KR20110058769A - 개별 전원과 신호 구성요소들을 구비한 광 전자-기계적 청력 디바이스 - Google Patents

Abstract

음성 신호를 송신하는 디바이스는 적어도 한 파장의 광으로 음성 신호를 송신하도록 구성된 적어도 하나의 광원을 포함한다. 적어도 하나의 검출기는 음성 신호를 검출하고, 적어도 한 파장의 광에 응답하여 적어도 하나의 전기 신호를 생성하도록 구성된다. 변환기는 고막, 소골 또는 달팽이관 중 적어도 하나에 지지되어 그것을 진동시키도록 구성된다. 능동 회로는 변환기에 연결되고, 적어도 하나의 전기 신호에 응답하여 변환기를 구동하여, 사용자에게 고품질의 소리를 제공한다.

Description

개별 전원과 신호 구성요소들을 구비한 광 전자-기계적 청력 디바이스{OPTICAL ELECTRO-MECHANICAL HEARING DEVICES WITH SEPARATE POWER AND SIGNAL COMPONENTS}

본 명세서는 2008년 6월 17일에 출원된 미국 가출원 번호 61/073,281호 및 2008년 12월 19일에 출원된 미국 가출원번호 61/139,520호에 대하여, 미국 특허법 119(e)항에 따른 우선권을 주장한다. 이들 가출원의 내용 전체는 본 명세서에 참조로서 포함된다.

본 출원의 주제는 다음 가출원들에 관련된다: 2008년 6월 17일에 출원되고 발명의 명칭이 "OPTICAL ELECTRO-MECHANICAL HEARING DEVICES WITH COMBINED POWER AND SIGNAL ARCHITECTURES"인 출원번호 61/073,271호; 2008년 12월 19일에 출원되고 발명의 명칭이 "OPTICAL ELECTRO-MECHANICAL HEARING DEVICES WITH COMBINED POWER AND SIGNAL ARCHITECTURES"인 출원번호 61/139,522호; 및 2009년 5월 11일에 출원되고 발명의 명칭이 "OPTICAL ELECTRO-MECHANICAL HEARING DEVICES WITH COMBINED POWER AND SIGNAL ARCHITECTURES"인 출원번호 61/177,047호. 이들이 개시하고 있는 내용 전체는 참조로서 본 명세서에 포함되며, 본 발명의 일부 실시예에 따른 조합에 적합하다.

본 발명은 청력 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다. 청력 보조 시스템들을 특히 참조하고 있지만, 본 발명의 실시예들은 예컨대 무선 통신에 의해 진동이나 전류 중 적어도 하나로 조직을 자극하거나, 파킨슨과 같은 신경학적 질병을 치료하거나, 달팽이관을 이식하는 여러 용도들에 사용될 수 있다.

사람은 듣기를 좋아한다. 청력이 손상된 사람들을 돕기 위하여, 청력 디바이스들이 통신 시스템들 및 보조기들과 함께 사용될 수 있다. 청력이 손상된 사람들은 그들 주위의 사람들과 말로 의사소통하기 위하여 청력 보조기들을 필요로 한다. 개방 이관 청력 보조기들(open canal hearing aids)은 편리성 및 미용적 외관의 개선 때문에 시장에서 성공하였다. 개방 이관 청력 보조기들이 인기 있는 다른 이유는 이관의 폐색(occlusion)의 감소이다. 폐색은 이관을 막는 큰 청력 보조기들이 유발할 수 있는 부자연스러운 터널형 청각 효과(unnatural, tunnel-like hearing effect)로 귀결될 수 있다. 하지만 개방 이관 청력 보조기들에서 발생할 수 있는 문제는 피드백(feedback)이다. 피드백은 마이크로폰이 스피커에 너무 근접하여 배치되거나 증폭된 소리가 너무 클 때 일어날 수 있다. 그러므로 피드백은 청력 보조기가 제공할 수 있는 소리 증폭도를 제한할 수 있다. 일부 예에서, 자연 청각 전도 경로를 자극(예컨대, 고막 및/또는 소골 체인의 뼈를 자극)하는 비-음향적 수단을 사용하여 피드백을 최소화할 수 있다. 영구 자석 또는 복수의 자석이 청각 경로를 자극하기 위하여 고막 또는 중이의 소골에 결합될 수 있다. 이들 영구 자석들은 자기적으로 구동되어 청각 전도 경로 내에서 이동을 야기함으로써, 청감이 되는 신경적 충격을 야기한다. 영구 자석은 예컨대 미국 특허 제5,259,032 및 6,084,975에 설명된 바와 같이, 유체 및 표면 장력의 사용을 통하여 고막에 결합될 수 있다.

하지만, 본 발명의 실시예들과 관련한 연구는 청각 변환 경로를 자기적으로 구동하는 것에 제한들이 있을 수 있음을 나타낸다. 부착된 자석을 구동하기 위하여 생성된 자계의 강도는 자계 발생기 코일로부터 영구 자석까지의 거리에 따라서 급격히 감소할 수 있다. 소골에 자석을 이식하기 위하여, 절개 수술이 필요할 수 있다. 고막에 자석을 결합하는 것은 절개 수술의 필요를 회피할 수 있다. 하지만 구동기 코일과 영구 자석을 정렬할 필요가 있을 수 있고, 또한, 자석 부근에 구동기 코일을 배치하는 것에 의해 적어도 일부 실시예에서 사용자에게 불편감을 유발할 수 있다.

대안적 접근법은 예를 들어, 청력 디바이스가 소리 신호들을 송신하는 매체로서 광을 사용하는 광-기계적 시스템이다. 이러한 시스템들은 미국 특허 제7,289,639호 및 미국 공개 특허 제2006/0189841호에 설명되어 있다. 광 출력 신호는 고막 또는 소골에 결합된 출력 변환기에 전달될 수 있다. 광 시스템들은 환자의 편안감을 개선하지만, 본 발명의 실시예들과 관련한 연구는 적어도 일정 경우에 환자가 인식한 소리가 이상적이지 않도록 이러한 시스템들이 신호의 적어도 일부를 왜곡한다는 것을 나타낸다.

음성 신호를 광 신호로 송신하는데 펄스폭 변조가 사용될 수 있지만, 본 발명의 실시예들과 관련한 연구는 적어도 일부 예에서, 기존의 펄스폭 변조 방식의 적어도 일부가 종래의 청력 디바이스들에서 제대로 작동하지 않는다는 것을 나타낸다. 디지털 신호 출력은 펄스들의 열로 표현될 수 있다. 펄스들은 의도된 아날로그 진폭 레벨에 따라서 변화하는 듀티 사이클(전체 기간에 대한 활성 시간의 비율)을 가질 수 있다. 펄스들은 의도된 음성 신호를 찾기 위하여 적분될 수 있으며, 이 음성 신호의 진폭은 듀티 사이클과 펄스 진폭의 곱과 동일하다. 의도된 음성 신호의 진폭이 감소하면, 적분된 음성 신호의 진폭이 비례적으로 저하하도록 듀티 사이클이 감소될 수 있다. 역으로, 의도된 음성 신호의 진폭이 증가하면 적분된 음성 신호의 진폭이 비례적으로 상승하도록 듀티 사이클이 증가될 수 있다. 아날로그 음성 신호는 0으로부터 양 또는 음으로 변화할 수 있다. 적어도 일부의 공지된 펄스폭 변조 방식은 50% 듀티 사이클로 표현되는 정지(quiescent) 레벨 또는 0 음성 레벨을 사용할 수 있다. 이 정지 레벨로부터 듀티 사이클의 감소는 음의 음성 신호 진폭에 상응할 수 있고, 반면에 듀티 사이클의 증가는 양의 음성 신호 진폭에 상응할 수 있다. 이 정지 레벨이 유지되므로, 적어도 일부 예에서, 상당한 전력양이 소비될 수 있다. 이 전력량은 큰 규모의 신호 변환 시스템들에서 문제가 되지 않을 수 있지만, 적어도 일부 예에서, 이 전력 사용은 청력 디바이스들(예컨대, 바람직하게는 소규모 디바이스이며 또한 이상적으로는 부정기적으로 교환되는 소형 배터리들을 사용함)에 문제들을 부과할 수 있다.

상술한 이유로, 기존의 청력 디바이스들이 갖는 상술한 단점들 중 적어도 일부를 저감하거나 또는 회피하는 청력 시스템들을 제공하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 종래의 디바이스들에 비하여 왜곡과 피드백이 작은 편안한 청력 디바이스를 제공할 필요가 있다.

