CN1488232A - 用于声光变换器的振动膜结构 - Google Patents

Abstract

一种声光变换器的振动膜，它对悬臂形悬吊的布置和形状加以改进，且尺寸紧凑而具有高性能并适于批量生产。在声光变换器中光发射器和光接收器与在振动膜的振动区域形成的反射部分相对，振动膜由悬臂连接振动区域与支撑部分而构成，该声光变换器中，光从光发射器照射到反射部分，且来自反射部分的反射光由光接收器接收以检测振动区域的位置，通过对振动膜进行切口加工形成悬臂，振动区域的外圆周边缘与悬臂的内圆周边缘之间的部分以及支撑部分的内圆周边缘与悬臂的外圆周边缘之间的部分由切口加工分隔开，且悬臂沿振动区域的外圆周延伸。

Description

用于声光变换器的振动膜结构

技术领域

本发明涉及一种声光变换器，更具体地说，涉及其中的一种振动膜结构。

背景技术

作为使用光的传统声电变换器(以下称为声光变换器)，已知有如图13所示的声光变换器，其中平面振动膜11通过环3固定在框架4上，光发射器5和光接收器6也安装在框架4上，且从光发射器5中发出的并在振动膜11处反射的光，由光接收器6接收，从而将振动膜11的位置，即振动，转换为电信号。

在如图13所示的声光变换器中，振动膜是平面的，因此就不能将振动膜的柔性做得较大。为消除该缺点，在如图14所示的传统声光变换器中，从振动膜12的中心到圆周部位的截面以波纹形式形成，从而形成波峰和波谷。圆周部分固定于框架4，且光发射器5和光接收器6固定于框架4。

在如图15所示的传统声光变换器中，在振动膜13的中心处具有一个拱顶形反射部分13a，从反射部分13a到圆周部分形成波纹面，在圆周部分形成的支撑部分13b固定于框架4，且光发射器5和光接收器6固定于框架4。

为了减小声光变换器的尺寸并高敏感度地转换声音，需要减小振动膜的尺寸并增大柔性。在日本专利申请No.2001-184530中为适应此需要而提出的声光变换器，如图16和图17所示。

也即是说，一种利用振动膜14的声光传感器，该振动膜在中心处具有拱顶形反射部分14a并在反射部分14a与支撑部分14b之间具有波纹面，这种声光变换器，通过用激光等切割振动膜14的预定点，形成弧形切口15a和螺旋形切口15b，得到进一步改进。

振动膜14的支撑部分14b固定于框架4。尽管在图16和图17中省略了光发射器和光接收器，但光发射器和光接收器也是按上述的现有技术固定在框架上。螺旋切口15b和弧形切口15a构成悬臂14c、14c、……，以及振动区域的实质上最大的外侧部分，从而改善了振动膜14的振幅性能并提高了声光变换器的性能。

然而，很明显，现时对声光变换器在减小尺寸方面的要求急剧地增长，而且，为了响应减小尺寸的要求，就不得不将图16中所示的拱顶形振动膜14的直径造得更小。由于此例中部分的振动膜14被切开，所以在振动膜14的直径变小时，悬臂面积所占的比例将增大而振动膜14的面积将减小。因此，不能否认，此振动膜的结构是一种气压受压面积不得不减小的结构。

在上述日本专利申请No.2001-184530中描述，当在振动膜14的一部分上提供悬臂14c的悬吊时，优选地在相邻振动区域的外侧部分处提供一肋结构，但振动膜14的形状变成了复杂的三维结构，且自然地，就出现了振动膜14的成型模具等的制造成本变高的问题。

发明内容

为解决上述问题而作出本发明，且本发明有一目的是提供一种性能改进的声光变换器，通过由本发明申请人改进并开发以下结构：特别是在上述日本专利申请No.2001-184530中提出的振动膜的形状；以及振动膜的悬臂式悬吊的布局和形状，使该变换器能降低成本并且适用于批量制造。

