(57)【要約】【課題】精度の高い音場を形成することができる超音波音響装置を提供する。【解決手段】超音波音響装置１は、入力された電気信号を超音波に変換して放射する複数のスピーカー１１と、複数のスピーカー１１から放射される超音波を電気信号に変換するマイク２０と、マイク２０による変換で得られた電気信号に基づいて、複数のスピーカー１１の各々から放射される超音波の位相と目標位相との位相差の補正を行う補正回路５０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された電気信号を超音波に変換して放射する複数のスピーカーと、
前記複数のスピーカーから放射される超音波を電気信号に変換するマイクと、
前記マイクによる変換で得られた電気信号に基づいて、前記複数のスピーカーの各々から放射される超音波の位相と目標位相との位相差の補正を行う補正回路とを備える
超音波音響装置。
【請求項２】
前記補正回路は、前記補正として、前記複数のスピーカーに含まれる一のスピーカーに入力された電気信号と、前記一のスピーカーから放射された超音波を前記マイクが変換することで得られた電気信号との位相差に基づいて補正量を決定し、決定した補正量を前記一のスピーカーに入力される電気信号の位相の補正量として設定する処理を、前記複数のスピーカーの各々に対して行う
請求項１に記載の超音波音響装置。
【請求項３】
前記補正回路は、所定の期間が経過する度に、前記補正を行う
請求項１又は２に記載の超音波音響装置。
【請求項４】
前記補正回路は、前記複数のスピーカーの温度の変化量が閾値以上となった場合に、前記補正を行う
請求項１又は２に記載の超音波音響装置。
【請求項５】
前記複数のスピーカーの各々と対面する位置に前記マイクを順次移動させる駆動部を、さらに備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波音響装置。
【請求項６】
前記マイクは、前記対面する位置において、対面しているスピーカーと接触している
請求項５に記載の超音波音響装置。
【請求項７】
前記複数のスピーカーは、二次元状に並べて配置されており、
前記マイクは、前記複数のスピーカーが配置された領域の直上範囲の所定位置に固定されている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波音響装置。
【請求項８】
前記複数のスピーカーは、二次元状に並べて配置されており、
前記マイクは、前記複数のスピーカーが配置された領域の直上範囲の外側に配置されている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波音響装置。
【請求項９】
複数の前記マイクを備え、
前記補正回路は、さらに、複数の前記マイク間で生じる位相差を補正する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波音響装置。
【請求項１０】
前記複数のスピーカーから放射される超音波を反射する反射板を、さらに備え、
前記マイクは、前記複数のスピーカーから放射され、かつ、前記反射板によって反射された超音波を電気信号に変換する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波音響装置。
【請求項１１】
前記反射板は、可動式である
請求項１０に記載の超音波音響装置。
【請求項１２】
前記複数のスピーカーと前記マイクとは、同一基板上に実装されている
請求項１０又は１１に記載の超音波音響装置。
【請求項１３】
前記マイクは、前記複数のスピーカーのいずれか１つである
請求項１〜４及び１０〜１２のいずれか１項に記載の超音波音響装置。
【請求項１４】
複数のスピーカーから放射される超音波をマイクによって電気信号に変換する第１ステップと、
前記マイクによる変換で得られた電気信号に基づいて、前記複数のスピーカーの各々から放射される超音波の位相と目標位相との位相差の補正を行う第２ステップとを含む
位相補正方法。
【請求項１５】
前記第１ステップ及び前記第２ステップは、所定の期間が経過する度に行われる
請求項１４に記載の位相補正方法。
【請求項１６】
前記第１ステップ及び前記第２ステップは、前記複数のスピーカーの温度の変化量が閾値以上となった場合に行われる
請求項１４に記載の位相補正方法。
【請求項１７】
前記第１ステップでは、さらに、前記複数のスピーカーの各々と対面する位置に前記マイクを順次移動させる
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の位相補正方法。
【請求項１８】
前記第１ステップでは、前記複数のスピーカーから放射される超音波を複数の前記マイクによって電気信号に変換し、
前記位相補正方法は、前記第１ステップの前に、複数の前記マイク間で生じる位相差を補正する第３ステップをさらに含む
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の位相補正方法。
【請求項１９】
前記複数のスピーカーは、二次元状に並べて配置されており、
前記位相補正方法は、
前記第１ステップの前に、前記複数のスピーカーが配置された領域の直上範囲に反射板を配置する第４ステップと、
前記第１ステップの後に、前記反射板を前記直上範囲の外側に移動させる第５ステップとを、さらに含み、
前記第１ステップでは、前記複数のスピーカーから放射され、かつ、前記反射板によって反射された超音波を前記マイクによって電気信号に変換する
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の位相補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、超音波音響装置及び位相補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、複数の超音波トランスデューサを備え、所定の位置座標で焦点を結ぶように、位相座標に応じた位相で超音波を発生させる超音波収束装置が開示されている。また、非特許文献１には、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサを利用して、空間の任意の場所にゴルコフポテンシャル（Gor’kov Potential）の低い箇所を形成し、微粒子を浮揚させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１９４５１０号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】A. Marzo, et al, “Holographic acoustic elements for manipulation of levitated objects”, ncomms, 2015, DOI:10.1038/ncomms9661
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数のトランスデューサには位相遅れの個体差が存在するため、形成される音場の精度が低いという問題がある。
【０００６】
そこで、本開示は、精度の高い音場を形成することができる超音波音響装置、及び、超音波音響装置が形成する音場の精度を向上させることができる位相補正方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本開示の一態様に係る超音波音響装置は、入力された電気信号を超音波に変換して放射する複数のスピーカーと、前記複数のスピーカーから放射される超音波を電気信号に変換するマイクと、前記マイクによる変換で得られた電気信号に基づいて、前記複数のスピーカーの各々から放射される超音波の位相と目標位相との位相差の補正を行う補正回路とを備える。
【０００８】
また、本開示の一態様に係る位相補正方法は、複数のスピーカーから放射される超音波をマイクによって電気信号に変換する第１ステップと、前記マイクによる変換で得られた電気信号に基づいて、前記複数のスピーカーの各々から放射される超音波の位相と目標位相との位相差の補正を行う第２ステップとを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係る超音波音響装置によれば、精度の高い音場を形成することができる。また、本開示に係る位相補正方法によれば、超音波音響装置が形成する音場の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る超音波音響装置の構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る超音波音響装置の構成の別の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る超音波音響装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、実施の形態１に係る超音波音響装置の動作の別の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、実施の形態１に係る超音波音響装置の動作の別の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、実施の形態１に係る超音波音響装置による補正量の決定処理の第１例におけるマイクと複数のスピーカーとの位置関係を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る超音波音響装置による補正量の決定処理の第１例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、実施の形態１に係る超音波音響装置による補正量の決定処理の第２例におけるマイクと複数のスピーカーとの位置関係を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る超音波音響装置による補正量の決定処理の第２例及び第３例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実施の形態１に係る超音波音響装置による補正量の決定処理の第３例におけるマイクと複数のスピーカーとの位置関係を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態１に係る超音波音響装置による補正量の決定処理の第４例における複数のマイクと複数のスピーカーとの位置関係を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１に係る超音波音響装置による補正量の決定処理の第４例における複数のマイクと特定のスピーカーとの位置関係を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態１に係る超音波音響装置による補正量の決定処理の第４例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、実施の形態１に係る超音波音響装置による効果を説明するための図である。
