JPWO2012060041A1 - 発振装置及び携帯装置 - Google Patents

Abstract

この発振装置は、第１の発振素子（１２０）、第２の発振素子（１１２）、及び制御部（５０）を有している。第１の発振素子（１２０）は、第１の圧電振動子を有しており、第２の発振素子（１１２）は第２の圧電振動子を有している。そして制御部（５０）は、第１の発振素子（１２０）が有する第１の圧電振動子に可聴音の音声信号を入力するとともに、第２の発振素子（１１２）が有する第２の圧電振動子にパラメトリックスピーカの変調信号を入力する。

Description

本発明は、スピーカとして使用される発振装置及び携帯装置に関する。

近年、携帯電話やラップトップ型コンピュータの携帯端末などの需要が拡大している。特にテレビ電話や動画再生、ハンズフリー電話機能などの音響機能を商品価値とした薄型の携帯端末の開発が進められている。これらの開発の中で、小型でかつ出力が大きい電気音響変換器の要求が高まっている。従来、携帯電話等の電子機器には、電気音響変換器として動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。しかしながら動電型電気音響変換器は、その動作原理及び構造から、薄型化には限界がある。そこで、圧電振動子をパラメトリックスピーカとして使用することが期待されている。

一方、特許文献１，２，３には、パラメトリックスピーカと動電型のスピーカを同一の音響機器に用いることが記載されている。

特開２００２−０２７５８６号公報 特表２００４−５２７９６８号公報 特開２００９−０１０６１９号公報

導電型のスピーカはパラメトリックスピーカと比較して厚い。このため、動電型のスピーカとパラメトリックスピーカを一つの電子機器に搭載した場合、電子機器の厚さは導電型のスピーカの厚さによって決まってしまう。従って、導電型のスピーカを使用する場合、電子機器の薄型化には限界がある。一方、携帯装置では、携帯性を向上させるためには薄型化が必須である。

本発明の目的は、可聴音をそのまま再生するスピーカとパラメトリックスピーカの双方を有しており、かつ薄型化が可能な発振装置及び携帯装置を提供することにある。

本発明によれば、第１の圧電振動子を有する第１の発振素子と、
第２の圧電振動子を有する第２の発振素子と、
前記第１の発振素子に可聴音の音声信号を入力するとともに、前記第２の発振素子に、パラメトリックスピーカの変調信号を入力する制御手段と、
を備える発振装置が提供される。

本発明によれば第１の圧電振動子を有する第１の発振素子と、
第２の圧電振動子を有する第２の発振素子と、
前記第１の発振素子に可聴音の音声信号を入力するとともに、前記第２の発振素子に、パラメトリックスピーカの変調信号を入力する制御手段と、
を備える携帯装置が提供される。

本発明によれば、可聴音をそのまま再生するスピーカとパラメトリックスピーカの双方を有する発振装置において、薄型化することができる。

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。

第１の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。 図１に示した発振装置を有する携帯装置の構成を示す平面図である。 第２の発振素子のレイアウトを示す平面図である。 圧電振動子の厚さ方向の構成を示す断面図である。 第２の実施形態に係る発振装置の圧電振動子の構成を示す斜視分解図である。 第３の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。図２は、図１に示した発振装置を有する携帯装置３００の構成を示す平面図である。携帯装置３００は、例えば、携帯通信端末や携帯型ゲーム機である。図１に示す発振装置は、第１の発振素子１２０、第２の発振素子１１２、及び制御部５０を有している。第１の発振素子１２０は、第１の圧電振動子を有しており、第２の発振素子１１２は第２の圧電振動子を有している。そして制御部５０は、第１の発振素子１２０が有する第１の圧電振動子に可聴音の音声信号を入力するとともに、第２の発振素子１１２の第２の圧電振動子にパラメトリックスピーカの変調信号を入力する。

図１に示した発振装置は、例えば図２に示すように、携帯装置３００の音声出力源として使用される。第１の発振素子１２０は可聴音を出力するスピーカとして機能し、第２の発振素子１１２はパラメトリックスピーカ１１０として機能している。携帯装置３００は例えば携帯通信端末や携帯音響機器であり、表示画面２００を有している。第１の発振素子１２０及びパラメトリックスピーカ１１０は、表示画面２００の横に配置されている。具体的には、第１の発振素子１２０及びパラメトリックスピーカ１１０は、携帯装置３００の筐体のうち表示画面が設けられている面に配置されており、表示画面と筐体の側面の間に位置している。携帯装置３００の筐体のこの領域は狭いため、第１の発振素子１２０及びパラメトリックスピーカ１１０の平面形状は長方形となっている。第１の発振素子１２０及びパラメトリックスピーカ１１０の長辺は、携帯装置３００の筐体の縁に沿う方向を向いている。なお、パラメトリックスピーカ１１０と第１の発振素子１２０のレイアウトは、図２に示した例に限定されない。

