JP2003319496A - 光音響変換装置の振動板構造 - Google Patents

光音響変換装置の振動板構造

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JP2003319496A
JP2003319496A JP2002125473A JP2002125473A JP2003319496A JP 2003319496 A JP2003319496 A JP 2003319496A JP 2002125473 A JP2002125473 A JP 2002125473A JP 2002125473 A JP2002125473 A JP 2002125473A JP 2003319496 A JP2003319496 A JP 2003319496A
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  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】外来光やごみ等が侵入することなくコンプライ
アンスの高い光音響変換装置の振動板構造を提供する。 【解決手段】受圧面を有する振動板1の反射部1aと対
向する位置に発光素子と受光素子とを配置し、振動板1
に発光素子から光を放射し、振動板1からの反射光を前
記受光素子で受光して前記振動板1の位置を検出する光
音響変換装置において、振動板1の所望の位置に、所望
の寸法形状からなる除去加工を施して有底溝1c、1
d、1fを形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光音響変換装置に係
り、特にその振動板構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の光を用いた音響電気変換装置(以
下、光音響変換装置と記す。)は、例えば、図13に示
すように、平面状の振動板10がリング4を介してフレ
ーム5に固定され、フレーム5に発光素子2および受光
素子3を装着し、発光素子2より放射された光を振動板
10で反射させ、この反射光を受光素子3で受光するこ
とで振動板10の位置、すなわち振動を電気信号に変換
する光音響変換装置が知られている。
【0003】図13に示す光音響変換装置にでは振動板
10が平面状振動板である。一般的に平面状の振動板の
コンプライアンスは振動板に加える張力(テンション)
によって決められている。従って、平面状振動板におい
て、平面状態を保ったまま、より大きなコンプライアン
スを得る事は極めて困難であることは明らかである。そ
の欠点を改善した図14に示す従来の光音響変換装置で
は振動板11の中心部に山状の反射部11aを設け、反
射部11aから周辺部にかけて1つの谷と山が形成され
るように断面波形状のサスペンション部11bを形成
し、その周辺の平坦部11gをフレーム5に固定し、フ
レーム5にさらに発光素子5および受光素子6を固定し
てある。
【0004】また、図15に示す従来の光音響変換装置
では振動板12の中心にドーム形状の反射部12aを設
け、反射部12aの周囲に円錐形状の立ち上がり部12
cを形成し、立ち上がり部12cから周辺部にかけてコ
ルゲーション形状のサスペンション部12b形成して、
その周辺部に設けられた平坦部12gをフレーム5に固
定し、フレーム5にさらに発光素子5および受光素子6
を固定してある。
【0005】更なる機能向上要求に応じて、本出願人が
特願2001−351355に提案した振動板の構造
は、図16および図17に示すように、振動板13の中
央にドーム形状からなる反射部13aが設けられてい
る。このドームの最外周部で立ち下がる立ち下り部13
bがドーム全外周に設けられ、さらに、立ち下り部13
bの下端から外側に向かって断面形状水平方向に延出し
た平坦部13gを全周に設けてある。
【0006】平坦部13gに、図16の平面図で示すご
とく所定の寸法間隔にて、立ち下り部13b外周に沿っ
た状態で、概ね3等分した外側円弧状スリット13sと
内側円弧状スリット13tとが施され、さらに、外側円
弧状スリット13sと内側円弧状スリット13tとの端
を繋ぐ放射状スリット13uが施されている。図17の
断面図における平坦部13gに記載されている1点鎖線
がスリットの位置及び巾を示している。
【0007】前記の外側円弧状スリット13s、内側円
弧状スリット13tおよび放射状スリット13uで囲ま
れてカンチレバー状のサスペンション13eが形成さ
れ、このサスペンション13eが反射部13aを支持す
る。図20に示すように振動板13の平坦部13gをリ
ング4を介してフレーム5に固定し、フレーム5にさら
に発光素子2および受光素子3が固定されて光音響変換
装置が完成する。この例では反射部がドーム形状となっ
