(57)【要約】  トランスデューサと固体導波路を有する音響モジュール。トランスデューサと導波路は、集束線に沿って音響エネルギーを集束するために湾曲していてもよい。トランスデューサ、導波路の上面、及び導波路の底面は、同軸の曲線に沿って延びていてもよい。導波路は、密接にトランスデューサを受容する凹部を含んでいてもよい。導波路は、熱質量を提供する一体型スカートを含んでいてもよい。音響モジュールは、熱管理オプションを収容する空間を含んでいてもよい。例えば、音響モジュールは、ヒートシンク、能動的換気システム及び／又は相変化材料を含んでもよい。超音波装置は、トランスデューサへの動作電源の供給中に均一性走査掃引を実行するように構成されたコントローラを含んでいてもよい。均一性走査掃引は音響モジュールの動作点を含み、許容効率損失を超えない周波数範囲を通って延びてもよい。
2018526079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響モジュールであって、
第１の曲率を有する第１の面と、第２の曲率を有し、対象に接触するように構成された第２の面とを備える一体固体導波路を備え、前記第１と第２の曲率は、音響エネルギーを前記第２の面から所定の距離の集束線に沿って対象に集束するように選択され、
さらに前記第１の面上に配置されるとともに前記第１の曲率に対応する曲率を有する超音波トランスデューサとを備えた、音響モジュール。
【請求項２】
前記第１の曲率と前記第２の曲率は、共通の軸線の周りに湾曲している、請求項１に記載の音響モジュール。
【請求項３】
前記トランスデューサは、第１の導電板と第２の導電板を備え、前記第２の導電板は、前記導波路に電気的に接続されている、請求項２に記載の音響モジュール。
【請求項４】
さらに、電気信号を前記トランスデューサに印加する第１の電極と第２の電極を備え、前記第１の電極は、前記第１の導電板に電気的に接続され、前記第２の電極は、前記導波路に電気的に接続され、
さらに、前記トランスデューサと前記導波路の間に配置された、電気的に導電性を有する接着剤を備え、前記第２の電極が前記第２の導電板に電気的に接続される、請求項３に記載の音響モジュール。
【請求項５】
前記導波路は、熱質量を提供するために、前記第２の面の反対方向に延びる一体のスカートを備える、請求項１に記載の音響モジュール。
【請求項６】
前記導波路は、前記導波路の１つの長手方向の辺に沿って延びる第１の長手のスロットと、前記導波路の反対の長手方向の辺に沿って延びる第２の長手のスロットとを備え、前記スロットは、前記第１の面と前記第２の面の間の音響流路に近づくが中まで延びていない、請求項１に記載の音響モジュール。
【請求項７】
さらに、前記スロットの少なくとも一方に嵌合されるヒートシンクを含む、請求項６に記載の音響モジュール。
【請求項８】
さらに、前記第１の長手のスロット内に嵌合された第１のヒートシンクと、前記第２の長手のスロット内に嵌合された第２のヒートシンクとを含む、請求項６に記載の音響モジュール。
【請求項９】
前記音響モジュールは、前記第２の面と反対方向の前記トランスデューサの後方に密閉空間を画定し、
さらに、前記密閉空間内に配置した相変化材料を含む、請求項１に記載の音響モジュール。
【請求項１０】
前記相変化材料は、パラフィンワックスである、請求項９に記載の音響モジュール。
【請求項１１】
前記相変化材料は、マイクロカプセル化相変化粉末である、請求項９に記載の音響モジュール。
【請求項１２】
前記音響モジュールは、入口、出口、及びファンを有する筐体を有する能動的換気システムを備え、前記ファンは、前記入口から前記筐体内に空気を導入し、前記出口を通して前記筐体から空気を排出する、請求項１に記載の音響モジュール。
【請求項１３】
前記入口及び前記出口は通気材料によって覆われている、請求項１２に記載の音響モジュール。
【請求項１４】
前記導波路が、前記トランスデューサの周囲を密接して囲むエポキシフレームを含む、請求項１に記載の音響モジュール。
【請求項１５】
前記第１の面は、トランスデューサの凹部を画定し、前記トランスデューサの凹部は前記トランスデューサを少なくとも２辺に沿って密接して受容して、前記トランスデューサと前記導波路の間の位置あわせを容易にする、請求項１に記載の音響モジュール。
【請求項１６】
前記トランスデューサの凹部は延長部を含む、請求項１５に記載の音響モジュール。
【請求項１７】
前記導波路が一体押出成形品である、請求項１に記載の音響モジュール。
【請求項１８】
前記導波路が一体型ヒートシンクを含み、前記導波路と一体型ヒートシンクは一体押出成形品である、請求項１に記載の音響モジュール。
【請求項１９】
前記第２の面がコーティングされる、請求項１に記載の音響モジュール。
【請求項２０】
超音波装置であって、
トランスデューサと導波路を有する音響モジュールを備え、前記トランスデューサは前記導波路に取り付けられており、前記トランスデューサは、電気信号の印加に対応して音響エネルギーを生成するように構成され、前記導波路は前記音響エネルギーを集束線に集束するように構成されており、
時間と共に周波数が変化する可変周波数電気信号の形態で動作電力を前記トランスデューサに供給するように構成されたコントローラを備え、前記可変周波数電気信号は、前記集束に沿って前記音響エネルギーの均一性を改善する、超音波装置。
【請求項２１】
前記可変周波数電気信号は、前記音響モジュールの動作点を含む均一性走査窓を介して掃引し、前記動作点は、前記音響モジュールが最大効率となる周波数である、請求項２０に記載の超音波装置。
【請求項２２】
前記コントローラは、動作電力を印加しながら常に前記均一性走査窓を通して前記可変周波数電気信号を連続し、かつ繰り返し掃引するように構成された、請求項２１に記載の超音波装置。
【請求項２３】
前記均一性走査窓は、所定の許容効率損失を超えることなく最大掃引サイズとなるように選択される、請求項２２に記載の超音波装置。
【請求項２４】
前記均一性走査窓は、前記音響モジュールの前記動作点を中心とする、請求項２３に記載の超音波装置。
【請求項２５】
音響モジュールであって、
第１の曲率を有する第１の面と、第２の曲率を有し、対象に接触するように構成された第２の面とを備える一体固体導波路を備え、前記第１と第２の曲率は、音響エネルギーを前記第２の面から所定の距離の集束線に沿って対象に集束するように選択され、
さらに、概ね平坦な第１の面と、前記第１の曲率に概ね対応する第３の曲率を有する第２の面とを有しており、前記導波路の前記第１の面上に配置される、レンズと、
前記レンズの概ね平坦な前記第１の面上に配置した、概ね平坦な超音波トランスデューサとを備えた、音響モジュール。
【請求項２６】
前記第１の曲率、前記第２の曲率及び前記第３の曲率は、共通の軸線の周りに湾曲している、請求項２５に記載の音響モジュール。
【請求項２７】
前記レンズは、アルミニウムから製造される、請求項２６に記載の音響モジュール。
【請求項２８】
前記導波路がポリマーから製造される、請求項２７に記載の音響モジュール。
【請求項２９】
前記レンズは、前記トランスデューサの下面へのアクセスを提供する凹部を画定し、前記凹部を通って延びる電気リードを介して前記トランスデューサの前記下面と電気接点を確立することができる、請求項２８に記載の音響モジュール。
【請求項３０】
前記導波路は、前記導波路の１つの長手方向の辺に沿って延びる第１の長手のスロットと、前記導波路の反対の長手方向の辺に沿って延びる第２の長手のスロットとを備え、前記スロットは、前記第１の面と前記第２の面の間の音響流路に近づくが中まで延びていない、請求項２６に記載の音響モジュール。
【請求項３１】
前記導波路が一体押出成形品である、請求項２５に記載の音響モジュール。
【請求項３２】
前記導波路が一体型ヒートシンクを含み、前記導波路と一体型ヒートシンクは一体押出成形品である、請求項２５に記載の音響モジュール。
【請求項３３】
前記第２の面がコーティングされる、請求項２５に記載の音響モジュール。
【請求項３４】
音響モジュールを操作するための方法であって、
前記音響モジュールが最大効率となる周波数である前記音響モジュールの動作点を含む周波数走査窓を決定するステップと、
動作電力を音響モジュールに提供するために電気信号を印加するステップと、
前記印加するステップ中に前記周波数走査窓内に前記電気信号の前記周波数を変化させるステップとを含む、方法。
【請求項３５】
前記周波数走査窓は、動作点を中心とする、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記変化させるステップは、前記印加するステップ中に周波数を連続的に変化させるステップを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記変化させるステップが、所定のステップサイズで周波数を変化させるステップを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記印加するステップは、第１の期間の間に発生し、
前記変化させるステップは、前記第１の期間中に前記周波数走査窓を通して少なくとも７０回掃引することを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記変化させるステップは、最小周波数と最大周波数との間で概ね均一な増分でステッピングすることを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
前記変化させるステップは、最小周波数と最大周波数との間に概ね不均一な増分でステッピングすることを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】
前記変化させるステップは、所定時間にわたって、各増分にとどまることを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記変化させるステップは、不均一な時間にわたって、各増分にとどまることを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記変化させるステップは、最小周波数と最大周波数との間で掃引することを含み、前記最小及び最大周波数が所定の許容周波数損失を超えずに最大の周波数走査窓を提供するように選択される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４４】
前記所定の許容周波数損失は約５％以下である、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記周波数走査窓が、
複数の異なる周波数で前記音響モジュールに電力を印加することと、
前記複数の周波数の各々における前記音響モジュールの効率を決定することと、
決定した効率を所定の許容効率損失と比較することと、
前記所定の許容効率損失を超えることなく、可能な限り大きくなるように前記周波数走査窓を選択することによって決定される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４６】
前記周波数走査窓は、最大周波数及び最小周波数を含み、
前記音響モジュールの動作点を超える複数の異なる周波数で前記音響モジュールに電力を印加することと、
前記複数の周波数の各々における前記音響モジュールの効率を決定することと、
決定した効率を所定の許容効率損失と比較することと、
前記所定の許容効率損失を超えることなく、可能な限り大きくなるように前記周波数走査窓の前記最大周波数を選択することと、
前記最大周波数である前記動作点から等距離の動作点のマイナス側になるように前記周波数走査窓の前記最小周波数を選択することとを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４７】
前記周波数走査窓は、最大周波数及び最小周波数を含み、
前記音響モジュールの動作点より少ない複数の異なる周波数で前記音響モジュールに電力を印加することと、
前記複数の周波数の各々における前記音響モジュールの効率を決定することと、
決定した効率を所定の許容効率損失と比較することと、
前記所定の許容効率損失を超えることなく、可能な限り大きくなるように前記周波数走査窓の前記最小周波数を選択することと、
前記最小周波数である前記動作点から等距離の動作点のプラス側になるように前記周波数走査窓の前記最大周波数を選択することを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４８】
前記音響モジュールは、押出成形した固体導波路を含み、
前記印加するステップは、前記押出成形した固体導波路に動作電力を提供するために電気信号を印加するステップを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４９】
音響モジュールであって、
内部空間を画定する内側ハウジングと、
前記内側空間の外に配置され、トランスデューサ面と対象接触面を有する、固体導波路であって、前記対象面は、前記対象接触面から所定の距離にある集束線に沿って対象へ音響エネルギーを集束するように選択した第１の曲率を有する、固体導波路と、
前記導波路から延びるとともに、前記導波路から前記内部空間まで延びる少なくとも１つの翼を含む、ヒートシンクと、
前記トランスデューサ面上に配置され、前記第１の曲率に対応する曲率を有するトランスデューサと、
前記内側ハウジング、前記導波路、前記ヒートシンク、及び前記トランスデューサの周りに配置され、前記対象接触面が露出する開口部を画定する、外側ハウジングと
を備えた、音響モジュール。
【請求項５０】
前記内部空間内に配置された相変化材料を含む、請求項４９に記載の音響モジュール。
【請求項５１】
前記相変化材料は、相変化ワックスである、請求項５０に記載の音響モジュール。
【請求項５２】
さらに、前記少なくとも１つの翼の周りの前記内部空間に配置された翼用ガスケットを含む、請求項５０に記載の音響モジュール。
