JP2012029080A - 発振装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】パラメトリックスピーカとして機能し、かつ構造を単純化できる発振装置を提供する。
【解決手段】発振装置１１０は、複数の発振部を備えている。各発振部は、それぞれが振動子を有しており、マトリクス状に配置されている。複数の発振部は制御部５０によって出力が制御されている。制御部５０は、筐体１０２の内部に収容されており、発振部に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、発振装置１１０をパラメトリックスピーカとして機能させる。音響レンズ３０は、複数の発振部それぞれから発振された超音波を、一点に集束させる方向に屈曲させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振装置及び電子機器に関する。

近年、携帯電話やラップトップ型コンピュータなどの携帯端末などの需要が拡大している。特にテレビ電話や動画再生、ハンズフリー電話機能などの音響機能を商品価値とした薄型の携帯端末の開発が進められている。これらの開発の中で、小型でかつ出力が大きい電気音響変換器の要求が高まっている。従来、携帯電話等の電子機器には、電気音響変換器として動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。しかしながら動電型電気音響変換器は、その動作原理及び構造から、薄型化には限界がある。そこで、圧電振動子を電気音響変換器であるパラメトリックスピーカして使用することが期待されている。

またパラメトリックスピーカとしての用途ではないが、特許文献１〜３には、超音波を探触子として用いるときに、超音波の発信源に音響レンズを取り付けることが記載されている。これらのうち特許文献１および３に記載の技術は、音響レンズを用いて超音波を拡散させるものである。また特許文献２に記載の技術は、直線状に並べた複数の発信源それぞれから発振された超音波を個々に集束させることにより、超音波を直線状に集束させるものである。

特開２００４−０２３７８１号公報 特開２００６−３３４０７４号公報 特昭５９−１２０９７６号公報

パラメトリックスピーカの復調方式の一つに、マトリクス状に配置されている発信源から発振された超音波を重ね合わせて干渉させることにより、可聴音を復調させるものがある。この方式を採用する場合、複数の発信源の発振方向を個々に変える必要があり、構造が複雑になってしまう。

本発明の目的は、パラメトリックスピーカとして機能し、かつ構造を単純化できる発振装置及び電子機器を提供することにある。

本発明によれば、それぞれが振動子を有していてマトリクス状に配置されている複数の発振部と、
前記複数の発振部に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、前記複数の発振部をパラメトリックスピーカとして機能させる制御部と、
前記複数の発振部に対向して設けられ、前記複数の発振部それぞれから発振された超音波を集束させる方向に屈曲させる音響レンズ系と、
を備える発振装置が提供される。

本発明によれば、筐体と、
前記筐体の内部に収容された発振装置と、
を備え、
前記発振装置は、
それぞれが振動子を有していてマトリクス状に配置されている複数の発振部と、
前記複数の発振部に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、前記複数の発振部をパラメトリックスピーカとして機能させる制御部と、
前記複数の発振部に対向して設けられ、前記複数の発振部それぞれから発振された超音波を集束させる方向に屈曲させる音響レンズ系と、
を備える電子機器が提供される。

本発明によれば、パラメトリックスピーカとして機能し、かつ構造を単純化できる発振装置及び電子機器を提供することができる。

第１の実施形態に係る電子機器の構成を示す断面図である。 電子機器の平面図である。 圧電振動子の厚さ方向の構成を示す断面図である。 第２の実施形態に係る電子機器の圧電振動子の構成を示す斜視分解図である。 第３の実施形態に係る電子機器の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電子機器１００の構成を示す断面図である。図２は電子機器１００の平面図である。電子機器１００は、例えば携帯通信端末であり、筐体１０２、発振装置１１０、及び制御部５０を備えている。だたし電子機器１００は、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器などであってもよい。発振装置１１０は筐体１０２の内部に収容されている。発振装置１１０は、複数の発振部を備えている。各発振部は、それぞれが振動子を有しており、マトリクス状に配置されている。複数の発振部は制御部５０によって出力が制御されている。制御部５０は、筐体１０２の内部に収容されており、発振部に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、発振装置１１０をパラメトリックスピーカとして機能させる。筐体１０２にはスピーカ孔１０４が設けられている。スピーカ孔１０４は、発振装置１１０の発振面に対向しており、発振装置１１０の音響レンズ３０によって塞がれている。音響レンズ３０は、複数の発振部それぞれから発振された超音波を、一点に集束させる方向に屈曲させる。以下、詳細に説明する。

