CN103250430A - 振荡器设备和电子仪器 - Google Patents

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Abstract

每个压电振子110包括弹性构件112和压电元件111。压电元件111被附接于弹性构件112。支撑构件120具有开口。多个压电振子110被沿着第一方向布置在开口中。优选的是多个压电振子110具有相同的基本谐振频率。另外，优选的是压电振子110的排列间隔等于或小于基本谐振频率的波长的一半。

Description

振荡器设备和电子仪器
技术领域
本发明涉及具有压电振子（piezoelectric vibrators）的振荡器设备和使用该振荡器设备的电子仪器。
背景技术
在蜂窝电话中，需要增强诸如视频电话呼叫、活动图像再现或免提功能的声音功能。因此，期望被制造得小且具有大音量水平的电声换能器在不增加电声换能器的大小的情况下输出高功率。另外，从隐私保护的观点出发，还需要能够仅在特定位置处形成声场的超方向性（superdirective）扬声器。超方向性扬声器的示例，已经开发了一种参数扬声器（parametric speaker），其使用用于声音等的载波的超声波来通过空中的非线性性将超声波解调。
目前，已经提出了各种类型的上述电声换能器（例如，专利文献1和2）。
相关文献
专利文献
[专利文献1]      PCT日本专利国内再公开号WO2008/142867
[专利文献2]      日本未审查专利公开号11-331985。
发明内容
当超声波的方向性被缩窄时，类似于相控阵方法，一种方法是适合的，其中，通过组成由于来自阵列探针（array probe）的定时的改变而振荡的超声波来生成主束，多个细小超声波振子被布置在所述阵列探针中。当采用该方法时，需要将多个压电振子布置成阵列，并且因此，振荡器设备的大小增加。
鉴于这种情况设计了本发明，并且其目的是提供一种具有高方向性的小尺寸振荡器设备和使用该振荡器设备的电子仪器。
本发明的振荡器设备包括多个压电振子，其中的每一个具有弹性构件和被附接于该弹性构件的压电元件，以及支撑多个压电振子的支撑构件。该支撑构件具有开口。多个压电振子被沿着第一方向布置在开口中。
本发明的第一电子仪器具有本发明的振荡器设备以及使得振荡器设备输出超声波的振荡驱动单元，所述超声波被解调成可听区的声波。
本发明的第二电子仪器具有本发明的振荡器设备、使得振荡器设备输出超声波的振荡驱动单元、检测具有与超声波相同的频率的声波的超声波检测单元以及基于所检测的超声波来测量到待测量对象的距离的距离测量单元。
根据本发明的振荡器设备，在不增加振荡器设备的大小的情况下增加振荡器设备的方向性是可能的。
附图说明
根据下述优选实施例和随后的附图，上述目的、其他目的、特征和优点将进一步清楚。
图1是示出作为根据本发明的实施例的振荡器设备的电声换能器的结构的示意性平面图。
图2是示出电声换能器的主要部分的结构的示意性垂直横截面前视图。
图3是示出根据修改示例的电声换能器的主要部分的结构的示意性垂直横截面前视图。
图4是示出根据修改示例的电子仪器的配置的图。
具体实施方式
在下文中，将参考图1和2来描述电声换能器100，其为实施例的振荡器设备。如图1中所示，实施例的电声换能器100具有多个压电振子110和支撑构件120。每个压电振子110具有弹性构件112和压电元件111。压电元件111被附接于弹性构件112。支撑构件120具有开口。多个压电振子110被沿着第一方向（图1中的水平方向）布置在开口中。
更具体地，弹性构件112具有伸长形状，例如长方形（oblong）形状。弹性构件112由例如磷青铜或不锈钢形成。弹性构件112的厚度优选地等于或超过5μm且等于或小于500μm。另外，优选的是弹性构件112具有纵向弹性模块，其为指示刚性的指数，刚性等于或超过1 Gpa且等于或小于500 GPa。
当在平面图中看时，压电元件111被设置在弹性构件112的中心。压电元件111由例如压电陶瓷形成，但是可以由具有压电性质的有机材料形成。面对弹性构件112的压电元件111的表面完全被弹性构件112约束。
支撑构件120的外部具有长方形形状，并且开口也具有长方形形状。在开口中未形成波束等。弹性构件112的短边被固定于支撑构件120的开口的长边的侧表面。在图中所示的示例中，位于开口内部的所有压电振子110被沿着第一方向布置成行。
同时，多个压电振子110具有相同的基本谐振频率。所述多个压电振子110的排列间隔（arrangement pitch）X1等于或小于压电振子的基本谐振频率的一半。以如下这样的方式规则地布置压电振子110：当在平面图中看时共有（mutual）振动表面在支撑构件120中不相互重叠。另外，压电振子110的机械品质系数Q被调整为等于或超过50。
另外，压电振子110的宽度与弹性构件112的相同。换言之，压电振子110在弹性构件112的中心部分中纵贯整个宽度定位。此外，驱动电路130被连接到多个压电振子110。驱动电路130通过向压电振子110输入振荡信号来输出声波。例如，振荡信号具有与压电振子110的基本谐振频率相同的频率。
详细地，当信号被输入到压电振子110的压电元件111时，压电元件111和弹性构件112膨胀地和收缩地移动。通过膨胀和收缩振动生成声波。声波是例如具有20 kHz或更多的频率的超声波。由于压电元件111具有高机械品质系数Q，所以能量集中于基本谐振频率的附近。因此，可以在基本谐振频率中获得高声压级，但是声压在其他频带中衰减。
当振荡器设备被用作参数扬声器时，振荡器设备需要使局限于特定频率的超声波振荡。因此，存在压电元件111具有高机械品质系数Q的优点。另外，压电振子110的基本谐振频率受到压电元件111的形状和大小的影响。优选的是减小压电元件111的大小以便将谐振频率调整至高频带，例如超声波频带。因此，存在用于电声换能器100的大小的减小的趋势。
同时，当振荡器设备充当参数扬声器时，驱动电路130使得压电振子110使超声波振荡，对该超声波执行例如FM（调频）或AM（调幅）。超声波通过空中的非线性状态（稀疏和密集状态）被解调成可听声音。
当振荡器设备充当参数扬声器时，超声波具有高直线性（straightness），并且因此可能形成具有超方向性的声场。同时，优选的是从布置成阵列的多个压电振子110辐射声波以便控制声波的方向性，例如相控阵方法。甚至在电声换能器100中，压电振子110也被布置成一维阵列。
在下文中，将描述实施例的操作和效果。在实施例的电声换能器100中，多个压电振子110被沿着第一方向布置在提供于支撑构件120中的相同开口中。因此，可能使相邻压电振子110相互接近。因而，从相邻压电振子110振荡的声波的相位变成彼此相反的相位，并且因此防止声波相互抵消是可能的。因此，可以以高效率缩窄声波的方向性。
特别地，在实施例中，压电元件111被设置在所有压电振子110的弹性构件112的中心部分。压电振子110的机械品质系数Q是高的。因此，可能使得压电振子110中的最强地辐射声波的部分相互邻近。因此，上述效果变得明显。
同时，当驱动电路130驱动多个压电元件111时，相同驱动信号可以被输入到所有压电元件111，或者可以单独地控制将被输入到多个压电元件111的驱动信号。在后一种情况下，可以精细地控制声波的方向性。
同时，本发明不限于实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下允许其各种修改。例如，图2中所示的压电振子110具有其中仅在弹性构件112的一个表面上提供压电元件111的单形态（unimorph）结构。然而，类似于图3中所示的电声换能器200，可以使用具有双形态（bimorph）结构的压电振子210，其中，在弹性构件112的两个表面上提供压电元件111。在这种情况下，可以增加压电振子110的输出。
另外，在以上实施例中，假设压电元件111由一个压电层组成。然而，压电元件111可以具有分层结构，其中，压电层和电极层被交替地堆叠在其上面（未示出）。
此外，在根据以上实施例的电子仪器中，用于输出可听声音的驱动电路130被连接到电声换能器100。然而，如图4中所示，电子仪器可以是包括电声换能器100的声纳、使得电声换能器100输出超声波的振荡驱动单元140、检测具有与从电声换能器100振荡的超声波相同的频率的声波（例如，待测量的对象反射的超声波）的超声波检测单元150以及基于所检测的超声波来测量到待测量对象的距离的距离测量单元160。
同时，理所当然的是，在其内容并不相互冲突的范围内可以将上述实施例和上述修改示例组合。另外，在上述实施例和上述修改示例中，已详细地描述了每个部件的结构等，但是在满足本发明的范围内可以以各种方式来修改该结构。
本申请要求基于2010年12月20日提交的日本专利申请号2010-282662 的优先权，其内容被通过引用结合到本文中。