ているので、光音響変換特性が改善される。
【0008】図18は特願2001−351355に提
案された他の振動板を示す平面図、図19は同振動板を
示す断面図、図21は同振動板が用いられた光音響変換
装置を示す断面図である。この例では図19の断面図に
示すように、振動板14の中央にはドーム形状からなる
反射部14aが設けられている。
【0009】このドーム、すなわち、反射部14aの周
囲縁14bから45°の傾斜にて斜めに立ちがる斜面部
14hが設けられ、この斜面部14hの頂端部を接線と
して円弧部14kを設け、さらに、円弧部14kの外側
に水平方向へに延出した平坦部14gを設けている。
【0010】平坦部14gに、図18の平面図で示すご
とく所定の寸法間隔にて、概ね3等分した外側円弧状ス
リット14sと内側円弧状スリット14tとが施され、
さらに、外側円弧状スリット14sと内側円弧状スリッ
ト14tとの端を繋ぐ放射状スリット14uが施されて
いる。図19の断面図における平坦部14gに記載され
ている1点鎖線がスリットの位置及び巾を示している。
【0011】前記の外側円弧状スリット14s、内側円
弧状スリット14tおよび放射状スリット14uで囲ま
れてカンチレバー状のサスペンション14eが形成さ
れ、このサスペンション14eが反射部14aを支持す
る。図21に示すように振動板14の平坦部14gをリ
ング4を介してフレーム5に固定し、フレーム5にさら
に発光素子2および受光素子3が固定されて光音響変換
装置が完成する。
【0012】上記特願2001−351355に提案さ
れた振動板構造の効果は目覚しく振動板に対して所望の
コンプライアンスを得ることが容易になり、振動板の振
幅性能を画期的に改善せしめ、光音響変換装置の性能向
上に極めて有効である。
【0013】しかし、更なる性能向上、および信頼性の
向上を求めるに当たり、前記スリット構造おいて、その
隙間から、微細なゴミ等が侵入する、或いは光が入り込
む構造である構造であることは否めない。この構造を有
する光音響変換装置を長時間にわたる信頼性試験を行っ
たところ、悪環境下に放置した場合、微細なゴミが侵入
した痕跡が確認された。この状況はさらに長期間使用の
場合は、微細ゴミが発光素子2および受光素子3の表面
を覆う事態が予想できるものであり、性能を劣化の要因
たることは容易に想像できるものである。さらに又、ス
リットより入り込んだ、外部の光がノイズとなる外乱要
因となることも確認された。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するためになされたものであり、本願出願人が先に
提案した特願2001−351355の振動板構造を改
良発展させ、さらに高性能、且つ量産性に適した光音響
変換装置の振動板を提供することを目的とするものであ
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】この発明の光音響変換装
置の振動板構造は、受圧面を有する振動板の反射部と対
向する位置に発光素子と受光素子とを配置し、前記振動
板に前記発光素子から光を放射し、前記振動板からの反
射光を前記受光素子で受光して前記振動板の位置を検出
する光音響変換装置において、振動板の所望の位置に、
所望の寸法形状からなる除去加工を施して有底溝を形成
したものである。
【0016】また、前記振動板構造において、レーザー
加工によつて前記除去加工を施したものである。
【0017】また、前記各振動板構造において、振動板
の外周部に平坦部を設け、振動板の前記平坦部に形成さ
れた前記有底溝がサスペンションの縁および前記振動板
の振動部の略最大外縁部を構成してなるものである。
【0018】また、前記各振動板構造において、前記有
底溝の巾を50μ以下、好ましくは45μ以下としたも
のである。
【0019】さらに、前記各振動板構造において、前記
有底溝に加えてスリット加工が所望の位置に形成されて
なるものである。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明するが、各実施例における振動板は厚さが約9μ〜
約25μ前後の樹脂フィルムを用いた。本実施例の場
合、上記フィルムを熱圧成型加工した後、反射面に金属
蒸着を施し、その後、さらにレーザー光による溝加工を
施し、さらに外側部をレーザー光にて切断加工し、振動
板を得た。
【0021】図1はこの発明の第1の実施例である振動
板を示す平面図、図2(a)は同振動板を示す断面図、
図2(b)〜(d)は図2(a)におけるA部の種々の
例を示す拡大断面図である。
【0022】図2の断面図に示すように、振動板1の中
央には直径1.3mm、曲率半径1.5mmの球面のド
ーム形状からなる反射部1aが設けられている。このド
ームの最外周部に図で示すところの下方に向かって0.
