(57)【要約】【課題】  電力効率を大幅に改善でき、アクチュエータの超音波駆動を安定して行なうことができる超音波駆動装置を提供する。【解決手段】  変調信号（Ｓ）により超音波よりなる搬送波（Ｃ）を振幅変調し、この振幅変調された超音波により振動子９を駆動する超音波駆動装置において、変調信号（Ｓ）の振幅に応じて搬送波（Ｃ）をなす超音波の振幅を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調信号により超音波よりなる搬送波を振幅変調し、この振幅変調された超音波によりアクチュエータを駆動する超音波駆動装置において、
前記変調信号の振幅に応じて前記搬送波をなす超音波の振幅を制御することを特徴とする超音波駆動装置。
【請求項２】
変調信号と、超音波からなる搬送波を乗算する第１の乗算手段と、
前記変調信号の振幅に応じた制御信号を生成する制御信号生成手段と、
前記制御信号生成手段の制御信号と前記搬送波を乗算する第２の乗算手段と、
前記第１および第２の乗算手段の出力を加算する加算手段と
を具備したことを特徴とする超音波駆動装置。
【請求項３】
変調信号の振幅に応じた制御信号を生成する制御信号生成手段と、
前記制御信号生成手段の制御信号と前記変調信号を加算する加算手段と、
前記加算手段の加算出力と、超音波からなる搬送波を乗算する乗算手段と
を具備したことを特徴とする超音波駆動装置。
【請求項４】
前記制御信号生成手段は、前記変調信号の大きさを検出する信号値検出手段と、該信号値検出手段の出力を積分する積分手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の超音波駆動装置。
【請求項５】
前記制御信号生成手段は、前記搬送波の最小値を維持するための直流バイアスを加算するバイアス加算手段と、前記変調信号の振幅に応じた前記搬送波の振幅が過大にならないように制限をかけるリミッタの少なくとも一方をさらに有することを特徴とする請求項４記載の超音波駆動装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の超音波駆動装置を用いたことを特徴とする骨伝導補聴器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨伝導補聴器などに用いられる振幅変調方式の超音波駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、重度難聴者に音を伝える手段として、周波数２０ｋＨｚ以上の超音波を使用し、このような超音波を発生している振動子により難聴者の皮膚、筋肉、頭骸骨などを介して言語音までも伝達できるようにした骨伝導補聴器の開発が進められている。
【０００３】
このような骨伝導補聴器には、マイクロフォンなどから入力される音声を変調信号として、２０ｋＨｚ以上の超音波からなる搬送波を振幅（ＡＭ）変調する超音波駆動装置が用いられ、この駆動装置によりＡＭ変調された超音波を圧電セラミックなどの振動子より発生させるとともに、この振動を難聴者の乳様突起（耳の後ろの突起）や頚部の筋肉上に呈示することで、音声情報を伝達するようにしている。
【０００４】
図６は、従来の超音波駆動装置の回路構成の一例を示すもので、図７（ａ）に示す超音波からなる搬送波（Ｃ）と同図（ｂ）に示す変調信号（Ｓ）を乗算器１００で乗算して同図（ｃ）に示すＡＭ−ＳＣ（搬送波抑圧振幅変調）信号を生成し、さらに、加算器１０１でＡＭ−ＳＣ信号に一定振幅の搬送波（Ｃ）を加算することにより、ＡＭ変調された同図（ｄ）に示すようなＡＭ信号（ＳＣ＋Ｃ）を出力するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような超音波駆動装置は、搬送波（ｃ）に振幅一定のものが用いられている。そして、このように搬送波の振幅を一定とした場合、音声など振幅が変動する信号を変調信号としたときに、変調度ｍが（ｍ＞１００％）の過変調となるのを避けるため、音声信号波が最大時に変調度ｍが１００％を超えないように設計され、変調度の時間的平均値（平均変調度）が低くなってしまう。ちなみに、ＡＭ変調されたＡＭ波電力に占める側波帯の電力の割合を電力効率ηとすると、変調度ｍ＝１００％の場合の電力効率ηは３３．３％であるが、変調度ｍ＝５０％の場合の電力効率ηは１１．１％、変調度ｍ＝２０％の場合の電力効率ηは２．０％となり、変調度の低下とともに、電力効率は急速に悪化する。
【０００６】
