專利名稱：超聲換能器和使用其的超聲揚(yáng)聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在寬頻帶上生成恒定高聲壓的靜電超聲換能器和使用其的超聲揚(yáng)聲器。
背景技術(shù)：
圖6示出了常規(guī)超聲換能器的結(jié)構(gòu)。大部分常規(guī)超聲換能器是使用壓電陶瓷作為振動(dòng)元件的諧振超聲換能器。圖6所示的超聲換能器使用壓電陶瓷作為振動(dòng)元件以執(zhí)行從電信號(hào)到超聲波的轉(zhuǎn)換和從超聲波到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換(超聲波的發(fā)送和接收)。圖6所示的雙壓電晶片型超聲換能器包括兩個(gè)壓電陶瓷61和62、錐體63、殼體64、引線65和66以及屏蔽網(wǎng)67。
壓電陶瓷61和62粘貼在一起，并且引線65和66分別在陶瓷61和62的與其粘貼面相對(duì)的表面處連接到陶瓷61和62。
由于諧振超聲換能器利用了壓電陶瓷的諧振現(xiàn)象，所以只能在諧振頻率附近的相對(duì)窄的頻帶中獲得優(yōu)良的超聲發(fā)送和接收特性。如圖8中的曲線Q2所示，諧振超聲換能器的頻率特性對(duì)于相對(duì)于例如40kHz的具有最大聲壓的中心頻率(壓電陶瓷的諧振頻率)±5kHz的頻率，是相對(duì)于最大聲壓的-30dB。
除了圖6所示的諧振超聲換能器以外，靜電超聲換能器是迄今為止公知的寬頻帶振蕩型超聲換能器，如日本待審專利申請(qǐng)首次公報(bào)第2000-50392號(hào)中公開的那樣，其可以在寬頻帶上生成相對(duì)高的聲壓。靜電超聲換能器被稱為拉型(Pull type)，這是因?yàn)檎駝?dòng)膜只在被吸引到固定電極側(cè)的方向上工作。
圖7示出了寬頻帶振蕩型超聲換能器(拉型)的具體結(jié)構(gòu)。
圖7所示的靜電超聲換能器使用厚度為約3到10μm的諸如PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹脂)的介電膜131(絕緣器)作為振動(dòng)膜。
通過諸如真空蒸鍍的處理，將形成為鋁等的金屬箔的上電極132在電介質(zhì)131的上表面上與電介質(zhì)131形成為一體，并設(shè)置由黃銅形成的下電極133以與電介質(zhì)131的下表面相接觸。下電極133與引線152相連接，并固定于由酚醛塑料等形成的底板135。
上電極132與引線153相連接，該引線153又連接到直流偏壓電源150。通過直流偏壓電源150始終對(duì)上電極132施加用于吸引上電極132的約50V到150V的直流偏置電壓，使得將上電極132吸引到下電極133側(cè)。信號(hào)源151連接到下電極133。
電介質(zhì)131、上電極132以及底板135與金屬環(huán)136、137、138以及格網(wǎng)139一起緊密地安裝在殼體130中。
在下電極133的位于電介質(zhì)131側(cè)的表面中形成有具有不規(guī)則、非均勻形狀的約幾十到幾百μm的多個(gè)細(xì)槽。這些細(xì)槽形成下電極133與電介質(zhì)131之間的間隙，由此，上電極132與下電極133之間的電容分布發(fā)生輕微變化。
通過使用磨銼手工使下電極133的表面變粗糙來形成這些隨機(jī)細(xì)槽。由此，靜電超聲換能器以此方式形成有包括不同大小間隙和不同深度的無數(shù)個(gè)電容器。在對(duì)上電極132施加直流偏置電壓的情況下，在上電極132與下電極133之間施加矩形波信號(hào)(50到150Vp-p)。
在具有以上結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，如圖8中的曲線Q1所示，圖7所示的超聲換能器的頻率特性變成寬頻帶。即，靜電、寬頻帶振蕩型超聲換能器的頻率特性是從40kHz到大約100kHz是平坦的，并且在100kHz處與最大聲壓相比約為-6dB。
然而，如圖8所示，對(duì)于最大聲壓值，與諧振超聲換能器的130dB或更高的最大聲壓值相比，靜電超聲換能器具有低達(dá)120dB或者更低的值。因此對(duì)于使用靜電超聲換能器作為超聲揚(yáng)聲器來說，該聲壓稍微不足。
這里，將給出對(duì)其中利用超聲換能器的超聲揚(yáng)聲器的說明。在該超聲揚(yáng)聲器中，通過音頻信號(hào)(音頻頻帶中的信號(hào))對(duì)超聲頻帶中的被稱為載波的信號(hào)進(jìn)行AM調(diào)制，并由調(diào)制后的信號(hào)來驅(qū)動(dòng)超聲換能器。由此，將在通過來自信號(hào)源的音頻信號(hào)調(diào)制超聲波的狀態(tài)下的聲波輻射到空氣中，使得原始音頻信號(hào)由于空氣的非線性而在空氣中自再現(xiàn)。
更具體來說，由于聲波是通過空氣作為介質(zhì)傳播的壓縮波，因此在調(diào)制后的超聲波的傳播過程中會(huì)顯著地出現(xiàn)空氣的稠密部分和稀疏部分。由于聲音的速率在稠密部分中快而在稀疏部分中慢，所以在經(jīng)調(diào)制波本身中會(huì)出現(xiàn)失真。因此，波形被分成載波(超聲波)和音頻波(原始音頻信號(hào))，并且人類只能聽到20kHz或20kHz以下的音頻聲音(原始音頻信號(hào))。通常將該原理稱為參數(shù)陣列效應(yīng)。
需要不低于120dB的超聲聲壓，以使參數(shù)陣列效應(yīng)充分出現(xiàn)，但是難以通過靜電超聲換能器來實(shí)現(xiàn)該特性。因此，使用諸如PZT的陶瓷壓電元件或諸如PVDF的聚合物壓電元件作為超聲波傳輸部件。
然而，壓電元件具有與材料無關(guān)的銳諧振點(diǎn)，以諧振頻率驅(qū)動(dòng)該壓電元件從而將其實(shí)際用作超聲揚(yáng)聲器。因此，可以確保高聲壓的頻域相當(dāng)窄。即，可以說壓電元件最終具有窄帶。
通常，人類的最大音頻頻帶是約20Hz到20kHz，頻帶為約20kHz。即，在超聲揚(yáng)聲器中，不能保真地對(duì)原始音頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，除非在超聲區(qū)中確保20kHz頻帶上的高聲壓。
很容易理解，難以通過利用常規(guī)壓電元件的諧振超聲揚(yáng)聲器來保真地對(duì)20kHz的寬頻帶進(jìn)行再現(xiàn)(解調(diào))。
