JP2007195150A - 静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法、静電型超音波トランスデューサ、これを用いた超音波スピーカ、音声信号再生方法、超指向性音響システム及び表示装置 - Google Patents
静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法、静電型超音波トランスデューサ、これを用いた超音波スピーカ、音声信号再生方法、超指向性音響システム及び表示装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】貫通穴14を有する第1の電極10Aと、前記第1の電極の前記貫通穴と対をなす貫通穴を有する第2の電極10Bと、前記第1と第2の電極からなる一対の電極に挟まれるとともに導電層121を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜12とを有し、前記一対の電極と前記振動膜とを保持するとともに、前記振動膜の機械的振動共振点となる共振周波数から所定の周波数だけずらした周波数のキャリア波の波長をλとしたとき、前記一対の固定電極の各々の厚さtを(λ/4)・nもしくは略、(λ/4)・n(但し、λは超音波の波長、nは正の奇数)とし、前記一対の電極間には超音波周波数帯の前記キャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波である交流信号が印加される。
【選択図】図1
Description
ここで、従来の超音波トランスデューサの構成を図15に示す。従来の超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。図15に示す超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いて電気信号から超音波への変換と、超音波から電気信号への変換(超音波の送信と受信)の両方を行う。図15に示すバイモフル型の超音波トランスデューサは、2枚の圧電セラミック61および62と、コーン63と、ケース64と、リード65および66と、スクリーン67とから構成されている。
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。
図16に広帯域発振型超音波トランスデューサ(Pull型)の具体的構成を示す。
下電極133の誘電体131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133と誘電体131との間の空隙となるので、上電極132および下電極133間の静電容量の分布が微小に変化する。
これに対して、上記構成の広帯域発振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、40kHzから100kHz付近まで平坦で、100kHzで最大音圧に比して±6dB程度である(特許文献1、2参照)。
しかしながら、音圧の最大値は図17に示すように、共振型の超音波トランスデューサが130dB以上であるのに比べ、静電型の超音波トランスデューサでは120dB以下と音圧が低く、超音波スピーカとして利用するには若干音圧が不足していた。
しかし、圧電素子はその材質を問わず鋭い共振点を有しており、その共振周波数で駆動して超音波スピーカとして実用化しているため、高い音圧を確保出来る周波数領域が極めて狭い。すなわち狭帯域であるといえる。
また、Pull型の超音波トランスデューサは、静電力は固定電極側へのみ引き付ける方向にしか働かず振動膜(図16における上電極132に相当する。)の振動の対称性が保たれないため、超音波スピーカに用いる場合、振動膜の振動が直接、可聴音を発生させるという問題が有った。
したがって、このような構造を有するPush−Pull型の超音波トランスデューサにおいても十分な音圧を発生させるための技術が必要とされていた。
さらに、広帯域なレンジに亘って高い音圧を発生することができれば、超音波トランスデューサとして付加価値が増す。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、振動膜の振動により発生する超音波が一対の電極が有する円柱状の貫通穴を介して放射される。この円柱状の貫通穴は、製造が最も簡単であるという長所を有する。
したがって、振動膜の前記各穴の縁部分に対向する部分が、持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜の振動を大きくすることができる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極に断面がテーパー状の貫通穴が形成されているため、この電極のテーパ−部分が、振動膜の導電層と対向するように構成され、平行コンデンサが形成される。