5mmからなる立ち下り部1bがドーム全外周に設けら
れ、さらに、立ち下り部1bから外側に向かって水平方
向に延出した幅約1.5mmからなる平坦部1gを全周
に設け、平坦部1gを直径3mmの円形に切断した。
【0023】平坦部1gに、図1の平面図で示すごとく
所定の寸法間隔にて、立ち下り部1b外周に沿った状態
で溝1c、1d、1fを加工し、溝1c、1d、1fの
局部拡大断面図(図2b〜図2d)に示すごとく、従来
例の図16で示したスリット加工部分が溝構造形状とな
り、当然の事ながら、この溝構造の底部が極めて薄い膜
状態にて各部を繋ぐ構造となる。
【0024】詳細を説明すると、本実施例の場合、ドー
ム外周のさらに外側、平面図で示すところの半径0.7
75mmの箇所に、概ね三等分した円弧(R0.77
5)状で巾40μ〜50μからなる3個の内側円弧状溝
1d、1d…を設けた。
【0025】さらに、前記内側円弧状溝1d、1d…の
外側で、半径1.025mmの箇所に、概ね三等分した
円弧(R1.025)を前記同様の巾(40μ〜50
μ)からなる外側円弧状溝1c、1c…を設けた。そし
て、図1に示すように内側円弧状溝1dのー方の端部と
外側円弧状溝1cの他方の端部とを夫々直線に繋いだ放
射状溝1fを施した。図2における平坦部1gに記載さ
れている破線で溝1c、1dの位置および巾を示してい
る。
【0026】前記の内側円弧状溝1d、外側円弧状溝1
cに囲まれた部分が、概ねカンチレバー状のサスペンシ
ョン1e、1e…となり、本実施例の場合、反射部1a
の外周に沿った形状で3個のサスペンション1e、1e
…を構成し、外側円弧状溝1c、1c…の外側に設けら
れた平坦部1gは、振動板1をリング4等に固定する目
的の貼り代部等の機能を有し、巾約0.2mmのカンチ
レバー状のサスペンション1e、1e…にて反射部1a
を支持する構造となる。
【0027】当然の事ながら溝構造では、サスペンショ
ン1e、1e…と平坦部1gが薄膜にて繋がった構造と
なっているため、従来のスリット構造を有した振動板よ
り、低いコンプライスを有する。従って、本実施例の場
合、図1の平面図に示すごとく、さらにサスペンション
1e、1e…を横切る放射状溝1f、1f…を任意の位
置に施し、コンプライアンスを調整した。本実施例の場
合、サスペンション1e、1e…を横切る放射状溝1
f、1f…は図のごとくサスペンション1e一本に対し
て2箇所に施したが、この本数は当然自由に選べるもの
である。
【0028】本実施例の場合、溝加工を、図2(d)の
断面局部拡大図のようにしたが、図2(c)の断面局部
拡大図に示すごとく、溝加工をフィルム両面から施し、
フィルムの断面中央近傍に薄膜部を残す方法を用いるこ
とにより、さらに振幅の対称性を向上させることも可能
である。さらにまた、溝加工をフィルム両面から施す場
合、図2(b)で示すごとく、溝を故意にずらすことに
より、コンプライアンスの調整や、振幅の周波数特性の
調整等を行うことが可能である。
【0029】この振動板1を図11に示すように振動板
1の平坦部1gをリング4を介してフレーム5に固定
し、フレーム5にさらに発光素子2および受光素子3が
固定されて光音響変換装置が完成する。
【0030】図3はこの発明の第2の実施例である振動
板を示す平面図、図4(a)は同振動板を示す断面図、
図4(b)は図4(a)におけるA部を示す拡大断面図
である。この例の振動板6の断面形状は第1の実施例と
同様であり、振動板6の中央に球面のドーム形状からな
る反射部6aが設けられ、このドームの最外周部に立ち
下り部6bがドーム全外周に設けられ、さらに、立ち下
り部6bから外側に向かって水平方向に延出した平坦部