實(shí)際上，利用圖6所示的常規(guī)諧振超聲換能器的超聲揚(yáng)聲器存在以下問題(1)頻帶窄并且再現(xiàn)出的聲音質(zhì)量低；(2)如果AM調(diào)制系數(shù)太高，則解調(diào)出的聲音會(huì)失真，因此調(diào)制系數(shù)最大可增大到約0.5；(3)如果增大輸入電壓(如果增大音量)，則壓電元件的振動(dòng)變得不穩(wěn)定，并且聲音發(fā)生失真。當(dāng)進(jìn)一步增大電壓時(shí)，壓電元件本身可能被擊穿；以及(4)難以進(jìn)行排列、放大以及小型化，因此制造成本高。
另一方面，如在日本待審專利申請(qǐng)首次公報(bào)第2000-50387號(hào)中公開的那樣，利用圖7所示的靜電超聲換能器(拉型)的超聲揚(yáng)聲器可以基本上解決上述常規(guī)技術(shù)的問題，并且可以覆蓋寬頻帶。但存在的問題在于絕對(duì)聲壓不足以使解調(diào)出的聲音具有足夠的音量。
此外，在拉型超聲換能器中，靜電力只在受固定電極側(cè)吸引的方向上起作用，因此不能保持振動(dòng)膜(對(duì)應(yīng)于圖7中的上電極132)的振動(dòng)的對(duì)稱性質(zhì)。因此，存在如下問題當(dāng)使用拉型超聲換能器作為超聲揚(yáng)聲器時(shí)，振動(dòng)膜的振動(dòng)會(huì)直接產(chǎn)生可聽聲音。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供超聲換能器和使用其的超聲揚(yáng)聲器，所述超聲換能器可產(chǎn)生具有足夠高的聲壓級(jí)以在寬頻帶上獲得參數(shù)陣列效應(yīng)的聲信號(hào)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器包括第一固定電極，其設(shè)置有多個(gè)孔；第二固定電極，其設(shè)置有與所述第一固定電極的所述多個(gè)孔成對(duì)形成的多個(gè)孔；以及振動(dòng)膜，其夾在所述第一固定電極與所述第二固定電極之間并具有被施加直流偏置電壓的導(dǎo)電層，其中，設(shè)置在所述第二固定電極上的所述多個(gè)孔中的所有孔或大多數(shù)孔被形成在與設(shè)置在所述第一固定電極上的所述多個(gè)孔相對(duì)的位置處，振動(dòng)膜位于所述第一固定電極與所述第二固定電極之間，并且在所述第一固定電極與所述第二固定電極之間施加交流信號(hào)。
在本發(fā)明的具有以上結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，所述多個(gè)孔形成在所述第一固定電極與所述第二固定電極上的彼此相對(duì)的位置處，并在對(duì)所述振動(dòng)膜的導(dǎo)電層施加直流偏置電壓的狀態(tài)下對(duì)由所述第一固定電極和所述第二固定電極形成的固定電極對(duì)施加作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的交流信號(hào)。因此，夾在所述固定電極之間的振動(dòng)膜沿與對(duì)應(yīng)于所述交流信號(hào)的極性的方向相同的方向，同時(shí)經(jīng)受靜電引力和靜電斥力。因此，不僅可以使振動(dòng)膜的振動(dòng)充分增大以獲得參數(shù)效應(yīng)，而且可以確保振動(dòng)的對(duì)稱性質(zhì)。因此，可以在寬頻帶上產(chǎn)生高聲壓。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，形成在所述第一固定電極和所述第二固定電極上的所述多個(gè)孔可以是形成為圓筒形的通孔。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，通過振動(dòng)膜的振動(dòng)產(chǎn)生的超聲聲波經(jīng)由形成在所述第一固定電極和所述第二固定電極中的圓筒形通孔輻射。這些圓筒形通孔的優(yōu)點(diǎn)在于制造是最簡單的，但是具有如下缺點(diǎn)由于在固定電極側(cè)不存在面對(duì)振動(dòng)膜的電極部分，所以作用在振動(dòng)膜的導(dǎo)電層與所述多個(gè)通孔之間的靜電力較弱。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，形成在所述第一固定電極和所述第二固定電極上的所述多個(gè)孔可以是由在直徑和深度上具有至少兩個(gè)不同尺寸的多個(gè)連續(xù)同心圓筒形孔形成的通孔。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，所述多個(gè)通孔由所述第一固定電極和所述第二固定電極中的在直徑和深度上具有至少兩個(gè)不同尺寸的多個(gè)連續(xù)同心圓筒形孔形成。因此，與形成在所述第一固定電極和所述第二固定電極中的具有至少兩個(gè)不同尺寸的各同心圓筒形孔的邊緣相平行的固定電極部分面對(duì)振動(dòng)膜的導(dǎo)電層，從而形成平行電容器。因此，在將振動(dòng)膜的面對(duì)各孔的邊緣的部分抬高的同時(shí)，對(duì)該部分作用了用于將它向下拉的力，因此可以增強(qiáng)振動(dòng)膜的振動(dòng)。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，形成在所述第一固定電極和所述第二固定電極上的所述多個(gè)孔可以被形成為剖面呈錐形。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，由于在所述第一固定電極和所述第二固定電極上形成有剖面呈錐形的多個(gè)通孔，因此使得所述固定電極的錐形部分面對(duì)振動(dòng)膜的導(dǎo)電層，由此形成平行電容器。
因此，在將振動(dòng)膜的面對(duì)所述固定電極的錐形部分的部分抬高的同時(shí)，對(duì)該部分作用了用于將它向下拉的力，因此可以增強(qiáng)振動(dòng)膜的振動(dòng)。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，形成在所述第一固定電極和所述第二固定電極上的所述多個(gè)孔可以是在平面圖中呈矩形的通孔。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，由振動(dòng)膜的振動(dòng)產(chǎn)生的超聲波經(jīng)由形成在所述第一固定電極和所述第二固定電極中的在平面中呈矩形的通孔進(jìn)行輻射。在平面中以矩形形成的這些通孔的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于制造是最簡單的。