(57)【要約】【課題】平板固定電極の平面度を確保し、振動膜の挟持性を向上することができる、静電型超音波トランスデューサを提供する。【解決手段】複数の貫通穴を有する第１の平板固定電極を支持する第１の支持部材と、前記第１の平板固定電極の貫通穴と対をなす複数の貫通穴を有する第２の平板固定電極を支持する第２の支持部材と、振動電極を有すると共に前記一対の平板固定電極により挟まれ、該振動電極に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、を有し、前記平板固定電極の外周部に近い部分に前記固定部位を配設すると共に、前記固定部位から外周部に向かう外周領域において、前記平板固定電極と支持部材の間に隙間を設けるように構成され、前記一対の平板固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させる、ことを特徴とする。【選択図】図１
2008099164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通穴を有する第１の平板固定電極と、
前記第１の平板固定電極の貫通穴と対をなす複数の貫通穴を有する第２の平板固定電極と、
前記第１の平板固定電極を固定部位により支持する第１の支持部材と、
前記第２の平板固定電極を固定部位により支持する第２の支持部材と、
振動電極を有すると共に前記第１の平板固定電極と前記第２の平板固定電極からなる一対の平板固定電極により挟まれ、該振動電極に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を有し、
前記平板固定電極の外周部に近い部分に前記固定部位を配設すると共に、
前記固定部位から外周部に向かう外周領域において、前記平板固定電極と支持部材の間に隙間を設けるように構成され、
前記一対の平板固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させる、
ことを特徴とする静電型超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記平板固定電極は方形状に構成され、
前記固定部位を前記平板固定電極の４隅としたこと
を特徴とする請求項１に記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記隙間の大きさが、前記平板固定電極の材質および厚みに応じて設定されたこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項４】
前記平板固定電極と支持部材との隙間は、前記支持部材において固定部位の中心部から外周部に向けて段差を設けることにより形成されたこと
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項５】
前記平板固定電極と支持部材との隙間は、前記支持部材において固定部位の中心部から外周部に向けて傾斜を設けることにより形成されたこと
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項６】
前記平板固定電極と支持部材との隙間は、前記支持部材において固定部位の中心部から外周部に向けて溝を設けることにより形成されたこと
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項７】
前記平板固定電極の前記支持部材と接する面上に、所定の厚みの肉付部を形成すると共に、
前記平板固定電極面上の固定部位から外周部に向かう外周領域においては、前記肉付部を形成せず平板固定電極の面を露出させるように構成したこと
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項８】
前記肉付部は、平板固定電極の表面にニッケルメッキを施すこと、もしくは、導電性ペースト材を塗布することにより形成されたこと
を特徴とする請求項７に記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項９】
前記平板固定電極の支持部材への固定方法をネジ固定とし、その締め付けトルクにより前記平板固定電極中央部の突出量の調整を行うように構成されたこと
を特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項１０】
複数の貫通穴を有する第１の平板固定電極と、
前記第１の平板固定電極の貫通穴と対をなす複数の貫通穴を有する第２の平板固定電極と、
前記第１の平板固定電極を固定部位により支持する第１の支持部材と、
前記第２の平板固定電極を固定部位により支持する第２の支持部材と、
振動電極を有すると共に前記第１の平板固定電極と前記第２の平板固定電極からなる一対の平板固定電極により挟まれ、該振動電極に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を備えるとともに、
前記一対の平板固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させる静電型超音波トランスデューサの製造方法であって、
前記平板固定電極の外周部に近い部分に前記固定部位を配設する手順と、
前記平板固定電極を前記固定部位により支持部材に固定する際に、前記固定部位から外周部に向かう外周領域において、前記平板固定電極と支持部材の間に隙間を設けるようして固定する手順と、
含むことを特徴とする静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１１】
前記平板固定電極を方形状に構成し、前記固定部位を前記平板固定電極の４隅に設ける手順を
含むことを特徴とする請求項１０に記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１２】
前記隙間の大きさを、前記平板固定電極の材質および厚みに応じて設定する手順を
含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１３】
前記平板固定電極と支持部材との隙間を、前記支持部材の固定部位の中心部から外周部に向けて段差を設けて形成する手順を
含むことを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１４】
前記平板固定電極と支持部材との隙間を、前記支持部材の固定部位の中心部から外周部に向けて傾斜を設けて形成する手順を
含むことを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１５】
前記平板固定電極と支持部材との隙間を、前記支持部材の固定部位の中心部から外周部に向けて溝を設けて形成する手順を
含むことを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１６】
前記平板固定電極の前記支持部材と接する面上に、所定の厚みの肉付部を形成すると共に、
前記平板固定電極面上の固定部位から外周部に向かう外周領域においては、前記肉付部を形成せず平板固定電極の面を露出させる手順を
含むことを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１７】
前記肉付部を、平板固定電極の表面にニッケルメッキを施すこと、もしくは、導電性ペースト材を塗布することにより形成する手順を
含むことを特徴とする請求項１６に記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１８】
前記平板固定電極の支持部材への固定方法をネジ固定とし、その締め付けトルクにより前記平板固定電極中央部の突出量の調整を行う手順を
含むことを特徴とする請求項１０から１７のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１９】
可聴周波数帯の信号波を生成する可聴周波数信号源と、超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波信号源と、前記キャリア波を前記可聴周波数帯の信号波により変調する変調器と、前記変調器から出力される変調信号を増幅して出力するパワーアンプと、前記パワーアンプで駆動される静電型超音波トランスデューサと、を備える超音波スピーカであって、
前記超音波スピーカ内の静電型超音波トランスデューサは、
複数の貫通穴を有する第１の平板固定電極と、
前記第１の平板固定電極の貫通穴と対をなす複数の貫通穴を有する第２の平板固定電極と、
前記第１の平板固定電極を固定部位により支持する第１の支持部材と、
前記第２の平板固定電極を固定部位により支持する第２の支持部材と、
振動電極を有すると共に前記第１の平板固定電極と前記第２の平板固定電極からなる一対の平板固定電極により挟まれ、該振動電極に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を有し、
前記平板固定電極の外周部に近い部分に前記固定部位を配設すると共に、
前記固定部位から外周部に向かう外周領域において、前記平板固定電極と支持部材の間に隙間を設けるように構成され、
前記一対の平板固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させるように構成されていること
を特徴とする超音波スピーカ。
【請求項２０】
