JP6021184B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置に関する。

超音波を発振する発振装置を利用した技術として、例えばスピーカが挙げられる。超音波を利用したスピーカに関する技術として、例えば特許文献１〜３に記載のものが挙げられる。特許文献１に記載の技術は、画面に表示された画像に関する音声を、画面に向けて送出された超音波の反射波によって実現するというものである。

特許文献２および３に記載の技術は、いずれも超音波を利用したスピーカを搭載するプロジェクタにおいて、その映像面に超音波を発振するというものである。特許文献２に記載の技術は、プロジェクタの吸気ダクト内に超音波スピーカを配置するというものである。また、特許文献３に記載の技術は、超音波の放射方向を可変とすることにより、音声の再生状況をプロジェクタの位置に応じて適切に調整することができるというものである。

特開２０００−２３２８１号公報 特開２００６−５５５２号公報 特開２００７−４３５８５号公報

特許文献２、３のように、プロジェクタから投影した映像面に超音波を発振し、その反射波によって音声を再生するという技術がある。しかし、映像を投影する環境によっては、音声を再生する環境も異なる。よって、音声を再生する環境に対応して、適切な音圧により音を再生し、ひいては電子装置の低消費電力化を図ることが望まれていた。

本発明の目的は、電子装置の低消費電力化を図ることにある。

本発明によれば、映像面を投影する映像投影部と、
前記映像面に向けてセンサ用の超音波および音声再生用の超音波を発振する発振装置と、
前記発振装置を制御する制御部と、
前記制御部と接続する音波検出部と、
を備え、
前記音波検出部は、前記映像面から反射してきた前記センサ用の超音波を検出し、
前記制御部は、前記音波検出部の検出強度に基づいて、再生する音の音圧を調整する電子装置が提供される。

本発明によれば、反射してきたセンサ用の超音波を検出し、この検出強度に基づいて再生する音の音圧を調整する。よって、音声を再生する環境に対応して、適切な音圧により音を再生することができる。従って、電子装置の低消費電力化を図ることができる。

本発明によれば、電子装置の低消費電力化を図ることができる。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

第１の実施形態に係る電子装置の動作方法を示す模式図である。 図１に示す電子装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す発振装置を示す断面図である。 図３に示す圧電振動子を示す断面図である。 図１に示す電子装置の動作方法を示すフロー図である。 第２の実施形態に係る電子装置を構成する発振装置の振動子を示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、第１の実施形態に係る電子装置１００の動作方法を示す模式図である。本実施形態に係る電子装置１００は、映像投影部４０と、発振装置２０と、音声制御部５２と、音波検出部３０と、を備える。電子装置１００は、例えば携帯端末装置であり、具体的には、例えば携帯電話機である。

映像投影部４０は、映像を投影する。発振装置２０は、映像面に向けて超音波２２を発する。超音波２２は、センサ用の超音波２４と音声再生用の超音波２６を含む。音声制御部５２は、発振装置２０を制御する。音波検出部３０は、音声制御部５２と接続する。音波検出部３０は、映像面から反射してきたセンサ用の超音波２４を検出する。音声制御部５２は、音波検出部３０の検出強度に基づいて、再生する音の音圧を調整する。以下、電子装置１００の構成について詳細に説明する。

図１に示すように、電子装置１００から表示領域１２に向けて、映像面１４が投影される。そして、表示領域１２に投影された映像面１４に向けて、電子装置１００から超音波２２が発振される。表示領域１２は、例えば部屋の壁やプロジェクタスクリーン等であるが、これに限られない。電子装置１００から発振されたセンサ用の超音波２４は、表示領域１２によって反射し、電子装置１００の音波検出部３０で検出される。また、電子装置１００から発振された音声再生用の超音波２６は、表示領域１２によって反射して、使用者１０の周囲に音場を形成する。このため、使用者１０にとっては映像面１４から音が再生されることとなり、臨場感のある音響機能が実現される。

図２は、図１に示す電子装置１００の構成を示すブロック図である。図２に示すように、電子装置１００は、筐体６０と、制御部５０と、映像制御部５４と、をさらに備える。映像投影部４０、発振装置２０、音波検出部３０、音声制御部５２、映像制御部５４および制御部５０は、例えば筐体６０の内部に形成されている。筐体６０には、例えば発振装置２０から発振される超音波２２を通過させるための孔や、映像投影部４０から放射される光を通過させるための孔が設けられている。映像制御部５４は、映像投影部４０を制御する。制御部５０は、音声制御部５２および映像制御部５４のいずれにも接続しており、これらを制御する。発振装置２０は、例えばアレイ状に複数設けられている。センサ用の超音波２４を発振する発振装置２０と、音声再生用の超音波２６を発振する発振装置２０は、異なってもよいし、同一であってもよい。

図３は、図１に示す発振装置２０を示す断面図である。発振装置２０は、圧電振動子７０と、支持部材７２と、振動部材７４と、を備えている。圧電振動子７０は、振動部材７４の一面に設けられている。支持部材７２は、振動部材７４の縁を支持している。

