(57)【要約】  パラメトリック・トランスデューサが、ｘ軸およびｙ軸に沿って延び、表面と裏面の両側を有する支持部材を備える。支持部材（１０２）は、ｘ軸に沿って延び、ｙ軸に沿って所定の離隔距離で離されて配置された平行な配列のリッジ（１０８）を備える。リッジは、パラメトリック出力を放射する目的で、エミッタフィルム（１１４）を所望のフィルム形状に支持するための前方のフィルム接触面（１１２）を有する。電子的に感応し機械的に反応性の高い（ＥＳＭＲ）フィルムが、支持部材の上に配置され、ＥＳＭＲフィルム（１１４）の一方の側がフィルム接触面によって装着され、アーチ形区域が平行なリッジと整列し、その間に配置されている。フィルム接触面は、ＥＳＭＲフィルムの各アーチ形区域（１１０）を隣接するアーチ形区域から機構的に分離する。
2007503742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ｘ軸およびｙ軸に沿って延び、表面および裏面の両側を有し、前記ｘ軸に沿って延び、前記ｙ軸に沿って所定の離隔距離で離されて置かれた平行なリッジのアレイの場所を含み、前記リッジ場所は、パラメトリック出力を放射するためにエミッタフィルムを所望のフィルム形状に支持するための前方のフィルム接触面を有する、支持部材と、
（ｂ）前記支持部材の上に配置された、電気的に感応性があり機械的に反応性がある（ＥＳＭＲ）フィルムであって、前記ＥＳＭＲフィルムの一方の側が前記フィルム接触面によって装着され、アーチ形区域が、前記平行なリッジ場所と整列し、そのリッジ場所の間に配置され、前記フィルム接触面がＥＳＭＲフィルムの前記各アーチ形区域を隣接するアーチ形区域から機構的に分離する（ＥＳＭＲ）フィルムと、
を備えるパラメトリック・トランスデューサ。
【請求項２】
前記ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域は前記表面に対して凹状になっている、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３】
前記ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域は前記表面に対して凸状になっている、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項４】
前記支持部材の前記裏面上の後ろ板をさらに備え、それによって前記表面上に平行なチャネルのアレイを形成し、各チャネルが所定の深さおよび形状のチャネル断面および前面を有する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項５】
前記チャネル断面は、前記チャネル断面内に延びる前記ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域にほぼ一致する湾曲を備える、請求項４に記載のトランスデューサ。
【請求項６】
前記フィルム接触面の高さは、前記ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域が、それぞれ、前記トランスデューサから伝播される搬送波周波数の波長のほぼ１／４より下の、前記平行なチャネルの前記前面からの離隔距離を有するように確立される、請求項５に記載のトランスデューサ。
【請求項７】
前記フィルム接触面の高さは、前記ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域が、それぞれ、前記トランスデューサから伝播される搬送波周波数の波長のほぼ１／２より少ない、前記平行なチャネルの前記前面からの離隔距離を有するように確立される、請求項４に記載のトランスデューサ。
【請求項８】
前記フィルム接触面の高さは、前記ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域が、前記トランスデューサから伝播される前記搬送波周波数の波長のほぼ１／４より下の、前記平行なチャネルの前面パネルからの離隔距離を有するように確立される、請求項７に記載のトランスデューサ。
【請求項９】
前記フィルム接触面の高さは、前記ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域の少なくとも中央のピーク深さが、前記トランスデューサから伝播される前記搬送波周波数の波長のほぼ１／４より下の、前記平行なチャネルの前記前面からの離隔距離を有するように確立される、請求項７に記載のトランスデューサ。
【請求項１０】
前記ＥＳＭＲフィルムは、前記ＥＳＭＲフィルムに負の圧力を加えずに前記フィルム接触面において前記アーチ形区域内に偏倚される、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項１１】
前記平行なリッジ場所は高くなったリッジを有し、空気の流れに開放に維持される対向する端部を有するように構成される、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項１２】
前記平行なリッジ場所は高くしたリッジを有し、空気の流れに実質的に遮断されている対向する端部を有するように構成される、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項１３】
前記ＥＳＭＲフィルムの導電性部分の少なくとも１つの表面の側面の少なくとも１つの区域は、エッチングで除去され、それによって、前記フィルムの少なくとも１つの表面の側面上に少なくとも２つの電気的に絶縁された前記フィルムの導電部分を形成する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項１４】
複数の遅延回路で構成される受動遅延ラインをさらに備え、各遅延回路は、前記ＥＳＭＲフィルムの前記電気的に絶縁された導電部分の１つに電子的に接続され、前記受動遅延ラインは、前記ＥＳＭＲフィルムの前記電気的に絶縁された導電部分を駆動する複数のパラメトリック信号を生成し、少なくとも１つの前記パラメトリック信号が位相差を確立するために遅延される、請求項１３に記載のトランスデューサ。
【請求項１５】
エッチングで除去される、前記ＥＳＭＲフィルムの前記導電性部分の少なくとも１つのリング区域をさらに特定して備え、それによって前記フィルムの少なくとも中央の円形の導電性部分および前記フィルムの少なくとも１つの外側のリングの導電部分を形成し、前記フィルムの各前記導電部分が電気的に絶縁される、請求項１４に記載のトランスデューサ。
【請求項１６】
前記ＥＳＭＲフィルムは、接触区域によって交互に分離された凹状のアーチ形区域と凸状のアーチ形区域との間で互い違いになり、前記接触区域は、前記支持部材の前記フィルム接触面において装着され、前記フィルム接触面は、各ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域を隣接するアーチ形区域から機構的に分離する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項１７】
前記ＥＳＭＲフィルムを前記フィルム接触面に装着するための接着材料をさらに備える、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項１８】
前記接着材料は熱伝導性の接着材である、請求項１７に記載のトランスデューサ。
【請求項１９】
前記接着材料が導電性の接着材である、請求項１７に記載のトランスデューサ。
【請求項２０】
前記フィルム接触面上の前記接着材料は、ほぼ１万分の２．５４ｃｍ（１インチ）より少ない厚さを有する、請求項１７に記載のトランスデューサ。
【請求項２１】
前記フィルム接触面は前記表面に対して凸状の湾曲を有する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項２２】
前記支持部材を前記ＥＳＭＲフィルムの縁部に連結するためのＣ形チャネルの導電性機構をさらに備え、点接触の電気接続と比較して、前記Ｃ字形チャネルと前記ＥＳＭＲフィルムとの間に比較的広い電気接続領域をもたらす、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項２３】