音響ソースから供給される音声信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により静電型超音波トランスデューサを駆動して可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、
映像を投影面に投影する投影光学系と、
で構成される表示装置であって、
前記超音波スピーカ内の静電型超音波トランスデューサは、
複数の貫通穴を有する第１の平板固定電極と、
前記第１の平板固定電極の貫通穴と対をなす複数の貫通穴を有する第２の平板固定電極と、
前記第１の平板固定電極を固定部位により支持する第１の支持部材と、
前記第２の平板固定電極を固定部位により支持する第２の支持部材と、
振動電極を有すると共に前記第１の平板固定電極と前記第２の平板固定電極からなる一対の平板固定電極により挟まれ、該振動電極に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を有し、
前記平板固定電極の外周部に近い部分に前記固定部位を配設すると共に、
前記固定部位から外周部に向かう外周領域において、前記平板固定電極と支持部材の間に隙間を設けるように構成され、
前記一対の平板固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させるように構成されていること
を特徴とする表示装置。
【請求項２１】
音響ソースから供給される音声信号のうち第一の音域の信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により静電型超音波トランスデューサを駆動して可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、
前記音響ソースから供給される音声信号のうち前記第一の音域よりも低い第二の音域の信号を再生する低音再生用スピーカと、
を有する指向性音響システムであって、
前記超音波スピーカ内の静電型超音波トランスデューサは、
複数の貫通穴を有する第１の平板固定電極と、
前記第１の平板固定電極の貫通穴と対をなす複数の貫通穴を有する第２の平板固定電極と、
前記第１の平板固定電極を固定部位により支持する第１の支持部材と、
前記第２の平板固定電極を固定部位により支持する第２の支持部材と、
振動電極を有すると共に前記第１の平板固定電極と前記第２の平板固定電極からなる一対の平板固定電極により挟まれ、該振動電極に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
を有し、
前記平板固定電極の外周部に近い部分に前記固定部位を配設すると共に、
前記固定部位から外周部に向かう外周領域において、前記平板固定電極と支持部材の間に隙間を設けるように構成され、
前記一対の平板固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させるように構成されていること
を特徴とする指向性音響システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電型超音波トランスデューサの平板固定電極の平面度の確保を容易にし、振動膜の挟持性を大幅に向上させた、静電型超音波トランスデューサ、静電型超音波トランスデューサの製造方法、該静電型超音波トランスデューサを使用した超音波スピーカ、該超音波スピーカを備える表示装置、および指向性音響システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、本発明が適用される静電型超音波トランスデューサの基本構成（断面図）と駆動方法を示す図である。以下、図８を参照して、静電型超音波トランスデューサの構成と動作について説明する。
【０００３】
図８において、静電型超音波トランスデューサ１は、前面側平板固定電極１０Ａ及び背面側平板固定電極１０Ｂからなる一対の平板固定電極とを有している（前面側平板固定電極１０Ａと背面側平板固定電極１０Ｂを総称する場合は平板固定電極１０と呼ぶ）。また、前面側平板固定電極１０Ａには複数の貫通穴１３Ａが設けられており、かつ背面側平板固定電極１０Ｂには前面側平板固定電極１０Ａに設けた各貫通穴１３Ａに対向する位置に同一形状の貫通穴１３Ｂが設けられている（貫通穴１３Ａと貫通穴１３Ｂを総称する場合は貫通穴１３と呼ぶ）。
【０００４】
前面側平板固定電極１０Ａと背面側平板固定電極１０Ｂは、それぞれ対向電極形成体１１によって振動膜１２から所定のギャップを隔てて支持されており、振動膜１２と平板固定電極１０とが一部空隙を介して対向するように対向電極形成体１１は形成されている。この対向電極形成体１１により振動膜１２の振動空間が形成される。また、振動膜１２は、Ａｌ（アルミ）蒸着された振動電極１２１を誘電体膜１２０で挟むように形成されている。
【０００５】
上記構成により、振動膜１２の振動空間を構成した２枚の平板固定電極１０で、Ａｌ蒸着された振動膜１２を挟み、振動膜１２の振動電極１２１にはＤＣバイアス電源１４により＋側のＤＣバイアス（基準条件２５０Ｖ）を与え、対向する平板固定電極１０には逆位相となるように交流信号（基準条件２５０Ｖｐｐ）１５を印加することにより、片側の平板固定電極にプラスの交流信号が印加されている間、もう一方の平板固定電極にはマイナスの交流信号が印加されるため、振動膜１２と平板固定電極１０の間には常に静電吸引力と静電斥力が作用する。その結果、振動膜１２は交流信号に応じて振動して音波を発生し、平板固定電極１０の両面方向に放射される。このように、図８に示す静電型超音波トランスデューサは、振動膜１２に常に静電吸引力と静電斥力が作用するため、プッシュプル（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）型の静電型トランスデューサと呼ばれている。
【０００６】
ここで、従来の超音波トランスデューサにおいては、図９に示すように、平板固定電極１０を支持部材３１に固定したものを、ケース部材４１に固定する方法を取っていた。平板固定電極１０と支持部材３１の固定部位（例えば、ネジ固定部等）２２は４辺の中央部とし、支持部材３１とケース部材４１との固定部位３２は４隅の角としていた。
【０００７】
このように固定した場合、平板固定電極１０の中央部に固定ストレスがかかり、平板固定電極１０の４隅がせり上がる傾向が大きくなり、電極の平面度が確保できなくなる。その結果、振動膜１２（図８を参照）をこのような状態の平板固定電極１０で挟み込むと、平板固定電極１０の４隅のエッジが振動膜１２に食い込み、平板固定電極１０と振動電極１２１との間の絶縁性が著しく低下し、絶縁破壊し易くなる。
【０００８】
この課題を解決するためには、図１０に示すように、従来の平板固定電極１０を、固定部位（例えば、ネジ固定部等）２２を４隅に設けた平板固定電極２１の形状とし、平板固定電極２１を支持部材３１へ４隅で固定する事が必須であるが、固定穴の位置や支持部材３１との接触状態によって生じるストレスのかかり方によっては、図１１に示すように、平板固定電極２１の中央部に距離ｄのへこみが生じ、その結果、平板固定電極２１と振動膜との間に隙間が生じ、安定した振動特性を確保する事ができなくなる。そのため、平板固定電極２１の中央部を両側から押し込む機能を有する部材を付加したり、電極中央部に固定部位を構成可能とした電極構造へ変更する等の対策を必要とし、製造工程の増加、電極加工精度の確保を難しくしたり、製造コストを増大させる要因となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来の平板固定電極の取り付け方法においては、平板固定電極の４隅がせり上がるか、または、平板固定電極の中央部にへこみが生じるなどの傾向があり、電極の平面度が確保が容易でなかった。
【００１０】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、平板固定電極の平面度の確保を容易にし、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善すると共に、従来では大きな問題となっていた平板固定電極の角部の反り上がりを防止して、振動膜の破損を防止し、さらには従来必要とした音圧改善対策部品を削除することができる、静電型超音波トランスデューサ、静電型超音波トランスデューサの製造方法、該静電型超音波トランスデューサを使用した超音波スピーカ、該超音波スピーカを備える表示装置、および指向性音響システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の静電型超音波トランスデューサは、複数の貫通穴を有する第１の平板固定電極と、前記第１の平板固定電極の貫通穴と対をなす複数の貫通穴を有する第２の平板固定電極と、前記第１の平板固定電極を固定部位により支持する第１の支持部材と、前記第２の平板固定電極を固定部位により支持する第２の支持部材と、振動電極を有すると共に前記第１の平板固定電極と前記第２の平板固定電極からなる一対の平板固定電極により挟まれ、該振動電極に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、有し、前記平板固定電極の外周部に近い部分に前記固定部位を配設すると共に、前記固定部位から外周部に向かう外周領域において、前記平板固定電極と支持部材の間に隙間を設けるように構成され、前記一対の平板固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させる、とを特徴とする。
