JP2023015136A - 磁気分散モードアクチュエータ、およびそれを有する分散モードスピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】従来の圧電磁気ＤＭＡよりも強い出力を実現する分散モードスピーカ、モバイルデバイス及びウェアラブルデバイスを提供する。【解決手段】平面において延びるフラットパネル１０４において、分散モードアクチュエータ（ＤＭＡ）３１０は、平面に平行に延ばされた硬質の細長い部材３３０を含む。部材は、ある箇所でフラットパネルの面に機械的に結合される。部材の端は、平面に直交する方向に自由に振動する。ＤＭＡはまた、磁石３２４～３２８及び導電性コイル３２２を含む。磁石又はコイルの何れかが部材に機械的に結合される。コイルが励磁されると、磁石の磁界とコイルからの磁界との相互作用が、部材を平面に直交する方向に変位させるのに十分な力を印加する。ＤＭＡはさらに、コイルと電気的に結合してフラットパネルから音声応答を生成するように部材を振動させるために、コイルを励磁するようにプログラムされた電子制御モジュールを含む。【選択図】図３

Description

関連出願との相互参照
本願は、２０１８年１０月２４日に出願された米国出願連続番号第６２／７５０，１８７号、および２０１９年２月２８日に出願された米国出願連続番号第１６／２８９，５５３号の優先権を主張する。これらの先行出願の開示は、本願の開示の一部と考えられ、本願の開示において引用により援用される。

背景
この明細書は、磁気分散モードアクチュエータ（magnetic distributed mode actuator：磁気ＤＭＡ）、および、磁気ＤＭＡを特徴とする分散モードスピーカ（distributed mode loudspeaker：ＤＭＬ）に関する。

多くの従来のスピーカは、振動板でピストン状の運動を誘発することによって音を発生させる。対照的に、分散モードスピーカ（ＤＭＬ）などのパネルオーディオスピーカは、電気音響アクチュエータを通してパネルで均一に分散される振動モードを誘発することによって動作する。典型的には、アクチュエータは、電磁アクチュエータまたは圧電アクチュエータである。

概要
この明細書は、磁気回路を含む分散モードアクチュエータ（磁気ＤＭＡ）を開示する。たとえば、そのような磁気ＤＭＡの実施形態は、慣性梁に結合されたコイルおよび永久磁石を特徴とする磁気回路を含み得る。磁気回路のコイルを励磁することにより、慣性梁において振動モードが励起される。音響パネルなどの機械的負荷に磁気ＤＭＡを取り付けることにより、磁気ＤＭＡは、従来の圧電ベースの磁気ＤＭＡに類似する態様でパネルを駆動するために使用され得る。

一般に、第１の局面において、この発明は、平面において延びるフラットパネルを含む分散モードスピーカを特徴とする。分散モードスピーカはまた、平面に平行な方向に沿って延ばされた硬質の細長い部材を含み、部材は、ある箇所でフラットパネルの面に機械的に結合され、部材は、当該箇所を越えて、平面に直交する方向に自由に振動する部材の端まで延びている。分散モードスピーカはさらに、磁石および導電性コイルを含み、磁石または導電性コイルのいずれかが部材に機械的に結合され、磁石および導電性コイルは、導電性コイルが励磁されると、磁石の磁場と導電性コイルからの磁場との相互作用が、部材を平面に直交する方向に変位させるのに十分な力を印加するように、互いに対して配置される。分散モードスピーカはまた、導電性コイルに電気的に結合され、フラットパネルから音声応答を生成するのに十分な周波数および振幅で部材を振動させるようにコイルを励磁するようにプログラムされた、電子制御モジュールを含む。

分散モードスピーカの実現化例は、以下の特徴および／または他の局面の１つ以上の特徴のうちの１つ以上を含み得る。たとえば、フラットパネルはフラットパネルディスプレイを含み得る。

いくつかの実現化例では、部材は、自由端とは反対側の部材の第２の端で機械的に結合される。他の実現化例では、部材は、フラットパネルの面から部材を変位させる硬質要素によってフラットパネルに機械的に結合される。部材は非磁性材料を含み得る。いくつか
の実現化例では、導電性コイルは部材に取り付けられ、磁石は分散モードスピーカのためのハウジングに取り付けられる。

いくつかの実現化例では、部材は、約１ｃｍ～約１０ｃｍの範囲の長さと、５ｍｍ以下の厚さとを有する。部材は非磁性材料を含み得る。部材のサイズおよび剛性は、分散モードスピーカが約２００Ｈｚ～約５００Ｈｚの範囲の共振振動数を有するように選択され得る。

いくつかの実現化例では、磁石は永久磁石であり、一方、他の実現化例では、磁石は電磁石である。

他の実現化例では、分散モードスピーカはさらに、１つ以上の追加の導電性コイルと、対応する磁石とを含む。追加の各導電性コイルおよび磁石について、磁石または導電性コイルのいずれかが部材に機械的に結合され、磁石および導電性コイルは、導電性コイルが励磁されると、磁石の磁場と導電性コイルからの磁場との相互作用が、部材を平面に直交する方向に変位させるのに十分な力を印加するように、互いに対して配置される。

