(57)【要約】【課題】駆動周波数帯域において平坦な出力電圧周波数特性を確保しながら、低損失での駆動が可能な静電型トランスデューサの駆動回路を提供する。【解決手段】出力トランスＴの２次側に駆動負荷として静電型トランスデューサ１（負荷静電容量）を並列に接続し、かつ出力トランスＴの１次側には１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを直列に接続する。そして、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスと負荷静電容量とによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、静電型トランスデューサ１の搬送波周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、各回路定数とを設定する。また、静電型トランスデューサ１の端子間電圧の周波数特性が、静電型トランスデューサ１の駆動周波数をその通過帯域に含む帯域通過フィルタの周波数特性となるように各回路定数を設定する。【選択図】図２
2008054261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送波を可聴周波数帯の音響信号で変調した変調信号を昇圧し、該昇圧された駆動信号によって駆動される静電型トランスデューサであって、
前記静電型トランスデューサを２次側巻線と並列に接続し、前記変調信号を昇圧する出力トランスＴと、
前記出力トランスＴの１次側巻線に直列に接続された１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを有し、
前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記静電型トランスデューサの負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記静電型トランスデューサの搬送波周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む出力トランスＴの１次側回路の回路定数と、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む出力トランスの２次側回路の回路定数とが設定されてなること
を特徴とする静電型トランスデューサ。
【請求項２】
前記静電型トランスデューサの負荷静電容量がＣＬ（Ｆ）であり、静電型トランスデューサの定格搬送波周波数がｆc（Ｈｚ）であるとき、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２（Ｈ）が、
Ｌ２＝１／（４π２ｆｃ２ＣＬ）に設定されてなること
を特徴とする請求項１に記載の静電型トランスデューサ。
【請求項３】
前記静電型トランスデューサは駆動信号を印加するための端子を有しており、該端子間電圧の周波数特性が、前記静電型トランスデューサの駆動周波数をその通過帯域に含む帯域通過フィルタの周波数特性となるように前記各回路定数が設定されてなること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電型トランスデューサ。
【請求項４】
前記出力トランスＴの１次側回路及び駆動負荷を含む前記出力トランスＴの２次側回路の等価回路において、
結合静電容量Ｃ１、前記出力トランスＴの漏洩インダクタンスＬＬ、及び相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路の周波数特性における低域側−３ｄＢ減衰周波数をｆ１−とし、
結合静電容量Ｃ１、前記出力トランスＴの漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路の周波数特性における高域側−３ｄＢ減衰周波数をｆ２＋とし、
相互インダクタンスＭ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される共振回路の共振周波数をｆ０とするとき、
（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１となるように、上記各回路定数が設定されてなること
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トランスデューサ。
【請求項５】
前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び相互インダクタンスＭ１、により形成される第一の共振回路と、前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路とを出力トランスＴにより結合させる結合回路が、臨界結合状態となるように前記各回路定数が設定されてなること
を特徴とする請求項４に記載の静電型トランスデューサ。
【請求項６】
前記第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、
前記第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、
出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、
ｋ・Ｑ１、もしくはｋ・Ｑ２が所定値となるように前記各回路定数が設定されてなること
を特徴とする請求項５に記載の静電型トランスデューサ。
【請求項７】
√２（ｋ・Ｑ１）及び√２（ｋ・Ｑ２）の値のうち少なくともいずれか一方の値が１と等しいかあるいは略等しくなるように上記各回路定数が設定されてなること
を特徴とする請求項６に記載の静電型トランスデューサ。
【請求項８】
前記「（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１」の条件と、
前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路と、前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路とを前記出力トランスＴにより結合させる結合回路が、臨界結合状態となる条件と
が共に満たされるように、各回路定数が設定されてなることを
特徴とする請求項４に記載の静電型トランスデューサ。
【請求項９】
前記「（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１」の条件と、
前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、前記出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、ｋ・Ｑ１、もしくはｋ・Ｑ２が所定値となる条件と
が共に満たされるように、各回路定数が設定されてなること
を特徴とする請求項４に記載の静電型トランスデューサ。
【請求項１０】
前記「（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１」の条件と、
前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、前記出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、√２（ｋ・Ｑ１）及び√２（ｋ・Ｑ２）の値のうち少なくともいずれか一方の値が１と等しいかあるいは略等しくなる条件と
が共に満たされるように、各回路定数が設定されてなること
を特徴とする請求項４に記載の静電型トランスデューサ。
【請求項１１】
可聴周波数帯域が、前記第一の共振回路と前記第二の共振回路とで形成される帯域通過フィルタの通過帯域に含まれないように、各回路定数が設定されてなること
を特徴とする請求項４から１０のいずれかに記載の静電型トランスデューサ。
【請求項１２】
前記静電型トランスデューサは、
複数の孔が形成された第一の面側の固定電極と、
前記第一の面側の固定電極と対をなす複数の孔が形成された第二の面側の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜とで構成されており、
前記出力トランスＴの２次側巻線にはセンタータップを備えており、
前記出力トランスＴの２次側巻線の一方の端子は、前記静電型トランスデューサの第一の面側の固定電極に、他方の端子は第二の面側の固定電極にそれぞれ接続され、
前記出力トランスＴの２次側巻線のセンタータップを基準にして直流バイアス電圧が、前記振動膜の導電層に印加されるように構成されていること
を特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の静電型トランスデューサ。
【請求項１３】
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、
前記変調器により変調された信号を増幅すると共に、該増幅された信号を、１次側外付抵抗Ｒおよび結合静電容量Ｃ１を通して、前記トランスＴの１次側巻線に印加するためのパワーアンプと
を備えることを特徴とする請求項１２に記載の静電型トランスデューサ。
【請求項１４】
出力トランスＴで昇圧された駆動信号により、容量性負荷を駆動する容量性負荷の駆動回路であって、
前記出力トランスＴの２次側巻線に駆動負荷として容量性負荷を並列に接続し、かつ前記出力トランスＴの１次側巻線には１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを直列に接続するとともに、
前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記容量性負荷の負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記容量性負荷の定格駆動周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、
前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む前記出力トランスＴの１次側回路と、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む前記出力トランスの２次側回路の回路定数が設定されること
を特徴とする容量性負荷の駆動回路。
【請求項１５】
前記駆動負荷の静電容量がＣＬ（Ｆ）であり、前記容量性負荷の定格駆動周波数がｆc（Ｈｚ）であるとき、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２（Ｈ）が、
Ｌ２＝１／（４π２ｆｃ２ＣＬ）に設定されていること
を特徴とする請求項１４に記載の容量性負荷の駆動回路。
【請求項１６】
前記容量性負荷は駆動信号を印加するための端子を有しており、該端子間電圧の周波数特性が、該容量性負荷の駆動周波数をその通過帯域に含む帯域通過フィルタの周波数特性となるように前記各回路定数が設定されること
を特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の容量性負荷の駆動回路。
【請求項１７】
出力トランスＴで昇圧された駆動信号により、容量性負荷を駆動する容量性負荷の駆動回路であって、前記出力トランスＴの２次側巻線に前記容量性負荷を並列に接続し、かつ前記出力トランスＴの１次側巻線には１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを直列に接続するように構成された容量性負荷の駆動回路における回路定数設定方法であって、
前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記容量性負荷の負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記容量性負荷の定格駆動周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む出力トランスＴの１次側回路と、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む出力トランスの２次側回路の回路定数を設定する手順を
含むことを特徴とする回路定数の設定方法。
【請求項１８】
前記駆動負荷である容量性負荷の静電容量がＣＬ（Ｆ）であり、容量性負荷の定格駆動周波数がｆc（Ｈｚ）であるとき、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２（Ｈ）を、
Ｌ２＝１／（４π２ｆｃ２ＣＬ）に設定する手順を
含むことを特徴とする請求項１７に記載の回路定数の設定方法。
【請求項１９】
前記容量性負荷は駆動信号を印加するための端子を有しており、該端子間電圧の周波数特性が、前記容量性負荷の駆動周波数をその通過帯域に含む帯域通過フィルタの周波数特性となるように前記各回路定数を設定する手順を含む
ことを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の回路定数の設定方法。
【請求項２０】
出力トランスＴの１次側回路及び駆動負荷を含む出力トランスＴの２次側回路の等価回路において、結合静電容量Ｃ１、出力トランスＴの漏洩インダクタンスＬＬ、及び相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路の周波数特性における低域側−３ｄＢ減衰周波数をｆ１−とし、結合静電容量Ｃ１、出力トランスＴの漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路の周波数特性における高域側−３ｄＢ減衰周波数をｆ２＋とし、相互インダクタンスＭ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される共振回路の共振周波数をｆ０とするとき、
（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１となるように、上記各回路定数を設定する手順を含む
ことを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載の回路定数の設定方法。
【請求項２１】
前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び相互インダクタンスＭ１、により形成される第一の共振回路と、前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路とを出力トランスＴにより結合させる結合回路が、臨界結合状態となるように前記各回路定数を設定する手順を含む、
ことを特徴とする請求項１７から２０のいずれかに記載の回路定数の設定方法。
【請求項２２】
前記第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、
前記第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、
出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、
ｋ・Ｑ１、もしくはｋ・Ｑ２が所定値となるように前記各回路定数を設定する手順を含むこと
を特徴とする請求項２１に記載の回路定数の設定方法。
【請求項２３】
√２（ｋ・Ｑ１）及び√２（ｋ・Ｑ２）の値のうち少なくともいずれか一方の値が１と等しいかあるいは略等しくなるように上記各回路定数を設定する手順を含むこと
を特徴とする請求項２２に記載の回路定数の設定方法。
【請求項２４】
前記「（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１」の条件と、
前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路と、前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路とを前記出力トランスＴにより結合させる結合回路が、臨界結合状態となる条件と
が共に満たされるように、各回路定数を設定する手順を含むこと
を特徴とする請求項２０に記載の回路定数の設定方法。
【請求項２５】
前記「（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１」の条件と、