【請求項５３】
前記内側ハウジングは、第１の部分と第２の部分を含み、
さらに、前記第１の部分及び前記第２の部分の間に配置されたチャンバガスケットを含む、請求項５２に記載の音響モジュール。
【請求項５４】
前記内側部分は、少なくとも１つのスロットを画定し、前記少なくとも１つの翼は前記スロットを通って延び、前記少なくとも１つの翼は前記内側部分に嵌合する突起を有して前記内側ハウジング内に前記翼を機械的に固定する、請求項４９に記載の音響モジュール。
【請求項５５】
前記突起が、かかりを含む、請求項５４に記載の音響モジュール。
【請求項５６】
前記ヒートシンクは、２つの翼を含み、
前記内側部分は、２つのスロットを画定し、前記翼のそれぞれは、前記スロットの他方を通って延び、前記翼のそれぞれは前記内側部分に嵌合する突起を有して前記内側ハウジング内に前記翼を機械的に固定する、請求項４９に記載の音響モジュール。
【請求項５７】
さらに音響モジュールＰＣＢと接続ＰＣＢとを含み、前記接続ＰＣＢは前記音響モジュールＰＣＢに電気的に接続されて前記内側ハウジングに固定され、前記接続ＰＣＢは前記トランスデューサに係合する第１の電気接点と、前記導波路と前記ヒートシンクの少なくとも一方と係合する第２の電気接点を含む、請求項４９に記載の音響モジュール。
【請求項５８】
前記第１の電気接点は、バネ荷重接点である、請求項５７に記載の音響モジュール。
【請求項５９】
前記第２の電気接点は、バネ荷重接点である、請求項５８に記載の音響モジュール。
【請求項６０】
さらに音響モジュールＰＣＢと接続ＰＣＢを含み、前記接続ＰＣＢは、導電体によって前記音響モジュールＰＣＢに電気的に接続され、
前記内側ハウジングは、配線路を含み、前記導電体は、前記配線路を介して前記音響モジュールＰＣＢから前記接続ＰＣＢに延び、前記配線路は、前記内部空間内で前記相変化材料から前記導電体を隔離するように構成された、請求項５０に記載の音響モジュール。
【請求項６１】
前記導波路が一体押出成形品である、請求項４９に記載の音響モジュール。
【請求項６２】
前記導波路と前記ヒートシンクが一体化され、一体押出成形品である、請求項４９に記載の音響モジュール。
【請求項６３】
前記対象接触面がコーティングされる、請求項４９に記載の音響モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波装置に関し、特に音響導波路を組み込んだ超音波装置を操作するための音響モジュール及び制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波装置は、様々な治療用途で使用するために開発されている。これらの装置は、治療目的のために人体に適用することができる超音波又は音響エネルギーを生成する。例えば、皮膚に音響エネルギーを与えて細かい線やしわ、皮膚のたるみを減少させる効果を有する新しいコラーゲンの生成を促進するために使用される様々な従来の超音波装置が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
典型的な携帯型超音波装置は、超音波エネルギーを生成するトランスデューサと、超音波エネルギーに適切に集束するためのレンズを含む。しばしば、トランスデューサ及びレンズは、トランスデューサ及びレンズを収容し、直接対象と係合するように構成されたコンタクト膜（又は他の面）を含む音響モジュールの中に位置している。レンズ及びコンタクト膜との間に介在する空間は、典型的には、水などの液体で満たされており、超音波エネルギーのための媒体として機能してレンズからコンタクト膜に移動する。水（又は他の液体媒体）内の気泡や他の欠陥は、音場に影響を与え、装置の動作に負の影響を与える可能性がある。経験から、レンズとコンタクト膜との間の水や他の液体媒体内での気泡の形成が起きないように維持することが困難であることが判明したため、これは大きな欠点であることが証明された。別の重大な欠点は、水は、例えば、倉庫での保管中、輸送中及び流通の他の段階で、凍結する可能性を有することである。水が凍結すると膨張し、水容器を破裂し、解凍水が漏れ、製品が機能を果たせなくなる可能性がある。
【０００４】
他の製造上の問題は、恐らく、装置が生成する音場の一貫性を損なうと共に均一性を低下させることで装置の性能に負の影響を多分に与える可能性のある更なる実際的な問題を提供する。例えば、欠陥なしのレンズにトランスデューサを固着させることが困難となり得る。トランスデューサとレンズとの界面における欠陥は、例えば、音響出力の均一性を減少させることによって、又は効率を減少させることによって、様々な方法で性能に負の影響を与える可能性がある。例示するために、一部の装置では、トランスデューサは、エポキシ又は他の接着剤によってレンズに固定されている。多くの用途では、エポキシの厚さの隙間やバラツキは、性能に実質的な負の影響を与えことがある。さらに、トランスデューサがレンズに固定される位置での一見小さな差でも、性能を損なうことがある。これら及び他の実用的な問題の結果として、最適な効率で動作する、あるいは、その頭部を横切って均一な音響出力を提供できる携帯型超音波装置を製造することが困難となる可能性がある。また、それぞれ別々に製造された超音波装置が生成する音場で一貫性を維持するのが困難となる可能性がある。
【０００５】
液体を包含するために使用する膜が更なる多くの複雑性を呈する可能性がある。一例として、所望の公差要件を満たす膜を提供することは困難かつ高価となり得る。別の例として、膜は、それが適切に対象に結合されている場合を検出するシステムの能力に対して負の影響を有する場合もある。さらに、膜は、温度上昇に影響をする場合があり、その厚さは、効率と電力消費に影響を与える可能性がある。
【０００６】
従来の超音波トランスデューサは、熱エネルギーを大量に生成するということから、超音波装置の設計が更に複雑になる。熱を加えすぎると、装置の電子部品に負の影響を与える可能性がある。また、装置をヒトの皮膚に対して配置すると不快感を与える可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、携帯型超音波装置で使用するための固体導波路を提供する。トランスデューサは、トランスデューサによって生成される音響エネルギーが、導波路に直接伝達されるように、固体導波路に接合されている。一実施形態では、トランスデューサと導波路との間のインターフェースが湾曲している。一実施形態では、導波路は、対象と接触して配置されることを意図した露出接触面を有している。接触面は、音響エネルギーを集束しやすいように、また、特に、超音波ゲルを受容するのに非常に適した面を提供するように湾曲していてもよい。トランスデューサインターフェース面と接触面は同心であってもよい。トランスデューサは、電力の印加に応答して振動する圧電セラミックトランスデューサであってもよい。固体導波路は、単一のアルミニウム片から製造されてもよい。
【０００８】
一実施形態では、固体導波路は、トランスデューサを取り囲むエポキシ又は接着剤隆起部を含んでいてもよい。隆起部は、トランスデューサと、トランスデューサが導波路に固定されている導波路との間から押し出されたエポキシ又は接着剤によって形成してもよい。導波路は、所望の隆起部に滲出エポキシ又は接着剤を形成するように構成された小さなリブを含んでいてもよい。
【０００９】
一実施形態では、固体導波路は、トランスデューサを受け入れるように構成されたポケットを有するトランスデューサ面を含む。ポケットは、固体導波路の面に浅い凹部として画定することができる。凹部は、所望の湾曲形状のトランスデューサを取り付け易くするために湾曲させてもよい。
【００１０】
一実施形態では、固体導波路を組み込んだ超音波ヘッドは、超音波装置の通常の使用中に生成される熱エネルギーに応答して相変化を受ける熱吸収材料を含む。熱吸収材料は、トランスデューサと固体導波路の後方に配置されたキャビティ内に配置してもよい。熱吸収材料は、パラフィン、ＰＣＭワックス、マイクロカプセル化のＰＣＭ又は他の高い熱容量の材料など、多種多様な相変化材料（「ＰＣＭ」）のいずれであってもよい。ＰＣＭなどのような熱吸収材料の使用は、任意であり、本発明は、ＰＣＭ、又は他の熱吸収材料なしで実現してもよい。
【００１１】
一実施形態では、固体導波路は、トランスデューサの後方のキャビティを画定する筐体を形成するために後方に延びている一体のスカートを含む。この実施形態では、固体導波路は、音響モジュールのヘッドを形成してもよく、又は固体導波路は別々の外側ハウジング内に収容してもよい。キャビティは、ヒートシンクを含んでいてもよく、及び／又はＰＣＭのような熱吸収材料を含んでいてもよい。あるいは、キャビティは、空としながらも空気の対流によって多少の熱伝達ができるようにしてもよい。
【００１２】
一実施形態では、固体導波路は別々の音響筐体内に配置されている。このような実施形態では、固体導波路は、熱伝達を改善するための、後方に延びる翼を含んでいてもよい。翼は、面積を増大させ、熱伝達を改善する複数のフィンを含んでいてもよい。翼は、固体導波路と一体に形成してもよく、又は別々に製造し、後に個体導波路と接合（又は、に接触して配置）してもよい。
【００１３】
一実施形態では、固体導波路は能動的に通気音響モジュールに組み込まれている。この実施形態では、マイクロファンを音響モジュールのキャビティ内に配置し、筐体を通って空気を移動させて冷却を改善してもよい。ファンは、入口を通って音響モジュールへ、そして音響モジュールから出口を通って空気を移動させるように構成してもよい。入口及び出口は、空気を透過させ、水やゴミを通過させない通気性膜によって覆われていてもよい。音響モジュールがヒートシンクを含む場合、空気がフィン又はヒートシンクの他の機能上を移動するように、ファン、入口及び出口を配置してもよい。
【００１４】
別の実施形態では、音響モジュールは、トランスデューサ、レンズ及び固体導波路を含む。この実施形態では、レンズは、トランスデューサと固体導波路の間に位置してもよい。レンズは導波路に送信前に超音波エネルギーを集束させるのを助けることができる。一実施形態では、レンズは、アルミニウムで製造され、固体導波路は、Ｒｅｘｏｌｉｔｅ（登録商標）プラスチックのような適切な音響特性を有するプラスチックで製造される。
【００１５】
一実施形態では、本発明は、音響モジュールの音響出力の均一性を改善するための制御方法を提供する。概して、この方法は、トランスデューサに動作電力の印加中に周波数掃引を実施することを含む。周波数掃引は、事前に画定された均一性走査窓を横切って延びていてもよい。均一性走査窓は、音響モジュールの動作点を含んでいてもよい。動作電力を印加しながら周波数範囲を通して掃引することによって、システムは全体的な音響の均一性を劇的に向上させることができる。一実施形態では、コントローラが、トランスデューサに動作電力を供給している間に均一性掃引が連続して繰り返し発生する可能性がある。他の実施形態では、均一性掃引は、不連続であってもよい。
【００１６】
一実施形態では、均一性走査窓は音響モジュールの動作点を中心とする。一実施形態では、均一性走査窓は、ステップサイズ及びステップ時間を有していてもよい。ステップサイズ及びステップ時間は予め定められていてもよく、又は音響モジュールごとに決定してもよい。例えば、ステップサイズ及び又はステップ時間は、均一性走査窓に基づいて決定することができる。ステップサイズ及び／又はステップ時間は、概ね、線形掃引を提供するように、又は、ランダム掃引のような、非線形掃引を提供するように選択してもよい。
【００１７】
一実施形態では、この方法は、その音響モジュールの製造に続いて各音響モジュールの均一性走査窓を別々に決定することによって実現される。均一性走査窓を決定する方法は、（ａ）異なる周波数の種々の音響モジュールに電力を印加するステップと、（ｂ）種々の印加周波数での音響モジュールの効率を決定するステップと、（ｃ）所定の効率損失を超えることなく、可能な限り大きい窓となる均一性走査窓を選択するステップとを含んでいてもよい。一実施形態では、種々の印加周波数での音響モジュールの効率を決定するステップは、動作点での音響モジュールの効率を、種々の印加周波数での音響モジュールの効率と比較するステップを含んでもよい。一実施形態では、比較ステップは、動作点と比較して、種々の印加周波数のそれぞれにおけるパーセント効率の損失を決定することを含んでいてもよい。所定の効率損失は、用途ごとに変更可能であるが、一実施形態では約５％であってもよい。
【００１８】
本発明は、簡単かつ効果的な固体導波路を提供する。固体導波路は、流体充填音響モジュールを組み込んだ装置の限界を克服するのに役立つ。固体導波路は、温度と圧力の変化に対応して気泡や他の欠陥を生じることはない。さらに、アルミニウムなどの固体導波路を形成するために使用することができる特定の材料は、このような温度変化に対応する音響特性の変動が従来の液体媒体の場合よりもかなり少ない。固体導波路は、音響エネルギーの集束を制御する湾曲面を含んでいてもよい。同軸の湾曲面は、トランスデューサからの音響エネルギーを、導波路を介して所望の集束線まで、効率的かつ効果的に伝送することができる。所望の場合には、導波路は、フリンジの干渉を低減するスロットを含むと共に、ヒートシンク部品の実装スロットも含んでいてもよい。音響モジュールは、熱管理問題に対処するため、トランスデューサ／導波路アセンブリのために拡大された空間を含んでもよい。例えば、ヒートシンク、能動的換気システム及び／又は相変化材料を、この空間内で音響モジュールに組み込むことができる。さらに、このシステムは、動作電力を印加しながら、周波数掃引を行うことにより、トランスデューサと導波路の変動を補償する均一性走査アルゴリズムを組み込むことによって、音響伝送の均一性を改善することができる。
【００１９】
これら及び他の目的、利点、及び本発明の特徴は、より完全に本実施形態の説明及び図面を参照することにより理解及び認識されるであろう。
