JP2000050392A - Ultrasonic transducer - Google Patents
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- B06B1/0614—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile for generating several frequencies
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、音波信号の伝送に
関連し、より詳しくは、かかる信号を空気中を伝送させ
るためのトランスデューサに関連する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the transmission of acoustic signals, and more particularly, to transducers for transmitting such signals in air.
【0002】[0002]
【従来の技術】超音波信号は、可聴範囲(通常20kH
z)を超える周波数の音波である。ほとんどではないに
しても、超音波を伴う多くの用途では、明確に規定され
たビームを生成することが必要である。従って、電気信
号を対応する音響信号に変換する超音波トランスデュー
サは、高い変換効率に加えて、指向性が極めて良好な伝
送特性を有していなければならない。さらに、トランス
デューサの機械的インピーダンスは、伝達媒体のインピ
ーダンスに可能な限り近いものでなければならない。2. Description of the Related Art An ultrasonic signal has an audible range (typically 20 kHz).
A sound wave with a frequency exceeding z). Many, if not most, applications involving ultrasound require the generation of a well-defined beam. Therefore, an ultrasonic transducer for converting an electric signal into a corresponding acoustic signal must have transmission characteristics with extremely good directivity, in addition to high conversion efficiency. Further, the mechanical impedance of the transducer must be as close as possible to the impedance of the transmission medium.
【0003】空中伝送に関する超音波トランスデューサ
は、静電性結晶デバイスと圧電性結晶デバイスの2つの
重要な分類に分けられる。静電性トランスデューサで
は、薄膜が、電界の容量効果によって振動することによ
り、一方、圧電性トランスデューサでは、印加された電
位によってピエゾセラミック材料の形状が変化すること
により、音響信号がそれぞれ生成される。いずれのタイ
プのトランスデューサにも、種々の動作上の制限があ
り、それによって、いくつかの用途ではそれらの有用性
が大きく制限されてしまう。特に、これらの動作上の制
限によって、パラメトリックスピーカー(すなわち、超
音波の非線形相互作用によって非常に良好な指向性を有
する可聴音を発生する装置)の開発が妨げられてきた。
パラメトリックシステムにおいては、オーディオ信号で
変調された高強度の超音波信号は、それが大気(すなわ
ち、非線形伝達媒体)中を通過するときに復調され、そ
れによって、指向性が極めて良好な可聴音が生成され
る。[0003] Ultrasonic transducers for aerial transmission fall into two important categories: electrostatic crystal devices and piezoelectric crystal devices. In an electrostatic transducer, the thin film vibrates due to the capacitive effect of an electric field, while in a piezoelectric transducer, an acoustic signal is generated by changing the shape of the piezoceramic material according to the applied potential. Both types of transducers have various operational limitations which greatly limit their usefulness in some applications. In particular, these operational limitations have hampered the development of parametric loudspeakers (ie, devices that produce audible sound with very good directivity through non-linear interaction of ultrasonic waves).
In a parametric system, a high intensity ultrasound signal modulated with an audio signal is demodulated as it passes through the atmosphere (ie, a non-linear transmission medium), thereby producing a highly directional audible sound. Generated.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】圧電トランスデューサ
は、通常、限定された帯域幅について高い効率で動作す
る。パラメトリックアプリケーションでは、可聴信号に
現れる歪みの度合いは、トランスデューサの利用可能な
帯域幅に直接関連し、その結果、狭帯域のトランスデュ
ーサ(例えば、圧電性トランスデューサ)を使用した場
合には、音質の悪い音が発生することになるであろう。
さらに、圧電性トランスデューサは、高い音響インピー
ダンスを有する傾向があり、その結果、インピーダンス
が低い大気内では放射効率が悪くなる。この不整合のた
めに、トランスデューサに加えられるエネルギーの大部
分が、反射して増幅器(または、トランスデューサ自
体)に戻り、熱を発生してエネルギーを浪費する。最後
に、従来の圧電性トランスデューサは、壊れやすく、高
価で、さらに、電気的に接続することが困難であるとい
う傾向がある。Piezoelectric transducers typically operate with high efficiency over a limited bandwidth. In parametric applications, the degree of distortion appearing in the audible signal is directly related to the available bandwidth of the transducer, and consequently poor sound quality when using narrow band transducers (eg, piezoelectric transducers). Will occur.
Further, piezoelectric transducers tend to have high acoustic impedance, which results in poor radiation efficiency in low impedance atmospheres. Due to this mismatch, most of the energy applied to the transducer reflects back into the amplifier (or the transducer itself), generating heat and wasting energy. Finally, conventional piezoelectric transducers tend to be fragile, expensive, and difficult to electrically connect.
【0005】従来の静電性トランスデューサは、直流
(DC)バイアスによって導電性のバックプレートに保
持された金属被膜された重合体膜を使用する。バックプ
レートは、所望の動作周波数で音響−機械共振を生成す
るくぼみ(depression)を備えている。直流バイアス源に
加えられる交流(AC)電圧が、そのバイアスを交互に
増加させたり減少させたりし、それによって、前記膜を
バックプレートに引き込む力を増加させたり、減少させ
たりする。この変化は、表面が接触している箇所には全
く影響しないが、膜をくぼみの上で振動させることにな
る。十分なダンピングがない場合には、静電性トランス
デューサの共振ピークは、非常にシャープであり、限定
された帯域幅を犠牲にして、効率的な動作を行うことに
なる。(例えば、空気と接触する膜の表面を粗くして)
ダンピングを行うことによって、帯域幅は幾分広がるで
あろうが、効率は悪くなるであろう。[0005] Conventional electrostatic transducers use a metallized polymer film held on a conductive backplate by a direct current (DC) bias. The backplate has a depression that creates an acousto-mechanical resonance at the desired operating frequency. An alternating current (AC) voltage applied to a DC bias source alternately increases or decreases its bias, thereby increasing or decreasing the force pulling the membrane into the backplate. This change has no effect on where the surface is in contact, but will cause the membrane to oscillate over the depression. Without sufficient damping, the resonant peak of the electrostatic transducer would be very sharp and would operate efficiently at the expense of limited bandwidth. (Eg roughening the surface of the membrane that comes into contact with air)
By damping, the bandwidth will be somewhat increased, but the efficiency will be poor.
【0006】Mattila他による、Sensors and Actuators
A,45,203-208(1994)に記載されているように、静電性
トランスデューサの帯域幅を広げるための他の技法は、
トランスデューサの表面を横断するくぼみの深さを変え
て、足し合わせると広い帯域幅になる異なる共振を生成
することである。Sensors and Actuators by Mattila et al.
A, 45,203-208 (1994), other techniques for increasing the bandwidth of electrostatic transducers include:
Changing the depth of the depression across the surface of the transducer to create different resonances that add up to a wide bandwidth.
