KR20180034489A - 무선 파워 전송을 위한 동작 예측 - Google Patents

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KR20180034489A
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메레디스 페리
폴 레이놀즈
션 타플러
앤드류 조이스
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유빔, 인코포레이티드
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Abstract

신호 생성기는 전원으로부터의 파워를 이용하여 신호의 파워를 증가시키는 증폭기로 전송된 전기 신호를 생성한다. 그러한 증폭된 신호는 포커싱되어 수신기로 전송될 수 있는 초음파를 생성하기 위해 전송기 트랜스듀서로 제공된다. 상기 수신기 트랜스듀서는 초음파를 다시 전기 에너지로 변환시켜 배터리와 같은 에너지 저장 장치에 저장하거나, 또는 상기 전기 에너지를 장치에 파워를 공급하는 데 사용한다. 이런 식으로, 장치는 전기 콘센트에 연결되지 않고 원격으로 충전되거나 파워가 공급될 수 있다.

Description

무선 파워 전송을 위한 동작 예측
본 출원은 2011년 5월 27일자로 출원된 미국 가 특허출원 제61/490,988호의 이점을 청구하는 2012년 5월 22일자로 출원된 미국 특허출원 제13/477,551호의 이점을 청구하는 2015년 3월 2일자로 출원된 미국 특허출원 제14/635,861호의 일부 계속출원으로서의 이점을 청구하며, 상기 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본원에 모두 포함된다. 또한, 본 출원은 "Sender Communications for Wireless Power Transfer"로 명칭된 미국 특허출원 제13/477,452호; "Receiver Communications for Wireless Power Transfer"로 명칭된 미국 특허출원 제13/477,551호; "Sender Transducer for Wireless Power Transfer"로 명칭된 미국 특허출원 제13/477,555호; "Receiver Transducer for Wireless Power Transfer"로 명칭된 미국 특허출원 제13/477,557호; "Sender Controller for Wireless Power Transfer"로 명칭된 미국 특허출원 제13/477,565호; 및 "Receiver Controller for Wireless Power Transfer"로 명칭된 미국 특허출원 제13/477,574호와 관련되며, 상기 특허 문헌 각각 그리고 그 모두는 참조를 위해 본원에 포함된다.
동작하기 위해 에너지를 필요로 하는 장치는 와이어를 사용하여 전원에 플러그될 수 있다. 이는 장치의 움직임을 제한하여 동작을 전원으로부터 일정한 최대 거리 이내로 제한할 수 있다. 대부분의 배터리-파워 공급 장치는 코드(cord)를 사용하여 주기적으로 전원에 연결되어야 하므로 불편하고 제한적일 수 있다.
본 발명은 무선 파워 전송을 위한 동작을 예측하기 위한 것이다.
상기 개시된 대상의 실시예에 따르면, 전기 에너지를 초음파 형태의 초음파 에너지로 변환하도록 채용 및 구성된 적어도 하나의 제1트랜스듀서(Transducer)를 포함하는 시스템이 제공된다. 상기 제1트랜스듀서는 제1제어기와 통신하며, 상기 제1제어기는 제1통신 장치와 통신한다.
상기 개시된 대상의 다른 실시예에서, 시스템은 초음파 형태의 초음파 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 채용 및 구성된 적어도 하나의 제2트랜스듀서를 포함한다. 상기 제2트랜스듀서는 제2제어기와 통신하며, 상기 제2제어기는 제2통신 장치와 통신한다.
상기 개시된 대상의 추가적인 특징, 이점 및 실시예들은 다음의 상세한 설명, 도면, 및 청구범위의 고려로부터 설명되거나 명백해질 수 있다. 또한, 상술한 요약 및 이하의 상세한 설명은 모두 예시적인 것이며, 청구범위의 범위를 제한하지 않고 추가 설명을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.
본 발명에 의해 무선 파워 전송을 위한 동작을 예측할 수 있다.
상기 개시된 대상의 이해를 제공하기 위해 포함된 수반의 도면들은 본 명세서에 포함되어 일부를 구성한다. 도면은 또한 상기 개시된 대상의 실시예들을 기술하며, 상기 개시된 대상의 실시예들의 원리를 상세한 설명과 함께 설명하기 위해 제공된다. 상기 개시된 대상과 그것이 실시될 수 있는 다양한 방법의 근본적인 이해를 위해 필요한 것보다 더 상세하게 구조적인 세부 사항을 보여 주려는 시도는 없다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 나타낸다.
상기 개시된 대상의 실시예들은 전기 에너지를 음향 에너지로 변환할 수 있으며, 상기 음향 에너지는 다시 전기 에너지로 변환되는 장치로 전송될 수 있다. 그러한 변환된 전기 에너지는 장치에 파워를 공급하여 배터리, 캐패시터 등과 같은 그러한 장치의 하나 이상의 에너지 저장 요소를 충전하는 데 사용될 수 있다. 이는 코드를 사용하여 전원에 일정하게 또는 주기적으로 연결하는 것을 필요 없게 할 수 있다.
실시예들은, 소정의 적절한 지속 기간의 체류 시간에 따라, 회전 또는 소정의 적절한 시퀀스로, 한 번에 여러 장치에 에너지를 전송할 수 있다.
도 1은 상기 개시된 대상에 따른 시스템을 나타낸다. 전송기(101)는 입력으로서 전원(102; 전기 콘센트 또는 배터리)으로부터 전기 에너지를 수신할 수 있다. 신호 생성기(103)는 증폭기(104)에 의해 증폭될 수 있는 신호를 생성할 수 있다. 이는 제어기(105; 이하, '전송기 제어기' 또는 '전송 제어기'라고도 칭함)의 제어 하에 행해질 수 있다. 그러한 증폭된 신호는 전송 트랜스듀서(106; sending transducer, 이하 '전송기 트랜스듀서'라고도 칭함)로 전송될 수 있고, 초음파(107) 형태의 초음파 에너지는 공기와 같은 매질을 통해 전송될 수 있다. 수신기(108)는 초음파 형태의 초음파 에너지를 수신하여 그것을 전기 에너지로 변환시키는 수신 트랜스듀서(109; receiving transducer, 이하 '수신기 트랜스듀서'라고도 칭함)를 포함할 수 있으며, 상기 전기 에너지는 에너지 저장 장치(110)를 충전하거나 프로세서, 즉 제어기(111; 이하 '수신기 제어기' 또는 '수신 제어기'라고도 칭함)에 파워를 공급하는 데 사용될 수 있다. 상기 에너지 저장 장치(110)의 예로는 배터리, 캐패시터, 유도 회로 등을 포함할 수 있다. 장치, 즉 제어기(105)의 예로는 스마트폰(안드로이드 모바일 장치, 아이폰, 마이크로소프트 동작 시스템을 갖는 모바일 장치와 같은), 휴대용 컴퓨터(애플 랩탑, 마이크로소프트 동작 시스템을 갖는 랩탑 등과 같은), 전자 콘텐츠 리더(아마존 킨들, 애플 아이패드 등과 같은) 등을 포함할 수 있다. 제어기(111)는 수신 트랜스듀서(109) 및/또는 에너지 저장 장치(110)를 제어할 수 있다.
제어기 105는 안테나 112에 연결될 수 있고, 제어기 111은 안테나 113에 연결될 수 있다. 이하 기술한 바와 같이, 전송기 제어기(105) 및 수신기 제어기(111)는 안테나 112 및 113을 통해 통신할 수 있다.
전송 트랜스듀서(106)는 초음파 에너지의 포커싱된 빔을 생성할 수 있는 어레이로 배열된 다수의 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 전송 트랜스듀서(106)는 전기 에너지를 음향 에너지로 변환하기에 적합한 적어도 하나의 용량성 마이크로 머신 초음파 트랜스듀서(CMUT), 용량성 초음파 트랜스듀서(CUT), 정전식 트랜스듀서 또는 소정의 다른 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 위상 어레이를 통해 포커싱된 초음파 에너지를 생성하기 위해, 전송 트랜스듀서(106)는 시간 지연 트랜스듀서 또는 파라메트릭 어레이(parametric array) 트랜스듀서, 또는 보울형(bowl-shaped) 트랜스듀서 어레이를 포함할 수 있다. 전송기(101)는, 예컨대 공기를 통한 초음파 에너지의 전송을 위해 약 20 내지 약 120 kHz 사이에서, 그리고 예컨대 약 155 dB까지 동작할 수 있다. 다른 매질을 통한 초음파 전송의 경우, 전송기(101)는 예컨대 1 MHz 이상의 주파수로 동작할 수 있다. 전송 트랜스듀서(106)는 높은 전기기계적 변환, 예컨대 약 40%의 효율을 가질 수 있으며, 이는 약 3 dB 손실에 대응한다.
전송기 제어기(105)는 전송 트랜스듀서(106)가 수신 트랜스듀서(109)에 대한 상기 전송 튜랜듀서(106; 또는 일반적으로 전송기(101))의 근접성에 기초하여 초음파를 방출하게 할 수 있다. 수신 트랜스듀서(109)는 전송 트랜스듀서(106)로부터 수신된 초음파 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있다. 본원에 사용한 바와 같이, 근접성은 전송 트랜스듀서(106) 등과 수신 트랜스듀서(109) 등 사이의 실제 또는 유효 거리일 수 있다. 유효 거리는 다양한 요인들에 기초하여 전송 트랜스듀서(106)와 수신 트랜스듀서(109)간 에너지 전송의 효율에 기초할 수 있으며, 상기 다양한 요소들은 한정하진 않지만 그들의 상대적 위치; 전송기와 수신기간 전도성 매질(예컨대, 공기, 조직 등)의 특성; 전송기와 수신기의 상대적 방위; 전송기와 수신기간 존재하는 장애; 전송기와 수신기간 상대적 움직임 등을 포함할 수 있다. 일부의 경우, 제1전송기/수신기 쌍이 제2전송기/수신기 쌍보다 높은 근접성을 가질 수 있다(상기 제1전송기/수신기 쌍이 상기 제2전송기/수신기 쌍보다 큰 절대 거리로 분리될 지라도).
