(57)【要約】【課題】振動膜の振動部分以外の領域を静電力のみで固定し、膜振動の歪の影響等を低減する。【解決手段】プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサ１において、貫通穴１４を有する一対の固定電極１０、１１のそれぞれに、振動膜１２の貫通穴１４に対面する部分を振動領域として振動させるための振動用電極１０１、１１１と、振動膜１２の非振動領域を固定するための固定用電極１０２、１１２とを形成する。そして、振動膜１２の電極層１２１と振動用電極１０１、１１１との間に交流信号を印加し、振動膜１２の振動領域を振動させる。また、振動膜１２の電極層１２１と固定用電極１０２、１１２との間に直流電圧を印加し、振動膜１２の非振動領域を静電力により固定する。【選択図】図１
2008042869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通穴と複数の電極パターンを有する第一の電極と、
前記第一の電極の前記貫通穴と対をなす貫通穴と前記電極パターンと対をなす複数の電極パターンを有する第二の電極と、
電極層を有するとともに前記第一の電極と第二の電極とからなる一対の電極に挟まれた振動膜と、
前記一対の電極の前記電極パターンと前記振動膜の電極層との間に電圧を印加し、前記振動膜を複数の駆動条件で駆動する制御手段と、
を有す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】
前記電極は、
前記振動膜を振動させる振動用電極パターンと、
前記振動膜を前記一対の電極に対し固定させる固定用電極パターンと
を有し、
前記制御手段は、
前記振動膜を振動させる際に、前記振動膜の一部を前記一対の電極に対し固定するように前記振動膜の電極層と固定用電極パターンとの間に電圧を印加すること
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】
前記振動用電極パターンは、
前記振動膜を複数のブロックに分けて駆動するように分割されており、
前記制御手段は、
前記振動膜を駆動する際に、前記振動膜の電極層と前記振動用電極パターンの各ブロックとの間に印加する交流信号の位相を、隣接する前記ブロック間でそれぞれ所定の位相差をもたせるように制御すること
を特徴とする請求項２に記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項４】
複数の電極パターンを有するとともに表面に凹凸部を有する電極と、
電極層を有するとともに前記電極の表面に保持された振動膜と、
前記電極の前記電極パターンと前記振動膜の電極層との間に電圧を印加し、前記振動膜を複数の駆動条件で駆動する制御手段と、
を有す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５】
前記電極は、
前記振動膜を振動させる振動用電極パターンと、
前記振動膜を前記電極に対して固定させる固定用電極パターンと
を有し、
前記制御手段は、
前記振動膜を駆動する際に、前記振動膜の一部を前記電極に対して固定するように前記振動膜の電極層と固定電極用パターンとの間に電圧を印加すること
を特徴とする請求項４に記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項６】
前記振動用電極パターンは、
前記振動膜を複数のブロックに分けて駆動するように分割されており、
前記制御手段は、
前記振動膜を駆動する際に、前記振動膜の電極層と前記振動用電極パターンの各ブロックとの間に印加する交流信号の位相を、隣接する前記ブロック間でそれぞれ所定の位相差をもたせるように制御すること
を特徴とする請求項５に記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサを有することを特徴とする超音波スピーカ。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサを使用すると共に、
信号源により可聴周波数帯の信号波を生成する手順と、
キャリア波供給源により超音波周波数帯のキャリア波を生成する手順と、
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した変調信号を生成する手順と、
前記電極と前記振動膜の電極層との間に前記変調信号を印加することにより前記静電型超音波トランスデューサを駆動する手順と、
を含むことを特徴とする静電型超音波トランスデューサによる音声信号再生方法。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサを用いて構成された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超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中高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低音域の音声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超指向性音響システム。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサを含んで構成され、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、
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。
【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に係り、特に、歪の影響等を低減すると共に、振動膜に対し領域別に振動制御が行える、静電型超音波トランスデューサ、これを用いた超音波スピーカ、静電型超音波トランスデューサによる音声信号再生方法、超指向性音響システム及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より静電方式の超音波トランスデューサは高周波数帯域にわたって高い音圧を発生可能な広帯域発振型超音波トランスデューサとして知られている。図７に広帯域発振型の静電型超音波トランスデューサの構成例を示す。この静電型超音波トランスデューサ３は、振動膜が固定電極側に引き付けられる方向のみ働くことからプル型（Ｐｕｌｌ型）と呼ばれている。
【０００３】
図７に示す静電型の超音波トランスデューサ３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１３１（絶縁体）を用いている。誘電体１３１に対しては、アルミ等の金属箔として形成される上電極１３２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１３３が誘電体１３１の下面部に接触するように設けられている。この下電極１３３は、リード１５２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１３５に固定されている。
【０００４】
また、上電極１３２は、リード１５３が接続されており、このリード１５３は直流バイアス電源１５０に接続されている。この直流バイアス電源１５０により上電極１３２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１３２が下電極１３３側に吸着されるようになっている。１５１は信号源である。
【０００５】