このような構成により、平板固定電極と支持部材とを固定部位により固定する構造とする。例えば、平板固定電極が方形状の場合には、４隅でネジ固定する。この固定の際に、固定部位の外周領域において平板固定電極と支持部材との間に隙間を設ける。そして、例えば、その隙間を平板固定電極の材質および厚みに応じて調整、さらには平板固定電極の支持部材への締め付けトルクを調整し、平板固定電極の中央部の変位量（突出量）を所望の大きさに調整する。
これにより、平板固定電極の平面度の確保を容易にし、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善すると共に、従来では大きな問題となっていた平板固定電極の角部の反り上がりを防止して、振動膜の破損を防止し、さらには従来必要とした音圧改善対策部品を削除することができる。
【００１２】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記平板固定電極は方形状に構成され、前記固定部位を前記平板固定電極の４隅としたことを特徴とする。
このような構成により、平板固定電極が方形状の場合は、４隅に固定部位を設ける。例えば、平板固定電極と支持部材を４隅でネジ固定する。この固定の際に、固定部位の外周領域において平板固定電極と支持部材との間に隙間を設ける。そして、例えば、その隙間を平板固定電極の材質および厚みに応じて調整、さらには平板固定電極の支持部材への締め付けトルクを調整し、平板固定電極の中央部の変位量（突出量）を所望の大きさに調整する。
これにより、方形状の平板固定電極の平面度の確保を容易にし、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善すると共に、従来では大きな問題となっていた平板固定電極の角部の反り上がりを防止して、振動膜の破損を防止し、さらには従来必要とした音圧改善対策部品を削除することができる。
【００１３】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記隙間の大きさが、前記平板固定電極の材質および厚みに応じて設定されたことを特徴とする。
このような構成により、平板固定電極の材質および厚みに応じて隙間の大きさを設定するようにし、平板固定電極を適切な締め付けトルクで支持部材に固定することにより、平板固定電極の中央部の変位量（突出量）を所望の大きさに調整することができる。
【００１４】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記平板固定電極と支持部材との隙間は、前記支持部材において固定部位の中心部から外周部に向けて段差を設けることにより形成されたことを特徴とする。
このような構成により、平板固定電極と支持部材との隙間を、支持部材上において固定部位の中心部から外周部に向けて段差を設けることにより形成する。
これにより、平板固定電極と支持部材との隙間を、支持部材に表面加工を施すことにより、容易に形成することができる。
【００１５】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記平板固定電極と支持部材との隙間は、前記支持部材において固定部位の中心部から外周部に向けて傾斜を設けることにより形成されたことを特徴とする。
このような構成により、平板固定電極と支持部材との隙間を、支持部材上において固定部位の中心部から外周部に向けて傾斜を設けることにより形成する。
これにより、平板固定電極と支持部材との隙間を、支持部材に表面加工を施すことにより、容易に形成することができる。
【００１６】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記平板固定電極と支持部材との隙間は、前記支持部材において固定部位の中心部から外周部に向けて溝を設けることにより形成されたことを特徴とする。
このような構成により、平板固定電極と支持部材との隙間を、支持部材上において固定部位の中心部から外周部に向けて溝を設けることにより形成する。
これにより、平板固定電極と支持部材との隙間を、支持部材に表面加工を施すことにより、容易に形成することができる。
【００１７】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記平板固定電極の前記支持部材と接する面上に、所定の厚みの肉付部を形成すると共に、前記平板固定電極面上の固定部位から外周部に向かう外周領域においては、前記肉付部を形成せず平板固定電極の面を露出させるように構成したことを特徴とする。
このような構成により、平板固定電極面上の周辺部に、例えば、メッキ等により肉付部を設ける。そして、平板固定電極面上の固定部位の外周領域の部分では、肉付部を設けずに平板固定電極面が露出するようにする。
これにより、平板固定電極と支持部材との隙間を、平板固定電極面上の周辺部に表面加工を施すことにより、容易に形成することができる。
【００１８】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記肉付部は、平板固定電極の表面にニッケルメッキを施すこと、もしくは導電性ペースト材を塗布することにより形成されたことを特徴とする。
これにより、平板固定電極の面上に、所望の形状と厚さの肉付部を容易に形成することができる。
【００１９】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記平板固定電極の支持部材への固定方法をネジ固定とし、その締め付けトルクにより前記平板固定電極中央部の突出量の調整を行うように構成されたことを特徴とする。
このような構成により、例えば、平板固定電極が方形状などの場合には、４隅で支持部材へネジ固定する。この際に、ネジの締め付けトルクにより平板固定電極中央部の突出量を調整する。
これにより、平板固定電極の締め付けトルクで平板固定電極の中央部の変位量（突出量）を所望の大きさに調整することができ、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善できる。また、従来では大きな問題となっていた平板固定電極の角部の反り上がりを防止して、振動膜の破損を防止し、さらには従来必要とした音圧改善対策部品を削除した、高性能、高信頼性かつ低コストな超音波トランスデューサを提供することができる。
【００２０】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、複数の貫通穴を有する第１の平板固定電極と、前記第１の平板固定電極の貫通穴と対をなす複数の貫通穴を有する第２の平板固定電極と、前記第１の平板固定電極を固定部位により支持する第１の支持部材と、前記第２の平板固定電極を固定部位により支持する第２の支持部材と、振動電極を有すると共に前記第１の平板固定電極と前記第２の平板固定電極からなる一対の平板固定電極により挟まれ、該振動電極に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、を備えるとともに、前記一対の平板固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させる静電型超音波トランスデューサの製造方法であって、前記平板固定電極の外周部に近い部分に前記固定部位を配設する手順と、前記平板固定電極を前記固定部位により支持部材に固定する際に、前記固定部位から外周部に向かう外周領域において、前記平板固定電極と支持部材の間に隙間を設けるようして固定する手順と、含むことを特徴とする。
このような手順により、平板固定電極に固定部位を配設し、この固定部位により平板固定電極と支持部材とを固定する。例えば、平板固定電極が方形状の場合には、４隅でネジ固定する。この固定の際に、固定部位の外周領域において平板固定電極と支持部材との間に隙間を設けて固定する。そして、例えば、その隙間を平板固定電極の材質および厚みに応じて調整、さらには平板固定電極の支持部材への締め付けトルクを調整し、平板固定電極の中央部の変位量（突出量）を所望の大きさに調整する。
これにより、平板固定電極の平面度の確保を容易にし、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善すると共に、従来では大きな問題となっていた平板固定電極の角部の反り上がりを防止して、振動膜の破損を防止し、さらには従来必要とした音圧改善対策部品を削除することができる。
【００２１】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、前記平板固定電極を方形状に構成し、前記固定部位を前記平板固定電極の４隅に設ける手順を含むことを特徴とする。
このような手順により、平板固定電極が方形状の場合は、４隅に固定部位を設ける。例えば、平板固定電極と支持部材を４隅でネジ固定する。この固定の際に、固定部位の外周領域において平板固定電極と支持部材との間に隙間を設ける。そして、例えば、その隙間を平板固定電極の材質および厚みに応じて調整、さらには平板固定電極の支持部材への締め付けトルクを調整し、平板固定電極の中央部の変位量（突出量）を所望の大きさに調整する。
これにより、方形状の平板固定電極の平面度の確保を容易にし、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善すると共に、従来では大きな問題となっていた平板固定電極の角部の反り上がりを防止して、振動膜の破損を防止し、さらには従来必要とした音圧改善対策部品を削除することができる。
