特表 2024-505340 一体型ハウジング及びパッシブ冷却構造を備えた音響カメラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-06

(54)【発明の名称】一体型ハウジング及びパッシブ冷却構造を備えた音響カメラ

(51)【国際特許分類】

   H04R 1/02 20060101AFI20240130BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240130BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20240130BHJP

   H01L 23/34 20060101ALI20240130BHJP

【ＦＩ】

H04R1/02 106

H05K7/20 B

H01L23/36 D

H01L23/34 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023537908

(86)(22)【出願日】2021-12-16

(85)【翻訳文提出日】2023-06-29

(86)【国際出願番号】 EP2021086138

(87)【国際公開番号】W WO2022129307

(87)【国際公開日】2022-06-23

(31)【優先権主張番号】63/127,845

(32)【優先日】2020-12-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523230177

【氏名又は名称】ソラマ ホールディング ベーフェー

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】スホルテ、リック

(72)【発明者】

【氏名】ヤンセン、イヴォ

【テーマコード（参考）】

5D017

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5D017BC18

5E322AA01

5E322AA03

5E322AB04

5E322FA04

5F136BA03

5F136BC03

5F136DA25

5F136EA36

5F136FA01

(57)【要約】

マイクロフォンアレイとオンボードプロセッサを備える音響カメラのパッシブヒートシンクを改善した。オンボードプロセッサは、密閉された筐体内のヒートシンク部材を用いて放熱し、筐体の放熱面に熱を伝導する。好ましくは、ヒートシンク部材は、主に、オンボードプロセッサに対する良好な熱接触を確保するための機械力の提供と、放熱面に対する熱伝導の提供という二重の機能を有するばね部材である。単一の筐体にオンボードプロセッサ及びマイクロフォンアレイの両方を収容してもよい。あるいは、筐体は２つの部分、すなわちマイクロフォンアレイを取り囲む第１の部分と、オンボードプロセッサを取り囲む第２の部分を有していてもよい。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部空間を画定する筐体と、
前記筐体の第１の面に配置され、かつ、前記内部空間に対して反対側を向く音響マイクロフォンアレイと、
前記内部空間に配置され、前記音響マイクロフォンアレイに電気的に接続されたオンボードプロセッサと、
前記オンボードプロセッサに熱的に接触し、前記オンボードプロセッサからの熱を、前記第１の面とは異なる前記筐体の放熱面に伝導するように構成されたヒートシンク部材とを含む音響カメラ。

【請求項2】

前記放熱面上に配置された１以上のヒートシンクフィンをさらに備える、請求項１に記載の音響カメラ。

【請求項3】

前記ヒートシンク部材を前記オンボードプロセッサに熱的に接触させる機械力を提供するように構成されたばね部材をさらに備える、請求項１に記載の音響カメラ。

【請求項4】

前記ばね部材は、前記ヒートシンク部材の一部であり、かつ、前記オンボードプロセッサに熱的に接触して、前記オンボードプロセッサから前記放熱面に熱を伝導するように構成される、請求項３に記載の音響カメラ。

【請求項5】

前記筐体は正方形または長方形であり、かつ、４つの角部を有する、請求項４に記載の音響カメラ。

【請求項6】

前記ばね部材は、前記筐体の前記４つの角部において、前記放熱面に接触している、請求項５に記載の音響カメラ。

【請求項7】

前記ヒートシンク部材及び前記オンボードプロセッサの間の空間を少なくとも部分的に埋めるように構成された熱伝達ブロックをさらに備える、請求項３に記載の音響カメラ。

【請求項8】

前記筐体は、前壁と、前記前壁と対向する後壁と、側壁とを含み、
前記側壁は、前記前壁を前記後壁に接続することにより、前記内部空間を画定するように構成されている、請求項１に記載の音響カメラ。

