(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の穴が形成された第１の電極と、
前記第１の電極と対をなす複数の穴が形成された第２の電極と、
前記一対の電極に挟持され導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
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、
前記一対の電極間には交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、
前記一対の電極の各々の厚さｔを略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）とした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】
複数の穴が形成された第１の電極と、
前記第１の電極と対をなす複数の穴が形成された第２の電極と、
前記一対の電極に挟持され導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
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、
前記一対の電極間には交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記一対の電極の各々の厚さｔを、
（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）とした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３】
前記一対の電極に形成された穴は、円柱状に形成されかつ各々の電極において貫通穴となっていることを特徴とする請求項１または２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４】
前記一対の電極に形成された穴は、直径及び深さが各々異なる少なくとも二種類以上のサイズの同心円柱状の穴が連なって形成されかつ各々の電極において貫通穴となっていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項５】
前記一対の電極に形成された穴は、断面がテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項６】
前記一対の電極に形成された穴は、各々の電極において平面が矩形状の貫通穴となっていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項７】
前記一対の電極に形成された穴は、各々の電極において同一中心線上に形成され長さが同一で幅および深さが各々異なる少なくとも二種類以上のサイズの矩形状穴が連なって形成された貫通穴であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項８】
前記一対の電極に形成された矩形状の貫通穴は、各々の電極において断面がテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項９】
前記電極に形成された穴は、反振動膜側に位置する穴に対して振動膜側に位置する穴の方が穴径が大きく、かつ深さが浅い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１０】
前記電極に形成された矩形穴は、反振動膜側に位置する穴に対して振動膜側に位置する穴の方が幅が大きく、かつ深さが浅いことを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項１１】
前記複数個の貫通穴は、各々同一サイズであることを特徴とする請求項３乃至１０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１２】
前記複数個の貫通穴は、各々対向する位置では同一サイズであり、複数の穴サイズを有することを特徴とする請求項３乃至１０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１３】
前記一対の電極は、単一の導電性部材からなることを特徴とする請求項３乃至１２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１４】
前記一対の電極は、複数の導電性部材からなることを特徴とする請求項３乃至１２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１５】
前記一対の電極は、導電性部材と絶縁部材とからなることを特徴とする請求項３乃至１２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１６】
前記振動膜は、絶縁性高分子フィルムの両面に電極層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１５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１７】
前記振動膜は、電極層が２枚の絶縁性高分子フィルムで挟むように形成されていることを特徴とする請求項１乃至１５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１８】
前記振動膜は、絶縁性高分子フィルムの片面に電極層が形成された膜を２枚使用し、各々電極層同士を密着させて構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項１９】
前記振動膜は、エレクトレットフィルムを用いていることを特徴とする請求項１乃至１５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２０】
請求項１６または請求項１９に記載の振動膜が用いられ、前記一対の電極の各々振動膜側に電気的絶縁処理を施されていることを特徴とする請求項１乃至１５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２１】
前記振動膜には、単一極性の直流バイアス電圧が印加されていることを特徴とする請求項１乃至２０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２２】
前記電極と前記振動膜とを保持する部材は絶縁材料で構成することを特徴とする請求項１乃至２１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２３】
前記振動膜は膜表面上における直角四方向に張力をかけて固定されていることを特徴とする請求項３乃至２２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２４】
前記静電型超音波トランスデューサの片面に音響反射板を配置したこと
を特徴とする請求項１乃至２３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２５】
前記音響反射板は、静電型超音波トランスデューサ片面の中心位置に一端が位置し、該中心位置を基準として静電型超音波トランスデューサの当該面の両側に対して４５°の角度で配置され他端が静電型超音波トランスデューサの端部と一致する長さの一対の第１の反射板と、
前記一対の第１の反射板の前記端部と直角の角度をなして各々前記第１の反射板の外側方向に接続され前記第１の反射板長と同等の長さを有する一対の第２の反射板とで構成されていること
を特徴とする請求項２４に記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項２６】
請求項１乃至２５のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサと、
可聴周波数帯の信号波を生成する信号源と、
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供給手段と、
前記キャリア波を前記信号源から出力される可聴周波数帯の信号波により変調する変調手段とを有し、
前記静電型超音波トランスデューサは、前記電極と前記振動膜の電極層との間に印加される前記変調手段から出力される変調信号により駆動されることを特徴とする超音波スピーカ。
【請求項２７】
請求項１乃至２５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２８】
請求項１乃至２５のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法であって、
前記一対の電極の電極部を形成するための導電体板上に複数の貫通穴のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通穴を形成する第１の工程と、
前記貫通穴が形成された導電体板を積層して、該積層された導電体板の厚さｔを略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）、または、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）とする第２の工程と、
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の電極の製造方法。
【請求項２９】
前記貫通穴が形成された導電体板に振動膜挟持部形成材としての非導電性の感光性レジストを所定の厚さに形成する第３の工程と、
前記非導電性の感光性レジスト表面に前記振動膜挟持部のパターンが形成された振動膜挟持部形成用マスク部材を被覆し、露光する第４の工程と、
前記振動膜挟持部形成用マスク部材を剥離し、現像により不要な前記感光性レジストを除去する第５の工程と、
を有することを特徴とする請求項２８に記載の静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法。
【請求項３０】
前記複数の貫通穴が形成された導電体板表面に前記振動膜挟持部形成材を形成するためのマスク部材が配列されてなるスクリーン印刷版及び液状の振動膜挟持部形成材をセットする第３の工程と、
前記複数の貫通穴が形成された導電体板表面に前記スクリーン印刷板及び前記液状の振動膜挟持部形成材をセットした後、スキージを移動させながら前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布する第４の工程と、
前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布した後、前記スクリーン印刷版を外し、前記導電板表面に残存する前記振動膜挟持部形成材を乾燥させる第５の工程と、
を有することを特徴とする請求項２８に記載の静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法。
【請求項３１】
請求項２８乃至３０のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法を使用して静電型超音波トランスデューサを製造する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３２】
請求項１乃至２５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３３】
