JP4867662B2 - Electrostatic ultrasonic transducer, ultrasonic speaker, and audio signal reproduction method for electrostatic ultrasonic transducer - Google Patents

Electrostatic ultrasonic transducer, ultrasonic speaker, and audio signal reproduction method for electrostatic ultrasonic transducer Download PDF

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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。   The present invention relates to an electrostatic ultrasonic transducer used in a directivity acoustic radiation device, and in particular, in an electrostatic ultrasonic transducer, an area of a vibrating portion of a vibrating membrane and an opening that radiates an acoustic signal. Electrostatic ultrasonic transducer, ultrasonic speaker equipped with electrostatic ultrasonic transducer, and audio signal reproducing method of electrostatic ultrasonic transducer, which can increase area and obtain large amplitude with low voltage The present invention relates to a display device including an ultrasonic speaker and a directional acoustic system.

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)。   As an ultrasonic transducer used for an acoustic radiation device with sharp directivity, a piezoelectric type and an electrostatic type have been proposed. Piezoelectric ultrasonic transducers have the drawback that sound reproducibility is poor because the resonance point is sharp and it is difficult to widen the bandwidth (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

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)。   On the other hand, electrostatic ultrasonic transducers do not have sharp resonance of the diaphragm itself, and use of the air column resonance phenomenon of an acoustic tube enables a wider bandwidth and excellent sound reproducibility (good sound quality). Has advantages (for example, see Patent Document 3).

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。   FIG. 10 is a diagram showing a conventional electrostatic ultrasonic transducer 3. FIG. 1A shows a cross section of the electrostatic ultrasonic transducer 3. The electrostatic ultrasonic transducer 3 includes a vibrating membrane 30 having a vibrating electrode (conductive layer) 32, and each of the vibrating membrane 30. It has a pair of fixed electrode which consists of the front side fixed electrode 60A and the back side fixed electrode 60B which were provided facing the surface. The vibration film 30 is formed so that a vibration electrode (conductive layer) 32 forming an electrode is sandwiched between dielectric films (insulating films) 31 and 33.

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。   The front-side fixed electrode 60A that sandwiches the vibration film 30 is provided with a plurality of through holes 61A, and the back-side fixed electrode 60B is opposed to each through-hole 61A provided in the front-side fixed electrode 60A. Are provided with through holes 61B having the same shape. The front-side fixed electrode 60A and the back-side fixed electrode 60B are supported by a support member 62 with a predetermined gap from the vibrating membrane 30, respectively, so that the vibrating membrane 30 and the fixed electrode are opposed to each other with a gap. The support member 62 is formed. FIG. 10B shows a one-sided plan view of the transducer, and a plurality of through holes 61A are arranged in a honeycomb shape on the front-side fixed electrode 60A.

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。   The DC power source 36 is a power source for applying a DC bias voltage to the vibration electrode 32, and AC signals 37 </ b> A and 37 </ b> B are applied to the front side fixed electrode 60 </ b> A and the back side fixed electrode 60 </ b> B in order to drive the vibration film 30. Signal. With the above configuration, the front side fixed electrode 60A and the back side fixed electrode 60B of the electrostatic ultrasonic transducer 3 are supplied with AC signals 37A and 37B having the same amplitude and opposite phases with respect to the center tap. Applied.

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
In this way, the direction in which the electrostatic force works alternately changes while the vibrating membrane 30 receives electrostatic attraction and electrostatic repulsive force in the same direction according to the change in polarity of the AC signal. An acoustic signal having a sound pressure level sufficient to obtain the parametric array effect can be generated. As described above, the electrostatic ultrasonic transducer 3 shown in FIG. 10 has a push-pull type electrostatic super-vibration because the vibrating membrane 30 vibrates by receiving a force from the pair of fixed electrodes 60A and 60B. It is called a sonic transducer.
JP-A 61-296897 JP 2000-287297 A JP 2006-93932 A

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。   The above-described electrostatic ultrasonic transducer has advantages in that it can have a wide band and has excellent sound reproducibility (good sound quality) compared to a resonant ultrasonic transducer.

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。   However, in this electrostatic ultrasonic speaker, the vibration part area of the membrane is as small as, for example, less than 15% of the acoustic radiation surface area of the transducer, so vibration energy cannot be effectively released into the air as acoustic energy. I had a problem. Ultrasonic speakers are required to release high acoustic energy into the air, but further enhancement of the sound level has been desired even in an electrostatic system that can obtain a relatively high sound pressure. Furthermore, in the electrostatic system, in order to obtain a high sound pressure output, a signal having a high voltage of 200 V or more is required, and a reduction in voltage has been a problem.

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。   In order to cope with such a problem, the applicant of the present application is currently applying for the electrostatic ultrasonic transducer shown in FIG. FIG. 11A shows a plan view of one electrode 70 of the pair of electrodes 70 and 70A sandwiching the vibrating membrane as viewed from the vibrating membrane side. FIG. 11B is a cross-sectional view of the electrostatic ultrasonic transducer, and is a cross-sectional view in the XX ′ direction in FIG.

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。   In this electrostatic ultrasonic transducer, a circular through hole 71 is provided in an electrode (base material) 70 made of a non-conductive material, and a cross bridge portion 72 facing the vibrating membrane 30 is formed in the circular through hole 71. It is provided. The cross bridge portion 72 is formed such that its length (length in the depth direction of the through hole) has a predetermined interval (for example, 5 to 6 μm) with respect to the surface of the vibrating membrane 30 when it is not vibrating. An electrode layer 73 is formed on the surface of the cross bridge portion 72 facing the vibration film 30. Similarly, a through hole 71A, a cross bridge portion 72A, and an electrode layer 73A are formed in the other electrode 70A. A DC bias voltage is applied to the vibration electrode 32 of the vibration film 30, and an AC signal is applied between the cross-shaped electrode layer 73 and the electrode layer 73 </ b> A.

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。   Such a structure makes it possible to efficiently convert electrical energy into membrane vibration energy (to obtain a large amplitude acoustic signal). However, the problem of increasing the acoustic radiation area has not been solved.

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。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to increase the area of a vibrating portion of a vibrating membrane and to provide an opening for emitting an acoustic signal in an electrostatic ultrasonic transducer. An electrostatic ultrasonic transducer, an ultrasonic speaker including the electrostatic ultrasonic transducer, and an electrostatic ultrasonic transducer, which can increase the area and obtain a large amplitude acoustic signal with a low voltage signal An audio signal reproducing method, a display device including an ultrasonic speaker, and a directional acoustic system are provided.

