JP3982616B2

JP3982616B2 - Diaphragm structure of photoacoustic transducer

Info

Publication number: JP3982616B2
Application number: JP2002125473A
Authority: JP
Inventors: 良雄坂本; 崇博今井
Original assignee: Kenwood KK
Current assignee: Kenwood KK
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2003319496A

Description

【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。
【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１２ｃ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１３ｂがドーム全外周に設けられ、さらに、立ち下り部１３ｂ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、前記振動板の中心部に曲面形状の反射部を形成し、前記反射部の周囲に外周に支持部を有する平坦部を形成し、前記平坦部の支持部の内側の部分の所望の位置に、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、前記除去加工は、前記平坦部を形成する部材の一部を薄膜部として残して有底溝としたものである。
【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０．７７５ｍｍの箇所に、概ね三等分した円弧（Ｒ０．７７５）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〜５０μ）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１ｃ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１ｆ、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、７ｆ…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、８ｆ…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８ｃ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９ｈ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９ｆ、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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photoacoustic transducer, and more particularly to a diaphragm structure thereof.
[0002]
[Prior art]
In a conventional acoustoelectric conversion device using light (hereinafter referred to as a photoacoustic conversion device), for example, as shown in FIG. 13, a planar diaphragm 10 is fixed to a frame 5 via a ring 4. The light emitting element 2 and the light receiving element 3 are mounted on the frame 5, the light emitted from the light emitting element 2 is reflected by the diaphragm 10, and the reflected light is received by the light receiving element 3, so that the position of the diaphragm 10, that is, vibration There is known a photoacoustic conversion device that converts a signal into an electric signal.
[0003]
In the photoacoustic transducer shown in FIG. 13 , the diaphragm 10 is a planar diaphragm. In general, the compliance of a planar diaphragm is determined by the tension applied to the diaphragm. Therefore, it is apparent that it is extremely difficult to obtain a larger compliance in the planar diaphragm while maintaining the planar state.
[0004]
Further, in the conventional photoacoustic transducer shown in FIG. 15, a dome-shaped reflecting portion 12a is provided at the center of the diaphragm 12, and a conical rising portion 12c is formed around the reflecting portion 12a. The corrugation-shaped suspension portion 12b is formed, and the flat portion 12g provided in the periphery thereof is fixed to the frame 5, and the light emitting element 5 and the light receiving element 6 are further fixed to the frame 5.
[0005]
The structure of the diaphragm proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 2001-351355 in response to a further function improvement request has a reflecting portion 13a having a dome shape at the center of the diaphragm 13, as shown in FIGS. Is provided. A falling portion 13b that falls at the outermost peripheral portion of the dome is provided on the entire outer periphery of the dome, and a flat portion 13g that extends in the horizontal direction in the cross-sectional shape from the lower end of the falling portion 13b is provided on the entire periphery. It is.
[0006]
As shown in the plan view of FIG. 16, the outer arc-shaped slit 13s and the inner arc-shaped slit 13t, which are roughly divided into three equal parts along the outer periphery of the falling portion 13b, are applied to the flat portion 13g at predetermined intervals. Furthermore, a radial slit 13u that connects ends of the outer arc-shaped slit 13s and the inner arc-shaped slit 13t is provided. The dashed-dotted line described in the flat part 13g in sectional drawing of FIG. 17 has shown the position and width | variety of a slit.
[0007]
A cantilever-like suspension 13e is formed by being surrounded by the outer arc-shaped slit 13s, the inner arc-shaped slit 13t, and the radial slit 13u, and the suspension 13e supports the reflecting portion 13a. As shown in FIG. 20, the flat portion 13g of the diaphragm 13 is fixed to the frame 5 through the ring 4, and the light emitting element 2 and the light receiving element 3 are further fixed to the frame 5, thereby completing the photoacoustic conversion device. In this example, since the reflection portion has a dome shape, the photoacoustic conversion characteristics are improved.
[0008]
FIG. 18 is a plan view showing another diaphragm proposed in Japanese Patent Application No. 2001-351355, FIG. 19 is a sectional view showing the diaphragm, and FIG. 21 is a sectional view showing a photoacoustic transducer using the diaphragm. It is. In this example, as shown in the cross-sectional view of FIG. 19, a reflecting portion 14 a having a dome shape is provided at the center of the diaphragm 14.
[0009]
