(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板の表面に設けられ、互いに対向する第１の櫛形電極と第２の櫛形電極のそれぞれの電極指を交互に交差させた周期構造のすだれ状電極と、
前記第１の櫛形電極と前記第２の櫛形電極との間に、前記周期構造の空間周波数よりも低い繰り返し周波数を有するパルス状の駆動電圧を印加する、第１及び第２のパワー半導体素子を備えるスイッチング素子と、
前記第１及び第２のパワー半導体素子の制御電極に相補的なパルス電圧を入力して、前記第１及び第２のパワー半導体素子のそれぞれから階段電圧を出力させるゲート駆動回路
とを備え、
前記階段電圧が前記圧電基板の内部に瞬間的に形成する電界分布の、前記表面に垂直な成分により、前記第１の櫛形電極及び前記第２の櫛形電極のそれぞれの下方に、互いに方向が反対で、前記表面に垂直な応力を、前記駆動電圧の繰り返し周期内に複数の周期が含まれるように、交互に発生させ、
該交互に発生させた前記応力により前記表面に前記空間周波数に対応した正弦波状の弾性表面波を励起し、該弾性表面波を前記表面に沿って伝搬させることを特徴とする超音波発生装置。
【請求項２】
圧電基板と、前記圧電基板の表面に設けられ、互いに対向する第１の櫛形電極と第２の櫛形電極のそれぞれの電極指を交互に交差させた周期構造のすだれ状電極と、前記第１の櫛形電極と前記第２の櫛形電極との間に前記周期構造の空間周波数よりも低い繰り返し周波数を有するパルス状の駆動電圧を印加する、第１及び第２のパワー半導体素子を備えるスイッチング素子と、前記第１及び第２のパワー半導体素子の制御電極に相補的なパルス電圧を入力して、前記第１及び第２のパワー半導体素子のそれぞれから階段電圧を出力させるゲート駆動回路とを備える超音波発生装置を用いた超音波発生方法であって、
前記階段電圧が前記圧電基板の内部に瞬間的に形成する電界分布の、前記表面に垂直な成分により、前記第１の櫛形電極及び前記第２の櫛形電極のそれぞれの下方に、互いに方向が反対で、前記表面に垂直な応力を、前記駆動電圧の繰り返し周期内に複数の周期が含まれるように、交互に発生させ、
該交互に発生させた前記応力により、前記表面に前記空間周波数に対応した正弦波状の弾性表面波を励起し、該弾性表面波を前記表面に沿って伝搬させることを特徴とする超音波発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波発生装置及び超音波発生方法に係り、特に大きな振動振幅を有する弾性表面波（ＳＡＷ）を励振する超音波発生装置及び超音波発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波は、超音波の一種であり、通信機等に用いる信号処理デバイス等の小信号の分野に応用される（特許文献１参照）他、超音波モータ（特許文献２参照）や皮膚感覚ディスプレイ（特許文献３，４参照）などの超音波発生装置としても応用されている。
【０００３】
これらの超音波発生装置は、図２２に示すように、圧電単結晶材料からなる圧電基板１５の表面に、第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂを、すだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）を構成するようにインターディジタルに対向配置したものを用い、第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂ間に高周波の正弦波電圧を印加することで右上方向（前方）に進行する前方進行弾性表面波φpf及び左下方向（後方）に進行する後方進行弾性表面波φpbとを励振している。前方進行弾性表面波φpf及び後方進行弾性表面波φpbの周波数は、すだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）に印加された正弦波電圧の周波数である。
【０００４】
信号処理等の小信号の分野に応用される弾性表面波は、小さな振動振幅の超音波で足り、高周波発信器からの低電圧の正弦波信号（小信号）をすだれ状電極に直接印加することで利用できる。しかし、超音波モータや皮膚感覚ディスプレイに用いられる弾性表面波は、信号処理に用いられる弾性表面波に比して大きな振動振幅を要するため、すだれ状電極へ入力される正弦波の電力も大きくする必要があり、現状では、高周波電力増幅器を用いて正弦波信号を高周波増幅している。高周波電力増幅器は、１つのすだれ状電極毎に１台必要なため、皮膚感覚ディスプレイのように、複数のすだれ状電極から強力な弾性表面波を励振する場合、回路構成が膨大となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２４４０４４号公報
【特許文献２】特許第３６３０９４９号公報
【特許文献３】特開２００１−２５５９９３号公報
【特許文献４】特願２００８−１４６５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、従来の振動振幅の大きな弾性表面波を励振する超音波発生装置においては、大きな正弦波電力で弾性表面波を励振するために、専用の高周波発振器、高周波増幅器が１つのすだれ状電極毎にそれぞれ必要である。特に、皮膚感覚ディスプレイのような多チャネルのすだれ状電極を同時に用いる場合は、振動振幅の大きな弾性表面波を励起するために、そのチャネル数分の高周波増幅器が正弦波信号を生成するためにそれぞれ必要となり、コスト面に問題があった。
【０００７】
上記の問題点を鑑み、本発明は、専用の高周波発振器や高周波増幅器を用いないで、簡単且つ安価な構造で、振動振幅の大きな弾性表面波を効率よく励振できる超音波発生装置、及び超音波発生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の態様は、圧電基板と、圧電基板の表面に設けられたすだれ状電極と、すだれ状電極を構成する第１の櫛形電極と第２の櫛形電極との間にパルス状の駆動電圧を印加するスイッチング素子と、スイッチング素子の制御電極にパルス電圧を出力するゲート駆動回路とを備える超音波発生装置に関する。この本発明の態様に係る超音波発生装置においては、スイッチング素子を介したすだれ状電極のパルス駆動により、圧電基板の表面に弾性表面波を励起することを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の態様は、圧電基板と、圧電基板の表面に設けられたすだれ状電極と、すだれ状電極を構成する第１の櫛形電極と第２の櫛形電極との間にパルス状の駆動電圧を印加するスイッチング素子と、スイッチング素子の制御電極にパルス電圧を出力するゲート駆動回路とを備える超音波発生装置を用いた超音波発生方法に関する。この本発明の他の態様に係る超音波発生方法においては、スイッチング素子を介して、すだれ状電極にパルス状の駆動電圧を印加することにより、圧電基板の表面に弾性表面波を励起することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単且つ安価な構造で、振動振幅の大きな弾性表面波を効率よく励振できる超音波発生装置、及び超音波発生方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波発生装置の概略構成を説明するブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係る超音波発生装置に用いるスイッチング素子の回路構成の一例を説明するブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に係る弾性表面波励振伝搬部の圧電基板内に発生する応力を説明する断面図である。