【図１５】図１５は、実施の形態１に係る超音波音響装置を微粒子の浮遊に利用した例を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態２に係る超音波音響装置の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、実施の形態２に係る超音波音響装置による補正量の決定処理の第１例におけるマイクと複数のスピーカーと反射板との位置関係を示す図である。
【図１８】図１８は、実施の形態２に係る超音波音響装置による補正量の決定処理の第１例及び第２例を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、実施の形態２に係る超音波音響装置による補正量の決定処理の第２例におけるマイクと複数のスピーカーと反射板との位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本開示の概要）
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る超音波音響装置は、入力された電気信号を超音波に変換して放射する複数のスピーカーと、前記複数のスピーカーから放射される超音波を電気信号に変換するマイクと、前記マイクによる変換で得られた電気信号に基づいて、前記複数のスピーカーの各々から放射される超音波の位相と目標位相との位相差の補正を行う補正回路とを備える。
【００１２】
これにより、マイクによる変換で得られた電気信号には、複数のスピーカーの個体差などに起因する、スピーカー毎の位相差が含まれる。このため、マイクによる変換で得られた電気信号に基づいて超音波の位相と目標位相との位相差が補正される。このように、本態様に係る超音波音響装置は、マイクを用いたフィードバック機能を有するので、精度の高い音場を形成することができる。
【００１３】
本態様に係る超音波音響装置は、精度の高い音場が形成されるため、音場を利用した微粒子の浮遊及び搬送などに利用することができる。本態様に係る超音波音響装置は、例えば、空間中の所定の位置にゴルコフポテンシャル（Gor’kov Potential）の低い部分を精度良く形成することができるので、当該部分に微粒子などを浮遊させることができる。また、ゴルコフポテンシャルの低い部分を空間内で移動させることで、浮遊させた微粒子を移動させ、所望の位置まで搬送することもできる。このように、本態様に係る超音波音響装置は、微粒子の浮遊及び搬送を効果的に行うことができる。
【００１４】
また、例えば、前記補正回路は、前記補正として、前記複数のスピーカーに含まれる一のスピーカーに入力された電気信号と、前記一のスピーカーから放射された超音波を前記マイクが変換することで得られた電気信号との位相差に基づいて補正量を決定し、決定した補正量を前記一のスピーカーに入力される電気信号の位相の補正量として設定する処理を、前記複数のスピーカーの各々に対して行ってもよい。
【００１５】
これにより、複数のスピーカーの各々へ入力する電気信号の位相が、スピーカーに入力された電気信号と、マイクによる変換で得られた電気信号との位相差に基づいて決定された補正量で補正されるので、精度の高い音場を形成することができる。
【００１６】
また、例えば、前記補正回路は、所定の期間が経過する度に、前記補正を行ってもよい。
【００１７】
本態様に係る超音波音響装置を連続的に動作させている場合、最初に決定した補正量に基づいて所望の音場を形成したとしても、駆動回路及び複数のスピーカーなどで生じる熱によって再び位相のずれが発生しうる。これに対して、本態様に係る超音波音響装置によれば、所定の期間が経過する度に補正量が更新されるので、音場の精度を高く維持することができる。
【００１８】
また、例えば、前記補正回路は、前記複数のスピーカーの温度の変化量が閾値以上となった場合に、前記補正を行ってもよい。
【００１９】
超音波音響装置の動作中に生じる位相のずれは、複数のスピーカーで生じる熱の影響が大きい。このため、本態様に係る超音波音響装置によれば、スピーカーの温度の変化量が大きくなった場合に補正量が更新されるので、音場の精度を高く維持することができる。
【００２０】
また、例えば、本開示の一態様に係る超音波音響装置は、前記複数のスピーカーの各々と対面する位置に前記マイクを順次移動させる駆動部を、さらに備えてもよい。
【００２１】
これにより、マイクに対面しているスピーカーから放射された超音波をマイクが電気信号に変換することで、補正回路は、マイクに対面しているスピーカーに対応する補正量を決定することができる。マイクは、複数のスピーカーの各々と対面する位置に順次移動されるので、例えば、マイクと、マイクに対面しているスピーカーとの距離を一定に保つことができる。このため、スピーカーからマイクまで空気中を超音波が伝播する時間が一定になるので、複数のスピーカーの各々の補正量の決定において、超音波の空気伝播による影響を考慮しなくてもよい。このため、補正量の決定に要する演算量を少なくすることができ、演算に要する時間の短縮化、及び、演算に要する電力の削減による省エネルギー化が実現される。
【００２２】
また、例えば、前記マイクは、前記対面する位置において、対面しているスピーカーと接触していてもよい。
【００２３】
これにより、スピーカーとマイクとが対面し、かつ、接触しているので、マイクは、対面しているスピーカーから放射される超音波を、空気中を伝播させることなく受信することができる。このため、空気伝播による位相の測定誤差を実質的になくすことができるので、補正量の決定の精度を高めることができ、精度の高い音場を形成することができる。
【００２４】
また、例えば、前記複数のスピーカーは、二次元状に並べて配置されており、前記マイクは、前記複数のスピーカーが配置された領域の直上範囲の所定位置に固定されていてもよい。
【００２５】
これにより、マイクが所定位置に固定されているので、複数のスピーカーの各々とマイクとの距離を、それぞれに予め定められた値にすることができる。このため、超音波の空気中の伝播時間の差を考慮に入れて、スピーカー毎の補正量を精度良く決定することができる。したがって、本態様に係る超音波音響装置によれば、精度の高い音場を形成することができる。
【００２６】
また、例えば、前記複数のスピーカーは、二次元状に並べて配置されており、前記マイクは、前記複数のスピーカーが配置された領域の直上範囲の外側に配置されていてもよい。
【００２７】
これにより、複数のスピーカーの主な音響範囲の外側にマイクが配置されるので、マイクが音場を乱しにくくなる。したがって、本態様に係る超音波音響装置によれば、精度の高い音場を形成することができる。
【００２８】
また、例えば、本開示の一態様に係る超音波音響装置は、複数の前記マイクを備え、前記補正回路は、さらに、複数の前記マイク間で生じる位相差を補正してもよい。
【００２９】
これにより、複数のスピーカーの個数を増やし、大面積の超音波アレイを構成した場合であっても、複数のスピーカーの各々の補正量を決定することができる。したがって、本態様に係る超音波音響装置によれば、広範囲に精度の高い音場を形成することができる。
【００３０】
また、例えば、本開示の一態様に係る超音波音響装置は、前記複数のスピーカーから放射される超音波を反射する反射板を、さらに備え、前記マイクは、前記複数のスピーカーから放射され、かつ、前記反射板によって反射された超音波を電気信号に変換してもよい。
【００３１】
これにより、マイクを複数のスピーカーと同じ側に配置することができる。例えば、同一基板上にマイクと複数のスピーカーとを配置することができるので、超音波音響装置の軽量化、小型化及び低コスト化などが実現される。
【００３２】
また、例えば、前記反射板は、可動式であってもよい。
【００３３】
これにより、音響範囲から反射板を取り除くことができ、精度の高い音場を形成することができる。
【００３４】
また、例えば、前記複数のスピーカーと前記マイクとは、同一基板上に実装されていてもよい。
【００３５】
これにより、超音波音響装置の軽量化、小型化及び低コスト化などが実現される。
【００３６】
また、例えば、前記マイクは、前記複数のスピーカーのいずれか１つであってもよい。
【００３７】
これにより、複数のスピーカーの１つがマイクとして兼用されることで、部品点数を削減することができる。したがって、超音波音響装置の軽量化、小型化及び低コスト化などが実現される。
【００３８】
また、例えば、本開示の一態様に係る位相補正方法は、複数のスピーカーから放射される超音波をマイクによって電気信号に変換する第１ステップと、前記マイクによる変換で得られた電気信号に基づいて、前記複数のスピーカーの各々から放射される超音波の位相と目標位相との位相差の補正を行う第２ステップとを含む。
【００３９】
これにより、上述した超音波音響装置と同様に、複数のスピーカーの個体差などに起因する位相差が補正されるので、形成される音場の精度を向上させることができる。
【００４０】
また、例えば、前記第１ステップ及び前記第２ステップは、所定の期間が経過する度に行われてもよい。
【００４１】
超音波音響装置を連続的に動作させている場合、最初に決定した補正量に基づいて所望の音場を形成したとしても、駆動回路及び複数のスピーカーなどで生じる熱によって再び位相のずれが発生しうる。これに対して、本態様に係る位相補正方法によれば、所定の期間が経過する度に補正量が更新されるので、音場の精度を高く維持することができる。