したがって、前記電極のテーパ−部分に対向する振動膜の部分が、持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜の振動を大きくすることができる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、振動膜の振動により発生する超音波が一対の電極に形成された断面が矩形状の貫通穴を介して放射される。この断面が矩形状に形成された貫通穴は、製造が最も簡単であるという長所を有する。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極に同一中心線上に形成され長さが同一で幅および深さが各々異なる少なくとも二種類以上のサイズの矩形状の穴が連なった貫通穴が形成される。したがって、一対の電極に形成された上記二種類以上のサイズの矩形状の各穴の縁部分に並行する電極部分が振動膜の導電層と対向するように構成されるため、平行コンデンサが形成される。したがって、振動膜の前記各穴の縁部分に対向する部分が、持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜の振動を大きくすることができる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極に平面が矩形状で、かつ断面がテーパー状の貫通穴が形成されているため、この電極のテーパ−部分が、振動膜の導電層と対向するように構成されるので、平行コンデンサが形成される。
したがって、前記電極のテーパ−部分に対向する振動膜の部分が、持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜の振動を大きくすることができる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極に形成された穴は、振動膜とは反対側に対して振動膜側の方の穴径が大きく、且つ深さが浅いので、上記二種類以上のサイズの同心円柱状の各穴の縁部分に並行する電極部分が振動膜の導電層と対向するように構成されることにより平行コンデンサが形成されるので、振動膜の導電層に働く静電吸引力及び静電斥力を大きくすることができる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極に形成された矩形穴は、振動膜とは反対側に対して振動膜側の方の幅が大きく、且つ深さが浅いので、上記二種類以上のサイズの矩形状の各穴の縁部分に並行する電極部分、または電極のテーパ−部分が振動膜の導電層と対向するように構成されることにより平行コンデンサが形成されるので、振動膜の導電層に働く静電吸引力及び静電斥力を大きくすることができる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極に各々、同一サイズの貫通穴が形成される。したがって、穴加工が容易であり、製造コストの低減が図れる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極において各々対向する位置では同一サイズであり、複数の穴サイズの貫通穴が形成される。したがって、穴加工が容易であり、製造コストの低減が図れる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記一対の電極は、単一の導電性部材、例えば、SUS、真鍮、鉄、ニッケル等の導電性材料で形成することができる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記一対の電極は、複数の導電性部材で形成することができる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記一対の電極は、導電性部材と絶縁部材から構成される。例えば、ガラスエポキシ基板や紙フェノール基板等の絶縁部材に所望の穴加工をした後、ニッケルや金、銀、銅等でメッキ処理をすることにより、電極を導電性部材と絶縁部材で形成することができる。これにより、超音波トランスデューサの軽量化が図れる。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、振動膜は絶縁性高分子フィルムの両面に電極層が形成される。そしてこの場合に後述するように振動膜に対向する電極側には絶縁層が設けられる。したがって、振動膜の作製が容易になる。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、電極層を絶縁層(絶縁高分子フィルム)で挟むように振動膜が形成される。したがって、電極側の絶縁処理が不要になり、超音波トランスデューサの製造が容易になる。また、振動膜に対する電極の配置の対称性の確保が容易になる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、絶縁性高分子フィルムの片面に電極層が形成された薄膜を2枚使用し、各々電極層同士を密着させることにより振動膜が形成される。