請求項１乃至２５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、広周波数帯域に渡って一定の高音圧を発生す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、超音波トランスデューサの電極の製造方法、超音波トランスデューサの製造方法、超指向性音響システム、および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波トランスデューサは圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。
ここで、従来の超音波トランスデューサの構成を図１６に示す。従来の超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。図１６に示す超音波トランスデューサは、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と、超音波から電気信号への変換（超音波の送信と受信）の両方を行う。図１６に示すバイモフル型の超音波トランスデューサは、２枚の圧電セラミック６１および６２と、コーン６３と、ケース６４と、リード６５および６６と、スクリーン６７とから構成されている。
【０００３】
圧電セラミック６１および６２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６５とリード６６が接続されている。
共振型の超音波トランスデューサは、圧電セラミックの共振現象を利用しているので、超音波の送信および受信の特性がその共振周波数周辺の比較的狭い周波数帯域で良好となる。
【０００４】
上述した図１６に示す共振型の超音波トランスデューサと異なり、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。この静電型の超音波トランスデューサは、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Ｐｕｌｌ型と呼ばれている。
図１７に広帯域発振型超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）の具体的構成を示す。
【０００５】
図１７に示す静電型の超音波トランスデューサは、振動体として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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
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。
【０００８】
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、図１７に示す超音波トランスデューサの周波数特性が図１８において曲線Ｑ１に示すように広帯域となっている。
【０００９】
上記構成の超音波トランスデューサでは、上電極１３２に直流バイアス電圧が印加された状態で上電極１３２と下電極１３３との間に矩形波信号（５０〜１５０Ｖp-p）が印加されるようになっている。因みに、図１８に曲線Ｑ２で示すように共振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、中心周波数（圧電セラミックの共振周波数）が例えば、４０ｋＨｚであり、最大音圧となる中心周波数に対して±５ｋＨｚの周波数において最大音圧に対して−３０ｄＢである。
これに対して、上記構成の広帯域発振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、４０ｋＨｚから１００ｋＨｚ付近まで平坦で、１００ｋＨｚで最大音圧に比して±６ｄＢ程度である（特許文献１、２参照）。
【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】
【００１０】
上述したように、図１６に示す共振型の超音波トランスデューサと違い、図１７に示す静電方式の超音波トランスデューサ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。
しかしながら、音圧の最大値は図１８に示すように、共振型の超音波トランスデューサが１３０ｄＢ以上であるのに比べ、静電型の超音波トランスデューサでは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。
【００１１】
ここで、超音波スピーカについて説明しておく。キャリア波と呼ばれる超音波周波数帯域の信号にオーディオ信号（可聴周波数帯の信号）でＡＭ変調をかけ、この変調信号で超音波トランスデューサを駆動することにより、超音波を信号源のオーディオ信号で変調した状態の音波が空中に放射され、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。
【００１２】
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な顕著に表れ、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。
【００１３】
上記の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。
【００１４】
一般に、人間の最大可聴周波数帯域は２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚと云われており約２０ｋＨｚの帯域を持つ。すなわち超音波スピーカにおいては、超音波領域で２０ｋＨｚの周波数帯域に渡って高い音圧を確保しないと、元のオーディオ信号を忠実に復調することは不可能となる。従来の圧電素子を用いた共振型の超音波スピーカでは到底この２０ｋＨｚという広帯域を忠実に再生（復調）することは困難であることは容易に理解できるであろう。
【００１５】
実際、従来の共振型の超音波トランスデューサを用いた超音波スピーカでは、（１）帯域が狭く再生音質が悪い、（２）ＡＭ変調度をあまり大きくすると復調音が歪むため最大でも０．５程度までしか変調度を上げられない、（３）入力電圧を上げると（ボリュームを上げると）圧電素子の振動が不安定となり、音が割れる。さらに電圧を上げると圧電素子自身が破壊され易い、（４）アレイ化や大型化、小型化が困難であり、それが故にコストが高い、といった問題が有った。
【００１６】
これに対し図１７に示した静電型の超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）を用いた超音波スピーカは、上記従来技術の抱える課題をほぼ解決できるが、帯域を広くカバーできる反面、復調音が十分な音量であるためには絶対的な音圧が不足しているという問題を抱えていた。
また、Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサは、静電力は固定電極側へのみ引き付ける方向にしか働かず振動膜（図１７における上電極１３２に相当する。）の振動の対称性が保たれないため、超音波スピーカに用いる場合、振動膜の振動が直接、可聴音を発生させるという問題が有った。
【００１７】
これに対して、我々は、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に高い音圧レベルの音響信号を発生することができる静電型超音波トランスデューサを既に提案している。この静電型超音波トランスデューサは、導電層を有する振動膜を対向する位置に貫通穴が形成された一対の固定電極により挟持し、振動膜に直流バイアス電圧が印加された状態で一対の固定電極に交流信号を印加するように構成したものである。
【００１８】
この静電型超音波トランスデューサは、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサと呼ばれており、一対の固定電極により挟持された振動膜が交流信号の極性に応じた方向において静電吸引力と静電斥力を同時が同方向にかつ同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリックアレイ効果を得るのに十分に大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、従来のＰｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサに比して高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
しかしながら、このＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサは、音が抜ける貫通穴が比較的小面積であるためこのままでは、十分な音圧を空中に発生させることは困難であるという問題がある。
したがって、このような構造を有するＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサにおいても十分な音圧を発生させるための技術が必要とされていた。
【００１９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、同一の駆動条件でより強力な超音波を発生することができる、電気−音響エネルギーの変換効率の向上を図ったＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサを提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、上記Ｐｕｓｈ−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、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、超音波トランスデューサの電極の製造方法、超音波トランスデューサの製造方法、超指向性音響システム、および表示装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために本発明の静電型超音波トランスデューサは、複数の穴が形成された第１の電極と、前記第１の電極と対をなす複数の穴が形成された第２の電極と、前記一対の電極に挟持され導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、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、前記一対の電極間には交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記一対の電極の各々の厚さｔを略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）としたことを特徴とする。
【００２１】
上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサでは、第１の電極と、第２の電極の対向する位置に複数の穴が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の電極からなる一対の電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
