CN109479168A - 透明参数换能器和相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种透明超声波发射器，其包括：第一透明导电层；第二透明导电层；以及设置在超声波音频扬声器的第一透明导电层和第二透明导电层之间的多个透明间隔物，该透明间隔物具有厚度并被布置成限定在第一透明层和第二透明层之间的开放区域。

Description

透明参数换能器和相关方法
相关申请的交叉引用
本申请是2015年1月23日提交的题目为“Transparent Parametric Emitter”的美国发明申请No.14/604,565的部分继续申请并要求其权益，所述申请是2014年7月14日提交的题目为“Transparent Parametric Emitter”的美国发明申请No.14/330,794(其于2015年3月10日作为美国专利No.8,976,997发布)以及2013年10月17日提交的题目为“Transparent Parametric Transducer and Related Methods”的美国发明申请No.14/056,878(其于2016年2月9日作为美国专利No.9,258,651发布)的部分继续申请并要求其权益，上述申请中的每个通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开总体涉及参数扬声器。更具体地，一些实施例涉及透明超声波发射器。
背景技术
参数声音是基本上新的音频类别，其依赖于音频信号与超声波载波的非线性混合。该技术的关键促成因素之一是高振幅、高效的超声波源，这里称为发射器或换能器。超声波发射器可以通过各种不同的基本机制产生，例如压电、静电和热声等。静电发射器通常是由具有气隙的两个导电面组成的电容器件，其中至少一个导电面具有对发射器的功能至关重要的纹理。
非线性转换是由于将足够强烈的音频调制超声波信号引入空气柱而产生的。沿着空气柱发生自解调或下转换，从而产生可听声信号。由于已知的物理原理而发生该过程，所述物理原理为当在同一介质中同时辐射具有不同频率的两个声波时，通过两个声波的非线性(参数)交互产生包括两个频率的和与差的调制波形。当两个原始声波是超声波并且它们之间的差被选择为音频时，可以通过参数交互产生可听声音。
参数音频再现系统通过在诸如空气的介质中发生的非线性过程中的两个声信号的外差来产生声音。声信号通常在超声频率范围内。介质的非线性导致由介质产生的声信号，即声信号的和与差。因此，在频率上分离的两个超声信号可以导致在人类听觉的60Hz到20,000Hz的范围内的差异音调。
发明内容
本文描述的技术的实施例包括超声波音频扬声器系统，其包括超声波发射器。在各种实施例中，发射器是透明发射器，其配置有足够的透明度，使得其可以被定位在用于内容设备的显示器的屏幕上方或者被实施为用于内容设备的显示器的屏幕。各种实施例中的透明超声波音频扬声器包括发射器和驱动器。
在一个实施例中，超声波音频扬声器包括：第一透明导电层；第二透明导电层；以及设置在超声波音频扬声器的第一透明导电层和第二透明导电层之间的多个透明间隔物，该透明间隔物具有厚度并且被布置成限定在第一透明层和第二透明层之间的开放区域。
在一个实施例中，第一透明导电层包括与第一非导电层相邻的第一导电层，并且第二透明导电层包括与第二非导电层相邻的第二导电层。可以包括硬涂层并将其设置在第一透明导电层上。
间隔物可以包括设置在第一透明导电层和第二透明导电层之间的透明结构的图案，并且间隔物可以具有选择的尺寸以限定超声波音频扬声器的共振频率。间隔物可以包括在第一透明导电层和第二透明导电层之间以图案布置的多个透明点(dot)。在其他实施例中，间隔物可以包括在第一透明导电层和第二透明导电层之间以图案布置的多个透明脊。透明脊可以包括多个平行脊、多个交叉脊或多个布置为同心环的脊。
超声波音频扬声器可以具有共振频率，其可以由第一透明层和第二透明层之间的开放区域的体积和第一透明层的厚度限定。
超声波音频扬声器可以被配置为使得第一透明层和第二透明层以及设置在两层之间的透明间隔物在可见光谱中具有大于80％的组合透射率。超声波音频扬声器可以设置在内容设备的显示屏上。
在又一个实施例中，一种电子内容设备，其包括：电源；内容引擎，其被耦合以从电源接收功率并产生表示音频内容的电信号和表示显示内容的电信号；显示器，其被耦合到内容引擎，并被配置为接收表示显示内容的电信号并且生成显示内容的视觉表示；以及透明超声波载波音频发射器，其设置在显示器上。透明超声波载波音频发射器可以包括超声波音频扬声器，该超声波音频扬声器包括：第一透明导电层；第二透明导电层；以及设置在超声波音频扬声器的第一透明导电层和第二透明导电层之间的多个透明间隔物，该透明间隔物具有厚度并被布置成限定在第一透明层和第二透明层之间的开放区域。
电子内容设备还可以包括：调制器，该调制器被耦合以接收表示音频内容的电信号，并且将接收的电信号调制到超声波载波上；以及驱动器电路，其具有两个输入端和两个输出端，所述输入端被配置为被耦合以接收调制到超声波载波信号上的音频内容，其中第一输出端耦合到透明导体，并且第二输出端耦合到部分开放的透明导电层。
超声波发射器可以具有由透明层之间的间隔和间隔物的尺寸限定的共振频率。
间隔物可以具有选择的尺寸以限定超声波音频扬声器的共振频率。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的其他特征和方面将变得显而易见，附图通过示例的方式示出了根据本发明的实施例的特征。发明内容非旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求限定。
附图说明
根据一个或多个各种实施例，参考附图详细描述了本发明。提供附图仅用于说明的目的，并且仅描绘了本发明的典型或示例实施例。提供这些附图是为了便于读者理解本文所描述的系统和方法，并且不应视为限制所要求保护的发明的广度、范围或适用性。
本文包括的一些附图从不同的视角示出了本发明的各种实施例。尽管所附的描述性文本可以将其中描述的元件称为在装置的“顶部”、“底部”或“侧面”，但是除非另外明确说明，否则这些参考仅仅是描述性的，并不暗示或要求以特定的空间取向实施或使用本发明。
图1是示出适合于与本文描述的发射器技术一起使用的超声波声音系统的示意图。
图2是示出适合于与本文描述的发射器技术一起使用的信号处理系统的另一示例的示意图。
图3A是示出根据本文描述的技术的一个实施例的示例发射器的分解视图。
图3B是示出根据本文描述的技术的一个实施例的示例发射器的分解视图。
图3C是示出根据本文描述的技术的一个实施例的示例发射器的分解视图。
图4是示出根据图3A中所示的示例的组装发射器的横截面图的示意图。
图5是示出透明参数发射器的进一步实施例的示意图。
图6是示出透明参数发射器的另一实施例的示意图。
图7是示出透明参数发射器的另一实施例的示意图。
图8是示出根据本文描述的技术的各种实施例的间隔物图案的示例的示意图。
图9是示出可用于驱动本文公开的发射器的简单驱动器电路的另一示例的示意图。
图10是示出可用于形成罐芯(pot-core)电感器的罐芯的示例的剖视图的示意图。
图11是根据本文描述的技术的一个实施例的发射器和附带的内容设备的分解视图，其中所述发射器与附带的内容设备合并。
图12A是示出应用于智能电话的屏幕的发射器(例如，发射器6)的示例的示意图。
图12B是示出应用于平板电视的屏幕的发射器(例如，发射器6)的示例的示意图。
图12C是示出应用于便携式GPS设备的屏幕的发射器(例如，发射器6)的示例的示意图。
图12D是示出应用于数码相机的屏幕的发射器(例如，发射器6)的示例的示意图。
图12E是示出应用于手持游戏设备的屏幕的发射器(例如，发射器6)的示例的示意图。
图13是示出经配置以为两个音频通道提供超声波载波音频的双通道发射器的一个示例配置的示意图。
图14A示出弧形配置的发射器的示例。
图14B示出弧形配置的发射器的示例的透视图。
图15A示出圆柱形配置的发射器的示例。
图15B示出圆柱形配置的发射器的示例的透视图。
附图不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。应当理解，本发明可以通过修改和改变来实践，并且本发明仅受权利要求及其等同物的限制。
具体实施方式
