CN112400327B

CN112400327B - 入耳式射频天线

Info

Publication number: CN112400327B
Application number: CN201980041714.8A
Authority: CN
Inventors: J·R·贝克; I·E·埃斯滕; 陈少鸿
Original assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Current assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2023-01-03
Anticipated expiration: 2039-06-24
Also published as: EP3815391A1; EP3815391B1; US20210352419A1; CN112400327A; US11503417B2; WO2020005818A1

Abstract

本发明涉及一种设备，所述设备可包含：外壳，其适于至少部分插入到人耳的耳甲碗中；至少一个扬声器，其驻留于所述外壳中或上；控制系统，其驻留于所述外壳中或上；及定位元件，其经附接到所述外壳。所述控制系统可经配置用于控制所述扬声器且经配置用于射频RF通信。所述定位元件可经配置以至少部分适配在所述人耳的耳甲内部且可经配置以将所述外壳至少部分保持在所述耳甲碗内。所述定位元件可包含经配置用于与所述控制系统通信的一或多条导线。所述一或多条导线可经配置用于接收及/或传输RF辐射。在一些实例中，所述定位元件可为或可包含耳甲锁。所述定位元件可包含环形天线。

Description

入耳式射频天线

技术领域

本发明涉及佩戴在耳朵中的音频装置。

背景技术

由于身体对RF(射频)的吸收，与佩戴在耳朵中的装置(例如，耳塞或听力增强装置)进行RF通信可为挑战性的。由于人体在很大程度上是导电的，所以其可吸收RF辐射。对于完全或大体上适配到耳道中的耳朵装置，这种情况尤其具有挑战性，因为这种耳朵装置在除面向外的面以外的所有面上被肉体包围。

发明内容

本发明的至少一些方面可经由设备实施。例如，一或多个装置可能够至少部分执行本文中揭示的方法。在一些实施方案中，一种设备可包含：外壳，其适于至少部分插入到人耳的耳道或耳甲碗(concha bowl)中；至少一个扬声器，其驻留于所述外壳中或上；控制系统，其驻留于所述外壳中或上；及定位元件，其经附接到所述外壳。在一些这种实施方案中，所述控制系统可经配置用于控制所述扬声器且经配置用于射频(RF)通信。

所述定位元件可包含经配置用于与所述控制系统通信的一或多条导线。所述一或多条导线可经配置用于接收及/或传输RF辐射。所述定位元件可经配置以至少部分适配在所述人耳的耳甲内部且可经配置以将所述外壳至少部分保持在所述耳甲碗内。在一些实例中，所述定位元件可为或可包含耳甲锁。在一些实施方案中，所述定位元件可为或可包含在柱尖端中具有天线的柱。根据一些实例，所述定位元件可包含环形天线。

一些这种实施方案可具有潜在优点。由于肉体含有水，所以其具有相对高介电常数且是大体上导电的。头部及皮肤的这些性质可极大地影响电磁波的电场，从而吸收原本将可用于传输或接收的RF能量。在使用例如耳甲锁或柱尖端天线的定位元件的情况下，这种衰减可至少稍微减少，因为定位元件的至少一部分可经设计以远离耳朵延伸至少几毫米。在一些实例中，例如耳甲锁的定位元件可经电连接为环形天线。与单极或偶极天线相比，环形天线具有近场辐射模式，所述模式主要由电磁场的磁分量而不是电分量主导。因此，环形天线受高介电常数及高电导率皮肤和头部的接近度的影响较小。

在附图及下文描述中阐述本说明书中描述的标的物的一或多个实施方案的细节。应注意，下图的相对尺寸可不按比例绘制。

附图说明

图1是展示可经配置以执行本文中揭示的至少一些方法的设备的组件的实例的框图。

图2展示入耳式装置的实例。

图3展示至少部分安置于人耳内的图2的入耳式装置的实例。

图4A展示包含耳甲锁的入耳式装置的实例。

图4B展示在人耳外部的图4A的设备的两个例项。

图5A及5B展示穿透定位元件的两个实例的横截面。

图6展示包含耳甲锁天线的入耳式装置的另一实例。

各种图式中的相似元件符号及命名指示相似元件。

具体实施方式

以下描述涉及用于描述本发明的一些创新方面的目的的某些实施方案以及其中可实施这些创新方面的上下文的实例。但是，可以各种不同方式应用本文中的教示。例如，虽然依据专用及环境来描述各种实施方案，但本文中的教示广泛地适用于其它已知应用及环境。再者，所描述的实施方案可至少部分在如硬件、软件、固件、基于云的系统等的各种装置及系统中实施。因此，本发明的教示不意在限于图中展示及/或本文中描述的实施方案，而代替地具有广泛适用性。