상기 전송기 제어기(105)는 초음파 에너지의 빔이 수신기 트랜스듀서(109) 쪽으로 지향되게 할 수 있다. 더욱이, 상기 전송기 제어기(105)는 전송 트랜스듀서(106)가 적어도 하나의 주파수 및 적어도 하나의 진폭을 갖는 초음파를 방출하게 할 수 있다. 상기 전송기 제어기(105)는 전송 트랜스듀서(106)가 수신 트랜스듀서(109)에 대한 전송 트랜스듀서(106)의 근접성 및/또는 위치에 기초하여 적어도 일부의 초음파의 주파수, 위상 및/또는 진폭을 변경하게 할 수 있다. 추가로, 상기 전송기 제어기(105)는, 전송 트랜스듀서(106)가, 전송 트랜스듀서에 의해 방출된 초음파 에너지의 주파수에 기초하여, 또는 수신 제어기(111)에 의해 결정된 바와 같은 초음파 에너지의 수신과 관련된 정보에 기초하여, 적어도 일부의 초음파의 위상 및/또는 진폭을 변경하게 할 수 있다.
상기 전송 제어기(105) 및 수신 제어기(111)는 안테나(112 및 113)를 통해 통신할 수 있다. 이런 식으로, 수신 제어기는 본질적으로 전송 제어기(105)로 명령들을 전송함으로써 전송 트랜스듀서(106)에 의해 생성된 에너지의 특성 및 진폭을 제어할 수 있다. 또한, 상기 전송 제어기(105)는 수신 제어기(111)로부터 수신된 데이터 및/또는 명령들에 기초하여 전송 트랜스듀서(106)의 특성들을 제어할 수 있다. 마찬가지로, 전송 제어기는 수신 제어기(111)로부터의 입력에 독립하여 전송 트랜스듀서(106)에 의해 전송된 에너지의 특성들을 제어할 수 있다.
상기 전송기 제어기(105)는 수신 트랜스듀서(109)를 검출하도록 검출 신호를 전송할 수 있는 전송기 통신 장치(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 그러한 전송기 통신 장치는 수신기 제어기(111)에 연결된 수신기 통신 장치(도시하지 않음)로 제어 신호를 전송할 수 있다. 상기 수신기 제어기(111)는 수신기 트랜스듀서(109)를 제어할 수 있다. 그러한 제어 신호는 전송 트랜스듀서(106)에 의해 방출된 초음파 에너지의 주파수 및/또는 진폭을 포함할 수 있다. 상기 제어 신호는 수신 트랜스듀서(109)에 대한 전송 트랜스듀서(106)의 근접성 및/또는 방위를 결정하는 데 사용될 수 있다. 추가로, 상기 제어 신호는 수신 제어기(109)에 의해 실행될 명령을 포함할 수 있으며, 또한 전송 트랜스듀서(106)의 임피던스(impedance)에 대한 정보를 포함할 수도 있다.
상기 전송기 통신 장치는 수신기 제어기(111)와 통신할 수 있는 수신기 통신 장치로부터의 제어 신호를 수신할 수 있다. 그러한 제어 신호는 전송기 트랜스듀서(106)로부터 수신된 초음파 에너지의 원하는 파워 레벨, 주파수, 위상, 및/또는 진폭을 포함할 수 있다. 추가로, 상기 제어 신호는 수신 트랜스듀서(109)의 임피던스, 파워에 대한 요청, 및/또는 전송기 제어기(105)에 의해 실행될 명령을 포함할 수 있다. 상기 제어 신호는 수신기 트랜스듀서에 대한 전송기 트랜스듀서의 근접성 및/또는 수신기 트랜스듀서에 대한 전송기 트랜스듀서의 상대적 방위를 결정하는 데 사용될 수 있다. 더욱이, 상기 제어 신호는 또한 파워 상태를 나타낼 수도 있다. 그와 같은 파워 상태는, 예컨대 수신기 에너지 저장 장치(110)에 남아 있는 퍼센트, 소비된 퍼센트, 줄(joule)의 양 또는 등가물과 같은, 수신기(108)에 이용 가능한 파워의 양을 나타낼 수 있다. 상기 제어 신호는 적어도 일부의 초음파를 변조함으로써 전송될 수 있고, 그리고/또 예컨대 별도의 무선 주파수 전송기를 사용하거나, 또는 셀룰러 전화 네트워크 또는 Wi-Fi 네트워크를 통해 신호를 전송함으로써, 또는 광학 또는 적외선 전송을 사용하여 대역 외로 전송될 수 있다. 예컨대, 상기 제어 신호는 텍스트, 인스턴트 메시지(instant message), 이메일 등으로 전송될 수 있다.
전송기(101)는 하나 이상의 초음파 파형을 생성할 수 있는 함수 생성기, 피치 생성기, 임의의 파형 생성기, 또는 디지털 패턴 생성기와 같이 다양하게 알려진 신호 생성기(103)를 더 포함할 수 있다. 상기 전송기 제어기(105)는 발진기, 증폭기, 프로세서, 메모리 등(도시하지 않음)을 자체 포함할 수 있다. 또한 상기 제어기의 프로세서는 상기 신호 생성기(103)를 사용하여 특정 파형을 생성하기 위해 메모리에 저장된 명령들을 실행할 수 있다. 상기 신호 생성기(103)에 의해 생성된 파형은 증폭기(104)에 의해 증폭될 수 있다. 상기 전송기 제어기(105)는 상기 전송기 트랜스듀서(106)가 어떻게 그리고 언제 활성화될지를 조절할 수 있다.
상기 전송기(101)용 전원(102)은 AC 또는 DC 전원이거나, 또는 DC 바이어스에 중첩된 펄스, 또는 DC 바이어스 및 시변 소스(time varying source)의 소정의 조합을 사용할 수 있다. AC 전원이 사용되는 경우, 전송기(101)는 신호 생성기(103)와 전기적으로 연결된 파워 프로세서(114)를 포함할 수 있다. 그러한 파워 프로세서(114)는 DC 파워를 생성하기 위해 전원(102)으로부터 AC 파워를 수신할 수 있다.
전송된 초음파 빔(107)은 보강 간섭을 받아 좁은 메인 로브(lobe) 및 저레벨 사이드 로브(lobe)를 발생시켜 초음파 에너지를 포커싱하고 그리고/또 지향시키는 것을 도울 수 있다. 전송기(101)에 의해 생성된 초음파 에너지는 기하학적 포커싱, 시간 반전 방법, 위상 지연을 통한 빔 형성과 같은 기술들을 사용하여, 또는 전자적으로 제어된 어레이의 사용을 통해 포커싱될 수 있다.
상기 전송기(101)는 수신기에 대한 영역을 스캔하고, 방 내의 수신기의 위치를 감지하고, 수신기를 추적할 수 있으며, 수신기를 향해 초음파 빔을 스티어링(steering)할 수 있다. 상기 전송기(101)는 수신기(108)가 주어진 범위 내에 있다고 결정되지 않는 한, 또는 수신기(108)가 완전히 충전되거나 또는 전송기(101)에 유효한 식별자를 갖는 것과 같은 몇몇 다른 적절한 기준을 충족시키지 않으면 초음파 에너지를 선택적으로 방출할 수 없다.
상기 전송기(101)는 수신기(108)를 향해 기계적으로 그리고/또 전자적으로 지향될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 전송기는 모터를 사용하여 XY-방향으로 틸트(tilt)되거나, 또는 미리-고정된 위치에 있을 수 있으며, 그리고 상기 빔은 Z-방향으로 전자적으로 스티어링될 수 있다. 전송기(101)는 가시선(line of sight) 전송을 통해 또는 모든 방향으로 동일하게 초음파 펄스를 확산시킴으로써 수신기(108)에 초음파 에너지를 전송할 수 있다. 가시선 전송의 경우, 상기 전송기(101) 및 수신기(108)는 서로를 향해 물리적으로 지향될 수 있으며, 상기 전송기(101)는 물리적으로 또는 전자적으로(또는 그 모두로) 수신기(108)를 겨냥하거나, 또는 수신기(108)는 전송기(101)를 겨냥할 수 있다. 전송기(101)는 방위, 위치, 통신을 검출할 목적으로 또는 다른 목적으로, 또는 그 반대의 목적으로 수신기(108)에 의해 감지될 초음파, 라디오, 광학, 적외선, 또는 다른 그러한 신호와 같은 신호들을 전송할 수 있다. 전송기(101) 및 수신기(108) 중 하나 또는 그 모두는 각각 수신기(108) 또는 전송기(101)로부터 신호들을 수신할 수 있는 안테나(112, 113)들과 같은 신호 수신기를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 신호들은 초음파 자체를 사용하여 전송기(101)로부터 수신기(108)로 전송될 수 있다.
상기 전송기(101)는 신호 생성기 및 다른 요소들의 듀티 사이클(duty cycle)을 관리함으로써 열 조절될 수 있다. 열 조절은 또한 전송 트랜스듀서(106)에 방열판(heat sink)을 부착함으로써, 팬(fan)을 사용하여 , 그리고/또 전송기를 통해 냉각제를 작용시킴으로써, 그리고 펠티어(peltier) 및 다른 열전 냉각기와 같은 다른 열조절 방법을 통해 달성될 수 있다.