为解决上述问题，不但注意到悬臂式悬吊的形状，还注意到布局的位置，以获得悬臂式悬吊的形状。在这种情况下，为有效地接收空气振动，很明显，振动膜的振动面积越大，接收效果就越好。

但是，用现有技术中提供的止于振动膜中部的悬臂式悬吊的方法，如果除去反射部分的整个振动膜的直径设得较小，自然悬臂式悬吊就不得不占较大的比例。

为解决上述问题，作为使振动膜(由例如胶片的薄膜制成)的振动部分振动的装置，特别是作为使小直径的、减小了柔性的振动膜的振动区域振动的装置，可以考虑以下结构，其中：在整个圆周上提供一平面部分，其截面形状从形成在反射部分外侧的振动区域的外圆周部分沿水平方向延伸到外侧；在顺着上述振动区域的外圆周形状，或者说，在顺着形成在反射部分外侧的振动区域的外圆周形状的状态下，对该平面部分进行尽可能精细的切口加工；并形成悬臂式悬吊。

因此，在本发明的声光变换器的振动膜结构用在声光变换器中，其中光发射器和光接收器与在振动膜的振动区域形成的反射部分相对，该振动膜通过由悬臂将振动区域和支撑部分相连而形成；光从上述光发射器中发射到上述反射部分；用上述光接收器接收来自上述反射部分的反射光，以检测上述振动区域的位置。该声光变换器的特征在于，上述悬臂是对上述振动膜进行切口加工而形成的；由上述的切口加工将位于上述振动区域的外圆周边缘与上述悬臂的内圆周边缘之间的部分和位于上述支撑部分的内圆周边缘与上述悬臂的外圆周边缘之间的部分分割开；且上述悬臂沿着上述振动区域的外圆周延伸。

在上述振动膜结构中，用于将位于上述振动区域的外圆周边缘与上述悬臂的内圆周边缘之间的部分和位于上述支撑部分的内圆周边缘与上述悬臂的外圆周边缘之间的部分分割开的切口包含：形成在振动区域的外圆周上的至少三个弧形内切口；位于该内切口之外并形成在上述支撑部分的内圆周上的至少三个弧形外切口；以及径向切口，每个径向切口都将每个内切口的一端与在该内切口的一端相邻的另一内切口之外形成的外切口的一端相连。

在上述振动膜结构中，上述悬臂的一端通过一连接部分与上述振动区域相连，该连接部分位于每个内切口在一侧与径向切口相连的一端与相邻于该内切口的另一内切口在该侧不与该径向切口相连的一端之间；上述悬臂的另一端通过一部分与上述支撑部分相连，该连接部分位于每个外切口在一侧与径向切口相连的一端与相邻于该外切口的另一外切口在该侧不与该径向切口相连的一端之间。

在上述振动膜结构中，在整个圆周上具有从上述反射部分的外圆周边缘进一步延伸到外面的平面部分，且悬臂处于沿着上述反射部分的外边缘延伸的状态。

在相同的振动膜结构中，在上述反射部分的外边缘之外具有倾斜上升形截面的上倾部分；在整个圆周上有一平展(flat)部分，其截面形状从上述上倾部分的外圆周部分沿水平方向进一步延伸到外面；悬臂以顺着上述振动区域的外圆周边缘延伸的状态布置在上述平展部分上。

在相同的振动膜结构中，在上述反射部分的外圆周边缘的整个圆周上有一截面形状呈直角或基本呈直角的下降部分；在整个圆周上有一平直部分，其截面形状为从上述下降部分的外圆周部分沿水平方向进一步向外面延伸；悬臂以沿着上述振动区域的外圆周延伸的状态布置在上述平面部分上。

还是在相同的振动膜结构中，在上述反射部分的外圆周边缘处具有截面形状为垂直或倾斜地上升或下降的部分、或呈弧形的上升或下降部分；沿整个圆周形成一平展部分，其截面形状为从上述上升部分或下降部分的外圆周边缘沿水平方向进一步延伸到外面；悬臂以沿着上述振动区域的外圆周的形状延伸的状态布置在上述平面部分上。