如上文提及，由于身体的RF吸收，与佩戴在耳朵中的装置(例如，耳塞或听力增强装置)(其在本文中可被称为“入耳式装置”)进行RF通信可为挑战性的。各种所揭示实施方案提供用于入耳式装置的改进RF(射频)天线。

图1是展示可经配置以执行本文中揭示的至少一些方法的设备的组件的实例的框图。在这个实例中，设备100是或包含入耳式装置。在一些这种实例中，设备100可为或可包含助听器、耳塞或另一类型的入耳式装置。在图1以及本文中揭示的其它图中展示的组件的类型及数量仅通过实例来展示。替代实施方案可包含更多、更少及/或不同组件。

在这个实例中，设备100包含外壳105。在一些实施方案中，外壳105可适于至少部分插入到人耳的耳甲碗中。根据一些实例，外壳105可包含聚合物，例如塑料及/或弹性体。

根据这个实施方案，扬声器系统110包含驻留于外壳105中或上的至少一个扬声器。包含于扬声器系统110中的扬声器类型可根据特定实施方案(例如，取决于设备100的预期用途)而变化。例如，包含于扬声器系统110中的扬声器的特性可根据设备是否是助听器、耳塞或另一类型的入耳式装置而变化。在一些实施方案中，设备100可包含一或多个麦克风及相关电路。

在这个实例中，设备100包含驻留于外壳中或上的控制系统115。例如，控制系统115可包含通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑及/或离散硬件组件。在一些实施方案中，控制系统115经配置用于控制扬声器且经配置用于射频(RF)通信。因此，控制系统115可包含RF电路，例如

无线电、

低能无线电、Wi-Fi无线电、近场磁感应无线电及/或一或多个其它类型的无线电传输器、接收器或收发器。取决于特定实施方案，无线电可驻留于多用途处理器内或专用于RF通信的处理器中。在一些实例中，控制系统115可经配置以提供音频处理，例如噪声消除、听力增强、音频数据解码等。

根据这个实例，设备100包含定位元件125。本文中揭示定位元件125的各种实例。在一些例项中，定位元件125可经配置以至少部分适配在人耳的耳甲内部。在一些实例中，定位元件125可经配置以将外壳至少部分保持在耳甲碗内。根据一些这种实例，定位元件125可为或可包含耳甲锁。

在一些实施方案中，定位元件125可包含经配置用于与控制系统通信的一或多条导线。根据一些实例，一或多条导线可经进一步配置用于接收及/或传输射频辐射。根据一些实例，定位元件可包含环形天线。一或多条导线可为环形天线的一或多个组件。

尽管接口系统120在图1中被展示为外壳105的任选元件，但接口系统120可包含无线接口的一或多个天线。例如，无线接口可包含经配置用于接收及/或传输射频辐射的定位元件125的一或多条导线。因此，接口系统120可包含定位元件125的一或多条导线与控制系统115之间的一或多个电连接。在一些实例中，接口系统120可包含控制系统115与存储器系统(图1中未展示)之间的一或多个接口。

在一些实施方案中，接口系统120可包含用户接口系统。用户接口系统可经配置用于从用户接收输入。在一些实施方案中，用户接口系统可经配置用于将反馈提供给用户。例如，用户接口系统可包含一或多个触控及/或手势检测传感器系统、一或多个惯性传感器装置等。根据一些实例，用户接口系统可包含用于提供触觉反馈的设备，例如马达、振动器等。

在一些实例中，设备100可在单个装置中实施。但是，在一些实施方案中，设备100可在一个以上装置中(例如，经由一对入耳式装置)实施。在一些这种实施方案中，控制系统115的功能性可包含于一个以上装置中。在一些实例中，设备100可为另一装置的组件。

在一些实施方案中，定位元件125可为或可包含附接到外壳105的柱。在一些这种实施方案中，定位元件125可为或可包含经配置用于传输及/或接收射频辐射的尖端及经配置用于尖端与控制系统之间的通信的一或多条导线。根据一些实例，定位元件可包含芯片天线或环形天线。在一些实施方案中，尖端可经配置以在外壳已部分插入到人耳的耳甲碗中时从人耳的耳屏间切迹(intertragal notch)突出。

