JP2012134591A - Oscillation device and electronic apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、圧電振動子を利用した発振装置、この発振装置を利用した電子機器、に関する。 The present invention relates to an oscillation device using a piezoelectric vibrator, and an electronic apparatus using the oscillation device.
携帯電話において、TV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スタイリッシュ携帯の開発に取り組んでおり、小型でかつ大音量の電気音響変換器開発への要求が高まっている。また、プライバシ−保護の観点から、特定位置にのみ音場を形成できる超指向性スピーカの開発が要求されている。超指向性のスピーカとして、超音波を音声などの搬送波に利用して、空気中の非線形状態により復調するパラメトリックスピーカが開発されている。 In mobile phones, we are working on the development of thin, stylish mobile phones with commercial features such as videophones, video playback, and hands-free phone functions, and there is an increasing demand for the development of small, high volume electroacoustic transducers. Yes. Further, from the viewpoint of privacy protection, development of a super-directional speaker that can form a sound field only at a specific position is required. As a super-directional speaker, a parametric speaker that uses an ultrasonic wave as a carrier wave such as sound and demodulates in a non-linear state in the air has been developed.
現在、上述のような電気音響変換器として各種の提案がある(特許文献1,2)。 Currently, there are various proposals as the above-described electroacoustic transducer (Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、超音波の指向性を絞り込むには、フェーズドアレイ法のように、微少な超音波振動子を多数配列したアレイ探触子から、タイミングを変えて発信した超音波を合成した主ビームを発生させる方法が取られていた。この場合、多数の圧電振動子をアレイ状に配列する必要があるため、超音波デバイスのサイズが増加する問題があった。 However, in order to narrow down the directivity of ultrasonic waves, a main beam that combines ultrasonic waves transmitted at different timings is generated from an array probe in which a large number of minute ultrasonic transducers are arranged, as in the phased array method. The method to make was taken. In this case, since it is necessary to arrange a large number of piezoelectric vibrators in an array, there is a problem that the size of the ultrasonic device increases.
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、高い指向性を有する小型の発振装置、このような発振装置を利用した電子機器、を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a small oscillation device having high directivity and an electronic apparatus using such an oscillation device.
本発明の発振装置は、電界の印加により伸縮運動する複数の圧電素子と、複数の圧電素子が個々に一端に装着されている細長形状の複数の弾性部材と、複数の弾性部材の他端を支持している枠状の支持部材と、を有する。 An oscillation device according to the present invention includes a plurality of piezoelectric elements that expand and contract by application of an electric field, a plurality of elongated elastic members each having a plurality of piezoelectric elements attached to one end, and the other ends of the plurality of elastic members. A frame-shaped support member.
本発明の第一の電子機器は、本発明の発振装置と、発振装置に可聴域の音波に復調される超音波を出力させる発振駆動部と、を有する。 A first electronic device according to the present invention includes the oscillation device according to the present invention and an oscillation drive unit that causes the oscillation device to output an ultrasonic wave demodulated into an audible sound wave.
本発明の第二の電子機器は、本発明の発振装置と、発振装置に超音波を出力させる発振駆動部と、発振装置から発振されて測定対象物で反射した超音波を検知する超音波検知部と、検知された超音波から測定対象物までの距離を算出する測距部と、を有する。 A second electronic device according to the present invention includes an oscillation device according to the present invention, an oscillation drive unit that outputs an ultrasonic wave to the oscillation device, and an ultrasonic detection that detects an ultrasonic wave oscillated from the oscillation device and reflected from a measurement object. And a distance measuring unit that calculates a distance from the detected ultrasonic wave to the measurement object.
本発明の発振装置は、枠状の支持部材に他端が支持されている複数の細長形状の弾性部材の一端に複数の圧電素子が個々に装着されている。片持ち支持構造を利用していることから、音波の放射部は弾性部材と圧電素子からなる振動子の端部に限定される。このため、隣接する振動子の音波放射位置を近接させることができる。すなわち、振動子間の短径方向の距離を制御することで、隣接する振動子から発振された音波の位相キャンセリングを抑制することができ、高効率で音波の指向性を絞り込むことができる。 In the oscillation device of the present invention, a plurality of piezoelectric elements are individually attached to one end of a plurality of elongated elastic members whose other ends are supported by a frame-shaped support member. Since the cantilever support structure is used, the sound wave radiating portion is limited to the end portion of the vibrator composed of the elastic member and the piezoelectric element. For this reason, the sound wave radiation positions of adjacent vibrators can be brought close to each other. That is, by controlling the distance in the minor axis direction between the transducers, it is possible to suppress the phase canceling of the sound waves oscillated from the adjacent transducers, and to narrow down the directivity of the sound waves with high efficiency.