附图说明

图1为示出本发明第一实施例的声光变换器的振动膜的顶视图；

图2为示出相同振动膜的剖视图；

图3为示出使用相同振动膜的声光变换器的剖视图；

图4为示出本发明第二实施例的声光变换器的振动膜的顶视图；

图5为示出相同振动膜的剖视图；

图6为示出使用相同振动膜的声光变换器的剖视图；

图7为示出本发明第三实施例的声光变换器的振动膜的顶视图；

图8为示出相同振动膜的剖视图；

图9为示出使用相同振动膜的声光变换器的剖视图；

图10为示出本发明第四实施例的声光变换器的振动膜的顶视图；

图11为示出相同振动膜的剖视图；

图12为示出使用相同振动膜的声光变换器的剖视图；

图13为示出传统声光变换器的一个例子的剖视图；

图14为示出另一例传统声光变换器的剖视图；

图15是示出又一例传统声光变换器的剖视图；

图16是示出再一例传统声光变换器的顶视图；以及

图17为示出相同声光变换器的一部分的剖面图。

具体实施方式

将根据附图说明本发明的实施例。在每个实施例中的振动膜都是通过切割厚约9微米到25微米的平展的树脂薄膜薄层而制成的，或者是通过在热压成形之后切割而制成。

图1为示出本发明第一实施例的声光变换器的振动膜的顶视图，图2为示出相同振动膜的剖视图，而图3为示出使用相同振动膜的声光变换器的剖视图。

如图所示的振动膜1为厚15微米、直径6mm的薄片，且振动膜1是通过实施切口加工并将环3通过粘接连接到外圆周部分的支撑部分1b上而制成的，从而可得到需要的振幅。

具体来说，分别等分地形成三个弧形内切口2a、2a……以及三个弧形外切口2b、2b……，且内切口2a和外切口2b由径向切口2c相连接，从而获得由这些切口所包围的悬臂1c、1c、……，且这些悬臂构成由内切口2a、2a、……所围绕的振动区域1 a的悬吊结构。在图2中剖视图的平面部分处的点划线表示该切口的位置和宽度。

由于悬臂沿振动区域的外圆周延伸，即使通过增加悬臂的长度把柔性做得较大，振动区域也不会变得很小，因此，可以得到敏感度高且紧凑的声光变换器振动膜。

如图3所示，振动膜1的支撑部分1b通过环3而固定在框架4上，且光发射器5和光接收器6固定在框架4上，从而完整构成该声光变换器。在用来反射来自振动膜1的光发射器5的光的部分上施加金属蒸镀。

图4为示出本发明的第二实施例的声光变换器的振动膜的顶视图，图5为示出相同振动膜的剖视图，而图6为示出使用相同振动膜的声光变换器的剖视图。在本实例中，如图5所示形成厚度为15微米的薄膜，且如同在第一实施例中对其进行切口加工，从而得到具有所需要的振幅特性的振动膜7。

以下说明具体细节。在中心处提供一平展部分；并具有一个从该平展部分的外圆周部分升高约0.6mm上倾部分7d；以及提供一平展部分，该平展部分从上倾部分7d的上端部分在水平方向上向外呈平展状。在本实施例的情况中，在上述上倾部分7d的外圆周部分之外提供的平展部分切割成直径为6mm的圆。

该平展部分的宽度为1mm，且在平面部分提供类似于第一实施例中的切口。具体来说，分别等分地形成三个弧形内切口2a、2a……以及三个弧形外切口2b、2b……，且内切口2a和外切口2b由径向切口2c相连接，从而获得由这些切口所包围的宽约0.2mm的悬臂7c、7c、……，且这些悬臂构成由内切口2a、2a、……所围绕的振动区域7a的悬吊结构。