したがって、振動膜の作製が容易となる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記振動膜は、エレクトレットフィルムが用いられる。この場合に電極側には絶縁層が形成される。したがって、振動膜の作製が容易となる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、振動膜として絶縁層(絶縁フィルム)の両面に導電層(電極層)が形成された振動膜を使用する場合、あるいは振動膜としてエレクトレットフィルムを使用する場合には電極の振動膜側に電気的絶縁処理が施される。したがって、絶縁層(絶縁フィルム)の両面に導電層(電極層)が形成された両面電極蒸着膜や、エレクトレットフィルムを振動膜として使用することが可能となる。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記振動膜には、単一極性の直流バイアス電圧が印加される。したがって、振動膜の電極層には常に同極性の電荷が蓄積されるので、前記一対の電極に印加される交流信号により変化する電極の電圧の極性に応じて、振動膜が静電吸引力及び静電斥力を受け、振動する。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、前記電極と振動膜を保持する部材は絶縁材料で構成される。したがって、電極と振動膜との間の電気的絶縁が保持される。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記振動膜は膜平面上における直角四方向に張力をかけて固定される。したがって、従来、振動膜を電極側に吸着させるために数百ボルトの直流バイアス電圧を振動膜に印加する必要があったが、振動膜の膜ユニット作製時に膜に張力をかけて固定することにより、従来、上記直流バイアス電圧が担っていた引張り張力と同様の作用をもたらすため、上記直流バイアス電圧を低減することができる。
また、本発明の超音波スピーカでは、振動膜の機械的振動共振周波数と貫通穴の音響的共鳴周波数とをずらすように構成した静電型超音波トランスデューサを用いているので、膜振動の共振現象と音波の共鳴原理を適用し、各々の共振点をずらすことによって広周波数帯域に亘って強力な超音波を発生でき、音質の向上が図れる。
これにより、上記構成の静電型超音波トランスデューサにより、電極間に印加する電圧が低電圧でかつ膜振動を増大でき、広周波数帯域に亘ってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分高い音圧レベルの音響信号を出力し、音声信号を再生することが可能になる。
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの音声信号再生方法では、振動膜の機械的振動共振周波数と貫通穴の音響的共鳴周波数とをずらすように構成した静電型超音波トランスデューサを用いているので、広周波数帯域に亘って強力な超音波を発生でき、再生音の音質の向上が図れる。
したがって、中高音域の音響を、静電型超音波トランスデューサの電極間に印加される電圧が低電圧化され、かつ音圧特性が改善された状態で十分な音圧と広帯域特性を持って、スクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生できる。また、低音域の音響は、音響システムに備えられた低音再生用スピーカから直接出力されるので、低音域の補強ができ、より臨場感の高い音場環境を創生できる。
また、本発明の超指向性音響システムでは、振動膜の機械的振動共振周波数と貫通穴の音響的共鳴周波数とをずらすように構成した静電型超音波トランスデューサを用いているので、広周波数帯域に亘って強力な超音波を発生でき、再生音の音質の向上が図れる。
これにより、音響信号を音圧特性が改善された状態で十分な音圧と広帯域特性を持って、スクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生できる。このため、音響信号の再生範囲の制御も容易に行えるようになる。また、超音波スピーカから放射される音の指向性制御を行うことが可能である。
また、本発明の超指向性音響システムでは、振動膜の機械的振動共振周波数と貫通穴の音響的共鳴周波数とをずらすように構成した静電型超音波トランスデューサを用いているので、広周波数帯域に亘って強力な超音波を発生でき、再生音の音質の向上が図れる。
図1において、本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサ1は、電極として機能する導電性材料で形成された導電部材を含む一対の固定電極10A(第1の電極)、10B(第2の電極)と、一対の固定電極10A、10Bに挟さまれ、導電層121を有する振動膜12と、一対の固定電極10A、10Bと振動膜を保持する部材(図示せず)とを有している。
