声学换能器结构制造技术

定义临界间距对于参数化音频的导向是必要的。比较有无波导的导向测量结果得出结论，扩散的叶状光栅波瓣贡献于音频，并且光栅波瓣是导向不良的原因。此外，波导需要以正确的相位偏移发挥作用，以实现性能所需的导向。当波导缺少临界间距或空间受限时，排列管以使阵列配置从直线变化为另一种分布是有用的。阵列设计也可以利用直线换能器设计，同时具有具有无理数间距的换能器铺瓦的优点，以促进光栅波瓣能量的扩散。能量的扩散。能量的扩散。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】声学换能器结构
[0001]相关申请
[0002]本申请要求享有以下申请的权益：(1)于2019年12月25日提交的美国临时专利申请号62/953,577；和(2)于2019年12月27日提交的美国临时专利申请号62/954,171，两者的全部内容通过引用而并入。


[0003]本公开总体上涉及用于半空触觉系统的声学换能器结构的改进技术。

技术介绍

[0004]如本文所述，术语“相控阵”是指投射到同一空间并可被单独寻址的一组发射器。通过选择特定信号或在单色阵列的情况下选择相位和振幅，这组发射器可以使发射场成形。在空气中的超声相控阵的情况下，声场可以被聚焦、发散、形成波束，并且通常可以重新排列成许多其他形式。经成形和经导向的超声场的用途包括半空触觉、定向音频以及物理材料和场景的成像。
[0005]当元件间距超过临界间距时，经由相控阵进行的导向(steering)可以遇到光栅波瓣。这导致了声能被投射到非预期的方向。为了使阵列更接近临界间距，可以使用声学波导结构。Jager等人(2017IEEE)展示了使用波导结构的波束导向。虽然Jager示出了光栅波瓣的减少，但它没有实现或展示与触觉或参数化音频有关的后果。
[0006]此外，本文描述的阵列设计，旨在利用直线换能器设计，但具有无理数的间距的换能器铺瓦(tiling)的优点，以促进光栅波瓣能量的扩散。
[0007]取决于诸如波长、元件尺寸、元件之间的分离距离和间距的几何均匀性等参数，对发射相控阵系统的换能器进行排列生成了不需要的附加特征。
[0008]随着波长减小，当以波长测量时，元件尺寸和分离距离增大。在一定尺寸以上，光栅波瓣会出现并扭曲输出，这在极端情况下会创建不需要的额外输出焦点。
[0009]出于商业原因，可以有必要无关于元件的尺寸和间距来设置频率，其中对于具有几何均匀性的间距的结构，当被致动而产生焦点时，会出现不需要的额外输出焦点。在这种情况下，唯一可修改的参数是几何均匀性。然而，在商业上，创建不浪费材料、具有高封装密度并最大限度地减少用于制造的所需步骤的数量和复杂性的换能器是有益的。