誘電体１３１および上電極１３２ならびにベース板１３５は、メタルリング１３６、１３７、および１３８、ならびにメッシュ１３９とともに、ケース１３０によってかしめられている。
【０００６】
下電極１３３の誘電体１３１側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μｍ程度の微小な溝が複数形成されている。この微小な溝は、下電極１３３と誘電体１３１との間の空隙となるので、上電極１３２および下電極１３３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１３３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。静電方式の超音波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（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００７】
上述したように、図７に示す静電方式の超音波トランスデューサ３は従来から広周波数帯に渡って比較的高い音圧を発生させることが可能な広帯域超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）として知られている。
【０００８】
しかしながら、音圧の最大値はやや低く、例えば、１２０ｄＢ以下と音圧が低く、超音波スピーカとして利用するには若干音圧が不足していた。超音波スピーカにおけるパラメトリック効果が十分現れるためには１２０ｄＢ以上の超音波音圧が必要であるが、静電型の超音波トランスデューサ（プル型）ではこの数値を達成することが難しく、もっぱらＰＺＴなどのセラミック圧電素子やＰＶＤＦなどの高分子圧電素子が超音波発信体として用いられてきた。しかし、圧電素子はその材質を問わず鋭い共振点を有しており、その共振周波数で駆動して超音波スピーカとして実用化しているため、高い音圧を確保出来る周波数領域が極めて狭い。すなわち狭帯域であるといえる。
【０００９】
このような問題を解決するために、図８に示すような、静電型超音波トランスデューサ４が現在提案されている（特願２００４−１７３９４６号）。このような構造は一般にプッシュプル（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）型と呼ばれており、プル（Ｐｕｌｌ）型の静電型超音波トランスデューサに比して、広帯域性と高音圧を同時に満たす能力を持っている。
【００１０】
図８において、プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサ４は、電極として機能する導電性材料で形成された導電部材を含む一対の固定電極１０、１１と、一対の固定電極に挟持され、電極層（導電層）１２１を有する振動膜１２と、一対の固定電極１０、１１と振動膜を保持する部材（図示せず）とを有している。
【００１１】
振動膜１２は、絶縁体１２０で形成され、導電性材料で形成された電極層１２１を有しており、該電極層１２１には、直流バイアス電源１６により単一極性（正極性でも負極性のいずれでもよい）の直流バイアス電圧が印加されるようになっている。
【００１２】
また、一対の固定電極１０、１１は振動膜１２を介して対向する位置に同数かつ複数の貫通穴（段付きの貫通穴）１４を有しており、一対の固定電極１０、１１の導電部材間には信号源１８Ａ、１８Ｂにより交流信号が印加されるようになっている。固定電極１０と電極層１２１、固定電極１１と電極層１２１は、それぞれコンデンサが形成されている。
【００１３】
上記構成において、超音波トランスデューサ４は、振動膜１２の電極層１２１に、直流バイアス電源１６により単一極性の（本例では正極性の）直流バイアス電圧が印加される。一方、一対の固定電極１０、１１には、信号源１８Ａ、１８Ｂにより交流信号が印加される。この結果、信号源１８Ａ、１８Ｂから出力される交流信号の正の半サイクルでは、固定電極１０に正の電圧が印加されるために、振動膜１２の固定電極で挟持されていない表面部分１２Ａには、静電反発力が作用し、表面部分１２Ａは、図８上、下方に引っ張られる。また、このとき、対向する固定電極１１には、負の電圧が印加されるために、振動膜１２の前記表面部分１２Ａの裏面側である裏面部分１２Ｂには、静電吸引力が作用し、裏面部分１２Ｂは、図８上、さらに下方に引っ張られる。
【００１４】
したがって、振動膜１２の一対の固定電極１０、１１により挟持されていない膜部分は、同方向に静電反発力と静電斥力を受ける。これは、信号源１８Ａ、１８Ｂから出力される交流信号の負の半サイクルについても同様に、振動膜１２の表面部分１２Ａには図８上、上方に静電吸引力が、また裏面部分１２Ｂには、図８上、上方に静電反発力が作用し、振動膜１２の一対の固定電極１０、１１により挟持されていない膜部分は、同方向に静電反発力と静電斥力を受ける。このようにして、交流信号の極性の変化に応じて振動膜１２が同方向に静電反発力と静電斥力を受けながら、交互に静電力が働く方向が変化するので、大きな膜振動、すなわち、パラメトリックアレイ効果を得るのに十分な音圧レベルの音響信号を発生することができる。
【００１５】
このように超音波トランスデューサ４は、振動膜１２が一対の固定電極１０、１１から力を受けて振動することからプッシュプル（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）型と呼ばれている。プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサ４は、振動膜に静電吸引力のみしか作用しないプル型（Ｐｕｌｌ）型の静電型超音波トランスデューサに比して、広帯域性と高音圧を同時に満たす能力を持っている。
【００１６】
図８に示す静電型超音波トランスデューサ４において、固定電極１０、１１は、その材質が導電性であればよく、例えば、ＳＵＳや真鍮、鉄、ニッケルの単体構成も可能である。また、軽量化をはかる必要があるため、回路基板などで一般的に用いられるガラスエポシキ基板や紙フェノール基板に所望の穴加工を施した後、ニッケルや金、銀、銅などでメッキ処理をすることなども可能である。またこの場合成型後のソリを防止するために基板へのメッキ加工は両面に施すなどの工夫も有効である。ただし絶縁性を考慮すると、各々の固定電極の振動膜側には何らかの絶縁処理が施される事が望ましい。例えば、液状ソルダーレジスト、感光性フィルム、感光性コート材、非導電性塗料、電着材料などで絶縁された凸部を形成する。
【００１７】
ところで、上述したように、プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサにおいては、振動膜には高電圧の直流バイアス電圧が印加され、固定電極には交流電圧が印加されることにより、固定電極−振動膜に働く静電力（引力及び斥力）により膜部分が振動する。この場合、超音波帯の振動を実現する為には振動部分の穴径を数ｍｍ以下にする必要があり、多数の振動穴を設けることにより、追従性が高くて出力が大きいトランスデューサを構成する必要がある。
【００１８】
しかしながら、上記構造における駆動方法では、振動膜は各振動穴間（固定電極により上下から押さえつけられている領域）においても振動力が働く、またその領域において振動膜は固着されている状態にはなく、各振動穴間の距離が短い場合には振動膜が横滑りを起すという問題が生じる。このように振動膜が横滑りを起こすと、振動膜から発生する音響信号に振動歪が生じ、音質が劣化する。
【特許文献１】特開２０００−５０３８７号公報
