(57)【要約】  増幅器とエミッターとの間に結合されたポットコア誘導性装置を有するパラメトリックエミッターシステムを最適化するための装置および方法。ポットコア誘導性装置は、その誘導値を調整するためにポットコア構造体の２つの半体の間に形成される空隙の調整を可能にする。この製造後の調整可能性は、音声システムにおける他の構成部品の動作によって生じる差異を補正し、異なる増幅器／エミッターの組合せの電気回路のわずかな差異に対処することを可能にする。システムの効率は増幅器と誘導性装置とエミッターの間の機能関係に依存するので、これは信号の微細な調整を可能にして高品質を達成する。【選択図】図７
2016534590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半体と第２半体とを含む強磁性筐体であって、前記第１半体および前記第２半体が外壁と内壁と基部とを有し、前記２つの半体が接合されてキャビティを画成し、前記第１半体の内壁と前記第２半体の内壁との間に空隙が形成されてなる、強磁性筐体と、
前記筐体内に配置されたコイル支持部材と、
前記コイル支持部材上に配置されたコイル構造体と、
前記筐体の前記２つの半体によって画成された前記キャビティ内に配置されたエラストマー材料と
を備えてなる、ポットコア誘導性装置。
【請求項２】
前記コイル構造体は、インダクターとして働くように構成された導電線を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記導電線は、単巻変圧器として働くように構成されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記コイル構造体は、一次インダクター素子および二次インダクター素子を含み、変圧器として働くように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第２半体に対する前記第１半体の位置を調整し、それによって前記空隙を調整して所定の誘導値を達成するように構成された調整機構を更に備えてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記所定の誘導値は、当該誘導性装置と共に使用される増幅器回路の共振周波数を超音波エミッターの共振周波数と一致させるために選択された値である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記調整機構は更に、前記筐体の前記第１半体を前記筐体の前記第２半体に固定するように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記エラストマー材料は、前記強磁性筐体の前記第１および第２半体に対向圧力を加えるように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記調整機構は、前記強磁性筐体の前記第１および第２半体に第１圧力を加えるように構成され、且つ前記エラストマー材料は、前記第１圧力に対向する第２圧力を加えるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記エラストマー材料は、前記強磁性筐体の前記第１および第２半体に対向圧力を加えるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記エラストマー材料は、前記筐体内に配置された前記コイル支持部材に対して圧力を加えるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記エラストマー材料は、前記筐体の前記２つの半体の少なくとも一方の基部上に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記エラストマー材料は、独立気泡もしくは連続気泡フォーム材または粘弾性材料である、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記エラストマー材料は、前記強磁性筐体の前記第１半体の前記基部に配置された第１エラストマー部材と、前記強磁性筐体の前記第２半体の前記基部に配置された第２エラストマー部材とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記エラストマー材料は、前記コイル支持部材を前記キャビティ内に固定する、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記エラストマー材料は、前記筐体の前記２つの半体に対して圧力を加えて、所望の誘導値に対応する前記空隙を維持する、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記コイル支持部材はボビンを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
当該ポットコア誘導性装置は、エミッターと並列に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
パラメトリック音声システムの出力を最適化する方法であって、
ポットコア誘導性装置を増幅器とエミッターとの間に結合するステップであり、