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，形成在所述第一固定電極和所述第二固定電極中的所述多個(gè)孔可以是由形成在同一軸上并具有相同長度的、在寬度和深度上具有至少兩個(gè)不同尺寸的多個(gè)連續(xù)矩形孔形成的通孔。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，由在寬度和深度上具有至少兩個(gè)不同尺寸的多個(gè)連續(xù)矩形孔形成的多個(gè)通孔形成在同一軸上并具有相同的長度。因此，與形成在所述第一固定電極和所述第二固定電極中的具有至少兩個(gè)不同尺寸的各矩形孔的邊緣相平行的固定電極部分面對(duì)振動(dòng)膜的導(dǎo)電層，從而形成平行電容器。因此，在將振動(dòng)膜的面對(duì)各孔的邊緣的部分抬高的同時(shí)，對(duì)該部分作用了用于將它向下拉的力，因此可以增強(qiáng)振動(dòng)膜的振動(dòng)。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，形成在所述第一固定電極和所述第二固定電極上的所述多個(gè)矩形孔可以被形成為剖面呈錐形。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，由于在所述第一固定電極和所述第二固定電極中形成有剖面呈錐形并在平面中呈矩形的多個(gè)通孔，因此使得所述固定電極的錐形部分面對(duì)振動(dòng)膜的導(dǎo)電層，從而形成平行電容器。
因此，在將振動(dòng)膜的面對(duì)固定電極的錐形部分的部分抬高的同時(shí)，對(duì)該部分作用了用于將它向下拉的力，因此可以增強(qiáng)振動(dòng)膜的振動(dòng)。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，形成在所述固定電極上的所述多個(gè)孔可以在所述振動(dòng)膜側(cè)比在其相對(duì)側(cè)具有更大的直徑和更淺的深度。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，由于形成在所述固定電極上的所述多個(gè)孔在所述振動(dòng)膜側(cè)比在其相對(duì)側(cè)具有更大的直徑和更淺的深度，因此通過使與具有至少兩個(gè)尺寸的各同心圓筒形孔的邊緣相平行的固定電極部分面對(duì)振動(dòng)膜的導(dǎo)電層，形成了平行電容器。因此，可以增大作用于振動(dòng)膜的導(dǎo)電層的靜電引力和靜電斥力。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，形成在所述固定電極上的所述多個(gè)矩形孔可以在所述振動(dòng)膜側(cè)比在其相對(duì)側(cè)具有更大的寬度和更淺的深度。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，由于形成在所述固定電極上的所述多個(gè)矩形孔在所述振動(dòng)膜側(cè)比在其相對(duì)側(cè)具有更大的寬度和更淺的深度，因此通過使與具有至少兩個(gè)尺寸的各矩形孔的邊緣相平行的固定電極部分或者使固定電極的錐形部分面對(duì)振動(dòng)膜的導(dǎo)電層而形成了平行電容器。因此，可以增大作用于振動(dòng)膜的導(dǎo)電層的靜電引力和靜電斥力。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，所述多個(gè)通孔均具有相同的尺寸。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，將具有相同尺寸的所述多個(gè)通孔分別形成在所述第一固定電極和所述第二固定電極上。因此，鉆孔比較容易，從而使得制造成本下降。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，所述多個(gè)通孔可以在彼此面對(duì)的位置處具有相同的尺寸，而在其他位置處可以具有多個(gè)孔尺寸。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，分別在所述第一固定電極和所述第二固定電極上形成在彼此面對(duì)的位置處具有相同尺寸而具有多個(gè)孔尺寸的所述多個(gè)通孔。因此，鉆孔處理較容易，從而使得制造成本下降。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，可以由單個(gè)導(dǎo)電部件形成所述第一固定電極和所述第二固定電極。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，例如可以由諸如SUS、黃銅、鐵或鎳的導(dǎo)電材料的單個(gè)導(dǎo)電部件形成所述第一固定電極和所述第二固定電極。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，可以由多個(gè)導(dǎo)電部件制成所述第一固定電極和所述第二固定電極。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，可以由多個(gè)導(dǎo)電部件形成所述第一固定電極和所述第二固定電極。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，可以由導(dǎo)電部件和非導(dǎo)電部件制成所述第一固定電極和所述第二固定電極。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，可以由導(dǎo)電部件和非導(dǎo)電部件制成所述第一固定電極和所述第二固定電極。例如，在經(jīng)受了期望的鉆孔處理之后，利用金、銀、銅等對(duì)諸如玻璃環(huán)氧基板或酚醛紙基板的非導(dǎo)電部件進(jìn)行鍍敷處理，從而由導(dǎo)電部件和非導(dǎo)電部件形成固定電極。因此，可以使超聲換能器的重量變輕。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，所述振動(dòng)膜可以是具有形成在非導(dǎo)電聚合物膜的相對(duì)兩側(cè)的電極層的薄膜。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，振動(dòng)膜具有形成在非導(dǎo)電聚合物膜的相對(duì)兩側(cè)的電極層。在此情況下，如稍后所述，在固定電極的面對(duì)振動(dòng)膜的表面上設(shè)置有非導(dǎo)電層。因此，振動(dòng)膜的制備變得容易。