TWI440365B - 電子裝置 - Google Patents

Description

電子裝置

本發明係有關於一種電子裝置，特別係有關於一種設有聲波換能器(acoustic transducer)之電子裝置。

隨著科技的進步，觸控螢幕(Touch Screen)已被廣泛地應用於行動電話和其他可攜式電子裝置中，惟此種接觸式的介面並無法具有感測外界物體的能力。另一方面，雖然常見的測距裝置或倒車雷達(Backup Sensor)可藉由發出並接收聲波以感測外界物體，但通常僅能針對單一方向進行測距，且無法即時地偵測出物體的運動方向與速度；有鑑於此，如何將聲波換能器結合於電子裝置中，藉以使電子裝置可具有感測外界物體的能力，已成為相關技術領域中之一重要發展趨勢。

本發明之一實施例提供一種電子裝置，包括一導電基板、一駐極體震動膜、複數個間隔物、一第一電極以及兩個第二電極。前述導電基板具有複數個開孔，前述駐極體震動膜包含一聲波發射部以及兩個聲波接收部，其中聲波發射部位於聲波接收部之間。前述間隔物設置於導電基板與駐極體震動膜之間，第一電極設置在聲波發射部上，兩個第二電極則分別設置於聲波接收部上。前述第一電極與導電基板電性耦合，藉以透過聲波發射部發出一聲波訊號；前述第二電極與導電基板電性耦合，其中聲波接收部接收前述聲波訊號並產生震動，使得第二電極和導電基板之間的電場產生變化。

於一實施例中，前述聲波發射部以及聲波接收部大致沿著一第一軸向排列，且第二電極的中心點於一第二軸向上的座標位置不同，其中第二軸向垂直於第一軸向。

於一實施例中，前述第二電極的位置對稱於第一電極。

於一實施例中，由前述聲波發射部發出之聲波訊號經過一物體反射後被聲波接收部所接收，藉以感測前述物體的運動狀態。

於一實施例中，前述聲波訊號的頻率介於18K~22K Hz之間。

於一實施例中，前述駐極體震動膜含有氧化矽、鐵氟龍(TFE)、膨體拒四氯乙烯(ePTFE)、或其他含氟之高分子材料。

於一實施例中，前述第一、第二電極含有鋁(Al)、鉻(Cr)或銦錫氧化物(Indium tin oxide)。

於一實施例中，前述如導電基板為金屬材質所製成。

於一實施例中，前述間隔物為絕緣材質所製成。

於一實施例中，前述駐極體震動膜的厚度介於5~50um，第一、第二電極的厚度介於0.7~1um，且間隔物的厚度介於50-500um。

於一實施例中，前述電子裝置更包括一線圈，其中線圈設置於駐極體震動膜上並且環繞前述第一電極。

於一實施例中，前述種電子裝置更包括一數位訊號處理器、一編解碼電路，其中編解碼電路具有一音頻功率放大器以及兩個麥克風放大器，數位訊號處理器連接音頻功率放大器之輸入端與前述麥克風放大器之輸出端。前述音頻功率放大器之輸出端耦接前述第一電極與導電基板，此外麥克風放大器之輸入端耦接前述第二電極與導電基板。

於一實施例中，前述電子裝置更包括一變壓元件，其中變壓元件的輸入端連接音頻功率放大器，變壓元件的輸出端則連接第一電極和導電基板。

於一實施例中，前述電子裝置更包括兩個接面場效電晶體，其中接面場效電晶體的輸入端連接前述第二電極和導電基板，輸出端則連接麥克風放大器。

於一實施例中，前述電子裝置更包括一線圈，設置於駐極體震動膜上並且環繞前述第一電極。

於一實施例中，前述音頻功率放大器之輸出端電性連接線圈。

為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

首先請參閱第1圖，本發明一實施例之電子裝置E例如為一行動電話，其中在電子裝置E的顯示螢幕上方設有一聲波換能器100。需特別說明的是，前述聲波換能器100除了具有麥克風(microphone)以及微型喇叭(micro speaker)的功能外，更可同時作為一感測器，用以感測電子裝置前方物體的運動狀態。

接著請一併參閱第2、3A圖，前述聲波換能器100主要包括一導電基板10、一駐極體震動膜20、複數個間隔物30、一第一電極M1以及兩個第二電極M2。如第3A圖所示，前述間隔物30設置於導電基板10和駐極體震動膜20之間，藉以在導電基板10和駐極體震動膜20之間形成空隙。

需特別說明的是，由於駐極體震動膜20與間隔物30的接合處為固定端且不會產生震動，因此前述駐極體震動膜20可在相鄰的兩個間隔物30之間形成一聲波發射部P以及兩個聲波接收部R(如第2、3A圖所示)，其中聲波發射部P係用以發射聲波訊號，而位在聲波發射部P兩側的聲波接收部R則可接收前述聲波訊號。