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。
The present invention has been made to solve the above problems, and an electrostatic ultrasonic transducer of the present invention includes a first electrode having a slit-like through hole and a second electrode having a slit-like through hole. A pair of electrodes, wherein the through hole of the first electrode and the through hole of the second electrode are arranged to make a pair, and the first electrode and the second electrode A vibration layer sandwiched between and having a conductive layer, to which a DC bias voltage is applied to the conductive layer,
The pair of electrodes includes an electrode layer disposed in the longitudinal direction of the through hole inside the through hole, and an ultrasonic frequency band carrier wave is transmitted between the electrode layers of the pair of electrodes in an audible frequency band. A modulated wave modulated by a signal wave is applied.
In the electrostatic ultrasonic transducer having the above-described configuration, a plurality of slit-shaped (rectangular) through holes (openings) are provided in each of the pair of electrodes that sandwich the vibration film, and the inside of the slit-shaped through holes is An electrode layer facing the vibrating membrane with a predetermined distance is disposed in the longitudinal direction of the through hole.
Thereby, for example, the shape of the through hole (vibration shape of the vibrating membrane) can be changed from the circular shape shown in FIG. 11 to the rectangular shape (slit shape) shown in FIG. For this reason, while increasing the vibration area of a diaphragm, the area of the opening which radiates | emits an acoustic signal can be increased, and a large amplitude acoustic signal can be obtained with a low voltage signal. As a result, the electrical / acoustic energy conversion efficiency can be improved and high sound pressure can be obtained.

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。
The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that is formed in the through hole of the first electrode and the through hole of the second electrode.
In the electrostatic ultrasonic transducer having the above-described configuration, a plurality of slit-like (rectangular) through holes are provided in each of the pair of electrodes that sandwich the vibration film, and the vibration film is parallel to the longitudinal direction of the through hole. A bridge portion having a diaphragm facing surface facing the surface in the depth direction of the through hole with respect to the surface at the time of non-vibration, and an electrode layer is provided on the diaphragm facing surface of the bridge portion. Form.
Thereby, while being able to form an electrode and a bridge | bridging part integrally, an electrode layer can be formed easily.

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。
The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that the first electrode, the second electrode, and the bridge portion are formed of a non-conductive material.
In the electrostatic ultrasonic transducer having the above configuration, the first electrode, the second electrode, and the bridge portion are formed of a nonconductive material, and the electrode layer is formed on the vibration film facing surface of the bridge portion.
Thereby, the electrode of the electrostatic ultrasonic transducer can be formed of a material such as plastic, and the electrostatic ultrasonic transducer can be manufactured at a low cost and at a low cost.

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。
In the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention, at least one of the first electrode and the second electrode may be a reinforcing member that crosses the through hole in the short direction inside the through hole. It is characterized by having.
In the electrostatic ultrasonic transducer having the above-described configuration, the through hole is formed in the through hole in at least one of the first electrode and the second electrode which are a pair of electrodes sandwiching the vibration film. A reinforcing member that crosses in the short direction is provided.
Thereby, in addition to the effect of increasing the vibration area of the vibration film and increasing the area of the opening that radiates the acoustic signal, the strength of the electrode of the electrostatic ultrasonic transducer can be increased. For this reason, it is possible to manufacture an electrostatic ultrasonic transducer having a large area (for example, 50 mm × 50 mm or more).

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。
The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that the vibration film has a multi-layered conductive layer.
In the electrostatic ultrasonic transducer having the above configuration, the conductive layer (vibrating electrode) of the vibrating membrane is formed in multiple layers.
Thereby, the electrostatic force applied to the diaphragm can be increased, the amplitude of the diaphragm can be increased, and the sound pressure level of the output acoustic signal can be increased.

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。
The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that an acoustic reflector is provided on the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer.
In the electrostatic ultrasonic transducer having the above configuration, an acoustic reflector is installed on the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer, and the ultrasonic waves emitted from the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer are reflected on the front surface. For example, the acoustic reflector is disposed so that all the ultrasonic waves radiated from the respective openings on the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer are radiated to the front surface of the electrostatic ultrasonic transducer through a path having the same length.
Thereby, the ultrasonic wave emitted from the front surface and the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer can be effectively used.

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。
In the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention, one end of the acoustic reflector is located at a center position on the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer, and both sides of the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer are based on the center position. A pair of first reflectors arranged at an angle of 45 ° with respect to the other end of the electrostatic ultrasonic transducer, and the ends of the pair of first reflectors; A pair of second reflectors each having a right angle and being connected to the outer side of the first reflector and having a length equivalent to the length of the first reflector, To do.
In the electrostatic ultrasonic transducer having the above-described configuration, the acoustic reflector is configured such that all the ultrasonic waves radiated from the openings on the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer are radiated to the front surface of the ultrasonic transducer through the same length path. Placed in. That is, the first reflecting plate is disposed at an angle of 45 ° with respect to both sides of the center M on the back surface of the ultrasonic transducer, and the length of the first reflecting plate coincides with the end of the ultrasonic transducer. The ultrasonic wave emitted from the back surface of the ultrasonic transducer is reflected in the horizontal direction by the first reflecting plate. Next, by connecting the second reflecting plate connected at a right angle to the first reflecting plate to the outside of the first reflecting plate, the ultrasonic wave is emitted to the front surface of the ultrasonic transducer. The second reflector length is also required to be equal to the first reflector length. In this way, all the ultrasonic waves radiated from the back surface of the ultrasonic transducer are reflected along the same length path, and the phases of the ultrasonic waves emitted from the back surface to the front surface are all aligned.
Thereby, the ultrasonic wave emitted from the front surface and the back surface of the transducer can be effectively used.

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。
The ultrasonic speaker of the present invention modulates a carrier wave in the ultrasonic frequency band with a signal wave output from a signal source that generates a signal wave in the audible frequency band, and an electrostatic ultrasonic transducer is modulated with the modulated wave. An ultrasonic speaker that reproduces signal sound in an audible frequency band by driving, wherein the electrostatic ultrasonic transducer includes a first electrode having a slit-like through hole and a first electrode having a slit-like through hole. A pair of the first electrode and the second electrode, the second electrode, the through hole of the first electrode and the through hole of the second electrode arranged in a pair. And a vibration film that has a conductive layer and is applied with a DC bias voltage to the conductive layer, and the pair of electrodes are disposed in the longitudinal direction of the through hole inside the through hole. Having an electrode layer To the electrode layers in the pair of electrodes is characterized in that modulated wave obtained by modulating the carrier wave in the ultrasonic frequency band by signal waves in the audio frequency band is applied.
In the ultrasonic speaker of the present invention configured as described above, in the ultrasonic speaker that modulates the carrier wave in the ultrasonic frequency band with the signal wave in the audible frequency band and drives the electrostatic ultrasonic transducer with the modulated wave, An electrostatic ultrasonic transducer having a slit-like through-hole and an electrode layer facing the vibration film inside the through-hole is used.
As a result, the vibration area of the vibration film of the electrostatic ultrasonic transducer used in the ultrasonic speaker can be increased, and the area of the opening that radiates the acoustic signal can be increased. As a result, it is possible to realize an ultrasonic speaker that can generate an acoustic signal having a sufficiently high sound pressure level to obtain a parametric array effect over a wide frequency band.