【0007】トランスデューサの最大駆動電力(及び最
大直流バイアス)は、膜が耐えることができる電界の強
度、ならびに、エアギャップが耐えることができる電圧
の大きさによって制限される。最大の電界は、膜がバッ
クプレートに(すなわち、くぼみの外側で)実際に接触
するところで発生する。膜は一般的には、非常に薄い重
合体膜(高分子膜)なので、十分な耐電圧を有する材料
でさえも、非常に高い電圧が与えられると、充電または
パンチスルー(つきぬけ)による破損を起こしてしま
う。同様に、薄膜を使用すると、薄膜の金属被膜された
表面がバックプレートに非常に近づくので、薄膜を横断
する電界、従って、デバイスの容量が、極めて高くな
り、その結果、大きな駆動電流が必要となる。The maximum drive power (and maximum DC bias) of the transducer is limited by the strength of the electric field that the film can withstand, as well as the magnitude of the voltage that the air gap can withstand. The maximum electric field occurs where the film actually makes contact with the backplate (ie, outside the recess). Because membranes are generally very thin polymer films, even materials with sufficient withstand voltage can be damaged by charging or punch-through when subjected to very high voltages. Will wake up. Similarly, when using thin films, the metallized surface of the thin film is very close to the backplate, so the electric field across the thin film, and hence the capacitance of the device, is extremely high, resulting in the need for large drive currents. Become.
【0008】圧電薄膜トランスデューサは、印加される
電位に応答して形状を変えるポリフッ化ビニリデン(PV
DF)薄膜のような、軽量で、可撓性の膜材料を利用す
る。この薄膜は、それの空気に対する音響インピーダン
ス整合を改善するために非常に軽く作成することがで
き、その結果、効率の良い超音波伝送が得られる。1つ
の既知の構成では、PVDF薄膜は、その両面を導電性材料
でコーティングされ、孔の開いた金属プレートの上に置
かれる。プレートは、他の方法で閉じられた空間の最上
部であり、その空間に加えられる真空によって、その膜
が孔の中に引き込まれる。膜の2つの金属被膜された表
面(これは、誘電体によって分離された電極として動作
する)間に接続された交流電圧源によって、PVDF材料が
伸び縮みし、孔の中に入るくぼみの度合いが変化し、そ
れによって音波が発生する。関連する構成(これも既知
である)では、膜は、孔の開いたプレートの上ではなく
て、それ下に置かれ、さらに、圧力源が真空に取って代
わる。このバージョンでは、交流源によって、膜が孔の
中に突き出す、あるいは、孔を通って突き出る度合いが
変化し、同様にして音が発生する。[0008] Piezoelectric thin film transducers are made of polyvinylidene fluoride (PV) that change shape in response to an applied potential.
DF) Utilize a lightweight, flexible membrane material, such as a thin film. This film can be made very light to improve its acoustic impedance matching to air, resulting in efficient ultrasonic transmission. In one known configuration, a PVDF film is coated on both sides with a conductive material and placed on a perforated metal plate. The plate is the top of an otherwise closed space, and the vacuum applied to the space draws the membrane into the holes. An AC voltage source connected between the two metallized surfaces of the membrane, which acts as electrodes separated by a dielectric, causes the PVDF material to expand and contract, reducing the degree of depression into the holes. Change, thereby generating sound waves. In a related configuration (also known), the membrane is placed below, rather than on, a perforated plate, and the pressure source replaces the vacuum. In this version, the alternating current source alters the degree to which the membrane protrudes into or through the hole, and similarly produces sound.
【0009】これらのトランスデューサの電気−音響特
性によって、それらはパラメトリックアプリケーション
に適したものとなるが、その実用性には疑問が残る。商
品化という観点からみた実際の環境において、真空また
は圧力を、長期間十分に維持することができるというこ
とは非常に可能性の低いことであり、わずかな漏れによ
って、トランスデューサは感度を失い、結局は故障して
しまうであろう。The electro-acoustic properties of these transducers make them suitable for parametric applications, but their practicality remains questionable. In a real environment from a commercial point of view, it is very unlikely that a vacuum or pressure can be sufficiently maintained for a long period of time, and a slight leak will cause the transducer to lose sensitivity and eventually Will break down.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の第1の態様によ
れば、超音波トランスデューサの最大出力電力は、トラ
ンスデューサの膜の耐電圧によっては制限されない。従
来の装置のように、導体の表面に膜を直接配置する(こ
れによって、膜の両端の電界が非常に大きくなる)ので
はなくて、誘電性のスペーサに膜を保持する。超音波の
伝送は、強力な電界の存在には依存しない。従って、故
障の危険をおかすことなく、比較的大きなバイアス及び
駆動電圧を、膜とスペーサの両端に加えることができ
る。なぜなら、スペーサが、膜が受ける電界を大きく低
減するからである。さらに、スペーサによって、トラン
スデューサの容量も減少するので、必要な駆動電流がそ
れに応じて減少し、電力増幅器の設計が単純なものとな
る。According to a first aspect of the present invention, the maximum output power of an ultrasonic transducer is not limited by the withstand voltage of the transducer membrane. Rather than placing the film directly on the surface of the conductor as in conventional devices (which results in a very large electric field across the film), the film is held on a dielectric spacer. Ultrasound transmission does not depend on the presence of strong electric fields. Thus, relatively large bias and drive voltages can be applied across the film and spacer without risk of failure. This is because the spacer greatly reduces the electric field applied to the film. Furthermore, the spacers also reduce the capacitance of the transducer, so that the required drive current is correspondingly reduced, simplifying the power amplifier design.
【0011】本発明のこの態様に従う音波トランスデュ
ーサは、導電性の膜、少なくとも1つの電極を備えるバ
ックプレート、及び、膜とバックプレートの間に配置さ
れ、あるパターンで配列された一連のくぼみを有する誘
電性のスペーサを備えることができ、前記くぼみは、予
め決められた周波数でそれぞれが共振するキャビティを
形成する。くぼみは、例えば、同心円状に配列した環状
の溝、円筒状のくぼみの分布パターン等の適切な任意の
形態をとることができ、誘電性のスペーサを部分的に、
または完全に通過して延びることができる。さらに、く
ぼみは、異なる周波数で共振するキャビティを形成する
ために、スペーサを通る深さを変えることができる。す
なわち、1つの深さを形成するくぼみの各組毎に、異な
る電極を割り当てることができる。An acoustic transducer according to this aspect of the invention has a conductive membrane, a backplate with at least one electrode, and a series of depressions arranged between the membrane and the backplate and arranged in a pattern. A dielectric spacer can be provided, wherein the depressions form cavities that each resonate at a predetermined frequency. The depressions can take any suitable form, for example, concentrically arranged annular grooves, cylindrical depression distribution patterns, etc.
Or it can extend completely through. In addition, the depressions can vary in depth through the spacer to form cavities that resonate at different frequencies. That is, a different electrode can be assigned to each set of depressions forming one depth.