固定電極10Aと電極層121、固定電極10Bと電極層121は、それぞれコンデンサが形成されている。
また、上記一対の固定電極10A、10Bの一方または双方における貫通穴は後述するように、共鳴管として作用するように固定電極の厚さtが設定されており、かつ静電型超音波トランスデューサ1は振動膜12の機械的振動共振周波数と貫通穴14の音響共振周波数とをずらすよう駆動制御されるようになっている。
一方、一対の固定電極10A、10Bには、信号源18より相互に位相反転した交流信号18A,18Bが印加される。
また、このとき、交流信号18Bが負のサイクルとなり、対向する固定電極10Bには負の電圧が印加されるために、振動膜12の前記表面部分12Aの裏面側である裏面部分12Bには、静電吸引力が作用し、裏面部分12Bは、図1上、さらに下方に引っ張られる。
さらに、静電型超音波トランスデューサ1は、前記一対の固定電極に設けられた貫通穴14を共鳴管として作用させるように固定電極の厚さが設定され、振動膜12の機械的振動共振周波数と貫通穴14の音響共振周波数とをずらすよう駆動制御される。
したがって、広周波数帯域に亘って強い超音波を発生させることができ、電気−音響エネルギー変換効率を向上させることが可能となる。
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ1は、従来の、振動膜に静電吸引力のみしか作用しない静電型の超音波トランスデューサ(Pull型)に比して、広帯域性と高音圧を同時に満たす能力を持っている。
図2(a)は貫通穴タイプであり、具体的には、一対の固定電極10A,10Bに形成された穴は、円柱状に形成された貫通穴である。この貫通穴が形成された固定電極は、製造は最も簡単である。
この場合各穴の淵部分に並行する場所が振動膜12と対向しており、この部分が平行板コンデンサを構成している。
この場合、丸穴形状のときと同様に各溝穴の淵部分に並行する場所が振動膜12と対向しており、ここが平行板コンデンサを構成している。
したがって振動膜12の淵部分が持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜12の膜振動を大きくさせることができる。
なお、図3(b)、(c)の構成例において、固定電極に形成された矩形穴は、振動膜とは反対側に対して振動膜側の方の幅が大きく、且つ深さが浅くなるように形成されている。
また、前記複数個の貫通穴は、各々対向する位置では同一サイズであり、複数の穴サイズを有するようにしてもよい。
また、本実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する固定電極は、導電性部材と絶縁部材から構成してもよい。
また、軽量化を図る必要があるため、回路基板などで一般的に用いられるガラスエポシキ基板や紙フェノール基板に所望の穴加工を施した後、ニッケルや金、銀、銅などでメッキ処理をすることなども可能である。また、この場合成型後のソリを防止するために基板へのメッキ加工は両面に施すなどの工夫も有効である。
また、振動膜12には数百ボルトの直流バイアス電圧が必要となるが、膜ユニット作製時に振動膜12の膜表面上における直角四方向に張力をかけて固定することにより、前記バイアス電圧は低減できる。
この場合も膜電極材料としては、Alが最も一般的で、その他、Ni、Cu、SUS、Tiなどが上記高分子材料との相性、コストなどの面から望ましい。さらに透明導電膜ITO/In,Sn,Zn酸化物などでも良い。
図5は、貫通穴(共鳴管)14が設けられた固定電極(共鳴管ユニット)10A(10B)の平面図であり、固定電極10A(10B)に設けられた貫通穴の配置の一例を示している。貫通穴の配置は図5に示したように規則的に配列されるとは限らない。
図6は、共鳴管の集合体である共鳴管ユニットとしての固定電極における音の共鳴状態を示した正面断面図である。図中tは共鳴管の長さを示しており、本例では1/2波長の音波が伝播する様子を示している。
λ=mc/f (1)
の関係がある(ただし、mは整数)。
ここで、最適音響管長をλopt,nを奇数の自然数とすると、
λopt=nc/4f (2)
で表せる。
本発明の一実施例(第1実施例)では、例えば、図1に示した静電型超音波トランスデューサ1における振動膜12の機械的振動共振点となる共振周波数から所定の周波数だけずらした周波数の前記キャリア波の波長をλとしたとき、一対の固定電極10A,10Bの各々の厚さtを(λ/4)・nもしくは略(λ/4)・n(但し、λは超音波の波長、nは正の奇数)とするように構成される。
また、100kHzを基準に取れば、波長は3.4mmである。したがって、その1/4の0.85mmの共鳴管長(固定電極厚)tがあればよい。