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。
The method of reproducing an audio signal of an electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention includes: a first electrode having a slit-like through hole; a second electrode having a slit-like through hole; The through hole and the through hole of the second electrode are arranged to make a pair, and are sandwiched between a pair of electrodes composed of the first electrode and the second electrode, and have a conductive layer A vibrating membrane to which a DC bias voltage is applied to the conductive layer, and the pair of electrodes has an electrode layer disposed in the longitudinal direction of the through hole inside the through hole. A procedure for generating a signal wave in an audible frequency band by a signal source, a procedure for generating a carrier wave in an ultrasonic frequency band by a carrier wave supply source, and a signal in the audible frequency band. Modulated by waves And a step of driving the electrostatic ultrasonic transducer by applying the modulation signal between the electrode layers of the pair of electrodes.
In the audio signal reproducing method of the electrostatic ultrasonic transducer including such a procedure, the carrier wave in the ultrasonic frequency band is modulated by the signal wave in the audible frequency band, and the electrostatic ultrasonic transducer is driven by the modulated wave. In the ultrasonic speaker, an electrostatic ultrasonic transducer having an electrode layer having a slit-like through hole in the electrode and facing the vibration film inside the through hole is used.
As a result, the vibration area of the vibration film of the electrostatic ultrasonic transducer used in the ultrasonic speaker can be increased, and the area of the opening that radiates the acoustic signal can be increased. As a result, it is possible to generate an acoustic signal having a sound pressure level that is sufficiently high to obtain a parametric array effect over a wide frequency band.

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。
The display device of the present invention modulates a carrier wave signal in an ultrasonic frequency band with an audio signal supplied from an acoustic source, and drives an electrostatic ultrasonic transducer with the modulated signal to generate a signal sound in an audible frequency band. A display device comprising: an ultrasonic speaker to be reproduced; and a projection optical system that projects an image on a projection surface, wherein the electrostatic ultrasonic transducer of the ultrasonic speaker has a slit-shaped through hole. 1 electrode, a second electrode having a slit-like through hole, the through hole of the first electrode and the through hole of the second electrode are arranged in pairs, and the first electrode A vibration film sandwiched between a pair of electrodes composed of one electrode and the second electrode and having a conductive layer, and a DC bias voltage is applied to the conductive layer, the pair of electrodes, Inside the through hole A modulation wave obtained by modulating a carrier wave in an ultrasonic frequency band with a signal wave in an audible frequency band is applied between the electrode layers of the pair of electrodes. Features.
In the display device having the above-described configuration, an ultrasonic speaker including an electrostatic ultrasonic transducer having a slit-like through hole in the electrode and an electrode layer facing the vibration film inside the through hole is used. And the audio | voice signal supplied from an acoustic source is reproduced | regenerated by this ultrasonic speaker.
As a result, the acoustic signal can be reproduced so as to be emitted from a virtual sound source formed in the vicinity of a sound wave reflecting surface such as a screen with sufficient sound pressure and wide band characteristics. For this reason, it is possible to easily control the reproduction range of the acoustic signal.

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。
Further, the directional acoustic system of the present invention modulates a carrier wave signal in an ultrasonic frequency band with a signal in a first sound range among audio signals supplied from an acoustic source, and an electrostatic ultrasonic transducer is modulated with the modulated signal. An ultrasonic speaker that drives and reproduces a signal sound in an audible frequency band; and a low-frequency sound reproduction speaker that reproduces a signal in a second sound range lower than the first sound range among sound signals supplied from the acoustic source; The electrostatic ultrasonic transducer of the ultrasonic speaker includes: a first electrode having a slit-like through hole; a second electrode having a slit-like through hole; When the through hole of the first electrode and the through hole of the second electrode are arranged so as to make a pair, and are sandwiched between a pair of electrodes composed of the first electrode and the second electrode When A vibration layer to which a DC bias voltage is applied to the conductive layer, and the pair of electrodes includes an electrode layer disposed in the longitudinal direction of the through hole inside the through hole. And a modulated wave obtained by modulating a carrier wave in an ultrasonic frequency band with a signal wave in an audible frequency band is applied between the electrode layers of the pair of electrodes.
In the directional acoustic system having the above configuration, an ultrasonic speaker including an electrostatic ultrasonic transducer having a slit-like through hole in the electrode and an electrode layer facing the vibration film inside the through hole is used. . The ultrasonic speaker reproduces an audio signal in the middle / high range (first range) of the audio signal supplied from the acoustic source. In addition, a sound signal in the low sound range (second sound range) among the sound signals supplied from the acoustic source is reproduced by a low sound reproduction speaker.
Therefore, it is possible to reproduce the mid-high range sound so that it can be emitted from a virtual sound source formed in the vicinity of a sound wave reflecting surface such as a screen with sufficient sound pressure and wide band characteristics. Further, since the sound in the low frequency range is directly output from the low sound reproduction speaker provided in the sound system, the low frequency range can be reinforced and a more realistic sound field environment can be created.

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。
First, an outline of the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention will be described.
In order to increase the sound pressure level of the acoustic signal radiated from the electrostatic ultrasonic transducer, it is necessary to increase the vibration amplitude and vibration area of the vibrating membrane, which increases the electrostatic force acting on the membrane and the vibration area. It is important to increase the ratio. In the present invention, the bridge structure for increasing the membrane amplitude is improved, and the vibration shape of the vibration membrane is changed from the circular shape shown in FIG. 11 to the rectangular shape (slit shape) shown in FIG. While increasing a vibration area, the area of the opening part which radiates | emits an acoustic signal is increased. As a result, the electrical / acoustic energy conversion efficiency can be improved and a high sound pressure acoustic signal can be obtained.

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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an electrostatic ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 1B is a plan view of the electrode viewed from the vibrating membrane side.

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。   The electrostatic ultrasonic transducer 1 of the present invention includes a vibrating membrane 30, a front electrode (first electrode) 10 and a rear electrode (second electrode) 20, which are a pair of electrodes sandwiching the vibrating membrane 30, and It consists of the circuit which drives.

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。   The front electrode 10 includes a diaphragm supporting portion 11 for sandwiching the diaphragm 30, an opening 13 that is a slit-shaped (rectangular) through-hole, and an inside of the opening (through-hole) 13. It is formed with the bridge part 12 arrange | positioned in parallel with the longitudinal direction. The bridge portion 12 is disposed such that the bottom surface (vibrating film facing surface facing the vibrating film 30) maintains a predetermined distance (for example, 5 to 6 μm) from the film surface of the vibrating film 30 when not vibrating. The An electrode layer 14 is formed on the vibration film facing surface of the bridge portion 12 that faces the vibration film 30.

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。   Similarly, the back electrode 20 includes a diaphragm supporting portion 21 for sandwiching the diaphragm 30, an opening 23 that is a slit-like (rectangular) through-hole, and an inside of the opening (through-hole) 23. And the bridge portion 22 arranged in parallel with the longitudinal direction of the through hole. The bridge portion 22 is disposed such that the bottom surface (vibrating membrane facing surface facing the vibrating membrane 30) maintains a predetermined distance (for example, 5 to 6 μm) from the membrane surface of the vibrating membrane 30 when not vibrating. The An electrode layer 24 is formed on the vibration film facing surface of the bridge portion 22 that faces the vibration film 30.

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。   In addition, the thickness of the front side electrode 10 and the back side electrode 20 is about 1.5 mm, for example. Further, as shown in FIG. 1B, the width of the slit-shaped through hole is, for example, about 1.5 mm, and the width of the bridge portion is about 0.5 mm.

