JP5868900B2 - ウエアラブルコンピュータ装置のためのアンテナシステム - Google Patents

Description

本開示は、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する。

ユーザ及びユーザの身体の上に、内部に、または近接して配置され、使用される電子機器がますます増えている。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、またはウエ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。

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。

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、大きな損失が生じる。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、例えばウエ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。

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。

本発明の一側面により、上記及びその他の目的は、電磁場を発信及び受信するアンテナに接続された無線データ通信のための送受信機を備える補聴器を提供することによって達成される。この補聴器はさらに、音声を受け取るとともに、受け取った音声を対応する第１音声信号に変換するマイクロフォンと、第１音声信号を処理して補聴器ユーザの聴力低下を補償する第２音声信号を作成する信号処理機とをさらに備えることができる。第２音声信号を出力音響信号に変換するために、信号処理機の出力にレシーバが接続されてもよい。アンテナは、電気的アンテナなどであって、導電性材料と、導電性材料に設けられたスロットを備えることができる。スロットは、補聴器がユーザによってその使用位置に装着されたときに、ユーザの耳と耳をつなぐ軸に対して実質的に垂直な面内で伸びるものとすることができる。スロットは、励起時に電磁場の発信をもたらすように構成することができる。これにより、アンテナによって発信される電磁場は、その電場がユーザの頭部の表面に対して実質的に直交するように、ユーザの頭部の表面に沿って伝搬する。アンテナは、平面スロットアンテナといった、スロットアンテナとすることができる。

スロットアンテナは、よって、頭部の表面に対して平行又は実質的に平行に設けられる。スロットアンテナを使用する利点は、スロットが耳と耳をつなぐ軸に対して実質的に直交する面内で伸びるときに、スロットアンテナから発信された電界が頭部の表面と直交することにある。

本発明の他の側面により、ボディセンサーネットワークといった、無線ボディエリアネットワークのためのアンテナシステムが提供される。このアンテナシステムは、電磁場を発信及び受信するアンテナに接続された無線データ通信のための送受信機を備える。アンテナは、導電性材料と、導電性材料に設けられたスロットを備えることができる。スロットは、アンテナシステムがユーザによってその使用位置に装着されたときに、ユーザの身体に対して実質的に平行な面内で伸び、励起時に電磁場の発信をもたらすように構成することができる。そして、アンテナによって発信される電磁場が、その電場がユーザの表面に対して実質的に直交するように、ユーザの表面に沿って伝搬するものであるとよい。

スロットアンテナが身体の表面に対して平行又は実質的に平行に設けられていると、スロットアンテナから発信される電場は、身体の表面に対して実質的に直交することができる。典型的には、アンテナシステムは、ウエアラブルコンピュータ装置に設けることができる。

アンテナシステムは、耳あな型補聴器のフェースプレート上又はそれと平行に設けられることができる。あるいは、アンテナシステムは、耳かけ型補聴器のサイドプレート上又はそれと平行に設けられることができる。あるいは、アンテナシステムは、ウエアラブルコンピュータ装置の基板であって、ユーザの身体と平行に配置される基板上に設けられることができる。

本発明の別の側面により、耳あな型補聴器が提供される。耳あな型補聴器は、音声を受け取るとともに、受け取った音声を対応する第１音声信号に変換するマイクロフォンと、第１音声信号を処理して補聴器のユーザの聴力低下を補償する第２音声信号を作成する信号処理機と、信号処理機の出力に接続され、第２音声信号をユーザに提供される出力音響信号に変換するレシーバとを備えることができる。耳あな型補聴器はさらに、フェースプレートと、電磁場を発信及び受信するアンテナに接続された無線データ通信のための送受信機とを備える。アンテナは、電気的アンテナなどであって、導電性材料と、導電性材料に設けられたスロットを備えることができる。スロットは、補聴器がユーザによってその使用位置に装着されたときに、ユーザの耳と耳をつなぐ軸に対して実質的に垂直な面内で伸びるものとすることができる。スロットは、励起時に電磁場の発信をもたらすように構成することができる。これにより、アンテナによって発信される電磁場は、その電場がユーザの頭部の表面に対して実質的に直交するように、ユーザの頭部の表面に沿って伝搬する。アンテナは、平面スロットアンテナといった、スロットアンテナとすることができる。アンテナは、励起時に電磁場を発信する。

スロットアンテナをフェースプレートに配置することは有効であり、それによって、当該アンテナを頭部の表面と同一面内、又は頭部の表面と実質的に同一面内に配置することができる。これにより、発信された電磁場は、周囲の組織に起因する損失を受け難くなる。フェースプレートは、補聴器の外殻の一部を構成することができる。

励起時において、６０パーセントや８０バーセントといった、アンテナによって発信された電磁場の大部分は、その電場がユーザの身体又は頭部の表面に対して実質的に直交するように、ユーザの身体又は頭部の表面に沿って伝搬する。電磁場がユーザの身体又は頭部の周りで回折されるときに、身体又は頭部の表面との相互作用に起因する損失が最小限に抑えられる。これにより、第２のウエアラブルコンピュータ装置、例えば両耳補聴器システムにおける第２の補聴器（通常、ユーザの他の耳に配置される）や、リモコン、電話、テレビ受像機、対応マイクロフォン、補聴器フィッティングシステム、ブルートゥース接続装置のような中間構成品といった補聴器アクセサリにおける電磁場の受信品質を高めることができる。

よって、本発明の一又は複数の側面によるアンテナシステムは、少なくとも二つのウエアラブルコンピュータ装置の間で通信を可能にするように構成することができる。

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、胴体及び頭部を含む、身体全体を包含することが想定される。