【００４２】
また、例えば、前記第１ステップ及び前記第２ステップは、前記複数のスピーカーの温度の変化量が閾値以上となった場合に行われてもよい。
【００４３】
超音波音響装置の動作中に生じる位相のずれは、複数のスピーカーで生じる熱の影響が大きい。このため、本態様に係る位相補正方法によれば、スピーカーの温度の変化量が大きくなった場合に補正量が更新されるので、音場の精度を高く維持することができる。
【００４４】
また、例えば、前記第１ステップでは、さらに、前記複数のスピーカーの各々と対面する位置に前記マイクを順次移動させてもよい。
【００４５】
これにより、マイクは、複数のスピーカーの各々と対面する位置に順次移動されるので、例えば、マイクと、マイクに対面しているスピーカーとの距離を一定に保つことができる。このため、スピーカーからマイクまで空気中を超音波が伝播する時間が一定になるので、複数のスピーカーの各々の補正量の決定において、超音波の空気伝播による影響を考慮しなくてもよい。このため、補正量の決定に要する演算量を少なくすることができ、演算に要する時間の短縮化、及び、演算に要する電力の削減による省エネルギー化が実現される。
【００４６】
また、例えば、前記第１ステップでは、前記複数のスピーカーから放射される超音波を複数の前記マイクによって電気信号に変換し、前記位相補正方法は、前記第１ステップの前に、複数の前記マイク間で生じる位相差を補正する第３ステップをさらに含んでもよい。
【００４７】
これにより、複数のスピーカーの個数を増やし、大面積の超音波アレイを構成した場合であっても、複数のスピーカーの各々の補正量を決定することができる。したがって、本態様に係る位相補正方法によれば、広範囲に形成される音場の精度を向上させることができる。
【００４８】
また、例えば、前記複数のスピーカーは、二次元状に並べて配置されており、前記位相補正方法は、前記第１ステップの前に、前記複数のスピーカーが配置された領域の直上範囲に反射板を配置する第４ステップと、前記第１ステップの後に、前記反射板を前記直上範囲の外側に移動させる第５ステップとを、さらに含み、前記第１ステップでは、前記複数のスピーカーから放射され、かつ、前記反射板によって反射された超音波を前記マイクによって電気信号に変換してもよい。
【００４９】
これにより、マイクを複数のスピーカーと同じ側に配置することができる。例えば、同一基板上にマイクと複数のスピーカーとを配置することができるので、超音波音響装置の軽量化、小型化及び低コスト化などが実現される。また、音響範囲から反射板を取り除くことができ、精度の高い音場を形成することができる。
【００５０】
以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００５１】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００５２】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００５３】
また、本明細書において、平行又は直交などの要素間の関係性を示す用語、及び、正方形又は円形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
【００５４】
また、本明細書において、「上方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向、すなわち、鉛直上方を指すものではなく、超音波音響装置から放射される超音波の放射方向などに基づいて相対的に規定される用語として用いる。例えば、複数のスピーカーが平面内に二次元状に配置されている場合、「上方」とは、当該平面の法線方向であって、超音波の放射方向になる。このため、複数のスピーカーが水平面に対して直交する平面に配置されている場合、本明細書における「上方」とは、水平方向になる。このように、超音波音響装置が設置された姿勢に応じて、本明細書における「上方」は、鉛直下方、水平方向又は斜め方向などのあらゆる方向になりうる。
【００５５】
（実施の形態１）
［１−１．概要］
まず、実施の形態１に係る超音波音響装置の概要について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る超音波音響装置１の構成を示す図である。
【００５６】
図１に示されるように、超音波音響装置１は、超音波スピーカーアレイ１０と、マイク２０と、計算機３０と、出力装置４０と、補正回路５０と、増幅回路６０とを備える。超音波音響装置１は、超音波スピーカーアレイ１０に含まれる複数のスピーカー１１の各々から超音波を放射することで、空間内に所望の音場を形成する。
【００５７】
また、図１に示されるように、本実施の形態では、超音波音響装置１は、マイク２０を移動させる駆動部７０を備える。なお、マイク２０を移動させる必要がない場合など、超音波音響装置１は、駆動部７０を備えなくてもよい。
【００５８】
本実施の形態に係る超音波音響装置１では、マイク２０がスピーカー１１から放射される超音波を電気信号に変換し、変換した電気信号を、信号線２１を介して補正回路５０に出力する。補正回路５０は、マイク２０による変換で得られた電気信号に基づいて、複数のスピーカー１１の各々から放射される超音波の位相と目標位相との位相差の補正を行う。
【００５９】
具体的には、補正回路５０は、位相差の補正として、複数のスピーカー１１の各々に対して次の処理を行う。つまり、補正回路５０は、複数のスピーカー１１に含まれる一のスピーカー１１に入力された電気信号と、当該一のスピーカー１１から放射された超音波をマイク２０が変換することで得られた電気信号との位相差に基づいて補正量を決定する。補正回路５０は、決定した補正量を、当該一のスピーカー１１に入力される電気信号の位相の補正量として設定する。
【００６０】
複数のスピーカー１１の各々には、計算機３０によって最適化された位相が、補正回路５０によって設定された補正量だけ遅らせた、又は、進められた電気信号が入力される。これにより、複数のスピーカー１１の各々からは位相差が補正された超音波が放出されるので、所望の音場を形成することができる。
【００６１】
このように、本実施の形態に係る超音波音響装置１は、超音波の位相と目標位相との位相差を補正するために、マイク２０を利用したフィードバック機能を有する。これにより、複数のスピーカー１１の個体差などに起因する位相差が補正されるので、精度の高い音場を形成することができる。
【００６２】
［１−２．構成］
以下では、本実施の形態に係る超音波音響装置１の構成の詳細について、図１を用いて説明する。
【００６３】
［１−２−１．超音波スピーカーアレイ］
超音波スピーカーアレイ１０は、図１に示されるように、複数のスピーカー１１と、基板１２とを備える。
【００６４】
複数のスピーカー１１は、二次元状に並べて配置されている。例えば、複数のスピーカー１１の二次元配置は、正方格子状、正三角格子状、矩形格子状、同心円状若しくはランダム、又は、これらの少なくとも２つを組み合わせた配置であるが、これらに限定されない。図１に示される例では、６４個のスピーカー１１が、８行×８列のマトリクス状に配置されている。
【００６５】
なお、複数のスピーカー１１は、三次元的に配置されてもよい。例えば、複数のスピーカー１１は、パラボリック状、多角錐状又は切断球面状に配置されてもよい。また、超音波スピーカーアレイ１０が備えるスピーカー１１の個数は、６４個より少なくてもよく、多くてもよい。あるいは、複数のスピーカー１１は、一列に並んで直線状に配置されていてもよい。
【００６６】
複数のスピーカー１１の各々は、入力された電気信号を超音波に変換して放射する。図１に示されるように、複数のスピーカー１１には、複数の信号線４１を介して出力装置４０及び増幅回路６０が接続されている。複数のスピーカー１１の各々には、出力装置４０から出力され、かつ、増幅回路６０によって増幅された電気信号が入力される。
【００６７】
スピーカー１１に入力される電気信号は、例えば、矩形波の基準電圧波形を所定の位相で遅らせた波形を有する信号である。本実施の形態では、スピーカー１１毎の位相は、計算機３０によって最適化され、かつ、補正回路５０によって補正されている。
【００６８】
基板１２は、複数のスピーカー１１を実装するための実装基板である。例えば、銅などの金属からなる配線パターンが設けられたプリント配線基板である。配線パターンと複数の信号線４１とが接続されており、増幅回路６０によって増幅された電気信号が複数のスピーカー１１の各々に伝達される。
【００６９】
［１−２−２．マイク］
マイク２０は、複数のスピーカー１１から放射される超音波を電気信号に変換する。具体的には、マイク２０は、複数のスピーカー１１のうち、補正対象、すなわち、位相の補正量の決定処理の対象となる１つのスピーカー１１から放射される超音波を受信し、受信した超音波を電気信号に変換する。マイク２０は、信号線２１を介して補正回路５０と電気的に接続されており、変換した電気信号を補正回路５０に出力する。
【００７０】
マイク２０は、スピーカー１１の共振周波数が受信帯域に含まれるものであればよい。例えば、図１９を用いて後述する実施の形態２の第２例で示されるように、マイク２０は、複数のスピーカー１１のいずれか１つであってもよい。
【００７１】
［１−２−３．計算機］
計算機３０は、複数のスピーカー１１の各々が放射する超音波の位相を算出する。具体的には、計算機３０は、複数のスピーカー１１の各々から放射される超音波によって、空間中の任意の場所に局所的にゴルコフポテンシャルの低い部分が形成されるように、複数のスピーカー１１の各々に入力する電気信号の位相を最適化する。例えば、計算機３０は、非特許文献１に記載の方法を用いて、複数のスピーカー１１の各々に入力する電気信号の位相を算出する。計算機３０は、スピーカー１１毎に最適化した位相を示す位相情報を、出力装置４０に出力する。
【００７２】
なお、ゴルコフポテンシャルの低い部分が形成される場所は、時間とともに変化してもよい。つまり、計算機３０は、複数のスピーカー１１の各々に対して、入力する電気信号の位相の時間変化を最適化する。
【００７３】