前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、前記出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、ｋ・Ｑ１、もしくはｋ・Ｑ２が所定値となる条件と
が共に満たされるように、各回路定数を設定する手順を含むこと
を特徴とする請求項２０に記載の回路定数の設定方法。
【請求項２６】
前記「（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１」の条件と、
前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、前記出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、√２（ｋ・Ｑ１）及び√２（ｋ・Ｑ２）の値のうち少なくともいずれか一方の値が１と等しいかあるいは略等しくなる条件と
が共に満たされるように、各回路定数を設定する手順を含むこと
を特徴とする請求項２０に記載の回路定数の設定方法。
【請求項２７】
搬送波を可聴周波数帯の音響信号で変調した変調信号を昇圧し、該昇圧された駆動信号によって駆動される静電型トランスデューサであって、前記静電型トランスデューサを２次側巻線と並列に接続し、前記変調信号を昇圧する出力トランスＴと、前記出力トランスＴの１次側巻線に直列に接続された１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを有し、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記静電型トランスデューサの負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記静電型トランスデューサの搬送波周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む出力トランスＴの１次側回路と、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む出力トランスの２次側回路の回路定数が設定される超音波トランスデューサを備えると共に、
前記搬送波は超音波周波数帯の信号であり、
前記静電型トランスデューサは、
複数の孔が形成された第一の面側の固定電極と、
前記第一の面側の固定電極と対をなす複数の孔が形成された第二の面側の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜とを有しており、
前記出力トランスＴの２次側巻線にはセンタータップを備えており、
前記出力トランスＴの２次側巻線の一方の端子は、前記第一の面側の固定電極に、他方の端子は前記第二の面側の固定電極にそれぞれ接続され、
前記出力トランスＴの２次側巻線のセンタータップを基準にして直流バイアス電圧が、前記振動膜の導電層に印加されるように構成されていること
を特徴とする静電型トランスデューサ。
【請求項２８】
搬送波を可聴周波数帯の音響信号で変調した変調信号を昇圧し、該昇圧された駆動信号によって駆動される静電型トランスデューサであって、前記静電型トランスデューサを２次側巻線と並列に接続し、前記変調信号を昇圧する出力トランスＴと、前記出力トランスＴの１次側巻線に直列に接続された１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを有し、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記静電型トランスデューサの負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記静電型トランスデューサの搬送波周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む出力トランスＴの１次側回路と、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む出力トランスの２次側回路の回路定数が設定される静電型トランスデューサと、
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、
前記変調器により変調された信号を増幅すると共に、該増幅された信号を、１次側外付抵抗Ｒおよび結合静電容量Ｃ１を通して、前記出力トランスＴの１次巻線側に印加するためのパワーアンプと
を備えることを特徴とする超音波スピーカ。
【請求項２９】
搬送波を可聴周波数帯の音響信号で変調した変調信号を昇圧し、該昇圧された駆動信号によって駆動される静電型トランスデューサであって、前記静電型トランスデューサを２次側巻線と並列に接続し、前記変調信号を昇圧する出力トランスＴと、前記出力トランスＴの１次側巻線に直列に接続された１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを有し、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記静電型トランスデューサの負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記静電型トランスデューサの搬送波周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む出力トランスＴの１次側回路と、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む出力トランスの２次側回路の回路定数が設定される静電型トランスデューサと、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、前記変調器により変調された信号を増幅すると共に、該増幅された信号を、１次側外付抵抗Ｒおよび結合静電容量Ｃ１を通して、前記出力トランスＴの１次巻線側に印加するためのパワーアンプと備える超音波スピーカであって、音響ソースから供給される音声信号を再生し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、
を有することを特徴とする表示装置。
【請求項３０】
搬送波を可聴周波数帯の音響信号で変調した変調信号を昇圧し、該昇圧された駆動信号によって駆動される静電型トランスデューサであって、前記静電型トランスデューサを２次側巻線と並列に接続し、前記変調信号を昇圧する出力トランスＴと、前記出力トランスＴの１次側巻線に直列に接続された１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを有し、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記静電型トランスデューサの負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記静電型トランスデューサの搬送波周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む出力トランスＴの１次側回路と、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む出力トランスの２次側回路の回路定数が設定される静電型トランスデューサと、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、前記変調器により変調された信号を増幅すると共に、該増幅された信号を、１次側外付抵抗Ｒおよび結合静電容量Ｃ１を通して、前記出力トランスＴの１次巻線側に印加するためのパワーアンプとを備える超音波スピーカにより、音響ソースから供給される音声信号を再生し、スクリーン等の音波反射面近傍に仮想音源を形成する指向性音響システムであって、
前記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、静電型トランスデューサに関するものであり、特に超音波帯域の搬送波を可聴帯域の音響信号によって変調した変調波を出力することによって、鋭い指向性を有する音を再生する静電型トランスデューサ、該静電型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し、さらには、容量性負荷の駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波スピーカは、超音波帯域の搬送波を可聴帯域の音響信号によって変調した変調波を出力することで、鋭い指向性を有する音を再生することができるというものである。超音波スピーカのトランスデューサ（トランスミッタ）には、一般的に圧電型のトランスデューサが用いられている。しかし、圧電型のトランスデューサは素子の鋭い共振特性を利用していることから、高い音圧が得られるが周波数帯域は非常に狭い。このため、圧電型のトランスデューサを用いた超音波スピーカでは再生可能な周波数帯域が狭く、ラウドスピーカと比較して再生音質が悪いという傾向がある。
【０００３】
これに対し、振動膜の電極と固定電極との間に静電力を作用させることによって振動膜を振動させ、音圧を発生させるタイプの静電型トランスデューサを用いた超音波スピーカ（図１に示す本発明の適用対象となる静電型トランスデューサの例を参照）がある。静電型トランスデューサは、広い周波数範囲にわたって平坦な出力音圧特性が得られるという特徴がある。このため、静電型トランスデューサを用いた超音波スピーカは、圧電型のものよりも再生音質を向上させることができるという特長がある。
【０００４】
静電型のトランスデューサでは、高音圧を発生させるために、振動膜電極と固定電極との間に数百Ｖ以上の高い電圧を印加する必要がある。このため、静電型トランスデューサを駆動する際には、出力トランスを介して昇圧を行うのが一般的である（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
静電型トランスデューサは、キャパシタと同様の構成を有しているため、トランスデューサの電気的特性は静電容量成分が支配的である。このため、出力トランスを介して静電型トランスデューサを駆動すると、トランスのインダクタンス成分と、トランスデューサの静電容量成分によって共振回路系が形成される。この共振の影響により、トランスデューサの端子電圧（出力電圧）の周波数特性が大きく変動し、平坦な出力特性が得られないという問題が発生する。これは、超音波スピーカの再生音質劣化に繋がる。
【０００６】
共振周波数帯域を駆動周波数帯域から大きくずらすことができれば、周波数特性を平坦に近づけることはできるが、超音波スピーカの場合には、駆動周波数帯域が超音波帯域にあり、回路の共振周波数帯域を駆動周波数帯域から高域側へ大きくずらすためには、出力トランスの巻線インダクタンスを非常に小さくしなければならず、現実的ではない。
【０００７】
出力トランス及び静電型トランスデューサは、その構造上の制約から、そのインダクタンス値と静電容量値には現実的な範囲が存在する。すると、それらの組み合わせによって、駆動周波数帯域の比較的近傍に回路の共振周波数帯域が存在することになる。つまり、出力トランスを介在させると、超音波スピーカの出力周波数特性が大きく変動するという問題が発生する。
【０００８】
出力トランスの１次側、もしくは２次側に抵抗を接続することによって、出力電圧の周波数特性変化を平坦にすることはできるが、引き換えに抵抗で損失が発生する。これは、電力損失が小さいという静電型トランスデューサの特長を殺すことになるため、望ましい方法ではない。
【０００９】
また、従来技術の超音波トランスデューサとして、負荷である圧電素子の回路定数（インダクタンス成分とキャパシタンス成分）を利用してバタワース型フィルタを構成し、インピーダンス整合と平坦な出力周波数特性の確保とを同時に実現する構成が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。しかし、この従来技術の超音波トランスデューサの構成は圧電素子の駆動を前提としたものであり、静電型のトランスデューサの駆動に適用する場合には問題が発生する。
【００１０】
特許文献２に開示されているＴ型もしくはπ型のＬＣフィルタの構成によって、平坦な通過帯域特性を得るためには、比較的大きな抵抗成分が必要不可欠である。これに対し、圧電素子は負荷の電気的特性として比較的大きな抵抗成分を持っているため、特許文献２では負荷である圧電素子の（比較的大きな）抵抗成分をフィルタの一部として利用することによって、平坦な通過帯域特性を実現している。
【００１１】
一方、静電型のトランスデューサは、基本的にフイルムコンデンサと同様の構成である。このため、トランスデューサの電気的特性は静電容量成分が支配的であり、（圧電型と比べて）抵抗成分は非常に小さい。従って、特許文献２で開示されている回路構成手法を静電型トランスデューサに適用する場合、平坦な通過帯域特性を得るためには、比較的大きな抵抗値を有する外付けの抵抗を回路に追加しなければならず、この抵抗で無駄な電力損失が発生してしまう。しかし、この抵抗を追加しないと、ＬＣフィルタは急峻な応答特性（共振曲線）を示すため、平坦な通過帯域特性が得られない。
【特許文献１】特開平６−２０９４９９号公報
【特許文献２】特開２００１−８６５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、静電型のトランスデューサは、基本的にフイルムコンデンサと同様の構成である。このため、トランスデューサの電気的特性は静電容量成分が支配的であり、（圧電型と比べて）抵抗成分は非常に小さい。従って、特許文献２で開示されている回路構成手法を静電型トランスデューサに適用する場合、平坦な通過帯域特性を得るためには、比較的大きな抵抗値を有する外付けの抵抗を回路に追加しなければならず、この抵抗で無駄な電力損失が発生してしまう。しかし、抵抗を追加しないと、ＬＣフィルタは急峻な応答特性（共振曲線）を示すため、平坦な通過帯域特性が得られないという問題があった。
【００１３】
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、静電型トランスデューサの駆動電力を低減し、さらには、静電型トランスデューサの駆動周波数帯域において平坦な出力電圧周波数特性を確保できる、静電型トランスデューサ、回路定数の設定方法、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。また、本発明の他の目的は、駆動周波数帯域において平坦な出力電圧周波数特性を確保しながら、低損失での駆動が可能な容量性負荷の駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、本発明の静電型トランスデューサは、搬送波を可聴周波数帯の音響信号で変調した変調信号を昇圧し、該昇圧された駆動信号によって駆動される静電型トランスデューサであって、前記静電型トランスデューサを２次側巻線と並列に接続し、前記変調信号を昇圧する出力トランスＴと、前記出力トランスＴの１次側巻線に直列に接続された１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを有し、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記静電型トランスデューサの負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記静電型トランスデューサの搬送波周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む出力トランスＴの１次側回路の回路定数と、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む出力トランスの２次側回路の回路定数とが設定されてなることを特徴とする。
このような構成により、出力トランスＴの２次側に駆動負荷として静電型トランスデューサ（負荷静電容量ＣＬ）を並列に接続し、かつ出力トランスＴの１次側には１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを直列に接続する。そして、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、静電型トランスデューサの搬送波周波数（駆動周波数）ｆｃと一致あるいは略一致するように、各回路定数とを設定する。