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、アンテナ装置はウエアラブル電子機器に組み込まれていてもよく、ウエ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。

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、ウエアラブル電子機器、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）、例えばウエ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、身体の外部の送受信機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。身体の外部の送受信機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。

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。

本発明の一又は複数の実施形態において、電磁場は、ユーザの頭部の表面との相互作用を最小としつつ、ユーザの頭部の表面に沿って回折し、ユーザの頭部の表面に沿った電磁場の強度が著しく改善される。よって、両耳補聴器システムにおいてユーザの他の耳に配置される第２の補聴器に設けられた他のアンテナや、上記のようなアクセサリに設けられた他のアンテナ（通常、ユーザの身体の前方に位置する）との相互作用を向上させることができる。ユーザの頭部の周囲に電磁場を発生させることの利点について、アクセサリなどの外部機器に対する全方位の接続性を提供し得るという点も挙げられる。

よって、アンテナは、使用中、ユーザの身体（例えばユーザの頭部）に沿った回折のために、実質的にＴＭ偏波した電磁場、即ち、ユーザの身体の表面（例えばユーザの頭部の表面）に対してＴＭ偏波した電磁場を発信してもよい。

スロットアンテナを利用することのさらなる利点は、標準アンテナ（例えば標準モノポールアンテナなど）を使用することに比べ、スロットアンテナにエネルギーを供給したとき、即ち、スロットを励起あるいは給電したときに、電流が導電性材料内をスロットのエッジに制限されずに流れ、ハイパワーの放射場を提供し得ることである。

導電性材料は、プリント基板又はフレキシブルプリント基板といった、支持基板であってもよい。そして、スロットは、プリント基板などの支持基板に切り込まれたスリットであってもよい。導電性材料は、非導電性の支持部材上に設けられた導電性材料であってもよく、その導電性材料は、非導電性の支持部材上に形成された導電性材料の導電性層であってもよい。スロットは、導電性材料を取り除いて、即ち、導電性層のスロットとして設けることができる。スロットは、導電性材料の空隙であってもよい。通常、導電性材料は、スロットアンテナのための接地面を構成することができる。

補聴器のハウジングがユーザの耳におけるその使用位置に配置されたときに、アンテナは、使用中にユーザの耳と耳とをつなぐ軸の方向に電磁場を発信することはないか、又は実質的にない。むしろ、補聴器のハウジングが使用中にその使用位置に配置されたとき、アンテナは、ユーザの頭部の表面と平行な方向へ主に伝搬するような電磁場を発信するように構成されている。それにより、発信された電磁場の電場は、少なくとも使用中にアンテナが配置される頭部の側面に沿った頭部の表面に対して垂直、又は実質的に垂直な方向性を持つ。これにより、頭部の表面と平行な電場の成分を有する電磁場の伝搬損失と比べて、頭部の周辺組織における伝搬損失は低減される。接続アンテナによって発信された電磁場は、頭部の周囲に沿って回析することによって、一方の耳から頭部を回って反対側に位置する他方の耳まで伝搬することができる。

アンテナは、直接、間接、又は結合フィードを使用するなど、従来の様々な手段を使用して励起することができ、例えば、スロットで電磁場を励起するためにフィードラインを使用することができる。一又は複数の実施形態では、アンテナは、ストリップライン又はマイクロストリップラインを使用して給電されることができ、ストリップライン又はマイクロストリップラインは、アンテナの背面側又はアンテナのための支持部材の背面側に沿ってスロットの下に設けることができる。それにより、直接的に接続しなくても、特に高周波数において、ストリップラインが電気放射を介してスロットへ接続される。ストリップラインは、送信ラインであってもよく、直線フィードラインであってもよく、Ｔ−ラインなどであってもよい。通常、ストリップラインは、スロットの幅に亘って伸びる。但し、点給電やその他の給電方式も使用可能であることが想定される。

アンテナは、共振アンテナであってもよく、従って、スロットは、共振構造を構成するものであってもよい。共振アンテナを流れる電流は、アンテナの長さに沿った定常波、この場合は特に、スロットの長さに沿った定常波を形成する。共振アンテナは、通常、共振周波数又はおよそ共振周波数で作動し、そのとき、スロットの長さは、発信される電磁場の半波長又はその整数倍か、４分の１波長又はその奇数倍に等しくなる。そのことから、本発明では、スロットの長さが、１／２波長又はその整数倍か、１／４波長又はその奇数倍であることが好ましい。

スロットは、電磁場を発信するために適当な任意の形状を有することができる。

一又は複数の実施形態では、スロットは、細長いアンテナ、ロッド又はモノポールアンテナの形状を有することができる。スロットダイポールとして細長いアンテナを使用すると、フィードと細長いアンテナの終端との距離を調節することによって、スロットのインピーダンスを調整することができる。アンテナは、直線、ねじれ線、コイル線、フラクタル状などのアンテナであってもよい。通常、スロットが導電性材料のエッジまで伸びていると、アンテナの特性は、モノポールアンテナの二倍に等しくなり、最適な長さは１／４波長となる。

一方、スロットはループ状であってもよく、本発明の一又は複数の実施形態において、スロットは一重のループであってもよい。ループ状のスロットは、屈曲、ねじれ、又はフラクタル状であってもよく、それによって、小さなスペースでも長くすることができる。共振スロットループは、１／２波長とすることができ、それによってアンテナの帯域幅を最小化することができるが、より短いもの、例えば、１／４波長あるいは１／４波長未満のスロットループを使用してもよい。