중요 특허에는 미국 특허 3,585,416, 3,764,748, 5,142,186, 5,554,096, 5,624,376, 5,795,287, 5,800,336, 5,825,122, 5,857,958, 5,859,916, 5,888,187, 5,897,486, 5,913,815, 5,949,895, 6,093,144, 6,139,488, 6,174,278, 6,190,305, 6,208,445, 6,217,508, 6,222,302, 6,422,991, 6,475,134, 6,519,376, 6,626,822, 6,676,592, 6,728,024, 6,735,318, 6,900,926, 6,920,340, 7,072,475, 7,095,981, 7,239,069, 7,289,639, D512,979, 및 유럽 특허 EP 1845919가 있다. 중요 특허 공보에는 PCT 공개 번호 WO 03/063542, WO 2006/075175, 미국 공개 번호 2002/0086715, 2003/0142841, 2004/0234092, 2006/0107744, 2006/0233398, 2006/075175, 2008/0021518, 및 2008/01079292가 있다. 내용 전체가 본 명세서에 참조로서 포함되고, 본 발명의 일부 실시예에 따른 조합에 사용하기 적합하며, 공유인 미국 특허 번호 5,259,032(대리인 관리 번호 026166-000500US), 5,276,910(대리인 관리 번호 026166-000600US), 5,425,104(대리인 관리 번호 026166-000700US), 5,804,109(대리인 관리 번호 026166-000200US), 6,084,975(대리인 관리 번호 026166- 000300US), 6,554,761(대리인 관리 번호 026166-001700US), 6,629,922(대리인 관리 번호 026166-001600US), 미국 공개 번호 2006/0023908(대리인 관리 번호 026166-000100US), 2006/0189841(대리인 관리 번호 026166-000820US), 2006/0251278(대리인 관리 번호 026166-000900US), 및 2007/0100197(대리인 관리 번호 026166-001 100US)도 중요할 수 있다. 잠재적으로 중요한 학회 공개에는 Ayatollahi 등의 "Design and Modeling of Micromachines Condenser MEMS Loudspeaker using Permanent Magnet Neodymium-Iron-Boron (Nd-Fe-B)", ISCE, 쿠알라룸프, 2006; Birch 등의 "Microengineered Systems for the Hearing Impaired", IEE, 런던, 1996; Cheng 등의 "A silicon microspeaker for hearing instruments", 마이크로 메카닉 및 마이크로 에지니어링 저널, 14(2004) 859-866; Yi 등의 "Piezoelectric microspeaker with compressive nitride diaphragm", IEEE, 2006, and Zhigang Wang 등의 "Preliminary Assessment of Remote Photoelectric Excitation of an Actuator for a Hearing Implant", IEEE Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference, 중국 샹하이, September 1-4, 2005가 있다. 다른 중요한 공개에는, Gennum GA3280 예비 데이터 시트인 "Voyager TD^™.Open Platform DSP System for Ultra Low Power Audio Processing" 및 National Semiconductor LM4673 데이트 시트인 "LM4673 Filterless, 2.65W, Mono, Class D audio Power Amplifier"; 및 Lee 등의 "The Optimal Magnetic Force For A Novel Actuator Coupled to the Tympanic Membrane: A Finite Element Analysis," Biomedical Engineering: Applications, Basis and Communications, Vol. 19, No. 3(171 -177), 2007이 있다.

본 발명은 청력 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 기존 시스템들의 전술한 단점들 중 적어도 일부를 극복한 개선된 음성 신호 송신을 제공할 수 있다. 본 명세서에 설명되는 시스템들, 디바이스들 및 방법들은 예컨대 개방 이관 청력 보조기들과 같은 청력 디바이스들에서 응용할 수 있다. 변환기는 고막, 소골 또는 달팽이관 중 적어도 하나에 의해 지지되어 그것을 진동시키도록 구성될 수 있다. 광 신호에 의해 전력이 공급되는 능동 회로는, 사용자에게 고품질의 소리를 제공하기 위하여 광 신호에 응답하여 변환기를 구동하는데 사용될 수 있다. 따라서 사용자는 광 결합의 유익한 편안함과 능동 회로의 고품질 소리를 누릴 수 있다.

제1 국면에서, 본 발명의 실시예들은 음성 신호를 송신하는 디바이스를 제공한다. 적어도 하나의 광원이 적어도 한 파장의 광으로 음성 신호를 송신하도록 구성된다. 적어도 하나의 검출기는 음성 신호를 검출하고, 적어도 한 파장의 광에 응답하여 적어도 하나의 전기 신호를 생성하도록 구성된다. 변환기는 고막, 소골(ossicle) 또는 달팽이관(cochlea) 중 적어도 하나에 지지되어 그것을 진동시키도록 구성된다. 능동 회로는 적어도 하나의 검출기와 변환기에 결합되고, 전기 신호에 응답하여 변환기를 구동한다.

많은 실시예에서, 전력 저장 디바이스가 적어도 하나의 검출기와 능동 회로에 결합되고, 적어도 하나의 검출기로부터의 에너지로 능동 회로에 전력을 공급한다. 전력 저장 디바이스와 능동 회로는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나로 지지되기 위한 크기 또는 질량 중 적어도 하나를 갖도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 광원 및 적어도 하나의 검출기는, 적어도 하나의 광원으로부터의 에너지로 변환기를 구동하기 위하여, 전력 저장 디바이스와 능동 회로에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 전력 저장 디바이스는 커패시터 또는 소형 재충전가능한 배터리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

많은 실시예에서, 광검출기는 결정 실리콘, 비정질 실리콘, 마이크로모퍼스(micromorphous) 실리콘, 블랙 실리콘, 카드뮴 텔루르 화합물(cadmium telluride), 구리 인듐, 갈륨 셀렌 화합물(gallium selenide), 또는 인듐 갈륨 비화물(arsenide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

많은 실시예에서, 변환기는 압전 변환기, 굴곡 인장 변환기(flex tensional transducer), 와이어 코일, 자석 또는 음향 스피커 중 적어도 하나를 포함한다. 능동 회로는 트랜지스터, 증폭기, 논리 게이트 또는 플리플롭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

많은 실시예에서, 적어도 하나의 광원으로부터 적어도 하나의 검출기에 송신되는 음성 신호는 펄스폭 변조 신호를 포함한다. 펄스폭 변조(이하 "PWM"이라 함) 신호는 델타 PWM 신호, 차동 구동 PWM 신호, 델타-시그마 PWM 신호 또는 차동 델타-시그마 PWM 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

많은 실시예들은 또한 음성 신호를 수신하도록 구성된 입력에 결합되는 회로를 더 포함한다. 이 회로는 적어도 하나의 광원에 결합되고, 또한 이 회로는 음성 신호에 응답하여 능동 회로에 전력을 공급하기 위해 적어도 하나의 광원의 출력을 조정하도록 구성된다. 이 회로는 음성 신호의 에너지를 결정하기 위해 음성 신호를 측정하고, 또한, 적어도 하나의 광원에 의해 송신되는 에너지의 양을 음성 신호의 전력에 응답하여 조정하도록 구성된다. 예를 들어, 이 회로는 DC 바이어스 또는 적어도 하나의 광원의 펄스들의 진폭 중 적어도 하나를, 능동 회로에 전력을 공급하는 음성 신호에 응답하여 조정하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 조합적으로(in combination), 적어도 하나의 광원은 음성 신호를 송신하도록 구성된 제1 광원 및 전력을 송신하도록 구성된 제2 광원을 포함하고, 상기 회로는 제2 광원으로 송신되는 전력의 양을 음성 신호에 응답하여 조정하도록 구성된다.

많은 실시예에서, 상기 회로는 사운드 프로세서를 포함하고, 이 사운드 프로세서는 음성 신호를 측정하고, 그 음성 신호에 응답하여 능동 회로에 전력을 공급하기 위하여 적어도 하나의 광원의 출력을 조정하도록 구성된다.

다른 양태에서, 본 발명의 실시예들은 음성 신호를 송신하는 시스템을 제공한다. 입력 변환기 어셈블리는 적어도 한 파장의 광을 방사하도록 구성된 적어도 하나의 광원을 포함한다. 상기 출력 변환기 어셈블리는, 적어도 한 파장의 광을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출기, 적어도 하나의 검출기에 결합된 능동 회로, 및 능동 회로에 전기적으로 결합된 변환기를 포함한다. 이 변환기는 사용자의 고막, 소골 또는 달팽이관 중 적어도 하나를 적어도 한 파장의 광에 응답하여 진동시키도록 구성된다.

많은 실시예에서, 출력 변환기 어셈블리는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나에 의해 지지된다. 출력 변환기 어셈블리는 고막과 소골 중 적어도 하나에 의해 지지되는 전력 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 이 전력 저장 디바이스는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나와 함께 진동하기 위한 크기 또는 질량 중 적어도 하나를 갖도록 구성될 수 있다. 능동 회로는 적어도 한 파장의 광에 응답하여 변환기를 구동하기 위하여 상기 검출기와 변환기에 결합될 수 있다. 이 능동 회로는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나와 함께 진동하기 위한 크기 또는 질량 중 적어도 하나를 갖도록 구성될 수 있다.

많은 실시예에서, 입력 변환기는 적어도 한 파장의 광을 펄스폭 변조 신호로서 송신하도록 구성되고, 출력 변환기 어셈블리는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나를 펄스폭 변조 신호에 응답하여 진동시키도록 구성된다.

많은 실시예에서, 적어도 한 파장의 광은 제1 파장의 광 및 제2 파장의 광을 포함하고, 적어도 하나의 광원은 제1 파장의 광을 방사하도록 구성된 제1 광원 및 제2 파장의 광을 방사하도록 구성된 제2 광원을 포함한다. 적어도 하나의 검출기는 적어도 한 파장의 제1 광에 응답하여 제1 이동(a first movement)으로 변환기를 이동시키도록 구성된 제1 검출기를 포함한다. 제2 검출기는 적어도 한 파장의 제2 광에 응답하여 제2 이동으로 변환기를 이동시키도록 구성되고, 제2 이동은 제1 이동과 반대이다.

적어도 한 파장의 광은 자외광, 가시광 또는 적외광 중 적어도 하나를 포함한다.

또 다른 양태에서, 본 발명의 실시예들은 음성 신호를 송신하는 방법을 제공한다. 적어도 한 파장의 광은 적어도 하나의 광원으로부터 방사된다. 전기 신호를 발생하기 위하여 적어도 한 파장의 광이 검출된다. 사용자의 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나가 전기 신호에 응답하여 진동된다.