【0012】第2の態様では、本発明は、圧電性の動作
モードと静電性の動作モードを組み合わせる。本発明の
この態様に従う音波トランスデューサは、1対の対向し
て配置された導電性表面を有する実質的に非導電性の圧
電性膜、少なくとも1つの電極を備えるバックプレー
ト、及び、膜と電極(または複数の電極)との間に共振
するキャビティまたは構造を作成するための手段を備え
ることができる。例えば、キャビティを、くぼみ(円筒
状の凹部または開口部、溝など)を有する誘電性のスペ
ーサによって形成して、膜と電極(または複数の電極)
の間に配置することができる。直流バイアスが、共振す
るキャビティ内に膜を押し込み、膜の両端に接続された
交流源が、駆動信号を供給する。In a second aspect, the present invention combines a piezoelectric mode of operation with an electrostatic mode of operation. An acoustic transducer according to this aspect of the invention includes a substantially non-conductive piezoelectric film having a pair of opposedly disposed conductive surfaces, a backplate comprising at least one electrode, and a film and electrode ( Or a plurality of electrodes). For example, the cavity may be formed by a dielectric spacer having depressions (cylindrical recesses or openings, grooves, etc.) and the membrane and the electrode (or electrodes)
Can be placed between them. A DC bias pushes the membrane into the resonant cavity, and an AC source connected across the membrane provides a drive signal.
【0013】トランスデューサは、容量性のトランスデ
ューサが、該トランスデューサの音響−機械共振周波数
で、回路のインダクタンスと共振するところの該回路で
駆動されるのが好ましい。こうすることによって、電気
エネルギーをトランスデューサに非常に効率良く伝送す
ることができ、従って、比較的高いキャリア(搬送波)
周波数を容易に使用することができるようになる。本明
細書に記載されたトランスデューサの高い効率と汎用性
により、これらのトランスデューサは、パラメトリック
アプリケーションだけでなく、測距、流れ検出(flow d
etection)、及び非破壊試験のような他の超音波アプリ
ケーションにも適合するものとなる。パラメトリックア
プリケーションでは、複数のトランスデューサをトラン
スデューサモジュールに組み込みことができ、実質的
に、大きな放射表面と大きな非線形相互作用領域を形成
するように、このモジュールを配列し、及び/または電
気的に駆動する。The transducer is preferably driven by a circuit in which the capacitive transducer resonates with the inductance of the circuit at the transducer's acoustic-mechanical resonance frequency. In this way, electrical energy can be transmitted to the transducer very efficiently, and therefore a relatively high carrier (carrier).
The frequency can be used easily. Due to the high efficiency and versatility of the transducers described herein, these transducers can be used for ranging, flow detection (flow d) as well as parametric applications.
and other ultrasound applications such as non-destructive testing. In parametric applications, multiple transducers can be incorporated into a transducer module, and the module is arranged and / or electrically driven to form a substantially non-linear interaction region with a large radiating surface.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】添付の図面を参照して本発明につ
いて以下に説明する。図1に示すように、本発明を組み
込んだ静電性トランスデューサモジュール29は、円錐
形のスプリング30を備えることができ、このスプリン
グ30は、順に、導電性の電極ユニット32、多くの開
口36を備えた誘電性スペーサ34、及び金属被膜重合
体膜(metalized polymer membrane)38を支持してい
る。コンポーネント32〜38は、フィルム(薄膜)3
8を担持し、スプリング30を支持するベース部材41
に挿通可能に係合する上部のリング21によって、スプ
リング30に対して押しつけられる。モジュール29
は、誘電性スペーサ34の各開口36に対応する、複数
の静電性トランスデューサから構成される。具体的に
は、各開口上部のフィルム38の一部と、開口下部の電
極ユニット32の一部が、単一のトランスデューサとし
て機能し、それは、とりわけ、フィルム38の張力及び
面密度、開口の直径、及び重合体層34の厚さの関数で
ある共振(共鳴)特性を有している。薄膜38の各部分
と電極ユニット32との間の変化する電界によって、そ
の薄膜の部分が、電極ユニット32に向かう方向、また
はそれから離れる方向にたわむ。そして、その移動の周
波数は、加えられる電界の周波数に一致する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. As shown in FIG. 1, an electrostatic transducer module 29 incorporating the present invention can include a conical spring 30, which in turn comprises a conductive electrode unit 32 and a number of openings 36. It supports a dielectric spacer 34 provided and a metalized polymer membrane 38. Components 32 to 38 include a film (thin film) 3
8 supporting the spring 30 and supporting the spring 30
Is pressed against the spring 30 by the upper ring 21 which is inserted into the spring 30. Module 29
Is composed of a plurality of electrostatic transducers corresponding to each opening 36 of the dielectric spacer 34. Specifically, a portion of the film 38 above each opening and a portion of the electrode unit 32 below the opening function as a single transducer, including, inter alia, the tension and areal density of the film 38, the diameter of the opening. , And a resonance characteristic which is a function of the thickness of the polymer layer 34. The changing electric field between each portion of the thin film 38 and the electrode unit 32 deflects that portion of the thin film toward or away from the electrode unit 32. Then, the frequency of the movement matches the frequency of the applied electric field.
【0015】図示のように、電極ユニット32を、適切
なエッチング技法によって、各開口36の下部の個別の
電極32aに分割することができる。これらの電極は、
後述するように、これらの電極から1つまたは複数の駆
動ユニットに延びる個別のリード線を有している。モジ
ュール29は、従来のフレキシブルな回路材料を使用し
て簡単に製造することができ、それゆえ低コストであ
る。例えば、スペーサ34は、デュポン社(duPont)に
よって販売されているPYRALUX材料のようなポリマーと
することができ、膜38は、金属被膜されたMYLAR薄膜
(これもデュポン社によって販売されている)とするこ
とができる。所望であれば、駆動ユニットコンポーネン
トを、同じ基板、例えば、タブ部分32bに直接配置す
ることができる。この構造は、軽量であり、簡単な配
置、アレイ構成における中心合わせ(focusing)及び/
または配向のためにフレキシブルなものとすることがで
きる。As shown, the electrode unit 32 can be divided into individual electrodes 32a below each opening 36 by a suitable etching technique. These electrodes are
As will be described, it has individual leads extending from these electrodes to one or more drive units. Module 29 can be easily manufactured using conventional flexible circuit materials and is therefore low cost. For example, spacer 34 may be a polymer such as PYRALUX material sold by DuPont, and membrane 38 may be a metalized MYLAR thin film (also sold by DuPont). can do. If desired, the drive unit components can be located directly on the same substrate, for example, on the tab portion 32b. This structure is lightweight, easy to place, focusing and / or array configuration.
Or it can be flexible for orientation.