補聴器では特に、空間的制約が重要である。本発明の一又は複数の実施形態において、導電性材料は、耳あな型補聴器のフェースプレート上又はそれと平行（あるいは実質的に平行）に設けることができる。それにより、スロットを、フェースプレート上又はそれと平行な部材に設けることができる。

一又は複数の実施形態において、導電性部材は、耳かけ型補聴器のサイドプレート上又はそれと平行に設けることができ、好ましくは、ユーザの外側を向くサイドプレート、即ち、ユーザの頭部の反対側のサイドプレートに設けることができる。

スロットの表面積は、導電性材料の表面積よりも小さくすることができる。例えば、フェースプレートの周長に対する前記スロットの全長は、例えば１といった所定の閾値よりも小さくすることができる。

導電性材料は、スロットアンテナのための接地面を構成することができる。あるいは、当該アンテナのための接地面は、導電性材料の背面に設けることもでき、例えば、表面に導電性材料が設けられた支持基板の背面に設けることができる。スロットの幅は、アンテナのインピーダンスに応じて調整することができ、アンテナのインピーダンスは、スロットの幅を調整することによって調整し得る。スロットの幅を増大させることによって、インピーダンスを増大させることができる。加えて、狭すぎるスロットは、アンテナの効率を低下させるものであり、著しい電場がスロットで生じた場合に、損失を増大させてしまう。一又は複数の実施形態において、スロットの幅は、１／２００波長から１/２５波長の間とすることができる。スロットの幅は、２ミリメートル未満とすることができ、例えば、１ミリメートル未満、あるいは０.５ミリメートル未満とすることができる。

さらに、アンテナのための反射面を設けることができる。反射面は、導電性層の下方、例えば、その最上面に導電性材料が設けられた支持基板の下方であって、身体の中心の近くに位置するように設けることができる。耳あな型補聴器では、通常、アンテナは補聴器の外側部分、典型的には耳あな型補聴器のフェースプレート上に設けられる。フィードラインは、通常、フェースプレートの直下に設けられ、フェースプレートに対して鼓膜に向かう。反射面は、フェースプレートの下方に設けることができ、フィードラインが存在する実施形態では、フィードラインを有する面に対しても下方に設けることができる。それにより、反射面は、通常、反射面の下方又は背後に設けられ、補聴器がユーザの耳においてその使用位置に配置されたときに、身体の近く、即ち、鼓膜の近くに位置することになる。従って、補聴器は、第１層に設けられた導電性材料と、第２層に設けられたフィードラインとを有することができ、ここで、第２層は第１層と平行、又は実質的に平行であって、補聴器がユーザによって使用位置に装着されたときに、第２層は第１層よりもユーザの鼓膜の近くに位置するとよい。アンテナのための反射面を形成する第３層がさらに設けられてもよい。

導電性材料には開口を形成することができ、その開口は、補聴器のバッテリを受け入れる構成とすることができる。開口は、導電性材料及び任意の支持部材、即ち支持基板に設けることができる。開口は、補聴器のバッテリを受け入れるように、第１層及び／又は第３層に設けることができる。一又は複数の実施形態では、スロットがループ状であってもよく、開口は、導電性材料においてループ状のスロット内に設けられてもよい。それにより、スロットは、導電性表面に設けられたループ状のスロットを形成し、開口が、ループ状のスロット内に設けられる。一又は複数の実施形態において、開口は、スロットから離れて設けることができ、それにより、スロットに供給される電気に対して開口が与える影響を低減することができる。

典型的には、開口を閉塞してバッテリや補聴器の内面となるドアを設けることができる。本発明の一又は複数の実施形態では、当該ドアが導電性表面を有し、バッテリの開口を閉塞するものとすることができる。

本発明の一又は複数の実施形態では、ドアと導電性材料との間に隙間を設け、その隙間がループ状のスロットを形成する構成とすることができる。これにより、ドアと例えば基板に設けられた導電性材料との間の間隔が、スロットを形成し得る。隙間は、例えばドアの一又は複数の縁に沿うように、ドアの周囲に沿って伸びるスロットであって、開口を取り囲むループ状のスロットとなり得る。あるいは、ドアと導電性材料との間の間隔は、スロットの一部、例えばループ状のスロットの一部を形成し得る。

さらに、キャパシタを設けることができ、このキャパシタは、スロットと交差するように配置され、アンテナの中心周波数を調整する構成とすることができる。一又は複数の実施形態では、キャパシタは、給電入力点に対して反対側に配置することができる。

補聴器は、ハウジングを備えることができ、導電性材料とスロットとを有するアンテナは、補聴器のハウジングに収容することができる。この場合、アンテナは、補聴器のハウジングから突出することなくハウジングの内部に位置することが好ましい。

スロットアンテナは、作動中、電磁場がユーザの頭部の周囲を伝わるように機能し、それによって、外乱に強く損失の少ない無線データ通信が実現されるという利点がある。

電流の頭部の側面に垂直な成分、又はその他の身体部分に垂直な成分により、電磁場の表面波をより効率的に励起することができる。これにより、例えば、耳から耳への経路利得は、例えば１０−１５デシベルの幅で、あるいは１０−２０デシベルの幅で改善される。

スロットアンテナは、ユーザの頭部の周囲に沿った回析のために、実質的にＴＭ偏波した電磁場を発信してもよく、即ち、ユーザの頭部の表面に対してＴＭ偏波した電磁場を発信してもよい。

