JP2006025280A - プロジェクタ、及び該プロジェクタにおける超音波スピーカの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 スクリーンに映像とともに超音波音響信号を放射した場合に、超音波の指向性の強さにより、スクリーンで反射した後も強い超音波が残存しているため反射後も指向性のある自己復調が起きるこという問題を抑制することができるプロジェクタを提供する。
【解決手段】 広周波数帯域にわたって超音波を放射する広帯域型の超音波トランスデューサを有する超音波スピーカを搭載したプロジェクタであって、前記超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離を計測する測距手段と、前記測距手段による距離計測結果と超音波トランスデューサから放射される超音波の音圧に基づいて、前記スクリーン面またはその近傍で超音波の音圧が所望の値になるように、前記超音波の周波数を制御する超音波周波数制御手段とを有する。
【選択図】 図２
【解決手段】 広周波数帯域にわたって超音波を放射する広帯域型の超音波トランスデューサを有する超音波スピーカを搭載したプロジェクタであって、前記超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離を計測する測距手段と、前記測距手段による距離計測結果と超音波トランスデューサから放射される超音波の音圧に基づいて、前記スクリーン面またはその近傍で超音波の音圧が所望の値になるように、前記超音波の周波数を制御する超音波周波数制御手段とを有する。
【選択図】 図２
Description
本発明は、広周波数帯域に渡って一定の高音圧を発生する広帯域型の超音波スピーカを用いた、プロジェクタ、及び該プロジェクタにおける超音波スピーカの制御方法に関し、特に、スクリーンに映像とともに超音波音響信号を放射した場合に、超音波の指向性の強さにより、スクリーンで反射した後も強い超音波が残存しているため反射後も指向性のある自己復調が起きるこという問題を抑制することができる、プロジェクタ、及び該プロジェクタにおける超音波スピーカの制御方法を提供することにある。
従来から、超音波に対する媒質（空気）の非線形性を利用した超音波スピーカが、通常のスピーカに比べてはるかに鋭い指向性を持つ可聴周波数帯の信号を再生し得ることが知られている。超音波スピーカの代表的なものとして、共振型の超音波トランスデューサを用いた超音波スピーカと、静電型の超音波トランスデューサを用いた超音波スピーカがある。
図１２（ａ）は、共振（圧電）型の超音波トランスデューサを、図１２（ｂ）は静電型の超音波トランスデューサの構成例を示している（例えば、非特許文献１参照）。
図１２（ａ）に示す超音波トランスデューサは、バイモルフ型の超音波トランスデューサであり、２枚の圧電セラミック１６１および１６２と、コーン１６３と、ケース１６４と、リード１６５および１６６と、スクリーン１６７とから構成されている。圧電セラミック１６１および１６２は、互いに貼り合わされていて、その貼り合わせ面と反対側の面にそれぞれリード線が接続されている。共振型の超音波トランスデューサは、圧電セラミックの共振現象を利用しているので、超音波の送信および受信の特性がその共振周波数周辺の比較的狭い周波数帯域で良好となる。
また、図１２（ｂ）に示す超音波トランスデューサは、静電型の超音波トランスデューサであり、広帯域型の周波数特性を有している。図１２（ｂ）に示すように、静電方式の超音波トランスデューサは、振動体として数μｍ（３〜１０μｍ程度）の厚さのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）等の誘電体１８１（絶縁体）を用いている。誘電体１８１に対しては、金属箔として形成される上電極１８２がその上面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮の下電極（固定電極）１８３が下面部に接触するように設けられている。この誘電体１８１が振動膜を形成する。下電極１８３は、リード１８４が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板１８５に固定されている。誘電体１８１および上電極１８２ならびにベース板１８５は、メタルリング１８６、１８７、および１８８、ならびにメッシュ１８９とともに、ケース１８０によってかしめられている。
また下電極１８３の誘電体１８１側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μｍ程度の微小な溝が複数形成されている。この微小な溝は、下電極１８３と誘電体１８１との間の空隙となるので、上電極１８２および下電極１８３間の静電容量の分布が微小に変化する。このランダムな微小な溝は、例えば、下電極１８３の表面を手作業でヤスリで荒らすことで形成できる。静電方式の超音波トランスデューサでは、このようにして空隙の大きさや深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、超音波トランスデューサの周波数特性が広帯域となっている。なお、本発明では、静電型の超音波トランスデューサを使用するのであるが、この静電型超音波トランスデューサの例については、さらに、後で詳しく説明する。