例えば振動膜の直径1500μm、厚さ12μm、音響管直径750μm、長さ1.5μmの場合、振動膜の機械的振動共振周波数(一次共振周波数)f1は30kHz付近となる。図7(A)は、振動膜の機械的振動の一次共振周波数f1と二次共振周波数f2の中間に貫通穴の音響共鳴周波数f3がくるように設計した例であるが、振動膜の機械的振動の一次共振周波数f1と二次共振周波数f2の中間に貫通穴の音響共鳴周波数f3がくるように設計する以外にも、図7(B)に示すように振動膜の機械的振動の一次共振周波数f1の手前に貫通穴の音響共鳴周波数がくるように設計しても高帯域化が可能である。
(λ/4)・n−λ/8≦t≦(λ/4)・n+λ/8 (3)
ただし、λは、超音波の波長(Hz)、nは正の奇数である。
また、
λ=c/f (4)
ただし、cは音速であり、c=331.3+0.6T(m/s)(ただし、Tは空気温度(℃))、fは超音波の周波数(Hz)である。
さらに、音響管長(固定電極の厚さ)を式(3)から決定する。このようにして求めた数値例が図8の内容である。
なお、本実施形態では、図1において、固定電極(共鳴管ユニット)10Aの底部と振動膜との間には実際には若干の隙間が設けられている(図面では隙間がなく、密着した状態になっているが)。この隙間は、開口端補正であり、一般には共鳴管半径の0.6〜0.85倍程度必要である。
すなわち、音響反射板20は、超音波トランスデューサ55背面の中心位置Mに一端が位置し、該中心位置を基準として超音波トランスデューサ55背面の両側に対して45°の角度で配置され他端が超音波トランスデューサ55の端部X1、X2と一致する長さの一対の第1の反射板200、200と、一対の第1の反射板200、200の前記端部と直角の角度をなして各々前記第1の反射板の外側方向に接続され前記第1の反射板長と同等の長さを有する一対の第2の反射板とを有している。
0≦a≦r …… (5)
次に、本発明の実施形態に係る超音波スピーカの構成を図10に示す。本実施形態に係る超音波スピーカは、上述した本発の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサ(図1)を超音波トランスデューサ55として用いたものである。
変調器53は、キャリア波発振源52から出力されるキャリア波を可聴周波数波発振源51から出力される可聴波周波数帯の信号波により変調し、パワーアンプ54を介して超音波トランスデューサ55に供給する。
次に、本発明の静電型超音波トランスデューサ、すなわち、貫通穴を有する第1の電極と、前記第1の電極の前記貫通穴と対をなす貫通穴を有する第2の電極と、前記第1と第2の電極からなる一対の電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜とを有し、前記一対の電極と前記振動膜とを保持するとともに、前記振動膜の機械的振動共振点となる共振周波数から所定の周波数だけずらした周波数のキャリア波の波長をλとしたとき、前記一対の固定電極の各々の厚さtを(λ/4)・nもしくは略(λ/4)・n(但し、λは超音波の波長、nは正の奇数)とし、前記一対の電極間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波である交流信号が印加されるPush−Pull型の静電型超音波トランスデューサを用いて構成される超音波スピーカを使用した超指向性音響システムについて説明する。
図11は本発明に係るプロジェクタの使用状態を示している。同図に示すように、プロジェクタ301は視聴者303の後方に設置され、視聴者303の前方に設置されたスクリーン302に映像を投影するとともに、プロジェクタ301に搭載されている超音波スピーカによりスクリーン302の投影面に仮想音源を形成し、音声を再生するようになっている。
さらに、プロジェクタ本体320の底面には低音再生用スピーカ323が設けられている。また、325は、プロジェクタ本体320の高さ調整を行うための高さ調節ねじ、326は、空冷フアン用の排気口である。
また、再生範囲制御処理部313は、再生範囲設定部312の設定内容を参照し、設定された再生範囲となるようキャリア波発振源316により生成されるキャリア波の周波数を変更するようにキャリア波発振源316を制御する機能を有する。
例えば、再生範囲設定部312の内部情報として、キャリア波周波数が50kHzに対応する上記距離が設定されている場合、キャリア波発振源316に対して50kHzで発振するように制御する。
再生範囲制御処理部313は、再生範囲設定部312の設定内容に基づいて、上記テーブルを参照して設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数となるようにキャリア波発振源316を制御する。
また、音声/映像信号再生部314より出力されるRチャンネルの音声信号とLチャンネルの音声信号は、加算器321により合成され、ローパスフィルタ319を介してパワーアンプ322Cに入力されるようになっている。音声/映像信号再生部314は、音響ソースに相当する。