発振装置１１０は、複数の振動部材１０、複数の圧電振動子２０、及び支持体４０を備えている。振動部材１０はシート形状を有している。上記した発振部は、一組の振動部材１０と圧電振動子２０により構成されている。振動部材１０と圧電振動子２０の組がマトリクス状に配置されることにより、発振装置１１０の主要部が構成される。支持体４０は枠状の部材であり、内側面が振動部材１０の縁を支持している。複数の振動部材１０は、同一平面を構成するように配置されている。

振動部材１０は、圧電振動子２０から発生した振動によって振動する。また振動部材１０は、圧電振動子２０の基本共振周波数を調整する。機械振動子の基本共振周波数は、負荷重量と、コンプラインスに依存する。コンプラインスは振動子の機械剛性であるため、振動部材１０の剛性を制御することで、圧電振動子２０の基本共振周波数を制御できる。なお、振動部材１０の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、振動部材１０は、剛性を示す指標である縦弾性係数が１Ｇｐａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。振動部材１０の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう可能性が出てくる。なお、振動部材１０を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である圧電振動子２０に対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどが好ましい。

本実施形態において圧電振動子２０は矩形、例えば正方形である。圧電振動子２０の外縁は、振動部材１０のうち支持体４０に支持されている部分より内側に位置している。ただし圧電振動子２０の形状は、矩形に限定されない。

また発振装置は、発振回路として制御部５０及び信号生成部５４を有している。信号生成部５４は、圧電振動子２０に入力する電気信号を生成する。制御部５０は、外部から入力された音声データを変調して超音波発振用のデータを生成し、このデータを、信号生成部５４を介して圧電振動子２０に入力する。

音響レンズ３０は、超音波、例えば周波数が２０ｋＨｚ以上の音波を集束する方向に九曲させる。本実施形態において音響レンズ３０は、一つの音響レンズ３０で上記したマトリクス状の複数の発振部に対応している。そして音響レンズ３０は、周縁部が支持体４０によって支持されている。音響レンズ３０は、例えば振動部材１０に対向する面が凹状になっている。音響レンズ３０は、外部に面している面が平坦になっているのが好ましい。

図３は、圧電振動子２０の厚さ方向の構成を示す断面図である。圧電振動子２０は、圧電体２２、上面電極２４、及び下面電極２６を有している。圧電体２２は厚さ方向に分極している。圧電体２２を構成する材料は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料及び有機材料のいずれであってもよい。ただし、電気機械変換効率が高い材料、例えばジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）であるのが好ましい。圧電体２２の厚さｈは、例えば１０μｍ以上１ｍｍ以下である。厚さｈ_１が１０μｍ未満の場合、発振装置の製造時に圧電振動子２０が破損する可能性が出てくる。また厚さｈ_１が１ｍｍ超の場合、電気機械変換効率が低くなりすぎてしまい。十分な大きさの振動を得られない。その理由は、圧電振動子２０の厚さが厚くなると、圧電振動子内における電界強度は反比例して小さくなるためである。また圧電体２２の厚さは、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。