前記ポットコア誘導性装置は、第１半体と第２半体とを含む非導電性筐体であって、前記第１半体および前記第２半体が外壁と内壁と基部とを含み、前記２つの半体が接合されてキャビティを画成するように構成され、前記第１半体の前記内壁と前記第２半体の前記内壁との間に空隙が形成されてなる、非導電性筐体と、前記筐体内に配置されたコイル支持部材と、前記コイル支持部材上に配置されたコイル構造体と、前記筐体の前記２つの半体によって画成される前記キャビティ内に配置されたエラストマー材料と、前記空隙を調整して最適な誘導値を達成するように構成された調整機構とを備えている、ステップと、
前記増幅器、前記ポットコア誘導性装置、および前記エミッターを介して信号処理システムから信号を送信するステップと、
前記エミッターの出力に応答して、前記調整機構を用いて前記ポットコア誘導性装置を調整し、前記信号内の歪みを除去するステップと
を備えてなる、パラメトリック音声システムの出力を最適化する方法。
【請求項２０】
前記コイル構造体は、インダクターとして働くように構成された導電線を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記コイル構造体は、単巻変圧器として働くように構成されている、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記コイル構造体は、変圧器として構成された一次インダクター素子および二次インダクター素子を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記ポットコア誘導性装置は更に、前記第２半体に対する前記第１半体の位置を調整し、それによって前記空隙を調整して所定の誘導値を達成するように構成された調整機構を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記所定の誘導値は、前記誘導性装置と共に使用される増幅器回路の共振周波数を超音波エミッターの共振周波数と一致させるために選択された値である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記調整機構は更に、前記筐体の前記第１半体を前記筐体の前記第２半体に固定するように構成されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記エラストマー材料は、前記強磁性筐体の前記第１および第２半体に対向圧力を加えるように構成されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記調整機構は、前記強磁性筐体の前記第１および第２半体に第１圧力を加えるように構成され、且つ前記エラストマー材料は、前記第１圧力に対向する第２圧力を加えるように構成されている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記調整機構は更に、前記筐体の前記第１半体を前記筐体の前記第２半体に固定するように構成されている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記エラストマー材料は、前記筐体の前記２つの半体の少なくとも一方の基部に配置される、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記エラストマー材料は、独立気泡もしくは連続気泡フォーム材または粘弾性材料である、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
前記エラストマー材料は、前記強磁性筐体の前記第１半体の前記基部に配置された第１エラストマー部材と、前記強磁性筐体の前記第２半体の前記基部に配置された第２エラストマー部材とを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記エラストマー材料は、前記コイル支持部材を前記キャビティ内に固定する、請求項１９に記載の方法。
【請求項３３】
前記エラストマー材料は、前記筐体の前記２つの半体に対して圧力を加えて、所望の誘導値に対応する前記空隙を維持する、請求項１９に記載の方法。
【請求項３４】
前記ポットコア誘導性装置は、前記エミッターと並列に結合される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概してパラメトリック音声システムに関する。さらに詳しくは、一部の実施形態は、超音波エミッターと共に使用される誘導性装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非線形変換は、充分に強力な音声変調された超音波信号を気柱に導入する結果得られる。気柱に沿って自己復調または下方変換が起こり、その結果、可聴音響信号が発生する。このプロセスは、周波数の異なる２つの音波が同一媒体中に同時に放射されると、２つの音波の非線形（パラメトリック）相互作用によって２つの周波数の和および差を含む変調波形が生成されるという、既知の物理的原理のため起こる。パラメトリック音声再生システムは、空気のような媒体中で起こる非線形プロセスで２つの音響信号のヘテロダイニングを介して音声を生成する。音響信号は典型的には超音波周波数範囲である。媒体の非線形性は結果的に、音響信号の和および差である音響信号を媒体によって発生させる。こうして、周波数が分離した２つの超音波信号は結果的に、６０Ｈｚから２０，０００Ｈｚの人間の可聴範囲内の差音(difference tone)を引き起こすことがあり得る。
【０００３】