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，所述振動(dòng)膜可以是具有電極層和覆蓋所述電極層的兩個(gè)表面的兩個(gè)非導(dǎo)電聚合物膜的薄膜。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，將振動(dòng)膜形成為使得電極層置于非導(dǎo)電層(非導(dǎo)電聚合物膜)之間。因此，不必對(duì)固定電極執(zhí)行絕緣處理，從而便于制造超聲換能器。此外，可以容易地確保固定電極的布置相對(duì)于振動(dòng)膜的對(duì)稱性質(zhì)。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，通過使用其中在非導(dǎo)電聚合物膜的一側(cè)形成有電極層的兩個(gè)薄膜，并使得所述電極層彼此粘合，來形成所述振動(dòng)膜。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，使用其中在非導(dǎo)電聚合物膜的一側(cè)形成有電極層的兩個(gè)薄膜，并使得所述電極層彼此粘合，從而形成振動(dòng)膜。因此，振動(dòng)膜的制備變得容易。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，可使用駐極體膜來形成所述振動(dòng)膜。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，使用駐極體膜作為振動(dòng)膜。在此情況下，在固定電極側(cè)上形成非導(dǎo)電膜。因此，振動(dòng)膜的制備變得容易。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，當(dāng)使用其中在所述非導(dǎo)電聚合物膜的相對(duì)兩側(cè)形成有所述電極層的振動(dòng)膜或其中利用所述駐極體膜的振動(dòng)膜時(shí)，可以使所述第一固定電極和所述第二固定電極的振動(dòng)膜側(cè)經(jīng)受電絕緣處理。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，當(dāng)使用其中在非導(dǎo)電層(非導(dǎo)電膜)的相對(duì)兩側(cè)形成有導(dǎo)電層(電極層)的振動(dòng)膜或使用其中利用駐極體膜的振動(dòng)膜時(shí)，對(duì)所述第一固定電極和所述第二固定電極的振動(dòng)膜側(cè)施加電絕緣處理。因此，可以使用其中在非導(dǎo)電層(絕緣膜)的相對(duì)兩面上形成有導(dǎo)電層(電極層)的雙面電極蒸鍍膜，或者駐極體膜，作為振動(dòng)膜。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，可以對(duì)所述振動(dòng)膜施加單極性直流偏置電壓。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，對(duì)所述振動(dòng)膜施加單極性直流偏置電壓。因此，由于在振動(dòng)膜的電極層中始終累積具有相同極性的電荷，所以振動(dòng)膜受到靜電引力和靜電斥力，并與所述多個(gè)固定電極的根據(jù)施加給所述第一固定電極和所述第二固定電極的交流信號(hào)而變化的電壓極性相對(duì)應(yīng)地振動(dòng)。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，可以設(shè)置由絕緣材料制成的保持所述固定電極和所述振動(dòng)膜的部件。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，保持所述固定電極和所述振動(dòng)膜的部件包括絕緣材料。因此，能夠在所述固定電極與所述振動(dòng)膜之間保持電絕緣。
此外，在本發(fā)明的超聲換能器中，可通過在膜平面上沿四個(gè)直角方向施加張力來固定所述振動(dòng)膜。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲換能器中，通過在膜平面上沿四個(gè)直角方向施加張力來固定所述振動(dòng)膜。傳統(tǒng)上，必須對(duì)振動(dòng)膜施加幾百伏特的直流偏置電壓，以將振動(dòng)膜吸引到固定電極側(cè)。然而，通過在制備膜單元時(shí)對(duì)膜施加張力來固定振動(dòng)膜，實(shí)現(xiàn)了與常規(guī)直流偏置電壓相同的效果。因此，可以降低直流偏置電壓。
本發(fā)明的超聲揚(yáng)聲器包括以上多個(gè)超聲換能器中的任何一個(gè)；信號(hào)源，其產(chǎn)生音頻帶中的信號(hào)波；載波供應(yīng)單元，其產(chǎn)生并輸出超聲頻帶中的載波；以及調(diào)制單元，其根據(jù)從所述信號(hào)源輸出的音頻帶中的信號(hào)波對(duì)所述載波進(jìn)行調(diào)制，并且所述超聲換能器通過從所述調(diào)制單元輸出并施加在所述固定電極與所述振動(dòng)膜的所述電極層之間的調(diào)制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)。
在本發(fā)明的具有這種結(jié)構(gòu)的超聲揚(yáng)聲器中，通過信號(hào)源生成音頻帶中的信號(hào)波，并通過載波供應(yīng)單元生成并輸出超聲頻帶中的載波。此外，由調(diào)制單元根據(jù)音頻帶中的信號(hào)波對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，并將從調(diào)制單元輸出的調(diào)制信號(hào)施加在固定電極與振動(dòng)膜的電極層之間以對(duì)超聲換能器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
由于通過使用具有以上結(jié)構(gòu)的超聲換能器來構(gòu)造本發(fā)明的超聲揚(yáng)聲器，因此可以實(shí)現(xiàn)如下超聲揚(yáng)聲器，所述超聲揚(yáng)聲器能夠產(chǎn)生具有足夠高的聲壓級(jí)以在寬頻帶上獲得參數(shù)陣列效應(yīng)的聲信號(hào)。


圖1A和1B分別是剖面圖和剖開一部分的平面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲換能器的結(jié)構(gòu)。
圖2A、2B以及2C是示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲換能器中使用的固定電極的形狀的示例的剖面圖。