【図４】図４（ａ）は、第１の実施の形態に係る弾性表面波励振伝搬部の圧電基板内に発生する初期応力分布を説明する断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した状態から一定時間経過後、図４（ａ）に示す初期応力分布によって左右に伝搬する波を説明する断面図である。図４（ｃ）は、更に一定時間経過後、図４（ｂ）に示す左右に伝搬する波によって発生する弾性表面波を説明する断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る弾性表面波励振伝搬部のすだれ状電極の配置を説明する平面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る超音波発生装置のスイッチング素子の上アーム出力素子のゲートに入力される制御電圧としての矩形波の立ち上がりパルスの波形、スイッチング素子の出力電圧の波形、弾性波の振幅波形の一例を示す図である。
【図７】第１の実施の形態に係る超音波発生装置のスイッチング素子の上アーム出力素子のゲートに入力される制御電圧としての矩形波の立ち下がりパルスの波形、スイッチング素子の出力電圧の波形、弾性波の振幅波形の一例を示す図である。
【図８】図８（ａ）は上アーム出力素子の第１の主電極に接続される高圧電源の電圧を１０Ｖとしたときの、図８（ｂ）は高圧電源の電圧を２０Ｖとしたときの、図８（ｃ）は高圧電源の電圧を３０Ｖとしたときの、第１の実施の形態に係る超音波発生装置のスイッチング素子の上アーム出力素子のゲートに入力される制御電圧の波形、スイッチング素子の出力電圧の波形、弾性波の振幅波形の一例を示す図である。
【図９】図９（ｄ）は高圧電源の電圧を４０Ｖとしたときの、図９（ｅ）は高圧電源の電圧を１０Ｖとしたときの、第１の実施の形態に係る上アーム出力素子のゲートに入力される制御電圧の波形、スイッチング素子の出力電圧の波形、弾性波の振幅波形の一例を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は第１の櫛形電極に接続される入力インピーダンスを０．１Ωとしたときの、図１０（ｂ）は入力インピーダンスを１Ωとしたときの、第１の実施の形態に係る上アーム出力素子のゲートに入力される制御電圧の波形、スイッチング素子の出力電圧の波形、弾性波の振幅波形の一例を示す図である。
【図１１】図１１（ｃ）は第１の櫛形電極に接続される入力インピーダンスを１０Ωとしたときの、図１１（ｄ）は入力インピーダンスを１００Ωとしたときの、第１の実施の形態に係る上アーム出力素子のゲートに入力される制御電圧の波形、スイッチング素子の出力電圧の波形、弾性波の振幅波形の一例を示す図である。
【図１２】第１の実施の形態に係るすだれ状電極の等価回路である。
【図１３】図１３（ａ）は、第１の実施の形態に係る超音波発生装置のスイッチング素子の上アーム出力素子のゲートに入力される立ち上がりエッジを示す図で、図１３（ｂ）は、第１の実施の形態に係る超音波発生装置が、図１３（ａ）に示す立ち上がりエッジによって励起された弾性波の振幅波形の一例を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）は、第１の実施の形態に係る超音波発生装置のスイッチング素子の上アーム出力素子のゲートに入力される立ち下がりエッジを示す図で、図１４（ｂ）は、第１の実施の形態に係る超音波発生装置が、図１４（ａ）に示す立ち下がりエッジによって励起された弾性波の振幅波形の一例を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）は、第１の実施の形態に係る超音波発生装置のスイッチング素子の上アーム出力素子のゲートに入力される矩形波パルスの波形を示す図で、図１５（ｂ）は、第１の実施の形態に係る超音波発生装置が、図１５（ａ）に示す矩形波パルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジによって連続的に励起された弾性波の振幅波形の一例を示す図である。
【図１６】第１の実施の形態の変形例に係る弾性表面波励振伝搬部の概略構造を説明する平面図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る弾性表面波励振伝搬部の概略構造を説明する斜視図である。
【図１８】第２の実施の形態に係る弾性表面波励振伝搬部の動作を説明する断面図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る弾性表面波励振伝搬部の概略構造を説明する平面図である。
【図２０】第３の実施の形態に係る弾性表面波励振伝搬部の動作を説明する平面図である。
【図２１】第３の実施の形態に係る超音波発生装置の応用例としての皮膚感覚ディスプレイを説明する模式図である。
【図２２】従来の弾性表面波励振伝搬部の概略構造を説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
又、以下に示す第１〜第３の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る超音波発生装置は、図１に示すように、圧電材料からなる圧電基板１５、圧電基板１５の表面にオルターニット・フェーズアレイ（すだれ状電極）を構成するように互いに対向してインターディジタルに設けられた第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂを有する弾性表面波励振伝搬部２と、弾性表面波励振伝搬部２の第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂとの間にパルス状の駆動電圧を印加するスイッチング素子１３と、スイッチング素子１３の制御電極（ゲート電極）を駆動するパルス波を出力するゲート駆動回路１２と、ゲート駆動回路１２の駆動を制御する制御回路１１とを備える。
【００１５】
