(57)【要約】【課題】固定電極の電極部材の製造を容易とし、かつ破損時のメンテナンス性を向上させることができる、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の固定電極と、前記第１の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の固定電極と、振動電極を有するとともに前記第一の固定電極と第二の固定電極からなる一対の固定電極に挟まれ、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、前記固定電極は、前記固定電極を平面状に分割した分割電極を最小単位として構成され、前記一対の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である。【選択図】図１
2008113288.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の固定電極と、
前記第１の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の固定電極と、
振動電極を有するとともに前記第一の固定電極と第二の固定電極からなる一対の固定電極に挟まれ、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、
前記固定電極は、前記固定電極を平面状に分割した分割電極を最小単位として構成され、
前記一対の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】
前記固定電極は、前記分割電極の複数を固定板上にアレイ状に配置して構成されたこと
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】
前記分割電極を方形状に形成するとともに、前記分割電極の４隅に円弧状の切り欠きであるＲ切り欠きを設けたこと
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】
前記固定板上に円柱形状のガイドピンを配設し、
前記分割電極のＲ切り欠き部分と前記ガイドピンの外周面とが接する状態にして、前記固定板上で前記分割電極の位置決めを行うこと
を特徴とする請求項３に記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項５】
前記ガイドピンの周囲にリング状の板バネを配設すると共に、
前記板バネを前記固定板と分割電極との間に挿入し、
前記板バネの復元力により前記分割電極で振動膜を挟持するとともに、前記板バネにより分割電極への電極的接点を形成すること
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】
前記板バネと前記分割電極の間に、導電性のシート材を挿入して構成されたこと
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】
前記分割電極を固定板上に配設する際に、前記ガイドピンの上端部を前記分割電極の振動膜に対向する平面部よりも低くしたことを
特徴とする請求項４から６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】
複数の貫通穴を有する第１の固定電極と、前記第１の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の固定電極と、振動電極を有するとともに前記第一の固定電極と第二の固定電極からなる一対の固定電極に挟まれ、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、
前記一対の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、
前記固定電極を平面状に分割した最小単位となる分割電極を個々に形成する第１の手順と、
前記分割電極を平面状に配置して、前記固定電極を形成する第２の手順と、
前記第２の手順により形成された一対の固定電極により前記振動膜を挟持する第３の手順と、
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の製造方法。
【請求項９】
前記分割電極の複数を固定板上にアレイ状に配置して前記固定電極を形成する手順を含むこと
を特徴とする請求項８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１０】
前記分割電極を方形状に形成するとともに、前記分割電極の４隅に円弧状の切り欠きであるＲ切り欠きを形成する手順を含むこと
を特徴とする請求項９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１１】
前記固定板上に円柱形状のガイドピンを配設する手順と、
前記分割電極のＲ切り欠きと前記ガイドピンの外周面とが接する状態にして、前記固定板上で前記分割電極の位置決めを行う手順と、
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】
前記ガイドピンの周囲にリング状の板バネを配設すると共に、前記板バネを前記固定板と分割電極との間に挿入する手順と、
前記板バネの復元力により前記分割電極で振動膜を挟持するとともに、前記板バネにより分割電極への電極的接点を形成する手順と、
を含むことを特徴とする請求項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】
前記板バネと前記分割電極の間に、導電性のシート材を挿入する手順を含むこと
を特徴とする請求項１２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】
前記分割電極を固定板上に配設する際に、前記ガイドピンの上端部を前記分割電極の振動膜に対向する平面部よりも低く形成する手順を
含むことを特徴とする請求項１１から１３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】
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の固定電極と、