圖3A、3B以及3C是示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲換能器中使用的固定電極的穿透縫結(jié)構(gòu)的示例的剖面圖。
圖4A、4B以及4C是示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲換能器中使用的振動(dòng)膜的結(jié)構(gòu)的示例的剖面圖。
圖5是示出使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲換能器的超聲揚(yáng)聲器的框圖。
圖6是示出常規(guī)諧振超聲換能器的剖面圖。
圖7是示出常規(guī)靜電寬頻帶振蕩型超聲換能器的剖面圖。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲換能器的頻率特性以及常規(guī)超聲換能器的頻率特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
在圖1A和1B中，根據(jù)本實(shí)施例的超聲換能器1包括一對(duì)固定電極10A和10B，其包括由用作電極的導(dǎo)電材料形成的導(dǎo)電部件；振動(dòng)膜12，其具有導(dǎo)電層121并夾在所述一對(duì)固定電極之間；以及保持所述一對(duì)固定電極10A和10B以及振動(dòng)膜12的部件(在圖1A或1B中未示出，但是具有基本上與圖7所示的殼體130相同的結(jié)構(gòu))。以下可將所述一對(duì)固定電極10A和10B分別稱為第一固定電極10A和第二固定電極10B。
振動(dòng)膜12形成有非導(dǎo)電主體120并具有由導(dǎo)電材料形成的電極層121。通過直流偏壓電源16對(duì)電極層121施加具有單極性(其可以是正極性或負(fù)極性)的直流偏置電壓，并且還對(duì)電極層121施加與該直流偏置電壓相疊加的從信號(hào)源18輸出的交流信號(hào)。
此外，所述一對(duì)固定電極10A和10B具有位于隔著振動(dòng)膜12彼此相對(duì)的位置處的相同數(shù)量的多個(gè)孔14，并且通過信號(hào)源18在所述一對(duì)固定電極10A和10B的導(dǎo)電部件之間施加交流信號(hào)。
在固定電極10A與電極層121之間和固定電極10B與電極層121之間分別形成有電容器。
在以上結(jié)構(gòu)中，在超聲換能器1中，將從信號(hào)源18輸出的交流信號(hào)施加給振動(dòng)膜12的電極層121，從而將該交流信號(hào)疊加在來自直流偏壓電源16的具有單極性(在本實(shí)施例中為正極性)的直流偏置電壓上。
另一方面，通過信號(hào)源18對(duì)所述一對(duì)固定電極10A和10B施加交流信號(hào)。
因此，在從信號(hào)源18輸出的交流信號(hào)的正半周期中，對(duì)第一固定電極10A施加正電壓。因此，對(duì)振動(dòng)膜12的位于孔14處并且不被固定電極10A和10B夾著的表面部分12A作用了靜電斥力，因此在圖1A中表面部分12A被向下拉。
而且，此時(shí)，由于對(duì)第二固定電極10B施加了負(fù)電壓，因此對(duì)作為振動(dòng)膜的表面部分12A的背側(cè)的背面部分12B作用了靜電引力，因此在圖1A中背面部分12B被進(jìn)一步向下拉。
因此，振動(dòng)膜的未夾在所述一對(duì)固定電極10A與10B之間的膜部分同時(shí)受到靜電斥力和靜電引力。同樣，在從信號(hào)源18輸出的交流信號(hào)的負(fù)半周期中，在圖1中對(duì)振動(dòng)膜12的表面部分12A向上作用靜電引力，并且在圖1中對(duì)背面部分12B向上作用靜電斥力，因此振動(dòng)膜12的未被所述一對(duì)固定電極10A和10B夾著的膜部分受到沿相同方向的靜電引力和靜電斥力。以此方式，在振動(dòng)膜12受到與交流信號(hào)的極性變化相對(duì)應(yīng)的相同方向上的靜電引力和靜電斥力的同時(shí)，靜電力的作用方向交替變化。因此，可以產(chǎn)生具有足以獲得大膜振動(dòng)(即，參數(shù)陣列效應(yīng))的聲壓級(jí)的聲信號(hào)。
因此，由于振動(dòng)膜12在受到來自所述一對(duì)固定電極10A和10B的力時(shí)發(fā)生振動(dòng)，所以將根據(jù)本實(shí)施例的超聲換能器1稱為推拉型的。
與對(duì)振動(dòng)膜只施加靜電引力的常規(guī)靜電超聲換能器(拉型)相比，根據(jù)本實(shí)施例的超聲換能器1具有同時(shí)滿足寬頻帶性質(zhì)和高聲壓的能力。
圖8示出了根據(jù)本實(shí)施例的超聲換能器的頻率特性。在該圖中，曲線Q3示出了根據(jù)以上實(shí)施例的超聲換能器的頻率特性。從該圖顯見，與常規(guī)寬頻帶型靜電超聲換能器的頻率特性相比，可以看到可在更寬的頻帶上獲得高聲壓級(jí)。具體來說，在從20到120kHz的頻帶中，可以實(shí)現(xiàn)能夠獲得參數(shù)效應(yīng)的120dB或更高的聲壓級(jí)。
在根據(jù)本實(shí)施例的超聲換能器1中，由于夾在所述一對(duì)固定電極10A與10B之間的薄振動(dòng)膜12既受到靜電引力又受到靜電斥力，因此不僅可以產(chǎn)生大振動(dòng)，而且可以確保振動(dòng)的對(duì)稱性質(zhì)。因此，可以在寬頻帶上產(chǎn)生高聲壓。
接下來對(duì)在根據(jù)本實(shí)施例的超聲換能器中使用的固定電極進(jìn)行描述。圖2A到2C以剖面示出了盤狀固定電極(只示出了所述一對(duì)固定電極中的一個(gè)電極)的一些結(jié)構(gòu)示例。在這些圖中的每一個(gè)圖中，將面對(duì)振動(dòng)膜12的下表面表示為“膜側(cè)”。
圖2A示出了通孔型固定電極，具體來說，形成在所述一對(duì)固定電極10A和10B中的孔是形成為圓筒形的通孔?？梢苑浅Ｈ菀椎刂圃炱渲行纬捎型椎倪@種類型的固定電極，但是這存在以下缺點(diǎn)由于不存在與面對(duì)振動(dòng)膜12的電極相對(duì)應(yīng)的部分，因此靜電力相對(duì)較弱。
圖2B示出了具有兩級(jí)通孔結(jié)構(gòu)的固定電極。即，形成在所述一對(duì)固定電極10A和10B中的孔是由在直徑和深度上具有至少兩個(gè)不同尺寸(在本實(shí)施例中是兩個(gè)尺寸)的多個(gè)連續(xù)同心圓筒形孔形成的通孔。形成在固定電極中的孔在振動(dòng)膜側(cè)比在其相對(duì)側(cè)的直徑更大并且深度更淺。