【0016】幾何学的形状、特に、開口36の深さを、
モジュール29の個々のトランスデューサの共振特性
が、所望の周波数範囲をカバーするように変更すること
ができ、それによって、単一の音響−機械共振周波数を
有する単一のトランスデューサ、またはトランスデュー
サの配列の場合に比べて、モジュールの全体的な応答を
広げることができるということが理解されよう。これ
は、図2に示すように、2つ(または2つより多く)の
層34aと34bとからなる誘電性スペーサ34を使用
することによって実現できる。上部の層34aは、十分
な数の開口36aを有している。他方、下部の層34b
は、層34aの開口36aの中から選択された開口だけ
と位置が合う開口36bの組を有している。従って、2
つの開口36aと36bの位置が合うところでは、その
開口の深さは、層34bの開口がない部分の上部にあ
る、層34aの開口の深さよりも深い。電極ユニット3
2は、層34bの開口の下に電極32bを有しており、
層34aの開口のみがある部分(すなわち、層34bの
開口がある部分を除く)の下部に電極32cを有してい
る。これによって、より高い共振周波数(浅い方の開
口)を有する第1のトランスデューサの組と、より低い
共振周波数(深い方の開口)を有する第2のトランスデ
ューサの組が提供される。スクリーン印刷やエッチング
などの他のプロセスによっても、これらの幾何学的形状
及び構成を作成することができる。The geometry, in particular, the depth of the opening 36,
The resonance characteristics of the individual transducers of module 29 can be modified to cover the desired frequency range, thereby providing a single transducer with a single acoustic-mechanical resonance frequency, or an array of transducers. It will be appreciated that the overall response of the module can be broadened compared to. This can be achieved by using a dielectric spacer 34 consisting of two (or more) layers 34a and 34b, as shown in FIG. The upper layer 34a has a sufficient number of openings 36a. On the other hand, the lower layer 34b
Has a set of openings 36b that are aligned with only openings selected from the openings 36a of the layer 34a. Therefore, 2
Where the openings 36a and 36b are aligned, the depth of the opening is greater than the depth of the opening in layer 34a above the non-opening portion of layer 34b. Electrode unit 3
2 has an electrode 32b below the opening in the layer 34b,
An electrode 32c is provided below a portion of the layer 34a having only the opening (that is, excluding a portion of the layer 34b having the opening). This provides a first set of transducers having a higher resonant frequency (shallower aperture) and a second set of transducers having a lower resonant frequency (deeper aperture). Other geometries and configurations can be created by other processes, such as screen printing and etching.
【0017】モジュール29の構成及び動作の異なる態
様を図3と図4に示す。図3では、モジュール29は、
1つの電極32を有しており、層34a、34bによっ
て形成されるキャビティは、開口36aが開口36bと
位置が合っているかどうかによって決まる、異なる深さ
d、d’を有している。図3には、膜38をスペーサ3
4に押し込む構造は示していない。交流源42(これ
は、送信のための被変調信号を生成する)に付加された
直流バイアス源40は、モジュール29の両端、すなわ
ち、電極32と膜38の金属被膜された表面38mに接
続される。同じ信号がすべてのキャビティ36に加えら
れるが、それらの異なる共振ピークによって、モジュー
ル29の帯域幅は全体として広がる。FIGS. 3 and 4 show different aspects of the structure and operation of the module 29. FIG. In FIG. 3, module 29 comprises
Having one electrode 32, the cavities formed by the layers 34a, 34b have different depths d, d ', depending on whether the opening 36a is aligned with the opening 36b. FIG. 3 shows that the film 38 is
4 is not shown. A DC bias source 40 added to an AC source 42, which produces a modulated signal for transmission, is connected across the module 29, ie, the electrodes 32 and the metallized surface 38m of the membrane 38. You. The same signal is applied to all cavities 36, but their different resonance peaks increase the overall bandwidth of module 29.
【0018】代替的には、図4に示すように、異なる電
極の組32b、32cを、異なる交流駆動信号源42
b、42aにそれぞれ接続することができる。各信号源
42a、42bは、それが駆動するキャビティの機械共
振周波数f1、f2で電気的に共振する。この「分離され
た多重共振」配列は、共振キャビティのそれぞれの組を
それに同調された増幅器と対にすることによって、応答
を最適化し、電力転送を最大にする。抵抗器43a、4
3bは、電極32bと32cを分離するが、直流はそれ
らを通過することができる(インダクタを代わりに使用
することができる)。Alternatively, as shown in FIG. 4, different sets of electrodes 32b, 32c may be connected to different AC drive signal sources 42b.
b, 42a. Each signal source 42a, 42b, it is electrically resonant at the mechanical resonance frequency f 1, f 2 of the cavity to be driven. This "separated multiple resonance" arrangement optimizes response and maximizes power transfer by pairing each set of resonant cavities with an amplifier tuned to it. Resistors 43a, 4
3b separates electrodes 32b and 32c, but direct current can pass through them (inductors could be used instead).
【0019】上述したように、単にトランスデューサの
音響−機械共振特性を変化させるだけでなく、電気共振
特性もまた変化させることもできる。例えば、トランス
デューサ29の異なる領域の容量を変化させて(例え
ば、スペーサ34a、34bの異なる領域に対して異な
る誘電率を有する材料を使用することによって)、複数
の電気共振回路を作成することができる。この電気共振
は、増幅器からの電力転送の効率に影響し(すなわち、
トランスデューサのインピーダンスが、増幅器のインピ
ーダンスにより厳密に一致するにつれて、より多くの出
力電力がトランスデューサの中で結合し、付随する電流
引き込みが減少する)、そのため、異なる増幅器構成に
対するトランスデューサの耐性を広げるために、単一の
トランスデューサ内の変化する電気共振を、機械共振も
また変化されるかどうかに関係なく使用することができ
る。As mentioned above, not only can the acoustic-mechanical resonance characteristics of the transducer be changed, but also the electrical resonance characteristics can be changed. For example, varying the capacitance of different areas of the transducer 29 (eg, by using materials having different dielectric constants for different areas of the spacers 34a, 34b) can create multiple electrical resonant circuits. . This electrical resonance affects the efficiency of the power transfer from the amplifier (ie,
As the impedance of the transducer more closely matches the impedance of the amplifier, more output power will couple into the transducer and the associated current draw will decrease), thus increasing the transducer's immunity to different amplifier configurations. The changing electrical resonance within a single transducer can be used regardless of whether the mechanical resonance is also changed.
【0020】信号源42a、42bは、図5に示すよう
に実現することができる。変調された出力信号(被変調
出力信号)は、一対のフィルタ44a、44bに送られ
る。これらのフィルタは、その信号を異なる周波数帯域
に分割して、それらを一対の同調増幅器46a、46b
に送る。増幅器46aはf1に同調される。すなわち、
増幅器46aが接続されているキャビティの両端の測定
された容量に直列に入っている増幅器46aのインダク
タンスによって、電気共振周波数が、それらのキャビテ
ィの機械共振周波数に等しくされる。増幅器46bはf
2に同調される。フィルタ44a、44bは、f1とf2
の間で被変調信号を分割するバンドパスフィルタ、また
は、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタとすること
ができる。The signal sources 42a and 42b can be realized as shown in FIG. The modulated output signal (modulated output signal) is sent to a pair of filters 44a and 44b. These filters split the signal into different frequency bands and combine them into a pair of tuned amplifiers 46a, 46b.