수신기(108)는 초음파 형태의 초음파 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 수신기 트랜스듀서(109)를 포함할 수 있다. 수신기 트랜스듀서(109)는 초음파 에너지의 포커싱되지 않은 빔 또는 포커싱된 빔을 수신할 수 있는 어레이로 배열된 하나 이상의 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 수신기 트랜스듀서(108)는 적어도 하나의 용량성 마이크로머신 초음파 트랜스듀서(CMUT), 용량성 초음파 트랜스듀서(CUT), 또는 정전식 트랜스듀서, 또는 이하 기술된 압전식 트랜스듀서, 그들 조합, 또는 초음파를 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 소정의 다른 타입 또는 타입들을 포함할 수 있다. 포커싱된 초음파 에너지를 위상 어레이를 통해 수신하기 위해, 상기 수신기 트랜스듀서(109)는 시간 지연 트랜스듀서 또는 파라메트릭 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 수신기(108)는, 예컨대 공기를 통한 초음파 에너지의 수신을 위해 약 20 내지 약 120 kHz 사이에서, 그리고 예컨대 약 155 dB와 같은 소정의 적합한 DB 레벨까지 동작할 수 있다. 다른 매질을 통해 초음파 에너지를 수신하기 위해, 상기 수신기(108)는, 예컨대 1 MHz 이상의 주파수로 동작할 수 있다. 수신기 트랜스듀서(109)는 약 3 dB 손실에 상응하는, 예컨대 약 40%의 높은 전기기계적 변환 효율을 가질 수 있다.
수신기 트랜스듀서(109)는 전기 에너지를 에너지 저장 장치(110) 및/또는 프로세서(115)에 공급할 수 있다. 에너지 저장 장치(110)의 예로는 한정하진 않지만 배터리, 용량성 저장 장치, 정전식 저장 장치 등을 포함할 수 있다. 프로세서의 예로는 한정하진 않지만 스마트폰(안드로이드 모바일 장치, 아이폰, 마이크로소프트 동작 시스템을 갖는 모바일 장치와 같은)용 프로세서 또는 칩셋, 휴대용 컴퓨터(애플 랩탑, 마이크로소프트 동작 시스템 등을 갖는 랩탑과 같은), 전자 콘텐츠 리더(아마존 킨들, 애플 아이패드 등과 같은), 필드-프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 그래픽 처리 유닛(GPGPU) 상에서 범용 컴퓨팅을 이용하는 범용그래픽 처리 유닛(GPU) 등을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 수신기(108)는 모건 일렉트로 세라믹스(Morgan Electro Ceramics)에 의해 제조된 종류의 굴곡식(flexing type) 압전 소자와 같은 압전 구동식 굴곡 모드(flexural mode) 트랜스듀서, 굴곡인장(flextensional)식 트랜스듀서, 굴곡 모드 압전 트랜스듀서, 및/또는 바이모프(Bimorph)식, 유니모프(Unimorph)식 또는 트라이모프(Trimorph)식 압전 트랜스듀서("PZT") 중 하나 이상일 수 있는 수신기 트랜스듀서(109)를 포함할 수 있다. 이들은 금속 멤브레인(metal membrane) 또는 소정의 다른 적절한 재료의 멤브레인에 부착될 수 있으며, 그러한 구조는 브릭 모드(brick mode) 보다는 굴곡 모드에서 공진할 수 있다. 실시예들에서, 상기 구조는 트랜스듀서 하우징에 부착함으로써 림(rim) 둘레에 클램핑(clampping)될 수 있다. PZT 슬래브(slab)는 정류기 전자 장치에 전기적으로 매칭될 수 있다. 이것은 매우 낮은 임피던스 재료에 의해 유지될 수 있는 높은 Q 공진기(단일 주파수에서 공진 가능)일 수 있다.
수신기(108)는 수신기 트랜스듀서(109)와 통신하는 수신기 제어기(111)를 더 포함할 수 있다. 상기 수신기 제어기(111)는 상기 수신기 트랜스듀서(109)가 전송기 트랜스듀서(106)에 대한 수신기 트랜스듀서(109)의 근접성에 기초하여 초음파를 수신하게 할 수 있다. 상기 수신기 트랜스듀서(109)는 전송기 트랜스듀서(106)로부터 수신한 초음파 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있다. 상기 근접성은 상기 수신기 트랜스듀서(109)와 전송기 트랜스듀서(106)간 실제 또는 유효 거리일 수 있다. 상기 유효 거리는 다양한 요소들에 기초한 상기 수신기 트랜스듀서(109)와 전송기 트랜스듀서(106)간 에너지 전송 효율에 기초할 수 있으며, 상기 다양한 요소들은 한정하진 않지만 그들의 상대적 위치; 전송기와 수신기간 전도성 매질(예컨대, 공기, 조직 등)의 특성; 전송기 및 수신기의 상대적 방위; 전송기와 수신기간 존재할 수 있는 장애; 전송기와 수신기간 상대적 움직임 등을 포함할 수 있다. 일부의 경우, 제1전송기/수신기 쌍은 제2전송기/수신기 쌍보다 높은 근접성을 가질 수 있다(비록 제1전송기/수신기 쌍이 제2전송기/수신기 쌍보다 큰 거리로 분리되더라도).
상기 수신기 제어기(109)는 초음파 에너지의 빔이 상기 전송기 트랜스듀서(106)로부터 수신되게 할 수 있다. 더욱이, 상기 수신기 제어기(109)는 상기 전송기 트랜스듀서(106)가 적어도 하나의 주파수 및 적어도 하나의 진폭을 갖는 초음파를 수신하게 할 수 있다.
상기 수신기(108)는 전송기(101)를 검출하여 전송 트랜스듀서(106)를 포함하는 전송기(101)의 특성을 결정하는 것을 돕도록 안테나(113)를 통해 검출 신호를 전송할 수 있는 통신 장치(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 그러한 수신기 통신 장치는 전송기 제어기(105)와 통신할 수 있는 전송기 통신 장치로 제어 신호를 전송할 수 있다. 상기 전송기 제어기(105)는 전송기 트랜스듀서(106)를 제어할 수 있다. 상기 제어 신호는 수신기 트랜스듀서(109)에 의해 수신된 초음파의 주파수, 위상 및/또는 진폭을 포함할 수 있다. 상기 제어 신호는 전송기 트랜스듀서(106)에 대한 수신기 트랜스듀서(109)의 근접성 및/또는 상대적 방위를 결정하는 데 사용될 수 있다. 추가로, 상기 제어 신호는 한정하진 않지만 전송기 제어기(105)에 의해 실행될 명령, 수신기 트랜스듀서(109)의 임피던스, 원하는 파워 레벨, 원하는 주파수, 원하는 위상 등을 포함할 수 있다.
상기 수신기 통신 장치는 전송기 제어기(105)와 통신할 수 있는 전송기 통신 장치로부터 제어 신호를 수신할 수 있다. 상기 제어 신호는 전송기 트랜스듀서(106)에 의해 방출된 초음파 에너지의 주파수, 위상, 및/또는 진폭을 포함할 수 있다. 추가로, 상기 제어 신호는 수신기 제어기(111)에 의해 실행될 명령을 포함하며, 또 수신기 트랜스듀서(109)로부터 파워 상태를 검출하기 위한 검출 신호를 포함할 수도 있다. 상기 제어 신호는 전송기 트랜스듀서(106)에 대한 수신기 트랜스듀서(109)의 근접성 및/또는 상대적 방위를 결정하는 데 사용될 수 있다.
통신 장치는 대역 내 통신을 위해 그러한 트랜스듀서에 의해 생성된 초음파를 변조함으로써 신호를 전송할 수 있다. 상기 통신 장치는 또한 다른 통신 장치에 대한 통신을 위해 무선 신호, 광 신호 또는 적외선 신호와 같은 대역 외 신호를 변조하는 데 사용될 수 있다. 상기 무선 신호는 안테나를 사용할 수 있는 별도의 무선 전송기에서 생성될 수 있다.
그러한 시스템은 수신기와 전송기간 통신을 포함함으로써, 예컨대 전기 음향 변환의 관점에서 성능을 최적화시키기 위해 주파수를 조정하고, 수신기 등에 결합된 장치에서의 파워 요구를 매칭시키기 위해 초음파 파워 출력을 변조한다. 예컨대, 수신기(108)에 의해 수신된 초음파가 너무 약하다고 결정되면, 신호는 통신 장치를 통해 전송기(101)로 보내 출력 파워를 증가시킬 수 있다. 전송기 제어기(105)는 전송 트랜스듀서(106)가 생성되는 초음파의 파워를 증가시키게 할 수 있다. 동일한 방식으로, 초음파의 주파수, 지속 기간, 위상, 및 지향 특성(포커싱의 정도)이 그에 따라 조정될 수 있다.