前記第１の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の固定電極と、
振動電極を有するとともに前記第一の固定電極と第二の固定電極からなる一対の固定電極に挟まれ、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、
前記固定電極は、前記固定電極を平面状に分割した分割電極を最小単位として構成され、
前記一対の固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させて構成されること
を特徴とする超音波スピーカ。
【請求項１６】
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の固定電極と、
前記第１の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の固定電極と、
振動電極を有するとともに前記第一の固定電極と第二の固定電極からなる一対の固定電極に挟まれ、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、
前記固定電極は、前記固定電極を平面状に分割した分割電極を最小単位として構成され、
前記一対の固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させて構成されること
を特徴とする表示装置。
【請求項１７】
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の固定電極と、
前記第１の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の固定電極と、
振動電極を有するとともに前記第一の固定電極と第二の固定電極からなる一対の固定電極に挟まれ、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、
前記固定電極は、前記固定電極を平面状に分割した分割電極を最小単位として構成され、
前記一対の固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させて構成されること
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固定電極の製造を容易とし、かつ破損時のメンテナンス性を向上させることができる、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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７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（特許文献１を参照）。以下、図７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７において、静電型超音波トランスデューサ１は、前面側固定電極１０Ａ及び背面側固定電極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を総称する場合は固定電極１０と呼ぶ）。また、前面側固定電極１０Ａには複数の貫通穴１３Ａが設けられており、かつ背面側固定電極１０Ｂには前面側固定電極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】
前面側固定電極１０Ａと背面側固定電極１０Ｂは、それぞれ対向電極形成体（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、振動膜１２と固定電極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、一対の固定電極１０により、Ａｌ蒸着された振動電極１２１を有する振動膜１２を挟持し、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）を与える。また、対向する固定電極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、片側の固定電極１０にプラスの交流信号が印加されている間、もう一方の固定電極１０にはマイナスの交流信号が印加されるため、振動膜１２と固定電極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、固定電極１０の両面方向に放射される。このように、図７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】
ところで、静電型超音波トランスデューサの主要構成部品である、従来の固定電極の例を、図８に示す。図８（Ａ）は従来の固定電極の上視図であり、図８（Ｂ）はＡ−Ａ´方向の断面図である。図８に示すように、従来の固定電極１０では、所望の音圧を達成するのに必要な音波放出用の貫通穴１３の全てを、１枚の電極に構成してきた。このように一体型の固定電極では、製造方法が限定され、さらには高い品質（特に、平面度）を確保しつつ製造する必要があり、高い製造コストを必要としていた。さらに、電極サイズが大き過ぎるために、両面研磨処理を施しても、１０μｍ以内の平面度を実現することが困難であった。
【０００７】
また、駆動中に突発的な電気的ノイズや、固定電極１０に強い外力が作用して振動膜１２（図７を参照）を強く噛み込むなどの原因により、電気絶縁性が破壊された場合、振動膜１２と固定電極１０の間で放電が生じ、振動膜１２が破壊（溶解）して、固定電極１０の表面に溶着する。その状態では振動膜１２を付け替えて再生利用することはできないため、固定電極１０の表面に形成された対向電極形成体１１（図７を参照）を一旦全て剥離してから、再度形成処理を施す必要があり、メンテナンスに、多くの時間と費用を必要としていた。
【０００８】
さらに、従来の固定電極１０では、固定電極１０の支持部材（図示せず）への取付穴を中央部と４隅に設けるために、中央部および端部に取付穴用の曲げ加工部分を設ける必要があり、音波放射面（音波放射穴）として利用できない無駄なスペースが多かった。
