】
2013541913.tif 000005
【図４】
2013541913.tif 000006
【図５】
2013541913.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013541913.tif 000009
【図８】
2013541913.tif 000010
【図９】
2013541913.tif 000011
【図１０】
2013541913.tif 000012
【国際調査報告】
2013541913.tif 000013
2013541913.tif 000014