따라서, 개시된 대상의 실시예들에 따르면, 전송기(101) 및 수신기(108)는 초음파 에너지의 전송 및 수신을 조정하도록 통신할 수 있다. 상기 전송기(101)와 수신기(108)간 통신은 대역 내에서 발생(예컨대, 통신 신호를 전달하기 위해 전송기에서 수신기로 파워를 전달하는 데 사용되는 초음파를 사용하여)하고 그리고/또 대역 외에서 발생(예컨대, 파워를 전달하는 데 사용된 것과 별도의 초음파, 또는 예컨대 전송기 또는 수신기에서의 전송기 또는 트랜시버에 기초한 무선 파를 사용하여)할 수 있다. 실시예에서, 범위 검출 시스템(도시하지 않음)은 전송기(101)에, 또는 수신기(108)에 또는 둘 모두에 포함될 수 있다. 상기 전송기에서의 범위 검출 시스템은 수신기로 전송된 초음파에 기초한 반향위치측정(echolocation), 블루투스 무선 통신 프로토콜 또는 어느 한 장치와 하나 이상의 다른 장치들간 범위를 결정하는 데 적합한 소정의 다른 무선 통신 기술을 사용할 수 있다. 예컨대, 블루투스 또는 와이파이 신호의 강도는 장치들간 실제 또는 유효 범위를 추정하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 신호가 약할수록 더 실제 또는 유효 거리가 두 장치들간 존재하는 것으로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 어느 한 장치가 다른 장치와의 통신 링크를 구현(예컨대, 블루투스 또는 와이파이(예컨대, 802.11)를 사용하여)하지 못하면, 다른 장치가 제1장치로부터 일정한 거리 또는 거리의 범위를 벗어났음을 확인할 수 있다. 또한, 그러한 파의 일부가 수신기에서 전송기로 다시 반사될 수 있다. 그러한 반사파의 전송과 수신 사이의 지연은 전송기가 수신기까지의 거리를 결정하는 데 도움이 될 수 있다. 상기 수신기는 마찬가지로 음파를 사용하여 수신기와 전송기간 거리를 평가하는 유사한 반향위치측정 시스템을 가질 수 있다.
현재 개시된 대상의 실시예에서, 제1트랜스듀서(106; 즉, 전송 트랜스듀서) 및 제2트랜스듀서(109; 즉, 수신 트랜스듀서)의 임피던스는 동일하거나 그리고/또 동기화될 수 있다. 이와 관련하여, 예컨대 양 트랜스듀서 106 및 109는 동일한 주파수 범위 및 강도 범위에서 동작할 수 있고, 동일한 감도 계수 및 빔 폭을 가질 수 있다.
상기 시스템의 임피던스의 매칭을 돕기 위해 임피던스 정보를 교환하도록 전송기(101)와 수신기(108)간 통신 또한 사용될 수 있다. 그러한 임피던스 정보는 에너지 전송의 효율을 최적하는 데 유용할 수 있는 전송기 및/또는 수신기의 임피던스를 결정하고 그리고/또 매칭시키는 것과 관련된 소정의 정보를 포함할 수 있다. 예컨대, 수신기(108)는 수신기(108)가 수신하도록 적응된 주파수 또는 주파수 범위를 포함하는 통신 신호(예컨대, "제어 신호")를 통해 임피던스 정보를 전송할 수 있다. 그러한 주파수 또는 주파수 범위는 수신을 위한 최적화 주파수일 수 있다. 임피던스 정보는 또한 수신기(108)로부터 진폭 데이터, 예컨대 수신기(108)가 초음파를 수신할 수 있는 최적 진폭 또는 진폭들을 포함할 수도 있다. 실시예에서, 진폭은 그러한 특정 주파수로 수신기(108)에서 초음파를 수신하기 위한 최적의 진폭을 전송기(101)에 대해 식별하기 위한 주파수와 연관된다. 실시예에서, 임피던스 정보는 수신기(108)가 초음파를 최적으로 수신할 수 있는 그리고/또 전송기(101)가 초음파를 최적으로 전송할 수 있는 주파수 세트 및 연관된 진폭들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 임피던스 정보는 전송기(101) 및/또는 수신기(108)의 감도, 빔 폭, 강도 등에 대한 정보를 포함할 수도 있다. 상기 감도는 적어도 CMUT 기술을 사용하는 실시예에서 바이어스 전압을 변경하여 일부 실시예들에서 조정될 수 있다.
통신은 또한 전송기(101) 및/또는 수신기(108)에 대한 위치 정보를 결정하기 위한 신호를 포함할 수도 있다. 개시된 대상의 실시예들에 따르면, 수신기(108)에 대한 위치 정보는 수신기 식별자(예컨대, 전자 식별 번호, 전화 번호, 인터넷 프로토콜, 이더넷 또는 다른 네트워크 주소, 장치 식별자 등)와 연관될 수 있다. 이는 한 번에 또는 한 번 이상의 시간 범위에 걸쳐 주어진 위치 또는 그 부근의 장치들의 프로파일을 확립하는 데 사용될 수 있다. 이러한 정보는 제3자에게 제공될 수 있다. 예컨대, 시스템의 실시예들은 주어진 위치 및 서로에 근접한 장치 식별자 세트를 결정할 수 있다. 그것들이 근접한다는 사실, 그것들이 근접하는 위치, 각 장치에 대한 정보(예컨대, 어느 한 장치 또는 다른 장치에 대한 장치의 위치, 장치의 절대 위치, 장치에 대한 파워 정보 등)는 그와 같은 정보를 유용하게 사용할 수 있는 제3자 애플리케이션과 같은 제3자와 공유할 수 있다. 유사한 그와 같은 정보가 제3자 소스 및 애플리케이션으로부터 본 발명의 실시예들에 제공될 수 있다.
전송기(101)와 수신기(108)간 통신 프로토콜의 실시예들은 전송기(101)에서 수신기(108)로의 파워 전송을 가능하게 하고 그리고/또 최적화하도록 빔 특성 및/또는 장치 특성들을 동적으로(dynamically) 조정하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 주어진 거리에서, 주어진 주파수 및 강도에서 동작하는 것이 최적일 수 있다. 전송기(101)는, 예컨대 라운드-로빈(round-robin) 또는 랜덤 방식으로, 각각의 수신기 장치(108)에 대해 빔을 스티어링(steering) 및 조정(tuning)함으로써 몇몇 상이한 장치를 서버(server)할 수 있다. 따라서, 장치 A에 대한 빔은 40 kHz 및 145 dB이고, 장치 B는 60 kHz 및 130 dB이며, 장치 C는 75 kHz 및 150 dB일 수 있다. 상기 전송기는 전송기가 한 장치에서 다른 장치로 이동함에 따라 이들 각각의 빔 특성을 동적으로 변경함으로써 최적 성형된 빔을 전송하도록 그 자체를 조정할 수 있다. 또한, 각각의 수신기 장치(108) 상의 체류 시간은 특정 파워 전송 목적을 달성하도록 변경될 수 있다.
실시예에서, 전송기(101)는 하나 이상의 수신기의 거리, 방위, 최적 주파수, 진폭, 감도, 빔 폭 등을 나타내는 신호(하나 이상의 제어 신호)를 수신기(108)로부터 수신할 수 있다. 예컨대, 수신기가 전송기로부터 1 피트 미만 떨어져 있을 때 최적 주파수는 1.7 dB/ft(foot) 감쇠율을 갖는 110 kHz일 수 있으며, 수신기가 전송기로부터 1 피트 이상 떨어져 있을 때 최적 주파수는 0.4 dB/ft 감쇠율을 갖는 50 kHz일 수 있다. 상기 수신기는 거리를 검출하고, 이에 따라 주파수를 변경하기 위해 전송기에 신호를 제공할 수 있다. 이에 따라, 전송기는 가장 안정한 방식으로 최대의 파워를 수신기로 전송할 수 있도록 최상의 빔을 전송하도록 자체 조정할 수 있다. 이들 파라미터는, 예컨대 전송기 및 수신기의 상대적 위치의 변경, 전송 매질 등의 변경을 위해, 전송기에서 수신기로의 초음파 에너지의 전송 동안 동적으로 조정될 수 있다.
마찬가지로, 수신기(108)는 전송기(101)로부터 수신된 신호에 따라 그 자체를 구성할 수 있다. 예컨대, 수신기(108)는 전송기(101)로부터의 초음파를 가장 효율적으로 수신하여 전기 에너지로 변환하기 위해 주어진 주파수에 동조하여 그의 감도를 조정할 수 있다.
수신기(108) 상의 전송기(101)의 체류 시간은 또한 전송기에 의해 동일한 시간에 여러 수신기들에 전달된 에너지를 최적화하도록 조정될 수 있다. 예컨대, 전송기(101)는 5개의 수신기 각각으로부터 파워 요구 정보를 수신할 수 있다. 그것은, 예컨대 라운드-로빈 방식으로, 각각의 수신기에 서비스를 제공(예컨대, 초음파를 전송)할 때, 덜 필요한 수신기보다 긴 시간 동안 가장 필요한 수신기에 머무를 수 있다.
본 발명의 실시예들은 증폭기에 연결된 전송기 트랜스듀서를 포함할 수 있는 시스템을 포함한다. 상기 전송기 트랜스듀서는 용량성 마이크로머신 초음파 트랜스듀서, 다른 타입의 용량성 초음파 트랜스듀서, 정전식 초음파 트랜스듀서, 압전식 초음파 트랜스듀서 등일 수 있다. 용량성 트랜스듀서는 소정의 용량적으로 저장된 에너지를 초음파 에너지로 변환시키는 소정의 트랜스듀서를 포함한다. 정전식 트랜스듀서는 소정의 정전식으로 저장된 에너지를 초음파 에너지로 사용하는 트랜스듀서이다. 압전식 트랜스듀서는 유전체 결정에 전기를 가함으로써 초음파 에너지를 생성하여 그러한 유전체 결정에 기계적 응력을 발생시키는 트랜스듀서이다.