【請求項9】

前記筐体の前記放熱面が前記側壁に設けられている、請求項８に記載の音響カメラ。

【請求項10】

前記筐体は、
前記音響マイクロフォンアレイを含む第１の部分と、
前記オンボードプロセッサを含む第２の部分とを有する、請求項１に記載の音響カメラ。

【請求項11】

前記筐体の前記第２の部分に接続された補助ユニットをさらに備える、請求項１０に記載の音響カメラ。

【請求項12】

前記補助ユニットは、ハンドヘルド操作用のピストルグリップ、前記オンボードプロセッサ及び前記音響マイクロフォンアレイに電力を供給するように構成されたバッテリコンパートメント、並びに前記音響カメラに視覚的な読み出しを提供するディスプレイを含む群から選択される１つまたは複数のものを含む、請求項１１に記載の音響カメラ。

【請求項13】

前記ディスプレイはタッチスクリーンディスプレイである、請求項１２に記載の音響カメラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、音響カメラのヒートシンク構造に関する。

【背景技術】

【0002】

過去数十年にわたって、騒音公害はますます問題になっている。騒音の排出を削減するために、自治体や工場では音響騒音センサを設置し、騒音源のモニタリングや、騒音源についてのインサイトを取得している。音響カメラは、環境だけではなく、産業の観点からもそのニーズを満たすことができる。音響カメラはマイクロフォンのアレイを含むことがあり、視覚的な画像キャプチャデバイスやカメラと組み合わせられる場合も、そうでない場合もある。遠距離ビームフォーミング（ＢＦ）を利用した音響イメージングや、環境音量のモニタリングに設置可能な固定式音響カメラが市販されている。

【0003】

音響カメラは、多機能のスマートＩｏＴ（モノのインターネット）、ハンドヘルドまたはモバイルデバイスとして用いられることが増えている。例えば、１６×１６センチメートルの６４チャンネルＭＥＭＳマイクロフォンアレイは、交差点の上空の街灯柱に設置されることがある。信号処理ユニット及び計算ユニットは、電源ユニット及び接続だけでなく、同一の小型フォームファクタの装置内に統合することができる。プライバシー保護法及びデータ保護法により、データ盗難のリスクやデータ保護及びプライバシーに対するその他のリスクを最小限に抑えるために、生のデータはできる限りセンサアレイの近傍で処理されることが望ましい。通常、処理された後の安全な匿名データのみが装置の外部に通信される。したがって、非常に複雑及び／または計算量の多い処理は、オンボードプロセッサ上で実行される。また、センサアレイやオンボードコンピューティングに近い理由は、データの帯域幅の制限にある。

【0004】

音響ビームフォーミング、スペクトル解析、音響異常検出、音響事象位置の特定（ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）、（人工知能音響モデリングによる）信号分類、またはその他の大量の計算処理を実行するには、かなりのオンボード処理能力が必要となる。現在、これは中央処理装置だけではなく、グラフィック処理装置（ＣＰＵ及びＧＰＵ）、ＡＳＩＣ、またはＦＰＧＡによって処理されることがある。この種のオンボード処理を小型フォームファクタの装置で行うには、大量の電力を熱として環境に放散する必要がある。これが正しく実行されないと、計算ユニットの機能が停止することにより装置の機能が完全に失われる恐れがあり、その結果として、データ損失を引き起こす可能性が高くなる。

【0005】

標準的な用途では、(多くの場合、空気である)環境との接触面積を最大化するためのリブを備えた金属冷却要素が冷却に用いられる。高性能のオンボードコンピュータには、水冷やベンチレータを含むアクティブ冷却ソリューションが必要になることが多い。音響カメラ機能の場合、騒音を発生する可能性のある換気装置やポンプの使用は禁止されているか、少なくとも制限される必要がある。したがって、エッジコンピューティングが関与する場合には、パッシブソリューションが好まれる。さらに、アクティブ冷却ソリューションでは、現場でのモニタリング機能の継続性が制限される一方で、音響モニタリング機能には複数年の継続性が要求されることが多い。これにより、追加コストが発生し、メンテナンスが必要になる。すなわち、パッシブ冷却を確立することができれば、大幅かつ継続的な利益が得られる。