在图5的剖视图的平展部分处的点划线示出该切口的位置和宽度。更具体地说，在形成振动膜之后，在振动区域的反射表面上施加金属蒸镀，然后在实施例上进行切口加工。如图6所示，振动膜1的支撑部分7b固定在框架4上，且光发射器5和光接收器6也固定在框架4上，从而完整构成该声光变换器。由于本实施例中在振动膜的振动区域处提供了上倾面，从而增大了振动区域的刚性，且声光传感特性得到进一步改善。

图7为示出本发明第三实施例的声光变换器的振动膜的顶视图，图8为示出相同振动膜的剖视图，而图9为示出使用相同振动膜的声光变换器的横剖视图。在本实施例中，在振动膜8的中心处具有直径为1.3mm、曲率半径为1.5mm的拱顶形反射部分8a，如图8中的剖视图所示。在此拱顶的最外圆周部分处，向着图的下方，在拱顶的整个外圆周上有长0.5mm长的下降部分8b；在整个圆周上提供一宽约1.5mm的平展部分，其截面形状从下降部分8b的低端沿水平方向延伸至外面；且此平展部分切割成直径为3mm的圆。

在上述拱顶的外圆周部分处提供的下降部分8b之外的位置上，以沿着下降部分8b的外圆周延伸的状态下，以预定尺度的间隔实施切口加工，如图7的顶视图所示。具体来说，在本实施例的情况下，在拱顶外圆周之外半径为0.775mm的位置上提供三个宽40微米到50微米的内切口2a、2a、……，它们基本为三个相等的弧形部分(曲率半径1.225mm)，如顶视图所示。

在上述内切口2a、2a、……之外的半径为1.425的位置上，实施切口加工，其包含三个基本上相等的、与上述宽度相同(40μ～50μ)的弧形部分(曲率半径1.425mm)，以提供三个弧形外切口2b、2b、……，且切口加工还进一步进行以使得通过径向切口2c将外切口2b与内切口2a相连，如图所示。在图8的剖视图的平展部分处的点划线示出该切口的位置和宽度。

由上述切口围绕形成悬臂8c，这些切口包括：内切口2a，外切口2b和径向切口2c，且悬臂8c在支撑部分8d处成为支撑反射部分8a的悬吊结构。

在本实施例中，悬吊结构由沿着反射部分8a的外圆周的三个悬臂8c构成，且在外切口2b、2b、……之外提供的平展部分的支撑部分8d具有作为类似重叠边框的功能，可将振动膜8固定到环3上，在如附图的剖视图所示的情况下，环3宽0.2mm，具有在悬臂8c、8c、……处支撑反射部分8a的结构。

如图9所示，振动膜8的支撑部分8d通过环3固定在框架4上，且光发射器5和光接收器6也固定在框架4上，从而完整构成该声光变换器。由于本实施例中的反射部分为拱顶形，从而使声光传感特性得到进一步改善。

图10为示出本发明的第四实施例的声光变换器的振动膜的顶视图，图11为示出相同振动膜的横剖视图，而图12为示出使用相同振动膜的声光变换器的横剖视图。如图所示，在振动膜9的中心处具有直径1.3mm、曲率半径1.5mm的拱顶形反射区域9a。

从该拱顶(即反射部分9a)的外圆周部分处以45度倾斜角设置倾斜上升的上倾部分9b，且将上倾部分9b的顶端部分的直径设为3.2mm，半径为0.24mm的弧形截面部分9c具有作为切线的顶端部分，和在弧形截面部分9c之外以90度方向(即图中所示的水平方向上)延伸的平展部分。

设置在上述上倾部分9b的顶端部分处的弧形截面部分9c的外圆周部分的直径为4mm。在本实施例中，设置在上述弧形截面部分9c的外圆周部分之外的平展部分被切割成直径为6mm的圆。因此，平展部分的宽度为1mm，且在此平展部分上有如图10所示的切口。