補聴器のハウジングがユーザの耳におけるその使用位置に配置されたときに、アンテナは、使用中にユーザの耳と耳とをつなぐ軸の方向に電磁場を発信することはないか、又は実質的にない。むしろ、補聴器のハウジングが使用中にその使用位置に配置されたとき、アンテナは、ユーザの頭部の表面と平行な方向へ主に伝搬するような電磁場を発信するように構成されている。それにより、発信された電磁場の電場は、少なくとも使用中にアンテナが配置される頭部の側面に沿った頭部の表面に対して垂直、又は実質的に垂直な方向性を持つ。これにより、頭部の表面と平行な電場の成分を有する電磁場の伝搬損失と比べて、頭部の周辺組織における伝搬損失は低減される。接続アンテナによって発信された電磁場は、頭部の周囲に沿って回析することによって、一方の耳から頭部を回って反対側に位置する他方の耳まで伝搬することができる。

無給電アンテナ要素、第１部分及び主要アンテナ部分を有する補聴器のアンテナは、ＩＳＭバンドにおいて作動するように構成してもよい。アンテナ装置は、任意の周波数で作動するように構成してもよい。好ましくは、アンテナ装置は１ＧＨｚ以上で作動するとよく、例えば、１．５ＧＨｚと３ＧＨｚとの間や、２．４ＧＨｚで作動するとよい。

本発明のさらなる側面により、補聴器システムが提供される。この補聴器システムは、補聴器と、上述したいずれかのアンテナシステムに基づくアンテナシステムを備えることができる。

補聴器システムは、一又は複数の補聴器アクセサリをさらに備えていてもよい。少なくとも１つの補聴器アクセサリは、上述したアンテナ装置のいずれかに係るアクセサリアンテナ装置を備える。少なくとも一つの補聴器アクセサリは、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アクセサリは、例えばリモコンであってもよく、リモコンとアクセサリアンテナ装置は、ウエアラブル電子機器の形態、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。

ウエアラブル電子機器は、一又は複数の外部の電子機器、例えば他の補聴器アクセサリ、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。

補聴器システムの一実施形態では、一又は複数の外部電子機器（例えば補聴器アクセサリ）と補聴器との間の通信は、ウエアラブル電子機器を介して行われてもよい。

以下、本発明の例示的な実施例を示す添付図面を参照しながら、本発明の詳細について説明する。但し、本発明は他の様々な形態でも実施可能であり、ここで示す実施形態に限定されるものではない。正しくは、本開示を十分で完成したものとし、本発明の技術的範囲を当業者へ完全に教示するために、これらの実施形態は提供されるものである。参照番号は、全体を通して同一の要素を示しており、各図の説明毎に詳細な説明の繰り返しは避けることとする。

図１ａ、ｂは、ユーザの頭部の疑似モデルを示す。 図２は、典型的な（従来技術の）補聴器のブロック図を示す。 図３は、耳あな型補聴器におけるスロットアンテナの位置を模式的に示す。 図４は、耳かけ型補聴器におけるスロットアンテナの位置を模式的に示す。 図５ａ、ｂは、耳あな型補聴器における反射面とその位置を示す。 図６ａ−ｄは、スロット形状の例を示す。 図７ａ−ｄは、アンテナに対する給電の例を示す。 図８ａ−ｃは、本発明の具体的な実施例を示す。 図９ａは、図８ａ−ｃのアンテナについて自由空間放射パターンを示す。 図９ｂは、図８ａ−ｃのアンテナについて自由空間放射パターンを示す。 図９ｃは、図８ａ−ｃのアンテナについて自由空間放射パターンを示す。 図１０ａ−ｃは、図８ａ−ｃのアンテナについてＳＡＭシミュレーションした放射パターンを示す。 図１１は、図８ａ−ｃのアンテナのシミュレーションした経路利得を示す。 図１２は、図８ａ−ｃのアンテナのシミュレーションした帯域幅を示す。

図１ａは、前から見たユーザの頭部の疑似モデルであり、図１ｂは、横から見たユーザの頭部の疑似モデルであり、いずれも通常の直交３次元座標系とともに示される。図１ｂでは耳あな型（ＩＴＥ）補聴器のフェースプレートが見えており、スロット２がフェースプレートの中央に開口を形成している。

人間の身体の近くの無線通信のためのアンテナを設計する場合、人間の頭部は、その鼻、両耳、口、両眼などの感覚器官を有する丸い囲いにより近似することができる。このような丸い囲い３が、図１ａ及び１ｂに描かれている。図１ａには、正面から見た頭部の疑似モデルが頭部との関係で方向を定義するｘ、ｙ、ｚ軸を有する通常の直交３次元座標系とともに示されており、また、図１ｂには、横から見た頭部の疑似モデルがユーザの頭部の解剖学的構造を幾何学的に定義する通常の直交３次元座標系のｘ、ｙ、ｚ軸とともに示される。

頭部の表面のすべてのポイントは、法線ベクトル及び接線ベクトルを有する。法線ベクトルは頭部の表面に垂直であるのに対し、接線ベクトルは頭部の表面に平行である。頭部の表面に沿って伸びる要素は、頭部の表面に対して平行といわれる。同様に、頭部の表面に沿って伸びる平面は、頭部の表面に対して平行といわれる。これに対し、頭部の表面上のポイントから、頭部から周辺空間へ放射状に外側へ向かう物体または平面は、頭部に対して垂直といわれる。

例として、図１ａにおいて参照番号４で示され、図１ａの頭部の表面上で最も左に位置するポイントは、この座標系のｙｚ平面に平行な接線ベクトル及びｘ軸に平行な法線ベクトルを有している。したがって、ｙ軸及びｚ軸はポイント４において頭部の表面に平行であり、ｘ軸はポイント４において頭部の表面に垂直である。

図１ａ及び１ｂの疑似頭部によりモデル化されているユーザは地面（図に示されていない）に直立しており、地面はｘｙ平面に平行である。したがって、ユーザの爪先から頭部のてっぺんまでの胴軸はｚ軸に平行であるのに対し、ユーザの鼻はｙ軸沿いに紙面から突出する方向を向いている。

