Beschreibung

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Schallwandlerarray mit einer Mehrzahl an Einzelwandlern. Schallwandlerarrays umfassen eine Vielzahl an Einzelwandlern und dienen beispielsweise zum Senden, aber auch zum Empfangen von Schallsignalen, wie insbesondere Ultraschallsignalen. Derartige Schallwandler werden auch Ultraschallwandler genannt, die ausgehend von einem elektrischen Signal (Spannung oder Strom) ein akustisches Signal (Schalldruck oder Schallschnelle) ausgeben bzw. umgekehrt ausgehend von einem akus- tischen Signal, welches über den Schallwandler empfangen wird, ein elektrisches Signal generieren.

Die Designfreiheit von mikro-maschinell gefertigten (Ultra-)Schallwandlern ist aufgrund elektrischer und akustischer Anforderungen, wie z.B. Treiberspannung, Mittenfrequenz und Empfindlichkeit, und technologischer Randbedingungen, eingeschränkt. Deshalb werden üblicherweise mehrere einzelne (kleine) Wandlerzellen nebeneinander (elektrisch parallel verschaltet) angeordnet, um die gewünschte Gesamtschallwandlergröße bzw. Gesamtschallwandlergeometrie zu erreichen. Es ist auf diese Weise jedoch nicht möglich, beliebig komplex geformte Abstrahlflächen zu erhalten. Weiterhin beträgt die mechanisch schwingende und dadurch akustisch aktiv abstrahlende Fläche (Strahlerfläche) nur einen Teil der vorhandenen Wandlerfläche, da Bereiche der Abstrahlfläche für Aufhängung und Führung (nicht akustisch aktive Flächenanteile) genutzt werden müssen. Für Membran- bzw. Plattenschallwandler wird eine ma- ximale Auslenkung und damit maximale Schallabstrahlung weiterhin nur im Zentrum der einzelnen Wandlerzellen und nicht auf der gesamten Wandlerfläche der einzelnen Wandlerzelle erreicht. Ein weiteres Problem, was hinzukommt ist, dass die einzelnen Wandlerzellen fertigungsbedingten Abweichungen hinsichtlich Empfindlichkeit der Mittenfrequenzen unterliegen. Dies wirkt sich negativ auf die akustische Performance des Gesamt- wandler-Arrays aus. Im Stand der Technik existieren einige Lösungen, die darauf abzielen, die Charakteristik einzelner Wandlerzellen von Membran bzw. Plattenwandlern als Pistonphon, also mit konstanter Schaiischneiie auf der Wandieroberfiäche zu erhalten. Dazu kann beispielsweise die Schichtdicke der Platte angepasst werden, die Platte zusätzlich abgestützt wer- den oder ein Horn* aufgesetzt werden. Diese Lösungen können zwar einzelne Optimierungsziele, wie z.B. das dynamische Verhalten, verbessern, stellen aber keinen zufriedenstellenden Ansatz dar. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, ein Schallwandlerarray mit verbesserten akustischen Eigenschaften sowie besserer Anpassbarkeit an die geforderten Randbedingungen zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Schallwandlerarray mit einer Mehrzahl an Wandlern und einer separaten Abstrahlstruktur. Die Mehrzahl an Wandlern umfasst jeweils eine Membran bzw. einen Plattenschwinger. Über die Abstrahlstruktur sind zumindest zwei der Mehrzahl der Wandler mechanische miteinander gekoppelt. Die Kopplung erfolgt in der Art, dass jede Platte mit je einem Koppelelement mit der Abstrahlstruktur verbunden ist, so dass aus einer Bewegung einer der Platten eine Bewegung der Abstrahlstruktur resultiert.

Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass verbesserte Schallwandlerarrays dadurch geschaffen werden können, dass Wandler und Abstrahlmittel strukturell voneinander getrennt werden. So verbindet eine Abstrahlstruktur, die eine Abstrahlfläche umfasst, über Koppelelemente eine Mehrzahl an Wandlern, vergleichbar zu einer aufgesetzten Brücke. Die Mehrzahl der Wandlern kann dann eine Bewegung der Abstrahlstruktur und damit der Abstrahlfläche zum Schallemittieren erzeugen, aber auch eintreffende Schalldruckwellen in mechanische Auslenkung wandeln und zu den einzelnen Wandlerelementen als mechanische Kraft führen und bündeln. In anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass mehrere gemeinsam wirkende Wandler von der/den eigentlichen schalldruckgenerierenden Einheit/Einheiten getrennt werden. Dieser strukturelle Aufbau bietet die Vorteile, dass ein Schallwandlerarray mit großer aktiver Strahlerfläche erzeugt werden kann, um so der Zielsetzung einer besseren akustischen Anpassung, höherem abgestrahlten Schalldruck und erhöhten Sendeempfindlichkeit gerecht zu werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Strahlerfläche auch hinsichtlich ihrer Form entspre- chend den jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann. Beispielsweise kann eine kreisförmige, ringförmige, rechteckige oder hexagonale Abstrahlstruktur (also insbesondere Abstrahlfläche) ausgebildet werden. Allgemein heißt das, dass bei dem Wandlerentwurf eine hohe Designfreiheit besteht.

Ein weiterer Vorteil der Separierung von Wandler und Abstrahlstruktur besteht darin, dass über die gesamte Wandlerfläche/ Abstrahlfläche eine einheitliche Charakteristik ausgeprägt werden kann, was sich positiv auf das Auslenkungsverhalten, Frequenzverhalten und/oder die Empfindlichkeit auswirkt. Durch den Einsatz von einer Mehrzahl von Wand- lern ist es möglich auch bei maximaler Auslenkung der Abstrahlstruktur über die gesamte abstrahlende Fläche Schallabstrahlung zu erreichen. In manchen Fällen ist es sogar möglich, dass die Auslenkung der Abstrahlstruktur sich von der Auslenkung des einzelnen Wandlers unterscheidet, bzw. sich eine ortsabhängige Schwingungsamplitude auf der Abstrahlstruktur ausbildet. Dies kann durch entsprechende Auslegung für verkoppelte Resonanz erreicht werden

Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die Abstrahlfläche der Abstrahlstruktur entweder eine ebene Form oder eine gekrümmte Form oder eine beliebige weitere Oberflächenform aufweisen. Je nach Ansteuerung der einzelnen Wandler ist es möglich, der Abstrahl- fläche eine geradlinige Bewegung, also eine Parallelverschiebung (auch Hubbewegung genannt) oder auch eine Kippbewegung (Verkippung der Abstrahlfläche zu den Platten) aufzuprägen oder eine solche Bewegung zu detektieren. D.h. also, dass die Abstrahlstruktur die Mehrzahl der Schallwandler derartig miteinander koppelt, dass die Bewegung der gemeinsamen Abstrahlfläche in Abhängigkeit von Einzelbewegungen der einzelnen mechanisch miteinander gekoppelten Wandlern erfolgt.