さらに、前記一対の電極の各々の厚さｔを略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）とすることにより、各電極の貫通穴部分における電極の厚み部分が共鳴管を構成し、電極出口付近で音圧を最大とすることができ、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサにおいて、同一の駆動条件でより強力な超音波を発生することができる。すなわち、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサにおいて電気−音響エネルギーの変換効率の向上が図れる。
【００２２】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、複数の穴が形成された第１の電極と、前記第１の電極と対をなす複数の穴が形成された第２の電極と、前記一対の電極に挟持され導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、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、前記一対の電極間には交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記一対の電極の各々の厚さｔを、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）としたことを特徴とする。
【００２３】
上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサでは、第１の電極と、第２の電極の対向する位置に複数の穴が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の電極からなる一対の電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
さらに、前記一対の電極の各々の厚さｔを一対の電極の各々の厚さｔを、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）とすることにより、各電極の貫通穴部分における電極の厚み部分が共鳴管を構成し、電極出口付近で音圧を略、最大値近傍の値に設定することができ、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサにおいて、同一の駆動条件でより強力な超音波を発生することができる。すなわち、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサにおいて電気−音響エネルギーの変換効率の向上が図れる。
【００２４】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記一対の電極に形成された穴は、円柱状に形成されかつ各々の電極において貫通穴となっていることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、振動膜の振動により発生する超音波が一対の電極に形成されかつ各々の電極において円柱状に形成された貫通穴を介して放射される。この円柱状に形成された貫通穴は、製造が最も簡単であるという長所を有するが、振動膜と対向する電極部分が上記電極側に存在しないために振動膜の導電層との間に作用する静電力が弱いという欠点を有している。
【００２５】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記一対の電極に形成された穴は、直径及び深さが各々異なる少なくとも二種類以上のサイズの同心円柱状の穴が連なって形成されかつ各々の電極において貫通穴となっていることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極に直径および深さが各々異なる少なくとも二種類以上のサイズの同心円柱状の穴が連なった貫通穴が形成される。したがって、一対の電極に形成された上記二種類以上のサイズの同心円柱状の各穴の縁部分に並行する電極部分が振動膜の導電層と対向するように構成されるため、平行コンデンサが形成される。したがって、振動膜の前記各穴の縁部分に対向する部分が、持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜の振動を大きくすることができる。
【００２６】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記一対の電極に形成された穴は、断面がテーパー状に形成されていることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極に断面がテーパー状の貫通穴が形成されているため、この電極のテーパ−部分が、振動膜の導電層と対向するように構成され、平行コンデンサが形成される。
したがって、前記固定電極のテーパ−部分に対向する振動膜の部分が、持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜の振動を大きくすることができる。
【００２７】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、記一対の電極に形成された穴は、各々の電極において平面が矩形状の貫通穴となっていることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、振動膜の振動により発生する超音波が一対の電極に形成された平面が矩形状の貫通穴を介して放射される。この平面が矩形状に形成された貫通穴は、製造が最も簡単であるという長所を有するが、振動膜と対向する電極部分が電極側に存在しないために振動膜の導電層との間に作用する静電力が弱いという欠点を有している。
【００２８】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記一対の電極に形成された穴は、各々の電極において同一中心線上に形成され長さが同一で幅および深さが各々異なる少なくとも二種類以上のサイズの矩形状穴が連なって形成された貫通穴であることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極に同一中心線上に形成され長さが同一で幅および深さが各々異なる少なくとも二種類以上のサイズの矩形状の穴が連なった貫通穴が形成される。したがって、一対の電極に形成された上記二種類以上のサイズの矩形状の各穴の縁部分に並行する電極部分が振動膜の導電層と対向するように構成されるため、平行コンデンサが形成される。したがって、振動膜の前記各穴の縁部分に対向する部分が、持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜の振動を大きくすることができる。
【００２９】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記一対の電極に形成された矩形状の貫通穴は、各々の電極において断面がテーパー状に形成されていることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極に平面が矩形状で、かつ断面がテーパー状の貫通穴が形成されているため、この電極のテーパ−部分が、振動膜の導電層と対向するように構成されるので、平行コンデンサが形成される。
したがって、前記電極のテーパ−部分に対向する振動膜の部分が、持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜の振動を大きくすることができる。
【００３０】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記電極に形成された穴は、反振動膜側に位置する穴に対して振動膜側に位置する穴の方が穴径が大きく、かつ深さが浅いことを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、電極に形成された穴は、反振動膜側に対して振動膜側の方の穴径が大きく、且つ深さが浅いので、上記二種類以上のサイズの同心円柱状の各穴の縁部分に並行する電極部分が振動膜の導電層と対向するように構成されることにより平行コンデンサが形成されるので、振動膜の導電層に働く静電吸引力及び静電斥力を大きくすることができる。
【００３１】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記電極に形成された矩形穴は、反振動膜側に位置する穴に対して振動膜側に位置する穴の方が幅が大きく、かつ深さが浅いことを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、電極に形成された矩形穴は、反振動膜側に位置する穴に対して振動膜側に位置する穴の方の幅が大きく、且つ深さが浅いので、上記二種類以上のサイズの矩形状の各穴の縁部分に並行する電極部分、または電極のテーパ−部分が振動膜の導電層と対向するように構成されることにより平行コンデンサが形成されるので、振動膜の導電層に働く静電吸引力及び静電斥力を大きくすることができる。
【００３２】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記複数個の貫通穴は、各々同一サイズであることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極に各々、同一サイズの貫通穴が形成される。したがって、穴加工が容易であり、製造コストの低減が図れる。
【００３３】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記複数個の貫通穴は、各々対向する位置では同一サイズであり、複数の穴サイズを有することを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、一対の電極において各々対向する位置では同一サイズであり、複数の穴サイズの貫通穴が形成される。したがって、穴加工が容易であり、製造コストの低減が図れる。
【００３４】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記一対の電極は、単一の導電性部材からなることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記一対の電極は、単一の導電性部材、例えば、ＳＵＳ、真鍮、鉄、ニッケル等の導電性材料で形成することができる。
【００３５】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記一対の電極は、複数の導電性部材からなることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記一対の電極は、複数の導電性部材で形成することができる。
【００３６】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記一対の電極は、導電性部材と絶縁部材とからなることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記一対の電極は、導電性部材と絶縁部材から構成される。例えば、ガラスエポキシ基板や紙フェノール基板等の絶縁部材に所望の穴加工をした後、ニッケルや金、銀、銅等でメッキ処理をすることにより、電極を導電性部材と絶縁部材で形成することができる。これにより、超音波トランスデューサの軽量化が図れる。