具体来说，在半径为2.215mm的位置上设置有三个宽40微米到50微米的弧形内切口2a、2a、……，它们为三个基本相等的部分；在半径为2.375mm的位置处设置有三个宽40微米到50微米的弧形外切口2b、2b、……，它们是三个基本相等的部分；内切口2a和外切口2b由径向切口2c连接，从而得到由切口围绕的悬臂9d、9d……；这些悬臂构成由内切口2a、2a……围绕的振动区域的悬吊结构。

在外切口2b、2b……外面设置的平展部分成为具有作为类似重叠边框功能的支撑部分9e，可将振动膜9固定到环3等上。宽约0.2mm的悬臂9d具有悬吊和支撑反射部分9a和上倾部分9b的作用，如图11中的剖视图所示。在图11中剖视图的平展部分处的点划线示出该切口的位置和宽度。

由于上述第三和第四实施例的振动膜的背面，即拱顶的表面内侧，作为激光的反射面，可在此反射面上施加镍、铝等的金属蒸镀等操作。可以用掩膜方法只对反射部分8a和9a进行金属蒸镀。在这些实施例中，使用受激准分子激光器、YAG激光器、二氧化碳激光器等激光器进行切口加工，且可以用任何激光器达到预期目的。

上述第三和第四实施例为具有三维形状的反射部分的振动区域的振动膜，但实际上本发明可以按第一实施例中的平面振动膜来实施。

本发明的优点

根据本发明的振动膜结构，悬臂形悬吊就自然地位于振动膜的外面。显然，在外圆周部分(外部)保证悬臂的长度要比在内圆周部分(内部)容易。也就是说，可以将悬臂形悬吊的柔性设定在较高的水平，从而得到的优点是，让基本结构能保证大振幅且振动膜的振动区域的面积并不需因为悬臂而显著减小。

显然，如果振动膜的面积如第三实施例那样减小到最小极限，那么反射部分8a的拱顶部分也作为振动区域就成为了一个优点。在这种情况下，不必靠实施切口加工将悬吊结构设置于反射部分，即如同现有技术中的振动部分，而是将悬吊结构设置在振动区域的外圆周部分，从而提供了能将振动膜减小到极限的优点。而且，如同第四实施例，通过在反射部分9a的外面提供上倾部分9b，振动膜的强度得到加强且自然就增加振动区域的表面积。

也即是说，增大了承受声压的高强度的受压面积，且在上倾部分9b的外圆周部分提供弧形截面部分9c、或上升部分、或下降部分等部分，从而能够增大振动膜的外圆周部分的强度并同时增大振动膜的表面积。因此，就能得到高强度、高音质且其结构利于振幅的振动膜，并由此达到获得高性能振动膜的目的。

前述日本专利申请No.2001-184530已披露，可通过在反射部分的最外圆周部分加上肋结构，有效地防止反射部分变形。且自然地，优选地通过在拱顶外圆周部分的截面上提供上升部分或下降部分的结构，提高肋结构的刚度。

然而，如果反射部分9a减到最小，即如果振动膜减到最小，显然在斜向设置上升部分增加将增加振动膜的尺寸，从而产生了与最小化相矛盾的结构。

因此，可通过在反射部分的拱顶的外圆周部分提供垂直的上升部分来避免增大尺寸。可在拱顶形状的相反方向上(即基本垂直的在附图中的向上的方向)提供上升部分，但显然，在此方向上，薄膜容易在薄膜成形时破损，且即使能成形，上升部分处的薄膜也可能趋于在此方向上变薄，而且肋的作用减半。

对于此缺点，显然如同第三实施例，通过在反射部分8a的拱顶的外圆周部分处提供下降部分8b，能消除薄膜破损、得到满意的薄膜厚度、肋的作用得到充分体现以及体现出对振动膜性能的改善。

当在尺寸上有余地时，很自然，在斜向的上升部分自然有效。因此，在第四实施例中所示的振动膜样式会导致对反射部分的加强以及对振动膜强度的增大，所以它具有改进薄膜成形性能和进一步增大振动膜强度的优点。