上述したように、共振型の超音波トランスデューサと違い、従来から静電方式の超音波トランスデューサは広周波数帯に渡って比較的高い音圧を発生させることが可能な広帯域トランスデューサとして知られている。
しかしながら、この超音波スピーカをプロジェクタに搭載して、スクリーンに映像とともに放射した場合、超音波の指向性の強さにより、スクリーンで反射した後も強い超音波が残存しているため反射後も指向性のある自己復調が起きることがある。
これはプロジェクタのスピーカとしては決して好ましい状態ではなく、反射音がビーム状となり音の広がりを低減してしまい、ホームシアターや文教市場など、多人数で映像や音を共有するシーンにおいては大きな制約となる。従って、この問題を解決する方法が強く望まれていた。
増田良介著「ビギナーズブック２、はじめてのセンサ技術」株式会社工業調査会、1998年11月18日、pp.131−133
増田良介著「ビギナーズブック２、はじめてのセンサ技術」株式会社工業調査会、1998年11月18日、pp.131−133
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、超音波スピーカをプロジェクタに搭載して、スクリーンに映像とともに超音波音響信号を放射した場合に、超音波の指向性の強さにより、スクリーンで反射した後も強い超音波が残存しているため反射後も指向性のある自己復調が起きるこという問題を抑制することができる、プロジェクタ、及び該プロジェクタにおける超音波スピーカの制御方法を提供することにある。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明のプロジェクタは、広周波数帯域にわたって超音波を放射する広帯域型の超音波トランスデューサを有する超音波スピーカを搭載したプロジェクタであって、前記超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離を計測する測距手段と、前記測距手段による距離計測結果と超音波トランスデューサから放射される超音波の音圧に基づいて、前記スクリーン面またはその近傍で超音波の音圧が所望の値になるように、前記超音波の周波数を制御する超音波周波数制御手段とを備えることを特徴とする。
このような構成により、測距手段として、例えば、超音波センサを使用し、超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離を検知する。そして、その距離情報を基に、超音波周波数制御手段により、超音波スピーカのキャリア周波数を選択／決定する。すなわち、一般に、スクリーン面上でもしくはスクリーン面の近傍で、所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）を確保していることが望ましいとされており、超音波の周波数と損失との関係（周波数と空気中の伝播距離による減衰特性）により、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）が確保できるように、超音波の周波数を制御する。
これにより、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）を確保できる。このため、指向性の強い超音波スピーカにおいても、スクリーンで反射した超音波が自己復調せず、反射前に自己復調した可聴音がスクリーンに反射することによって周りに広がり、部屋全体の広い範囲に音が広がるため、ホームシアターや文教市場などにおいて有効な手段となる。
このような構成により、測距手段として、例えば、超音波センサを使用し、超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離を検知する。そして、その距離情報を基に、超音波周波数制御手段により、超音波スピーカのキャリア周波数を選択／決定する。すなわち、一般に、スクリーン面上でもしくはスクリーン面の近傍で、所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）を確保していることが望ましいとされており、超音波の周波数と損失との関係（周波数と空気中の伝播距離による減衰特性）により、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）が確保できるように、超音波の周波数を制御する。
これにより、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）を確保できる。このため、指向性の強い超音波スピーカにおいても、スクリーンで反射した超音波が自己復調せず、反射前に自己復調した可聴音がスクリーンに反射することによって周りに広がり、部屋全体の広い範囲に音が広がるため、ホームシアターや文教市場などにおいて有効な手段となる。