これにより、定格駆動時にはトランスＴの２次側が並列共振（反共振）状態となり、所定の出力電圧（負荷端子電圧）を確保しながら、トランスＴの１次側に流れる電流を抑えることができる。従って、静電型トランスデューサの駆動電力を低減し、静電型トランスデューサを低損失で駆動できる。
【００１５】
また、本発明の静電型トランスデューサは、前記静電型トランスデューサの負荷静電容量がＣＬ（Ｆ）であり、静電型トランスデューサの定格搬送波周波数がｆc（Ｈｚ）であるとき、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２（Ｈ）が、Ｌ２＝１／（４π２ｆｃ２ＣＬ）に設定されてなることを特徴とする。
このような構成により、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２の値を設定する際には、該自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が静電型トランスデューサの搬送波周波数（駆動周波数）ｆｃと一致あるいは略一致するように設定する。
これにより、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２の値を設定して、搬送波周波数による定格駆動時にトランスＴの２次側を並列共振（反共振）状態にすることができる。このため、定格駆動時に所定の出力電圧（負荷端子電圧）を確保しながら、トランスＴの１次側に流れる電流を抑えることができる。従って、静電型トランスデューサの駆動電力を低減し、静電型トランスデューサを低損失で駆動できる。
【００１６】
また、本発明の静電型トランスデューサは、前記静電型トランスデューサは駆動信号を印加するための端子を有しており、該端子間電圧の周波数特性が、前記静電型トランスデューサの駆動周波数をその通過帯域に含む帯域通過フィルタの周波数特性となるように前記各回路定数が設定されてなることを特徴とする。
このような構成により、静電型トランスデューサの負荷静電容量ＣＬと出力トランスの電気的特性（回路定数）に合わせて、１次側結合静電容量Ｃ１と１次側外付抵抗Ｒの値とを適切に設定することによって、回路全体の通過帯域特性に静電型トランスデューサの駆動周波数を含むようにする。
これにより、広帯域に亘って静電型トランスデューサを安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路を超音波スピーカに使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【００１７】
また、本発明の静電型トランスデューサは、前記出力トランスＴの１次側回路及び駆動負荷を含む前記出力トランスＴの２次側回路の等価回路において、結合静電容量Ｃ１、前記出力トランスＴの漏洩インダクタンスＬＬ、及び相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路の周波数特性における低域側−３ｄＢ減衰周波数をｆ１−とし、結合静電容量Ｃ１、前記出力トランスＴの漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路の周波数特性における高域側−３ｄＢ減衰周波数をｆ２＋とし、相互インダクタンスＭ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される共振回路の共振周波数をｆ０とするとき、（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１となるように、上記各回路定数が設定されてなることを特徴とする。
このような構成により、結合静電容量Ｃ１、出力トランスＴの漏洩インダクタンスＬＬ、相互インダクタンスＭ１で形成される第一の共振回路（ＨＰＦ）の周波数特性における低域側−３ｄＢ減衰周波数（カットオフ周波数）をｆ１―とし、結合静電容量Ｃ１、出力トランスの漏洩インダクタンスＬＬ、負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路（ＬＰＦ）の周波数特性における高域側−３ｄＢ減衰周波数（カットオフ周波数）をｆ２＋とし、相互インダクタンスＭ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される共振回路の共振周波数をｆ０とするとき、（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１となるように、各回路定数を設定する。
これにより、第一の共振回路（ＨＰＦ）の通過特性と第二の共振回路（ＬＰＦ）の通過特性とがほぼ対称な形状となり、さらに高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系とがトランスによって結合されるため、回路全体として並列共振周波数（反共振周波数）ｆ０を中心に対称な帯域通過特性を実現することができる。
【００１８】
また、本発明の静電型トランスデューサは、前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び相互インダクタンスＭ１、により形成される第一の共振回路と、前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路とを出力トランスＴにより結合させる結合回路が、臨界結合状態となるように前記各回路定数が設定されてなることを特徴とする。
このような構成により、トランス１次側に形成される第一の共振回路（ＨＰＦ）と、トランス２次側に形成される第二の共振回路（ＬＰＦ）とを臨界結合状態とする。
これにより、回路全体の通過帯域特性を平坦にすることができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系とがトランスによって臨界状態に結合されるため、双方の共振系は、急峻なピークの存在しない、なだらかな通過特性となり、回路全体として急峻なピークの存在しない帯域通過特性を実現することができる。従って、広帯域に亘って静電型トランスデューサを安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路を超音波スピーカに使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【００１９】
また、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路は、前記第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、前記第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、ｋ・Ｑ１、もしくはｋ・Ｑ２が所定値となるように前記各回路定数が設定されてなることを特徴とする。
このような構成により、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、ｋ・Ｑ１、もしくはｋ・Ｑ２が所定値となるように各回路定数を設定する。
これにより、回路全体の通過帯域特性を調節することができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系の、それぞれの（共振周波数付近の）応答の鋭さを個別に調整しながら、双方をトランスによって結合させるため、回路全体の通過帯域の特性（低域と高域とのバランス）を任意に調節することができる。従って、広帯域に亘って静電型トランスデューサの出力を調整しながら駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路を超音波スピーカに使用する場合には、再生帯域のバランス調整による再生音質の向上を図ることができる。
【００２０】
また、本発明の静電型トランスデューサは、√２（ｋ・Ｑ１）及び√２（ｋ・Ｑ２）の値のうち少なくともいずれか一方の値が１と等しいかあるいは略等しくなるように上記各回路定数が設定されてなることを特徴とする。
このような構成により、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、√２（ｋ・Ｑ１）及び√２（ｋ・Ｑ２）の値のうち少なくともいずれか一方の値が１と等しいかあるいは略等しくなるようにする。すなわち、出力トランスＴの２次側に外付けの抵抗を別途接続しない場合には、トランスの巻線仕様によっては上記ＨＰＦとＬＰＦのクオリティ・ファクタが等しくならないケースが存在する。この場合には、√２（ｋ・Ｑ１）＝１と√２（ｋ・Ｑ２）＝１とを両方満足させることはできないため、どちらかの値が１となるように、１次側外付抵抗Ｒの値を設定する。なお、トランスの２次側に適切な外付抵抗を接続すれば、双方のクオリティ・ファクタを等しくすることができるため、完全なＢＰＦ特性を実現することが可能になる。
これにより、出力トランスＴの２次側巻線に外付抵抗を接続しない場合でも、実用上問題がない程度に、回路全体の通過帯域特性を平坦にすることができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系とがトランスによって臨界的に結合されるため、双方の共振系は、急峻なピークの存在しない、なだらかな通過特性となり、回路全体として急峻なピークの存在しない帯域通過（ＢＰＦ）特性を実現することができる。
従って、広帯域に亘って静電型トランスデューサを安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路を超音波スピーカに使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【００２１】
また、本発明の静電型トランスデューサは、前記「（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１」の条件と、前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路と、前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路とを前記出力トランスＴにより結合させる結合回路が、臨界結合状態となる条件とが共に満たされるように、各回路定数が設定されてなることを特徴とする。
このような構成により、（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１となるように、各回路定数を設定することにより、ＨＰＦの通過特性とＬＰＦの通過特性とをほぼ対称な形状にする。また、トランス１次側に形成される共振回路（ＨＰＦ）と、トランス２次側に形成される直列共振回路（ＬＰＦ）とを臨界結合状態とすることにより、通過帯域特性を平坦にする。
これにより、回路全体の通過帯域特性を平坦にすることができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系とがトランスによって臨界状態に結合されるため、双方の共振系の応答を揃え、かつ平坦にすることによって、回路全体として平坦な帯域通過（ＢＰＦ）特性を実現することができる。従って、広帯域に亘って静電型トランスデューサを安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路を超音波スピーカに使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【００２２】
また、本発明の静電型トランスデューサは、前記「（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１」の条件と、前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、前記出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、ｋ・Ｑ１、もしくはｋ・Ｑ２が所定値となる条件とが共に満たされるように、各回路定数が設定されてなることを特徴とする。
このような構成により、（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１となるように、各回路定数を設定することにより、ＨＰＦの通過特性とＬＰＦの通過特性とをほぼ対称な形状にする。
また、ｋ・Ｑ１、もしくはｋ・Ｑ２が所定値となるように前記各回路定数を設定することにより、通過帯域特性を調整する。
これにより、回路全体の通過帯域特性を調整する（平坦にする）ことができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系の応答と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系の応答とがほぼ対称な形状となり、さらに高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系の（共振周波数付近の）応答の鋭さを調整しながら、双方をトランスによって結合させるため、回路全体として並列共振周波数（反共振周波数）ｆ０を中心に対称で、かつ高域と低域のバランスが整った（平坦な）帯域通過特性を実現することができる。従って、広帯域に亘って静電型トランスデューサを安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサを超音波スピーカに使用する場合には、再生帯域のバランス調整による再生音質の向上を図ることができる。
【００２３】
また、本発明の静電型トランスデューサは、前記「（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１」の条件と、前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、前記出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、√２（ｋ・Ｑ１）及び√２（ｋ・Ｑ２）の値のうち少なくともいずれか一方の値が１と等しいかあるいは略等しくなる条件とが共に満たされるように、各回路定数が設定されてなることを特徴とする。
このような構成により、（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１となるように、各回路定数を設定することにより、ＨＰＦの通過特性とＬＰＦの通過特性とをほぼ対称な形状とする。
また、√２（ｋ・Ｑ１）及び√２（ｋ・Ｑ２）の値のうち少なくともいずれか一方の値が１と略等しくなるようする。これは、トランスＴの２次側に外付けの抵抗を別途接続しない場合には、トランスの巻線仕様によっては上記ＨＰＦとＬＰＦのクオリティ・ファクタが等しくならないケースが存在する。この場合には、√２（ｋ・Ｑ１）＝１と√２（ｋ・Ｑ２）＝１とを両方満足させることはできないため、どちらかの値が１となるように、１次側外付抵抗Ｒの値を設定することにより、通過帯域特性を平坦にする。
これにより、回路全体の通過帯域特性を平坦にすることができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系の応答と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系の応答とがほぼ対称な形状となり、かつ高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系の（共振周波数付近の）応答にピークが存在しない状態で、双方がトランスによって臨界状態に結合されるため、回路全体として並列共振周波数（反共振周波数）ｆ０を中心に対称で、かつ平坦な帯域通過（ＢＰＦ）特性を実現することができる。従って、広帯域に亘って静電型トランスデューサを安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサを超音波スピーカに使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【００２４】
また、本発明の静電型トランスデューサは、可聴周波数帯域が、前記第一の共振回路と前記第二の共振回路とで形成される帯域通過フィルタの通過帯域に含まれないように、各回路定数が設定されてなることを特徴とする。