Send to Amplifier 46a is tuned to f 1. That is,
The inductance of amplifier 46a, in series with the measured capacitance across the cavities to which amplifiers 46a are connected, causes the electrical resonance frequency to equal the mechanical resonance frequency of those cavities. The amplifier 46b has f
Tuned to 2 . Filters 44a and 44b provide f 1 and f 2
, Or a low-pass filter and a high-pass filter for dividing the modulated signal between the two.
【0021】モジュール29の共振キャビティは、その
断面が、図示のような円形の断面である必要はない。代
わりに、これとは違った断面(例えば、正方形、長方
形、または他の多角形状)とすることができ、スペーサ
34に同心円状に配列された環状の溝(正方形、V型、
円形状など)の形態をとることもできる。あるいは、選
択された用途(または、所望の製造方法)に適した他の
容積形状を有することもできる。同心円状に溝をつけら
れたトランスデューサの配列を駆動するためのバックプ
レートの電極を図6及び図7に示す。ここでは、電極ユ
ニット52の導電性のパターンは、リング53、55及
び57から構成されており、それによって、異なる深さ
の溝を個別に駆動できるようになっている。リングの間
隔、及び加えられる信号の相対位相を、トランスデュー
サモジュールから放射される超音波ビームを成形するた
めに選択することができる。The resonant cavity of module 29 need not have a circular cross section as shown. Alternatively, a different cross-section (e.g., square, rectangular, or other polygonal shape) can be used, and annular grooves (square, V-shaped,
Circular shape). Alternatively, it may have other volume shapes suitable for the selected application (or desired manufacturing method). The electrodes of the backplate for driving the array of concentrically grooved transducers are shown in FIGS. Here, the conductive pattern of the electrode unit 52 is composed of rings 53, 55 and 57, whereby the grooves of different depths can be individually driven. The spacing of the rings and the relative phases of the applied signals can be selected to shape the ultrasound beam emitted from the transducer module.
【0022】所望の動作周波数に対する適正な溝の深さ
は、必要以上の実験を行うことなく容易に得られる。綿
密度σ(kg/m2)の薄膜、及び深さh(m)の正方形の
溝の場合には、共振周波数f0は、以下の値になること
が予測される。An appropriate groove depth for a desired operating frequency can be easily obtained without undue experimentation. In the case of a thin film having a cotton density σ (kg / m 2 ) and a square groove having a depth h (m), the resonance frequency f 0 is expected to have the following value.
【0023】[0023]
【数1】 (Equation 1)
【0024】ここで、cは、空気中の音の速度であり、
ρ0は、空気の密度である。(正方形でない溝について
の式は、上記式と類似している)。共振周波数は、膜の
張力、溝の幅、及び直流バイアスによっても影響を受け
る。従って、面密度がσ=0.0113kg/m2である薄膜を基材
として65kHzの共振周波数を有するトランスデュー
サにつては、孔/構造の深さhは、74μm(3ミル)
である。このキャビティの深さによって、例えば、50
0pFの容量が生成される場合には、12mHのインダ
クタンス(通常、トランスの2次側)が、65kHzの
共振を実現するために選択される。Where c is the speed of sound in the air.
ρ 0 is the density of air. (The formula for non-square grooves is similar to the above formula). Resonant frequency is also affected by film tension, groove width, and DC bias. Therefore, for a transducer having a resonance frequency of 65 kHz using a thin film having an areal density of σ = 0.0113 kg / m 2 as a substrate, the depth h of the hole / structure is 74 μm (3 mil).
It is. Depending on the depth of this cavity, for example, 50
If a capacitance of 0 pF is generated, an inductance of 12 mH (typically the secondary side of the transformer) is chosen to achieve a resonance of 65 kHz.
【0025】このトランスデューサの場合、効率的な駆
動のために適度な帯域幅は、10kHz(すなわち、6
0〜70kHz)である。従って、有効な出力帯域幅を
広げるためには、75kHzの共振周波数を有する第2
の組のトランスデューサを利用することが望ましいであ
ろう。同じ設計アプローチを使用した場合、75kHz
の共振を実現するためには、56μm(2ミル)の構造
の深さが必要である。For this transducer, a reasonable bandwidth for efficient driving is 10 kHz (ie, 6 kHz).
0 to 70 kHz). Therefore, in order to widen the effective output bandwidth, the second having a resonance frequency of 75 kHz is required.
It may be desirable to utilize a set of transducers. 75 kHz using the same design approach
In order to realize the above resonance, a structure depth of 56 μm (2 mil) is required.
【0026】図8及び図9に、代替構成のトランスデュ
ーサモジュールの配列を示す。図8では、各モジュール
は、その外形が六角形であり、これによって、モジュー
ルが密に詰め込まれている。図9では、モジュールは正
方形構造であり、この場合もモジュールが密に詰め込ま
れている。この配列は、多重ビームの生成、及びフェー
ズドアレイビーム(phased-array beam)の配向に対し
て十分適している。これまでの全てのトランスデューサ
の実現例において、電極間の電気的なクロストークは、
電極間にいわゆる「ガードトラック」を配置することに
よって低減することができるということに留意すべきで
ある。多重電気共鳴(必ずしも音響−機械共振ではな
い)を有するトランスデューサを、広帯域にわたって増
幅効率を高めるために使用することができるということ
も理解されるべきである。FIGS. 8 and 9 show alternative transducer module arrangements. In FIG. 8, each module has a hexagonal outer shape, thereby densely packing the modules. In FIG. 9, the modules have a square structure, and again the modules are tightly packed. This arrangement is well suited for the generation of multiple beams and the orientation of a phased-array beam. In all previous transducer implementations, the electrical crosstalk between the electrodes is
It should be noted that this can be reduced by placing so-called "guard tracks" between the electrodes. It should also be understood that transducers having multiple electrical resonances (not necessarily acousto-mechanical resonances) can be used to increase amplification efficiency over a wide band.
【0027】以上のトランスデューサの実現例は、本質
的に静電性である。図10に示すように、誘電性スペー
サのアプローチを圧電性膜と共に使用することができ
る。この場合には、トランスデューサモジュール60
は、圧電性(例えば、PVDF)の膜62、導電性のバック
プレート64、及び開口部68を有する誘電性スペーサ
66を備えており、開口部68を通って共振キャビティ
が形成される。この場合も、キャビティ68は、単一の
深さを有するものではなくて、その深さが変化するもの
とすることができ、バックプレート64は、キャビティ
68のそれぞれのキャビティに整合する一連の電極から
構成することができる。The transducer implementation described above is electrostatic in nature. As shown in FIG. 10, the dielectric spacer approach can be used with a piezoelectric film. In this case, the transducer module 60
Comprises a piezoelectric (eg, PVDF) film 62, a conductive back plate 64, and a dielectric spacer 66 having an opening 68 through which a resonant cavity is formed. Again, the cavities 68 may not have a single depth, but may vary in depth, and the back plate 64 may include a series of electrodes that match each cavity of the cavities 68. Can be composed of
【0028】膜62は、本質的に誘電性であり、かつ、
その上面及び底面が金属被膜されていることが好まし
い。回路70によって供給される直流バイアスが、バッ
クプレート64と膜62の導電性の上面との間に接続さ
れており、これによって、膜をキャビティ68の中に押
し込む。これは、膜62に対して信頼性のある機械的
(力学的)バイアスを提供するものであり、これによっ
て、膜は、従来の圧電トランスデューサ駆動手法で膜6
2の両端に接続された駆動回路72の電気的出力に応答
して音響信号を生成するために、線形的に作用すること
ができる。従って、膜は静電(静電気)力によって所定
の位置に保持されるが、圧電的に駆動される。上述した
ように、直流バイアス回路70は、それを交流駆動回路
72から分離するコンポーネントを備えることができ
る。The membrane 62 is dielectric in nature and
It is preferable that the upper surface and the lower surface are metal-coated. A DC bias provided by the circuit 70 is connected between the backplate 64 and the conductive upper surface of the membrane 62, thereby forcing the membrane into the cavity 68. This provides a reliable mechanical (mechanical) bias for the membrane 62 so that the membrane can be moved in a conventional piezoelectric transducer driving manner.