本文描述的系统和方法的实施例提供用于各种不同应用的特超声(HyperSonicSound，HSS)音频系统或其他超声波音频系统。某些实施例提供用于超声波载波音频应用的超声波发射器。优选地，超声波发射器使用由透明绝缘层隔开的玻璃或其他透明材料上的导电层或区域制成，使得发射器具有高透明度。
因此，在一些实施例中，发射器足够透明，使得其可以定位在内容回放或显示设备的显示屏上或显示屏的前面，以向设备的用户提供定向音频。在其他实施例中，可以提供发射器来代替内容回放或显示设备的显示屏。内容显示设备(例如膝上型计算机、平板计算机、计算机和其他计算设备、智能手机、电视、PDA、移动设备、mp3和视频播放器、数码相机、导航系统、销售点终端和其他内容显示器)正在变得更小且更轻，并且被设计有考虑到的省电功能。
由于这种内容设备的尺寸缩小，所以在设备封装中包括音频扬声器的可用空间较少。常规的音频扬声器通常利用共振腔更好地工作，并且还在需要从扬声器锥体相对较大程度移动的频率下共振。因此，在设备封装中需要足够的空间来容纳这种扬声器。对于其中显示器以及因此设备变得越来越薄的现代内容设备，这可能变得特别具有挑战性。此外，造成这一挑战的事实是，现代内容设备通常被设计成使得设备的正面主要由显示屏占据，显示屏仅由小的装饰边框围绕。因此，在给定这些尺寸限制的情况下，利用常规的声学音频扬声器实现期望的音频输出变得越来越困难。而且，常规的声学音频扬声器往往不是高度定向的。因此，难以将常规的音频信号专门地“引导”到预期的收听者位置。
因此，在一些实施例中，一个或多个透明参数发射器设置在设备的面上，以允许将参数音频内容提供给(一个或多个)设备用户。此外，在一些实施例中，透明发射器可以定位在内容设备的显示器的部分或全部的上面。在更进一步的实施例中，可以提供透明发射器并将其用作(例如，代替)显示器的保护盖(即，玻璃饰面)。因此，在各种实施例中，透明发射器由在可见光谱中提供足够透光率的材料制造，以允许(一个或多个)用户满意地观看。例如，在一些实施例中，发射器在可见光谱中的透光率为50％或更大。在进一步的实施例中，发射器在可见光谱中的透光率为60％或更大。在更进一步的实施例中，发射器在可见光谱中的透光率为70％或更大。在更进一步的实施例中，发射器在可见光谱中的透光率为80％或更大。作为另一个示例，发射器在可见光谱中的透光率在70％-90％的范围内。作为又一个示例，发射器在可见光谱中的透光率在75％-85％的范围内。作为再一个示例，发射器在可见光谱中的透光率在80％-95％的范围内。
附图1是示出适合于与本文描述的系统和方法一起使用的超声波声音系统的示意图。在该示例性超声波音频系统1中，来自音频源2(例如麦克风、存储器、数据存储设备、流媒体源、CD播放器、DVD播放器、内容显示设备或其他音频源)的音频内容被接收。取决于源，音频内容可以被解码并且从数字形式转换为模拟形式。使用调制器将由音频系统1接收的音频内容调制到频率为f1的超声波载波上。调制器通常包括用于产生超声波载波信号的本地振荡器3，以及用于将音频信号乘以载波信号的乘法器4。所得的信号是双边带或单边带信号，其中载波频率为f1。在一些实施例中，信号是参数超声波或HSS信号。在大多数情况下，使用的调制方案是幅度调制或AM。AM可以通过将超声波载波乘以信息携带信号来实现，在这种情况下信息携带信号是音频信号。调制信号的频谱具有两个边带，一个上边带和一个下边带，它们通常相对于载波频率以及载波本身对称。
将调制的超声波信号提供给发射器或换能器6，其将超声波发射到空气中，产生超声波7。当通过换能器以足够高的声压级回放时，由于其“播放”或传输所通过的空气的非线性行为，信号中的载波与(一个或多个)边带混合以解调信号并再现音频内容。这有时被称为自解调。因此，即使对于单边带实施方式，载波也被包括在发射信号中，以便可以进行自解调。尽管图1中所示的系统使用单个换能器来发射单个通道的音频内容，本领域的普通技术人员在阅读本说明书之后将理解如何使用多个混频器、放大器和换能器以使用超声波载波发送多个通道的音频。
适合于与本文描述的技术一起使用的信号处理系统10的一个示例在图2中示意性地示出。在该实施例中，根据一种实施方式，按各种处理电路或组件被布置的顺序(相对于信号的处理路径)示出了各种处理电路或组件。应该理解，处理电路的组件可以改变，输入信号由每个电路或组件处理的顺序也可以改变。而且，根据实施例，信号处理系统10可以包括比所示出的更多或更少的组件或电路。
图1所示的示例被优化用于在利用各种组件或电路处理两个输入和输出通道(例如，“立体声”信号)中使用，所述各种组件或电路包括用于信号的每个通道的基本匹配的组件。在阅读本说明书之后，本领域普通技术人员将理解，音频系统1可以使用单个通道(例如，“单耳道”或“单声道”信号)、两个通道(例如，“立体声”)(如图2所示)或更多数量的通道来实现。
现在参考图2，示例信号处理系统10可以包括可以对应于音频输入信号的左12a通道和右12b通道的音频输入端。可以包括均衡网络14a、14b以提供信号的均衡。例如，均衡网络可以增强或抑制预定的频率或频率范围，以增加由参数发射器组件的发射器/电感器组合自然提供的益处。
在音频信号被均衡之后，可以包括压缩器电路16a、16b以压缩输入信号的动态范围，有效地提高输入信号的某些部分的幅度并降低输入信号的某些其他部分的幅度。更具体地，可以包括压缩器电路16a、16b以缩小音频幅度的范围。在一个方面，压缩器将输入信号的峰-峰幅度减小至不低于约1/2。可以将输入信号调整到较窄的幅度范围以最小化失真，这是这类调制系统的有限动态范围的特征。在其他实施例中，均衡网络14a、14b可以在压缩器电路16a、16b之后被提供，以均衡压缩之后的信号。
可以包括低通滤波器电路18a、18b以提供信号的高部分的截止，以及包括高通滤波器电路20a、20b以提供音频信号的低部分的截止。在一个示例性实施例中，低通滤波器电路18a、18b用于切割掉高于约15-20kHz的信号，并且高通滤波器电路20a、20b用于切割掉低于约20-200Hz的信号。
高通滤波器电路20a、20b可以被配置为消除低频，该低频在调制之后将导致载波频率(例如，调制信号的最接近载波频率的那些部分)的偏差。而且，针对系统一些低频难以有效地再现，并且作为结果，试图再现这些频率可能浪费很多能量。因此，高通滤波器电路20a、20b可以配置为切断这些频率。
低通滤波器电路18a、18b可以被配置为消除在调制之后可能导致与载波产生可听差拍信号的更高频率。举例来说，如果低通滤波器切割掉高于15kHz的频率，并且载波频率约为44kHz，则差分信号将不低于约29kHz，这仍然在人类的可听范围之外。然而，如果允许高达25kHz的频率通过滤波器电路，则产生的差分信号可以在19kHz的范围内，这在人类听觉的范围内。
在示例信号处理系统10中，在通过低通滤波器和高通滤波器之后，音频信号由调制器22a、22b调制。调制器22a、22b将音频信号与由振荡器23产生的载波信号混合或组合。例如，在一些实施例中，单个振荡器(在一个实施例中其以40kHz至50kHz的选定频率被驱动，该范围对应于可以用于振荡器的容易获得的晶体)用于驱动两个调制器22a、22b。通过将单个振荡器用于多个调制器，将相同的载波频率提供给在24a、24b处从调制器输出的多个通道。对每个通道使用相同的载波频率降低可能发生任何可听差拍频率的风险。
在调制阶段之后还可以包括高通滤波器27a、27b。高通滤波器27a、27b可以用于传递调制的超声波载波信号，并确保没有音频频率通过输出端24a、24b进入放大器。因此，在一些实施例中，高通滤波器27a、27b可以被配置为滤除低于约25kHz的信号。而且，在各种实施例中，可以采用误差校正来减少或消除在通过介质向听者传输超声波信号时可能出现的失真。
图3A是示出根据本文描述的技术的一个实施例的示例发射器的分解视图。图3中所示的示例发射器包括片45和片46，其在各种实施例中是透明片。尽管片45、片46可以是透明的，但也可以使用不透明的材料。为了便于讨论，发射器配置在本文中有时被描述为透明发射器。然而，本领域普通技术人员将理解，对于各种应用，也可以提供不透明发射器或具有不同不透明度水平的发射器。在此类替代实施例中，发射器的一个或多个片可以由不透明或半透明材料制成。