【００２２】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、前記隙間の大きさを、前記平板固定電極の材質および厚みに応じて設定する手順を含むことを特徴とする。
このような手順により、平板固定電極の材質および厚みに応じて隙間の大きさを設定するようにし、平板固定電極を適切な締め付けトルクで支持部材に固定することにより、平板固定電極の中央部の変位量（突出量）を所望の大きさに調整することができる。
【００２３】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、前記平板固定電極と支持部材との隙間を、前記支持部材の固定部位の中心部から外周部に向けて段差を設けて形成する手順を含むことを特徴とする。
このような手順により、平板固定電極と支持部材との隙間を、支持部材上において固定部位の中心部から外周部に向けて段差を設けることにより形成する。
これにより、平板固定電極と支持部材との隙間を、支持部材上に表面加工を施すことにより、容易に形成することができる。
【００２４】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、前記平板固定電極と支持部材との隙間を、前記支持部材の固定部位の中心部から外周部に向けて傾斜を設けて形成する手順を含むことを特徴とする。
このような手順により、平板固定電極と支持部材との隙間を、支持部材上において固定部位の中心部から外周部に向けて傾斜を設けることにより形成する。
これにより、平板固定電極と支持部材との隙間を、支持部材上に表面加工を施すことにより、容易に形成することができる。
【００２５】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、前記平板固定電極と支持部材との隙間を、前記支持部材の固定部位の中心部から外周部に向けて溝を設けて形成する手順を含むことを特徴とする。
このような手順により、平板固定電極と支持部材との隙間を、支持部材上において固定部位の中心部から外周部に向けて溝を設けることにより形成する。
これにより、平板固定電極と支持部材との隙間を、支持部材上に表面加工を施すことにより、容易に形成することができる。
【００２６】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、前記平板固定電極の前記支持部材と接する面上に、所定の厚みの肉付部を形成すると共に、前記平板固定電極面上の固定部位から外周部に向かう外周領域においては、前記肉付部を形成せず平板固定電極の面を露出させる手順を含むことを特徴とする。
このような手順により、平板固定電極面上の周辺部に、例えば、メッキ等により肉付部を設ける。そして、平板固定電極面上の固定部位の外周領域の部分では、肉付部を設けずに平板固定電極面が露出するようにする。
これにより、平板固定電極と支持部材との隙間を、平板固定電極面上の周辺部に表面加工を施すことにより、容易に形成することができる。
【００２７】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、前記肉付部を、平板固定電極の表面にニッケルメッキを施すこと、もしくは、導電性ペースト材を塗布することにより形成する手順を含むことを特徴とする。
これにより、平板固定電極の面上に、所望の形状と厚さの肉付部を容易に形成することができる。
【００２８】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、前記平板固定電極の支持部材への固定方法をネジ固定とし、その締め付けトルクにより前記平板固定電極中央部の突出量の調整を行う手順を含むことを特徴とする。
このような手順により、例えば、平板固定電極が方形状などの場合には、４隅で支持部材へネジ固定する。この際に、ネジの締め付けトルクにより平板固定電極中央部の突出量を調整する。
これにより、平板固定電極の締め付けトルクで平板固定電極の中央部の変位量（突出量）を所望の大きさに調整することができ、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善できる。また、従来では大きな問題となっていた平板固定電極の角部の反り上がりを防止して、振動膜の破損を防止し、さらには従来必要とした音圧改善対策部品を削除した、高性能、高信頼性かつ低コストな超音波トランスデューサを提供することができる。
【００２９】
また、本発明の超音波スピーカは、可聴周波数帯の信号波を生成する可聴周波数信号源と、超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波信号源と、前記キャリア波を前記可聴周波数帯の信号波により変調する変調器と、前記変調器から出力される変調信号を増幅して出力するパワーアンプと、前記パワーアンプで駆動される静電型超音波トランスデューサと、を備える超音波スピーカであって、前記超音波スピーカ内の静電型超音波トランスデューサは、複数の貫通穴を有する第１の平板固定電極と、前記第１の平板固定電極の貫通穴と対をなす複数の貫通穴を有する第２の平板固定電極と、前記第１の平板固定電極を固定部位により支持する第１の支持部材と、前記第２の平板固定電極を固定部位により支持する第２の支持部材と、振動電極を有すると共に前記第１の平板固定電極と前記第２の平板固定電極からなる一対の平板固定電極により挟まれ、該振動電極に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、を有し、前記平板固定電極の外周部に近い部分に前記固定部位を配設すると共に、前記固定部位から外周部に向かう外周領域において、前記平板固定電極と支持部材の間に隙間を設けるように構成され、前記一対の平板固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させるように構成されていることを特徴とする。
このような構成により、超音波スピーカに使用される静電型超音波トランスデューサにおいて、平板固定電極を支持部材へ取り付ける際に、固定部位（例えば、ネジ固定部など）の外周領域において、平板固定電極と支持部材の間に隙間を設ける。そして、平板固定電極を適切な締め付けトルクで支持部材に固定することにより、平板固定電極の中央部の変位量（突出量）を所望の大きさに調整する。
これにより、超音波スピーカに使用される静電型超音波トランスデューサにおいて、平板固定電極の平面度の確保を容易にし、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善することができる。
【００３０】
また、本発明の表示装置は、音響ソースから供給される音声信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により静電型超音波トランスデューサを駆動して可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、映像を投影面に投影する投影光学系と、で構成される表示装置であって、前記超音波スピーカ内の静電型超音波トランスデューサは、複数の貫通穴を有する第１の平板固定電極と、前記第１の平板固定電極の貫通穴と対をなす複数の貫通穴を有する第２の平板固定電極と、前記第１の平板固定電極を固定部位により支持する第１の支持部材と、前記第２の平板固定電極を固定部位により支持する第２の支持部材と、振動電極を有すると共に前記第１の平板固定電極と前記第２の平板固定電極からなる一対の平板固定電極により挟まれ、該振動電極に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、を有し、前記平板固定電極の外周部に近い部分に前記固定部位を配設すると共に、前記固定部位から外周部に向かう外周領域において、前記平板固定電極と支持部材の間に隙間を設けるように構成され、前記一対の平板固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させるように構成されていることを特徴とする。
このような構成により、映像を投影する投影光学系を備える表示装置に使用される超音波スピーカ内の静電型超音波トランスデューサにおいて、平板固定電極を支持部材へ取り付ける際に、固定部位（例えば、ネジ固定部など）の外周領域において、平板固定電極と支持部材の間に隙間を設ける。そして、平板固定電極を適切な締め付けトルクで支持部材に固定することにより、平板固定電極の中央部の変位量（突出量）を所望の大きさに調整する。
これにより、表示装置に使用される超音波スピーカにおいて、静電型超音波トランスデューサの平板固定電極の平面度の確保を容易にし、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善することができる。
【００３１】