【特許文献１】特開２００６−９３９３２号公報
【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、従来の静電型超音波トランスデューサの固定電極においては、貫通穴の全てを１枚の電極に構成していた。このため、高い品質（特に、平面度）を確保しつつ製造する必要があるため、高い製造コストを必要としていた。また、電極サイズが大き過ぎるために、両面研磨処理を施しても、１０μｍ以内の平面度を実現することが困難であった。さらに、電気絶縁性が破壊され振動膜が固定電極の表面に溶着した場合のメンテナンスに、多くの時間と費用を必要としていた。さらに、固定電極の支持部材への取り付けのために、音波放射面（音波放射穴）として利用できない無駄なスペースが多かった。
【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、固定電極を高精度かつ良好な平面度に容易に仕上げることができ、また、音波放射穴を効率的に配置して面積効率の向上による音圧改善を図ることができ、さらに、絶縁破壊によって固定電極の破損が生じた場合のメンテナンス性を向上させることができる、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の固定電極と、前記第１の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の固定電極と、振動電極を有するとともに前記第一の固定電極と第二の固定電極からなる一対の固定電極に挟まれ、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、前記固定電極は、前記固定電極を平面状に分割した分割電極を最小単位として構成され、前記一対の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。
このような構成により、１対の固定電極により振動膜を挟持する静電型超音波トランスデューサにおいて、固定電極を、複数の分割電極で分割して構成する。
これにより、固定電極を構成する分割電極を高精度かつ良好な平面度に仕上げることができる。また、従来の一体型の固定電極と比較して、音波放射穴を効率的に配置できるようになり、面積率の向上による音圧の改善が図れる。さらに、絶縁破壊によって固定電極の破損が生じた場合のメンテナンス性を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記固定電極は、前記分割電極の複数を固定板上にアレイ状に配置して構成されたことを特徴とする。
このような構成により、複数の分割電極を固定板上にアレイ状に配置して固定電極を構成する。
これにより、固定板上に分割電極を配列して、所望の大きさ（面積）の固定電極を容易に構成することができる。また、従来の一体型の固定電極と比較して、音波放射穴を効率的に配置できるようになり、面積率の向上による音圧の改善が図れる。
【００１３】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記分割電極を方形状に形成するとともに、前記分割電極の４隅に円弧状の切り欠きであるＲ切り欠きを設けたことを特徴とする。
このような構成により、分割電極の４隅にＲ切り欠きを設け、このＲ切り欠きを利用して固定板上で分割電極の位置決めを行うようにしたので、これにより、分割電極を容易かつ正確に固定板上に配置することができる。
【００１４】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記固定板上に円柱形状のガイドピンを配設し、前記分割電極のＲ切り欠き部分と前記ガイドピンの外周面とが接する状態にして、前記固定板上で前記分割電極の位置決めを行うことを特徴とする。
このような構成により、固定板上にガイドピンを設け、分割電極のＲ切り欠きがガイドピンに接するようにして、固定板上に分割電極をアレイ状に配置する。
これにより、分割電極を容易かつ高い精度で固定板上に配置することができる。
【００１５】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記ガイドピンの周囲にリング状の板バネを配設すると共に、前記板バネを前記固定板と分割電極との間に挿入し、前記板バネの復元力により前記分割電極で振動膜を挟持するとともに、前記板バネにより分割電極への電極的接点を形成することを特徴とする。
このような構成により、ガイドピンの周囲に板バネを配設し、板バネの復元力により分割電極を固定板から押し上げるようにして振動膜を挟持する。また、板バネにより分割電極への電極的接点を確保する。
これにより、分割電極がアレイ状に配置された固定電極と、該固定電極で挟持する振動膜との間に隙間が発生することを防止できる。また、板バネを分割電極への電気的接点として利用できる。
【００１６】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記板バネと前記分割電極の間に、導電性のシート材を挿入して構成されたことを特徴とする。
このような構成により、板バネでは点接触による電気接点であったものを、導電性のシート材（例えば、グラファイトシート）を挟むことにより、面接触による電気接点を構成できるので、これにより、接点不良や接触圧不足による放電等の電気的トラブルを防止できる。
【００１７】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記分割電極を固定板上に配設する際に、前記ガイドピンの上端部を前記分割電極の振動膜に対向する平面部よりも低くしたことを特徴とする。
このような構成により、ガイドピンの上端面が分割電極の上面（振動膜に対向する面）より低くなる構成とする。これにより、振動膜には分割電極のみが接することとなり、ガイドピンによる振動膜の破損を回避できる。
【００１８】