在一些实例中，柱可为或可包含环。环可包含环形天线。取决于特定实施方案，这种柱可具有或可不具有尖端。

在一些实施方案中，柱可包含柔性材料，例如柔性聚合物(例如，尼龙)。但是，在替代实施方案中，柱可包含相对更刚性材料。柱可在端部上包含球状物以提高可抓握性及/或用作天线部分。

在一些实例中，可将绝缘应变消除护套安置于定位元件125的导线周围以在被拉动或弯曲时机械地保护柱。根据一些这种实例，护套可经应变消除到入耳式装置的外壳105，使得护套上的力被传输到入耳式装置的外壳105而不是导线或导线到(例如，控制系统115的)RF电路的电连接。

图2展示入耳式装置的实例。在这个实例中，设备100包含附接到外壳105的定位元件125。根据这个实例，定位元件125是包含经配置以辐射及/或接收RF辐射的柱尖端205的柱。取决于特定实施方案，柱尖端205可包含芯片天线、环或其它配置。尖端天线可安置于柱尖端205内，且在一些实例中可经包入(例如，在聚合物或树脂中)以在柱尖端处形成小球状物，例如，如图2中展示。

在这个实例中，定位元件125包含含有一或多条导线的有线部分200。根据一些实施方案，一或多条导线经配置用于往返于柱尖端205传导RF能量。在一些这种实施例中，有线部分200内部的一或多条导线可包含中心线及同轴屏蔽，如在典型同轴电缆中。在一些例项中，有线部分200内部的一或多条导线可为或可包含两条平行或大体上平行迹线。在一些实例中，一或多条导线可包含阻抗匹配导体及接地。

在一些实例中，有线部分200内的导线可使用柔性印刷电路(FPC)形成。FPC可含有组件，例如电阻器、电感器或电容器。取决于特定实施方案，FPC可包含各种形状的迹线。

根据一些实施方案，定位元件125可为透明、大体上透明或半透明的。在一些这种实施方案中，一或多条导线可由透明材料形成，例如氧化铟锡(ITO)、银纳米线填充的硅或塑料等。在一些这种实例中，护套可由透明塑料或聚合物形成。

定位元件125的横截面可是或可不是圆形的，这取决于特定实施方案且在一些例项中取决于沿着哪个平面取得横截面。下文参考图5A及5B描述一些实例。在一些实例中，定位元件125的至少一部分可为相对平坦的，例如带状天线。

图3展示至少部分安置于人耳内的图2的入耳式装置的实例。在这个实例中，外壳105安置于人耳300的耳甲碗305内及耳道310内。根据这个实例，定位元件125经配置，使得当外壳105定位于耳朵300中时，柱尖端205从耳朵300突出。柱尖端205经配置以辐射及/或接收RF辐射。这种配置是潜在有利的，因为与包含耳道内的天线的入耳式装置相比，它们经受由耳朵300及人体的其它部分导致的相对较少RF吸收。

在图2及3中展示的实施方案中，定位元件125在外壳105的周边或附近附接到外壳105。在一些这种实施方案中，定位元件125附接到外壳105的位置可指示设备100的定向且可指示柱相对于耳朵的所要布置。

例如，用户可被告知，入耳式装置应定向成柱在底部。在一些这种实施方案中，柱尖端205可从耳屏间切迹突出以更好地远离身体传输RF。

根据一些实例，柱可足够坚硬，使得柱不会下垂。柱可经配置以突出到耳甲腔中。在一些实例中，柱可经配置以悬挂在空中，在可行的情况下尽可能远离所有耳朵部分。在一些这种实例中，柱可经配置以从外壳105的外面垂直地或成角度地延伸。

在一些实例中，柱长度可使得柱尖端205突出到耳朵以外以作为更好地远离身体发射RF的方法，而且作为计量正确耳朵装置插入深度的方法。例如，用户可经指导以“插入耳朵装置直到尖端恰好突出到耳屏间切迹外部”。

根据一些实施方案，尖端可经装饰有珠宝，作为珠宝的一种形式，例如具有黄金、珍珠或宝石。这种装饰可减少佩戴耳朵装置的耻辱感，而且提供在尖端除添加更多导电材料的机会。

耳甲锁可帮助在剧烈运动期间将装置(例如设备100)保持在耳朵中且可维持用户对入耳式装置不会脱落的信心。图4A展示包含耳甲锁的入耳式装置的实例。在这个实例中，定位元件125包含耳甲锁。尽管在这个实例中耳甲锁是圆形或大体上圆形的，但在其它实施方案中，耳甲锁可具有其它形状。本文中提供一些实例。例如，在其它实施方案中，耳甲锁可具有椭圆形状、逗号形状、“鱼翅”形状、摆线形状等。

