発振装置及び電子機器

【課題】パラメトリックスピーカにおいて、大型化することなく、指向性を変更することができるようにする。
【解決手段】圧電振動子２０は、振動部材１０に設けられている。支持体４０は、振動部材１０の縁を支持している。制御部５０は、圧電振動子２０にパラメトリックスピーカ用の発振信号を入力する。そして振動体は、互いに独立して振動する複数の振動領域を備えている。制御部５０は、複数の振動領域の少なくとも１つに、同一の原信号から生成された発振信号を入力する。この発振装置は、電子機器、例えば携帯通信端末などの携帯型の電子装置に内蔵されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
他人に音声が聴かれないようにする技術として、超音波を搬送波として利用したパラメトリックスピーカが開発されている。超音波は志向性が高いため、パラメトリックスピーカを用いると、ユーザ近傍など、特定の方向にのみ音場を形成することができる。
【０００３】
なお、パラメトリックスピーカではないが、圧電素子を通常のスピーカとして利用する技術として、特許文献１〜４に記載のものがある。特許文献１、２には、一つの振動板上に複数の圧電薄膜を互いに独立して設け、これら圧電薄膜に並列に音源信号を供給することが記載されている。特許文献３には、一つの圧電フィルム上に互いに独立した複数の電極を設け、これら複数の電極に並列に信号を供給することが記載されている。特許文献４には、互いに独立した複数の振動板それぞれに、互いに独立した圧電素子を形成し、これらを用いてステレオ再生を行うことが記載されている。
【０００４】
また特許文献５には、変異特性が異なる圧電セラミックス層を交互に積層することにより圧電アクチュエータを形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２２１７４２号公報
【特許文献２】特開２０００−１３４６９７号公報
【特許文献３】特開２００３−１４３６９４号公報
【特許文献４】国際公開２００６／０８７８６６号パンフレット
【特許文献５】特開平６−２３２４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パラメトリックスピーカを携帯型の電子機器に搭載することを考えた場合、パラメトリックスピーカの指向性を、利用場面によって変更できるようにすることが好ましい。一方、携帯型の電子機器に搭載する電子部品には、小型化が要求される。
【０００７】
本発明の目的は、パラメトリックスピーカとして使用することができ、大型化することなく、指向性を変更することができる発振装置及び電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、振動部材、及び前記振動部材に設けられた複数の圧電振動子を有する振動体と、
前記振動部材の縁を支持する支持体と、
前記複数の圧電振動子にパラメトリックスピーカ用の発振信号を互いに独立して入力する制御部と、
を備え、
前記複数の圧電振動子は、互いに異なる材料から形成されており、かつ機械品質係数Ｑが互いに異なる発振装置が提供される。
【０００９】
本発明によれば、振動部材、及び前記振動部材に設けられた複数の圧電振動子を有する振動体と、
前記振動部材の縁を支持する支持体と、
前記複数の圧電振動子にパラメトリックスピーカ用の発振信号を互いに独立して入力する制御部と、
を備え、
前記複数の圧電振動子は、互いに異なる材料から形成されており、かつ機械品質係数Ｑが互いに異なる発振装置が提供される。
【００１０】
本発明によれば、上記した発振装置を有する電子機器が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、パラメトリックスピーカとして使用することができ、大型化することなく、指向性を変更することができる発振装置及び電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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】圧電振動子に設けられた電極のレイアウトを示す平面図である。
【図３】図２に示した圧電振動子の全面を１つの発振領域として駆動させる場合を示している。
【図４】図２に示した圧電振動子を２つの発振領域に分割して駆動させる場合を示している。
【図５】図２に示した圧電振動子を３つの発振領域に分割して駆動させる場合を示している。
【図６】第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。
【図７】第３の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。
【図８】振動部材及び圧電振動子のレイアウトを示す平面図である。
【図９】第４の実施形態に係る発振装置に用いられる圧電振動子のレイアウトを示す図である。