このようにして変調度が小さくなると、消費電力の大部分が、情報伝達に寄与しない搬送波の発生に消費されるようになり、電力効率が低下してしまう。この結果、骨伝導補聴器のように電源として主に蓄電池を使用している場合、このときの電力消費の多さにより電池寿命が大幅に短くなってしまうという問題を生じる。また、音声信号の大きさに関係なく搬送波振幅を一定にすると、音声信号が入力されていない間も、振動子より一定の大きさの超音波振動が発生し続けるため、補聴器使用者に不快感を与える虞があるばかりか、振動子が発熱して劣化を早める原因になるという問題もあった。
【０００７】
そこで、従来、平均変調度を高く保ちながら、過変調（ｍ＞１００％）になるのを避けるため、信号波の最大振幅を制限するリミッタを設ける方法が考えられているが、波形歪みが生じ易いことで、音声等の場合、情報を正確に伝達するのが難しいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、電力効率を大幅に改善でき、アクチュエータの超音波駆動を安定して行なうことができる超音波駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、変調信号により超音波よりなる搬送波を振幅変調し、この振幅変調された超音波によりアクチュエータを駆動する超音波駆動装置において、前記変調信号の振幅に応じて前記搬送波をなす超音波の振幅を制御することを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、変調信号と、超音波からなる搬送波を乗算する第１の乗算手段と、前記変調信号の振幅に応じた制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号生成手段の制御信号と前記搬送波を乗算する第２の乗算手段と、前記第１および第２の乗算手段の出力を加算する加算手段とを具備したことを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は、変調信号の振幅に応じた制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号生成手段の制御信号と前記変調信号を加算する加算手段と、前記加算手段の加算出力と、超音波からなる搬送波を乗算する乗算手段とを具備したことを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記制御信号生成手段は、前記変調信号の大きさを検出する信号値検出手段と、該信号値検出手段の出力を積分する積分手段を有することを特徴としている。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４記載の発明において、前記制御信号生成手段は、前記搬送波の最小値を維持するための直流バイアスを加算するバイアス加算手段と、前記変調信号の振幅に応じた前記搬送波の振幅が過大にならないように制限をかけるリミッタの少なくとも一方をさらに有することを特徴としている。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の超音波駆動装置を用いたことを特徴とする骨伝導補聴器である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、変調信号（Ｓ）の振幅変化に応じて、搬送波（Ｃ）の振幅を制御することにより、変調信号（Ｓ）の振幅が小さいときにＡＭ変調の搬送波の振幅を小さくして変調度を高く保つことができるので、電力効率を高めることができる。これにより、情報伝達に寄与しない搬送波（Ｃ）による無駄な電力消費を低減できるので、消費電力の大幅な低減を実現できる。このことは、特に、骨伝導補聴器の電源として主に蓄電池を使用している場合、電池寿命を大幅に延ばすことが可能となり、補聴器の実用化に大いに寄与できる。
【００１６】
また、変調信号（Ｓ）の振幅が大きいときに搬送波の振幅を大きくできるので、過変調を防止することもできる。
【００１７】
さらに、変調信号（Ｓ）の振幅が小さいときにＡＭ変調の搬送波の振幅を小さくできるので、変調信号（Ｓ）として音声が入力される場合、音声が入力されていない間は、搬送波の振幅を小さくでき、アクチュエータに加えられるＡＭ電力を極力小さく抑えることができる。これにより、補聴器使用者の不快感を確実に取り除くことができるとともに、アクチュエータでの発熱を最小限にすることができ、アクチュエータの長寿命化も期待できる。
【００１８】