このような構成により、例えば、トランスＴの結合係数（漏洩インダクタンスＬＬ）の値を調整することにより、通過帯域の周波数幅の調整を行うようにする。そして、可聴周波数帯域が、通過帯域に含まれないようにする。
これにより、超指向性を有する超音波スピーカ（静電型トランスデューサ）などにおいて、再生時のノイズを低減するために、可聴周波数帯域を通過帯域から外すように、駆動回路の出力周波数特性を設定することができる。このため、超音波スピーカから可聴音が直接出力されるの（音漏れ）を低減することができる。つまり、音漏れによる再生音の指向性劣化を抑えることができる。
【００２５】
また、本発明の静電型トランスデューサは、前記静電型トランスデューサは、複数の孔が形成された第一の面側の固定電極と、前記第一の面側の固定電極と対をなす複数の孔が形成された第二の面側の固定電極と、前記一対の固定電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜とで構成されており、前記出力トランスＴの２次側巻線にはセンタータップを備えており、前記出力トランスＴの２次側巻線の一方の端子は、前記静電型トランスデューサの第一の面側の固定電極に、他方の端子は第二の面側の固定電極にそれぞれ接続され、前記出力トランスＴの２次側巻線のセンタータップを基準にして直流バイアス電圧が、前記振動膜の導電層に印加され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、例えば、図１に示すプッシュプル型の静電型トランスデューサにおいて、出力トランスＴの２次側巻線の一方の端子を前面側固定電極に、他方の端子を背面側固定電極にそれぞれ接続し、出力トランスＴの２次側巻線のセンタータップを基準にして直流バイアス電圧を振動膜の導電層に印加する。
これにより、プッシュプル型の静電型トランスデューサを広帯域に亘って安定的に駆動することができる。特に、静電型トランスデューサ回路を超音波スピーカとして使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【００２６】
また、本発明の静電型トランスデューサは、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、前記変調器により変調された信号を増幅すると共に、該増幅された信号を、１次側外付抵抗Ｒおよび結合静電容量Ｃ１を通して、前記トランスＴの１次側巻線に印加するためのパワーアンプとを備えることを特徴とする。
このような構成により、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波により変調し、この変調された信号をパワーアンプにより増幅し、該増幅された信号を、１次側外付抵抗Ｒおよび結合静電容量Ｃ１を通して、出力トランスＴの１次巻線側に印加する。
これにより、超音波スピーカにプッシュプル型の静電型トランスデューサを使用する場合に、広帯域に亘って超音波スピーカを安定的に駆動することができ、再生音質の向上を図ることができる。
【００２７】
また、本発明の容量性負荷の駆動回路は、出力トランスＴで昇圧された駆動信号により、容量性負荷を駆動する容量性負荷の駆動回路であって、前記出力トランスＴの２次側巻線に駆動負荷として容量性負荷を並列に接続し、かつ前記出力トランスＴの１次側巻線には１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを直列に接続するとともに、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記容量性負荷の負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記容量性負荷の定格駆動周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む前記出力トランスＴの１次側回路と、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む前記出力トランスの２次側回路の回路定数が設定されることを特徴とする。
このような構成により、出力トランスＴの２次側に駆動負荷として容量性負荷、例えば、静電型トランスデューサや、圧電素子等の超音波トランスデューサの容量性負荷（負荷静電容量ＣＬ）を並列に接続し、かつ出力トランスＴの１次側には１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを直列に接続する。そして、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、容量性負荷の搬送波周波数（駆動周波数）ｆｃと一致あるいは略一致するように、各回路定数とを設定する。
これにより、定格駆動時にはトランスＴの２次側が並列共振（反共振）状態となり、所定の出力電圧（負荷端子電圧）を確保しながら、トランスＴの１次側に流れる電流を抑えることができる。従って、容量性負荷を駆動するパワーアンプに掛かる負荷が小さくなり、システム全体として非常に低損失で容量性負荷を駆動することができる。
【００２８】
また、本発明の容量性負荷の駆動回路は、前記駆動負荷の静電容量がＣＬ（Ｆ）であり、前記容量性負荷の定格駆動周波数がｆc（Ｈｚ）であるとき、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２（Ｈ）が、Ｌ２＝１／（４π２ｆｃ２ＣＬ）に設定されていることを特徴とする。
このような構成により、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２の値を設定する際には、該自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が容量性負荷（静電型トランスデューサや圧電素子等の超音波トランスデューサ）の搬送波周波数（駆動周波数）ｆｃと一致あるいは略一致するように設定する。
これにより、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２の値を設定して、搬送波周波数による定格駆動時にトランスＴの２次側を並列共振（反共振）状態にすることができる。このため、定格駆動時に所定の出力電圧（負荷端子電圧）を確保しながら、トランスＴの１次側に流れる電流を抑えることができる。従って、パワーアンプに掛かる負荷が小さくなり、システム全体として非常に低損失で容量性負荷を駆動することができる。
【００２９】
また、本発明の容量性負荷の駆動回路は、前記容量性負荷は駆動信号を印加するための端子を有しており、該端子間電圧の周波数特性が、該容量性負荷の駆動周波数をその通過帯域に含む帯域通過フィルタの周波数特性となるように前記各回路定数が設定されることを特徴とする。
このような構成により、容量性負荷（静電型トランスデューサや圧電素子等の超音波トランスデューサ）の負荷静電容量ＣＬと出力トランスの電気的特性（回路定数）に合わせて、１次側結合静電容量Ｃ１と１次側外付抵抗Ｒの値とを適切に設定することによって、回路全体の通過帯域特性に容量性負荷の駆動周波数を含むようにする。
これにより、広帯域に亘って容量性負荷を安定的に駆動することができる。特に、本発明の容量性負荷の駆動回路を超音波スピーカに使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【００３０】
また、本発明の回路定数の設定方法は、出力トランスＴで昇圧された駆動信号により、容量性負荷を駆動する容量性負荷の駆動回路であって、前記出力トランスＴの２次側巻線に前記容量性負荷を並列に接続し、かつ前記出力トランスＴの１次側巻線には１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを直列に接続するように構成された容量性負荷の駆動回路における回路定数設定方法であって、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記容量性負荷の負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記容量性負荷の定格駆動周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む出力トランスＴの１次側回路と、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む出力トランスの２次側回路の回路定数を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、出力トランスＴの２次側に駆動負荷として容量性負荷（静電容量ＣＬ）を並列に接続し、かつ出力トランスＴの１次側には１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを直列に接続する場合に、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、容量性負荷の搬送波周波数（駆動周波数）ｆｃと一致あるいは略一致するように、各回路定数とを設定する。
これにより、定格駆動時にはトランスＴの２次側が並列共振（反共振）状態となり、所定の出力電圧（負荷端子電圧）を確保しながら、トランスＴの１次側に流れる電流を抑えることができる。
【００３１】
また、本発明の回路定数の設定方法は、前記駆動負荷である容量性負荷の静電容量がＣＬ（Ｆ）であり、容量性負荷の定格駆動周波数がｆc（Ｈｚ）であるとき、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２（Ｈ）を、Ｌ２＝１／（４π２ｆｃ２ＣＬ）に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、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２の値を設定する際には、該自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が容量性負荷の搬送波周波数（駆動周波数）ｆｃと一致あるいは略一致するように設定する。
これにより、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２の値を設定して、搬送波周波数による定格駆動時にトランスＴの２次側を並列共振（反共振）状態にすることができる。このため、定格駆動時に所定の出力電圧（負荷端子電圧）を確保しながら、トランスＴの１次側に流れる電流を抑えることができる。従って、パワーアンプに掛かる負荷が小さくなり、システム全体として非常に低損失で容量性負荷を駆動することができる。
【００３２】
また、本発明の回路定数の設定方法は、前記容量性負荷は駆動信号を印加するための端子を有しており、該端子間電圧の周波数特性が、前記容量性負荷の駆動周波数をその通過帯域に含む帯域通過フィルタの周波数特性となるように前記各回路定数を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、容量性負荷の静電容量ＣＬと出力トランスの電気的特性（回路定数）に合わせて、１次側結合静電容量Ｃ１と１次側外付抵抗Ｒの値とを適切に設定することによって、回路全体の通過帯域特性に容量性負荷の駆動周波数を含むようにする。
これにより、広帯域に亘って容量性負荷を安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路を超音波スピーカに使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【００３３】
また、本発明の回路定数の設定方法は、出力トランスＴの１次側回路及び駆動負荷を含む出力トランスＴの２次側回路の等価回路において、結合静電容量Ｃ１、出力トランスＴの漏洩インダクタンスＬＬ、及び相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路の周波数特性における低域側−３ｄＢ減衰周波数をｆ１−とし、結合静電容量Ｃ１、出力トランスＴの漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路の周波数特性における高域側−３ｄＢ減衰周波数をｆ２＋とし、相互インダクタンスＭ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される共振回路の共振周波数をｆ０とするとき、（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１となるように、上記各回路定数を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、結合静電容量Ｃ１、出力トランスＴの漏洩インダクタンスＬＬ、相互インダクタンスＭ１で形成される第一の共振回路（ＨＰＦ）の周波数特性における低域側−３ｄＢ減衰周波数（カットオフ周波数）をｆ１―とし、結合静電容量Ｃ１、出力トランスの漏洩インダクタンスＬＬ、負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路（ＬＰＦ）の周波数特性における高域側−３ｄＢ減衰周波数（カットオフ周波数）をｆ２＋とし、相互インダクタンスＭ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される共振回路の共振周波数をｆ０とするとき、（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１となるように、各回路定数を設定する。
これにより、ＨＰＦの通過特性とＬＰＦの通過特性とがほぼ対称な形状となり、さらに高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系とがトランスによって結合されるため、回路全体として並列共振周波数（反共振周波数）ｆ０を中心に対称な帯域通過特性を実現することができる。
【００３４】
また、本発明の回路定数の設定方法は、前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び相互インダクタンスＭ１、により形成される第一の共振回路と、前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路とを出力トランスＴにより結合させる結合回路が、臨界結合状態となるように前記各回路定数を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、トランス１次側に形成される第一の共振回路（ＨＰＦ）と、トランス２次側に形成される第二の共振回路（ＬＰＦ）とを臨界結合状態とする。
これにより、回路全体の通過帯域特性を平坦にすることができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系とがトランスによって臨界状態に結合されるため、双方の共振系は、急峻なピークの存在しない、なだらかな通過特性となり、回路全体として急峻なピークの存在しない帯域通過特性を実現することができる。従って、広帯域に亘って容量性負荷を安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路を超音波スピーカに使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【００３５】
また、本発明の回路定数の設定方法は、前記第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、前記第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、ｋ・Ｑ１、もしくはｋ・Ｑ２が所定値となるように前記各回路定数を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、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、ｋ・Ｑ１、もしくはｋ・Ｑ２が所定値となるように各回路定数を設定する。