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の固定電極と、前記第１の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の固定電極と、振動電極を有するとともに前記第一の固定電極と第二の固定電極からなる一対の固定電極に挟まれ、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、前記一対の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、前記固定電極を平面状に分割した最小単位となる分割電極を個々に形成する第１の手順と、前記分割電極を平面状に配置して、前記固定電極を形成する第２の手順と、前記第２の手順により形成された一対の固定電極により前記振動膜を挟持する第３の手順と、を含むことを特徴とする。
このような手順により、１対の固定電極により振動膜を挟持する静電型超音波トランスデューサにおいて、固定電極を、複数の分割電極で分割して構成する。
これにより、固定電極を構成する分割電極を高精度かつ良好な平面度に仕上げることができる。また、従来の一体型の固定電極と比較して、音波放射穴を効率的に配置できるようになり、面積率の向上による音圧の改善が図れる。さらに、絶縁破壊によって固定電極の破損が生じた場合のメンテナンス性を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、前記分割電極の複数を固定板上にアレイ状に配置して前記固定電極を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、複数の分割電極を固定板上にアレイ状に配置して固定電極を構成する。
これにより、固定板上に分割電極を配列して、所望の大きさ（面積）の固定電極を容易に構成することができる。また、従来の一体型の固定電極と比較して、音波放射穴を効率的に配置できるようになり、面積率の向上による音圧の改善が図れる。
【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、前記分割電極を方形状に形成するとともに、前記分割電極の４隅に円弧状の切り欠きであるＲ切り欠きを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、分割電極の４隅にＲ切り欠きを設け、このＲ切り欠きを利用して固定板上で分割電極の位置決めを行うようにしたので、これにより、分割電極を容易かつ正確に固定板上に配置することができる。
【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、前記固定板上に円柱形状のガイドピンを配設する手順と、前記分割電極のＲ切り欠き部分を前記ガイドピンの外周面に合わせて、前記固定板上で前記分割電極の位置決めを行う手順と、を含むことを特徴とする。
このような手順により、固定板上にガイドピンを設け、分割電極のＲ切り欠きがガイドピンに接するようにして、固定板上に分割電極をアレイ状に配置する。
これにより、分割電極を容易かつ高い精度で固定板上に配置することができる。
【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、前記ガイドピンの周囲にリング状の板バネを配設すると共に、前記板バネを前記固定板と分割電極との間に挿入する手順と、前記板バネの復元力により前記分割電極で振動膜を挟持するとともに、前記板バネにより分割電極への電極的接点を形成する手順と、を含むことを特徴とする。
このような手順により、ガイドピンの周囲に板バネを配設し、板バネの復元力により分割電極を固定板から押し上げるようにして振動膜を挟持する。また、板バネにより分割電極への電極的接点を確保する。
これにより、分割電極がアレイ状に配置された固定電極と、該固定電極で挟持する振動膜との間に隙間が発生することを防止できる。また、板バネを分割電極への電気的接点として利用できる。
【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、前記板バネと前記分割電極の間に、導電性のシート材を挿入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、板バネでは点接触による電気接点であったものを、導電性のシート材（例えば、グラファイトシート）を挟むことにより、面接触による電気接点を構成できるので、これにより、接点不良や接触圧不足による放電等の電気的トラブルを防止できる。
【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、前記分割電極を固定板上に配設する際に、前記ガイドピンの上端部を前記分割電極の振動膜に対向する平面部よりも低く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、ガイドピンの上端面が分割電極の上面（振動膜に対向する面）より低くなる構成とする。これにより、振動膜には分割電極のみが接することとなり、ガイドピンによる振動膜の破損を回避できる。
【００２５】
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の固定電極と、前記第１の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の固定電極と、振動電極を有するとともに前記第一の固定電極と第二の固定電極からなる一対の固定電極に挟まれ、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、前記固定電極は、前記固定電極を平面状に分割した分割電極を最小単位として構成され、前記一対の固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させて構成され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の固定電極を、平板状の分割電極を最小単位として、該分割電極の複数をアレイ状に配置して構成する。
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の固定電極の電極部材の製造を容易とし、かつ破損時のメンテナンス性を向上させることができる。
【００２６】