圧電基板１５は、例えば、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ビスマスゲルマニウムオキサイド（Ｂｉ12ＧｅＯ20）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）等の単結晶基板や、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックが使用可能である。オルターニット・フェーズアレイを構成している第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂとしては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）等の種々の金属膜を採用可能である。
【００１６】
スイッチング素子１３は、図２に示すように、パワー半導体素子からなるハーフブリッジドライバ（ハーフブリッジ回路）が好ましいが、ハーフブリッジドライバに限定されるものではなく、単一のパワー半導体素子で、第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂとの間にパルス状の駆動電圧を印加するようにしてもよい。
【００１７】
スイッチング素子１３を構成するパワー半導体素子としては、絶縁ゲート型等のゲート電極が容量結合された電圧駆動型のパワー半導体素子が好ましく、図２では、ＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で上アーム出力素子Ｑ1と下アーム出力素子Ｑ2とをそれぞれ構成し、この上アーム出力素子Ｑ1と下アーム出力素子Ｑ2とを直列接続した場合を例示している。上アーム出力素子Ｑ1の一方の主電極（第１の主電極）は高圧電源に、下アーム出力素子Ｑ2の一方の主電極（第２の主電極）は接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。そして上アーム出力素子Ｑ1の他方の主電極（第２の主電極）と、下アーム出力素子Ｑ2の他方の主電極（第１の主電極）とが、中性点ノードＮoutに接続され、この中性点ノードＮoutはインピーダンス調整用の入力インピーダンスＺinを介して弾性表面波励振伝搬部２の第１の櫛形電極１４ａに接続される。なお、弾性表面波励振伝搬部２の第２の櫛形電極１４ｂは、接地電位に接続されている。
【００１８】
上アーム出力素子Ｑ1のゲートには、上アームゲートダイオードＤg1及び上アームゲート抵抗Ｒg1が並列接続され、下アーム出力素子Ｑ2のゲートには下アームゲートダイオードＤg2及び下アームゲート抵抗Ｒg2が並列接続されている。更に、上アーム出力素子Ｑ1の一方の主電極（第１の主電極）は、バイパスコンデンサであるキャパシタＣbを介して、接地電位に接続されている。なお、図示を省略しているが、上アーム出力素子Ｑ1に上アーム・リカバリーダイオードを、下アーム出力素子Ｑ2に下アーム・リカバリーダイオードを並列接続するようにしてもよい。
【００１９】
図２に示すように、上アームノードＮin1におけるゲート駆動回路１２からの出力であるパルス電圧が、並列接続された上アームゲートダイオードＤg1及び上アームゲート抵抗Ｒg1を介して、上アーム出力素子Ｑ1のゲートに入力され、上アームノードＮin1の電位と相補的な電位となる下アームノードＮin2におけるゲート駆動回路１２からの出力であるパルス電圧が、並列接続された下アームゲートダイオードＤg2及び下アームゲート抵抗Ｒg2を介して、下アーム出力素子Ｑ2のゲートに入力される。即ち、上アーム出力素子Ｑ1のゲートと、下アーム出力素子Ｑ2のゲートには、相補的なパルスが入力され、これにより、弾性表面波励振伝搬部２の第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂとの間にパルス状の駆動電圧が印加されて圧電基板１５の表面に弾性表面波が励振され、圧電基板１５の表面を伝搬する。上アーム出力素子Ｑ1のゲート、及びに下アーム出力素子Ｑ2のゲートにそれぞれ入力される電圧としては、ヘビサイドの階段関数のようなステップパルス、ディラックのデルタ関数のようなインパルス、矩形波の立ち上がり電圧、矩形波の立ち下がり電圧、矩形波等が使用可能である。
【００２０】
本発明の第１の実施の形態に係る超音波発生装置において、スイッチング素子１３を構成するパワー半導体素子は、図２に例示したＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、ゲート絶縁膜をシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）の代わりに、シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）の単層膜やＳｉＯ2とＳｉ3Ｎ4の複合膜としたパワーＩＧＦＥＴでもかまわない。更に、電圧駆動型のパワー半導体素子であれば、電力用絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（パワーＩＧＦＥＴ）、電力用絶縁ゲート型静電誘導トランジスタ（パワーＩＧＳＩＴ）、ＧＴＯサイリスタ、エミッタ・スイッチド・サイリスタ（ＥＳＴ）、ＭＯＳ制御サイリスタ（ＭＣＴ）等の電力用半導体装置が構成できる。接合型静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）は、接合型であっても、電圧駆動型のパワー半導体素子として動作するので、スイッチング素子１３を構成するパワー半導体素子として好適である。又、ゲート駆動回路１２側への帰還を問題としなければ、電力用バイポーラトランジスタ（パワーＢＪＴ）等の電流駆動型のパワー半導体素子がスイッチング素子１３を構成するパワー半導体素子として使用可能である。よって、図２の説明において、「第１主電極」とは、ＩＧＢＴ及びパワーＢＪＴにおいてエミッタ領域又はコレクタ領域のいずれか一方、パワーＩＧＦＥＴ及びパワーＩＧＳＩＴにおいてはソース領域又はドレイン領域のいずれか一方、ＧＴＯサイリスタにおいてはアノード領域又はカソード領域のいずれか一方となる半導体領域を意味する。そして、「第２主電極」とは、ＩＧＢＴにおいては上記第１主電極とはならないエミッタ領域又はコレクタ領域のいずれか一方、パワーＩＧＦＥＴ及びパワーＩＧＳＩＴにおいては上記第１主電極とはならないソース領域又はドレイン領域のいずれか一方、ＧＴＯサイリスタにおいては上記第１主電極とはならないアノード領域又はカソード領域のいずれか一方となる半導体領域を意味する。
【００２１】
＜弾性表面波の励起のメカニズム＞
以下において、第１の実施の形態に係る超音波発生装置及びこの超音波発生装置を用いた超音波発生方法によれば、簡単且つ安価な構造で、振動振幅の大きな弾性表面波を効率よく励振できることを説明するが、先ず、図３及び図４を用いて、第１の実施の形態に係る超音波発生装置による弾性表面波の励起のメカニズムを説明する：