したがって、上記Rチャンネル、Lチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号は、それぞれ超音波トランスデューサ324A、324Bにより再生され、上記Rチャンネル、Lチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号は低音再生用スピーカ323により再生されることとなる。
変調器318A,318Bは、キャリア波発振源316から供給されるキャリア波を音声/映像信号再生部314から出力される可聴周波数帯の音声信号でAM変調し、該変調信号を、それぞれパワーアンプ322A,322Bに出力する機能を有する。
投影光学系333は、ディスプレイに表示された映像をプロジェクタ本体320の前方に設置されたスクリーン等の投影面に投影する機能を有している。
この結果、キャリア波発振源316は、再生範囲設定部312に設定された距離情報に対応する周波数のキャリア波を生成し、変調器318A,318Bに出力する。
また、上記Rチャンネルの音声信号及びLチャンネルの音声信号は加算器321により合成され、ローパスフィルタ319により上記Rチャンネルの音声信号及びLチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号がパワーアンプ322Cに入力される。
他方、変調器318Aは、キャリア波発振源316から出力されるキャリア波をハイパスフィルタ317Aから出力される上記Rチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号でAM変調し、パワーアンプ322Aに出力する。
また、変調器318Bは、キャリア波発振源316から出力されるキャリア波をハイパスフィルタ317Bから出力される上記Lチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号でAM変調し、パワーアンプ322Bに出力する。
また、パワーアンプ322Cで増幅された上記Rチャンネル及びLチャンネルにおける低音域の音声信号は低音再生用スピーカ323により再生される。
このため、その再生範囲の制御も容易に行えるようになる。また、静電型超音波トランスデューサを既述したように、振動膜の振動領域を複数のブロックに分割し、上記振動膜の電極層と振動用電極パターンの各ブロック間との間に印加する交流信号の位相を、隣接するブロック間でそれぞれ所定の位相差をもたせるように駆動制御することにより、超音波スピーカから放射される音の指向性制御を行うことが可能である。
また、本発明のプロジェクタでは、振動膜の機械的振動共振周波数と貫通穴の音響的共鳴周波数とをずらすように駆動制御するPush−Pull型静電型超音波トランスデューサを用いているので、広周波数帯域に亘って強力な超音波を発生でき、再生音の音質の向上が図れる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の静電型超音波トランスデューサ、および超音波スピーカは、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。
Claims (11)
- 貫通穴を有する第1の電極と、
貫通穴を有する第2の電極と、
前記第1の電極の前記貫通穴と前記第2の電極の前記貫通穴とが対をなすように配置されかつ前記第1の電極と前記第2の電極とからなる一対の電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を含み、
前記一対の電極間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波が印加され、
前記一対の電極が有する貫通穴を共鳴管として作用させるとともに、
前記振動膜の機械的振動共振周波数と前記貫通穴の音響共鳴周波数とをずらすようにすることを特徴とする静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法。 - 貫通穴を有する第1の電極と、
貫通穴を有する第2の電極と、
前記第1の電極の前記貫通穴と前記第2の電極の前記貫通穴とが対をなすように配置されかつ前記第1の電極と前記第2の電極とからなる一対の電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を含み、
前記一対の電極間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波が印加され、
前記振動膜の機械的振動共振点となる共振周波数から所定の周波数だけずらした周波数のキャリア波の波長をλとしたとき、
前記一対の固定電極の各々の厚さtを(λ/4)・nもしくは略(λ/4)・n