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の固定電極と、前記第１の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の固定電極と、振動電極を有するとともに前記第一の固定電極と第二の固定電極からなる一対の固定電極に挟まれ、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、前記固定電極は、前記固定電極を平面状に分割した分割電極を最小単位として構成され、前記一対の固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させて構成され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において、該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の固定電極を、平板状の分割電極を最小単位として、該分割電極の複数をアレイ状に配置して構成する。
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固定電極の電極部材の製造を容易とし、かつ破損時のメンテナンス性を向上させることができる。
【００２７】
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の固定電極と、前記第１の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の固定電極と、振動電極を有するとともに前記第一の固定電極と第二の固定電極からなる一対の固定電極に挟まれ、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、前記固定電極は、前記固定電極を平面状に分割した分割電極を最小単位として構成され、前記一対の固定電極間に交流信号を印加し、振動膜を振動させて構成され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と、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において、上記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の固定電極を、平板状の分割電極を最小単位として、該分割電極の複数をアレイ状に配置して構成する。
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固定電極の電極部材の製造を容易とし、かつ破損時のメンテナンス性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の静電型超音波トランスデューサでは、固定電極を分割して構成することにより、電極部材の製造を容易とし、かつ破損時のメンテナンス性を向上させている。
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。
【００２９】
［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。
図１（Ａ）は、本発明の静電型超音波トランスデューサの固定電極の構成要素となる分割電極２０の一例を示している。図１（Ｂ）は、図（Ａ）に示す分割電極２０の複数をアレイ状に配置した固定電極２１の構成の一例を示している。ここで、図８に示す従来の固定電極１０では、一例として、貫通穴１３の径φを０．７５ｍｍとし、隣接する貫通穴１３の中心位置間隔を１．６２５ｍｍｍとしてハニカム状に配列したものがあり、図１（Ａ）に示す分割電極２０も前記寸法値を基に構成したものである。
【００３０】
図１（Ａ）に示す分割電極２０の１辺の長さは、例えば２０ｍｍであり、この分割電極２０に設けられた貫通穴１３の数は凡そ１５０個である。分割電極２０の各角にはＲ切り欠きを設け、そのうち少なくとも対角上２個のＲ切り欠きの加工精度を嵌め合い精度で構成することで、位置決め機能を持たせている。
【００３１】
なお、高い位置決め精度を確保するためには、Ｒ切り欠きの寸法を可能な限り大きく取ると良い。例えば、対角２箇所のＲ切り欠きの径Ｒを３ｍｍとし、その嵌め合い公差を１０μｍとした場合、分割電極２０が最大量ずれた時の最大中心位置ずれを６μｍに抑えることができる。また、仮に嵌め合い公差を１０μｍとした場合、分割電極２０が最大量ずれた時の最大中心位置ずれを１２μｍに抑えることができる。
【００３２】
ここで、分割電極２０の厚みを１〜２ｍｍとし、材質をアルミニウムとした場合には、１５０個ほどの穴数であれば、加工ストレスを極めて小さく抑えることができるため、貫通穴１３をプレス抜きで高精度に形成することが可能であり、さらには金型規模も小さく抑えられるため、金型コスト及び製造コストの低減、さらには製造歩留まりの向上をも図ることができる。
【００３３】
さらに、マシニング加工で貫通穴１３を形成する場合でも、加工ストレスによる反りを少なくできるため、分割電極２０を高精度に製造することができる。また、固定電極２１を分割構造にして電極サイズを小さくしたことにより、電極面に対して良好な平面性を確保することが容易となり、研磨処理により数μｍ以内の平面度も実現可能となる。
【００３４】
図１（Ｂ）は、上記の構成及び方法により製作した分割電極２０を、例えば９枚をアレイ状に配置した場合のアレイ配置の固定電極２１の構成を示した図である。この配置の場合、一辺の長さは６０ｍｍであり、貫通穴１３の数は約１３５０個となる。
【００３５】
図２は、分割電極２０の９枚をアレイ状に配置した場合と、従来の一体構造の固定電極（図８を参照）の有効電極領域のサイズを比較した図である。図２中、アレイ配置した分割電極２０の外側に示した一点鎖線が、従来の固定電極において振動膜を挟持している領域を示しており、従来の固定電極に配した貫通穴の数は約１１００個である。すなわち、分割電極２０をアレイ配置した場合、従来電極と殆ど同じ面積で、貫通穴を約２５０個増やすことができ、この穴数増大分に相当する音圧向上（約２ｄＢ）を図ることができる。
【００３６】
すなわち、図８に示す従来の固定電極１０では、固定電極１０の支持部材への取付穴を中央部と４隅に設けるために、中央部および端部に取付穴用の曲げ加工部分を設ける必要があり、音波放射面として利用できない無駄なスペースが多かった。