많은 실시예에서, 출력 변환기 어셈블리는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나에 의해 지지된다. 출력 변환기 어셈블리는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나에 의해 지지되는 전력 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 이 전력 저장 디바이스는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나가 진동될 때 진동할 수 있다. 출력 변환기 어셈블리는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나에 의해 지지되는 능동 회로를 포함한다. 이 능동 회로는 적어도 한 파장의 광에 응답하여 변환기를 구동하기 위하여, 검출기와 변환기에 결합된다. 이 능동 회로는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나가 진동할 때 진동한다.

또 다른 양태에서, 본 발명의 실시예들은 대상 조직을 자극하는 디바이스를 제공한다. 이 디바이스는 적어도 한 파장의 광이 있는 펄스폭 변조 광 신호를 송신하도록 구성된 적어도 하나의 광원을 포함한다. 적어도 하나의 검출기는 변조 광 신호에 응답하여 대상 조직을 자극하기 위하여 그 대상 조직에 결합된다.

많은 실시예에서, 이식가능한 검출기는 진동 또는 전류 중 적어도 하나로 조직을 자극하도록 구성되고, 이 검출기는 변환기 또는 적어도 2개의 전극 중 적어도 하나에 결합된다. 예를 들어, 검출기는 전류로 조직을 자극하도록 구성되고, 검출기는 적어도 2개의 전극에 결합될 수 있다. 대상 조직은 사용자의 달팽이관을 포함하고, 변조 광 신호는 음성 신호를 포함할 수 있다.

또 다른 양태에서, 본 발명의 실시예들은 대상 조직을 자극하는 방법을 제공한다. 적어도 한 파장의 광을 포함하는 펄스폭 변조 광 신호는 적어도 하나의 광원으로부터 방사된다. 대상 조직은 변조 광 신호에 응답하여 자극된다.

많은 실시예에서, 대상 조직은 진동 또는 전류 중 적어도 하나에 의하여 자극된다. 대상 조직은 전류에 의해 자극될 수 있고, 이식가능한 검출기는 적어도 2개의 전극에 결합하고, 적어도 한 파장의 광의 포함하는 변조 신호에 응답하여 조직을 자극한다. 대상 조직은 사용자의 달팽이관을 포함하고, 변조 광 신호는 음성 신호를 포함할 수 있다.

또 다른 양태에서, 본 발명의 실시예들은 소리를 포함하는 음성 신호를 사용자에게 송신하는 디바이스를 제공한다. 이 디바이스는 음성 신호를 송신하는 수단, 및 사용자가 소리를 들을 수 있도록 음성 신호를 검출하는 수단을 포함한다.

본 발명은 예컨대 무선 통신에 의해 진동이나 전류 중 적어도 하나로 조직을 자극하거나, 파킨슨과 같은 신경학적 질병을 치료하거나, 달팽이관을 이식하는 여러 용도에 사용될 수 있는 청력 시스템들, 디바이스들 및 방법들을 제공한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광-전자-기계적 소리 변환을 사용하는 청력 시스템을 도시한다.
도2는 도1의 청력 시스템의 구성 요소들을 도해적으로 나타내는 도면이다.
도2a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도2의 구성 요소들을 포함하는 이관 모듈(ear canal module)을 도시한다.
도3은 도1과 2에 도시된 시스템과 함께 사용하기 위한 광-전자-기계적 변환기 어셈블리를 도시한다.
도3a는 도1과 2에 도시된 시스템의 구성 요소들과 함께 사용하기 위한 이식가능한(implantable) 출력 어셈블리를 도시한다.
도4a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 굴곡 인장 변환기에 의한 제1 회전을 포함하는 제1 회전 이동 및 상기 제1 회전과 반대되는 제2 회전을 포함하는 제2 회전 이동을 도시한다.
도4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 코일과 자석에 의한 제1 방향으로의 병진 이동 및 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로의 제2 병진 이동을 도시한다.
도5는 도1과 2에 도시된 청력 시스템의 회로를 도시한다.
도6은 변환기 어셈블리와 사용하기 적합한 펄스폭 변조 신호를 도시한다.
도7은 본 발명의 실시예에 따른, 한 쌍의 상보적 디지털 신호를 도시한다.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 신호를 도시한다.
도9는 도8에 도시된 신호와 사용하기 적합한 회로를 도시한다.
도10은 도1과 2에 도시된 청력 시스템용 출력 변환기 어셈블리의 회로를 도시한다.
도10a는 본 발명의 실시예에 따른, 음성 신호의 에너지에 응답하여 바이어스된 PWM 펄스를 도시한다.
도10b는 본 발명의 실시예에 따른, 음성 신호의 에너지에 응답하여 조정된 진폭을 갖는 PWM 펄스를 도시한다.
도10c는 본 발명의 실시예에 따른, 음성 신호의 에너지에 응답하여 전력을 송신하도록 구성된 제2 광원으로의 전압을 도시한다.
도11은 본 발명의 실시예에 따른, 소리를 사용자에게 송신하는 방법을 도시한다.

본 발명의 실시예들은 예컨대 무선 통신에 의해 진동이나 전류 중 적어도 하나로 조직을 자극하거나, 파킨슨과 같은 신경학적 질병을 치료하거나, 달팽이관을 이식하는 여러 용도들에 사용될 수 있다. 조직에 연결된 광검출기에 광신호를 송신하여 조직을 자극할 수 있다. 진동 또는 전류 중 적어도 하나에 의하여 조직을 자극할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 소리를 인식하도록 조직을 진동시킬 수 있다. 대안적으로 또는 조합적으로, 사용자가 소리를 인식하도록 전류로 신경 조직과 같은 조직을 자극할 수 있다. 본 명세서에 설명된 광신호 송신 구조는 청력 및 청력 손실 분야 외에도 많은 용도를 가지며, 예컨대 파킨슨과 같은 신경학적 질별을 치료하기 위하여 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 개선된 음성 신호 송신을 광학적으로 결합된 청력 디바이스들에 제공할 수 있다. 본 명세서에 설명된 시스템들, 디바이스들 및 방법들은 예컨대 개방 이관 청력 보조기와 같은 청력 디바이스들에서 많은 애플리케이션이 있다. 청력 보조 시스템을 특히 참조하지만, 본 발명의 실시예들은, 예컨대 무선 통신에 의해서 및 예컨대 중이(middle ear)에 대한 외과적 삽입과 달팽이관 삽입에 의해서, 사용자를 위해 소리가 증폭되는 임의의 애플리케이션에 사용될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 능동 회로는 입력 신호를 증폭하여 그 입력 신호 보다 전력이 높은 출력 신호를 생산하는 회로를 망라한다. 능동 회로는 트랜지스터, 증폭기, 논리 게이트 또는 플리플롭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 출력 신호의 부가 전력은 전력 저장 디바이스로부터 얻을 수 있다. 전력 저장 디바이스는 소형의 재충전가능 배터리 또는 커퍼시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 많은 실시예들에 있어서, 전력 저장 디바이스는 광원(예컨대, 음성 신호를 송신하기 위하여 사용되는 광원)으로부터 광 파워(optical power)로 충전 및/또는 재충전될 수 있다. 능동 회로 또는 전력 저장 디바이스 중 적어도 하나는 변환기와 함께 진동하도록 구성될 수 있다.

도1은 광-전자-기계적 변환을 사용하는 청력 보조 시스템을 도시한다. 청력 시스템(10)은 입력 변환기 어셈블리(20)와 출력 변환기 어셈블리(30)를 포함한다. 도1에 도시된 바와 같이, 입력 변환기 어셈블리(20)는 적어도 부분적으로 귓바퀴(pinna; P) 뒤에 위치되지만, 입력 변환기 어셈블리는 귓바퀴(P) 내 또는 예컨대 마이크로폰(22)과 같이 이관(EC) 내부와 같이 많은 장소에 위치될 수 있다. 입력 변환기 어셈블리(20)는 소리 입력(예컨대, 음성 입력)을 수신한다. 청력이 손상된 사람들을 위한 청력 보조에서, 이 입력은 주변 소리이다. 이 경우에, 입력 변환기 어셈블리는 적절한 증폭기 또는 그 밖의 전자적 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 입력은 소리 생산 또는 수신 디바이스(예컨대, 전화기, 셀룰러 전화기, 블루투스 접속, 라디오, 디지털 오디오 유닛 등)로부터의 전자적 소리 신호일 수 있다.

입력 변환기 어셈블리(20)는 LED나 레이저 다이오드 같은 광원을 포함한다. 광원은 소리 입력에 기초하여 변조된 광 출력을 생산한다. 광 출력은 적어도 한 파장(λ)의 광을 포함하고, 이 광은 출력 변환기 어셈블리(30) 부근에 있는 대상 위치(target location)로, 이관(EC)을 가로지르는 광 송신 요소(light transmission element; 12)에 의해 전달된다. 광 송신 요소(12)는 하나의 광섬유 또는 광섬유들의 묶음일 수 있다. 적어도 한 파장(λ)을 포함하는 광 출력은 출력 변환기 어셈블리(30)에 결합하여 신호를 그 출력 변환기 어셈블리(30)에 제공하도록 선택되고, 따라서 출력 변환기 어셈블리는 기계적 진동을 만들 수 있다. 예를 들어, 적어도 한 파장(λ)을 포함하는 광 출력은 출력 변환기 어셈블리(30)를 제1 방향(40) 또는 제2 방향(45)으로 이동시킬 수 있다. 제2 방향(45)은 제1 방향(40)과 반대일 수 있다. 적어도 한 파장(λ)은 예컨대, 변환기 어셈블리의 변환기를 제1 방향(40)으로 이동시키는 제1 파장과 변환기 어셈블리의 변환기를 제2 방향(45)으로 이동시키는 제2 파장인 복수의 파장을 포함할 수 있다. 주체(subject)의 청각 변환 경로에 적절히 결합되면, 기계적 진동은 주체가 본래의 소리 입력으로, 또는 본래의 소리 입력을 적어도 무리없이 나타내는 것으로 해석하는 신경 자극들을 주체 내에 유도한다.