在本實施例中，第一電極M1和兩個第二電極M2係分別設置於駐極體震動膜20的聲波發射區部P以及聲波接收部R上，且兩個第二電極M2所處的位置係對稱於第一電極M1；當第一電極M1與下方導電基板10之間的電場產生變化時，會驅使聲波發射區部P產生震動並發出特定之聲波訊號。應了解的是，當聲波發射區部P所發出的聲波訊號經過物體反射後，可透過聲波接收部R接收該聲波訊號並產生相對應的震動，由於此時第二電極M2與導電基板10之間的電場會產生變化，藉此可將前述聲波訊號轉換成為對應之電壓訊號，進而可感測物體的位置及運動情形。

由第2、3A圖中可以看出，前述聲波發射部P以及聲波接收部R係大致沿著X軸方向(第一軸向)排列，其中第二電極M2的中心點於Y軸方向(第二軸向)上的座標位置不同；換言之，前述兩個第二電極M2除了在X軸方向上相隔一特定距離外，在Y軸方向上的位置也有所差異，藉此可利用聲波換能器100來感測物體在X軸與Y軸方向上的位置和運動情形。請參閱第4圖，當一物體(例如使用者的手)位於聲波換能器100的左上方時，聲波發射部P所產生的聲波訊號會經由物體反射，接著會被左側的聲波接收部R所接收，此時可透過第二電極M2與導電基板10之間的電場變化產生對應的電壓訊號，藉以得知物體的實際位置。

然而，當物體由聲波換能器100的左上方移動到右下方時，聲波發射部P所產生的聲波訊號則會經由物體反射後而被右側的聲波接收部R接收，接著可透過第二電極M2與導電基板10之間的電場變化產生對應的電壓訊號，藉以得知物體的實際位置。由於在物體運動的過程中，兩個第二電極M2所產生電壓訊號的時間點不同，因此僅需計算兩者所間隔的時間差，即可得知物體的運動方向與速度。

再請一併參閱第3A、3B圖，本實施例中的導電基板10可為金屬材質所製成，並且在導電基板10上形成有複數個開孔11，用以釋放駐極體震動膜20震動時所產生的壓力。此外，前述間隔物30可以是絕緣或導電材質，前述第一、第二電極M1、M2例如可含有鋁(Al)、鉻(Cr)或銦錫氧化物(Indium tin oxide,ITO)；前述駐極體震動膜20則可含有氧化矽、鐵氟龍(TFE)、膨體聚四氯乙烯(ePTFE)或者其他含氟之高分子材料。應了解的是，本實施例中的駐極體震動膜20厚度約介於5~50um，第一、第二電極M1、M2的厚度約介於0.7~1um，間隔物的厚度則約介於50-500um。

於另一實施例中，亦可在駐極體震動膜20上的第一電極M1周圍設置一線圈C(如第5圖所示)，前述線圈C可與一助聽器(Hearing aid receiver)內的線圈相互感應，藉以讓使用者可透過助聽器接收音頻訊號。第6圖表示第5圖中之聲波換能器100與電子裝置E內部電路系統耦合之示意圖，如第6圖所示，本實施例之電子裝置E內部設有一編解碼電路300以及一數位訊號處理器400，其中編解碼電路300具有一音頻功率放大器310以及兩個麥克風放大器320，前述數位訊號處理器400分別連接音頻功率放大器310的輸入端以及麥克風放大器320的輸出端。應了解的是，聲波換能器100上的第一電極M1和導電基板10係耦接於音頻功率放大器310的輸出端，而聲波換能器100上的兩個第二電極M2和導電基板10則耦接於麥克風放大器320的輸入端。

由第6圖中可以看出，在電子裝置E內部更設有一變壓元件210，其中變壓元件210的輸入端連接音頻功率放大器310，輸出端則連接聲波換能器100上的第一電極M1和導電基板10，藉此可將音頻功率放大器310的輸出電壓由2V升高到110V，進而可驅動聲波發射部P發出聲波；此外，音頻功率放大器310的輸出端亦可同時連接第一電極M1周圍的線圈C，藉以方便使用者透過助聽器接收音頻訊號。

更進一步地，在本實施例之電子裝置E內部更可額外設置兩個接面場效電晶體220，其中每個接面場效電晶體220的輸入端連接第二電極M2和導電基板10，輸出端則連接前述麥克風放大器320，藉此可達到阻抗匹配之目的。

綜上所述，本發明主要係提供一種具有聲波換能器之電子裝置，其中藉由在駐極體震動膜上形成一聲波發射區部以及兩個聲波接收部，可利用聲波反射來偵測物體的位置與運動方向。特別地是，前述兩個聲波接收部不僅在X軸方向(第一軸向)上相隔一距離，在Y軸方向(第二軸向)上的座標位置也不相同，因此電子裝置可感測物體在二維平面(XY平面)上的位置與運動情形。