（イ）先ず、第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂとの間に、スイッチング素子１３を介して立ち上がり電圧（階段電圧）を印加されると、図３に示すような電界分布が、圧電基板１５内の第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂとの間に発生する。図３に示すように、圧電基板１５内の第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂとの間に電界分布が発生すると、第１の櫛形電極１４ａの電極指１４ａ１、１４ａ２、……、１４ａｎ（ｎは２以上の整数）のそれぞれの下方に、圧電基板１５の下方へ向かう応力σ11、σ12、……、σ1n、第２の櫛形電極１４ｂの電極指１４ｂ１、１４ｂ２、……、１４ｂｎのそれぞれの下方に、圧電基板１５の上方へ向かう応力σ21、σ22、……、σ2nが周期的に発生する。
【００２２】
（ロ）階段電圧が印加された瞬間に、空間的に周期的な応力σ11〜σ1n、σ21〜σ2nが発生すると、図４（ａ）に示すように、第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂとがなす周期構造の空間周波数に対応した正弦波状に初期応力分布Ｓｉの波形が形成される。図４（ａ）に示す初期応力分布Ｓｉの波形は、初期応力分布Ｓｉと結合する振動モード（例えばレイリー波）の或る瞬間の瞬時応力分布を表現している。
【００２３】
（ハ）その後、時間が経過すると、初期応力分布Ｓｉは、図４（ｂ）に示すように、図４（ｂ）において、右方向（前方）に進行する前方進行応力波Ｓｆ、左方向（後方）に進行する後方進行応力波Ｓｂに分解し、前方進行応力波Ｓｆ及び後方進行応力波Ｓｂは、それぞれ反対方向に伝搬する。なお、本明細書において「前方」及び「後方」は便宜上のものであり、単なる方向の選択に過ぎず、例えば、「前方」と「後方」とを逆にしてもよい。
【００２４】
（ニ）更に時間が経過すると、左右の２方に伝搬した前方進行応力波Ｓｆ及び後方進行応力波Ｓｂは、図４（ｃ）に示すように、それぞれ右方向（前方）に進行する前方進行弾性表面波φｆ、左方向（後方）に進行する後方進行弾性表面波φｂとして左右に伝搬する。前方進行弾性表面波φｆ及び後方進行弾性表面波φｂはそれぞれ、第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂとがなす周期構造の空間周波数に対応した周波数を有し、第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂの対数と等しい数の波頭をもった波として、左右に伝搬・放射される。例えば、１２８°Ｙ−カットのＬｉＮｂＯ３からなる圧電基板１５上に、第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂをライン幅１００μｍ、スペース間隔１００μｍのラインアンドスペースとなるように設けた場合、図５に示すように、第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂの周期長λ＝４００μｍとなり、前方進行応力波Ｓｆ及び後方進行応力波Ｓｂの周波数は、それぞれ９．６ＭＨｚとなる。
【００２５】
図６及び図７は、図２のハーフブリッジドライバを構成するスイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに入力される制御電圧Ｖｇの波形、上アーム出力素子Ｑ1の一方の主電極（第１の主電極）に接続される高圧電源の電圧を５０Ｖとしたときの、スイッチング素子１３の中性点ノードＮoutにおいて測定されるスイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄの波形、第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂにより励起される弾性波ＥＷの振幅の波形を示す（下アーム出力素子Ｑ2のゲートには、図６及び図７に示した上アーム出力素子Ｑ1のゲートに入力される制御電圧Ｖｇの波形と相補型の波形の電圧が入力される。）。弾性波ＥＷの測定は、第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂとが構成する２０対のすだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）の右側端部から一定距離離間した圧電基板１５の表面上の測定箇所において、レーザドップラ振動計によって行った。図６及び図７に示した測定において、第１の櫛形電極１４ａに接続される入力インピーダンスＺinは０．１Ωである。
【００２６】
スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに、矩形波の立ち上がりパルスとして、図６に示すような階段関数の制御電圧Ｖｇが入力されると、圧電基板１５の表面上の前方進行弾性表面波φｆの伝搬速度に依拠した一定の伝搬時間分遅延した後、測定箇所において弾性波ＥＷの振動波形が観測できた。弾性波ＥＷの波形は、第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂの対数が２０であるので、２０個の波頭をもった波として観測できたが、後方進行弾性表面波φｂが圧電基板１５の左側の端部での反射し、右方向に進行する反射波が、前方進行弾性表面波φｆに重畳されているので、２０個の波頭をもった波に連続して、更に、他の波が観測された。スイッチング素子１３の中性点ノードＮoutにおいて測定されるスイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄの波形は、基本的には、スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに入力される制御電圧Ｖｇの波形と同様な５０Ｖの階段関数の波形ではあるが、圧電基板１５の表面に励起された弾性波ＥＷの影響を受けて、２０個の波頭をもった波が重畳されているので完全な階段関数の波形ではない。
【００２７】
スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに、矩形波の立ち下がりパルスとして、図７に示すような階段関数の制御電圧Ｖｇが入力されると、圧電基板１５の表面上の前方進行弾性表面波φｆの伝搬速度に依拠した一定の伝搬時間分遅延した後、測定箇所において、図６と同様に、弾性波ＥＷの振動波形が観測できた。弾性波ＥＷの波形は、第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂの対数が２０であるので、２０個の波頭をもった波として観測できたが、後方進行弾性表面波φｂが圧電基板１５の左側の端部での反射し、右方向に進行する反射波が、前方進行弾性表面波φｆに重畳されているので、２０個の波頭をもった波に連続して、図６と同様に、更に他の波が観測された。スイッチング素子１３の中性点ノードＮoutにおいて測定されるスイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄの波形は、基本的には、スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに入力される制御電圧Ｖｇの波形と同様な５０Ｖの階段関数の波形ではあるが、圧電基板１５の表面に励起された弾性波ＥＷの影響を受けて、２０個の波頭をもった波が重畳されているので、図６と同様に、完全な階段関数の波形ではない。
