JP2008172472A - 静電型超音波トランスデューサ、超音波スピーカ、静電型超音波トランスデューサの音声信号再生方法、表示装置、および指向性音響システム - Google Patents

Abstract

【課題】静電型超音波トランスデューサにおいて、振動膜の振動面積と開口率を増大させ、低電圧で大振幅を得る。
【解決手段】スリット状の貫通穴を有する第１の電極と、スリット状の貫通穴を有する第２の電極と、前記第１の電極の前記スリット状の貫通穴と前記第２の電極の前記スリット状の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、前記第１、第２のスリット状貫通穴の内部の深さ方向に前記振動膜の非振動時における表面に対し所定の間隔を持って前記スリット状貫通穴の長手方向に平行に配置される電極層を有し、前記一対の電極における前記電極層間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯域の信号波で変調した変調波が印加されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、指向性の鋭い音響放射装置に使用される静電型超音波トランスデューサに関し、特に、静電型超音波トランスデューサにおいて、振動膜の振動部分の面積と、音響信号を放射する開口部の面積を増大し、さらに低電圧で大振幅を得る事を可能にする、静電型超音波トランスデューサ、該静電型超音波トランスデューサを備える超音波スピーカ、静電型超音波トランスデューサの音声信号再生方法、超音波スピーカを備える表示装置、および指向性音響システムに関する。

指向性の鋭い音響放射装置に使用される超音波トランスデューサとしては、圧電方式と静電方式のものが提案されている。圧電方式の超音波トランスデューサは共振点が鋭く広帯域化が困難であるため音再現性に乏しいという欠点を有している（例えば、特許文献１、２を参照）。

これに対し静電方式の超音波トランスデューサは振動膜の共振自体が鋭くなく、また音響管の気柱共鳴現象を用いる事で広帯域化が可能で音再現性に優れている（音質がよい）という長所を持つ（例えば、特許文献３を参照）。

図１０は、従来技術の静電型超音波トランスデューサ３を示す図である。図１（Ａ）は静電型超音波トランスデューサ３の断面を示しており、静電型超音波トランスデューサ３は、振動電極（導電層）３２を有する振動膜３０と、該振動膜３０のそれぞれの面に対向して設けられた前面側固定電極６０Ａ及び背面側固定電極６０Ｂからなる一対の固定電極とを有している。振動膜３０は電極を形成する振動電極（導電層）３２を誘電体膜（絶縁膜）３１、３３で挟むように形成されている。

また、振動膜３０を挟持する前面側固定電極６０Ａには複数の貫通穴６１Ａが設けられており、かつ背面側固定電極６０Ｂには前面側固定電極６０Ａに設けた各貫通穴６１Ａに対向する位置に同一形状の貫通穴６１Ｂが設けられている。前面側固定電極６０Ａと背面側固定電極６０Ｂは、それぞれ支持部材６２によって振動膜３０から所定のギャップを隔てて支持されており、振動膜３０と固定電極とが一部空隙を介して対向するように支持部材６２は形成されている。図１０（Ｂ）はトランスデューサの片側平面外観を示したものであり、前面側固定電極６０Ａ上に複数の貫通孔６１Ａがハニカム状に配列されている。

直流電源３６は、振動電極３２に直流バイアス電圧を印加するための電源であり、交流信号３７Ａ、３７Ｂは、振動膜３０を駆動するために、前面側固定電極６０Ａと背面側固定電極６０Ｂに印加される信号である。上記の構成により、静電型超音波トランスデューサ３の前面側固定電極６０Ａと背面側固定電極６０Ｂとには、センタータップを基準にして、振幅が等しく、位相が互いに反転した交流信号３７Ａ、３７Ｂが印加される。

このようにして、交流信号の極性の変化に応じて振動膜３０が同方向に静電吸引と静電斥力を受けながら、交互に静電力が働く方向が変化するので、大きな膜振動、すなわち、パラメトリックアレイ効果を得るのに十分な音圧レベルの音響信号を発生することができる。このように、図１０に示す静電型超音波トランスデューサ３は、振動膜３０が一対の固定電極６０Ａ、６０Ｂから力を受けて振動することからプッシュプル（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）型の静電型超音波トランスデューサと呼ばれている。
特開昭６１−２９６８９７号公報 特開２０００−２８７２９７号公報 特開２００６−９３９３２号公報

上述した静電型超音波トランスデューサは、共振型の超音波トランスデューサに比べて、広帯域化が可能で音再現性に優れている（音質がよい）という長所を持つ。

しかしながら、この静電型超音波スピーカでは膜の振動部分面積が、トランスデューサの音響放射面面積に対して、例えば、１５％未満と小さいため有効に振動エネルギーを音響エネルギーとして空中に放出することができないという課題を抱えていた。超音波スピーカでは高い音響エネルギーを空中に放出することが必要とされているが、比較的高い音圧が得られる静電方式でも更なる高音庄化が望まれていた。更に静電方式では、高音圧出力を得るためには２００Ｖ以上の高電圧の信号が必要となり低電圧化が課題であった。

このような問題に対処するために、本願出願人は図１１に示す静電型超音波トランスデューサを現在出願中である。図１１(Ａ)は、振動膜を挟持する一対の電極７０、７０Ａの一方の電極７０を振動膜側からみた平面図を示している。図１１（Ｂ）は、静電型超音波トランスデューサ断面図を示しており、図１１（Ａ）におけるＸ−Ｘ´方向の断面図である。

この静電型超音波トランスデューサは、非導電材料で形成される電極（母材）７０に円形の貫通穴７１を設け、この円形の貫通穴７１中に振動膜３０に対向する十字ブリッジ部７２を設けたものである。この十字ブリッジ部７２は、その長さ（貫通穴の深さ方向の長さ）が、振動膜３０の非振動時における表面に対し所定の間隔(例えば、５〜６μｍ)を持つように形成され、十字ブリッジ部７２の振動膜３０と対向する面には、電極層７３が形成される。同様にして、他方の電極７０Ａにも、貫通穴７１Ａ、十字ブリッジ部７２Ａ、および電極層７３Ａが形成される。そして、振動膜３０の振動電極３２には直流バイアス電圧が印加され、十字形状の電極層７３と電極層７３Ａの間には交流信号が印加される。