計算機３０は、例えば、位相の最適化プログラムが格納された不揮発性メモリ、最適化プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、最適化プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。例えば、計算機３０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。あるいは、計算機３０は、専用の電子回路で実現されてもよい。
【００７４】
［１−２−４．出力装置］
出力装置４０は、複数のスピーカー１１の各々に対して電気信号を出力する信号出力装置である。出力装置４０は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）で実現される。出力装置４０は、計算機３０と信号線を介して接続されている。また、図１に示されるように、出力装置４０は、複数の信号線４１を介して複数のスピーカー１１と接続されている。
【００７５】
本実施の形態では、図１に示されるように、出力装置４０は、補正回路５０を備える。具体的には、出力装置４０は、計算機３０によって最適化され、かつ、補正回路５０によって補正された位相に基づいて、複数のスピーカー１１の各々に入力される電気信号を生成して出力する。より具体的には、出力装置４０は、計算機３０によって最適化された位相を、補正回路５０によってスピーカー１１毎に設定された補正量で遅らせた位相を有する電気信号を生成し、信号線４１を介して出力する。各スピーカー１１に入力される電気信号の波形は、基準電圧波形と同じである。
【００７６】
基準電圧波形は、例えば、振幅が３Ｖ以上５Ｖ以下の正バイアスがかかった矩形波である。基準電圧波形の周波数は、例えば、２０ｋＨｚ以上である。ここでは一例として、超音波スピーカーの市販品として一般的な４０ｋＨｚを用いるが、これに限らない。
【００７７】
［１−２−５．補正回路］
補正回路５０は、マイク２０による変換で得られた電気信号に基づいて、複数のスピーカー１１の各々から放射される超音波の位相と目標位相との位相差の補正を行う。具体的には、補正回路５０は、複数のスピーカー１１の各々に最適化された位相の補正量を決定する。なお、目標位相は、計算機３０によって最適化された位相である。
【００７８】
ここで、超音波スピーカーアレイ１０がｎ個のスピーカー１１を備える場合において、ｉ番目のスピーカー１１に入力された電気信号と、このｉ番目のスピーカー１１が放射した超音波をマイク２０によって変換することで得られた電気信号との位相差をｔｉで表す。つまり、位相差ｔｉは、マイク２０によって測定可能な位相差である。
【００７９】
位相差ｔｉには、スピーカー１１の電気機械変換の個体差に起因する位相差が含まれる。さらに、位相差ｔｉには、出力装置４０による電気信号の生成及び出力の際、並びに、信号線４１を電気信号が伝達する際の位相差なども含まれる。スピーカー１１からの超音波の放射に関するこれらの位相差をまとめて、スピーカー１１の位相差ｔｅｍｉと表す。
【００８０】
また、位相差ｔｉには、マイク２０の機械電気変換に起因する位相差、及び、マイク２０と補正回路５０とを接続する信号線２１を電気信号が伝達する際の位相差なども含まれる。マイク２０での超音波の受信に関するこれらの位相差をまとめて、マイク２０の位相差ｔｍｅｉと表す。
【００８１】
さらに、スピーカー１１とマイク２０とが接触していない場合、位相差ｔｉには、スピーカー１１からマイク２０まで超音波が空気中を伝搬する際の空間伝播時間ｄｉ／ｃ０も含まれる。ｄｉは、スピーカー１１とマイク２０との距離である。ｃ０は、超音波の空気中を伝搬する速度である。
【００８２】
以上のことから、マイク２０で測定される位相差ｔｉは、以下の式（１）で表される。
【００８３】
ｔｉ＝ｔｅｍｉ＋ｄｉ／ｃ０＋ｔｍｅｉ  …（１）
【００８４】
本実施の形態では、補正回路５０は、マイク２０で測定される位相差ｔｉに基づいて、以下の式（２）で表される補正量Δｔｉを決定する。
【００８５】
Δｔｉ＝ｔｅｍｉ＋ｔｍｅｉ  …（２）
【００８６】
式（１）と式（２）とを組み合わせることにより、以下の式（３）が得られる。
【００８７】
Δｔｉ＝ｔｅｍｉ＋ｔｍｅｉ＝ｔｉ−ｄｉ／ｃ０  …（３）
【００８８】
式（３）において、右辺の第一項のｔｉは、マイク２０を用いて測定した結果から得られる値である。右辺の第二項のｄｉ／ｃ０は、演算により算出可能である。
【００８９】
補正回路５０は、計算機３０によって最適化された位相ＴｉをΔｔｉだけ遅らせる。例えば、ｉ番目のスピーカー１１へ入力する電気信号は、ｆ（Ｔｉ−Δｔｉ）で表される。式（２）で示されるように、補正量Δｔｉには、スピーカー１１の位相差ｔｅｍｉが含まれるので、スピーカー１１毎の個体差が抑制されて音場の精度が高められる。
【００９０】
なお、式（２）に示されるように、補正量Δｔｉは、スピーカー１１の位相差ｔｅｍｉだけでなく、マイク２０の位相差ｔｍｅｉも含まれる。１つのマイク２０を用いて超音波を受信する場合、複数のスピーカー１１の各々に対して位相差ｔｍｅｉが同じになる。このため、補正量Δｔｉにマイク２０の位相差ｔｍｅｉが含まれていたとしても、全てのスピーカー１１に入力される電気信号が等しく位相差ｔｍｅｉだけずれるので、音場の形成に影響を与えない。
【００９１】
一方で、図１１及び図１２を用いて後述する本実施の形態の第４例で示されるように、複数のマイク２０を用いて超音波を受信する場合、補正回路５０は、複数のマイク２０間で生じる位相差を補正する。詳細については、後で説明する。
【００９２】
本実施の形態では、補正回路５０は、超音波音響装置１の動作開始時に、位相差の補正を行う。また、補正回路５０は、位相差の補正を繰り返し行ってもよい。具体的には、補正回路５０は、所定の期間が経過する度に、位相差の補正を行う。あるいは、補正回路５０は、複数のスピーカー１１の温度の変化量が閾値以上となった場合に、位相差の補正を行ってもよい。このように、位相差の補正が繰り返し行われることで、設定される補正量が更新されるので、音場の精度を高く維持することができる。
【００９３】
なお、補正回路５０は、図２に示されるように、計算機３０が備えてもよい。ここで、図２は、実施の形態１に係る超音波音響装置の構成の別の一例を示す図である。計算機３０が補正回路５０を備えるので、計算機３０から出力装置４０に出力される位相情報は、スピーカー１１毎に最適化され、かつ、補正回路５０によって補正された位相を示す。
【００９４】
このため、図２に示される超音波音響装置１０１においても、図１に示される超音波音響装置１と同様に、出力装置４０は、計算機３０によって最適化された位相を、補正回路５０によってスピーカー１１毎に設定された補正量で遅らせた位相を有する電気信号を生成し、信号線４１を介して出力する。
【００９５】
補正回路５０は、例えば、位相差の補正プログラムが格納された不揮発性メモリ、補正プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、補正プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。あるいは、補正回路５０は、専用の電子回路で実現されてもよい。補正回路５０は、メモリなどのハードウェア資源を出力装置４０又は計算機３０と共用してもよい。
【００９６】
［１−２−６．増幅回路］
増幅回路６０は、出力装置４０が出力した電気信号を増幅する。例えば、増幅回路６０は、電気信号の振幅を１６Ｖに増幅する。これにより、スピーカー１１の各々から１２０ｄＢ  ＳＰＬ（Sound Pressure Level）以上の超音波を放射することができる。
【００９７】
なお、増幅後の電気信号は、増幅前の電気信号から正バイアス状態を引き継いでいるため、増幅回路６０と複数のスピーカー１１との間にハイパスフィルタを設置してもよい。ハイパスフィルタは、例えばＲＣ回路で実現される。これにより、脈流の電気信号を交流の電気信号に変換することができるので、スピーカー１１に対する負荷を低減することができる。
【００９８】
また、出力装置４０が十分に大きな電圧の電気信号を出力する場合など、超音波音響装置１は、増幅回路６０を備えなくてもよい。
【００９９】
［１−３．動作］
続いて、本実施の形態に係る超音波音響装置１の動作について説明する。なお、図２に示される超音波音響装置１０１の動作も同様である。
【０１００】
［１−３−１．メイン動作］
以下では、まず、超音波音響装置１のメイン動作について説明する。メイン動作は、具体的には、超音波を発生させることによる微粒子の浮遊及び搬送などを行う動作である。本実施の形態に係る超音波音響装置１のメイン動作には３つの動作例がある。
【０１０１】
［１−３−１−１．第１例］
まず、メイン動作の第１例について、図３を用いて説明する。
【０１０２】
図３は、本実施の形態に係る超音波音響装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
【０１０３】
図３に示されるように、まず、超音波音響装置１では、補正回路５０が複数のスピーカー１１の各々の位相の補正量Δｔｉを決定する（Ｓ１０）。補正量Δｔｉの決定処理の詳細については、後で説明する。
【０１０４】
次に、補正回路５０は、複数のスピーカー１１の各々の位相の補正量Δｔｉを設定する（Ｓ１２）。なお、補正量Δｔｉの設定は、スピーカー１１毎に補正量Δｔｉが決定される度に行われてもよい。
【０１０５】
次に、超音波音響装置１は、超音波の放射を開始する（Ｓ１４）。具体的には、計算機３０が、空間中の所定の箇所でゴルコフポテンシャルが低い部分を形成するように複数のスピーカー１１の各々の位相を最適化し、最適化された位相を示す位相情報を出力装置４０に出力する。出力装置４０では、スピーカー１１毎に、最適化された位相を、設定された補正量Δｔｉだけ遅らせることで、電気信号ｆ（Ｔｉ−Δｔｉ）を生成して出力する。スピーカー１１毎の電気信号ｆ（Ｔｉ−Δｔｉ）は、増幅回路６０によって増幅された後、スピーカー１１に入力される。複数のスピーカー１１の各々は、入力される電気信号ｆ（Ｔｉ−Δｔｉ）に基づいて超音波を放射する。
【０１０６】