在此情況下，固定電極的包括所述多個(gè)孔的邊緣的表面(即，固定電極的除所述多個(gè)孔以外的下表面)面對(duì)振動(dòng)膜12，并且該部分形成平行板電容器。
因此，當(dāng)在面對(duì)所述多個(gè)孔的部分處對(duì)振動(dòng)膜12作用拉力時(shí)，振動(dòng)膜12的所述多個(gè)孔的邊緣的部分升高，從而增強(qiáng)了膜振動(dòng)。
圖2C示出具有剖面為錐形的通孔的固定電極。當(dāng)針對(duì)固定電極采用該形狀時(shí)所產(chǎn)生的效果類似于通過圖2B所示的結(jié)構(gòu)獲得的效果。
圖3A到3C示出具有槽形或縫形通孔的固定電極(只示出了所述一對(duì)固定電極中的一個(gè)電極)的另一示例。圖3A示出了穿透縫型的固定電極，并且形成在所述一對(duì)固定電極10A和10B中的穿透縫在平面中是矩形。制造其中形成有穿透縫的固定電極是可能最容易的，但是這存在以下缺點(diǎn)由于不存在與面對(duì)振動(dòng)膜12的電極相對(duì)應(yīng)的部分，因此靜電力相對(duì)較弱。
圖3B示出了具有兩級(jí)穿透縫結(jié)構(gòu)的固定電極。即，形成在所述一對(duì)固定電極10A和10B中的穿透縫是由形成在同一軸上并具有同一長度的，在寬度和深度上具有至少兩個(gè)不同尺寸(在本實(shí)施例中是兩個(gè)尺寸)的多個(gè)連續(xù)矩形孔形成的通孔。
在此情況下，類似于圓孔的情況，固定電極的包括所述多個(gè)縫或孔的邊緣的表面(即，固定電極的除所述多個(gè)縫或孔以外的下表面)面對(duì)振動(dòng)膜12，并且該表面形成平行板電容器。
因此，當(dāng)在面對(duì)所述多個(gè)孔的部分處對(duì)振動(dòng)膜12作用拉力時(shí)，振動(dòng)膜12的所述多個(gè)孔的邊緣的一部分被抬高，從而增強(qiáng)了振動(dòng)膜12的膜振動(dòng)。
圖3C示出了錐形穿透縫。即，形成在所述一對(duì)固定電極10A和10B中的多個(gè)孔形成為剖面為錐形。當(dāng)針對(duì)固定電極采用該形狀時(shí)所產(chǎn)生的效果類似于通過圖3B所示的結(jié)構(gòu)獲得的效果。
在圖3B和3C所示的結(jié)構(gòu)示例中，將形成在固定電極中的矩形孔形成為使得在固定電極的振動(dòng)膜側(cè)比其相對(duì)側(cè)的寬度更大并且深度更淺。
形成在圖2A到2C和圖3A到3C所示的各結(jié)構(gòu)示例中的固定電極中的多個(gè)通孔可以具有相同的尺寸。
此外，這些通孔可以在彼此面對(duì)的位置處具有相同的尺寸，但是可以在其他位置處具有多個(gè)孔尺寸。
構(gòu)成根據(jù)本實(shí)施例的超聲換能器的固定電極可以由單個(gè)導(dǎo)電部件或多個(gè)導(dǎo)電部件形成。
此外，構(gòu)成根據(jù)本實(shí)施例的超聲換能器的固定電極可以由導(dǎo)電部件和非導(dǎo)電部件形成。
具體來說，根據(jù)本實(shí)施例的超聲換能器的固定電極的材料只需是導(dǎo)電性的，例如，也可采用SUS、黃銅、鐵或者鎳的的單元結(jié)構(gòu)。
此外，當(dāng)需要使固定電極變輕時(shí)，也可以使通常用作電路基板等的玻璃環(huán)氧基板或酚醛紙基板經(jīng)受希望的鉆孔處理，然后利用鎳、金、銀、銅等進(jìn)行鍍敷處理。在此情況下，為了防止在進(jìn)行了模制之后發(fā)生翹曲，將應(yīng)用于基板的鍍敷處理應(yīng)用于其相反側(cè)是有效的。
當(dāng)使用雙面電極蒸鍍膜或駐極體膜作為振動(dòng)膜12時(shí)，必需對(duì)超聲換能器1中的所述一對(duì)固定電極10A和10B的振動(dòng)膜側(cè)執(zhí)行某種絕緣處理。例如，必需利用薄膜，例如，利用氧化鋁、硅聚合物材料、無定形碳膜或SiO2來執(zhí)行絕緣處理。
接下來對(duì)振動(dòng)膜12進(jìn)行描述。振動(dòng)膜12的功能是始終累積具有相同極性(正極性或負(fù)極性)的電荷，并由于靜電力(其由于交流電壓而變化)而在固定電極10A和10B之間振動(dòng)。下面將參照?qǐng)D4A到4C對(duì)根據(jù)本發(fā)明本實(shí)施例的超聲換能器中的振動(dòng)膜12的具體結(jié)構(gòu)示例進(jìn)行描述。
圖4A示出了通過對(duì)非導(dǎo)電膜120a的相對(duì)兩面施加電極蒸鍍處理以形成電極層121a，而獲得的振動(dòng)膜12a的剖面結(jié)構(gòu)。從柔性和耐壓能力方面來看，優(yōu)選的是，中央非導(dǎo)電膜120a由聚合物材料(例如，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚脂、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS))形成。
作為形成電極層121a的電極蒸鍍材料，Al是最常用的，而從與聚合物材料的相容性和成本的方面來看Ni、Cu、SUS以及Ti是優(yōu)選的。不能唯一地確定振動(dòng)膜12a的非導(dǎo)電聚合物膜120a的厚度，因?yàn)槠渥罴阎祷隍?qū)動(dòng)頻率和設(shè)置在固定電極中的孔的尺寸而有所不同，但是一般來說，認(rèn)為從1μm到100μm(含1μm和100μm)的范圍是足夠的。
還期望充當(dāng)電極層121a的電極蒸鍍層的厚度是從40nm到200nm。如果電極的厚度太薄，則難以累積電荷，而如果太厚，則膜會(huì)變硬，導(dǎo)致諸如振幅減小的問題?？梢允褂猛该鲗?dǎo)電膜ITO/In、Sn、Zn氧化物等作為電極材料。
圖4B示出了其中在用作非導(dǎo)電膜120b的多個(gè)非導(dǎo)電聚合物膜之間設(shè)置了電極層121b的振動(dòng)膜12b。與圖4A中的情況相同，也期望電極層121b的厚度在此情況下在從40nm到200nm的范圍內(nèi)。與圖4A中的雙面電極蒸鍍膜120a一樣，其間帶有電極層121b的非導(dǎo)電膜120b的材料優(yōu)選的是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚脂、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚苯硫醚(PPS)，并且其厚度優(yōu)選地在從1μm到100μm(含1μm和100μm)的范圍內(nèi)。
圖4C示出了其中將兩個(gè)單面電極蒸鍍膜粘貼在一起使得其電極平面彼此接觸的振動(dòng)膜12c。即，形成了兩個(gè)非導(dǎo)電或絕緣膜120c，其中在其一個(gè)表面上形成有電極層121c。在使各電極層121c相接觸的情況下將由此獲得的兩個(gè)膜固定在一起。