右外耳道及び左外耳道を通る軸は、図中のｘ軸に平行である。この耳と耳をつなぐ軸（耳軸）は、したがって、それが頭部の表面を離れる点において頭部の表面に垂直である。耳と耳をつなぐ軸及び頭部の表面は、以下において本発明の要素の特定の構造を記述するときの基準として使用される。

耳の耳介は、大部分の被験者の主として頭部の表面に平行な平面に位置しているので、耳と耳をつなぐ軸も耳に対する法線として機能すると記述されることが多い。しかし、耳介の平面の向きは、人によって異なる。

耳あな型補聴器は、外耳道に適合する形状の細長いハウジングを有する。したがって、このタイプの補聴器の長手方向軸は耳軸に平行であるのに対し、耳あな型補聴器のフェースプレートは通常耳軸に直交する平面に存在する。耳かけ型補聴器は、典型的には、耳介の頂部に載る、バナナのような形状をしていることの多い、やはり細長いハウジングを備えている。したがって、このタイプの補聴器のハウジングは、ユーザの頭部の表面に平行な長手方向軸を有する。

典型的な（従来技術の）補聴器のブロック図を図２に示す。補聴器アセンブリ２０は、入力音響を受け取り、それを音声信号、即ち、第１音声信号に変換するマイクロフォン２１を含んでいる。第１音声信号は信号処理機２２に与えられ、それにより第１音声信号は処理されて補聴器のユーザの聴力低下を補償する第２音声信号となる。レシーバ２３は、信号処理機２２の出力に接続されており、第２音声信号を出力音響信号、例えばユーザの聴力低下を補償するように変更された信号に変換し、出力音響をスピーカ２４に与える。したがって、補聴器信号処理機２２は、増幅器、圧縮器及び雑音低減システム等の要素を包含し得る。この補聴器は、出力信号を最適化するフィードバック・ループ２５も備えることができる。この補聴器は、電磁場を発信及び受信するアンテナ２７に接続された無線データ通信のための送受信機２６も備え得る。送受信機２６は、補聴器処理機２２及びアンテナと接続されて、両耳補聴器システムにおいて他方の耳に配置される外部機器、即ち、もう１つの補聴器との通信を行うことができる。

図３には、本発明による耳あな型の補聴器、即ち、ＩＴＥ補聴器３０が模式的に示されており、また、図３は、ＩＴＥ補聴器３０におけるスロットアンテナの位置を模式的に示す。ハウジング３１は、マイクロフォン２１、信号処理機２２及びスピーカ２４とともに描かれている補聴器アセンブリ２０を含んでいる。ハウジング３１は、典型的には、ユーザの外耳道に適合するように成型されており、また、フェースプレート３２は、補聴器の外端に設けられている。ハウジング３１は、典型的にはフェースプレート３２を取り囲んでいるが、しかし、例示目的のため、ハウジングのこの部分は図３に示されていない。補聴器のバッテリ３３は、補聴器アセンブリに給電するためにハウジングに設けられている。

アンテナ３４、３５は、フェースプレート３２の上に設けられている。これらのアンテナ３４、３５は、導電性材料３４を含み、その中にスロット３５が画定されている。典型的には、この導電性材料は、基板などの支持部材上に設けることができる。導電性材料３４は、プリント回路基板といったプリントとすることができる。スロット３５は、材料を切り取ることにより形成される。このスロット３５は、典型的には導電性材料３４の空隙である。スロット３５は、導電性材料３５の中に開口を形成することができる。本発明の例では、スロット３５はループを形成しており、したがってループスロット３５を有する導電性材料３４は、スロットループアンテナ３４、３５等のアンテナを形成する。図３から、別の開口３６が導電性材料３４の中に設けられ、バッテリ３３を収容していることが分かる。したがって、ループスロットは、開口３６を取り囲むことができる。この開口は、補聴器のバッテリを受け入れられるだけの大きさを有しなければならない。バッテリ３３は開口３６から突き出ることができるか、またはバッテリ３３は補聴器３１中のフェースプレート３２の後に配置することもできる。補聴器がユーザによりその使用位置に着用されたとき、導電性材料３４の中に設けられているスロット３５がユーザの耳と耳をつなぐ軸に実質的に直交する平面に伸びることが分かる。スロット３５は、励起により電磁場の放射をもたらすように構成することができる。アンテナにより発信された電磁場は、ユーザの頭部の表面に沿って伝搬し、その電磁場が実質的にユーザの頭部の表面に実質的に直交することが好ましい。

図４は、耳かけ型補聴器４０、即ち、ＢＴＥ補聴器４０を模式的に示す。図４は、また、ＢＴＥ補聴器４０上のスロットアンテナの位置を模式的に示す。補聴器４０は、ユーザの耳にかけられるハウジング４１の中に設けられている。音響管４２は、補聴器４０の音響を外耳道（図４に示されていない）に導く。アンテナ４４、４５は、補聴器４０の一つの側面４６に設けられている。アンテナ４４、４５は、補聴器４０がユーザの耳の後の使用位置に配置されたときにユーザの頭部から最も遠い位置に置かれるように構成されている補聴器４０の側面４６に配置することが好ましい。アンテナ４４、４５は、導電性材料４４の中に設けられたスロット４５を有する導電性材料４４を備えており、導電性材料４４及びスロット４５は、スロットアンテナ４４、４５を形成している。このスロットアンテナは、フィードライン４７により給電される。

