JP5180192B2 - 圧力波発生装置及び方法 - Google Patents
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Description
2006年5月2日に出願された米国暫定出願第60/802,126号「圧力生成装置」、及び2007年4月2日に出願された米国暫定出願第60/907,450号「圧力生成装置及び当該装置の製造方法」、及び2007年5月3日に出願された米国暫定出願第60/924,203号「圧力波生成装置及び方法」の優先権を主張する。
本発明は、一般的にアクチュエータに関し、特に、スピーカに関する。
マイクロアクチュエータアレイを具えるアクチュエータの技術水準は、以下の文献によってわかると考えられる。これらの文献は、別途表示がない限り全て米国特許文献である。
第6,373,955号:要約書、コラム4第34行乃至コラム5第55行に、トランスデューサアレイを示す。
JP2001016675号:要約書に、音響出力トランスデューサアレイを示す。
第6,963,654号:要約書、図1乃至3、7乃至9、及びコラム7第41行乃至コラム8第54行に、電磁力に基づくトランスデューサ動作を示す。
第6,125,189号:要約書、図1乃至4、及びコラム4第1行乃至コラム5第46行に、静電駆動を含む電気−音響トランスデューサユニットを示す。
WO8400460号:要約書に、マグネットアレイを有する電磁−音響トランスデューサを示す。
第4,337,379号:要約書、コラム3第28−40行、及び図4、9に、電磁力を示す。
第4,515,997号:要約書、コラム4第16−20行に、音量レベルを示す。
第6,795,561号:コラム7、第18−20行に、マイクロアクチュエータアレイを示す。
第5,517,570号:分散したアドレス可能なサウンドピクセルへの音声現象のマッピングを示す。
JP57185790号:要約書に、D/Aコンバータの必要性の低減を示す。
JP51120710号:要約書に、D−Aコンバータを必要としないデジタルスピーカシステムを示す。
JP09266599号:要約書に、デジタル信号をスピーカに直接的に適用することを示す。
第6,959,096号:要約書と、コラム4第50−63行に、一のアレイに配置した複数のトランスデューサを示す。
Lagorce, L.K. and M. G. Allen, “Magnetic and Mechanical Properties of Micro-machined Strontium Ferrite/Polyimide Composites”, IEEE Journal of Micro-electromechanical Systems, 6(4), Dec. 1997; 及び
Lagorce, L.K., Brand, O. and M. G. Allen, “Magnetic micro actuators based on polymer magnets”, IEEE Journal of Micro-electromechanical Systems, 8(1), march 1999.
上側電極層
上側スペーサ(層402と共に示されている)
移動エレメント403
下側スペーサ
下側電極層(層404と共に示されている)
(a)トランスデューサアレイ全体の周囲のコイルが、電圧がかかったときに、アレイ構造全体に電磁場を作る。このコイルの好ましい実施例については、図9B−9Dを参照して述べる。
(b)いくつかの実施例では、上側層の構成402が、スペーサ層と電極層を具えている。ある実施例では、この層は、正確にスペースを空けて配置されたキャビティのアレイを伴う、プリント回路基板(以下「PBC」という。)を具える。各キャビティは、その上側に固定した電極リングを有する。
(c)本実施例の移動エレメント(ピストン)403は、通常、蛇紋形状で囲まれた多数の非常に正確なプレートを伴う、導電性の磁化した材料を切り取ったあるいはエッチングした薄箔でできていても良い。蛇紋形状は、箔に自由に移動させる特定の手段を与える柔軟な撓みとして作用する。
(d)下側層の構成404は、スペーサ層と電極層を具えていても良い。ある実施例では、この層は、正確にスペースをあけて配置されたキャビティアレイを伴う誘電層を具える。このキャビティは、それぞれ、通常、各キャビティの下に固定された電極リングを有する。
b.通常、ある電荷を電極に与え、移動エレメントに逆の電荷を与えることによって生じる静電力。この力の方向は、移動エレメントを電極に引き付ける方向である(この図では正の方向として定義される)。この力は、移動エレメントと電極との間の距離が非常に小さくなるか、及び/又は、このギャップが誘電率の高い材料を具える場合に、有意に増える。
c.撓みによって生じる引き戻し力(バネのように作用する)。この力の方向は、常に装置の中央に向かっている(この図では負の方向として定義される)。撓みに弾性があるのでこの力は比較的小さく、普通リニアである。