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。   The front side electrode 10 and the back side electrode 20 are formed of a non-conductive base material (various plastics, glass, ceramics, etc.), and plating (printing) of metal (gold, silver, copper, aluminum, etc.) as the electrode layers 14, 24. , Vapor deposition, paste, and the like. An AC voltage of about 10 to 300 V is applied to the electrode layers 14 and 24 by AC signals 37A and 37B on the circuit side.

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。   The vibration film 30 is formed by covering a vibration electrode (conductive layer) 32 with dielectric films (insulators) 31 and 32. For example, a metal film processed on one side of a polymer film (dielectric film) having a thickness of several microns is laminated with an adhesive. As the material of the polymer film, for example, poly (ethylene terephthalate) (PET), aramid, poly ester, poly (ethylene naphthalate) (PEN), poly (phenylene sulfide) (PPS) or the like is used. Al (aluminum) is the most common material for the metallized portion forming the vibration electrode 32, and Ni, Cu, SUS, Ti, or the like may be used. The thickness of the metallized portion is preferably about 100 to 1500 mm. A DC bias voltage of 10 to 300 V is applied from the DC power supply 36 on the circuit side to the metallized portion (vibrating electrode 32) of the vibrating membrane.

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。   The operation of the electrostatic ultrasonic transducer 1 having the above configuration is basically the same as that of the electrostatic ultrasonic transducer 3 shown in FIG. 10, and an acoustic signal is generated by the push-pull operation of the vibration film 30. In other words, in the electrostatic ultrasonic transducer 1, the pair of electrodes 10, 20 has the same number and a plurality of slit-like openings (through holes) 13, 23 at positions facing each other via the vibration film 30. Between the electrode layers 14 and 24 of the bridge portions 12 and 22 of the pair of electrodes 10 and 20, AC signals 37A and 37B whose phases are mutually inverted by a signal source 37 are applied. Capacitors are formed between the electrode layer 14 and the vibrating electrode 32 and between the electrode layer 24 and the vibrating electrode 32, respectively. Also, a unipolar (positive polarity in this embodiment) DC bias voltage is applied to the vibrating electrode 32 of the vibrating membrane 30 by a DC power source 36.

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。
As a result, in the positive half cycle of the AC signal 37A output from the signal source 37, since a positive voltage is applied to the electrode layer 14 of the bridge portion 12 of the front electrode 10, the electrodes 10 of the vibrating membrane 30 Electrostatic repulsive force acts on the surface portion 15A not sandwiched by 20, and the surface portion 15A is pulled downward in FIG.
Further, at this time, the AC signal 37B becomes a negative cycle, and a negative voltage is applied to the electrode layer 24 of the bridge portion 22 of the opposing back side electrode 20, so that the back surface of the surface portion 15A of the vibration film 30 is An electrostatic attraction force acts on the back surface portion 15B which is the side, and the back surface portion 15B is pulled further downward in FIG.

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。   Therefore, the film portion of the vibration film 30 that is not sandwiched between the pair of electrodes 10 and 20 receives an electrostatic attractive force and an electrostatic repulsive force (electrostatic repulsive force) in the same direction. Similarly, in the negative half cycle of the AC signal output from the signal source 37, the electrostatic attraction force is applied upward in FIG. 1 to the front surface portion 15A of the vibration film 30, and the rear surface portion 15B In FIG. 1, an electrostatic repulsive force acts on the upper side, and a film portion not sandwiched between the pair of electrodes 10 and 20 of the vibration film 30 receives an electrostatic attractive force and an electrostatic repulsive force in the same direction. In this way, the direction in which the electrostatic force changes alternately while the vibrating membrane 30 receives the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force in the same direction according to the change in the polarity of the AC signal. An acoustic signal having a sound pressure level sufficient to obtain a parametric array effect can be generated. The acoustic signal radiated from the vibration film 30 is radiated to the outside as a plane wave through the slit-shaped openings 13 and 23.

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。   FIG. 2 is a view showing a modification of the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention. 2A, 2 </ b> B, and 2 </ b> C are plan views of the front side electrode as viewed from the diaphragm side. The back side electrode has the same configuration.

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。   The front electrode 10 shown in FIG. 2A is the same as the front electrode 10 shown in FIG. 1B, and is the most basic configuration example of the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention.

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。   A front side electrode 40 shown in FIG. 2 (B) has a reinforcing member 41 for reinforcing a base material (for example, plastic) forming the electrode at the center portion in the longitudinal direction of the slit-like through hole. The example added to the direction orthogonal to the longitudinal direction of is shown. In this example, the electrode layer facing the vibration film is divided into the electrode layer 42A and the electrode layer 42B by the reinforcing member 41, but the length of the reinforcing member 41 (depth of the through hole) is shown. The length of the direction) is the same as the length of the bridge portion (the length of the through hole in the depth direction), and the surface of the bridge portion (the surface facing the vibrating membrane) and the surface of the reinforcing member 41 are aligned with each other. Can also be formed as a continuous surface.

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。   In addition, the front-side electrode 50 shown in FIG. 2C has two reinforcing members 51 and 52 for reinforcing a base material (for example, plastic) forming the electrode, and slit-like through holes are equally long. The example added so that it becomes. In this example, the electrode layer facing the vibration film is divided into the electrode layer 53A, the electrode layer 53B, and the electrode layer 53C by the reinforcing members 51 and 52. The length (length in the depth direction of the through hole) is the same length (length in the depth direction of the through hole) as the bridge portion, and the surface of the bridge portion (surface facing the vibration film) and the reinforcing member 51, By combining the surfaces of 52, the electrode layer can be formed as a continuous surface.

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。   As described above, when the transducer area is small, a slit-like rectangular hole (through hole) as shown in FIG. 2A may be formed. However, the transducer area becomes large and it is necessary to ensure the mechanical strength of the electrode. If there is, the base material is reinforced in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the through hole in the middle of the slit, as shown in FIGS. Thereby, the strength of the electrode of the electrostatic ultrasonic transducer can be increased, and an electrostatic ultrasonic transducer having a large area (for example, 50 mm × 50 mm or more) can be manufactured.

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。   The structure of the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention has been described above. The features of the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention are as shown in FIGS. 2 (A), (B), and (C). It is important to form a through-hole (opening) in a rectangular shape (slit shape) in the electrode, and particularly important to form an electrode pattern in a bridge shape so that an electrode layer can be formed at the center of the rectangular vibrating membrane It is configured to leave a base material (bridge portion) to be left. This means that the bridge structure for the round hole shown in FIG. 11 is expanded to a rectangular hole.

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。   In the structure shown in FIG. 11, the electrode layer is formed in a cross-bridge shape with respect to a round hole (for example, φ0.75 mm), but the aperture ratio (area ratio where acoustic energy is radiated) is 15% or less. . On the other hand, when the electrode layer of the bridge structure is applied to the rectangular through hole as in the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention, the vibration area of the vibration film can be increased by about 3 times and about 3 times. An aperture ratio of (45%) can be obtained. The meaning of this number is that the rectangular bridge structure of the present invention can emit three times as much acoustic energy when both the round hole and the rectangular hole have the same membrane amplitude.