いくつかの実現化例では、導電性コイルと磁石との対の各々は、部材に対して異なる位置に位置し、当該位置は、部材の振動モードに基づいて選択される。

別の局面において、モバイルデバイスは、ハウジングと、ハウジングに搭載されたディスプレイパネルとに加えて、分散モードアクチュエータを含み得る。モバイルデバイスは、携帯電話またはタブレットコンピュータであり得る。

さらに別の局面において、ウェアラブルデバイスは、ハウジングと、ハウジングに搭載されたディスプレイパネルとに加えて、分散モードアクチュエータを含み得る。ウェアラブルデバイスは、スマートウォッチまたは頭部装着型ディスプレイであり得る。

他の利点の中でも、実施形態は、いくつかの従来の磁気ＤＭＡに存在する鉛などの有毒化学物質がない磁気ＤＭＡを特徴とする。たとえば、従来の磁気ＤＭＡは典型的には圧電材料を使用しており、それらの多くは元素の鉛を含む。対照的に、例示的な磁気ＤＭＡは鉛を含まないものの、従来の圧電磁気ＤＭＡに類似する性能を達成することができる。

いくつかの実現化例では、同じ電流によって駆動される場合、電磁気ＤＭＡシステムは、電磁気ＤＭＡシステムによって生じた強磁場に起因して、従来の圧電磁気ＤＭＡよりも強い出力を提供することができる。

さらに、主題は、共振パネルのモード応答を補足し得るモード力および速度出力を生成することができ、一定の力を提供する従来のアクチュエータを使用して共振パネルを駆動することによって得られ得るものよりも、より円滑な音声応答対周波数をもたらす。

加えて、電磁アクチュエータシステムは、容量性負荷を表示する従来の圧電磁気ＤＭＡと比べて、より小さい静電容量を呈するように設計され得る。比較により、磁気ＤＭＡは誘導負荷を呈し、それは、低周波数で駆動される圧電ＤＭＡと比べて、同じ低周波数でデバイスへのより効率的なパワー伝達をもたらし得る。

磁気ＤＭＡの共振部分は、ＰＺＴ磁気ＤＭＡで使用される材料と比べてはるかに脆化しにくい材料、たとえば金属から構成可能であり、より頑丈なデバイスをもたらす。

磁気ＤＭＡは、１つ以上の永久磁石、または電磁石と永久磁石との組合せを含み得るが
、電磁石と永久磁石との組合せを特徴とする実現化例は、圧電材料を特徴とするＤＭＡ、または、永久磁石を特徴とし、電磁石を特徴としないＤＭＡのキュリー温度を超える温度で動作可能である。

モバイルデバイスの一実施形態の斜視図である。 図１のモバイルデバイスの概略断面図である。 部材を駆動する慣性トランスデューサを含む磁気ＤＭＡを示す、モバイルデバイスの一実施形態の断面図である。 部材を駆動する非慣性トランスデューサを含む磁気ＤＭＡを示す、モバイルデバイスの一実施形態の断面図である。 ばねに取り付けられたトランスデューサを含む磁気ＤＭＡを示す、モバイルデバイスの一実施形態の断面図である。 部材に取り付けられた電磁石およびコイルを含む磁気ＤＭＡを示す、モバイルデバイスの一実施形態の断面図である。 部材の同じ側にある、部材の異なる場所に取り付けられた複数の磁気ＤＭＡを示す、モバイルデバイスの一実施形態の断面図である。 一端が閉じられた部材の基本モードを励起する作動方式を示す、図７Ａに示すモバイルデバイスの実施形態の断面図である。 両端が閉じられた部材の基本モードを励起する作動方式を示す、図７Ａ～７Ｂに示すモバイルデバイスの実施形態の断面図である。 部材の第１の高次モードを励起する作動方式を示す、図７Ａ～７Ｃに示すモバイルデバイスの実施形態の断面図である。 モバイルデバイスのための電子制御モジュールの一実施形態の概略図である。

さまざまな図面における同様の参照符号は、同様の構成要素を示す。
詳細な説明
この開示は、分散モードスピーカ（ＤＭＬ）などのパネルオーディオスピーカのためのアクチュエータを特徴とする。そのようなスピーカは、携帯電話などのモバイルデバイスに一体化され得る。たとえば、図１を参照して、モバイルデバイス１００は、デバイスシャーシ１０２と、タッチパネルディスプレイ１０４または単にパネル１０４とを含み、パネル１０４は、パネルオーディオスピーカを一体化するフラットパネルディスプレイ（たとえば、ＯＬＥＤまたはＬＣＤディスプレイパネル）を含む。モバイルデバイス１００は、パネル１０４を介して画像を表示することおよびタッチ入力を受けることを含むさまざまなやり方で、ユーザとインターフェイスをとる。典型的には、モバイルデバイスは、およそ１０ｍｍ以下の深さと、６０ｍｍ～８０ｍｍ（たとえば６８ｍｍ～７２ｍｍ）の幅と、１００ｍｍ～１６０ｍｍ（たとえば１３８ｍｍ～１４４ｍｍ）の高さとを有する。

モバイルデバイス１００はまた、音声出力を生成する。音声出力は、フラットパネルディスプレイを振動させることによって音を発生させるパネルオーディオスピーカを使用して生成される。ディスプレイパネルは、分散モードアクチュエータまたは磁気ＤＭＡなどのアクチュエータに結合される。アクチュエータは、パネル１０４などのパネルに力を提供するために配置された可動部品であり、パネルを振動させる。振動するパネルは、たとえば２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの範囲の人間に聞こえる音波を生成する。