Claims (15)
- 音の強度及びピッチを含む少なくとも一の属性がクロックによって定期的にサンプリングされるデジタル入力信号の振幅及び周波数を含む少なくとも一の特性に対応する、音を発生するアクチュエータ装置であって、少なくとも一のアクチュエータデバイスを具えるアクチュエータ装置において、各アクチュエータデバイスが:
各移動エレメントが交流磁場に応答し、交流磁場が存在するときに個別の移動エレメントに与えられる電磁力に応じて各軸に沿って交互に往復移動するよう拘束されている、複数の移動エレメントアレイと;
前記移動エレメントの少なくとも一のサブセットを少なくとも一のラッチ位置に選択的にラッチするように動作して、これによって、前記移動エレメントのサブセットが前記電磁力に応答しないようにする、少なくとも一のラッチと;
前記デジタル入力信号を受信して、前記少なくとも一のラッチを制御するように動作するラッチコントローラと;
を具えることを特徴とするアクチュエータ装置。 - 更に、前記複数の移動エレメントに対する前記電磁力の適用を制御するように動作する磁場制御システムを具え、
前記複数の移動エレメントが流体媒体内に配置されており、前記磁場制御システムと前記ラッチコントローラの少なくとも一つが、前記デジタル入力信号の少なくとも一の特性に対応する音の少なくとも一の属性を規定するように動作し、
前記音は少なくとも一の波長を有し、これによって、当該音に存在する最短波長を規定し、前記各移動エレメントは、その移動軸に直交し、その最大寸法を規定する断面を規定しており、前記各断面の最大寸法は、前記最短波長に比べて小さいことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 請求項1に記載の装置において、前記少なくとも一のラッチが静電ラッチを具えることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記少なくとも一のラッチが、各移動エレメントについて、前記移動エレメントを二つのラッチ位置にそれぞれラッチするように動作する二つのラッチを具えることを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、少なくとも一のラッチ制御動作モードにある前記ラッチコントローラは、電磁力に応答して自在に振動する移動エレメントの数が、前記デジタル入力信号のコード化された音の信号強度の情報に実質的に比例するように設定することを特徴とする装置。
- 請求項1に記載の装置において、前記ラッチコントローラは、前記移動エレメントアレイのサブセットである少なくとも一の移動エレメント群に集合的にアドレスするように動作するとともに、
前記ラッチコントローラは、シーケンス中のn番目の群が、その前の(n−1)番目の群のM倍の移動エレメントを含んでいることで特徴付けられるシーケンス群の各々を集合的にアドレスするように動作し、ここで、Mは整数である、ことを特徴とする装置。 - 請求項1に記載の装置において、前記移動エレメントの少なくとも一つが、周辺を規定する断面を有し、この周辺に取り付けた少なくとも一の撓みによって拘束され、前記撓みは蛇行していることを特徴とする装置。
- 音の強度及びピッチを含む少なくとも一の属性がクロックに基づいて定期的にサンプリングされたデジタル入力信号の振幅及び周波数を含む少なくとも一の特性に対応する、音を発生する作動方法において、当該方法が;
交流電磁場が存在する場合に、自身に作用する電磁力に応じて各軸に沿って交番で往復移動するように各々が拘束された複数の移動エレメントを提供するステップと;
この移動エレメントの少なくとも一のサブセットを少なくとも一のラッチ位置に選択的にラッチして、個別の移動エレメントが電磁力に応答しないようにするステップと;
前記デジタル入力信号を受信し、前記ラッチするステップをこれに応じて制御するステップと;
を具えることを特徴とする方法。 - 請求項8に記載の方法が更に、前記複数の移動エレメントアレイを移動させるステップを具え、当該ステップが前記複数の移動エレメントアレイを少なくとも一の最初のラッチ位置に運ぶステップを含み、
前記少なくとも一の最初のラッチ位置が上側ラッチ位置と下側ラッチ位置を具え、前記複数の移動エレメントアレイを少なくとも一の最初のラッチ位置に運ぶステップが、前記複数の移動エレメント中の第1のサブセットの移動エレメントを上側ラッチ位置に運び、前記複数の移動エレメントの残り全てのエレメントを含む第2のサブセットの移動エレメントを下側ラッチ位置に運ぶステップを具え、前記第1及び第2のサブセットの移動エレメントが、前記第1及び第2のサブセットの移動エレメントがその上側及び下側ラッチ位置にそれぞれあるときに、前記第1のサブセットの移動エレメントによって生じる総圧力が前記第2のサブセットの移動エレメントによって生じる総圧力と大きさが同じで方向が逆にあるように選択され、