非線形変換の理論は多数の刊行物で取り組まれてきたが、この興味深い現象を利用しようとする商業的試みは大部分が失敗した。そのような技術に不可欠な基本的概念の大部分は、実験室状態では実現しかつ実証することが比較的容易であるが、比較的高い音量出力を必要とする用途には役立たない。先行技術の技術的特性は高い音量レベルを要求する商業的または産業的用途に適用されてきたので、パラメトリックに生成された音声出力の歪みは、不適切なシステムを生じる結果となった。エミッターが圧電エミッターであるか、ＰＶＤＦ膜であるか、それとも静電エミッターであるかに関わらず、有用な大きさの音量レベルを達成するために、従来のシステムでは往々にして、エミッターを強力なレベルで駆動する必要があった。これらの強力なレベルは往々にしてエミッター装置の物理的限界より大きく、多くの商業的用途に要求される大きさを達成することなく、結果的に高レベルの歪みまたは高いエミッター破損率またはその両方を招いてきた。
【０００４】
これらの問題に対処しようとする努力は、音声信号を平方根演算すること、低音量レベルで単側波帯（「ＳＳＢ」）振幅変調を利用し、より高い音量で両側波帯（「ＤＳＢ」）振幅変調に遷移すること、および再帰的誤り訂正技術のような技術を含む。これらの技術は各々、多少の利点を有することが証明されたが、それらは別々でも、組み合わせても、高品質で、歪みが低く、かつ高出力音量のパラメトリックエミッターシステムを生み出すことができなかった。本発明者は、それどころか、上述した技術の一部が実際には、特定の条件下で、これらの先行技術が存在しない類似の構成部品の洗練されたシステムより多くの測定歪みを引き起こすことを見出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】（特になし）
【発明の概要】
【０００６】
本書に記載する技術の実施形態は、超音波音声システム用のポットコア誘導性装置を含む。実施形態は超音波音声システムに関して記述されるが、実施形態は、誘導性装置を必要とするどんなシステムにも、特に最適性能のために電気的共振が重要なシステムに、適用可能である。様々な実施形態において、装置は、鉄またはフェライト材から構成されかつ２つの部分を備えた非導電性または強磁性筐体と、コイル支持部材と、コイル構造体と、エラストマー材料とを含む。筐体の２つの部分は、筐体内にキャビティを画成するように構成される。コイル支持部材およびエラストマー材料はキャビティ内に配置される。装置はまた、筐体の２つの部分の間に形成される空隙を調整して、最適または略最適な誘導値を達成するように構成された調整機構をも備える。２つの半体を固定するための適切な手段もまた存在してよい。
【０００７】
本発明の他の特徴および態様は、本発明の実施形態に係る特徴を実施例として例証する添付の図面に関連して取り上げる、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。発明の概要は、発明の範囲を限定することを意図したものではなく、発明の範囲は、本書に添付する特許請求の範囲によってのみ定義される。
【０００８】
本発明を、１つ以上の様々な実施形態に従って、以下の図を参照しながら詳細に説明する。図面は単なる例証として提供するものであって、本発明の典型的なまたは例示的な実施形態を示すだけである。これらの図面は読者による本発明の理解を容易にするために提供するものであって、発明の広さ、範囲、または適用可能性を限定するとはみなさないものとする。説明を明瞭かつ容易にするために、これらの図面は必ずしも一定の縮尺で描かれてはいないことに留意されたい。
【０００９】
本書に含まれる図の一部は、本発明の様々な実施形態を異なる視野角から示す。付随する説明文は、装置の「上面」、「底面」または「側面」のような視点に言及することがあるが、そのような言及は単なる説明であって、そうでないことを明示的に言明しない限り、本発明を特定の空間的配向で実現または使用することを暗示したり要求したりするものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本書に記載する誘導性装置と共に使用するのに適した超音波音声システムを示す図である。
【図２】本書に開示する技術の実施形態に係るポットコア誘導性装置を利用する増幅器およびエミッターシステムを示す図である。
【図３】本書に開示する技術の実施形態に係るポットコア誘導性装置を利用する増幅器およびトランスデューサシステムを示す図である。
【図４】本書に開示する技術の実施形態に係るポットコア誘導性装置を利用する増幅器およびトランスデューサシステムを示す図である。
【図５】典型的なポットコア構造体の断面図である。
【図６】本書に開示する技術の実施形態に係るパラメトリックトランスデューサシステムを最適化する方法を示す流れ図である。
【図７】本書に開示する技術の実施形態に係るポットコア誘導性装置の断面図である。
【図８】本書に開示する技術の実施形態に係るポットコア誘導性装置の分解組立図を示す図である。
【図９】本書に開示する技術の実施形態に係るポットコア構造体を示す図である。
【図１０】本書に開示する技術の一実施形態に係る組み立てられたポットコア導体を示す図である。
【図１１】本書に開示する技術の一実施形態に係る組み立てられたポットコア導体を示す図である。
【００１１】
図は、網羅的であることも、本発明を開示する厳密な形態に限定することも意図するものではない。本発明は変形および変更を加えて実施することができ、かつ本発明は請求項およびその均等物によってのみ限定されることを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示は、参照によって本書に援用する２０１３年３月５日に本発明者に発行された米国特許第８，３９１，５１４号明細書に記載された超音波音声発生用のトランスデューサシステムの改良を表す。トランスデューサは、信号を１つの形のエネルギーから別の形に変換する。超音波音声発生では、音声システムは、電気信号を音響信号または音声に変換するために電気回路に結合された、増幅器、プロセッサ回路、誘導性装置、およびエミッターを含む。上述の通り、本発明者は、超音波エミッターの出力を増大するための従来の方法の多くが、結果的に得られる音声信号により大きい歪みを生じることを発見した。この歪みは、高品質のパラメトリック音声システムの生成を困難にする。