It can work linearly to generate an acoustic signal in response to the electrical output of a drive circuit 72 connected across the two ends. Thus, the membrane is held in place by electrostatic forces, but is driven piezoelectrically. As described above, the DC bias circuit 70 can include components that separate it from the AC drive circuit 72.
【0029】代替的には、代用として、または直流バイ
アスを増加させるために膜変位の機械的形状を利用する
ことができる。例えば、膜がキャビティ68の中に引き
込まれるように、膜を形成するか、または膜に機械的に
張力を加えることができる。圧電的に引き起こされた収
縮と膨張によって、バイアスされた薄膜が変位して、音
波信号が発生する。Alternatively, the mechanical shape of the membrane displacement can be used as a substitute or to increase the DC bias. For example, the membrane can be formed or mechanically tensioned such that the membrane is drawn into the cavity 68. Piezoelectrically induced contraction and expansion displaces the biased thin film, producing an acoustic signal.
【0030】図11に示すように、個別の圧電ドライ
バ、及び静電ドライバを利用することができる。従っ
て、上述のように圧電ドライバ72aは膜62の両端に
接続されるが、静電ドライバ72bは、直流バイアス回
路70と同様に、膜62の金属被膜された上面とバック
プレート64の間に接続される。この結果、圧電による
力と静電による力(静電力)が、膜62を駆動するため
に共に使用される。膜62の向きに依存して、ドライバ
72a、72bを、同相または違相で駆動することがで
きる(これによって、これらの力は互いに弱め合うので
はなくて強め合う)。従って、交流源72aによって生
成される駆動電圧が正方向に振れると、静電力が、膜6
2をバックプレート64の方に引き寄せ(これは、図に
示すように、高い直流バイアス電圧で維持されるのが好
ましい)、同時に、圧電ドライバ72bが、膜62を膨
張させたり収縮(薄く)させたりする。ドライバ72a
によって生成される電圧が負方向に振れると、この引き
寄せる静電力が弱まり、圧電ドライバ72bが、膜62
を収縮させたり、膨張(厚く)させたりすることによっ
てこの処理を補助する。As shown in FIG. 11, individual piezoelectric drivers and electrostatic drivers can be used. Therefore, the piezoelectric driver 72a is connected to both ends of the film 62 as described above, but the electrostatic driver 72b is connected between the metal-coated upper surface of the film 62 and the back plate 64, similarly to the DC bias circuit 70. Is done. As a result, a piezoelectric force and an electrostatic force (electrostatic force) are used together to drive the membrane 62. Depending on the orientation of the membrane 62, the drivers 72a, 72b can be driven in-phase or out-of-phase (whereby these forces build up rather than weaken each other). Therefore, when the driving voltage generated by the AC source 72a swings in the positive direction, the electrostatic force
2 is drawn toward the back plate 64 (which is preferably maintained at a high DC bias voltage as shown), while the piezoelectric driver 72b causes the membrane 62 to expand or contract (thin). Or Driver 72a
When the voltage generated by the piezoelectric element 72b swings in the negative direction, the attracted electrostatic force weakens, and the piezoelectric driver 72b
This process is assisted by contracting or expanding (thickening).
【0031】これとは逆に、これらの力が互いに強め合
うのではなくて、例えば、信号の向きを変えるためにト
ランスデューサの選択された部分を動作させないように
して、わざと弱め合うように、圧電ドライバ及び静電ド
ライバを動作させることができる。Conversely, these forces are not reinforced with each other, but rather, for example, by deactivating the selected portion of the transducer to change the direction of the signal and deliberately destructing them. The driver and the electrostatic driver can be operated.
【0032】図12に示すように、他の実施態様では、
電界を使用することによって、孔を通して膜をバックプ
レートの方に引き込むために従来技術の装置で利用され
る真空を置き換える。図12のトランスデューサモジュ
ール80は、上面と底面が金属被膜された圧電性膜62
を備えており、この膜は、さらに、孔を開けられた上部
プレート82(これは、導電性でも非導電性でもよい)
に接触している。従来のトランスデューサモジュールと
同様に、上部プレート82は、側壁84によってバック
プレート64の上部に隔置されている。回路70によっ
て供給される直流バイアスは、バックプレート64と膜
62の導電性の表面の間に接続され、これによって、膜
62をプレート82の開口部86の中に引き込む。これ
は、膜62に対して信頼性のある機械的バイアスを提供
し、これによって、膜は、圧電駆動回路72の電気的出
力に応答して、音響信号を生成するために線形的に作用
することができる。As shown in FIG. 12, in another embodiment,
The use of an electric field replaces the vacuum utilized in prior art devices to draw the membrane through the holes toward the backplate. The piezoelectric module 62 of FIG.
The membrane further comprises a perforated top plate 82, which may be conductive or non-conductive.
Is in contact with As with conventional transducer modules, the top plate 82 is spaced above the back plate 64 by sidewalls 84. The DC bias provided by the circuit 70 is connected between the back plate 64 and the conductive surface of the membrane 62, thereby drawing the membrane 62 into the opening 86 in the plate 82. This provides a reliable mechanical bias to the membrane 62, whereby the membrane acts linearly to generate an acoustic signal in response to the electrical output of the piezoelectric drive circuit 72. be able to.
【0033】図10に示す構造を、図示のスペーサとバ
ックプレートの代わりに、導電性の、溝(例えばV字状
の溝)をつけられた金属製のバックプレートを使用する
ことによってさらに単純なものにすることができる。こ
の場合には、溝は、スペーサのギャップと同じ役目を果
たし、直流バイアスされたバックプレート(または、上
述したような機械的構成)が、膜62を溝の中に引き込
む。The structure shown in FIG. 10 is further simplified by using a conductive, grooved (eg, V-shaped) metal backplate instead of the spacer and backplate shown. Can be something. In this case, the groove serves the same role as the spacer gap, and a DC-biased backplate (or a mechanical arrangement as described above) draws the membrane 62 into the groove.