このような構造により電気エネルギーを膜振動エネルギーに効率よく変換する（大振幅の音響信号を得る）ことが可能になる。しかしながら、音響放射面積の増大という課題は解決されないままであった。

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あり、その目的は、静電型超音波トランスデューサにおいて、振動膜の振動部分の面積を増大し、また音響信号を放射する開口部の面積を増大し、さらに低電圧の信号で大振幅の音響信号を得る事を可能にする、静電型超音波トランスデューサ、該静電型超音波トランスデューサを備える超音波スピーカ、静電型超音波トランスデューサの音声信号再生方法、超音波スピーカを備える表示装置、および指向性音響システム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、本発明の静電型超音波トランスデューサは、スリット状の貫通穴を有する第１の電極と、スリット状の貫通穴を有する第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、
前記一対の電極は、前記貫通穴の内部に前記貫通穴の長手方向に配置された電極層を有し、前記一対の電極における前記電極層間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯域の信号波で変調した変調波が印加されることことを特徴とする。
上記構成の静電型超音波トランスデューサでは、振動膜を挟持する一対の電極のそれぞれに、スリット状（矩形状）の貫通穴（開口部）を複数設け、このスリット状の貫通穴の内部に、振動膜と所定の間隔を保持して対向する電極層を貫通穴の長手方向に配置する。
これにより、例えば、貫通穴の形状（振動膜の振動形状）を図１１に示す円形状から、図１に示す矩形状（スリット状）に変更できる。このため、振動膜の振動面積を増大するとともに、音響信号を放射する開口部の面積を増大させることができ、低電圧の信号で大振幅の音響信号を得ることができる。その結果、電気／音響エネルギー変換効率を向上し高音圧を得ることができる。

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記第１の電極の前記貫通穴および前記第２の電極の前記貫通穴の内部に、が形成されていることを特徴とする。
上記構成の静電型超音波トランスデューサでは、振動膜を挟持する一対の電極のそれぞれに、スリット状（矩形状）の貫通穴を複数設け、前記貫通穴の長手方向に平行であると共に前記振動膜の非振動時における表面に対して前記貫通穴の深さ方向に所定の間隔を持って対向する振動膜対向面を備えるブリッジ部を有し、前記ブリッジ部の前記振動膜対向面に電極層を形成する。
これにより、電極とブリッジ部とを一体として形成することができると共に、電極層を容易に形成できる。

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記第１の電極、第２の電極、および前記ブリッジ部が非導電性材料で形成されていることを特徴とする。
上記構成の静電型超音波トランスデューサでは、第１の電極、第２の電極、およびブリッジ部を非導電性材料で形成し、ブリッジ部の振動膜対向面に電極層を形成する。
これにより、静電型超音波トランスデューサの電極をプラスチック等の材料で形成することができ、静電型超音波トランスデューサを軽量かつ安価に製作できる。

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記第１の電極と前記第２の電極との少なくともいずれか一方に、前記貫通穴の内部に前記貫通穴を短手方向に横断する補強部材を有することを特徴とする。
上記構成の静電型超音波トランスデューサでは、振動膜を挟持する一対の電極である前記第１の電極と前記第２の電極との少なくともいずれか一方に、前記貫通穴の内部に前記貫通穴を短手方向に横断する補強部材を設ける。
これにより、振動膜の振動面積を増大するとともに、音響信号を放射する開口部の面積を増大させることができる効果に加えて、静電型超音波トランスデューサの電極の強度を増すことができる。このため、大きな面積（例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ以上）の静電型超音波トランスデューサを製作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は、前記振動膜は、導電層が多層に形成されていることを特徴とする。
上記構成の静電型超音波トランスデューサでは、振動膜の導電層（振動電極）を多層に形成する。
これにより、振動膜に加わる静電力を高めることができ、振動膜の振幅を増大させ、出力される音響信号の音圧レベルを増大させることができる。

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記静電型超音波トランスデューサの背面に音響反射板を設けたことを特徴とする。
上記構成の静電型超音波トランスデューサでは、静電型超音波トランスデューサの背面に音響反射板を設置し、該静電型超音波トランスデューサの背面から放出される超音波を前面に反射させる。この音響反射板を、例えば、静電型超音波トランスデューサ背面の各開口部から放射された超音波が全て同じ長さの経路で静電型超音波トランスデューサ前面に放射されるように配置する。
これにより、静電型超音波トランスデューサの前面および背面から放出される超音波を有効利用できる。

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記音響反射板は、静電型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静電型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静電型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、前記一対の第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の反射板とで構成されていることを特徴とする。
上記構成の静電型超音波トランスデューサでは、音響反射板は、静電型超音波トランスデューサ背面の各開口部から放射された超音波が全て同じ長さの経路で超音波トランスデューサ前面に放射されるように配置される。すなわち、超音波トランスデューサ背面の中心Ｍの両側に対して４５°の角度で第１の反射板を配置し、その端が超音波トランスデューサの端と一致する点までの長さとする。この第１の反射板により超音波トランスデューサ背面から放出された超音波は水平方向へ反射される。次に第１の反射板と直角の角度を持って接続された第２の反射板を各々第１の反射板の外側へ接続することで、超音波は超音波トランスデューサの前面へ放出される。この第２の反射板長も第１の反射板長と同等であることが必要である。このようにして、超音波トランスデューサ背面から放射された超音波が全て同じ長さの経路を持って反射されるようにし、背面から前面に放出される超音波の位相が全てそろうようにする。
これにより、トランスデューサの前面および背面から放出される超音波を有効利用できる。