前記移動エレメントは、予め決められた極性の電荷を有し、前記移動エレメントの各々が、個別の固有共振周波数を規定して、前記複数の移動エレメントアレイの固有共振周波数レンジを規定し、前記予め決められた極性と逆の極性でチャージされたときに前記上側及び下側のラッチ位置に前記移動エレメントをそれぞれラッチするように動作する第1及び第2の静電ラッチが提供されており、前記複数の移動エレメントアレイを動作させるステップが:
前記第1のサブセットに含まれる各移動エレメントの第1の静電ラッチを前記予め決められた極性と逆の極性にチャージするステップと;
前記第2のサブセットに含まれる各移動エレメントの第2の静電ラッチを前記予め決められた極性と逆の極性にチャージするステップと;
前記移動エレメントアレイに極性が交番する電磁力のシーケンスを適用するステップとを具え、同じ極性の力を連続的に適用する間の時間インターバルが経時的に変化し、これによって、前記シーケンスの変化する周波数レベルを規定し、これによって、任意の時間tで個別の固有共振周波数が時間tにおける周波数レベルと十分に同じである全ての移動エレメントの振動振幅を増加し、前記周波数レベルがその固有共振周波数と同じでなくなって移動エレメントのセットSの振動振幅の増加が終わる前に、固有共振周波数が現在の周波数レベルと同じである全ての移動エレメントのセットSをラッチできるように前記周波数レベルが十分にゆっくりと変化し、前記周波数レベルの変化の範囲が前記固有共振周波数レンジに対応するステップと;
を具えることを特徴とする方法。 - 物理的効果を発生するアクチュエータ装置において:
前記物理的効果を発生する動きを各々が少なくとも第1の方向において可能とする複数のエレメントと;
前記複数のエレメントの少なくとも第1のサブセットに電磁力を含む第1の力を適用することによって、前記複数のエレメントの少なくとも第1のサブセットに前記動きを発生するよう動作する動き発生器と;
前記複数のエレメントの少なくとも第2のサブセットに静電力を含む第2の力を適用することによって、前記複数のエレメントの少なくとも第2のサブセットの前記動きを停止するように動作する動き停止デバイスと;
を具えることを特徴とする装置。 - 請求項10に記載の装置において、前記動き発生器が、前記第1のサブセットに相互に含まれない少なくとも第3のサブセットの複数のエレメントに電磁力を含む第3の力を加えることによって動きを生じるようにも動作し、前記第3の力が、前記第1の力と方向が反対であり、前記第1の力と同時に加えられることを特徴とする装置。
- 物理的効果を発生するアクチュエータ装置において、当該装置が:
各々が自身に作用する電磁力を含む作動力に調和して移動する複数の移動エレメントであって、これによって、前記複数の移動エレメントの調和した動きを含む物理的効果を発生し、前記調和した動きが、ほぼ同じである対応する複数の個別の固有共振周波数を有する、移動エレメントと;
前記複数の個別の固有共振周波数とほぼ同じであるクロック周波数を有するクロックによって前記作動力を提供する少なくとも一の作動力プロバイダと;
を具えることを特徴とする装置。 - 請求項12に記載の装置において、前記アクチュエータ装置が流体媒体中に配置されており、
前記装置がさらに少なくとも一のラッチを具え、当該ラッチは個別の移動エレメントが前記ラッチに十分に近づいたときに前記複数の移動エレメントの少なくとも一の個別の移動エレメントをラッチするように動作し、前記作動力は、前記移動エレメントが前記流体媒体によって生じたダンピングにかかわらず、定期的に前記ラッチに十分に近づいて入り続けるように誘導するほど十分に強いことを特徴とする装置。 - 物理的効果を発生するアクチュエータ装置において:
少なくとも一の電磁力を含む力のセットに各々が応答する複数の移動エレメントであって、前記力のセットの力が、互いに、交番力を形成し、前記複数の移動エレメントが自身に作用する前記交番力に応じて交互に往復移動するように抑制されている、複数の移動エレメントと;
前記複数の移動エレメントのうち選択された移動エレメントへ静電力を適用するように動作する少なくとも一の静電ラッチであって、前記静電力が、前記選択された移動エレメントが前記ラッチから第1の距離dにあるときに、当該静電力が前記交番力より強く、前記選択された移動エレメントが前記ラッチからの第2の距離D>dにあるときに前記交番力より弱い、静電ラッチと;
を具えることを特徴とする装置。 - 物理的効果を発生する作動方法において、当該方法が:
各々が自身に作用する電磁力を含む作動力に調和して移動可能な複数の移動エレメントを提供して、前記複数の移動エレメントの調和した動きを含む物理的効果を発生するステップであって、前記調和する動きが、対応する複数の個別の固有共振周波数であって互いにほぼ等しい周波数を有する、ステップと;
前記複数の個別の固有共振周波数とほぼ等しいクロックに応じて前記作動力を提供するステップと;
を具えることを特徴とする作動方法。
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