CN102685284B - 电子装置 - Google Patents

Abstract

一种电子装置，包括一导电基板、一驻极体振动膜、多个间隔物、一第一电极以及两个第二电极。前述驻极体振动膜包含一声波发射部以及两个声波接收部，其中声波发射部位于声波接收部之间。前述间隔物设置于导电基板与驻极体振动膜之间，第一电极设置在声波发射部上，两个第二电极则分别设置于声波接收部上。

Description

电子装置

技术领域

本发明是有关于一种电子装置，特别是有关于一种设有声波换能器(acoustic transducer)的电子装置。

背景技术

随着科技的进步，触控屏幕(Touch Screen)已被广泛地应用于移动电话和其它可携式电子装置中，惟此种接触式的界面并无法具有感测外界物体的能力。另一方面，虽然常见的测距装置或倒车雷达(Backup Sensor)可通过发出并接收声波以感测外界物体，但通常仅能针对单一方向进行测距，且无法实时地检测出物体的运动方向与速度；有鉴于此，如何将声波换能器结合于电子装置中，藉以使电子装置可具有感测外界物体的能力，已成为相关技术领域中的一重要发展趋势。

发明内容

本发明的一实施例提供一种电子装置，包括一导电基板、一驻极体振动膜、多个间隔物、一第一电极以及两个第二电极。前述导电基板具有多个开孔，前述驻极体振动膜包含一声波发射部以及两个声波接收部，其中声波发射部位于声波接收部之间。前述间隔物设置于导电基板与驻极体振动膜之间，第一电极设置在声波发射部上，两个第二电极则分别设置于声波接收部上。前述第一电极与导电基板电性耦合，藉以通过声波发射部发出一声波信号；前述第二电极与导电基板电性耦合，其中声波接收部接收前述声波信号并产生震动，使得第二电极和导电基板之间的电场产生变化。

于一实施例中，前述声波发射部以及声波接收部大致沿着一第一轴向排列，且第二电极的中心点于一第二轴向上的坐标位置不同，其中第二轴向垂直于第一轴向。

于一实施例中，前述第二电极的位置对称于第一电极。

于一实施例中，由前述声波发射部发出的声波信号经过一物体反射后被声波接收部所接收，藉以感测前述物体的运动状态。

于一实施例中，前述声波信号的频率介于18K～22K Hz之间。

于一实施例中，前述驻极体振动膜含有氧化硅、铁氟龙(TFE)、膨体拒四氯乙烯(ePTFE)、或其它含氟的高分子材料。

于一实施例中，前述第一、第二电极含有铝(Al)、铬(Cr)或铟锡氧化物(Indium tin oxide)。

于一实施例中，前述如导电基板为金属材质所制成。

于一实施例中，前述间隔物为绝缘材质所制成。

于一实施例中，前述驻极体振动膜的厚度介于5～50um，第一、第二电极的厚度介于0.7～1um，且间隔物的厚度介于50-500um。

于一实施例中，前述电子装置还包括一线圈，其中线圈设置于驻极体振动膜上并且环绕前述第一电极。

于一实施例中，前述种电子装置还包括一数字信号处理器、一编解码电路，其中编解码电路具有一音频功率放大器以及两个麦克风放大器，数字信号处理器连接音频功率放大器的输入端与前述麦克风放大器的输出端。前述音频功率放大器的输出端耦接前述第一电极与导电基板，此外麦克风放大器的输入端耦接前述第二电极与导电基板。

于一实施例中，前述电子装置还包括一变压元件，其中变压元件的输入端连接音频功率放大器，变压元件的输出端则连接第一电极和导电基板。

于一实施例中，前述电子装置还包括两个结型场效应晶体管，其中结型场效应晶体管的输入端连接前述第二电极和导电基板，输出端则连接麦克风放大器。

于一实施例中，前述电子装置还包括一线圈，设置于驻极体振动膜上并且环绕前述第一电极。

于一实施例中，前述音频功率放大器的输出端电性连接线圈。

为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合所附图式做详细说明。

附图说明

图1表示本发明一实施例的电子装置示意图；

图2表示本发明一实施例的声波换能器俯视图；

图3A表示图2中的声波换能器沿X2-X2’方向的剖视图；

图3B表示本发明一实施例的导电基板示意图；

图4表示本发明一实施例的声波换能器检测物体运动时的示意图；

图5表示本发明另一实施例的声波换能器示意图；以及

图6表示图5中的声波换能器与电子装置内部电路系统耦合的示意图。

[主要元件标号说明]