그러한 트랜스듀서는 트랜스듀서 및/또는 애퍼처(aperture)의 어레이로서 구성될 수 있다. 이는 초음파 에너지의 빔을 생성하는 데 사용될 수 있다. 상기 트랜스듀서는 하나 이상의 초음파 빔을 생성하도록 전송기 제어기에 의해 제어될 수 있고, 그 초음파 빔의 주어진 형상, 방향, 초점 길이, 폭, 높이, 및 형태와, 소정의 다른 초점 특성을 갖는 각각의 그와 같은 빔 또는 빔들의 조합을 생성할 수 있다. 상기 트랜스듀서는 하나 이상의 전자적 스티어링 요소, 예컨대 하나 이상의 구성 또는 패턴 또는 어레이 요소 및/또는 애퍼처를 포함하는 하나 이상의 스티어링 요소를 포함할 수 있다. 그러한 하나 이상의 애퍼처는 초점 길이와 같은 빔 특성을 제어하는 것을 돕기 위해 볼록할 수 있다. 트랜스듀서는 하나 이상의 초음파 빔의 초점 특성을 제어하기 위해 하나 이상의 전자적 스티어링 요소와 조합하여 또는 단독으로 동작하는 기계적 스티어링 요소를 가질 수 있다. 트랜스듀서는 또한 상이한 방위에 사전 위치된 서브섹션(subsection)들을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 시스템은 구성 파라미터의 제1값을 갖는 전송기를 포함할 수 있다. 구성 파라미터는 전송기 또는 수신기의 실제 또는 잠재적 상태 또는 조건을 기술(즉 설명)하는 데 사용될 수 있으며, 예컨대, 진폭, 주파수, 스티어링 파라미터, 명령, 파워 상태, 전송기 특성 및 수신기 특성을 포함할 수 있다. 전송기 특성은 그 전송기 또는 수신기의 실제 또는 잠재적인 조건을 기술할 수 있다. 예컨대, 전송기 특성은 전송 트랜스듀서의 파워 상태와 관련될 수 있고, 값 ON(수신기에 의해 전기 에너지로 변환될 초음파를 방출하는) 또는 OFF를 가질 수 있다. 또 다른 파워 구성 파라미터는 평방 인치 당 와트, 데시벨 등과 같은 다양한 단위로 그 방출된 초음파 에너지의 파워 레벨과 관련될 수 있다.
특성은 고정될 수 있는 전송기 또는 수신기의 실제 또는 잠재적인 조건을 기술할 수 있다. 예컨대, 특성은 전화 번호, 전자 일련 번호(ESN; Electronic Serial Number), 모바일 장비 식별자(MEID; Mobile Equipment Identifier), IP 주소, MAC 주소 등이 될 수 있으며, 또는 전송기 또는 수신기가 될 수 있는 이동 또는 고정 장치일 수 있다. 특성은 장치의 고정된 임피던스 또는 다른 전자적 특성(예컨대, 트랜스듀서 타입, 소프트웨어/펌웨어 버전 등)일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 장치는 제1구성 파라미터를 갖는다. 전송기 통신 장치를 통해 수신된 입력에 기초하여, 전송기는 그 구성 파라미터 값을 제2구성 파라미터 값으로 변경할 수 있으며, 이에 따라 그 상태 및/또는 동작을 변경할 수 있다. 그러한 전송기 구성 파라미터를 변경하기 위한 메카니즘은 상기 통신 장치를 통해 새로운 구성 파라미터 값을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 상기 새로운 구성 파라미터 값은 전송기가 초음파 에너지를 전송하거나 또는 전송하려는 수신기로부터 기원할 수 있다. 예컨대, 전송기는 제1파워 레벨로 초음파 에너지를 전송할 수 있고, 수신기는 제2파워 레벨로 초음파 에너지를 전송할 것을 요청하는 메시지를 전송기로 전송할 수 있다. 예컨대, 수신기는 전송된 초음파의 파워가 120 dB에서 140 dB로 증가될 것을 요구하는 요청을 전송할 수 있다. 다음에, 상기 전송기는 그 파워 레벨 구성 파라미터를 120 dB에서 140 dB로 변경할 수 있다.
또 다른 메카니즘은, 통신 장치를 통해 수신된 입력에 기초하여, 심지어 그 입력이 구성 파라미터에 대한 새로운 (제2) 값을 지정하지 않을 때조차, 제1구성 파라미터를 변경하는 것이다. 예컨대, 입력은 전송된 초음파 에너지의 파워를 증가시키기 위한 요청을 포함하는 수신기로부터 전송기 통신 장치에서 수신될 수 있다. 이에 따라, 전송기는 그러한 파워 구성 파라미터의 값을 제1값에서 제2값으로, 예컨대 120 dB에서 140 dB로 변경할 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 구성 파라미터는 하나 이상의 수신기 또는 제3자로부터의 입력의 조합에 기초하여 변경될 수 있다. 예컨대, 빔 형상은 수신기에서 수신기 트랜스듀서의 타입과 같은 수신기 특성에 기초하여 변경될 수 있다.
구성 파라미터는 하나 이상의 스티어링 파라미터이거나 하나 이상의 스티어링 파라미터를 포함할 수 있다. 스티어링 파라미터의 예로들로는, 기계적 틸트(tilt) 장치가 트랜스듀서의 하나 이상의 요소를 배치하거나 배치할 수 있는 각도와 같은 스티어링 각도; 초음파 빔에서 임계 파워가 발생하는 각도와 같은 분산 각도; 초음파 빔이 최대 포커싱되는 센티미터의 거리와 같은 초점 길이; 전송기로부터의 수신기의 각도 및 거리, 또는 수신기로부터의 전송기의 거리, 또는 전송기 또는 수신기의 절대 위치(예컨대, 주어진 기준점으로부터)와 같은 전송기 위치; 및 평행선에서 도(degree)로 표시한, 전송기 트랜스듀서와 수신기 트랜스듀서의 상대적 방위의 차이와 같은 전송기와 수신기의 상대적 방위를 포함한다. 예컨대, 하나의 트랜스듀서가 다른 트랜스듀서와 평행할 때, 그것들은 0도 오프셋(offset)을 갖는다고 말할 수 있다. 어느 하나가 다른 것과 방위가 수직일 때, 그것들은 90도 오프셋을 가질 수 있다. 기타 등등.
또 다른 메카니즘은 수신기에 대한 초음파 에너지의 전송의 효율을 조정 및/또는 향상시키기 위해 제1스티어링 파라미터를 변경하는 것이다. 그러한 스티어링 파라미터는, 심지어 그 입력이 스티어링 파라미터에 대한 새로운 (제2) 값을 지정하지 않을 때조차, 통신 장치를 통해 수신된 입력에 기초하여 변경될 수 있다. 예컨대, 입력은 전송된 초음파 에너지의 양, 예컨대 120 dB를 포함하는 수신기로부터 전송기 통신 장치에서 수신될 수 있다. 이에 따라, 전송기는 스티어링 파라미터의 값, 예컨대 상대적 방위를 제1값에서 제2값으로, 예컨대 90도 오프셋에서 0도 오프셋으로 변경할 수 있다. 그러한 스티어링 파라미터의 변경/조정의 결과에 따라, 수신기에 대한 초음파 에너지의 전송의 효율이 향상되고, 수신되는 전송된 초음파 에너지의 양은, 예컨대 120 dB에서 140 dB로 증가한다. 예컨대, 수신기에서 파워의 양은 수신기에 의해 모니터될 수 있고, 하나 이상의 그 구성 파라미터를 조정하기 위해 전송기로 전송될 입력을 발생시키기 위한 기준으로 사용될 수 있다. 이것은, 예컨대 전송기 트랜스듀서에 대한 기계적 스티어링 메카니즘의 틸트의 변경에 의해, 그리고 전송된 초음파 에너지의 파워 레벨의 변경에 의해, 그리고 전송기에서 초음파 에너지의 전자적 스티어링 및 빔 성형의 변경 등에 의해, 초음파 에너지가 전송기에 의해 수신기로 전송되는 방식을 변경할 수 있다. 이런 식으로, 상기 수신기가 전송기에 실시간 또는 거의-실시간 피드백을 제공함으로써, 상기 전송기는 초음파 에너지를 수신기에 전송하여 에너지가 전송되는 비율(예컨대, 파워), 에너지 전송의 연속성, 에너지 전송의 지속 기간 등을 향상시킬 수 있도록 조정할 수 있다.
빔 스티어링 및 포커싱은 제어기가 전송 트랜스듀서 또는 이 전송 트랜스듀서의 다양한 요소들로 전송된 전기 신호의 위상을 변조(제어)하게 함으로써 달성될 수 있다. 넓은-각도 스티어링을 위해, 사이즈 λ/2의 요소가 사용될 수 있는 데, 예컨대 약 4 mm의 사이즈를 갖는다. 일부 반도체 회사(Supertex, Maxim, Clare 등)들은 수천 개의 전송기 대신 몇 개의 고-파워 발진기 회로를 사용할 수 있는 고전압 스위치 칩을 제조한다. 유용한 디자인의 예로는 위상이 0, π/2, π 및 3π/2인 4개의 발진기를 가질 수 있다. 각각의 전송 요소가 상기 4개의 위상 중 어느 것과도 연결될 수 있도록 스위치가 배열될 수 있다. 이 때, 스위치-매트릭스의 피치는 트랜스듀서 어레이의 피치보다 작을 수 있으며, 이것은 상호연결을 용이하게 할 수 있다. 소량의 메모리는 임의의 수의 스티어링 및 포커싱 위치에 필요한 스위치 배열의 전체 세트를 저장할 수 있다. 단순한 마이크로컨트롤러(예컨대, ARM 마이크로컨트롤러)는 스티어링/포커싱 계산을 관리할 수 있다.
빔 스티어링 및 포커싱은 다양한 방식으로 더 관리될 수 있다. 전자적 스티어링 메카니즘은 빔을 스티어링하여 포커싱하기 위해 상기 전자적 스티어링 메카니즘의 방향과 직교인 방향으로 기계적 틸트 메카니즘과 결합될 수 있다. 예컨대, 전송기는 방위각(azimuth)(수평 치수)으로 상대적으로 고정될 수 있지만 높이(수직 치수)로 기계적으로 스티어링할 수 있다. 수직으로 추적하는 것은 수신기로부터의 시그널링에 의해, 또는 직접적으로 또는 수신기를 통해 수신기로부터의 시그널링에 의해, 또는 그 모두로부터 및/또는 파워-추적 서버와 같은 제3자로부터의 입력에 의해 구동된 기계적 틸트에 의해 달성될 수 있다. 방위각(수평) 빔에 전자적 스티어링 및 포커싱이 사용될 수 있다.
