(57)【要約】  圧電振動子（１１０）は、それぞれが弾性部材（１１２）及び圧電素子（１１１）を有している。圧電素子（１１１）は、弾性部材（１１２）に取り付けられている。支持部材（１２０）は、開口部を有している。そして複数の圧電振動子（１１０）は、この開口部内に、第１の方向に沿って配置されている。複数の圧電振動子（１１０）の基本共振周端数は互いに同一であるのが好ましい。また、圧電振動子（１１０）の配列ピッチは基本共振周波数の波長の１／２以下であるのが好ましい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが弾性部材及び前記弾性部材に取り付けられた圧電素子を有する複数の圧電振動子と、
前記複数の圧電振動子を支持している支持部材と、
を備え、
前記支持部材は、開口部を有しており、
前記複数の圧電振動子は、前記開口部内に、第１の方向に沿って配置されている発振装置。
【請求項２】
前記複数の圧電振動子の基本共振周端数は互いに同一であり、
前記圧電振動子の配列ピッチが基本共振周波数の波長の１／２以下である請求項１に記載の発振装置。
【請求項３】
前記圧電振動子の機械品質係数Ｑが５０以上である請求項１または２に記載の発振装置。
【請求項４】
前記弾性部材は長方形であり、かつ前記長方形の２つの短辺が前記支持部材に支持されている請求項１ないし３の何れか一項に記載の発振装置。
【請求項５】
前記開口部内に位置する全ての前記弾性部材が前記第１の方向に沿って配置されている請求項１ないし４の何れか一項に記載の発振装置。
【請求項６】
前記圧電振動子は、前記弾性部材の両面にそれぞれ前記圧電素子を有している請求項１ないし５の何れか一項に記載の発振装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の発振装置と、
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。
【請求項８】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の発振装置と、
前記発振装置に超音波を出力させる発振駆動部と、
前記超音波と同一周波数の音波を検知する超音波検知部と、
検知された前記超音波に基づいて、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子を有する発振装置、及びこの発振装置を利用した電子機器、に関する。
【背景技術】
【０００２】
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充実させることが要求されている。これに伴い、小型でかつ大音量の電気音響変換器を大型化することなく大出力化することが期待されている。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も要求されている。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。【０００３】
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（例えば特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】再公表ＷＯ２００８／１４２８６７号公報
【特許文献２】特開平１１−３３１９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波の指向性を絞り込む場合、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振された超音波を合成することにより、主ビームを発生させる方法が取られていた。この方法を採用すると、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、発振装置のサイズが大きくなってしまう。【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発振装置は、それぞれが弾性部材及び前記弾性部材に取り付けられた圧電素子を有する複数の圧電振動子と、前記複数の圧電振動子を支持している支持部材と、を備える。前記支持部材は、開口部を有している。前記複数の圧電振動子は、前記開口部内に、第１の方向に沿って配置されている。【０００８】
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。【０００９】
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、前記超音波と同一周波数の音波を検知する超音波検知部と、
検知された前記超音波に基づいて、測定対象物までの距離を算出する測距部と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の発振装置によれば、大型化することなく、指向性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の発振装置である電気音響変換器の構造を示す模式的な平面図である。
【図２】電気音響変換器の要部の構造を示す模式的な縦断正面図である。
【図３】一変形例の電気音響変換器の要部の構造を示す模式的な縦断正面図である。
【図４】一変形例の電子機器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、複数の圧電振動子１１０、及び支持部材１２０を有している。圧電振動子１１０は、それぞれが弾性部材１１２及び圧電素子１１１を有している。圧電素子１１１は、弾性部材１１２に取り付けられている。支持部材１２０は、開口部を有している。そして複数の圧電振動子１１０は、この開口部内に、第１の方向（図中左右方向）に沿って配置されている。
【００１４】
より具体的には、弾性部材１１２は細長形状、例えば長方形である。弾性部材１１２は、例えばリン青銅やステンレスなどである。弾性部材１１２の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、弾性部材１１２は、剛性を示す指標である縦弾性係数が１Ｇｐａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。
【００１５】
