[發明專利]電容式轉換器

在審

• 申請號: 201310272423.4
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN103533492A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 虎島和敏;秋山貴弘
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: H04R19/00
• 分類號: H04R19/00;H04R7/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 楊小明

技術領域

本發明涉及要用作超聲轉換器元件等的電容式轉換器（capacitive?transducer）、以及制造該電容式轉換器的方法。

背景技術

迄今為止，要使用微機械加工技術制造的微機械構件可以以微米的量級被處理，并且，使用這樣的微機械構件來實現各種功能微元件。使用這種技術的電容式轉換器作為使用壓電元件的轉換器的替代物正在被研究。利用這種電容式轉換器，諸如超聲波、聲波和聲光波的聲學波（在下文中，有時由超聲波代表）可以通過使用振動膜的振動來發送和接收，特別是，可以容易地獲得液體中的良好的寬帶特性（在寬頻域中具有相對高的接收靈敏度或發送靈敏度的特性）。

作為上述技術，提出了實現寬帶特性的電容式轉換器，其包括：包含具有高彈簧常數的振動膜的單元和包含具有低彈簧常數的振動膜的單元（參見美國專利No.5,870,351）。還提出了實現寬帶特性的另一種電容式轉換器，該電容式轉換器包含一組具有高彈簧常數的多個單元和一組具有低彈簧常數的多個單元（參見美國專利申請公開No.2007/0059858）。

上述的電容式轉換器能夠通過向共用電極施加共用電壓來發送和接收驅動。但是，在這種情況下，機電變換比在多種單元（即，包含具有高彈簧常數的振動膜的單元和包含具有低彈簧常數的振動膜的單元）之間不同。因此，盡管實現了寬帶特性，但是，因為機電變換比在多種單元之間不同，所以，表示發送聲壓與電壓之比的發送靈敏度或者表示接收電信號與接收聲壓之比的接收靈敏度可能被降低。

發明內容

鑒于上述問題，根據本發明的示例性實施例，提供了一種電容式轉換器，該電容式轉換器包括包含多個單元的元件：所述多個單元中的每一個包括：第一電極；振動膜，該振動膜包括第二電極，第二電極以一間隙與第一電極相對；以及振動膜支持部，該振動膜支持部支持振動膜，以形成所述間隙。所述元件包括第一單元和第二單元，第一單元包括具有第一彈簧常數的振動膜，第二單元包括具有低于第一彈簧常數的第二彈簧常數的振動膜。要在第一單元的第一電極和第二電極之間施加的電壓高于要在第二單元的第一電極和第二電極之間施加的電壓。

根據下面參照附圖的對示例性實施例的描述，本發明的進一步的特征將會變得明顯。

附圖說明

圖1A和1B是示出根據本發明的實施例和實例1的電容式轉換器的示圖。

圖2A和2B是示出根據本發明的另一個實施例和實例2的電容式轉換器的示圖。

圖3A、3B、3C、3D和3E是示出制造根據本發明的電容式轉換器的示例方法的示圖。

圖4是示出通過使用根據本發明的電容式轉換器獲取測試對象信息的示例裝置的示圖。

具體實施方式

現在將根據附圖詳細地描述本發明的優選實施例。

根據本發明的電容式轉換器的特征在于包括：包含具有第一彈簧常數的振動膜的第一單元；包含具有低于第一彈簧常數的第二彈簧常數的振動膜的第二單元；以及被配置為分別在第一單元和第二單元的第一電極和第二電極之間施加電壓的第一和第二電壓施加部件。機電變換比隨著施加的電壓與拉入電壓（pull-in?voltage）之比變高而變高。本文中所使用的拉入電壓是指靜電吸引力變成大于振動膜的恢復力時在第一電極和第二電極之間施加的電壓。當被施加等于或高于拉入電壓的電壓時，使得振動膜與腔的下表面接觸。在施加的電壓被設置為不超過拉入電壓的情況中，機電變換比與第一電極和第二電極之間的電容和電場強度之積成比例。電場強度與施加的電壓成比例，由此，機電變換比與第一電極和第二電極之間的電容和施加的電壓之積成比例，并且在施加拉入電壓時變成最大。拉入電壓與彈簧常數的約0.5次冪成比例，并且與上電極和下電極之間的有效間隙的約1.5次冪成比例。本文中所使用的有效間隙是指腔間隙和通過將上電極和下電極之間形成的振動膜除以相對介電常數而獲得的值之和。具有高彈簧常數的振動膜的單元的拉入電壓高于具有低彈簧常數的振動膜的單元的拉入電壓。因此，通過如本發明的結構所舉例說明的那樣在電極之間施加電壓，施加的電壓基本上具有與拉入電壓相同的比率，由此，可以提高發送靈敏度或接收靈敏度。從而，根據本發明的電容式轉換器，可以增大接收或發送頻帶寬度，并且，可以提高發送靈敏度或接收靈敏度。