【特許文献２】特開２０００−５０３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述したように、図８に示すようなプッシュプル型の静電型超音波トランスデューサにおいては、振動膜は各振動穴間（固定電極により上下から押さえつけられている領域）においても振動力が働く、またその領域において振動膜は固着されている状態にはなく、各振動穴間距離が短い場合には膜が横滑りを起すという問題が生じる。この膜の横滑りにより、振動膜の振動歪が生じるという問題が生じていた。
【００２０】
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、振動膜の振動部分以外の領域（非振動領域）を静電力のみで固定することで、アレイ配置された振動穴の相互独立性を向上し、膜振動の振動歪の影響等を低減することを可能にし、また、振動膜に対し領域別に振動制御を可能にし、さらに、アレイ配置された振動穴の駆動を部分的に位相制御することにより指向性のコントロールが可能となる、静電型超音波トランスデューサ、これを用いた超音波スピーカ、静電型超音波トランスデューサによる音声信号再生方法、超指向性音響システム及び表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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、本発明の超音波トランスデューサは、貫通穴と複数の電極パターンを有する第一の電極と、前記第一の電極の前記貫通穴と対をなす貫通穴と前記電極パターンと対をなす複数の電極パターンを有する第二の電極と、電極層を有するとともに前記第一の電極と第二の電極とからなる一対の電極に挟まれた振動膜と、前記一対の電極の前記電極パターンと前記振動膜の電極層との間に電圧を印加し、前記振動膜を複数の駆動条件で駆動する制御手段とを有す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超音波トランスデューサ（例えば、図１に示すプッシュプル型の静電型超音波トランスデューサ）において、複数の貫通穴を有する一対の電極（例えば、図１に示す固定電極１０、１１）のそれぞれに、複数の駆動機能に対応した電極パターンを積層して形成する（例えば、図１に示す振動用電極１０１、１１１と固定用電極１０２、１１２等の電極パターンを積層して形成する）。そして、各電極パターンと、振動膜の電極層（例えば、図１に示す電極層１２１）との間に、駆動機能に応じた電圧を印加する。
これにより、プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサにおいて、上記一対の電極の電極パターンの構造を複層とすることを可能とし、振動膜に対し領域別に振動制御が可能となる。例えば、振動膜の振動部分以外の領域（非振動領域）を静電力のみで固定することで、膜振動の歪の影響等を低減できる。
【００２２】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記電極は、前記振動膜を振動させる振動用電極パターンと、前記振動膜を前記一対の電極に対し固定させる固定用電極パターンとを有し、前記制御手段は、前記振動膜を振動させる際に、前記振動膜の一部を前記一対の電極に対し固定するように前記振動膜の電極層と固定用電極パターンとの間に電圧を印加す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超音波トランスデューサ（例えば、図１に示すプッシュプル型の静電型超音波トランスデューサ）において、複数の貫通穴を有する一対の電極（例えば、図１に示す固定電極１０、１１）のそれぞれに、振動膜の振動部分（固定電極の貫通穴に対面する振動膜の振動領域）を振動させるための振動用電極パターンと、振動膜の非振動部分（非振動領域）を前記一対の電極に対して固定させるための固定用電極パターンを形成する（例えば、図１に示す振動用電極１０１、１１１と固定用電極１０２、１１２等の電極パターンを形成する）。そして、振動膜の電極層と振動用電極パターンとの間に交流信号を印加し、振動膜を振動させると共に、振動膜の電極層と固定用電極パターンとの間に直流電圧を印加し、振動膜の非振動領域を前記一対の電極に対して固定する。
これにより、振動膜の振動部分以外の領域（非振動領域）を静電力のみで固定することができ、歪の影響等を低減できる。
【００２３】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記振動用電極パターンは、前記振動膜を複数のブロックに分けて駆動するように分割されており、  前記制御手段は、前記振動膜を駆動する際に、前記振動膜の電極層と前記振動用電極パターンの各ブロックとの間に印加する交流信号の位相を、隣接する前記ブロック間でそれぞれ所定の位相差をもたせるように制御す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超音波トランスデューサにおいて、振動膜の膜振動部分（固定電極の貫通穴に対面する振動膜の振動領域）を複数のブロックに分割し、各ブロックに対応して振動用電極パターンを分割する。そして、ブロック単位で位相の異なる音響信号を出力するように交流信号の位相制御を行い、この位相制御された交流信号を分割された各電極パターンに印加し、静電型超音波トランスデューサから放射される音の指向性制御を行う。
これにより、静電型超音波トランスデューサにおいて指向性のコントロールが可能となる。
【００２４】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、複数の電極パターンを有するとともに表面に凹凸部を有する電極と、電極層を有するとともに前記電極の表面に保持された振動膜と、前記電極の前記電極パターンと前記振動膜の電極層との間に電圧を印加し、前記振動膜を複数の駆動条件で駆動する制御手段とを有することを特徴とする。
このような構成により、プル型の静電型超音波トランスデューサ（例えば、図４に示すプル型の静電型超音波トランスデューサ）において、複数の凹部（または貫通穴）を有する電極（例えば、図４に示す固定電極１１）に、駆動機能別に電極パターンを積層して形成する（例えば、図４に示す振動用電極１１１と固定用電極１１２等の電極パターンを多層に形成する）。そして、各電極パターンと、振動膜の電極層（例えば、図４に示す電極層１２１）との間に、駆動機能に応じた電圧を印加する。
これにより、プル型の静電型超音波トランスデューサにおいて、一対の電極の電極パターンの構造を複層とすることを可能とし、振動膜に対し領域別に振動制御が可能となる。
例えば、振動膜の振動部分以外の領域（非振動領域）を静電力のみで固定することで、膜振動の歪の影響等を低減できる。
【００２５】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記電極は、前記振動膜を振動させる振動用電極パターンと、前記振動膜を前記電極に対して固定させる固定用電極パターンとを有し、前記制御手段は、前記振動膜を駆動する際に、前記振動膜の一部を前記電極に対して固定するように前記振動膜の電極層と固定電極用パターンとの間に電圧を印加することを特徴とする。
このような構成により、プル型の静電型超音波トランスデューサ（例えば、図４に示すプル型の静電型超音波トランスデューサ）において、複数の貫通穴を有する電極（例えば、図４に示す固定電極１１）に、振動膜の振動部分（電極の凹部に対面する振動膜の振動領域）を振動させるための振動用電極パターンと、振動膜の非振動領域を固定させるための固定用電極パターンを形成する（例えば、図４に示す振動用電極１１１と固定用電極１１２の電極パターンを形成する）。そして、振動膜の電極層と振動用電極パターンとの間に交流信号を印加し、振動膜を振動させると共に、振動膜の電極層と固定用電極パターンとの間に直流電圧を印加し、振動膜の非振動領域を固定する。