【００３７】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記振動膜は、絶縁性高分子フィルムの両面に電極層が形成されていることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、振動膜は絶縁性高分子フィルムの両面に電極層が形成される。そしてこの場合に後述するように振動膜に対向する電極側には絶縁層が設けられる。したがって、振動膜の作製が容易になる。
【００３８】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記振動膜は、電極層が２枚の絶縁性高分子フィルムで挟むように形成されていることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、電極層を絶縁層（絶縁高分子フィルム）で挟むように振動膜が形成される。したがって、電極側の絶縁処理が不要になり、超音波トランスデューサの製造が容易になる。また、振動膜に対する電極の配置の対称性の確保が容易になる。
【００３９】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記振動膜は、絶縁性高分子フィルムの片面に電極層が形成された膜を２枚使用し、各々電極層同士を密着させて構成されていることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、絶縁性高分子フィルムの片面に電極層が形成された膜を２枚使用し、各々電極層同士を密着させることにより振動膜が形成される。したがって、振動膜の作製が容易となる。
【００４０】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記振動膜は、エレクトレットフィルムを用いていることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記振動膜は、エレクトレットフィルムが用いられる。この場合に電極側には絶縁層が形成される。したがって、振動膜の作製が容易となる。
【００４１】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、絶縁性高分子フィルムの両面に電極層が形成されている振動膜、またはエレクトレットフィルムを用いた振動膜が用いられ、前記一対の電極の各々振動膜側に電気的絶縁処理が施されていることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、振動膜として絶縁層（絶縁フィルム）の両面に導電層（電極層）が形成された振動膜を使用する場合、あるいは振動膜としてエレクトレットフィルムを使用する場合には固定電極の振動膜側に電気的絶縁処理が施される。したがって、絶縁層（絶縁フィルム）の両面に導電層（電極層）が形成された両面電極蒸着膜や、エレクトレットフィルムを振動膜として使用することが可能となる。
【００４２】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記振動膜には、単一極性の直流バイアス電圧が印加されていることを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記振動膜には、単一極性の直流バイアス電圧が印加される。したがって、振動膜の電極層には常に同極性の電荷が蓄積されるので、前記一対の電極に印加される交流信号により変化する電極の電圧の極性に応じて、振動膜が静電吸引力及び静電斥力を受け、振動する。
【００４３】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記電極と前記振動膜とを保持する部材は絶縁材料で構成することを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、前記電極と振動膜を保持する部材は絶縁材料で構成される。したがって、電極と振動膜との間の電気的絶縁が保持される。
【００４４】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記振動膜は膜表面上における直角四方向に張力をかけて固定されていることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、前記振動膜は膜平面上における直角四方向に張力をかけて固定される。したがって、従来、振動膜を電極側に吸着させるために数百ボルトの直流バイアス電圧を振動膜に印加する必要があったが、振動膜の膜ユニット作製時に膜に張力をかけて固定することにより、従来、上記直流バイアス電圧が担っていた引張り張力と同様の作用をもたらすため、上記直流バイアス電圧を低減することができる。
【００４５】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記静電型超音波トランスデューサの片面に音響反射板を配置したことを特徴とする。
このように構成した本発明の静電型超音波トランスデューサは、静電型超音波トランスデューサの片面（例えば、背面）に音響反射板を設置し、該静電型超音波トランスデューサの背面から放出される超音波を前面に反射させる。この音響反射板を、例えば、静電型超音波トランスデューサ背面の各開口部から放射された超音波が全て同じ長さの経路で静電型超音波トランスデューサ前面に放射されるように配置する。これにより、静電型超音波トランスデューサの前面および背面から放出される超音波を有効利用できる。
【００４６】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記音響反射板は、静電型超音波トランスデューサ片面の中心位置に一端が位置し、該中心位置を基準として静電型超音波トランスデューサの当該面の両側に対して４５°の角度で配置され他端が静電型超音波トランスデューサの端部と一致する長さの一対の第１の反射板と、前記一対の第１の反射板の前記端部と直角の角度をなして各々前記第１の反射板の外側方向に接続され前記第１の反射板長と同等の長さを有する一対の第２の反射板とで構成されていることを特徴とする。
このように構成した静電型超音波トランスデューサでは、音響反射板は、静電型超音波トランスデューサ片面（例えば、背面）の各開口部から放射された超音波が全て同じ長さの経路で超音波トランスデューサの他方の面（例えば、前面）に放射されるように配置される。すなわち、超音波トランスデューサ背面の中心Ｍの両側に対して４５°の角度で第１の反射板を配置し、その端が超音波トランスデューサの端と一致する点までの長さとする。この第１の反射板により超音波トランスデューサ背面から放出された超音波は水平方向へ反射される。次に第１の反射板と直角の角度を持って接続された第２の反射板を各々第１の反射板の外側へ接続することで、超音波は超音波トランスデューサの横または上下から前面へ放出される。この第２の反射板長も第１の反射板長と同等であることが必要である。このようにして、超音波トランスデューサ背面から放射された超音波が全て同じ長さの経路を持って反射されるようにし、背面から前面に放出される超音波の位相が全てそろうようにする。
これにより、トランスデューサの前面および背面から放出される超音波を有効利用できる。
【００４７】
また、本発明の超音波スピーカは、上記いずれかの静電型超音波トランスデューサと、可聴周波数帯の信号波を生成する信号源と、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供給手段と、前記キャリア波を前記信号源から出力される可聴周波数帯の信号波により変調する変調手段とを有し、前記静電型超音波トランスデューサは、前記電極と前記振動膜の電極層との間に印加される前記変調手段から出力される変調信号により駆動されることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波スピーカでは、信号源により可聴周波数帯の信号波が生成され、キャリア波供給手段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。さらに、変調手段によりキャリア波が前記信号源から出力される可聴周波数帯の信号波により変調され、この変調手段から出力される変調信号が前記電極と前記振動膜の電極層との間に印加され、駆動される。
このように、本発明の超音波スピーカでは、上記構成の静電型超音波トランスデューサを用いて構成したので、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の音響信号を発生することができる超音波スピーカを実現できる。
また、本発明の超音波スピーカでは、前記一対の電極の各々の厚さｔを略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）または、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）とした静電型超音波トランスデューサを用いているので、各電極の貫通穴部分における電極の厚み部分が共鳴管を構成し、電極出口付近で音圧を最大とすることができ、同一の駆動条件でより強力な超音波を発生することができる。
【００４８】
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、上記いずれかの静電型超音波トランスデューサを使用する共に、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、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の音響信号を出力し、音声信号を再生することが可能になる。
【００４９】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法は、上記いずれかの静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法であって、前記一対の電極の電極部を形成するための導電体板上に複数の貫通穴のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通穴を形成する第１の工程と、前記貫通穴が形成された導電体板を積層して、該積層された導電体板の厚さｔを略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）、または、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）とする第２の工程と、を有することを特徴とする。
上記工程からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法では、一対の電極の電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通穴のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通穴を形成する。そして、導電体板を積層することにより、該導電体板で構成される電極の厚さｔを略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）、または、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）とする。例えば、導電体板の厚みが０．２５ｍｍであり、電極として１．５ｍｍの厚みが必要な場合は、導電体板を６枚積層する。
これにより、厚さｔが略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）、または、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）の電極を容易に形成できる。