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。   Further, in the electrodes 10 and 20 of the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention shown in FIG. 1, the configuration of the bridge portion in the through hole is simpler than that of the electrode 70 of the electrostatic ultrasonic transducer shown in FIG. This makes it easy to manufacture the electrode.

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。   In order to further increase the electrostatic force, it is also effective to make the vibration film 30A have a laminated structure of three or more layers. That is, like the electrostatic ultrasonic transducer 2 shown in FIG. 3, by forming the vibration film 30A by laminating the two vibration electrodes 32, 34 and the dielectric films 31, 33, 35, the electrostatic force can be reduced. It can be increased to increase the membrane amplitude.

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。   As described above, in the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention, the vibration area of the vibration film is increased by making the vibration shape of the vibration film a rectangular shape (slit shape), and the aperture of the acoustic signal is radiated. The area is increased. For this reason, a large amplitude acoustic signal can be obtained with a low voltage signal. As a result, the electrical / acoustic energy conversion efficiency can be improved and a high sound pressure acoustic signal can be obtained.

[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。
[Second Embodiment]
Next, a configuration example of an electrostatic ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. The configuration of the electrostatic ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention is the same as the configuration shown in FIG. 1 except that an acoustic reflector is installed on the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer 1. .

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。   That is, the electrostatic ultrasonic transducer according to this embodiment is characterized in that acoustic reflectors 101 and 102 are installed on the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer 1 shown in FIG.

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。
The acoustic reflectors 101 and 102 radiate the ultrasonic waves radiated from the respective openings 23 of the back-side electrode 20 of the electrostatic ultrasonic transducer 1 to the front surface of the electrostatic ultrasonic transducer 1 through paths having the same length. Are arranged to be.
That is, one end of the acoustic reflector is located at the center position M of the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer 1 and an angle of 45 ° with respect to both sides of the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer 1 with respect to the center position. And the other end of the pair of first reflectors 101 and 101 having a length matching the ends X1 and X2 of the electrostatic ultrasonic transducer 1 and the ends of the pair of first reflectors 101 and 101. A pair of second reflectors 102 and 102, each of which is connected to the outside of the first reflector plate at an angle perpendicular to the first portion and has a length equivalent to the length of the first reflector plate. Yes.

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。   In the above configuration, the first reflectors 101 and 101 are arranged at an angle of 45 ° with respect to both sides of the center M on the back surface of the ultrasonic transducer 1, and the length to the point where the end coincides with the end of the ultrasonic transducer 1. Is needed. The ultrasonic waves emitted from the back surface of the ultrasonic transducer 1 by the first reflecting plates 101 and 101 are reflected in the horizontal direction.

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。   Next, by connecting the second reflectors 102 and 102 connected at a right angle to the first reflectors 101 and 101 to the outside of the first reflectors 101 and 101, respectively, the ultrasonic waves are electrostatically discharged. Is emitted to the front surface of the ultrasonic transducer 1. The second reflector length is also required to be equal to the first reflector length. What is important here is that all the ultrasonic waves radiated from the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer 1 have the same length path. This is because the same path length means that the phases of the ultrasonic waves emitted from the back surface are all aligned.

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。   Further, the reason that the sound wave can be handled geometrically as shown in FIG. 4 is that the sound wave to be emitted is an ultrasonic wave and therefore has a very strong directivity. Another point that needs to be mentioned is the time difference between the ultrasonic wave emitted from the front surface of the electrostatic ultrasonic transducer 1 and the ultrasonic wave reflected from the rear surface and emitted to the front surface.

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)
The ultrasonic wave emitted from a point a distance away from the center of the transducer is assumed to be circular and its radius is r, and the distance to reach the transducer front surface is approximately 2r, that is, the diameter of the transducer. Of course, the distance a must satisfy the following equation.
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。   Now, assuming that the transducer diameter is about 10 cm and the sound velocity is 340 m / sec, the time difference between the ultrasonic wave emitted from the front surface and the ultrasonic wave emitted from the back surface and reaching the front surface is about 0.29 msec. There is no problem because it is a time difference that humans cannot perceive. That is, ultrasonic waves emitted from the front and back surfaces of the transducer can be used effectively.

[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。
[Third Embodiment]
Next, FIG. 5 shows a configuration example of an ultrasonic speaker using an electrostatic ultrasonic transducer according to the third embodiment of the present invention. The ultrasonic speaker according to the present embodiment has the above-described electrostatic ultrasonic transducer of the present invention (FIG. 1), that is, has a slit-like through hole (opening), and an electrode layer is provided at the bridge portion in the through hole. It is composed of a provided Push-Pull type electrostatic ultrasonic transducer.

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。
5, the ultrasonic speaker according to the present embodiment includes an audio frequency wave oscillation source 201 that generates a signal wave in an audio frequency band, and a carrier wave oscillation source 202 that generates and outputs a carrier wave in the ultrasonic frequency band. A modulator 203, a power amplifier 204, and an electrostatic ultrasonic transducer 205.
The modulator 203 modulates the carrier wave output from the carrier wave oscillation source 202 with the signal wave in the audible frequency band output from the audio frequency wave oscillation source 201, and outputs the electrostatic ultrasonic transducer via the power amplifier 204. 205.

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。   In the above configuration, the carrier wave in the ultrasonic frequency band output from the carrier wave oscillation source 202 by the signal wave output from the audible frequency wave oscillation source 201 is modulated by the modulator 203 and the modulated signal amplified by the power amplifier 204 is used. The electrostatic ultrasonic transducer 205 is driven. As a result, the modulated signal is converted into a sound wave of a finite amplitude level by the electrostatic ultrasonic transducer 205, and this sound wave is radiated into the medium (in the air), and the original audible frequency band due to the nonlinear effect of the medium (air). The signal sound is regenerated.

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。   In other words, since sound waves are coarse and dense waves that propagate using air as a medium, the dense and sparse portions of the air appear prominently in the process of propagation of the modulated ultrasonic waves, and the dense portions have high sound speed and sparseness. Since the sound speed of such a portion is slow, the modulation wave itself is distorted. As a result, the waveform is separated into a carrier wave (ultrasonic frequency band), and a signal wave (signal sound) in an audible frequency band is reproduced.

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。   As the electrostatic ultrasonic transducer 205, the electrostatic ultrasonic transducer 1 of the present invention shown in FIG. 1 is used, and an acoustic signal having a high sound pressure can be output with a wide bandwidth. For this reason, it becomes possible to utilize as a speaker for various uses.

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。
Ultrasound is strongly attenuated in the air and attenuates in proportion to the square of its frequency. Therefore, when the carrier frequency (ultrasonic wave) is low, it is possible to provide an ultrasonic speaker in which the sound reaches far as a beam with little attenuation.
On the contrary, if the carrier frequency is high, the attenuation is severe, so that the parametric array effect does not occur sufficiently and an ultrasonic speaker in which the sound spreads can be provided. These are very effective functions because the same ultrasonic speaker can be used according to the application.