また、本発明の超音波スピーカは、可聴周波数帯の信号波を生成する信号源から出力される信号波により超音波周波数帯のキャリア波を変調し、該変調波により静電型超音波トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカであって、前記静電型超音波トランスデューサは、スリット状の貫通穴を有する第１の電極と、スリット状の貫通穴を有する第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、前記一対の電極は、前記貫通穴の内部に前記貫通穴の長手方向に配置された電極層を有し、前記一対の電極における前記電極層間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯域の信号波で変調した変調波が印加されることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波スピーカでは、可聴周波数帯の信号波により超音波周波数帯のキャリア波を変調し、該変調波により静電型超音波トランスデューサを駆動する超音波スピーカにおいて、電極にスリット状の貫通穴を有すると共に、貫通穴の内部に振動膜と対向する電極層を有する静電型超音波トランスデューサを使用する。
これにより、超音波スピーカに使用される静電型超音波トランスデューサの振動膜の振動面積を増大するとともに、音響信号を放射する開口部の面積を増大させることができる。その結果、広周波数帯域にわた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発生することができる超音波スピーカを実現できる。

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は、 スリット状の貫通穴を有する第１の電極と、スリット状の貫通穴を有する第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、前記一対の電極は、前記貫通穴の内部に前記貫通穴の長手方向に配置された電極層を有する、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、キャリア波供給源により超音波周波数帯のキャリア波を生成する手順と、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、前記一対の電極における前記電極層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。
このような手順を含む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、可聴周波数帯の信号波により超音波周波数帯のキャリア波を変調し、該変調波により静電型超音波トランスデューサを駆動する超音波スピーカにおいて、電極にスリット状の貫通穴を有すると共に、貫通穴の内部に振動膜と対向する電極層を有する静電型超音波トランスデューサを使用する。
これにより、超音波スピーカに使用される静電型超音波トランスデューサの振動膜の振動面積を増大するとともに、音響信号を放射する開口部の面積を増大させることができる。その結果、広周波数帯域にわた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発生することができる。

また、本発明の表示装置は、音響ソースから供給される音声信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により静電型超音波トランスデューサを駆動して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、で構成される表示装置であって、前記超音波スピーカの静電型超音波トランスデューサは、スリット状の貫通穴を有する第１の電極と、スリット状の貫通穴を有する第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、前記一対の電極は、前記貫通穴の内部に前記貫通穴の長手方向に配置された電極層を有し、前記一対の電極における前記電極層間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯域の信号波で変調した変調波が印加されることを特徴とする。
上記構成の表示装置では、電極にスリット状の貫通穴を有すると共に、貫通穴の内部に振動膜と対向する電極層を有する静電型超音波トランスデューサで構成される超音波スピーカを使用する。そして、この超音波スピーカにより、音響ソースから供給される音声信号を再生する。
これにより、音響信号を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、本発明の指向性音響システムは、音響ソースから供給される音声信号のうち第一の音域の信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により静電型超音波トランスデューサを駆動し可聴周波数帯の信号音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前記第一の音域よりも低い第二の音域の信号を再生する低音再生用スピーカと、を有する指向性音響システムであって、前記超音波スピーカの静電型超音波トランスデューサは、スリット状の貫通穴を有する第１の電極と、スリット状の貫通穴を有する第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、前記一対の電極は、前記貫通穴の内部に前記貫通穴の長手方向に配置された電極層を有し、前記一対の電極における前記電極層間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯域の信号波で変調した変調波が印加されることを特徴とする。
上記構成の指向性音響システムでは、電極にスリット状の貫通穴を有すると共に、貫通穴の内部に振動膜と対向する電極層を有する静電型超音波トランスデューサで構成される超音波スピーカを使用する。そして、この超音波スピーカにより、音響ソースから供給される音声信号のうち中高音域（第一の音域）の音声信号を再生する。また、音響ソースから供給される音声信号のうち低音域（第二の音域）の音声信号は低音再生用スピーカにより再生する。
したがって、中高音域の音響を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。

最初に本発明の静電型超音波トランスデューサの概要について説明する。
静電型超音波トランスデューサから放射される音響信号の音圧レベルを上げるには振動膜の振動振幅と振動面積を大きくすることが必要であり、それは膜に働く静電力を大きくすることと振動面積比率を高めることが重要である。本発明では、膜振幅の増大を実現するためのブリッジ構造を改良し、振動膜の振動形状を図１１に示す円形状から、図１に示す矩形状（スリット状）にすることで振動膜の振動面積を増大するとともに、音響信号を放射する開口部の面積を増大させる。その結果、電気／音響エネルギー変換効率を向上し高音圧の音響信号を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる静電型超音波トランスデューサの構成例を示す図である。図１（Ａ）は、断面図、図１（Ｂ）は振動膜側から見た電極の平面図を示している。

本発明の静電型超音波トランスデューサ１は、振動膜３０とそれを狭持する一対の電極である前面側電極（第１の電極）１０と背面側電極（第２の電極）２０と、それを駆動する回路から成る。

前面側電極１０は、振動膜３０を挟持するための振動膜支持部１１と、スリット状（矩形状）の貫通穴である開口部１３と、開口部（貫通穴）１３の内部において該貫通穴の長手方向に平行に配置されるブリッジ部１２とで形成される。このブリッジ部１２は、その底面（振動膜３０に対向する振動膜対向面）が、非振動時の振動膜３０の膜表面と所定の間隔（例えば、５〜６μｍ）を保持するように配置される。また、ブリッジ部１２の振動膜３０と対向する振動膜対向面には、電極層１４が形成される。

同様にして、背面側電極２０は、振動膜３０を挟持するための振動膜支持部２１と、スリット状（矩形状）の貫通穴である開口部２３と、開口部（貫通穴）２３の内部において該貫通穴の長手方向に平行に配置されるブリッジ部２２とで形成される。このブリッジ部２２は、その底面（振動膜３０に対向する振動膜対向面）が、非振動時の振動膜３０の膜表面と所定の間隔（例えば、５〜６μｍ）を保持するように配置される。また、ブリッジ部２２の振動膜３０と対向する振動膜対向面には、電極層２４が形成される。

なお、前面側電極１０および背面側電極２０の厚みは、例えば、１．５ｍｍ程度である。また、図１（Ｂ）に示すように、スリット状の貫通穴の幅は、例えば、１．５ｍｍ程度、ブリッジ部の幅は０．５ｍｍ程度である。