在所示的示例中的片45、片46均分别包括两个层45a、层45b和层46a、层46b。在该示例中，片45包括基层45b，基层45b包含玻璃或其他类似材料。片45还包括在所示示例中提供的在基层45b的顶表面上的导电层45a。类似地，在该示例中，片46包括包含玻璃或其他类似材料的基层46b，以及在所示示例中提供的在基层46b的顶表面上的导电层46a。示出的导电层45a、46a在可见边缘上具有阴影，以更好地对比导电区域和非导电区域。尽管一些实施例可以使用着色或染色材料，但是附图中的阴影仅出于说明性的目的。
导电层45a、导电层46a可以是沉积在它们各自的基层45b、基层46b上的导电材料的薄层。例如，导电层45a、导电层46a可以包含喷涂、蒸发或以其他方式沉积在基层45b、基层46b上的导电涂层。作为另一个示例，导电层45a、导电层46a可以包括氧化铟锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)、掺杂的氧化锌、透明金、所谓的混合透明导电涂层、导电聚合物、金属氧化物或涂覆在透明基板上的其他类似的导电材料。导电层45a、导电层46a还可以包括设置在透明片上的碳纳米管网络层或石墨烯层或其组合。
导电层45a、导电层46a还可以包含层压或以其他方式沉积在基层45b、基层46b上的导电材料片。例如，导电聚酯薄膜或其他类似膜可以被层压或以其他方式被沉积在基层45b、基层46b上。在更进一步的实施例中，导电层45a、导电层46a可以包含导电材料的掺杂导电层或扩散层，该导电材料已经部分或完全地扩散到片45、片46中以形成导电层45a、导电46a。例如，金或其他导电金属可以扩散到玻璃中以达到所需的深度和所需的浓度，从而提供所需值的导电率(例如，欧姆/平方的所需值)。优选地，导电区域/层45a、46a具有高透明度(例如，在可见光谱中大于80％或90％，尽管也可以使用其他透明度)，以免对发射器的整体透明度造成不适当的不利影响。
因此，片45和片46包括基层45b、基层46b，每个基层具有低电阻的导电层45a、导电层46a。例如，在一个实施例中，每个导电层45a、导电层46a的电阻可以是100欧姆/平方或更小。在其他实施例中，每个导电层45a、导电层46a的电阻可以是50欧姆/平方或更小。在进一步的实施例中，每个导电层45a、导电层46a的电阻可以是10欧姆/平方或更小。在又一些其他实施例中，每个导电层45a、导电层46a的电阻可以是150欧姆/平方或更小。在其他实施例中，导电层45a、导电层46a的电阻可以具有其他值，并且导电层45a、导电层46a的电阻不需要彼此相等。
在一些实施例中，片45、片46使用高离子交换(HIE)碱-铝硅酸盐薄片玻璃来实现。更具体地，在一些实施例中，片45、片46包括玻璃(可从USA NY 14831，Corning，One Riverfront Plaza的Corning公司获得)片或其他类似材料。在其他实施例中，片45、片46使用 WillowTM玻璃(也可从USA NY 14831，Corning，OneRiverfront Plaza的Corning公司获得)来实现。例如，在一个实施例中，片46由Willow玻璃制成，并且片45由更厚、更刚性的Gorilla玻璃制成。如本文其他地方所述，并且在阅读本说明书后对于本领域普通技术人员显而易见的是，其他透明材料可以用于片45和片46。
尽管片45、片46或它们各自的基层45b、基层46b在上面描述为包括玻璃片，但是其他透明材料可以用于透明基层45b、46b。例如，可以使用聚碳酸酯、丙烯酸(acrylic)、树脂玻璃、塑料或其他类似材料。在一些实施例中，具有足够透光的金属涂层以提供透明度而不会不利地影响通过发射器观察内容的金属化膜可以用于提供导电片45和/或导电片46。例如，在一个实施例中，玻璃或其他刚性材料可以用于片45(例如，以形成用于发射器的刚性背板)，并且金属化膜可以用于片46。因此，金属化膜(例如，Mylar和)可以用作片45和片46中的任一个或两个。
在一些实施例中，片45的厚度可以在约2mm-10mm的范围内，并且片46的厚度可以在约0.05mm-0.5mm的范围内，但是也允许其他厚度。例如，在一些实施例中，层46的厚度为0.25密耳，而片45的厚度为20密耳。导电层45a、导电层46a之间的较薄的较低电阻层允许发射器以较低的偏置电压量操作。
在操作中，响应于跨层提供的电信号，一个层振动，将调制的超声波信号发射到传输介质中(例如，传输进入空气中)。例如，假设在一些实施例中，发射器被配置成使得层46朝向发射器的面定位并且响应于电信号而振动，并且片45朝向发射器的后面。在一些实施例中，片45可以具有足够的厚度，以向发射器赋予刚度和强度的所需量。因此，在一些实施例中，片45可以具有比层46更大的厚度。实际上，在各种实施例中，层46设置的足够薄以允许其振荡并将调制的超声波载波发射到空气中。
在各种实施例中，导电层45a、导电层46a可以比基层45b、基层46b薄得多。然而，为了便于说明，各个层45a、45b、46a、46b的尺寸(包括相对厚度)未按比例绘制。
在片45、片46包括导电层45a、46a和基层45b、46b的情况下，两个导电层之间的中间基层(在所示示例中的基层46b)可以用作电阻层，其将导电层46a与导电层45a电隔离。在各种实施例中，该中间基层(在所示示例中为46b)具有足够的厚度以防止导电层45a、导电层46a之间的电弧放电或短路。在进一步的实施例中，与层45和层46之间提供的气隙串联的该中间基层(在所示示例中为46b)具有足够的电阻以防止导电层45a、导电层46a之间的电弧放电或短路。
在各种实施例中，可以包括单独的绝缘层47(图3B、图3C中所示)以在层45和层46之间提供额外的电隔离。绝缘层47可以包括玻璃、塑料、或聚合物层或具有相对低导电率的其他高光学透射率层，以在片45和片46之间提供绝缘层。例如，绝缘层47可以具有非常高或甚至几乎无限的电阻。对于需要薄发射器的应用，可以选择尽可能薄或实用的绝缘层47，同时防止层45和层46之间的电短路或电弧放电。绝缘层47可以使用例如玻璃、聚碳酸酯、丙烯酸、塑料、PET、轴向或双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酰亚胺或其他绝缘膜或材料制成。优选地，绝缘层47具有足够高的电阻率以防止层45和层46之间的电弧放电。注意，在基层46b(图3B中)的绝缘特性足够的情况下，不需要绝缘层47(即，图3A中所示的实施例就足够了)。
可以选择尽可能薄或实用的绝缘层47，同时防止层45和层46之间的电短路或电弧放电。绝缘层47可以使用例如玻璃、聚碳酸酯、丙烯酸、塑料、PET、轴向或双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酰亚胺或其他绝缘膜或材料制成。优选地，绝缘层47具有足够高的电阻率以防止层45和层46之间的电弧放电。
对于需要透明性的应用，优选可见光谱中的高透射率材料。例如，Gorilla玻璃和Willow玻璃在可见光波长下具有大约90％或更高的透射率。具有高透射率的材料非常适用于将参数发射器固定到内容设备的显示器或用于代替内容设备的显示器的应用，所述内容显示器为例如膝上型计算机、平板电脑、智能手机、计算机、电视、移动设备、相机、便携式GPS单元或其他内容显示设备。在使用每层具有90％或更高的透射率的双层系统的情况下，可以使发射器具有大约81％或更高的总透射率。下面还描述了附加应用。
可以使用多种不同的技术将片45和片46(以及绝缘层47，如果包括的话)连接在一起。例如，框架、夹具、夹子、粘合剂或其他附接机构可以用于将层连接在一起。这些层可以在边缘处连接在一起，以避免干扰发射器膜的共振。优选地，片45和片46(以及绝缘层47(当包括时))以彼此紧密、固定的关系保持在一起。
间隔物49(图4)可以被包括在层45、层46(以及层47，如果包括的话)之间，以允许层之间的间隙。在各种实施例中，在层46和下一个相邻层(层45或层47)之间提供气隙，以允许层46响应于调制的载波信号而振荡。间隔物49可以以各种形状和形式提供，并且可以定位在层之间的不同位置，以提供支撑以保持气隙。例如，间隔物可以是由低导电率材料(例如玻璃、塑料等)制成的点或珠子。间隔物还可以使用硅树脂或其他凝胶、细尘或沙子、透明液体或其他透明材料制成。在各种实施例中，层46处的间隔物49的接触区域保持为小的接触区域，以便不干扰层46的振荡。在各种实施例中，气隙的范围可以从0.1到20密耳。在一些应用中，层46振荡至约1微米(0.03937密耳)的位移，以产生足够可听见的信号。因此，在此类实施例中，气隙大于0.03937密耳，以避免使基层45(其可以是刚性的或安装在刚性表面上)干扰层46的振荡。