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。   Also, dogs who often live with humans as pets can listen to sounds up to 40 kHz, and cats can listen to sounds up to 100 kHz, so if you use a carrier frequency higher than that, there will be no effect on the pet. There are also advantages. In any case, the fact that it can be used at various frequencies brings many advantages.

[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。
[Fourth Embodiment]
Next, the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention, that is, a Push-Pull type electrostatic ultrasonic transducer having a slit-like through hole (opening) and having an electrode layer in a bridge portion in the through hole. A directional acoustic system using an ultrasonic speaker constituted by (FIG. 1) will be described. Hereinafter, the electrostatic ultrasonic transducer is also simply referred to as “ultrasonic transducer”.

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。   Hereinafter, a projector (display device) will be described as an example of a directional acoustic system according to the present invention. FIG. 6 shows a usage state of the projector according to the present invention. As shown in the figure, the projector 301 is installed behind the viewer 303, projects an image on a screen 302 installed in front of the viewer 303, and uses the ultrasonic speaker mounted on the projector 301 to screen 302. A virtual sound source is formed on the projection plane and the sound is reproduced.

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。
An appearance configuration of the projector 301 is shown in FIG. The projector 301 includes a projector main body 320 including a projection optical system that projects an image on a projection surface such as a screen, and ultrasonic transducers 324A and 324B that can oscillate sound waves in an ultrasonic frequency band, and is supplied from an acoustic source. And an ultrasonic speaker that reproduces a signal sound in an audible frequency band from a sound signal. In the present embodiment, in order to reproduce a stereo audio signal, ultrasonic transducers 324A and 324B constituting ultrasonic speakers are mounted on the left and right with a projector lens 331 constituting a projection optical system interposed therebetween in the projector body.
Further, a low-pitched sound reproduction speaker 323 is provided on the bottom surface of the projector main body 320. Reference numeral 325 denotes a height adjusting screw for adjusting the height of the projector main body 320, and reference numeral 326 denotes an exhaust port for the air cooling fan.

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。   Further, in the projector 301, a Push-Pull electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention (a slit-shaped through hole and a static electrode having an electrode layer formed on a bridge portion in the through hole) is used as an ultrasonic transducer constituting an ultrasonic speaker. Electric type ultrasonic transducer) is used, and an acoustic signal in a wide frequency band (sound wave in an ultrasonic frequency band) can be oscillated at a high sound pressure. For this reason, by conventionally changing the frequency of the carrier wave to control the spatial reproduction range of the reproduction signal in the audible frequency band, an acoustic effect that can be obtained in a stereo surround system or 5.1ch surround system is conventionally required. Thus, it is possible to realize a projector that can be realized without requiring a large-scale sound system and is easy to carry.

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。   Next, an electrical configuration of the projector 301 is shown in FIG. The projector 301 includes an operation input unit 310, a reproduction range setting unit 312, a reproduction range control processing unit 313, an audio / video signal reproduction unit 314, a carrier wave oscillation source 316, modulators 318A and 318B, power amplifiers 322A and 322B, and static An ultrasonic speaker including electric ultrasonic transducers 324A and 324B, a high-pass filter 317A and 317B, a low-pass filter 319, a mixer 321, a power amplifier 322C, a low-frequency sound reproduction speaker 323, and a projector main body 320. ing. The ultrasonic transducers 324A and 324B are Push-Pull electrostatic ultrasonic transducers according to the present invention (electrostatic ultrasonic transducers having slit-like through holes and having electrode layers formed in bridge portions in the through holes. ).

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。   The projector main body 320 includes a video generation unit 332 that generates a video and a projection optical system 333 that projects the generated video on a projection surface. The projector 301 is configured by integrating an ultrasonic speaker and a bass reproduction speaker 323 and a projector main body 320.

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。   The operation input unit 310 has various function keys including a numeric keypad, numeric keys, and a power key for turning the power on and off. The reproduction range setting unit 312 can input data specifying a reproduction range of a reproduction signal (signal sound) by a user operating the operation input unit 310 with a key. The frequency of the carrier wave that defines the reproduction range of the signal is set and held. The reproduction range of the reproduction signal is set by designating a distance that the reproduction signal reaches in the radial axis direction from the sound wave emission surfaces of the ultrasonic transducers 324A and 324B.

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。
The reproduction range setting unit 312 can set the frequency of the carrier wave by the control signal output from the audio / video signal reproduction unit 314 according to the video content.
Further, the reproduction range control processing unit 313 refers to the setting contents of the reproduction range setting unit 312 and changes the frequency of the carrier wave generated by the carrier wave oscillation source 316 so as to be within the set reproduction range. It has a function of controlling the oscillation source 316.
For example, when the distance corresponding to the carrier wave frequency of 50 kHz is set as the internal information of the reproduction range setting unit 312, the carrier wave oscillation source 316 is controlled to oscillate at 50 kHz.

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。
The reproduction range control processing unit 313 stores in advance a table indicating the relationship between the distance that the reproduction signal reaches in the radial axis direction from the sound wave emitting surfaces of the ultrasonic transducers 324A and 324B that define the reproduction range and the frequency of the carrier wave. It has a storage part. The data in this table is obtained by actually measuring the relationship between the frequency of the carrier wave and the reach distance of the reproduction signal.
The reproduction range control processing unit 313 obtains the frequency of the carrier wave corresponding to the distance information set with reference to the table based on the setting content of the reproduction range setting unit 312 and oscillates the carrier wave so as to be the frequency. Control the source 316.

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。
The audio / video signal reproduction unit 314 is, for example, a DVD player that uses a DVD as a video medium. Among the reproduced audio signals, the R channel audio signal is sent to the modulator 318A via the high-pass filter 317A. The signal is output to the modulator 318B via the high-pass filter 317B, and the video signal is output to the video generation unit 332 of the projector main body 320.
The R channel audio signal and the L channel audio signal output from the audio / video signal reproduction unit 314 are combined by the mixer 321 and input to the power amplifier 322C via the low-pass filter 319. . The audio / video signal reproduction unit 314 corresponds to an acoustic source.

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。
The high-pass filters 317A and 317B have a characteristic of passing only the frequency components in the middle and high sound range (first sound range) in the R channel and L channel audio signals, respectively. Only the low frequency range (second range) frequency component of the audio signal of the channel is passed.
Accordingly, among the R channel and L channel audio signals, the mid and high range audio signals are reproduced by the ultrasonic transducers 324A and 324B, respectively, and among the R channel and L channel audio signals, the low range audio signals are low frequencies. It is reproduced by the reproduction speaker 323.

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。   The audio / video signal reproduction unit 314 is not limited to a DVD player, and may be a reproduction device that reproduces a video signal input from the outside. In addition, the audio / video signal reproduction unit 314 instructs the reproduction range setting unit 312 to dynamically change the reproduction range of the reproduced sound in order to produce an acoustic effect corresponding to the reproduced video scene. Has a function of outputting a control signal.

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。
The carrier wave oscillation source 316 has a function of generating a carrier wave having a frequency in the ultrasonic frequency band designated by the reproduction range setting unit 312 and outputting the carrier wave to the modulators 318A and 318B.
The modulators 318A and 318B AM modulate the carrier wave supplied from the carrier wave oscillation source 316 with the audio signal in the audible frequency band output from the audio / video signal reproduction unit 314, and each of the modulated signals is a power amplifier 322A. , 322B.