また、本発明のプロジェクタは、前記超音波トランスデューサから放射される超音波の空気中における伝播損失特性を予め記憶する記憶手段と、前記測距手段による距離計測結果と超音波トランスデューサから放射される超音波の音圧に基づいて、前記記憶手段に記憶されている超音波の伝播損失特性を参照し、超音波トランスデューサから放射される超音波がスクリーン面上またはその近傍において所望の音圧になるように、前記超音波の周波数を制御する超音波周波数制御手段とを備えることを特徴とする。
このような構成により、プロジェクタ内の記憶部（記憶手段）に、超音波トランスデューサから出力される超音波の伝播損失特性（周波数と空気中の伝播距離に対する減衰特性）を予め記憶しておく。そして、測距手段により求めた超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離に応じて、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）となるように超音波の周波数を設定する。
これにより、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）を確保できる。このため、指向性の強い超音波スピーカにおいても、スクリーンで反射した超音波が自己復調せず、反射前に自己復調した可聴音がスクリーンに反射することによって周りに広がり、部屋全体の広い範囲に音が広がるため、ホームシアターや文教市場などにおいて有効な手段となる。
このような構成により、プロジェクタ内の記憶部（記憶手段）に、超音波トランスデューサから出力される超音波の伝播損失特性（周波数と空気中の伝播距離に対する減衰特性）を予め記憶しておく。そして、測距手段により求めた超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離に応じて、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）となるように超音波の周波数を設定する。
これにより、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）を確保できる。このため、指向性の強い超音波スピーカにおいても、スクリーンで反射した超音波が自己復調せず、反射前に自己復調した可聴音がスクリーンに反射することによって周りに広がり、部屋全体の広い範囲に音が広がるため、ホームシアターや文教市場などにおいて有効な手段となる。
また、本発明のプロジェクタは、前記測距手段による距離計測結果と、超音波の空気中における伝播損失特性を示す所定の演算式とを基に、超音波トランスデューサから放射される超音波の音圧が、スクリーン面上またはその近傍において所望の音圧になる周波数を求め、該周波数になるように前記超音波の周波数を制御する超音波周波数制御手段を備えることを特徴とする。
このような構成により、測距手段により超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離を測定し、超音波の空気中における伝播損失特性（周波数と伝播距離に対する減衰特性）を示す所定の演算式を用いて、超音波トランスデューサから放射される超音波の音圧が、スクリーン面上またはその近傍において所望の音圧になる超音波の周波数求める。そして、求めた周波数になるように超音波の周波数を制御する。
これにより、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）を確保できる。このため、指向性の強い超音波スピーカにおいても、スクリーンで反射した超音波が自己復調せず、反射前に自己復調した可聴音がスクリーンに反射することによって周りに広がり、部屋全体の広い範囲に音が広がるため、ホームシアターや文教市場などにおいて有効な手段となる。
このような構成により、測距手段により超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離を測定し、超音波の空気中における伝播損失特性（周波数と伝播距離に対する減衰特性）を示す所定の演算式を用いて、超音波トランスデューサから放射される超音波の音圧が、スクリーン面上またはその近傍において所望の音圧になる超音波の周波数求める。そして、求めた周波数になるように超音波の周波数を制御する。
これにより、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）を確保できる。このため、指向性の強い超音波スピーカにおいても、スクリーンで反射した超音波が自己復調せず、反射前に自己復調した可聴音がスクリーンに反射することによって周りに広がり、部屋全体の広い範囲に音が広がるため、ホームシアターや文教市場などにおいて有効な手段となる。
また、本発明のプロジェクタは、前記測距手段は、超音波スピーカから独立して設けられ、測距手段として超音波センサを用いることを特徴とする。
このような構成により、測距手段として超音波距離センサを使用する。これにより、プロジェクタに搭載された音響信号用の超音波トランスデューサの部品や回路技術を流用することができ、測距手段を効率的に実現できる。
このような構成により、測距手段として超音波距離センサを使用する。これにより、プロジェクタに搭載された音響信号用の超音波トランスデューサの部品や回路技術を流用することができ、測距手段を効率的に実現できる。