これにより、振動膜の振動部分以外の領域（非振動領域）を静電力のみで固定することができ、膜振動の歪の影響等を低減できる。
【００２６】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記振動用電極パターンは、前記振動膜を複数のブロックに分けて駆動するように分割されており、前記制御手段は、前記振動膜を駆動する際に、前記振動膜の電極層と前記振動用電極パターンの各ブロックとの間に印加する交流信号の位相を、隣接する前記ブロック間でそれぞれ所定の位相差をもたせるように制御することを特徴とする。
このような構成により、プル型の静電型超音波トランスデューサにおいて、振動膜の膜振動部分（電極の凹部に対面する振動膜の振動領域）を複数のブロックに分割し、各ブロックに対応して振動用電極パターンを分割する。そして、ブロック単位で位相の異なる音響信号を出力するように交流信号の位相制御を行い、この位相制御された交流信号を分割された各電極パターンに印加し、静電型超音波トランスデューサから放射される音の指向性制御を行う。
これにより、静電型超音波トランスデューサにおいて指向性のコントロールが可能となる。
【００２７】
また、本発明の超音波スピーカは、前記いずれかに記載の静電型超音波トランスデューサを有することを特徴とする。
これにより、歪の影響等の低減した超音波スピーカを提供できる。また、指向性のコントロールが可能な超音波スピーカを提供できる。
【００２８】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサによる音声信号再生方法は、前記いずれかに記載の静電型超音波トランスデューサを使用すると共に、信号源により可聴周波数帯の信号波を生成する手順と、キャリア波供給源により超音波周波数帯のキャリア波を生成する手順と、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した変調信号を生成する手順と、前記電極と前記振動膜の電極層との間に前記変調信号を印加することにより前記静電型超音波トランスデューサを駆動する手順とを含むことを特徴とする。
このような手順を含む静電型超音波トランスデューサの音声信号再生方法では、信号源により可聴周波数帯の信号波が生成され、またキャリア波供給源により超音波周波数帯のキャリア波が生成され、出力される。そして、キャリア波が前記可聴周波数帯の信号波により変調され、この変調信号が電極と振動膜の電極層との間に印加され、静電型超音波トランスデューサが駆動される。
これにより、上記構成の静電型超音波トランスデューサにより、膜振動の歪みの影響を低減するとともに、膜振動を増大でき、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分高い音圧レベルでかつ歪みが低減された音響信号を出力し、音声信号を再生することが可能になる。
【００２９】
また、本発明の超指向性音響システムは、前記いずれかに記載の静電型超音波トランスデューサを用いて構成された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超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中高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低音域の音声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。
上記構成の超指向性音響システムでは、前記いずれかの静電型超音波トランスデューサで構成される超音波スピーカを使用する。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の音声信号は低音再生用スピーカにより再生する。
したがって、中高音域の音響を、静電型超音波トランスデューサの膜振動の影響が低減された状態で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。
【００３０】
また、本発明の表示装置は、前記いずれかに記載の静電型超音波トランスデューサを含んで構成され、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、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。
上記構成の表示装置では、前記いずれかの静電型超音波トランスデューサで構成される超音波スピーカを使用する。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、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。このため、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、超音波スピーカから放射される音の指向性制御を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の超音波トランスデューサの第１の実施の形態を示す図である。図１に示す例は、プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサに本発明を適用した例を示している。図１（Ａ）は、プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサの全体構成を示す図である。図１（Ａ）に示す静電型超音波トランスデューサ１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と基本的には同じ構成である。だだし、図１に示す超音波トランスデューサでは、固定電極１０、１１に複数の電極パターンが形成され、また、複数の電極パターンを形成するために固定用電極１０、１１が絶縁材料で構成されている。
【００３２】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の部分拡大図であり、複数の電極パターンとして、振動用電極と固定用電極を配置した例を示したものである。また、図１（Ｃ）は、振動用電極と固定用電極の配置関係を示す図であり、静電型超音波トランスデューサ１を図１上で上から見た場合の図である。
【００３３】
図１（Ｂ）に示すように、プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサ１には、上側の固定電極１０に振動用電極１０１を各振動穴形状（貫通穴あり）に配置し、それらを繋げるような1枚電極パターンとして用意する。すなわち、固定電極１０の貫通穴（段つき貫通穴）１４の内部の、小さい穴径と大きい穴径の貫通穴の段差により貫通穴１４内に形成される帯状の環状面に１４Ａに振動用電極１０１が配置される。この振動用電極１０１は、図１（Ｃ）に示すように、環状の電極パターンとなる。なお、振動用電極１０１から伸びる帯状の部分１０１Ａは、隣接する貫通穴１４の振動用電極１０１とを接続するための配線パターンとなる部分である。
【００３４】