前面側電極１０および背面側電極２０は非導電性の母材（各種プラスチック、ガラス、セラミクスなど）で形成され、電極層１４、２４として金属（金、銀、銅、アルミなど）のメッキ、印刷、蒸着、ペーストなどを施した構成とする。電極層１４、２４には回路側の交流信号３７Ａ、３７Ｂにより１０〜３００Ｖ程度のＡＣ電圧が印加される。

振動膜３０は、振動電極（導電層）３２を誘電体膜（絶縁体）３１、３２で覆って形成される。例えば、数ミクロン厚の高分子膜（誘電体膜）の片面にメタライズ加工したものが、接着剤により積層されている。高分子膜の材料としては、例えばポリ・エチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、アラミド、ポリ・エステル、ポリ・エチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ・フェニレン・サルファイド（ＰＰＳ）などを用いる。振動電極３２を形成するメタライズ部分の材料はＡｌ（アルミ）が最も一般的で、その他、Ｎｉ、Ｃｕ、ＳＵＳ、Ｔｉなどでも良い。メタライズ部分の厚さは１００Å〜１５００Å程度が望ましい。振動膜のメタライズ部分（振動電極３２）には回路側の直流電源３６より１０〜３００ＶのＤＣバイアス電圧が印加される。

上記構成の静電型超音波トランスデューサ１の動作は、図１０に示した静電型超音波トランスデューサ３と基本的には同じであり、振動膜３０のプッシュプル動作により音響信号を発生する。すなわち、静電型超音波トランスデューサ１において、一対の電極１０、２０は、振動膜３０を介して対向する位置に同数かつ複数のスリット状の開口部（貫通穴）１３、２３を有しており、一対の電極１０、２０のブリッジ部１２、２２の各電極層１４、２４の間には信号源３７により相互に位相反転した交流信号３７Ａ、３７Ｂが印加されるようになっている。電極層１４と振動電極３２との間、電極層２４と振動電極３２との間には、それぞれコンデンサが形成されている。また、振動膜３０の振動電極３２には、直流電源３６により単一極性の（本実施形態では正極性の）直流バイアス電圧が印加される。

この結果、信号源３７から出力される交流信号３７Ａの正の半サイクルでは、前面側電極１０のブリッジ部１２の電極層１４に正の電圧が印加されるために、振動膜３０の電極１０、２０で挟持されていない表面部分１５Ａには、静電反発力が作用し、表面部分１５Ａは、図１上、下方に引っ張られる。
また、このとき、交流信号３７Ｂが負のサイクルとなり、対向する背面側電極２０のブリッジ部２２の電極層２４には負の電圧が印加されるために、振動膜３０の前記表面部分１５Ａの裏面側である裏面部分１５Ｂには、静電吸引力が作用し、裏面部分１５Ｂは、図１上、さらに下方に引っ張られる。

したがって、振動膜３０の一対の電極１０、２０により挟持されていない膜部分は、同方向に静電吸引力と静電反発力（静電斥力）を受ける。これは、信号源３７から出力される交流信号の負の半サイクルについても同様に、振動膜３０の表面部分１５Ａには図１上、上方に静電吸引力が、また裏面部分１５Ｂには、図１上、上方に静電反発力が作用し、振動膜３０の一対の電極１０、２０により挟持されていない膜部分は、同方向に静電吸引力と静電斥力を受ける。このようにして、交流信号の極性の変化に応じて振動膜３０が同方向に静電吸引力と静電斥力を受けながら、交互に静電力が働く方向が変化するので、大きな膜振動、すなわち、パラメトリックアレイ効果を得るのに十分な音圧レベルの音響信号を発生することができる。振動膜３０から放射された音響信号はスリット状の開口部１３、２３を通して平面波として外部に放射される。

また、図２は、本発明による静電型超音波トランスデューサの変形例を示す図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は前面側電極を振動膜側から見た平面図を示している。なお、背面側電極も同様な構成となる。

図２（Ａ）に示す前面側電極１０は、図１（Ｂ）に示した前面側電極１０と同じであり、本発明の静電型超音波トランスデューサの最も基本的な構成例である。

図２（Ｂ）に示す前面側電極４０は、電極を形成する母材（例えば、プラスチック等）を補強するための補強部材４１を、スリット状の貫通穴の長手方向の中心部分において、貫通穴の長手方向と直交する方向に追加した例を示している。なお、この例では、振動膜に対向する電極層が補強部材４１により、電極層４２Ａと電極層４２Ｂに２分割される例を示しているが、補強部材４１の長さ（貫通穴の深さ方向の長さ）をブリッジ部と同じ長さ（貫通穴の深さ方向の長さ）にし、ブリッジ部の面（振動膜に対向する面）と補強部材４１の面を合わせることにより、電極層を連続面として形成することもできる。

また、図２（Ｃ）に示す前面側電極５０は、電極を形成する母材（例えば、プラスチック等）を補強するための２つの補強部材５１、５２を、スリット状の貫通穴が均等な長さになるように追加した例を示している。なお、この例では、振動膜に対向する電極層が補強部材５１、５２により、電極層５３Ａ、電極層５３Ｂ、電極層５３Ｃに３分割される例を示しているが、補強部材５１、５２の長さ（貫通穴の深さ方向の長さ）をブリッジ部と同じ長さ（貫通穴の深さ方向の長さ）にし、ブリッジ部の面（振動膜に対向する面）と補強部材５１、５２の面を合わせることにより、電極層を連続面として形成することもできる。

このように、トランスデューサ面積が小さい場合には図２（Ａ）に示すようなスリット状の矩形穴（貫通穴）を形成すればよいが、トランスデューサ面積が大きくなり電極の機械的強度を確保する必要がある場合は図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、スリットの中間に貫通穴の長手方向と直交する方向に母材を補強する。これにより、静電型超音波トランスデューサの電極の強度を増すことができ、大きな面積（例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ以上）の静電型超音波トランスデューサを製作することが可能になる。

以上、本発明の静電型超音波トランスデューサの構造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の特徴は、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、一対の電極に矩形状（スリット状）に貫通穴（開口部）を空けることであり、特に重要なのは、矩形状の振動膜の中心に対して電極層を形成できるようにブリッジ状に電極パターンを形成する母材（ブリッジ部）を残すように構成することである。これは、図１１に示した、丸穴に対するブリッジ構造を矩形穴に拡張したことになる。