【００２０】
本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、操作の細部又は構造の詳細及び部品の配置において、以下の説明に記載又は示された図面に限定されるものではないことを理解すべきである。本発明は、様々な他の実施形態で実践されてもよく、また、本明細書に明らかに開示されていない別の方法で実施及び実装されてもよい。また、本明細書で使用される表現及び用語は、説明のみのためのものであり、決して限定的であるとみなされるべきではないことを理解されたい。「含む」「備える」あるいは「有する」などの表現は、その後に続く要素及びそれと同等物ならびに追加の要素及びそれと同等物を包含することを意味する。さらに、様々な実施形態の説明において、列挙を使用する場合もある。特に明記しない限り、列挙の使用は、任意の特定の順序又は部品の数に本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。また、列挙の使用は、列挙されたステップ又は部品に組み合わされ得る任意の追加のステップ又は部品を本発明の範囲から排除するものとして解釈されるべきではない。「Ｘ、Ｙ及びＺの少なくとも１つ」として請求の範囲の要素を参照している場合は、Ｘ、Ｙ、又はＺの個々に任意の１つ、及びＸ、Ｙ、Ｚの任意の組み合わせ、例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚや、Ｘ、Ｙや、Ｘ、Ｚ、そしてＹ、Ｚなども含むことを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施形態による導波路を組み込んだ超音波装置の斜視図である。
【図２】図２は、固体導波路の斜視図である。
【図３】図３は、固体導波路の上面図である。
【図４】図４は、固体導波路の端面図である。
【図５】図５は、別の固体導波路の斜視図である。
【図６】図６は、対象接触面への超音波結合ゲルの塗布を示す固体導波路の底面斜視図である。
【図７】図７は、導波路の斜視図である。
【図８】図８は、電極配置を示す導波路の斜視図である。
【図９Ａ】図９Ａは、音響モジュールの第１の断面斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、音響モジュールの第２の断面斜視図である。
【図１０】図１０は、一体型ヒートシンクと代替導波路を組み込んだ音響モジュールの断面斜視図である。
【図１１】図１１は、さらに別の実施形態を組み込んだ音響モジュールの断面斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明のさらに別の実施形態を組み込んだ音響モジュールの断面斜視図である。
【図１３】図１３は、通気音響モジュールの斜視図である。
【図１４】図１４は、通気音響モジュールの断面斜視図である。
【図１５】図１５は、別の導波路を有し、相変化材料を組み込んだ音響モジュールの分解斜視図である。
【図１６】図１６は、図１５の相変化材料を組み込んでいる場合の、音響モジュールの内部温度を示すグラフである。
【図１７】図１７は、別の複合導波路の斜視図である。
【図１８】図１８は、温度変化に対する音速の変化を比較したグラフである。
【図１９】図１９は、周波数に対する音響モジュール効率のプロットを示すグラフである。
【図２０Ａ】図２０Ａは、均一性走査アルゴリズムなしの場合の音響モジュール出力の熱画像である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、均一性走査アルゴリズムなしの場合の、導波路の幅方向の温度の折れ線グラフである。
【図２１Ａ】図２１Ａは、均一性走査アルゴリズムと音響モジュールの出力の熱画像である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、均一性走査アルゴリズムを有する導波路の幅方向の温度の折れ線グラフである。
【図２２】図２２は、別の超音波装置の斜視図である。
【図２３】図２３は、図２２の超音波装置の音響モジュールの分解斜視図である。
【図２４】図２４は、図２２の線２４−２４に沿って切った音響モジュールの断面図である。
【図２５】図２５は、図２２の線２５−２５に沿って切った音響モジュールの断面図である。
【図２６】図２６は、別の音響モジュールの分解斜視図である。
【図２７】図２７は、図２６の代替の音響モジュールの第１断面図である。
【図２８】図２８は、図２６の代替の音響モジュールの第２断面図である。
【図２９】図２９は、別の代替の音響モジュールの上面斜視図である。
【図３０】図３０は、図２９の代替の音響モジュールの底面斜視図である。
【図３１】図３１は、図２９の代替の音響モジュールの分解上面斜視図である。
【図３２】図３２は、図２９の代替の音響モジュールの分解底面斜視図である。
【図３３】図３３は図２９の実施形態の固体導波路及びヒートシンクの斜視図である。
【図３４】図３４は図２９の実施形態の固体導波路及びヒートシンクの側面図である。
【図３５】図３５は、図３４の固体導波路の領域Ａの拡大図である。
【図３６】図３６は、フィンガスケットの斜視図である。
【図３７】図３７は、チャンバガスケットの斜視図である。
【図３８】図３８は、チャンバガスケットを取り付けた音響モジュールを部分的に組み立てた状態を示す斜視図である。
【図３９】図３９は、カバーを取り付けた音響モジュールを部分的に組み立てた状態を示す斜視図である。
【図４０】図４０は、ＰＣＢを取り付けた音響モジュールを部分的に組み立てた状態を示す斜視図である。
【図４１】図４１は、カバーガスケットを取り付けた音響モジュールを部分的に組み立てた状態を示す底面斜視図である。
【図４２】図４２は、先端ガスケットを取り付けた音響モジュールを部分的に組み立てた状態を示す上面斜視図である。
【図４３】図４３は、図３０の線４３−４３に沿って切った、図２９とは別の音響モジュールの断面図である。
【図４４】図４４は、図３０の線４４−４４に沿って切った、図２９とは別の音響モジュールの断面図である。
【図４５】図４５は、図４０の線４５−４５に沿って切った、部分的に組み立てられた別の音響モジュールの断面図である。
【図４６】図４６は、図４１の線４６−４６に沿って切った部分的に組み立てられた別の音響モジュールの断面図である。
【図４７】図４７は、図４５の領域Ａの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
概要
【００２３】
本発明の一実施形態による固体導波路を組み込んだ超音波装置を図１に示す。超音波装置１０は、トランスデューサ１４と固体導波路１６を有する音響モジュール１２を含む。本実施形態では、トランスデューサ１４は、例えば、エポキシ又は他の適切な接着剤によって、導波路１６の上面に固定されている。本実施例の超音波装置１０は、使用者の皮膚に超音波エネルギーを与えると、皮膚の面下約２〜６ミリメートルの深さで超音波エネルギーを集束させるように構成されている。所望の集束を達成するために、トランスデューサ１４及び導波路１６は湾曲している。図示の実施形態では、トランスデューサ１４、導波路１６の上面と導波路１６の底面は、同軸の曲線に沿って延びている。所望であれば、導波路１６は、密接にトランスデューサ１４を受容するように構成された凹部を含んでいてもよい。
【００２４】
音響モジュール１２は、熱管理オプションに対応するために、トランスデューサ１４と導波路１６の後方に空間を配置してもよい。例えば、超音波装置１０は、トランスデューサ１４の後方の空間に位置し、熱的に固体導波路１６に結合されたヒートシンク１８を含んでいてもよい。ヒートシンク１８は、導波路１６の周縁部から延びるスカートによって画定してもよい。ヒートシンク１８は、固体導波路１６と一体に形成してもよく、又はヒートシンク１８は別々に形成し、超音波装置１０の組立時に導波路１６に接合してもよい。別の例として、能動的換気システムは、トランスデューサ１４の後方の空間に組み込んでもよい。能動的換気システムは、音響モジュール１２を介して外部の空気を移動させるマイクロファンを含んで冷却を提供してもよい。音響モジュール１２は、追加的又は代替的に相変化材料（「ＰＣＭ」）を含んで熱に対処するように構成してもよい。トランスデューサ１４と固体導波路１６の後方の音響モジュール１２内の空間の全て又は一部をＰＣＭ材料で満たすことができる。ヒートシンクを含む用途において、ＰＣＭ材料は、完全に又は部分的にヒートシンクのフィンを囲んでもよい。ＰＣＭ材料は用途ごとに変更可能であるが、図示の実施形態ではＰＣＭワックス又はマイクロカプセル化ＰＣＭの粉末であってもよい。
【００２５】
超音波装置１０は、トランスデューサ１４に動作電力の印加中に均一性走査掃引を実行するように構成されるコントローラを含んでいてもよい。均一性走査掃引は音響モジュール１２の動作点を含み、許容される効率の損失を超えない周波数範囲を通って延びるように構成することができる。いくつかの用途では、許容される効率損失は約５％であってもよい。均一性走査窓は、音響モジュールごとに決定してもよい。例えば、各音響モジュールは、製造後に試験して、その音響モジュールに適した均一性走査窓を決定してもよい。
【００２６】
方向を表す用語、例えば「垂直」、「水平」、「上部」、「底部」、「上方」、「下方」、「内側」、「内方」、「外側」及び「外方」などの用語は、図に示した実施形態の向きに基づいて本発明を説明するのを助けるために使用する。方向を示す用語の使用は、任意の特定の方向（又は複数の方向）に本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
【００２７】
超音波装置
【００２８】
上述したように、本発明は、超音波装置１０のような超音波装置に組み込んで、ヒトの皮膚に音響エネルギーを適用して、細かい線、しわ、皮膚のたるみに対処するために使用することを意図して構成されている。図示の実施形態では、超音波装置１０は、家庭での使用に適している携帯型装置であり、概して電源と、主ハウジング２０に収容される制御システム、並びに主ハウジング２０の一端に取り付けた音響モジュール１２を含む。本実施形態では、超音波装置１０の動作は、主ハウジング２０に含まれるコントローラ（図示せず）によって制御される。装置１０はまた、ユーザが装置１０の動作を制御することができるとともに、装置１０がユーザに出力を提供することができるユーザ・インターフェースを含んでいてもよい。所望に応じて、ユーザ・インターフェースは、用途ごとに変更可能である。しかし、図１の実施形態では、ユーザ・インターフェースは、２つの入力ボタン１１ａ−ｂ、３個のＬＥＤ部１３ａ−ｃ及びＯＬＥＤディスプレイ１５を含む。ユーザ・インターフェースの部品は、作動可能にコントローラに結合されたユーザ・インターフェースプリント回路基板（図示せず）上で実行してもよい。この実施形態では、コントローラ（図示せず）は、ユーザ・インターフェースからの入力と出力を制御するなど、超音波装置１０の動作のすべての側面を制御するとともに、適切な制御方式に従ってトランスデューサ１４への電力の供給を制御するように構成された従来のマイクロコントローラである。コントローラは、トランスデューサ１４に適切な電気信号を提供するために使用することができる電力調整及び電力制御エレクトロニクスを含んでいても、あるいは関連付けられていてもよい。例えば、装置１０は、ＡＣ信号への電力供給（例えば、電池）のＤＣ信号に変換するためのドライバを含んでもよい。また、トランスデューサ１４に適宜電力を供給するために信号を増幅する増幅器を含んでもよい。動作中、コントローラは、以下でより詳細に説明する均一走査方式の実装に応じて、トランスデューサ１４に動作電力を供給してもよい。装置１０の動作及び制御機能は、単一のコントローラによって処理されてもよく、又は所望に応じて、複数のコントローラ間で分割されてもよい。この装置１０の制御アーキテクチャは単なる例示であり、装置は、代わりに本質的に任意の合理的な数の別のコントローラで実現することができる。超音波装置１０は、内部の電気エネルギー貯蔵装置が誘導電源などの無線電力供給を使用して充電できる無線充電システム（図示せず）を含んでいてもよい。あるいは、超音波装置１０は、電源コードを含み、壁のコンセントから主電源を受け取ってもよい。装置は、コードレス動作ができるように、電源コードによって供給される電力を、内部の電気エネルギー貯蔵装置を充電するために使用してもよい。あるいは、装置は、電源コードによって装置に供給される主電源から直接動作してもよい。
【００２９】
概して、図９の音響モジュール１２は、トランスデューサ１４と、導波路１６と、ヒートシンク１８とを含む。図示の実施形態では、超音波装置１０は、電源が、必要に応じて再充電及び／又は交換可能な電池又はキャパシタなどの電気エネルギー貯蔵装置である携帯無線装置である。音響モジュール１２は、本質的に任意のハウジング構造でもよいが、図示の実施形態では、概してヘッド２４とクロージャ２６を有するツーピースハウジングアセンブリを含んでいてもよい。ヘッド２４は、トランスデューサ１４と固体導波路１６を収容する。ヘッド２４は、導波路１６がヘッド２４から突出できる導波路開口部２８を画定する。図示された実施例のクロージャ２６は、ヘッド２４の後端部を閉じるように構成されている。クロージャ２６は、音響モジュールプリント回路基板（「ＰＣＢ」）２２を受容するコントローラシート２７を含んでいてもよい。本実施形態では、音響モジュール１２は、トランスデューサ１４の後方の拡大空間２９を画定する。以下でより詳細に説明するように、この空間は、１つ以上の熱管理オプションを収容することができる。
【００３０】