また、上側の固定電極１０の貫通穴１４以外の部分には、振動用電極１０１と接触しない位置に、固定用電極１０２が配置される。振動用電極１０１と固定用電極１０２は、同一平面上ではなく、絶縁材を挟む形で上下平面に分けて配置される。同様にして、下側の固定電極１１には、貫通穴１４の部分に振動用電極１１１が配置され、貫通穴１４以外の部分には固定用電極１１２が配置される。振動用電極１１１と固定用電極１１２は、同一平面上ではなく、絶縁材を挟む形で上下平面に分けて配置される。このような構成にすることで、振動用電極１０１、１１１と固定用電極１０２、１１２とはそれぞれ独立しており、振動用と固定用の駆動を部分的に分けて構成することが可能となる。
【００３５】
なお、静電型超音波トランスデューサ１の上面に設けられた電極基材１３Ａ、および下面に設けられた電極基材１３Ｂは、固定電極１０、１１を覆い保護するための基材であり、本発明の動作には、直接には関係しないものである。
【００３６】
図２は、図１に示す静電型超音波トランスデューサにおける信号接続例を示す図である。図２の信号接続例に示すように、上側の固定用電極１０内の固定用電極１０２には、振動膜１２の電極層１２１に対して、直流電源１９により単一極性の（本例では正極性の）直流電圧が印加され、下側の固定電極１１内の固定用電極１１２には、振動膜１２の電極層１２１に対して、直流電源２０により単一極性の（本例では正極性の）直流電圧が印加される。これにより、振動膜１２の電極層１２１と固定用電極１０２との間には静電吸引力が作用し、また、振動膜１２の電極層１２１と固定用電極１１２との間にも静電吸引力が作用する。このため、振動膜１２の非振動領域を固定電極１０、１１に静電力により固定することができる。
【００３７】
また、振動膜１２の電極層１２１と振動用電極１０１、１０２との間に、直流バイアス電源１６により単一極性の（本例では正極性の）直流バイアス電圧が印加される。また振動用電極１０１には信号源１８Ａから出力される交流信号が、直流バイアス電圧が重畳された状態で印加される。同様に、振動用電極１１１には信号源１８Ｂから出力される交流信号が、直流バイアス電圧が重畳された状態で印加される。
【００３８】
この結果、信号源１８Ａ、１８Ｂから出力される交流信号の正の半サイクルでは、振動用電極１０１に正の電圧が印加されるために、振動膜１２の固定電極で挟持されていない表面部分１２Ａには、静電反発力が作用し、表面部分１２Ａは、図２上、下方に引っ張られる。
【００３９】
また、このとき、対向する振動用電極１１１には、負の電圧が印加されるために、振動膜１２の前記表面部分１２Ａの裏面側である裏面部分１２Ｂには、静電吸引力が作用し、裏面部分１２Ｂは、図２上、さらに下方に引っ張られる。したがって、振動膜１２の一対の固定電極１０、１１により挟持されていない膜部分は、同方向に静電反発力と静電斥力を受ける。
【００４０】
これは、信号源１８Ａ、１８Ｂから出力される交流信号の負の半サイクルについても同様に、振動膜１２の表面部分１２Ａには図２上、上方に静電吸引力が、また裏面部分１２Ｂには、図２上、上方に静電反発力が作用し、振動膜１２の一対の固定電極１０、１１により挟持されていない膜部分は、同方向に静電反発力と静電斥力を受ける。
【００４１】
このようにして、交流信号の極性の変化に応じて振動膜１２が同方向に静電反発力と静電斥力を受けながら、交互に静電力が働く方向が変化するので、大きな膜振動、すなわち、パラメトリックアレイ効果を得るのに十分な音圧レベルの音響信号を発生することができる。
【００４２】
以上、説明したように、図１に示す第１の実施の形態では、振動膜１２の振動部以外の領域を静電力で固定するようにし、アレイ配置された振動穴（固定電極の貫通穴１４に対面する振動膜の振動領域）の相互独立性を向上でき、歪の影響等を低減することができる。
【００４３】
なお、振動膜１２と固定用電極１０２、１１２との間に印加する直流電圧の値を加減することにより、振動膜１２の電極層１２１と固定用電極１０２、１１２との間に印加する静電力を加減し、振動膜１２の膜振動部分の外周を固定端から自由端にすることが可能であり、これにより、膜振動を増大させることが可能となる。
【００４４】
［第２の実施の形態］
また、図３は、本発明による静電型超音波トランスデューサの第２の実施の形態を示す図である。図３に示す例は、図１に示す第１の実施の形態の場合と比較して、固定用電極１０２、１１２の位置を振動膜１２に、より接近させて配置した例である。このようにすることにより、固定用電極１０２、１１２と振動膜１２とを静電力により固定するために必要な直流電圧を小さくすることができる。
【００４５】
［第３の実施の形態］
本発明の静電型超音波トランスデューサにおいては、プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサのみならず、プル型の静電型超音波トランスデューサにより実現することができる。
【００４６】
図４は、本発明の静電型超音波トランスデューサの第３の実施の形態を示す図であり、プル型の静電型超音波トランスデューサを構成した例である。
【００４７】
図４（Ａ）は、静電型超音波トランスデューサ２の全体構成を示す図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の部分拡大図であり、振動用電極と固定用電極の配置例を示したものである。また、図４（Ｃ）は、信号接続例を示す図であり、図４（Ｄ）は固定電極１１の変形例を示す図である。
【００４８】
図４に示す例は、図１に示す静電型超音波トランスデューサ１の上側の固定用電極１０の部分を撤去した構成例となっている。また、図７に示す超音波トランスデューサ３と比較して、図７に示す凹凸部を有する固定電極１３３の凹部を、図４に示す貫通穴１４に置き換えた構成としたものである。このような構成にすることにより、貫通穴１４による空気の流通性が向上し、振動膜１２からの音響信号の放射効率を向上させたものである。なお、図４に示す固定電極１１を、図７に示すような凹凸部を有する固定電極１３３と同様なもの置き換え、図４（Ｄ）に示す構成にすることもできる。
【００４９】
なお、図４に示す例は、図１に示す静電型超音波トランスデューサ１の上側の固定用電極１０を撤去してプル型の静電型超音波トランスデューサとしただけのものであり、振動用電極１１１、固定用電極１１２の機能および動作は、図１に示す場合と同様であり、その説明は省略する。
【００５０】
［第４の実施の形態］
本発明の静電型超音波トランスデューサにおいては、固定電極に電極パターンを駆動機能別に多層に設け、各電極パターンに駆動機能を応じた電圧を印加することができるので、振動膜に対し領域別に振動制御が可能となる。
【００５１】
このため、固定電極のアレイ状に設けられた振動膜の振動部分（固定電極の貫通穴に対面する振動膜の振動領域）を複数のブロックに分割して、ブロック単位で位相の異なる音響信号を出力するように交流信号の位相制御を行い、放射する音の指向性制御を行うことができる。
【００５２】
図５は、静電型超音波トランスデューサの指向性を制御する構成例を示す図である。図５に示す例では、振動膜の振動部分１５に対応する振動用電極を、４つの電極パターン２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄに分割し、各電極パターンにおける交流信号の位相を矢印Ａの方向に遅らせるようにしたものである。これにより、音波放射面２２から放射される音響信号の波面を矢印Ｂ（図面上の方向）に向けて傾斜させ指向性を持たせるようにすることができる。
【００５３】
［第５の実施の形態］
次に、図１、図３、図４、および図５に示す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。
【００５４】