補聴器、特にＩＴＥ補聴器における寸法制約はかなり厳しいので、本発明によるアンテナを頭部の平面に平行な平面を形成する補聴器の一部分に配置し得る平面アンテナとすることができると有利である。

典型的には、導電性材料３４、４４は、アンテナ３４、３５、４４、４５のための接地面を構成する。導電性材料がアンテナのための接地面を構成するために、導電性材料がスロットのすべての側に充分に伸び得ることを考慮している。しかし、やはり一例であるが、フェースプレート３２の裏側または側面４６の内側の導電層もアンテナ３４、３５、４４、４５のための接地面を構成することができる。

さらに、反射面５１を設けてアンテナ３４、３５、４４、４５の効率を高めることもできる。図５ａ及び５ｂは、ＩＴＥ補聴器における反射面５１及びその位置を示す。フェースプレート３２の背後の平面、即ち、アンテナ３４、３５に対して鼓膜に近い方の面に、好ましくはフェースプレート３２に平行または実質的に平行な面に反射面を設ける。図５ｂは、外耳道５２中のＩＴＥ補聴器３０の位置を示す。

図６ａ−ｄは、導電性材料６１中に設けられた例示的なスロット形状６２、６３、６４を有するアンテナ６０を示す。このスロットは、図６ａに示すループ形成スロット６２、または図６ｂに示す細長いスロット６３の形状など実質的にいずれの形状とすることもできる。あるいは、一定長、即ち、例えば１／４波長または半波長を有するスロットに適合するために、形状は、図６ｃに示すような（この場合、ループスロットは１次シエルピンスキ曲線６４の形を有する）、直線、蛇行線、コイル線、フラクタル形状アンテナ、折り返しアンテナ等とすることもできる。図６ｄでは、例えば補聴器のバッテリを受け入れる開口６６は、ループ形状スロット６２の中に十分に収まっている。

アンテナの給電または励起は、任意の既知の方法で行い得る。図７ａ−ｄは、アンテナ６０の給電点及びフィードライン７１の例を示す。図７ａは、アンテナ及び対応する給電の立面側面図により、マイクロストリップ給電を示す。アンテナ６０は、導電性材料６１及び導電性材料６１中に設けられたスロット６２を含んでいる。アンテナ６０は、ユーザの頭部または身体の表面に実質的に平行なｙｚ平面に伸びる平面７１に設けられる平面アンテナなどのアンテナである。図１ａ及び１ｂを参照されたい。

Ｔ字形状フィードライン７３は、スロットの平面７１に平行または実質的に平行に設けられている平面７２に、スロット６２の下に設けられている。電流がＴ字形状フィードライン７３に加えられている場合、フィードライン７３からの電磁場をスロット６２に結合することにより電磁場がスロット中に誘起され得る。したがってスロット平面７１と給電平面７２間の距離７４は、フィードラインとスロット間の効率的な結合を可能とするように構成されている。フィードラインは、マイクロストリップフィードラインとすることができる。アンテナ６１、６２の上面図を示す図７ｂにおいて、アンテナ６１、６２の下のフィードライン７３は点線で示される。フィードラインはループに亘って伸び、したがって多数の場所７５、７６、７７でスロット６２をまたいで伸びることが分かる。

図７ｃにおいて、スロット６１をまたいで接地接続７８から給電接続７９へ電流が流される点給電が示される。

図７ｄは、スロット６２の平面７１の下の平面７２に設けられた１本のマイクロストリップフィードライン８０を示す。これは、ユーザの頭部または身体に近い方のアンテナの側面に設けられている。この１本のマイクロストリップフィードライン８０は、アンテナ６１、６２の下に設けられる部分については、点線で示される。

典型的には、フィードラインは、反射面が設けられる場合、アンテナ６１、６２と反射面の間に配置される。

図８ａ−ｃは、本発明の具体的な実施形態を示す。ここでは、スロットアンテナの幾何学的形状が示される。このアンテナの設計は、双方向放射特性を有するスロットループアンテナに基づいている。本実施形態では、このアンテナは、３層プリントにより製造される。図８ａには、最上層８２が示される。スロット８３は最上層に設けられ、最上層のプリントの外側、即ち、表面金属部８１は、接地面として使用される。したがって、導電性材料８２である外側金属部分は導電性である。最上層には給電接続のためのはんだアイランド８４が設けられている。図８ｂは、Ｔ字形状ストリップライン８６を有する中間層８５を示す。図８ｃは、反射面８７ならびに給電８６及び最上部接地面８２との接続のためのはんだアイランド８８を有する最下層を示す。最下層は、銅の平面とすることができる。銅の平面により放射を調整して、放射パターンの頭部に対する見掛け上の平行度が反射板なしの場合より高くなるようにする。最上層は、頭部に対して実質的に平行なｚｙ平面に伸びる。スロットループ８３は、補聴器がその使用位置に置かれたときに、頭部に平行な平面、即ち、ユーザの耳と耳をつなぐ軸に垂直な平面に置かれることが分かる。

限られたエリアにおいて長さを増大するために、スロットの形状は、シエルピンスキ空間充填曲線の第一反復に基づいている。しかし、限られたエリアにおいて総合長を維持するために、いくつかの方法によりアンテナを折り返してもよいとすることも考えられる。