これにより、回路全体の通過帯域特性を調節することができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系の、それぞれの（共振周波数付近の）応答の鋭さを個別に調整しながら、双方をトランスによって結合させるため、回路全体の通過帯域の特性（低域と高域とのバランス）を任意に調節することができる。従って、広帯域に亘って容量性負荷の出力を調整しながら駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路を超音波スピーカに使用する場合には、再生帯域のバランス調整による再生音質の向上を図ることができる。
【００３６】
また、本発明の回路定数の設定方法は、√２（ｋ・Ｑ１）及び√２（ｋ・Ｑ２）の値のうち少なくともいずれか一方の値が１と等しいかあるいは略等しくなるように上記各回路定数を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、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、√２（ｋ・Ｑ１）及び√２（ｋ・Ｑ２）の値のうち少なくともいずれか一方の値が１と等しいかあるいは略等しくなるようにする。すなわち、出力トランスＴの２次側に外付けの抵抗を別途接続しない場合には、トランスの巻線仕様によっては上記ＨＰＦとＬＰＦのクオリティ・ファクタが等しくならないケースが存在する。この場合には、√２（ｋ・Ｑ１）＝１と√２（ｋ・Ｑ２）＝１とを両方満足させることはできないため、どちらかの値が１となるように、１次側外付抵抗Ｒの値を設定する。なお、トランスの２次側に適切な外付抵抗を接続すれば、双方のクオリティ・ファクタを等しくすることができるため、完全なＢＰＦ特性を実現することが可能になる。
これにより、出力トランスＴの２次側巻線に外付抵抗を接続しない場合でも、実用上問題がない程度に、回路全体の通過帯域特性を平坦にすることができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系とがトランスによって臨界的に結合されるため、双方の共振系は、急峻なピークの存在しない、なだらかな通過特性となり、回路全体として急峻なピークの存在しない帯域通過（ＢＰＦ）特性を実現することができる。
従って、広帯域に亘って容量性負荷を安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路を超音波スピーカに使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【００３７】
また、本発明の回路定数の設定方法は、前記「（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１」の条件と、前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路と、前記１次側外付抵抗Ｒ、結合静電容量Ｃ１、漏洩インダクタンスＬＬ、及び負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路とを前記出力トランスＴにより結合させる結合回路が、臨界結合状態となる条件とが共に満たされるように、各回路定数を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、（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１となるように、各回路定数を設定することにより、ＨＰＦの通過特性とＬＰＦの通過特性とをほぼ対称な形状にする。また、トランス１次側に形成される共振回路（ＨＰＦ）と、トランス２次側に形成される直列共振回路（ＬＰＦ）とを臨界結合状態とすることにより、通過帯域特性を平坦にする。
これにより、回路全体の通過帯域特性を平坦にすることができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系とがトランスによって臨界状態に結合されるため、双方の共振系の応答を揃え、かつ平坦にすることによって、回路全体として平坦な帯域通過（ＢＰＦ）特性を実現することができる。従って、広帯域に亘って容量性負荷を安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路を超音波スピーカに使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【００３８】
また、本発明の回路定数の設定方法は、前記「（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１」の条件と、前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、前記出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、ｋ・Ｑ１、もしくはｋ・Ｑ２が所定値となる条件とが共に満たされるように、各回路定数を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、（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１となるように、各回路定数を設定することにより、ＨＰＦの通過特性とＬＰＦの通過特性とをほぼ対称な形状にする。また、ｋ・Ｑ１、もしくはｋ・Ｑ２が所定値となるように前記各回路定数を設定することにより、通過帯域特性を調整する。
これにより、回路全体の通過帯域特性を調整する（平坦にする）ことができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系の応答と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系の応答とがほぼ対称な形状となり、さらに高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系の（共振周波数付近の）応答の鋭さを調整しながら、双方をトランスによって結合させるため、回路全体として並列共振周波数（反共振周波数）ｆ０を中心に対称で、かつ高域と低域のバランスが整った（平坦な）帯域通過特性を実現することができる。従って、広帯域に亘って容量性負荷を安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサを超音波スピーカに使用する場合には、再生帯域のバランス調整による再生音質の向上を図ることができる。
【００３９】
また、本発明の回路定数の設定方法は、前記「（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１」の条件と、前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記相互インダクタンスＭ１により形成される第一の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ１とし、前記１次側外付抵抗Ｒ、前記結合静電容量Ｃ１、前記漏洩インダクタンスＬＬ、及び前記負荷静電容量ＣＬにより形成される第二の共振回路のクオリティ・ファクタをＱ２とし、前記出力トランスＴの結合係数ｋを、ｋ＝（Ｌ１−ＬＬ）／Ｌ１とするとき、√２（ｋ・Ｑ１）及び√２（ｋ・Ｑ２）の値のうち少なくともいずれか一方の値が１と等しいかあるいは略等しくなる条件とが共に満たされるように、各回路定数を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、（ｆ１―・ｆ２＋）／ｆ０２＝１となるように、各回路定数を設定することにより、ＨＰＦの通過特性とＬＰＦの通過特性とをほぼ対称な形状とする。また、√２（ｋ・Ｑ１）及び√２（ｋ・Ｑ２）の値のうち少なくともいずれか一方の値が１と略等しくなるようする。これは、トランスＴの２次側に外付けの抵抗を別途接続しない場合には、トランスの巻線仕様によっては上記ＨＰＦとＬＰＦのクオリティ・ファクタが等しくならないケースが存在する。この場合には、√２（ｋ・Ｑ１）＝１と√２（ｋ・Ｑ２）＝１とを両方満足させることはできないため、どちらかの値が１となるように、１次側外付抵抗Ｒの値を設定することにより、通過帯域特性を平坦にする。
これにより、回路全体の通過帯域特性を平坦にすることができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系の応答と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系の応答とがほぼ対称な形状となり、かつ高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系の（共振周波数付近の）応答にピークが存在しない状態で、双方がトランスによって臨界状態に結合されるため、回路全体として並列共振周波数（反共振周波数）ｆ０を中心に対称で、かつ平坦な帯域通過（ＢＰＦ）特性を実現することができる。従って、広帯域に亘って容量性負荷を安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサを超音波スピーカに使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【００４０】
また、本発明の静電型トランスデューサは、搬送波を可聴周波数帯の音響信号で変調した変調信号を昇圧し、該昇圧された駆動信号によって駆動される静電型トランスデューサであって、前記静電型トランスデューサを２次側巻線と並列に接続し、前記変調信号を昇圧する出力トランスＴと、前記出力トランスＴの１次側巻線に直列に接続された１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを有し、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記静電型トランスデューサの負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記静電型トランスデューサの搬送波周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む出力トランスＴの１次側回路と、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む出力トランスの２次側回路の回路定数が設定される超音波トランスデューサを備えると共に、前記搬送波は超音波周波数帯の信号であり、前記静電型トランスデューサは、複数の孔が形成された第一の面側の固定電極と、前記第一の面側の固定電極と対をなす複数の孔が形成された第二の面側の固定電極と、前記一対の固定電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜とを有しており、前記出力トランスＴの２次側巻線にはセンタータップを備えており、前記出力トランスＴの２次側巻線の一方の端子は、前記第一の面側の固定電極に、他方の端子は前記第二の面側の固定電極にそれぞれ接続され、前記出力トランスＴの２次側巻線のセンタータップを基準にして直流バイアス電圧が、前記振動膜の導電層に印加され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、プッシュプル型の静電型トランスデューサにおいて、出力トランスＴの２次側巻線の一方の端子を前面側（第一の面側）固定電極に、他方の端子を背面側（第二の面側）固定電極にそれぞれ接続し、出力トランスＴの２次側巻線のセンタータップを基準にして直流バイアス電圧を振動膜の導電層に印加する。また、出力トランスＴを介して、位相が互いに１８０度反転した交流信号が前面側（第一の面側）固定電極と背面側（第二の面側）固定電極にそれぞれ印加される。そして、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、静電型トランスデューサの搬送波周波数（駆動周波数）ｆｃと一致あるいは略一致するように、各回路定数を設定する。
これにより、プッシュプル型の静電型トランスデューサにおいて、定格駆動時にはトランスＴの２次側が並列共振（反共振）状態となり、所定の出力電圧（負荷端子電圧）を確保しながら、トランスＴの１次側に流れる電流を抑えることができる。従って、静電型トランスデューサの駆動電力を低減し、静電型トランスデューサを低損失で駆動できる。
さらに、プッシュプル型の静電型トランスデューサの負荷静電容量ＣＬと出力トランスの電気的特性（回路定数）に合わせて、１次側結合静電容量Ｃ１と１次側外付抵抗Ｒの値とを適切に設定することによって、回路全体の通過帯域特性にプッシュプル型の静電型トランスデューサの駆動周波数を含むようにできる。
【００４１】
また、本発明の超音波スピーカは、搬送波を可聴周波数帯の音響信号で変調した変調信号を昇圧し、該昇圧された駆動信号によって駆動される静電型トランスデューサであって、前記静電型トランスデューサを２次側巻線と並列に接続し、前記変調信号を昇圧する出力トランスＴと、前記出力トランスＴの１次側巻線に直列に接続された１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを有し、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記静電型トランスデューサの負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記静電型トランスデューサの搬送波周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む出力トランスＴの１次側回路と、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む出力トランスの２次側回路の回路定数が設定される静電型トランスデューサと、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、前記変調器により変調された信号を増幅すると共に、該増幅された信号を、１次側外付抵抗Ｒおよび結合静電容量Ｃ１を通して、前記出力トランスＴの１次巻線側に印加するためのパワーアンプとを備えることを特徴とする。
このような構成により、超音波スピーカを構成する静電型トランスデューサ（負荷静電容量ＣＬ）の駆動回路において、この静電型トランスデューサを出力トランスＴの２次側に並列に接続し、かつ出力トランスＴの１次側には１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを直列に接続する。そして、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、静電型トランスデューサの搬送波周波数（駆動周波数）ｆｃと一致あるいは略一致するように、各回路定数とを設定する。そして、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波により変調し、この変調された信号をパワーアンプにより増幅し、該増幅された信号を、１次側外付抵抗Ｒおよび結合静電容量Ｃ１を通して、出力トランスＴの１次巻線側に印加する。
これにより、超音波スピーカに本発明の静電型トランスデューサを使用することができ、超音波スピーカを低損失で安定的に駆動することができる。
また、超音波スピーカを構成する静電型トランスデューサとして、プッシュプル型の静電型トランスデューサを使用することができる。この場合は、出力トランスＴの２次側巻線の一方の端子を前面側（第一の面側）固定電極に、他方の端子を背面側（第二の面側）固定電極にそれぞれ接続し、出力トランスＴの２次側巻線のセンタータップを基準にして直流バイアス電圧を振動膜の導電層に印加する。また、出力トランスＴを介して、位相が互いに１８０度反転した交流信号が前面側（第一の面側）固定電極と背面側（第二の面側）固定電極にそれぞれ印加される。これにより、プッシュプル型の静電型トランスデューサを超音波スピーカに使用することができる。
【００４２】