(但し、λはキャリア波(超音波)の波長、nは正の奇数)としたことを特徴とする静電型超音波トランスデューサ。 - 貫通穴を有する第1の電極と、
貫通穴を有する第2の電極と、
前記第1の電極の前記貫通穴と前記第2の電極の前記貫通穴とが対をなすように配置されかつ前記第1の電極と前記第2の電極とからなる一対の電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を含み、
前記一対の電極間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波が印加され、
前記振動膜の機械的振動共振点となる共振周波数から所定の周波数だけずらした周波数のキャリア波の波長をλとしたとき、
前記一対の電極の各々の厚さtを、
(λ/4)・n−λ/8≦t≦(λ/4)・n+λ/8(但し、λは超音波の波長、nは正の奇数)としたことを特徴とする静電型超音波トランスデューサ。 - 貫通穴を有する第1の電極と、
貫通穴を有する第2の電極と、
前記第1の電極の前記貫通穴と前記第2の電極の前記貫通穴とが対をなすように配置されかつ前記第1の電極と前記第2の電極とからなる一対の電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を含み、
前記一対の電極間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波が印加され、
前記振動膜の機械的振動共振点となる共振周波数から所定の周波数だけずらした周波数のキャリア波の波長をλとしたとき、
前記一対の電極のうち一方の厚さt1を
(λ/4)・nもしくは略(λ/4)・n(但し、λは超音波の波長、nは正の奇数)とし、
他方の厚さt2を(λ/4)・mもしくは略(λ/4)・m(但し、λは超音波の波長、mは正の偶数)としたことを特徴とする静電型超音波トランスデューサ。 - 貫通穴を有する第1の電極と、
貫通穴を有する第2の電極と、
前記第1の電極の前記貫通穴と前記第2の電極の前記貫通穴とが対をなすように配置されかつ前記第1の電極と前記第2の電極とからなる一対の電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を含み、
前記一対の電極間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波が印加され、
前記振動膜の機械的振動共振点となる共振周波数から所定の周波数だけずらした周波数のキャリア波の波長をλとしたとき、
前記一対の電極の各々の厚さt1,t2を、
(λ/4)・n−λ/8≦t1≦(λ/4)・n+λ/8(但し、λは超音波の波長、nは正の奇数)
(λ/4)・m−λ/8≦t2≦(λ/4)・m+λ/8(但し、λは超音波の波長、mは正の偶数であり、m=0のとき、t2は右辺の値のみとり得る。)としたことを特徴とする静電型超音波トランスデューサ。 - 貫通穴を有する第1の電極と、
貫通穴を有する第2の電極と、
前記第1の電極の前記貫通穴と前記第2の電極の前記貫通穴とが対をなすように配置されかつ前記第1の電極と前記第2の電極とからなる一対の電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を含み、
前記振動膜の機械的振動共振点となる共振周波数から所定の周波数だけずらした周波数のキャリア波の波長をλとしたとき、
前記一対の固定電極の各々の厚さtを(λ/4)・nもしくは略、(λ/4)・n
(但し、λは超音波の波長、nは正の奇数)とし、
前記一対の電極間には超音波周波数帯の前記キャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波が印加される静電型超音波トランスデューサの背面に、該背面の各開口部から放射された超音波を全て同じ長さの経路で前記静電型超音波トランスデューサの前面に放射する音響反射板を設置したことを特徴する静電型超音波トランスデューサ。 - 前記音響反射板は、超音波トランスデューサ背面の中心位置に一端が位置し、該中心位置を基準として超音波トランスデューサ背面の両側に対して45°の角度で配置され他端が超音波トランスデューサの端部と一致する長さの一対の第1の反射板と、一対の第1の反射板の前記端部と直角の角度をなして各々前記第1の反射板の外側方向に接続され前記第1の反射板長と同等の長さを有する一対の第2の反射板とを有していることを特徴とする請求項6に記載の静電型超音波トランスデューサ。
- 貫通穴を有する第1の電極と、
貫通穴を有する第2の電極と、
前記第1の電極の前記貫通穴と前記第2の電極の前記貫通穴とが対をなすように配置されかつ前記第1の電極と前記第2の電極とからなる一対の電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を含み、
前記振動膜の機械的振動共振点となる共振周波数から所定の周波数だけずらした周波数のキャリア波の波長をλとしたとき、