音出力の生成に加えて、モバイルデバイス１００は、アクチュエータを使用して触覚出力を生成することもできる。たとえば、触覚出力は、１８０Ｈｚ～３００Ｈｚの範囲の振動に対応することができる。

図１はまた、図２に示す断面方向に対応する破線を示す。図２を参照して、モバイルデバイス１００の断面２００は、デバイスシャーシ１０２とパネル１０４とを示す。図２はまた、参照しやすくするために、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を有するデカルト座標系を含む。デバイスシャーシ１０２は、ｚ方向に沿って測定される深さと、ｘ方向に沿って測定される幅とを有する。デバイスシャーシ１０２はまた、背面パネルを有し、それは、主としてｘｙ平面において延びるデバイスシャーシ１０２の部分によって形成される。モバイルデバイス１００は電磁石アクチュエータ２１０を含み、それは、シャーシ１０２においてディスプレイ１０４の背後に収容され、ディスプレイ１０４の裏側に固定される。

いくつかの実現化例では、パネル１０４は、１つ以上の箇所でシャーシにピン留めされる。これは、これらの箇所ではシャーシからのパネルの並進運動が防止されるということを意味する。しかしながら、パネル１０４がピン留めされる場合、それは当該１つ以上の箇所を中心として回転可能である。

ある実現化例では、パネル１０４は、１つ以上の箇所でシャーシにクランプされる。すなわち、これらの箇所ではパネル１０４の並進および回転が双方とも防止される。

一般に、電磁石アクチュエータ２１０は、電子制御モジュール２２０およびバッテリー２３０を含む、シャーシに収容された他の部品によって制約される体積内に収まるようにサイズ決めされる。たとえば、アクチュエータ２１０は、ｘ軸に沿って測定される１ｃｍ～約１０ｃｍの範囲の長さと、ｚ軸に沿って測定される５ｍｍ以下の厚さとを有し得る。

図３を参照して、磁気ＤＭＡ３１０の一実施形態は、点線で示され、部材３３０に取り付けられた慣性トランスデューサ３２０を含み、部材３３０は次に、スタブ３５０によってパネル１０４に取り付けられている。慣性トランスデューサとは、たとえばそれが取り付けられた部材において、振動する質量の慣性効果によって振動を誘発するトランスデューサである。

部材３３０は、ｚ軸およびｘ軸に沿ってそれぞれ測定される高さおよび幅を有する硬質の細長い部材である。図３には図示されていないが、部材３３０は、ｙ軸に沿って延びる長さを有する。いくつかの実現化例では、部材３３０は、幅が高さまたは長さよりもかなり長い梁である。他の実現化例では、部材３３０は、幅および長さがともに高さよりもかなり長い板である。たとえば、高さは、約２ｍｍ～約６ｍｍ（たとえば約２．５ｍｍ以上、約３．５ｍｍ以上、約４ｍｍ以上、たとえば約５．５ｍｍ以下、約５ｍｍ以下、約４．５ｍｍ以下）であってもよく、幅は、約１２ｍｍ～約２０ｍｍ（たとえば約１３ｍｍ以上、約１４ｍｍ以上、約１５ｍｍ以上、約１６ｍｍ以上、たとえば約１９ｍｍ以下、約１８ｍｍ以下、約１７ｍｍ以下）であってもよく、長さは、約６ｍｍ～約１２ｍｍ（たとえば約７ｍｍ以上、約８ｍｍ以上、約９ｍｍ、たとえば約１１ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下）であってもよい。

部材３３０は、一端でスタブ３５０によってパネル１０４に取り付けられている。図３の例では、部材３３０は、コイル３２２にも取り付けられている。スタブ３５０への部材３３０の取り付けは、スタブに最も近い部材の部分が著しく動くことを防止する。部材３３０の一端がスタブ３５０に取り付けられる一方、部材の反対側の端は、ｚ方向に自由に上下に振動する。

パネル１０４は、たとえば、スタブ３５０からパネル１０４を取り外すとタッチパネルディスプレイ、スタブ、またはそれら双方をおそらく傷つけてしまうように、スタブ３５０に永続的に接続され得る。いくつかの実現化例では、パネル１０４は、たとえば、スタ
ブからタッチパネルディスプレイを取り外してもタッチパネルディスプレイまたはスタブをおそらく傷つけないように、スタブ３５０に取り外し可能に接続され得る。いくつかの実現化例では、パネル１０４の表面をスタブ３５０に接続するために接着剤が使用され、一方、他の実現化例では、一種の留め具が使用される。

慣性トランスデューサ３２０は、トランスデューサを部材３３０に取り付けるコイル３２２を含む。慣性トランスデューサ３２０はまた、背面板３２４を含み、それに第１の磁石３２６と第２の磁石３２８とが取り付けられている。第１の磁石３２６は環状磁石であり、たとえば、ｘｙ平面で見た場合にＯ字型をしており、一方、第２の磁石３２８は柱状磁石である。柱状片３４０が第２の磁石３２８に取り付けられ、第１の磁石３２６および第２の磁石３２８によって生成された磁場がコイル３２２に直交して、すなわちｘ方向に通るように、磁場を集中させるために設けられる。