【００１３】
本発明者は、変圧器の設計を変更することにより、誘導性装置とエミッターとの間で電気共振を達成し、電気回路とエミッターとの間の整合精度を高め、こうして従来のトランスデューサ装置の物理的限界から生じる歪みの多くを除去することができることを発見した。米国特許第８，３９１，５１４号の発明の一実施形態では、発明は、ポットコア構造体内に収容された誘導性装置を利用していた。ポットコアの使用は、誘導性装置を物理的にエミッターのより近くに配置することを可能にし、エミッターによる誘導性装置の磁場の干渉を低減することによってシステムがより効率的なレベルで動作することを可能にした。同時に、誘導性装置を物理的にエミッターのより近くに配置することにより、誘導性装置をエミッターに結合するための高電圧ワイヤの長い配線の必要性が軽減される。
【００１４】
特許を取得した設計はより高品質の超音波音声信号の発生を可能にしたが、従来設計のポットコア構造体は、最適な音声出力のために共振回路を微調整する能力に限界があった。本書に記載する改良は、より高い応答性のトランスデューサを提供して、最適な出力の音声信号を達成するように構成することができる。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態と共に使用することのできる非限定の信号処理システム１０を示す。この実施形態では、様々な処理回路または構成部品は、（信号の処理経路に関連して）一実装例に従ってそれらが配設される順番に図示される。処理回路の構成部品は、入力信号が各回路または構成部品によって処理される順番と同様に、変更することができることを理解されたい。処理システム１０は、図示するより多数または少数の構成部品または回路を含むことができる。
【００１６】
ステレオ音声信号は、音声入力部１２ａ、１２ｂを介して信号処理システム１０に入力する。音声信号源は、マイクロホン、メモリ、データ記憶装置、ストリーミングメディアソース、ＣＤ、ＤＶＤ、または他の音声源とすることができる。音声コンテンツは音源に応じて、復号しかつデジタル形式からアナログ形式に変換することができる。等化ネットワーク１４ａ、１４ｂは信号の等化をもたらす。等化ネットワークは、例えば予め定められた周波数または周波数範囲を増強または抑制して、トランスデューサ装置のエミッター／インダクターの組合せによって当然もたらされる利点を向上することができる。
【００１７】
コンプレッサー回路１６ａ、１６ｂは入力信号のダイナミックレンジを圧縮して、入力信号の特定の部分の振幅を効果的に増幅し、入力信号の特定の他の部分の振幅を減衰する。さらに詳しくは、コンプレッサー回路１６ａ、１６ｂは、音声振幅の範囲を狭めるために含めることができる。一態様では、コンプレッサーは、入力信号のピークピーク振幅を少なくとも約２：１の割合で減衰させる。振幅の範囲を狭める入力信号の調整は、このクラスの変調システムの限定されたダイナミックレンジに特徴的な歪みを最小化するために行うことができる。圧縮回路および等化回路の順番は逆にすることができる。
【００１８】
ローパスフィルタ回路１８ａ、１８ｂは、信号の高域部分を遮断するために含めることができる。ハイパスフィルタ回路２０ａ、２０ｂは音声信号の低域部分を遮断することができる。ハイパスフィルタ２０ａ、２０ｂは、変調後に搬送周波数のずれを生じさせる低周波を除去するように構成することができる（例えば、搬送周波数に最も近い変調された信号の部分）。また、一部の低周波はシステムが効率的に再生することが困難であり、その結果、これらの周波数を再生しようとして多くのエネルギーが浪費されることが考えられる。ローパスフィルタ１８ａ、１８ｂは、変調後に搬送波に可聴ビート信号を生成する結果を引き起こすおそれのある高周波を除去するように構成することができる。
【００１９】
ローパスフィルタ回路およびハイパスフィルタ回路を通過した後、変調器２２ａ、２２ｂは、発振器２３によって生成された搬送信号により音声信号を変調する。単一の発振器を使用して両方の変調器２２ａ、２２ｂを駆動することにより、複数のチャネルに同一搬送周波数を使用することが可能になり、可聴ビート周波数が発生するリスクが軽減される。ハイパスフィルタ２７ａ、２７ｂは、変調された超音波搬送信号を通過させ、特定の周波数より低い残りの望ましくない信号を除去するために使用することができる。結果として得られる信号は次いで、信号処理システムの出力部２４ａ、２４ｂを介して増幅器に到達する。
【００２０】
図２は、本書に開示する技術の実施形態に係るポットコア誘導性装置を利用した、増幅器およびエミッターシステムを示す図である。ここで図２を参照すると、この図は、音声システムの１つのチャネル用の増幅器２６ａ、ポットコアインダクター２８ａ（この実施例では変圧器として構成される）、および超音波エミッター３０ａを示す。多くの従来システムは、誘導性装置がエミッターと直列に配向されたトランスデューサシステムを利用する。この構成の不利点は、そのような共振回路が必然的にインダクターに浪費電流を流さざるを得ないことである。エミッター３０ａは、回路内で電気共振が達成される地点またはその近くで最もよく性能を発揮するであろう。しかし、増幅器（例えば図２の増幅器２６ａ）は回路の変化をもたらし、それは、温度、信号の分散、およびシステム性能をはじめとする要因に基づいて変動し得る。これらの影響は、インダクターがエミッター３０ａ（図２）と直列に結合されたときに、安定した共振を達成しかつ維持することをより困難にする。
