超声声场操控技术制造技术

描述了两种用于通过超声的空间调制渲染触觉表面的方法：带有Tikhonov正则化的奇异值分解(SVD)和小批量的带有动量的随机梯度下降(MSGDM)。此外，调整换能器的放置，可以生成阵列，该阵列使用驱动信号的有限集合而允许可变焦点。这是通过生成相互排斥的换能器放置布局的集合来实现的，当被一起驱动时，在各个兴趣点处产生充分正交的场的集合。此外，使用对采样位置的基本变换，场可以在三维空间中平移或旋转。这使能够用减少的计算量创建时空调制的触觉。此外，使用超声的空中触觉可以经由振幅调制或者经由在相控阵设备上方的声场中的空间位置处定义的控制点的空间调制来生成。间位置处定义的控制点的空间调制来生成。间位置处定义的控制点的空间调制来生成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声声场操控技术
[0001]在先申请
[0002]本申请要求以下的权益：
[0003](1)2021年1月26日提交的美国临时专利申请号63/141,897；
[0004](2)2021年3月4日提交的美国临时专利申请号63/156,829；
[0005](3)2021年3月30日提交的美国临时专利申请号63/167,855；以及
[0006](4)2022年1月20日提交的美国临时专利申请号63/266,972。
[0007]所有这些申请以其整体通过引用纳入。


[0008]本公开总体上涉及空中触觉(mid
‑
air haptic)系统中使用的声学换能器结构中的改进的操控技术。

技术介绍

[0009]超声相控阵(Ultrasonic phased arrays)可以用来创建任意声场。这些可用于触觉反馈、参数音频、声学陷波等。对触觉表面的渲染对于各种应用领域诸如虚拟现实、增强现实和手势控制是期望的。用于渲染触觉表面的当前方法涉及单个或多个焦点的时空调制。我们正试图解决的问题是开发用于渲染触觉表面的替代方法。
[0010]Gavrilov等人率先对使用聚焦超声(focused ultrasound)作为用于刺激人体内神经结构的无创性方法的可能性进行了早期研究。Gavrilov、Leonid R.等人的“Astudy of reception with the use of focused ultrasound.I.Effects on the skin and deep receptor structures in man”，Brain research 135.2(1977):265
‑
277；Gavrilov，Leonid R.等人的“Astudy of reception with the use of focused ultrasound.II.Effects on the animal receptor structures”，Brain research 135.2(1977):279
‑
285；Gavrilov，L.R.的“Use of focused ultrasound for stimulation of nerve structures”，Ultrasonics22.3(1984):132
‑
138。
[0011]Gavrilov等人继续描述了聚焦超声可以用来引发触觉感受的机制。聚焦超声的非线性声辐射力在皮肤中引起剪切波(shear wave)。这种剪切波会产生相关联的位移，其触发皮肤中的某些机械感受器。Gavrilov、L.和E.Tsirulnikov的“Mechanisms of stimulation effects of focused ultrasound on neural structures:Role of nonlinear effects”，Nonlinear Acoust.at the Beginning of the 21st Cent(2002):445
‑
448。
[0012]Hoshi等人开发了一种二维超声相控阵原型，其能够在阵列上方的体积中平移单个高强度焦点。这种系统使用户能够通过触觉反馈与虚拟物体进行交互。医学超声界已经开发出了用于使用超声相控阵产生多个高强度焦点的算法。Hoshi、Takayuki等人的“Noncontact tactiledisplay based on radiation pressure of airborne ultrasound”，IEEE Transactions on Haptics 3.3(2010):155
‑
165。
[0013]特别是Ibinni等人的共轭场(conjugate field)方法和Ebbini等人的伪逆(pseudo
‑
inverse)方法。Ibbini、Mohammed S.和Charles A.Cain.的“Afield conjugation method for direct synthesis of hyperthermia phases
‑
array heating patterns”，IEEE transactions on ultrasonics,ferroelectrics,and frequency control 36.1(1989):3
‑
9。Ebbini、Emad S.和Charles A.Cain.的“Multiple
‑
focus ultrasound phased
‑
array pattern synthesis:optimal driving
‑
signal distributions for hyperthermia”，IEEE transactions on ultrasonics,ferroelectrics,and frequency control 36.5(1989):540
‑
548。
[0014]借鉴来自计算机生成全息图领域的研究，Hertzberg等人证明了迭代加权的Gerchberg
‑
Saxton(weighted Gerchberg
‑
Saxton，GSW)算法可以适用于在2D中高效地产生多个高强度焦点。Hertzberg、Yoni等人的“Towards multifocal ultrasonic neural stimulation:pattern generation algorithms”，Journal of neural engineering 7.5(2010):056002。
[0015]试图开发更稳定且更高效的算法，Long等人利用幂迭代步骤扩展了伪逆方法。幂迭代步骤旨在找到应被分配给焦点的相位集合，以便最大化构造性干涉和最小化破坏性干涉。Long、Benjamin等人的“Rendering volumetric haptic shapes in mid
‑
air using ultrasound”，ACM Transactions on Graphics(TOG)33.6(2014):181。
[0016]与Ebbini等人的加权广义逆算法相比，这用更低的计算成本产生了更高强度的焦点。
[0017]Kappus等人通过运用伪逆的性质提出了这种方法的更高效的实施方式。Kappus、Brian和Ben Long的“Spatiotemporal modulation for mid
‑
air haptic feedback from an ultrasonic phased array”，The Journal of the Acoustical S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括：带有Tikhonov正则化的奇异值分解(SVD)和小批量的、带有动量的随机梯度下降(MSGD...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨尔瓦多，
申请(专利权)人：超飞跃有限公司，
类型：发明
国别省市：