以降、超音波の発生が停止されるまで、超音波音響装置１は、超音波の放射を継続する。このように、メイン動作の第１例では、超音波音響装置１による超音波の放射の開始前に、超音波の位相と目標位相との位相差が補正されるので、精度の高い音場を形成することができる。
【０１０７】
なお、例えば、ゴルコフポテンシャルが低い部分を移動させる場合、計算機３０は、時間の経過とともに最適な位相を計算する。計算機３０によって最適化された位相は、設定された補正量Δｔｉで遅らされるので、ゴルコフポテンシャルが低い部分が移動する場合であっても、音場の精度を高めることができる。
【０１０８】
［１−３−１−２．第２例］
次に、メイン動作の第２例について、図４を用いて説明する。
【０１０９】
図４は、本実施の形態に係る超音波音響装置１の動作の別の一例を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、メイン動作の第１例と同じ動作については、説明を省略する。
【０１１０】
図４に示されるように、超音波の放射を開始する（Ｓ１４）までの動作は、メイン動作の第１例と同じである。本例では、補正回路５０は、例えばタイマ機能を有する。補正回路５０は、所定期間が経過する度に、補正量Δｔｉの決定及び設定を行う。
【０１１１】
具体的には、補正回路５０は、超音波の放射を開始してから所定期間が経過したか否かを判定する（Ｓ１６）。所定期間を経過した場合（Ｓ１６でＹｅｓ）、ステップＳ１０に戻り、補正回路５０は、複数のスピーカー１１の各々の補正量Δｔｉを決定する。所定期間を経過していない場合（Ｓ１６でＮｏ）、超音波の放射が継続される（Ｓ１８）。
【０１１２】
複数のスピーカー１１から超音波の放射が継続されることで、複数のスピーカー１１は発熱する。発熱によってスピーカー１１の位相特性が変化する場合がある。したがって、所定期間を経過する度に補正量Δｔｉを決定して、設定された補正量Δｔｉを更新することで、精度の高い音場を維持することができる。
【０１１３】
なお、本例において、所定期間は、予め定められた一定の期間であり、例えば３分以上の時間である。所定期間は、１０分以上の時間であってもよい。所定期間は、補正量Δｔｉの決定の繰り返しの度に異なる時間であってもよい。
【０１１４】
また、超音波スピーカーアレイ１０には、ヒートシンクなどの放熱部材又はペルチェ素子などの冷却部材を接触させて設けてもよい。これにより、スピーカー１１の発熱を抑え、位相特性の変化を抑えることができるので、所定期間を長くすることができ、補正量Δｔｉの決定を繰り返す頻度を少なくすることができる。
【０１１５】
［１−３−１−３．第３例］
次に、メイン動作の第３例について、図５を用いて説明する。
【０１１６】
図５は、本実施の形態に係る超音波音響装置１の動作の別の一例を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、メイン動作の第１例と同じ動作については、説明を省略する。
【０１１７】
図５に示されるように、超音波の放射を開始する（Ｓ１４）までの動作は、メイン動作の第１例と同じである。本例では、補正回路５０は、例えば、温度情報を取得するための入力端子などを有する。補正回路５０は、複数のスピーカー１１の温度の変化量が閾値以上になった場合に、補正量Δｔｉの決定及び設定を行う。
【０１１８】
例えば、本例では、超音波音響装置１は、複数のスピーカー１１の温度を測定する温度センサ（図示せず）を備える。温度センサは、複数のスピーカー１１の各々の温度を測定してもよい。あるいは、温度センサは、複数のスピーカー１１が実装された基板１２の温度を測定し、複数のスピーカー１１の温度の代表値としてもよい。温度センサは、熱画像センサであってもよい。
【０１１９】
本例では、補正回路５０は、超音波の放射を開始してからの、スピーカー１１の温度の変化量が閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１７）。温度の変化量は、超音波の放射を開始した時点のスピーカー１１の温度と、測定時点での温度との差分の絶対値である。閾値は、スピーカー１１の位相特性の変化のしやすさなどに基づいて定められる値であり、例えば３０℃であるが、これに限らない。
【０１２０】
温度の変化量が閾値以上である場合（Ｓ１７でＹｅｓ）、ステップＳ１０に戻り、補正回路５０は、複数のスピーカー１１の各々の補正量Δｔｉを決定する。温度の変化量が閾値より小さい場合（Ｓ１７でＮｏ）、超音波の放射が継続される（Ｓ１８）。
【０１２１】
第２例で説明したように、複数のスピーカー１１から超音波の放射が継続されることで、複数のスピーカー１１は発熱する。発熱によってスピーカー１１の位相特性が変化する場合がある。したがって、温度の変化量が閾値以上になる度に補正量Δｔｉを決定し、設定された補正量Δｔｉを更新することで、精度の高い音場を維持することができる。
【０１２２】
なお、複数のスピーカー１１の各々の温度を測定する場合、温度の変化量が閾値以上になったスピーカー１１のみを対象として、補正量Δｔｉの決定を行ってもよい。
【０１２３】
［１−３−２．補正量Δｔｉの決定処理］
続いて、超音波音響装置１による補正量Δｔｉの決定処理（図３〜図５のステップＳ１０）について説明する。本実施の形態に係る補正量Δｔｉの決定処理には、４つの処理例がある。
【０１２４】
以下に示す各例では、複数のスピーカー１１の各々から放射される超音波を、少なくとも１つのマイク２０によって順に受信させ、電気信号に変換させる。少なくとも１つのマイク２０による変換によって順に生成される電気信号に基づいて、複数のスピーカー１１の各々の補正量Δｔｉを順に、又は、一括して決定する。
【０１２５】
［１−３−２−１．第１例（マイクが移動）］
まず、補正量Δｔｉの決定処理の第１例について、図６及び図７を用いて説明する。
【０１２６】
図６は、本実施の形態に係る超音波音響装置１による補正量Δｔｉの決定処理の第１例におけるマイク２０と複数のスピーカー１１との位置関係を示す図である。図７は、本実施の形態に係る超音波音響装置１による補正量Δｔｉの決定処理の第１例を示すフローチャートである。
【０１２７】
なお、図６では、５つのスピーカー１１が一列に並んで配置された例を模式的に示している。また、図６において、破線のハッチングが付されたスピーカー１１は超音波を放射していることを意味している。これらは、後述する図８、図１０〜図１２、図１７及び図１９についても同様である。
【０１２８】
第１例では、１つのマイク２０を複数のスピーカー１１の各々に対面する位置に移動させながら、対面しているスピーカー１１から放射される超音波をマイク２０によって電気信号に変換させる。当該変換により得られた電気信号に基づいて、補正回路５０は、マイク２０に対面しているスピーカー１１の補正量Δｔｉを決定する。
【０１２９】
図６に示されるように、第１例では、超音波音響装置１は、マイク２０を移動させる駆動部７０を備える。駆動部７０は、複数のスピーカー１１の各々と対面する位置にマイク２０を順次移動させる。このとき、マイク２０は、対面する位置において、対面しているスピーカー１１と接触している。マイク２０に対面しているスピーカー１１が、補正量Δｔｉの決定処理の対象となるスピーカー１１である。マイク２０に対面しているスピーカー１１から放射された超音波は、空気中を伝搬することなく、直接マイク２０によって受信される。
【０１３０】
駆動部７０は、例えば、マイク２０を保持するアームと、当該アームを駆動するモータ又はアクチュエータなどとを有する。駆動部７０によるマイク２０の移動の方式は、特に限定されない。例えば、駆動部７０は、レールを備えてもよく、レールに沿ってマイク２０を移動させてもよい。
【０１３１】
図７に示されるように、本例では、まず、複数のスピーカー１１の各々が、超音波を放射する（Ｓ２０）。このとき、図６に示されるように、マイク２０は、超音波を放射している複数のスピーカー１１のいずれか１つに対面する位置で、対面しているスピーカー１１に接触させて配置されている。
【０１３２】
複数のスピーカー１１の各々には、例えば、基準信号が入力される。すなわち、複数のスピーカー１１の各々に対して入力される基準信号の波形は、互いに同じである。基準信号は、例えば、複数のスピーカー１１のうちいずれか１つに入力される電気信号であり、増幅回路６０による増幅前又は増幅後の信号である。あるいは、基準信号は、複数のスピーカー１１のうちいずれか１つに入力される電気信号ではなく、例えば、基準電圧波形を有する別の信号であってもよい。
【０１３３】
本例に係る超音波音響装置１は、以下のステップＳ２２〜Ｓ２４の動作を、複数のスピーカー１１の各々に対して行う（Ｓ２１）。具体的には、複数のスピーカー１１から１つずつスピーカー１１を選択して順次、ステップＳ２２〜Ｓ２４の動作を行う。
【０１３４】
具体的には、マイク２０は、対面しているスピーカー１１から放射される超音波を電気信号に変換する（Ｓ２２）。補正回路５０は、マイク２０による変換で得られた電気信号に基づいて、補正量Δｔｉを算出する（Ｓ２３）。
【０１３５】
本例では、マイク２０と、マイク２０に対面しているスピーカー１１とが接触している。このため、上述した式（３）は、ｄｉ／ｃ０が０になるので、以下の式（４）で表される。
【０１３６】
Δｔｉ＝ｔｅｍｉ＋ｔｍｅｉ＝ｔｉ  …（４）
【０１３７】
補正回路５０は、式（４）に基づいて補正量Δｔｉを決定する。具体的には、補正回路５０は、マイク２０により変換された電気信号と、マイク２０に対面しているスピーカー１１に入力される電気信号との位相差ｔｉを、補正量Δｔｉとして決定する。空気中の伝播時間を考慮しなくてよいので、演算量を削減することができる。
【０１３８】
次に、駆動部７０は、マイク２０を移動させる（Ｓ２４）。以降、ステップＳ２２〜Ｓ２４が、複数のスピーカー１１の各々に対して繰り返される。これにより、複数のスピーカー１１の各々の補正量Δｔｉが決定される。
【０１３９】
複数のスピーカー１１の各々の補正量Δｔｉが決定された後、複数のスピーカー１１から放射される超音波を停止する（Ｓ２５）。なお、マイク２０の移動が終了する度に、補正量Δｔｉの算出が終わったスピーカー１１から順に超音波を停止してもよい。あるいは、補正量Δｔｉの算出が完了する前に、マイク２０によって超音波が受信された後に、順次、超音波を停止してもよい。