【００５０】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法は、前記貫通穴が形成された導電体板に振動膜挟持部形成材としての非導電性の感光性レジストを所定の厚さに形成する第３の工程と、前記非導電性の感光性レジスト表面に前記振動膜挟持部のパターンが形成された振動膜挟持部形成用マスク部材を被覆し、露光する第４の工程と、前記振動膜挟持部形成用マスク部材を剥離し、現像により不要な前記感光性レジストを除去する第５の工程と、を有することを特徴とする。
上記工程からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法では、貫通穴が形成された導電体板に振動膜挟持部形成材としての非導電性の感光性レジストを所定の厚さに形成する第３の工程と、前記非導電性の感光性レジスト表面に前記振動膜挟持部のパターンが形成された振動膜挟持部形成用マスク部材を被覆し、露光する第４の工程と、前記振動膜挟持部形成用マスク部材を剥離し、現像により不要な前記感光性レジストを除去する第５の工程とを有するので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にできるため製造工程が短縮され、かつ製造コストを削減できる。また、残留レジストの剥離工程で使用する溶剤等（主に強アルカリ溶剤）が不要となり、環境面でも改善できる。
【００５１】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法は、前記複数の貫通穴が形成された導電体板表面に前記振動膜挟持部形成材を形成するためのマスク部材が配列されてなるスクリーン印刷版及び液状の振動膜挟持部形成材をセットする第３の工程と、前記複数の貫通穴が形成された導電体板表面に前記スクリーン印刷板及び前記液状の振動膜挟持部形成材をセットした後、スキージを移動させながら前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布する第４の工程と、前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布した後、前記スクリーン印刷版を外し、前記導電板表面に残存する前記振動膜挟持部形成材を乾燥させる第５の工程と、を有することを特徴とする。
上記工程からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法では、貫通穴が形成された導電体板表面に前記振動膜挟持部を形成するためのマスク部材が配列されてなるスクリーン印刷板及び液状の前記振動膜挟持部形成材をセットする第３の工程と、前記複数の貫通穴が形成された導電体板表面に前記スクリーン印刷板及び液状の振動膜挟持部形成部材をセットした後、スキージを移動させながら前記振動膜挟持部形成部材をマスク部材がかかっていない部分に塗布する第４の工程と、前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布した後、前記スクリーン印刷版を外し、前記導電板表面に残存する前記振動膜挟持部形成材を乾燥させる第５の工程とを有するので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にでき、さらにフォトリソグラフィー法で行う現像といった工程も全く必要ないため、製造工程が大幅に短縮され、かつ製造コストを大幅に削減できる。
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、上記いずれかの静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法を使用して静電型超音波トランスデューサを製造することを特徴とする。
上記構成の本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法では、上記いずれかの静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法を使用して静電型超音波トランスデューサを製造する。したがって、上記いずれかの静電型超音波トランスデューサの電極の製造方法により得られる効果が得られる。
【００５２】
また、本発明の超指向性音響システムは、上記いずれか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、電極の厚さｔが略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）、または、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）である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。
【００５３】
また、本発明の表示装置は、上記いずれか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、を含むことを特徴とする。
上記構成のプロジェクタでは、電極の厚さｔが略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）、または、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）である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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
［本発明による静電型超音波トランスデューサの構成例の説明］
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの構成を図１に示す。図１（Ａ）は、静電型超音波トランスデューサの構成を示し、同図（Ｂ）は、超音波トランスデューサの一部を破断した平面図を示している。
図１において、本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサ１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１０Ａ、１０Ｂと、一対の固定電極に挟持され、電極層１２１を有する振動膜１２と、一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂと振動膜を保持する部材（図示せず）とを有している。
【００５５】
振動膜１２は、絶縁体（絶縁層）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おり、さらに、この直流バイアス電圧に重畳して固定電極１０Ａと固定電極１０Ｂには、信号源１８から出力される相互に位相反転した交流信号１８Ａ，１８Ｂが電極層１２１との間に印加されるようになっている。
【００５６】
また、一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂ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１４を有しており、一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂの導電部材間には信号源１８により相互に位相反転した交流信号１８Ａ，１８Ｂが印加されるようになっている。
固定電極１０Ａと電極層１２１、固定電極１０Ｂと電極層１２１は、それぞれコンデンサが形成されている。
【００５７】
上記構成において、超音波トランスデューサ１は、振動膜１２の電極層に、直流バイアス電源１６により単一極性の（本実施形態では正極性の）直流バイアス電圧に信号源１８から出力される相互に位相反転した交流信号１８Ａ，１８Ｂが重畳された状態で印加される。
一方、一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂには、信号源１８より相互に位相反転した交流信号１８Ａ，１８Ｂが印加される。
【００５８】
この結果、信号源１８から出力される交流信号１８Ａの正の半サイクルでは、固定電極１０Ａ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１上、下方に引っ張られる。
また、このとき、交流信号１８Ｂが負のサイクルとなり、対向する固定電極１０Ｂ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１上、さらに下方に引っ張られる。
【００５９】
したがって、振動膜１２の一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂにより挟持されていない膜部分は、同方向に静電吸引力と静電反発力（静電斥力）を受ける。これは、信号源１８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１上、上方に静電吸引力が、また裏面部分１２Ｂには、図１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１０Ａ、１０Ｂにより挟持されていない膜部分は、同方向に静電吸引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が同方向に静電吸引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。
【００６０】
このように本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ１は、振動膜１２が一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂ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。
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ１は、従来の、振動膜に静電吸引力のみしか作用しない静電型の超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）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。
【００６１】
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性を図１８に示す。同図において、曲線Ｑ３が本実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性である。同図から明らかなように、従来の広帯域型の静電型超音波トランスデューサの周波数特性に比して、より広い周波数帯にわたって、高い音圧レベルが得られることが分かる。具体的には、２０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚの周波数帯域においてパラメトリック効果が得られる１２０ｄＢ以上の音圧レベルが得られることが分かる。
【００６２】
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ１は一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂに挟持された薄膜の振動膜１２が静電吸引力と静電斥力の両方を受けるため、大きな振動が発生するばかりでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広帯域に渡って発生させることができるのである。