The dome, that is, a slope portion 14h that is inclined obliquely at an inclination of 45 ° from the peripheral edge 14b of the reflection portion 14a is provided, and an arc portion 14k is provided with the top end portion of the slope portion 14h as a tangent line. A flat portion 14g extending in the horizontal direction is provided outside the portion 14k.
[0010]
As shown in the plan view of FIG. 18, the flat portion 14g is provided with an outer arc-shaped slit 14s and an inner arc-shaped slit 14t that are roughly divided into three equal parts at predetermined intervals. Radial slits 14u that connect ends with the arcuate slits 14t are provided. The dashed-dotted line described in the flat part 14g in the cross-sectional view of FIG. 19 indicates the position and width of the slit.
[0011]
A cantilever-like suspension 14e is formed surrounded by the outer arc-shaped slit 14s, the inner arc-shaped slit 14t and the radial slit 14u, and the suspension 14e supports the reflecting portion 14a. As shown in FIG. 21, the flat portion 14 g of the diaphragm 14 is fixed to the frame 5 through the ring 4, and the light emitting element 2 and the light receiving element 3 are further fixed to the frame 5 to complete the photoacoustic conversion device.
[0012]
The effect of the diaphragm structure proposed in Japanese Patent Application No. 2001-351355 is remarkably easy to obtain a desired compliance with respect to the diaphragm, and the amplitude performance of the diaphragm is remarkably improved. It is extremely effective in improving the performance of
[0013]
However, in order to further improve performance and reliability, it is undeniable that the slit structure has a structure in which fine dust or the like enters from the gap or light enters. When a photoacoustic transducer having this structure was subjected to a reliability test for a long time, a trace of fine dust invading was confirmed when left in a bad environment. In this situation, in the case of long-term use, it can be expected that fine dust covers the surfaces of the light emitting element 2 and the light receiving element 3, and it can be easily imagined that the performance is a factor of deterioration. Furthermore, it was confirmed that external light entering from the slit becomes a disturbance factor that becomes noise.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has been developed by improving and developing the diaphragm structure of Japanese Patent Application No. 2001-351355 previously proposed by the applicant of the present application, and is a light that is suitable for high performance and mass productivity. An object of the present invention is to provide a diaphragm for an acoustic transducer.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The diaphragm structure of the photoacoustic conversion device according to the present invention includes a light emitting element and a light receiving element disposed at a position facing a reflecting portion of the diaphragm having a pressure receiving surface, and radiates light from the light emitting element to the diaphragm. In the photoacoustic transducer that receives the reflected light from the diaphragm by the light receiving element and detects the position of the diaphragm, a curved reflection part is formed at the center of the diaphragm, and the periphery of the reflection part A flat portion having a support portion on the outer periphery is formed, and a bottomed groove is formed at a desired position of a portion inside the support portion of the flat portion by performing removal processing having a desired size and shape , and the removal processing. Is a bottomed groove, leaving a part of the member forming the flat portion as a thin film portion .
[0016]
In the diaphragm structure, the removal processing is performed by laser processing.
[0017]
Further, in each of the diaphragm structures, a flat part is provided on an outer peripheral part of the diaphragm, and the bottomed groove formed in the flat part of the diaphragm is a suspension edge and a substantially maximum outer edge part of the vibration part of the diaphragm. Is constituted.
[0018]
In each of the diaphragm structures, the bottomed groove has a width of 50 μm or less, preferably 45 μm or less.
[0019]
Further, in each of the diaphragm structures, slit processing is formed at a desired position in addition to the bottomed groove.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Examples of the present invention will be described with reference to the drawings. As the diaphragm in each example, a resin film having a thickness of about 9 μ to about 25 μ was used. In the case of this example, after the film was hot-press molded, metallization was performed on the reflective surface, and then groove processing was further performed with laser light, and the outer portion was further cut with laser light, and the diaphragm was Obtained.
[0021]
1 is a plan view showing a diaphragm according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) is a cross-sectional view showing the diaphragm, and FIGS. 2 (b) to 2 (d) are in FIG. 2 (a). It is an expanded sectional view which shows the various examples of A section.