また、本発明の表示装置は、搬送波を可聴周波数帯の音響信号で変調した変調信号を昇圧し、該昇圧された駆動信号によって駆動される静電型トランスデューサであって、前記静電型トランスデューサを２次側巻線と並列に接続し、前記変調信号を昇圧する出力トランスＴと、前記出力トランスＴの１次側巻線に直列に接続された１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを有し、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記静電型トランスデューサの負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記静電型トランスデューサの搬送波周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む出力トランスＴの１次側回路と、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む出力トランスの２次側回路の回路定数が設定される静電型トランスデューサと、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、前記変調器により変調された信号を増幅すると共に、該増幅された信号を、１次側外付抵抗Ｒおよび結合静電容量Ｃ１を通して、前記出力トランスＴの１次巻線側に印加するためのパワーアンプと備える超音波スピーカであって、音響ソースから供給される音声信号を再生し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、を有することを特徴とする。
このような構成により、表示装置に使用する超音波スピーカを静電型トランスデューサで構成し、この静電型トランスデューサ（負荷静電容量ＣＬ）を、出力トランスＴの２次側に駆動負荷として並列に接続し、かつ出力トランスＴの１次側には１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを直列に接続する。そして、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、静電型トランスデューサの搬送波周波数（駆動周波数）ｆｃと一致あるいは略一致するように、各回路定数とを設定する。そして、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波により変調し、この変調された信号をパワーアンプにより増幅し、該増幅された信号を、１次側外付抵抗Ｒおよび結合静電容量Ｃ１を通して、出力トランスＴの１次巻線側に印加する。そして、この超音波スピーカにより、音響ソースから供給される音声信号を再生する。
これにより、表示装置において、平坦な出力電圧周波数特性を有し、低損失での駆動が可能な超音波スピーカを使用することができる。このため、音響信号を十分な音圧と広帯域特性を持って、スクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生できる。また、音響信号の再生範囲の制御も容易に行えるようになる。
また、表示装置の超音波スピーカを構成する静電型トランスデューサとして、プッシュプル型の静電型トランスデューサを使用することができる。この場合は、出力トランスＴの２次側巻線の一方の端子を前面側（第一の面側）固定電極に、他方の端子を背面側（第二の面側）固定電極にそれぞれ接続し、出力トランスＴの２次側巻線のセンタータップを基準にして直流バイアス電圧を振動膜の導電層に印加する。また、出力トランスＴを介して、位相が互いに１８０度反転した交流信号が前面側（第一の面側）固定電極と背面側（第二の面側）固定電極にそれぞれ印加される。これにより、プッシュプル型の静電型トランスデューサで構成された超音波スピーカを表示装置に使用することができる。
【００４３】
また、本発明の指向性音響システムは、搬送波を可聴周波数帯の音響信号で変調した変調信号を昇圧し、該昇圧された駆動信号によって駆動される静電型トランスデューサであって、前記静電型トランスデューサを２次側巻線と並列に接続し、前記変調信号を昇圧する出力トランスＴと、前記出力トランスＴの１次側巻線に直列に接続された１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを有し、前記出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と前記静電型トランスデューサの負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、前記静電型トランスデューサの搬送波周波数ｆｃと一致あるいは略一致するように、前記１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１の直列回路を含む出力トランスＴの１次側回路と、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬを含む出力トランスの２次側回路の回路定数が設定される静電型トランスデューサと、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、前記変調器により変調された信号を増幅すると共に、該増幅された信号を、１次側外付抵抗Ｒおよび結合静電容量Ｃ１を通して、前記出力トランスＴの１次巻線側に印加するためのパワーアンプとを備える超音波スピーカにより、音響ソースから供給される音声信号を再生し、スクリーン等の音波反射面近傍に仮想音源を形成する指向性音響システムであって、前記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、を有することを特徴とする。
このような構成により、指向性音響システムに使用する超音波スピーカを静電型トランスデューサで構成し、この静電型トランスデューサ（負荷静電容量ＣＬ）を、出力トランスＴの２次側に駆動負荷として並列に接続し、かつ出力トランスＴの１次側には１次側外付抵抗Ｒと結合静電容量Ｃ１とを直列に接続する。そして、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量ＣＬとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、静電型トランスデューサの搬送波周波数（駆動周波数）ｆｃと一致あるいは略一致するように、各回路定数とを設定する。そして、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波により変調し、この変調された信号をパワーアンプにより増幅し、該増幅された信号を、１次側外付抵抗Ｒおよび結合静電容量Ｃ１を通して、出力トランスＴの１次巻線側に印加する。そして、この超音波スピーカにより、音響ソースから供給される音声信号のうち中高音域（第一の音域）の音声信号を再生する。また、音響ソースから供給される音声信号のうち低音域（第二の音域）の音声信号は低音再生用スピーカにより再生する。
これにより、指向性音響システムにおいて、平坦な出力電圧周波数特性を有し、低損失での駆動が可能な超音波スピーカを使用することができる。このため、中高音域の音響を十分な音圧と広帯域特性を持って、スクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生できる。また、低音域の音響は、音響システムに備えられた低音再生用スピーカから直接出力されるので、低音域の補強ができ、より臨場感の高い音場環境を創生できる。
また、指向性音響システムの超音波スピーカを構成する静電型トランスデューサとして、プッシュプル型の静電型トランスデューサを使用することができ、この場合は、出力トランスＴの２次側巻線の一方の端子を前面側（第一の面側）固定電極に、他方の端子を背面側（第二の面側）固定電極にそれぞれ接続し、出力トランスＴの２次側巻線のセンタータップを基準にして直流バイアス電圧を振動膜の導電層に印加する。また、出力トランスＴを介して、位相が互いに１８０度反転した交流信号が前面側（第一の面側）固定電極と背面側（第二の面側）固定電極にそれぞれ印加される。これにより、プッシュプル型の静電型トランスデューサを指向性音響システムの超音波スピーカに使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
［本発明の静電型トランスデューサの駆動回路の説明］
最初に、本発明による静電型トランスデューサ（容量性負荷）の駆動回路について説明する。
本発明における静電型トランスデューサ（容量性負荷）のポイントは主に次の３点である。
第１の点は、出力トランスを介して静電型トランスデューサに信号を印加するようにし、この出力トランスを介して信号の昇圧及びインピーダンス変換を行うようにしている。
これにより、高出力音圧を得ることができる。
【００４５】
第２の点は、静電型トランスデューサの搬送波周波数帯域に、出力トランスと負荷静電容量（静電型トランスデューサ）によって形成される共振回路の共振周波数帯域が一致するように、トランスの定数を設定（設計）している。これにより、搬送波周波数付近での負荷側のインピーダンスが高くなるため、アンプに掛かる負荷を軽減し、低損失化を図ることができる。
【００４６】
第３の点は、出力トランスの１次側に適切な値の抵抗とキャパシタを接続することによって、トランス２次側に接続される負荷静電容量と合わせて、トランス結合回路によるＢＰＦ特性（平坦な出力特性）を実現している。これにより、平坦な出力特性を得ることができる。
【００４７】
次に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。
図１は、本発明の適用対象となる静電型トランスデューサの一例を示す図であり、特に超音波スピーカのトランスデューサとして使用するのに好適な構造になっている。図１（Ａ）はトランスデューサの断面を示しており、導電層を有する振動膜１２と、該振動膜１２のそれぞれの面に対向して設けられた前面側（第一の面側）固定電極１０Ａ及び背面側（第二の面側）固定電極１０Ｂからなる一対の固定電極とを有している（前面側固定電極１０Ａと背面側固定電極１０Ｂの両方を指す場合は固定電極１０と呼ぶ）。振動膜１２は図１（Ａ）に示すように電極を形成する導電層（振動膜電極）１２１を絶縁膜１２０で挟むように形成してもよいし、振動膜１２の全体を導電性材料で形成するようにしてもよい。
【００４８】
また、振動膜１２を挟持する前面側固定電極１０Ａには複数の貫通孔１４Ａが設けられており、かつ背面側固定電極１０Ｂには前面側固定電極１０Ａに設けた各貫通孔１４Ａに対向する位置に同一形状の貫通孔１４Ｂが設けられている（貫通孔１４Ａと貫通孔１４Ｂの両方を指す場合は貫通孔１４と呼ぶ）。前面側固定電極１０Ａと背面側固定電極１０Ｂは、それぞれ支持部材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、図１（Ａ）に示すように振動膜１２と固定電極とが一部空隙を介して対向するように支持部材１１は形成されている。
【００４９】
図１（Ｂ）はトランスデューサの片側平面外観を示したものであり（固定電極１０の一部を切り欠き振動膜１２を露出させた状態）、上記複数の貫通孔１４がハニカム状に配列されている。図１（Ｃ）は前記支持部材１１が接合されている固定電極１０の平面図であり、丁度トランスデューサの振動膜側から固定電極側を見た状態を示している。支持部材１１は絶縁材で構成され、例えばプリント基板にレジスト印刷する要領で、固定電極表面（振動膜に対向する側）上に絶縁材をパターン印刷することによって形成することができる。
【００５０】
なお、直流電源１６は、振動膜電極１２１に直流バイアス電圧を印加するための電源であり、交流信号１８Ａ、１８Ｂは、振動膜１２を駆動するために、前面側固定電極１０Ａと背面側固定電極１０Ｂに印加される信号である。
【００５１】
図２は、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路の構成例を示す図である。図２に示す回路は、出力トランスＴを介してパワーアンプ２１からの出力を昇圧した後、静電型トランスデューサ１に印加するように構成されている。出力トランスＴの１次側には巻線と直列に１次側外付抵抗Ｒと静電容量Ｃ１が接続される。出力トランスＴの２次側巻線の一方の端子は、静電型トランスデューサ１の前面側固定電極１０Ａに、他方の端子は背面側固定電極１０Ｂにそれぞれ接続されている。つまり、出力トランスＴの２次側巻線と並列に、静電型トランスデューサ１が接続される。さらに、出力トランスＴの２次側巻線には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Ｅが、抵抗Ｒｓを介して静電型トランスデューサ１の振動膜電極１２１に印加される。なお、抵抗Ｒｓは本発明に直接関係するものではなく省略してもよい。
【００５２】
上記の構成により、静電型トランスデューサ１の前面側固定電極１０Ａと背面側固定電極１０Ｂとには、センタータップを基準にして、振幅が等しく、位相が互いに反転した交流信号が印加される。このように、振動膜電極１２１に直流バイアス電圧Ｅを印加し、かつ前面側固定電極１０Ａと背面側固定電極１０Ｂとには、互いに位相が反転した駆動信号（交流信号）を印加することによって、振動膜には静電吸引力及び静電反発力が同方向に同時に作用する。駆動信号（交流信号）の極性が反転する毎に、上記静電吸引力及び静電反発力の作用する方向が変化するために振動膜がプッシュプル駆動される。この結果、振動膜で発生した音波は前面側固定電極１０Ａと背面側固定電極１０Ｂに設けられた貫通孔１４（図１）を通じて外部へ放出される。このように、振動膜がプッシュプル駆動されることにより、図１に示す静電型超音波トランスデューサはプッシュプル（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）型の静電型超音波トランスデューサと呼ばれている。
【００５３】
図３は、図２に示す静電型トランスデューサ１の部分を等価回路で書き換えた図である。静電型トランスデューサ１は、振動膜電極と両固定電極との間にそれぞれキャパシタが形成されているため、その等価回路は図３に示すように直列に接続された負荷静電容量ＣＬＡ、ＣＬＢとして表現することができる。
【００５４】
次に、回路定数の設定方法と回路の動作について以下に詳しく説明する。
図４は、静電型トランスデューサの駆動回路の等価回路を示す図であり、出力トランスＴの２次側部分の回路を１次側に換算して示した静電型トランスデューサ駆動回路の等価回路である。
【００５５】
ここで、Ｒは１次側外付抵抗、Ｃ１は１次側結合静電容量、Ｒ１は出力トランスＴの１次側巻線抵抗、Ｎ１は出力トランスＴの１次側巻線の巻数、Ｎ２は出力トランスＴの２次側巻線の巻数、Ｌ１は出力トランスＴの１次側自己インダクタンス、Ｌ２は出力トランスＴの２次側自己インダクタンス、Ｍ１は１次側へ換算した出力トランスＴの相互インダクタンス、ＬＬは出力トランスＴの漏洩インダクタンス（２次側巻線を短絡した際の１次側インダクタンス）、Ｒ２１は１次側へ換算した出力トランスＴの２次側巻線抵抗、ＲＬ１は１次側へ換算した負荷抵抗（静電型トランスデューサの抵抗成分）、ＣＬは静電型トランスデューサの負荷合成静電容量（図３に示す負荷静電容量ＣＬＡ、ＣＬＢの合成静電容量）、ＣＬ１はＣＬを１次側へ換算した際の静電型トランスデューサの負荷合成静電容量であり、
【００５６】
【数１】
2008054261.tif 000003
【００５７】
である。
【００５８】
今、負荷である静電型トランスデューサの合成静電容量がＣＬ（Ｆ）であり、定格搬送波周波数ｆｃ（Ｈｚ）で駆動する仕様になっているとする。このとき、まず出力トランスＴの２次側巻線自己インダクタンスＬ２（Ｈ）が次式で決定される。
【００５９】
【数２】
2008054261.tif 000004
【００６０】
このように構成することで、定常（定格）駆動時には、トランス２次側が並列共振（反共振）状態となり、トランス１次側（パワーアンプ側）から見た回路のインピーダンスが大きくなる。この結果、定格駆動時には所望の出力電圧（負荷端子電圧）を確保しながら、トランス１次側に流れる電流を抑えることができるため、パワーアンプに掛かる負荷が小さくなり、システム全体として低損失で駆動することができる。
【００６１】
例えば、静電型トランスデューサの合成静電容量ＣＬが５ｎＦで、定格搬送波周波数ｆｃが５０ｋＨｚであるとき、出力トランスＴの２次側自己インダクタンスＬ２は、上式より約２ｍＨとすることが望ましい。
【００６２】
次に出力トランスＴの昇圧率（巻線仕様）を決定する。上記静電型トランスデューサの最大印加電圧（トランス２次側最大電圧）をＶ２、パワーアンプの最大出力電圧をＶ１とすると、トランスの昇圧率Ａは、
【００６３】
【数３】
2008054261.tif 000005
【００６４】