출력 변환기 어셈블리(30)는 주체가 소리로 해석하는 신경 자극들을 유도하기 위하여 주체의 청각 변환 경로 내 어느 지점에 결합하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 출력 변환기 어셈블리(30)는 고막(TM)에 결합할 수 있다. 대안적으로, 출력 변환기 어셈블리(30)는 소골 체인(ossicular chain; OS)의 뼈에 결합하거나 또는 달팽이관(cochlea; CO)에 직접 결합할 수 있으며, 이 어셈블리(30)는 달팽이관(CO) 내 유체를 진동시키도록 배치된다. 예컨대 적어도 하나의 고막, 중이의 소골 또는 달팽이관 같은 특정 부착점들은 미국 특허 제 5,259,032; 5,456,654; 6,084,975; 6,629,922; 및 7,289,639에 설명되어 있다.

입력 변환기 어셈블리(20)는 출력 변환기 어셈블리(30)와 결합하도록 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 입력 변환기 어셈블리(20)는 귀 뒤에 있는(behind the ear; 이하 "BTE"라 함) 유닛을 포함할 수 있고, 따라서, 이관 내로 신장하는 광 송신 요소(12)와 함께 많은 전자 구성요소들이 귀 뒤에 위치할 수 있다. 대안적으로, 입력 변환기 어셈블리(20)는 예컨대 미국 특허 제7,289,639호에 설명된 바와 같이, 이관 내에 배치되도록 구성된 모듈을 포함할 수 있다. 입력 변환기 어셈블리의 회로는 본 명세서에 설명된 바와 같이, 이관 내의 배치에 적합한 크기를 갖고 구성되고, 따라서 사용자는 이관 내에 배치되도록 구성된 입력 변환기 어셈블리로 고품질의 소리를 들을 수 있다.

도2는 청력 시스템(10)의 구성 요소들을 도해적으로 설명한다. 입력 변환기 어셈블리(20)는 입력 변환기(210), 음성 프로세서(220), 이미터 구동기(emitter driver; 240)와 이미터들(250)을 포함한다. 출력 변환기 어셈블리(30)는 필터들(260), 검출기들(270), 변환기 구동기(280) 및 출력 변환기(290)를 포함할 수 있다. 입력 변환기(210)는 주변 소리를 붙잡아 아날로그 전기 신호로 변환한다. 입력 변환기(210)는 이관 내에, 귀 뒤에, 귓바퀴에, 또는 전체적으로 귀 부근에 배치될 수 있는 마이크로폰을 대개 포함한다. 음성 프로세서(220)는 아날로그 전기 신호에 주파수 종속적 게인(frequency dependent gain)을 제공한다. 디지털 출력(230)은 아날로그 전기 신호를 디지털 전기 신호로 변환한다. 음성 프로세서(220)는 예컨대, 캐나다의 버링톤에 소재한 회사인 Gennum이 판매하는 음성 프로세서, 캐나다의 버링톤 온타리오에 소재한 회사인 Sound Design Technologies, Ltd 가 판매하는 GA3280 하이브리드 음성 프로세서와 같은 많은 음성 프로세서들을 포함할 수 있다. 디지털 출력(230)은 예컨대 펄스폭 변조기와 같은 변조기 또는 델타-시그마 변환기를 포함한다. 이미터 구동기(240)는 이미터들(250)의 전력 요구들 및 광 송신에 한정되도록 디지털 전기 신호를 처리한다.

이미터들(250)은 전기 신호를 나타내는 광 출력을 생산한다. 이중 구성요소 전기 신호에 대하여, 이미터들(250)은 각 광원에 하나씩 2개의 광원을 포함하고, 2개의 광 출력 신호(254, 256)를 생산할 수 있다. 광원은 예컨대 LED 또는 레이저 다이오드일 수 있고, 광 출력은 적외, 가시 또는 자외 파장 대역에 있을 수 있다. 예를 들어, 광원은 중심 파장과 중심 파장 주위에 분산된 복수의 파장들을 포함하고 대역폭이 대략 40 nm인 적어도 한 파장의 광을 방출하는 LED룰 포함할 수 있다. 광원은 하나의 중심 파장을 포함하고 대역폭이 약 2nm 미만(예컨대, 1 nm 미만)인 적어도 한 파장의 광을 방출하는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 제1 광원으로부터의 적어도 하나의 제1 파장은 제2 광원으로부터의 적어도 하나의 제2 파장과 예컨대 80 nm 만큼 상이하여, 적어도 하나의 제1 파장은 적어도 하나의 제2 파장으로부터 분리될 수 있다. 적어도 하나의 제1 파장은 예컨대 60nm인 제1 대역폭을 구비하고, 적어도 하나의 제2 파장은 예컨대 60nm인 제2 대역폭을 구비하고, 적어도 하나의 제2 파장과 적어도 하나의 제2 파장은 적어도 제1 대역폭과 제2 대역폭만큼(예컨대, 120 nm) 상이할 수 있다.

광 출력 신호들은 이관을 통과하는 단일 또는 다수의 광학 경로들(예컨대 광섬유 또는 광섬유들을 거침)을 따라서 이동한다. 광 출력 신호들은 공간적으로 중첩할 수 있다. 이 신호들은 이관에 배치될 수 있는 출력 변환기 어셈블리에 의해 수신된다.

출력 변환기 어셈블리는 광신호에 응답하는 구성 요소들을 포함하여, 고막, 소골 또는 달팽이관 중 적어도 하나를 광신호에 응답하여 진동시킬 수 있다. 검출기(270)는 광 출력 신호들을 수신한다. 검출기들(270)은 광 출력 신호 각각에 제공된 적어도 하나의 광검출기를 포함한다. 광검출기는 예컨대 포토다이오드, 광전변환소자 등일 수 있다. 광 경로를 따라서 필터들(260)이 선택적으로 제공될 수 있다. 필터들(260)은 광 출력 신호들을 분리한다. 예를 들어, 제1 필터는, 제2 필터가 출력(256)의 파장을 송신하는 동안, 출력(254)의 파장을 송신하도록 제공될 수 있다. 필터들은 대역 통과, 저역 통과 또는 고역 통과 특징을 갖는, 박막, 간섭, 이색성 또는 겔 타입일 수 있다. 예를 들어, 대역 통과 특성은 소스의 적어도 한 파장을 통과시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 30 nm 대역폭으로 구성되어 상술한 바와 같이, 10 nm 대역폭 소스를 통과시킬 수 있다. 저역 통과 및 고역 통과 특성들은, 소망하는 하나의 파장만을 저역 통과 필터를 사용하여 통과시키고, 다른 파장은 고역 통과 필터를 사용하여 저지하기 위하여 결합될 수 있다.

검출기들(270) 각각은 결정 실리콘, 비정질 실리콘, 마이크로모퍼스(micromorphous) 실리콘, 블랙 실리콘, 카드뮴 텔루르 화합물(cadmium telluride), 구리 인듐, 갈륨 셀렌 화합물(gallium selenide) 등과 같은 적어도 하나의 광전 변환 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광검출기들(270) 중 적어도 하나는 블랙 실리콘을 포함하며, 이 실리콘은 예컨대 미국 특허 제7,354,792호 및 제7,390,689호에 설명되어 있고, 미국 매사추세츠 비버리의 SiOnyx, Inc로부터 입수할 수 있다. 블랙 실리콘은 원자 레벨 변경을 활용하는 반도체 프로세스로 제조되는 미세 접합 포토닉스(shallow junction photonics)를 포함할 수 있고, 상기 원자 레벨 변경은 고강도 레이저들(예컨대, 대상 반도체를 10^-15초와 같이 짧은 기간 동안 고강도 펄스들에 노출하는 펨토초 레이저(femto-second laser))에 의해 조사되는 재료 내에 발생한다. 이러한 집중적 국소화 에너지 이벤트들(intense localized energy events)로 처리된 결정 재료들은 변혁적 변화(transformative change)를 격어서, 원자 구조가 순간적으로 무질서해지고, 이 재료가 재결정화하면서 새로운 화합물(compound)들이 가두어진다(locked in). 실리콘에 적용되면, 결과적인 재료는 고도핑되고, 광학적으로 불투명한 미세 접합 인터페이스일 수 있고, 이것은 종래의 반도체 재료보다 광에 수배 민감하다.

변환기 구동기(280)는 광 출력 신호를 음성 정보를 운반하는 디지털 전기 신호를 다시 변환한다. 출력 변환기(290)는 소리를 나타내는 전기 신호를 기계적 에너지로 변환하고, 이 에너지는 환자의 청각 변환 경로에 송신되어 청감을 유발한다. 변환기는 압전 변환기, 굴곡 인장 변환기, 자석과 와이어 코일, 또는 마이크로스피커일 수 있다.

변환기 구동기(280)의 대안으로, 적어도 2개의 전극이 검출기들 중 적어도 하나에 결합될 수 있고, 사용자는 이들 적어도 2개의 전극으로부터의 조직 자극에 응답하여 소리를 인식할 수 있다. 적어도 2개의 전극이 사용자의 달팽이관에 적어도 부분적으로 배치되도록 구성되어, 사용자는 광 출력에 응답하여 소리를 인식할 수 있다.

상기한 구성 요소들 중 대부분은 귀 뒤에 위치한 BTE 유닛 내에 맞도록 크기와 위치가 결정될 수 있다.