Entsprechend Ausführungsbeispielen ist es möglich, wie oben bereits angesprochen, dass die Abstrahlstruktur eine komplexe Form umfasst. Darüber hinaus ist es entsprechend Ausführungsbeispielen auch denkbar, dass jedes Schallwandlerarray mehrere un- abhängig voneinander bewegbare, also separate Abstrahlstrukturen umfasst, die unter Zuhilfenahme der jeweils den Abstrahlstrukturen zugeordneten Wandlern einzeln bewegt werden können. Diese separaten Abstrahlstrukturen können dann auch eine komplexe Form umfassen, so dass beispielsweise kreisförmige Ring-Arrays geformt werden. Die Wandler können beispielsweise elektrostatische Wandlern oder mikro-elektro- mechanische Zellen sein. Jeder Wandler weist typischerweise eine Platte auf, die abhän- gig von einem anliegenden elektrischen Signal bewegbar ist und die Bewegung auf die Abstrahlstruktur überträgt. Die Übertragung erfolgt entsprechend Ausführungsbeispielen mittels eines Koppelelements, der bezogen auf die Platte im Wesentlichen mittig in dieser angeordnet ist. Bei komplex geformten Wandlern kann auch eine außermittige Anordnung der Koppelelemente sinnvoll sein, um die höchste Sendeleistung oder Empfangsempfindlichkeit zu erreichen. Außerdem kann das Koppelelement auch an einzelnen oder allen Wandlern außerhalb der Mitte angebracht werden, um die Sendeleistung oder Empfangsempfindlichkeit an einzelnen Wandlern gezielt zu verringern. Um das Koppelelement herum wird ein Raum gebildet, der entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen mit einem Medium gefüllt sein kann. Es ist auch möglich mehrere Koppelelemente pro Wandlereinheit zu verwenden um eine verbesserte mechanische Kopplung zu erzielen. Des Weiteren ist es möglich sowohl einen Überdruck als auch einen Unterdruck in dem Zwischenraum auszubilden, in Abhängigkeit von welchem die Dämpfungseigenschaften des jeweiligen Wandlers eingestellt werden können.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann das Schallwandlerarray mit einer Steuerung gekoppelt sein, die ausgebildet ist, die einzelnen Wandler anzusteuern, um diese zu einer einheitlichen oder unterschiedlichen Bewegung anzuregen. Hierbei können den einzelnen Wandlern unterschiedliche Eigenschaften aufgeprägt werden, so dass die Bewegung bzw. Verformung der Abstrahlstruktur abhängig von diesen unterschiedlichen Eigenschaften ist. Umgekehrt können die einzelnen Wandler so angesteuert werden, dass fertigungsbedingt vorhandene unterschiedliche Eigenschaften bzw. unterschiedliches Verhalten kompensiert wird, um so beispielsweise der Abstrahlstruktur die gewünschte Bewegung aufzuprägen.

Der oben diskutierte Schallwandler kann entsprechend zusätzlichen Ausführungsbeispielen auch zum Schallempfangen eingesetzt werden. Im Empfangsfall wird die Empfangsfläche, auf der die Schallwelle von außen auftrifft, von der sensorischen Einheit getrennt, wobei eine Bündelung der Kraft für erhöhte Empfindlichkeit erreicht wird.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 a eine schematische Darstellung eines Schallwandlerarrays gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 1 b ein Diagramm zur Illustration der Auslenkung des Schallwandlerarrays aus

Fig. 1 a in Abhängigkeit von der Plattenauslenkung;

Fig. 2a eine schematische Draufsicht auf ein Schallwandlerarray mit gruppierten

Wandlern;

Fig. 2b das Schallwandlerarray aus Fig. 2a, wobei die einzelnen Wandler so miteinander gekoppelt sind, dass ein Ring-Array ausgebildet wird;

Fig. 3a-3e schematische Darstellungen des Schallwandlerarrays aus Fig. 2a, wobei entsprechend Ausführungsbeispielen die Einzelwandler unterschiedlich miteinander gekoppelt sind; und

Fig. 4 ein Schallwandlerarray gemäß dem Stand der Technik.

Bevor nachfolgend die Ausführungsbeispiele anhand der Figuren im Detail erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleiche oder gleichwirkende Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar bzw. austauschbar ist. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben, wobei zur besseren Illustration der Erfindungsvorteile vorerst kurz auf ein Stand der Technik Schallwandlerarray eingegangen wird.