に設定され、必要な昇圧率Ａと、上記２次側巻線自己インダクタンスＬ２とを同時に満足するように１次側巻線と２次側巻線の仕様（巻数等）とコアの仕様（材質、形状）を決定する。
【００６５】
出力トランスＴの巻線及びコアの仕様が決定すると、トランスの漏洩インダクタンスも同時に求まる。漏洩インダクタンスは出力トランスＴのコアの材質及び形状、巻線仕様によって左右される。
【００６６】
ここでは具体的な回路定数設定例について説明する際には、出力トランスＴの仕様を、例えば、Ａ＝１０、Ｌ１＝２０μＨ、Ｌ２＝２ｍＨ、ＬＬ＝０．４μＨ、Ｒ１＝２０ｍΩ、Ｒ２＝０．８Ω、のように設定したとして、以降の説明を進めることにする。
【００６７】
漏洩インダクタンスが求まったら、次に結合静電容量Ｃ１を決定する。ここでは、Ｃ１とＬ１（＝Ｍ１＋ＬＬ）とによって形成される直列共振回路（ＨＰＦ）の電圧通過特性と、ＣＬ１とＬＬとによって形成される直列共振回路（ＬＰＦ）の電圧通過特性とが、Ｍ１とＣＬ１とによって形成される並列共振回路の共振周波数ｆ０を中心にしてほぼ対称な形状となるように、結合静電容量Ｃ１の値を設定する。
【００６８】
図５は、結合静電容量Ｃ１がない場合の回路全体の通過特性を示す図である。出力トランスＴの漏洩インダクタンスＬＬと負荷静電容量ＣＬ１による共振の影響によって、２００ｋＨｚ付近に大きなピークが現れていることが分かる（Ｒ＝１Ωの場合を参照）。１次側外付抵抗Ｒの値を大きくするにつれて応答はなだらかになっていくが、全体的に右肩上がりの特性を示しており、通過帯域が平坦になるような条件は存在しないことが分かる。
【００６９】
本発明では、トランス１次側に結合静電容量を追加することによって、トランス１次側に高域通過（ＨＰＦ）特性を有する共振系を構成する。図５に示したようなトランス２次側の共振系（ＬＰＦ）と、前記１次側共振系とをトランスによって結合することによって、全体として平坦な帯域通過（ＢＰＦ）特性を実現させる。
【００７０】
ここでは、上記ＨＰＦにおいて電流値が３ｄＢ減衰する周波数のうち低域側の周波数がｆ１−、上記ＬＰＦにおいて電流値が３ｄＢ減衰する周波数のうち高域側の周波数がｆ２＋であるとき、
【００７１】
【数４】
2008054261.tif 000006
【００７２】
が成立するように、Ｃ１の値を設定する。
【００７３】
Ｃ１、ＬＬ、Ｍ１によって形成される直列共振回路（ＨＰＦ）の共振周波数ｆ１（Ｈｚ）は、
【００７４】
【数５】
2008054261.tif 000007
【００７５】
Ｃ１、ＬＬ、ＣＬ１によって形成される直列共振回路（ＬＰＦ）の共振周波数ｆ２（Ｈｚ）は、
【００７６】
【数６】
2008054261.tif 000008
【００７７】
で与えられる。
【００７８】
また、Ｍ１、ＬＬ、ＣＬ１によって形成される並列共振回路の共振周波数ｆ０（Ｈｚ）は、
【００７９】
【数７】
2008054261.tif 000009
【００８０】
で与えられる。
【００８１】
上記ＨＰＦとＬＰＦのクオリティ・ファクタＱ１、Ｑ２はそれぞれ、
【００８２】
【数８】
2008054261.tif 000010
【００８３】
であるから、上記ＨＰＦとＬＰＦの半値幅Ｂ１、Ｂ２は、それぞれ、
【００８４】
【数９】
2008054261.tif 000011
【００８５】
となる。上記ＨＰＦでの電流値が３ｄＢ減衰する低域側の周波数（−３ｄＢ低域側周波数）をｆ１−、高域側の周波数をｆ１＋とすると、ｆ１−、ｆ１＋との間には次の関係が成り立つ。
【００８６】
【数１０】
2008054261.tif 000012
【００８７】
この連立方程式を−３ｄＢ低域側周波数ｆ１−について整理すると、次式が得られ、
【００８８】
【数１１】
2008054261.tif 000013
【００８９】
これを解くと、−３ｄＢ低域側周波数ｆ１−は、
【００９０】
【数１２】
2008054261.tif 000014
【００９１】
となる。同様にして上記ＬＰＦでの電流値が３ｄＢ減衰する高域側周波数（−３ｄＢ高域側周波数）ｆ２＋は、
【００９２】
【数１３】
2008054261.tif 000015
【００９３】
となる。
【００９４】
上述したように、ＨＰＦの通過特性とＬＰＦの通過特性とがほぼ対称な形状とするための条件は、「ｆ１−・ｆ２＋／ｆ０２＝１」であることから、ＨＰＦの通過特性とＬＰＦの通過特性との対称性を表す式が次のように得られる。
【００９５】
【数１４】
2008054261.tif 000016
【００９６】
この式を満足するように、結合静電容量Ｃ１の値を設定する。
【００９７】
図６は、結合静電容量と、ＨＰＦとＬＰＦの通過特性の対称性を示す図である。例えば、上記の数値仕様の出力トランスＴを使用する場合、結合静電容量Ｃ１の値に応じて、ｆ１−・ｆ２＋／ｆ０２＝１は、図６のように変化する。よって、上記対称性の条件より、Ｃ１＝１２．７μＦに設定すればよいことが分かる。
【００９８】
図７は、回路全体の通過特性を示す図であり、Ｃ１＝１２．７μＦとしたときの、負荷の端子電圧の周波数特性（回路全体の通過特性）を示している。（なお、図７示すグラフではトランスの昇圧率は無視している。）図７おいて、１次側外付抵抗Ｒの値によって、極付近の応答特性が大きく異なってはいるが、図５と比較して、いずれの場合も回路の並列共振周波数ｆ０＝５０ｋＨｚ付近を中心にして左右対称な応答を示していることが分かる。
【００９９】
図７から分かるように、１次側外付抵抗Ｒの値によって通過帯域の特性（出力特性）は大きく異なる。静電型トランスデューサの回路全体として、通過特性は平坦である方が望ましいので、通過帯域が平坦になるように、１次側外付抵抗の値を適切に設定する必要がある。
【０１００】
本発明における回路は上述したように、トランス１次側に形成される共振回路（ＨＰＦ）と、トランス２次側に形成される共振回路（ＬＰＦ）とを、トランスによって結合している結合回路になっている。ＨＰＦとＬＰＦとを結合しているため、回路全体としては帯域通過特性（ＢＰＦ特性）を示すが、各共振回路の共振特性（共振の鋭さ、クオリティ・ファクタ）によって、通過帯域の特性（平坦度）は大きく変動する。
【０１０１】
通過帯域が平坦になるのは、ＨＰＦとＬＰＦとがそれぞれ臨界結合状態となった時であり、臨界結合状態においては、回路負荷のクオリティ・ファクタとトランス結合係数との積が１になる。
【０１０２】
フィルタを臨界結合状態にするためには、ＨＰＦ及びＬＰＦが、それぞれの共振周波数付近において応答特性にピークを持たないようにすればよい。フィルタのクオリティ・ファクタが１／√２以下であるときフィルタの応答にはピークが存在しなくなるため、
【０１０３】
【数１５】
2008054261.tif 000017
【０１０４】
の値がそれぞれ１となる時、各フィルタの通過帯域の応答は平坦（ピークが存在しない）になる。
【０１０５】
なお、本発明の実施例のように、トランスの２次側に外付けの抵抗を別途接続しない場合には、トランスの巻線仕様によっては上記ＨＰＦとＬＰＦのクオリティ・ファクタが等しくならないケースが存在する。
【０１０６】
この場合には、Ｑ１Ｌ＝１と、Ｑ２Ｌ＝１とを両方満足させることはできないため、どちらかの値が１となるように、１次側外付抵抗Ｒの値を設定する。
【０１０７】
トランスの２次側に適切な外付抵抗を接続すれば、双方のクオリティ・ファクタを等しくすることができるため、完全なＢＰＦ特性を実現することが可能になる。
【０１０８】
図８は、１次側外付抵抗と、ＨＰＦとＬＰＦの通過特性の平坦度との関係を示す図である。例えば、上記の数値仕様（Ａ＝１０、Ｌ１＝２０μＨ、Ｌ２＝２ｍＨ、ＬＬ＝０．４μＨ、Ｒ１＝２０ｍΩ、Ｒ２＝０．８Ω）の出力トランスＴを使用する場合、１次側外付抵抗Ｒの値に応じて、ＨＰＦの平坦度を示すパラメータＱ１Ｌと、ＬＰＦの平坦度を示すパラメータＱ２Ｌの値は図８のように変化する。（ただし、Ｃ１＝１２．７μＦとする。
）よって、上記平坦度の条件より、Ｒ＝１．７２Ωに設定すればよいことが分かる。
【０１０９】
なお、本実施例では、１次側外付抵抗Ｒに対してパワーアンプの出力インピーダンスは無視できるほど小さいとして、パワーアンプの出力インピーダンスを考慮せずに回路定数を設定しているが、パワーアンプの出力インピーダンスが無視できないほど大きな値を有する場合には、パワーアンプのインピーダンスも加味して回路定数を設定することが望ましい。
【０１１０】
以上より、回路全体の通過帯域特性を平坦にする１次側外付抵抗Ｒの値と、結合静電容量Ｃ１の値とを適切に設定することができた。
【０１１１】
図９は、Ｃ１＝１２．７μＦ、Ｒ＝１．７２Ωとしたときの、ＨＰＦとＬＰＦの共振特性（回路電流周波数特性）、通過特性（フィルタ出力電圧周波数特性）を示す図である。
【０１１２】
図１０は、回路全体の最終的な入出力特性を示す図であり、２次側出力電圧（負荷端子電圧）と、１次側電流との周波数特性を示す図である。図１０より、定格搬送波周波数である５０ｋＨｚにおいて、トランス１次側に流れる電流（パワーアンプからの出力電流）が極小になっている。通過帯域の出力電圧特性は約２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚまで平坦（４８ｄＢＶ＝２５０Ｖ）であり、周波数特性にピークも見られず、理想的なＢＰＦの特性を示していることが分かる。
【０１１３】
ところで、指向性を有する超音波スピーカなどのように、再生時のノイズを低減するために、可聴周波数帯域を通過帯域から外すように、駆動回路の出力周波数特性を設定したい場合が存在する。
【０１１４】
本発明においては、主にトランスの結合係数（漏洩インダクタンス）の値を調整（例えば、ギャップを調整）することによって、通過帯域の周波数幅の調整を行うことができる。トランス結合係数に応じて回路全体の通過特性が変化する一例を図１１に示す。
【０１１５】
図１１は、トランス結合係数と通過帯域との関係を示す図であり、トランス結合係数が小さくなると、漏洩インダクタンスの値が大きくなるため、上述したＨＰＦ及びＬＰＦのクオリティ・ファクタが大きくなってそれぞれのフィルタ（共振回路）の共振特性がより鋭くなる。
【０１１６】
上述したＨＰＦとＬＰＦの共振周波数ｆ１、ｆ２の式から、漏洩インダクタンスＬＬの値が大きくなることによって、まずｆ２の値が小さくなる。つまり結合係数が大きい場合よりもＬＰＦの共振周波数ｆ２が低域側に移動する。ＬＰＦのクオリティ・ファクタＱ２の値も大きくなるので、ＬＰＦ側の通過特性が持ち上げられて、回路全体としては右肩上がりの通過特性を示すようになる。
【０１１７】
結合係数が小さくなっても、平坦な通過特性を実現するために、ＨＰＦ側の通過特性もＬＰＦの通過特性と対称になるように、１次側結合静電容量Ｃ１の値を調整する（小さくする）。Ｃ１の値が小さくなるとＨＰＦ側の共振周波数ｆ１の値が大きくなり、結合係数が大きい場合よりもＨＰＦの共振周波数が高域側に移動する。
【０１１８】
このように、結合係数を小さくする（それに合わせて周辺回路定数も調整する）につれて、ＨＰＦ、ＬＰＦの共振周波数ｆ１、ｆ２がそれぞれ中心周波数（並列共振周波数ｆ０）の方向へ移動し、回路全体の通過帯域幅が狭くなっていく。つまり、結合係数を調整することによって、通過帯域を所望の幅に調整することが可能になる。
【０１１９】
上述した手順に従って、結合係数ｋ＝０．９０の場合についても同様に回路定数を求めると、Ｒ＝３．５Ω、Ｃ１＝２．６μＦとなる。既に述べたｋ＝０．９８の場合と比較してその通過帯域特性を図１１に示している。
【０１２０】
図１１において、通過帯域中心周波数ｆ０＝５０ｋＨｚは変わらずに、ｋ＝０．９０の方がｋ＝０．９８の場合よりも通過帯域幅が狭くなっていることが分かる。超音波スピーカとして使用する目的においては、通過特性の観点では可聴周波数帯域の減衰特性が優れているｋ＝０．９０の場合の方が望ましいと言える。しかし、結合係数を小さくした際にも通過帯域の特性を平坦にするためには、１次側外付抵抗の値を大きくする必要があるため、結合係数を小さくすると抵抗での損失は逆に大きくなる。
【０１２１】
また、図１２は、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路を使用した超音波スピーカの構成例を示す図である。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送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、一般にはバラメトリックアレイ効果と呼ばれている。
【０１２２】
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）３１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３２と、変調器３３と、パワーアンプ２１を有しており、他の符号のものは図２において同じ符号で示されるものと同じである。
【０１２３】
上記構成において、可聴周波数波信号源３１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３２から出力される超音波周波数帯のキャリア波を変調器３３により変調し、パワーアンプ２１で増幅した変調信号を１次側外付抵抗Ｒ及び結合静電容量Ｃ１を介して、出力トランスＴの１次側巻線の両端に印加する。これにより、出力トランスＴの２次側巻線に接続された静電型トランスデューサ１を駆動する。
【０１２４】
この結果、上記変調信号が静電型トランスデューサ１により有限振幅レベルの音波に変換され、この音波は媒質中（空気中）に放射されて媒質（空気）の非線形効果によって元の可聴周波数帯の信号音が自己再生される。すなわち、音波は空気を媒休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（超音波周波数帯）とに波形分離され、可聴波周波数帯の信号波（信号音）が再生される。
【０１２５】
以上に述べたように、本発明では出力トランスのインダクタンスと負荷静電容量とによって形成される並列共振回路の共振周波数に、静電型トランスデューサの駆動周波数（搬送波周波数）が一致するように各回路定数が設定される。これにより、定格駆動時にはトランス２次側が並列共振（反共振）状態となり、所定の出力電圧（負荷端子電圧）を確保しながら、トランス１次側に流れる電流を抑えることができる。従って、駆動するパワーアンプに掛かる負荷が小さくなり、システム全体として非常に低損失で駆動することができる。
【０１２６】
さらに、負荷静電容量と出力トランスの電気的特性（回路定数）に合わせて、１次側結合静電容量と１次側外付抵抗の値とを適切に設定することによって、回路全体の通過帯域特性を平坦にすることができる。つまり、高域通過（ＨＰＦ）特性を示す共振系と、低域通過（ＬＰＦ）特性を示す共振系とがトランスによって結合されるため、双方の共振系の応答を揃え、かつ平坦にすることによって、回路全体として平坦な帯域通過（ＢＰＦ）特性を実現することができる。従って、広帯域に亘って静電型トランスデューサを安定的に駆動することができる。特に、本発明の静電型トランスデューサ回路を超音波スピーカとして使用する場合には、平坦な出力特性による再生音質の向上を図ることができる。
【０１２７】
また、超音波スピーカは再生音が鋭い指向性を有するという特徴を持っているが、回路の通過帯域に可聴音帯域が含まれないように回路定数を設定することによって、超音波スピーカ（静電型トランスデューサ）から可聴音が直接出力されるの（音漏れ）をより防ぐことができる。つまり、音漏れによる再生音の指向性劣化を抑えることができるという効果も創出される。
【０１２８】
なお、上述した実施の形態例では、プッシュプル（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）型の静電型トランスデューサを例にとり説明したが、駆動対象となる負荷はプッシュプル型静電型トランスデューサに限定されず、容量性の負荷であれば何でもよい。例えば、振動膜の片面にだけ固定電極を配置し、振動膜を一方の側だけを吸引する構造のプル（Ｐｕｌｌ）型とよばれる静電型トランスデューサにも本発明の回路設計思想は同様に適用できるものである。さらに、本発明の回路設計思想は、圧電素子を使用した超音波トランスデューサにも適用できるものである。
【０１２９】