図１に示すように、パラメトリックスピーカ１１０は複数の第２の発振素子１１２を有している。本図に示す例において、第２の発振素子１１２及びパラメトリックスピーカ１１０は、いずれも振動部材１０、圧電振動子２０、及び支持部材４０を有している。

圧電振動子２０は、圧電性を示す材料、例えば圧電セラミックスにより形成されている。第１の発振素子１２０が有する圧電振動子２０と、パラメトリックスピーカ１１０が有する圧電振動子２０とは、大きさが互いに異なる。具体的には、第２の発振素子１１２が有する圧電振動子２０は、第１の発振素子１２０が有する圧電振動子２０よりも小さい。これは、第２の発振素子１１２が超音波を発振するのに対し、第１の発振素子１２０が、超音波よりも波長が長い可聴音を発振するためである。

振動部材１０は、圧電振動子２０から発生した振動によって振動する。また振動部材１０は、圧電振動子２０の基本共振周波数を調整する。機械振動子の基本共振周波数は、負荷重量と、コンプライアンスに依存する。コンプライアンスは振動子の機械剛性であるため、振動部材１０の剛性を制御することで、圧電振動子２０の基本共振周波数を制御できる。なお、振動部材１０の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、振動部材１０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。振動部材１０の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう可能性が出てくる。なお、振動部材１０を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である圧電振動子２０に対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどが好ましい。

圧電振動子２０は、振動部材１０に対向する面の全面が接着剤によって振動部材１０に固定されている。これにより、圧電振動子２０の全面が振動部材１０によって拘束される。

また発振装置は、発振回路として制御部５０及び信号生成部５２を有している。信号生成部５２は、第２の発振素子１１２の圧電振動子２０に入力する電気信号、例えばパラメトリックスピーカにおける変調信号を生成する。変調信号の輸送波は、周波数が２０ｋＨｚ以上の超音波、例えば１００ｋＨｚの超音波である。また信号生成部５２は、可聴音の音声信号を生成して第１の発振素子１２０に入力する。制御部５０は、外部から入力された音声情報に基づいて、信号生成部５２を制御する。

図３は、パラメトリックスピーカ１１０が有する第２の発振素子１１２のレイアウトを示す平面図である。本図に示す例において、支持部材４０は格子形状を有しており、アレイ状に配置された複数の開口を有している。そして第２の発振素子１１２を構成する振動部材１０及び圧電振動子２０は、支持部材４０が有する複数の開口それぞれにはめ込まれている。図１に示した制御部５０は、フェーズドアレイ法を用いて、パラメトリックスピーカの指向性を制御している。具体的には、制御部５０は、複数の第２の発振素子１１２それぞれに入力する変調信号を調節することにより、パラメトリックスピーカの復調が行われる空間を制御している。なお、図３に示す例において、振動部材１０及び圧電振動子２０の平面形状は矩形、例えば長方形である。ただし振動部材１０及び２０の平面形状はこれに限定されない。

図４は、圧電振動子２０の厚さ方向の構成を示す断面図である。圧電振動子２０は、圧電体２２、上面電極２４、及び下面電極２６を有している。

圧電体２２は厚さ方向に分極している。圧電体２２を構成する材料は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料及び有機材料のいずれであってもよい。ただし、電気機械変換効率が高い材料、例えばジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）であるのが好ましい。圧電体２２の厚さｈ_１は、例えば１０μｍ以上１ｍｍ以下である。厚さｈ_１が１０μｍ未満の場合、発振装置の製造時に圧電振動子２０が破損する可能性が出てくる。また厚さｈ_１が１ｍｍ超の場合、電気機械変換効率が低くなりすぎてしまい、十分な大きさの振動を得られない。その理由は、圧電振動子２０の厚さが厚くなると、圧電振動子内における電界強度は反比例して小さくなるためである。