図１１に示す構造は丸穴（例えば、φ０．７５ｍｍ）に対して電極層を十字ブリッジ状に形成したものであるが、開口率（音響エネルギーが放射される面積割合）が１５％以下である。これに対して本発明の静電型超音波トランスデューサのように矩形状貫通穴にブリッジ構造の電極層を施した場合、振動膜の振動面積を約３倍にすることができると共に、約３倍（４５％）の開口率を得ることができる。この数字の意味するところは、丸穴、矩形穴両者の膜振幅量が同じ場合、本発明の矩形状ブリッジ構造の方が３倍の音響エネルギーを放出することが可能であるということである。

また、図１に示す本発明の静電型超音波トランスデューサの電極１０、２０においては、図１１に示す静電型超音波トランスデューサの電極７０と比較して、貫通穴内のブリッジ部の構成が単純な構成であり、電極の製造が容易となる。

また、さらに静電力を高めるために、振動膜３０Ａを３層以上の積層構造にすることも効果がある。すなわち、図３に示す静電型超音波トランスデューサ２のように、２つの振動電極３２、３４と誘電体膜３１、３３、３５とを積層して振動膜３０Ａを形成することにより、静電力を高めて膜振幅を増大させることができる。

以上説明したように、本発明の静電型超音波トランスデューサでは、振動膜の振動形状矩形状（スリット状）にすることで振動膜の振動面積を増大するとともに、音響信号を放射する開口部の面積を増大させている。このため、低電圧の信号で大振幅の音響信号を得ることができる。その結果、電気／音響エネルギー変換効率を向上し高音圧の音響信号を得ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの構成例を図４に示す。本発明の第２の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの構成は、音響反射板を静電型超音波トランスデューサ１の背面に設置したことを除き、図１に示した構成と同一である。

すなわち、本実施形態に係る静電型超音波トランスデューサは、図１に示す静電型超音波トランスデューサ１の背面に音響反射板１０１、１０２を設置したことを特徴としている。

音響反射板１０１、１０２は、静電型超音波トランスデューサ１の背面側電極２０の各開口部２３から放射された超音波が全て同じ長さの経路で静電型超音波トランスデューサ１の前面に放射されるように配置されている。
すなわち、音響反射板は、静電型超音波トランスデューサ１の背面の中心位置Ｍに一端が位置し、該中心位置を基準として静電型超音波トランスデューサ１の背面の両側に対して４５°の角度で配置され他端が静電型超音波トランスデューサ１の端部Ｘ１、Ｘ２と一致する長さの一対の第１の反射板１０１、１０１と、一対の第１の反射板１０１、１０１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１０２、１０２とを有している。

上記構成において、超音波トランスデューサ１背面の中心Ｍの両側に対して４５°の角度で第１の反射板１０１、１０１を配置し、その端が超音波トランスデューサ１の端と一致する点までの長さが必要となる。この第１の反射板１０１、１０１により超音波トランスデューサ１背面から放出された超音波は水平方向へ反射される。

次に第１の反射板１０１、１０１と直角の角度を持って接続された第２の反射板１０２、１０２を各々第１の反射板１０１、１０１の外側へ接続することで超音波は静電型超音波トランスデューサ１の前面へ放出される。この第２の反射板長も第１の反射板長と同等であることが必要である。ここで重要なことは静電型超音波トランスデューサ１背面から放射された超音波が全て同じ長さの経路を持つことである。経路長が同じであることは背面から放出される超音波の位相が全てそろっていることを意味しているからである。

また、図４のように音波を幾何学的に扱うことができるのは、放出する音波が超音波であるため、極めて強い指向性を持つからである。またもう一点言及しておく必要があるのは、静電型超音波トランスデューサ１前面から放出された超音波と背面から反射されて前面へ放出された超音波の時間差である。

トランスデューサの中心からａの距離だけ離れた地点から放出された超音波は、トランスデューサを円形と仮定しその半径をｒとすると、トランスデューサ前面まで到達する距離はおおよそ２ｒ、すなわちトランスデューサの直径に等しい。勿論、距離ａは次式を満たしていなければならない。
０≦ａ≦ｒ …… （１）

今、トランスデューサの直径を約１０ｃｍとし、音速を３４０ｍ／ｓｅｃとすると、前面から放出される超音波と背面から放出された超音波が反射して前面に到達するまでの時間差は約０．２９ｍｓｅｃであり、人間が知覚できない時間差であるので問題はない。すなわち、トランスデューサの前面および背面から放出される超音波を有効利用できる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係わる静電型超音波トランスデューサを使用した超音波スピーカの構成例を図５に示す。本実施形態に係る超音波スピーカは、上述した本発明の静電型超音波トランスデューサ（図１）、すなわち、スリット状の貫通穴（開口部）を有し、貫通穴内のブリッジ部に電極層を設けたＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサで構成される。

図５において、本実施形態に係る超音波スピーカは、可聴波周波数帯の信号波を生成する可聴周波数波発振源２０１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発振源２０２と、変調器２０３と、パワーアンプ２０４と、静電型超音波トランスデューサ２０５とを有している。
変調器２０３は、キャリア波発振源２０２から出力されるキャリア波を可聴周波数波発振源２０１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２０４を介して静電型超音波トランスデューサ２０５に供給する。

上記構成において、可聴周波数波発振源２０１より出力される信号波によってキャリア波発振源２０２から出力される超音波周波数帯のキャリア波を変調器２０３により変調し、パワーアンプ２０４で増幅した変調信号により静電型超音波トランスデューサ２０５を駆動する。この結果、上記変調信号が静電型超音波トランスデューサ２０５により有限振幅レベルの音波に変換され、この音波は媒質中（空気中）に放射されて媒質（空気）の非線形効果によって元の可聴周波数帯の信号音が自己再生される。

すなわち、音波は空気を媒体として伝播する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分な顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波（超音波周波数帯）とに波形分離され、可聴波周波数帯の信号波（信号音）が再生される。