需特別說明的是，由於前述電子裝置中的聲波換能器同時也具備有傳統麥克風以及微型喇叭之功能，因此亦可作為一般行動電話或電子裝置的收/發話器。舉例而言，前述聲波換能器可使用介於18K~22K Hz之間的訊號頻段(涵蓋部分人耳聽覺頻段以及超音波頻段)，並且可直接與習知行動電話中的音頻編解碼電路(Audio Codec)作結合，毋需額外增設編解碼器，因此能廣泛地應用在各式行動電話或智慧型手機等電子裝置之中。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．導電基板

11．．．開孔

20．．．駐極體震動膜

30．．．間隔物

100．．．聲波換能器

210．．．變壓元件

220．．．接面場效電晶體

300．．．編解碼電路

310．．．音頻功率放大器

320．．．麥克風放大器

400．．．數位訊號處理器

C．．．線圈

E．．．電子裝置

M1．．．第一電極

M2．．．第二電極

P．．．聲波發射部

R．．．聲波接收部

第1圖表示本發明一實施例之電子裝置示意圖；

第2圖表示本發明一實施例之聲波換能器俯視圖；

第3A圖表示第2圖中的聲波換能器沿X2-X2’方向之剖視圖；

第3B圖表示本發明一實施例之導電基板示意圖；

第4圖表示本發明一實施例之聲波換能器偵測物體運動時之示意圖；

第5圖表示本發明另一實施例之聲波換能器示意圖；以及

第6圖表示第5圖中之聲波換能器與電子裝置內部電路系統耦合之示意圖。

10．．．導電基板

11．．．開孔

20．．．駐極體震動膜

30．．．間隔物

100．．．聲波換能器

M1．．．第一電極

M2．．．第二電極

P．．．聲波發射部

R．．．聲波接收部

Claims (16)

1. 一種電子裝置，包括：一導電基板，具有複數個開孔；一駐極體震動膜，包含有一聲波發射部以及兩個聲波接收部，其中該聲波發射部位於該些聲波接收部之間；複數個間隔物，設置於該導電基板與該駐極體震動膜之間，藉以在該駐極體震動膜上定義出該聲波發射部以及該些聲波接收部；一第一電極，設置於該聲波發射部上，其中該第一電極與該導電基板電性耦合，藉以透過該聲波發射部發出一聲波訊號；以及兩個第二電極，分別設置該些聲波接收部上，且該些第二電極與該導電基板電性耦合，其中該些聲波接收部接收該聲波訊號並產生震動，使得該些第二電極和該導電基板之間的電場產生變化。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該聲波發射部以及該些聲波接收部大致沿著一第一軸向排列，且該些第二電極的中心點於一第二軸向上的座標位置不同，其中該第二軸向垂直於該第一軸向。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電子裝置，其中該些第二電極的位置對稱於該第一電極。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中由該聲波發射部發出之該聲波訊號經過一物體反射後被該些聲波接收部所接收，藉以感測該物體的運動狀態。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該聲波訊號的頻率介於18K~22K Hz之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該駐極體震動膜含有氧化矽、鐵氟龍、膨體拒四氯乙烯、或其他含氟之高分子材料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該第一、第二電極含有鋁、鉻或銦錫氧化物。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該導電基板為金屬材質所製成。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該間隔物為絕緣材質所製成。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該駐極體震動膜的厚度介於5~50um，該第一、第二電極的厚度介於0.7~1um，且該間隔物的厚度介於50-500um。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該電子裝置更包括一線圈，該線圈設置於該駐極體震動膜上並且環繞該第一電極。
12. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該電子裝置更包括一編解碼電路以及一數位訊號處理器，該編解碼電路具有一音頻功率放大器以及兩個麥克風放大器，該數位訊號處理器連接該音頻功率放大器之輸入端與該些麥克風放大器之輸出端，其中該音頻功率放大器之輸出端耦接該第一電極與該導電基板，且該些麥克風放大器之輸入端耦接該些第二電極與該導電基板。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電子裝置，其中該電子裝置更包括一變壓元件，該變壓元件的輸入端連接該音頻功率放大器，該變壓元件的輸出端連接該第一電極和該導電基板。
14. 如申請專利範圍第12項所述之電子裝置，其中該電子裝置更包括兩個接面場效電晶體，該些接面場效電晶體的輸入端連接該些第二電極和該導電基板，該些接面場效電晶體的輸出端連接該些麥克風放大器。
15. 如申請專利範圍第12項所述之電子裝置，其中該電子裝置更包括一線圈，該線圈設置於該駐極體震動膜上並且環繞該第一電極。
16. 如申請專利範圍第15項所述之電子裝置，其中該音頻功率放大器之輸出端電性連接該線圈。