図６は、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の一般的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挿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。
【００５５】
図６に示す超音波スピーカ３０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発振源（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３４と、超音波トランスデューサ３５とを有している。
【００５６】
変調器３３は、キャリア波信号源３２から出力されるキャリア波を可聴周波数波信号発振源３１から出力される可聴波周波数帯の信号波により変調し、パワーアンプ３４を介して超音波トランスデューサ３５に供給する。
【００５７】
上記構成において、可聴周波数波信号発振源３１より出力されるオーディオ信号波により、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３４で増幅した変調信号により超音波トランスデューサ３５を駆動する。この結果、上記変調信号が超音波トランスデューサ３５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。
【００５８】
なお、図５に示す、アレイ配置された振動部分（固定電極の貫通穴に対面する振動膜の振動領域）の駆動を部分的に位相制御する超音波トランスデューサを使用する場には、パワーアンプ３４内に、分割された電極パターンごとに位相をシフトし、増幅を行う回路が含まれる。
【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、固定電極の電極パターンの構造を複層とすることで、振動膜に対し領域別に振動制御を可能としている。例えば、振動膜の振動部分以外の領域を静電力のみで固定することにより、アレイ配置された振動部分の相互独立性を向上でき、歪の影響等の低減が可能となる。また、アレイ配置された振動部分の駆動を部分的に位相制御することにより、指向性のコントロールが可能となる。
【００６０】
［本発明による超指向性音響システムの構成例の説明］
次に、本発明の静電型超音波トランスデューサ、すなわち、貫通穴が形成された第１の電極と、前記第１の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第２の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加されかつ前記一対の電極間と前記電極層との間に交流信号を印加することにより駆動される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜を保持する保持部材とを有し、前記第１、第２の電極のそれぞれに、複数の駆動機能に対応した電極パターンを積層して形成し、前記積層して形成された電極パターンと前記振動膜の電極層との間に、前記駆動機能を規定する駆動条件に応じた電圧を印加するように制御する制御手段を有するＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサ、あるいは、表面に凹凸部を有する電極と、前記電極の表面に設置され電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加されかつ前記振動膜の電極層と前記電極との間に交流信号を印加することにより駆動される振動膜と、前記電極と振動膜とを保持する部材とを有し、前記電極に駆動機能別に電極パターンを積層して形成し、前記積層して形成された電極パターンと前記振動膜の電極層との間に、前記駆動機能を規定する駆動条件に応じた電圧を印加するように制御する制御手段を有するＰｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサを用いて構成される超音波スピーカを使用した超指向性音響システムについて説明する。
【００６１】
以下、本発明に係る超指向性音響システムの一例としてプロジェクタを例に採り説明する。なお、本発明に係る超指向性音響システムは、プロジェクタに限らず、音声と映像の再生を行う表示装置に広く適用できるものである。
図９は本発明に係るプロジェクタの使用状態を示している。同図に示すように、プロジェクタ３０１は視聴者３０３の後方に設置され、視聴者３０３の前方に設置されたスクリーン３０２に映像を投影するとともに、プロジェクタ３０１に搭載されている超音波スピーカによりスクリーン３０２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。
【００６２】
プロジェクタ３０１の外観構成を図１０Ａおよび図１０Ｂに示す。プロジェクタ３０１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３２０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３２４Ａ，３２４Ｂ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３３１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３２４Ａ，３２４Ｂ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３２０の底面には低音再生用スピーカ３２３が設けられている。また、３２５は、プロジェクタ本体３２０の高さ調整を行うための高さ調節ねじ、３２６は、空冷フアン用の排気口である。
【００６３】
また、プロジェクタ３０１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本発明によるＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサを使用しており、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。
【００６４】
次に、プロジェクタ３０１の電気的構成を図１１に示す。プロジェクタ３０１は、操作入力部３１０と、再生範囲設定部３１２、再生範囲制御処理部３１３、音声／映像信号再生部３１４、キャリア波発振源３１６、変調器３１８Ａ，３１８Ｂ、パワーアンプ３２２Ａ，３２２Ｂ及び静電型超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂからなる超音波スピーカと、ハイパスフィルタ３１７Ａ，３１７Ｂと、ローパスフィルタ３１９と、加算器３２１と、パワーアンプ３２２Ｃと、低音再生用スピーカ３２３と、プロジェクタ本体３２０とを有している。なお、静電型超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂは本発明によるＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサである。
【００６５】
プロジェクタ本体３２０は、映像を生成する映像生成部３３２と、生成された映像を投影面に投影する投影光学系３３３とを有している。プロジェクタ３０１は、超音波スピーカ及び低音再生用スピーカ３２３と、プロジェクタ本体３２０とが一体化されて構成されている。
【００６６】