【００６３】
次に、本実施形態に係る超音波トランスデューサの固定電極について説明する。図２は円柱状固定電極（一対の固定電極のうち片方の電極のみ）のいくつかの構成例（断面図）を示している。
図２（ａ）は貫通穴タイプであり、具体的には、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂに形成された穴は、円柱状に形成された貫通穴である。この貫通穴が形成された固定電極は、製造は最も簡単であるが振動膜１２と対向する電極に相当する部分がないため、静電力が弱いという欠点を有している。
【００６４】
図２（ｂ）は２段貫通穴構造の固定電極の構造を示している。すなわち、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂに形成された穴は、直径および深さが各々異なる少なくとも二種類以上（本実施形態では二種類）のサイズの同心円柱状の穴が連なって形成された貫通穴である。固定電極に形成された穴は、反振動膜側に対して振動膜側の方の穴径が大きく、且つ深さが浅く形成されている。
この場合各穴の淵部分に並行する場所が振動膜１２と対向しており、この部分が平行板コンデンサを構成している。
【００６５】
したがって振動膜１２の淵部分が持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため膜振動を大きくさせることができる。また図２（ｃ）は断面がテーパー状の貫通穴を示している。この形状を固定電極として採用した場合の効果も図（ｂ）における構成により得られる効果と同様である。
【００６６】
図３は溝形状の貫通穴を有する固定電極のいくつかの構成例（一対の固定電極のうち片方の電極のみ）を示している。図３（ａ）は貫通溝穴タイプで、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂに形成された穴は、平面が矩形状の貫通穴である。この貫通穴が形成された固定電極も製造は最も簡単であるが振動膜１２と対向する電極に相当する部分がないため、静電力が弱いという欠点を有している。
【００６７】
図３（ｂ）は２段貫通溝穴構造の固定電極の構成を示している。すなわち、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂに形成された穴は、同一中心線上に形成され長さが同一で幅および深さが各々異なる少なくとも二種類以上（本実施形態では二種類）のサイズの平面が矩形状の穴が連なって形成された貫通穴である。
この場合、丸穴形状のときと同様に各溝穴の淵部分に並行する場所が振動膜１２と対向しており、ここが平行板コンデンサを構成している。
したがって振動膜１２の淵部分が持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜１２の膜振動を大きくさせることができる。
【００６８】
また、図３（ｃ）はテーパー状の貫通溝穴を示している。すなわち、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂに形成された矩形状の貫通穴は断面がテーパー状に形成されている。この形状を固定電極として採用した場合の効果も図３（ｂ）における構成の固定電極と同様の効果が得られる。
なお、図３（ｂ）、（ｃ）の構成例において、固定電極に形成された矩形穴は、反振動膜側に対して振動膜側の方の幅が大きく、且つ深さが浅くなるように形成されている。
【００６９】
また、図２、図３に示した各構成例に示した、固定電極に形成された複数個の貫通穴は、各々同一サイズとしてもよい。
また、前記複数個の貫通穴は、各々対向する位置では同一サイズであり、複数の穴サイズを有するようにしてもよい。
【００７０】
本実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する固定電極は、単一の導電性部材で構成してもよいし、複数の導電性部材で形成してもよい。
また、本実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する固定電極は、導電性部材と絶縁部材から構成してもよい。
【００７１】
具体的には、本実施形態に係る超音波トランスデューサの固定電極の材質は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、軽量化を図る必要があるため、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。
【００７２】
ただし、振動膜１２に、両面電極蒸着膜やエレクトレットフィルムを使う場合は、図１に示した超音波トランスデューサ１において、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂの振動膜１２側には何らかの絶縁処理が必要となる。例えば、アルミナ、珪素ポリマー系材料、アモルファス・カーボン膜、ＳｉＯ２などで絶縁薄膜処理を施すなどの必要がある。
【００７３】
次に、振動膜１２について説明する。振動膜１２の機能は常に同極性の電荷を蓄積しておき（＋の極性でも−の極性でもかまわない）、交流電圧で変化する固定電極１０Ａ，１０Ｂ間で静電力により振動することである。本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサにおける振動膜１２の具体的構成例を、図４を参照して説明する。
【００７４】
図４（ａ）は絶縁フィルム（絶縁層）１２０の両面に電極蒸着処理を施し、電極層１２１を形成した振動膜１２の断面構造を示している。中心の絶縁フィルム１２０は高分子材料、例えばポリ・エチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ・エステル、ポリ・エチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ・フェニレン・サルファイド（ＰＰＳ）などが伸縮性、電気耐圧的に好ましい。
【００７５】
電極層１２１を形成する電極蒸着材料はＡｌが最も一般的で、その他、Ｎｉ、Ｃｕ、ＳＵＳ、Ｔｉなどが上記高分子材料との相性、コストなどの面から望ましい。振動膜１２を形成する絶縁フィルム１２０としての絶縁性高分子フィルムの厚みは駆動周波数や固定電極に設けた穴サイズなどにより最適値が異なるため一意には決めかねるが、一般には１μｍ以上１００μｍ以下の範囲でおおよそ十分であると思われる。
【００７６】
電極層１２１としての電極蒸着層の厚みも４０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲が望ましい。電極厚みは薄すぎると電荷がほとんど蓄積できず、また厚すぎると膜が硬くなって振幅が小さくなるという問題につながってしまう。また、電極材料としては透明導電膜ＩＴＯ/Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ酸化物などでも良い。
【００７７】
図４（ｂ）は電極層１２１を絶縁フィルム１２０としての絶縁性高分子フィルムで挟み込んだ構造を示している。このときの電極層１２１の厚みも図４（ａ）の場合と同様に４０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲が望ましい。また、電極層１２１それを挟む絶縁フィルム１２０の材質、厚さも図４（ａ）の両面電極蒸着膜と同様にポリ・エチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ・エステル、ポリ・エチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ・フェニレン・サルファイド（ＰＰＳ）、１μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。
【００７８】
図４（ｃ）は片面電極蒸着膜を電極面が接触するように２枚張り合わせたものである。
このときの絶縁膜および電極部の条件は上述した他の振動膜と同様の条件が望ましい。
また、振動膜１２には数百ボルトの直流バイアス電圧が必要となるが、膜ユニット作製時に振動膜１２の膜表面上における直角四方向に張力をかけて固定することにより、前記バイアス電圧は低減できる。
【００７９】
これはあらかじめ膜に張力をかけておくことで、従来バイアス電圧が担っていた引っ張り張力と同様の作用をもたらすためであり、低電圧化のためには非常に有効な手段である。
この場合も膜電極材料としては、Ａｌが最も一般的で、その他、Ｎｉ、Ｃｕ、ＳＵＳ、Ｔｉなどが上記高分子材料との相性、コストなどの面から望ましい。さらに透明導電膜ＩＴＯ/Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ酸化物などでも良い。
【００８０】
次に、上記固定電極あるいは振動膜の固定材料であるが、アクリル、ベークライト、ポリアセタール（ポリオキシメチレン）樹脂（ＰＯＭ）などのプラスチック系材料が、軽量、非導電性という観点から好ましい。
【００８１】
次に、本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの要部の構成について説明する。図２及び図３を参照して既に固定電極の構造について説明したが、本発明の実施形態に係るこれらの固定電極の厚み部分が共鳴現象を生じる音響管である共鳴管を構成するようにその長さｔが設定されている（図２参照）。
図５は、貫通穴（共鳴管）１４が設けられた固定電極（共鳴管ユニット）１０Ａ（１０Ｂ）の平面図であり、固定電極１０Ａ（１０Ｂ）に設けられた貫通穴の配置の一例を示している。貫通穴の配置は図５に示したように規則的に配列されるとは限らない。
【００８２】
また、貫通穴の長さは、構造上、固定電極の厚み部分の長さｔが支配的であり、したがって、固定電極の貫通穴部分を共鳴管として使用するためには固定電極の厚み部分の長さｔが共鳴管を構成するように決定される必要がある。
図６は、共鳴管の集合体である共鳴管ユニットとしての固定電極における音の共鳴状態を示した正面断面図である。図中ｔは共鳴管の長さを示しており、本例では１／２波長の音波が伝播する様子を示している。
【００８３】
共鳴現象を起こす最小の波長単位は１／２波長であり、両端開口端の共鳴現象の理論式は以下のようである。すなわち、ｆを超音波周波数、ｃを音速（約３４０ｍ／ｓ）、λを波長とすると、
λ＝ｍｃ／ｆ                （１）の関係がある（ただし、ｍは整数）。
ここで、最適音響管長をλopt，ｎを奇数の自然数とすると、
λopt=（ｎｃ／４）λ              （２）
で表せる。
【００８４】
音波の波長λが式（２）を満たすとき、音圧は音響管出口で最大となり、これが求める音響管（共鳴管）長、すなわち固定電極の厚み部分の長さｔである。したがって、図６（ｂ）が共鳴管ユニット、すなわち固定電極を最もコンパクトにする形態であるが、図中ｔは１／４波長の正の自然数倍であればいかなる値をとっても良い。
【００８５】
一例を示せば、超音波の周波数が４０ｋＨｚの場合、波長は８．５ｍｍあるので、その１／４の２．１２５ｍｍの共鳴管長（固定電極厚）ｔがあればよい。発生させるのが超音波であるので、２０ｋＨｚを基準に取れば、波長は１７ｍｍである。したがって、その１／４の４．２５ｍｍの共鳴管長（固定電極厚）ｔがあればよい。
また、１００ｋＨｚを基準に取れば、波長は３．４ｍｍである。したがって、その１／４の０．８５ｍｍの共鳴管長（固定電極厚）ｔがあればよい。