도2a는 사용자의 이관에 잘 맞는 크기로 만들어진 모듈 내에 위치한 입력 변환기 어셈블리(20)의 구성 요소들을 도시한다. 모듈은 사용자의 귀에 맞추어진 외측 하우징(246)을 포함한다. 외측 하우징은 예컨대 이관의 형상을 한다. 모듈은 입력 변환기(210)가 위치한 기부단(proximal end)으로부터 광이 방출되는 말단부(distal end)까지 신장하는 채널을 포함할 수 있고, 따라서 폐색(occlusion)이 감소된다.

도3은 eardrum이라고도 불리는 고막(TM)에 위치한 출력 변환기 어셈블리(300)를 도시한다. 출력 변환기 어셈블리(300)는 광 출력 신호를 전기 에너지와 기계적 에너지로 변환하는데 사용되는 회로를 포함한다. 출력 변환기 어셈블리(300)는 광검출기들(320, 325)을 포함한다. 광검출기(320, 325)는 각자의 광 출력 신호(310, 315)를 검출하고, 광 출력을 전기 신호로 변환한다. 출력 변환기 어셈블리(300)는 전력 저장 구성요소(330)를 포함한다. 전력 저장 구성요소(330)는 커패시터, 소형 재충전가능한 배터리 또는 공지의 전력 저장 디바이스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전력 저장 구성요소는 전력을 능동 회로 구성요소(340)에 제공할 수 있다. 능동 회로 구성요소는 증폭기 또는 플리플롭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 능동 회로 구성요소(340)는 각자의 광 출력 신호(320, 325)를 수신하는 광검출기(320, 325)에 결합된다. 상술한 바와 같이, 광학 필터들이 사용될 수 있다. 능동 회로 구성요소는 입력 신호(320, 325) 각각에 응답하여 전기 에너지를 부하에 인가한다. 전기 신호들은 부하(350)에 도달하고, 부하(350)는 전기 신호들을 진동과 같은 기계적 출력으로 변환한다. 부하(350)는 공지의 많은 변환기들(예컨대, 압전 변환기, 굴곡 인장 변환기, 또는 외부 자석에 결합된 와이어 코일 중 적어도 하나)로부터의 부하를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 출력 변환기 어셈블리와 출력 회로는, 예컨대, 미국 특허 제7,289,639호에 설명되어 있는 바와 같이, 소골 상에 위치되거나 및/또는 소골에 의해 지지될 수 있다.

도3a는 도1,2에 나타낸 시스템의 구성요소와 함께 사용하는 이식가능한(implantable) 출력 어셈블리를 도시한다. 이식가능한 출력 어셈블리(30)는 적어도 2개의 전극(390) 및 대상 조직(예컨대, 달팽이관)으로 신장하도록 구성된 신장부(392)를 포함할 수 있다. 이식가능한 출력 어셈블리는 많은 대상 조작들(예컨대, 신경 조직)을 자극하기 위하여 여러 위치들에 배치되도록 구성될 수 있다. 적어도 2개의 전극은 상술한 변환기(310)와 유사한 방식으로 부하를 포함하도록 회로에 결합될 수 있다. 전류(I)는 광신호에 응답하여 전극 사이를 흐른다. 예를 들어, 이식가능한 출력 어셈블리는 중이로부터 달팽이관으로 신장하도록 구성될 수 있다. 이식가능한 출력 어셈블리는 대상 조직을 자극(예컨대, 파킨슨병을 치료하기 위함)하기 위하여 여러 방식으로 구성될 수 있다.

부하(350)는 굴곡 인장 변환기(450)를 포함할 수 있다. 도4a는 굴곡 인장 변환기(450)에 의한 제1 회전(462)을 포함하는 제1 회전 이동, 및 제1 회전과 반대인 제2 회전(464)을 포함하는 제2 회전 이동을 도시한다.

일부 실시예에서, 부하(350)는 자석(474)에 자기적으로 결합된 코일(472)을 포함한다. 도4b는 코일(472)과 자석(474)을 포함하는 변환기(470)에 의한, 제1 방향(482)으로의 제1 병진 이동 및 제1 방향과 반대인 제2 방향(484)으로의 제2 병진 이동을 도시한다.

도5는 청력 시스템(10)과 함께 사용하는 회로(500)를 도시한다. 회로(500)는 출력 변환기 어셈블리용 광 파워(optical power)를 광신호로 송신하도록 구성될 수 있다. 회로(500)는 입력부(501)와 출력부(506)를 구비한다. 회로(500)는 비례식 구동(ratiometric drive) 기법을 사용할 수 있으며, 이 기법에서, 2개의 광신호 중 하나는 "로우(low)" 신호 시간동안, 다른 하나는 클래스 A 신호의 "하이(high)" 시간 동안 송신된다.

PWM 구동기(510)는 펄스폭 변조 신호(701)를 아래에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이 제공한다. PWM 구동기로부터의 펄스폭 변조 신호는 많은 공지의 PWM 신호(예컨대, 델타 PWM 신호, 차동 구동 PWM 신호, 델타-시그마 PWM 신호 또는 차동 델타-시그마 PWM 신호 중 적어도 하나)를 포함한다.

논리 회로는 PWM 구동기(510)의 출력에 연결될 수 있다. 신호(701)는 광 이미터(513)와 인버터(519)를 구동한다. 신호(512)는 신호(701)가 반전된 것이므로, 광 이미터(513)는 광 이미터(514)가 발광하지 않을 때 발광한다. 광 이미터(513)가 생성한 광은 광 채널(520)을 통해 광검출기(516)에 운반된다. 광검출기들(515, 516)은 직렬 접속된 것으로 도시된다. 광검출기들(515, 516)은 광전 변환 셀들일 수 있다. 저항기(532, 533)는 각자의 검출기(515, 516)와 병렬로 접속되어, 한 검출기의 출력 전압이 다른 검출기의 순방향 다이오드 임계 전압보다 낮을 때 전류 경로들을 제공한다. 전력 저장 디바이스(예컨대, 커패시터(547))는 검출기들(515 및 516)과 병렬로 접속되어 정전압 전력 출력(545)을 제공할 수 있다. 전력 저장 디바이스는 소형 재충전가능한 배터리 또는 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 출력(545)은 정전압을 제공하여, 능동 회로(537)에 전력을 공급한다. 능동 회로(537)는 변환기(538)를 구동하기 위하여 증폭기를 포함할 수 있다. 광 이미터(513)와 광 이미터(514)는 전력 저장 디바이스 및 출력부(506)의 능동 회로에 전력을 공급하기 위하여 광 에너지를 방출하도록 구성될 수 있고, 따라서 출력 변환기는 광 이미터(513)와 광 이미터(514)로부터의 에너지에 의해 구동된다.

직렬로 연결된 2개 검출기(515, 516)의 중앙 연결부(544)로부터의 전압은 입력을 능동 회로(537)에 전달하기 위해 접속된다. 검출기들(515, 516)의 일체화된 동작에 의하여, 중앙 연결부(544)의 전압은 채널(520)의 광에 대한 채널(521)의 광의 비율에 직접 관계를 가지고, 0 부터 최대 전압까지 변화한다. 상술한 광 필터들이 사용될 수 있다. 따라서 연결부(544)의 아날로그 전압은 PWM 컨버터(510)의 아날로그 출력을 나타낸다.

능동 회로(537)로부터의 전압을 변환기(538)에 연결하는 것 대신에, 능동 회로(537)는 사용자의 달팽이관 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 구성된 적어도 2개의 전극에 결합될 수 있으며, 따라서 사용자는 광 출력에 따른 달팽이관의 전기적 자극에 응답하여 소리를 인식한다.

도6은 출력 변환기 어셈블리에 사용하기 적합한 단순한 펄스폭 변조 신호(601)를 도시한다. 디지털인 신호(601)는 하이 레벨과 로우 레벨인 2개의 레벨(예컨대 0V 또는 5V)을 취할 수 있다. 일부 실시예에서, 신호(601)는 시간 윈도우(603)의 시점에서 항상 로우이고, 윈도우(603) 내 가변 시간(605)에서 하이 레벨로 천이한다. 윈도우의 종점에서, 신호(601)는 다시 로우 레벨로 돌아간다. 하이 레벨의 시간과 윈도우(603) 시간의 비를 펄스 레벨 출력에 곱하여 적분된 출력(integrated output)을 얻을 수 있다.

아날로그 신호는 0보다 큰 값과 작은 값을 대개 취하고, 변조 신호의 0 출력 조건은 윈도우 시간의 정확히 50%에서의 천이로서 정의된다. 이러한 유형의 전기 신호는 클래스 A 신호로 언급될 수 있으며, 0(또는 정지(quiescent)) 레벨은 최대 전압의 50 % 전압 레벨에 의해 표현될 수 있다.

디지털 신호는 정지 상태로서 0 전압 레벨을 취하고, 입력 아날로그 신호가 편이함에 따라서 양과 음의 방향으로 0으로부터 유사하게 편이할 수 있다. 이러한 유형의 신호는 클래스 B 신호로 언급될 수 있다. 전력과 공급 전압이 한정된 전자 디바이스에서, 클래스 B 신호는 차동 구동 기법을 통해 출력 변환기에 제공될 수 있다. 차동 구동 기법에서, 서로에 대해 역의 관계를 갖는 2개의 출력이 출력 변환기의 단자들 중 한 단자에 연결된다. 이러한 방식에서의 연결은 출력 변환기에 제공되는 신호 전압을 효과적으로 배가한다.