Fig. 4 zeigt einen Stand der Technik Schallwandlerarray 40 umfassend sogenannte CMUT-Zellen (capacitive micromachined ultrasonic transducers, kapazitive mikromaschinell gefertigte Ultraschallwandler) 40a und 40b, die nebeneinander angeordnet sind, um so das Array 40 zu bilden. Jede CMUT-Zelle 40a und 40b umfasst ein Substrat 42 mit einer flächigen Elektrode 44. Eine gegenüber der flächigen Elektrode 44 angeordneten Platte 46 bildet gleichzeitig eine bewegliche Elektrode. Die Platte bzw. die bewegli- che Elektrode 46 ist mittels Spacer 48a und 48b seitlich beabstandet, so dass zwischen der Elektrode 44 und der Platte 46 eine Kavität 49 ausgebildet wird. Bei Anliegen eines elektrischen Wechselsignals, z.B. als elektrische Spannung zwischen der festen Elektrode 44 und der beweglichen Elektrode 46, wird die Platte 46 bewegt, und wie hier in dieser Abbildung dargestellt ist, ausgelenkt. Zu beachten ist, dass die Platte auch durch einen statischen Druckunterschied zwischen Vorder- und Rückseite ausgelenkt werden kann, wie zum Beispiel der Fall wenn die Kavität während der Fabrikation evakuiert ausgeführt wird. Im Detail erfährt die Mitte der Platte im Vergleich zu den Randbereichen der Platte eine größere Auslenkung. Das Ergebnis dieser Verformung ist, wie oben bereits thematisiert, eine ungleichmäßige Schallabstrahlung bzw. punktuell erhöhte Schallabstrahlung im Zentrum der Platte (hier illustriert anhand der unterschiedlichen Größen und unterschiedlich orientierten Schallwellen); dies ist nachteilig hinsichtlich des akustischen Verhaltens. Ferner ist durch diese klassische Plattenanordnung die Form der Plattenfläche (im Folgenden Abstrahlfläche genannt) stark vorgegeben. Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben, das die Bezug nehmend auf Fig. 4 erläuterten Nachteile nicht aufweist.

Fig. 1 a zeigt ein Schallwandlerarray 10 mit einer Mehrzahl an Wandlern 10a und 10b, die prinzipiell den Wandlern 40a und 40b aus Fig. 4 entsprechen. Also umfassen diese eine in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal bewegliche Platte 46, die beispielsweise über Spacer 48a und 48b im Randbereich gehalten wird.

Die zwei Platten 46 der zwei Wandler 10a und 10b sind mit je einem Koppelelement 12a und 12b mit einer gemeinsamen Abstrahlstruktur 14 verbunden, die eine Art Brücke zwi- sehen den zwei Wandlern 10a und 10b schafft. Anders ausgedrückt heißt das, dass die zwei Wandler 10a und 10b über die gemeinsame Abstrahlstruktur 14 mechanisch gekoppelt sind. Die Koppelelemente 12a und 12b sind bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, zentral auf der jeweiligen Platte 46 angeordnet und übertragen die Bewegung der Platten 46 auf die Abstrahlstruktur 14.

Bei einer Bewegung zumindest einer der beiden Platten 46 der zwei Wandler 10a und 10b erfährt die Abstrahlfläche 14 eine resultierende Bewegung, so dass über die Oberfläche 14a der Abstrahlfläche 14 ein elektroakustisches Signal, wie z.B. ein Ultraschallsignal, abgestrahlt werden kann. Hierbei können beispielsweise die zwei Wandler 10a und 10b gleichförmig bewegt werden, so dass eine Hubbewegung resultiert oder auch unterschiedlich bewegt werden, so dass die Abstrahlstruktur 14 verkippt wird. Somit entsteht ein hinsichtlich Funktionalität und Ansteuerung vergleichbares Array, wie das Array 40, wobei allerdings die akustischen Eigenschaften dadurch, dass das elektro- akustische Signal großflächig und damit gleichverteilt über der Fläche abgestrahlt wird, (vgl. auf der Oberfläche 14a illustrierte Schallwellen) verbessert sind. Wie zu erkennen ist, ist insgesamt die akustisch aktive Fläche vergrößert, was anhand von Fig. 1 b illustriert ist.

Fig. 1 b zeigt die Auslenkung (vgl. Bezugszeichen 15) der Einzelwandler 40a und 40b aus Fig. 4 in der Gegenüberstellung zu der Auslenkung (vgl. Bezugszeichen 17) des Schall- wandlerarrays 10. Der Gewinn an akustischer Leistungsfähigkeit bei gleicher Auslenkungsamplitude im Zentrum des Einzelwandlers und der Abstrahlstruktur ist anhand der schraffierten Fläche erkennbar.