前記アーチ形区域の中央のピーク深さは、前記トランスデューサから伝播される搬送波周波数の１／２の波長より長くない互いからの離隔距離を有する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項２４】
前記平行なリッジ場所の前記所定の離隔距離は、少なくとも２つの異なる距離を有する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項２５】
前記ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域は少なくとも２つの異なる半径を有する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項２６】
前記ＥＳＭＲフィルムは、前記フィルムを前記フィルム接触面に装着する前に、前記アーチ形区域に熱成形される、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項２７】
前記支持部材は、前記ＥＳＭＲフィルムから放射された波が、前方にも後方にも双方向に伝播することを可能にするように構成されている、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項２８】
前記ＥＳＭＲフィルムは、前記トランスデューサから伝播される、主波周波数または搬送波周波数の少なくともほぼ１０波長の少なくとも１つの寸法を有する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項２９】
前記ＥＳＭＲフィルムは、前記トランスデューサから伝播される、主波周波数または搬送波周波数の少なくともほぼ５波長の少なくとも１つの寸法を有する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３０】
前記アーチ形区域の弧の長さはほぼ１００度以下の中心角によって定義される、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３１】
前記支持部材およびリッジの場所は、伝播される波を集束させるための凹状の皿形の湾曲を有するように前記ＥＳＭＲフィルムを構成する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３２】
前記支持部材およびリッジの場所は、、伝播される波を拡散させるための凸状の皿形の湾曲を有するように前記ＥＳＭＲフィルムを構成する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３３】
前記リッジの場所は、ＥＳＭＲフィルムの接触面を装着するように配置された平板における接触面である、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３４】
（ａ）少なくとも表面が平滑な連続的な形状である、対向する前記表面および裏面を有する支持部材と、
（ｂ）前記支持部材の前記表面の上に配置され、パラメトリック出力を放射するように、平行な接触面によって交互に分離された平行な凸状のアーチ形区域のアレイを備えて形成され、ＥＳＭＲフィルムの前記平行な接触面が前記支持部材の前記表面において装着され、それによって、ＥＳＭＲフィルムの前記各アーチ形区域を隣接するアーチ形区域から機構的に分離する、電気的に感応性があり機械的に反応性がある（ＥＳＭＲ）フィルムと、
を備える、パラメトリック・トランスデューサ。
【請求項３５】
前記凸状のアーチ形区域の半径は、前記ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域の少なくとも中央のピーク深さが前記トランスデューサから伝播される前記搬送波周波数の波長のほぼ１／４以下に前記平行なチャネルの前記表面からの離隔距離を有するように確立される、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項３６】
前記凸状のアーチ形区域の半径は、前記ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域の少なくとも中央のピーク深さが前記トランスデューサから伝播される前記搬送波周波数の波長のほぼ１／２以下に前記平行なチャネルの前記表面から離隔距離を有するように確立される、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項３７】
前記支持部材は、ＥＳＭＲフィルムの前記凸状のアーチ形区域が空気の流れに対して開放に維持される対向する端部を有するように構成される、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項３８】
前記支持部材は、ＥＳＭＲフィルムの前記凸状のアーチ形区域が空気の流れに対して、実質的に遮断さて維持される対向する端部のうちの少なくとも１つを有するように構成される、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項３９】
前記ＥＳＭＲフィルムの導電性部分の少なくとも１つの区域がエッチングで除去され、それによって、前記ＥＳＭＲフィルムの少なくとも２つの電気的に絶縁された導電部分を形成する、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項４０】
複数の遅延回路を備える受動遅延ラインをさらに備え、各遅延回路は、前記ＥＳＭＲフィルムの前記電気的に絶縁された導電部分のうちの１つに電子的に接続され、前記受動遅延ラインが前記ＥＳＭＲフィルムの前記電気的に絶縁された導電部分を駆動する複数のパラメトリック信号を生成し、少なくとも１つの前記パラメトリック信号は、位相差を確立するために遅延される、請求項３９に記載のトランスデューサ。
【請求項４１】
エッチングで除去される、前記ＥＳＭＲフィルムの前記導電部分の少なくとも１つのリング区域をさらに特別に備え、それによって前記フィルムの少なくとも中央の円形の導電部分および前記フィルムの少なくとも１つの外側のリングの導電部分を形成し、前記フィルムの各前記導電部分が電気的に絶縁される、請求項４０に記載のトランスデューサ。
【請求項４２】
前記ＥＳＭＲフィルムを前記フィルム接触面に装着するための接着材料をさらに備える、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項４３】
前記接着材料は熱伝導性の接着材である、請求項４２に記載のトランスデューサ。
【請求項４４】
前記接着材料は導電性の接着材である、請求項４２に記載のトランスデューサ。
【請求項４５】
前記フィルム接触面上の前記接着材料は、ほぼ１万分の２．５４ｃｍ（１インチ）より少ない厚さを有する、請求項４２に記載のトランスデューサ。
【請求項４６】
前記支持部材を前記ＥＳＭＲフィルムの縁部に連結するためのＣ形チャネルの導電性機構をさらに備え、点接触の電気接続と比較して、前記Ｃ字形チャネルと前記ＥＳＭＲフィルムとの間に比較的広い電気接続領域をもたらす、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項４７】
前記アーチ形区域の中央のピーク深さは、前記トランスデューサから伝播される搬送波周波数の１／２の波長以下に互いからの離隔距離を有する、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項４８】
前記ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域は少なくとも２つの異なる半径を有する、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項４９】
前記ＥＳＭＲフィルムの前記アーチ形区域は、前記フィルムを前記フィルム接触面において装着する前に熱成形される、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項５０】