【図１０】図９に示した圧電振動子に対する信号の入力例を示す図である。
【図１１】第５の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。
【図１２】第５の実施形態の作用及び効果を説明するための図である。
【図１３】第６の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。
【図１４】図１３に示した圧電振動子及び圧電振動子の平面レイアウトを示す図である。
【図１５】図１４の変形例を示す図である。
【図１６】第７の実施形態に係る電子機器の構成を示す図である。
【図１７】第８の実施形態に係る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】
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。
【００１４】
（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。この発振装置は、振動体、支持体４０、及び制御部５０を備えている。振動体は、振動部材１０及び圧電振動子２０を有している。圧電振動子２０は、振動部材１０に設けられている。支持体４０は、振動部材１０の縁を支持している。制御部５０は、圧電振動子２０にパラメトリックスピーカ用の発振信号を入力する。そして振動体は、互いに独立して振動する複数の振動領域を備えている。制御部５０は、複数の振動領域の少なくとも１つに、同一の原信号から生成された発振信号を入力する。この発振装置は、電子機器、例えば携帯通信端末などの携帯型の電子装置に内蔵されている。以下、詳細に説明する。
【００１５】
振動部材１０はシート状であり、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、コンプラインスに依存する。コンプライ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。
【００１６】
圧電振動子２０は、例えばＰＺＴなどの圧電セラミックスにより形成されている。圧電振動子２０の外縁は、振動部材１０のうち支持体４０に支持されている部分より内側に位置している。
【００１７】
制御部５０は、外部から入力された音声データ（原信号）を変調してパラメトリックスピーカ用の変調データを生成し、このデータに基づいて発振信号を生成して圧電振動子２０に入力する。
【００１８】
図２は、圧電振動子２０に設けられた電極のレイアウトを示す平面図である。本実施形態において、圧電振動子２０の少なくとも一面には、複数の電極２２が２次元的に設けられている。本実施形態において、圧電振動子２０の一面の全面に、複数の電極２２が均等に設けられている。電極２２は、マトリクスを形成するように配置されていても良いし、部分的に千鳥配置されていても良い。電極２２の大きさ及び形状は全て等しく、また等間隔で配置されている。
【００１９】
なお、圧電振動子２０の他面には、接地電極が全面に設けられていても良いし、平面視で電極２２と重なる部分のみに、接地電極が島状に設けられていても良い。
【００２０】
図１に示した制御部５０は、これら複数の電極２２に入力する発振信号を、互いに独立して制御することができる。そして制御部５０は、複数の電極２２を複数のグループに分割する。このとき、同一のグループに属している電極２２の間に、他のグループに属する電極２２が存在しないようにする。そして制御部５０は、同一のグループに属する電極２２に対しては同一の発振信号を入力する。また制御部５０は、必要に応じて、互いに異なるグループに属する電極２２には、互いに異なる発振信号（例えば一つの発振信号の位相を互いにずらした信号）を入力する。すなわち圧電振動子２０のうち、同一のグループに属する複数の電極２２が設けられている領域が、一つの発振領域になる。このため、本実施形態では、一つの圧電振動子２０に複数の発振領域が設けられることになる。
【００２１】
図３は、図２に示した圧電振動子２０の全面を１つの発振領域として駆動させる場合を示している。この場合、図３（ａ）に示すように、複数の電極２２には、互いに同一の発振信号が同位相で入力される。発振信号の周波数は、例えば基本共振周波数である。すると図３（ｂ）に示すように、振動部材１０は、縁のみを節として振動する。この振動は、振動部材１０の基本共振周波数になる。この場合、パラメトリックスピーカの変調信号の周波数は、振動部材１０の基本共振周波数となる。
【００２２】
図４は、図２に示した圧電振動子２０を２つの発振領域に分割して駆動させる場合を示している。この場合、図４（ａ）に示すように、複数の電極２２の少なくとも一部は、第１振動領域２２ａに属し、他の少なくとも一部は第２振動領域２２ｂに属することになる。そして第１振動領域２２ａに属する電極２２と、第２振動領域２２ｂに属する電極２２には、同一の発振信号が逆位相で入力される。発振信号の周波数は、例えば２次共振周波数であるが、基本共振周波数であってもよい。すると、図４（ｂ）に示すように、振動部材１０は、縁に加え、縁以外の部分も節として振動する。この振動は、振動部材１０の高次共振周波数、例えば二次共振周波数となる。この場合、パラメトリックスピーカの変調信号の周波数は、振動部材１０の高次共振周波数、例えば二次共振周波数となる。なお、いずれの振動領域に属さない電極２２があってもよい。この電極２２には、発振信号は入力されない。