圧電素子１１１は、平面視で、弾性部材１１２の中央に配置されている。圧電素子１１１は、例えば圧電セラミックスであるが、圧電特性を示す有機材料であっても良い。圧電素子１１１のうち弾性部材１１２に対向している面は、全面が弾性部材１１２に拘束されている。
【００１６】
支持部材１２０の外形は、長方形であり、開口部も長方形である。開口部内には、梁などは形成されていない。支持部材１２０の開口部の長辺側の側面には、弾性部材１１２の短辺が固定されている。本図に示す例では、開口部内に位置する全ての圧電振動子１１０が第１の方向に沿って一列に配置されている。
【００１７】
なお、複数の圧電振動子１１０は基本共振周波数が互いに同一である。そして複数の圧電振動子１１０の配列ピッチＸ１は、圧電振動子の基本共振周波数の１／２以下である。圧電振動子１１０は支持部材１２０内に互いの振動面が平面視で重ならないように、かつ規則的に並べられている。また、圧電振動子１１０の機械品質係数Ｑは５０以上に調整されている。
【００１８】
また、圧電振動子１１０の幅は、弾性部材１１２の幅と同一である。すなわち弾性部材１１２の中央部では、全幅に渡って圧電振動子１１０が位置している。さらに複数の圧電振動子１１０には、ドライバ回路１３０が接続されている。ドライバ回路１３０は、圧電振動子１１０に発振信号を入力して音波を出力させる。この発振信号は、例えば圧電振動子１１０の基本共振周波数と同一の周波数である。
【００１９】
詳細には、圧電振動子１１０の圧電素子１１１に信号を入力すると、圧電素子１１１及び弾性部材１１２に伸縮運動が発生する。この伸縮振動により、音波が生成する。この音波は、例えば周波数は２０ｋＨｚ以上の超音波である。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。このため、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。
【００２０】
発振装置をパラメトリックスピーカとして使用する場合、発振装置は、特定周波数に限定した超音波を発振する必要がある。このため、圧電素子１１１の機械品質係数Ｑが高いことは、優位となる。また、圧電振動子１１０の基本共振周波数は圧電素子１１１の形状や大きさに影響を受ける。そして、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ためには圧電素子１１１を小型化するほうが好ましい。このため、電気音響変換器１００を小型化しやすい。
【００２１】
なお、発振装置がパラメトリックスピーカとして機能する場合、ドライバ回路１３０は、圧電振動子１１０に、例えばＦＭ(Frequency Modulation)やＡＭ(Amplitude Modulation)変調させた超音波を発振させる。この超音波は、空気の非線形状態（疎密状態）により、可聴音に復調する。
【００２２】
発振装置がパラメトリックスピーカとして機能すると、超音波は高い直進性を有しているため、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い。電気音響変換器１００においても、圧電振動子１１０は、一次元のアレイ状に配列されている。
【００２３】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施の形態の電気音響変換器１００において、複数の圧電振動子１１０は、支持部材１２０に設けられた同一の開口部内に、第１の方向に沿って配置されている。このため、隣接する圧電振動子１１０を互いに近づけることができる。これにより、隣接する圧電振動子１１０から発振された音波の位相が互いに逆位相になり、音波がキャンセリングされることを抑制できる。このため、高効率で音波の指向性を絞り込むことができる。
【００２４】
特に本実施形態では、全ての圧電振動子１１０において、圧電素子１１１を弾性部材１１２の中央部に配置している。そして、圧電振動子１１０の機械品質係数Ｑは高い。このため、圧電振動子１１０のうち最も強く音波を放射する部分を、互いに隣接させることができる。このため、上記した効果がさらに顕著になる。
【００２５】
なお、ドライバ回路１３０が複数の圧電素子１１１を駆動するときには、全ての圧電素子１１１に同一の駆動信号を入力してもよく、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もよい。後者の場合、音波の指向性を細かく制御することができる。
【００２６】
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が行われても良い。例えば、図２に示した圧電振動子１１０は、圧電素子１１１を弾性部材１１２の一面にのみ設けたユニモルフ構造である。しかし、図３に例示する電気音響変換器２００のように、弾性部材１１２の両面に圧電素子１１１を設けたバイモルフ構造の圧電振動子２１０を用いても良い。この場合、圧電振動子１１０の出力を大きくすることができる。
【００２７】
また、上記形態では、圧電素子１１１は、一個の圧電層からなることを想定した。しかし、圧電素子１１１は、圧電層と電極層とが交互に積層された積層構造を有していてもよい(図示せず)。
【００２８】
さらに、上記形態に係る電子機器では、電気音響変換器１００に、可聴音出力用のドライバ回路１３０が接続されていた。しかし、図４に示すように、電子機器は、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１４０と、電気音響変換器１００から発振された超音波と同一周波数の音波（例えば測定対象物で反射した超音波）を検知する超音波検知部１５０と、検知された超音波に基づいて測定対象物までの距離を算出する測距部１６０と、を有するソナーであってもよい。
【００２９】
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、各部の構造を具体的に説明したが、これらの構造を、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。
【００３０】
この出願は、２０１０年１２月２０日に出願された日本出願特願２０１０−２８２６６２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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