静電型超音波トランスデューサ２０５には、図１に示す本発明の静電型超音波トランスデューサ１が使用され、高音圧の音響信号を広帯域性を持って出力することができる。このため、様々な用途にスピーカとして利用することが可能となる。

超音波は空中では減衰が激しく、その周波数の二乗に比例して減衰する。したがって、キャリア周波数（超音波）が低いと減衰も少なくビーム状に遠くまで音の届く超音波スピーカを提供することができる。
逆にキャリア周波数が高いと減衰が激しいのでパラメトリックアレイ効果が十分に起きず、音が広がる超音波スピーカを提供することができる。これらは同じ超音波スピーカでも用途に応じて使い分けることが可能なため大変有効な機能である。

また、ペットとして人間と生活をともにすることの多い犬は４０ｋＨｚまで、猫は１００ｋＨｚまでの音を聴くことが可能であるため、それ以上のキャリア周波数をもちいれば、ペットに及ぼす影響もなくなるという利点も有する。いずれにせよ色々な周波数で利用できるということは多くのメリットをもたらす。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の静電型超音波トランスデューサ、すなわち、スリット状の貫通穴（開口部）を有し、貫通穴内のブリッジ部に電極層を設けたＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサ（図１）で構成される超音波スピーカを使用した指向性音響システムについて説明する。なお、静電型超音波トランスデューサを、以下、単に「超音波トランスデューサ」とも呼ぶ。

以下、本発明に係る指向性音響システムの一例としてプロジェクタ（表示装置）を例に採り説明する。図６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。

プロジェクタ３０１の外観構成を図７に示す。プロジェクタ３０１は、映像をスクリーン等の投影面に投影する投影光学系を含むプロジェクタ本体３２０と、超音波周波数帯の音波を発振できる超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂ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が一体的に構成されている。本実施形態では、ステレオ音声信号を再生するために、投影光学系を構成するプロジェクタレンズ３３１を挟んで左右に超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂがプロジェクタ本体に搭載されている。
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、プロジェクタ３０１では、超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサとして本発明によるＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサ（スリット状の貫通穴と、貫通穴内のブリッジ部に電極層を形成した静電型超音波トランスデューサ）を使用しており、広周波数帯域の音響信号（超音波周波数帯の音波）を高音圧で発振することができる。このため、キャリア波の周波数を変更することにより可聴周波数帯の再生信号の空間的な再生範囲を制御することにより、ステレオサラウンドシステムや５．１ｃｈサラウンドシステム等で得られるような音響効果を従来必要であった大掛かりな音響システムを必要とすることなく実現でき、かつ持ち運びが容易なプロジェクタを実現することができる。

次に、プロジェクタ３０１の電気的構成を図８に示す。プロジェクタ３０１は、操作入力部３１０と、再生範囲設定部３１２、再生範囲制御処理部３１３、音声／映像信号再生部３１４、キャリア波発振源３１６、変調器３１８Ａ，３１８Ｂ、パワーアンプ３２２Ａ，３２２Ｂ及び静電型超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂからなる超音波スピーカと、ハイパスフィルタ３１７Ａ，３１７Ｂと、ローパスフィルタ３１９と、ミキサ３２１と、パワーアンプ３２２Ｃと、低音再生用スピーカ３２３と、プロジェクタ本体３２０とを有している。なお、超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂは本発明によるＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサ（スリット状の貫通穴を有し、貫通穴内のブリッジ部に電極層を形成した静電型超音波トランスデューサ）である。

プロジェクタ本体３２０は、映像を生成する映像生成部３３２と、生成された映像を投影面に投影する投影光学系３３３とを有している。プロジェクタ３０１は、超音波スピーカ及び低音再生用スピーカ３２３と、プロジェクタ本体３２０とが一体化されて構成されている。

操作入力部３１０は、テンキー、数字キー、電源のオン、オフをおこなうための電源キーを含む各種機能キーを有している。再生範囲設定部３１２は、ユーザが操作入力部３１０をキー操作することにより再生信号（信号音）の再生範囲を指定するデータを入力できるようになっており、該データが入力されると、再生信号の再生範囲を規定するキャリア波の周波数が設定され、保持されるようになっている。再生信号の再生範囲の設定は、超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離を指定することにより行われる。

また、再生範囲設定部３１２は、音声／映像信号再生部３１４より映像内容に応じて出力される制御信号によりキャリア波の周波数が設定できるようになっている。
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、再生範囲を規定する超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離とキャリア波の周波数との関係を示すテーブルが予め記憶されている記憶部を有している。このテーブルのデータは、キャリア波の周波数と上記再生信号の到達距離との関係を実際に計測することにより得られる。
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。

音声／映像信号再生部３１４は、例えば、映像媒体としてＤＶＤを用いるＤＶＤプレーヤーであり、再生した音声信号のうちＲチャンネルの音声信号は、ハイパスフィルタ３１７Ａを介して変調器３１８Ａに、Ｌチャンネルの音声信号はハイパスフィルタ３１７Ｂを介して変調器３１８Ｂに、映像信号はプロジェクタ本体３２０の映像生成部３３２にそれぞれ、出力されるようになっている。
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、ミキサ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。

ハイパスフィルタ３１７Ａ，３１７Ｂは、それぞれ、Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号における中高音域（第一の音域）の周波数成分のみを通過させる特性を有しており、またローパスフィルタは、Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号における低音域（第二の音域）の周波数成分のみを通過させる特性を有している。
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。

なお、音声／映像信号再生部３１４はＤＶＤプレーヤーに限らず、外部から入力されるビデオ信号を再生する再生装置であってもよい。また、音声／映像信号再生部３１４は、再生される映像のシーンに応じた音響効果を出すために再生音の再生範囲を動的に変更するように、再生範囲設定部３１２に再生範囲を指示する制御信号を出力する機能を有している。

キャリア波発振源３１６は、再生範囲設定部３１２より指示された超音波周波数帯の周波数のキャリア波を生成し、変調器３１８Ａ，３１８Ｂに出力する機能を有している。
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。

超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂは、それぞれ、変調器３１８Ａ，３１８Ｂからパワーアンプ３２２Ａ，３２２Ｂを介して出力される変調信号により駆動され、該変調信号を有限振幅レベルの音波に変換して媒質中に放射し、可聴周波数帯の信号音（再生信号）を再生する機能を有する。