また、本発明の指向性音響システムは、音響ソースから供給される音声信号のうち第一の音域の信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により静電型超音波トランスデューサを駆動して可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、前記音響ソースから供給される音声信号のうち前記第一の音域よりも低い第二の音域の信号を再生する低音再生用スピーカと、を有する指向性音響システムであって、前記超音波スピーカ内の静電型超音波トランスデューサは、複数の貫通穴を有する第１の平板固定電極と、前記第１の平板固定電極の貫通穴と対をなす複数の貫通穴を有する第２の平板固定電極と、前記第１の平板固定電極を固定部位により支持する第１の支持部材と、前記第２の平板固定電極を固定部位により支持する第２の支持部材と、振動電極を有すると共に前記第１の平板固定電極と前記第２の平板固定電極からなる一対の平板固定電極により挟まれ、該振動電極に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、を有し、前記平板固定電極の外周部に近い部分に前記固定部位を配設すると共に、前記固定部位から外周部に向かう外周領域において、前記平板固定電極と支持部材の間に隙間を設けるように構成され、前記一対の平板固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させるように構成されていることを特徴とする。
このような構成により、音響ソースから供給される音声信号のうち第一の音域の信号を再生する超音波スピーカに使用される静電型超音波トランスデューサにおいて、平板固定電極を支持部材へ取り付ける際に、固定部位（例えば、ネジ固定部など）の外周領域において、平板固定電極と支持部材の間に隙間を設ける。そして、平板固定電極を適切な締め付けトルクで支持部材に固定することにより、平板固定電極の中央部の変位量（突出量）を所望の大きさに調整する。
これにより、指向性音響システムに使用される超音波スピーカにおいて、静電型超音波トランスデューサの平板固定電極の平面度の確保を容易にし、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の静電型超音波トランスデューサにおいては、平板固定電極を支持部材に固定する固定部位（例えば、ネジ固定部）の外周領域において、平板固定電極と支持部材との間に隙間を設ける。
【００３３】
例えば、平板固定電極が方形状の場合には、４隅で支持部材へネジ固定する。この固定の際に、ネジの外周領域において平板固定電極と支持部材との間に隙間を設ける。そして、電極材質及び厚みに応じてネジの締付けトルクを調整することにより、平板固定電極の中央部を所望の寸法で突出させ、平板固定電極を対向させた時の振動膜の挟持性を高める。
【００３４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
なお、以下に説明する実施の形態の例では、平板固定電極を方形状とし、４隅で支持部材へネジ固定する例を示しているが、平板固定電極の形状は、方形状に限定されず、円形、楕円形状など種々の形状とすることができ、固定部位も４隅に限定されず、また、固定方法もネジ固定に限定されるものではない。
【００３５】
［第１の実施の形態］
最初に本発明の第１の実施の形態として、本発明による静電型超音波トランスデューサの構成例について説明する。
【００３６】
本発明の第１の実施の形態では、図１０に示すように、平板固定電極２１と支持部材３１の固定部位２２を、平板固定電極の４隅の４箇所として、最小限度の機械的強度が確保できる範囲で可能な限り外側に配置する。
【００３７】
図１は、本発明による平板固定電極の支持部材への取り付け方法を示す図である。図１（Ａ）に示すように、支持部材３１の固定部位の外周領域（固定部位から外周部に向かう外側領域）に隙間として段差３３を設けるか、あるいは、図１（Ｂ）に示すように、隙間となる傾斜３４を設けている。この段差３３あるいは傾斜３４の開始点は、固定部位２２の中心付近としており、結果、固定部位２２の外側領域では、平板固定電極２１と支持部材３１との間に適度な隙間が生じる。
【００３８】
ここで、図１（Ａ）および図１（Ｂ）の支持部材３は、平板固定電極２１との接続部位を一段高くした構造を成すが、図１（Ｃ）に示す溝３５のような、支持部材３１の平面上に溝３５を掘る構造でも良く、この構造の方が加工工数が少なく、コスト低減を図る事ができる。
【００３９】
このような構成とした場合、固定による締め付け力は、平板固定電極２１の固定部位２２の外側領域（外周領域）においては曲げ応力として作用する事となる。よって、固定部位２２の外側領域で平板固定電極２１は締め付け方向に曲がる。一方、固定部位２２の内側領域では、平板固定電極２１は締め付け方向と逆の方向に曲がるため、結果、平板固定電極２１の中央部が突出し、平板固定電極２１の角部がだれる。
【００４０】
例えば、図３に示すように、中央部が距離ｄだけ突出する。ここで、平板固定電極２１の中央部の突出の程度は、平板固定電極２１と支持部材３１との間に設けた隙間と、平板固定電極２１の締め付け力（締付け荷重）によって調整する事ができる。
【００４１】
また、図２は、本発明による平板固定電極の支持部材への他の取り付け方法を示す図である。
図２に示す例では、図１に示すように支持部材３１に段差３３等の隙間を設けるのではなく、平板固定電極２１の周囲に肉付部２３を設けると共に、肉付部２３の４隅に露出部（肉付部２３から平板固定電極２１の面を露出させた部分）２４を設けた例である。このように、肉付部２３と露出部２４を設けることで、支持部材３１に隙間を設けた場合と同様な効果を得ることができる。
【００４２】
なお、肉付部２３は、平板固定電極２１上に、例えば、ニッケルメッキなどを行うこと、もしくは導電性ペースト材を塗布することにより容易に形成することができる。
【００４３】
次に、平板固定電極２１の中央部の突出量と、平板固定電極２１の固定部位での締め付け力の関係を検証するために、シミュレーションを行った例について説明する。シミュレーションには、構造解析ソフト「Ｉ−ＤＥＡＳ（登録商標）」を用いている。
【００４４】
このシミュレーションにおいては、
「解析モデル」として、平板固定電極（貫通穴有り）、シェル要素、厚み１．０ｍｍ／１．５ｍｍ／２．０ｍｍ、要素数２３２２１、節点数１３２３５、を用いている。
「材料条件」として、アルミニウム、ステンレスの２種類としている。
「拘束条件」として、ネジ固定範囲のうち、平板固定電極内側領域を完全固定し、ネジ固定範囲の外周側は完全フリーとしている。
「荷重条件」として、平板固定電極ネジ固定範囲に、締め付けトルクより換算した締め付け力を面圧換算して付与している。
【００４５】
また、各材料の特性値は、図４（Ａ）に示す通りであり、解析モデル荷重条件には、図４（Ｂ）に示すように４条件を適用した。なお、荷重条件は、実機の組立に使用するＭ２ネジの推奨締付けトルクを基準に設定した。図４（Ｂ）に示す例では、締付け力として、５ｋｇ、１０ｋｇ、２５ｋｇ、３５ｋｇの４条件としている。
【００４６】
以上の解析モデルおよび解析条件により求められた平板固定電極の中央部の突出量を、図４（Ｃ）に示す。また、平板固定電極角部の屈曲量を図４（Ｄ）に示す。
【００４７】
また、図５は、平板固定電極の中央部の突出量をグラフで示したものである。図５からわかるように、各電極厚みにおいて、締付力と突出量には線形の関係が成り立つ。よって、平板固定電極２１の材質と厚みが決まれば、所望の変位量を得るために必要な締付力が決まるため、固定ネジの締付けトルクを合わせれば良い。
【００４８】
また、電極厚みのみが決まっており、所望の突出量を確保したい場合には、適切な材料を選択し、締付力を合わせれば良い。例えば、電極厚みが１．５ｍｍで、所望の変位量を５μｍとしたい場合には、図４（Ｃ）に示す表（又は図５に示すグラフ）より、材料にはアルミニウムを選択し、締付力を２５ｋｇ（１０ｃＮ／ｍ）とすれば良い。また、電極厚みが１．０ｍｍで、所望の変位量を５μｍとしたい場合には、材料にはステンレスを選択し、締付力を２５ｋｇ（１０ｃＮ／ｍ）とすれば良い。
【００４９】
ここで、電極厚みが１．５ｍｍのアルミニウム電極において、変位量を５μｍ得るには、平板固定電極の固定部位において、少なくとも８．６μｍの屈曲量が必要であることが図５（Ｄ）に示す表から分かる。平板固定電極と支持部材との間には、これ以上の隙間を設けなくてはならないが、屈曲量は締付けトルクで調整可能なため、隙間については若干大きめ（数１０μｍ）に設けておいても問題はなく、これにより、加工精度を緩める事ができ、製造コストを低減する事ができる。
【００５０】
また、図６は、本発明の製造方法に基づいて構成した静電型超音波トランスデューサを示しており、図６（Ａ）はその上視図、図６（Ｂ）はＡ−Ａ´断面図である。図６に示す静電型超音波トランスデューサ２は、支持部材３１Ａに固定された前面側平板固定電極２１Ａと、同様に支持部材３１Ｂに固定された背面側平板固定電極２１Ｂとを対向させ、その間に膜枠３３によって固定された振動膜１２を配置し、これを挟持する構成より成る。
【００５１】
なお、前面側平板固定電極２１Ａは前述の第１の平板固定電極に相当し、支持部材３１Ａは前述の第１の支持部材に相当し、背面側平板固定電極２１Ｂは前述の第２の平板固定電極に相当し、支持部材３１Ｂは前述の第２の支持部材に相当する。また、前面側平板固定電極２１Ａと背面側平板固定電極２１Ｂは、平板固定電極２１で総称され、支持部材３１Ａと支持部材３１Ｂは、支持部材３１で総称される。
【００５２】