【００２１】
様々な誘導性装置が当業者には公知である。しかし、誘導性装置の物理的限界は、従来のパラメトリックシステムに問題を引き起こす。誘導性装置は、インダクターの領域外に「漏出」するおそれのある磁場を発生する。したがって、誘導性装置はパラメトリックエミッターの近傍に配置されると、その動作および応答を妨害する。
【００２２】
少なくともこれらの理由から、大半の従来のパラメトリックシステムは、誘導性装置を物理的にエミッターからかなりの距離に配置する。誘導性装置とエミッターとの間のこの距離は、誘導性装置とエミッターとを接続するために長いワイヤを必要とする。この物理的限界から生じる著しい複雑さは、信号を誘導性装置からエミッターに搬送するために一般的に高電圧が要求されるという事実に起因する。特定の設置では、高電圧ワイヤの長い「配線」が必要になり、それは危険であり、トランスデューサと無関係の通信システムに干渉するおそれがある。
【００２３】
増幅器とエミッターとの間の関係は、最適化された効率的なトランスデューサの設計にさらなる障害物を加える。一般的に、増幅器によって処理される周波数が高ければ高いほど、増幅器が動作するのに最も適したインピーダンスは高くなる。本例の場合、増幅器が経験するインピーダンスは、誘導性装置とエミッターの対、およびトランスデューサ全体によって導入される負荷の結果である。パラメトリック音声発生の場合、有効な信号は一般的に４０ｋＨｚ以上の範囲である。この範囲の周波数で働く増幅器は一般的に、８〜１２オーム程度の負荷インピーダンスを経験しているときに、より最適に動作する。
【００２４】
これを考慮して、システムの性能を向上するために誘導性装置とエミッターの対の共振を整合させることが望ましい。しかし、利用可能なパラメトリックエミッターの設計は限定されているため、誘導性装置とエミッターの対によって呈される負荷を調整する能力は妨げられる。これは次に、ユニット全体の性能に悪影響を及ぼすことなく誘導性装置／エミッターの対の間の最適な共振を達成する能力を妨げる。
【００２５】
本発明者は、エミッターと並列に結合された誘導性装置を利用した幾つかの増幅器およびエミッターシステムを発見しかつ発明した。例示的システムは、参照によってその全体を本書に援用する米国特許第８，３９１，５１４号明細書に詳述されている。誘導性装置をエミッターと並列に構成することによって、図３の循環電流経路４０によって表されるように、電流は誘導性装置およびエミッターを循環する。そのような構成は結果的に、より安定した予測可能なエミッターの性能をもたらし、従来の直列共振回路と比較して、浪費される電力はかなり低下する。
【００２６】
「ポットコア」を使用して誘導性装置を収容することは、誘導性装置を物理的にエミッターから離して配置する必要性をさらに緩和する。ポットコア構造体の特性を利用して誘導性装置／エミッター回路で電気共振を生成達成しながら、同時に増幅器の最適動作のために充分なインピーダンスを達成することが可能になる。最適ではないが、本発明に係るポットコア誘導性装置の使用はエミッターと直列に結合してもよい。
【００２７】
図５は、米国特許第８，３９１，５１４明細書に記載された技術に係るポットコア構造体の一実施形態の断面図を示す。図面の右下の挿入図は、図５の実施例に示した２つの半体の外観を示す。
【００２８】
２つのフェライト半体５０、５１はキャビティ５２を画成し、その中に誘導性装置が配置される。誘導性装置を通過する電流は、エミッターの機能を妨害し得る磁場を発生する。磁場がシステム内に「漏れ」て歪みを引き起こすことがないように、ポットコア半体５０、５１のフェライト材はこの磁場を閉じ込めるように働く。フェライトはポットコア構造体の最も一般的な材料であるが、構造体は別の材料、例えば様々な金属、カルボニル鉄、積層ケイ素鋼、または磁場を遮蔽することのできるいずれかの他の材料から構成してよい。ポットコア材料の選択は、コアの形状、空隙の潜在的大きさ、および選択される材料の透磁率を含むがそれらに限らず多数の要因に依存する。
【００２９】
２つの半体５０、５１は各々、誘導性装置を実質的に閉囲する外壁５３ａ、５４ａと、内壁５３ｂ、５４ｂとを含む。内壁５３ｂ、５４ｂ間の空隙５５はポットコアの透磁率を増大させ、空隙５５が大きければ大きいほど、透磁率は高くなる。しかし、同一インダクタンスを維持するために要求される誘導性装置の巻回数（内壁５３ｂ、５４ｂによって形成されるコアの周りに巻回される）は、空隙５５の大きさと共に増大する。同時に、巻回数が多ければ多いほど、システムのインピーダンスは高くなる。したがって、ポットコアの空隙５５を調整することによって、同一インダクタンスを維持してエミッターとの電気共振を達成しながら、同時に増幅器による負荷を増大し、すなわちシステムのインピーダンスを高めることができる。
【００３０】
図２は、米国特許第８，３９１，５１４号明細書に開示され、かつ本発明の実施形態用に適用可能である、トランスデューサシステムの一実施形態を示す。信号処理システムの出力部２４ａ、２４ｂは増幅器２６ａに結合される。増幅後に、信号は誘導性装置／エミッター組立体３２ａに送達される。エミッター３０ａは超音波レベルで動作可能である。誘導性装置２８ａはエミッター３０ａと並列に結合される。この実施形態における誘導性装置２８ａは、ポットコア内に保持されたインダクター素子である。