慣性トランスデューサ３２０はまた、前面板３３２を含み、それは第１の磁石３２６に取り付けられている。前面板３３２は、ｘｙ平面で見た場合にＯ字型をしている。懸架要素３３４ａおよび３３４ｂが、前面板３３２をコイル３２２に取り付ける。前面板３３２の形状および材料特性は、第１の磁石３２６および第２の磁石３２８によって生成された磁場をより良好にｘ方向に、すなわちコイル３２２に直交するように向けるように選択される。

磁気ＤＭＡ３１０の動作中、電子制御モジュール２２０は、電流が磁場に直交してコイルを通るように、コイル３２２を励磁する。磁場が電流の流れに直交するように、磁場の方向がｘ方向であることが重要である。磁場はコイルに力を加え、その結果、コイルはｚ方向に変位される。電流の方向を変えることは、慣性トランスデューサが振動して部材に力を加えることをもたらし、部材もｚ方向に振動する。ある周波数で、トランスデューサ３２０の振動は、部材をある所望の周波数で振動させ得る。

スタブ３５０は、部材３３０からの振動の力をパネル１０４に伝達し、パネルを振動させる。一般に、磁気ＤＭＡ３１０は、タッチパネル１０４において、共振モードを含むさまざまな振動モードを励起し得る。たとえば、タッチパネルディスプレイは、約２００Ｈｚ～約７００Ｈｚの範囲の（たとえば約５００Ｈｚの）基本共振周波数と、約５ｋＨｚ～約２０ｋＨｚの範囲の１つ以上の追加の高次共振周波数とを有し得る。

一般に、コイル３２２は、任意の導電材料（たとえば銅線）から構成され得る。第１の磁石３２６および第２の磁石３２８は、任意のタイプの永続的磁性材料であり得る。

部材３３０は、所望の振動モードを支持するための十分な硬質性と、所望の形状に容易に形成される製造可能性とを有する任意の材料から構成され得る。金属、合金、プラスチック、および／またはセラミックが使用され得る。いくつかの実現化例では、部材３３０を形成する材料は、磁石アセンブリ３１２またはコイル３２２によって生成された磁場と相互作用しないように、非磁性である。部材３３０は、磁気ＤＭＡ３１０によって提供される機械的インピーダンスに影響を与えるようにｚ方向に積層された１つ以上の材料を含み得る。たとえば、ステンレス鋼の層間に挟まれた、たとえばテサ（Tesa）テープなどの粘弾性接着材料の内部減衰層が、部材３３０の運動を減衰する効果を有し得る。

図３は、部材３３０から懸架された慣性トランスデューサを含む磁気ＤＭＡ３１０の実施形態を示しているが、図４は、非慣性トランスデューサ４２０または単にトランスデューサ４２０を含む磁気ＤＭＡ４１０を示しており、トランスデューサ４２０は、部材３３０および機械的接地４３０の双方に取り付けられている。トランスデューサ３２０と同様に、トランスデューサ４２０は、部材３３０に取り付けられたコイル３２２と、背面板３
２４に取り付けられた第１の磁石３２６および第２の磁石３２８と、第２の磁石３２８に取り付けられた柱状片３４０と、第１の磁石３２６に取り付けられた前面板３３２とを含む。トランスデューサ３２０とは異なり、トランスデューサ４２０は、懸架要素３３４ａおよび３３４ｂを含まない。しかしながら、他の実現化例では、磁気ＤＭＡは、トランスデューサ４２０の構成要素と、第１の磁石３２６と第２の磁石３２８との間に形成された空隙にコイル３２２を位置付けるように作用する１つ以上の懸架要素とを含み得る。

トランスデューサ４２０は機械的接地４３０に取り付けられており、したがって、磁気ＤＭＡ４２０の動作中、コイル３２２が励磁されて第１の磁石３２６および第２の磁石３２８の磁場がコイルに力を加えると、この力に応じて、コイルおよび取り付けられた部材３３０のみが動く。部材３３０の振動によって生成された力は、スタブ３５０によってパネル１０４に伝達され、パネルを振動させる。

図４は、コイル３２２が部材３３０の下方に取り付けられる一実施形態を示しているが、いくつかの実現化例では、コイル３２２は部材３３０の上方に取り付けられる。すなわち、トランスデューサ４２０および機械的接地４３０は、Ｘ軸に平行な水平軸を横切って反射される。したがって、機械的接地４３０の第１の面はパネル１０４に取り付けられ、一方、第１の面とは反対側の第２の面は背面パネル３２４に取り付けられる。

機械的接地に取り付けられる代わりに、いくつかの実現化例では、トランスデューサ４２０は、１つ以上の懸架要素に取り付けられる。図５は、懸架要素５３０ａおよび５３０ｂに取り付けられたトランスデューサ４２０を含む磁気ＤＭＡ５１０の一実施形態を示す。各懸架要素５３０ａおよび５３０ｂは、シャーシ１０２にも取り付けられている。トランスデューサ３２０をｚ方向に振動させる懸架要素３３４ａおよび３３４ｂと同様に、懸架要素５３０ａおよび５３０ｂはトランスデューサ４２０をｚ方向に振動させ、それは、部材３３０をある所望の周波数で振動させ得る。