【００２８】
＜駆動電圧依存性＞
図８（ａ）〜図８（ｃ），図９（ｄ）及び図９（ｅ）は、第１の櫛形電極１４ａに接続される入力インピーダンスＺinを０．１Ωに固定し、それぞれ、上アーム出力素子Ｑ1の一方の主電極（第１の主電極）に接続される高圧電源の電圧を１０Ｖ，２０Ｖ，３０Ｖ，４０Ｖ５０Ｖとした変化させたときの、図２のハーフブリッジドライバを構成するスイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに入力される制御電圧Ｖｇの波形、上アーム出力素子Ｑ1のドレイン電流Ｉｓｄの波形、スイッチング素子１３の中性点ノードＮoutにおいて測定されるスイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄの波形、第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂにより励起される弾性波ＥＷの振幅の波形を示す。弾性波ＥＷの測定は、図６及び図７と同様に、２０対のすだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）の右側端部から一定距離離間した圧電基板１５の表面上の測定箇所において、レーザドップラ振動計によって行った。
【００２９】
スイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄが１０Ｖのとき、スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに、図８（ａ）に示すような階段関数の制御電圧Ｖｇが入力されると、一定の伝搬時間分遅延した後、測定箇所において振幅値が０．２ｎｍ程度の極めて強度の弱い弾性波ＥＷの振動波形が観測できた。更に、スイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄが２０Ｖのとき、スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに、図８（ｂ）に示すような階段関数の制御電圧Ｖｇが入力されると、振幅値が０．６ｎｍ程度の強度の弱い弾性波ＥＷの振動波形が観測でき、スイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄが３０Ｖのとき、スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに、図８（ｃ）に示すような階段関数の制御電圧Ｖｇが入力されると、振幅値が１．２ｎｍ程度の比較的、強度の強い弾性波ＥＷの振動波形が観測できた。
【００３０】
更に、スイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄが４０Ｖとすると、スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに、図９（ｄ）に示すような階段関数の制御電圧Ｖｇが入力されると、振幅値が１．４ｎｍ程度の強度の強い弾性波ＥＷの振動波形が観測でき、スイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄが５０Ｖのときには、スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに、図９（ｅ）に示すような階段関数の制御電圧Ｖｇが入力されると、振幅値が１．８ｎｍ程度の強度の強い弾性波ＥＷの振動波形が観測できた。なお、図８（ａ）〜図８（ｃ），図９（ｄ）及び図９（ｅ）において、後方進行弾性表面波φｂの重畳の影響で、２０個の波頭をもった波に連続して、更に、他の波が観測されている。ドレイン電流Ｉｓｄの波形、及びスイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄの波形は、基本的には、階段関数の波形ではあるが、圧電基板１５の表面に励起された弾性波ＥＷの影響を受けて、振動するので、階段関数の波形ではない。図９（ｄ）と図９（ｅ）を比較すると、若干、弾性波ＥＷの振動強度に飽和の傾向が見られるので、スイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄを５０Ｖ程度とすれば、超音波モータや皮膚感覚ディスプレイ等の応用目的に対しては、ほぼ満足できる弾性波ＥＷが励起できることが分かる。
【００３１】
＜入力インピーダンス依存性＞
図１０（ａ），図１０（ｂ），図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）は、上アーム出力素子Ｑ1の一方の主電極（第１の主電極）に接続される高圧電源の電圧を５０Ｖに固定し、第１の櫛形電極１４ａに接続される入力インピーダンスＺinを０．１Ω，１Ω，１０Ω，１００Ωと変化させたときの、スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに入力される制御電圧Ｖｇの波形、上アーム出力素子Ｑ1のドレイン電流Ｉｓｄの波形、スイッチング素子１３の中性点ノードＮoutにおいて測定されるスイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄの波形、第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂにより励起される弾性波ＥＷの振幅の波形を示す。弾性波ＥＷの測定は、図６〜図９と同様に、２０対のすだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）の右側端部から一定距離離間した圧電基板１５の表面上の測定箇所において、レーザドップラ振動計によって行った。
【００３２】