【００２３】
図５は、図２に示した圧電振動子２０を３つの発振領域に分割して駆動させる場合を示している。この場合、図５（ａ）に示すように、複数の電極２２の少なくとも一部は、第１振動領域２２ａに属し、他の少なくとも一部は第２振動領域２２ｂに属し、さらに他の一部は、第３振動領域２２ｃに属することになる。そして第１振動領域２２ａに属する電極２２、第２振動領域２２ｂに属する電極２２、及び第３振動領域２２ｃに属する電極２２には、同一の発振信号が同位相で入力される。発振信号の周波数は、例えば３次共振周波数であるが、基本共振周波数であってもよい。すると、図５（ｂ）に示すように、振動部材１０は、縁に加え、縁以外の２つの部分も節として振動する。この振動は、振動部材１０の三次共振周波数となる。この場合、パラメトリックスピーカの変調信号の周波数は、振動部材１０の三次共振周波数となる。なお、いずれの振動領域に属さない電極２２があってもよい。この電極２２には、発振信号は入力されない。
【００２４】
なお、図４及び図５に示した例において、互いに隣り合う振動領域の間に、発振信号が入力されない電極２２を、少なくとも一列設けても良い。このようにすると、互いに隣り合う振動領域で発生する振動が互いに干渉することを抑制できる。
【００２５】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態では、一つの圧電振動子２０に複数の電極２２を互いに独立して設けている。そして制御部５０は、複数の電極２２を、複数のグループに分割する。そして各グループ別に、電極２２に入力する発振信号の位相を制御することにより、振動部材１０に生じる振動を、振動部材１０の基本共振周波数から、２次以上の高次共振周波数に変更することができる。超音波の指向性は、周波数が高いほど良くなる。このため、パラメトリックスピーカの搬送波の周波数を高くすると、パラメトリックスピーカの指向性は高くなる。従って本実施形態によれば、パラメトリックスピーカの指向性を、利用場面によって変更できる。
【００２６】
一方、本実施形態では、一つの圧電振動子２０を複数の振動領域に分割している。このため、発振装置が大型化することを抑制できる。
【００２７】
また本実施形態では、一つの圧電振動子２０を複数の振動領域に分割しているため、複数の振動領域それぞれが発振する音波の方向は略平行になる。このため、振動部材１０の近傍で複数の発振領域それぞれから発振された超音波が互いに打ち消しあうことを抑制できる。従って、発振装置の音の出力効率は高くなる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。この発振装置は、圧電振動子２０を振動部材１０の両面に有している点を除いて、第１の実施形態にかかる発振装置と同様の構成である。
【００２９】
本実施形態は、所謂バイモルフ型の発振装置であり、平面視で、第１の圧電振動子２０における複数の第１の発振領域それぞれは、第２の圧電振動子２０のうち互いに異なる第２の発振領域と重なっている。そして制御部５０は、発振信号を制御することにより、第１の発振領域と、その第１の発振領域と重なっている第２の発振領域とが、互いの振動を強め合うようにする。
【００３０】
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、発振装置をバイモルフ型にすることができるため、発振装置の出力を大きくすることができる。
【００３１】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。この発振装置は、以下の点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様である。
【００３２】
まず、一つの圧電振動子２０には、一つの発振領域のみが設けられている。そして振動部材１０には、複数の圧電振動子２０が平面視で重ならないように設けられている。すなわち本実施形態では、複数の発振領域別に、圧電振動子２０が設けられている。そして各圧電振動子２０は、材料及び形状が互いに同一である。ただし圧電振動子２０は、平面形状が互いに異なっていても良い。制御部５０は、複数の圧電振動子２０を互いに独立して制御することができる。
【００３３】
図８は、振動部材１０及び圧電振動子２０のレイアウトを示す平面図である。本実施形態において、振動部材１０上には、平面形状が互いに同一の２つの圧電振動子２０が、振動部材１０の中心を中心軸として点対称に設けられている。本実施形態では、圧電振動子２０は、三日月形の平面形状を有している。圧電振動子２０は、内側に凹になっている辺が、互いに対向している。