図３～５は、コイル３２２によって形成された空間に位置付けられた永久磁石（すなわち、第２の磁石３２８）を含むＤＭＡを示しているが、いくつかの実現化例では、永久磁石は電磁石アセンブリによって置き換えられる。たとえば、図６を参照して、ＤＭＡ６１０はトランスデューサ６２０を含み、トランスデューサ６２０は、トランスデューサ３２０および４２０と同様に、第２の磁石３２８を支持する背面板３２４を含む。また、トランスデューサ３２０および４２０と同様に、トランスデューサ６２０は、第２の磁石３２８に取り付けられた前面板３３２を含む。トランスデューサ３２０および４２０は、永久磁石である第１の磁石３２６を含んでいるが、アクチュエータ６２０は、破線で示される電磁石アセンブリ６３０を含む。電磁石アセンブリ６３０は、第２のコイル６３２と、コア６３４とを含む。

第２のコイル６３２はコイル３２２とサイズおよび配置以外は本質的に同一である。第２のコイル６３２は、それがコイル３２２によって形成された内部空間内に収まるように、コイル３２２よりも小さくなっている。コイル３２２は部材３３０に取り付けられているが、第２のコイル６３２はコア６３４の周りに巻き付いている。第２のコイル６３２がたとえばＤＣ電流によって励磁されると、第２のコイルを取り巻く磁場が誘発される。

コア６３４は、コイル６３２によって形成された内部空間を通る磁場の部分が主としてｚ方向に向けられるように、誘発された磁場を集中させる。コア６３４は、高い透磁率を有する任意の材料（たとえば鉄）であり得る。アクチュエータ６２０はまた、柱状片３４０を含み、それは、コア６３４に取り付けられ、第２の磁石３２８および電磁石アセンブリ６３０によって生成された磁場（たとえば、コイル６３２によって形成された内部空間の外側に延びる部分）がコイル３２２に直交して、すなわちｘ方向に通るように、磁場を
集中させるために設けられる。

ＤＭＡ６１０の動作中、電子制御モジュール２２０はコイル３２２を励磁し、第２のコイル６３２および第２の磁石３２８によって生成された磁場は、コイル３２２に力を加える。この力に応じて、コイル３２２および取り付けられた部材３３０は、ｚ方向に変位される。ＡＣ電流でコイル３２２を励磁することにより、部材３３０はｚ方向に振動し、部材の振動はスタブ３５０によってパネル１０４に伝達され、パネルを振動させる。

いくつかの実現化例では、電子制御モジュール２２０は、ＡＣ信号を使用して第２のコイル６３２を励磁する。たとえば、第２のコイル６３２を駆動するＡＣ信号は、コイル３２２に印加されるＡＣ信号と同じであり得る。別の例として、たとえば部材３３０上に生成される力を最大化するように、コイル３２２および第２のコイル６３２を駆動するＡＣ信号の位相が互いに相殺され得る。

トランスデューサ６２０は、コア６３４および第２の磁石３２８を機械的接地４３０に取り付ける背面板３２４を含んでいるが、いくつかの実現化例では、背面板３２４は省略され、コア６３４および第２の磁石３２８は、機械的接地４３０に直接取り付けられる。

図３～６は単一のトランスデューサを有する磁気ＤＭＡを含むモバイルデバイスの実施形態を示しているが、より一般的には、複数のトランスデューサを使用することができる。複数のトランスデューサを有することは、部材が振動する周波数の範囲を増加させ、前面ディスプレイパネルの振動が特定の振動モードになることを容易にすることができる。たとえば、図７Ａを参照して、磁気ＤＭＡ７１０は、２つのトランスデューサ７２０ａおよび７２０ｂを含む。各トランスデューサ７２０ａおよび７２０ｂは、トランスデューサ４２０に関して説明したものと同じ構成要素を有する。トランスデューサ７２０ａおよび７２０ｂは、機械的接地７３０ａおよび７３０ｂにそれぞれ取り付けられている。

図７Ａはともに部材３３０の下方に位置付けられた２つのトランスデューサを有するモバイルデバイスを示しているが、トランスデューサの他の配置が可能である。たとえば、双方のトランスデューサを部材３３０の上方に配置し、たとえば、機械的接地に取り付けることができ、機械的接地は次にパネル１０４に取り付けられる。別の例として、１つのトランスデューサを部材３３０の上方に位置付け、一方、第２のトランスデューサを部材の下方に位置付けることができる。

双方のトランスデューサが部材の上方に位置付けられたアクチュエータの１つの特定の利点は、そのようなアクチュエータは、トランスデューサを部材の両側または部材の下方に有するアクチュエータと比べて、より小さい空間を占めるということである。

図７Ｂは、図７Ａに示すモバイルデバイスの断面を示す。図７Ｂは、トランスデューサ７２０ｂの動作中の、すなわち、トランスデューサのコイルが励磁されて力がコイルに加えられる際の磁気ＤＭＡ７１０を示す。図７Ｂに示すように、トランスデューサ７２０ｂのコイルに加えられた力は、部材３３０を、それがコイルに取り付けられているために変位させる。トランスデューサ７２０ｂの動作によって部材３３０がどのように変位されるかをより良好に示すために、図７Ｂは、図７Ａに示す静止位置からの著しい変位を示す。なお、自由端での部材３３０の変位はおよそ１ｍｍである。したがって、トランスデューサ７２０ａおよび７２０ｂのコイルはあまり回転されず、また、コイルの回転はトランスデューサの動作または部材３３０の振動にあまり影響を与えない。