尽管导电片45和导电片46可以具有相同的厚度，但是在一些实施例中，一个导电片(例如，片45)可以由更厚的材料制成，以为发射器提供更大的刚性。因为共振将受到厚度的影响，所以这种较厚的片通常将是远离收听者定位的片，并且形成发射器的透明背板。例如，导电片45的厚度可以高达125密耳或者更厚，从而增加发射器的厚度和刚度。
在一些实施例中，在较厚的层用作背板的情况下，发射器可以替换可能以其他方式存在于内容设备的显示器上的屏幕。在此类实施例中，例如，发射器可以被组装并用于替换内容设备的玻璃(或其他材料)盖。在其他实施例中，发射器可以作为其外层添加到内容设备的屏幕。
此外，片45可以是光滑的或基本上光滑的表面，或者它可以是粗糙的或有凹痕的。例如，可以对片45进行打磨(sanded)、喷砂、在表面上形成凹坑或凹凸(irregularity)、用所需程度的“橘皮”沉积、或以其他方式提供纹理。该纹理可以在片45、片46之间提供有效间隔，从而允许片46响应于所施加的调制载波而振动。该间隔可以减小可能由片45与片46的更连续接触引起的阻尼。此外，如上所述，在一些实施例中，可以提供间隔物49(图4)以保持片45和片46之间所需的间隔。小间隔物49可以被沉积或形成在与片46相邻的片45的表面中(或反之亦然)，以允许保持间隙。再次，该间隔可以允许片45响应于所施加的调制载波信号而振荡。
在各种实施例中，还可以提供非导电背板(未示出)。非导电背板也可以是透明的，并且可以用于使导电片45在发射器的背面上绝缘，并提供可以定位或安装发射器的基础。例如，导电片45可以沉积在非导电或相对低导电率的玻璃基板上。在另一个实施例中，导电片45可以定位在内容设备的屏幕上。
在操作中，片45和片46提供参数发射器的相反极。在一个实施例中(以及在以上描述的示例中)，片46是响应于经由触点(contact)52a施加调制载波信号而振荡的有源极。为了以足够的功率驱动发射器以获得足够的超声波压力水平，在导电片46和导电片45之间的间隔太小的情况下可能发生电弧放电。然而，在间距太大的情况下，发射器将不会实现共振。在一些实施例中，使间隔尽可能小(例如，尽可能靠近地放置层同时避免电弧放电)，并且调节振动层(例如，层46)的厚度以调节发射器的共振频率。将层45和层46布置成彼此靠近提供了更有效的操作，因为通常来说，当层被放置得更靠近在一起时，需要更少的电压来驱动发射器。
在一些实施例中，如果使用绝缘层47，则它是厚度约为0.92密耳的层。在一些实施例中，绝缘层47是厚度约为0.90密耳至约1密耳的层。在进一步的实施例中，绝缘层47是厚度约为0.75至约1.2密耳的层。在更进一步的实施例中，绝缘层47的厚度薄至约0.33密耳或0.25密耳。可以使用其他厚度，并且在一些实施例中，不提供单独的绝缘层47。在一些实施例中，绝缘层47可以设置有切口、孔或其他缝隙以提供间隔物49的功能。例如，绝缘层47可以包括具有穿过材料的孔的图案的片。孔之间的剩余材料可以用作间隔物49。切口可以是任何形状和尺寸，包括圆形、方形、多边形等。
包括绝缘层47的一个好处是它可以允许更大水平的偏置电压跨越片45、片46的第一导电表面和第二导电表面被施加而不产生电弧放电。当考虑片45、片46的两个导电表面之间的材料的绝缘性质时，应考虑绝缘层47的绝缘值(如果包括绝缘层47)，以及考虑气隙和基层46b的绝缘值(如果包括气隙和基层46b)。
在包括绝缘层47的情况下，或者在气隙足够大以防止电弧放电的情况下，片45、片46的导电层45a、46a可以在各种实施例中面对彼此地定位，如图3C所示。此外，在其他实施例中，绝缘层47可以允许避免非导电区域或基层46b。
电触点52a、52b用于将调制的载波信号耦合到发射器中。下面描述发射器的驱动器电路的示例。
图4是示出根据图3A中所示的示例的组装发射器的横截面图的示意图。如图所示，该实施例包括导电片45、导电片46和设置在导电片45、导电片46之间的间隔物49。
在所公开技术的进一步实施例中，片45和片46的各个层可以布置成上面所示的那些配置的替代配置。图5-图7示出了透明参数发射器的各种进一步实施例。首先参考图5，示例发射器包括四层：透明导电层46a、透明非导电层46b、透明导电层45a和透明非导电层45b。示例发射器还包括多个间隔物49，优选地实施为透明珠子或点，其在导电层46和导电层45之间提供间隔。
在各种实施例中，可以选择层之间的间隔和空间体积以调谐或调整发射器的共振频率并允许导电层46振动以产生调制的超声波信号并将其发射到传输介质中(例如，传输到空气中)。在一些实施例中，导电层46(例如，导电膜)被定位为尽可能靠近导电层45(例如，尽可能靠近在层之间没有电弧放电的情况下获得)，并且通过调整导电层46的厚度来调谐发射器的共振频率。
与上述实施例一样，透明基层45b、透明基层46b可以包括许多不同的透明材料(包括例如玻璃、树脂玻璃、塑料、PET，聚酯薄膜、聚酰亚胺和其他类似材料)中的任何一种。透明层45b还可以包括LCD(或其他显示器)的最外层，例如，偏振器(polarizer)、外玻璃或其他外层，或者它可以安装到显示器的最外层。在图5所示的示意图中，示例发射器被示出为安装到内容显示设备的显示屏60。
透明层46b可以是适合于给定应用的任何厚度。例如，在一些实施例中，透明层46b可以具有25微米至50微米范围内的厚度。在其他实施例中，透明层46b可以薄至例如10微米至12微米，而在其他实施例中，它可以厚至例如350微米。因为层46旨在振动以产生发射到空气中的超声波，所以优选地，层46并且因此透明层46b足够薄以允许这种振动。因为透明导电层46a可以相对较薄，所以在各种实施例中，透明层46b可以为导电层46a提供支撑，并且相应地调整其厚度。在一些应用中，总体上显著大于50微米的厚度可能导致不期望的低操作效率，本领域普通技术人员将理解，可以通过增加更多功率来克服该低操作效率。
在上述的各种实施例中，导电层45a、导电层46a包括沉积、层压或以其他方式设置在其透明基层45b、46b上的导电材料薄层。
在各种实施例中，层45b和层49被配置为具有一定的电阻率和击穿电压，以在导电层46a和45a之间提供足够的绝缘。层45b和层49中的材料的电阻率优选地不小于(≥)1000ohm*cm，并且它们优选地具有不小于(≥)100伏/密耳的击穿电压，但是也可以使用其他值。如上所述，希望防止导电层46a和导电层45a之间的短路。因此，可以在考虑该目标的情况下选择层电阻率和击穿电压参数。例如，可能需要更高的电阻率，因为这允许更靠近地布置导电层46a和45a，这提供了更有效的操作。除了提供电绝缘之外，层45b可以具有合适的厚度和折射率，以便提供折射率匹配和/或抗反射特性，这可以增加通过发射器的光的透射。
图5的示例还包括设置在层45和层46之间的多个点或间隔物49。如上面参考图4所述，间隔物49可以实施为玻璃、塑料、聚合物或其他透明材料的珠子。间隔物49的直径优选小于50微米，并且在一些实施例中可以小至8μ至12μ。实际上，在进一步的实施例中，间隔物49可以更小。优选地，间隔物足够大以在层45和层46之间提供足够的间隔，但又足够小以最小化或减少对装置透明度的干扰。在层45和层46之间具有更近的间隔，通常需要更小的电压来驱动给定输出的发射器，并且系统的共振频率随着所有其他变量保持相同而增加。还应注意，优选较小的间隔物，因为与层46接触的间隔物49的较小覆盖区通常将减小间隔物49可能对发射器的输出具有的阻尼效应。
可以以多种图案或形状中的任何一种将间隔物49图案化到层45或层46上。例如，间隔物49可以被图案化为凸块、点或以图案(诸如正方形格子或其他图案)布置的其他类似的离散结构。间隔物49之间的间隔可以通过平衡在提供对层46的足够支撑与保持发射器透明度的目标和提供足够的气隙以实现调谐发射器的共振之间的权衡来确定。