アンテナは、ＲｏｇｅｒｓＴＭＭ（登録商標）６基板８２（層厚さ０．３８１ｍｍ、比誘電率ｒ＝６の熱硬化セラミック含有プラスチック）上で導電性材料８１として厚さ０．０１７ｍｍの銅板を使用して作成する。アンテナ８１、８３は、直径２０ｍｍの補聴器のフェースプレート等の円板上に制限される。設けられたスロットは、６４ｍｍの全長、Ｌ_Ｓｅｇ＝４．０ｍｍのセグメント長及びＷ_Ｓｅｇ＝０．５ｍｍのスロット幅８９を有する。図７ｂに給電８６が示される。フィードライン８６は、Ｗ_Ｆｅｅｄ＝０．３４４ｍｍの幅９０及びＬ_Ｆｅｅｄ＝７．６８２ｍｍの幅９１を有する。Ｔ字状クロスストリップは、給電と同じ幅及びＬ_{Ｃｒｏｓｓ}＝９．４０６ｍｍの長さ９２を有する。しかし、これらの寸法は単なる例示寸法であり、当業者にはスロットを在来の方法により折り返して、限定された利用可能な空間において最適電力を与える方法が分かると考えられる。

このアンテナは、補聴器のフェースプレート中で使用するように設計され、穴９３が最上層８２及び最下層８７に、スロットループ８３内に設けられている。穴９３の寸法は、現在の実施形態では、標準補聴器のバッテリ（ＩＥＣ：ＰＲ７０）に適合するバッテリ及び関連スプリングに適合する７．８ｍｍ×４．６ｍｍである。しかし、他の補聴器で異なるバッテリ寸法を使用することもあるので、他の寸法も想定され得る。すべてのシミュレーションにおいて、バッテリは、アルミニウムの箱としてシミュレーションされた。

このアンテナのシミュレーションでは、給電は、５０オームに直接整合される。耳から耳への接続を最適化するために、前述のように、２．４５ＧＨｚにおける放射パターンが頭部の表面沿いに最大放射を有する必要がある。図８ａ−ｃに関連して説明したアンテナの２．４５ＧＨｚにおける自由空間の指向性パターンを図９ａ−ｃに示す。ここでθ及びΦの線は、それぞれ、θ偏波放射及びΦ偏波放射を示す。図９ａはｘｚ平面における放射パターンを示し、図９ｂはｘｙ平面における放射を示し、図９ｃはｙｚ平面における放射を示す。このアンテナは主としてｚｙ平面方向において放射し、ｘ方向において最低となることが望ましい。ここでｘ軸は、耳と耳をつなぐ軸に対応する。

この放射パターンは非全方向性であり、したがって頭部の寸法の影響は低減できることが分かる。さらに、給電入力点の反対側の間隙に亘ってキャパシタを配置する。これは中心周波数を低減することができ、本実施形態ではアンテナを耳内に配置したとき８．２ｐＦのキャパシタの値が２．５ＧＨｚの中心周波数を与えることが分かった。疑似頭部３によるシミュレーション後にキャパシタの大きさを変えることにより、頭部による離調にも関わらず、約２．５ＧＨｚの中心周波数が得られた。頭部による離調は、中心周波数を約０．０５ＧＨｚ（２％）下げることが判明した。

本実施形態では、例えばユーザの一方の耳の中の補聴器からユーザの他方の耳の中のもう１つの補聴器への通信が望ましい。耳から耳への結果を評価するために、図１に示した疑似ＳＡＭヘッド３を使用した。このアンテナは耳あな型補聴器のフェースプレート上で使用するために設計されているので、図１に示す頭部に平行なｙｚ平面において、このアンテナを外耳道の右上に置く。外耳道は、半径６ｍｍ、深さ２０ｍｍの円筒としてシミュレートした。自由空間におけるこのアンテナの放射パターンは図９ａ−ｃに示されるように非一様であるため、耳の影響が最も小さくなる方向を指す最善の指向性を有するようにアンテナを置いた。

図１０ａ−ｃは、図８ａ−ｃのアンテナのＳＡＭシミュレーション放射パターンを示し、図１１は、図８ａ−ｃのアンテナのシミュレーション経路利得を示す。

耳の中に置かれたアンテナのシミュレーション放射結果は図１０ａ−ｃに示されるが、これらは、それぞれ、ｘｚ、ｘｙ、及びｙｚ平面においてプロットされたものである。この放射は、対数目盛でプロットされた２．４５ＧＨｚにおける電界の強さである。このシミュレーションは、１つの放射補聴器アンテナ６１、６２のみについて行う。プロットは、頭部の周りの電界の強度を示す。プロットの電界強度は、グレーレベルの階調により示される。電界が強いほど、グレーレベルは濃い。しかし、電界が存在しないかまたは非常に弱いエリアも濃い灰色または黒で示される。例えば、頭部３の右耳に置かれている放射アンテナのすぐそばのプロットは黒色である。したがって、このアンテナの周りの電界は強い。グレーレベルは、アンテナからの距離が増すほど薄くなる。頭の反対側の受信アンテナにおける電界強度は非常に低く、受信アンテナの周りのプロットは再びほとんど真っ黒になる。

図１０ａは、正面から見た頭部及びｚ平面における放射を示す。反対側の耳の電界強度が非常に低いことが分かる。図１０ｂは、真上から見た頭部及びｘｙ平面における放射を示す。この平面では、より明るい場所、即ち、より高い電界強度の場所が頭部３の第２の耳に伸びていることが分かる。図１０ｃは、横から見た頭部を示しており、電界強度は耳に近い場所で最も高いことが分かる。このプロットは、電力が頭部に沿って放射されることを示す。

このアンテナの全体性能は、［Ｓ２１］パラメータの大きさとして実現される耳から耳への経路の利得により判断することができる。この経路利得を図１１に示す。図７に示したアンテナについて、このアンテナ・パラメータを表１に示す。典型的には、送受信機が第１の耳から第２の耳へ発信された信号を検出できるための送受信機の限度は、約−８５ｄＢである。