대향하는 단자에서 단자 신호의 단순한 반전 신호로 변환기를 구동하면, 정지 포인트 동안 적분치가 0으로 되는 구동 신호가 얻어진다. 구동 신호는 스위칭 주파수에 상당한 에너지를 포함하고 있다. 비록 아날로그 필터 회로가 스위칭 주파수에서의 에너지를 막기 위하여 제공될 수 있지만, 이러한 필터 회로는 디바이스의 크기를 증가시키는 구성요소들을 사용할 수 있다.

필터들 대신에, 반전 출력 신호(602)는 대각선 화살표(610)로 표시된 바와 같이 스위칭 윈도우의 50% 만큼 시프트될 수 있다. 정지 상태의 경우에, 신호 A의 천이점들(603, 605)은 신호 B의 천이점들(604, 606)과 정렬하고, 신호들의 레벨들이 동일하게 되어, 0 전압(A - B)이 출력 변환기의 단자들에 인가된다.

결과 전압을 출력 변환기에 인가하는 것 대신에, 상술한 바와 같이, 사용자가 광 출력에 따른 달팽이관의 전기적 자극에 응답하여 소리를 인식하도록, 신호들이 사용자의 달팽이관 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 구성된 적어도 2개의 전극에 인가될 수 있다.

도7은 한 쌍의 상보적 클래스 B 신호를 도시한다. 아날로그 출력 전압이 0 위로 이동하면, 출력 신호 A(701)의 천이(705)는 이전으로 이동하여, 반전된 신호 B(702)의 고정된 천이(604) 보다 앞서 발생한다. 반전된 신호 B의 하이에서 로우로의 천이(706)는 신호 A(701)의 고정된 천이(603) 보다 앞서 발생한다.

따라서 차동 출력(A-B; 713)은 시각(705)과 시각(604) 사이의 시간차와 같은 폭을 갖는 양의 펄스(707) 및 시각(706)과 시각(603) 사이의 시간차와 같은 폭을 갖는 양의 펄스(708)를 포함한다. 시간차가 동일하면, 펄스들(707, 708)의 폭들은 동일하고, 적분된 출력 전압 Vint(709)는 상술한 바와 같이 양의 전압이다.

아날로그 전압이 0보다 작으면, 출력 신호 A(701)의 천이(703)는 신호 B(702)의 고정된 천이 시각(604) 이후로 이동하고, 동일한 방식으로 신호 B의 천이 시각(704)은 신호 A(701)의 고정된 천이 시각(603) 이후로 이동한다. 이 경우에, 차동 출력(A-B; 713)은 음의 펄스들(710, 711)을 포함한다. 펄스(710)의 지속 기간은 가변 시각(703)과 고정된 시각(604) 사이의 시간차이다. 펄스(711)의 지속 기간은 가변 시각(704)과 고정된 시각(603) 사이의 시간차이다. 적분된 결과 전압 Vint는 펄스들(707 및 708)의 듀티 사이클에 의해 규정된 양의 레벨(709)에서 펄스들(710 및 711)의 듀티 사이클에 의해 규정된 음의 레벨(712)로 이동한다.

적어도 일부 실시예에서 출력 변환기는 전자 회로를 지원하므로, 광 출력 신호는 펄스-폭 변조 신호의 천이 시각들을 규정하는 펄스들로서 송신될 수 있고, 변환기 신호는 각 천이 이벤트에서 토글된다. 송신 및 수신 경로의 시간 응답에 따라서, 송신된 펄스들의 지속 기간은 작을 수 있다. 많은 실시예들은 전력을 송신하기 위하여 제1 고속 신호 송신 경로 및 제2 경로를 포함한다.

회로를 출력 변환기에 결합하는 대신에, 상술한 신호들, 전력을 송신하는 제1 고속 송신 경로와 제2 경로는, 상술한 바와 같이, 사용자가 광 출력에 따른 달팽이관의 전기적 자극에 응답하여 소리를 인식하도록, 사용자의 달팽이관 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 구성된 적어도 2개의 전극에 결합될 수 있다.

도8은 상술한 PWM 구동기가 생성한 단일의 펄스폭 변조 신호를 포함하는 PWM 신호(701)를 도시한다. 하이에서 로우로의 천이들(812)은 고정된 시각들에서 발생하고, 로우에서 하이로의 천이들(813)은 아날로그 출력 레벨에 따라서 변화하는 시각들에서 발생한다. 각 천이는 신호(821)를 생성하는 회로부터 일정폭 펄스(815)를 개시시킨다. 펄스들의 후행 에지(814)는 개시 후에 일정한 시각에서 발생하거나, 의도된 효과를 제공하기 위하여 조정된 시각에서 발생한다. 신호(821)는 이미터로부터의 광 방출을 제어한다. 수신기에서, 광 펄스들의 선행 에지(816)는 신호(701) 또는 신호(701)의 반전 신호(826)를 재생하는 토글 회로를 트리거한다.

도9는 논리를 구현하고, 도8을 참조하여 상술한 광학적으로 송신된 신호를 처리하도록 구성된 회로를 도시한다. PWM 신호(701)는 펄스 발생기(902)를 트리거한다. 펄스 발생기(902)는 그 입력(701)의 토글시마다 일정한 폭의 펄스(예컨대, 일정폭 펄스(815))를 그 출력(904)에서 생성하도록 구성된다. 광 이미터(908)는 펄스 출력(904)에 의해 구동되고, 생성된 광 펄스들은 광 경로(909)를 통해 고속 광검출기(910) 및 전력 발생 광전 변환 검출기 어레이(917)에 안내된다. 어레이(917)는 광전 변환 셀들의 직렬 어레이를 포함한다.

광검출기(910)가 발생한 신호(911)는 D-타입 플리플롭(912; 예컨대 공지된 7474 타입의 논리 회로들에 유사함)의 클록 입력에 연결되며, 출력(914)은 클록 입력(911)의 상승 에지 시에 입력(913)의 레벨을 채택하도록 구성된다. 상보적 출력(918)은 출력(914)의 대향 레벨을 채택하도록 구성된다. 이러한 회로는 입력(913)이 상보적 출력(918)에 연결될 때 토글된다. 출력(914, 918)의 상태는 상승 신호 에지가 클록 입력(911)에 존재할 때마다 전환한다.

도9에서 역바이어스된 포토다이오드로 도시된 광검출기(910)의 동작에 의해 상승 신호 에지가 클록 입력(911)에 존재한다. 플리플롭(912)의 동작을 가능하게 하고 포토다이오드(910)에 대하여 역바이어스를 제공하는 전력은 광전 변환 검출기 어레이(917)에 의한 광 스트림(light stream)에서 수집되고, 회로로의 신호(916) 상에 존재한다. 배터리 또는 커패시터(919)와 같은 전력 저장 디바이스는 광검출기(917)에 병렬로 연결되어 플리플롭(912)에 전력을 공급할 수 있다. 전력 저장 디바이스는 소형의 재충전가능한 배터리를 포함할 수 있다. 광전 변환 검출기 어레이(917)가 제공하는 전압은 펄스 발생기(902)가 발생하는 펄스들의 폭을 조정하여 변경될 수 있다.

출력 변환기(915)는 플리플롭(912)의 출력(914)과 그 상보 출력(918) 사이에 접속된다. 변환기(915)는 신호 전압을 배가하는 효과를 볼 수 있다.

회로를 변환기(915)에 결합하는 대신에, 상술한 회로는, 상술한 바와 같이, 사용자가 광 출력에 따른 달팽이관의 전기적 자극에 응답하여 소리를 인식하도록, 사용자의 달팽이관 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 구성된 적어도 2개의 전극에 결합될 수 있다.

도10은 2개의 광 출력 채널(예컨대, 도5를 참조하여 상술한 제1 채널(520)과 제2 채널(521))과 함께 동작하도록 구성된 출력 변환기 어셈블리를 도시한다. 각 광 출력 채널은 광검출기(1001 또는 1002) 중 하나에 전용될 수 있다. 광검출기들(1001 및 1002)은 병렬로 접속된다. 광검출기들(1001 및 1002)의 적분 특성 때문에, 바이폴라(bipolar) 아날로그 전압이 생성된다.

출력 광 채널들은 바이폴라 아날로그 전압을 생성하기 위하여, 예컨대 상술한 신호 A(701) 및 신호 B(702)와 같은 많은 종류의 광신호들을 송신할 수 있다. PWM 구동기로부터의 펄스폭 변조 신호 A 및 신호 B는 많은 공지의 PWM 신호(예컨대, 델타 PWM 신호, 차동 구동 PWM 신호, 델타-시그마 PWM 신호 또는 차동 델타-시그마 PWM 신호 중 적어도 하나)를 포함한다. 일부 실시예에서, 광 파워 송신은 논리 회로에 의해 최소화될 수 있다. 예를 들어, 논리 회로는 신호 A와 신호 B에 대해 A와 NotB를 포함하는 제1 조건 및 신호 B와 신호 A에 대해 B와 NotA를 포함하는 제2 조건을 판단하도록 구성될 수 있다. 제1 조건으로부터의 출력은 제1 광원을 구동할 수 있고, 제2 조건으로부터의 출력은 제2 광원을 구동할 수 있어서, 제1 및 2 광원에 의해 송신되는 에너지는 최소화된다.

전력 광검출기들(1001 및 1002)은 양 광 채널들로부터의 광을 이용할 수 있다. 전력 광검출기 어레이(1001 및 1002)의 음성 단자(1005)는 증폭기(1008)로부터의 전력 반환 경로에 연결된다. 전력 광검출기 어레이(1001 및 1002)의 양성 단자(1003)는 증폭기(1008)의 양성 전력 공급 경로에 연결된다. 광검출기 어레이의 중앙 단자(1004)는 출력 변환기(1012)와 신호 광검출기들(1009, 1010)로부터의 신호 반환 경로에 연결된다. 커패시터(1006, 1007)는 각자의 광검출기(1001, 1002)에 병렬로 접속된다. 전력 저장 디바이스(예컨대, 소형 재충전가능한 배터리 또는 커패시터 중 적어도 하나)는 광검출기 어레이(1001, 1002)에 병렬로 양성 단자(1003)와 음성 단자(1005)의 양단에 접속되어, 증폭기(1008)에 전력을 공급할 수 있다. 커패시터들(1006, 1007)은 에너지 저장 능력을 제공할 수 있다.