図１７は、プル（Ｐｕｌｌ）型の静電型トランスデューサの駆動回路の構成例を示す図である。図１７（Ａ）に示すプル（Ｐｕｌｌ）型の静電型トランスデューサ３００は、振動体（振動膜）として３〜１０μｍ程度の厚さのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）等の誘電体３１１（絶縁体）を用いている。誘電体３１１に対しては、アルミ等の金属箔として形成される上電極３１２がその上面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮で形成された下電極３１３が誘電体３１１の下面部に接触するように設けられている。この下電極３１３は、リード３２２が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板３１５に固定されている。
【０１３０】
また、上電極３１２は、リード３２１が接続されており、このリード３２１は直流バイアス電源３３０に接続されている。この直流バイアス電源３３０により上電極３１２には５０〜１５０Ｖ程度の上電極吸着用の直流バイアス電圧が常時印加され、上電極３１２が下電極３１３側に吸着されるようになっている。３３１は信号源である。
【０１３１】
誘電体３１１および上電極３１２ならびにベース板３１５は、メタルリング３１６、３１７、および３１８、ならびにメッシュ３１９ともに、ケース３０１によってかしめられている。
【０１３２】
下電極３１３の誘電体３１１側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μｍ程度の微小な溝（凹凸部）が複数形成されている。この微小な溝は、下電極３１３と誘電体３１１との間の空隙となるので、上電極３１２および下電極３１３間の静電容量の分布が微小に変化する。このランダムな微小な溝は、下電極３１３の表面を手作業でヤスリにより荒らすことで形成されている。プル（Ｐｕｌｌ）型の静電型トランスデューサでは、このようにして空隙の大きさや深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、周波数特性が広帯域となっている。
【０１３３】
図１７（Ａ）に示すプル型の静電型トランスデューサは容量性負荷であり、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路の設計思想を適用することができる。図１７（Ｂ）は、プル型の静電型トランスデューサの回路構成を示す図であり、圧電型の超音波トランスデューサ３００の等価静電容量をＣｐｕｌｌとして示している。
【０１３４】
図１７（Ｂ）において、出力トランスＴを介してパワーアンプ２１からの出力を昇圧した後、プル型の静電型トランスデューサ（Ｃｐｕｌｌ）３００に印加するように構成されている。出力トランスＴの１次側には巻線と直列に１次側外付抵抗Ｒと静電容量Ｃ１が接続される。出力トランスＴの２次側巻線の一方の端子は、プル型の静電型トランスデューサ（Ｃｐｕｌｌ）３００の上側電極３１２に直流バイアス電源３３０を介して接続され、他方の端子は下側電極３１３にそれぞれ接続されている。
【０１３５】
上記の構成により、静電型トランスデューサ１の上側電極３１２と下側電極３１３とには、直流バイアス電圧に重畳した交流信号が印加される。このように、上側電極３１２に直流バイアス電圧と交流信号を印加することにより、振動膜３１１の下側電極３１３に対する吸引力が変化することにより、振動膜３１１が振動し、振動膜から音波が放射される。
【０１３６】
このように、出力トランスＴの２次側に駆動負荷としてプル（Ｐｕｌｌ）型の静電型トランスデューサ（負荷静電容量Ｃｐｕｌｌ）を接続し、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量Ｃｐｕｌｌとによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、静電型トランスデューサの搬送波周波数（駆動周波数）ｆｃと一致あるいは略一致するように、各回路定数とを設定する。これにより、定格駆動時にはトランスＴの２次側が並列共振（反共振）状態となり、所定の出力電圧（負荷端子電圧）を確保しながら、トランスＴの１次側に流れる電流を抑えることができる。
【０１３７】
また、出力トランスＴの１次側に適切な値の抵抗ＲとキャパシタＣ１を接続することによって、トランスＴの２次側に接続される負荷静電容量Ｃｐｕｌｌと合わせて、トランス結合回路によるＢＰＦ特性（駆動周波数帯域において平坦な出力電圧周波数特性）を実現することができる。
【０１３８】
図１８は、圧電型超音波トランスデューサの駆動回路の構成例を示す図である。振動素子として圧電セラミックを用いて電気信号から超音波への変換を行う圧電型の超音波トランスデューサの構成例を示している。図１８（Ａ）は、バイモルフ型の超音波トランスデューサを示し、図１８（Ｂ）は、ユニモルフ型の超音波トランスデューサを示している。
【０１３９】
図１８（Ａ）に示すバイモルフ型の超音波トランスデューサ４０１は、２枚の圧電素子（圧電セラミック）４１１および４１２と、コーン４１３と、ケース４１４と、リード４１５および４１６と、スクリーン４１７とから構成されている。圧電素子４１１および４１２は、互いに貼り合わされていて、その貼り合わせ面と反対側の面にそれぞれリード４１５とリード４１６が接続されている。なお、図１８（Ｂ）に示すユニモルフ型の超音波トランスデューサ４０２では、圧電素子４１８の構成がバイモルフ型と異なるが、基本的には同じ動作原理のものである。
【０１４０】
図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）に示す圧電型のトランスデューサは容量性負荷であり、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路の設計思想を適用することができる。図１８（Ｃ）は、圧電型の超音波トランスデューサの回路構成を示す図であり、バイモルフ型の圧電型トランスデューサ４０１の等価静電容量をＣｂｍとして示している。
【０１４１】
図１８（Ｃ）において、出力トランスＴを介してパワーアンプ２１からの出力を昇圧した後、圧電型トランスデューサ（Ｃｂｍ）４０１に印加するように構成されている。出力トランスＴの１次側には巻線と直列に１次側外付抵抗Ｒと静電容量Ｃ１が接続される。出力トランスＴの２次側巻線の一方の端子は、圧電型トランスデューサ（Ｃｂｍ）４０１の一方の圧電素子４１１に接続され、他方の端子は他方の圧電素子４１２にそれぞれ接続されている。
【０１４２】
上記の構成により、圧電型トランスデューサ４０１の圧電素子４１１と圧電素子４１２には、交流信号が印加される。これにより、圧電素子４１１、４１２が振動することにより、音波が放射される。
【０１４３】
このように、出力トランスＴの２次側に駆動負荷として圧電型トランスデューサ（Ｃｂｍ）を接続し、出力トランスＴの２次側巻線の自己インダクタンスＬ２と負荷静電容量（Ｃｂｍ）とによって形成される回路の共振周波数ｆ０が、静電型トランスデューサの搬送波周波数（駆動周波数）ｆｃと一致あるいは略一致するように、各回路定数とを設定する。これにより、定格駆動時にはトランスＴの２次側が並列共振（反共振）状態となり、所定の出力電圧（負荷端子電圧）を確保しながら、トランスＴの１次側に流れる電流を抑えることができる。
【０１４４】
また、出力トランスＴの１次側に適切な値の抵抗ＲとキャパシタＣ１を接続することによって、トランスＴの２次側に接続される負荷静電容量Ｃｂｍと合わせて、トランス結合回路によるＢＰＦ特性（駆動周波数帯域において平坦な出力電圧周波数特性）を実現することができる。
【０１４５】
［本発明による超音波スピーカを使用した表示装置についての説明］
次に、本発明の駆動回路を有する静電型超音波トランスデューサ（以下、単に「超音波トランスデューサ」ともいう）を使用した表示装置の例について説明する。
図１３は、表示装置の一例として、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（表示装置）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。
【０１４６】
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を挟んで左右に超音波スピーカを構成する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。
【０１４７】
また、プロジェクタ２０１では、超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサとして静電型超音波トランスデューサを使用している。この静電型超音波トランスデューサは、駆動周波数帯域において平坦な出力電圧周波数特性を確保しながら、低損失での駆動が可能な駆動回路を備えており、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。このため、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。
【０１４８】
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は本発明による静電型超音波トランスデューサである。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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、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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
再生範囲制御処理部２１３は、再生範囲を規定する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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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（第一の音域）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（第二の音域）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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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２１８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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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、超音波トランスデューサ２２４Ａ，２２４Ｂの前面側固定電極（上電極）１０Ａと背面側固定電極（下電極）１０Ｂ（図１参照）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、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、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。
【０１６５】
前述したように、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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ２２４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、超音波トランスデューサ２２４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。
【０１６８】
プロジェクタ２０１における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、超音波トランスデューサ２２４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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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、超音波トランスデューサ２２４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、超音波トランスデューサ２２４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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
以上説明したように、本発明の表示装置（プロジェクタ等）では、本発明の駆動回路を有する超音波トランスデューサを使用しており、この超音波トランスデューサを、平坦な出力周波数特性を確保しながら、低損失で駆動することができる。このため音響信号を十分な音圧と広帯域特性を持って、スクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生できる。また、その再生範囲の制御も容易に行えるようになる。
【０１７３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の静電型トランスデューサの駆動回路、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】
【０１７４】
【図１】本発明の適用対象となる静電型トランスデューサの一例を示す図。
【図２】静電型トランスデューサの駆動回路の構成例を示す図。
【図３】静電型トランスデューサの部分を等価回路で書き換えた図。
【図４】静電型トランスデューサ駆動回路の等価回路を示す図。
【図５】結合静電容量Ｃ１がない場合の回路全体の通過特性を示す図。
【図６】結合静電容量と、ＨＰＦとＬＰＦの通過特性の対称性を示す図。
【図７】回路全体の通過特性を示す図。
【図８】１次側外付抵抗と通過特性の平坦度との関係を示す図。
【図９】ＨＰＦとＬＰＦの共振特性と通過特性を示す図。
【図１０】２次側出力電圧と１次側電流との周波数特性を示す図。
【図１１】トランス結合係数と通過帯域との関係を示す図。
【図１２】本発明の駆動回路を使用した超音波スピーカの構成例を示す図。
【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】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。
【図１７】プル型の静電型トランスデューサの回路構成例を示す図。
【図１８】共振型の超音波トランスデューサの回路構成例を示す図。
【符号の説明】
【０１７５】
１…静電型トランスデューサ、１０…固定電極、１０Ａ…前面側固定電極１０Ｂ…背面側固定電極、１１…支持部材、１２…振動膜、１４、１４Ａ、１４Ｂ…貫通孔、１６…直流電源、１８Ａ、１８Ｂ…交流信号、２１…パワーアンプ、３１…可聴周波数波信号源、３２…キャリア波信号源、３３…変調器、１２０…絶縁膜、１２１…振動膜電極、Ｃ１…結合静電容量、ＣＬＡ、ＣＬＢ…静電型トランスデューサの負荷静電容量、ＣＬ…静電型トランスデューサの合成静電容量、ＣＬ１…負荷静電容量、Ｅ…直流バイアス電圧、Ｌ１…１次側自己インダクタンス、Ｌ２…２次側自己インダクタンス、ＬＬ…漏洩インダクタンス、Ｒ…１次側外付抵抗、Ｒｓ…抵抗、Ｔ…出力トランス、２０１…プロジェクタ、２０２…スクリーン、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、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、３００…プル（Ｐｕｌｌ）型の静電型トランスデューサ、４０１、４０２…圧電型の超音波トランスデューサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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