【００３４】
振動部材１０は、２つの圧電振動子２０に同位相の発振信号が入力された場合、第１の実施形態における図３と同様の原理で発振する。また振動部材１０は、２つの圧電振動子２０に互いに逆位相の発振信号が入力された場合、第１の実施形態における図４と同様の原理で発振する。
【００３５】
本実施形態でも、制御部５０が、複数の発振領域別に、圧電振動子２０に入力信号を第１の実施形態と同様に制御する。このため、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態に係る発振装置に用いられる圧電振動子２０のレイアウトを示す図である。本実施形態に係る発振装置は、圧電振動子２０のレイアウトを除いて第３の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００３７】
本実施形態において、複数の圧電振動子２０は、一つの振動部材１０に２次元、例えばマトリクスを構成するように配置されている。本図に示す例では、４つの圧電振動子２０が、２行２列のマトリクスを構成するように、振動部材１０上に設けられている。
【００３８】
図１０は、図９に示した圧電振動子２０に対する信号の入力例を示す図である。図１０（ａ）に示すように、４つの圧電振動子２０の全てに同位相の発振信号を入力した場合、第１の実施形態における図３と同様の原理で発振する。また図１０（ｂ）に示すように４つの圧電振動子２０に互い違いに逆相の発振信号を入力した場合、第１の実施形態における図４と同様の原理で発振する。また図１０（ｃ）に示すように、４つの圧電振動子２０のうち対角線上に位置する２つにのみ同一の発振信号を入力した場合も、第１の実施形態における図４と同様の原理で発振する。
【００３９】
本実施形態によっても、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
（第５の実施形態）
図１１は、第５の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。本実施形態に係る発振装置は、以下の点を除いて、第３の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００４１】
まず、振動部材１０には、圧電振動子２０及び圧電振動子３０が設けられている。圧電振動子３０は、圧電振動子２０とは異なる圧電材料（例えば圧電セラミックス）により形成されており、かつ圧電振動子２０とは機械品質係数Ｑが異なる。本実施形態において、圧電振動子２０は振動部材１０の第１面に設けられており、圧電振動子２０は振動部材１０の第２面に設けられている。制御部５０は、圧電振動子２０及び圧電振動子３０を、互いに独立して制御することができる。
【００４２】
図１２は、本実施形態の作用及び効果を説明するための図である。上記したように、圧電振動子２０と圧電振動子３０は、機械品質係数Ｑが異なる。このため、圧電振動子２０を単独で駆動させた場合、圧電振動子３０を単独で駆動させた場合、並びに圧電振動子２０及び圧電振動子３０に対して同一の発振信号を入力した場合それぞれで、振動部材１０の共振周波数を異ならせることができる。従って、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また本実施形態では、圧電振動子２０と圧電振動子３０とで機械品質係数Ｑを異ならせるために、圧電振動子２０と圧電振動子３０とで圧電材料を異ならせている。このため、圧電振動子２０と圧電振動子３０の平面形状を大きく変更しなくても、機械品質係数Ｑを大きく異ならせることができる。従って、圧電振動子２０及び圧電振動子３０の一方を大きくする必要がなくなるため、発振装置が大型化することを抑制できる。
【００４４】
また、圧電振動子２０と圧電振動子３０を同時に駆動させた場合、発振装置の出力を大きくすることができ、また帯域を拡張することができる。
【００４５】
（第６の実施形態）
図１３は、第６の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。図１４は、図１３に示した圧電振動子２０及び圧電振動子３０の平面レイアウトを示す図である。本実施形態に係る発振装置は、以下の点を除いて、第５の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００４６】
まず、圧電振動子２０は平面視で中空部を有している。具体的には、圧電振動子２０は環状である。そして圧電振動子３０は、振動部材１０のうち圧電振動子２０と同一の面に取り付けられている。具体的には、圧電振動子３０は、平面視で圧電振動子２０の中空部内に位置している。
【００４７】