図６に示す静電型超音波トランスデューサ２の基本的な構成と動作は、先に説明した図８に示す静電型超音波トランスデューサ１と同様である。すなわち、図８に示すように、振動膜１２は、Ａｌ（アルミ）蒸着された振動電極１２１を誘電体膜１２０で挟むように形成されている。また、振動膜１２の振動空間を構成した２枚の平板固定電極２１で、Ａｌ蒸着された振動膜１２を挟み、振動膜１２の振動電極１２１にはＤＣバイアス電源により＋側のＤＣバイアス（基準条件２５０Ｖ）を与え、対向する平板固定電極２１には逆位相となるように交流信号（基準条件２５０Ｖｐｐ）を印加することにより、片側の平板固定電極にプラスの交流信号が印加されている間、もう一方の平板固定電極にはマイナスの交流信号が印加されるため、振動膜１２と平板固定電極２１の間には常に静電吸引力と静電斥力が作用する。その結果、振動膜１２は交流信号に応じて振動して音波を発生し、平板固定電極２１の両面方向に放射される。
【００５３】
また、図７は、本発明による静電型超音波トランスデューサの平板固定電極の製造工程を説明するための図である。以下、図７を参照して、平板固定電極の製造工程について説明する。
【００５４】
まず、図７（Ａ）に示すように、機械加工、プレス加工、あるいはエッチング及び接合処理により貫通穴１３が形成された、導電体５１から成る平板固定電極母材を用意する。
【００５５】
次に、図７（Ｂ）に示すように、導電体（平板固定電極母材）５１に、対向電極形成体１１（図８を参照）を形成するためのスクリーン版となる対向電極形成用マスク部材５２および液状の対向電極形成材５３をセットし、スキージ５４を移動させて対向電極形成材５３をマスクのかかっていない部分に塗り込む。
【００５６】
ここで、有効と考えられる対向電極形成材５３は、永久的に対向電極形成体１１として構成でき、かつ非導電性のもので、例えば回路基板で一般的に使用されるパッケージ用の液状ソルダーレジストやサンドブラスト用レジストとして使用されるマスキングインクなどである。
【００５７】
特にフレキシブルプリント基板用のソルダーレジストは比較的柔らかい（鉛筆の硬さでＨＢ〜３Ｈ程度）ため、金属をはじめ、様々な導電体（導電性樹脂など）との密着強度にも優れ、高分子膜から成る振動膜の挟持性にも優れている。
【００５８】
そして、図７（Ｃ）に示すように、対向電極形成材５３の塗布完了後に対向電極形成用のスクリーン版である対向電極形成用マスク部材５２を外すと、対向電極部を除く他の部分に非導電性の層（＝対向電極形成体）が残り、これを乾燥させて所望の平板固定電極が出来上がる。
【００５９】
以上説明したように、本発明の静電型超音波トランスデューサにおいては、平板固定電極を支持部材に固定する固定部位の外周領域において、平板固定電極と支持部材との間に隙間を設ける。例えば、平板固定電極が方形状であり、４隅で支持部材へネジ固定する際に、ネジの外周領域において平板固定電極と支持部材との間に隙間を設ける。そして、その隙間を平板固定電極の材質および厚みに応じて調整、さらには平板固定電極の支持部材への締め付けトルクを調整することにより、平板固定電極の中央部の変位量（突出量）を所望の大きさに調整する。これにより、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善できる。また、従来では大きな問題となっていた平板固定電極の角部の反り上がりを防止して、振動膜の破損を防止し、さらには従来必要とした音圧改善対策部品を削除した、高性能、高信頼性かつ低コストな超音波トランスデューサを提供する事ができる。
【００６０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態として、第１の実施の形態で説明した静電型超音波トランスデューサを使用した超音波スピーカの構成例について説明する。
【００６１】
図１２は、本発明の静電型トランスデューサを使用した超音波スピーカの構成例を示す図である。図１２に示す超音波スピーカは、可聴波周波数帯の信号波を生成する可聴周波数波信号源（オーディオ信号源）１０１と、超音波周波数帯のキャリア波を生成し出力するキャリア波信号源１０２と、変調器１０３と、パワーアンプ１０４と、を有している。
【００６２】
上記超音波スピーカは、キャリア波と呼ばれる超音波にオーディオ信号（可聴領域信号）でＡＭ変調をかけ、これを空中に放出すると空気の非線形性により、空中で元のオーディオ信号が自己再生される、というものである。つまり音波は空気を媒体として伝播する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分とが顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波（超音波）と可聴波（元オーディオ信号）に波形分離され、我々人間は２０ｋＨｚ以下の可聴音（元オーディオ信号）のみを聴くことができるという原理であり、一般にはパラメトリックアレイ効果と呼ばれている。
【００６３】
上記構成において、可聴周波数波信号源１０１より出力される可聴周波数信号（オーディオ信号）により、キャリア波信号源１０２から出力される超音波周波数帯のキャリア波を変調器１０３により変調し、パワーアンプ１０４で増幅した変調信号を出力トランスＴの１次側巻線の両端に印加する。
【００６４】
出力トランスＴの２次側の一方の端子は、本発明の静電型超音波トランスデューサ２（図６を参照）の前面側平板固定電極２１Ａに、他方の端子は背面側平板固定電極２１Ｂに接続されている。また、出力トランスＴの２次側巻線にセンタータップが設けられており、センタータップを基準にして直流バイアス電圧ＶＢを静電型超音波トランスデューサ２の振動電極１２１に印加する。
【００６５】
図１２に示すように出力トランスＴと静電型超音波トランスデューサ２を接続することによって、前面側平板固定電極２１Ａと背面側平板固定電極２１Ｂには互いに位相の反転した振幅の等しい交番電圧が印加されるため、歪みの小さい音波を出力することができる。
【００６６】
以上説明したように、図１２に示す超音波スピーカは、本発明の静電型超音波トランスデューサ２（図６を参照）を備えており、この静電型超音波トランスデューサ２の平板固定電極２１は、図１または図２に示すような方法で支持部材３１に取り付けられている。これにより、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善できる。また、平板固定電極の角部の反り上がりを防止して、振動膜の破損を防止し、さらには従来必要とした音圧改善対策部品を削除した、高性能、高信頼性かつ低コストな超音波スピーカを提供する事ができる。
【００６７】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態として、本発明の静電型超音波トランスデューサを使用した超音波スピーカを備える表示装置の例について説明する。
【００６８】
図１３は、表示装置の一例として、超音波スピーカを内蔵したプロジェクタを例に取ったものであり、その使用状態を示したものである。同図に示すように、プロジェクタ２０１は視聴者２０３の後方に設置され、視聴者２０３の前方に設置されたスクリーン２０２に映像を投影するとともに、プロジェクタ２０１に搭載されている超音波スピーカによりスクリーン２０２の投影面に仮想音源を形成し、音声を再生するようになっている。なお、プロジェクタスクリーン上に仮想音源を形成する超音波スピーカを用いた音響装置や、超音波スピーカを内蔵したプロジェクタ等は指向性音響システムとも呼ばれている。
【００６９】
プロジェクタ２０１の外観構成を図１４に示す。プロジェクタ２０１は、映像をスクリーン等の投影面に投影する投影光学系を含むプロジェクタ本体２２０と、超音波周波数帯の音波を発振できる静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂを含んで構成され、音響ソースから供給される音声信号から可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカとが一体的に構成されている。本実施形態では、ステレオ音声信号を再生するために、投影光学系を構成するプロジェクタレンズ２３１を挟んで左右に静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂがプロジェクタ本体に搭載されている。
さらに、プロジェクタ本体２２０の底面には低音再生用スピーカ２２３が設けられている。また、２２５は、プロジェクタ本体２２０の高さ調整を行うための高さ調節ねじ、２２６は、空冷フアン用の排気口である。
【００７０】
上述のように、プロジェクタ２０１では、静電型超音波トランスデューサを使用した超音波スピーカを備えており、これにより、広周波数帯域の音響信号（超音波周波数帯の音波）を高音圧で発振することができる。そして、キャリア波の周波数を変更することにより可聴周波数帯の再生信号の空間的な再生範囲を制御することにより、ステレオサラウンドシステムや５．１ｃｈサラウンドシステム等で得られるような音響効果を、従来必要であった大掛かりな音響システムを必要とすることなく実現でき、かつ持ち運びが容易なプロジェクタを実現することができる。
【００７１】