技术实现思路

[0010]本文公开的一项关键创新是认识到接近临界间距对于参数化音频的导向是必要的。当查看超声仿真或测量数据时，不能明显看出扩散的叶状光栅波瓣贡献于音频与它所做的一样多。仅对音频的测量也无法得出光栅波瓣是导向不良的原因的结论。这需要比较有、无波导的导向测量才能得出这一结论。此外，波导管需要以正确的相位偏移发挥作用，以实现性能所需的导向。
[0011]此外，Jager等人仅展示了使用等长的管的操作，并没有讨论其他可能性。在本公
开中，不同长度的管具有相同的功能，并允许更多种形状。此外，对管进行排列以使阵列配置从直线变为另一种分布是一种不明显的用法，并且在波导缺少临界间距或空间受限时具有优势。
[0012]此外，本公开描述了旨在利用直线换能器设计的阵列设计，同时具有具有无理数的间距的换能器铺瓦的优点，以促进光栅波瓣能量的扩散。
附图说明
[0013]附图(其中类似的参考编号指的是整个独立视图中相同或功能相似的元件)以及下面的详细描述被并入说明书中并构成说明书的一部分，用于进一步说明包括所要求保护的专利技术的概念的实施例，并解释这些实施例的各种原理和优点。
[0014]图1A、1B和1C示出了波导的排列。
[0015]图2示出了光栅波瓣抑制仿真。
[0016]图3示出了光栅波瓣抑制仿真。
[0017]图4示出了激光多普勒测振仪扫描图像。
[0018]图5示出了叶序螺旋(phyllotactic spiral)的换能器排列。
[0019]图6示出了图5在仿真中的效果。
[0020]图7A和7B示出了直线阵列的超声声学仿真。
[0021]图8A和8B示出了使用以叶序螺旋排列的阵列的超声声学仿真。
[0022]图9示出了以叶序螺旋排列的阵列的音调产生的音频导向性能。
[0023]图10示出了以叶序螺旋排列的阵列的音调产生的音频导向性能。
[0024]图11示出了使用直线阵列的参数化音频波束的导向。
[0025]图12示出了使用直线阵列的参数化音频波束的导向。
[0026]图13示出了使用直线阵列的参数化音频波束的导向。
[0027]图14示出了来自换能器阵列的参数化音频的频率响应。
[0028]图15示出了以叶序螺旋的点集的Voronoi图。
[0029]图16示出了具有以叶序螺旋排列的圆形换能器的图表。
[0030]图17示出了具有以叶序螺旋排列的方形换能器的图表。
[0031]图18示出了换能器的直线对齐排列。
[0032]图19示出了换能器元件的方形栅格的布拉格(Bragg)衍射。
[0033]图20示出了换能器的二元铺瓦(binary titling)。
[0034]图21A和21B示出了二元铺瓦的布拉格衍射。
[0035]图22A和22B示出了风车铺瓦(pinwheel titling)及其布拉格衍射。
[0036]图23示出了风车分形结构中存在的直角三角形图案。
[0037]图24示出了纵横比为1:2的左手和右手“多米诺(domino)”阵列的矩形阵列设计。
[0038]图25示出了“方形”阵列的四种变体的设计。
[0039]图26示出了使用亥姆霍兹(Helmholtz)方程的本征模仿真。
[0040]图27示出了压电致动器的弯曲模式的最大z偏转仿真。
[0041]图28示出了压电致动器的弯曲模式的最大z挠度仿真。
[0042]图29示出了详细介绍将方形单元格排列成新的排列的基本步骤的仿真。
[0043]图30示出了说明如何递归扩展图29以构建更大的元件阵列的仿真。
[0044]图31示出了说明由旋转或镜像或两者提供的变化可能性的仿真。
[0045]图32A、32B、32C和32D示出了使用旋转构造的方形换能器的示例元件阵列。
[0046]图33A、33B、33C和33D示出了使用镜像构造的方形换能器的示例元件阵列。
[0047]图34A、34B、34C和34D示出了使用旋转和镜像构造的方形换能器的示例元件阵列。
[0048]图35示出了使用方形换能器的仿真递归偏移阵列的图。
[0049]熟练的技术人员将理解，图中的元件是为了简单和清晰而示出的，并且不一定是按比例绘制的。例如，图中一些元件的尺寸可以相对于其他元件被夸大，以帮助提高对本专利技术实施例的理解。
[0050]在适当的情况下，装置和方法组件在图纸中用常规符号表示，仅示出与理解本专利技术的实施例相关的那些具体细节，以避免用对本领域的普通技术人员来说显而易见的细节来掩盖本公开，这些细节将益于本文的描述。
具体实施方式
[0051]I、使用声波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括：多个超声换能器；操作的声波长；多个声腔，其中所述多个声腔中的每个具有输入开口和出口开口，所述输入开口具有进入超声，所述出口开口具有几何中心并具有退出超声；其中，每个输入开口接受来自多个换能器之一的超声；其中，所述出口开口的至少两个几何中心彼此之间的距离小于所述操作的声波长；其中，对于所述多个声腔中的第一个，第一退出超声相对于第一进入超声具有第一相位偏移；其中，对于所述多个声腔中的第二个，第二退出超声相对于第二进入超声具有第二相位偏移；其中所述第一相位偏移不同于所述第二相位偏移。2.根据权利要求1所述的装置，其中，在发射之前，所述第一相位偏移被反转，并被应用于至少一个换能器驱动的相位。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一退出超声被调制以产生可听声。4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一退出超声被调制以产生半空触觉效果。5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一退出超声被用于使物体悬浮。6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一退出超声相对于所述第一进入超声具有振幅偏移。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述振幅偏移被用于在发射之前修改至少一个换能器的振幅。8.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明，
申请(专利权)人：超飞跃有限公司，
类型：发明
国别省市：