操作入力部３１０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３１２は、ユーザが操作入力部３１０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３２４Ａ，３２４Ｂ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。
【００６７】
また、再生範囲設定部３１２は、音声／映像信号再生部３１４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３１３は、再生範囲設定部３１２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３１６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３１６を制御する機能を有する。
例えば、再生範囲設定部３１２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３１６に対して５０ｋＨｚで発振するように制御する。
【００６８】
再生範囲制御処理部３１３は、再生範囲を規定する超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂ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３１３は、再生範囲設定部３１２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３１６を制御する。
【００６９】
音声／映像信号再生部３１４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３１７Ａを介して変調器３１８Ａに、Ｌチャンネルの音声信号はハイパスフィルタ３１７Ｂを介して変調器３１８Ｂに、映像信号はプロジェクタ本体３２０の映像生成部３３２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３１４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、加算器３２１により合成され、ローパスフィルタ３１９を介してパワーアンプ３２２Ｃに入力されるようになっている。音声／映像信号再生部３１４は、音響ソースに相当する。
【００７０】
ハイパスフィルタ３１７Ａ，３１７Ｂ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、それぞれ超音波トランスデューサ３２４Ａ、３２４Ｂ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３２３により再生されることとなる。
【００７１】
なお、音声／映像信号再生部３１４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３１４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３１２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。
【００７２】
キャリア波発振源３１６は、再生範囲設定部３１２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３１８Ａ，３１８Ｂに出力する機能を有している。
変調器３１８Ａ，３１８Ｂは、キャリア波発振源３１６から供給されるキャリア波を音声／映像信号再生部３１４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３２２Ａ，３２２Ｂに出力する機能を有する。
【００７３】
超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂは、それぞれ、変調器３１８Ａ，３１８Ｂからパワーアンプ３２２Ａ，３２２Ｂ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。
【００７４】
映像生成部３３２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３１４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３１４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３３３は、ディスプレイに表示された映像をプロジェクタ本体３２０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。
【００７５】
次に、上記構成からなるプロジェクタ３０１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３１０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３１２に設定され、音声／映像信号再生部３１４に再生指示がなされる。
【００７６】
この結果、再生範囲設定部３１２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３１３は、再生範囲設定部３１２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３１６を制御する。
この結果、キャリア波発振源３１６は、再生範囲設定部３１２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３１８Ａ，３１８Ｂに出力する。
【００７７】
一方、音声／映像信号再生部３１４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３１７Ａを介して変調器３１８Ａに、Ｌチャンネルの音声信号をハイパスフィルタ３１７Ｂを介して変調器３１８Ｂ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加算器３２１に出力し、映像信号をプロジェクタ本体３２０の映像生成部３３２にそれぞれ、出力する。
【００７８】
したがって、ハイパスフィルタ３１７Ａ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３１８Ａに入力され、ハイパスフィルタ３１７Ｂ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３１８Ｂ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加算器３２１により合成され、ローパスフィルタ３１９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３２２Ｃに入力される。
【００７９】
映像生成部３３２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３３３により、投影面、例えば、図９に示すスクリーン３０２に投影される。
他方、変調器３１８Ａは、キャリア波発振源３１６から出力されるキャリア波をハイパスフィルタ３１７Ａ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３２２Ａに出力する。
また、変調器３１８Ｂは、キャリア波発振源３１６から出力されるキャリア波をハイパスフィルタ３１７Ｂ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３２２Ｂに出力する。
【００８０】