図示の実施形態では、固体導波路１６は、一体構造である。固体導波路１６は、概ね、本体３０の両側に配設された対象接触面３２とトランスデューサ面３４を有する本体３０を含む。図示の実施形態では、対象接触面３２は、本体３０から突出して対象の皮膚と直接接触して配置されるように構成されている。図示の実施形態では、対象接触面３２とトランスデューサ面３４の形状は、音響エネルギーを集束するように選択される。本実施形態では、導波路１６は、皮膚の面下約２〜６ミリメートルに集束した比較的狭い線に沿って音響エネルギーを印加するように構成されているが、集束線の特性は用途ごとに変更可能である。例えば、集束深度、集束線の幅及び長さを変えることができる。集束線に音響エネルギーを集束しやすいよう、対象接触面３２は、浅い曲面に沿う。図示の実施形態の対象接触面３２は、単一の軸線の周りに湾曲している。図示された実施形態のトランスデューサ面３４は、本体３０上の対象接触面３２の反対側に配置されている。対象接触面３２の場合と同様に、トランスデューサ面３４は、単一の軸線の周りに湾曲する浅い曲面に沿う。本実施形態では、トランスデューサ面３４と対象接触面３２は、共有軸線を中心に湾曲している。
【００３１】
図示の実施形態では、音響モジュール１２は、固体導波路１６に固定され、空間２９内に延びているヒートシンク１８を含む。本実施形態のヒートシンク１８は、概して、導波路１６の両側に固定された２つのヒートシンク半体１８ａと１８ｂとを含む。各ヒートシンク半体１８ａ−ｂは、面積を大きくして熱伝達を改善するために複数のフィン４０を備える。図示のように、各ヒートシンク半体１８ａ−ｂは、ヘッド２４の壁の内側面に沿って延びており、内側に延びる複数のフィン４０を含む。図示の実施形態では、ヘッド２４は、対称ではなく、２つのヒートシンク半体１８ａ−ｂのフィン４０は、この非対称性に対応するために変更できる。より具体的には、後方トランスデューサ１４の開放スペースがトランスデューサ１４の長さと幅に対応できるように、ヒートシンク半体１８ａのフィン４０は、ヒートシンク半体１８ｂのフィン４０よりも実質的に短い。ヒートシンクの数、サイズ、形状及び構成は、所望に応じて用途ごとに変更可能である。図示の実施形態では、ヒートシンク半体１８ａ−ｂは、アルミニウムから製造されるが、銅又は真鍮のような適切な熱質量を提供する別の材料から製造することができる。
【００３２】
ヒートシンク１８の設置を容易にするため、図１の固体導波路１６はヒートシンクスロット３６ａ及び３６ｂの組を画定する。本実施形態では、ヒートシンクスロット３６ａ−ｂは、比較的深く、ヒートシンク１８との接触面積をより大きくすることができる。これは、ヒートシンク１８の導波路１６からの熱伝達を促進するのに役立ち得る。ヒートシンクスロット３６ａ−ｂは、また、効率と性能に負の影響を及ぼす可能性があるフリンジ歪み波を最小限にすることができる。ヒートシンク１８は、本質的に任意の適切な方法を用いて導波路１６に固定することができる。例えば、ヒートシンク１８ａと１８ｂの２つの半体は、熱伝導性接着剤を用いて、それぞれ、ヒートシンクスロット３６ａ−ｂに固定することができる。別の例として、ヒートシンク１８ａ−ｂの両半体は、締まり嵌め（例えば、圧入又は摩擦）によって導波路１６に固定されてもよい。ヒートシンクスロット３６ａ−ｂのサイズ、形状及び構成は、所望のヒートシンクを収容するために、用途ごとに変更可能である。以下でより詳細に説明するように、導波路１６とヒートシンク１８が一体部品として一体に形成されてもよい。
【００３３】
別の実施形態では、ヒートシンクは、固体導波路と一体に形成されていてもよい。例えば、図１０は、固体導波路１６’とヒートシンク１８’が一体構造である点を除いて、図９の音響モジュール１２と本質的に同一である代替音響モジュール１２’を示している。図１０に見られるように、固体導波路１６’とヒートシンク１８’はヘッド２４’とカバー２６’が協働して画定する空間２９内に封入されている。図９の実施形態と同様、固体導波路１６’は、ヘッド２４’の開口部２８’を通って延び、対象接触面３２’を対象に接触させることができるように構成されている。
【００３４】
固体導波路１６の形状について、図８を参照してより詳細に説明する。上述したように、トランスデューサ１４、対象接触面３２、及びトランスデューサ面３４は、湾曲して音波に垂直入射し、伝送効率を向上させることができる。本実施形態では、トランスデューサ１４、対象接触面３２、及びトランスデューサ面３４は同心である。しかしながら、機械的に音響モジュール１２の集束深度を変更するために、部品の形状を変えることができる。例えば、面３２及び３４は同心円状である必要はなく、１つ以上の曲線を変化させて、音響モジュール１２の集束深度を調節してもよい（例えば、１つ以上の曲線を低減させて音響モジュール１２の集束深度を増加させてもよい）。本実施形態では、対象接触面３２とトランスデューサ面３４との間の半径方向距離は、トランスデューサ１４（又は１／２波長の倍数）によって生成される音響エネルギーの波長の約１／２となるように選択される。以下に述べたように、トランスデューサ１４によって生成される音響エネルギーの周波数は、範囲内で変化させてもよい。このような用途では、導波路１６の厚さは、１／２波長又は周波数帯（例えば、１／２波長のＮ倍、Ｎは整数）の中央における１／２波長の倍数となるように選択することができる。ヒートシンクスロット３６ａ−ｂは、トランスデューサ１４の長手方向縁部におよそ対応するように選択した深さを有している。上述したように、これはフリンジ歪み波を最小限に抑えるために役立つ可能性がある。所望に応じて、トランスデューサ１４と固体導波路１６のサイズ、形状及び構成は、用途ごとに変更可能である。図示の実施形態では、対象接触面３２は、皮膚と接触をしやすいようにコーティングされてもよい。例えば、美学及び生体適合性のために陽極酸化の１０−２５ｕｍ層を対象接触面３２に塗布してもよい。湾曲した対象接触面３２は、音響エネルギーを集束するのに役立つだけでなく、超音波ゲルＧを受け取って保持するための凹部も提供する（図６参照）。
【００３５】
図示の実施形態では、導波路１６は、アルミニウムで製造したが、所望に応じて、他の材料から製造してもよい。導波路１６は、本質的に任意の適切な製造プロセスによって製造することができる。例えば、固体導波路は、押し出し成形して長さを切断してもよいし、材料のブロックから機械加工してもよい。他の例として、導波路は、ダイカスト、インベストメント鋳造又は形成された使用済みの金属を射出成形してもよい。導波路は、例えば、薄膜蒸着層でコーティングしてもよく、又は所望であれば、腐食や面変色を防ぐために陽極酸化してもよい。導波路は、別の材料からも製造できるが、アルミニウムがいくつかの用途において有益である。なぜなら、アルミニウムは温度と音速の関係が実質的に線形であり、水のように顕著ではないからである。図１８に示すように、例えば、２０〜４０℃の予想作動範囲にわたって考えた場合、アルミニウムでの音の速度の変化は約０．４１％に過ぎず、これは、水での同様の変化よりもはるかに低い。これは、この温度範囲において、１８．５ｋＨｚのシフトとなる。これは、音響モジュールの全体的な共振点から比較的小さいシフトとなるため、システムの制御方法を変更することができる。多くの従来の超音波装置では、コントローラは、様々な周波数における音響ヘッドの効率を評価して、周期的に動作点を調整して、内部温度の変化に適応させている。本発明の実施形態を組み込んだ超音波装置は、半定在波サイクル（又は半波長の整数倍）がアルミニウム導波路を介して伝送される周波数を対象とすることができる。この周波数は、以下でより詳細に説明する均一走査制御方法の中心動作周波数として使用することができる。この均一走査制御方法の一つの利点は、温度変化を補償するために、中心動作周波数をシフトさせる必要なしに、単一の最適化された中心動作周波数で動作できるシステムの能力が挙げられる。これにより、音響パワーのより効率的な伝送が可能となり、携帯型装置による消費電力と熱上昇を低減することができる。
【００３６】
トランスデューサ１４は、本質的に外部電界を受けたときに超音波を生成できるよう、振動により逆圧電効果を示せば、任意の装置でよい。トランスデューサ１４は、用途ごとに変更可能であるが、図示の実施形態のトランスデューサ１４は、２枚の導電板５４及び５６との間に配置された圧電基板５２を含む（図４参照）。使用中、電気駆動信号が２枚の導電板５４及び５６に印加され、電力は、圧電基板５２を通過する。図示の実施形態では、トランスデューサ１４は、業界標準タイプＰＺＴ４、ＰＺＴ４Ａ、ＰＺＴ４Ｄ又はＰＺＴ８のハードＰＺＴのような圧電セラミック部品、又はセラミック圧電結晶である。例えば、トランスデューサは、モルガン技術セラミックス製の、セラミックトランスデューサＰＺＴ４０１又はＰＺＴ４０４型であってもよい。導電板５４及び５６は、厚膜銀（例えば、ガラスフリットマトリックスを含むペースト）、又は無電極ニッケルめっきのような、他の適切な導電性材料から製造することができる。しかしながら、本発明は、種々の周知の供給業者から市販されている、別の多種多様な音響トランスデューサのいずれかを用いて実現してもよい。
【００３７】
上述したように、本実施形態のトランスデューサ１４は、固体導波路１６のトランスデューサ面３４に固定されている。図示の実施形態では、トランスデューサ１４は、エポキシ４６（又は別の接着剤）の薄層によって固体導波路１６に固定されている。本実施形態では、エポキシ層４６は、トランスデューサ１４と固体導波路１６との間の界面全体にわたって比較的均一である。これにより、対象接触面３２の全範囲にわたって音響エネルギー伝達における均一性を改善することができる。所望の場合、エポキシ４２は、トランスデューサ１４と固体導波路１６との間の電気的接続を改善する導電性ビーズ４４（例えば、図２に小さな円で概略的に表される小さな金属ビーズ）を含んでいてもよい。これらの導電性ビーズ４４はオプションであり、それらがなくても適切な電気的接続が確立できる場合（又は第２の電極５０は、導波路１６を介して間接的に接続されているのではなく、トランスデューサ１４の底面に直接接続されている場合）には、なくてもよい。エポキシ又は別の接着剤が、それらなしで充分な導電性を有している場合、又は結合線が、充分細くて部品間を充分密接／直接に接触することができる場合、例えば、ビーズ４４を省略してもよい。図示の実施形態では、電力は、トランスデューサ１４の露出面と接触（又は結合）している第１の電極４８と、固体導波路１６又はトランスデューサ１４の底面に接触（又は結合）している第２の電極５０によって、トランスデューサ１４に印加される。固体導波路１６は、トランスデューサ１４の底面に電気的に結合され、実際には、電気信号が、トランスデューサ１４の上部及び底部の主面に適用される。図９Ｂに示すように、例えば、ワイヤ４７ａ−ｂは、音響モジュールＰＣＢ２２から固体導波路１６まで延びていてもよい。第１のワイヤ４７ａは、トランスデューサ１４の上面中央部に接合されてもよく、第２のワイヤ４７ｂは、固体導波路１６の上部面又はトランスデューサ１４の底部の導電板に接合されてもよい。このアプローチは、単に例示的なものであり、別の方法で電力はトランスデューサ１４に供給してもよい。例えば、図７は、電極が、トランスデューサ１４の両端にはんだ付けされている実施形態を示している。この実施形態では、第１の電極は、トランスデューサ１４の一方の端部の長手方向の端部に天板にはんだ付けされ、第２の電極は、トランスデューサ１４の反対側の長手方向端部に底板にはんだ付けされている。トランスデューサ１４の両端に電極をはんだ付けすることにより、はんだ付け接続から生じる任意の減衰が、トランスデューサ１４に対称効果をもたらし、それによって集束の長手方向の出力音場の均一性を向上させる。
【００３８】
トランスデューサ１４をトランスデューサ面３４に固着するエポキシ４６の種類、並びにエポキシ４６を塗布するために利用される方法及び技法は、用途ごとに変更可能である。例えばエポキシは、エポキシテクノロジー社が販売するＥＰＯＴＥＫの３５３ＮＤとＥＰＯＴＥＫ３０１、及びロックタイトが販売するロックタイトＭ−１２１ＨＰを含む。一実施形態では、トランスデューサ１４を導波路１６のトランスデューサ面３４に接合するために選択したエポキシ４６の種類は、７０〜９０、８０〜１００、又は９０〜１１０の範囲内のショアＤ硬度を有していれば、接合部の間の超音波の適した伝達ができる。エポキシ４６は、実質的に剥離することなく、結合した部品の長期間の動作を保証できるだけの充分な結合強度を提供するように選択することができる。部品間の剥離（例えば、トランスデューサ１４とトランスデューサ面３４）は、効率と均一性の測定値に負の影響を与える「デッドゾーン」となる可能性がある。そのようなトランスデューサ１４とトランスデューサ面３４のような２つの部品を結合するために選択される材料及びプロセスにより、２つの部品間が実質的に均一なエポキシによって覆われることになる。一実施形態では、エポキシ４６を塗布するため、そして部品を接合するための材料及びプロセスは、接合領域内の空気ポケット又は空隙の形成を実質的に防止又は回避することができる。かなり大きな任意の空気ポケット又は空隙は、効率と均一性の測定値に負の影響与える可能性がある。
【００３９】
トランスデューサ１４と導波路１６のトランスデューサ面３４との間に充分な接合強度を確保するため、エポキシ４６の塗布前に部品を調製することができる。調製は、イソプロピルアルコール（例えば、９０％以上純粋なイソプロピルアルコール、又は９９％以上純粋なイソプロピルアルコール）の超音波浴での洗浄を含んでいてもよい。さらに又は代替的に、部品は、プラズマ・エッチング・プロセスとの接着のために洗浄及び調製してもよい。プラズマエッチングは、プラズマエッチング社が販売するプラズマエッチングＰＥ−１００のような、プラズマエッチング装置を有する真空チャンバ内で行ってもよい。あるいは、プラズマエッチングは、プラズマトリートＵＳＡ、Ｉｎｃ．が販売するプラズマトリートオープンエアーシステムなどのプラズマエッチング装置で、大気の条件下で実施してもよい。
【００４０】