また、本発明のプロジェクタは、前記測距手段は、超音波スピーカから独立して設けられ、測距手段として赤外線センサを用いることを特徴とする。
このような構成により、測距手段として赤外線センサを使用する。これにより、市販に流通している多種多様な赤外線センサの中から所望のもの選択して使用できる。
このような構成により、測距手段として赤外線センサを使用する。これにより、市販に流通している多種多様な赤外線センサの中から所望のもの選択して使用できる。
また、本発明のプロジェクタは、前記測距手段として、複数の超音波トランスデューサを有し、前記超音波トランスデューサが、対象物に超音波を照射する送信用と、対象物からの反射波を受信する受信用に機能分担されていることを特徴とする。
このような構成により、複数の超音波トランスデューサを、対象物（スクリーンなど）に超音波を照射する送信用と、対象物からの反射波を受信する受信用に機能分担する。これにより、測距手段を実現するための制御回路が簡単になる。また、距離計測を連続して行うことも可能になる。
このような構成により、複数の超音波トランスデューサを、対象物（スクリーンなど）に超音波を照射する送信用と、対象物からの反射波を受信する受信用に機能分担する。これにより、測距手段を実現するための制御回路が簡単になる。また、距離計測を連続して行うことも可能になる。
また、本発明のプロジェクタは、前記測距手段として、単一の超音波トランスデューサが、送信用と受信用とに使い分けて使用されていることを特徴とする。
このような構成により、単一の超音波トランスデューサをスイッチなどで切り替えて、送信用と、受信用とに交互に使用する。これにより、単一の超音波トランスデューサにより、スクリーンと超音波トランスデューサとの間の距離を測定でき、測距手段を経済的な構成とすることができる。
このような構成により、単一の超音波トランスデューサをスイッチなどで切り替えて、送信用と、受信用とに交互に使用する。これにより、単一の超音波トランスデューサにより、スクリーンと超音波トランスデューサとの間の距離を測定でき、測距手段を経済的な構成とすることができる。
また、本発明のプロジェクタは、前記測距手段で使用される超音波センサが、音響信号再生用の超音波トランスデューサと兼用されて構成されていることを特徴とする。
このような構成により、音響信号再生用の超音波トランスデューサを超音波センサと併用する。これにより、音響信号用の超音波トランスデューサを超音波センサとしても併用でき、超音波センサを別個に設ける必要がなくなり、経済的な構成となる。
このような構成により、音響信号再生用の超音波トランスデューサを超音波センサと併用する。これにより、音響信号用の超音波トランスデューサを超音波センサとしても併用でき、超音波センサを別個に設ける必要がなくなり、経済的な構成となる。
また、本発明の超音波スピーカの制御方法は、広周波数帯域にわたって超音波を放射する広帯域型の超音波トランスデューサを有する超音波スピーカを搭載したプロジェクタにおける前記超音波スピーカの制御方法であって、前記超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離を計測する測距手順と、前記測距手順による距離計測結果と超音波トランスデューサから放射される超音波の音圧に基づいて、前記スクリーン面またはその近傍で超音波の音圧が所望の値になるように、前記超音波の周波数を制御する超音波周波数制御手順とを含むことを特徴とする。
このような方法により、測距手段として、例えば、超音波センサを使用し、超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離を検知する。そして、その距離情報を基に、超音波周波数制御手段により、超音波スピーカのキャリア周波数を選択／決定する。すなわち、一般に、スクリーン面上でもしくはスクリーン面の近傍で、所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）を確保していることが望ましいとされており、超音波の周波数と損失との関係（周波数と空気中の伝播距離による減衰特性）により、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）が確保できるように、超音波の周波数を制御する。
これにより、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）を確保できる。このため、指向性の強い超音波スピーカにおいても、スクリーンで反射した超音波が自己復調せず、反射前に自己復調した可聴音がスクリーンに反射することによって周りに広がり、部屋全体の広い範囲に音が広がるため、ホームシアターや文教市場などにおいて有効な手段となる。