音声制御部５２は、信号生成部５６を介して圧電振動子７０と接続している。信号生成部５６は、圧電振動子７０に入力する電気信号を生成する。音声制御部５２は、外部から入力された情報に基づいて信号生成部５６を制御し、これにより発振装置２０の発振を制御する。発振装置２０をスピーカとして使用する場合、音声制御部５２は信号生成部５６を介してパラメトリックスピーカとしての変調信号を入力する。この場合、圧電振動子７０は、２０ｋＨｚ以上、例えば１００ｋＨｚの音波を信号の輸送波として用いる。また、発振装置２０を音波センサとして使用する場合、音声制御部５２に入力される信号は、音波を発振する旨の指令信号である。そして発振装置２０を音波センサとして使用する場合、信号生成部５６は圧電振動子７０に圧電振動子７０の共振周波数の音波を発生させる。

図４は、図３に示す圧電振動子７０を示す断面図である。図４に示すように、圧電振動子７０は、圧電体８０、上部電極８２および下部電極８４からなる。また、圧電振動子７０は、例えば平面視で円形または楕円形を有する。圧電体８０は、上部電極８２と下部電極８４に挟まれている。また、圧電体８０は、その厚さ方向に分極している。圧電体８０は、圧電効果を有する材料により構成される。圧電体８０は、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）またはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）等の電気機械変換効率が高い材料により構成される。また、圧電体８０の厚みは、１０μｍ〜１ｍｍであることが好ましい。圧電体８０は脆性材料により構成される。このため、厚みが１０μｍ未満である場合、取り扱い時において破損等が生じやすい。一方、厚みが１ｍｍを超える場合、圧電体８０の電界強度が低減する。このため、圧電振動子７０において、エネルギー変換効率の低下が生じてしまう。

上部電極８２および下部電極８４は、電気伝導性を有する材料によって構成される。上部電極８２および下部電極８４は、例えば銀または銀／パラジウム合金等によって構成される。銀は、低抵抗な汎用材料である。このため、上部電極８２および下部電極８４を銀により構成する場合、製造コストや製造プロセスの観点から優位な電極を実現できる。また、銀／パラジウム合金は、耐酸化性に優れた低抵抗材料である。このため、上部電極８２および下部電極８４を銀／パラジウム合金により構成する場合、信頼性に優れた電極を実現できる。
上部電極８２および下部電極８４の厚みは、１〜５０μｍであることが好ましい。厚みが１μｍ未満の場合、上部電極８２および下部電極８４を均一に成形することが難しくなる。一方、５０μｍを超える場合、上部電極８２または下部電極８４が圧電体８０に対して拘束面となる。このため、圧電振動子７０において、エネルギー変換効率の低下が生じてしまう。

振動部材７４は、金属や樹脂等、脆性材料であるセラミックに対して高い弾性率を持つ材料によって構成される。振動部材７４は、例えばリン青銅、又はステンレス等の汎用材料によって構成される。振動部材７４の厚みは、５〜５００μｍであることが好ましい。また、振動部材７４の縦弾性係数は、１〜５００ＧＰａであることが好ましい。振動部材７４の縦弾性係数が過度に低い、または高い場合、機械振動子としての特性や信頼性を損なうおそれがある。

音波検出部３０は、例えば検出した音波の周波数が一定の範囲の周波数であって、かつ検出した音波の強度が基準値以上であると特定したときに、センサ用の超音波２４を検出したと判断する。これにより、周囲環境からのノイズとセンサ用の超音波２４とを区別することができる。電子装置１００が携帯電話機である場合、音波検出部３０は、例えばマイクロフォンによって構成することができる。

音声制御部５２は、例えば表示領域１２から反射してきたセンサ用の超音波２４の強度が大きい場合には、再生する音の音圧を小さくするよう調整する。また、例えば表示領域１２から反射してきたセンサ用の超音波２４の強度が小さい場合には、再生する音の音圧を大きくするように調整する。この調整は、例えば予め定められた検出強度と再生音圧との相関を示す関係式やテーブルに基づいて行われる。音声制御部５２は、例えば予めこれらの関係式やテーブルのデータを保持している。

本実施形態では、パラメトリックスピーカの動作原理を利用して音響再生をする。パラメトリックスピーカの動作原理は次のようである。パラメトリックスピーカの動作原理は、ＡＭ変調やＤＳＢ変調、ＳＳＢ変調、ＦＭ変調をかけた超音波を空気中に放射し、超音波が空気中に伝播する際の非線形特性により、可聴音が出現する原理で音響再生を行うというものである。ここでいう非線形とは、流れの慣性作用と粘性作用の比で示されるレイノルズ数が大きくなると、層流から乱流に推移することをいう。すなわち、音波は流体内で微少にじょう乱しているため、音波は非線形で伝播している。特に超音波を空気中に放射した場合に、非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。また音波は、空気中の分子集団が濃淡に混在する疎密状態である。空気分子が圧縮よりも復元するのに時間が生じた場合、圧縮後に復元できない空気が、連続的に伝播する空気分子と衝突し、衝撃波が生じて可聴音が発生する。パラメトリックスピーカは、使用者の周囲にのみ音場を形成することができ、プライバシー保護という観点から優れる。