전력 광검출기 어레이(1001, 1002)에 입사한 광은 증폭기(1008)에 전력을 공급하는 양의 전압차를 생성한다. 신호 광검출기(1009)에 입사한 광은 증폭기(1008)로의 입력(1011)에 음의 신호를 생성하고, 유사한 방식으로, 광검출기(1010)에 입사한 광은 증폭기(1008)로의 입력(1011)에 양의 신호를 생성한다.

증폭기(1008)는 출력 변환기(1012)에 접속된 출력 도체(1013)에 신호 전압을 생성한다. 커패시터(1006)로부터 전류는 양의 공급 도체(1003)를 통하고, 증폭기(1008)를 통하여 출력 변환기(1012)로 흐르고, 그 후에 커패시터들(1006, 1007)의 접합으로 도체(1004)를 통해서 흐른다. 이 전류 흐름이 커패시터(1007)를 충전하고, 커패시터(1006)를 방전한다.

출력 극성이 반전되면, 전류는 커패시터들(1006, 1007)의 접합으로부터 도체(1004)를 통하고, 출력 변환기(1012)를 통하고, 증폭기(1008)와 반환 도체(1005)를 통하여 커패시터(1007)로 흐른다. 이 전류 흐름이 커패시터(1006)를 충전하고, 커패시터(1007)를 방전한다. 전하 손실은 전류를 출력 변환기(1012)를 통하여 구동하는 동안 최소화될 수 있다.

전력 광검출기들(1001, 1002)은 커패시터들(1006, 1007)을 재충전하도록 동작한다. 전력 광검출기들(1001, 1002)은, 입력(1011)상에서 바이폴라 입력 신호를 수신하고 증폭하는데 필요한 회로를 내장한 증폭기(1008)에 적절한 동작 전압을 제공하기 위하여 필요한 만큼 직렬-접속된 어레이일 수 있다. 소형의 리튬-이온 또는 그 밖의 재충전가능한 배터리가 커패시터(1006)를 대체하거나 및/또는 커패시터(1006)와 결합될 수 있다. 제1 전력 광검출기(1001) 및 제2 전력 광검출기(1002)는 각각 적어도 하나의 광전 변환 재료(예컨대, 결정 실리콘, 비정질 실리콘, 마이크로모퍼스 실리콘, 블랙 실리콘, 카드뮴 텔루르 화합물, 구리 인듐, 또는 갈륨 셀렌 화합물)를 포함할 수 있다. 많은 실시예에 있어서, 제1 전력 광검출기(1001) 또는 제2 전력 광검출기(1002) 중 적어도 하나는 블랙 실리콘을 포함하며, 상기한 바와 같이, 이 실리콘은 예컨대 미국 특허 제7,354,792호 및 제7,390,689호에 설명되어 있고, 미국 매사추세츠 비버리의 SiOnyx, Inc로부터 입수할 수 있다.

상술한 회로를 변환기(1012)에 결합하는 것 대신에, 상술한 바와 같이, 사용자가 광 출력에 따른 달팽이관의 전기적 자극에 응답하여 소리를 인식하도록, 사용자의 달팽이관 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 구성된 적어도 2개의 전극에 상술한 회로가 결합될 수 있다.

상술한 회로는 광전 변환기의 흡수 및 효율을 최적화하기 위하여, 블랙 실리콘과 같은 광전 변환 재료를 바이어스하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 바이어스된 블랙 실리콘 광전 변환 재료는 신호 수신에 이용되는 역바이어스된 포토다이오드와 같은 고속 광센서에 전력을 제공하기 위하여 사용될 수 있다.

도10a는 음성 신호의 에너지에 응답하여 바이어스된 PWM 펄스들을 도시한다. 제1 펄스들(1060)은 예컨대 음성 신호의 저역 통과 필터링에 응답하여 천천히 변화하는 "DC" 바이어스에 대하여 저주파수 바이어스를 포함한다. 펄스들은 이 바이어스와 결합(예컨대, 가산됨)될 수 있고, 따라서 바이어스 상에 부과된 펄스들의 진폭(1062)은 실질적으로 일정하게 유지된다. 회로는 제1 펄스들(1060)의 에너지에 응답하여 바이어스를 조정할 수 있다. 예를 들어, 회로는 음성 신호의 에너지(예컨대, 전력)가 증가하는 것에 응답하여 바이어스를 증가시킬 수 있다. 제2 펄스들(1070)은 제1 펄스들(1060)의 제1 진폭(1062)과 실질적으로 유사한 제2 진폭(1072)을 포함한다. 능동 회로와 변환기 구성요소들이 소비하는 전력을 맞추기 위하여 제2 바이어스(1074)가 제1 바이어스(1064)와 상당히 다르도록, 제2 바이어스(1074)는 제1 펄스들(1060)의 에너지에 응답하여 조정된다.

도10b는 음성 신호의 에너지에 응답하여 진폭이 조정되는 PWM 펄스들을 도시한다. 제1 펄스들(1080)은 제1 진폭(1082)을 포함하고, 제2 펄스들(1090)은 제2 진폭(1092)을 포함하며, 제2 진폭(1092)은 능동 회로와 변환기 구성요소들이 소비하는 전력을 맞추기 위하여, 제1 진폭(1082)과 상당히 다르다.

도10c는 능동 회로 구성요소들과 변환기가 소비하는 전력을 맞추기 위하여, 이들에게 전력을 송신하도록 구성된 제2 광원으로의 전압을 도시한다. 제1 진폭(1097)은 음성 신호의 제1 에너지(예컨대, 음성 신호의 제1 전력)용으로 충분한 전력을 제공하기 위하여 구성된다. 제2 진폭(1099)은 음성 신호의 제2 에너지(예컨대, 음성 신호의 제2 전력)용으로 충분한 전력을 제공하기 위하여 구성된다.

도11은 소리를 사용자에게 송신하는 방법(1100)을 도시한다. 단계(1105)에서는 음성 신호를 입력 변환기에 입력한다. 단계(1110)에서는 음성 신호를 측정한다. 단계(1115)에서는 음성 신호를 처리한다. 이 처리는 아날로그, 디지털 또는 이들의 조합일 수 있다. 단계(1120)에서는 음성 신호의 전력량을 예컨대 디지털 사운드 처리기 또는 아날로그 저역 통과 필터로 결정한다. 단계(1125)에서는 음성 신호에 응답하여 출력을 조정한다. 출력은 많은 방식으로 조정될 수 있다. 예컨대, DC 바이어스, 슬라이딩 스케일 또는 개별 채널들의 전력량 중 적어도 하나에 의해 조정될 수 있다. 단계(1130)에서는 음성 신호에 응답하여 PWM 펄스들을 결정한다. 단계(1135)에서는 PWM 신호 조정에 응답하여 적어도 하나의 광원을 구동한다. 단계(1140)에서는 적어도 하나의 광원으로부터 광을 송신한다. 단계(1145)에서는 송신된 광을 필터들로 필터링한다. 단계(1150)에서는 검출기들로 광을 검출한다. 단계(1155)에서는 송신된 에너지를 능동 회로용으로 저장 디바이스에 저장한다. 단계(1160)에서는 PWM 신호와 저장된 에너지에 응답하여 변환기를 구동한다. 단계(1165)에서 사용자는 송신된 음성 소리를 듣는다.

방법(1100)의 많은 단계들은 상술한 음성 프로세서로 구현될 수 있다. 예를 들어, 방법(1100)의 많은 단계들을 구현하기 위한 컴퓨터 프로그램의 명령들은 음성 프로세서의 유형 매체(tangible medium)에 구체화될 수 있다.

도11에 예시된 특정 단계들은 본 발명의 일부 실시예에 따라서, 음성 신호를 송신하는 특정 방법을 제공함을 이해해야 한다. 단계들의 다른 순서들이 대안적 실시예에 따라서 수행될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 대안적 실시예는 앞에 설명한 단계들을 다른 순서로 수행할 수 있다. 더욱이, 도11에 예시된 개별 단계 각각은, 그 개별 단계에 적절한 다양한 순서로 수행될 수 있는 다수의 서브 단계들을 포함할 수 있다. 또한, 특정 애플리케이션에 따라서, 단계들이 추가되거나 삭제될 수 있다. 이 기술분야의 통상 기술자는 많은 변형, 변경 또는 대안들을 알 수 있다.