このような方法により、測距手段として、例えば、超音波センサを使用し、超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離を検知する。そして、その距離情報を基に、超音波周波数制御手段により、超音波スピーカのキャリア周波数を選択／決定する。すなわち、一般に、スクリーン面上でもしくはスクリーン面の近傍で、所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）を確保していることが望ましいとされており、超音波の周波数と損失との関係（周波数と空気中の伝播距離による減衰特性）により、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）が確保できるように、超音波の周波数を制御する。
これにより、スクリーン面上またはその近傍で所望の音圧（例えば、略１２０ｄＢの音圧）を確保できる。このため、指向性の強い超音波スピーカにおいても、スクリーンで反射した超音波が自己復調せず、反射前に自己復調した可聴音がスクリーンに反射することによって周りに広がり、部屋全体の広い範囲に音が広がるため、ホームシアターや文教市場などにおいて有効な手段となる。
次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
まず、図１に、本発明によるプロジェクタとスクリーンの位置関係を示す。プロジェクタ１からは映像とともに超音波トランスデューサ３０から超音波の音響信号も放出される。このとき重要なのが、スクリーン２の面上および直前での超音波の音圧である。前述したように反射後も音圧が１２０ｄＢを超えていると、反射音も鋭い指向性を持って自己復調されるため、スクリーン上で反射される可聴音が広がらない（指向性が残る）。
したがって、スクリーン２の面上および直前での超音波の音圧が、１２０ｄＢ丁度またはそれに近い値を有していることが重要である。１２０ｄＢに近い値の場合は、スクリーン２で反射される既に自己復調された可聴音は、スクリーン２で反射されると同時に周辺に広がり、広い範囲で音を聴くことが可能となる。
従って、本発明のプロジェクタにおいては、超音波トランスデューサ３０から放射される超音波の音圧がスクリーン２の面上またはその直前で１２０ｄＢに近い値になるように、制御する。この場合に、超音波の周波数と空気中の伝播距離による減衰特性を利用する。このためには、超音波トランスデューサ３０とスクリーン２との間の距離ｒが必要となる。この距離ｒを測定する測距手段としては赤外線センサを用いても良い。しかし、超音波トランスデューサは距離センサとしても使用できるので、本発明の実施の形態では超音波トランスデューサを距離センサとして使用する例を示している。
図２は、本発明によるプロジェクタの構成を示すブロック図であり、本発明に直接関係する超音波スピーカに関連する部分についてのみ示したものであり、映像投影系については省略している。
図２に示す構成例においては、通常の超音波スピーカ１０の構成に、本発明の機能を実現するための測距システム（測距手段）１００と、記憶部（記憶手段）５０と、キャリア波周波数制御部（超音波周波数制御手段）５２とが付加された構成となっている。
可聴周波数信号発振源１１は、可聴周波数帯信号（例えば、音声信号など）を生成する。キャリア波信号発振源１２は、超音波周波数帯のキャリア波信号（例えば、４０ｋＨｚのサイン（Sin）波など）を生成する。なお、キャリア波信号発振源１２は周波数可変（例えば、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）なキャリア波信号を生成することができる。
変調器１３は、キャリア波信号発振源１２から出力されるキャリア波信号を、可聴周波数信号発振源１１から受け取った可聴周波数帯信号で変調し、変調信号を生成する。パワーアンプ１４は、変調器１３から受け取った変調信号を増幅する。
超音波トランスデューサ３０は、パワーアンプ１４により増幅された変調信号を有限振幅レベルの音波（超音波）に変換して媒質中（空気中）に放射する。
また、測距システム１００は、超音波トランスデューサ３０とスクリーン２との間の距離を測定するシステムであり、内部に超音波センサ（超音波トランスミッタや超音波レシーバなど）を有している。また、キャリア波周波数制御部５２は、測距システム１００から距離データ（超音波トランスデューサ３０とスクリーン２との間の距離データ）を受け取り、記憶部５０に記憶された伝播損失データ５１を参照して、キャリア波周波数の制御信号を生成してキャリア波信号発振源１２に送る。
キャリア波周波数制御部５２は、キャリア波信号発振源１２から出力されるキャリア波の周波数を可変に設定するものであり、測距システム１００から受け取った測距データに応じて、キャリア波信号の周波数を変化させ、超音波音響信号の音圧がスクリーン２の面上またはその直前で１２０ｄＢまたはそれに近い値になるように制御する。
なお、測距システム１００の構成例と動作についてと、記憶部５０に記憶された伝播損失データ５１の詳細については後述する。
なお、ここで、本発明のプロジェクタにおいて使用される広帯域型の静電型超音波トランスデューサついて説明しておく。本発明においては、キャリア波の周波数を可変に制御するために。広帯域型の超音波トランスデューサを使用する必要がある。この広帯域型の超音波トランスデューサとしては、図１２（ｂ）に示した静電型超音波トランスデューサの他に、図３に示す静電型超音波スピーカも使用することができる。