在一些实施例中，间隔物49以1mm间距的方形格子图案布置。尽管间隔物49示出为球形，但它们可以呈现适合于应用的任何形状。间隔物49不需要被配置为点或珠子，而是还可以被图案化为细长斑点、脊、或可以用于在层45、层46之间提供间隔的其他形状和图案。图8是示出可以使用的间隔物图案的示例的示意图。如图所示，在其他实施例中，间隔物49可以被图案化为以方形格子布置的点，如示例64所示。间隔物49还可以被配置为如示例65所示的多个平行脊，如示例66所示的彼此交叉延伸的多个脊，以及如示例68所示的形成同心环的多个脊。如本领域普通技术人员在阅读本说明书之后将理解的，可以以多种图案和形状中的任何一种提供间隔物以执行所期望的功能，该功能可以包括，例如，保持层45和层46之间的开放体积、调节发射器的共振频率、以及允许发射器的振动表面振动。
可以使用多种技术中的任何技术将间隔物49施加到表面45、表面46中的任一个或两个。例如，间隔物49可以被印刷(例如，丝网印刷)到层上并被硬化。间隔物可以例如通过冷冻、固化、干燥或其他硬化技术被硬化。在其他实施例中，间隔物可以通过溶胶-凝胶工艺制备，例如，将诸如SiO2的溶液以点(或其他形状)设置在所需表面上并允许使其例如通过干燥、固化或烧制被硬化的工艺。可以将溶胶-凝胶旋涂、图案化并固化成适当的电介质。在其他实施例中，间隔物可以通过合适的掩模真空溅射适当的电介质来制成。作为进一步示例，UV可固化或其他可固化油墨可用于通过印刷形成间隔物49，并且印刷的图案通过固化(例如，通过暴露于UV辐射)来硬化。同样，也可以使用可热固化的油墨。在又一个实施例中，玻璃珠可以用作间隔物49。例如，可以在层上产生静电荷图案以将珠子定位在适当位置。一旦就位，可以将珠子固定到期望位置(例如，通过快速冷冻或其他技术)。
在一些实施例中，可以提供硬涂层(hard coat)表面涂层以保护发射体免受由于处理或其他物理接触而导致的损坏或由于暴露于环境而导致的劣化或磨损。图6是示出图5中所示的发射器的示例的示意图，但是添加了硬涂层。在图6所示的示例中，发射器的外表面(即，面向使用者的表面，有时可称为前表面)涂覆有硬涂层67。优选地，硬涂层67放置在发射器的外表面上以改善其耐久性并改善其对划痕的抵抗力，否则划痕可能损坏导电层46a或损害发射器的透明度或外观。在一些实施例中，硬涂层67可以是3H或更硬的涂层。在其他实施例中，可以施加1H或更硬的涂层。
在各种实施例中，硬涂层被施加得足够厚以赋予层额外的硬度或耐久性，但不会太厚以至于它不利地影响器件的共振频率或器件以可接受的功率水平产生信号的能力。此类厚度可以是例如10μ至20μ，但是可以使用其他厚度。在一些实施例中，例如在层是膜(例如，聚酯薄膜)的情况下，可能期望用硬涂层涂覆膜的两面以避免膜卷曲。
在一些实施例中，层46配置为接地层，并且层45配置为高电压层。假定发射器的正面是暴露于用户的面，如果适当地被封装，此类实施例可以被配置为相对用户安全。然而，在各种实施例中，硬涂层优选地能够承受大电场以进一步隔离系统。另外，层45b可以包括非常硬的材料，例如二氧化硅或氮化硅。除了是良好的绝缘体，这些材料也很硬。因此，该材料的硬度将降低对层45上的高电压的物理可达性。
图7是示出透明发射器的又一实施例的示意图。在图7所示的示例中，与图5A和图5B中的实施例相比，没有透明层45b，并且透明层46c与透明导电层46a相邻设置。尽管未示出，但是在进一步的实施例中，可以省略透明层46c。然而，透明导电层46a和透明导电层45a之间必须有足够的间隔，以避免在操作期间层之间的短路或电弧放电。
这些图和其他图中的尺寸，并且特别是层的厚度和间距，未按比例绘制。导电层45a、导电层46a在图3和图4中示出为阴影。这样做只是为了增强图的可视性。所有层都可以是透明的，或者可以根据需要对一些层进行着色或染色。可以在发射器的外表面上提供抗反射、抗划痕(或既抗反射又抗划痕)涂层(未示出)的层，以增强发射器的可视性和耐久性。
发射器可以制成几乎任何尺寸。在一种应用中，发射器的长度l为3英寸，并且其宽度ω为2英寸，但是其他尺寸(更大和更小)是可能的。作为另一个示例，发射器被创建为6”x12”发射器，并且当用96kHz载波驱动时在1kHz下具有81dB的输出。具有点尺寸为9微米且间距为1毫米以及具有30微米膜(层46)的示例发射器在大约100kHz处具有共振。
较大的发射器区域可以导致更大的声音输出，但是通常还将需要更多的功率。在一些实施例中，长度和宽度的实际范围可以是常规书架式扬声器的类似长度和宽度。在发射器被使用在内容设备的屏幕上或被用作内容设备的屏幕的实施例中，发射器可以被设置尺寸以被容纳在内容设备的外壳上或由内容设备的外壳容纳、或者与设备显示器尺寸相称。
片45和片46(以及绝缘层47(当包括绝缘层47时))的尺寸可以设计成具有特定应用所需的长度和宽度。例如，在发射器用作图像框架的饰面(例如，代替图像框架玻璃或在图像框架玻璃的顶部上)的情况下，可以选择发射器的尺寸以符合图像框架的尺寸。作为另一个示例，在透明发射器被配置为用作内容设备上的屏幕或屏幕盖的情况下，片45和片46(以及绝缘层47(当被包括时))的尺寸可以设计成符合内容设备被使用的内容设备的形式因素。大型发射器可以被制造用于电视或家庭影院部分中的应用，其具有对角线测量，例如36”、50”、55”、60”、65”、70”、80”或90英寸(或者更大)等，其中宽高比与设备的宽高比相匹配。例如，对于诸如智能手机的较小设备，可以使用3”x2”的尺寸或数量级(order)。在一些实施例中，与片45和片46相比，绝缘层47可以具有更大的长度和宽度，以在发射器的边缘处提供绝缘并防止片45和片46之间的边缘电弧放电。
参数发射器通常具有它们将共振的固有共振频率。对于透明发射器，诸如本文所描述的那些透明发射器，它们的固有共振频率可以在大约30kHz-100kHz的范围内。例如，80kHz。因此，可以选择发射器材料和超声波载波的载波频率，使得载波频率与发射器的共振频率匹配。载波频率可以与发射器的共振频率相同或基本相同。在一些实施例中，载波频率可以在例如发射器的共振频率的+/-5％、+/-10％或+/-15％内。选择在发射器的共振频率处或所述共振频率附近的载波频率可以增加发射器的输出。
以上公开的实施例描述了导电层45、导电层46上的触点。在一些实施例中，沿导电层45、导电层46的导电层45a、导电层46a的一个或多个边缘的长而瘦的触点可以用于将信号耦合到发射器。跨越发射器的一个或一个以上侧面使用高导电(例如，银、铜、金等)汇流条将从RC时间常数的角度改善发射极，因为这将允许所施加的电压基本上均匀地或大体上均匀地从发射器的所有侧面施加，从而减小了电流必须在透明导电层内行进的最长路径。在触摸屏显示器的应用中使用高导电银汇流条是不罕见的，并且这些汇流条可以通过显示器边框对用户隐藏，该显示器边框可以是不透明的塑料或不透明的涂料。可以通过几种不同的方法施加汇流条，该方法包括印刷(例如，丝网印刷或模版印刷)和光刻。应注意，随着发射器变大，发射器的电容将增加，因此需要较低的电阻。
尽管未示出，但是发射器还可以包括安装组件(例如超高粘合(UHB)或极高粘合(VHB)带或胶)，尽管可以提供其他粘合剂或安装机构。优选地，安装组件围绕显示屏60的周边设置，使得它不会干扰发射器的透明度。在一些实施例中，可以使用透明粘合剂并且可以施加透明粘合剂以将透明基层45b围绕显示屏60的周边粘合到显示屏60以及在其他区域中粘合到显示屏60。
在进一步的实施例中，透明发射器可以使用例如光学透明粘合剂粘附到内容设备的显示屏60。理想地，光学透明粘合剂具有高透明度，例如大于70％。光学清晰或透明的粘合剂可以跨越连接表面的整个区域以薄膜形式被施加，或者可以在它们连接之前在任一表面或两个表面上以图案形式被铺设。
在更进一步的实施例中，层60可以是背板，并且发射器安装在显示器上或靠近(但不接触)显示器。背板60可以使用例如沿其边缘的胶带或胶水、机械紧固件或光学透明粘合剂被粘合或附接到显示屏。
在各种实施例中，前膜本身可以包括透明导电材料(例如石墨烯)的薄层，而不需要来自基层的支撑。换句话说，在一些实施例中，导电层46a可以在没有基层46b的情况下实现。因此，在一些实施例中，导电层46可以实施为石墨烯的薄层、或塑料和石墨烯的薄复合物。
图9是示出可用于驱动本文公开的发射器的简单驱动器电路的示例的示意图。如本领域普通技术人员所理解的，在使用多个发射器(例如，用于立体声应用)的情况下，可以为每个发射器提供驱动器电路51。在一些实施例中，驱动器电路51设置在与发射器相同的壳体或组件中。在其他实施例中，驱动器电路51设置在单独的壳体中。该驱动器电路仅是示例，并且本领域普通技术人员将理解，其他驱动器电路可以与本文描述的发射器技术一起使用。