上面電極２４及び下面電極２６を構成する材料は特に限定されないが、例えば、銀や銀／パラジウムを使用することができる。銀は低抵抗な汎用的な電極材料して使用されているため、製造プロセスやコストなどに利点がある。銀／パラジウムは耐酸化に優れた低抵抗材料であるため、信頼性の観点から利点がある。また、上面電極２４及び下面電極２６の厚さｈ_２は特に限定されないが、その厚さｈ_２が１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。厚さｈ_２が１μｍ未満では、上面電極２４及び下面電極２６を均一に成形することが難しくなり、その結果、電気機械変換効率が低下する可能性がある。また、上面電極２４及び下面電極２６の膜厚が１００μｍを超える場合は、上面電極２４及び下面電極２６が圧電体２２に対して拘束面となり、エネルギー変換効率を低下させてしまう可能性が出てくる。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態において、複数の発振部に対向する部分には、音響レンズ３０が設けられている。音響レンズ３０は、マトリクス状に配置されている複数の発振部それぞれから発振された超音波を、一点に集束させる方向に屈曲させる。このため、複数の振動部材１０を、同一平面を構成するように配置しても、複数の発振部それぞれから発振された超音波を互いに干渉させて、可聴音に復調させることができる。従って、パラメトリックスピーカの構造を単純化して製造コストを低くすることができる。また複数の振動部材１０の向きを互いに変える必要がないため、発振装置１１０を薄くすることができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る電子機器１００の圧電振動子２０の構成を示す斜視分解図である。本実施形態に係る電子機器１００は、圧電振動子２０が複数の圧電体２２と電極２４とを交互に複数積層させた構造を有している点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。圧電体２２の分極方向は、一層ごとに入れ替わっており、互い違いになっている。

本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また圧電振動子２０を、複数の圧電体２２と電極２４とを交互に複数積層させた構造にしているため、圧電振動子２０の伸縮量が大きくなる。従って、発振装置の出力を大きくすることができる。

（第３の実施形態）
図５は第３の実施形態に係る電子機器１００の断面図である。本実施形態に係る電子機器１００は、発振装置１１０の音響レンズ３０に反射防止層３２が設けられている点を除いて、第１の実施形態に係る電子機器１００と同様の構成である。

反射防止層３２は、音響レンズ３０のうち振動部材１０に対向する面に設けられており、空気を伝播してきた超音波が音響レンズ３０に入射するときに反射することを抑制する。反射防止層３２は、音響インピーダンスが空気と音響レンズ３０の本体の間である材料により構成されている。なお音響レンズ３０を構成する材料の音響インピーダンスは、空気の音響インピーダンスより高い。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また音響レンズ３０が反射防止層３２を有しているため、空気から音響レンズ３０に超音波が入射する際に、超音波が反射することを抑制できる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０ 振動部材
２０ 圧電振動子
２２ 圧電体
２４ 上面電極
２６ 下面電極
３０ 音響レンズ
３２ 反射防止層
４０ 支持体
５０ 制御部
５４ 信号生成部
１００ 電子機器
１０２ 筐体
１０４ スピーカ孔
１１０ 発振装置

Claims (5)

1. それぞれが振動子を有していてマトリクス状に配置されている複数の発振部と、
   前記複数の発振部に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、前記複数の発振部をパラメトリックスピーカとして機能させる制御部と、
   前記複数の発振部に対向して設けられ、前記複数の発振部それぞれから発振された超音波を一点に集束させる方向に屈曲させる音響レンズ系と、
   を備える発振装置。
2. 請求項１に記載の発振装置において、
   前記音響レンズ系は、一つの音響レンズである発振装置。
3. 請求項２に記載の発振装置において、
   内側に前記複数の発振部を保持する枠状の支持体を備え、
   前記音響レンズは、少なくとも周縁部が前記支持体に支持されている発振装置。
4. 請求項２又は３に記載の発振装置において、
   前記音響レンズは、前記複数の発振部に対向する面に、音響インピーダンスが空気と前記音響レンズの本体の間である反射防止層を備える発振装置。
5. 筐体と、
   前記筐体の内部に収容された発振装置と、
   を備え、
   前記発振装置は、
   それぞれが振動子を有していてマトリクス状に配置されている複数の発振部と、
   前記複数の発振部に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、前記複数の発振部をパラメトリックスピーカとして機能させる制御部と、
   前記複数の発振部に対向して設けられ、前記複数の発振部それぞれから発振された超音波を一点に集束させる方向に屈曲させる音響レンズ系と、
   を備える電子機器。
   

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