【００３１】
図３は、米国特許第８，３９１，５１４号明細書に開示されたトランスデューサシステムの別の実施形態を示す。ここでは変圧器構成が使用される。変圧器３９は１対のインダクター素子を含む。インダクター素子または巻線４２は変圧器の一次巻線として働き、増幅器２６ａに接続される。インダクター素子または巻線４１は変圧器の二次巻線として働き、エミッター３０ａに接続される。一次巻線４２に電流が流れると、二次巻線４１に電圧が誘導される。一実施形態では、一次巻線および二次巻線の両方がポットコア内に収容される。
【００３２】
図４は、一次巻線および二次巻線が一般的に単巻変圧器３９’として知られるものに組み込まれた別の実施形態を示し、単一の巻回に含まれる二次巻線４１’および一次巻線４２’を示す。単巻変圧器の動作および機能は、本開示を入手した当業者には容易に理解されるであろう。単巻変圧器は、その巻線がポットコア内に容易に収容できるように構成することができる。
【００３３】
ステップアップ変圧器を使用すると、本システムにさらなる利点がもたらされる。変圧器は、増幅器の方向からエミッターへ「ステップアップ」するので、それは必ずエミッターの方向から増幅器へ「ステップダウン」する。ステップダウンプロセスは、いずれかのそのような事象の増幅器およびシステム一般に対する効果を最小化し、したがって、それ無しではインダクターとエミッターの対から増幅器へと移動するかもしれない負のフィードバックを低減する。
【００３４】
米国特許第８，３９１，５１４号明細書で利用されたポットコア構造体および誘導性装置の特性および寸法は、図６に示すパラメトリックシステムを最適化する例示的方法に従って決定することができる。この方法は、現在開示する技術にも適用可能である。第１ステップ６０は、最適な増幅器の性能のために最良のインピーダンス負荷を得るために要求される一次巻線の巻回数を決定することである。ひとたび必要な巻回数が分かると、上述の通り、空隙の大きさを利用するようにポットコア構造体を設計することができる。インダクターのみとして働くように構成され、したがって１回の巻回だけを有する本発明の実施形態の場合、第１ステップ６０は適用されず、代わりに第２ステップ６２から開始される。第２ステップ６２は、二次巻線とエミッターとの間の電気共振を達成するために要求される二次巻線の巻回数を選択することである。第３ステップ６４は、誘導性装置を収容するためのポットコアの最適な物理的大きさを決定することである。パラメトリック音声システム全体の形状因子は、装置の大きさの限界に影響する。第４ステップ６６は、エミッターの動作中の誘導性装置の飽和を回避しながら、ポットコアの全体的な物理的大きさを低減するため、かつ誘導性装置を微調整するために要求される内壁５３ｂ、５４ｂ間の空隙５５の大きさを選択することである。
【００３５】
米国特許第８，３９１，５１４号明細書の実施形態で利用した典型的なポットコア構造体では、第４ステップ６６の決定は、ひとたびポットコア構造体が製造されると、変更することができない。その結果、トランスデューサ回路の不完全さまたは要求される巻回数の計算ミスによる予想外のアーチファクトによって生じる結果的な信号の歪みは、構造体を製造し直さないと対処することができない。ここで開示する技術は典型的なポットコア構造体を改良し、これらのタイプの歪みを補正するためにポットコア構造体の空隙５５の大きさを調整することを可能にする。この調整は、超音波エミッターが動作する強力なレベルによって発生する歪みを低減して最適な音声を達成するように、音声システムの追加的な調整を可能にする。
【００３６】
様々な実施形態では、ポットコア誘導性装置は空隙の調整を可能にする調整機構を含む。図７は、そのような調整可能性をもたらす例示的実施形態の断面図である。図８は、図７に示すようなポットコア誘導性装置の分解組立図を示す図である。典型的なポットコア構造体と同様に、この実施形態の構造体は、キャビティ７２を画成する２つの半体７０、７１を含む。フェライトはポットコア構造体の最も一般的な材料であるが、上述の通り、他の適切な材料を使用することが可能である。各半体７０、７１は外壁７３ａ、７４ａおよび内壁７３ｂ、７４ｂを含む。キャビティ７２の内部にはコイル支持構造体７５が配置される。コイル構造体またはインダクター素子７６は、コイル支持構造体７５の周りに巻回される。このコイル構造体７６は、インダクター、変圧器、または単巻変圧器として構成することができる。利用されるコイル構造体７６のタイプは、所望の性能、建造費、および結果的に得られる音声信号の品質レベルによってユーザに最適な誘導性装置のタイプに依存する。空隙７７は、２つの半体７０、７１の内壁７３ｂ、７４ｂ間の空間に形成される。
【００３７】
様々な実施形態において、調整機構７８は、半体７０、７１の相互に対する位置を調整するために設けられる。例えば、調整機構は、半体７０、７１間の空間の調整または設定を可能にするために設けることができる。換言すると、調整機構はキャビティ７２の容積、および内壁７３ｂ、７４ｂ間に形成される空隙７７を調整するために使用することができる。一部の実施形態では、外壁７３ａ、７４ａ間に追加の空隙７９を形成することができ、それもまた調整機構７８によって調整することができる。他の実施形態では、２つの半体７０、７１は、キャビティ７２が外壁７３ａ、７４ａによって完全に閉止されるように、一方の半体の外壁７３ａからの突起８５が他方の半体の外壁７４ａの内側に入り込むように構築することができる。この実施例は図９に示される。