一実施形態では、トランスデューサ１４と導波路１６のトランスデューサ面３４を接着するために利用されるエポキシ４６は、エポキシ製造業者が指定することができる混合や脱ガス処理技術を含む２成分エポキシであってもよい。一例として、エポキシ４６は、手動で混合、脱ガス処理及びシリンジへ装填することができる。エポキシ４６の硬化は、高温のオーブンに部品を配置することによって促進される。エポキシ４６の接着線の厚さや均一性は、硬化プロセス中に接着中の部品に決まった重量又はクランプ力をかけることによって制御することができる。さらに、又は代替的に、潜在的に１つ以上の自動化されたマニピュレータ又はロボットの部品を組み込んだ自動化された作業セルを設け、部品をプラズマエッチングし、エポキシを混合し、エポキシを分配し、部品を接合し、クランプ力を与え、それらをコンベヤオーブンに送り、硬化させる。一実施形態によれば、エポキシの分配には、例えば、ＰＶＡ又は精密バルブ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎが提供する分配弁の１つ、例えばＰＶＡが販売するＤＸ１００及びＶＰＸ−２Ｋ動的混合弁などのような分配弁を使用することができる。一実施形態に係る接合部品に適用されるクランプ力は、１ｌｂ（０．４５３６ｋｇ）、３ｌｂｓ（１．３６０８ｋｇ）又は５ｌｂｓ（２．２６８ｋｇ）より大きい又はこられに略等しくてもよい。エポキシ４６を硬化させるためのオーブン温度は、エポキシ４６のタイプとそれに関係する材料によって、用途に応じて変更可能である。一例として、９０Ｃ〜９５Ｃ、９５Ｃ〜１００Ｃ、１００Ｃ〜１０５Ｃ、１０５Ｃ〜１１０Ｃ、又は１００Ｃ〜１１０Ｃの間の動作のために設定してもよい。硬化時間も用途に応じて変更可能で、６分、１２分、１８分、２４分、３０分より長いもしくはこれらと略同等の時間を含む。
【００４１】
経験から、固体導波路１６に対するトランスデューサ１４の適切な配置を維持することにより、音響伝送の均一性が改善され、製品間の一貫性が改善される。別の例示の実施形態では、固体導波路１６は、トランスデューサ１４の保持を助けるように構成されたエポキシ「フレーム」を導波路１６上の適所に含んでいてもよい（図２及び３参照）。この別の実施形態では、エポキシフレームは、トランスデューサ１４の周縁外側のトランスデューサ面３４から上方に延びているエポキシの狭い隆起部を含む。これらの隆起部は、固体導波路１６にトランスデューサ１４を固定するプロセスから生じる場合もある。より具体的には、隆起部は、トランスデューサ１４と導波路１６が未硬化エポキシの上に一緒に配置されている時に、トランスデューサ１４と固体導波路１６との間から滲み出る余分なエポキシによって形成される場合もある。所望であれば、導波路１６のトランスデューサ面３４は、エポキシ隆起部を形成しやすいように構成してもよい。例えば、導波路１６のトランスデューサ面は、トランスデューサ１４と導波路１６との間から滲出したエポキシを蓄積及び整形しやすいように、トランスデューサ１４の周縁から離間した小さいリブを含んでいてもよい。エポキシ隆起部は、トランスデューサ１４の周囲全体に延びていても、周囲の一部分のみに沿って延びていてもよい。
【００４２】
トランスデューサは、他の技術及び装置を用いて導波路に固定してもよい。例えば、図５に示した別の実施形態において、固体導波路１６”には、トランスデューサシート４２”が設けられていてもよい。トランスデューサシート４２”は、トランスデューサ１４”の外周形状に厳密に対応するように構成されたトランスデューサ面３４の浅い凹部であってもよい。凹部は、導波路１６”上の適所に適切にトランスデューサ１４”を配置して保持するのに役立つように形成してもよい。電気接点は、代替のさまざまな方法でトランスデューサ１４”にも適用することができる。本実施形態では、トランスデューサ１４”は、一対の導電板の間に挟まれた圧電基板を含む。より具体的には、トランスデューサ１４”の露出した主面を第１の導電板とし、隠れた主面を第２の導電板とすることができる。このトランスデューサ１４”に電気信号を提供するため、装置は、トランスデューサ１４”の上面と直接接触する、バネ荷重接点（例えば、ポゴピン）（図示せず）のような第１の電気接点を含んでいてもよい。例えば、ポゴピンは、トランスデューサ１４”の露出面上の第１の導電板の略中央に接していてもよい。図５に示すように、トランスデューサシート４２”は、トランスデューサ１４”よりも長尺で、電気接点を受容できる延長部４３”を提供してもよい。例えば、このようなバネ荷重接点（例えば、ポゴピン）（図示せず）のような第２の電気接点は、固体導波路１６”への電力信号を接続するための延長部に配置することができる。固体導波路１６”は、導電性接着剤によってトランスデューサ１４”の底面の第２の導電板に電気的に結合されてもよい。図５の実施形態では、エポキシの細片は、トランスデューサ１４”の周りで「フレーム」４５”を形成してもよい。この実施形態では、トランスデューサシート４２”は、トランスデューサ１４”よりも僅かに大きく、トランスデューサ１４”の周囲とトランスデューサシート４２”の間に狭い隙間が形成されるようにしてもよい。組み立て中に、トランスデューサ１４”と固体導波路１６”との間に塗布されたエポキシは部品間から滲み出して、図示のエポキシフレーム４５”を形成してもよい。エポキシフレームの使用は任意であり、所望しないときに省略することができる。
【００４３】
音響モジュール２１２の別の実施形態では、固体導波路２１６及びヒートシンク２１８は、一体構造であってもよい。図１１に示すように、ヒートシンク２１８は、固体導波路２１６の周縁部から後方に延びるスカートの形態であってもよい。ヒートシンク２１８の後方端部は、カバー２２６によって閉鎖されていてもよい。本実施形態では、固体導波路／ヒートシンクの組み合わせは、それ自体が、音響モジュール２１２のヘッド２２４を形成し、これにより、別々のハウジング部品の使用を排除して、図９Ａに示すようなヘッド２４を形成してもよい。図示のように、トランスデューサ２１４は、図１の実施形態に関連して示されるものと本質的に同じ方法で固体導波路２１６のトランスデューサ面２３４に固定されてもよい。
【００４４】
本実施形態では、補足的な熱管理を提供することが望ましい場合がある。例えば図１２に示すように、音響モジュール２１２’は、音響モジュール２１２’の内部に配置されている補助的なヒートシンク２１９’を含んでいてもよい。補足ヒートシンク２１９’は、スカート２１８’と直接接触していてもよく、また、面積を増加させることによって熱伝達を改善する複数のフィン２４０’を含んでいてもよい。ヒートシンク２１９’のサイズ、形状及び構成は、所望に応じて用途ごとに変更可能である。別のオプションとして、スカート自体が、別々のヒートシンク（図示せず）を必要とすることなく、熱伝達を改善するために、複数の一体型フィンを含んでいてもよい。
【００４５】
さらに別の実施形態では、音響モジュール３１２は、能動的換気システム（図１３及び図１４を参照）を備えることができる。本実施形態では、ヘッド３２４は、通気開口部３２５ａ−ｂと音響モジュール３１２を介して空気を移動させるための内部ファン３２７とを含む。図示の実施形態では、ヘッド３２４は、対向する側壁で２組の通気開口部３２５ａ−ｂを画定する、すなわち、１組の通気開口部３２５ａは協働して空気出口となり、別の１組の通気開口部３２５ｂは協働して空気入口となる。図１４は、出口開口部３２５ａを示し、図１３は、入口開口部３２５ｂを示す。通気開口部の数、サイズ、形状及び位置は、用途ごとに変更可能である。通気開口部３２５ａ−ｂは、通気開口部３２５ａ−ｂを介して音響モジュール３１２に侵入する水及び破片を防ぐ通気性膜３２９によって覆われていてもよい。通気性膜３２９は、有孔材料及び他の空気透過性材料など、他の換気材料で置き換えてもよい。例えば、通気開口部は、連続気泡発泡体、ろ過媒体及び／又は小さな開口部を有する層メッシュ／スクリーンによって覆ってもよい。図１４を参照すると、内部ファン３２７は、低電力マイクロファンであってもよい。様々な、適した代替ファンが種々の周知の供給業者から市販されている。使用時には、ファン３２７は、入口開口部３２５ｂを介して音響モジュール３１２に冷気を引き込み、空気をヒートシンク３１８とヒートシンクフィン３４０上に移動させ、出口開口部３２５ａを介して空気を排出する。所望であれば、音響モジュール３１２に温度センサ（図示せず）を備えていてもよく、コントローラ（図示せず）は、音響モジュール３１２内の温度が所定の閾値を超えた場合にのみ、ファン３２７を動作させるように構成してもよい。
【００４６】
能動的換気システムは音響モジュール１２’と本質的に同一である音響モジュールに関連して説明しているが、能動換気システムは、図示又は本明細書に記載される本質的に別の任意の音響モジュールに組み込まれてもよいことは理解できよう。
【００４７】
図９〜１４に示す様々な音響モジュールは、固体導波路に直接固定されたトランスデューサで構成されている。別の実施形態では、レンズは、トランスデューサと導波路の間に配置することができる。例えば、図１７は、音響モジュール４１２は、レンズ４６０と導波路４１６を含む、別の実施形態を示している。本実施形態では、トランスデューサ４１４は、平坦な圧電セラミック結晶である（他のタイプのトランスデューサであってもよいが）。本実施形態のレンズ４６０は、アルミニウムから製造され、トランスデューサ４１４を受容する平面状トランスデューサ面４３３と導波路４１６とインターフェースを取る湾曲した導波路面４３５を有している。導波路面４３５の曲率は、全体の界面領域にわたって緊密かつ均一な接続を提供するために、導波路４１６のレンズ面４３４の曲率と一致するように構成されている。音響経路に沿った湾曲面は、音響エネルギーに所望の集束を提供するように選択される。例えば、レンズ及び導波路の曲率は、対象接触面４３２から約２〜６ミリメートルの深さで音響エネルギーを集束するように選択される。本実施形態の導波路４１６は、架橋ポリスチレン（例えば、Ｒｅｘｏｌｉｔｅ（登録商標）プラスチック）から製造されるが、導波路４１６は、別の材料から製造してもよい。例えば、導波路４１６は、環状オレフィンコポリマー、シリカ又はホウケイ酸塩（例えば、パイレックス（登録商標））から製造することができる。トランスデューサ４１４は、エポキシの薄い層（図示せず）を用いてレンズ４６０に固定することができる。この実施形態では、第１の電極（図示せず）は、トランスデューサ１４の上部の露出面に電気的に結合され、第２の電極（図示せず）は、トランスデューサ１４の底面に電気的に結合される。本実施形態では、レンズ４６０は、トランスデューサ１４の底面へのアクセスを提供する小さな溝４６１（又は他の凹部）を含む。第２の電極は、溝４６１を介してトランスデューサ１４の底面に経路設定することができる。あるいは、第２の電極をレンズ４６０に電気的に結合可能とし、レンズ４６０は、トランスデューサ４１４の底面に電気的に結合してもよい。例えば、上述したように、エポキシは、レンズ４６０及びトランスデューサ４１４の底面との間で電気的に接続する導電性ビーズを含んでいてもよい。
【００４８】
導波路４１６は、レンズ４６０の下方に配置され、レンズ４６０から受容した音響エネルギーを伝達するように構成されている。本実施形態では、導波路４１６は、上述の固体導波路１６と本質的に同一である。その結果、導波路４１６は、非常に詳細に説明されることはない。導波路４１６は、レンズ４６０のレンズ面４３４に固定された湾曲した上側導波路面４３５を含む。本実施形態では、レンズ４６０は、エポキシ又は他の適切な接着剤の薄い層によって導波路４１６に固定されている。本実施形態の導波路４１６は、適切な音響伝達特性（例えば、音響インピーダンス）を有するプラスチックから製造される。例えば、導波路４１６はＲｅｘｏｌｉｔｅ（登録商標）高性能プラスチックから製造することができる。
【００４９】
レンズ及び導波路の材料は、用途ごとに変更可能である。しかし、用途によっては、音響インピーダンスの減少に伴って音響経路を提供する材料を選択するのが望ましい。これにより、遅延経路を介して音波の伝達を改善することができる。図１７に示す実施形態では、トランスデューサ４１４は約３４ＭＲａｙｌｓの音響インピーダンスを有し、アルミニウムレンズ４６０は、約１７ＭＲａｙｌｓの音響インピーダンスを有し、Ｒｅｘｏｌｉｔｅ（登録商標）プラスチック導波路４１６は約２．３ＭＲａｙｌｓの音響インピーダンスを有する。これらの値は概算値であり、いくつかの変形例では、材料特性の変更が発生する場合もある。
【００５０】
相変化材料
【００５１】
動作中に、トランスデューサ１４は、かなりの量の熱エネルギーを生成することができる。いくつかの用途では、導波路又は他の皮膚接触要素が、不快（例えば、約４０℃）と感じられる温度に達しないように、熱エネルギーを吸収できる熱管理部品を設けるのが望ましい場合がある。上述したように、熱管理は、さまざまなヒートシンク装置によって及び／又は能動的換気システムによって提供することができる。本明細書に記載の他の熱管理オプションの補足として又は代替として、音響モジュールは、トランスデューサによって生成される熱を吸収し、保存する相変化材料を備えていてもよい。
【００５２】
本開示の目的のために、相変化材料の組み込みが、図１５に示す導波路／ヒートシンク部品に関連して説明されている。この導波路／ヒートシンク部品は、図１０の導波路／ヒートシンク１６’、１８’と本質的に同一であるが、相変化材料は、相変化材料を受容できる空間を有していれば本質的に任意の音響モジュールに組み込まれてもよい。図１５の実施形態では、導波路５１６とヒートシンク５１８とが一体部品として一体に形成されている。本実施形態では、相変化材料５７０は、部分的に又は完全に音響モジュール５２２内の内部空間を充填するように構成されている。使用時には、相変化材料５７０は、ヒートシンク５１８のフィン５４０と接触し、熱伝導の面積を増大させる。
【００５３】