【０１４０】
なお、マイク２０と、マイク２０に対面しているスピーカー１１とは、接触していなくてもよい。例えば、駆動部７０は、複数のスピーカー１１が配置された平面に平行な面内で、かつ、複数のスピーカー１１から離れた面内でマイク２０を移動させてもよい。これにより、マイク２０と、マイク２０に対面しているスピーカー１１との間の距離は、マイク２０が複数のスピーカー１１のいずれに対面している場合であっても、互いに同じになる。
【０１４１】
この場合、上述した式（３）におけるｄｉ／ｃ０の項は、複数のスピーカー１１の各々において、互いに同じ値の定数になる。したがって、補正量Δｔｉは、以下の式（５）で表すことができる。
【０１４２】
Δｔｉ＝ｔｅｍｉ＋ｄｉ／ｃ０＋ｔｍｅｉ＝ｔｉ  …（５）
【０１４３】
つまり、マイク２０と、マイク２０に対面しているスピーカー１１とが接触している場合と同様に、補正回路５０は、マイク２０により変換された電気信号と、マイク２０に対面しているスピーカー１１に入力される電気信号との位相差ｔｉを、補正量Δｔｉとして決定する。空気中の伝播時間を考慮しなくてよいので、演算量を削減することができる。
【０１４４】
なお、本例において、マイク２０に対面しているスピーカー１１のみが超音波を放射してもよい。特に、マイク２０と、マイク２０に対面しているスピーカー１１とが接触していない場合には、対面しているスピーカー１１のみが超音波を放射することで、ノイズ成分を抑制することができる。
【０１４５】
［１−３−２−２．第２例（マイクが音響範囲内で固定）］
次に、補正量Δｔｉの決定処理の第２例について、図８及び図９を用いて説明する。
【０１４６】
図８は、本実施の形態に係る超音波音響装置１による補正量Δｔｉの決定処理の第２例におけるマイク２０とスピーカー１１との位置関係を示す図である。図９は、本実施の形態に係る超音波音響装置１による補正量Δｔｉの決定処理の第２例及び後述する第３例を示すフローチャートである。
【０１４７】
第２例では、図８に示されるように、１つのマイク２０が複数のスピーカー１１によって形成される音響範囲内に固定されている。複数のスピーカー１１の各々から順次、超音波が放射されるので、マイク２０は、順次、超音波を受信し、受信した超音波を電気信号に変換する。補正回路５０は、電気信号に基づいて、当該電気信号に対応する超音波を放射したスピーカー１１の補正量Δｔｉを決定する。
【０１４８】
マイク２０は、例えば、複数のスピーカー１１が配置された領域の直上範囲の所定位置に固定されている。直上範囲は、図８に示す音響範囲である。複数のスピーカー１１が配置された領域であるスピーカー領域は、例えば、二次元状に配置された複数のスピーカー１１のうち最外周に位置する複数のスピーカー１１の外接正方形の領域である。なお、最外周に位置する複数のスピーカー１１が円形、又は、正六角形などの多角形の環状に配置されている場合、スピーカー領域は、最外周に位置する複数のスピーカー１１の外接円又は外接多角形である。直上範囲は、例えば、スピーカー領域が水平面に平行である場合に、スピーカー領域の鉛直上方の空間である。スピーカー領域は、基板１２のスピーカー１１が実装された面と同じ形状の領域であってもよい。すなわち、基板１２の直上範囲が音響範囲であってもよい。
【０１４９】
スピーカー領域を平面視した場合に、マイク２０は、音響範囲の中央に位置している。マイク２０とスピーカー領域との距離は、例えば数ｃｍであるが、これに限定されない。マイク２０は、スピーカー領域に配置された全てのスピーカー１１の各々の音圧半減角の範囲内に位置している。つまり、マイク２０は、全てのスピーカー１１のいずれからも超音波を受信可能な位置に位置している。
【０１５０】
なお、マイク２０は、補正量Δｔｉの決定処理が終了した後、音響範囲外に移動させてもよい。具体的には、第１例と同様に、超音波音響装置１は、マイク２０を移動させる駆動部７０を備えてもよい。マイク２０は、補正量Δｔｉの決定処理を行っている期間のみ、予め定められた位置に固定されていてもよい。
【０１５１】
図９に示されるように、本例に係る超音波音響装置１は、以下のステップＳ３１〜ステップＳ３４の動作を、複数のスピーカー１１の各々に対して行う（Ｓ３０）。具体的には、複数のスピーカー１１から１つずつスピーカー１１を選択して順次、ステップＳ３１〜Ｓ３４の動作を行う。
【０１５２】
まず、１つのスピーカー１１が超音波を放射する（Ｓ３１）。マイク２０は、放射された超音波を電気信号に変換する（Ｓ３２）。補正回路５０は、マイク２０による変換で得られた電気信号に基づいて補正量Δｔｉを算出する（Ｓ３３）。
【０１５３】
本例は、マイク２０と、超音波を放射しているスピーカー１１とが離れて配置されている。このため、スピーカー１１とマイク２０との距離ｄｉに基づいて、上述した式（３）により、補正量Δｔｉを決定する。
【０１５４】
補正量Δｔｉの算出が終了した後、スピーカー１１は、超音波の放射を停止する（Ｓ３４）。なお、マイク２０によって超音波が受信された後、補正量Δｔｉの算出が完了する前に、スピーカー１１は、超音波を停止してもよい。
【０１５５】
以降、ステップＳ３１〜Ｓ３４が、複数のスピーカー１１の各々に対して繰り返される。これにより、複数のスピーカー１１の各々の補正量Δｔｉが決定される。
【０１５６】
［１−３−２−３．第３例（マイクが音響範囲の外側に固定）］
次に、補正量Δｔｉの決定処理の第３例について、図１０を用いて説明する。
【０１５７】
図１０は、本実施の形態に係る超音波音響装置１による補正量Δｔｉの決定処理の第３例におけるマイク２０とスピーカー１１との位置関係を示す図である。
【０１５８】
第３例では、図１０に示されるように、１つのマイク２０が複数のスピーカー１１によって形成される音響範囲外に固定されている。複数のスピーカー１１の各々から順次、超音波を放射されるので、マイク２０は、順次、超音波を受信し、受信した超音波を電気信号に変換する。補正回路５０は、電気信号に基づいて、当該電気信号に対応する超音波を放射したスピーカー１１の補正量Δｔｉを決定する。
【０１５９】
マイク２０は、例えば、複数のスピーカー１１が配置された領域の直上範囲の外側に配置されている。直上範囲は、図１０に示す音響範囲であり、第２例と同じである。マイク２０は、例えば、スピーカー領域に配置された全てのスピーカー１１の各々の音圧半減角の範囲内に位置している。つまり、マイク２０は、全てのスピーカー１１のいずれからも超音波を受信可能な位置に位置している。
【０１６０】
第３例における具体的な動作は、図９に示される第２例の動作と同じである。本例によれば、マイク２０が音響範囲に存在しないので、マイク２０によって音場が乱されるのを抑制することができる。したがって、本例に係る超音波音響装置１によれば、精度の高い音場を形成することができる。
【０１６１】
［１−３−２−４．第４例（複数のマイク）］
次に、補正量Δｔｉの決定処理の第４例について、図１１〜図１３を用いて説明する。
【０１６２】
図１１は、本実施の形態に係る超音波音響装置１による補正量Δｔｉの決定処理の第４例における複数のマイク２０及び２２と複数のスピーカー１１との位置関係を示す図である。図１２は、本実施の形態に係る超音波音響装置１による補正量Δｔｉの決定処理の第４例における複数のマイク２０及び２２と特定のスピーカー１３との位置関係を示す図である。図１３は、本実施の形態に係る超音波音響装置１による補正量Δｔｉの決定処理の第４例を示すフローチャートである。
【０１６３】
第４例では、超音波音響装置１は、複数のマイク２０を備える。例えば、図１１及び図１２に示されるように、超音波音響装置１は、マイク２０とマイク２２とを備える。なお、マイク２２は、例えばマイク２０と同じ構成及び特性を有する。
【０１６４】
マイク２０及びマイク２２はいずれも、複数のスピーカー１１によって形成される音響範囲外に固定されている。マイク２０及びマイク２２は、例えば、基板１２を平面視した場合に、スピーカー領域の中心を対称の中心とする点対称の位置に位置している。例えば、マイク２０からスピーカー領域の中心までの距離は、マイク２２からスピーカー領域の中心までの距離に等しい。
【０１６５】
マイク２０は、スピーカー領域に配置された複数のスピーカー１１のうち、マイク２２よりもマイク２０に近い位置に配置されたスピーカー１１からの超音波を受信し、受信した超音波を電気信号に変換する。例えば、マイク２０は、スピーカー領域の中心よりマイク２０側に位置する全てのスピーカー１１の音圧半減角の範囲内に位置している。マイク２０は、スピーカー領域の中心よりマイク２２側に位置するスピーカー１１の音圧半減角の範囲外に位置していてもよい。
【０１６６】
同様に、マイク２２は、スピーカー領域に配置された複数のスピーカー１１のうち、マイク２０よりもマイク２２に近い位置に配置されたスピーカー１１からの超音波を受信し、受信した超音波を電気信号に変換する。例えば、マイク２２は、スピーカー領域の中心よりマイク２２側に位置する全てのスピーカー１１の音圧半減角の範囲内に位置している。マイク２２は、スピーカー領域の中心よりマイク２０側に位置するスピーカー１１の音圧半減角の範囲外に位置していてもよい。
【０１６７】
このように、複数のスピーカー１１の各々から放射された超音波は、最も近いマイク２０又は２２によって音圧が半減する前に受信される。このため、複数のマイク２０及び２２は、互いに補間し合いながら、スピーカー領域に配置された全てのスピーカー１１の補正量Δｔｉを決定することができる。
【０１６８】
なお、複数のマイク２０及び２２を利用する場合、マイク間の個体差による位相差を考慮する必要がある。具体的には、上述した式（３）において、ｔｍｅｉは、マイク２０とマイク２２とで異なっている。このため、本例では、補正回路５０は、複数のマイク間で生じる位相差ｔｍｅｉを決定し、決定した位相差ｔｍｅｉに基づいて補正量Δｔｉを決定する。なお、マイク２０とマイク２２との間の位相差がない場合、位相差ｔｍｅｉを決定しなくてもよい。
【０１６９】
本例では、図１３に示されるように、まず、特定のスピーカーから超音波を放射する（Ｓ４０）。特定のスピーカーは、例えば、図１２に示されるスピーカー１３である。スピーカー１３は、その音圧半減角の範囲内にマイク２０及びマイク２２のいずれも存在するような位置に配置されたスピーカーである。つまり、スピーカー１３は、マイク２０及びマイク２２のいずれにも、十分な大きさの超音波を到達させることができる位置に配置されたスピーカーである。