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。   The ultrasonic transducers 324A and 324B are driven by modulation signals output from the modulators 318A and 318B via the power amplifiers 322A and 322B, respectively, and convert the modulation signals into sound waves of a finite amplitude level and radiate them into the medium. And has a function of reproducing a signal sound (reproduction signal) in an audible frequency band.

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。
The video generation unit 332 includes a display such as a liquid crystal display and a plasma display panel (PDP), a drive circuit that drives the display based on a video signal output from the audio / video signal reproduction unit 314, and the like. A video obtained from the video signal output from the audio / video signal reproduction unit 314 is generated.
The projection optical system 333 has a function of projecting an image displayed on the display onto a projection surface such as a screen installed in front of the projector main body 320.

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。   Next, the operation of the projector 301 having the above configuration will be described. First, data (distance information) instructing the reproduction range of the reproduction signal is set in the reproduction range setting unit 312 from the operation input unit 310 by the user's key operation, and a reproduction instruction is given to the audio / video signal reproduction unit 314.

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。
As a result, distance information defining the reproduction range is set in the reproduction range setting unit 312, and the reproduction range control processing unit 313 takes in the distance information set in the reproduction range setting unit 312 and stores it in the built-in storage unit. The carrier wave oscillation source 316 is controlled so as to obtain the frequency of the carrier wave corresponding to the set distance information with reference to the set table and to generate the carrier wave of the frequency.
As a result, the carrier wave oscillation source 316 generates a carrier wave having a frequency corresponding to the distance information set in the reproduction range setting unit 312 and outputs the carrier wave to the modulators 318A and 318B.

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。   On the other hand, the audio / video signal reproduction unit 314 outputs the R channel audio signal of the reproduced audio signal to the modulator 318A via the high pass filter 317A, and the L channel audio signal to the modulator 318B via the high pass filter 317B. In addition, the R channel audio signal and the L channel audio signal are output to the mixer 321, and the video signal is output to the video generation unit 332 of the projector main body 320.

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。
Therefore, the high-pass filter 317A inputs the mid-high range audio signal of the R channel audio signal to the modulator 318, and the high-pass filter 317B converts the mid-high range audio signal of the L channel audio signal to the modulator 318B. Is input.
The R channel audio signal and the L channel audio signal are synthesized by the mixer 321, and the low frequency audio signal of the R channel audio signal and the L channel audio signal is input to the power amplifier 322 C by the low pass filter 319. Is done.

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。
The video generation unit 332 generates a video by driving the display based on the input video signal, and displays the video. The image displayed on the display is projected onto a projection surface, for example, the screen 302 shown in FIG. 6 by the projection optical system 333.
On the other hand, the modulator 318A AM-modulates the carrier wave output from the carrier wave oscillation source 316 with the mid-high range audio signal in the R channel audio signal output from the high-pass filter 317A, and outputs it to the power amplifier 322A. .
Further, the modulator 318B AM-modulates the carrier wave output from the carrier wave oscillation source 316 with the mid-high range audio signal in the L channel audio signal output from the high pass filter 317B, and outputs the result to the power amplifier 322B. .

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。
The modulation signals amplified by the power amplifiers 322A and 322B are applied between the electrode layer 14 of the front-side electrode 10 and the electrode layer 24 (see FIG. 1) of the back-side electrode 20 of the ultrasonic transducers 324A and 324B, respectively. The modulated signal is converted into a sound wave (acoustic signal) of a finite amplitude level and radiated to a medium (in the air), and an ultrasonic transducer 324A reproduces an audio signal in the mid-high range in the R channel audio signal. Then, the ultrasonic transducer 324B reproduces the mid-high range audio signal in the L channel audio signal.
In addition, the low frequency sound signal in the R channel and the L channel amplified by the power amplifier 322C is reproduced by the low sound reproduction speaker 323.

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。   As described above, in the propagation of ultrasonic waves radiated into the medium (in the air) by the ultrasonic transducer, the sound speed increases at a portion where the sound pressure is high and the sound speed is slow at a portion where the sound pressure is low. Become. As a result, waveform distortion occurs.

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。   When a signal (carrier wave) in the radiated ultrasonic band is modulated (AM modulation) with a signal in the audible frequency band, the signal wave in the audible frequency band used for modulation is super It is formed so as to be self-demodulated separately from the carrier wave in the sonic frequency band. At this time, the spread of the reproduction signal becomes a beam shape due to the characteristics of ultrasonic waves, and the sound is reproduced only in a specific direction completely different from that of a normal speaker.

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。   The beam-like reproduction signal output from the ultrasonic transducer 324 constituting the ultrasonic speaker is radiated toward the projection surface (screen) on which the image is projected by the projection optical system 333, and is reflected and diffused by the projection surface. In this case, until the reproduction signal is separated from the carrier wave in the radial axis direction (normal direction) from the sound wave emitting surface of the ultrasonic transducer 324 according to the frequency of the carrier wave set in the reproduction range setting unit 312. And the beam width (beam divergence angle) of the carrier wave are different, the reproduction range changes.

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。   FIG. 9 shows a reproduction signal reproduction state by an ultrasonic speaker including the ultrasonic transducers 324A and 324B in the projector 301. In the projector 301, when the ultrasonic transducer is driven by the modulation signal obtained by modulating the carrier wave with the audio signal, if the carrier frequency set by the reproduction range setting unit 312 is low, the sound wave emitting surface of the ultrasonic transducer 324 To the direction of the radiation axis (the distance until the reproduction signal is separated from the carrier wave in the normal direction of the sound wave radiation surface, that is, the distance to the reproduction point becomes long.

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。
Therefore, the reproduced reproduction signal beam in the audible frequency band reaches the projection plane (screen) 302 without being relatively expanded, and is reflected on the projection plane 302 in this state. Becomes a audible range A indicated by a dotted arrow, and a reproduction signal (reproduced sound) can be heard only in a relatively narrow and narrow range from the projection plane 302.

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。   On the other hand, when the carrier frequency set by the reproduction range setting unit 312 is higher than the case described above, the sound wave radiated from the sound wave emission surface of the ultrasonic transducer 324 is narrower than when the carrier frequency is low. However, the distance until the reproduction signal is separated from the carrier wave in the radial direction (normal direction of the acoustic wave emission surface) from the sound wave emission surface of the ultrasonic transducer 324, that is, the distance to the reproduction point is shortened.

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。   Therefore, the reproduced reproduction signal beam in the audible frequency band spreads before reaching the projection plane 302 and reaches the projection plane 302, and is reflected on the projection plane 302 in this state. 9 is an audible range B indicated by a solid arrow, and a reproduction signal (reproduced sound) can be heard only in a relatively close and wide range from the projection plane 302.

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。   As described above, in the projector of the present invention, the push-pull type electrostatic ultrasonic transducer (the electrostatic ultrasonic transducer having a slit-like through hole and having an electrode layer formed in the bridge portion in the through hole). The sound signal can be reproduced so as to be emitted from a virtual sound source formed in the vicinity of a sound wave reflecting surface such as a screen with a sufficient sound pressure level and wide band characteristics. For this reason, the reproduction range can be easily controlled.