Nachfolgend werden Details des Schallwandlerarrays 10 zusammen mit weiteren optiona- len Eigenschaften und zusätzlich entstehenden Vorteilen erläutert:

Ein weiterer Vorteil neben der gleichförmigen Schallabstrahlfläche 14a, der der Abstrahlstruktur 14 innewohnt, ist der, dass die Abstrahlfläche in Form und Struktur relativ frei gestaltbar ist, so dass, allgemein formuliert, ein erhöhter Freiheitsgrad bei dem Design von Schallwandlerarrays ermöglicht wird.

Eine optimale Anbindung der Fläche 14a an die einzelnen Wandlerzellen 10a, 10b ermöglicht, die maximale Schallschnelle des Wandlers 10 auf der gesamten Strahlerfläche 14a zu nutzen. Die Oberfläche der einzelnen Wandlerzellen korrespondiert so nicht mehr zu der Fläche der darunterliegenden Wandler. Dadurch wird ein Freiheitsgrad im Design der Wandlerzelle gewonnen. D.h., die Eigenschaften der Wandlerzelle (z.B. Größe und Form, erreichbarer Frequenzbereich, modale Masse, etc.) können an die akustische und elektrische Zielcharakteristik besser angepasst werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich in der Reduktion des Übersprechens (engl.: cross-talk) zwischen den einzelnen Wandlerelemen- ten, welche typischerweise in periodischen Wandlerstrukturen verstärkt auftreten können.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann bei unterschiedlicher Ansteuerung der Wandler 10a und 10b eine Verkippung der Abstrahlstruktur 14 erreicht werden, so dass beispielsweise eine Fokussierung des Schalls oder akustische Strahllenkung mög- lieh ist. Die Verkippung kann sowohl durch die Wandleransteuerung erreicht werden, aber auch durch das Design der Oberflächenstruktur der Abstrahlfläche 14 vorgegeben sein. So ist es entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen möglich, unebene Abstrahloberflächen 14a auch zu bilden, um so das Schallwandlerarray auf bestimmte Einsatzbedingungen anzupassen. Die auf die Wandlerzelle aufgebrachte Struktur, z.B. Wellenstruktur, 14 hat selbst aber auch einen Einfluss auf die akustische Charakteristik des Schallwand- lers 10. Die Geometrie der neuen Strahlerfläche (lateral und azimutal) ermöglicht die exakte Einhaltung der gewünschten Strahlergeometrie vom einfachen Flächenstrahler bis zur komplizierten Arraygeometrie. Dies ermöglicht zusätzlich weitere Designparameter, die beispielsweise zu einer gezielten Frequenzverschiebung führen. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen sind durch die zu Einzelwandlern gekoppelten Aktoren auch komplexere Arrays herstellbar, wie nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 gezeigt wird.

Fig. 2a zeigt ein Schallwandlerarray mit 12 x 12 Wandlern, (allgemein n x m), die zu einer viereckigen Fläche angeordnet sind. Die Wandler sind zu sechs ringförmigen Elementen mittels insgesamt sechs Abstrahlstrukturen 14_1 bis 14_6 gekoppelt, wie insbesondere aus Fig. 2b hervorgeht. Die Kopplung mittels der Koppelelemente ist anhand der Punkte mit dem Bezugszeichen 12 realisiert. Um diese sechs Ringe 14_1 bis 14_6 separat anzusteuern, sind die Wandler 10 entsprechend gruppiert, wie anhand der unterschiedlichen Schraffierungen aus Fig. 2a hervorgeht. Also ist es ausgehend von im Zusammenhang mit Fig. 1 oben erläuterten Strukturen möglich, komplexe Arrays, wie zum Beispiel zu Ringen angeordnete mehrteilige Arrays auszubilden. Weitere Gestaltungsmöglichkeiten derartiger Arrays sind in Fig. 3a bis 3e gezeigt. Fig. 3a zeigt das ringförmige Array aus Fig. 2a und 2b.