非導(dǎo)電膜120c和電極層121c的情況優(yōu)選地與上述其他振動(dòng)膜的情況相同。
此外，振動(dòng)膜12通常需要幾百伏特的直流偏置電壓，但是通過在制備膜單元時(shí)沿四個(gè)直角方向?qū)φ駝?dòng)膜12的膜平面施加張力來固定振動(dòng)膜12，可以降低偏置電壓。
這是因?yàn)橥ㄟ^預(yù)先對(duì)膜施加張力，可以獲得與施加常規(guī)偏置電壓相同的效果，因此這是降低電壓的非常有效的方法。
同樣，在此情況下，Al是最常用的，而從與聚合物材料的相容性和成本的方面來看Ni、Cu、SUS以及Ti是優(yōu)選的。此外，可以使用透明導(dǎo)電膜ITO/In、Sn、Zn氧化物等。
作為用于對(duì)固定電極或振動(dòng)膜進(jìn)行固定的材料，從輕質(zhì)和非導(dǎo)電性的角度出發(fā)，諸如壓克力(acryl)、酚醛塑料、聚縮醛(聚甲醛)樹脂(POM)是優(yōu)選的。
接下來，圖5示出了使用根據(jù)本實(shí)施例的超聲換能器的超聲揚(yáng)聲器。
在圖5中，根據(jù)本實(shí)施例的超聲揚(yáng)聲器包括音頻波振蕩源(信號(hào)源)51，其用于產(chǎn)生音頻帶中的信號(hào)波；載波振蕩源(載波提供單元)52，其用于產(chǎn)生并輸出超聲頻帶中的載波；調(diào)制器(調(diào)制單元)53；功率放大器54；以及超聲換能器1。
調(diào)制器53利用從音頻波振蕩源51輸出的在所述音頻帶中的信號(hào)波對(duì)從載波振蕩源52輸出的載波進(jìn)行調(diào)制，并將載波通過功率放大器54提供給超聲換能器55。
在以上結(jié)構(gòu)中，通過調(diào)制器53利用從音頻波振蕩源51輸出的信號(hào)波對(duì)從載波振蕩源52輸出的在所述超聲頻帶中的載波進(jìn)行調(diào)制，以通過由功率放大器54放大的調(diào)制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)超聲換能器55。因此，通過超聲換能器55將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有有限振幅級(jí)的聲波，并將該聲波輻射到介質(zhì)(空氣)中。由此通過介質(zhì)(空氣)的非線性效應(yīng)對(duì)所述音頻帶中的原始信號(hào)聲音進(jìn)行自再現(xiàn)。
換句話說，由于聲波是通過空氣作為介質(zhì)傳播的壓縮波，所以在調(diào)制超聲波的傳播過程中顯著地出現(xiàn)了空氣的稠密部分和稀疏部分。由于聲速在稠密部分中快而在稀疏部分中慢，所以會(huì)在調(diào)制波本身中出現(xiàn)失真。因此，將波形分成載波(超聲頻帶)和音頻波，以對(duì)所述音頻帶中的信號(hào)波(信號(hào)聲)進(jìn)行再現(xiàn)。
如果可以確保高聲壓下的寬頻帶性質(zhì)，則揚(yáng)聲器的各種應(yīng)用變?yōu)榭赡?。超聲波在空氣中急劇衰減，并與頻率的平方成比例地衰減。因此，當(dāng)載波頻率(超聲波)低時(shí)，衰減減小，從而實(shí)現(xiàn)可以按波束的形式長距離傳播聲音的揚(yáng)聲器。
與之對(duì)照的是，如果載波頻率高，則衰減急劇，因此，參數(shù)陣列效應(yīng)不足，從而提供可以擴(kuò)展聲音的揚(yáng)聲器。使用同一超聲換能器，可以根據(jù)應(yīng)用來使用這些特征，這是非常有效的功能。
此外，作為寵物與人類共享生活的狗和貓，狗可以聽到高達(dá)40kHz的聲音，貓可以聽到高達(dá)100kHz的聲音。因此，如果使用比100kHz高的載波頻率，則不會(huì)影響寵物。在各種頻率下的應(yīng)用會(huì)帶來許多優(yōu)點(diǎn)。
由于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲揚(yáng)聲器使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲換能器，所以可以產(chǎn)生具有足夠高的聲壓級(jí)以在寬頻帶上獲得參數(shù)陣列效應(yīng)的聲信號(hào)。因此，可以在寬頻帶上以高保真度再現(xiàn)信號(hào)聲音(音頻帶)。
根據(jù)本實(shí)施例的超聲換能器可以用于各種類型的傳感器，例如距離測量傳感器，并且如上所述，可以用于定向揚(yáng)聲器的聲源、理想脈沖信號(hào)發(fā)生源等。
本申請(qǐng)要求于2004年6月11日提交的日本專利申請(qǐng)第2004-173946號(hào)的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部內(nèi)容合并于此。
權(quán)利要求
1.一種超聲換能器，該超聲換能器包括第一固定電極，其設(shè)置有多個(gè)孔；第二固定電極，其設(shè)置有與設(shè)置在所述第一固定電極上的所述多個(gè)孔成對(duì)形成的多個(gè)孔；以及振動(dòng)膜，其夾在所述第一固定電極與所述第二固定電極之間并具有被施加直流偏置電壓的導(dǎo)電層，其中，設(shè)置在所述第二固定電極上的所述多個(gè)孔中的全部或者大多數(shù)形成在與設(shè)置在所述第一固定電極上的所述多個(gè)孔相對(duì)的位置處，所述振動(dòng)膜位于所述第一固定電極與所述第二固定電極之間，并且在所述第一固定電極與所述第二固定電極之間施加交流信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，設(shè)置在所述第一固定電極上的所述多個(gè)孔和設(shè)置在所述第二固定電極上的所述多個(gè)孔是形成為圓筒形的通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，設(shè)置在所述第一固定電極上的所述多個(gè)孔和設(shè)置在所述第二固定電極上的所述多個(gè)孔是由在直徑和深度上具有至少兩個(gè)不同尺寸的連續(xù)同心圓筒形孔形成的通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，設(shè)置在所述第一固定電極上的所述多個(gè)孔和設(shè)置在所述第二固定電極上的所述多個(gè)孔被形成為剖面呈錐形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，設(shè)置在所述第一固定電極上的所述多個(gè)孔和設(shè)置在所述第二固定電極上的所述多個(gè)孔是在平面圖中呈矩形的通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，設(shè)置在所述第一固定電極上的所述多個(gè)孔和設(shè)置在所述第二固定電極上的所述多個(gè)孔是由形成在同一軸上并具有相同長度的、在寬度和深度上具有至少兩個(gè)不同尺寸的連續(xù)矩形孔形成的通孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲換能器，其中，設(shè)置在所述第一固定電極上的所述矩形孔和設(shè)置在所述第二固定電極上的所述矩形孔被形成為剖面呈錐形。