音響モジュール５２０に組み込まれた相変化材料の量は、特定の用途に基づいて決定することができる。例えば、図示の実施形態において、相変化材料の量を決定するための１つの方法を説明する。この例では、装置の上限温度閾値は４０度Ｃであると決定していた。４０度Ｃの閾値は単なる例示であり、閾値は、用途ごとに変更可能である。この閾値では、通常の状況の下で装置が４０度Ｃを超えることを防止するのに充分な熱質量を有する相変化材料を組み込むことが望ましい。図示の実施形態では、音響モジュール５２０は、３０００ｓ未満で使用される時には約１Ｗの熱エネルギーを発生する。これは、装置のテストを介して決定した。その結果、本実施形態では、４０度Ｃの閾値を超えることなく３ｋＪを吸収するのに充分な熱容量を有する熱質量が適している。使用中、本発明は、熱吸収の相変化を利用する。この例の目的のために、相変化材料は、融解潜熱１９０〜２００Ｊ／ｇのパラフィンワックスとする）。これは、融点であれば、１６グラムの材料は、温度を大きく変化することなく、３ｋＪすべてを吸収することができることを意味する。材料の熱容量が融点（ＳＨＣ〜２．５Ｊ／（ｇ＊度Ｃ））よりはるかに低いため、完全な溶融のシナリオがあった場合、温度が閾値になる前に数度上がることができるように余裕を持って約３７℃の融解温度を選択した。図１６は、全処理時間中の時間にわたる音響モジュールの内部温度を示すグラフである。図から分かるように、内部温度は４０度Ｃの最大閾値を超えない。使用後は、液体又は半固体のワックスは、終日かけて周囲温度までゆっくりと完全に冷却される。所望であれば、コントローラは、相変化材料が充分冷却するまで、装置の動作を防止するように構成することができる。図示の実施形態では、これは完全な熱容量の復元ができなくなるような頻繁な装置の使用を防止する装置上のソフトウェアによって実施される。音響モジュール５２０は、装置が動作閾値未満に冷却されるまで、コントローラが、装置の動作を防止できる温度センサ（図示せず）を含んでいてもよい。あるいは、ソフトウェアは、時間に基づいて動作するように構成されてもよい。例えば、システムは、装置の使用の間に取らなければいけない冷却期間を組み込んでプログラムされてもよい。
【００５４】
図示の実施形態では、相変化材料は、約１９０〜２００Ｊ／ｇの融解潜熱を有するパラフィンワックスの形態である。図示の実施形態の使用においては、１６グラムのパラフィンワックスは、一度の使用中に、トランスデューサ１４によって生成される４０度Ｃを超えない熱エネルギーの全てを概ね吸収することができる。パラフィンワックスは、完全に溶融可能であるので、ワックスを含有するのが好ましく、また、潜在的に、トランスデューサの面から液体ワックスを離して保持することが望ましい場合もある。これは、材料を保持する硬質の箱を使用して、ヒートシンクキャビティ内に囲まれた空間を画定する棚を作成し、又は可撓性ポーチ又はバッグ内に相変化材料を封入することによって達成することができる。あるいは、そのような３ＭのＶＨＢのような発泡テープをトランスデューサ上に配置してトランスデューサを音響的に溶融又は固体ＰＣＭから隔離する。
【００５５】
別の実施形態において、本発明は、本質的に任意の相変化材料を用いて実現してもよい。例えば、相変化材料は、マイクロカプセル化粉末又はマクロカプセル化ゲルの形態であってもよい。パラフィンワックスと同様に、これらの代替の相変化材料は、いずれも、箱、可撓性バッグ、収縮ラップ又は剛性筐体のような、何らかの形態の筐体内に含んでいてもよい。いくつかの用途では、音響モジュールは、異なる相変化材料の組み合わせを含んでいてもよい。別の一実施形態では、相変化材料はオハイオ州デイトンのマイクロテックインダストリーズ社のＭＰＣＭ３７Ｄのような、「マイクロカプセル化」したＰＣＭ粉末であってもよい。この材料は、約３７度Ｃの温度で固体から液体に変換する相変化液体を含むが、高融点ポリマーの小さなシェルに保持される。正味の効果は、消費者用電子機器で予想される温度範囲において粉末状態を保つことができ、ヒートシンクフィンの周りに詰めることができる、熱吸収性の流動性の粉末である。粉末充填密度を増加させ、充填時間を短縮するために、振動テーブルを使用することができる。図示の実施形態では、マイクロカプセル化ＰＣＭ粉末が圧電性結晶に直接接触しており、追加の熱配管構造を必要としない、充分な熱伝導率（ただし、システム効率への影響を最小限に抑えられる、充分小さい音響結合）がある。
【００５６】
他の別の実施形態では、音響モジュールは、位相変化の異なるタイプを使用して動作する相変化材料を備えていてもよい。例えば、固体／固体の再結晶化を起こす相変化材料は、熱管理に利用することができる。このタイプの相変化材料は英国Ｙａｘｌｅｙの相変化材料製品株式会社から市販されている。これらの材料は、前述の液体／固体のＰＣＭと非常に類似した方法で、一定の温度で熱を吸収する能力を有している。これらの材料は、多くの場合、ワックス又はポリマー障壁でコーティングされている。
【００５７】
別の実施形態
【００５８】
上述のように、音響モジュールの設計及び構成は、所望に応じて、用途ごとに変更可能である。例示として、別の代替的な超音波装置６１０について、図２２〜２５を参照しながら説明する。本発明のこの別の実施形態は、以下に説明及び図面に示すように、音響モジュール６１２におけるバリエーションを除いて図１〜４及び図６〜９の実施形態と本質的に同様である。開示を容易にするために、超音波装置６１０は、それらが百の位の数字「６」をつけたことを除いては、超音波装置１０に関連して使用したものと対応する参照符号を用いて説明する。例えば、超音波装置は（１０ではなく）６１０で表し、音響モジュールは（１２ではなく）符号６１２によって表し、固体導波路は（１６ではなく）符号６１６で表す。
【００５９】
超音波装置６１０は、音響モジュール６１２のバリエーションに関連して、初期の超音波装置１０と異なる。図２３を参照すると、超音波装置６１０の音響モジュール６１２は、概ね、外側ハウジング６２４ａと、内側ハウジング６２４ｂと、カバー６２６とを含む。外側ハウジング６２４ａは、図９の実施形態に示したハウジング２４と概ね同一であってもよい。内側ハウジング６２４ｂは、主部６６０及びクロージャ６６２を含んでいてもよい。主部６６０及びクロージャ６６２は、協働して、ヒートシンク６１８を受容するように構成された内部空間６２９を画定する。図示していないが、内部空間６２９も相変化材料（上記のような）を含み、補足熱管理をしてもよい。例えば、充分な量の相変化材料を、内側ハウジング６２４ｂの中に挿入して、内部空間６２９内の空き領域を充填してもよい。本実施形態では、固体導波路６１６及びヒートシンク６１８は一体部品として一体に形成されている。ヒートシンク１８とは異なり、本実施形態のヒートシンク６１８は、フィンを備えていない。ヒートシンクを、内部空間６２９内に位置させ、また、固体導波路６１６とトランスデューサ６１４を内部空間６２９の外側に位置させることができるようにするため、主部６６０は、ヒートシンク６１８を内側ハウジング６２４ｂの内部空間６２９に嵌入させる一対のスロット６６８ａ−ｂを画定する（図２５参照）。カバーパネル６６２は、内側ハウジング６２４ｂの開放端部に設置することができる。この実施形態において、トランスデューサ６１４は、固体導波路６１６に隣接する内側ハウジング６２４ｂの上に配置されている。前述の実施形態と同様に、トランスデューサ６１４は、導電性接着剤によって固体導波路６１６に固定されてもよい。トランスデューサ６１４は、固体導波路６１６の上面の一部が露出するように固体導波路６１６よりも短くてもよい。図示したように、電気接点は、内側ハウジング６２４ｂの中に搭載されている一対のポゴピン６４８及び６５０（又は他のバネ荷重接点のような他の電気接点）によって製造することができる。例えば、ポゴピン６４８及び６５０は、接着剤によって、又は締まり嵌めによって内側ハウジング６２４ｂに固定することができる。ポゴピン６４８は、トランスデューサ６１４の上面の略中央に接していてもよい。ポゴピン６４８を中央に位置決めすることによって、均一な音響伝送がしやすくなる。ポゴピン６５０は、トランスデューサ６１４の底面と電気的に接触する固体導波路６１６の露出部分と接触していてもよい。図示はしていないが、ポゴピン６４８と６５０は、内部空間６２９を介して経路設定した電気リード線によって音響モジュールＰＣＢ６２２に電気的に結合されてもよい。ポゴピンの代替又は他のコネクタとして、電気リード線ははんだ付けするか、又はそうでなければトランスデューサ６１４の導電板に作動可能に固定してもよい。
【００６０】
本実施形態では、ガスケット６７０は、外側ハウジング６２４ａ、内側ハウジング６２４ｂ、及び固体導波路６１６との間に配置されてもよい。ガスケット６７０は、各種部品間で緊密に嵌合して、水の音響モジュール６１２への浸潤を防ぐように構成されてもよい。ガスケット６７０は、ゴム又は他の適切な弾性ガスケット材料であってもよい。別の実施形態では、ガスケット６７０は除去されてもよく、又はインプレースフォーム又はキュア・イン・プレースによるガスケット材料に置き換えてもよい。
【００６１】
図示の実施形態では、カバー６２６は、概して、構造素子６７２と弾性オーバーモールド６７４を含む。構造素子６７２は、配線又は他の導電体がコントローラ（図示せず）と音響モジュールＰＣＢ６２２との間で経路設定できるようにする開口部６７８を画定することができる。オーバーモールド６７４は、主ハウジング６２０と音響モジュール６１２との間に漏れのないシールを提供するための構造素子６７２の周囲に形成されてもよい。図示のように、オーバーモールド６７４は、主ハウジング６２０と外側ハウジング６２４ａとの間に挟まれるリップ６７６を含んでいてもよい。この実施形態では、構造素子６７２上に直接成形されているが、オーバーモールド６７４は、代替的に、別々に製造されたガスケット又はシール部品に置き換えてもよい。
【００６２】
上述したように、固体導波路の断面形状は用途ごとに変更可能である。図２２〜２５の実施形態では、固体導波路６１６は、固体導波路１６と若干異なる形状を有していてもよい。図２５に示すように、固体導波路６１６は薄くてもよいし、突出接触面６３２を含まなくてもよい。その代わり、固体導波路接触面６３２は、外側ハウジング６２４ａの内側に配置され、外側ハウジング６２４ａは、契約面６３２の形状を補完する浅い凹部を提供するように成形されてもよい。
【００６３】
音響モジュール６１２’の別の実施形態は図２６〜２８に示されている。本実施形態では、説明及び図示したように、音響モジュール６１２’は、ヒートシンクと内側ハウジングのバリエーションに対してを除き、音響モジュール６１２と概ね同一である。音響モジュール６１２’は、それらに‘が付くことを除いて、超音波装置６１０と関連して使用されるものに対応する参照符号を用いて説明する。例えば、音響モジュールは（６１２ではなく）符号６１２’で表し、固体導波路は（６１６ではなく）符号６１６’で表す。本実施形態では、固体導波路６１６’及びヒートシンク６１８’は単一の一体部品として形成されている。例えば、固体導波路６１６’とヒートシンク６１８’は、単一、一体押出としてアルミニウムから押出されてもよい。ヒートシンク６１８’は、複数のフィン６４０’を含んでいることにより、熱伝達面積を増加させ、したがって、いくつかの用途ではヒートシンクの性能を向上させることができる。フィン６４０’を有するヒートシンク６１８’を内側ハウジング６２４ｂ’に挿入しやすくするために、内側ハウジング６２４ｂ’は、側開口部６６４’と一対のスロット６６８ａ−ｂ’を画定してもよい。組立中に、ヒートシンク６１８’はスロット６６８ａ−ｂ’に側開口部６６４’を介してヒートシンク６１８’を適合させることによって内側ハウジング６２４ｂ’の内部６２９’に設置してもよい。サイドカバー６６２’は、側開口部６６４’に設置して内側ハウジング６２４ｂ’を閉じ、ヒートシンク６１８’を捕捉するようにしてもよい。サイドカバー６６２’は、本質的に、超音波溶接や接着剤のような任意で所望の技術及び装置を用いて所定の位置に固定することができる。音響モジュール６１２と同様に、内部空間６２９’は、熱管理を改善するために、所望であれば、適切な相変化材料で充填してもよい。
【００６４】
別の代替的な音響モジュール７１２を、図２９〜４７に示す。本実施形態では、音響モジュール７１２は、本明細書に記載及び図示したもの除き、音響モジュール６１２と概ね同一である。音響モジュール７１２は、概ね、１００の位に“６”の代わりに “７”を付すことを除いては、超音波装置６１０と関連して使用されるものに対応する参照符号を用いて説明する。例えば、音響モジュールは（６１２ではなく）符号７１２で表し、固体導波路は（７１６ではなく）符号７１６で表す。この別の実施形態の上部及び底部の分解斜視図を、図３１及び３２に示す。図示のように、この別の実施形態は、概ね、外側ハウジング７２４ａと、先端ガスケット７７０と、一体型ヒートシンク７１８を有する固体導波路７１６、トランスデューサ７１４、翼用ガスケット７７１、接続ＰＣＢ７２３、内側ハウジング７２４ｂ（主部７６０とカバーパネル７６２を含む）、チャンバガスケット７７３、音響モジュールＰＣＢ７２２及びカバーガスケット７２６を含む。本実施形態では、内側ハウジング７２４ｂは、相変化ワックスのような相変化材料７７５で（完全に又は部分的に）充填することができる内部空間を画定する。また、内部空間を空のままにしておいてもよい。
【００６５】
本実施形態の固体導波路７１６は、概ね、対象接触面７３２とトランスデューサ面７３４を有する本体７３０を含む。本実施形態では、対象接触面７３２は、概ね、単一の軸線の周りに湾曲している浅い湾曲面に続く凸状である。対象接触面７３２の曲率は、集束線に沿って音響エネルギーを集束するように選択される。図２９に示すように、対象接触面７３２は、外側ハウジング７２４ａの面と先端ガスケット７７０の面と概ね同一の広がりを持つ。トランスデューサ面７３４は、本体７３０上の、対象接触面７３２とは反対側に配置されている。本実施形態では、トランスデューサ面７３４は、単一の軸線周りに湾曲する浅い曲面に沿う。図示された実施形態の対象接触面７３２とトランスデューサ面７３４は、共通の軸線の周りに湾曲しており、これにより、所望の集束線に沿った音響エネルギーの集束の改善に役立つことができる。しかし、面の形状が変化してもよく、所望であれば、それらは、異なる軸線を有してもよい。固体導波路７１６の具体的な形状は用途ごとに変更可能である。例えば、固体導波路７１６の形状は、固体導波路１６に関連して上述した幾何学的形状に対応してもよい。