导电基板         10         开孔           11

驻极体振动膜     20         间隔物         30

声波换能器       100        变压元件       210

结型场效应晶体管 220        编解码电路     300

音频功率放大器   310        麦克风放大器   320

数字信号处理器   400        线圈           C

电子装置         E          第一电极       M1

第二电极         M2         声波发射部     P

声波接收部       R

具体实施方式

首先请参阅图1，本发明一实施例的电子装置E例如为一移动电话，其中在电子装置E的显示屏幕上方设有一声波换能器100。需特别说明的是，前述声波换能器100除了具有麦克风(microphone)以及微型喇叭(microspeaker)的功能外，还可同时作为一感测器，用以感测电子装置前方物体的运动状态。

接着请一并参阅图2、3A，前述声波换能器100主要包括一导电基板10、一驻极体振动膜20、多个间隔物30、一第一电极M1以及两个第二电极M2。如图3A所示，前述间隔物30设置于导电基板10和驻极体振动膜20之间，藉以在导电基板10和驻极体振动膜20之间形成空隙。

需特别说明的是，由于驻极体振动膜20与间隔物30的接合处为固定端且不会产生震动，因此前述驻极体振动膜20可在相邻的两个间隔物30之间形成一声波发射部P以及两个声波接收部R(如图2、3A所示)，其中声波发射部P用以发射声波信号，而位在声波发射部P两侧的声波接收部R则可接收前述声波信号。

在本实施例中，第一电极M1和两个第二电极M2分别设置于驻极体振动膜20的声波发射区部P以及声波接收部R上，且两个第二电极M2所处的位置是对称于第一电极M1；当第一电极M1与下方导电基板10之间的电场产生变化时，会驱使声波发射区部P产生震动并发出特定的声波信号。应了解的是，当声波发射区部P所发出的声波信号经过物体反射后，可通过声波接收部R接收该声波信号并产生相对应的震动，由于此时第二电极M2与导电基板10之间的电场会产生变化，藉此可将前述声波信号转换成为对应的电压信号，进而可感测物体的位置及运动情形。

由图2、3A中可以看出，前述声波发射部P以及声波接收部R是大致沿着X轴方向(第一轴向)排列，其中第二电极M2的中心点于Y轴方向(第二轴向)上的坐标位置不同；换言之，前述两个第二电极M2除了在X轴方向上相隔一特定距离外，在Y轴方向上的位置也有所差异，藉此可利用声波换能器100来感测物体在X轴与Y轴方向上的位置和运动情形。请参阅图4，当一物体(例如使用者的手)位于声波换能器100的左上方时，声波发射部P所产生的声波信号会经由物体反射，接着会被左侧的声波接收部R所接收，此时可通过第二电极M2与导电基板10之间的电场变化产生对应的电压信号，藉以得知物体的实际位置。

然而，当物体由声波换能器100的左上方移动到右下方时，声波发射部P所产生的声波信号则会经由物体反射后而被右侧的声波接收部R接收，接着可通过第二电极M2与导电基板10之间的电场变化产生对应的电压信号，藉以得知物体的实际位置。由于在物体运动的过程中，两个第二电极M2所产生电压信号的时间点不同，因此仅需计算两者所间隔的时间差，即可得知物体的运动方向与速度。

再请一并参阅图3A、3B，本实施例中的导电基板10可为金属材质所制成，并且在导电基板10上形成有多个开孔11，用以释放驻极体振动膜20震动时所产生的压力。此外，前述间隔物30可以是绝缘或导电材质，前述第一、第二电极M1、M2例如可含有铝(Al)、铬(Cr)或铟锡氧化物(Indium tin oxide，ITO)；前述驻极体振动膜20则可含有氧化硅、铁氟龙(TFE)、膨体聚四氯乙烯(ePTFE)或者其它含氟的高分子材料。应了解的是，本实施例中的驻极体振动膜20厚度约介于5～50um，第一、第二电极M1、M2的厚度约介于0.7～1um，间隔物的厚度则约介于50-500um。

于另一实施例中，亦可在驻极体振动膜20上的第一电极M1周围设置一线圈C(如图5所示)，前述线圈C可与一助听器(Hearing aid receiver)内的线圈相互感应，藉以让使用者可通过助听器接收音频信号。图6表示图5中的声波换能器100与电子装置E内部电路系统耦合的示意图，如图6所示，本实施例的电子装置E内部设有一编解码电路300以及一数字信号处理器400，其中编解码电路300具有一音频功率放大器310以及两个麦克风放大器320，前述数字信号处理器400分别连接音频功率放大器310的输入端以及麦克风放大器320的输出端。应了解的是，声波换能器100上的第一电极M1和导电基板10耦接于音频功率放大器310的输出端，而声波换能器100上的两个第二电极M2和导电基板10则耦接于麦克风放大器320的输入端。