【0006】

したがって、実質的にオンボード処理を有する音響カメラに改良されたパッシブヒートシンクを設けることは、当技術分野の進歩となるであろう。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

本研究では、高度な処理ユニットまたはオンボードコンピュータと同一のハウジングの一部にマイクロフォンアレイを備える装置を提供する。産業または都市空間への用途とインフラストラクチャへの設置方法などによる制約から、ハウジングのサイズや重量が制限されることがある。軽量性、異物侵入保護性（ｉｎｇｒｅｓｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）、設置性、堅牢性は、装置がその応用分野で受け入れられるために最適化する必要がある重要な特性である。

【0008】

したがって、上述した重要な特性を考慮しながら適切に放熱を行う場合、装置の外部設計に必要不可欠なヒートシンクにオンボードコンピュータを接続することができる。オンボードコンピュータはハウジング（または内部空間）の内側に配置されているため、コンピュートユニットから金属製のヒートスプレッダ及び内部構造の一部を通じて、外側のハウジングに効率よく熱を伝達する解決策が見出された。この場合、金属製の放熱部品は製品の外側のハウジングと一体となって広い有効面積を有する（以下の例を参照）。熱放散の有効面積を最大化するために、ソリューションはリブを含んでも、含まなくてもよい。一方、視覚的及び機能的なデザイン考慮事項により、そのようなオプションが制限される場合もある。例えば、ほこりの多い環境では、リブ間のチャンネルが詰まる恐れがある。また、金属ケーシングの密閉型外装設計により、異物侵入保護性能が向上する。

【0009】

さらに、装置の金属放熱部の内部構造は、機械ばねとして機能するように構成されてもよい。これは、熱放散能力だけでなく、装置の堅牢性においても重要な特徴である。コンピュータチップの外側にある大電力部品に直接接触するヒートスプレッダコンポーネントに対して、内部ばね（板ばね）が小さい圧力を加える。全体に張力が正しくかかっていないと、過熱によりチップの一部が故障する恐れがある。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】本発明の第１の例示的な実施形態を概略的に示す図である。

【図1B】本発明の第２の例示的な実施形態を概略的に示す図である。

【図2A】図１Ｂの実施形態の詳細な例を示す図である。

【図2B】図１Ｂの実施形態の詳細な例を示す図である。

【図2C】図１Ｂの実施形態の詳細な例を示す図である。

【図3A】図２Ａ～２Ｃの例のヒートシンク部材を示す簡略図である。

【図3B】図２Ａ～２Ｃの例のヒートシンク部材を示す簡略図である。

【図3C】図２Ａ～２Ｃの例のヒートシンク部材を示す簡略図である。

【図3D】図２Ａ～２Ｃの例のヒートシンク部材を示す簡略図である。

【図4A】本発明の第３の例示的な実施形態を概略的に示す図である。

【図4B】本発明の第４の例示的な実施形態を概略的に示す図である。

【図5A】図４Ｂに示すような筐体の例示的な第２の部分を示す簡略図である。

【図5B】図４Ｂに示すような筐体の例示的な第２の部分を示す簡略図である。

【図5C】図４Ｂに示すような筐体の例示的な第２の部分を示す簡略図である。

【図5D】図４Ｂに示すような筐体の例示的な第２の部分を示す簡略図である。

【図5E】図４Ｂと同様に２つの部分を備える筐体を備えるハンドヘルド音響カメラを示す側面図であり、筐体の裏面が補助ユニットに取り付けられている状態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１Ａは、本発明の第１の例示的な実施形態を概略的に示す図である。ここで示す例は、内部空間を画定する筐体１０２と、筐体の第１の面１０２ａに配置され、かつ、内部空間に対して反対側を向く音響マイクロフォンアレイ１０４と、内部空間に配置され、かつ、（概略的に符号１０８として示される接続を介して）音響マイクロフォンアレイ１０４に電気的に接続されるオンボードプロセッサ１０６と、オンボードプロセッサ１０６に熱的に接触するヒートシンク部材１１０とを備える音響カメラである。ヒートシンク部材１１０は、オンボードプロセッサ１０６の熱を、筐体の第１の面１０２ａとは異なる放熱面１０２ｂに伝導するように構成されている。ここでは、この熱伝導をブロック矢印１１２で模式的に示している。