[0022]
As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, a reflective portion 1 a having a spherical dome shape with a diameter of 1.3 mm and a curvature radius of 1.5 mm is provided at the center of the diaphragm 1. A falling part 1b consisting of 0.5 mm downwards as shown in the figure is provided on the outermost peripheral part of the dome, and further extends horizontally from the falling part 1b toward the outside. A flat portion 1g having a width of about 1.5 mm was provided on the entire circumference, and the flat portion 1g was cut into a circle having a diameter of 3 mm.
[0023]
Grooves 1c, 1d, and 1f are processed on the flat portion 1g along the outer periphery of the falling portion 1b at predetermined intervals as shown in the plan view of FIG. As shown in the drawings (FIGS. 2b to 2d), the slit processed portion shown in FIG. 16 of the conventional example has a groove structure shape. Naturally, the bottom portion of the groove structure connects the respective portions in a very thin film state. It becomes.
[0024]
More specifically, in the case of the present embodiment, the outer side of the outer periphery of the dome, a portion having a radius of 0.775 mm as shown in the plan view, is roughly divided into three arcs (R0.775) and has a width of 40 μ to 50 μ. Three inner arc-shaped grooves 1d, 1d, ... are provided.
[0025]
Further, outside the inner arc-shaped grooves 1d, 1d..., Outer arc-shaped grooves each having an arc (R1.025) roughly divided into three at a radius of 1.025 mm and having the same width (40 μ to 50 μ). 1c, 1c ... are provided. Then, as shown in FIG. 1, a radial groove 1f is provided in which the one end of the inner arc-shaped groove 1d and the other end of the outer arc-shaped groove 1c are connected in a straight line. The positions and widths of the grooves 1c and 1d are indicated by broken lines described in the flat portion 1g in FIG.
[0026]
The portions surrounded by the inner arc-shaped groove 1d and the outer arc-shaped groove 1c are generally cantilever-like suspensions 1e, 1e,..., And in this embodiment, three parts are formed along the outer periphery of the reflecting portion 1a. The flat portions 1g that constitute the suspensions 1e, 1e,... And are provided outside the outer arcuate grooves 1c, 1c,. The reflecting portion 1a is supported by cantilever-like suspensions 1e, 1e,... Having a width of about 0.2 mm.
[0027]
As a matter of course, the groove structure has a structure in which the suspensions 1e, 1e... And the flat portion 1g are connected by a thin film, and therefore has a lower composite than a diaphragm having a conventional slit structure. Therefore, in the case of the present embodiment, as shown in the plan view of FIG. 1, the radial grooves 1f, 1f,... Crossing the suspensions 1e, 1e,. In this embodiment, the radial grooves 1f, 1f,... Traversing the suspensions 1e, 1e,... Are provided at two locations for each suspension 1e as shown in the figure, but this number can be freely selected.
[0028]
In the case of this example, the grooving was performed as shown in the cross-sectional local enlarged view of FIG. 2D. However, as shown in the cross-sectional local enlarged view of FIG. By using the method of leaving the thin film portion in the vicinity of the center of the cross section, it is possible to further improve the symmetry of amplitude. Furthermore, when the groove processing is performed from both sides of the film, as shown in FIG. 2B, it is possible to adjust the compliance, adjust the amplitude frequency characteristic, and the like by intentionally shifting the groove.
[0029]
As shown in FIG. 11, the flat portion 1 g of the diaphragm 1 is fixed to the frame 5 via the ring 4, and the light emitting element 2 and the light receiving element 3 are further fixed to the frame 5. Complete.
[0030]
FIG. 3 is a plan view showing a diaphragm according to a second embodiment of the present invention, FIG. 4 (a) is a sectional view showing the diaphragm, and FIG. 4 (b) shows a portion A in FIG. 4 (a). It is an expanded sectional view. The cross-sectional shape of the diaphragm 6 in this example is the same as that of the first embodiment, and a reflecting part 6a having a spherical dome shape is provided at the center of the diaphragm 6, and a falling part 6b is provided at the outermost periphery of the dome. Is provided on the entire outer periphery of the dome, and further, a flat portion 6g extending horizontally from the falling portion 6b toward the outside is provided on the entire periphery.
[0031]
As shown in FIG. 3, the flat portion 6g is provided with an inner circular groove 6d and an outer circular groove 6c made of concentric circles having a radius of 0.775 mm and a radius of 1.025 mm, respectively, rather than a cantilever suspension. Even if the suspension 6e, which can be called a ring-shaped suspension, is provided, and the radial grooves 6f, 6f... That connect the grooves 6d and 6c around the suspension 6e are provided, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment.
[0032]