일부 실시예는 방위각 및 높이 모두에서 틸트될 수 있다. 그와 같은 경우, 특정 요소(예컨대, 요소들간 규칙적인 또는 가변적인 분리를 갖는 2λ 요소의 15×15 어레이)를 갖는 2차원 어레이는 포커싱 및 스티어링을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 그러한 요소 사이즈는 λ/2에서 2λ로 성장하거나 또는 더 커질 수 있다. 일부 실시예들에서, 그러한 전자적으로 스티어링된 어레이는 기계적으로 포커싱된 트랜스듀서에 내장될 수 있다. 보다 작은 매트릭스 어레이는 굴곡진 트랜드듀서의 중심에 위치될 수 있다. 그러한 굴곡은 주어진 방향으로 그리고 특정의 평균 깊이로, 예컨대 1미터로 포커싱을 생성할 수 있다. 그 중심의 전자적 포커싱 부분은 빔의 포커싱 특성을 더 조정할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방위각과 높이간 출력이 비대칭적으로 분리되어, 정교한 빔 제어가 가능하다. 다양한 실시예에서, 애퍼처는 몇 개의 서브-애퍼처(sub-aperture)로 분할될 수 있다. 서브-애퍼처의 일부 또는 전부는 상이한 스티어링 기능을 가질 수 있어서, 그와 같은 배열이 서로 인접할 수 있는 다수의 초점을 생성할 수 있게 한다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 분할된 애퍼처 장치를 나타낸다. 소스 애퍼처(201)는 각각의 분리된 서브-애퍼처(202, 203 및 204)들로 분할될 수 있다. 각각의 서브-애퍼처(202, 203 및 204)는 각각 그 자신의 타겟 포커스(205, 206 및 207)를 갖는다. 도 2에 나타낸 각각의 그러한 3개의 소스의 위상은 높이 애퍼처의 초점 길이를 변경하기 위해 바뀔 수 있다. 빔 스티어링은 기계적, 전자적, 또는 그 둘의 결합일 수 있다. 이러한 배열은 또한 상기 소스들간 위상을 변경함으로써 포커싱될 수도 있다. 전송기의 효율은 상기 소스들의 굴곡에 의해 확립된 기계적 포커스 주변의 깊이 범위에 걸쳐 타겟에 대해 유지될 수 있다. 타겟에 제공된 파워 레벨은 일정하게 유지될 수 있다.
도 3은 타겟에 걸친 확장된 포커스 범위를 허용하기 위해 방위각 애퍼처 분할을 사용하는 다른 포커싱 장치를 나타낸다. 소스 타겟(301, 302, 303 및 304)들은 각각의 타겟 포커스(305, 306, 307 및 308)들을 갖는다. 스티어링 및 포커싱은 전자적으로, 기계적으로, 또는 그 조합으로 달성될 수 있다. 도 3에 나타낸 실시예에서, 요소 사이즈는 애퍼처 굴곡 및/또는 기계적 틸트의 필요성을 피할 수 있도록 충분히 작아질 수 있다. 어레이를 세그먼트(segment)들로 분할하는 것은 초점 스폿(focal spot)들의 사이즈를 증가시키고 이것들을 병렬로 위치치시킬 수 있게 한다. 그러한 포커스는, 예컨대 전체 파워 전송을 최적화하기 위해 수신기의 표면 상에서 이동할 수 있다.
모바일 장치 애플리케이션(예컨대, 아이폰 또는 안드로이드 애플리케이션)은 사용자를 돕기 위해 본 시스템의 실시예와 연관될 수 있다. 그러한 연관된 모바일 애플리케이션은 개시된 대상의 실시예에 따라, 사용자의 위치 근처 또는 그 범위 내에 초음파 파워 시스템을 위치시킬 수 있다. 상기 모바일 애플리케이션은 사용자의 정확한 위치를 파악하여 방에서 가장 강력한 파워 신호 위치와 비교하여, 사용자를 해당 파워 위치로 안내할 수 있다. 모바일 애플리케이션은, 예컨대 위치 정보, 전송기 및/또는 수신기 정보, 주어진 매질의 투과율에 관한 데이터 등을 공유하기 위해, 다른 모바일 장치들 상의 대응하는 애플리케이션들과 통신할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 주어진 장치는 본질적으로 초기 전송기와 말단 수신기 장치간 릴레이(relay)로서 동작할 수 있다. 그와 같은 장치("릴레이 장치" 또는 "중간 장치")는 제1장치로부터 파워를 수신하고, 수신된 파워의 적어도 일부를 전기 에너지로 변환시키고, 이를 음향 에너지로 재-변환시킨 다음, 그 음향 에너지를 말단 수신기 장치로 전송한다. 이것은 특히 초기 전송기 장치가 상당한 양의 에너지를 저장하거나 전기 콘센트 또는 대형의 외부 배터리와 같은 더 큰 에너지 소스에 연결될 때 상기 말단 장치가 초기 전송기 장치의 범위 밖에 있을 경우 유용할 수 있다. 이것은 또한 충분한 또는 초과의 저장된 에너지를 갖는 장치에서 에너지를 필요로 하는 장치로 에너지를 전송하도록 배열하는 데 사용될 수도 있다(상기 전자가 릴레이 또는 중간 장치 없이 상기 후자의 범위를 벗어나는 경우에도).
또한, 상기 모바일 애플리케이션은 사용자에게 그 모바일 애플리케이션 장치가 얼마나 빨리 충전되는지 그리고 완전히 충전될 때까지 얼마나 많은 파워 및/또는 시간이 그 장치에 요구되는지를 알려줄 수 있다. 추가로, 상기 모바일 애플리케이션은 다양한 요소에 기초하여, 예컨대 얼마나 많은 프로그램/애플리케이션이 오픈되어 있는지에 기초하여 주어진 시간에 그 장치에 사용되는 데이터의 양에 따라 사용자의 "번 레이트(burn rate)"를 나타낼 수 있으며, 그러한 장치를 주어진 시간 기간에 다시 충전해야 하는지를 나타낼 수 있다. 상기 모바일 애플리케이션은 상기 장치가 그 장치 배터리로부터의 파워 또는 무선 파워 시스템으로부터의 파워를 사용할 시기를 사용자에게 알릴 수 있다. 예컨대, 상기 모바일 애플리케이션은 상기 장치 배터리가 20% 미만으로 찼을 때 전송기에 신호를 보내기 위한 하드 또는 소프트 스위치가 있어, 불결한 에너지의 사용을 줄이고 상기 시스템이 그것을 필요로 하는 사람들에게 최대한의 파워를 공급할 수 있게 한다. 추가로, 사용자는 상기 모바일 애플리케이션을 사용하여 그들의 초음파 수신기 및/또는 전송기를 턴 오프시킬 수 있는 능력을 가진다.
상기 수신기(108)의 적어도 일부는 물리적 장치의 내부 또는 외부에 있을 수 있는 전화기와 같은 장치의 보호 케이스, 커버 또는 백킹(backing)의 형태일 수 있다. 재충전 가능한 배터리와 같은 에너지 저장 장치가 수신기 케이스 내에 내장될 수 있다. 상기 수신기(108)는 랩탑, 태블릿, 또는 디지털 리더와 같은 다른 장치, 예컨대 케이스 또는 백킹에 사용될 수도 있다. 상기 수신기(108)는 전자식 하우징 내에 내장되거나 물리적 부착물일 수 있다. 상기 수신기(108)는 소정의 형상 또는 사이즈일 수 있고, 격리된 파워 수신기로서 기능할 수 있거나, 또는 그것들에 동시에 또는 다른 방식으로 파워를 공급하기 위해 다수의 장치에 연결될 수 있다.
상기 개시된 대상의 실시예에서, 상기 수신기(108)는 임플란트(implant), 예컨대 페이스메이크(pacemaker) 또는 약물 전달 시스템과 같은 의료 장치일 수 있다. 초음파 전송기(101)를 사용하여, 상기 임플란트에 파워를 공급하거나, 저장 장치를 충전할 수 있다. 상기 전송기(101) 및/또는 수신기(108)의 특성은 그러한 장치의 파워 요구량, 상기 전송기(101)와 수신기(108)간 조직의 전도 파라미터, 및 환자의 필요성에 따라 조정될 수 있다. 동물 또는 식물 조직을 통한 초음파 파워 전송을 위해, 상기 수신기(108)는 임플란트된 장치와 같은 화학 약품 전달 장치 또는 의료 장치에 파워를 공급하거나 충전하기 위해 의료 장치 및/또는 조직에 내장될 수 있다. 예컨대, 전송기(101)는 주어진 시간에 환자의 신체에 임플란트된 페이스메이커 장치 내에 위치한 수신기(108)에 초음파를 방출하도록 프로그램될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예는 모바일 장치의 표면, 모바일 장치 상에 또는 모바일 장치 내와 같은 직사각형에 비교적 균일한 압력을 전달하도록 디자인될 수 있다. 예컨대, 실시예는 전송기로부터 1미터 거리에서 사이즈가 115×58 mm인 스마트폰과 같은 모바일 장치에 음향 에너지를 40-60 kHz 범위의 전송 주파수로 전달하도록 디자인될 수 있다(즉, 파장은 5.7 내지 8.5 mm일 수 있다.).