【００８６】
現実的には、次式（３）に示すように、固定電極の厚み部分の長さｔの選択値にある程度の幅を持たせることがよい。
（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８          （３）
ただし、λは、超音波の波長（Ｈｚ）、ｎは正の奇数である。
また、
λ＝ｃ／ｆ                （４）
ただし、ｃは音速であり、ｃ＝３３１．３＋０．６Ｔ（ｍ／ｓ）（ただし、Ｔは空気温度（℃））、ｆは超音波の周波数（Ｈｚ）である。
【００８７】
式（３）の意味するところは、共鳴管長の最適値の前後（±）１／８波長の範囲で共鳴管長（固定電極厚）を選択する、ということである。１／８波長というのは、最適値の約７０％に相当し、それ以上ならその値を選択しても効率的には大きな損失は無いと推測される限界値である。
なお、本実施形態では、図１において、固定電極（共鳴管ユニット）１０Ａの底部と振動膜との間には実際には若干の隙間が設けられている（図面では隙間がなく、密着した状態になっているが）。この隙間は、開口端補正であり、一般には共鳴管半径の０．６〜０．８５倍程度必要である。
【００８８】
また、本原理を利用する場合には、共鳴管内径は音波長より十分小さく、管内では平面波が発生することが前提とされている。本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの場合、発生する超音波は平面波であり、また管内径は大きくても２．１ｍｍ程度であるのでキャリア波として発振する超音波の周波数が２０ｋＨｚの時の波長１７ｍｍに対して十分に小さい値であるので、全く問題ないと考えられる。
【００８９】
このように、本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサによれば、音の共鳴現象を利用してＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌタイプの静電型超音波トランスデューサにおける固定電極の厚み部分の長さを、固定電極における貫通穴が共鳴管として機能するように設定することにより、同一の駆動条件でもより強力な超音波を発生させることが可能となる。
換言すれば、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌタイプの静電型超音波トランスデューサにおいて、これまでよりもより少ない電気エネルギーで同一レベルの音圧を発生させることができ、低電圧化（低電力化）を実現することができる。
【００９０】
次に、本発明の他の実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を図７に示す。本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ５５の構成は、音響反射板を超音波トランスデューサの背面に設置したことを除き、図１に示した構成と同一である。すなわち、本実施形態に係る超音波トランスデューサ５５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１０Ａ，１０Ｂと、前記一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂに挟持され、電極層１２１を有し、該電極層１２１に直流バイアス電圧が印加される振動膜１２と、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂと振動膜１２を保持する部材（図示せず）とを有し、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂは振動膜１２を介して対向する位置に同数かつ複数の穴を有し、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂの導電部材間には交流信号が印加される超音波トランスデューサであって、該超音波トランスデューサの背面に音響反射板２００を設置したことを特徴としている。一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂの貫通穴の厚み部分の長さtを同一とし、かつ既述したように共鳴管として機能するように設定することは前記実施形態と同様である。
【００９１】
音響反射板２００は、超音波トランスデューサ５５背面の各開口部から放射された超音波が全て同じ長さの経路で超音波トランスデューサ５５前面に放射されるように配置されている。
すなわち、音響反射板２００は、超音波トランスデューサ５５背面の中心位置Ｍに一端が位置し、該中心位置を基準として超音波トランスデューサ５５背面の両側に対して４５°の角度で配置され他端が超音波トランスデューサ５５の端部Ｘ１、Ｘ２と一致する長さの一対の第１の反射板２０１、２０１と、一対の第１の反射板２０１、２０１の前記端部と直角の角度をなして各々前記第１の反射板の外側方向に接続され前記第１の反射板長と同等の長さを有する一対の第２の反射板２０２、２０２とを有している。
【００９２】
上記構成において、超音波トランスデューサ５５背面の中心Ｍの両側に対して４５°の角度で第１の反射板２０１、２０１を配置し、その端が超音波トランスデューサ５５の端と一致する点までの長さが必要となる。この第１の反射板２０１、２０１により超音波トランスデューサ５５背面から放出された超音波は水平方向へ反射される。
【００９３】
次に第１の反射板２０１、２０１と直角の角度を持って接続された第２の反射板２０２、２０２を各々第１の反射板２０１、２０１の外側へ接続することで超音波は超音波トランスデューサ５５の横または上下から前面へ放出される。この第２の反射板長も第１の反射板長と同等であることが必要である。ここで重要なことは超音波トランスデューサ５５背面から放射された超音波が全て同じ長さの経路を持つことである。経路長が同じであることは背面から放出される超音波の位相が全てそろっていることを意味しているからである。
【００９４】
また、図７のように音波を幾何学的に扱うことができるのは、放出する音波が超音波であるため、極めて強い指向性を持つからである。またもう一点言及しておく必要があるのは、超音波トランスデューサ５５前面から放出された超音波と背面から反射されて前面へ放出された超音波の時間差である。
【００９５】
トランスデューサの中心からａの距離だけ離れた地点から放出された超音波は、トランスデューサを円形と仮定しその半径をｒとすると、トランスデューサ前面まで到達する距離はおおよそ２ｒ、すなわちトランスデューサの直径に等しい。勿論、距離ａは次式を満たしていなければならない。
０≦ａ≦ｒ    ……  （１）
【００９６】
今、トランスデューサの直径を約１０ｃｍとし、音速を３４０ｍ／ｓｅｃとすると、前面から放出される超音波と背面から放出された超音波が反射して前面に到達するまでの時間差は約０．２９ｍｓｅｃであり、人間が知覚できない時間差であるので問題はない。すなわち、トランスデューサの前面および背面から放出される超音波を有効利用できる。
【００９７】
次に、本発明の実施形態に係る超音波スピーカの構成を図８に示す。本実施形態に係る超音波スピーカは、上述した本発の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサ（図１）を超音波トランスデューサ５５として用いたものである。
【００９８】
図８において、本実施形態に係る超音波スピーカは、可聴波周波数帯の信号波を生成する可聴周波数波発振源（信号源）５１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発振源（キャリア波供給手段）５２と、変調器（変調手段）５３と、パワーアンプ５４と、超音波トランスデューサ５５とを有している。
変調器５３は、キャリア波発振源５２から出力されるキャリア波を可聴周波数波発振源５１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５４を介して超音波トランスデューサ５５に供給する。
【００９９】
上記構成において、可聴周波数波発振源５１より出力される信号波によってキャリア波発振源５２から出力される超音波周波数帯のキャリア波を変調器５３により変調し、パワーアンプ５４で増幅した変調信号により超音波トランスデューサ５５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５５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。
【０１００】
すなわち、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な顕著に表れ、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。
【０１０１】
以上のように高音圧の広帯域性が確保されると様々な用途にスピーカとして利用することが可能となる。超音波は空中では減衰が激しく、その周波数の二乗に比例して減衰する。したがって、キャリア周波数（超音波）が低いと減衰も少なくビーム状に遠くまで音の届く超音波スピーカを提供することができる。
逆にキャリア周波数が高いと減衰が激しいのでパラメトリックアレイ効果が十分に起きず、音が広がる超音波スピーカを提供することができる。これらは同じ超音波スピーカでも用途に応じて使い分けることが可能なため大変有効な機能である。
【０１０２】
また、ペットとして人間と生活をともにすることの多い犬は４０ｋＨｚまで、猫は１００ｋＨｚまでの音を聴くことが可能であるため、それ以上のキャリア周波数をもちいれば、ペットに及ぼす影響もなくなるという利点も有する。いずれにせよ色々な周波数で利用できるということは多くのメリットをもたらす。
【０１０３】
本発明の実施形態に係る超音波スピーカによれば、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に高い音圧レベルの音響信号を発生することができる。
【０１０４】
また、本発明の超音波スピーカでは、前記一対の固定電極の各々の厚さｔを略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）または、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）とした静電型超音波トランスデューサを用いているので、各固定電極の貫通穴部分における固定電極の厚み部分が共鳴管を構成し、固定電極出口付近で音圧を最大とすることができ、同一の駆動条件でより強力な超音波を発生することができる。
【０１０５】
［本発明の静電型超音波トランスデューサの固定電極の製造方法につての説明］
次に、本発明のＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサの固定電極部分の製造方法について説明する。
最初に、超音波トランスデューサの固定電極部分をフォトリソグラフィー法により、従来の手法で製造する場合の製造工程について図１９を参照して説明する。同図において、まず、導電体板（銅、ステンレスが用いられるが、ニッケル電鋳に対しては銅が適している。）１０に複数の貫通穴のパターンが形成されたマスク部材１１を被せ、エッチング処理により導電体板１０Ｃに貫通穴１４を形成する（図１９（ａ），（ｂ））。
次いで、導電体板１０Ｃに貫通穴１４が形成された後にマスク部材１１を剥離して、貫通穴１４の空いた導電体板１０Ｃが得られる（図１９（ｃ））。