次に、電子装置１００の動作方法について説明する。図５は、図１に示す電子装置１００の動作方法を示すフロー図である。まず、発振装置２０から表示領域１２に向けて、センサ用の超音波２４を発振する（Ｓ１１）。次いで、音波検出部３０により、表示領域１２から反射してきたセンサ用の超音波２４を検出する（Ｓ１２）。音波検出部３０によってセンサ用の超音波２４を検出したら、その検出強度を計測する（Ｓ１３）。検出強度が大きい場合は、再生音の音圧を小さく調整する。また、検出強度が小さい場合は、再生音の音圧を大きく調整する（Ｓ１４）。これらの調整は、例えば予め定められた検出強度と再生音圧の相関関係に基づいて行われる。次いで、映像投影部４０によって、表示領域１２に映像面１４を投影する（Ｓ１５）。そして、音声再生用の超音波２６を発振する（Ｓ１６）。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態に係る電子装置１００によれば、反射してきたセンサ用の超音波２４を検出し、この検出強度に基づいて再生する音の音圧を調整する。このため、電子装置１００は、音声再生用の超音波２６を反射させる表示領域１２の材質や、使用者１０と表示領域１２との距離等の、音声を再生する様々な環境に対応して、適切な音圧により音を再生することができる。従って、電子装置の低消費電力化を図ることができる。

また、電子装置１００が携帯端末装置である場合には、映像を投影する環境は様々である。よって、上記した効果が特に顕著になる。

また、本実施形態に係る電子装置１００によれば、映像面１４から反射してきた音声再生用の超音波２６によって音像が形成される。このため、使用者１０にとっては、映像面１４から音声が再生されているように聞こえることとなる。よって、臨場感のある音像を形成することが可能となる。

また、発振装置２０は、パラメトリックスピーカを構成する。このため、使用者１０の周囲にのみ音場を形成することができる。よって、プライバシー保護という観点からも優れた電子装置が実現できる。

図６は、第２の実施形態に係る電子装置を構成する発振装置２０の振動子を示す分解斜視図である。第２の実施形態に係る発振装置２０の振動子は、ＭＥＭＳアクチュエータ９０によって構成されている。この点を除いて、本実施形態に係る電子装置は、第１の実施形態に係る電子装置と同様である。

図６に示す例において、ＭＥＭＳアクチュエータ９０の駆動方式は圧電方式であり、圧電薄膜層９２を上部可動電極層９４及び下部可動電極層９６ではさんだ構造を有している。ＭＥＭＳアクチュエータ９０は、信号生成部５６から上部可動電極層９４及び下部可動電極層９６に信号が入力されることにより動作する。ＭＥＭＳアクチュエータ９０の製造には、例えばエアロゾルデポジション法が用いられるが、この方法に限定されない。ただしエアロゾルデポジション法を用いた場合、圧電薄膜層９２、上部可動電極層９４及び下部可動電極層９６をそれぞれ曲面上にも成膜できるため好ましい。なおＭＥＭＳアクチュエータ９０の駆動方式は、静電方式、電磁方式、又は熱伝導方式であってもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

この出願は、２０１０年１１月１日に出願された日本出願特願２０１０−２４５６７２を基礎とする優先権を主張し、その開示の総てをここに取り込む。

Claims (6)

1. 映像面を投影する映像投影部と、
   前記映像面に向けてセンサ用の超音波および音声再生用の超音波を発振する発振装置と、
   前記発振装置を制御する制御部と、
   前記制御部と接続する音波検出部と、
   を備え、
   前記音波検出部は、前記映像面から反射してきた前記センサ用の超音波を検出し、
   前記制御部は、前記音波検出部の検出強度に基づいて、再生する音の音圧を調整し、
   前記音波検出部は、
   基準周波数及び基準強度を示す基準データと、検出した音波の周波数及び強度を示す検出データとを比較することにより、前記センサ用の超音波を検出したと判断する電子装置。
2. 請求項１に記載の電子装置において、
   前記制御部は、前記音波検出部の検出強度が大きい場合に音圧を小さくし、前記音波検出部の検出強度が小さい場合に音圧を大きくするように、再生する音の音圧を調整する電子装置。
3. 請求項１または２に記載の電子装置において、
   前記電子装置は、携帯端末装置である電子装置。
4. 請求項１ないし３いずれか１項に記載の電子装置において、
   前記発振装置は、振動子として圧電振動子を有する電子装置。
5. 請求項１ないし３いずれか１項に記載の電子装置において、
   前記発振装置は、振動子としてＭＥＭＳを有し、その駆動方式は圧電方式、静電方式、電磁方式または熱伝導方式である電子装置。
6. 請求項１ないし５いずれか１項に記載の電子装置において、
   前記制御部は、前記検出強度と前記再生する音の音圧の相関を用いて、前記再生する音の音圧を調整する電子装置。

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