前記ＥＳＭＲフィルムは、前記トランスデューサから伝播される搬送波周波数の少なくともほぼ５波長分のｙ軸に沿った幅を有する、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項５１】
前記アーチ形区域の弧の長さがほぼ１００度以下の中心角によって定義される、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項５２】
前記支持部材および前記ＥＳＭＲフィルムは、伝播される波を集束させるための凹状の皿形の湾曲を有する、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項５３】
前記支持部材および前記ＥＳＭＲフィルムは、伝播される波を拡散させるための凸状の皿形の湾曲を有する、請求項３４に記載のトランスデューサ。
【請求項５４】
１つまたは複数の位相の信号によって駆動されるステップをさらに含み、少なくとも２つの反対の位相信号が前記フィルムの前記電気的に絶縁された導電部分を駆動するために使用される、請求項１３に記載のトランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、パラメトリック・スピーカの分野に関する。より詳細には、本発明は超音波のパラメトリック・トランスデューサのエミッタとして圧電膜を使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
音響再生は、長年かなり発達した技術を考察してきた。数十年間に、音響再生デバイスは、管またはビニール製円盤上の機械的な針から、レーザおよび他の多くの電子媒体の形態を介したアナログまたはデジタル再生に進展した。現在では、映画およびホームシアターシステム内への用途を含む、新しい次元のリスニング体験を生み出すために、発達したコンピュータおよびソフトウエアが、信号処理の複雑なプログラミングおよび合成音の操作を可能にする。コンピュータにより生成される音は、新しい頂点に到達しつつあり、もはや現実に制限されず、創造的な創作領域に進展する音を生み出す。
【０００３】
それにも関わらず、電気機械式スピーカの空気との接触面での実際の音響再生は、ほぼ１００年の間、実質的に原理的に同じままである。このようなスピーカの技術は、明らかにダイナミック型スピーカが優位に立ち、それは今日使用する市販のスピーカの９０パーセントより多くを占める。実際に、ダイナミック型スピーカと呼ばれる、一般的なクラスの音響再生デバイスは、電子信号によって駆動される磁石、ボイスコイル、およびコーンの単純な組み合わせによって始まった。磁石および音声コイルは、信号の可変電圧を機械的な移動に変換し、それによって従来の多段階トランスデューサとしてのダイナミック型スピーカ内の第１の段階を表現する。取り付けられたコーンは、電気トランスデューサとトランスデューサを囲むエアエンベロップの間をインピーダンス整合する第２の段階をもたらし、音声コイルの小さな振動をオーディトリアムを満たすことが可能な拡張する圧縮波として出現するように伝達することを可能にする。このような多段階システムは、特に高いエネルギーレベルでの音響再生に対する現行の基本的な手法を含む。
【０００４】
一般にフィルムまたは振動板型のトランスデューサと呼ばれる、より数の少ない種類のスピーカは、一般に静電型または平らな磁石型の駆動部材によって生成されるフィルムのエミッタ表面領域の移動に依存する。静電型スピーカは、何十年もの間、音響分野の不可欠の部分であったが、その知名度は極めて限られていた。一般に、そのようなフィルムエミッタは、小さな部屋または限られた空間のみに適した用途を有する低出力デバイスであることが知られてきた。少数の例を除き、市販のフィルム・トランスデューサは主に、フィルムエミッタの幅が伝播される音の波長に等しいかそれより少ない、ツイータおよびその他の高周波数デバイスとして容認されてきた。より大きなフィルムデバイスを適用しようとすると、、ステータまたはドライバからの均一な隙間の維持、起電界の均一な適用、位相整合、周波数の等化などの多くの機械制御問題と同様に、エミッタの共振周波数と音響出力の整合不良を生じる。
【０００５】
多くのかなり発達した技術と同様に、最先端の音響再生の進化は一般に、ダイナミック型および静電型システムの基礎的な領域内でのわずかな向上および改善に限られてきた。実際に、こうした進歩のほぼ全ては、同じ基本原理内で機能するので公知の音響再生の基礎を形成した。これらは、（ｉｉｉ）直接空気を刺激して所望の音響の振動にする周波数における（ｉｉ）トランスデューサの往復運動に基づいて、（ｉ）音がスピーカの面で生成される概念を含む。この基本概念からスピーカに関する多くの解決策が生じ、それは、高密度の質量のあるスピーカから、音を伝播させることが必要なほとんど質量のない空気媒体へのエネルギーの伝達を最適化する試みに関する無数の問題に対処する。
【０００６】
従来技術のダイナミック型および静電型のトランスデューサに共通する第２の基本原理は、音響再生が線形の動作モードに基づいていることである。言い換えれば、従来の音の発生の物理的特性は、吸収されたエネルギーとそこから生じる空気媒体においての波の伝播との間の線形の関係に従う数学的手法に依存する。このような性質は、トランスデューサから音の波として伝播される場合、回路または信号に与えられた所与のエネルギー入力が、相当する比例的な出力を生み出す期待を伴う、予測可能な音の信号の処理を可能にする。
【０００７】
このような従来のシステムにおいて、空気媒体を線形モードに維持することは非常に重要である。空気が過剰に非線形状態にされると、激しい歪みが生じ、オーディオシステムは、本質的に容認不可能になる。この非線形性は、ダイナミック型スピーカコーンまたはエミッタの振動板表面に隣接する空気分子が、スピーカの動作に対応するように応答する空気分子の能力を超える過剰なエネルギーレベルに駆動される場合に生じる。簡単に言えば、空気が線形モードで放散できるよりも多くのエネルギーをもつ空気をスピーカが負荷するように空気分子がスピーカの動きに合わせることが不可能な場合、非線形の応答が生じ、激しい歪みおよびスピーカの動作不能が引き起こされる。したがって、従来の音響システムは、この制限を回避するように組み立てられ、スピーカのトランスデューサが厳密に線形の範囲内で動作するようになる。
【０００８】
しかし、パラメトリック音響システムは、例外的なオーディオ音響の生成をもたらす。従来の線形モード内で動作する代わりに、パラメトリック音響は、空気媒体が非線形状態にされる場合にのみ生成可能である。この独特の動作領域内で、オーディオ音響は、スピーカまたはトランスデューサ要素から伝播されない。その代わりに、トランスデューサは、高エネルギーの、人間の聴覚を超える超音波帯域幅の搬送波を伝播させるのに使用される。したがって、超音波の波は搬送波として機能し、搬送波は、非線形状態にされる場合、空気中でデカプリングできる側波帯特性を改善させる音の入力によって変調可能である。このように、スピーカ・トランスデューサでなく空気分子が、パラメトリックシステムの可聴成分を生成する。特に、オーディオ信号を用いて空気分子にエネルギーを与えるのは超音波の搬送波の側波帯成分であり、その結果、可聴周波数の伝播を可能にする。
【０００９】
パラメトリック・スピーカと従来の音響機器との別の基本的な相違点は、従来技術のオーディオシステムに特徴づけられるような高エネルギーのトランスデューサが、効果的なパラメトリック・スピーカの動作に求められる、必要なエネルギーをもたらさないように見えることである。たとえば、従来の音響システムの支配的なダイナミック型スピーカの種類は、その高エネルギー出力で知られている。疑いなく、コーン／マグネット型トランスデューサが高エネルギーレベルを周囲の空気に伝達する能力は、現在使用されている事実上全ての高出力の音響用スピーカシステムが、ダイナミック型スピーカデバイスに依存することから明白である。対照的に、静電型およびその他の振動板型トランスデューサなどの低出力デバイスは、事実上、高出力の必要条件を受け入れることができない。明らかな例として、スタジアムおよびその他の屋外会場での大きなコンサートに使用される屋外用オーディオシステムを考察されたい。通常、大きく重量のあるダイナミック型スピーカは、このような聴衆に対して直接音を拡大するのに必要である。低出力のフィルム型振動板をこの設定に適用したらどうか提言すれば、思慮に欠け非現実的と見なされるであろう。