映像生成部３３２は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のディスプレイと、該ディスプレイを音声／映像信号再生部３１４から出力される映像信号に基づいて駆動する駆動回路等を有しており、音声／映像信号再生部３１４から出力される映像信号から得られる映像を生成する。
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。

次に、上記構成からなるプロジェクタ３０１の動作について説明する。まず、ユーザのキー操作により操作入力部３１０から再生信号の再生範囲を指示するデータ（距離情報）が再生範囲設定部３１２に設定され、音声／映像信号再生部３１４に再生指示がなされる。

この結果、再生範囲設定部３１２には、再生範囲を規定する距離情報が設定され、再生範囲制御処理部３１３は、再生範囲設定部３１２に設定された距離情報を取り込み、内蔵する記憶部に記憶されているテーブルを参照し、上記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、該周波数のキャリア波を生成するようにキャリア波発振源３１６を制御する。
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。

一方、音声／映像信号再生部３１４は、再生した音声信号のうちＲチャンネルの音声信号を、ハイパスフィルタ３１７Ａを介して変調器３１８Ａに、Ｌチャンネルの音声信号をハイパスフィルタ３１７Ｂを介して変調器３１８Ｂに、Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号をミキサ３２１に出力し、映像信号をプロジェクタ本体３２０の映像生成部３３２にそれぞれ、出力する。

したがって、ハイパスフィルタ３１７Ａにより上記Ｒチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号が変調器３１８に入力され、ハイパスフィルタ３１７Ｂにより上記Ｌチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号が変調器３１８Ｂに入力される。
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ミキサ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。

映像生成部３３２では、入力された映像信号に基づいてディスプレイを駆動して映像を生成し、表示する。このディスプレイに表示された映像は、投影光学系３３３により、投影面、例えば、図６に示すスクリーン３０２に投影される。
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。

パワーアンプ３２２Ａ，３２２Ｂにより増幅された変調信号は、それぞれ、超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂの前面側電極１０の電極層１４と背面側電極２０の電極層２４（図１参照）との間に印加され、該変調信号は、有限振幅レベルの音波（音響信号）に変換され、媒質（空気中）に放射され、超音波トランスデューサ３２４Ａからは、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が再生され、超音波トランスデューサ３２４Ｂからは、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が再生される。
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。

前述したように、超音波トランスデューサにより媒質中（空気中）に放射された超音波の伝播においては、その伝播に伴い音圧の高い部分では音速が高くなり、音圧の低い部分では音速は遅くなる。この結果、波形の歪みが発生する。

放射する超音波帯域の信号（キャリア波）を可聴周波数帯の信号で変調（ＡＭ変調）しておいた場合には、上記波形歪みの結果により、変調時に用いた可聴周波数帯の信号波が超音波周波数帯のキャリア波と分離して自己復調する形で形成される。その際、再生信号の広がりは超音波の特性からビーム状となり、通常のスピーカとは全く異なる特定方向のみに音が再生される。

超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ３２４から出力されるビーム状の再生信号は、投影光学系３３３により映像が投影される投影面（スクリーン）に向けて放射され、投影面で反射され拡散する。この場合に、再生範囲設定部３１２に設定されるキャリア波の周波数に応じて、超音波トランスデューサ３２４の音波放射面からその放射軸方向（法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、キャリア波のビーム幅（ビームの拡がり角）が異なるために、再生範囲は、変化する。

プロジェクタ３０１における超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂを含んで構成される超音波スピーカによる再生信号の再生時の状態を図９に示す。プロジェクタ３０１において、キャリア波が音声信号により変調された変調信号により超音波トランスデューサが駆動される際に、再生範囲設定部３１２により設定されたキャリア周波数が低い場合は、超音波トランスデューサ３２４の音波放射面からその放射軸方向（音波放射面の法線方向においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が長くなる。

したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、比較的拡がらずに投影面
（スクリーン）３０２に到達することとなり、この状態で投影面３０２において反射するので、再生範囲は、図９において点線の矢印で示す可聴範囲Ａとなり、投影面３０２から比較的に遠くかつ狭い範囲でのみ再生信号（再生音）が聞こえる状態となる。

これに対して、再生範囲設定部３１２により設定されたキャリア周波数が上述した場合より高い場合は、超音波トランスデューサ３２４の音波放射面から放射される音波は、キャリア周波数が低い場合より絞られているが、超音波トランスデューサ３２４の音波放射面からその放射軸方向（音波放射面の法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が短くなる。

したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、投影面３０２に到達する前に拡がって投影面３０２に到達することとなり、この状態で投影面３０２において反射するので、再生範囲は、図９において実線の矢印で示す可聴範囲Ｂとなり、投影面３０２から比較的に近くかつ広い範囲でのみ再生信号（再生音）が聞こえる状態となる。

以上説明したように、本発明のプロジェクタでは、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサ（スリット状の貫通穴を有し、貫通穴内のブリッジ部に電極層を形成した静電型超音波トランスデューサ）で構成された超音波スピーカを使用しており、音響信号を十分な音圧レベル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、その再生範囲の制御も容易に行えるようになる。

なお、上述したプロジェクタは、大画面で画像を見たい場合に使用されものであるが、近時、大画面液晶テレビや大画面プラズマテレビが急速に普及しており、それらの大画面テレビにも、本発明の超音波スピーカを効果的に使用することができる。

すなわち、大画面テレビに本発明による超音波スピーカを使用することにより、大画面テレビの前方に向けて局所的に音声信号を放射することが可能になる。

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、超音波スピーカ、および表示装置は、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。

本発明の静電型超音波トランスデューサの構成例を示す図。 本発明の静電型超音波トランスデューサの他の構成例を示す図。 振動膜の振動電極を多層にした例を示す図。 静電型超音波トランスデューサの背面に反射板を設けた例を示す図。 本発明による超音波スピーカの構成を示すブロック図 本発明によるプロジェクタの使用状態を示す図。 図６に示したプロジェクタの外観構成を示す図。 図６に示したプロジェクタの電気的構成を示すブロック図。 超音波トランスデューサによる再生信号の再生状態の説明図。 従来のプッシュプル型の静電型超音波トランスデューサの構成を示す図。 円形の貫通穴にブリッジ構造の電極層を設けた例を示す図。