上面電極２４及び下面電極２６を構成する材料は特に限定されないが、例えば、銀や銀／パラジウムを使用することができる。銀は低抵抗な汎用的な電極材料して使用されているため、製造プロセスやコストなどに利点がある。銀／パラジウムは耐酸化に優れた低抵抗材料であるため、信頼性の観点から利点がある。また、上面電極２４及び下面電極２６の厚さｈ_２は特に限定されないが、その厚さｈ_２が１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましい。厚さｈ_２が１μｍ未満では、上面電極２４及び下面電極２６を均一に成形することが難しくなり、その結果、電気機械変換効率が低下する可能性がある。また、上面電極２４及び下面電極２６の膜厚が１００μｍを超える場合は、上面電極２４及び下面電極２６が圧電体２２に対して拘束面となり、エネルギー変換効率を低下させてしまう可能性が出てくる。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、発振装置はパラメトリックスピーカ１１０及び第１の発振素子１２０を有している。第１の発振素子１２０は、可聴音をそのまま出力するスピーカである。そしてパラメトリックスピーカ１１０及び第１の発振素子１２０は、いずれも圧電振動子２０が振動することにより音声を出力する。このため、動電型のスピーカを用いる必要がないため、発振装置を薄くすることができる。従って、携帯装置３００も薄くすることができるため、携帯装置３００の形態性も向上する。

また、パラメトリックスピーカ１１０と第１の発振素子１２０を同一の制御部５０及び信号生成部５２を用いて制御することができるため、発振装置の制御回路系を単純化することができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る発振装置の圧電振動子２０の構成を示す斜視分解図である。本実施形態に係る発振装置は、圧電振動子２０が複数の圧電体２２と電極２４とを交互に複数積層させた構造を有している点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。圧電体２２の分極方向は、一層ごとに入れ替わっており、互い違いになっている。

本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また圧電振動子２０を、複数の圧電体２２と電極２４とを交互に複数積層させた構造にしているため、圧電振動子２０の伸縮量が大きくなる。従って、発振装置の出力を大きくすることができる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る発振装置の構成を示す図であり、第１の実施形態における図１に相当している。本実施形態に係る発振装置は、以下の点を除いて第１の実施形態と同様である。

まず、制御部５０は、携帯装置３００のユーザからの入力に基づいて、パラメトリックスピーカ１１０の第２の発振素子１１２から、超音波センサ用の超音波を出力させることができる。そして発振装置は、検出部５４を有している。検出部５４は、第２の発振素子１１２から出力された超音波センサ用の超音波と同一の周波数の超音波を検出する。そして制御部５０は、検出部５４が検出した超音波の強度、または課金情報記憶部１１２が超音波を発振してから５４が超音波を検出するまでの時間に基づいて、対象物、例えば携帯装置３００の周囲に位置する障害物を検出するとともに、その携帯装置３００から対象物までの距離を算出する。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、検出部５４を追加するのみで、携帯装置３００にセンサ機能を追加することができる。

（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態に係る発振装置の構成を示す図であり、第１の実施形態における図３に相当している。本実施形態に係る発振装置は、パラメトリックスピーカ１１０と第１の発振素子１２０が一つの支持部材４０を用いて形成されている点を除いて、第１の実施形態と同様である。

詳細には、支持部材４０には相対的に大きな第１の開口と、この第１の開口よりも小さい複数の第２の開口とを有している。そして第１の開口には、第１の発振素子１２０となる振動部材１０及び圧電振動子２０がはめ込まれており、第２の開口には、第２の発振素子１１２となる振動部材１０及び圧電振動子２０がはめ込まれている。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、パラメトリックスピーカ１１０と第１の発振素子１２０を一つのモジュールにすることができるため、携帯装置３００に発振装置を組み込みやすくなる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

この出願は、２０１０年１１月１日に出願された日本出願特願２０１０−２４５６６５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。

Claims (6)

1. 第１の圧電振動子を有する第１の発振素子と、
   第２の圧電振動子を有する第２の発振素子と、
   前記第１の発振素子に可聴音の音声信号を入力するとともに、前記第２の発振素子にパラメトリックスピーカの変調信号を入力する制御手段と、
   を備える発振装置。
2. 請求項１に記載の発振装置において、
   複数の前記第２の発振素子を有する発振装置。
3. 請求項１又は２に記載の発振装置において、
   前記第１の圧電振動子は、前記第２の圧電振動子と大きさが異なる発振装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の発振装置において、
   複数の開口を有する支持部材を備え、
   前記第１の圧電振動子及び前記第２の圧電振動子は、前記支持部材の互いに異なる前記開口にはめ込まれている発振装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の発振装置において、
   前記第２の発振素子から発振される超音波と同一周波数の超音波を検出する検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記検出手段が検出した超音波に基づいて、前記発振装置から対象物までの距離を算出する発振装置。
6. 第１の圧電振動子を有する第１の発振素子と、
   第２の圧電振動子を有する第２の発振素子と、
   前記第１の発振素子に可聴音の音声信号を入力するとともに、前記第２の発振素子に、パラメトリックスピーカの変調信号を入力する制御手段と、
   を備える携帯装置。
   

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