【０１７０】
例えば、スピーカー１３は、平面視において、複数のマイクの重心に位置するスピーカーである。具体的には、スピーカー１３は、マイク２０からの距離とマイク２２からの距離とが等しい位置に位置するマイクである。スピーカー１３は、スピーカー領域の中心に最も近いスピーカー１１であってもよい。
【０１７１】
次に、マイク２０及びマイク２２の各々で、スピーカー１３から放射された超音波を電気信号に変換する（Ｓ４１）。補正回路５０は、マイク２０で変換された電気信号と、マイク２２で変換された電気信号との位相差を、位相差ｔｍｅｉとして決定する（Ｓ４２）。なお、マイク間の位相差の補正処理（Ｓ４０〜Ｓ４２）は、超音波音響装置１の動作開始時の１回のみ実行され、繰り返されなくてもよい。また、マイク間の位相差がない場合、補正処理（Ｓ４０〜Ｓ４２）は行われなくてもよい。
【０１７２】
マイク間の位相差ｔｍｅｉが決定された後の動作は、図１３に示されるように、図９に示される第２例及び第３例の動作と同じである。
【０１７３】
なお、本例において、超音波音響装置１は、２個のマイクに限らず、３個以上のマイクを備えてもよい。このとき、全てのマイクが音圧半減角の範囲内に存在する位置に位置するスピーカーが存在しない場合、少なくとも２個のマイクに十分な大きさの超音波を到達させることができる複数のスピーカー１１を特定のスピーカーとして利用する。
【０１７４】
例えば、超音波音響装置１が３個のマイクＡ、Ｂ及びＣを備える場合において、マイクＡ、Ｂ及びＣのいずれにも、十分な大きさの超音波を到達させることができるスピーカーが存在しない例を想定する。このとき、例えば、マイクＡ及びマイクＢの両方に十分な大きさの超音波を到達させることができるスピーカーＸと、マイクＡ及びマイクＣの両方に十分な大きさの超音波を到達させることができるスピーカーＹとを、特定のスピーカーとして利用する。マイクＡの位相を基準にすることで、マイクＢとマイクＣとの位相差を決定することができる。
【０１７５】
［１−４．効果など］
続いて、本実施の形態に係る超音波音響装置１を微粒子の浮遊に利用した場合の具体的な実施例を挙げて、図１４及び図１５について説明する。
【０１７６】
図１４は、本実施の形態に係る超音波音響装置１による効果を説明するための図である。図１５は、本実施の形態に係る超音波音響装置１を微粒子の浮遊に利用した例を示す図である。
【０１７７】
図１４では、上段に、マイク２０による変換で得られた電気信号の位相、すなわち、基準電圧波形からの位相遅れ量を示している。電気信号の位相として示される数値はそれぞれ、水平面において８行×８列の正方格子状に配置された６４個のスピーカー１１の各々に対応している。
【０１７８】
下段に、ゴルコフポテンシャルの分布を示すヒートマップを示している。ゴルコフポテンシャルの分布は、８行×８列でスピーカー１１が配置された領域の中心を通る鉛直断面における分布を示している。白い部分程、ゴルコフポテンシャルが低いことを表している。
【０１７９】
左列は、計算機３０によって最適化された位相そのもので、すなわち、補正回路５０による補正を行っていない位相で超音波を放射させた場合を示している。右列は、計算機３０によって最適化された位相をさらに、補正回路５０によって設定された補正量で遅らせた位相で超音波を放射させた場合を示している。ここでは、６４個のスピーカー１１の中心の直上３ｃｍの位置（以下、対象位置と記載する）に、ゴルコフポテンシャルの低い領域が形成されるように、６４個のスピーカー１１の各々の位相が計算機３０によって最適化されている。
【０１８０】
図１４に示す下段の左列と右列とを比較して分かるように、補正回路５０による補正を行っていない場合には、ゴルコフポテンシャルの低い領域が対象位置に集中していないことが分かる。このため、浮遊力又は押力が分散し、微粒子の浮遊及び搬送が適切に行われない。
【０１８１】
一方で、補正回路５０による補正を行うことで、ゴルコフポテンシャルの低い領域が対象位置に集中している。つまり、所望の音場が形成されていることが分かる。
【０１８２】
このように、複数のスピーカー１１の各々から、それぞれに最適化され、かつ、設定された補正量で遅らせた位相で超音波を放射させることで、図１５に示されるように、空間中にゴルコフポテンシャルの低い領域９０が形成される。ゴルコフポテンシャルの低い領域９０では、微粒子９１に対して浮遊力又は押力が発生するので、微粒子９１を浮遊させることができる。このため、時間とともに、領域９０が形成される位置を移動させることで、領域９０の移動に合わせて微粒子９１を搬送することができる。なお、マイク２０が移動可能である場合には、微粒子９１の浮遊又は搬送中には、図１５に示されるように、マイク２０を音響範囲の外側へ移動させておいてもよい。
【０１８３】
なお、微粒子９１は、例えば、微細な液体である。例えば、微粒子９１は、次亜塩素酸水又はオゾン水などの機能水を霧状にしたものである。微粒子９１に除菌機能又は浄化機能などの所定の機能を持たせてもよい。これにより、微粒子９１を搬送することで、搬送の経路及び搬送先の目的箇所の除菌又は浄化を行うことができる。
【０１８４】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。
【０１８５】
実施の形態２に係る超音波音響装置及び位相補正方法は、実施の形態１と比較して、超音波音響装置が反射板を備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
【０１８６】
［２−１．構成］
まず、本実施の形態に係る超音波音響装置２０１の構成について、図１６を用いて説明する。図１６は、本実施の形態に係る超音波音響装置２０１の構成を示す図である。
【０１８７】
図１６に示されるように、超音波音響装置２０１は、図１に示される超音波音響装置１と比較して、新たに反射板８０及び駆動部８１を備える点と、マイク２０が反射板８０に対して複数のスピーカー１１と同じ側に配置されている点とが相違する。
【０１８８】
反射板８０は、複数のスピーカー１１から放射される超音波を反射する。反射板８０は、例えば平板であり、複数のスピーカー１１が配置された平面に対して平行に配置されている。
【０１８９】
反射板８０は、金属材料又は樹脂材料を用いて形成される。反射板８０のスピーカー１１側の面、すなわち、超音波の反射面は、平坦である。
【０１９０】
反射板８０は、音響範囲を覆うように配置されている。本実施の形態では、反射板８０は、可動式である。反射板８０は、微粒子の浮遊などのメイン動作を行う場合、音響範囲から除去される。なお、音響範囲は、複数のスピーカー１１が配置された領域であるスピーカー領域の直上範囲である。
【０１９１】
例えば、図１６に示されるように、超音波音響装置２０１は、駆動部８１を備える。駆動部８１は、例えば、反射板８０を保持するアームと、当該アームを駆動するモータ又はアクチュエータなどとを有する。駆動部８１による反射板８０の移動の方式は、特に限定されない。例えば、駆動部８１は、レールを備えてもよく、レールに沿って反射板８０をスライド移動させてもよい。
【０１９２】
また、反射板８０は、開閉式であってもよい。具体的には、反射板８０は、２枚の平板で構成され、２枚の平板を閉じた場合に中央で端面同士が一致するように配置されていてもよい。
【０１９３】
反射板８０は、スピーカー領域の全体を覆う大きさであるが、これに限らない。例えば、反射板８０は、平面視において、スピーカー領域より小さくてもよい。例えば、反射板８０が小さくて音場を乱す影響が小さい場合、反射板８０は可動式でなくてもよい。
【０１９４】
反射板８０と複数のスピーカー１１との距離は、特に限定されないが、複数のスピーカー１１の各々から発せられた超音波がマイク２０に十分な大きさで到達させることができる範囲に位置している。例えば、マイク２０から最も離れたスピーカー１１から放射された超音波が、その音圧が半減する前にマイク２０に到達するように、反射板８０は配置されている。なお、本実施の形態においても、実施の形態１において、図１１を用いて説明したように、複数のマイク２０が設けられていてもよい。
【０１９５】
本実施の形態に係るマイク２０は、例えば、複数のスピーカー１１が実装された基板１２に実装されている。マイク２０は、図１６に示されるように、複数のスピーカー１１のいずれか１つであってもよい。
【０１９６】
［２−２．動作］
続いて、本実施の形態に係る超音波音響装置２０１の動作について説明する。
【０１９７】
なお、超音波音響装置２０１のメイン動作は、実施の形態１で説明したメイン動作の第１例〜第３例と同様である。このため、以下では、本実施の形態に係る超音波音響装置２０１による補正量Δｔｉの決定処理について説明する。本実施の形態に係る補正量Δｔｉの決定処理には、２つの処理例がある。
【０１９８】
［２−２−１．補正量Δｔｉの決定処理の第１例（専用のマイク）］
まず、補正量Δｔｉの決定処理の第１例について、図１７及び図１８を用いて説明する。
【０１９９】
図１７は、本実施の形態に係る超音波音響装置２０１による補正量Δｔｉの決定処理の第１例におけるマイク２０と複数のスピーカー１１と反射板８０との位置関係を示す図である。図１７及び図１８は、本実施の形態に係る超音波音響装置２０１による補正量Δｔｉの決定処理の第１例及び後述する第２例を示すフローチャートである。
【０２００】
第１例では、マイク２０は、専用のマイクであって、基板１２に実装されている。図１７に示されるように、マイク２０は、例えば、複数のスピーカー１１のうち最外周に位置するスピーカー１１に隣接するように配置されている。本例では、平面視において、マイク２０は、スピーカー領域の外側に位置しているが、スピーカー領域の内側に位置していてもよい。
【０２０１】
複数のスピーカー１１の各々から順次、超音波が放射されるので、マイク２０は、順次、超音波を受信し、受信した超音波を電気信号に変換する。補正回路５０は、電気信号に基づいて、当該電気信号に対応する超音波を放射したスピーカー１１の補正量Δｔｉを決定する。
【０２０２】