図７Ｂは、一端が閉じられた、基本振動動作モードでの部材３３０を示す。すなわち、スタブ３５０に最も近い部材の部分は、ゼロのｚ方向変位（すなわち、この端は閉じられ
たままである）を経験し、一方、スタブ３５０から最も遠い部分は、最大のｚ方向変位（すなわち、この端は開かれたままである）を経験する。

一般に、電子制御モジュール２２０は、磁気ＤＭＡを制御する駆動電流を生成する。いくつかの実現化例では、磁気ＤＭＡのコイルを通る駆動電流は交流電流であり、この交流電流の周波数とほぼ一致する周波数で部材３３０をｚ方向に振動させる。いくつかの実現化例では、整流された交流電流が磁気ＤＭＡを駆動する。一例として、整流電流で磁気ＤＭＡを駆動することにより、部材３３０は、整流された交流電流のピークで最大変位に達し、整流された交流電流の最小値で静止位置に戻ることができる。

図７Ｃを参照して、断面は、両端が閉じられた、基本振動動作モードでの部材３３０を有する、図７Ａ～７Ｂに示すモバイルデバイスを示す。図７Ｃはまた、ｄ_０、ｄ_１、およびｄ_ｍａｘと呼ばれる、基本動作モードに関する３つの対象箇所を示す。箇所ｄ_０は、スタブ３５０に隣接して部材３３０の末端の方向に位置付けられている。箇所ｄ_１は、スタブ３５０から最も遠い部材３３０の端に位置付けられている。最後に、箇所ｄ_ｍａｘは、ｄ_０とｄ_１との間の中間点に位置付けられている。

図７Ｃに示すような基本動作モードは、ｄ_０およびｄ_１での部材３３０のゼロのｚ方向変位（すなわち、両端が閉じられている）と、ｄ_ｍａｘでの最大のｚ方向変位とを特徴とする。

図７Ｄを参照して、断面は、第１の高次振動動作モードでの部材３３０を有する、図７Ａ～７Ｃに示すモバイルデバイスを示す。第１の高次振動動作モードは、最大のｚ方向変位の２つの箇所であるｄ_ｍａｘ１およびｄ_ｍａｘ２を特徴とする。部材３３０が第１の高次振動動作モードで振動すると、箇所ｄ_ｍａｘ１およびｄ_ｍａｘ２は、最大のｚ方向変位を経験し、一方、ｄ_０、ｄ_１、および、ｄ_０とｄ_１との間の中間点ｄ_ｍｉｄは、ゼロのｚ方向変位を経験する。

一般に、コイルの位置は、部材３３０の振動モードに基づいて選択され得る。すなわち、トランスデューサは、対の代替的配置と比べて、基本振動モード、第１の高次振動モード、または他の振動モードになるように部材３３０を励起するために必要とされるエネルギー量が比較的少なくなるように位置付けられ得る。

一般に、開示されたアクチュエータは、たとえば上述の図２の電子制御モジュール２２０などの電子制御モジュールによって制御される。一般に、電子制御モジュールは、携帯電話の１つ以上のセンサおよび／または信号受信機から入力を受信し、当該入力を処理し、アクチュエータ２１０が好適な触覚応答を提供するようにする信号波形を生成して送信する、１つ以上の電子コンポーネントから構成される。図８を参照して、モバイルデバイス１００などのモバイルデバイスの例示的な電子制御モジュール８００は、プロセッサ８１０と、メモリ８２０と、ディスプレイドライバ８３０と、信号発生器８４０と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）モジュール８５０と、ネットワーク／通信モジュール８６０とを含む。これらのコンポーネントは、（たとえば信号バス８０２を介して）互いに、およびアクチュエータ２１０と電気的に通信している。

プロセッサ８１０は、データまたは命令を処理し、受信し、または送信することができる任意の電子デバイスとして実現されてもよい。たとえば、プロセッサ８１０は、マイクロプロセッサ、中央処理装置（central processing unit：ＣＰＵ）、特定用途向け集積
回路（application-specific integrated circuit：ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッ
サ（digital signal processor：ＤＳＰ）、またはそのようなデバイスの組合せであり得る。

メモリ８２０は、そこに格納されたさまざまな命令、コンピュータプログラム、または他のデータを有する。命令またはコンピュータプログラムは、モバイルデバイスに関して説明された動作または機能のうちの１つ以上を実行するように構成されてもよい。たとえば、命令は、ディスプレイドライバ８３０、信号発生器８４０、Ｉ／Ｏモジュール８５０の１つ以上のコンポーネント、ネットワーク／通信モジュール８６０を介してアクセス可能な１つ以上の通信チャネル、１つ以上のセンサ（たとえば生体認証センサ、温度センサ、加速度計、光学センサ、気圧センサ、湿度センサなど）、および／またはアクチュエータ２１０を介して、デバイスのディスプレイの動作を制御または調整するように構成されてもよい。

信号発生器８４０は、アクチュエータ２１０にとって好適なさまざまな振幅、周波数、および／またはパルスプロファイルのＡＣ波形を生成し、アクチュエータを介して音響応答および／または触覚応答を生成するように構成される。別個のコンポーネントとして示されているが、いくつかの実施形態では、信号発生器８４０はプロセッサ８１０の一部であり得る。いくつかの実施形態では、信号発生器８４０は増幅器を、たとえばその一体化された、または別個のコンポーネントとして含み得る。