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。   The projector described above is used for viewing images on a large screen. Recently, large-screen liquid crystal televisions and large-screen plasma televisions are rapidly spreading, and those large-screen televisions are also used. The ultrasonic speaker of the present invention can be used effectively.

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。   That is, by using the ultrasonic speaker according to the present invention for a large screen television, it becomes possible to radiate an audio signal locally toward the front of the large screen television.

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。   The embodiment of the present invention has been described above, but the electrostatic ultrasonic transducer, the ultrasonic speaker, and the display device of the present invention are not limited to the illustrated examples described above, and the gist of the present invention is described. Of course, various changes can be made without departing from the scope.

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。The figure which shows the structural example of the electrostatic type ultrasonic transducer of this invention. 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。The figure which shows the other structural example of the electrostatic ultrasonic transducer of this invention. 振動膜の振動電極を多層にした例を示す図。The figure which shows the example which made the vibration electrode of the vibration film into the multilayer. 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。The figure which shows the example which provided the reflecting plate in the back surface of an electrostatic type ultrasonic transducer. 本発明による超音波スピーカの構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the ultrasonic speaker by this invention 本発明によるプロジェクタの使用状態を示す図。The figure which shows the use condition of the projector by this invention. 図6に示したプロジェクタの外観構成を示す図。The figure which shows the external appearance structure of the projector shown in FIG. 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。FIG. 7 is a block diagram showing an electrical configuration of the projector shown in FIG. 6. 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。Explanatory drawing of the reproduction | regeneration state of the reproduction signal by an ultrasonic transducer. 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。The figure which shows the structure of the conventional push pull type electrostatic ultrasonic transducer. 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。The figure which shows the example which provided the electrode layer of the bridge | bridging structure in the circular through-hole.

符号の説明Explanation of symbols

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 1, 2, 3 ... electrostatic ultrasonic transducer, 10 ... front side electrode, 11 ... vibrating membrane support, 12 ... bridge, 13 ... opening (through hole), DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 ... Electrode layer, 20 ... Back side electrode, 21 ... Vibration-membrane support part, 22 ... Bridge part, 23 ... Opening part (through-hole), 24 ... Electrode layer, 30 , 30A ... vibration film, 31, 33, 35 ... dielectric film, 32, 34 ... vibration electrode, 36 ... DC power supply, 37 ... signal source, 37A, 37B ... AC Signal, 40 ... front side electrode, 41 ... reinforcing member, 42A, 42B ... electrode layer, 50 ... front side electrode, 51, 52 ... reinforcing member, 53A, 53B, 53C ... -Electrode layer, 60A ... front side fixed electrode, 60B ... back side fixed electrode, 61A, 61B ... through hole, 6 ... Support members, 70, 70A ... Electrodes, 71, 71A ... Through holes, 72, 72A ... Cross bridge parts, 73, 73A ... Electrode layers, 101, 102 ... Reflecting plates , 201 audible frequency wave oscillation source, 202, carrier wave oscillation source, 203, modulator, 204, power amplifier, 205, electrostatic ultrasonic transducer, 301, projector. , 302 ... screen (projection plane), 303 ... viewer, 310 ... operation input unit, 312 ... reproduction range setting unit, 313 ... reproduction range control processing unit, 314 ... audio / Video signal reproduction unit, 316, carrier wave oscillation source, 317A, 317B, high pass filter, 318A, 318B, modulator, 319, low pass filter, 320, projector main body 321 ... Mixer, 322A, 322B ... Power amplifier, 322C ... Power amplifier, 323 ... Low-frequency speaker, 324A, 324B ... Ultrasonic transducer, 331 ... Projector lens, 332 ..Image generation unit, 333 ... Projection optical system

Claims (7)

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。
A first electrode having a slit-like through hole;
A second electrode having a slit-like through hole;
The through hole of the first electrode and the through hole of the second electrode are arranged so as to make a pair, and are sandwiched between a pair of electrodes composed of the first electrode and the second electrode And a vibration layer having a conductive layer and a DC bias voltage applied to the conductive layer,
The pair of electrodes has an electrode layer disposed in the longitudinal direction of the through hole inside the through hole,
A modulated wave obtained by modulating a carrier wave in an ultrasonic frequency band with a signal wave in an audible frequency band is applied between the electrode layers of the pair of electrodes ,
An electrostatic ultrasonic transducer.
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
を特徴とする請求項1に記載の静電型超音波トランスデューサ。
Inside the through hole of the first electrode and the through hole of the second electrode, the through hole is parallel to the longitudinal direction of the through hole and the surface of the vibrating membrane is not vibrating. Having a bridge portion provided with a diaphragm facing surface opposed to each other with a predetermined interval in the depth direction;
The electrode layer is formed on the vibration film facing surface of the bridge portion ;
2. The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 1, wherein
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。
The first electrode, the second electrode, and the bridge portion are formed of a non-conductive material ;
The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 2.
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。
At least one of the first electrode and the second electrode,
Having a reinforcing member that crosses the through hole in a short direction inside the through hole ;
The electrostatic ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 3.
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。
The vibration film has a conductive layer formed in multiple layers ,
The electrostatic ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 4, wherein:
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。
A carrier wave in the ultrasonic frequency band is modulated by a signal wave output from a signal source that generates a signal wave in the audible frequency band, and an electrostatic ultrasonic transducer is driven by the modulated wave, thereby generating a signal sound in the audible frequency band. An ultrasonic speaker for reproducing
The electrostatic ultrasonic transducer is
A first electrode having a slit-like through hole;
A second electrode having a slit-like through hole;
The through hole of the first electrode and the through hole of the second electrode are arranged so as to make a pair, and are sandwiched between a pair of electrodes composed of the first electrode and the second electrode And a vibration layer having a conductive layer and a DC bias voltage applied to the conductive layer,
The pair of electrodes has an electrode layer disposed in the longitudinal direction of the through hole inside the through hole,
A modulated wave obtained by modulating a carrier wave in an ultrasonic frequency band with a signal wave in an audible frequency band is applied between the electrode layers of the pair of electrodes ,
Ultrasonic speaker characterized by.
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。
A first electrode having a slit-like through hole;
A second electrode having a slit-like through hole;
The through hole of the first electrode and the through hole of the second electrode are arranged so as to make a pair, and are sandwiched between a pair of electrodes composed of the first electrode and the second electrode And a vibration layer having a conductive layer and a DC bias voltage applied to the conductive layer,
The pair of electrodes uses an electrostatic ultrasonic transducer having an electrode layer disposed in the longitudinal direction of the through hole inside the through hole,
Generating a signal wave of an audible frequency band by a signal source;
A procedure for generating a carrier wave in an ultrasonic frequency band by a carrier wave source;
Generating a modulated signal obtained by modulating the carrier wave with a signal wave in the audible frequency band;
A procedure for driving the electrostatic ultrasonic transducer by applying the modulation signal between the electrode layers of the pair of electrodes;
A method of reproducing an audio signal of an electrostatic ultrasonic transducer, comprising:
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