【００３７】
以上のように、分割電極２０をアレイ状に配置することにより、効率的に音波放射穴を配置することが可能となり、小さなサイズで高い音圧を発生させることが可能となる。
【００３８】
図３は、分割電極２０をアレイ配置するために用いる固定板（分割電極を９枚配置する場合の構成）の例を示す図である。図３（Ａ）は上視図を示し、図３（Ｂ）は側面図を示している。図３に示すように、固定板３０には、分割電極２０の位置決め機能を有するガイドピン３１を、分割電極２０を設置する各角に設け、その各ガイドピン３１にドーナツ状の板バネ３２を配設する。板バネ３２は導電材料から構成し、この板バネ３２は各分割電極２０間の電気接点の接続部としての機能を果たす。また、この板バネ３２の復元力は、分割電極２０を図中で上方向に押し出す作用を有するため、アレイ配置の固定電極２１で挟持する振動膜（図示せず）との間に隙間が発生することを防止できる。
【００３９】
ガイドピン３１は、金属、樹脂、セラミックなど材質は問わないが、取り扱い上の安全性や電気的なトラブルを防ぐ上では、非導電性の樹脂やセラミック等を用いるのが望ましい。また、さらに安定した電気接点部を構成するために、板バネ３２と分割電極２０との間に０.１〜０．３ｍｍ程のグラファイトシートを挟むと良い。グラファイトシートは比較的柔らかく、かつ高い導電性と金属面への密着性の両者に優れる。すなわち、板バネでは点接触による電気接点であったものを、グラファイトシートを挟むことにより、面接触による電気接点を構成できるので、接点不良や接触圧不足による放電等の電気的トラブルを防止できる。
【００４０】
図４は、図３で示した固定板３０に分割電極２０をアレイ状に配置した状態を示す図である。図４（Ａ）はその上視図、図４（Ｂ）は側面図である。先に、図７において、静電型超音波トランスデューサの基本構成について説明したが、対向する固定電極の間に振動膜が配置され、その振動膜にも高い電圧を印可することから、振動膜に傷を付けたり、穴を空けたりすることは避けなくてはならない。よって、図４（Ｂ）の側面図で示すように、ガイドピン３１の上端面が分割電極２０の上面（振動膜に対向する面）より低くなるような構成とすることにより、振動膜には分割電極２０のみが接することとなり、ガイドピン３１による振動膜の破損を回避できる。
【００４１】
図５は、図４に示す分割電極をアレイ状に配置した場合の静電型超音波トランスデューサ２の構成例を示しており、図５（Ａ）はその上視図、図５（Ｂ）は断面図である。
図５（Ｂ）に示すように、固定板３０に配置された複数の分割電極２０から構成した前面側固定電極２１Ａと、背面側固定電極２１Ｂとを対向させ、その間には膜枠３３によって固定された振動膜１２を配置し、固定電極２１Ａ、２１Ｂにより振動膜１２を挟持する。このような構成では、仮に一部の分割電極２０で絶縁破壊が生じ、分割電極２０に振動膜１２が溶着しても、その分割電極２０と振動膜１２のみを交換すれば済み、非常に容易にメンテナンスができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、一例として２０ｍｍ角の分割電極２０としたが、放電による絶縁破壊が発生するのは非常に狭い範囲（凡そ、３ｍｍ角以内）のため、さらにサイズを小さくする（例えば１０ｍｍ角）ことで、交換部品の無駄を省くことができる。
【００４３】
また、図６は、本発明による静電型超音波トランスデューサの固定電極（分割電極）の製造工程を説明するための図である。以下、図６を参照して、固定電極（分割電極）の製造工程について説明する。
【００４４】
まず、図６（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から成る固定電極母材を用意する。
【００４５】
次に、図６（Ｂ）に示すように、導電体（固定電極母材）５１に、対向電極形成体１１（図７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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
そして、図６（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固定電極（分割電極）が出来上がる。
【００４９】
以上、本発明の静電型超音波トランスデューサについて説明したが、固定電極を複数の分割電極２０より構成することにより、分割電極２０を高精度かつ良好な平面度に仕上げることができる。また、音波放射穴を効率的に配置でき、面積効率の向上による音圧改善を図ることができる。さらに、絶縁破壊によって固定電極の一部に破損が生じた場合、その破損箇所の分割電極２０のみを交換すれば良く、高精度、高効率かつ高メンテナンス性の静電型超音波トランスデューサを提供することができる。
【００５０】
［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。
【００５１】
図９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。
【００５２】
図９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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
出力トランスＴの２次側の一方の端子は、本発明の固定電極２１を有する静電型超音波トランスデューサ２（図５を参照）の前面側固定電極２１Ａに、他方の端子は背面側固定電極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。
【００５６】
図９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、前面側固定電極２１Ａと背面側固定電極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。
【００５７】