【0012】

図１Ｂは、いくつかの選択的に採用可能な特徴的構成を含む、本発明の第２の例示的な実施形態を概略的に示す図である。

【0013】

第１の選択的に採用可能な特徴的構成は、ヒートシンク部材１１０及びオンボードプロセッサ１０６の間の空間を少なくとも部分的に埋めるように構成された熱伝達ブロック１１４である。

【0014】

第１の選択的に採用可能な特徴的構成は、ばねの張力を利用したヒートシンク部材及びオンボードプロセッサの間の熱接触の改善である。これは、ヒートシンク部材１１０をオンボードプロセッサ１０６と（熱伝達ブロック１１４を介して）熱的に接触させるような（実線黒ブロック矢印の）機械力を提供するように構成されたばね部材１１６を備える装置として図１Ｂに示される。

【0015】

しかしながら、ヒートシンク部材１１０そのものが、良好な熱接触に必要な接触力を付与する機械ばねとして構成されることが好ましい場合が多い。このとき、図１Ｂの例のような別個のばね部材１１６を設ける代わりに、（ヒートシンク部材の一部である）ばね部材は、オンボードプロセッサに熱的に接触して、それにより、オンボードプロセッサから放熱面に熱を伝導するように構成される。このとき、図１Ａまたは図１Ｂに示す符号１１０は、ヒートシンク部材でありばね部材でもある。

【0016】

図２Ａ～２Ｃは、いくつかの追加の選択的に採用可能な特徴的構成を含む図１Ｂの実施形態の詳細な例を示す。音響カメラは、放熱面１０２ｂに配置された１または複数のヒートシンクフィン２０２（図２Ａ）を含んでいてもよい。筐体１０２は正方形または長方形としてもよく、その場合、４つの角部を有する。筐体は、前壁２０４、前壁２０４に対向する後壁２０６、及び側壁２０８を含んでいてもよく、側壁２０８は前壁２０４を後壁２０６と接続し、それにより、内部空間を密閉する（図２Ｂを参照されたい）。オンボードプロセッサ１０６は、少なくとも１つの集積回路ダイ１０６ｂを含むシステムオンモジュール１０６ａとして構成されてもよく、ダイ１０６ｂは、図２Ｃに示すように、熱伝達ブロック１１４に直接接触する。ここで、ダイ１０６ｂはベアチップではなく、当技術分野で知られているように、熱伝達のための良好な熱接触面を提供するパッケージ内にパッケージ化されている。本実施例では、筐体１０２の放熱面１０２ｂは側壁２０８に設けられている。

【0017】

図３Ａ～３Ｄは、図２Ａ～２Ｃの例のヒートシンク部材を示すいくつかの簡略図である。図３Ａは等角投影図であり、図３Ｂ～３Ｄは、対応する３つの３面図である。本実施例では、ばね部材１１０は筐体の四つの角部の放熱面に接続されている。これらの図に示す選択的に採用可能な特徴的構成には、上述したヒートシンクフィン２０２、回路基板接続点３０２、（例えば、三脚への取り付け用などの）機械的インターフェース３０４、並びに電力及びデータ用のフィードスルー３０６が含まれる。