【0034】以上のトランスデューサの実施態様はすべ
て、送信用だけでなく受信用にも使用することができ、
また、駆動回路及び関連する回路を、トランスデューサ
の基板上に直接実装することがしばしば可能であるとい
うことを強調しておく。All of the above transducer embodiments can be used not only for transmission but also for reception.
It is also emphasized that it is often possible to mount the drive circuit and related circuits directly on the substrate of the transducer.
【0035】従って、本発明者は、従来技術に認められ
た制限を除去する改良された超音波トランスデューサを
開発したということが理解されよう。本明細書で用いた
用語及び表現は、説明の用語として使用したものであっ
て、それらに限定するものではなく、そのような用語及
び表現を使用することにおいて、図示し説明した等価な
特徴、またはその一部分のいずれをも排除することを意
図したものではない。しかし、本発明の特許請求の範囲
内において種々の変更が可能であるということは明らか
である。Thus, it will be appreciated that the inventor has developed an improved ultrasonic transducer which obviates the limitations found in the prior art. The terms and phrases used herein are used as terms of description and are not intended to be limiting, but the use of such terms and phrases, equivalent features illustrated and described, Nor is it intended to exclude any of its parts. However, it is clear that various modifications are possible within the scope of the claims of the present invention.
【図1】本発明を組み込んだ静電性トランスデューサモ
ジュールの組立分解図である。FIG. 1 is an exploded view of an electrostatic transducer module incorporating the present invention.
【図2】多重共振周波数動作用に構成された、図1のト
ランスデューサモジュールの変形を示す。FIG. 2 shows a variation of the transducer module of FIG. 1 configured for multiple resonance frequency operation.
【図3】図1又は図2に示したトランスデューサモジュ
ールの構成及び動作モードを示す部分略側面図である。FIG. 3 is a partial schematic side view showing a configuration and an operation mode of the transducer module shown in FIG. 1 or FIG. 2;
【図4】図2に示したトランスデューサモジュールの図
3とは異なる構成及び動作モードを示す部分略側面図で
ある。4 is a partial schematic side view showing a configuration and an operation mode of the transducer module shown in FIG. 2 which are different from those shown in FIG. 3;
【図5】図4に示した実施態様に用いる駆動回路の概略
図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a drive circuit used in the embodiment shown in FIG.
【図6】代表的な電極構成を示す。FIG. 6 shows a typical electrode configuration.
【図7】別の代表的な電極構成を示す。FIG. 7 illustrates another exemplary electrode configuration.
【図8】代表的なトランスデューサモジュールの配列を
示す。FIG. 8 shows an exemplary transducer module arrangement.
【図9】別の代表的なトランスデューサモジュールの配
列を示す。FIG. 9 shows another exemplary transducer module arrangement.
【図10】直流バイアスを備えた圧電性ドライブと共振
を利用するハイブリッドトランスデューサの部分略側面
図である。FIG. 10 is a partial schematic side view of a hybrid transducer utilizing piezoelectric drive and resonance with a DC bias.
【図11】静電及び圧電の両方で駆動されるハイブリッ
ドトランスデューサの部分略側面図である。FIG. 11 is a partial schematic side view of a hybrid transducer driven by both electrostatic and piezoelectric.
【図12】改良した圧電性トランスデューサの構成を示
す。FIG. 12 shows an improved piezoelectric transducer configuration.
29 トランスデューサモジュール 32 電極 34 誘電性スペーサ 36、68 開口部(キャビティ) 38 膜 40、70 直流バイアス源(直流バイアス回路) 42、72 交流源(交流駆動回路) 64 バックプレート 29 Transducer module 32 Electrode 34 Dielectric spacer 36, 68 Opening (cavity) 38 Membrane 40, 70 DC bias source (DC bias circuit) 42, 72 AC source (AC drive circuit) 64 Back plate
Claims (22)
と、 (c)前記膜とバックプレートとの間に配置され、ある
パターンで配列された一連のくぼみからなる誘電性のス
ペーサであって、それらのくぼみが、予め決められた周
波数でそれぞれが共振するキャビティを形成することか
らなる、誘電性のスペーサとからなる音波トランスデュ
ーサ。1. A sound wave transducer, comprising: (a) a conductive film; (b) a back plate comprising at least one electrode; and (c) a pattern disposed between the film and the back plate. An acoustic transducer comprising: a dielectric spacer consisting of a series of depressions arranged in a matrix, wherein the depressions form cavities that each resonate at a predetermined frequency.
され、前記スペーサを通る前記くぼみの深さが変化する
ことからなる請求項1のトランスデューサであって、異
なる深さのくぼみが、異なる周波数で共振するキャビテ
ィを形成し、前記電極のそれぞれが、一定の深さを有す
るくぼみに位置合わせされていること。2. The transducer of claim 1 wherein said backplate is comprised of a plurality of electrodes and wherein the depth of said depression through said spacer varies. Forming resonating cavities, each of said electrodes being aligned with a recess having a constant depth;
スペーサを完全に通過して延びることからなる請求項1
のトランスデューサ。3. The method of claim 1, wherein at least some of said recesses extend completely through said spacer.
Transducer.
の溝である、請求項1のトランスデューサ。4. The transducer of claim 1 wherein said indentations are annular grooves arranged concentrically.
面を有する、請求項1のトランスデューサ。5. The transducer of claim 1, wherein said recess has a circular or polygonal cross section.
の隣接する層からなり、前記くぼみが、前記第1の層を
完全に通過して延び、前記第2の層が、前記第1の層の
くぼみの数より少ない第2の一連のくぼみを含み、前記
第2の層のくぼみと前記第1の層のくぼみの位置合わせ
を行うことによって、第1の一連の共振キャビティを形
成し、前記第2の層のくぼみと位置が合っていない前記
第1の層のくぼみによって、第2の一連の共振キャビテ
ィを形成し、前記第1及び第2の一連のキャビティが、
異なる共振周波数を有することからなる請求項2のトラ
ンスデューサ。6. The apparatus according to claim 1, wherein said spacer has at least first and second spacers.
Wherein the depressions extend completely through the first layer, and wherein the second layer includes a second series of depressions less than the number of depressions in the first layer. Forming a first series of resonant cavities by aligning the depressions of the second layer with the depressions of the first layer, wherein the first series of resonance cavities are not aligned with the depressions of the second layer. The depressions in one layer form a second series of resonant cavities, wherein the first and second series of cavities are:
3. The transducer according to claim 2, comprising different resonance frequencies.
前記導電性の膜を密着させるための手段をさらに含む請
求項1のトランスデューサ。7. The transducer according to claim 1, further comprising: means for adhering said back plate, said spacer, and said conductive film.
面が金属被膜された重合体薄膜である、請求項1のトラ
ンスデューサ。8. The transducer of claim 1 wherein said conductive film is a polymer film having at least one surface metallized.
て配置された表面を有し、前記第1の表面が金属被膜さ
れずに、前記スペーサに接触しており、前記第2の表面
が金属被膜されていることからなる請求項8のトランス
デューサ。9. The conductive film has first and second opposed surfaces, wherein the first surface is not metallized and contacts the spacer. 9. The transducer of claim 8, wherein the second surface is metallized.