이상은 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 완전한 설명이지만, 다양한 대안들, 변형들 및 등가물들이 사용될 수 있다. 따라서 상술한 설명은 청구항에 의해 규정되는 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

210 : 입력 변환기 220 : 음성 프로세서
230 : 디지털 출력 240 : 이미터 구동기
250 : 이미터들 260 : 필터들
270 : 검출기들 280 : 변환기 구동기
290 : 출력 변환기 510 : PWM 구동기
701 : 펄스 발생기

Claims (35)

1. 음성 신호를 송신하는 디바이스로서,
   적어도 한 파장의 광으로 상기 음성 신호를 송신하도록 구성된 적어도 하나의 광원;
   상기 음성 신호를 검출하고, 상기 적어도 한 파장의 광에 응답하여 적어도 하나의 전기 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 검출기;
   고막, 소골(ossicle) 또는 달팽이관(cochlea) 중 적어도 하나에 지지되어 그것을 진동시키도록 구성되는 변환기; 및
   상기 적어도 하나의 검출기와 상기 변환기에 결합되고, 상기 전기 신호에 응답하여 상기 변환기를 구동하는 능동 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
2. 청구항1에 있어서, 상기 적어도 하나의 검출기와 상기 능동 회로에 결합되고, 상기 적어도 하나의 검출기로부터의 에너지로 상기 능동 회로에 전력을 공급하는 전력 저장 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
3. 청구항2에 있어서, 상기 전력 저장 디바이스와 상기 능동 회로는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나로 지지되기 위한 크기 또는 질량 중 적어도 하나를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
4. 청구항2에 있어서, 상기 적어도 하나의 광원 및 적어도 하나의 검출기는, 상기 적어도 하나의 광원으로부터의 에너지로 상기 변환기를 구동하기 위하여, 상기 전력 저장 디바이스와 상기 능동 회로에 전력을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
5. 청구항2에 있어서, 상기 전력 저장 디바이스는 커패시터 또는 소형 재충전가능한 배터리 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
6. 청구항1에 있어서, 상기 광검출기는 결정 실리콘, 비정질 실리콘, 마이크로모퍼스(micromorphous) 실리콘, 블랙 실리콘, 카드뮴 텔루르 화합물(cadmium telluride), 구리 인듐, 갈륨 셀렌 화합물(gallium selenide), 또는 인듐 갈륨 비화물(arsenide) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
7. 청구항1에 있어서, 상기 변환기는 압전 변환기, 굴곡 인장 변환기, 와이어 코일, 자석 또는 음향 스피커 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
8. 청구항1에 있어서, 상기 능동 회로는 트랜지스터, 증폭기, 논리 게이트 또는 플리플롭 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
9. 청구항1에 있어서, 입력 변환기로부터 음성 신호를 수신하도록 구성된 회로를 더 포함하고, 상기 회로는 상기 음성 신호를 펄스폭 변조 신호로 상기 적어도 하나의 광원으로부터 상기 적어도 하나의 검출기에 송신하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
10. 청구항9에 있어서, 상기 펄스폭 변조 신호는 델타 PWM 신호, 차동 구동 PWM 신호, 델타-시그마 PWM 신호 또는 차동 델타-시그마 PWM 신호 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
11. 청구항1에 있어서, 상기 음성 신호를 수신하도록 구성된 입력에 결합되는 회로를 더 포함하고, 상기 회로는 적어도 하나의 광원에 결합되고, 또한 상기 회로는 상기 음성 신호에 응답하여 상기 능동 회로에 전력을 공급하기 위해 상기 적어도 하나의 광원의 출력을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
12. 청구항11에 있어서, 상기 회로는 상기 음성 신호의 에너지를 결정하기 위해 상기 음성 신호를 측정하고, 또한, 상기 적어도 하나의 광원에 의해 송신되는 에너지의 양을 상기 음성 신호의 전력에 응답하여 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
13. 청구항11에 있어서, 상기 회로는 DC 바이어스 또는 상기 적어도 하나의 광원의 펄스들의 진폭 중 적어도 하나를, 상기 능동 회로에 전력을 공급하는 음성 신호에 응답하여 조정하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
14. 청구항11에 있어서, 상기 적어도 하나의 광원은 상기 음성 신호를 송신하도록 구성된 제1 광원 및 전력을 송신하도록 구성된 제2 광원을 포함하고, 상기 회로는 상기 제2 광원으로 송신되는 전력의 양을 상기 음성 신호에 응답하여 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
15. 청구항11에 있어서, 상기 회로는 사운드 프로세서를 포함하고, 상기 사운드 프로세서는 상기 음성 신호를 측정하고, 상기 음성 신호에 응답하여 상기 능동 회로에 전력을 공급하기 위하여 상기 적어도 하나의 광원의 출력을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
16. 음성 신호를 송신하는 시스템으로서,
    적어도 한 파장의 광을 방사하도록 구성된 적어도 하나의 광원을 포함하는 입력 변환기 어셈블리; 및
    출력 변환기 어셈블리를 포함하고,
    상기 출력 변환기 어셈블리는,
    상기 적어도 한 파장의 광을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출기;
    상기 적어도 하나의 검출기에 결합된 능동 회로;
    상기 능동 회로에 전기적으로 결합되고, 사용자의 고막, 소골 또는 달팽이관 중 적어도 하나를 상기 적어도 한 파장의 광에 응답하여 진동시키도록 구성되는 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
17. 청구항16에 있어서, 상기 출력 변환기 어셈블리는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 시스템.
18. 청구항17에 있어서, 상기 출력 변환기 어셈블리는 상기 고막과 소골 중 적어도 하나에 의해 지지되는 전력 저장 디바이스를 포함하고, 상기 전력 저장 디바이스는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나와 함께 진동하기 위한 크기 또는 질량 중 적어도 하나를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
19. 청구항17에 있어서, 상기 능동 회로는 상기 적어도 한 파장의 광에 응답하여 상기 변환기를 구동하기 위하여 상기 검출기와 상기 변환기에 결합되고, 상기 능동 회로는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나와 함께 진동하기 위한 크기 또는 질량 중 적어도 하나를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
20. 청구항16에 있어서, 상기 입력 변환기는 상기 적어도 한 파장의 광을 펄스폭 변조 신호로서 송신하도록 구성되고, 상기 출력 변환기 어셈블리는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나를 상기 펄스폭 변조 신호에 응답하여 진동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
21. 청구항16에 있어서, 상기 적어도 한 파장의 광은 제1 파장의 광 및 제2 파장의 광을 포함하고, 상기 적어도 하나의 광원은 상기 제1 파장의 광을 방사하도록 구성된 제1 광원 및 상기 제2 파장의 광을 방사하도록 구성된 제2 광원을 포함하고, 상기 적어도 하나의 검출기는 적어도 한 파장의 제1 광에 응답하여 제1 이동으로 상기 변환기를 이동시키도록 구성된 제1 검출기와, 적어도 한 파장의 제2 광에 응답하여 제2 이동으로 상기 변환기를 이동시키도록 구성된 제2 검출기를 포함하고, 상기 제2 이동은 상기 제1 이동과 반대인 것을 특징으로 하는 시스템.
22. 청구항16에 있어서, 상기 적어도 한 파장의 광은 자외광, 가시광 또는 적외광 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
23. 음성 신호를 송신하는 방법으로서,
    적어도 한 파장의 광을 상기 적어도 하나의 광원으로부터 방사하는 단계;
    전기 신호를 발생하기 위하여 상기 적어도 한 파장의 광을 검출하는 단계; 및
    사용자의 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나를 상기 전기 신호에 응답하여 진동시키는 단계를 포함하는 방법.
24. 청구항23에 있어서, 상기 출력 변환기 어셈블리는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 청구항24에 있어서, 상기 출력 변환기 어셈블리는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나에 의해 지지되는 전력 저장 디바이스를 포함하고, 상기 전력 저장 디바이스는 상기 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나가 진동될 때 진동하는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 청구항24에 있어서, 상기 출력 변환기 어셈블리는 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나에 의해 지지되는 능동 회로를 포함하고, 상기 능동 회로는 상기 적어도 한 파장의 광에 응답하여 상기 변환기를 구동하기 위하여 상기 검출기와 상기 변환기에 결합되고, 상기 능동 회로는 상기 고막, 소골 및 달팽이관 중 적어도 하나가 진동할 때 진동하는 것을 특징으로 하는 방법.
27. 대상 조직(target tissue)을 자극하는 디바이스로서,
    적어도 한 파장의 광을 포함하는 펄스폭 변조 광신호를 송신하도록 구성된 적어도 하나의 광원; 및
    상기 변조 광신호에 응답하여 상기 대상 조직을 자극하기 위하여 상기 대상 조직에 결합된 적어도 하나의 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
28. 청구항27에 있어서, 진동 또는 전류 중 적어도 하나로 상기 조직을 자극하도록 구성된 이식가능한 검출기를 더 포함하고, 상기 검출기는 변환기 또는 적어도 2개의 전극 중 적어도 하나에 결합되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
29. 청구항28에 있어서, 상기 검출기는 상기 전류로 상기 조직을 자극하도록 구성되고, 상기 검출기는 상기 적어도 2개의 전극에 결합되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
30. 청구항28에 있어서, 상기 대상 조직은 사용자의 달팽이관을 포함하고, 상기 변조 광신호는 음성 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
31. 대상 조직을 자극하는 방법으로서,
    적어도 한 파장의 광을 포함하는 펄스폭 변조 광신호를 적어도 하나의 광원으로부터 방사하는 단계; 및
    상기 변조 광신호에 응답하여 상기 대상 조직을 자극하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
32. 청구항31에 있어서, 상기 대상 조직은 진동 또는 전류 중 적어도 하나에 의하여 자극되는 것을 특징으로 하는 방법.
33. 청구항32에 있어서, 상기 대상 조직은 전류에 의해 자극되고, 이식가능한 검출기는 적어도 2개의 전극에 결합하고, 상기 적어도 한 파장의 광의 포함하는 변조 신호에 응답하여 상기 조직을 자극하는 것을 특징으로 하는 방법.
34. 청구항32에 있어서, 상기 대상 조직은 사용자의 달팽이관을 포함하고, 상기 변조 광신호는 음성 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
35. 소리를 포함하는 음성 신호를 사용자에게 송신하는 디바이스에 있어서,
    상기 음성 신호를 송신하는 수단; 및
    상기 사용자가 상기 소리를 들을 수 있도록 상기 음성 신호를 검출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.

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