入力インピーダンスＺinを０．１Ωのとき、スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに、図１０（ａ）に示すような階段関数の制御電圧Ｖｇが入力されると、一定の伝搬時間分遅延した後、測定箇所において振幅値が１．８ｎｍ程度の強度の強い弾性波ＥＷの振動波形が観測できた。一方、入力インピーダンスＺinを１Ωのときは、スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに、図１０（ｂ）に示すような階段関数の制御電圧Ｖｇが入力されると、振幅値が１．６ｎｍ程度の強度の強い弾性波ＥＷの振動波形が観測でき、入力インピーダンスＺinを１０Ωのとき、スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに、図１１（ｃ）に示すような階段関数の制御電圧Ｖｇが入力されると、振幅値が１．１ｎｍ程度の比較的、強度の強い弾性波ＥＷの振動波形が観測できた。しかしながら、入力インピーダンスＺinを１００Ωとすると、スイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに、図１１（ｄ）に示すような階段関数の制御電圧Ｖｇが入力されると、振幅値が０．２ｎｍ程度の極めて強度の弱い弾性波ＥＷの振動波形が観測できた。なお、図１０（ａ），図１０（ｂ），図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）において、後方進行弾性表面波φｂの重畳の影響で、２０個の波頭をもった前方進行弾性表面波φｆに連続した波が観測されている。ドレイン電流Ｉｓｄの波形、及びスイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄの波形は、基本的には、階段関数の波形ではあるが、圧電基板１５の表面に励起された弾性波ＥＷの影響を受けて、振動するので、階段関数の波形ではない。図１０（ａ），図１０（ｂ），図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）を比較すると、第１の櫛形電極１４ａに接続される入力インピーダンスＺinを、スイッチング素子１３の出力インピーダンスと同程度の１Ω以下の小さな値にすれば、超音波モータや皮膚感覚ディスプレイ等の応用目的に対しては、ほぼ満足できる弾性波ＥＷが励起できることが分かる。
【００３３】
第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂが構成するすだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）の等価回路は、図１２に示すように、直列に接続されたインダクタＬ、抵抗Ｒ、キャパシタＣと、更に並列に接続された静電容量Ｃｄとで表される。インダクタＬ、抵抗Ｒ、キャパシタＣは圧電基板１５の圧電効果と音響特性によるものであり、静電容量Ｃｄは第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂがもつ静電容量である。
【００３４】
既に、図６〜図１１に示したとおり、スイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄの波形は、圧電基板１５の表面に励起された弾性波ＥＷの影響を受けて、振動している。図１２に示すように、すだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）の等価回路は、インダクタＬ、抵抗Ｒ、キャパシタＣ，Ｃｄを有するので、ゲートに入力された階段関数の制御電圧Ｖｇに対し、ＬＣ直列共振により一時的に発信がおこるが、抵抗Ｒがあるため減衰し、やがて発信は止まる。
【００３５】
図１２に示す等価回路において、非共振時の静電容量Ｃｄ＝１４０ｐＦであるので、入力インピーダンスＺin＝０．１ΩのときのＲＣ時定数＝１４ｐｓ、入力インピーダンスＺin＝１ΩのときのＲＣ時定数＝１４０ｐｓ、入力インピーダンスＺin＝１０ΩのときのＲＣ時定数＝１．４ｎｓ、入力インピーダンスＺin＝１００ΩのときのＲＣ時定数＝１４ｎｓとなる。
【００３６】
図５に示すような、周期長λ＝４００μｍのすだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）を用いて、９．６ＭＨｚの弾性波ＥＷを励起するのであれば、１／（２πｘ９．６ｘ１０6）＝１６．６ｎｓよりも十分小さな立ち上がり電圧を有する階段関数が、スイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄとして出力されるようにすればよい。具体的には、スイッチング素子１３の出力電圧Ｖｓｄとして、例えば、最大立ち上がり率ｄＶ/ｄｔが１００Ｖ/ｎｓ〜１０ｋＶ/ｎｓのパルス電圧が出力されることが好ましい。
【００３７】
＜矩形波駆動＞
図１に示したような、反対方向に伝搬する後方進行弾性表面波φｂの影響を避けるためには、図１に示したすだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）の左側方向に反射防止用吸音材を設けるのが好ましい。例えば、それぞれｎ本の電極指をもつ第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂを備える弾性表面波励振伝搬部２を、図１３（ａ）に示すような、立ち上がり波形の制御電圧Ｖｇをスイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに印加して駆動する場合、図１３（ｂ）に示すように、制御電圧Ｖｇの立ち上がりエッジにおいて、後方進行弾性表面波φｂの影響がなければ、電極指の対数ｎに等しい波頭数ｎの前方進行弾性表面波φｆが励振され、弾性波ＥＷとしてすだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）の右側方向に伝搬する。
【００３８】
一定時間経過後、次に、それぞれｎ本の電極指をもつ第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂを備える弾性表面波励振伝搬部２を、図１４（ａ）に示すような、立ち下がり波形の制御電圧Ｖｇをスイッチング素子１３の上アーム出力素子Ｑ1のゲートに印加して、駆動すると、弾性波ＥＷは、図１４（ｂ）に示すように、波頭数ｎの波となり、すだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）の右側方向に伝搬する。
【００３９】
デューテイ比５０％の矩形波パルスで、すだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）を駆動する場合において、第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂの電極指がなす対の数をｎとし、矩形波の繰り返し周期を（２ｎ−１）Ｔとすると、図１５（ａ）に示す制御電圧Ｖｇ及び図１５（ｂ）に示す弾性波ＥＷのように、矩形波パルスの立ち上がりエッジで励起された周期Ｔの弾性波ＥＷと、矩形波パルスの立ち下がりエッジで励起された周期Ｔの弾性波ＥＷとの前後が連続するように重畳され、連続した弾性波ＥＷを放射する。例えば、第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂの電極指がなす対の数ｎ＝４の場合、２ｎ−１＝７であるから、矩形波の繰り返し周期７Ｔ（＝パルス幅３．５Ｔ）の１／７の周期Ｔの弾性波ＥＷが励起されるようにすれば、連続した弾性波ＥＷの励振が可能となる。