した配置された表面を有し、前記第1の表面が金属被膜
されて、前記スペーサに接触しており、前記スペーサを
完全に通過して延びる前記くぼみがないことからなる請
求項8のトランスデューサ。10. The conductive film has first and second opposed disposed surfaces, the first surface being metallized and in contact with the spacer. 9. The transducer of claim 8, wherein said transducer is absent extending completely therethrough.
膜された表面の間に挟まれた非導電性の圧電性材料から
なる請求項1のトランスデューサ。11. The transducer of claim 1 wherein said conductive film comprises a non-conductive piezoelectric material sandwiched between first and second metallized surfaces.
スペーサに接触しており、さらに、 (a)前記膜の前記第2の金属被膜された表面と、少な
くとも1つのバックプレートの電極とに接続された直流
源と、 (b)前記膜を圧電的に駆動するために、該膜の前記第
1及び第2の金属被膜された表面に接続された交流源を
含む、請求項11のトランスデューサ。12. The first metallized surface is in contact with the spacer, and further comprising: (a) the second metallized surface of the film and at least one backplate electrode. And (b) an AC source connected to the first and second metallized surfaces of the film to piezoelectrically drive the film. Transducer.
と、前記少なくとも1つのバックプレートの電極とに接
続されて、前記圧電性の交流源に関連して互いに強め合
って、前記膜を静電気的に駆動するための交流源をさら
に含む請求項12のトランスデューサ。13. The membrane connected to the second metallized surface of the membrane and an electrode of the at least one backplate to reinforce each other in connection with the piezoelectric ac source. 13. The transducer according to claim 12, further comprising an AC source for electrostatically driving the.
周波数を有するキャビティを形成することからなり、さ
らに、異なるくぼみの深さのそれぞれについて、前記機
械共振周波数に相応する周波数に同調された個別の共振
駆動回路を含む、請求項2のトランスデューサ。14. An indentation of different depth comprising a cavity having a different mechanical resonance frequency, and for each of the different indentation depths an individual tuned to a frequency corresponding to said mechanical resonance frequency. 3. The transducer of claim 2, comprising:
駆動回路が、前記機械共振周波数に相応する電気共振を
提供するために、前記トランスデューサの容量に結合さ
れたインダクタを備えることからなる請求項14のトラ
ンスデューサ。15. The transducer of claim 14, wherein each drive circuit comprises an inductor coupled to the capacitance of the transducer to provide an electrical resonance corresponding to the mechanical resonance frequency. Transducer.
て延び、あるパターンで配置された一連の開口とを有す
る誘電性のスペーサと、 (b)前記開口のパターンに一致する少なくとも1つの
電極と、交流信号を前記少なくとも1つの電極に結合す
るための手段とを有し、前記スペーサの第1の表面に配
置されるバックプレートと、 (c)前記スペーサの第2の表面に配置された導電性の
膜と、 (d)前記バックプレート及び前記導電性の膜を、前記
スペーサの前記第1及び第2の表面に密着させるための
手段であって、前記開口が、予め決められた周波数でそ
れぞれが共振するキャビティを形成することからなる手
段とからなる音波トランスデューサ。16. An acoustic transducer comprising: (a) a dielectric spacer having a pair of opposing surfaces and a series of apertures extending therethrough and arranged in a pattern; (B) a back plate having at least one electrode matching the pattern of the openings and means for coupling an alternating signal to the at least one electrode, the back plate being disposed on a first surface of the spacer; (C) a conductive film disposed on the second surface of the spacer; and (d) a conductive film for adhering the back plate and the conductive film to the first and second surfaces of the spacer. Means, wherein the apertures form cavities that each resonate at a predetermined frequency.
る、実質的に非導電性の圧電性膜と、 (b)少なくとも1つの電極からなるバックプレート
と、 (c)前記膜と前記少なくとも1つの電極の間に、複数
の共振キャビティを作成するための手段と、 (d)前記膜を前記共振キャビティの中に押し込むため
の手段と、 (e)前記膜の両端に接続された交流源とからなる音波
トランスデューサ。17. An acoustic transducer comprising: (a) a substantially non-conductive piezoelectric film having a pair of opposing conductive surfaces; and (b) at least one electrode. (C) means for creating a plurality of resonant cavities between the film and the at least one electrode; (d) means for forcing the film into the resonant cavity; (E) a sound wave transducer comprising an AC source connected to both ends of the film.
前記手段が、前記膜と前記少なくとも1つの電極との間
に誘電性のスペーサを含み、該スペーサが、キャビティ
を形成するくぼみを有することからなる請求項17のト
ランスデューサ。18. The method according to claim 18, wherein said means for creating a plurality of resonant cavities includes a dielectric spacer between said membrane and said at least one electrode, said spacer having a cavity forming a cavity. 18. The transducer according to claim 17, wherein
前記手段が、前記少なくとも1つの電極の上部に隔置さ
れた、穿孔されたプレートを含むことからなる請求項1
7のトランスデューサ。19. The apparatus of claim 1 wherein said means for creating a plurality of resonant cavities comprises a perforated plate spaced above said at least one electrode.
7 transducers.
方法であって、異なる深さのくぼみが、異なる機械共振
周波数を有するキャビティを形成し、該方法が、 (a)異なるくぼみの深さのそれぞれについて、前記機
械共振周波数に相応する周波数に同調された個別の共振
駆動回路を設けるステップと、 (b)前記キャビティを、それに同調された前記それぞ
れの駆動回路で駆動するステップとからなること。20. The method of driving a transducer of claim 2, wherein the recesses of different depths form cavities having different mechanical resonance frequencies, the method comprising: (a) each of the different recess depths; Providing a separate resonant drive circuit tuned to a frequency corresponding to the mechanical resonance frequency; and (b) driving the cavity with the respective drive circuit tuned thereto.
駆動回路が、前記機械共振周波数に相応する電気共振を
提供するために、前記トランスデューサの容量に結合さ
れたインダクタを備えることからなる請求項20の方
法。21. The transducer of claim 20, wherein each drive circuit comprises an inductor coupled to the capacitance of the transducer to provide an electrical resonance corresponding to the mechanical resonance frequency. the method of.
を有する、実質的に非導電性の圧電性膜、少なくとも1
つの電極からなるバックプレート、及び、前記膜と前記
少なくとも1つの電極の間に複数の共振キャビティを作
成するための手段とを含む音波トランスデューサを動作
させる方法であって、該方法が、 (a)前記膜を前記共振キャビティの中に押し込むステ
ップと、 (b)前記膜の両端に交流信号を加えるステップとから
なること。22. A substantially non-conductive piezoelectric film having a pair of opposing conductive surfaces, at least one
A method of operating a sonic transducer comprising a backplate comprising two electrodes and means for creating a plurality of resonant cavities between said membrane and said at least one electrode, comprising: (a) Forcing the film into the resonant cavity; and (b) applying an AC signal to both ends of the film.
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