次に、プロジェクタ２０１の電気的構成を図１５に示す。プロジェクタ２０１は、操作入力部２１０と、再生範囲設定部２１２、再生範囲制御処理部２１３、音声／映像信号再生部２１４、キャリア波発振源２１６、変調器２１８Ａ，２１８Ｂ、パワーアンプ２２２Ａ，２２２Ｂ及び静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂからなる超音波スピーカと、ハイパスフィルタ２１７Ａ，２１７Ｂと、ローパスフィルタ２１９と、ミキサ２２１と、パワーアンプ２２２Ｃと、低音再生用スピーカ２２３と、プロジェクタ本体２２０とを有している。なお、静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ、２２４Ｂは、図１または図２に示す方法により、平板固定電極を支持部材に固定した静電型超音波トランスデューサである。
【００７２】
プロジェクタ本体２２０は、映像を生成する映像生成部２３２と、生成された映像を投影面に投影する投影光学系２３３とを有している。このように、プロジェクタ２０１は、超音波スピーカ及び低音再生用スピーカ２２３と、プロジェクタ本体２２０とが一体化されて構成されている。
【００７３】
操作入力部２１０は、テンキー、数字キー、電源のオン、オフをおこなうための電源キーを含む各種機能キーを有している。再生範囲設定部２１２は、ユーザが操作入力部２１０をキー操作することにより再生信号（信号音）の再生範囲を指定するデータを入力できるようになっており、該データが入力されると、再生信号の再生範囲を規定するキャリア波の周波数が設定され、保持されるようになっている。再生信号の再生範囲の設定は、静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離を指定することにより行われる。
【００７４】
また、再生範囲設定部２１２は、音声／映像信号再生部２１４より映像内容に応じて出力される制御信号によりキャリア波の周波数が設定できるようになっている。
また、再生範囲制御処理部２１３は、再生範囲設定部２１２の設定内容を参照し、設定された再生範囲となるようキャリア波発振源２１６により生成されるキャリア波の周波数を変更するようにキャリア波発振源２１６を制御する機能を有する。
例えば、再生範囲設定部２１２の内部情報として、キャリア波周波数が５０ｋＨｚに対応する上記距離が設定されている場合、キャリア波発振源２１６に対して５０ｋＨｚで発振するように制御する。
【００７５】
再生範囲制御処理部２１３は、再生範囲を規定する静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離とキャリア波の周波数との関係を示すテーブルが予め記憶されている記憶部を有している。このテーブルのデータは、キャリア波の周波数と上記再生信号の到達距離との関係を実際に計測することにより得られる。
再生範囲制御処理部２１３は、再生範囲設定部２１２の設定内容に基づいて、上記テーブルを参照して設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数となるようにキャリア波発振源２１６を制御する。
【００７６】
音声／映像信号再生部２１４は、例えば、映像媒体としてＤＶＤを用いるＤＶＤプレーヤーであり、再生した音声信号のうちＲチャンネルの音声信号は、ハイパスフィルタ２１７Ａを介して変調器２１８Ａに、Ｌチャンネルの音声信号はハイパスフィルタ２１７Ｂを介して変調器２１８Ｂに、映像信号はプロジェクタ本体２２０の映像生成部２３２にそれぞれ、出力されるようになっている。
また、音声／映像信号再生部２１４より出力されるＲチャンネルの音声信号とＬチャンネルの音声信号は、ミキサ２２１により合成され、ローパスフィルタ２１９を介してパワーアンプ２２２Ｃに入力されるようになっている。音声／映像信号再生部２１４は、音響ソースに相当する。
【００７７】
ハイパスフィルタ２１７Ａ，２１７Ｂは、それぞれ、Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号における中高音域の周波数成分のみを通過させる特性を有しており、またローパスフィルタは、Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号における低音域の周波数成分のみを通過させる特性を有している。
したがって、上記Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号は、それぞれ静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ、２２４Ｂにより再生され、上記Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号は低音再生用スピーカ２２３により再生されることとなる。
【００７８】
なお、音声／映像信号再生部２１４はＤＶＤプレーヤーに限らず、外部から入力されるビデオ信号を再生する再生装置であってもよい。また、音声／映像信号再生部２１４は、再生される映像のシーンに応じた音響効果を出すために再生音の再生範囲を動的に変更するように、再生範囲設定部２１２に再生範囲を指示する制御信号を出力する機能を有している。
【００７９】
キャリア波発振源２１６は、再生範囲設定部２１２より指示された超音波周波数帯の周波数のキャリア波を生成し、変調器２１８Ａ，２１８Ｂに出力する機能を有している。
変調器２１８Ａ，２１８Ｂは、キャリア波発振源２１６から供給されるキャリア波を音声／映像信号再生部２１４から出力される可聴周波数帯の音声信号でＡＭ変調し、該変調信号を、それぞれパワーアンプ２２２Ａ，２２２Ｂに出力する機能を有する。
【００８０】
静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂは、それぞれ、変調器２１８Ａ，２１８Ｂからパワーアンプ２２２Ａ，２２２Ｂを介して出力される変調信号により駆動され、該変調信号を有限振幅レベルの音波に変換して媒質中に放射し、可聴周波数帯の信号音（再生信号）を再生する機能を有する。
【００８１】
映像生成部２３２は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のディスプレイと、該ディスプレイを音声／映像信号再生部２１４から出力される映像信号に基づいて駆動する駆動回路等を有しており、音声／映像信号再生部２１４から出力される映像信号から得られる映像を生成する。
投影光学系２３３は、ディスプレイに表示された映像をプロジェクタ本体２２０の前方に設置されたスクリーン等の投影面に投影する機能を有している。
【００８２】
次に、上記構成からなるプロジェクタ２０１の動作について説明する。まず、ユーザのキー操作により操作入力部２１０から再生信号の再生範囲を指示するデータ（距離情報）が再生範囲設定部２１２に設定され、音声／映像信号再生部２１４に再生指示がなされる。
【００８３】
この結果、再生範囲設定部２１２には、再生範囲を規定する距離情報が設定され、再生範囲制御処理部２１３は、再生範囲設定部２１２に設定された距離情報を取り込み、内蔵する記憶部に記憶されているテーブルを参照し、上記設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数のキャリア波を生成するようにキャリア波発振源２１６を制御する。
この結果、キャリア波発振源２１６は、再生範囲設定部２１２に設定された距離情報に対応する周波数のキャリア波を生成し、変調器２１８Ａ，２１８Ｂに出力する。
【００８４】
一方、音声／映像信号再生部２１４は、再生した音声信号のうちＲチャンネルの音声信号を、ハイパスフィルタ２１７Ａを介して変調器２１８Ａに、Ｌチャンネルの音声信号をハイパスフィルタ２１７Ｂを介して変調器２１８Ｂに、Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号をミキサ２２１に出力し、映像信号をプロジェクタ本体２２０の映像生成部２３２にそれぞれ、出力する。
【００８５】
したがって、ハイパスフィルタ２１７Ａにより上記Ｒチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号が変調器２１８Ａに入力され、ハイパスフィルタ２１７Ｂにより上記Ｌチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号が変調器２１８Ｂに入力される。
また、上記Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号はミキサ２２１により合成され、ローパスフィルタ２１９により上記Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号がパワーアンプ２２２Ｃに入力される。
【００８６】
映像生成部２３２では、入力された映像信号に基づいてディスプレイを駆動して映像を生成し、表示する。このディスプレイに表示された映像は、投影光学系２３３により、投影面、例えば、図１３に示すスクリーン２０２に投影される。
他方、変調器２１８Ａは、キャリア波発振源２１６から出力されるキャリア波をハイパスフィルタ２１７Ａから出力される上記Ｒチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号でＡＭ変調し、パワーアンプ２２２Ａに出力する。
また、変調器２１８Ｂは、キャリア波発振源２１６から出力されるキャリア波をハイパスフィルタ２１７Ｂから出力される上記Ｌチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号でＡＭ変調し、パワーアンプ２２２Ｂに出力する。
【００８７】