図１５は、図１４の変形例を示す図である。本実施形態において、圧電振動子２０は十字形状を有している。そして圧電振動子３０は、圧電振動子２０と振動部材１０の縁の間に複数設けられている。本実施形態では、４つの圧電振動子３０が、振動部材１０の中心を中心軸として９０度間隔で配置されている。複数の圧電振動子３０は、いずれも直角三角形であり、かつ、直角を形成する２辺が、いずれも圧電振動子２０の外周と平行になっている。
【００４８】
このように、圧電振動子２０及び圧電振動子３０の平面形状及びレイアウトは様々に変更することができる。
【００４９】
本実施形態によっても、第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
（第７の実施形態）
図１６は、第７の実施形態に係る電子機器の構成を示す図である。この電子機器は、筐体６０の内側に、第１〜第６の実施形態のいずれかに示した発振装置を設けたものである。この発振装置は、支持体４０が筐体６０の内壁に取り付けられることにより、筐体６０に固定されている。筐体６０のうち振動部材１０に対向する部分には、少なくとも一つの音孔６２が形成されている。振動部材１０が発振した超音波は、音孔６２を介して外部に伝達する。
【００５１】
本実施形態によっても、第１〜第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
（第８の実施形態）
図１７は、第８の実施形態に係る電子機器の構成を示す図である。本実施形態に係る電子機器は、振動部材１０が樹脂膜７０を介して支持体４０に取り付けられている点を除いて、第７の実施形態に係る電子機器と同様の構成である。
【００５３】
樹脂膜７０は、振動部材１０よりも剛性が低い。このため、樹脂膜７０を設けることにより、振動部材１０の縁は、大きく振動できるようになる。従って、本実施形態によれば、第７の実施形態と同様の効果が得られるほか、発振装置の出力を大きくすることができる。
【００５４】
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。
【符号の説明】
【００５５】
１０振動部材
２０圧電振動子
２２電極
２２ａ第１振動領域
２２ｂ第２振動領域
２２ｃ第３振動領域
３０圧電振動子
４０支持体
５０制御部
６０筐体
６２音孔
７０樹脂膜

【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部材、及び前記振動部材に設けられた圧電振動子を有する振動体と、
前記振動部材の縁を支持する支持体と、
前記圧電振動子にパラメトリックスピーカ用の発振信号を入力する制御部と、
を備え、
前記振動体は、互いに独立して振動する複数の振動領域を備え、
前記制御部は、前記複数の振動領域の少なくとも１つに、同一の原信号から生成された前記発振信号を入力する発振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発振装置において、
前記複数の振動領域は、一つの前記圧電振動子に設けられ、
前記圧電振動子は、前記複数の振動領域に互いに独立して設けられた複数の電極を有する発振装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発振装置において、
前記複数の振動領域は、２次元に配置されている発振装置。
【請求項４】
請求項１に記載の発振装置において、
前記振動部材上には、前記複数の振動領域別に複数の前記圧電振動子が設けられている発振装置。
【請求項５】
請求項４に記載の発振装置において、
前記振動部材上には、２つの前記圧電振動子が点対称に設けられている発振装置。
【請求項６】
請求項４に記載の発振装置において、
前記複数の圧電振動子は、前記振動部材上に２次元に配置されている発振装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか一項に記載の発振装置において、
前記複数の圧電振動子は、材料及び形状が互いに同一である発振装置。
【請求項８】
振動部材、及び前記振動部材に設けられた複数の圧電振動子を有する振動体と、
前記振動部材の縁を支持する支持体と、
前記複数の圧電振動子にパラメトリックスピーカ用の発振信号を互いに独立して入力する制御部と、
を備え、
前記複数の圧電振動子は、互いに異なる材料から形成されており、かつ機械品質係数Ｑが互いに異なる発振装置。
【請求項９】
請求項８に記載の発振装置において、
第１の前記圧電振動子は前記振動部材の第１面に設けられており、
第２の前記圧電振動子は前記振動部材の第２面に設けられている発振装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の発振装置において、
第１の前記圧電振動子は前記振動部材の第１面に設けられており、かつ平面視で中空部を有しており、
第２の前記圧電振動子は、前記振動部材の前記第１面に設けられ、かつ平面視で前記中空部内に位置している発振装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の発振装置を有する電子機器。

【図１】