図３は、本発明のプロジェクタに使用する超音波トランスデューサの例を示す図である。図３に示す静電型の超音波トランスデューサは、振動体として３〜１０μｍ程度の厚さのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）等の誘電体３１（絶緑体）を用いている。誘電体３１に対しては、アルミ等の金属箔として形成される上電極３２がその上両部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮で形成された下電極３３が誘電体３１の下面部に接触するように設けられている。この下電極３３は、リード４２が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板３５に固定されている。
また、上電極３２は、リード４３が接続されており、このリード４３は直流バイアス電源４０に接続されている。この直流バイアス電源４０により上電極３２には５０〜１５０Ｖ程度の上電極吸着用の直流バイアス電圧が常時印加され、上電極３２が下電極３３側に吸着されるようになっている。４１は信号源であり、図２におけるパワーアンプ１４の出力に相当する。
誘電体３１および上電極３２ならびにベース板３５は、メタルリング３６、３７、および３８、ならびにメッシュ３９とともに、ケースによってかしめられてる。
また、下電極３３の誘電体３１側の面には凹凸が複数形成されている。この凹凸部は下電極３３と誘電体３１との間の空隙となるので、下電極３３の表面に形成された凹凸部と振動膜がおびただしい数のコンデンサを音波放射面に形成し各々の振動が合成されることにより、高い音圧を広帯域に渡って発生させることができる。
図３（ａ）に示す静電型の超音波トランスデューサは、図３（ｂ）の曲線Ｑ１に示すように広帯域特性を示す。因みに、曲線Ｑ２で示すように共振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、中心周波数（圧電セラミックの共振周波数）が例えば、４０ｋＨｚであり、これに対して、静電型の超音波トランスデューサの周波数特性は、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚ付近までほぼ平坦である。これにより、キャリア波の周波数を可変に設定することが可能になる。
次に、測距システム１００の具体的な構成例について説明する。
図４は、測距システム１００の一例を示す図であり、測距用の超音波トランスミッタ（超音波トランスデューサ）と超音波レシーバが分離したタイプを示している。図４（ａ）が構成を示すブロック図、図４（ｂ）が動作波形（電圧の時間変化）を示す波形図である。発振器１１１は、例えば、周波数１００ｋＨｚの交流信号を発生する。
変調器１１２は、発振器１１１の出力信号で変調した所定の時間幅を持つ矩形波信号を繰り返し出力するともに、各矩形波信号の出力開始時刻を示すスタート信号を出力する。変調器１１２の出力矩形波信号波形Ｖ１を図４（ｂ）に示す。変調器１１２の出力はドライバ１１３に送られ増幅される。ドライバ１１３の出力が超音波トランスミッタ１１４に印加され、超音波トランスミッタ（超音波トランスデューサ）１１４で超音波信号が発生する。
超音波トランスミッタ１１４で発生された超音波は、スクリーン２で反射し、超音波レシーバ１１５によって受信される。超音波レシーバ１１５は、超音波トランスミッタ１１４と同様の超音波トランスデューサであってもよいし、従来の共振型の超音波トランスデューサや静電方式の超音波トランスデューサであってもよい。超音波レシーバ１１５の出力波形Ｖ２を図４（ｂ）に示す。
超音波レシーバ１１５の出力は、増幅器１１６で増幅され、波形成形部１１７で成形されて、図４（ｂ）に示すような２値化信号Ｖ３となる。時間信号カウンタ１１８は、所定のクロック信号を基準として、スタート信号が入力されてから２値化信号が入力されるまでの経過時間Ｔを測定し、測定結果を時間信号Ｔとして出力する。この時間信号Ｔに基づいてスクリーン２までの距離を求めることができる。
また、図５は、測距システム１００の他の例を示す図であり、測距用の超音波トランスミッタと超音波レシーバが一体のタイプである。発振器１２１は、例えば、周波数１００ｋＨｚの交流信号を発生する。変調器１２２は、所定の時間幅を持つ矩形波信号を出力するとともに、矩形波信号の出力開始時刻を示すスタート信号を出力する。
変調器１２２の出力端はドライバ１２３を介して切替スイッチ１２４の接点ａに接続されており、切替スイッチ１２４の接点ｂは増幅器１２６の入力端に接続されている。また、増幅器１２６の出力は波形成形部１２７に入力されるようになっている。切替スイッチ１２４の端子ｃは超音波トランスミッタ／レシーバ１２５を介して接地されている。
切替スイッチ１２４は時間信号カウンタ１２８から出力される制御信号により、超音波トランスミッタ／レシーバ１２５がスクリーン２に超音波を発信する送信器として機能する送信モード（接点ａ側）、またはスクリーン２からの超音波の反射波を受信する受信器として機能する受信モード（接点ｂ側）に切り替えられるようになっている。
超音波トランスミッタ／レシーバ１２５で発生された超音波は、スクリーン２で反射し、同じく超音波トランスミッタ／レシーバ１２５によって受信される。