【００１０】
しかし、パラメトリック音響を創出することにおいて、本発明者は、驚くべきことにフィルムエミッタが高出力のパラメトリック音響出力を拡大することにおいて、ダイナミック型スピーカより優れた性能を示すことを理解した。実際に、本発明者は、従来の音響での慣行をパラメトリック・デバイスに適用しようとすると一般に満足のいかない結果になることを概して経験してきた。これは、従来の音響技術を使用して、高い音圧レベルならびに最小限の歪みを得るための試みにおいて実証されてきた。この、従来の音響設計をパラメトリック音響システムの構築に適用する従来技術の傾向は、商業的なパラメトリック音響の実現の成功を頓挫させ遅らせてきたことは当然である。これは、パラメトリック音響システムに関する従来技術の特許が、高エネルギーの多段式の特徴を持つ、従来のダイナミック型スピーカに匹敵するバイモルフトランスデューサを使用してきたことによって明らかである。この分野での広範囲にわたる国際的な研究にも関わらず、これらのパラメトリック・スピーカは、容認できるような動作が全く不可能であった。
【００１１】
要ほぼすると、従来のオーディオシステムは、（ｉｉｉ）線形モードで作動しながら、（ｉｉ）ダイナミック型スピーカなどの高いエネルギー出力デバイスに基づいて、（ｉ）スピーカ・トランスデューサの表面で可聴波を生成するという十分に容認された音響の原理に依存するのに対して、本発明者らは、パラメトリック用途に関して正反対の設計基準が好ましいことを発見した。特に、効果的なパラメトリック音響は、（ｉｖ）トランスデューサの表面から延長した距離で、（ｉｉｉ）空気中でデカプリングされる変調された側波帯成分を有する超音波搬送波を伝播させるために、（ｉｉ）非線形モードにおいて、（ｉ）比較的低エネルギーのフィルム型振動板を使用して効果的に生成される。こうした相違を考慮すれば、従来の音響技術において何十年もの研究の上に発展した従来の知識の多くが、パラメトリック音響を生成することに関する問題に単純に応用不可能であることは驚くことではない。
【００１２】
従来の音響トランスデューサと比較してパラメトリックエミッタ設計の独自性を示す、１つの特定のトランスデューサ設計の領域は、空気を要求された非線形状態で駆動する十分なエネルギーレベルにおいての超音波出力を生成するためのフィルムエミッタを適用することである。上記に示されるように、フィルムエミッタは、低エネルギーデバイスであることが公知である。それにも関わらず、フィルムエミッタは、原特許出願に開示されたパラメトリック・トランスデューサに関して、今になって開発されてきた。このようなエミッタ設計は一般に、一体構造のフィルム型振動板を横切って配置された小さなエミッタ区域のアレイとして特徴付けられている。以下の開示は、フィルムエミッタは低電力の用途に限られるという従来の見解にも関わらず、高電力出力を生成することが可能な効果的なフィルム放出器の開発に対してさらに向上をもたらす。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
エミッタとして圧電フィルムを使用するパラメトリック・スピーカシステムを開発することが有利であるとこれまでに判断されてきた。この場合フィルムは、真空またはその他の何らかのデバイスによって供給される正または負の圧力によって維持されずにフィルムが付着される。
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、ｘ軸およびｙ軸に沿って延びる支持部材を備え、表面および裏面の両方を有する、パラメトリック・トランスデューサを提供する。支持部材は、ｘ軸に沿って延びる平行なリッジのアレイの場所を備え、所定の離隔距離でｙ軸に沿って離れて配置されている。リッジの場所は、パラメトリック出力を放射するための所望のフィルム形状にエミッタフィルムを支持するための前方のフィルム接触面を有する。電気的に感応し機械的に反応する（ＥＳＭＲ）フィルムが支持部材の上に配置され、ＥＳＭＲフィルムの一方の側がフィルム接触面によって装着され、アーチ形区域が平行なリッジの間に配置されている。フィルム接触面は、ＥＳＭＲフィルムの各アーチ形区域を隣接するアーチ形区域から機構的に分離する。
【００１５】
本発明の別の特徴および利点は、本発明の特徴を共に例によって示す添付の図面と関連させて、以下の詳細な説明を読めばそこから明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
添付の図面は、本発明を実施するための例示の実施形態を示す。図面では、本発明の異なる図または実施形態において、同様の参照番号が同様の部品を指す。
次に、図面に示される例示の実施形態を参照し、本明細書でその実施形態を説明するのに特定の言葉を使用する。しかし、それによって、本発明の範囲は全く限定されないということを理解されたい。関連分野の技術者およびこの開示の占有者に思いつく、本明細書に示される本発明の特徴の変更およびさらなる修正、および本明細書に示される発明の原理のさらなる応用は、本発明の範囲内にあると見なされる。
【００１７】
本発明の特許出願である、１９９７年３月にＳｅｌｆｒｉｄｇｅに発行された米国特許第６，０１１，８５５号は、それに続く特許出願と共に、空気中にパラメトリック信号を放射するための手段として圧電フィルムを提唱した。圧電フィルムを使用すると、広い超音波放射面の全体に均一な波面を生成することが可能になる。「ベース信号」または搬送波と「情報搬送信号」との間の相互作用を最大にするために、フィルムは、それぞれが個別のエミッタとして働くように複数のアーチ形を有して形成される。アーチ形は、複数の開口を備える放射プレートの一方の側面上にフィルムを配置し、放射プレートに対してフィルムを引くために真空が放射プレートの反対の側面の上に配置され、それによってアーチ形を形作ることによって形成される。
【００１８】
真空によって起こる圧縮された状態でフィルムを放射プレートに貼り付けることは、特定の点においてフィルム上に働く圧力に応じて圧電フィルムが変動する共振周波数を有することになる可能性があり、また、放射された波が望ましくない歪みを含むことになる可能性があることが以前から知られていた。さらに、真空を封じ込めるための必要条件によって、スピーカの質量、体積、および製造の複雑さが増す。最後に、気密性の真空チャンバを維持することは極めて難しい可能性がある。
【００１９】
図１ａおよび１ｂは、永続的に真空を封入する必要をなくす超音波パラメトリック・トランスデューサを示す。図１ａは、ｘ軸およびｙ軸に沿って延びる支持部材１０１の底面図である。支持部材は、ｘ軸に沿って延びる平行な配列のリッジ１０８を保持し、所定の離隔距離でｙ軸に沿って離されて配置されている。リッジは、パラメトリック出力を放射するための所望のフィルム形状でエミッタフィルムを装着するために前方のフィルム接触面１１２を有する。この実施形態では、リッジ１０８の間の区域１２０は、空気の流れに対して開放されて維持される。
【００２０】
図１ｂのトランスデューサは、表面１０４と裏面１０６の両側を有する支持部材１０２を備え、支持部材はｘ軸およびｙ軸に沿って延びている。支持部材は、ｘ軸に沿って延びる平行なアレイのリッジ１０８を保持し、ｙ軸に沿って所定の離隔距離で離されて配置されている。背板が背面１０６上に形成され、表面上の平行なチャネル１１０のアレイを形成し、それぞれが所定の深さおよび形状のチャネル断面１１１および前面１１３を有する。リッジ１０８は、それぞれが支持部材１０２より上の高さで配置される前方のフィルム接触面１１２を有する。フィルム接触面１１２は、支持部材１０２より上の高さで、エミッタとして使用されるフィルム１１４を装着するように形成されている。フィルムは、平行なチャネル１１０の配列のチャネル断面に対して配列されたアーチ形区域１１６を有する。
【００２１】