本実施の形態の発振装置である電気音響変換器100を図1および図2を参照して以下に説明する。本実施の形態の電気音響変換器100は、図1に示すように、電界の印加により伸縮運動する複数の圧電素子111と、複数の圧電素子111が個々に一端に装着されている細長形状の複数の弾性部材112と、複数の弾性部材112の他端を支持している枠状の支持部材120と、を有する。
An
本実施の形態の電気音響変換器100では、支持部材120は、平面形状で矩形に形成されており、弾性部材112は、支持部材120の相対する二辺で前記他端が支持されている。より詳細には、支持部材120は、平面形状で前後左右に四辺が位置する矩形に形成されており、弾性部材112は、左右方向に細長形状で前後方向に複数が配列されている。なお、弾性部材112のアスペクト比は、例えば、3〜10である。
In the
ただし、左右二列に弾性部材112が配列されており、右側の弾性部材112の左端に圧電素子111が装着されているとともに、左側の弾性部材112の右端に圧電素子111が装着されている。なお、本実施の形態の電気音響変換器100では、矩形の弾性部材112の一端上面の全域に矩形の圧電素子111が形成されている。
However, the
本実施の形態の電気音響変換器100には、圧電素子111と弾性部材112からなる圧電振動子110に可聴域の音波を出力させる発振駆動部であるドライバ回路130が結線されている。
The
音波発生のメカニズムは、圧電素子111への電界の印加により発生する伸縮運動を利用する。また、超音波の周波数は20kHz以上に限定する。圧電素子111は機械品質係数Qが高いため、基本共振近傍にエネルギが集中するため、基本共振周波数では高い音圧レベルを得ることができるが、その他の周波数帯域では、音圧が減衰してしまう。
The mechanism of sound wave generation utilizes a stretching motion generated by applying an electric field to the
本構成では、特定周波数に限定した超音波を発振させるため、むしろ、圧電素子111の機械品質係数Qが高いことが特性として優位となる。また、圧電振動子の基本共振周波数は圧電素子111の形状に影響を受けるため、高い周波数帯域、例えば、超音波帯域に共振周波数を調整する場合、小型化に優位となる。
In this configuration, since the ultrasonic wave limited to a specific frequency is oscillated, it is rather advantageous that the mechanical quality factor Q of the
なお、本構成では、FM(Frequency Modulation)やAM(Amplitude Modulation)変調させた超音波を発振させ、空気の非線形状態(疎密状態)を利用して、変調波を復調させ可聴音を再生する、いわゆるパラメトリックスピーカの原理に基づいて音響再生を行う。本実施の形態の電気音響変換器100では、圧電素子111は、高周波数帯域の発振に限定した構成になるため、小型化が可能となる。
In this configuration, FM (Frequency Modulation) and AM (Amplitude Modulation) modulated ultrasonic waves are oscillated, and the modulated waves are demodulated using the non-linear state (dense state) of air to reproduce audible sound. Sound reproduction is performed based on the principle of a so-called parametric speaker. In the
上述のような構成において、本構成の電気音響変換器100では、超音波を音声の搬送波として利用するパラメトリックスピーカの原理を利用して音響再生を行う。このパラメトリックスピーカの原理を利用することで、超指向性の音場形成が可能となる。なお、音波の指向性を制御するにはフェーズドアレイ法のように、アレイ状の複数の圧電振動子110から音波を放射することが好ましく、本構成の電気音響変換器100においても、アレイ状に配列されている複数の圧電振動子110を利用して超指向性の音場形成が可能となる。
In the configuration as described above, the
本実施の形態の電気音響変換器100は、上述のように枠状の支持部材120に他端が支持されている複数の細長形状の弾性部材112の一端に複数の圧電素子111が個々に装着されている。
In the
このように片持ち支持構造を利用していることから、音波の放射部は弾性部材112と圧電素子111からなる圧電振動子110の端部に限定される。このため、隣接する圧電振動子110の音波放射位置を近接させることができる。すなわち、圧電振動子110間の短径方向の距離を制御することで、隣接する圧電振動子110から発振された音波の位相キャンセリングを抑制することができ、高効率で音波の指向性を絞り込むことができる。
Since the cantilever support structure is used in this way, the sound wave radiating portion is limited to the end portion of the
なお、ドライバ回路130で複数の圧電素子111を駆動するときには、全部に同一の駆動信号を入力して高効率に高指向性の音波を発生させてもよく、複数の圧電素子111に入力する駆動信号を個別に制御して高効率な高指向性の音波の出力方向を制御してもよい。
When a plurality of
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では圧電素子111で弾性部材112の上面のみ拘束するユニモルフ構造の電気音響変換器100を例示した。しかし、二個の圧電素子111で弾性部材112の上面と下面とを拘束したバイモルフ構造の発振装置なども実施可能である。この場合、装置全体を大型化することなく、さらに高効率に大音量の出力が可能となる。
The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are allowed without departing from the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the unimorph
また、上記形態では左右二列に弾性部材112が配列されており、右側の弾性部材112の左端に圧電素子111が装着されているとともに、左側の弾性部材112の右端に圧電素子111が装着されていることを例示した。
Further, in the above embodiment, the
しかし、図3に発振装置として例示する電気音響変換器200のように、矩形の支持部材120の四辺から複数の弾性部材112が卍状に四方向に形成されていてもよい。さらに、図4に発振装置として例示する電気音響変換器300のように、支持部材310が円形に形成されており、複数の弾性部材112が放射状に形成されていてもよい。
However, like the
また、上記形態では圧電素子111が一個の圧電層からなることを想定した。しかし、圧電素子が、圧電層と電極層とが交互に積層された積層構造からなってもよい(図示せず)。
Moreover, in the said form, it assumed that the