FIG. 5 is a plan view showing a diaphragm according to a third embodiment of the present invention, FIG. 6 (a) is a sectional view showing the diaphragm, and FIG. 6 (b) shows a portion A in FIG. 6 (a). It is an expanded sectional view. The cross-sectional shape of the diaphragm 7 in this example is the same as that in the first embodiment, and a reflecting portion 7a having a spherical dome shape is provided at the center of the diaphragm 7, and a falling portion 7b is provided at the outermost peripheral portion of the dome. Is provided on the entire outer periphery of the dome, and further, a flat portion 7g extending horizontally from the falling portion 7b toward the outside is provided on the entire periphery.
[0033]
The flat portion 7g is provided with an inner circular groove 7d and an outer circular groove 7c similar to those of the second embodiment to form a ring-shaped suspension 7e, and an inclined straight line connecting the grooves 7d and 7c around the suspension 7e. Even if the groove-like grooves 7f, 7f... Are provided, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment.
[0034]
FIG. 7 is a plan view showing a diaphragm according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 8A is a sectional view showing the diaphragm, and FIG. 8B shows a portion A in FIG. 8A. It is an expanded sectional view. The cross-sectional shape of the diaphragm 8 in this example is the same as that in the first embodiment, and a reflecting portion 8a having a spherical dome shape is provided at the center of the diaphragm 8, and a falling portion 8b is provided at the outermost peripheral portion of the dome. Is provided on the entire outer periphery of the dome, and further, a flat portion 8g extending horizontally from the falling portion 8b toward the outside is provided on the entire periphery.
[0035]
The flat portion 8g is provided with an inner circular groove 8d and an outer circular groove 8c similar to the third embodiment to form a ring-shaped suspension 8e, and an inclined straight line connecting the grooves 8d and 8c around the suspension 8e. Grooves 8f, 8f... Are provided.
[0036]
Furthermore, in this example, slit processing as shown in the Japanese Patent Application 2001-351355 is combined. That is, radial slits 8s, 8s... Connecting the inner circular groove 8d and the outer circular groove 8c are provided. As shown in FIG. 7, when the length of the slits 8s, 8s,... Is short, the area of the slit is naturally reduced. As a result, the probability of entering fine dust from the outside is greatly reduced. It is confirmed that the intrusion of external light becomes less and the performance of the photoacoustic transducer using the diaphragm 8 reaches the practical range.
[0037]
FIG. 9 is a plan view showing a diaphragm according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a sectional view showing the diaphragm. The cross-sectional shape of the diaphragm 9 in this example is the same as that shown in FIGS. 18 and 19 as a conventional example, and a reflecting portion 9 a having a dome shape is provided at the center of the diaphragm 9. In addition, a slope portion 9h that is inclined at an inclination of 45 ° from the peripheral edge 9b of the reflection portion 9a is provided, and an arc portion 9k is provided with the top end portion of the slope portion 9h as a tangent line. A flat portion 9g extending in the horizontal direction is provided on the outside.
[0038]
As shown in FIG. 9, the flat portion 9g is provided with an inner circular groove 9d and an outer circular groove 9c made of concentric circles, a ring-shaped suspension 9e, and grooves 9d and 9c around the suspension 9e. Connecting radial grooves 9f, 9f... Are provided.
[0039]
Further, in addition to the processing of the grooves 9d and 9c forming the suspension 9e, as shown in FIG. 9, the reflecting portion 9a is provided with a reflecting portion groove 9n in which a circle and a radial portion are connected, and the inclined surface portion 9h is formed with a circle and an S-shape. 9m of slope part groove | channels where a part continues are provided. Since the reflection portion groove 9n is processed on the opposite side of the reflection surface, the reflection of the projection light is not adversely affected, and this groove processing can be easily applied to a planar diaphragm.
[0040]
As shown in FIG. 12, the flat portion 9g of the diaphragm 9 is fixed to the frame 5 through the ring 4, and the light emitting element 2 and the light receiving element 3 are further fixed to the frame 5, so that the photoacoustic conversion device is obtained. Complete.
[0041]
The diaphragm structures of the second to fifth embodiments of the present invention are slightly different from the structure of the cantilever-like pension formed by performing the slit processing of the conventional example, that is, the ring-shaped suspension structure as described above. Will have. That is, the suspension has a structure in which the compliance is changed in a higher direction on the outer peripheral portion of the diaphragm as compared with the cantilever-like pension.
[0042]