メモリ８２０は、モバイルデバイスによって使用され得る電子データを格納可能である。たとえば、メモリ８２０は、たとえば、音声ファイルおよび映像ファイル、文書およびアプリケーション、デバイス設定およびユーザ嗜好、さまざまなモジュールのためのタイミングおよび制御の信号またはデータ、データ構造またはデータベースといった、電気的データまたはコンテンツを格納することができる。メモリ８２０はまた、アクチュエータ２１０のための信号を発生させるために信号発生器８４０によって使用され得るさまざまなタイプの波形を再作成するための命令を格納してもよい。メモリ８２０は、たとえばランダムアクセスメモリ、読出専用メモリ、フラッシュメモリ、リムーバブルメモリ、または他のタイプの記憶素子、またはそのようなデバイスの組合せといった、任意のタイプのメモリであってもよい。

上に簡単に説明されたように、電子制御モジュール８００は、図８にＩ／Ｏモジュール８５０として表わされたさまざまな入力および出力コンポーネントを含んでいてもよい。図８ではＩ／Ｏモジュール８５０のコンポーネントは単一のアイテムとして表わされているが、モバイルデバイスは、ユーザ入力を受け付けるためのボタン、マイク、スイッチ、およびダイヤルを含む多くの異なる入力コンポーネントを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏモジュール８５０のコンポーネントは、１つ以上のタッチセンサおよび／または力センサを含んでいてもよい。たとえば、モバイルデバイスのディスプレイは、ユーザがモバイルデバイスに入力を提供することを可能にする１つ以上のタッチセンサおよび／または１つ以上の力センサを含んでいてもよい。

Ｉ／Ｏモジュール８５０のコンポーネントの各々は、信号またはデータを生成するための特殊回路を含んでいてもよい。場合によっては、コンポーネントは、ディスプレイ上に提示されたプロンプトまたはユーザインターフェイスオブジェクトに対応するアプリケーション特有の入力のためのフィードバックを生成または提供してもよい。

上述のように、ネットワーク／通信モジュール８６０は、１つ以上の通信チャネルを含む。これらの通信チャネルは、プロセッサ８１０と外部デバイスまたは他の電子デバイスとの間の通信を提供する１つ以上の無線インターフェイスを含み得る。一般に、通信チャネルは、プロセッサ８１０上で実行される命令によって解釈され得るデータおよび／または信号を送信および受信するように構成されてもよい。場合によっては、外部デバイスは、他のデバイスとデータをやりとりするように構成された外部通信ネットワークの一部で
ある。一般に、無線インターフェイスは、無線周波数、光信号、音響信号、および／または磁気信号を何ら限定されることなく含んでいてもよく、無線インターフェイスまたは無線プロトコルを通して動作するように構成されてもよい。例示的な無線インターフェイスは、無線周波数セルラーインターフェイス、光ファイバーインターフェイス、音響インターフェイス、ブルートゥース（登録商標）インターフェイス、短距離無線通信インターフェイス、赤外線インターフェイス、ＵＳＢインターフェイス、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）インターフェイス、ＴＣＰ／ＩＰインターフェイス、ネットワーク通信インターフェイス、または任意の従来の通信インターフェイスを含む。

いくつかの実現化例では、ネットワーク／通信モジュール８６０の通信チャネルのうちの１つ以上は、モバイルデバイスと別のデバイス（別の携帯電話、タブレット、コンピュータなど）との間の無線通信チャネルを含んでいてもよい。場合によっては、出力、音声出力、触覚出力、または視覚的表示要素が、出力のために別のデバイスに直接送信されてもよい。たとえば、可聴警報または視覚的警告が、モバイルデバイス１００から携帯電話に、そのデバイス上での出力のために送信されてもよく、その逆であってもよい。同様に、ネットワーク／通信モジュール８６０は、モバイルデバイスを制御するために別のデバイス上で提供される入力を受信するように構成されてもよい。たとえば、可聴警報、視覚的通知、または触覚的警報（またはそのための命令）が、提示のために外部デバイスからモバイルデバイスに送信されてもよい。

ここに開示されたアクチュエータ技術は、たとえば音響および／または触覚フィードバックを提供するように設計されたパネルオーディオシステムで使用され得る。パネルは、たとえばＬＣＤ技術のＯＬＥＤに基づいたディスプレイシステムであってもよい。パネルは、スマートフォン、タブレットコンピュータ、またはウェアラブルデバイス（たとえば、スマートウォッチ、または、スマート眼鏡などの頭部装着型デバイス）の一部であってもよい。

他の実施形態は、以下の請求項にある。

Claims (17)