【００３８】
調整機構７８は、半体７０、７１を相互に対して調整することができるように、多数の機構のいずれかを含むことができる。好ましくは、調整機構７８はまた、例えば、以下で説明するように、エラストマー部材８０を使用して調整機構に対して圧力を維持することによって、位置決めを長時間維持することも可能である。
【００３９】
図７に示す実施例では、調整機構７８は、半体７０、７１の空間関係を調整するために、雌ネジ部材８２と螺合するように構成された雄ネジ部材８１を含むことができる。ネジ部材８１、８２を締め付けると、半体７０、７１は接近するように移動して、空隙７７を閉じる一方、ネジ部材８１、８２を緩めると、半体７０、７１は離反するように移動し、それによって空隙７７を広げる。
【００４０】
さらに別の実施形態では、調整機構７８は細長いネジ部材（例えばボルトまたは他の同様の形状構成）を含むことができ、雌ネジ部材が不要となるように、内壁７３ｂ、７４ｂに相補型のネジ山を設けることができる。半体７１によって呈されるネジ山は、ネジ部材８１を回すと半体７０、７１が相互に逆方向に移動するように、半体７０によって呈されるネジ山と比較して逆向きに螺刻することができる。別の実施形態では、一方の半体だけが螺刻され、それは、ネジ部材８１に沿って他方の半体に対して移動することができる。
【００４１】
様々な実施形態において、２つの半体を固定するための調整可能な手段を使用してもよい。調整可能な手段は、２つの半体７０、７１または同様の構造体に外側から取り付けられるクランプを含んでよい。手段はまた、２つの半体７０、７１の外側に配置され、半体７０、７１または同様の構造体を一体に保持するように機能する係止チャネルも含んでもよい。一部の実施形態では、調整機構７８および２つの半体７０、７１を固定するための調整可能な手段は、同一構成部品であってよい。
【００４２】
調整機構の構成部品は、トランスデューサの電気的特性に干渉しないように、非導電性強磁性材料から作ることができる。例えば、調整機構の構成部品は、様々なプラスチック、ポリエステル、ナイロン、フェノール樹脂、および他の非導電性材料から作ることができる。
【００４３】
半体７０、７１間の間隔が既知の予め定められた寸法に固定されている実施形態では、コイル支持構造体７５はキャビティ７２内に密嵌するように寸法を決定ことができる。しかし、（例えば調整機構７８を介して）半体７０、７１間の空間関係が調整可能である場合、コイル支持構造体７５は、調整の範囲全体にわたってキャビティ７２内に密嵌するように寸法を決定することはできない。したがって、支持構造体７５がキャビティ７２内にぴったり嵌るようにまたは密嵌するように、エラストマー部材８０を含めることができる。エラストマー部材８０は、支持構造体７５がキャビティ７２内で移動するのを防止するような厚さで設けることができる。
【００４４】
様々な実施形態において、エラストマー部材８０は、キャビティ７２の第１内面８３に配置し、コイル支持構造体７５に圧力を加えてキャビティ７２の対向内面８４に当接させるべく、拡張するように構成することができる。他の実施形態では、頂部内面および底部内面の各々に１つずつ、２つのエラストマー部材８０を設けることができる。例えば、図７に示すように、エラストマー部材８０はキャビティ７２の底の内面８３に配置され、かつコイル支持構造体７５をキャビティ７２の上部内面８４に当接保持するべく、高さＨを拡張するように構成される。エラストマー部材８０はさらに、調整機構７８が半体７０、７１を近づけ合うように調整されたときに、エラストマー部材８０が圧縮して（高さＨを低減して）、キャビティ７２の高さを低減させることができるように、寸法Ｈに圧縮されるように構成される。逆に、調整機構７８が半体７０、７１間の分離を増大するように調整される場合、エラストマー部材８０は高さＨを拡張して、キャビティ７２内のコイル支持構造体７５の密嵌を維持することができる。他の実施形態では、１つ以上のエラストマー部材８０をキャビティ７２の頂部または底部に配置することができる。さらに別の実施形態は２つ以上のエラストマー部材８０を使用して、キャビティ７２の底部および頂部の各々に少なくとも１つずつ配置することができる。エラストマー部材８０は、グルー(glue)、エポキシ樹脂、テープ、または他の非導電性接着剤もしくは固定機構を用いて所定の位置に固定されてもよい。他の実施形態では、エラストマー部材８０は、エラストマー部材８０の修理または交換が可能なように、あるいは選択可能な数の部材８０を利用することができるように、取外し可能な要素として設計することができる。
【００４５】
さらなる実施形態では、エラストマー部材８０は、半体７０、７１をして調整機構７８に圧力を加えさせ、調整機構７８によって設定されるそれらの間の空間関係を維持するように、充分な膨張力を提供するように構成することができる。これに関連して、エラストマー部材８０は、調整機構７８に対して半体７０、７１に対して外向きの圧力を加えるばねのように働くように構成することができる。エラストマー部材８０は、キャビティ７２の下面で半体７０（または７１）の内部寸法と一致するリング形またはドーナツ形にすることができる。エラストマー部材８０は、連続気泡もしくは独立気泡フォームまたはばねのような特性を有する他のエラストマー材料を用いて作ることができる。好ましくは、エラストマー部材８０は、誘導性装置の電気的特性に干渉しないように非導電性材料から作られる。
【００４６】
上述した例示的実施形態が示した通り、ポットコア誘導性装置は、そのインダクタンスを調整してエミッターとの共振を達成するために、空隙７７を増減することができるように構成することのできる調整機構を含んでよい。