일부 실시예에서 전송기로부터 수신기로의 최대 파워는 316 W·m-2일 수 있고, 반면 정규화된 진폭 또는 "이득"은 전송기의 표면에서 1 Pa에서 생성된 압력으로 특성화될 수 있다. 1보다 작은 이득은 에너지 전송이 이상적이지 않다는 것을 의미할 수 있다. 1보다 큰 이득은, 전송기에서의 파워 밀도를, 예컨대 조절 유연성을 위해 낮추어야 한다는 것을 의미할 수 있고, 이 또한 이상적이지 않을 수 있다. 디자인은 수신기 영역을 통해 일정한 1의 이득을, 그리고 어디에서나 1보다 적은 이득을 생성할 수 있다. 상기 시스템은 전화기의 동작을 추적하여 수신기에 대한 전송기의 상대적 동작 및/또는 위치의 변경의 경우에도 그리고/또 그 반대의 경우에도 파워 손실을 제한할 수 있다.
전화기의 위상 변경은 전송기와 수신기의 평면간 각도의 변화를 고려하더라도 최소화될 수 있으며, 이는 전화기 상의 각각의 독립된 수신기 패치(patch)를 사용하여 그리고/또 다중-요소 전송기에 의해 용이하게 할 수 있고, 이는 또한 음향 필드(acoustic field)의 보다 양호한 제어를 통해 전체적인 효율을 높일 수 있다. 스티어링 및 포커싱은 요소들을 가로 지르는 전송기 파의 위상을 변화시킴으로써 전자적으로 달성될 수 있다. 상이한 다른 스티어링 각도 및 포커스 깊이는 각 요소마다 상이한 다른 위상 값을 가질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은, 예컨대 iOS 또는 안드로이드 애플리케이션 및 블루투스 또는 802.11과 같은 무선 프로토콜을 통해 또는 광학 또는 적외선 신호를 통해 전송기기 및 수신기의 상대적인 위치 및 방위를 추적할 수 있다. 전송기와 수신기간 폐-루프 통신은 전송 빔이 모바일 장치를 추적하여 수신기 상의 또는 그 수신기 내의 요소를 가로 지르는 빔의 위상 변화를 최소화할 수 있게 한다.
수신기가 전송기의 범위 내에 도달하면, 양방향 통신이 개시될 수 있다. 수신기는 그것의 위치를 알리고 음향 파워의 전송을 요청할 수 있다. 충전이 진행됨에 따라, 전화기는 그것의 위치, 수신된 파워의 양 및 수신기에서의 음향 에너지의 분포에 관해 전송기를 업데이트할 수 있다. 수신기가 파워 전송이 비효율적인 방위 또는 위치에 위치하면 경고를 보낼 수 있다. 전송기는 또한 수신기의 동작을 예측할 수 있다. 예컨대, 전송기는 전화기와 같은 특정 수신기에 대한 위치 이력을 저장할 수 있다. 그러한 위치 이력은 수신기의 위치 및 방위를 포함할 수 있다. 전송기는 수신기에 대한 위치 이력, 및 선택적으로 수신기의 현재 위치 및 방위를 사용하여 수신기에 대한 미래의 위치 및 방위를 예측할 수 있다. 이는 전송기가, 예컨대 초음파를 통해 무선 파워를 수신기가 다음에 위치할 것으로 예상되는 위치로 향하게 할 수 있다. 이는 수신기의 현재 위치로 무선 파워를 전송하려고 시도하는 전송기가, 예컨대 수신기가 떠난 위치에 도달하는, 이동하는 수신기를 뒤쫓는 초음파 또는 전자기파의 형태로 무선 파워를 야기할 수 있으므로, 이동하는 수신기에 무선 파워의 보다 효율적인 전달을 야기할 수 있다. 수신기의 다음 위치 및 방위를 예측할 수 있는 전송기는 수신기가 그 위치에 도달함에 따라 수신기의 방위에 적합한 방식으로 수신기가 그 위치에 도달할 때 위치로 무선 파워를 전송할 수 있으며, 이에 따라 그러한 위치로의 무선 파워의 전달은 그 위치에서 이동하는 수신기의 존재 및 수신기가 그 위치에 도달할 때의 수신기의 방위와 더 잘 일치한다. 예컨대, 상기 전송기는 수신기의 방위에 기초하여 전송된 무선 파워의 위상 및 포커스를 조정할 수 있다.
수신기에 대한 동작 예측은 소정의 적절한 방식으로 달성될 수 있다. 예컨대, 수신기의 과거 위치는 그 위치가 절대 위치(예컨대, 위도/경도) 또는 그 마지막 위치에서의 변위와 같은 상대적 위치((방향, 거리) 값 쌍과 같은)일 수 있는 한 세트의 (위치, 시간) 값으로 표현될 수 있으며, 수신기의 방위를 나타낼 수도 있다. 마찬가지로, 그 시간은 절대 시간(예컨대, 그리니치 평균 시간) 또는 마지막 (위치, 시간) 측정 이후의 경과 시간과 같은 상대적 시간일 수 있다. 그러한 과거 (위치, 시간) 값들은 수신기의 속도(속력 및 방향)와 가속도를 계산하는 데 사용될 수 있다. 이러한 계산된 값들은 수신기에 대한 하나 이상의 예측된 (위치, 시간) 값들을 생성하기 위해 수신기의 마지막 또는 최근의 알려진 위치로부터 추정하는 데 사용될 수 있다. 전송기로부터의 에너지 빔은 예측된 시간에, 예측된 위치에, 빔 스티어링을 통해, 그리고 예측된 방위에 적합한 방식으로 포커싱되도록 지향될 수 있다.
다른 실시에 있어서, 수신기의 (위치, 시간) 이력은 하나 이상의 예측된 (위치, 시간) 값에 이르도록 다른 데이터와 결합될 수 있다. 예컨대, 방의 벽과 장애물의 위치는 (위치, 시간) 이력 값을 기초하여 수신기에 대한 (위치, 시간) 예측을 수정하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 수신기는 단단한 벽을 통과할 수 없으며, 벽 및 장애물의 경계의 임계 값 내의 특정 공간 내에 있을 수 없다. 장애물의 예로는 테이블, 의자, 비품 등을 포함할 수 있다. 예측 (위치, 시간) 값을 생성할 때 알려진 위치가 고려될 수 있는 문은 예외가 될 수 있다.
동작 이력은 또한 예측 (위치, 시간) 값을 생성하는 데 사용될 수도 있다. 그와 같은 동작 데이터는 단지 현재 수신기 또는 둘 이상의 수신기에 대한 것일 수 있다. 예컨대, 주어진 방에서 수신기의 경로에 대한 이론적 및/또는 경험적 확률 함수로서 기능하는 경로 이력을 생성할 수 있다. 이론적으로, 그러한 실시는 문의 알려진 위치를 향한 궤도(경로)의 임계량 이상을 갖는 수신기 경로가 문을 통과할 것이라고 가정할 수 있다. 이는 알려진 문의 방향으로 경로의 임계량 이상을 이동한 수신기의 방위를 포함하여, 투영된 (위치, 시간) 값에 영향을 주는 데 사용될 수 있다. 경험적으로 수많은 알려진 수신기 경로를 기초하여 데이터를 수집 할 수 있고, 공통 경로를 확립할 수 있다. 예컨대, 이력 수신기 경로 데이터는 많은 수신기가 취한 공통 경로를 나타낼 수 있다. 예컨대, 공통 경로는 작업 영역에서 방의 중간을 향하여, 커피 테이블과 같은 알려진 장애물 주변의 편차가 될 수 있으며, 커피 머신의 알려진 위치에 근접한 영역에서 끝난다. 실시는 경로의 임계 길이에 대해 공통 경로의 임계 거리 내에 있는 주어진 수신기에 대한 (위치, 시간) 값을 기초하여 (위치, 시간) 값을 예측하여 공통 경로를 사용할 수 있다. 예컨대, 수신기가 공통 경로로부터 2 피트 이상 벗어나지 않고 공통 경로의 65%를 가로 지른 경우, 전송기는 공통 경로 상의 또는 그 근처의 수신기에 대한 예측된 (위치, 시간) 값 세트를 결정할 수 있다. 이러한 예측된 경로 값들은 수신기로부터(예컨대, 수신기 상의 하나 이상의 센서로부터) 전송되는 속도 및/또는 가속도 데이터, 수신기에 대한 (위치, 시간) 값을 기초한 속도 및 가속도 계산 등에 기초하여 세밀해질 수 있다. 전송기는 또한 수신기의 타입과 상이한 수신기 타입들의 사용 및 동작 패턴을 설명할 수 있다. 예컨대, 스마트폰과 같은 모바일 장치는 사이즈 및 사용자가 이를 사용하고 휴대하는 방식으로 인해 태블릿 또는 랩탑 컴퓨터와 다른 동작 패턴을 가질 수 있다.
수신기는 전송기에 동작 데이터를 제공하는 데 사용될 수 있는 가속도계, GPS 또는 그 등가물과 같은 다양한 센서를 포함할 수 있다. 그러한 수신기는 수신기의 위치를 평가하기 위해 이미징 모드에서 사용될 수 있는 수신기 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 상기 수신기는 또한 수신기에 의해 처리된 비콘(beacon) 데이터에 기초하여 전송기로 위치 및/또는 속도 데이터를 전송할 수 있다. 마찬가지로, 상기 수신기는 전자기(예컨대, 적외선) 전송기 또는 음향(예컨대, 초음파) 비콘과 같은 방사기를 포함할 수 있거나, 또는 전송기로부터 또는 다른 장치로부터 전송된 위치 신호로부터 신호를 수동적으로 복귀시킬 수 있는 음향 또는 전자기파 반사기를 가질 수 있다. 상기 전송기는 상기 수신기의 예측된 미래 위치에서 무선 파워를 지향시키기 위해 무선 파워의 전달에 대한 소정의 적절한 특성을 조정할 수 있다. 예컨대, 상기 전송기는 스티어링, 포커스, 위상, 파워 밀도, 주파수, 진폭 또는 소정의 다른 적절한 초음파 특성을 조정할 수 있다. 또한, 상기 전송기는 이미징 모드에서 사용될 수 있는 전송기 트랜스듀서를 사용하여 수신기의 위치를 결정 및 추적할 수 있다.