【００４０】
以上説明したとおり、第１の実施の形態に係る超音波発生装置及びこの超音波発生装置を用いた超音波発生方法によれば、簡単且つ安価な構造で、振動振幅の大きな弾性表面波を効率よく励振できる。
【００４１】
（第１の実施の形態の変形例）
図１を用いて説明したように、すだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）からは、図１の右方向（前方）に進行する前方進行弾性表面波φｆと左方向（後方）に進行する後方進行弾性表面波φｂが放射される。
【００４２】
このため、片方向へ放射された波を圧電基板１５の端で反射させて、前方進行弾性表面波φｆと後方進行弾性表面波φｂが互いに重畳するように利用することも可能である。即ち前方進行弾性表面波φｆと後方進行弾性表面波φｂの反射波との位相を同期させて、一方向に連続した波として重ね合わせるようにする。すだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）の電極指がなす対数ｎの場合、弾性波ＥＷの周期をＴとして、後方進行弾性表面波φｂが放射されてから圧電基板１５の端で反射されてすだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）まで帰還してくるまでの時間遅れをｎＴとすれば、立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジのいずれか１つのパルスエッジで、２ｎ個の波頭をもつ弾性波ＥＷを励振することができる。
【００４３】
又、図１５に示したように、矩形波パルスの立ち上がりエッジで励起された周期Ｔの弾性波ＥＷと、立ち下がりエッジで励起された周期Ｔの弾性波ＥＷとの前後が連続するように重畳する方法と、図１６に示した圧電基板１５の端部による反射波を用いた方法とを組み合わせて、２ｎ個の波頭をもつ弾性波ＥＷを立ち上がりエッジと立ち下がりエッジで連続するように重畳することも可能である。
【００４４】
第１の実施の形態の変形例に係る超音波発生装置及びこの超音波発生装置を用いた超音波発生方法によれば、簡単且つ安価な構造で、振動振幅の大きな弾性表面波を効率よく励振できる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態に係る超音波発生装置の弾性表面波励振伝搬部２は、圧電基板１５上に第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂを形成したが、図１７に示すようにガラス等の非圧電基板１６上に第１の櫛形電極１４ａ及び第２の櫛形電極１４ｂからなるすだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）を形成し、すだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）上に設けられた圧電基板１５をすだれ状電極（１４ａ，１４ｂ）に接触するようにしてもよい。
【００４６】
図示を省略しているが、第１の実施の形態に係る超音波発生装置と同様に、第２の実施の形態に係る超音波発生装置と同様に制御回路と、制御回路によって制御されるゲート駆動回路と、ゲート駆動回路から制御電圧が供給されるスイッチング素子とを備え、スイッチング素子から出力されるパルス状の電圧が、第１の櫛形電極１４ａと第２の櫛形電極１４ｂとの間に印加される。
【００４７】
第２の実施の形態に係る超音波発生装置の弾性表面波励振伝搬部２は、図１８に示すように、非圧電基板１６上に設けられた電極指１４ａｊ，１４ａj+1，……，１４ｂj-1，１４ｂｊ，……（ｊ：２〜ｎ−１の整数）と、電極指１４ａｊ，１４ａj+1，……，１４ｂj-1，１４ｂｊ，……上に位置する圧電基板１５とを備える。電極指１４ａｊ，１４ａj+1，……は図１７の第１の櫛形電極１４ａを構成し、  電極指１４ｂj-1，１４ｂｊ，……は図１７の第２の櫛形電極１４ｂを構成している。図１８に示すように、電極指１４ａｊ，１４ａj+1，……上に位置する圧電基板１５内に発生する圧電基板１５の下方へ向かう応力ａσ1j，ａσ1 j+1，……が，電極指１４ａｊ，１４ａj+1，……を介して、非圧電基板１６内に、応力ｂσ1j，ｂσ1 j+1，……として伝わる。同様に、電極指１４ｂj-1，１４ｂｊ，……上に位置する圧電基板１５内に発生する圧電基板１５の上方へ向かう応力ａσ2 j-1，ａσ2j，……が、電極指１４ｂj-1，１４ｂｊ，……を介して、非圧電基板１６内に、応力ｂσ2 j-1，ｂσ2j，……として伝わる。非圧電基板１６内に発生した応力ｂσ1j，ｂσ1 j+1，……，ｂσ2 j-1，ｂσ2j，……によって、図１７に示すように、非圧電基板１６の右方向（前方）に進行する前方進行弾性表面波φｆと左方向（後方）に進行する後方進行弾性表面波φｂが励振され、伝搬する。
【００４８】
このように、第２の実施の形態に係る超音波発生装置及びこの超音波発生装置を用いた超音波発生方法によれば、簡単且つ安価な構造で、振動振幅の大きな弾性表面波を効率よく励振できる。
【００４９】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る超音波発生装置に用いる弾性表面波励振伝搬部は、図１９に示すように、第１辺、この第１辺に直交して隣接する第２辺、第１辺と対向する第３辺、第２辺と対向する第４辺で定義される矩形平板状の透明な非圧電基板１６と、非圧電基板１６の第１辺近傍の表面に並べて配置された複数のすだれ状電極Ｔ11，Ｔ12，……，Ｔ1mからなる電極アレイ、第２辺近傍の表面に並べて配置された複数のすだれ状電極Ｔ21，Ｔ22，……，Ｔ2nからなる電極アレイ、第３辺近傍の表面に並べて配置された複数のすだれ状電極Ｔ31，Ｔ32，……，Ｔ3mからなる電極アレイ、第４辺近傍の表面に並べて配置された複数のすだれ状電極Ｔ41，Ｔ42，……，Ｔ4nからなる電極アレイとを備える。
【００５０】
第３の実施の形態に係る弾性表面波励振伝搬部は、更に、図示を省略しているが、図１７に示したのと同様に、圧電基板を、すだれ状電極Ｔ11，Ｔ12，……，Ｔ1m，Ｔ21，Ｔ22，……，Ｔ2n，Ｔ31，Ｔ32，……，Ｔ3m，Ｔ41，Ｔ42，……，Ｔ4nのそれぞれの上部に接して設けられている。第３の実施の形態に係る弾性表面波励振伝搬部は、第２の実施の形態で説明した弾性表面波励振伝搬部と同様に、すだれ状電極Ｔ11，Ｔ12，……，Ｔ1m，Ｔ21，Ｔ22，……，Ｔ2n，Ｔ31，Ｔ32，……，Ｔ3m，Ｔ41，Ｔ42，……，Ｔ4nのそれぞれにパルス状の電圧が印加されることにより、圧電基板内に発生する応力が、すだれ状電極Ｔ11，Ｔ12，……，Ｔ1m，Ｔ21，Ｔ22，……，Ｔ2n，Ｔ31，Ｔ32，……，Ｔ3m，Ｔ41，Ｔ42，……，Ｔ4nを介して、非圧電基板１６内に、応力として伝わり、非圧電基板１６内の表面近傍に弾性表面波が励振される。