一般に、支持部材は、リッジ１０８を実質的に平行な形状に保持する任意の構造から構成できる。図１ａは、ｙ軸に沿って延びる２つの保持クロスバーを有する支持部材を示す。２つより多いまたはそれより少ない保持クロスバーを備える、より精巧な支持部材が使用できる。図１ｂに示されるような後ろ板全体がリッジ１０８を保持するために使用できる。本発明の範囲から逸脱せずに図１に示される支持部材に多くの変形を加えることができる。
【００２２】
平行なリッジは、フィルムを装着し、フィルムの中間のアーチ形区域１１６を形成するためのフィルム接触面１１２を提供する任意の構造から構成することができる。断面１１１および平行なリッジによって形成される平行なチャネル１１２は、図２ａに示されるように形状が矩形である必要はない。本発明に開示されるようなフィルム接触面を提供しながら、平行なリッジに多くの変更を加えることができる。たとえば、図２ｂは、表の板面の一部分としての平行なリッジ場所を有し、フィルム接触面を提供する平板を示すことに留意されたい。
【００２３】
フィルム接触面は、フィルムのアーチ形区域１１６の間でフィルムを装着することが可能な任意の構造から構成できる。フィルム接触面は、それがフィルムを装着するとフィルム１１６の各中間のアーチ形区域が実質的にその他の全てのアーチ形区域から分離されるように形成する必要がある。
【００２４】
様々なタイプのフィルムがエミッタフィルムとして使用できる。重要な基準は、フィルムが（ｉ）空洞の位置または支持部材から移動した位置でアーチ形のエミッタ区域に変形し、（ｉｉ）信号内容に対応する音響出力を再生する方式で収縮し拡張するように、加えられた電気信号に応答可能なことである。圧電材料はこうした設計要素を供給する主要な部材であるが、技術的に圧電性でない性質の新しいポリマーが開発されている。それでも、ポリマーは、従来の圧電合成物と同様に電気的に感応性であり、機械的に反応性がある。したがって、この出願において圧電フィルムは、音響波が主題のトランスデューサで実現できるように電気的に感応性もあり機械的に反応性もある（ＥＳＭＲ）任意の好ましいフィルムに範囲を拡げて述べられることが意図されることを理解されたい。
【００２５】
図２ａに示されるように、ＥＳＭＲフィルムの一方の側がフィルム接触面１１２において装着され、アーチ形区域１１６が平行なチャネル１１０のアレイのチャネル断面１１１に対して整列して、ＥＳＭＲフィルム１１４が支持部材１０２に貼り付けられている。
【００２６】
図２ａに示される実施形態は、表面１０４に対して凹形状にされて貼り付けられたアーチ形区域を有する。凹形状は、（図６ｂの実施形態に示されるような）凸状のアーチ形区域を使用するトランスデューサと比較して非常に頑丈であるトランスデューサを形成する。アーチ形区域は凹状であるので、平行なリッジ１０８は実質的に、フィルムがトランスデューサの使用中に偶発的に接触しないように保護する。凹形状の別の利点は、高い指向性を得ることができることである。たとえば、図６ｂに示される凸状のアーチ形区域の形状は、凹形状よりも伝播される波を拡散させる傾向がある。
【００２７】
後ろ板が裏面１０６に形成されている場合に、エミッタフィルム１１４が図１ｂの支持部材１０２に貼り付けられると、支持部材および後ろ板が放射される波を前方にのみ伝播できるようにする。しかし、エミッタフィルム１１４が図１ａの基本支持部材１０１に貼り付けられる場合、裏面は、表面１０４と裏面１０６の間に空気が流れるのを可能にする開口１２０を有する。したがって、支持部材は、前方にも後方にも放射される波が双方向に伝播できるようにする。
【００２８】
ＥＳＭＲフィルムは、接着物質を使用してフィルム接触面において装着されてもよい。接着物質は、図３の３１０として表示されている。フィルム接触面１１２が支持部材に印加された電圧をＥＳＭＲフィルム１１４に伝達する電極として働くことも可能にするように、接着剤が導電性であることを選択することが可能である。ＥＳＭＲフィルムに高レベルの電圧が印加されると、フィルムは散逸されるべき熱を発生する可能性がある。したがって、支持部材１０２がＥＳＭＲフィルム１１４に対するヒートシンクとして働くこともできるように、接着剤が熱伝導性であることを選択することが可能である。最後に、製造プロセスを容易にし、トランスデューサの信頼性を向上させるために、接着剤が加速液または活性液を与えられた場合に促進される急速な硬化時間を有することを選択することも可能である。接着物質がフィルム接触面に付着される場合、可能な限り均一に接着剤を付着させることが重要である。接着剤またはフィルム接触の不整合により、フィルムのアーチ形区域の不整合が生じ、低いＱ値（Ｑ）および望ましくない歪みが生じる可能性がある。接着剤を均一に付着させるために、スクリーン印刷技術が使用できる。接着剤の厚さは、１万分の２．５４ｃｍ（１インチ）より小さいように選択されてもよい。
【００２９】
図２ｂは、表面２０４および裏面２０６の両側を有する支持部材２０２から構成されるトランスデューサ２１０を示し、表面２０４が少なくとも平滑な連続的な形状であり、それは支持部材が図１ａに示されるようなリッジを有していないことを意味する。その代わりに、支持部材は、ＥＳＭＲフィルムが品目２２２で示されるように装着される、リッジの場所を有する。特に、ＥＳＭＲフィルム２１４は、支持部材２０２の表面２０４の上に配置され、前記ＥＳＭＲフィルムはパラメトリック出力を放出するように形成にされている。ＥＳＭＲフィルムは、平行な接触面２２２によって交互になって分離された平行な凸状のアーチ形区域のアレイを備えた形状にもされている。接触面は、支持部材２０２の表面２０４において装着され、それによってＥＳＭＲフィルムの各アーチ形区域２１６を隣接するアーチ形区域から機構的に分離する。図２ｂのトランスデューサは、ＥＳＭＲフィルム２１４の上に保護カバーも備え、動作中または輸送中に凸状のアーチ形区域が偶発的に接触しないように遮蔽する。
【００３０】
図２ｂのトランスデューサ形状により、簡単な支持部材の設計を有する利点がもたらされる。支持部材２０２の表面２０４は、平滑で連続的であり、図１ｂの支持部材１０２に設けられるようなリッジ１０８およびチャネル１１０のアレイがない。この簡単な支持部材設計により、この上さらに、図１ｂおよび図２ａに示されるフィルム接触面１１２に対して、中間のスペーサ２２２を精密に位置調節する必要がないので、トランスデューサ２１０の製造工程が容易になる。
【００３１】
図２ｃは、図２ａに示されたトランスデューサの変形形態を示し、ここでは、支持部材２０２が、ＥＳＭＲフィルム２１４を凹状の皿形の湾曲を有するような形状にする。この実施形態では、フィルムから伝播された波は、比較的小さな領域に集中可能になる。図２ｂのトランスデューサは、凹状の皿形の湾曲の形状にされることもできる。図２ｃのさらなる変形形態として、フィルム全体が凹状の椀形として形成することができ、伝播される波が空間の指定された点に集中することが可能になる。
【００３２】
図２ｄは、図２ａに示されるトランスデューサの変形形態を示し、支持部材２５２が、ＥＳＭＲフィルムを凸状の皿形の湾曲を有するような形状にする。この実施形態では、フィルムから伝播された波は、比較的広い領域にわたって拡散できる。図２ｂのトランスデューサは、凸状の皿形の湾曲の形状にもできる。図２ｄの別の変形形態として、全体のフィルムが凸状の椀形として形成でき、伝播される波がより広い領域に拡散されることを可能にする。
【００３３】
ＥＳＭＲフィルムが図２ａの支持部材１０２、または図２ｂの支持部材２０２において装着された後、電子的なパラメトリック信号がフィルムに印加可能になり、アーチ形区域１１６が振動することになる。アーチ形区域の間のＥＳＭＲフィルムの領域が図２ａのフィルム接触面１１２または図２ｂの支持部材２０２のところで装着されるので、フィルム１１６の各アーチ形区域の動作は、実質的に機構的に分離されている。アーチ形区域をこの機構的に分離することにより、実質的に１つのアーチ形区域が別のアーチ形区域の振動に干渉するように振動する可能性がなくなる。図３に「ｗ」で表示されたフィルム接触面の幅は、フィルム接触面ができる限り小さく、したがって、自由に振動できるフィルムの領域を最大にし、伝播される波の振幅を最大にし、それでもフィルムの各アーチ形区域の動作を機構的に分離するのに十分に広くなるように効果を配慮して確立できる。フィルムのアーチ形区域１１６の動作を機構的に分離することによって、各アーチ形区域の正確な湾曲および半径（図３の「ｒ」）は、フィルムの各区域の動作が機構的に分離されなかった場合に達成されるよりも精密に設定され維持されることが可能になる。本発明の機構的に分離する技術によってもたらされるような、フィルムの各アーチ形区域に対する正確な制御を維持することによって、フィルム全体の形状は、非常に均一性があるようにできる。この均一性によって、フィルムが少なくとも２より大きいＱ値を有するようになり、トランスデューサの基準レベルの上の６ｄＢより大きい放射される波が生成される。程度の高いフィルムの均一性が維持され、それによって２よりはるかに大きなＱ値になることが好ましい可能性がある。