パワーアンプ２２２Ａ，２２２Ｂにより増幅された変調信号は、それぞれ、静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂの前面側平板固定電極（上電極）２１Ａと背面側平板固定電極（下電極）２１Ｂ（図６を参照）との間に印加され、該変調信号は、有限振幅レベルの音波（音響信号）に変換され、媒質（空気中）に放射され、静電型超音波トランスデューサ２２４Ａからは、上記Ｒチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号が再生され、静電型超音波トランスデューサ２２４Ｂからは、上記Ｌチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号が再生される。
また、パワーアンプ２２２Ｃで増幅された上記Ｒチャンネル及びＬチャンネルにおける低音域の音声信号は低音再生用スピーカ２２３により再生される。
【００８８】
前述したように、静電型超音波トランスデューサにより媒質中（空気中）に放射された超音波の伝播においては、その伝播に伴い音圧の高い部分では音速が高くなり、音圧の低い部分では音速は遅くなる。この結果、波形の歪みが発生する。
【００８９】
放射する超音波帯域の信号（キャリア波）を可聴周波数帯の信号で変調（ＡＭ変調）しておいた場合には、上記波形歪みの結果により、変調時に用いた可聴周波数帯の信号波が超音波周波数帯のキャリア波と分離して自己復調する形で形成される。その際、再生信号の広がりは超音波の特性からビーム状となり、通常のスピーカとは全く異なる特定方向のみに音が再生される。
【００９０】
超音波スピーカを構成する静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂから出力されるビーム状の再生信号は、投影光学系２３３により映像が投影される投影面（スクリーン）に向けて放射され、投影面で反射され拡散する。この場合に、再生範囲設定部２１２に設定されるキャリア波の周波数に応じて、静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂの音波放射面からその放射軸方向（法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、キャリア波のビーム幅（ビームの拡がり角）が異なるために、再生範囲は、変化する。
【００９１】
プロジェクタ２０１における静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂを含んで構成される超音波スピーカによる再生信号の再生時の状態を図１６に示す。プロジェクタ２０１において、キャリア波が音声信号により変調された変調信号により静電型超音波トランスデューサが駆動される際に、再生範囲設定部２１２により設定されたキャリア周波数が低い場合は、静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂの音波放射面からその放射軸方向（音波放射面の法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が長くなる。
【００９２】
したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、比較的拡がらずに投影面（スクリーン）２０２に到達することとなり、この状態で投影面２０２において反射するので、再生範囲は、図１６において点線の矢印で示す可聴範囲Ａとなり、投影面２０２から比較的に遠くかつ狭い範囲でのみ再生信号（再生音）が聞こえる状態となる。
【００９３】
これに対して、再生範囲設定部２１２により設定されたキャリア周波数が上述した場合より高い場合は、静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂの音波放射面から放射される音波は、キャリア周波数が低い場合より絞られているが、静電型超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂの音波放射面からその放射軸方向（音波放射面の法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が短くなる。
【００９４】
したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、投影面２０２に到達する前に拡がって投影面２０２に到達することとなり、この状態で投影面２０２において反射するので、再生範囲は、図１６において実線の矢印で示す可聴範囲Ｂとなり、投影面２０２から比較的に近くかつ広い範囲でのみ再生信号（再生音）が聞こえる状態となる。
【００９５】
以上本発明の表示装置（プロジェクタ等）について説明したが、上記表示装置では、本発明による静電型トランスデューサを備えた超音波スピーカを使用しており、この静電型超音波トランスデューサの平板固定電極は、図１または図２に示す方法により支持部材の固定されている。これにより、表示装置内の超音波スピーカにおいては、振動膜の挟持性を大幅に向上させ、振動・音圧特性を改善できる。また、平板固定電極の角部の反り上がりを防止して、振動膜の破損を防止し、さらには従来必要とした音圧改善対策部品を削除した、高性能、高信頼性かつ低コストな超音波スピーカを提供する事ができる。
【００９６】
なお、上述したプロジェクタは、大画面で画像を見たい場合に使用されものであるが、近時、大画面液晶テレビや大画面プラズマテレビが急速に普及しており、それらの大画面テレビにも、本発明の静電型トランスデューサを使用した超音波スピーカを効果的に使用することができる。
【００９７】
すなわち、大画面テレビに超音波スピーカを使用することにより、大画面テレビの前方に向けて局所的に音声信号を放射することが可能になる。
【００９８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の静電型超音波トランスデューサ、超音波スピーカ、および表示装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】平板固定電極の支持部材への固定方法の例を示す図。
【図２】平板固定電極の支持部材への固定方法の他の例を示す図。
【図３】平板固定電極の中央部の突出の例を示す図。
【図４】平板固定電極の突出量と締め付け力のシミュレーション結果を示す図。
【図５】シミュレーション結果をグラフ表示した図。
【図６】本発明による静電型超音波トランスデューサの構成例を示す図。
【図７】平板固定電極の製造方法を示す図。
【図８】静電型超音波トランスデューサの基本構成を示す図。
【図９】従来の平板固定電極の固定方法の例を示す図。
【図１０】平板固定電極の固定方法の他の例を示す図。
【図１１】従来の平板固定電極の固定方法による角部の反り上がりの例を示す図。
【図１２】超音波スピーカの駆動回路の構成例を示す図。
【図１３】本発明の実施形態に係るプロジェクタの使用状態を示す図。
【図１４】図１３に示したプロジェクタの外観構成を示す図。
【図１５】図１３に示したプロジェクタの電気的構成を示すブロック図。
【図１６】静電型超音波トランスデューサによる再生信号の再生状態の説明図。
【符号の説明】
【０１００】
２…静電型超音波トランスデューサ、１０、平板固定電極、１０Ａ…前面側平板固定電極、１０Ｂ…背面側平板固定電極、１１…対向電極形成体、１２…振動膜、１３、１３Ａ、１３Ｂ…貫通穴、１４…バイアス電源、２１…平板固定電極、２１Ａ…前面側平板固定電極、２１Ｂ…背面側平板固定電極、２２…固定部位、２３…肉付部、２４…露出部、３１、３１Ａ、３１Ｂ…支持部材、３２…固定部位、３３…段差、３４…傾斜、３５…溝、４１…ケース部材、５１…導電体、５２…対向電極形成用マスク部材、５３…対向電極形成材、５４…スキージ、１０１…可聴周波数波信号源、１０２…キャリア波信号源、１０３…変調器、１０４…パワーアンプ、１２０…誘電体膜、１２１…振動電極、２０１…プロジェクタ、２０２…スクリーン（投影面）、２０３…視聴者、２１０…操作入力部、２１２…再生範囲設定部、２１３…再生範囲制御処理部、２１４…音声／映像信号再生部、２１６…キャリア波発振源、２１７Ａ，２１７Ｂ…ハイパスフィルタ、２１８Ａ，２１８Ｂ…変調器、２１９…ローパスフィルタ、２２０…プロジェクタ本体、２２１…ミキサ、２２２Ａ，２２２Ｂ…パワーアンプ、２２２Ｃ…パワーアンプ、２２３低音再生用スピーカ、２２４Ａ，２２４Ｂ…静電型超音波トランスデューサ、２３１…プロジェクタレンズ、２３２…映像生成部、２３３…投影光学系
【図１】
2008099164.tif 000003
【図２】
2008099164.tif 000004
【図３】
2008099164.tif 000005
【図４】
2008099164.tif 000006
【図５】
2008099164.tif 000007
【図６】
2008099164.tif 000008
【図７】
2008099164.tif 000009
【図８】
2008099164.tif 000010
【図９】
2008099164.tif 000011
【図１０】
2008099164.tif 000012
【図１１】
2008099164.tif 000013
【図１２】
2008099164.tif 000014
【図１３】
2008099164.tif 000015
【図１４】
2008099164.tif 000016
【図１５】
2008099164.tif 000017
【図１６】
2008099164.tif 000018