【００６６】
トランスデューサ７１４は、固体導波路７１６のトランスデューサ面７３４に取り付けられている。図３５に示すように、トランスデューサ７１４は、トランスデューサ面７３４を中心と約６９．５度の円弧を通って延びてもよい。しかし、トランスデューサ７１４の位置と範囲は、用途ごとに変更する。本実施形態では、トランスデューサ７１４の対向する長手方向側部に沿って小さな隙間がある。隙間のサイズは様々であるが、図示の実施形態では約０．０１インチ（０．２５４ｍｍ）でもよい。トランスデューサ７１４は、上述のトランスデューサ１４とほぼ同一であり、したがってここでは詳細に説明しない。本実施形態のトランスデューサ７１４は、音響モジュールＰＣＢ７２２によって供給される電力に応答して音響エネルギーを発生させるピエゾセラミック部品であることを言えば充分である。概して、トランスデューサ７１４の角度を対象接触面７３２の出射角度に一致させることが望ましい。トランスデューサ７１４の角度が対象接触面７３２の出射角度を超えた場合、それが対象コンタクト面７３２における音響波の垂直入射を防止し、全体的なトランスデューサの効率を損なうことがあり、複数の内部反射だけでなく、エッジ波を作り出す可能性がある。
【００６７】
本実施形態では、音響モジュール７１２は、トランスデューサ７１４と導波路７１６を音響モジュールＰＣＢ７２２に電気的に結合するための接続を提供する接続ＰＣＢ７２３を含む。接続ＰＣＢ７２３は、熱杭７８３によって、例えば、内側ハウジング７２４ｂに固定されている。しかしながら、接続ＰＣＢ７２３は、本質的にねじ又はスナップなどのような任意の適切な接続を使用して、内側ハウジング７２４ｂに固定することができる。接続ＰＣＢ７２３は、代替的に、外側ハウジング７２４ａ、導波路７１６又はヒートシンク７１８に固定することができる。接続ＰＣＢ７２３は、１つ以上の電気的接続を含んでトランスデューサ７１４の外側露出面との電気接点を提供するようにしてもよい。図３１及び４３に示すように、接続ＰＣＢ７２３は、トランスデューサ７１４の外側露出面に直接接触する１つ以上の電気接点を含んでいてもよい。トランスデューサ７１４の長さに沿って離間した３つのバネ荷重接点７４８を図に示す。接点の数及び位置は用途ごとに変更可能である。バネ荷重接点を１つだけ設けたい場合、例えば、中心位置を接触させればよい。別の例として、２つのバネ荷重接点を冗長性のために望まれる場合、外側の２つの位置に設ければよい。バネ荷重接点が示されているが、他の電気接点を使用してもよい。本実施形態では、接続ＰＣＢ７２３も、固体導波路７１４との電気接点を提供する。図４４に恐らく最もよく示すように、接続ＰＣＢ７２３は、ヒートシンク７１８の翼との直接的な電気的接続を提供する直角のバネ荷重接点７４９を含んでいてもよい。バネ荷重接点７４９は、本実施形態では翼と係合するが、代替的に、接点７４９は、本質的に固体導波路７１４又はヒートシンク７１８上のどこに係合してもよい。バネ荷重接点７４９の数及び位置は、所望ならば用途ごとに変更可能である。
【００６８】
本実施形態では、固体導波路７１６は、概して、２つの翼によって規定される一体型ヒートシンク７１８（図３３〜３５参照）を含む。両翼７１８は、固体導波路７１６からスロット７６８ａ、７６８ｂを介して内側ハウジング７２４ｂに延びている。本実施形態では、ヒートシンク７１８の各翼は、内側ハウジング７２４ｂ内のスロット７６８ａ−ｂにスナップ嵌合するように構成されている、かかり（barb）７２５ａ−ｂを含む。図示のように、かかり７２５ａ−ｂは翼の外側面上に配置されてもよい。しかし、かかり７２５ａ−ｂは、代替的に翼の内側面上に配置してもよい。所望であれば、かかりは、翼の内側及び外側面上に配置してもよい。図示の実施形態では、かかり７２５ａ−ｂは、実質的に翼の全幅に延びているが、それは必要ではない。全幅のかかり７２５ａ−ｂは、翼の幅を横切って部分的に延びる１つの以上の短かかり区分によって置き換えてもよい。かかり７２５ａ−ｂのサイズ及び形状を変えて、内側ハウジング７２４ｂから翼を設置し除去するのに必要な力の量を制御してもよい。別の実施形態では、かかり７２５ａ−ｂは、内側ハウジング７２４ｂの内部に嵌合するように、他の輪郭又は特徴に置き換えてもよい。内側ハウジング７２４ｂから翼を除去することがより簡単で望ましい場合、例えば、半円形のリブをかかり７２５ａ−ｂの代わりに使用してもよい。図示の実施形態では、各翼は、ヒートシンク７１８が主部７６０に適切に嵌合されたときに、内側ハウジング７２４ｂの外面と係合するように構成された一対の肩部７２７を含む。図示のように、肩部７２７は、各翼の幅の遷移によって画定されてもよい。図４７を参照すると、かかり７２５ａ−ｂと肩７２７は、協働して内側ハウジング７２４ｂに対して固体導波路／ヒートシンクを適所に保持する。図示の実施形態では、かかり７２５ａ−ｂと肩７２７との間の間隔は、内側ハウジング７２４ｂとの厚さに対応するように選択されるので、翼は、内側ハウジング７２４ｂに対して定位置に殆ど又は全く遊びがなく、カチッと嵌合する。
【００６９】
本実施形態では、内側ハウジング７２４ｂは、協働して囲まれた内部空間を画定する主部７６０とカバーパネル７６２を含み、上記のように、相変化材料７７５で完全に又は部分的に充填する（又は空のままとする）ことができる。主部７６０は、ワイヤを接続ＰＣＢ７２３に音響モジュールＰＣＢ７２２から経路設定できるように構成された配線路７８２を含む。図示の実施形態では、配線路７８２が主部７６０と一体に成形されている。図４３を参照すると、配線路７８２は、内側ハウジング７２４ｂに含まれるであろう任意の相変化材料７７５からワイヤを隔離する。主部７６０はまた、音響モジュールＰＣＢ７２２とカバーパネル７６２を主部７６０に固定するためのねじ７８７を受容するように構成された一対のねじボス７８６を含む。恐らく図４５に最もよく示すように、ねじ７８７は、音響モジュールＰＣＢ７２２、カバーパネル７６２、チャンバガスケット７７３を通って延び、ねじボス７８６で受容される。さらに、主部７２０は、音響モジュール７１２を超音波装置に固定するねじ７８９を受容するように構成された一対のねじ穴７８８を画定する。恐らく図４６に最もよく示すように、ねじ７８９は、主部７６０とカバーガスケット７２６を通って延び、超音波装置内の対応するねじボス（図示せず）に係合するのに充分な距離だけ突出している。翼用ガスケット７７１は、内側ハウジング７２４の内部に嵌め込まれて翼と主部７６０との間の境界を密閉する。恐らく図３６に最もよく示すように、翼用ガスケット７７１は、主部７６０の内側面と密接に係合するように構成された翼を受容する一対のスロット７８１を係合するように構成された周リップ７８０を含む。図示の実施形態では、スロット７８１及び翼は、互いにしっかり嵌合して翼の周りで漏れのないシールを生成し、任意の相変化材料が内側ハウジング７２４ｂの翼の周囲から漏れないように防止する。いくつかの用途では、かかり７２５ａ−ｂは、主部７６０としっかりと係合するように翼用ガスケット７７１を保持するよう、翼用ガスケット７７１に食い込むように構成されてもよい。
【００７０】
カバーパネル７６２は、内側ハウジング７２４ｂを囲むように主部７６０の開放端に固定されている。図３９は、主部７６０の開放端上の定位置にあるカバーパネル７６２を示している。本実施形態では、カバーパネル７６２は、音響モジュールＰＣＢ７２２用のハウジングを形成する主部７６０及び下部周壁７８５の外周にぴったりと嵌合する上部周壁７８４とを含む（例えば、図４５参照）。上部周壁７８４は、内側ハウジング７２４ｂに含まれる任意のＰＣＭ材料の熱膨張の結果として発生し得る主部７６０の上側開放壁の膨張に対する補強、及び抵抗に役立つようにしてもよい。カバーパネル７６２はまた、ねじ７８９を受容する一対のねじ通路８０２と、ねじ７８７を受容する一対のねじ穴８０４と、ワイヤ７９５を受容するワイヤ開口部８０６も画定する。チャンバガスケット７７３は、漏れのないシールを提供するように主部７６２のカバーパネル７６２との間に配置してもよい。恐らく図３７に最もよく示すように、チャンバガスケット７７３は、概ね、密接に主部７６０の開放端内に嵌合するように構成されたインナーリップ７９０と、主部７６０の開放端の外側に嵌合するように構成されている複数のタブ７９１を含む。インナーリップ７９０とタブ７９１は、主部７６０に対してチャンバガスケット７７３を適切に位置決めするのに役立つ。また、タブ７９１は、主部７６０が、内側ハウジング７２４ｂに含まれ得る任意のＰＣＭ材料の熱膨張に起因して膨張した場合に、チャンバガスケット７７３を保持し、密閉性を失わないよう防止するのに役立つ場合もある。図３８は、主部の開放端上に配置されたチャンバガスケット７７３を示す。チャンバガスケット７７３は、ねじ７８７の通路を提供するように構成された一対のねじ穴７９２と、ワイヤ７９５のための通路を提供するように構成されたワイヤ開口部７９３を画定する。
【００７１】
図示の実施形態では、音響モジュールＰＣＢ７２２がカバーパネル７６２に嵌合され、ねじ７８７で固定される（図４０参照）。ねじ７８７は、音響モジュールＰＣＢ７２２を保持し、漏れのないシールを提供するために、チャンバガスケット７７３を圧縮する。音響モジュールＰＣＢ７２２は、音響モジュールＰＣＢ２２と概ね同一であるので詳述しない。音響モジュールＰＣＢ７２２が、超音波装置の動作を制御し、ユーザ・インターフェースからユーザ入力を受信し、そのプログラミングに従ってトランスデューサ７１４を制御することを述べれば充分であろう。音響モジュールＰＣＢ７２２は、ポート７９４に差し込むワイヤリボンによってユーザ・インターフェースに、また、配線路７８２を通って接続ＰＣＢ７２３まで延びるワイヤ７９５によってトランスデューサ７１４に動作可能に結合される。配線路７８２は、内側ハウジング７２４ｂとの内部に存在し得る任意の相変化材料７７５からワイヤ７９５を隔離する。
【００７２】
音響モジュール７１２はまた、カバーパネル７６２の上に配置されたカバーガスケット７２６を含み、音響モジュール７１２と超音波装置のハンドセット部の間に漏れ止めシールを提供する。本実施形態では、カバーガスケット７２６は、概ね、カバーパネル７６０に密接に嵌合するように構成されたインナーリップ７９６と、超音波装置のハンドセット部に密接に嵌合するように構成されたアウターリップ７９７を含む。本実施形態のカバーガスケット７２６は、ねじ７８９を通すための一対のねじ穴７９８と、ユーザ・インターフェースから音響モジュールＰＣＢ７２２までのワイヤリボン（図示せず）の経路設定を可能にする少なくとも１つの中央開口部７９９を画定する。
【００７３】
上述したように、音響モジュール７１２は先端ガスケット７７０も含む。図４２は、部分的に組み立てられた音響モジュール７１２上に取り付けられた先端ガスケット７７０を示す。恐らく図４３及び４４に最もよく示すように、先端ガスケット７７０は、主部７６０、固体導波路７１６、及び外側ハウジング７２４ａとの間の空間を占める。本実施形態では、先端ガスケット７７０は、主部７６０の端部と固体導波路７１４の周囲に密接して嵌合するように構成されている周辺部材８００を備える。また、先端ガスケット７７０は、固体導波路７１６と外側ハウジング７２４ａとの間の狭い隙間を通って延びており、音響モジュール７１２の外面の一部を形成するリップ８０２を含む。本実施形態では、リップ８０２は、固体導波路７１６の対象接触面と外側ハウジング７２４ａの隣接部分と概ね同一の広がりを持つ。
【００７４】
先端ガスケット７７０と、翼用ガスケット７７１と、チャンバガスケット７７３と、カバーガスケット７２６は、ゴム、ニトリルゴム、シリコーン、ＰＴＦＥ又は、プラスチックポリマーのような漏れ止めシールを形成する際に使用するのに適すれば、本質的に任意の材料から製造してもよい。例えば、種々のガスケットは、従来の技術及び装置を用いて成形することができる。
【００７５】
制御システム
【００７６】
固体導波路の長手方向の長さに沿って均一な音響エネルギー伝達を提供する音響モジュールを提供することが望ましい。エネルギー伝達の均一性も大きければ大きいほど、音響機器の長手方向の全長にわたる送達熱電界の均一性が高い。このエネルギーの均一な分布は、ホットスポットにつながりかねない非対称濃度のエネルギーがなく、消費者にとってより良い経験に結びつく。フィールドの均一比は、超音波のこの側面を記述するために使用される計量であり、音響モジュールの集束で平面に沿ったピーク対トラフ強度差に基づいている。フィールドの均一性は、波の干渉と波数が装置の集束点の周波数とともに変化するため、概ね周波数に依存するものである。固体導波路の場合、これは、固体導波路の凹部で強調され、周波数の変化に伴い、異なる波数効果を生じさせる場合がある。エポキシ（又は他の接着剤）の厚さ、遅延経路に沿ったアルミニウム材マトリックス内の不純物の位置、及び他のサイズ公差問題の差は、この変動を、機能設定における音響モジュール間でより予測不可能とするだけである。
【００７７】