Moreover, since the groove structure is different from the slit structure of the conventional example, it is not a structure in which a so-called penetrating portion exists between the front surface and the back surface of the diaphragm as in the conventional slit structure. Even if it is desired to provide a minimum size, it is possible to use a minimum size.
[0043]
Therefore, even if there is no penetrating part in the diaphragm, the area of the penetrating part is small, so there is no effect of entering fine dust etc. Further, external light enters from the slit as in the conventional example In addition to having the advantage of not causing a disturbance factor to the light receiving element, it is possible to adjust the resonance generation point at the applied frequency to the diaphragm while reducing the weight of the diaphragm by devising the groove pattern arrangement. It becomes possible. Accordingly, it is possible to obtain a diaphragm that is lighter and has less resonance, that is, a high-performance diaphragm having a wider reproduction frequency band, and as a result, a higher-performance photoacoustic transducer can be obtained. Has an effect.
[0044]
【The invention's effect】
According to the diaphragm structure of the photoacoustic transducer of the present invention, since the diaphragm has no slit or the slit portion is narrow, dust or the like is prevented from entering the diaphragm, and compliance of the diaphragm is improved. The effect that it can enlarge can be acquired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a diaphragm according to a first embodiment of the present invention.
2A is a cross-sectional view showing the same diaphragm, and FIGS. 2B to 2D are enlarged cross-sectional views showing various examples of an A portion in FIG. 2A.
FIG. 3 is a plan view showing a diaphragm according to a second embodiment of the present invention.
4A is a cross-sectional view showing the diaphragm, and FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view showing a portion A in FIG. 4A.
FIG. 5 is a plan view showing a diaphragm according to a third embodiment of the present invention.
6A is a cross-sectional view showing the diaphragm, and FIG. 6B is an enlarged cross-sectional view showing a portion A in FIG. 6A.
FIG. 7 is a plan view showing a diaphragm according to a fourth embodiment of the present invention.
8A is a cross-sectional view showing the diaphragm, and FIG. 8B is an enlarged cross-sectional view showing a portion A in FIG. 8A.
FIG. 9 is a plan view showing a diaphragm according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the diaphragm.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a photoacoustic transducer using a diaphragm according to first to fourth embodiments of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a photoacoustic transducer using a diaphragm according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of a conventional photoacoustic transducer.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing another example of a conventional photoacoustic transducer.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing still another example of a conventional photoacoustic transducer.
FIG. 16 is a plan view showing an example of a diaphragm of a conventional photoacoustic transducer.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing the diaphragm.
FIG. 18 is a plan view showing another example of a diaphragm of a conventional photoacoustic transducer.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing the diaphragm.
20 is a cross-sectional view showing a photoacoustic transducer using the diaphragm shown in FIG.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a photoacoustic transducer using the diaphragm shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diaphragm, 1a Reflection part, 1b Falling part, 1c Outer arcuate groove 1d Inner arcuate groove, 1e Suspension, 1f Radial groove 1g Flat part 2 Light emitting element 3 Light receiving element 4 Ring 5 Frame 6 Diaphragm, 6a Reflector 6b Falling part, 6c Outer circular groove 6d Inner circular groove, 6e Suspension, 6f Radial groove 6g Flat part 7 Diaphragm, 7a Reflecting part, 7b Falling part, 7c Outer circular groove 7d Inner circular groove, 7e Suspension, 7f Inclined linear groove 7g Flat part 8 Diaphragm, 8a Reflecting part, 8b Falling part, 8c Outer circular groove 8d Inner arcuate groove, 8e Suspension, 8f Inclined linear groove 8g Flat part, 8s Radial slit 9 Diaphragm, 9a Reflector, 9b Reflector periphery, 9c Outer circular groove 9d Inner arcuate groove, 9e Suspension, 9f Radial groove, 9g Flat part 9 Slope part, 9k Arc part, 9m Slope part groove, 9n Reflection part groove 10 Diaphragm 11 Diaphragm, 11a Reflection part, 11b Suspension part, 11g Flat part 12 Diaphragm, 12a Reflection part, 12b Suspension part 12c Rising part, 12g Flat part 13 Diaphragm, 13a Reflecting part, 13b Falling part,
13e Suspension, 13s Outer arcuate slit 13t Inner arcuate slit, 13u Radial slit 13g Flat part 14 Diaphragm, 14a Reflector, 14b Reflector peripheral edge 14e Suspension 14g Flat part 14h Slope part, 14k Arc part 14s Outer arcuate slit, 14t inner circular slit 14u radial slit