此处，定位元件125从设备100的外壳105延伸且经配置以至少部分适配在人耳300的耳甲碗内部。(术语“耳甲碗”及“耳甲”可在本文中同义地使用。)在这个实例中，定位元件125经进一步配置以将外壳105至少部分保持在耳甲碗内。

在图4A中展示的实例中，耳甲锁经配置以到达耳甲的后边缘，以便提供柔和压力以提高外壳105在耳朵300内的保持。根据这个实例，耳甲锁经配置以通过钩在耳甲的后及/或上边缘的对耳轮405下方且通过使外壳105的构件更牢固地介接在耳屏415后方及对耳屏420上方的耳甲的底及前边缘中而提供额外向内保持。在这个实例中，耳甲锁经配置以在耳甲艇410内部，在对耳轮405的最上部折叠后方延伸。

图4B展示在人耳外部的图4A的设备的两个例项。图4B提供外壳105的更完整视图，包含在图4A中定位于耳朵300内部的部分。再者，图4B是外壳位置425a及425b的更清晰视图，定位元件125在所述外壳位置425a及425b处附接到外壳105。

在这些实施方案中，定位元件125包含经配置用于与设备100的控制系统(未展示)通信的一或多条导线。在这个实例中，一或多条导线经进一步配置用于接收及/或传输射频辐射。根据这些实施方案，定位元件125的一或多条导线形成环形天线。

出于若干原因，耳甲锁是在其中建立天线的潜在有利的元件。无论是否是圆形、逗号形状或任何其它形状，形成环(例如，通过在两个位置处连接到外壳105)的耳甲锁可经电连接为环形天线。与单极或偶极天线相比，环形天线具有近场辐射模式，所述近场辐射模式由电磁场的磁分量而不是电分量主导。因此，环形天线受耳朵及头部的高介电常数及高电导率皮肤的接近度的影响较小。

再者，耳甲锁提供至少部分延伸远离佩戴者的头部的天线位置。由于肉体含有水，所以其具有相对高介电常数且是大体上导电的。头部及皮肤的这些性质可极大地影响电磁波的电场，从而吸收原本将可用于传输或接收的RF能量。由于耳甲锁的区段可经设计以延伸远离耳朵至少几毫米，所以耳甲锁天线可减少这种衰减。

图5A及5B展示穿透定位元件的两个实例的横截面。例如，图5A及5B可为穿透图4A及4B中展示的耳甲锁的两个实例的横截面。替代地或另外，图5A及5B可为穿透图2及3中展示的柱的两个实例的横截面。

在这些实例中，定位元件125包含在导线505(或导线505a及505b)的外表面的至少部分上方延伸的聚合物510。例如，聚合物510可包含塑料或弹性体。在一些实例中，定位元件125可包含在导线的外表面的至少部分上方延伸的另一类型的覆盖材料，例如硅酮橡胶。

根据一些实例，可使用已知制造工艺形成且接着涂覆、浸渍、注塑成型、共模或以其它方式使用覆盖材料覆盖导线。覆盖可提供电绝缘以及令人满意的设计益处的机会，例如颜色及纹理。覆盖材料的物理性质可与导线一起提供帮助耳甲锁对外壳105施加保持力，借此将外壳105保持在耳朵中的弹性。

在一些实施方案中，覆盖材料可通过装载粉末来调谐其介电常数及/或磁导率。此处，“装载”与“填充”同义且意味着使用一些(通常小)分率的覆盖材料代替另一材料。例如，塑料通常经装载有玻璃纤维以增加其刚性或经装载有碳以增加其导电性。

为了增加定位元件125的介电常数，覆盖材料可例如经装载有可购自新墨西哥州阿尔伯克基的TPL公司的钛酸锶钡粉末，其具有多达15,000的相对介电常数。为了增加磁导率，覆盖材料可经装载有例如可购自印第安纳州瓦尔帕莱索的PPT公司的铁氧体材料，其中的一些具有多达3,000的相对磁导率。

由于耳甲锁可经机械地附接到外壳105或形成为外壳105的部分，所以耳甲锁内的天线导线可被馈送穿过外壳105的壁且连接到电路。例如，导线可通过RF连接器连接到电路，例如可购自村田、广濑等的非常微型实例。替代地，可使用定制金属弹簧制作连接。例如，弹簧可经压接或焊接到导线且冲压在电路板上，或可经焊接到电路板且冲压在导线或附接到导线的金属件上。取决于连接的数量及配置，天线可为单极、偶极或环形的。