根据本发明的振动膜结构，在制造用于形成振动膜的薄膜成形模具时，可仅通过车床加工来制造，且其形状简单。从而，提供了大幅度降低制造成本的优点，该模具的成本比现有技术中模具的成本降低更多，切口加工部分是平展部分这一点有利于改善切口宽度的加工精度，且因此质量和性能以及成本降低都可得到改善。

Claims (7)

1.一种包含振动膜的声光变换器，该振动膜具有连接于随声音振动的振动区域的振动区域的支撑部分、合适数量的悬臂、以及设置成与在振动膜的振动区域处形成的光反射部分相对的光发射器和光接收器，并

通过在所述光接收元件处接收从所述光发射器放出并在所述振动区域的光反射部分被反射的光，随着所述振动区域的振动而检测振动区域的位置变化；其特征在于

所述悬臂通过对所述振动膜进行切口加工而形成，以及

所述振动区域的外圆周边缘与所述悬臂的内圆周边缘之间的部分和所述支撑部分的内圆周边缘与所述悬臂的外圆周边缘之间的部分由所述切口加工分隔开，且所述悬臂沿着所述振动区域的外圆周与所述支撑部分的内圆周之间的部分延伸。

2.根据权利要求1的声光变换器，其特征在于，将所述振动区域的外圆周边缘与所述悬臂的内圆周边缘之间的部分和所述支撑部分的内圆周边缘与所述悬臂的外圆周边缘之间的部分分隔开的切口，每个都包括：至少三个形成在振动区域的外圆周处的弧形内切口；至少三个位于内切口外面且形成在所述支撑部分的内圆周处的弧形外切口；以及径向切口，每个径向切口都将每个内切口的一端与形成于与该内切口的该一端相邻的另一内切口外面的外切口的一端相连接。

3.根据权利要求2的声光变换器，其特征在于，所述悬臂的一端通过这样一个连接部分与所述振动区域相连，该连接部分位于在径向切口所连的一侧的每个内切口的一端与在不与径向切口相连的一侧相邻于所述内切口的另一内切口的一端之间；且该悬臂的另一端通过这样一个连接部分与所述支撑部分相连，该连接部分位于在径向切口所连的一侧的每个外切口的一端与在不与径向切口相连的一侧相邻于所述外切口的另一外切口的一端之间。

4.根据权利要求1的声光变换器，其特征在于，在形成所述振动部分的光反射部分的外圆周边缘的整个圆周处，具有从形成所述振动区域的光反射部分的外圆周处水平延伸到外面的平展部分；且沿所述振动区域的外圆周延伸的悬臂在该平展部分处形成。

5.根据权利要求1的声光变换器，其特征在于，在形成所述振动区域的光反射部分的外圆周边缘的整个圆周处，具有一个从形成所述振动区域的光反射部分外圆周边缘沿对角线方向上升的上倾部分；在整个圆周处还具有一个从所述上倾部分的上端圆周边缘处水平延伸到外面的平展部分；且沿所述振动区域的外圆周延伸的悬臂在该平展部分处形成。

6.根据权利要求1的声光变换器，其特征在于，在形成所述振动区域的反射部分的外圆周边缘的整个圆周处，具有一个从形成所述振动区域的光反射部分的外圆周边缘以直角或以接近直角的角度向下下降的下降部分；在整个圆周处具有一个从所述下降部分的低端圆周边缘处水平地向外延伸的平展部分；且沿所述振动区域的外圆周延伸的悬臂在该平展部分处形成。

7.根据权利要求1的声光变换器，其特征在于，沿整个圆周具有一个从形成所述振动区域的光反射部分的外圆周边缘垂直向上或倾斜地向上上升的上升部分；沿整个圆周具有一个从所述上升部分的上端圆周边缘处以弧形下降的下降部分；在整个圆周具有一个从所述下降部分的低端圆周边缘处水平延伸到外面的平展部分；且沿所述振动区域的外圆周延伸的悬臂在该平展部分处形成。

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