表１:
中心周波数、ｆ_ｃ ２．５０ＧＨｚ
帯域幅、ＢＷ_３ｄＢ ５．３％
帯域幅、ＢＷ_６ｄＢ ３．１％
放射効率、５．３％
経路利得、［Ｓ２１］ピーク −７３．３ ｄＢ
経路利得、［Ｓ２１］＠２．４５ＧＨｚ −８０．４ ｄＢ

２．４５ＧＨｚにおける最高実現可能経路利得（ＭＲＰＧ）は、図１１から分かるように−７５．０ｄＢであることが見出されるであろう。絶対帯域幅ＢＷ_６ｄＢは、７６．４ＭＨｚ（３．１％）と推定され、２．５０ＧＨｚで得られるであろう。２．４５ＧＨｚにおいて、最大ＢＷ_６ｄＢは、５４．２ＭＨｚ（２．２％）であることが理解されよう。

本発明の別の実施形態では、例えば生体内感応装置またはグルコース含有量の測定装置などの医療装置が提供されるが、かかる装置は、本出願において記述したアンテナシステムを含む。かかる装置はユーザの身体の表面に設けられ、ユーザへのグルコース値などの医療装置測定結果を出力するための腕時計の形態の受信装置と無線で交信することができる。

本発明は、下記する項目によってさらに特徴づけることができる。
１．無線ボディエリアネットワークのためのアンテナシステムであって、
電磁場を発信及び受信するアンテナに接続された無線データ通信のための送受信機を備え、
前記アンテナは、
導電性材料と、
前記導電性材料に設けられ、前記アンテナシステムがユーザによってその使用位置に装着されたときに、ユーザの身体と実質的に平行な面内で伸びるスロットであって、励起時に電磁場の発信をもたらすスロットとを備える、
アンテナシステム。

２．前記アンテナによって発信される電磁場は、その電場がユーザの頭部の表面に対して実質的に直交するように、ユーザの頭部の表面に沿って伝搬する、項目１のアンテナシステム。

３．フェースプレートの周長に対する前記スロットの全長は、所定の閾値よりも小さい、項目１又は２のアンテナシステム。

４．前記閾値は１である、項目３のアンテナシステム。

５．前記アンテナはスロットアンテナである、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

６．前記スロットのなかへ電磁場を励起させるためのフィードをさらに備える、上記項目のいずれかのアンテナシステム。

７．前記スロットは導電性材料の空隙である、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

８．前記スロットのためのフィードラインをさらに備える、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

９．前記スロットのためのフィードラインはスロットを幅方向にまたいで伸びる、項目８のアンテナシステム。

１０．前記スロットは共振構造を形成する、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

１１．前記スロットは、１／２波長、１／４波長、又はそれらの整数倍の長さを有する、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

１２．前記スロットはロッド又はモノポールアンテナの形状を有する、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

１３．前記スロットはループの形状を有する、項目１−１１のいずれかのアンテナシステム。

１４．前記導電性材料は、耳あな型補聴器のフェースプレート上又はそれと平行に設けられる、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

１５．前記導電性材料は、耳かけ型補聴器のサイドプレート上又はそれと平行に設けられる、項目１−１３のいずれかのアンテナシステム。

１６．前記スロットの表面積は導電性材料の表面積よりも小さい、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

１７．前記スロットの幅は、アンテナインピーダンスに応じて定められている、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

１８．前記アンテナのための反射面をさらに備える、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

１９．前記導電性材料には開口が設けられており、その開口は装置のバッテリを受け入れる、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

２０．前記導電性材料は第１層に設けられており、フィードラインは第２層に設けられており、第２層は第１層と平行である、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

２１．前記アンテナのための反射面を形成する第３層をさらに備える、項目２０のアンテナシステム。

２２．前記第１層及び／又は第３層に、装置のバッテリを受け入れるための開口が設けられている、項目２０又は２１のアンテナシステム。

２３．前記スロットは、導電性材料に設けられたループ状のスロットであって、前記開口は当該ループ状のスロット内に設けられている、項目２２のアンテナシステム。

２４．導電性表面を有するドアをさらに備え、前記ドアは、前記バッテリ開口を閉じるように構成されており、前記ドアと導電性材料との間の隙間が、前記ループ状のスロットを形成する、項目２３のアンテナシステム。

２５．前記スロットと交差するように配置され、前記アンテナの中心周波数を調整するキャパシタをさらに備える、上記全項目のいずれかのアンテナシステム。

Claims (5)

1. 無線ボディエリアネットワークのためのアンテナシステムを備える耳あな型補聴器であって、
   前記アンテナシステムは、電磁場を発信及び受信するアンテナに接続された無線データ通信のための送受信機を備え、
   前記アンテナは、
   導電性材料と、
   前記導電性材料に設けられ、前記アンテナシステムがユーザによってその使用位置に装着されたときに、ユーザの身体と実質的に平行な面内で伸びるスロットであって、励起により電磁場の発信をもたらすスロットとを備え、
   前記導電性材料は、前記耳あな型補聴器のフェースプレート上又はそれと平行に設けられている、
   耳あな型補聴器。
2. 前記アンテナによって発信される電磁場は、その電場がユーザの身体の表面に対して実質的に直交するように、ユーザの身体の表面に沿って伝搬する、請求項１に記載の耳あな型補聴器。
3. 前記アンテナは、他の耳あな型補聴器との間で通信する、請求項１又は２に記載の耳あな型補聴器。
4. 前記アンテナシステムは、前記スロットのなかへ電磁場を励起させるためのフィードをさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の耳あな型補聴器。
5. 前記スロットは共振構造を形成する、請求項１から４のいずれか一項に記載の耳あな型補聴器。