무선 파워를 수신기의 예측된 위치로 전송할 때, 상기 전송기는 상기 전송기로부터 상기 예측된 위치까지의 무선 파워의 비행 시간을 설명할 수 있다. 예컨대, 전송된 초음파는 전송기로부터 전송기에 의해 타겟된 수신기의 예측된 위치로 이동하는 데 약간의 시간이 걸릴 수 있다. 상기 전송기는 수신기의 예측된 위치와 전송기간 거리 및 전송에 영향을 줄 수 있는, 예컨대 초음파의 전송에 영향을 미칠 수 있는 온도, 습도 및 기류와 같은 환경 조건에 기초하여 비행 시간을 결정할 수 있다. 예컨대, 초음파는 11 밀리초(millisecond) 동안 4 미터(m)의 거리를 커버할 수 있다. 수신기가 초당 1.5 m의 속도로 움직이는 경우, 그 수신기는 초음파가 생성되는 시간과 전송기가 타겟으로 하는 위치에 도달하는 시간 사이에 1.5 센티미터(cm) 움직일 수 있다. 1.5 cm는 공기를 통해 전송되는 50 kHz 사운드의 2 내지 3 파장일 수 있으며, 수신기 상의 6개의 초음파 요소들의 사이즈일 수 있다. 초음파로 타겟될 예측된 위치를 결정할 때, 전송기는 11 밀리초 비행 시간과, 그 비행 시간 동안 1.5 동작 중심을 설명할 수 있다. 예컨대, 비행 시간으로 인해 초음파가 1.5 cm 만큼 수신기를 뒤좇는 것이 아니라, 초음파와 동일한 시간에 초음파와 동일한 위치에 도달할 확률이 더 높아지도록, 전송기는 수신기에 대한 예측된 위치를 1.5 cm만큼 조정할 수 있다.
상기 설명은 설명의 목적을 위해 특정 실시예를 참조하여 기술되었다. 그러나, 상기 기술된 논의는 개시된 대상의 실시예들을 포괄적으로 또는 제한하여 개시된 정확한 형태로 한정하려는 것은 아니다. 상술한 내용을 고려하여 많은 변경 및 변형이 가능하다. 실시예들은 개시된 대상 및 그들의 실제 적용의 실시예들의 원리를 설명하고, 이에 의해 당업자가 고려된 특정 사용에 적합한 다양한 변형을 갖는 다양한 실시예들 뿐만 아니라 이들 실시예들을 사용할 수 있게 하기 위해 선택 및 기술된다.
101 : 전송기, 102: 전원,
103 : 신호 생성기, 104 : 증폭기.

Claims (19)

  1. 전송기 및 수신기를 포함하는 시스템으로서,
    상기 전송기는:
    제1신호 생성기;
    상기 제1신호 생성기에 연결됨과 더불어, 전원으로부터 파워를 수신하고, 초음파를 생성하는 데 사용되는 전기 전송 신호를 생성하도록 구성된 제1증폭기;
    상기 제1증폭기에 연결됨과 더불어, 상기 제1증폭기로부터 수신된 전기 전송 신호에 기초하여 초음파를 생성하도록 구성된 전송기 트랜스듀서;
    상기 제1신호 생성기, 상기 제1증폭기 및 상기 전송기 트랜스듀서 중 적어도 하나에 연결됨과 더불어, 상기 전송기 트랜스듀서에 의해 생성된 초음파를 수신기의 예측된 미래 위치로 지향시키기 위해 스티어링 파라미터를 조정하도록 구성된 전송기 제어기; 및
    수신기 통신 장치와 통신하도록 구성된 전송기 통신 장치를 포함하며,
    상기 수신기는:
    상기 전송기 트랜스듀서에 의해 생성된 초음파를 수신하고, 상기 수신된 초음파에 기초하여 수신기 전기 신호를 생성하도록 구성된 수신기 트랜스듀서로서, 상기 수신기 트랜스듀서에 의해 생성된 상기 수신기 전기 신호에 기초하여 전기 에너지를 저장하도록 구성된 수신기 전기 저장 장치에 연결하도록 구성된 상기 수신기 트랜스듀서;
    상기 전송기 통신 장치로 입력을 전송하도록 구성된 수신기 통신 장치; 및
    상기 수신기 트랜스듀서 및 상기 수신기 전기 저장 장치 중 적어도 하나에 연결된 수신기 제어기를 포함하는, 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수신기 트랜스듀서에 의해 생성된 수신기 전기 신호에 기초하여 전기 에너지를 저장하도록 구성된 수신기 전기 저장 장치를 더 포함하는, 시스템.
  3. 신호 생성기;
    상기 신호 생성기에 연결됨과 더불어, 전원으로부터 파워를 수신하고, 초음파를 생성하는 데 사용되는 전기 전송 신호를 생성하도록 구성된 증폭기;
    상기 증폭기에 연결됨과 더불어, 상기 증폭기로부터 수신된 상기 전기 전송 신호에 기초하여 초음파를 생성하도록 구성된 전송기 트랜스듀서;
    상기 신호 생성기, 상기 증폭기 및 상기 전송기 트랜스듀서 중 적어도 하나에 연결됨과 더불어, 상기 전송기 트랜스듀서에 의해 생성된 초음파를 수신기의 예측된 미래 위치로 지향시키기 위해 스티어링 파라미터를 조정하도록 구성된 전송기 제어기; 및
    수신기와 통신하도록 구성된 전송기 통신 장치를 포함하는, 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전송기 제어기는 상기 전송기 트랜스듀서에 의해 생성된 초음파를 전송기의 예측된 미래 방위에 기초하여 지향시키기 위해 적어도 하나의 구성 파라미터를 조정하도록 더 구성된, 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 전송기 통신 장치는 수신기로부터 입력을 수신하도록 더 구성되며, 상기 입력은 상기 수신기의 동작의 표시를 포함하는 제어 신호를 포함하는, 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    전송기 제어기는 수신기의 동작의 표시를 포함하는 제어 신호에 기초하여 스티어링 파라미터를 조정하도록 더 구성된, 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    수신기의 예측된 미래 위치는 수신기에 대한 위치 이력, 수신기의 타입, 및 수신기의 현재 위치 중 하나 이상에 기초하는, 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    수신기의 동작의 표시를 포함하는 제어 신호는 상기 수신기의 가속도계로부터의 데이터를 포함하는, 시스템.
  9. 청구항 3에 있어서,
    전송기 제어기는, 수신기의 예측된 미래 위치에 기초하여, 위상, 포커스, 파워 밀도, 주파수, 또는 진폭 중 하나 이상을 조정하도록 더 구성된, 시스템.
  10. 전송기 트랜스듀서에 의해 생성된 초음파를 수신하고 상기 수신된 초음파에 기초하여 수신기 전기 신호를 생성하도록 구성된 수신기 트랜스듀서로서, 상기 수신기 트랜스듀서에 의해 생성된 수신기 전기 신호에 기초하여 전기 에너지를 저장하도록 구성된 수신기 전기 저장 장치에 연결되도록 더 구성된 상기 수신기 트랜스듀서;
    수신기의 동작 및 수신기의 방위 중 하나 이상의 표시를 포함하는 제어 신호를 포함하는 입력을 전송기 통신 장치로 전송하도록 구성된 수신기 통신 장치; 및
    수신기 트랜스듀서 및 수신기 전기 저장 장치 중 적어도 하나에 연결된 수신기 제어기를 포함하는, 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 수신기의 동작의 표시를 포함하는 제어 신호는 상기 수신기의 가속도계로부터의 데이터를 포함하는, 시스템.
  12. 청구항 10에 있어서,
    수신기 트랜스듀서에 의해 생성된 수신기 전기 신호에 기초하여 전기 에너지를 저장하도록 구성된 수신기 전기 저장 장치를 더 포함하는, 시스템.
  13. 수신기로 지향된 초음파를 전송기의 초음파 트랜스듀서로부터 방출하는 단계;
    상기 수신기의 예측된 미래 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 수신기의 예측된 미래 위치에 기초하여 초음파를 스티어링하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    수신기의 동작의 표시를 포함하는 제어 신호를 포함하는 통신을 상기 수신기로부터 전송기에서 수신하는 단계; 및 상기 수신기의 동작의 표시를 포함하는 제어 신호에 기초하여 상기 수신기의 예측된 미래 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    수신기의 예측된 미래 위치에 기초하여 초음파를 스티어링하는 단계는, 상기 수신기의 예측된 미래 위치에 기초하여, 스티어링 파라미터, 위상, 포커스, 파워 밀도, 주파수, 또는 진폭 중 하나 이상을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    수신기의 예측된 미래 위치는 상기 수신기의 위치 이력, 상기 수신기의 타입, 및 상기 수신기의 현재 위치 중 하나 이상에 기초하는, 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    수신기의 예측된 미래 위치를 결정하는 단계는 상기 수신기의 예측된 미래 방위를 결정하는 단계; 및 상기 수신기의 예측된 미래 방위에 기초하여 초음파를 지향시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 수신기에서 전송기의 초음파 트랜스듀서로부터의 초음파를 수신하는 단계;
    상기 수신기의 동작을 결정하는 단계; 및
    상기 수신기의 동작 및 방위 중 하나 이상의 표시를 포함하는 제어 신호를 포함하는 통신을 상기 전송기로 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    수신기의 동작은 상기 수신기의 가속도계로부터의 데이터에 기초하는, 방법.
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