時間信号カウンタ１２８にスタート信号が入力されると、時間信号カウンタ１２８から切替スイッチ１２４にスイッチ制御信号が送られ、切替スイッチ１２４の接点ａと端子ｃが閉じ、超音波トランスミッタ／レシーバ１２５からスクリーン２に向けて矩形波形の超音波が放射される。矩形波形の送信が終了すると、時間信号カウンタ１２８からのスイッチ制御信号により、切替スイッチ１２４の接点ｂと端子ｃが閉じ、超音波トランスミッタ／レシーバ１２５はスクリーン２から反射される超音波信号を受信する。この後の処理は、図４に示す例と同様であり、スタート信号が入力されてから２値化信号が入力されるまでの経過時間Ｔを測定し、測定結果を時間信号Ｔとして出力する。この時間信号Ｔに基づいてスクリーン２までの距離を求めることができる。
さて、測距システム１００により求めた距離情報を基に、超音波のキャリア周波数を決定するのであるが、以下その具体的方法について述べる。
−般に超音波は空中での減衰が激しいため、この特徴を利用する。空中超音波の減衰特性は式（1）であらわされる。
ここで、−Ｎ（ｄＢ）は伝播損失、ｘ（ｍ）は基準点からの距離、ｘ１は基準点、αは減衰定数と呼ばれるもので、媒質が空気の場合は、「１０−１０×ｆ２」で表される。
この（１）式から、周波数２０ｋＨｚ刻みで２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数をパラメータとして伝播減衰特性を調べてみると、図６〜図９に示すようになる。
図６から明らかなように超音波は初めは周波数毎の差が小さく一様に急峻に減衰し、その後は周波数が高いほうが減衰が激しいことが確認できる。図７は、基準音圧から１０ｄＢ減衰する部分の拡大図である。いくつか例を述べると、発生音圧１３０ｄＢの時、１０ｄＢ減衰させてスクリーン上で１２０ｄＢにしたい場合、プロジェクタをスクリーンから３１．６ｃｍの距離に設置したとすると、周波数としては４０ｋＨｚを選択することが最も望ましい。
また、発生音圧１４０ｄＢの時、２０ｄＢ減衰してスクリーン上で１２０ｄＢにしたい場合は、図８を参照して、プロジェクタをスクリーンから１ｍの距離に設置したとすると、周波数としては２０ｋＨｚを選択することが最も望ましい。
さらに、発生音圧１５０ｄＢの噂、３０ｄＢ減衰してスクリーン上で１２０ｄＢにしたい場合は、図９を参照して、プロジェクタをスクリーンから２．４ｍの距離に設置したとすると、周波数としては１００ｋＨｚを選択することが最も望ましい。
ここでは上記のように三つの例をあげたが、発生音圧や選択周波数の組み合わせは数多くの自由度がある。したがって、使用環境によってこれらパラメータを設定することが可能となる。
また、図４及び図５に示す測距システムでは、測距用の超音波センサ（超音波トランスミッタや超音波レシーバなど）を、音響信号用の超音波トランスデューサとは別個に設けているが、測距用の超音波センサと音響信号用の超音波トランスデューサを併用することも可能である。
図１０は、超音波センサと音響信号再生用の超音波トランスデューサとを兼用する構成例を示す図である。
図１０に示す例では、モード切替スイッチ５３を設け、測距モード時には、接点ａと端子ｃを閉じ、測距システム１００と超音波トランスデューサ３０とを接続する。なお、超音波トランスデューサ３０自身は、超音波の発振機能と、コンデンサマイクとして超音波を受信する機能を有しており、超音波トランスデューサ３０を超音波トランスミッタ／レシーバ（図５参照）として機能させることができる。
また、音響信号出力モード時には、モード切替スイッチ５３内の接点ｂと端子ｃを閉じ、パワーアンプ１４と超音波トランスデューサ３０とを接続し、通常の超音波スピーカ回路を構成する。なお、このモード切替は、プロジェクタの映像投影開始時に、最初に測距モードを機能させ、キャリア波の周波数が決定された後に、音響信号出力モードに自動で切り替わるようにするなど、種々の運転方案が容易に考えられる。これにより、音響信号用の超音波トランスデューサを超音波センサ（距離センサ）としても利用でき、著しく経済的な構成となる。
また、図２および図１０に示すプロジェクタの例は、超音波スピーカを１つだけ搭載したモノラル用のプロジェクタの例を示しているが、勿論、複数の超音波スピーカを搭載したステレオ用のプロジェクタにも本発明は適用できるものである。図１１にその例を示す。
図１１は、ステレオ用のプロジェクタの例を示す図である。図１１に示すプロジェクタは、図２に示すプロジェクタに、新たにパワーアンプ１４ａ、変調器１３ａ、および超音波トランスデューサ３０ａを追加したものであり、この追加した部分により右側（Ｌ側）の音響信号を出力する。また、元の部分（図２に相当する部分）により、超音波トランスデューサ３０とスクリーン２との間の距離の測定、キャリア波周波数の制御、および左側の音響信号の出力を行う。
以上説明したように、本発明のプロジェクタにおいては、広帯域型超音波トランスデューサを有する超音波スピーカをプロジュクに搭載すると共に、プロジェクタとスクリーンの距離を測定する機能と、それに応じてキャリア波の周波数を調整する機能を設けることで、音の指向性が強くなりすぎず、スクリーン面で可聴音が反射することによって音響信号が全体に広がるプロジェクタを実現することができる。このため、本発明によるプロジェクタを用いることにより、煩雑なスピーカ設置作業を伴うことなく、簡便なホームシアター環境や文教市場環境を構築することが可能になる。