通常，来自信号处理系统的调制信号电耦合到放大器(未示出)。放大器可以是驱动器电路51的一部分，并且在与驱动器电路51相同的壳体或外壳中。可替代地，放大器可以被单独封装。在放大之后，信号被传送到驱动器电路51的输入端A1、输入端A2。在本文所述的实施例中，发射器组件包括在超声波频率下可操作的发射器。发射器在触点E1、触点E2处连接到驱动器电路51。图9所示电路的优点是可以从超声波载波信号产生偏置，并且不需要单独的偏置电源。在操作中，二极管D1-D4与电容器C1-C4组合被配置为作为整流器和电压倍增器操作。特别地，二极管D1-D4和电容器C1-C4被配置为整流器和电压四倍器，导致DC偏置电压高达节点E1、E2两端的载波电压幅度的大约四倍。可以使用类似的已知电压倍增技术提供其他级别的电压倍增。
电容器C5被选择足够大以保持偏置并且在E1处向DC电压呈现开路(即，防止DC短路接地)，但是被选择足够小以允许调制的超声波载波传递到发射器。电阻器R1、R2形成分压器，并且与齐纳二极管ZD1组合，将偏置电压限制到期望的水平，在所示的示例中，该水平为300伏特。
电感器可以是本领域普通技术人员已知的各种类型。然而，电感器产生可以“泄漏”超出电感器的界限的磁场。该场可能干扰发射器的操作和/或响应。此外，在超声波应用中使用的许多电感器/发射器对在产生大量热能的电压下操作。热量也会对参数发射器的性能产生负面影响。
至少由于这些原因，在大多数常规的参数声音系统中，电感器物理上被定位于距发射器相当远的距离处。虽然此方案解决了上述问题，但它增加了另一个复杂因素。从电感器运载到发射器的信号可以是相对高的电压(大约160V峰-峰值或更高)。因此，将电感器连接到发射器的布线必须适用于高压应用。而且，在某些安装中可能需要长时间运行布线，这既昂贵又危险，并且还可能干扰与参数发射器系统无关的通信系统。
可以使用罐芯电感器来实现电感器(包括作为如图9的配置中所示的组件)。罐芯电感器封装在通常由铁氧体材料形成的罐芯内。这限制了电感器绕组和电感器产生的磁场。通常，罐芯包括限定腔61的两个铁氧体半部59a、59b，电感器的绕组可以设置在腔61内。参见图10。可以包括气隙G以增加罐芯的磁导率而不影响芯的屏蔽能力。因此，通过增加气隙G的尺寸，增加了罐芯的磁导率。然而，增加气隙G还需要增加保持在罐芯内的(一个或多个)电感器中的匝数，以便获得所需的电感量。因此，气隙可以增加磁导率并且同时减少由于罐芯电感器产生的热量，而不会损害芯的屏蔽性能。
在图9所示的示例中，使用双绕组升压变压器。然而，初级绕组和次级绕组可以组合为通常称为的自耦变压器配置。初级绕组和次级绕组中的任一个或两个都可以包含在罐芯内。
如上所述，期望实现具有电感器和发射器的并联共振电路。还期望使电感器/发射器对的阻抗与放大器所预期的阻抗相匹配。这通常需要增加电感器发射器对的阻抗。还可能期望在将电感器物理地定位在发射器附近的同时实现这些目标。因此，在一些实施例中，选择罐芯的气隙使得初级绕组中的匝数呈现放大器预期的阻抗负载。以这种方式，可以调谐电路的每个回路以在提高的效率水平下操作。增加罐芯中的气隙提供了增加初级绕组中的匝数而不改变电感器元件的期望电感(否则将影响发射器回路中的共振)的能力。这进而提供了调节初级绕组中的匝数以匹配放大器所预期的阻抗负载的能力。
增加气隙尺寸的附加益处是可以减小罐芯的物理尺寸。因此，可以使用较小的罐芯变压器，同时仍然提供相同的电感以与发射器产生共振。
升压变压器的使用为本系统提供了附加的优点。因为变压器从放大器的方向“升压”到发射器，所以它必须从发射器的方向“降压”到放大器。因此，通过降压过程减少可能以其他方式从电感器/发射器行进到放大器的任何负反馈，因此最小化任何此类事件通常对放大器和系统的影响(特别是，可能影响放大器经受的阻抗负载的电感器/发射器对的变化被减少)。
在一个实施例中，30/46搪瓷利兹线(enameled Litz wire)用于初级绕组和次级绕组。利兹线包括许多瘦线股，单独地被绝缘并且被扭曲或编织在一起。利兹线使用多个瘦的、单独绝缘的并联导体。选择单独导体的直径小于工作频率处的皮肤深度，使得线股不会遭受明显的趋肤效应损失。因此，利兹线可以在更高频率处实现更好的性能。
尽管未在图中示出，其中偏置电压足够高，可能在导电层45、导电层46之间发生电弧放电。电弧放电可以通过中间绝缘层以及在发射器的边缘(围绕绝缘层的外边缘)处发生。因此，可以使绝缘层47的长度和宽度大于导电层45a、导电层46a的长度和宽度，以防止边缘电弧放电。同样地，在导电层46是绝缘基板上的金属化膜的情况下，可以使导电层46的长度和宽度比导电层45的长度和宽度大，以增加从导电层46的边缘到导电层45的边缘的距离。
可以包括电阻器R1以降低或平坦化共振电路的Q因子。电阻器R1不是在所有情况下都需要，作为负载的空气将自然地降低Q。同样，电感器54中较瘦的利兹线也可以降低Q，因此峰值不会过于尖锐。
图11是根据本文描述的技术的一个实施例的发射器和附带的内容设备的屏幕的分解视图，其中所述发射器与附带的内容设备的屏幕合并。现在参考图11，该示例中的发射器6包括导电片45、导电片46和在它们之间的绝缘层47。该发射器可以根据本文件中描述的各种实施例来配置，包括不包含绝缘层47的实施例，并且包括使用间隔物49的实施例。例如，导电片45、导电片46可以是透明片，并且导电片45、导电片46中的每个包括两层：导电层45a、导电层46a和基层45b、基层46b。为了便于说明，这些单独的层未在图11中示出。
还如图11所示，是将发射器施加到其上的显示屏60。显示屏60可以是例如内容设备的显示屏，该内容设备例如膝上型计算机、平板计算机、计算机和其他计算设备、智能手机、电视、PDA、移动设备、mp3和视频播放器、数码相机、导航系统、信息亭、自动售货机、销售点终端或其他内容显示设备。在各种实施例中，发射器6可以在设备制造期间与显示屏60组装在一起。在其他实施例中，在制造内容装置之后，发射器6可以固定到显示屏60或与显示屏60连接。例如，发射器6可以作为售后产品提供，以由用户或零售商添加到内容设备。在又进一步的实施例中，显示屏60可以设置有导电区(例如，涂层)并且可以用作发射器的基层，从而消除了对层45的需求。
取决于内容设备和应用，发射器可以大于或小于实际显示区域。例如，在一些内容设备中，提供透明屏幕以在显示区域和围绕显示区域的边界两者上方形成盖板。因此，利用此类应用，发射器的尺寸可以设计成符合盖板的尺寸，因此提供更大的发射器面积。
在进一步的实施例中，内容设备显示屏60可以使用导电玻璃(或其他透明材料)制成，并且显示屏60可以用作导电片45。更具体地，在一些实施例中，显示屏60用作基层45b，导电层45a施加到基层45b。在此类实施例中，显示屏60可以被制造为包括适当的端子或接触点，通过该端子或接触点可以将信号引线附接到显示屏60。在更进一步的实施例中，发射器可以被配置为足够柔性以利用触摸屏内容设备实现。例如，在显示屏60是触摸屏的情况下，可以使用足够柔性的材料制造发射器6，以允许用户操作发射器下面的触摸屏显示器。
在进一步的实施例中，透明发射器可以实现为触摸屏显示器。例如，在使用声学脉冲识别技术来实现发射器/显示器的实施例中，可以包括触摸传感器模块，以基于用户触摸显示器的位置来感测显示器中的波图案。触摸传感器模块可以包括适当的信号处理电路/算法，以从感测到的振动中减去由于已知的调制超声波载波引起的振动，以确定用户触摸的显示器上的位置。类似地，对于表面声波技术，触摸传感器模块可以包括适当的信号处理电路/算法，以从接收的信号中减去音频调制对超声波载波的影响，以确定用户触摸的显示器上的位置。作为最后示例，利用电容式触摸屏显示器，触摸传感器模块可以被包括并被配置为从接收的信号中减去由调制超声波信号引起的对发射器/显示器的电容的任何影响，以得到由操作者触摸显示器引起的电容变化。
如上所述，本文公开的发射器可以被配置为用多种不同的内容设备中的任何一个来实现。图12A是示出应用于智能手机的屏幕的发射器(例如，发射器6)的示例的示意图。在此类实施例中，发射器可以用于播放音乐和其他媒体音频以及播放由智能手机及其相关应用程序产生的铃声、闹铃和其他警报。与其他设备一样，除了常规音频扬声器之外，还可以使用发射器6，或者可以使用发射器6替代常规音频扬声器。