以上説明した超音波スピーカは、本発明の静電型超音波トランスデューサを備えており、この静電型超音波トランスデューサの固定電極は複数の分割電極より構成されている。これにより、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において、音波放射穴が効率的に配置でき、面積効率の向上による音圧改善を図ることができる。さらに、絶縁破壊によって固定電極の一部に破損が生じた場合、その破損箇所の分割電極のみを交換すれば良く、高精度、高効率かつ高メンテナンス性の超音波スピーカを提供することができる。
【００５８】
［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。
【００５９】
図１０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。
【００６０】
プロジェクタ２０１の外観構成を図１１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。
【００６１】
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。
【００６２】
次に、プロジェクタ２０１の電気的構成を図１２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、分割電極をアレイ状に配置した固定電極を有する静電型超音波トランスデューサである。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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１０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。
【００７８】
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の前面側固定電極（上電極）２１Ａと背面側固定電極（下電極）２１Ｂ（図９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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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１３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。
【００８３】
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１３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。
【００８４】
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。
【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、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１３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。
【００８６】
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固定電極は複数の分割電極より構成されている。これにより、表示装置内の超音波スピーカにおいては、固定電極上に音波放射穴を効率的に配置でき、面積効率の向上による音圧改善を図ることができる。さらに、絶縁破壊によって固定電極の一部に破損が生じた場合、その破損箇所の分割電極のみを交換すれば良く、高メンテナンス性の超音波スピーカを提供することができる。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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】
【００９０】
【図１】本発明の静電型超音波トランスデューサの固定電極の構成例を示す図。
【図２】本発明の固定電極と従来の固定電極の有効電極領域の比較図。
【図３】分割電極をアレイ状に配置するために用いる固定板の例を示す図。
【図４】固定板上に分割電極をアレイ状に配置した状態を示す図。
【図５】本発明により静電型超音波トランスデューサの構成例を示す図。
【図６】固定電極（分割電極）の製造工程を説明するための図。
【図７】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図。
【図８】従来の固定電極における貫通穴の例を示す図。
【図９】超音波スピーカの駆動回路の構成例を示す図。
【図１０】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１１】図１０に示したプロジェクタの外観構成を示す図。
【図１２】図１０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１３】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】
【００９１】
２…静電型超音波トランスデューサ、１０…固定電極、１０Ａ…前面側固定電極、１０Ｂ…背面側固定電極、１１…対向電極形成体、１２…振動膜、１３、１３Ａ、１３Ｂ…貫通穴、１４…バイアス電源、１５…交流信号、２０…分割電極、２１…分割電極をアレイ状に配置した固定電極、２１Ａ…前面側固定電極、２１Ｂ…背面側固定電極、３０…固定板、３１…ガイドピン、３２…板バネ、３３…膜枠、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、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】
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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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