前記一対の固定電極の各々の厚さtを(λ/4)・nもしくは略(λ/4)・n
(但し、λは超音波の波長、nは正の奇数)とし、
前記一対の電極間には超音波周波数帯の前記キャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波が印加される静電型超音波トランスデューサと、
可聴周波数帯の信号波を生成する信号源と、
超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波供給手段と、
前記キャリア波を前記信号源から出力される可聴周波数帯の信号波により変調する変調手段とを有し、
前記静電型超音波トランスデューサは、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に印加される前記変調手段から出力される変調信号により駆動されることを特徴とする超音波スピーカ。 - 貫通穴を有する第1の電極と、
貫通穴を有する第2の電極と、
前記第1の電極の前記貫通穴と前記第2の電極の前記貫通穴とが対をなすように配置されかつ前記第1の電極と前記第2の電極とからなる一対の電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を含み、
前記振動膜の機械的振動共振点となる共振周波数から所定の周波数だけずらした周波数のキャリア波の波長をλとしたとき、
前記一対の固定電極の各々の厚さtを(λ/4)・nもしくは略(λ/4)・n
(但し、λは超音波の波長、nは正の奇数)とし、
前記一対の電極間には超音波周波数帯の前記キャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波が印加される静電型超音波トランスデューサを使用すると共に、
信号源により可聴周波数帯の信号波を生成する手順と、
キャリア波供給手段により超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力する手順と、
変調手段により前記キャリア波を前記可聴周波数帯の信号波により変調した変調信号を生成する手順と、
前記電極と前記振動膜の電極層との間に前記変調信号を印加することにより前記静電型超音波トランスデューサを駆動する手順と、
を含むことを特徴とする静電型超音波トランスデューサによる音声信号再生方法。 - 貫通穴を有する第1の電極と、
貫通穴を有する第2の電極と、
前記第1の電極の前記貫通穴と前記第2の電極の前記貫通穴とが対をなすように配置されかつ前記第1の電極と前記第2の電極とからなる一対の電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を含み、
前記振動膜の機械的振動共振点となる共振周波数から所定の周波数だけずらした周波数のキャリア波の波長をλとしたとき、
前記一対の固定電極の各々の厚さtを(λ/4)・nもしくは略(λ/4)・n
(但し、λは超音波の波長、nは正の奇数)とし、
前記一対の電極間には超音波周波数帯の前記キャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波が印加される静電型超音波トランスデューサを用いて構成され、音響ソースから供給される音声信号のうち中高音域の音声信号を再生する超音波スピーカと、
前記音響ソースから供給される音声信号のうち低音域の音声信号を再生する低音再生用スピーカと、
を有し、
前記超音波スピーカにより前記音響ソースから供給される音声信号を再生し、スクリーン等の音波反射面近傍に仮想音源を形成することを特徴とする超指向性音響システム。 - 貫通穴を有する第1の電極と、
貫通穴を有する第2の電極と、
前記第1の電極の前記貫通穴と前記第2の電極の前記貫通穴とが対をなすように配置されかつ前記第1の電極と前記第2の電極とからなる一対の電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を含み、
前記振動膜の機械的振動共振点となる共振周波数から所定の周波数だけずらした周波数のキャリア波の波長をλとしたとき、
前記一対の固定電極の各々の厚さtを(λ/4)・nもしくは略(λ/4)・n
(但し、λは超音波の波長、nは正の奇数)とし、
前記一対の電極間には超音波周波数帯の前記キャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波が印加される静電型超音波トランスデューサを含んで構成され、音響ソースから供給される音声信号から可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、
映像を投影面に投影する投影光学系と、
を有することを特徴とする表示装置。
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