さらに、変調信号（Ｓ）の振幅がゼロになったときに、搬送波（Ｃ）の振幅をゼロにすることなく最小値の振幅を維持できるので、変調信号（Ｓ）がゼロから大きくなったときに過変調になるのを確実に防止できる。
【００１９】
さらに、変調信号（Ｓ）の振幅が最大になったときに、搬送波（Ｃ）が過大にならないように制御することができるので、ＡＭ変調が過変調になるのも確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面に従い説明する。
【００２１】
（第１の実施例）
図１は、骨伝導補聴器に適用される本発明の超音波駆動装置の概略構成を示している。
【００２２】
図１において、（Ｃ）は搬送波で、この搬送波（Ｃ）には、周波数２０ｋＨｚ以上の振幅一定の超音波が用いられる。この搬送波（Ｃ）は、第１および第２の乗算手段としての乗算器１、２のそれぞれの一方の入力端子に入力される。この場合、これら乗算器１、２には、市販のアナログ乗算器ＩＣが用いられるが、同等の結果が得られるものならば、他の方式のものを用いても良い。
【００２３】
（Ｓ）は変調信号で、この変調信号（Ｓ）には、音声信号が用いられる。この変調信号（Ｓ）は、乗算器１の他方の入力端子に入力される。
【００２４】
乗算器１は、音声信号の変調信号（Ｓ）と、超音波からなる搬送波（Ｃ）を乗算してＡＭ−ＳＣ信号を生成し、加算手段としての加算器３の一方の入力端子に入力させる。この場合、加算器３には、市販の演算増幅器ＩＣが用いられるが、同等の結果が得られるものならば、他の方式のものを用いても良い。
【００２５】
一方、変調信号（Ｓ）は、制御信号生成手段としての制御信号生成回路４に入力される。この制御信号生成回路４は、変調信号（Ｓ）の振幅に応じた制御信号を生成するもので、信号値検出手段としての検波器５、バイアス加算手段としてのバイアス加算回路６、リミッタ手段としてのリミッタ７、積分手段としての積分器８を有している。
【００２６】
検波器５には、平均値検波方式のものが用いられている。勿論、ピーク検波方式、実効値検波方式など、他の方式のものでも良いが、信号の性質が明らかでない場合は、ピーク検波方式のものを採用するのが望ましい。
【００２７】
検波器５には、バイアス加算回路６が接続されている。このバイアス加算回路６は、変調信号（Ｓ）の振幅がゼロになったときに、搬送波をゼロにしないためのもので、検波器５の出力に加算器６ａを介して搬送波の最小値を維持するための直流バイアスＤＣを加算するようになっている。
【００２８】
バイアス加算回路６には、リミッタ７が接続されている。このリミッタ７は、変調信号（Ｓ）の振幅が最大になったとき搬送波の振幅が過大にならないように検波器５の出力の大きさに制限をかけるためのものである。
【００２９】
リミッタ７には、積分器８が接続されている。この積分器８は、検波器５からの出力を積分するもので、ここでは、図示極性のダイオード８１と抵抗８２の直列回路と抵抗８３の並列回路とコンデンサ８４から構成され、変調信号（Ｓ）の振幅変化への追従性を高めるために電圧上昇時と下降時での積分時定数を変えるようになっている。図２は、積分器８をさらに説明するためのもので、同図（ａ）に示すような変調信号（Ｓ）の振幅変化に対して、同図（ｂ）に示すような検波器５の検波出力が与えられると、同図（ｃ）に示すように積分電圧の上昇時と下降時で時定数が非対称となる積分出力を発生する非対称積分器を構成している。
【００３０】
そして、積分器８からの出力は、搬送波の振幅を制御する制御信号（Ａ）として乗算器２の他方の入力端子に入力される。
【００３１】
乗算器２は、搬送波（Ｃ）と搬送波レベル制御信号（Ａ）を乗算するもので、ここでの乗算により、搬送波（Ｃ）の振幅が制御信号（Ａ）により制御されるようになる。つまり、音声信号からなる変調信号（Ｓ）の振幅の変化に応じて、搬送波（Ｃ）の振幅を制御できるようになっている。
【００３２】
乗算器２で振幅を制御された搬送波（ＡＣ）は、加算器３の他方の入力端子に入力される。加算器３では、乗算器１からのＡＭ−ＳＣ信号に、搬送波（ＡＣ）を加算し、ＡＭ信号（ＳＣ＋ＡＣ）を出力する。
【００３３】
そして、加算器３のＡＭ信号（ＳＣ＋ＡＣ）は、アクチュエータ、ここでは圧電セラミックなどの振動子９に送られ、振動子９よりＡＭ変調された超音波を発生させる。
【００３４】
このような構成によると、いま、図３（ａ）に示す超音波からなる搬送波（Ｃ）と、同図（ｂ）に示す変調信号（Ｓ）が乗算器１に入力されると、乗算器１より同図（ｃ）に示すＡＭ−ＳＣ信号が出力される。
【００３５】