Claims

A light emitting element and a light receiving element are disposed at a position facing the reflecting portion of the diaphragm having a pressure receiving surface, light is emitted from the light emitting element to the diaphragm, and reflected light from the diaphragm is received by the light receiving element. In the photoacoustic transducer for detecting the position of the diaphragm,
A curved reflection part is formed at the center of the diaphragm, a flat part having a support part on the outer periphery is formed around the reflection part, and at a desired position of an inner part of the support part of the flat part, The bottomed groove is formed by applying removal processing of a desired size and shape ,
The diaphragm structure of the photoacoustic transducer , wherein the removing process leaves a part of the member forming the flat portion as a thin film portion to form a bottomed groove .

2. The diaphragm structure of the photoacoustic transducer according to claim 1, wherein the removal processing is performed by laser processing.

A flat part is provided on the outer peripheral part of the diaphragm, and the bottomed groove formed in the flat part of the diaphragm constitutes an edge of the suspension and a substantially maximum outer edge part of the vibration part of the diaphragm. The diaphragm structure of the photoacoustic transducer according to claim 1 or 2.

The diaphragm structure of the photoacoustic transducer according to any one of claims 1 to 3, wherein a width of the bottomed groove is 50 µ or less, preferably 45 µ or less.

The diaphragm structure of the photoacoustic transducer according to any one of claims 1 to 4, wherein slit processing is formed at a desired position in addition to the bottomed groove.