图6展示包含耳甲锁天线的入耳式装置的另一实例。在这个实例中，定位元件125包含附接到第一外壳位置425c的第一区段605a及附接到第二外壳位置425d的第二区段605b。根据这个实例，第一区段605a及第二区段605b是弯曲的，其中凹面面向大体上相同方向。此处，第一区段605a及第二区段605b经由锐角彼此接合。

但是，在其它实施方案中，第一区段605a及第二区段605b可经由较大角度或经由一或多个其它区段彼此接合。在其它实施方案中，第一区段605a及第二区段605b可不彼此接合。代替地，第一区段605a与第二区段605b之间可存在间隙。在一些实例中，第一区段605a及第二区段605b可经接合，但第一区段605a及第二区段605b中的任一者可不附接到外壳105。根据一些这种实例，耳甲锁可经压缩或以其它方式塑形以容纳一系列不同耳朵大小及耳朵形状。

在图6中展示的实例中，耳甲锁经配置以适配在对耳轮405下方且施加力，所述力帮助将外壳105向前且向下固持在耳屏及对耳屏的后方。

所属领域的一般技术人员可容易地明白对本发明中描述的实施方案的各种修改。在不背离本发明的范围的情况下，本文中定义的一般原理可应用于其它实施方案。

例如，一些方法涉及经由附接到耳朵装置(例如助听器或耳塞)的外壳的耳甲锁的一或多条导线接收射频辐射。一些这种方法可涉及耳朵装置的控制系统经由耳甲锁的一或多条导线接收射频信号。一或多条导线可经配置用于与控制系统通信(例如，与其电连接)。控制系统可经配置用于射频通信。一些这种方法可涉及控制系统使射频辐射通过耳甲锁的一或多条导线传输。一些这种方法可涉及根据所接收的射频辐射来控制耳朵装置扬声器或经由所接收的射频辐射来为耳朵装置电池充电。

Claims

1.一种音频设备，其包括：

外壳，其适于至少部分插入到人耳的耳道或耳甲碗中；

至少一个扬声器，其驻留于所述外壳中或上；

控制系统，其驻留于所述外壳中或上，所述控制系统经配置用于控制所述扬声器且经配置用于射频通信；

定位元件，其从所述外壳延伸，所述定位元件包括：

一或多条导线；

柱；及

尖端，其经配置用于传输或接收射频辐射中的至少一者，以及

其中所述定位元件的所述一或多条导线经配置以在所述尖端和所述控制系统之间通信。

2.根据权利要求1所述的音频设备，所述定位元件经配置以至少部分适配在所述人耳的耳甲内部，所述定位元件经进一步配置以将所述外壳至少部分保持在所述耳道或所述耳甲碗内。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的音频设备，其中所述定位元件包括耳甲锁，所述一或多条导线形成建立于所述耳甲锁中的天线。

4.根据权利要求3所述的音频设备，其中所述天线是环形天线。

5.根据权利要求3所述的音频设备，其中所述耳甲锁经配置以适配在所述人耳的对耳轮的至少一部分下方。

6.根据权利要求3所述的音频设备，其中所述耳甲锁包括在所述一或多条导线的外表面的至少部分上方延伸的聚合物。

7.根据权利要求6所述的音频设备，其中所述聚合物包括塑料或弹性体中的至少一者。

8.根据权利要求6所述的音频设备，其中所述聚合物的至少一部分经装载有粉末。

9.根据权利要求8所述的音频设备，其中所述粉末增加所述聚合物的介电常数或磁导率中的至少一者。

10.根据权利要求3所述的音频设备，其中所述耳甲锁的形状是圆形或大体上圆形的。

11.根据权利要求3所述的音频设备，其中所述耳甲锁形成环，所述环包括在第一外壳位置处附接到所述外壳的第一区段及在第二外壳位置处附接到所述外壳的第二区段。

12.根据权利要求1或权利要求2所述的音频设备，其中所述音频设备包括助听器或耳塞。

13.根据权利要求1所述的音频设备，其中经配置用于传输或接收所述射频辐射中的至少一者的所述尖端包括芯片天线或环形天线。

14.根据权利要求1或权利要求13所述的音频设备，其中所述尖端经配置以从所述人耳的耳屏间切迹突出。

15.根据权利要求1所述的音频设备，其中所述一或多条导线包含中心线及同轴屏蔽。

16.根据权利要求1所述的音频设备，其中所述柱具有与期望的插入深度相关联的柱长度。

17.根据权利要求1所述的音频设备，其中所述尖端包括包含导电材料的装饰。