本発明はまた、長手方向の音場における改善された均一性を提供する制御方法を提供する。概して、本発明は、所定の均一性走査窓を横切って動作共振周波数のいずれかの側に動作電力を印加している間に周波数掃引を使用することにより音響均一曲線を平滑化する方法を実施する（図１９〜２１Ｂ参照）。さらに、トレードオフが均一性掃引周波数範囲とトランスデューサ効率損失の間に存在するため、予め画定された均一性走査窓を動的に調整して、音響トランスデューサ効率損失を補償することができる。また、電気的な駆動電圧も、各周波数掃引ステップで動的に調整して、より一貫性の音響パワー出力を達成することができる。実際には、トランスデューサ及び遅延経路の長手方向の長さに沿った変動により、音響モジュールは、音響モジュールの長手方向の長さに沿った異なる点で異なるピーク動作周波数となる。単一の動作周波数で動作することにより、対応する低いピーク動作周波数でこれらの点おける強度がより大きくなり、異なるピーク動作周波数でこれらの点における強度がより低くなる。動作電力を印加しながら、異なるピーク動作周波数を含む周波数の範囲にわたって掃引することによって、システムは、全体的な音響の均一性を劇的に向上させることができる。例えば、図２０Ａは、熱画像であり、図２０Ｂは、本発明による均一性走査アルゴリズムを使用していない音響モジュールの集束における線グラフである。図から分かるように、熱出力は、音響モジュールの長手方向の長さに沿って大幅に変化する。図２１Ａは、熱画像であり、図２１Ｂは、均一性走査アルゴリズムを実施する同じ音響モジュールの集束の線グラフである。図２０Ａ−Ｂと図２１Ａ−Ｂの比較から分かるように、全体的な均一性が均一走査方法によって大幅に改善しており、図２０Ａの最も熱い領域の温度が下がり、図２０Ａの最も温度が低い領域の温度は上昇している。
【００７８】
実際には、コントローラは、適切な周波数ステップサイズ（例えば、均一性走査窓サイズ）で周波数の範囲にわたって均一の走査を実現する。いくつかの用途では、均一性走査窓サイズとステップサイズが予め定められている。例えば、いくつかの用途では、製品単位で均一性走査窓サイズとステップサイズを決定することが望ましい場合がある。より具体的には、製造後、各音響モジュールをテストし、その固有の音響特性を評価し、その音響モジュールに適切な均一性走査窓サイズを決定することが望ましい場合がある。音響モジュールが充分な整合性を用いて製造される用途では、均一性走査パラメータは、製品単位ではなく、特定の設計のすべての製品のために決定してもよい。以下に説明するように、均一性走査パラメータは、部分的には、音響モジュールの動作周波数に関連する周波数の範囲にわたって効率掃引に基づいて決定することができる。この用途では、各音響モジュールの動作点（すなわち、最大効率の点）は従来のチューニング手順を用いて製造した後に決定される。例えば、動作電力を、様々な動作周波数で音響モジュールに適用し、最大効率となる動作周波数を決定してもよい。一般的に言えば、各音響モジュールの動作点が５ＭＨｚの＋／−０．５ＭＨｚの範囲又は４から５．５ＭＨｚであっても、この動作点はトランスデューサ及び／又は導波路の設計及び構成によって、用途ごとに変更可能である。
【００７９】
図１９を参照して均一性走査パラメータを決定するための方法の実施について説明する。図１９は、動作点のプラス側で行われる周波数掃引の結果起こる効率掃引を示す。本実施形態では、効率は、周波数掃引を実行する必要がない動作点に対してプラス側とマイナス側の双方で、満足のいく対称を示すであろうと想定できる。代わりに、プラス側効率掃引結果をマイナス側に大きく反映し、均一性走査窓が単独でプラス側効率の測定値に基づいて決定されているものと想定できる。あるいは、効率掃引は、動作点のマイナス側のみ、又はマイナス側とプラス側の両方を介して行うことができる。図示の実施形態では、周波数掃引効率の測定は、２０ＫＨｚのステップでモジュールの動作周波数のプラス側で行う。この効率掃引は２０ＫＨｚのステップで実行するが、所望に応じて、ステップサイズは用途ごとに変更可能である。この実施形態では、この効率掃引の範囲は、処理中に電子の最大許容周波数窓によって決定されるが、範囲は、他の要因によって決定してもよい。例えば、効率掃引の範囲は、経験によって得られた最大値と最小値に基づいて選択すればよい。効率掃引が実行された後、均一性走査窓サイズは、本実施形態では最大許容効率が損失５％以下となる最大可能均一性窓掃引サイズとなるように選択される。この場合、均一性走査窓サイズは２００ＫＨｚ（すなわち、動作点以下１００ＫＨｚから動作点以上１００ｋＨｚ）となるように選択される。所望に応じて最大効率の低下は、用途ごとに変更可能である。例えば、効率がより重要である用途では、最大効率の低下は本質的に５％と０％との間の任意の値まで下げればよい。別の例として、効率があまり重要でない用途において、最大効率の低下は５％を超える値に増加させればよい。
【００８０】
動作中、コントローラは、決まった動作期間、トランスデューサに動作電力を印加するように構成すればよい。動作時間は、音響エネルギー出力レートと、それにより対象に及ぼす影響に基づいて設定してもよい。図示した実施形態は、このような細かい線やしわを低減する顔の部分に関して、ヒトの皮膚に音響エネルギーを適用する治療用装置として使用することを意図したものである。この文脈において、図示した実施形態のコントローラは、７秒ずつ増分する一定の動作時間単位でトランスデューサに電力を印加するが、その一定の動作時間は、用途ごとに変更可能である。一部の用途では、動作時間が固定されない場合もある。各動作期間中、コントローラは、決定されたステップサイズ及びステップ時間で決定された周波数走査窓を通して連続して繰り返し掃引するように構成されている。単一掃引は、周波数走査窓を通して、最小周波数から最大周波数まで掃引し、最小周波数に戻ってもよく、あるいは、最小と最大周波数の間を一方向にのみ（すなわち、最小値から最大値又は最大値から最小値）、又はランダム掃引でもよい。ステップサイズ及びステップ時間は、多種多様な代替方法に基づいて決定することができる。本開示の目的のために、ステップサイズ及びステップ時間を決定するための１つの適切な方法について説明する。本実施形態では、ステップサイズ及びステップ時間は、適切な周波数走査窓を決定した後に決定する。図示の実施形態では、均一性周波数走査ステップサイズは２０ＫＨｚである。実験では、これは図示の実施形態で意図した用途に適切なステップサイズであることが実証されている。しかし、ステップサイズは、所望に応じて用途ごとに変更可能である。例えば、均一性が改善される、及び／又は効率改善されるであろう場合には、又、関連するエレクトロニクスによる実用上の制限によって決定する場合には、より大きな又はより小さなステップサイズで実施してもよい。均一性走査掃引のステップ数を決定するために、各ステップ（本実施形態では、例えば２０ＫＨｚ）のサイズは、周波数走査窓（本実施形態では、例えば２００ＫＨｚ）の合計幅に分割されている。そしてステップの数は、コントローラが、走査中に各ステップに停滞する時間量を決定するために、均一性周波数走査掃引の全体時間に分割する。本実施形態では、各掃引の時間の長さは、実験を通して意図した用途に適切であると判断された約１／５００秒又は約１／１０００秒である。各均一性周波数走査掃引の時間の長さは、用途ごとに変更可能である。いくつかの用途では、より迅速な掃引又はより遅い掃引の方が、性能（例えば、効率、均一性、又は他のパラメータ）が改善される場合もある。一般的に言えば、均一性走査掃引の周波数は、必ずしもそうではないが、多くの場合、（ａ）運転時間の毎秒約１０〜約１０００掃引、又は（ｂ）運転時間の毎秒約２００〜５００掃引、又は（ｃ）運転時間の毎秒約５００掃引である。ステップサイズ及びステップ時間を決定するためのこの方法は単なる例示であることを理解されたい。所望に応じてステップサイズ及びステップ時間は、用途ごとに変更可能である。例えば、記載された方法では、周波数走査窓を通って実質的に線形運動を行う。非線形法は、非線形の動きが、効率を改善し、均一性を改善する、又は他の実用的な利点を提供するであろう時には実施してもよい。例えば、周波数走査の各ステップにおける音響モジュールの効率の数学的解析を利用して、最適化された効率と最適化された均一性を提供する最適化された掃引プロファイルを提供してもよい。
【００８１】
その後の判断で、均一性走査掃引パラメータを、コントローラにプログラム化して音響モジュールの動作中に使用してもよい。コントローラは、トランスデューサに動作電力を供給しながら均一性周波数走査を実施するように構成してもよい。より具体的には、コントローラは、トランスデューサに動作電力を供給しながら常に均一性走査掃引窓を介して掃引を連続して繰り返しプログラム化することができる。本実施形態では、コントローラは、均一性走査掃引パラメータに従ってトランスデューサに印加される電気信号の周波数を変化させるようにプログラム化されているので、トランスデューサは、所望の効率を維持しながら、均一性を改善することができる。いくつかの用途では、動作電力の供給中に連続的に均一性周波数掃引を実施しない方が望ましい場合がある。
【００８２】
上記の説明は、本発明の現在の実施形態のものである。均等論を含む特許法の原理に従って解釈される添付の特許請求の範囲において定義される本発明の精神及びより広い態様から逸脱することなく種々の改変及び変更を行うことができる。この開示は、例示を目的として提示したものであり、本発明のすべての実施形態の網羅的な説明として解釈されるべきではない。又はこれらの実施形態に関連して図示又は記載された特定の要素への請求項の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。例えば、限定することなく、記載された本発明の任意の個々の要素（単数又は複数）は、実質的に同様の機能を提供するか、そうでなければ、適切な動作を提供する代替的な要素に置き換えることができる。これには、現在知られている別の要素、例えば、現在当該技術分野において当業者にとって周知であるかもしれないもの、及び将来開発され得る別の要素、例えば、当業者が開発時に代替案として認識する可能性のあるものも含まれる。さらに、開示された実施形態は、同時に記載されており、それらが協働して多くの利益をもたらす可能性のある複数の特徴が含まれる。本発明は、これらの特徴の全て又はその明示発行された特許請求の範囲に記載された範囲を除き記載の利点のすべてを提供のみを含むこれらの実施形態に限定されるものではない。部材名を単純に表しているもので特に数を記載していないものは、単数に限定することを意図したものではない。
【００８３】
独占的な財産又は特権が請求される本発明の実施形態は次のとおりである。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
2018526079.tif 000034
【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
2018526079.tif 000041
【図３７】
2018526079.tif 000042
【図３８】
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【図３９】
2018526079.tif 000044
【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月12日(2018.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
2018526079.tif 000059
【図８】
2018526079.tif 000060
【図９Ａ】
2018526079.tif 000061
【図９Ｂ】
2018526079.tif 000062
【図１０】
2018526079.tif 000063
【図１１】
2018526079.tif 000064
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2018526079.tif 000068
【図１６】
2018526079.tif 000069
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2018526079.tif 000072
【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
2018526079.tif 000074
【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
2018526079.tif 000076
【図２２】
2018526079.tif 000077
【図２３】
2018526079.tif 000078
【図２４】
2018526079.tif 000079
【図２５】
2018526079.tif 000080
【図２６】
2018526079.tif 000081
【図２７】
2018526079.tif 000082
【図２８】
2018526079.tif 000083
【図２９】
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【図３０】
2018526079.tif 000085
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
2018526079.tif 000089
【図３５】
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【図３６】
2018526079.tif 000091
【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
2018526079.tif 000095
【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
2018526079.tif 000098
【図４４】
2018526079.tif 000099
【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【国際調査報告】
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