【0018】

図３Ａの例の場合、解析モデリングと耐久試験の検証から、筐体内の空気を大幅に加熱することなく、オンボードプロセッサから音響カメラの放熱面に合計１５ワットの熱を放熱できることが算出されている。オンボードプロセッサの最大パフォーマンスの条件下では、プロセッサの温度と放熱器の外表面との間の温度差は摂氏１１度を超えず、１６時間後には定常状態の温度に達した。プロセッサのコア温度は最大定格値を大幅に下回ったままであった。上述した放熱外側ハウジング部品と、同一のオンボードプロセッサを搭載したプラスチック製外側ハウジングの変形例とを直接比較すると、プロセッサのコアは３分以内に温度限界に達した。プロセッサユニットの消費電力の最大値に基づいて、外側のハウジング領域と放熱のための内部のヒートシンク部材／ヒートスプレッダの幅及び厚さを決定し、設計してもよい。

【0019】

さらに、ヒートシンク部材の設計は、全ての設計を金属成形プロセスから製造できるようなものとすることが好ましい。これにより、音響カメラの製造時の組み立て手順が減り、大規模な製造とコストの削減が可能となる。さらに、放熱性の高い大型のプロセッサユニットの場合、熱伝導性の高い材料を金型内に配置または挿入することにより、アセンブリの冷却能力を向上させてもよい。

【0020】

上述した例では、オンボードプロセッサ及びマイクアレイの両方が１つの筐体に収容されている。他の実施形態では、筐体は２つの部分、すなわち、音響マイクロフォンアレイを含む第１の部分と、オンボードプロセッサを含む第２の部分とを有する。図４Ａは、この構成の第１の例を概略的に示す図である。ここで、符号４０２は筐体１０２の第１の部分を指し、符号４０４は筐体１０２の第２の部分を指す。マイクロフォンアレイ１０４及びオンボードプロセッサの間の電気的接続１０８は、コンタクト４０６を介して行われるが、これは、従来の電気コンタクト技術により行われてもよい。この例に示すオンボードプロセッサ１０６のヒートシンクは上述した通りである。

【0021】

この構成によりもたらされる利点の１つは、マイクロフォンアレイをユニットの他の部分から切り離すことができる点である。これにより、図４Ｂに示すような、マイクロフォンアレイ１０４がカメラの他の部分よりも大きく横方向に延在し、かつ、筐体の第１の部分４０２のみを対応させて拡大することが必要となる構成が容易に可能になる。この分離は２つの利点を有する。マイクロフォンアレイが大きくなると、低周波音の性能が向上する傾向があり、また、第２の部分４０４をより小さいサイズに維持すれば、放熱効果も期待できる。ここで、筐体の第２の部分４０４のサイズを大きくすることは、少なくとも詳細設計において追加の熱検証を要すると考えられ、その結果として増加する熱伝達経路長が問題となる場合には、より大きなサイズでの設計が客観的に困難であるという結果になりかねないと考えられる。

【0022】

図５Ａ～５Ｄは、例示的な第２の部分４０４を示すいくつかの簡略化された図である。図５Ａは等角投影図であり、図５Ｂ～５Ｄは、対応する３つの３面図である。ここで、符号５０２は、図５Ｅに関連して説明する補助ユニットと嵌合するためのインターフェースを示す。

【0023】

図５Ｅは、図４Ｂと同様に２分割された筐体を有するハンドヘルド音響カメラを示す側面図であり、筐体の背面が補助ユニットに取り付けられていることを示す図である。ここで、符号４０２及び符号４０４は、それぞれ、上述した筐体の第１の部分及び第２の部分である。補助ユニット５０４は、筐体の第２の部分４０４に接続されている。

【0024】

補助ユニット５０４は、ハンドヘルド操作用ピストルグリップ５１０、オンボードプロセッサ及び音響マイクロフォンアレイに電力を供給するように構成されたバッテリコンパートメント５０６、並びに音響カメラに視覚的な読み出しを提供するディスプレイ５０８など、様々なコンポーネントを含んでいてもよい。ディスプレイ５０８は、タッチスクリーンディスプレイであってもよい。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【国際調査報告】