1. 分散モードスピーカであって、
   平面において延びるフラットパネルと、
   前記平面に平行な方向に沿って延ばされた硬質の細長い部材とを含み、前記部材は、ある箇所で前記フラットパネルの面に機械的に結合され、前記部材は、前記箇所を越えて、前記平面に直交する方向に自由に振動する前記部材の端まで延び、前記分散モードスピーカはさらに、
   磁石および導電性コイルを含み、前記磁石または前記導電性コイルのいずれかが前記部材に機械的に結合され、前記磁石および前記導電性コイルは、前記導電性コイルが励磁されると、前記磁石の磁界と前記導電性コイルからの磁界との相互作用が、前記部材を前記平面に直交する方向に変位させるのに十分な力を印加するように、互いに対して配置され、前記分散モードスピーカはさらに、
   前記導電性コイルに電気的に結合され、前記フラットパネルから音声応答を生成するのに十分な周波数および振幅で前記部材を振動させるように前記コイルを励磁するようにプログラムされた、電子制御モジュールを含む、分散モードスピーカ。
2. 前記フラットパネルはフラットパネルディスプレイを含む、請求項１に記載の分散モードスピーカ。
3. 前記部材は、自由端とは反対側の前記部材の第２の端で機械的に結合される、請求項１に記載の分散モードスピーカ。
4. 前記部材は、前記フラットパネルの前記面から前記部材を変位させる硬質要素によって前記フラットパネルに機械的に結合される、請求項１に記載の分散モードスピーカ。
5. 前記部材は非磁性材料を含む、請求項１に記載の分散モードスピーカ。
6. 前記導電性コイルは前記部材に取り付けられ、前記磁石は前記分散モードスピーカのためのハウジングに取り付けられる、請求項１に記載の分散モードスピーカ。
7. 前記磁石は前記部材に取り付けられ、前記導電性コイルは前記分散モードスピーカのためのハウジングに取り付けられる、請求項１に記載の分散モードスピーカ。
8. 前記磁石は永久磁石である、請求項１に記載の分散モードスピーカ。
9. 前記磁石は電磁石である、請求項１に記載の分散モードスピーカ。
10. １つ以上の追加の導電性コイルと、対応する磁石とをさらに含み、追加の各導電性コイルおよび磁石について、前記磁石または前記導電性コイルのいずれかが前記部材に機械的に結合され、前記磁石および前記導電性コイルは、前記導電性コイルが励磁されると、前記磁石の磁界と前記導電性コイルからの磁界との相互作用が、前記部材を前記平面に直交する方向に変位させるのに十分な力を印加するように、互いに対して配置される、請求項１に記載の分散モードスピーカ。
11. 前記導電性コイルと磁石との対の各々は、前記部材に対して異なる位置に位置し、前記位置は、前記部材の振動モードに基づいて選択される、請求項１０に記載の分散モードスピーカ。
12. 前記部材は、約１ｃｍ～約１０ｃｍの範囲の長さと、５ｍｍ以下の厚さとを有する、請
    求項１に記載の分散モードスピーカ。
13. 前記部材は、前記分散モードスピーカが約２００Ｈｚ～約５００Ｈｚの範囲の共振振動数を有するように、剛性を有し、サイズ決めされる、請求項１に記載の分散モードスピーカ。
14. モバイルデバイスであって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングに搭載されたディスプレイパネルと、
    平面において延びるフラットパネルとを含み、前記フラットパネルは前記ディスプレイパネルを含み、前記モバイルデバイスはさらに、
    前記平面に平行な方向に沿って延ばされた硬質の細長い部材を含み、前記部材は、ある箇所で前記フラットパネルの面に機械的に結合され、前記部材は、前記箇所を越えて、前記平面に直交する方向に自由に振動する前記部材の端まで延び、前記モバイルデバイスはさらに、
    磁石および導電性コイルを含み、前記磁石または前記導電性コイルのいずれかが前記部材に機械的に結合され、前記磁石および前記導電性コイルは、前記導電性コイルが励磁されると、前記磁石の磁界と前記導電性コイルからの磁界との相互作用が、前記部材を前記平面に直交する方向に変位させるのに十分な力を印加するように、互いに対して配置され、前記モバイルデバイスはさらに、
    前記導電性コイルに電気的に結合され、前記フラットパネルから音声応答を生成するのに十分な周波数および振幅で前記部材を振動させるように前記コイルを励磁するようにプログラムされた、電子制御モジュールを含む、モバイルデバイス。
15. 前記モバイルデバイスは、携帯電話またはタブレットコンピュータである、請求項１４に記載のモバイルデバイス。
16. ウェアラブルデバイスであって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングに搭載されたディスプレイパネルと、
    平面において延びるフラットパネルとを含み、前記フラットパネルは前記ディスプレイパネルを含み、前記ウェアラブルデバイスはさらに、
    前記平面に平行な方向に沿って延ばされた硬質の細長い部材を含み、前記部材は、ある箇所で前記フラットパネルの面に機械的に結合され、前記部材は、前記箇所を越えて、前記平面に直交する方向に自由に振動する前記部材の端まで延び、前記ウェアラブルデバイスはさらに、
    磁石および導電性コイルを含み、前記磁石または前記導電性コイルのいずれかが前記部材に機械的に結合され、前記磁石および前記導電性コイルは、前記導電性コイルが励磁されると、前記磁石の磁界と前記導電性コイルからの磁界との相互作用が、前記部材を前記平面に直交する方向に変位させるのに十分な力を印加するように、互いに対して配置され、前記ウェアラブルデバイスはさらに、
    前記導電性コイルに電気的に結合され、前記フラットパネルから音声応答を生成するのに十分な周波数および振幅で前記部材を振動させるように前記コイルを励磁するようにプログラムされた、電子制御モジュールを含む、ウェアラブルデバイス。
17. 前記ウェアラブルデバイスは、スマートウォッチまたは頭部装着型ディスプレイである、請求項１６に記載のウェアラブルデバイス。

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