図１８に示されるように、本例では、まず、反射板８０をスピーカー１１の音響範囲内に配置する（Ｓ５０）。具体的には、駆動部８１が反射板８０を移動させることで、音響範囲内に配置する。
【０２０３】
以降、実施の形態１に係る補正量Δｔｉの決定処理の第２例と同様に、以下のステップＳ３１〜ステップＳ３４の動作を、複数のスピーカー１１の各々に対して行う（Ｓ３０）。具体的には、複数のスピーカー１１から１つずつスピーカー１１を選択して順次、ステップＳ３１〜Ｓ３４の動作を行う。
【０２０４】
まず、１つのスピーカー１１が超音波を放射する（Ｓ３１）。マイク２０は、放射された超音波であって、反射板８０で反射された超音波を電気信号に変換する（Ｓ３２）。補正回路５０は、マイク２０による変換で得られた電気信号に基づいて補正量Δｔｉを算出する（Ｓ３３）。
【０２０５】
このとき、補正回路５０は、上述した式（３）により、補正量Δｔｉを決定する。本例では、超音波が反射板８０によって反射されるので、上述した式（３）において距離ｄｉは、スピーカー１１から反射板８０を経由してマイク２０に至るまでの経路の長さに相当する。
【０２０６】
補正量Δｔｉの算出が終了した後、スピーカー１１は、超音波の放射を停止する（Ｓ３４）。なお、マイク２０によって超音波が受信された後、補正量Δｔｉの算出が完了する前に、スピーカー１１は、超音波を停止してもよい。
【０２０７】
以降、ステップＳ３１〜Ｓ３４が、複数のスピーカー１１の各々に対して繰り返される。これにより、複数のスピーカー１１の各々の補正量Δｔｉが決定される。
【０２０８】
全てのスピーカー１１の補正量Δｔｉが決定された後、駆動部８１は、反射板８０を音響範囲から取り除く（Ｓ５１）。
【０２０９】
本例によれば、マイク２０と複数のスピーカー１１とを同一基板上に配置することができるので、回路設計が容易になる。
【０２１０】
［２−２−２．補正量Δｔｉの決定処理の第２例（マイクとスピーカーとが兼用）］
次に、補正量Δｔｉの決定処理の第２例について、図１９を用いて説明する。
【０２１１】
図１９は、本実施の形態に係る超音波音響装置２０１による補正量Δｔｉの決定処理の第２例におけるマイク２０と複数のスピーカー１１と反射板８０との位置関係を示す図である。
【０２１２】
第２例では、マイク２０は、複数のスピーカー１１のいずれか１つと兼用されている。具体的には、マイク２０は、超音波を放射したスピーカー１１である。つまり、スピーカー１１は、パルス状の超音波を放射した後、マイク２０としての集音機能に切り替えられる。スピーカー１１から出された超音波は、反射板８０によって反射され、マイク２０として機能するスピーカー１１が自ら受信する。自ら超音波を受信したスピーカー１１、すなわち、マイク２０は、受信した超音波を電気信号に変換する。複数のスピーカー１１は順次、超音波の放射と集音とを行う。
【０２１３】
なお、複数のスピーカー１１の各々がマイク２０として機能するので、マイク２０の位相差ｔｍｅｉは、マイク２０毎、すなわち、スピーカー１１毎に異なる。このため、本例では、補正回路５０は、以下の式（６）で表される補正量Δｔｉを決定する。
【０２１４】
Δｔｉ＝ｔｅｍｉ  …（６）
【０２１５】
式（６）は、式（２）から、個々に異なるマイク２０の位相差ｔｍｅｉを除いたものである。
【０２１６】
マイク２０による変換によって得られる位相差ｔｉは、実施の形態１と同様に、式（１）で表される。ここで、本例では、スピーカー１１とマイク２０とが同じである。したがって、マイク２０の位相差ｔｍｅｉは、スピーカー１１の位相差ｔｅｍｉに実質的に等しくなる。このため、式（１）は、以下の式（７）で示される。
【０２１７】
ｔｉ＝ｔｅｍｉ＋ｄｉ／ｃ０＋ｔｍｅｉ＝２ｔｅｍｉ＋ｄｉ／ｃ０  …（７）
【０２１８】
このとき、スピーカー１１から反射板８０によって反射されてマイク２０に至る距離ｄｉが、各スピーカー１１で同じになるので、式（７）において、ｄｉ／ｃ０の項を無視することができる。したがって、式（６）と式（７）とを組み合わせることにより、以下の式（８）が得られる。
【０２１９】
Δｔｉ＝ｔｅｍｉ＝ｔｉ／２  …（８）
【０２２０】
これにより、補正回路５０は、決定した補正量Δｔｉに基づいて、各スピーカー１１に入力される電気信号の位相を遅らせることができる。
【０２２１】
第２例における具体的な動作は、図１８に示される第１例の動作と同じである。本例によれば、マイク２０とスピーカー１１とが兼用されるので、素子数の削減ができる。これにより、超音波音響装置２０１は、専用のマイク２０を備える場合に比べて、軽量化及び小型化が実現される。
【０２２２】
（他の実施の形態）
以上、１つ又は複数の態様に係る超音波音響装置及び位相補正方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
【０２２３】
例えば、超音波音響装置は、計算機３０を備えなくてもよい。出力装置４０は、スピーカー１１毎に予め最適化された位相を記憶するメモリを有し、当該メモリから最適化された位相を読み出すことで、電気信号を生成してもよい。なお、メモリは、例えば着脱式でもよい。メモリを交換することで、所望の音場を容易に変更することができる。
【０２２４】
また、上記実施の形態で説明した装置間の通信方法については特に限定されるものではない。装置間で無線通信が行われる場合、無線通信の方式（通信規格）は、例えば、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）などの近距離無線通信である。あるいは、無線通信の方式（通信規格）は、インターネットなどの広域通信ネットワークを介した通信でもよい。また、装置間においては、無線通信に代えて、有線通信が行われてもよい。有線通信は、具体的には、電力線搬送通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）又は有線ＬＡＮを用いた通信などである。
【０２２５】
また、上記実施の形態において、特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、複数の処理の順序が変更されてもよく、あるいは、複数の処理が並行して実行されてもよい。また、超音波音響装置が備える構成要素の複数の装置への振り分けは、一例である。例えば、一の装置が備える構成要素を他の装置が備えてもよい。
【０２２６】
例えば、上記実施の形態において説明した処理は、単一の装置（システム）を用いて集中処理することによって実現してもよく、又は、複数の装置を用いて分散処理することによって実現してもよい。また、上記プログラムを実行するプロセッサは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、又は分散処理を行ってもよい。
【０２２７】
また、上記実施の形態において、計算機及び補正回路などの構成要素の全部又は一部は、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【０２２８】
また、計算機及び補正回路などの構成要素は、１つ又は複数の電子回路で構成されてもよい。１つ又は複数の電子回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
【０２２９】
１つ又は複数の電子回路には、例えば、半導体装置、ＩＣ（Integrated Circuit）又はＬＳＩ（Large Scale Integration）などが含まれてもよい。ＩＣ又はＬＳＩは、１つのチップに集積されてもよく、複数のチップに集積されてもよい。ここでは、ＩＣ又はＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又は、ＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれるかもしれない。また、ＬＳＩの製造後にプログラムされるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）も同じ目的で使うことができる。
【０２３０】
また、本開示の全般的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路又はコンピュータプログラムで実現されてもよい。あるいは、当該コンピュータプログラムが記憶された光学ディスク、ＨＤＤ若しくは半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【０２３１】
また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０２３２】
本開示は、精度の高い音場を形成することができる超音波音響装置などとして利用でき、例えば、微粒子の浮遊及び搬送技術、パラメトリックスピーカー、又は、触覚刺激提示デバイスなどに利用することができる。
【符号の説明】
【０２３３】
１、１０１、２０１  超音波音響装置
１０  超音波スピーカーアレイ
１１、１３  スピーカー
１２  基板
２０、２２  マイク
２１、４１  信号線
３０  計算機
４０  出力装置
５０  補正回路
６０  増幅回路
７０、８１  駆動部
８０  反射板
９０  領域
９１  微粒子
【図１】
2019114856.tif 000003
【図２】
2019114856.tif 000004
【図３】
2019114856.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019114856.tif 000009
【図８】
2019114856.tif 000010
【図９】
2019114856.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019114856.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2019114856.tif 000017
【図１６】
2019114856.tif 000018
【図１７】
2019114856.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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