一方、変調信号（Ｓ）が制御信号生成回路４に入力されると、検波器５での平均値検波された後、バイアス加算回路６、リミッタ７を介して積分器８で積分され、同図（ｄ）に示す制御信号（Ａ）が出力される。この場合、制御信号（Ａ）は、変調信号（Ｓ）の振幅が大きいと図示Ａ１のようにレベルの大きなものとなり、逆に、変調信号（Ｓ）の振幅が小さいと図示Ａ２のようにレベルの小さなものとなる。
【００３６】
そして、このような制御信号（Ａ）が、図３（ａ）に示す搬送波（Ｃ）ととともに、乗算器２に入力される。これにより、乗算器２では、制御信号（Ａ）のレベルの大きな場合は、同図（ｅ）に示すように振幅の大きな搬送波（ＡＣ）を出力し、逆に制御信号（Ａ）のレベルの小さな場合は、同図（ｆ）に示すように幅の小さな搬送波（ＡＣ）を出力する。
【００３７】
これにより、加算器３からは、振幅の大きな搬送波（ＡＣ）の場合は、振幅の大きなＡＭ信号（ＳＣ＋ＡＣ）を出力し、逆に、振幅の小さな搬送波（ＡＣ）の場合は、振幅の小さなＡＭ信号（ＳＣ＋ＡＣ）を出力する。
【００３８】
従って、このようにすれば、音声信号からなる変調信号（Ｓ）の振幅変化に応じて、搬送波（Ｃ）の振幅を制御することにより、変調信号（Ｓ）の振幅が小さいときにＡＭ変調の搬送波の振幅を小さくして変調度を高く保つことができるので、電力効率ηを高めることができる。これにより、情報伝達に寄与しない搬送波（Ｃ）による無駄な電力消費を低減できるので、消費電力の大幅な低減を実現できる。このことは、骨伝導補聴器の電源として主に蓄電池を使用している場合、電力消費の節減により電池寿命を大幅に延ばすことが可能となり、補聴器の実用化に大いに寄与することができる。
【００３９】
また、変調信号（Ｓ）の振幅が大きいときに搬送波の振幅を大きくできるので、過変調を防止することもできる。
【００４０】
さらに、変調信号（Ｓ）の振幅が小さいときにＡＭ変調の搬送波の振幅を小さくできることから、変調信号（Ｓ）として音声が入力される場合、音声が入力されていない間は、搬送波の振幅を小さくできるので、振動子９に加えられるＡＭ電力値を極力小さく抑えることができる。これにより、従来の音声が入力されていない間にも大きなＡＭ電力が加えられ、振動子より一定の大きさの超音波振動が発生し続けるものと比べ、補聴器使用者の不快感を確実に取り除くことができる。また、このことは、振動子９での発熱を最小限にすることができるので、振動子９の急激な劣化を防止でき、長寿命化も期待できる。
【００４１】
さらに、変調信号（Ｓ）の振幅がゼロになったときに、バイアス加算回路６の加算器６ａを介して与えられる直流バイアスＤＣにより、搬送波（Ｃ）の振幅をゼロにすることなく最小値の振幅を維持できるので、変調信号（Ｓ）がゼロから大きくなったときに過変調になるのを防止できる。
【００４２】
さらに、変調信号（Ｓ）の振幅が最大になったときに、リミッタ７により検波器５の出力を制限し、制御信号（Ａ）の大きさを制限できるので、搬送波（Ｃ）が過大にならないように制御することができるので、振動子９が許容電力を超えるのを防止でき、過大入力から保護できる。
【００４３】
ちなみに、本発明の具体的効果を従来のものと比較すると、下表により説明することができる。
【表１】
2005051698.tif 000003
【００４４】
同表において、Ｓは変調信号（Ｓ）の振幅、Ｃは搬送波（Ｃ）の振幅、ｍは変調度、Ｐｃは搬送波（Ｃ）の消費電力、Ｐｓは変調信号（Ｓ）の消費電力、ＰａｍはＡＭ波電力、ηは電力効率、Ｐａｍ比は従来と本発明のＡＭ波電力の比をそれぞれ示している。
【００４５】
この表から、従来２では、変調波（Ｓ）の振幅Ｓ＝０．５の場合に、搬送波（Ｃ）の振幅Ｃ＝１であれば、変調度ｍ＝５０％であるが、本発明２のように、ｍ＝７０％になるように搬送波（Ｃ）の振幅Ｃ＝０．７１４に制御すると、電力効率ηが１１．１％から１９．７％に向上し、ＡＭ波電力Ｐａｍは、０．５６２５から０．３１７６に減少することが確認された。同様にして、従来３では、変調波（Ｓ）の振幅Ｓ＝０．２の場合に、搬送波（Ｃ）の振幅Ｃ＝１であれば、変調度ｍ＝２０％であるが、本発明３のように、ｍ＝７０％になるように搬送波（Ｃ）の振幅Ｃ＝０．２８５７に制御すると、電力効率ηが２％から１９．７％に向上し、ＡＭ波電力Ｐａｍは、０．５１から０．０５に激減することが確認された。
【００４６】
この結果から、従来と比べて、ＡＭ波電力Ｐａｍを低減できることが明らかであり、消費電力の大幅な節減を実現できる。また、振動子に加えられるＡＭ波電力Ｐａｍが減少するすることで、振動子９での発熱を抑制できることも確認できた。さらに、ＡＭ波電力Ｐａｍの低減は、変調波（Ｓ）の振幅変動の特性によって変化するので、通常の会話などでは無音時間が多いことからすると、３０％以上の電力低減を見込めることも確認できた。