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲換能器，其中，設(shè)置在所述第一固定電極上的所述多個(gè)孔和設(shè)置在所述第二固定電極上的所述多個(gè)孔在所述振動(dòng)膜側(cè)比在其相對(duì)側(cè)具有更大的直徑和更淺的深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲換能器，其中，設(shè)置在所述第一固定電極上的所述矩形孔和設(shè)置在所述第二固定電極上的所述矩形孔在所述振動(dòng)膜側(cè)比在其相對(duì)側(cè)具有更大的寬度和更淺的深度。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲換能器，其中，所述多個(gè)通孔中的每一個(gè)都具有相同的尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲換能器，其中，設(shè)置在所述第一固定電極上的所述多個(gè)通孔和設(shè)置在所述第二固定電極上的所述多個(gè)通孔在彼此面對(duì)的位置處具有相同的尺寸，但是在其他位置處具有不同的尺寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，所述第一固定電極和所述第二固定電極由單個(gè)導(dǎo)電部件制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，所述第一固定電極和所述第二固定電極由多個(gè)導(dǎo)電部件制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，所述第一固定電極和所述第二固定電極由導(dǎo)電部件和非導(dǎo)電部件制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，所述振動(dòng)膜包括非導(dǎo)電聚合物膜和形成在所述非導(dǎo)電聚合物膜的相對(duì)兩側(cè)的電極層。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，所述振動(dòng)膜包括兩個(gè)非導(dǎo)電聚合物膜和設(shè)置在所述兩個(gè)非導(dǎo)電聚合物膜之間的電極層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，所述振動(dòng)膜是通過使用其中在非導(dǎo)電聚合物膜的一側(cè)形成有電極層的兩個(gè)薄膜，并按使所述電極層彼此面對(duì)的方式將所述兩個(gè)薄膜相互粘合來形成的。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，所述振動(dòng)膜是使用駐極體膜來形成的。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超聲換能器，其中，所述第一固定電極和所述第二固定電極的面對(duì)所述振動(dòng)膜的表面經(jīng)受過電絕緣處理。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，所述振動(dòng)膜被施加單極性直流偏置電壓。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，該超聲換能器還設(shè)置有由絕緣材料制成的保持所述固定電極和所述振動(dòng)膜的部件。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其中，所述振動(dòng)膜是通過在膜平面上沿四個(gè)直角方向施加張力來固定的。
23.一種超聲揚(yáng)聲器，該超聲揚(yáng)聲器包括超聲換能器，其包括第一固定電極，其設(shè)置有多個(gè)孔；第二固定電極，其設(shè)置有與設(shè)置在所述第一固定電極上的所述多個(gè)孔大致相對(duì)應(yīng)并相面對(duì)的多個(gè)孔；以及振動(dòng)膜，其夾在所述第一固定電極與所述第二固定電極之間并具有被施加直流偏置電壓的導(dǎo)電層；信號(hào)源，其產(chǎn)生音頻帶中的信號(hào)波；載波供應(yīng)單元，其產(chǎn)生并輸出超聲頻帶中的載波；以及調(diào)制單元，其根據(jù)從所述信號(hào)源輸出的音頻帶中的信號(hào)波對(duì)所述載波進(jìn)行調(diào)制，其中，所述超聲換能器是由從所述調(diào)制單元輸出并施加在所述固定電極與所述振動(dòng)膜的所述電極層之間的調(diào)制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及超聲換能器和使用其的超聲揚(yáng)聲器。超聲換能器包括一對(duì)固定電極，其包括導(dǎo)電部件；振動(dòng)膜，其具有導(dǎo)電層；以及保持所述一對(duì)固定電極和振動(dòng)膜的部件。振動(dòng)膜形成有非導(dǎo)電主體并具有由導(dǎo)電材料形成的電極層。通過直流偏置電源對(duì)該電極層施加單極性的直流偏置電壓，并且還對(duì)該電極層施加從信號(hào)源輸出的疊加在直流偏置電壓上的交流信號(hào)。所述一對(duì)固定電極在隔著振動(dòng)膜彼此相對(duì)的多個(gè)位置處具有相同數(shù)量的多個(gè)孔，并且通過信號(hào)源在所述一對(duì)固定電極的導(dǎo)電部件之間施加交流信號(hào)。
文檔編號(hào)H04R17/10GK1965609SQ20058001860
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月11日
發(fā)明者松澤欣也, 關(guān)野博一, 福井芳樹, 宮崎新一 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社