【００３４】
１つの実施形態では、ＥＳＭＲフィルムは、平行な配列のリッジにおいてＥＳＭＲフィルムに負の圧力を加えずに、フィルムの接触面においてアーチ形区域に偏るようにされることができる。
【００３５】
１つの実施形態では、支持部材１０２の平行なチャネル１１０は、高度変化の圧差を回避し、かつ冷却をもたらすために、空気の流れに対して開放されたままになった、対向する端部１１８および１２０を有するように形成される。図２ａは、平行なチャネル１１０が空気の流れに開放されている点でこの形状を例示する。別の実施形態では、平行なチャネル１１０は、実質的に空気流に対して遮断された、対向する端部１１８および１２０のうちの少なくとも１つを有するように形成されている。
【００３６】
１つの実施形態では、図２ｂの支持部材２０２は、ＥＳＭＲフィルムの凸状のアーチ形区域が空気の流れに開放されて維持される対向する端部を有するような形状にされている。図２ｂは、凸状のアーチ形区域が、空気の流れに開放されて維持されている対向する端部を有する点でこの形状を例示する。別の実施形態では、支持板２０２は、ＥＳＭＲフィルムの凸状のアーチ形区域が、空気の流れに実質的に遮断されたままになった、対向する端部のうちの少なくとも１つを有するように形成されている。
【００３７】
本発明に開示された形状でのＥＳＭＲフィルムおよび支持部材を用いると、従来技術よりも優れた多くの利点が得られる。第１に、ＥＳＭＲフィルムの使用は、何百または何千のバイモルフ・トランスデューサの配列を使用することにも優る。バイモルフ・トランスデューサの配列は、各バイモルフ・トランスデューサを駆動するための個々の配線を必要とする。これによって、製造の複雑さおよびコストが増す。逆に、ＥＳＭＲフィルムの使用は、フィルムを駆動するために１つの電気接続を要するだけにもできる。さらに、バイモルフ・トランスデューサの配列が使用される場合、各トランスデューサは、わずかに異なる角度で配置される可能性があり、望ましくない位相差および不均一な波面を生じる。ＥＳＭＲフィルムは、均一の連続的な表面なので、フィルムによって放射された波も均一であり、望ましくない位相差が非常に少ない。
【００３８】
実質的に非加圧状態でのＥＳＭＲフィルムの使用は、フィルムを形作る永続的な真空を使用する従来技術の方法を凌ぐ利点も有する。永続的な真空は、フィルムをその所望の形状にするために連続的な圧力を加える。この連続的な圧力により、ＥＳＭＲフィルムが伸張し、フィルムが特定の点でフィルムの張力に応じて可変の共振周波数を有するようになり、また放射された波が好ましくない歪みを含むようになる可能性がある。しかし、本発明による支持部材において実質的に非加圧状態でフィルムを装着することによって、フィルムをその所望の形状に維持しながら、永続的な真空を使用することが回避される。フィルムは実質的に非加圧状態にあるので、フィルムの周波数応答はより一貫性のあるものであり、フィルムから放射される波は意図した波形に、より近似したものである。
【００３９】
その上、永続的な真空を使用すると、フィルムの一方の表面のみに圧力が加わる。この状態では、フィルムの振動は、１つの方向に、その他の方向よりも遠くに拡がる傾向になる。この効果は、放射される波に、偶数次の、または非対称性の歪みを生成する可能性がある。偶数次の歪みによって、デバイスを通過する信号にスプリアスの偶数次の高調波（２次、４次、６次、等）が加わる。本発明は、真空を永続的に加えずにフィルムにアーチ形区域を維持する方法を提供するので、フィルムは両方向に等しく自由に振動し、したがって放射される波の中の偶数次の歪みを実質的に取り除く。
【００４０】
最後に、永続的な真空を使用するには、その真空維持と封じ込めのための追加の構造が必要になる。このような構造によって、スピーカの質量、体積、および製造の複雑さが増す。本発明の支持部材１０２は、従来の特許出願において真空チャンバを提供するために過去に使用されたドラムまたはその他の支持部材よりもかなり薄く、またより耐久力がある。
【００４１】
フィルムの湾曲の半径、およびフィルム１１４のアーチ形区域１１６の最先端の間の距離は、トランスデューサの性能に影響する可能性がある。図３は、図２ａの２つの断面１１１の拡大斜視図である。図２ａのトランスデューサは、ここでは例として用いられているが、下記に開示される測定値は、本発明の全ての実施形態に等しく適用可能である。変数「ｒ」はフィルムの湾曲の半径を表わし、変数「Ｌ」はフィルムのアーチ形区域１１６の隣り合う中央のピーク深さの間の距離を表わす。変数λは、搬送波周波数の波長を表わす。変数ｘ、ｙ、およびｚは、波長の指定された比を表わす。フィルムの共振周波数は、「ｒ」に依存する。「ｒ」が小さくなると、フィルムの共振周波数が高くなる。波のデカプリングが最大になるように空気中のパラメトリック波の相互作用を最適化するために、Ｌ ≦１／２λになるようにアーチ形区域１１６を位置決めすることが有益な可能性がある。
【００４２】
本発明の別の実施形態では、距離「Ｌ」および／または半径「ｒ」は、トランスデューサ構造全体にわたって変わってもよい。距離「Ｌ」を変更するためには、平行なリッジ１０８の離隔距離も、同じ量だけ変更する必要がある。距離「Ｌ」を変更することによって、アーチ形区域１１６の半径「ｒ」も変更される可能性がある。上記に述べたように、「ｒ」の変更がフィルムの共振周波数に影響を与えることになる。したがって、半径「ｒ」および／または距離「Ｌ」を変更すると、複数の共振周波数を生成することになり、それは広い周波数スペクトルが必要になる場合に望ましい可能性がある。
【００４３】
フィルム１１４のアーチ形区域１１６から平行なチャネルの前面１１３の距離も、トランスデューサの性能に影響する可能性がある。図３では、変数「ｄ」は、フィルムのアーチ形区域１１６の中央のピーク深さから平行なチャネル１１０の正面１１３の距離を表わす。１つの実施形態では、ｄ≦１／２λである。ｄ＝１／２λの場合、フィルム３０２の裏から放射された搬送波は、支持部材１０２から反射し、フィルム３０４の表から放射された波と位相が不一致になって戻る。その結果、余分な音圧が、フィルム１１４のアーチ形区域１１６を所望の極性と一致せずに駆動する可能性があり、フィルム３０４の表から放射された波と有害な干渉を起こす可能性がある。ｄ≦１／４λの場合の好ましい実施形態では、ｄ＝１／２λが回避される場合に相互作用および打ち消しが起こる可能性がある。したがって、フィルムのアーチ形区域の中央の最先端が平行なチャネルの前面から１／２λより小さくなるだけでなく、フィルム全体の長さも平行なチャネル１１０の前面から１／２λより小さくなることが好ましい可能性がある。
【００４４】
好ましい実施形態では、アーチ形区域１１６の弧の長さは、図３に表示された「θ」の１００°以下の中心角によって定義される。弧の長さを制限するこの方法により、その弧の長さが（整流された正弦波形状としても示される）ほぼ１８０°の中心角によって定義されるエミッタフィルムを凌ぐ多くの利点がもたらされる。本発明により、整流された正弦形状よりも低い歪み、滑らかな周波数応答、および少ないスプリアス共振周波数がもたらされる。さらに、本発明のアーチ形区域は、通常、整流された正弦形状よりも小さいので、本発明は、より頑丈で信頼性が高い。
【００４５】