图12B是示出应用于平板电视的屏幕的发射器(例如，发射器6)的示例的示意图。在此类实施例中，发射器可以被配置为向电视观众播放内容音频(例如，电视音频)。图12C是示出应用于便携式GPS设备的屏幕的发射器(例如，发射器6)的示例的示意图。在此类应用中，发射器可以被配置为播放警报并警告用户以及提供可听的路线规划或其他类似指令。当然，在便携式GPS设备上可获得音乐或其他内容的情况下，发射器也可以被配置为向用户播放该信息。
图12C是示出应用于便携式导航设备的屏幕的发射器(例如，发射器6)的示例的示意图。在此类实施例中，发射器可以被配置为回放导航方向和其他声音(例如，路线规划方向、钟声、警报、低电池消息等)。图12D是示出应用于数码相机的屏幕的发射器(例如，发射器6)的示例的示意图。在此类实施例中，发射器可以被配置为回放相机警报和声音(例如，菜单确认、模拟快门声音效果、低电池消息等)。图12E是示出应用于手持游戏设备的屏幕的发射器(例如，发射器6)的示例的示意图。在此类实施例中，发射器可以被配置为向用户播放游戏声音(例如，游戏音频音轨、游戏声音效果、可听指令等)以及游戏系统警报和消息。
包括图12A-图12E中所示的那些的内容设备可以被配置为包括用于向设备供电的一个或多个电源、以及内容引擎，所述内容引擎被耦合以从电源接收电力并且产生表示音频内容的电信号和表示显示内容的电信号。例如，在智能手机的情况下，电源通常是可再充电电池的形式，并且内容引擎包括被配置为执行一个或多个应用程序(例如，媒体播放器应用程序、游戏应用程序、电话和目录应用程序等)的处理器。可以包括RAM、ROM和其他存储器以存储应用程序、应用程序内容(例如，音频和视频文件)、程序指令等。一个此类示例处理器是从高通公司获得的SnapdragonTM系列处理器。
内容显示设备通常还包括显示器，例如等离子显示器、LCD显示器、LED显示器、OLED显示器或其他显示器。显示器可以包括常规屏幕或触敏屏幕以接受用户输入，并且可以向用户提供彩色静止和运动视频内容。显示器可以耦合到内容引擎并且被配置为接收表示显示内容的电信号并生成显示内容的视觉表示。继续智能手机的示例，显示器可以显示应用程序视觉信息，例如，输入屏幕、视频内容、游戏屏幕等。显示器上可以包括保护盖，并且该保护盖可以由玻璃、丙烯酸、树脂玻璃、聚碳酸酯或其他透明材料制成。透明发射器可以设置在保护盖上，例如，作为保护盖上的覆盖层。或者，可以提供发射器来代替保护盖，或者代替屏幕本身。
在这些应用和其他应用中，超声波发射器可以被配置为利用超声波信号的方向性质，并且可以被配置为将超声波音频内容引导到设备的预期收听者或用户。因此，该装置可以可酌情(discretion)在拥挤或其他公共场所使用。发射器还可以被成形或被配置成向听众呈现更宽、更少方向的声音。这可以例如使用凸面或多成角度的显示器来实现。
在上述实施例中，发射器被描绘和描述为向单个音频通道提供超声波载波音频信号。在其他实施例中，发射器可以被配置为处理多个音频通道。例如，在一个实施例中，可以提供两个单独的发射器，每个发射器被配置为连接到音频通道(例如，左音频通道和右音频通道)。图13是示出经配置以为两个音频通道提供超声波载波音频的双通道发射器的一个示例配置的示意图。在图13所示的示例中，左发射器6A和右发射器6B被提供并且由绝缘屏障62分开。绝缘屏障62在左发射器和右发射器之间提供非导电区域，使左发射器和右发射器电分离，使得注入在每个发射器上的载波不会相互干扰。在各种实施例中，屏障62可以是导电层45a、导电层46a的非导电区域。在其他实施例中，绝缘区域或屏障62可以是位于左发射器和右发射器之间的玻璃、丙烯酸或其他类似的绝缘材料。尽管在该示例中示出了两个发射器61A、61B，但是在阅读本说明书之后，本领域普通技术人员将理解如何以类似的方式创建两个以上的发射器。
在其他实施例中，不是在两个发射器之间添加物理分离的绝缘区域，而是可以制造具有非导电中心区域的导电片45和导电片46。例如，在使用掺杂或其他类似工艺来赋予导电片导电性的情况下，可以选择性地将此类掺杂或其他工艺施加到片，使得可以在每个导电片中产生两个或更多个导电区域。
为了赋予音频信号空间特性，此类多发射器配置中的发射器可以以它们彼此成不同角度被定向的方式定位在内容设备上，以在不同的方向上引导音频调制的超声波载波信号。即使对于手持内容设备，也只需要两个发射器之间的小角度差分来将一个音频调制的超声波载波信号引导到收听者的左耳，而将另一个音频调制的超声波载波信号引导到收听者的右耳。
在进一步的实施例中，多个非导电区域(例如，像绝缘屏障62)可以用于将发射器分成多个区段并将发射器配置为相控阵列发射器。特别地，发射器可以配置为单通道相控阵列或多通道相控阵列。作为相控阵配置，用于驱动给定通道的信号可以被分成多个路径，并且每个路径在时间上延迟并且耦合到区段，使得超声波束可以被转向到预期目标。例如，可以延迟信号以便允许发射的束在给定位置处被引导到收听者，或者当他或她围绕收听区域移动时跟踪收听者。例如，对于游戏应用程序，相控阵列可以被配置为在他或她围绕收听区域移动时跟踪游戏者。同样地，在电视环境中，相控阵列配置可以用于在他或她围绕观看区域移动时将束引向收听者。
例如，通过增加引入发送到相控阵列发射器的区段的信号的时间延迟量，可以在任一方向上增加从发射器发射音频调制的超声波信号的角度，由此将束转向左或右。作为另一个示例，延迟可以被配置为使束朝向中心聚集(变窄)，或者当束远离发射器行进时使束发散(变宽)。例如，增加从中心区段朝向外区段的时间延迟可能导致束发散，而增加从外区段朝向内区段的时间延迟可以使束聚集。
在实施例中，用于确定收听者相对于发射器的距离的设备可以与发射器结合使用。例如，诸如数码相机和深度传感器的光学成像系统可以用于跟踪收听者，包括收听者与发射器的距离以及收听者相对于发射器的位置。在其他示例中，红外、音波、超声波、雷达或其他位置传感器可以用于跟踪收听者的位置并确定收听者的距离。
在存在多个收听者的区域中，多个相控阵列或具有对信号时分复用的相控阵列可以用于将不同的音频内容引导到该区域中的不同收听者。例如，系统可以被配置为将不同语言的内容引导到收听环境的不同部分。作为进一步示例，在电影院或礼堂中，就座部分可以基于例如语言、评级(例如，G、PG、R等)、或针对那些部分的适当内容中的其他标准被分成不同的部分。因此，人们可以选择以他们自己的母语、或者根据基于他们坐在礼堂中的哪的适当评级来听取内容。
构成本文公开的各种发射器的导电层和非导电层可以使用柔性材料制成。例如，本文描述的实施例使用柔性金属化膜来形成导电层，并使用非金属化膜来形成电阻层。由于这些材料的柔韧性，它们可以被模制以形成所需的构造和形状。
例如，如图14A所示，层可以以弧形配置施加到基板94。图14B提供了以弧形配置形成的发射器的透视图。在该示例中，背衬材料91被模制或形成为弧形形状，并且发射器层92固定到其上。尽管图14B和图15B中示出了一层92，层92可以包括层45和层46以及它们之间的任何间隔物或绝缘体。例如，其他示例包括圆柱形(图15A和图15B)和球形。在阅读本说明书之后，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以使用其他形状的背衬材料或基底，在所述背衬材料或基底上形成根据本文公开的技术的超声波发射器。此类弯曲的发射器可用于许多应用中，包括例如作为电视和智能手机上的弯曲显示器。
导电片45、导电片46也可以使用金属化膜制成。这些包括聚脂薄膜、聚酰亚胺和其他类似膜。例如，在一些实施例中，片45使用玻璃材料制成，而层46使用金属化膜(如聚酯薄膜)制成。此类金属化膜在从基本上完全透明到不透明的不同程度的透明度上是可用的。在使用聚酯薄膜或其他类似柔性膜制造振荡层(例如，层46)的情况下，理想地在两个主要尺寸上张紧振动层，使得它能够以载波频率振动。同样，绝缘层47可以使用透明膜制成。因此，本文公开的发射器可以由透明材料制成，从而产生透明发射器。这种发射器可以配置成放置在各种物体上以形成超声波扬声器。例如，一个或一对(或多个)透明发射器可以作为透明膜放置在电视屏幕上方。这可能是有利的，因为随着电视变得越来越薄，大型扬声器的可用空间越来越小。将(一个或多个)发射器分层放置到电视屏幕或其他内容或显示设备上允许放置扬声器而不需要额外的柜子空间。作为另一个示例，发射器可以放置在图像框架或电子图像框架上，将图像转换成超声波发射器。而且，因为金属化膜也可以是高反射性的，所以超声波发射器可以制成镜子。