6gを全周に設けてある。
【0031】平坦部6gには図3に示すように夫々半径
0.775mmおよび半径1.025mmの同芯円から
なる内側円状溝6dおよび外側円状溝6cを設け、カン
チレバー状サスペンションと言うよりは、むしろリング
状サスペンションといえるサスペンション6eを設け、
さらにサスペンション6eの周囲の溝6dおよび6cを
繋ぐ放射状溝6f、6f…を設けても第1の実施例と同
様の効果を得ることが可能であった。
【0032】図5はこの発明の第3の実施例である振動
板を示す平面図、図6(a)は同振動板を示す断面図、
図6(b)は図6(a)におけるA部を示す拡大断面図
である。この例の振動板7の断面形状は第1の実施例と
同様であり、振動板7の中央に球面のドーム形状からな
る反射部7aが設けられ、このドームの最外周部に立ち
下り部7bがドーム全外周に設けられ、さらに、立ち下
り部7bから外側に向かって水平方向に延出した平坦部
7gを全周に設けてある。
【0033】平坦部7gには第2の実施例と同様の内側
円状溝7dおよび外側円状溝7cを設けてリング状のサ
スペンション7eを形成し、さらにサスペンション7e
の周囲の溝7dおよび7cを繋ぐ傾斜直線状溝7f、7
f…を設けても第1の実施例と同様の効果を得ることが
可能であった。
【0034】図7はこの発明の第4の実施例である振動
板を示す平面図、図8(a)は同振動板を示す断面図、
図8(b)は図8(a)におけるA部を示す拡大断面図
である。この例の振動板8の断面形状は第1の実施例と
同様であり、振動板8の中央に球面のドーム形状からな
る反射部8aが設けられ、このドームの最外周部に立ち
下り部8bがドーム全外周に設けられ、さらに、立ち下
り部8bから外側に向かって水平方向に延出した平坦部
8gを全周に設けてある。
【0035】平坦部8gには第3の実施例と同様の内側
円状溝8dおよび外側円状溝8cを設けてリング状のサ
スペンション8eを形成し、さらにサスペンション8e
の周囲の溝8dおよび8cを繋ぐ傾斜直線状溝8f、8
f…を設けてある。
【0036】さらに、この例では、前記特願2001−
351355に示したようなスリット加工を組み合わせ
てある。すなわち、内側円状溝8dおよび外側円状溝8
cを結ぶ放射状スリット8s、8s…を設けた。図7に
示すごとくスリット8s、8s…の長さが短いと、当然
の事ながらスリットの面積は少なくなり、その結果、外
部からの微細なゴミの侵入確率が大幅に減り、尚且つ外
乱要因となる外部光の侵入も少なくなり、この振動板8
を使用した光音響変換装置の性能も実用域に達すること
が確認された。
【0037】図9はこの発明の第5の実施例である振動
板を示す平面図、図10は同振動板を示す断面図であ
る。この例の振動板9の断面形状は従来例として図18
および図19に示したものと同様であり、振動板9の中
央にはドーム形状からなる反射部9aが設けられてい
る。また、反射部9aの周囲縁9bから45°の傾斜に
て斜めに立ちがる斜面部9hが設けられ、この斜面部9
hの頂端部を接線として円弧部9kを設け、さらに、円
弧部9kの外側に水平方向へに延出した平坦部9gを設
けている。
【0038】平坦部9gには、図9に示すように同芯円
からなる内側円状溝9dおよび外側円状溝9cを設け、
リング状のサスペンション9eを設け、さらにサスペン
ション9eの周囲の溝9dおよび9cを繋ぐ放射状溝9
f、9f…を設けている。
【0039】さらに、サスペンション9eを形成する溝
9dおよび9cの加工に加えて、図9に示すに、反射部
9aに円と放射状部とが連なる反射部溝9nを設け、斜
面部9hに円とS字状部とが連なる斜面部溝9mを設け