【００５１】
図１９に示す弾性表面波励振伝搬部の非圧電基板１６の表面を触感部材の表面側として用いると、図２１に示したように、ディスプレイスクリーン５３上に皮膚感覚ディスプレイ５２を実現できる。皮膚感覚ディスプレイ５２においては、皮膚感覚ディスプレイ５２の触感部材となる非圧電基板１６中に弾性表面波を励振する必要があるので、ディスプレイスクリーン５３をになう液晶画面よりも大きなガラス基板からなる非圧電基板１６の裏面側をディスプレイスクリーン５３側に対向させ、非圧電基板１６をディスプレイスクリーン５３上に配置する。そして、図１９に示すように非圧電基板１６の表面側の周辺にすだれ状電極Ｔ11，Ｔ12，……，Ｔ1m，Ｔ21，Ｔ22，……，Ｔ2n，Ｔ31，Ｔ32，……，Ｔ3m，Ｔ41，Ｔ42，……，Ｔ4nを配列し、第２の実施の形態の図１７に示したのと、ほぼ同様に、ディスプレイスクリーン５３の周辺側において、すだれ状電極Ｔ11，Ｔ12，……，Ｔ1m，Ｔ21，Ｔ22，……，Ｔ2n，Ｔ31，Ｔ32，……，Ｔ3m，Ｔ41，Ｔ42，……，Ｔ4nの上に圧電基板を、皮膚感覚ディスプレイ５２を囲むように額縁状に配置する。この額縁状に非圧電基板１６上に配置された圧電基板を用いて、図１７に示したのと同様な方法で各すだれ状電極Ｔ11，Ｔ12，……，Ｔ1m，Ｔ21，Ｔ22，……，Ｔ2n，Ｔ31，Ｔ32，……，Ｔ3m，Ｔ41，Ｔ42，……，Ｔ4nに独立したスイッチング素子からパルス状の駆動電圧を供給して、それぞれ互いに独立した弾性表面波を触感部材となる非圧電基板１６中に励振する。このためには、すだれ状電極Ｔ11，Ｔ12，……，Ｔ1m，Ｔ21，Ｔ22，……，Ｔ2n，Ｔ31，Ｔ32，……，Ｔ3m，Ｔ41，Ｔ42，……，Ｔ4nのそれぞれがスイッチング素子とを備えるようにし、各スイッチング素子に制御電圧を出力する多チャネルのゲート駆動回路と、この多チャネルのゲート駆動回路を統合的に制御する制御回路を備えるようにすればよい。したがって、従来の弾性表面波を用いた皮膚感覚ディスプレイのように、各すだれ状電極Ｔ11，Ｔ12，……，Ｔ1m，Ｔ21，Ｔ22，……，Ｔ2n，Ｔ31，Ｔ32，……，Ｔ3m，Ｔ41，Ｔ42，……，Ｔ4n毎に、専用の高周波発振器や高周波増幅器をそれぞれ独立して用いる必要がなく、集積密度や構成が非常に簡単になる。
【００５２】
例えば、図２０に示すようなすだれ状電極Ｔp-1，Ｔp，Ｔp+1，Ｔp+2，Ｔp+2，……の一次元配列を利用し、すだれ状電極Ｔp-1，Ｔp，Ｔp+1，Ｔp+2，Ｔp+2，……に印加するパルスの位相ｔs-1，ｔs，ｔs+1，……をずらすように、各チャネルのスイッチング素子に制御電圧Ｖgp-1，Ｖgp，Ｖgp+1，Ｖgp+2，Ｖgp+3，……を印加すれば、各すだれ状電極Ｔp-1，Ｔp，Ｔp+1，Ｔp+2，Ｔp+2，……から独立して放射される弾性表面波が互いに干渉し、図２０のＰ点で弾性表面波が収束してより大きな振幅を得るようにすることができる。
【００５３】
図２１に示す弾性表面波を用いた皮膚感覚ディスプレイ５２は、大面積のディスプレイスクリーン５３を有するコンピュータインターフェースに適用可能である。皮膚感覚ディスプレイ５２を、図２１に示すように、直接指５１等でなぞると、皮膚感覚ディスプレイ５２に表示されている情報に応じた触覚を味わえる。ペンタブレットやタッチパネルに皮膚感覚ディスプレイ５２を適用することにより、ペンの書き味の再現や弱視者向けの補助機能を付加することも可能である。
【００５４】
図２１に示す皮膚感覚ディスプレイ５２においては、触感部材の表面側となる非圧電基板１６の表面の見掛け上の摩擦係数を、各すだれ状電極Ｔ11，Ｔ12，……，Ｔ1m，Ｔ21，Ｔ22，……，Ｔ2n，Ｔ31，Ｔ32，……，Ｔ3m，Ｔ41，Ｔ42，……，Ｔ4nによって独立して生成された弾性表面波を利用して時間的に変えている。非圧電基板１６の表面の見掛け上の摩擦係数は、非圧電基板１６中に弾性波を励振すると、非圧電基板１６の表面が微小振動するために小さくなり、反対に弾性波が励振されていないときに大きくなる。この皮膚感覚ディスプレイ５２では、非圧電基板１６に対する弾性波励振のオン／オフを短い周期で切り替えることにより、非圧電基板１６の表面の見掛け上の摩擦係数は時間的に変化する。この非圧電基板１６の表面を触感部材の表面側として、触感部材に指を乗せてなぞると、ザラザラした固体の表面を指でなぞったような皮膚感覚を覚えるコンピュータインターフェースが実現できる。
【００５５】
このように、第３の実施の形態に係る超音波発生装置及びこの超音波発生装置を用いた超音波発生方法によれば、簡単且つ安価な構造で、振動振幅の大きな弾性表面波を効率よく励振できるので、安価な皮膚感覚ディスプレイが実現できる。
【００５６】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５７】
例えば、弾性表面波を表面に伝搬させるステータを図１に示す圧電基板１５で構成し、このステータの表面から弾性表面波の運動エネルギを得て、弾性表面波の伝搬方向と逆方向に、ステータに対し相対的に移動する移動子とを備える超音波モータ等の弾性表面波アクチュエータを構成することも可能である。このステータの表面に弾性表面波を励起するに際し、図１に示したのと同様に、パルス状の電圧をすだれ状電極に印加するだけで、振動振幅の大きな弾性表面波を効率よく励振できる。
【００５８】
又、他の実施の形態に係る弾性表面波アクチュエータにおいては、移動子が移動子基板と、この移動子基板よりもヤング率の大きな材料からなる複数の移動子セグメントの配列からなり、この複数の移動子セグメントのそれぞれの上面が振動子に接する移動子セグメントアレイとを備えるように超音波モータを構成してもよい。
【００５９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００６０】
２…弾性表面波励振伝搬部
１１…制御回路
１２…ゲート駆動回路
１３…スイッチング素子
１４ａ…第１の櫛形電極
１４ｂ…第２の櫛形電極
１４ａ１〜１４ａｎ，１４ｂ１〜１４ｂｎ，１４ａｊ，１４ａj+1，１４ｂj-1，１４ｂｊ…電極指
１５…圧電基板
１６…非圧電基板
５１…指
５２…皮膚感覚ディスプレイ
５３…ディスプレイスクリーン
Ｎout…中性点ノード
Ｑ1…上アーム出力素子
Ｑ2…下アーム出力素子
Ｔ11，Ｔ12，…，Ｔ1m，Ｔ21，Ｔ22，…，Ｔ2n，Ｔ31，Ｔ32，…，Ｔ3m，Ｔ41，Ｔ42，…，Ｔ4n，Ｔp-1，Ｔp，Ｔp+1，Ｔp+2，Ｔp+2…すだれ状電極
Ｚin…入力インピーダンス
【図１】
0005638777.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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