Fig. 3b zeigt ausgehend von einem Array mit ebenfalls 12 x 12 Wandlern ein kreisförmiges Array mit einer gemeinsamen (ebenen) runden Abstrahlfläche 14a. Fig. 3c zeigt, ausgehend von der 12 x 12 Wandlermatrix, ein Array mit insgesamt 25 einzelnen Abstrahlflächen, wobei jede der 25 Abstrahlstrukturen durch insgesamt vier Wandler bewegt wird. Die 25 Abstrahlflächen bzw. die zugehörigen 100 Wandler sind in zwei Gruppen (vgl. Gruppe 36 und Gruppe 38) gruppiert, wobei die jeweils gruppierten Abstrahlgeometrien schachbrettförmig auf der Matrix angeordnet sind. Fig. 3d zeigt, ebenfalls ausgehend von einer 12 x 12 Wandlermatrix (allgemein n x m- Matrix) ein rechteckiges (flächiges) Array mit einer einzigen Abstrahlgeometrie (vgl. Fläche 14a), welche von insgesamt 10 x 10 Wandlern angetrieben wird. Fig. 3e zeigt eine sehr komplexe Arrayanordnung mit einem ersten Arraybereich 32, in welchem die Abstrahlstruktur ringförmig angeordnet ist und einem zweiten Arraybereich 34, in welchem die Arraystrukturen linienförmig angeordnet sind. In Bezug auf die linien- förmige Anordnung im Bereich 34 ist zu erwähnen, dass die Breite der Abstrahlstrukturen kleiner ist als die Breite der Wandler, so dass insgesamt zwölf linienförmige Abstrahlstruk- turen auf insgesamt sechs Wandlerzeilen ausgebildet werden können. Dies ist dadurch möglich, dass eine linienförmige Abstrahlstruktur nur durch jedes zweite Wandlerelement betätigt wird, während die dazwischenliegenden Wandlerelemente die benachbarte linienförmige Abstrahlstruktur betätigt. Bei allen oben genannten Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass unter Ausnutzung von Eigenschwingformen der neuen Strahlerflächen Frequenzbereich und Dynamikbereich des Wandlers erweitert werden können oder auf gezielte Frequenzen beschränkt werden können. Somit ist es also möglich, ausgehend von Parametern, wie mechanischer Steifigkeit und/oder Elastizität der Abstrahlstruktur das akustische Verhalten zu beeinflus- sen. Umgekehrt ist es entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen auch möglich, die mechanischen Parameter bzw. mechanischen Im Perfektionen durch das Ansteuern der Abstrahlstruktur unter Zuhilfenahme der Mehrzahl an Wandlern so zu modifizieren, dass die unterschiedlichen Eigenschaften bzw. Fertigungstoleranzen der einzelnen Wandlerzellen ausgeglichen werden, um eine gleichmäßige Schallabstrahlung auf der gesamten Oberfläche 14a zu erhalten. Mit eben dem gleichen Prinzip können entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen auch gezielt einzelne Wandler mit unterschiedlichen Signalen angesteuert werden, um z.B. für Senden und Empfangen unterschiedliche Empfindlichkeiten auszunutzen oder mehrere Signale bei verschiedenen Frequenzen gleichzeitig zu senden.

Bezugnehmend auf Fig. 1 a sei der Vollständigkeit halber nochmals angemerkt, dass die einzelnen Wandler 10a und 10b vergleichbar mit den Wandlern 40a und 40b sein können. D.h. also, dass jeder Wandler 10a und 10b ferner auch ein Substrat 42 sowie eine Elektrode 44 aufweisen kann, wobei dann die Platte 46 entweder die bewegliche Elektrode bildet oder zumindest mit einer Elektrode gekoppelt ist. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass auch andere Ausführungsformen für den elektromechanischen Antrieb als ein elektrostatischer Antrieb denkbar wären, wie zum Beispiel durch eine Lage von piezoelektrischem Material.