透明发射器还适用于许多其他应用，例如汽车后视镜或车窗、仪表板或其他交通工具表面；常规烤箱、微波炉、烤箱、洗碗机、冰箱等家用电器的门和窗；售货亭和摊位；台式电话；身体健身或运动器材；诸如百货商店、超市、熟食店以及其他零售展示柜等的展示柜；诸如示波器和其他诊断或测试设备、医疗设备、打印机和传真机等设备上的设备屏幕。
由于超声波传输的方向性质，如此配备的多个设备可以彼此接近地操作，其中它们各自的发射器指向不同的收听者位置，而不会彼此干扰。而且，在各种实施例中，超声波发射器可以与常规音频扬声器结合使用，以允许设备利用超声波音频(例如，定向性)和常规扬声器(例如，全向性)两者的特征。还可以提供切换以允许用户或系统选择超声波音频、常规音频或两者。
虽然上面已经描述了本发明的各种实施例，但是应该理解，它们仅以示例的方式呈现，而不作为限制。同样地，各种图可以描绘用于本发明的示例架构或其他配置，其被完成以帮助理解可以包括在本发明中的特征和功能。本发明不限于所示出的示例架构或配置，而是可以使用各种替代架构和配置来实现所需特征。实际上，对于本领域技术人员来说，如何实现替代的功能、逻辑或物理分区和配置以实现本发明的所需特征将是显而易见的。此外，除了本文描述的那些之外的多个不同的组成模块名称可以应用于各种分区。另外，关于流程图、操作描述和方法权利要求，本文呈现步骤的顺序不应强制要求实施各种实施例以按相同顺序执行所述功能，除非上下文另有指示。
尽管以上根据各种示例性实施例和实施方式描述了本发明，但是应该理解，在一个或多个单独实施例中描述的各种特征、方面和功能不限于它们对描述它们的特定实施例的适用性，而是可以单独或以各种组合应用于本发明的一个或多个其他实施例，无论是否描述了这些实施例，以及这些特征是否被呈现为所描述的实施例的一部分。因此，本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制。
除非另有明确说明，否则本文件中使用的术语和短语及其变体应被解释为开放式的而非限制性的。作为前述的示例：术语“包括”应理解为“包括但不限于”等含义；术语“示例”用于提供讨论中项目的示例性实例，而不是其详尽或限制性列表；术语“一”或“一个”应理解为“至少一个”、“一个或多个”等；诸如“常规”、“传统”、“正常”、“标准”、“已知”和类似含义的术语之类的形容词不应被解释为将所描述的项目限制在给定时间段或者给定时间内可用的项目，而是应该理解为包含现在或将来任何时间可能获得的或已知的常规、传统、正规或标准技术。同样地，在本文件涉及本领域普通技术人员显而易见或已知的技术的情况下，此类技术包括现在或将来的任何时间本领域技术人员显而易见的或已知的技术。
在某些情况下，诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或其他类似短语的宽范围的单词和短语的存在不应被解读为意味着在可能缺少这种宽范围的短语的情况下，意图或要求较窄的情况。术语“模块”的使用不意味着作为模块的一部分被描述或要求保护的组件或功能都被配置在共同封装件中。实际上，模块的各种组件中的任何一个或全部组件，无论是控制逻辑还是其他组件，可以组合在单个封装件中或单独地被维护，并且可以进一步被分布在多个分组或封装件中或跨多个位置。
另外，本文阐述的各种实施例是根据示例性框图、流程图和其他图示来描述的。在阅读本文之后，对于本领域普通技术人员将变得显而易见的是，可以在不限制所示示例的情况下实现所示实施例及其各种替代方案。例如，框图及其随附的描述不应被解释为强制要求特定的架构或配置。

Claims (24)

1.一种透明超声波音频扬声器，其包括：
第一透明导电片；
第二透明导电片；以及
多个透明间隔物，其设置在所述透明超声波音频扬声器的所述第一透明导电片和所述第二透明导电片之间，所述透明间隔物具有厚度并布置成限定在所述第一透明导电片和所述第二透明导电片之间的开放区域，
其中，所述第一透明导电片和所述第二透明导电片中的至少一个被一个或多个非导电区域分成多个导电区域。
2.根据权利要求1所述的透明超声波音频扬声器，其中所述多个导电区域中的每一个连接到相应的音频通道。
3.根据权利要求2所述的透明超声波音频扬声器，其中所述透明超声波音频扬声器是相控阵列发射器。
4.根据权利要求1所述的透明超声波音频扬声器，其中所述多个导电区域中的每一个连接到音频通道的相应路径。
5.根据权利要求4所述的透明超声波音频扬声器，其中所述透明超声波音频扬声器是相控阵列发射器。
6.根据权利要求1所述的透明超声波音频扬声器，其中所述第一透明导电片和所述第二透明导电片中的每一个被一个或多个非导电区域分成多个导电区域。
7.根据权利要求6所述的透明超声波音频扬声器，其中所述透明超声波音频扬声器包括由所述一个或多个非导电区域电分离的第一透明超声波音频发射器和第二透明超声波音频发射器，并且其中所述第一透明超声波音频发射器和所述第二透明超声波音频发射器以不同的角度定向。
8.根据权利要求1所述的透明超声波音频扬声器，其中所述一个或多个非导电区域包括玻璃或丙烯酸。
9.根据权利要求1所述的透明超声波音频扬声器，其中所述第一透明导电片包括与第一透明非导电层相邻的第一透明导电层，并且所述第二透明导电片包括与第二透明非导电层相邻的第二透明导电层。
10.根据权利要求9所述的透明超声波音频扬声器，进一步包括设置在所述第一透明非导电层上的硬涂层。
11.根据权利要求1所述的透明超声波音频扬声器，其中所述第一透明导电片和所述第二透明导电片以及设置在两层之间的所述透明间隔物在可见光谱中具有大于75％的组合透射率。
12.一种电子内容设备，其包括：
电源；
内容引擎，其被耦合以从所述电源接收功率并产生表示音频内容的电信号和表示显示内容的电信号；
显示器，其耦合到所述内容引擎，并被配置为接收所述表示显示内容的电信号并生成所述显示内容的视觉表示；以及
设置在所述显示器上的透明超声波音频扬声器，所述扬声器包括：
第一透明导电片；
第二透明导电片；以及
多个透明间隔物，其设置在所述透明超声波音频扬声器的所述第一透明导电片和所述第二透明导电片之间，所述透明间隔物具有厚度并被布置成限定在所述第一透明导电片和所述第二透明导电片之间的开放区域，
其中，所述第一透明导电片和所述第二透明导电片中的至少一个被一个或多个非导电区域分成多个导电区域。
13.根据权利要求12所述的电子内容设备，其中所述多个导电区域中的每一个连接到相应的音频通道。
14.根据权利要求13所述的电子内容设备，其中所述透明超声波音频扬声器是相控阵列发射器。
15.根据权利要求12所述的电子内容设备，其中所述多个导电区域中的每一个连接到音频通道的相应路径。
16.根据权利要求15所述的电子内容设备，其中所述透明超声波音频扬声器是相控阵列发射器。
17.根据权利要求12所述的电子内容设备，其中所述第一透明导电片和所述第二透明导电片中的每一个被一个或多个非导电区域分成多个导电区域。
18.根据权利要求17所述的电子内容设备，其中所述透明超声波音频扬声器包括由所述一个或多个非导电区域电分离的第一透明超声波音频发射器和第二透明超声波音频发射器，并且其中所述第一透明超声波音频发射器和所述第二透明超声波音频发射器以不同的角度定向。
19.根据权利要求12所述的电子内容设备，其中所述一个或多个非导电区域包括玻璃或丙烯酸。
20.根据权利要求12所述的电子内容设备，其中所述第一透明导电片包括与第一透明非导电层相邻的第一透明导电层，并且所述第二透明导电片包括与第二透明非导电层相邻的第二透明导电层。
21.根据权利要求20所述的电子内容设备，进一步包括设置在所述第一透明非导电层上的硬涂层。
22.根据权利要求12所述的电子内容设备，其中所述第一透明导电片和所述第二透明导电片以及设置在两层之间的所述透明间隔物在可见光谱中具有大于75％的组合透射率。
23.根据权利要求12所述的电子内容设备，进一步包括：
调制器，其被耦合以接收所述表示音频内容的电信号并将所接收的电信号调制到超声波载波上；和
驱动器电路，其包括：
两个输入端，其被配置为被耦合以接收表示调制到超声波载波信号上的音频内容的电信号；
第一输出端，其耦合到所述第一透明导电片；以及
第二输出端，其耦合到所述第二透明导电片。
24.根据权利要求12所述的电子内容设备，其中所述电子内容设备包括膝上型计算机、平板电脑、智能手机、电视、数码相机、导航设备、游戏设备、销售点终端、信息亭或自动售货机。
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