【００４７】
また、ＡＭ波電力Ｐａｍを低減できることで、従来のものより平均電力を減少した分、本発明では、大きなピークパワーを発生することも可能になる。
【００４８】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例を図４により説明する。
【００４９】
図４は、第２の実施例の概略構成を示すもので、図１同一部分には、同符号を付している。この場合、変調信号（Ｓ）を加算器１０の一方の入力端子に入力させる。また、変調信号（Ｓ）は、制御信号生成回路４に入力される。
【００５０】
制御信号生成回路４は、検波器５、バイアス加算回路６、リミッタ７および積分器８を有しており、積分器８からの制御信号（Ａ）が加算器１０の他方の入力端子に入力される。
【００５１】
加算器１０は、変調信号（Ｓ）と制御信号（Ａ）を加算した出力Ｓ＋Ａを発生し、この出力Ｓ＋Ａが乗算器１１の一方の入力端子に入力される。乗算器１１の他方の入力端子には、搬送波（Ｃ）が入力される。この搬送波（Ｃ）には、周波数２０ｋＨｚ以上の振幅一定の超音波が用いられる。
【００５２】
乗算器１１は、加算器１０の加算出力Ｓ＋Ａにより搬送波（Ｃ）をＡＭ変調し、ＡＭ信号（（Ｓ＋Ａ）Ｃ）を出力する。
【００５３】
このような構成によると、いま、図５（ａ）に示す超音波からなる搬送波（Ｃ）と、同図（ｂ）に示す変調信号（Ｓ）が入力されると、変調信号（Ｓ）は、加算器１０に入力されるとともに、制御信号生成回路４に入力される。制御信号生成回路４に入力された変調信号（Ｓ）は、検波器５での平均値検波された後、バイアス加算回路６、リミッタ７を介して積分器８で積分され、同図（ｃ）に示す制御信号（Ａ）として出力される。この場合、制御信号（Ａ）は、変調信号（Ｓ）の振幅が大きいと図示Ａ１のようにレベルの大きなものとなり、逆に、変調信号（Ｓ）の振幅が小さいと図示Ａ２のようにレベルの小さなものとなる。
【００５４】
このような制御信号（Ａ）は、加算器１０に入力される。これにより、加算器１０では、制御信号（Ａ）のレベルの大きな場合は、変調信号（Ｓ）を嵩上げした同図（ｄ）に示すような加算出力Ｓ＋Ａを発生し、逆に、制御信号（Ａ）のレベルの小さな場合は、変調信号（Ｓ）を嵩上げした同図（ｅ）に示すような加算出力Ｓ＋Ａを発生する。
【００５５】
そして、この加算出力Ｓ＋Ａが搬送波（Ｃ）とともに乗算器１１に入力されると、乗算器１１より加算出力Ｓ＋ＡによりＡＭ変調されたＡＭ信号（（Ｓ＋Ａ）Ｃ）が出力される。
【００５６】
従って、このようにしても、音声信号からなる変調信号（Ｓ）の振幅変化に応じて、搬送波（Ｃ）の振幅を制御することができ、第１の実施例で述べたと同様な効果を得ることができる。また、このような構成にすれば、価格的に高価な乗算器を１個減らすことができるので、コスト的に有利な装置を実現できる。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述の制御信号生成回路４では、リミッタ７の後ろに積分器８を接続しているが、リミッタ７と積分器８の順序を逆にしても良い。また、上述では、本発明の超音波駆動装置を骨伝導補聴器に適用した例を述べたが、超音波によりアクチュエータを駆動するものならば、他の分野での応用も可能である。
【００５８】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施例の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施例に用いられる積分器の動作を説明するための波形図。
【図３】第１の実施例の動作を説明するための波形図。
【図４】本発明の第２の実施例の概略構成を示す図。
【図５】第２の実施例の動作を説明するための波形図。
【図６】従来の超音波駆動装置の回路構成を示す図。
【図７】従来の超音波駆動装置の動作を説明するための波形図。
【符号の説明】
【００６０】
Ｃ…搬送波
Ｓ…変調信号
１．２…乗算器
３…加算器
４…制御信号生成回路
５…検波器
６…バイアス加算回路
６ａ…加算器
７…リミッタ
８…積分器
８１…ダイオード
８２、８３…抵抗
８４…コンデンサ
９…振動子
１０…加算器
１１…乗算器
【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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