Bezug nehmend auf die oben genannten Ausführungsbeispiele sei darauf hingewiesen, dass, auch wenn es oben dargestellt wurde, die einzelnen Wandler nicht zwingend von demselben Typ sein müssen. So können also gezielt unterschiedliche Wandlerzellen mit unterschiedlichen Charakteristika miteinander unter Zuhilfenahme der Abstrahlstruktur 14 miteinander verbunden werden, um deren Vorteile zu vereinen. Der Einsatz unterschiedlicher Wandlertypen eignet sich auch besonders gut mit der Ansteuerung der Wandler ei- ner Gruppe mit unterschiedlichen Signalen. Hierbei können die Form und mechanische Eigenspannung der aufgebrachten abstrahlenden Platte dynamische gesteuert werden, so dass die Abstrahlung des Gesamt-Arrays optimiert wird.

Bezug nehmend auf die obigen Ausführungsbeispiele aus Fig. 1 , 2 und 3 sei darauf hin- gewiesen, dass die Ränder der abstrahlenden Fläche 14a, d.h. die Abstrahlstruktur 14 im Randbereich, sowohl freistehend als auch fest mit dem Gehäuse abgeschlossen sein kann.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, dass der Zwischen- räum zwischen der Abstrahlstruktur und der Platte mit einem Medium einer vorgegebenen Dichte gefüllt sein kann oder ein Vakuum enthalten kann, so dass also ein Über- oder ein Unterdruck in dem Zwischenraum erzeugt wird. Dies dient zur Einstellung bzw. Anpassung von Steifigkeit und Dämpfung des Schallwandlerarrays, so dass eine Verbesserung des Schallwandlers an das Zielmedium (vgl. in Fig. 1 illustrierte Schallwellen) ermöglicht wird.

Auch wenn bei obigen Ausführungsbeispielen der Schallwandler immer als ein Schallwandler mit einem Aktor als Wandlerelement dargestellt worden ist, der zum Aussenden von Schall dient, sei angemerkt, dass dasselbe Prinzip auch für Schallwandler mit Emp- fangsfunktionalität angewendet werden kann. Hier trifft also Schall auf die Abstrahlfläche 14a auf und wird mittels der Wandler 10a, 10b, im Sinne eines Sensors, in ein elektrisches Signal gewandelt.

Die oben genannte Lehre ist prinzipiell auf jede Art von akustischen Schallwandlern, seien es Schallwandler im hörbaren Bereich oder im Ultraschallbereich oder in einem anderen Bereich, anwendbar. Die Größe der einzelnen Wandlerzellen hängt typischerweise, ins- besondere im Fall der Schall-Emission, von dem zu erzielenden Schallpegel und der zu übertragenden Wellenlänge ab. Schallwandler sind häufig im Vergleich zu der akustischen Wellenlänge im Ausbreitungsmedium klein. Beispielsweise ermöglichen Schallwandler-Durchmesser kleiner 10 mm oder kleiner 5 mm oder kleiner 1 mm Wellenlängen größer 15 kHz oder sogar größer 40 kHz.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass das oben als Platte bezeichnete Element auch als Membran benannt werden kann bzw. mit dieser gleichzusetzen ist. An dieser Stelle sei weiter erwähnt, dass das oben abstrakt als Koppelement bezeichnete Element unterschiedliche Ausprägungen und Formen haben kann. So kann diese Element beispielsweise die Form eines Pfostens (vgl. Fig. 1 ) haben oder alternativ auch ringförmig (nicht dargestellt) ausgestaltet sein bzw. als oder Donutringstruktur realisiert sein.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die obigen Ausführungsbeispiele nur der Illustration dienen und der Schutzbereich durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt wird.

Quellenangabe

*1 Unger, A. ; Hoffmann, M.; Min-Chieh, Ho; Kwan Kyu, Park; Khuri-Yakub, B.T.; Kupnik, M.,„Finite element analysis of mechanically amplified CMUTs", Ultrasonic Sym- posium (IUS), 2013 IEEE International, 99. 287-290