由图6中可以看出，在电子装置E内部还设有一变压元件210，其中变压元件210的输入端连接音频功率放大器310，输出端则连接声波换能器100上的第一电极M1和导电基板10，藉此可将音频功率放大器310的输出电压由2V升高到110V，进而可驱动声波发射部P发出声波；此外，音频功率放大器310的输出端亦可同时连接第一电极M1周围的线圈C，藉以方便使用者通过助听器接收音频信号。

更进一步地，在本实施例的电子装置E内部还可额外设置两个结型场效应晶体管220，其中每个结型场效应晶体管220的输入端连接第二电极M2和导电基板10，输出端则连接前述麦克风放大器320，藉此可达到阻抗匹配的目的。

综上所述，本发明主要是提供一种具有声波换能器的电子装置，其中通过在驻极体振动膜上形成一声波发射区部以及两个声波接收部，可利用声波反射来检测物体的位置与运动方向。特别地是，前述两个声波接收部不仅在X轴方向(第一轴向)上相隔一距离，在Y轴方向(第二轴向)上的坐标位置也不相同，因此电子装置可感测物体在二维平面(XY平面)上的位置与运动情形。

需特别说明的是，由于前述电子装置中的声波换能器同时也具备有传统麦克风以及微型喇叭的功能，因此亦可作为一般移动电话或电子装置的收/发话器。举例而言，前述声波换能器可使用介于18K～22K Hz之间的信号频段(涵盖部分人耳听觉频段以及超音波频段)，并且可直接与已知移动电话中的音频编解码电路(Audio Codec)作结合，毋需额外增设编解码器，因此能广泛地应用在各式移动电话或智能型手机等电子装置之中。

虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (15)

1.一种电子装置，包括：

一导电基板，具有多个开孔；

一驻极体振动膜，包含有一声波发射部以及两个声波接收部，其中该声波发射部位于该两个声波接收部之间；

多个间隔物，设置于该导电基板与该驻极体振动膜之间，藉以在该驻极体振动膜上定义出该声波发射部以及该两个声波接收部；

一第一电极，设置于该声波发射部上，其中该第一电极与该导电基板电性耦合，藉以通过该声波发射部发出一声波信号；以及

两个第二电极，分别设置该两个声波接收部上，且该两个第二电极与该导电基板电性耦合，其中该两个声波接收部接收该声波信号并产生震动，使得该两个第二电极和该导电基板之间的电场产生变化，该声波发射部以及该两个声波接收部大致沿着一第一轴向排列，且该两个第二电极的中心点于一第二轴向上的坐标位置不同，其中该第二轴向垂直于该第一轴向。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其中该两个第二电极的位置对称于该第一电极。

3.根据权利要求1所述的电子装置，其中由该声波发射部发出的该声波信号经过一物体反射后被该两个声波接收部所接收，藉以感测该物体的运动状态。

4.根据权利要求1所述的电子装置，其中该声波信号的频率介于18K～22K Hz之间。

5.根据权利要求1所述的电子装置，其中该驻极体振动膜含有氧化硅、铁氟龙、膨体拒四氯乙烯、或其它含氟的高分子材料。

6.根据权利要求1所述的电子装置，其中该第一、第二电极含有铝、铬或铟锡氧化物。

7.根据权利要求1所述的电子装置，其中该导电基板为金属材质所制成。

8.根据权利要求1所述的电子装置，其中该间隔物为绝缘材质所制成。

9.根据权利要求1所述的电子装置，其中该驻极体振动膜的厚度介于5～50um，该第一、第二电极的厚度介于0.7～1um，且该间隔物的厚度介于50-500um。

10.根据权利要求1所述的电子装置，其中该电子装置还包括一线圈，该线圈设置于该驻极体振动膜上并且环绕该第一电极。

11.根据权利要求1所述的电子装置，其中该电子装置还包括一编解码电路以及一数字信号处理器，该编解码电路具有一音频功率放大器以及两个麦克风放大器，该数字信号处理器连接该音频功率放大器的输入端与该两个麦克风放大器的输出端，其中该音频功率放大器的输出端耦接该第一电极与该导电基板，且该两个麦克风放大器的输入端耦接该两个第二电极与该导电基板。

12.根据权利要求11所述的电子装置，其中该电子装置还包括一变压元件，该变压元件的输入端连接该音频功率放大器，该变压元件的输出端连接该第一电极和该导电基板。

13.根据权利要求11所述的电子装置，其中该电子装置还包括两个结型场效应晶体管，该两个结型场效应晶体管的输入端连接该两个第二电极和该导电基板，该两个结型场效应晶体管的输出端连接该两个麦克风放大器。

14.根据权利要求11所述的电子装置，其中该电子装置还包括一线圈，该线圈设置于该驻极体振动膜上并且环绕该第一电极。

15.根据权利要求14所述的电子装置，其中该音频功率放大器的输出端电性连接该线圈。