図２ａに「幅」で表示されたフィルムエミッタの幅は、トランスデューサから伝播される搬送波周波数の少なくともほぼ５波長分であることが同様に好ましい可能性がある。図３に「幅」で表示されたＥＳＭＲフィルムエミッタの幅が、トランスデューサから伝播される搬送波周波数５波長よりもかなり大きいことも同様に好ましい可能性がある。たとえば、本発明者らはさらに、こうした手順が本明細書に開示される一体構造のフィルムエミッタを備える、１０波長分以上の寸法を有するより大きなエミッタの実装を意外にも可能にすることを理解した。このような大きな寸法は、ｘまたはｙ方向、あるいは両方にすることができる。非パラメトリックの用途に関しては、スピーカの主要なまたは優位な作動周波数に基づいて波長が選択される。
【００４６】
フィルムと、平行なチャネルの前面との間のより定まった距離を得るために、図４は、平行なチャネル４１０の断面４１１が、チャネルの断面４１１に延びるフィルム１１４のアーチ形区域１１６にほぼ一致する湾曲を有した形状にされた、本発明の実施形態４００を描写している。図１の平行なチャネル１１０と同様に平らである代わりに、図４の平行なチャネル４１０は、支持部材４０２の前面４０４に対して凹状である。この形状においては、フィルム１１４は、フィルムのアーチ形区域の中央のピーク深さのところだけでなく、それぞれの平行なチャネルの幅全体にわたって、平行なチャネル４１０の前面４１３からほぼ１／４λの距離のところに配置されている。
【００４７】
図５に示される本発明の別の実施形態では、フィルム接触面５１２は、支持部材５０２の前面５０４に対して凸状の湾曲を有するような構造になっている。その結果、ＥＳＭＲフィルム５１４は、急激な縁部がなく支持部材５０２上に形成されている。フィルムの滑らかさによって均一の面がもたらされ、パラメトリック信号がそこから伝播される。
【００４８】
図４および５の概念は、支持部材が、支持部材の表面に対して凹状の湾曲を有する平行なチャネル４１０、および支持部材の前面に対して凸状の湾曲を有するフィルム接触面５１２を備えるように結び付けられてもよい。したがって、トランスデューサは、支持部材の平行なチャネルからほぼ一定の距離にフィルムを維持し、かつ均一の表面をもたらす利点を有する。
【００４９】
図６ａに示されるように、ＥＳＭＲフィルム６１４は、凹状のアーチ形区域６１６と凸状のアーチ形区域６１８との間で互い違いになるように形成されてもよい。凹状と凸状のアーチ形区域は、支持部材１０２のフィルム接触面１１２に対応する接触区域６１２によって分離されている。接触区域６１２がフィルム接触面によって装着される場合、フィルムの各アーチ形区域は隣接するアーチ形区域から分離される。本発明のこの実施形態は、放射される波においての偶数次の歪みを回避するのを助けることが可能である。この実施形態は、接触区域６１２が凹状のアーチ形区域６１６および凸状のアーチ形区域６１８を分離しない、連続的な正弦波形状より優れた独自のものである。連続的な正弦波形状のフィルムは、（音のメインカラムでない方向に伝播する波である）複数のサイドローブ波を生成する恐れがある。したがって通常、パラメトリック・スピーカによってもたらされる高い指向性が実質的に損なわれる。接触区域６１２がフィルム接触面１１２において装着される場合、各アーチ形区域６１６および６１８の動作が分離される。この分離によって、伝播される波のサイドローブが生じる傾向が実質的になくなる。
【００５０】
図６ｂに示されるように、フィルムは、フィルム５５２のアーチ形区域５５４が平行なチャネル１１０の配列のチャネル断面から離れて延びるように形成でき、その場合に、アーチ形区域が支持部材１０２の前面１０４に対して凸状になる。この実施形態は、アーチ形区域がチャネル断面の中に延びる図２ｂに示される実施形態よりも、波が拡散するようにフィルム５５２から伝播させることが可能である。アーチ形区域は、支持部材１０２から離れて延びるので、フィルム５５２は、使用中に偶発的に衝突する傾向をもち、フィルムがへこみ易くなり、したがってフィルムが純粋な出力を生成する能力を損なう。アーチ形区域が表面に対して凹状である、図２ａに示される実施形態では、フィルムが使用中に偶発的に衝突することからさらに保護されている。
【００５１】
図７ａに示される本発明の別の実施形態では、トランスデューサは、放射面においての伝播される波の位相制御が実行できるように構成されている。フィルム７１４は、分離帯７１６をエッチングで除去することによって、複数の電気的に絶縁された導電部分７１８に分割される。好ましくは、分離帯７１６の導電性部分のみがエッチングで除去され、それによってエミッタフィルム７１４がなお１つの連続した均一のフィルム片であるようにする。フィルムの各電気的に絶縁された部分は、独自のパラメトリック信号によって駆動できる。独自のパラメトリック信号は、信号源７０２に電子的に接続された遅延ライン７０４によって生成できる。遅延ラインは、複数の遅延回路から構成されており、各遅延回路は、フィルムの個々の１片に電子的に接続されている。遅延回路は、能動的または受動的な遅延であることができる。１片のフィルムに与えられたパラメトリック信号をフィルムのその他の片に与えられたパラメトリック信号よりも位相遅延させることによって、フィルムの片の間に位相差が生じ、空間内の所定の方向または点においてフィルム領域から最小の位相差を達成することによって、その空間内の所定の方向または点において最大増幅の総和までフィルムの電気的に絶縁された異なる部分の間の位相の関係を最適化することにより、音のビームが異なる方向に案内されることが可能になる。図７ａは、電気的に絶縁された導電部分の１×４の列のみを示すが、放射表面において伝播される波の精密な位相制御を可能にする、より複雑な列が形成可能であり、したがって、波面の精密な指向性を実現可能にする。遅延回路は、遅延を解消することができるようにも切替可能であり、放射面で伝播される波の位相を制御しない放射面を形成する。あるいは、遅延回路の代わりに、フィルムの電気的に絶縁された導電部分は、好ましい方向に位相差を最小限に抑え、パラメトリック出力を最大限にすることができる関係で、位相の内または外に寸法を決められ配線されることが可能である。
【００５２】
放射面において伝播される波の位相制御のための別の実施形態において、図７ｂはＥＳＭＲフィルムの導電部分の少なくとも１つのリング区域７５４が少なくとも表面または裏面、あるいは両面がエッチングで除去されたトランスデューサ７５０を示す。エッチングは、少なくとも１つのフィルムの中央の円形の導電部分７５６、および導電性フィルムの少なくとも１つの外側のリング部分７５８、７６０、および７６２を形成する。フィルムの各導電部分７５６、７５８、７６０、および７６２は電気的に絶縁されている。フィルムのエッチングされたリング部分７５４は、フィルム７５６、７５８、７６０および７６２の導電部分の間の電気アークの発生を回避しながら、できる限り狭く形成される。エッチングされた部分７５４の幅は、２．５４ｃｍ（１インチ）の１／１６にすることもできる。分離された導電部分７５６および７６０の位相は、０度に設定でき、分離された導電部分７５８および７６２を駆動するパラメトリック信号の位相は、１８０度だけシフトできる。したがって、フィルムから伝播された音のビームは、空間の特定の点に集束するように操作できる。
【００５３】
図７ｂの別の実施形態では、導電部分７５８、７６０、および７６２は、その伝播される波が、好ましくは＋／−９０度の位相の変化の中で空間内の指定された点に達するように寸法および位相を決められ、またさらに効果的な結果を得るには＋／−４５度のまたはそれより少ない位相差で空間内の指定された点に達するように使用できるようにすることが可能である。中央の伝達部分７５６は、その伝播される波が空間内の＋／−９０度以内の位相の変化で同じ指定された点に達するように寸法を決められることが可能である。フィルムの各導電リング部分の直径は、搬送波の周波数およびトランスデューサの表面からの所望の焦点の距離に依存する。
【００５４】
図７ｂはフィルムの４つの導電部分のみを示すが、フィルムは、任意の数の導電部分に分割できる。位相差を生成するために使用される遅延回路は、遅延を解消することができるように切替可能であり、放射面において伝播される波の位相を変更しない放射面を形成する。
【００５５】