符号の説明

１、２、３・・・静電型超音波トランスデューサ、１０・・・前面側電極、１１・・・振動膜支持部、１２・・・ブリッジ部、１３・・・開口部（貫通穴）、１４・・・電極層、２０・・・背面側電極、２１・・・振動膜支持部、２２・・・ブリッジ部、２３・・・開口部（貫通穴）、２４・・・電極層、３０、３０Ａ・・・振動膜、３１、３３、３５・・・誘電体膜、３２、３４・・・振動電極、３６・・・直流電源、３７・・・信号源、３７Ａ，３７Ｂ・・・交流信号、４０・・・前面側電極、４１・・・補強部材、４２Ａ、４２Ｂ・・・電極層、５０・・・前面側電極、５１、５２・・・補強部材、５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ・・・電極層、６０Ａ・・・前面側固定電極、６０Ｂ・・・背面側固定電極、６１Ａ、６１Ｂ・・・貫通孔、６２・・・支持部材、７０、７０Ａ・・・電極、７１、７１Ａ・・・貫通穴、７２、７２Ａ・・・十字ブリッジ部、７３、７３Ａ・・・電極層、１０１、１０２・・・反射板、２０１・・・可聴周波数波発振源、２０２・・・キャリア波発振源、２０３・・・変調器、２０４・・・パワーアンプ、２０５・・・静電型超音波トランスデューサ、３０１・・・プロジェクタ、３０２・・・スクリーン（投影面）、３０３・・・視聴者、３１０・・・操作入力部、３１２・・・再生範囲設定部、３１３・・・再生範囲制御処理部、３１４・・・音声／映像信号再生部、３１６・・・キャリア波発振源、３１７Ａ、３１７Ｂ・・・ハイパスフィルタ、３１８Ａ、３１８Ｂ・・・変調器、３１９・・・ローパスフィルタ、３２０・・・プロジェクタ本体、３２１・・・ミキサ、３２２Ａ、３２２Ｂ・・・パワーアンプ、３２２Ｃ・・・パワーアンプ、３２３・・・低音再生用スピーカ、３２４Ａ、３２４Ｂ・・・超音波トランスデューサ、３３１・・・プロジェクタレンズ、３３２・・・映像生成部、３３３・・・投影光学系

Claims (11)

1. スリット状の貫通穴を有する第１の電極と、
   スリット状の貫通穴を有する第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、
   前記一対の電極は、前記貫通穴の内部に前記貫通穴の長手方向に配置された電極層を有し、
   前記一対の電極における前記電極層間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯域の信号波で変調した変調波が印加されること
   を特徴とする静電型超音波トランスデューサ。
2. 前記第１の電極の前記貫通穴および前記第２の電極の前記貫通穴の内部に、前記貫通穴の長手方向に平行であると共に前記振動膜の非振動時における表面に対して前記貫通穴の深さ方向に所定の間隔を持って対向する振動膜対向面を備えるブリッジ部を有し、
   前記ブリッジ部の前記振動膜対向面に前記電極層が形成されていること
   を特徴とする静電型超音波トランスデューサ。
3. 前記第１の電極、第２の電極、および前記ブリッジ部が非導電性材料で形成されていること
   を特徴とする請求項２に記載の静電型超音波トランスデューサ。
4. 前記第１の電極と前記第２の電極との少なくともいずれか一方に、
   前記貫通穴の内部に前記貫通穴を短手方向に横断する補強部材を有すること
   を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
5. 前記振動膜は、導電層が多層に形成されていること
   を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
6. 前記静電型超音波トランスデューサの背面に音響反射板を設けたこと
   を特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
7. 前記音響反射板は、静電型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静電型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静電型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、
   前記一対の第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の反射板とで構成されていること
   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。
8. 可聴周波数帯の信号波を生成する信号源から出力される信号波により超音波周波数帯のキャリア波を変調し、該変調波により静電型超音波トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカであって、
   前記静電型超音波トランスデューサは、
   スリット状の貫通穴を有する第１の電極と、
   スリット状の貫通穴を有する第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、
   前記一対の電極は、前記貫通穴の内部に前記貫通穴の長手方向に配置された電極層を有し、
   前記一対の電極における前記電極層間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯域の信号波で変調した変調波が印加されること
   を特徴とする超音波スピーカ。
9. スリット状の貫通穴を有する第１の電極と、
   スリット状の貫通穴を有する第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、
   前記一対の電極は、前記貫通穴の内部に前記貫通穴の長手方向に配置された電極層を有する、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、
   キャリア波供給源により超音波周波数帯のキャリア波を生成する手順と、
   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、
   前記一対の電極における前記電極層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の音声信号再生方法。
10. 音響ソースから供給される音声信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により静電型超音波トランスデューサを駆動して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、
    で構成される表示装置であって、
    前記超音波スピーカの静電型超音波トランスデューサは、
    スリット状の貫通穴を有する第１の電極と、
    スリット状の貫通穴を有する第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、
    前記一対の電極は、前記貫通穴の内部に前記貫通穴の長手方向に配置された電極層を有し、
    前記一対の電極における前記電極層間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯域の信号波で変調した変調波が印加されること
    を特徴とする表示装置。
11. 音響ソースから供給される音声信号のうち第一の音域の信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により静電型超音波トランスデューサを駆動し可聴周波数帯の信号音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前記第一の音域よりも低い第二の音域の信号を再生する低音再生用スピーカと、
    を有する指向性音響システムであって、
    前記超音波スピーカの静電型超音波トランスデューサは、
    スリット状の貫通穴を有する第１の電極と、
    スリット状の貫通穴を有する第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、
    前記一対の電極は、前記貫通穴の内部に前記貫通穴の長手方向に配置された電極層を有し、
    前記一対の電極における前記電極層間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯域の信号波で変調した変調波が印加されること
    を特徴とする指向性音響システム。

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