Claims (8)

1.一种振荡器设备，包括：
多个压电振子，其中的每一个具有弹性构件和被附接于弹性构件的压电元件；以及
支撑构件，其支撑所述多个压电振子，
其中，支撑构件具有开口，以及
其中，所述多个压电振子被沿着第一方向布置在开口中。
2.根据权利要求1所述的振荡器设备，
其中，所述多个压电振子具有相同的基本谐振频率，以及
其中，压电振子的排列间隔等于或小于基本谐振频率的波长的一半。
3.根据权利要求1或2所述的振荡器设备，其中，压电振子的机械品质系数Q等于或超过50。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的振荡器设备，其中，弹性构件具有长方形形状，并且长方形形状的两个短边受到支撑构件的支撑。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的振荡器设备，其中，位于开口内部的所有弹性构件被沿着第一方向布置。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的振荡器设备，其中，压电振子在弹性构件的两个表面中的每一个上具有压电元件。
7.一种电子仪器，包括：
根据权利要求1至6中的任一项所述的振荡器设备；以及
振荡驱动单元，其使得振荡器设备输出被解调成可听区的声波的超声波。
8.一种电子仪器，包括：
根据权利要求1至6中的任一项所述的振荡器设备；
振荡驱动单元，其使得振荡器设备输出超声波；
超声波检测单元，其检测具有与超声波相同的频率的声波；以及
距离测量单元，其基于所检测的超声波来测量到待测量对象的距离。
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