た。反射部溝9nは反射面の反対側に加工されているた
め、投射光の反射には何ら悪影響を及ぼすことはなく、
この溝加工は平面状の振動板にも容易に応用が可能であ
る。
【0040】この振動板9を図12に示すように振動板
9の平坦部9gをリング4を介してフレーム5に固定
し、フレーム5にさらに発光素子2および受光素子3が
固定されて光音響変換装置が完成する。
【0041】本発明の第2〜第5の実施例の振動板構造
は従来例のスリット加工を施したことによるカンチレバ
ー状スペンションという構造からは、若干かけ離れた構
造、つまり、前述のごとくリング状サスペンション構造
を有することとなる。すなわち、カンチレバー状スペン
ションに比べ振動板の外周部にコンプライアンスをより
高い方向に変化せしめたサスペンションを設けた構造と
なる。
【0042】しかも、従来例のスリット構造と異なり、
溝構造となるため、従来例のような、スリット構造のご
とく、振動板の表面から裏面までの間にいわゆる貫通部
分の存在する構造ではないし、仮に、スリットを設けた
い場合でも、最小限の寸法で済ませることが可能であ
る。
【0043】従って、振動板に貫通部分が全くないかあ
っても貫通部分の面積が小さいことから、微細な塵など
の進入は皆無となる効果を発揮し、さらに、従来例のご
とく外光がスリットから進入し、受光素子に外乱要因を
及ぼすことがない利点を有すると共に、溝のパターン配
置を工夫することで、振動板の重量を軽減させつつ、振
動板に対する印加周波数における共振発生点を調節する
ことが可能となる。従って、より軽量で尚且つ共振の発
生が少ない振動板つまり再生周波数帯域がより広い高性
能振動板を得ることを可能ならしめ、結果的により高性
能な光音響変換装置を得ることが可能となる効果を有す
る。
【0044】
【発明の効果】この発明の光音響変換装置の振動板構造
によれば、振動板にスリットがないか、またはスリット
の部分が狭いので、振動板内部にごみ等が入ることが防
止され、しかも振動板のコンプライアンスを大きくする
ことができるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例である振動板を示す平
面図である。
【図2】図2(a)は同振動板を示す断面図、図2
(b)〜(d)は図2(a)におけるA部の種々の例を
示す拡大断面図である。
【図3】この発明の第2の実施例である振動板を示す平
面図である。
【図4】図4(a)は同振動板を示す断面図、図4
(b)は図4(a)におけるA部を示す拡大断面図であ
る。
【図5】この発明の第3の実施例である振動板を示す平
面図である。
【図6】図6(a)は同振動板を示す断面図、図6
(b)は図6(a)におけるA部を示す拡大断面図であ
る。
【図7】この発明の第4の実施例である振動板を示す平
面図である。
【図8】図8(a)は同振動板を示す断面図、図8
(b)は図8(a)におけるA部を示す拡大断面図であ
る。
【図9】この発明の第5の実施例である振動板を示す平
面図である。
【図10】同振動板を示す断面図である。
【図11】この発明の第1〜4の実施例である振動板が
用いられた光音響変換装置を示す断面図である。
【図12】この発明の第5の実施例である振動板が用い
られた光音響変換装置を示す断面図である。
【図13】従来の光音響変換装置の例を示す断面図であ
る。
【図14】従来の光音響変換装置の他の例を示す断面図
である。
【図15】従来の光音響変換装置のさらに他の例を示す
断面図である。
【図16】従来の光音響変換装置の振動板の例を示す平
面図である。
【図17】同振動板を示す断面図である。