【００４７】
典型的なポットコア構造体の代わりにポットコア誘導性装置を使用することにより、増幅器およびエミッターシステムの調整が可能になる。これは、例えば音声システムの他の構成部品が厳密に制御されないような状況で、特に有用になり得る。例えば、支持構造体７５内のコイル構造体７６は様々な許容度で製造者または供給者から供給されることがある。空隙７７および半体７０、７１間の関係が固定されている状況では、装置毎のコイル構造体７６の変動は、結果的に装置毎のインダクタンス値の変動をもたらす。これは次に、これらの装置がエミッターと共振回路を形成する能力に影響を及ぼし得る。したがって、調整機構７８により調整可能な誘導性装置を提供することにより、コイル構造体７６の変動を考慮してインダクタンス値を仕様通りにすることが可能になる。
【００４８】
図６に示す方法に従ってポットコアを選択した後、音声信号の歪みに応答して空隙７７を変更することによって、動的調整が可能になる。空隙７７を低減することが必要な場合、調整機構７８はエラストマー材料８０を圧縮して、２つの半体７０、７１が空隙７７の大きさを調整することを可能にする。空隙７７を増大することが必要な場合、調整機構７８は逆転してエラストマー材料８０は展開し、２つの半体７０、７１を離反移動させ、空隙７７の大きさを増大させることができる。
【００４９】
様々な実施形態において、トランスダクタ半体７１および部材８２は、間隔を調整するために調整機構７８が調整されるときに、それらを別々に所定の位置に保持する必要が無いように固定されてよい。例えば、トランスダクタ半体７１は、調整機構７８に加えられるトルクに応答して回転しないように、接着するか、粘着するか、ネジまたは他の固締具で取り付けるか、あるいは他の方法で、それが実装されているプリント基板に固定することができる。同様に、部材８２は同様にプリント回路基板に固定することができる。代替的に、部材８２は、部材７８にトルクが加えられたときに部材８２を所定の位置に保持するために、トランスダクタ半体７１における相補形の凹所（図示せず）に配置することができる。
【００５０】
図１０は、本書に開示する技術の一実施形態に係る組み立てられたポットコアインダクターを示す図である。この図では、強磁性筐体の第１および第２半体が対向構成に配置され、支持構造体またはボビンに巻回された誘導性素子のワイヤ巻線を部分的に閉止する状態を示す。この実施形態ではナイロンネジである調整機構が、組み立てられたポットコア構造体の左側に示されており、まだ所定の位置に配置されていない。図１１は、一実施形態に係る同様のポットコア構造体を示すが、ナイロンねじは所定の位置に配置され、マイナスドライバの先端で調整可能である。
【００５１】
本発明の様々な実施形態を上述したが、それらは限定ではなく、単なる実施例として提示したものであることを理解されたい。同様に、様々な図は発明の例示的構成を示すものであり、それらは、本発明に含めることのできる特徴および機能の理解を助けるために示されている。本発明は図示した例示的構成に制約されず、所望の特徴は、様々な代替的構成を用いて実現することができる。実際、本発明の所望の特徴を実現するために代替的構成をいかにして実現することができるかは、当業者には明白であろう。
【００５２】
本発明を様々な例示的実施形態および実現例に関連して上述したが、個々の実施形態の１つ以上で記載した様々な特徴、態様、および機能は、その適用可能性がそれらについて記載した特定の実施形態に限定されず、むしろ、そのような実施形態が記載されているか否かに関わらず、またそのような特徴が記載する実施形態の一部として提示されているか否かに関わらず、本発明の他の実施形態の１つ以上に、単独でまたは様々に組み合わせて適用することができることを理解されたい。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによっても限定されない。
【００５３】
本書で使用した用語および語句、ならびにそれらの変形は、特に明記しない限り、限定型とは対照的に、限度を設定しない開放型の表現（open ended）と理解すべきである。「従来の」および「典型的な」のような上述した形容詞ならびに同様の意味の用語の例は、記載した事物を所与の時期または所与の時期に入手可能な事物に限定されると解釈すべきではなく、むしろ、現在または将来の任意の時点に入手可能または既知となる従来の、伝統的な、通常の、または標準的な技術を包含すると読み取るべきである。同様に、本書が当業者にとって明白または既知である技術に言及する場合、そのような技術は、現在または将来の任意の時点において当業者にとって明白または既知である技術を包含する。
【図１】
2016534590.tif 000003
【図２】
2016534590.tif 000004
【図３】
2016534590.tif 000005
【図４】
2016534590.tif 000006
【図５】
2016534590.tif 000007
【図６】
2016534590.tif 000008
【図７】
2016534590.tif 000009
【図８】
2016534590.tif 000010
【図９】
2016534590.tif 000011
【図１０】
2016534590.tif 000012
【図１１】
2016534590.tif 000013
【国際調査報告】
2016534590.tif 000014
2016534590.tif 000015
2016534590.tif 000016