ＥＳＭＲフィルム７５２は、任意の支持部材７６４上に配置されることが可能であり、限定はされないが本発明に開示された支持部材を備える。本発明に開示された支持部材は、正方形または矩形にできるので、支持部材の隅７６４ａはフィルムの導電部分のリング形状と一致しなくてもよい。したがって、隅７６４ａは、図７ｂに示されるように（フィルムなしで）露出したままにされてもよい。あるいは、フィルムの導電リング部分は、隅全体に延びることもできるが、支持部材の側面部分を通って連続しない。支持部材の隅全体に導電リング部分を延ばすことによって、より大きなフィルム表面積がもたらされ、それによって増幅度が増加された伝播される波を生成する。
【００５６】
フィルムの導電部分に電気接点を形成する様々な技術が使用できる。図７ｃに示される１つの技術は、全体のフィルムの片を半分に分割し、それによってフィルムを２つの片７５２ａおよび７５２ｂに分離する。フィルムを分離することによって、電気接点７６８がフィルムの導電部分の内側縁部に配置できる。電気接点７６８は、ＥＳＭＲフィルムの直径全体に延びる薄い回路板７６６によって定位置に固定できる。回路板７６６は、上述の遅延ラインを備え、電気接点７６８に電気信号を供給することも可能であり、または単に所望の増幅器出力の極性または位相を各リングに接続する経路手段であってもよい。
【００５７】
図７ｄに示されるフィルムの導電部分に電気接点を形成する別の技術は、フィルムの１つの区域をスライスして除去することである。次いで、電気接点７６８は、フィルムの導電部分の内側縁部に配置できる。電気接点７６８はスライスして除去されたＥＳＭＲフィルムの部分を貫通して延びる、薄い回路板７６６によって定位置に固定できる。回路板７６６は、上述の遅延ラインを具備し、電気信号を電気接点７６８に供給することも可能であり、または単に所望の増幅器出力の極性または位相を各リングに接続する経路手段であってもよい。
【００５８】
次に、図７ｂ、７ｃ、および７ｄに示されるパラメトリック・トランスデューサを対象とする例が提示される。この例のトランスデューサは、４６ｋＨｚの搬送周波数を使用して、トランスデューサの表面から９１．４４ｃｍ（３６インチ）のところに焦点を生じるように設計されている。ＥＳＭＲフィルムは、９０．３２ｃｍ２（１４平方インチ）の支持部材の上に取り付けられている。導電リング部分は、それぞれ５．８４ｃｍ（２．３インチ）（内側の円）、１０．１６ｃｍ（４インチ）、１３．１１ｃｍ（５．１６インチ）、１５．４９ｃｍ（６．１インチ）、１７．５３ｃｍ（６．９インチ）、および１９．５０ｃｍ（７．６８インチ）の（支持部材の隅に延び、縁部で止められる）半径を有する。９１．４４ｃｍ（３６インチ）の距離で最大の出力および焦点を達成するために、リングは、区域１としての中央部分、および各奇数の区域／リングが０位相基準であり、各偶数次の区域／リングが０位相基準と比較して１８０度の位相ずれで動作されるような位相にされている。これは、全ての区域／リングが通常のパラメトリック・コラムを形成する位相で動作できるように、切替可能になされてもよい。
【００５９】
図８によれば、トランスデューサは、ＥＳＭＲフィルム１１４を支持部材１０２の縁部に結合するための、１つまたは複数のＣチャネル機構８０２を備えることもできる。Ｃチャネルは導電性材料で製造でき、電気接続の点接触と比べて、Ｃチャネルとフィルムとの間に比較的広い電気接触領域をもたらす。
【００６０】
フィルムの縁部をＣチャネルを使用して信号源に電子的に接続することに加えて、フィルムは、その中央部分の範囲全体の様々な位置で信号源に電子的に接続できる。ＥＳＭＲフィルムの大きな片を使用する場合、および信号源をフィルムの縁部に接続する場合、フィルムの金属被覆による抵抗損失は、フィルムの中央付近の信号を減衰させる可能性がある。フィルムをその中央の範囲全体の様々な位置で信号源に電子的に接続することによって、信号強度は、フィルム全体にわたって実質的に一定に保たれる。フィルムの中央を信号源に電子的に接続する１つの方法は、１つまたは複数の導電性フィルムの接触面に信号源を与えることによるものであり、その接触面はフィルムの対応する装着された部分に電子的に接続されている。
【００６１】
上記の場合には、フィルム型振動板の個々の導電領域は、フィルムの表面および裏面の両方の側で分離可能であり、または一方の面の側でのみ互いに分離され、フィルムの残りの面の側がその面を横切って導電性が連続することもできる。後者の場合には、連続する側は、交互に入れ替わった極性、位相、または遅延によって、反対面の側の分離された領域が駆動されながら、増幅器システムの共通の接地電位から駆動可能である。
【００６２】
図９は、支持部材の１つの実施形態の図面であり、支持部材は、ｙ軸に沿った１３１ミリメートル、すなわち５．１５インチの幅を有する。支持部材は、ｘ軸に沿った１３３ミリメートル、すなわち５．２３インチの長さを有する。支持部材の高さは、６ミリメートル、すなわち０．２４インチである。図９に「スロット幅」、および図３に「ｗ」で表示された各フィルムの接触面の幅は０．９１ミリメートル、すなわち０．０３６インチである。上記の実施形態に図示されるように、本発明は効果的なパラメトリック超音波スピーカを簡単で小型のデバイスで実現する。
【００６３】
上記に参照された装置は、本発明の原理に関しての適用を例示するものであることを理解されたい。本発明は、その例示の実施形態と関連して図面に示され、上記に説明されてきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、多くの変更形態および代替の装置を考案することができる。例において述べたように、本発明の原理および概念から逸脱せずに多くの変更を行なうことが可能であることが、当分野の技術者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１ａ】本発明の実施形態による支持部材の底面斜視図である。
【図１ｂ】支持部材と支持部材に貼り付けられる圧電タイプのフィルムとを備える、本発明の実施形態による超音波パラメトリック・トランスデューサの斜視図である。
【図２ａ】フィルムが支持部材に貼り付けられた、図１のトランスデューサの斜視図である。
【図２ｂ】支持部材が、平滑で連続的な形状の表面を有する、本発明の実施形態によるトランスデューサの斜視図である。
【図２ｃ】支持部材が、フィルムを伝播される波を集中させるための凹状の皿形の湾曲を有するような形状にする、トランスデューサの斜視図である。
【図２ｄ】前記支持部材が、フィルムを伝播される波を拡散させるための凸状の皿形の湾曲を有するような形状にする、トランスデューサの斜視図である。
【図３】トランスデューサのいくつかの重要な寸法を示す、チャネル断面の拡大斜視図である。
【図４】凹状の湾曲を有する形状にされたチャネル断面を有する支持部材を備える、本発明の実施形態によるトランスデューサの斜視図である。
【図５】支持部材のフィルム接触面が、表面に対して凸状の湾曲を有する、本発明の実施形態によるトランスデューサの斜視図である。
【図６ａ】前記フィルムが、互い違いの凹状および凸状のアーチ形区域の形の形状にされた、本発明の実施形態によるトランスデューサの斜視図である。
【図６ｂ】アーチ形区域が支持部材から離れて突出するようにフィルムが形成された、トランスデューサの斜視図である。
【図７ａ】受動遅延ラインを与えることによって生成される、複数のパラメトリック信号によって駆動されるフィルムの電気的に絶縁された複数の導電部分を表す図である。
【図７ｂ】次第に大きくなるリング形状で電気的に絶縁されたフィルムの複数の導電部分を有するトランスデューサを表わす図である。
【図７ｃ】図７ｂのトランスデューサに電気接点を接続するための１つの方法表わす図である。
【図７ｄ】図７ｂのトランスデューサに電気接点を接続するための１つの方法を表わす図である。
【図８】フィルムがＣ字形チャネルの導電機構を有する支持部材に接続された、パラメトリック・スピーカの断面図である。
【図９】支持部材の１つの実施形態の図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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