パワーアンプ３２２Ａ，３２２Ｂ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３２４Ａ，３２４Ｂの上電極１０Ａと下電極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３２４Ａ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３２４Ｂ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３２２Ｃ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３２３により再生される。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ３２４から出力されるビーム状の再生信号は、投影光学系３３３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３１２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３２４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。
【００８４】
プロジェクタ３０１における超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂ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１２に示す。プロジェクタ３０１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３１２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３２４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。
【００８５】
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）３０２に到達することとなり、この状態で投影面３０２において反射するので、再生範囲は、図１２において点線の矢印で示す可聴範囲Ａとなり、投影面３０２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。
【００８６】
これに対して、再生範囲設定部３１２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３２４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３２４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。
【００８７】
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３０２に到達する前に拡がって投影面３０２に到達することとなり、この状態で投影面３０２において反射するので、再生範囲は、図１２において実線の矢印で示す可聴範囲Ｂとなり、投影面３０２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。
【００８８】
以上説明したように、本発明のプロジェクタでは、本発明によるＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型、またはＰｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサを用いた超音波スピーカを使用しており、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。このため、その再生範囲の制御も容易に行えるようになる。また、静電型超音波トランスデューサを既述したように、振動膜の振動領域を複数のブロックに分割し、上記振動膜の電極層と振動用電極パターンの各ブロック間との間に印加する交流信号の位相を、隣接するブロック間でそれぞれ所定の位相差をもたせるように駆動制御することにより、超音波スピーカから放射される音の指向性制御を行うことが可能である。
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、および超音波スピーカは、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。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサは、各種センサ、例えば、測距センサ等に利用可能であり、また、既述したように、指向性スピーカ用の音源や、理想的なインパルス信号発生源等に利用可能である。また、超指向性音響システムや、プロジェクタ等の表示装置にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の超音波トランスデューサの第１の実施の形態を示す図。
【図２】図１に示す静電型超音波トランスデューサにおける信号接続例を示す図。
【図３】本発明の超音波トランスデューサの第２の実施の形態を示す図。
【図４】本発明の静電型超音波トランスデューサの第３の実施の形態を示す図。
【図５】静電型超音波トランスデューサの指向性を制御する構成例を示す図。
【図６】超音波スピーカの構成例を示す図。
【図７】プル型の静電型超音波トランスデューサの構成例を示す図。
【図８】プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサの構成例を示す図。
【図９】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１０】図９に示したプロジェクタの外観構成を示す図。
【図１１】図９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１２】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】
【００９１】
１、２、３、４…静電型超音波トランスデューサ、１０、１１…固定電極、１２…振動膜、１２Ａ…表面部分、１２Ｂ…裏面部分、１３Ａ、１３Ｂ…電極基材、１４…貫通穴（段付き貫通穴）、１６…直流バイアス電源、１８Ａ、１８Ｂ…信号源、１９、２０…直流電源、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ…分割電極パターン、２２…音波放射面、３０…超音波スピーカ、３１…可聴周波数波信号発振源、３２…キャリア波信号源、３３…変調器、３４…パワーアンプ、３５…静電型超音波トランスデューサ、１０１、１１１…振動用電極、１０２、１１２…固定用電極、１２０…絶縁体、１２１…電極層、３０１…プロジェクタ、３０２…スクリーン（投影面）、３０３…視聴者、３１０…操作入力部、３１２…再生範囲設定部、３１３…再生範囲制御処理部、３１４…音声／映像信号再生部、３１６…キャリア波発振源、３１７Ａ，３１７Ｂ…ハイパスフィルタ、３１８Ａ，３１８Ｂ…変調器、３１９…ローパスフィルタ、３２０…プロジェクタ本体、３２１…加算器、３２２Ａ，３２２Ｂ，３２２Ｃ…パワーアンプ、３２３…低音再生用スピーカ、３２４Ａ，３２４Ｂ…静電型超音波トランスデューサ、３３１…プロジェクタレンズ、３３２…映像生成部、３３３…投影光学系 
【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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