さらに、上記形態では、矩形の弾性部材112の一端上面の全域に矩形の圧電素子111が形成されていることを例示した。しかし、矩形の弾性部材112の一端上面の一部に小型の圧電素子(図示せず)が形成されていてもよい。
Furthermore, in the said form, it illustrated that the rectangular
また、上記形態では左右二列に弾性部材112が配列されており、右側の弾性部材112の左端に圧電素子111が装着されているとともに、左側の弾性部材112の右端に圧電素子111が装着されていることを例示した。しかし、例えば、左右の一方には弾性部材112が形成されていない一列の構造も実施可能である。
Further, in the above embodiment, the
さらに、上記形態では電気音響変換器100に発振駆動部であるドライバ回路130が接続されている電子機器を想定した。しかし、このような電気音響変換器100と、電気音響変換器100に超音波を出力させる発振駆動部と、電気音響変換器100から発振されて測定対象物で反射した超音波を検知する超音波検知部と、検知された超音波から測定対象物までの距離を算出する測距部と、を有するソナーなどの電子機器(図示せず)も実施可能である。
Further, in the above embodiment, an electronic device in which the
なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。 Needless to say, the above-described embodiment and a plurality of modifications can be combined within a range in which the contents do not conflict with each other. Further, in the above-described embodiments and modifications, the structure of each part has been specifically described, but the structure and the like can be changed in various ways within a range that satisfies the present invention.
100 電気音響変換器
110 圧電振動子
111 圧電素子
112 弾性部材
120 支持部材
130 ドライバ回路
200 電気音響変換器
300 電気音響変換器
310 支持部材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
複数の前記圧電素子が個々に一端に装着されている細長形状の複数の弾性部材と、
複数の前記弾性部材の他端を支持している枠状の支持部材と、
を有する発振装置。 A plurality of piezoelectric elements that expand and contract by application of an electric field;
A plurality of elongated elastic members in which a plurality of the piezoelectric elements are individually attached to one end;
A frame-like support member supporting the other ends of the plurality of elastic members;
An oscillation device having
前記弾性部材は、前記支持部材の少なくとも一辺で前記他端が支持されている請求項1に記載の発振装置。 The support member is formed in a rectangular shape with a planar shape,
The oscillation device according to claim 1, wherein the elastic member has the other end supported by at least one side of the support member.
前記発振装置に可聴域の音波に復調される超音波を出力させる発振駆動部と、
を有する電子機器。 The oscillation device according to any one of claims 1 to 4,
An oscillation driver for outputting an ultrasonic wave demodulated into an audible sound wave to the oscillation device;
Electronic equipment having
前記発振装置に超音波を出力させる発振駆動部と、
前記発振装置から発振されて測定対象物で反射した前記超音波を検知する超音波検知部と、
検知された前記超音波から前記測定対象物までの距離を算出する測距部と、
を有する電子機器。 The oscillation device according to any one of claims 1 to 4,
An oscillation driver that outputs ultrasonic waves to the oscillation device;
An ultrasonic detector for detecting the ultrasonic wave oscillated from the oscillation device and reflected by the measurement object;
A distance measuring unit for calculating a distance from the detected ultrasonic wave to the measurement object;
Electronic equipment having
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010282661A JP2012134591A (en) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | Oscillation device and electronic apparatus |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010282661A JP2012134591A (en) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | Oscillation device and electronic apparatus |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107147329A (en) * | 2017-06-08 | 2017-09-08 | 南京邮电大学 | A kind of acoustic energy retracting device |
US11785390B2 (en) | 2021-02-17 | 2023-10-10 | Ricoh Company, Ltd. | Acoustic transducer |
-
2010
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