【図18】従来の光音響変換装置の振動板の他の例を示
す平面図である。
【図19】同振動板を示す断面図である。
【図20】図17に示す振動板が用いられた光音響変換
装置を示す断面図である。
【図21】図19に示す振動板が用いられた光音響変換
装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 振動板、1a 反射部、1b 立ち下がり部、1c
外側円弧状溝 1d 内側円弧状溝、1e サスペンション、1f 放
射状溝 1g 平坦部 2 発光素子 3 受光素子 4 リング 5 フレーム 6 振動板、6a 反射部、6b 立ち下がり部、6c
外側円状溝 6d 内側円状溝、6e サスペンション、6f 放射
状溝 6g 平坦部 7 振動板、7a 反射部、7b 立ち下がり部、7c
外側円状溝 7d 内側円状溝、7e サスペンション、7f 傾斜
直線状溝 7g 平坦部 8 振動板、8a 反射部、8b 立ち下がり部、8c
外側円状溝 8d 内側円弧状溝、8e サスペンション、8f 傾
斜直線状溝 8g 平坦部、8s 放射状スリット 9 振動板、9a 反射部、9b 反射部周縁、9c
外側円状溝 9d 内側円弧状溝、9e サスペンション、9f 放
射状溝、9g 平坦部 9h 斜面部、9k 円弧部、9m 斜面部溝、9n
反射部溝 10 振動板 11 振動板、11a 反射部、11b サスペンショ
ン部、11g 平坦部 12 振動板、12a 反射部、12b サスペンショ
ン部 12c 立ち上がり部、12g 平坦部 13 振動板、13a 反射部、13b 立ち下がり
部、 13e サスペンション、13s 外側円弧状スリット 13t 内側円弧状スリット、13u 放射状スリット
13g 平坦部 14 振動板、14a 反射部、14b 反射部周縁 14e サスペンション 14g 平坦部 14h 斜
面部、14k 円弧部 14s 外側円弧状スリット、14t 内側円弧状スリ
ット 14u 放射状スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04R 31/00 H04R 31/00 Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受圧面を有する振動板の反射部と対向す
    る位置に発光素子と受光素子とを配置し、前記振動板に
    前記発光素子から光を放射し、前記振動板からの反射光
    を前記受光素子で受光して前記振動板の位置を検出する
    光音響変換装置において、振動板の所望の位置に、所望
    の寸法形状からなる除去加工を施して有底溝を形成した
    ことを特徴とした光音響変換装置の振動板構造。
  2. 【請求項2】レーザー加工によつて前記除去加工を施し
    た請求項1の光音響変換装置の振動板構造。
  3. 【請求項3】振動板の外周部に平坦部を設け、振動板の
    前記平坦部に形成された前記有底溝がサスペンションの
    縁および前記振動板の振動部の略最大外縁部を構成して
    なることを特徴とした請求項1または2の光音響変換装
    置の振動板構造。
  4. 【請求項4】前記有底溝の巾が50μ以下、好ましくは
    45μ以下であることを特徴とした請求項1から3のい
    ずれかに記載した光音響変換装置の振動板構造。
  5. 【請求項5】前記有底溝に加えてスリット加工が所望の
    位置に形成されてなることを特徴とした請求項1から4
    のいずれかに記載した光音響変換装置の振動板構造。
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