また、本発明の実施の形態においては、測距手段として超音波センサ（超音波トランスデューサ）を使用した測距システム１００の例を示したが、超音波トランスデューサに替えて、赤外線センサを使用してもよい。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明のプロジェクタは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１…プロジェクタ、２…スクリーン、１０…超音波スピーカ、１１…可聴周波数信号発振源、１２…キャリア波信号発振源、１３、１３ａ…変調器、１４、１４ａ…パワーアンプ、３０、３０ａ…超音波トランスデューサ、５０…記憶部、 ５１…伝播損失データ、５２…キャリア波周波数制御部、１００…測距システム、 １１１…発振器、１１２…変調器、１１３…ドライバ、１１４…超音波トランスミッタ、１１５…超音波レシーバ、１１６…増幅器、１１７…波形成形部、１１８…時間信号カウンタ、１２１…発振器、１２２…変調器、１２３…ドライバ、 １２４…切替スイッチ、１２５…超音波トランスミッタ／レシーバ、１２６…増幅器、１２７…波形成形部、１２８…時間信号カウンタ
Claims (9)
- 広周波数帯域にわたって超音波を放射する広帯域型の超音波トランスデューサを有する超音波スピーカを搭載したプロジェクタであって、
前記超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離を計測する測距手段と、
前記測距手段による距離計測結果と超音波トランスデューサから放射される超音波の音圧に基づいて、前記スクリーン面またはその近傍で超音波の音圧が所望の値になるように、前記超音波の周波数を制御する超音波周波数制御手段と
を備えることを特徴とするプロジェクタ。 - 前記超音波トランスデューサから放射される超音波の空気中における伝播損失特性を予め記憶する記憶手段と、
前記測距手段による距離計測結果と超音波トランスデューサから放射される超音波の音圧に基づいて、前記記憶手段に記憶されている超音波の伝播損失特性を参照し、超音波トランスデューサから放射される超音波がスクリーン面上またはその近傍において所望の音圧になるように、前記超音波の周波数を制御する超音波周波数制御手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。 - 前記測距手段による距離計測結果と、超音波の空気中における伝播損失特性を示す所定の演算式とを基に、超音波トランスデューサから放射される超音波の音圧が、スクリーン面上またはその近傍において所望の音圧になる周波数を求め、該周波数になるように前記超音波の周波数を制御する超音波周波数制御手段を
備えることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。 - 前記測距手段は、超音波スピーカから独立して設けられ、測距手段として超音波センサを用いること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプロジェクタ。 - 前記測距手段は、超音波スピーカから独立して設けられ、測距手段として赤外線センサを用いること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプロジェクタ。 - 前記測距手段として、複数の超音波トランスデューサを有し、前記超音波トランスデューサが、対象物に超音波を照射する送信用と、対象物からの反射波を受信する受信用に機能分担されていること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプロジェクタ。 - 前記測距手段として、単一の超音波トランスデューサが、送信用と受信用とに使い分けて使用されていること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプロジェクタ。 - 前記測距手段で使用される超音波センサが、音響信号再生用の超音波トランスデューサと兼用されて構成されていること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプロジェクタ。 - 広周波数帯域にわたって超音波を放射する広帯域型の超音波トランスデューサを有する超音波スピーカを搭載したプロジェクタにおける前記超音波スピーカの制御方法であって、
前記超音波トランスデューサとスクリーンとの間の距離を計測する測距手順と、
前記測距手順による距離計測結果と超音波トランスデューサから放射される超音波の音圧に基づいて、前記スクリーン面またはその近傍で超音波の音圧が所望の値になるように、前記超音波の周波数を制御する超音波周波数制御手順と
を含むことを特徴とする超音波スピーカの制御方法。
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