【０１０６】
ここでエッチングによって導電体板１０Ｃに空けられる貫通穴１４の口径には、導電体板１０Ｃの厚みとの関係で制約がある。例えば、本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサで使用している貫通穴１４の最小口径は０．２５ｍｍとすると、この径の貫通穴１４が空けられる板厚みは０．２５ｍｍ以下とされている。よって、０．２５ｍｍ以上の厚みの固定電極を必要とする場合には、厚み０．２５ｍｍの金属板にエッチングで貫通穴１４を空けたものを予め数枚用意しておき、これらを必要枚数重ねて熱圧着または拡散接合により金属結合させ積層し、所望の厚みの固定電極を製作する。
この場合に、固定電極の厚さは略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）、または、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）となるよう決められる。すなわち、貫通穴部分における固定電極の厚み部分が共鳴管を構成するようにする。
【０１０７】
次に、貫通穴１４の空いた導電体板１０Ｃ（または積層された導電体板）に、固定電極を構成する振動膜挟持部（段差部）を形成するため、前処理材としての感光性レジスト（液体の場合はコーティング、フィルムの場合はラミネート）２３を付けた後、振動膜挟持部形成用マスク部材２１を被せて露光する（図１９（ｄ））。
感光性レジスト２３としては、一般的にエッチングやメッキ等で一時的な中間構造体を形成するために使用される液体レジストやドライフィルムを用いるが、本構成品では貫通穴１４を封止する事を目的とするため、ドライフィルムを用いる方がより有効である。
【０１０８】
現像により不要なレジストを除去すると、固定電極の振動膜挟持部（段差部）を形成させる部分の導電体板１０Ｃ表面のみが露出する（図１９（ｅ））。
次いで、導電体板１０Ｃの上記露出面に対し、電鋳法により金属（例えばニッケル）を所望の高さまで積層させる（図１９（ｆ））。電鋳処理が完了後、残留レジスト２４を剥離すると、所望の固定電極が出来上がる（図１９（ｇ））。
【０１０９】
以上の従来の製造工程により製造した場合の固定電極の問題点を以下に示す。
（１）振動膜に薄いフィルムが使えない
上述した従来の製造工程で固定電極を製造する場合、すなわち固定電極の振動膜挟持部を導電材で構成する場合、振動膜の金属蒸着層（＝導電層）と固定電極の最大クリアランスは、振動膜の絶縁層の厚みとなる。
ここで、本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサで使用する振動電極膜の絶縁層はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）などで構成される。
【０１１０】
ここで各材料の絶縁破壊強度は下記の通りである。
ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＩ：２００Ｖ／μｍ
ＰＰ：３００Ｖ／μｍ
また、本トランスデューサに印加する電圧は、固定電極、振動電極膜ともに、数１００Ｖ〜数ｋＶである。
よって、従来の構成において、例えば振動膜の絶縁層にＰＥＴを用いた場合、２ｋＶの電圧を印加するためには少なくとも１０μｍの膜厚が必要となり、振動膜としてこれより薄いフィルムは使えない事になる。
（２）絶縁破壊を起こし易い。
エッチング処理により成形された固定電極のエッジ部は非常に鋭利である。また追加工（機械加工）を行った箇所には、数〜１０数ミクロンのバリ等が発生する。また、エッチング処理した金属には歪みが起こり易く、熱圧着または拡散接合を行っても、少なくとも１０数μｍの反りが残る事が確認されている。
このように、固定電極に反りがある状態で振動電極膜を確実に挟持させようとすると、図２０に示すように固定電極における振動膜挟持部２０のエッジ部が振動膜１２の絶縁層１２０に食い込む。
【０１１１】
従来構成では、振動膜挟持部２０が導電材料で形成されているため、振動膜１２の電極層１２１と固定電極の導電部との最小ギャップは図中ｄ１となり、食い込んだ分だけギャップが狭くなり、絶縁破壊強度が低下する。
例えば、絶縁層１２０がＰＥＴであった場合、ｄ１が１μｍ程度まで小さくなると、２００Ｖ以上の電圧を印加する事は困難となる。
（３）静電容量が大きく、無駄にエネルギーが消費される。
投入電力は静電容量で決まり、振動膜１２の電極層１２１と固定電極間のギャップが狭くなるほど、すなわち振動電極膜の絶縁層１２０が薄くなるほど静電容量は大きくなり、投入電力が増加する。
一方、超音波トランスデューサの主特性（＝音圧）に最も寄与する振動膜１２に作用する静電力は、振動膜挟持部として露出している固定電極の金属面の面積と振動膜挟持部の段差（＝導電体と振動膜間のギャップ）によって決まる。
よって、絶縁層の薄い振動膜を用いれば静電力は増えるが、同時に静電容量も大幅に増えるため、エネルギー効率が良くない。
【０１１２】
以上説明したように、従来の製造工程により超音波トランスデューサの固定電極を製造した場合には、（１）振動膜に薄いフィルムが使えない、（２）固定電極と振動膜の導電層との間で絶縁破壊を起こし易い、（３）振動膜の導電層と固定電極との間で形成される静電容量が大きく、無駄にエネルギーが消費される、という問題がある。
これらの問題は、以下に説明する超音波トランスデューサの製造方法により解決される。
【０１１３】
（本発明の静電型超音波トランスデューサの固定電極の製造方法の第１の実施形態（フォトリソグラフィー法））
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の製造方法の第１実施形態を図９に示す。
図９において、まず、導電体板（銅、ステンレスが用いられるが、ニッケル電鋳に対しては銅が適している。）１０に複数の貫通穴のパターンが形成されたマスク部材１１を被せ、エッチング処理により導電体板１０Ｃに貫通穴１４を形成する（図９（ａ），（ｂ））。
次いで、導電体板１０Ｃに貫通穴１４が形成された後にマスク部材１１を剥離して、貫通穴１４の空いた導電体板１０Ｃが得られる（図９（ｃ））。次に、導電体板１０Ｃを積層して、厚さを略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）、または、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）とする。もちろん、１枚の導電体板１０Ｃで上記所望の厚みが得られる場合は、導電体板１０Ｃを積層する必要はない。
【０１１４】
次に貫通穴１４の空いた導電体板１０Ｃ（又は積層された導電体板）に、振動膜挟持部を構成する段差を形成するための感光性レジスト（液体の場合はコーティング処理、フィルムの場合はラミネート処理）２２を付けた後、振動膜挟持部形成用マスク部材２１を被せて露光する（図９（ｄ））。
ここで使用する振動膜挟持部形成材としての感光性レジスト２２は、永久的に振動膜挟持部として構成でき、かつ非導電性の物でなければならない。有効と考えられる材料には、液体の場合では感光性ポリイミドコーティング材（＝半導体製造で使用される感光性のコーティング材で、スピンコート法により金属板をコーティングして使用）、フィルムの場合では回路基板のパッケージ用に使用される感光性ソルダーレジストフィルムや感光性ポリイミドフィルムなどがある。
【０１１５】
振動膜挟持部形成用マスク部材２１を剥離し、現像により不要な感光性レジスト２２を除去すると固定電極部となる導電体板１０Ｃの表面のみが露出し、その他の部分に非導電性の感光性レジスト２２が残り、所望の固定電極が出来上がる（図９（ｅ））。
【０１１６】
上記工程からなる超音波トランスデューサの固定電極の製造方法では、振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成するようにしたので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にできるため製造工程が短縮され、かつ製造コストを削減できる。また、残留レジストの剥離工程で使用する溶剤等（主に強アルカリ溶剤）が不要となり、環境面でも改善できる。
【０１１７】
（本発明の静電型超音波トランスデューサの固定電極の製造方法の第２の実施形態（スクリーン印刷法））
次に、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の製造方法（製造工程）の第２実施形態を図１０に示す。
【０１１８】
図１０において、まず、導電体板（銅、ステンレスが用いられるが、ニッケル電鋳に対しては銅が適している。）１０に複数の貫通穴のパターンが形成されたマスク部材１１を被せ、エッチング処理により導電体板１０Ｃに貫通穴１４を形成する（図１０（ａ），（ｂ））。
次いで、導電体板１０Ｃに貫通穴１４が形成された後にマスク部材１１を剥離して、貫通穴１４の空いた導電体板１０Ｃが得られる（図１０（ｃ））。次に、導電体板１０Ｃを積層して、厚さを略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）、または、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）とする。もちろん、１枚の導電体板１０Ｃで上記所望の厚みが得られる場合は、導電体板１０Ｃを積層する必要はない。
【０１１９】
貫通穴１４の空いた導電体板１０Ｃ（または積層された導電体板）の上に、固定電極における振動膜挟持部を形成するためのスクリーン印刷版３０および液状の振動膜挟持部形成材３２をセットし、スキージ３１を移動させて振動膜挟持部形成材３２をスクリーン印刷版３０におけるマスク部材のかかっていない部分に塗り込む（図１０（ｄ））。
ここで、有効と考えられる振動膜挟持部形成材３２は、永久的に振動膜挟持部として構成でき、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。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、振動電極膜をしっかりと挟持するには有効である。
【０１２０】
振動膜挟持部形成材３２をスクリーン印刷版３０におけるマスク部材のかかっていない部分への塗布完了後にスクリーン印刷版３０を外すと、導電体板１０Ｃ上における振動膜挟持部に非導電性の層（＝振動膜挟持部形成材３２）が残り、これを乾燥させて所望の固定電極が出来上がる（図１０（ｅ））。
このように、固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成すると、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にでき、さらにフォトリソグラフィー法で行う現像といった工程も全く必要ないため、製造工程が大幅に短縮され、かつ製造コストを大幅に削減できる。
【０１２１】
また、その他の超音波トランスデューサの製造方法としては、予めコーティングすべき部分のみ導電部が露出するようにレジストを形成しておき、非導電性インク（非導電性塗料）をインクジェットヘッドで飛ばして塗布する、あるいは電着ポリイミド材に浸して電着コーティングして、塗布あるいは電着後にレジストを剥離する方法でも可能である。
【０１２２】
以上説明したように、静電型超音波トランスデューサの固定電極における振動膜挟持部を非導電性材料（絶縁材料）で形成したことにより、以下の効果が得られる。
（１）振動膜を形成するフィルム厚みの選択範囲が拡がる。
非導電性材料にて形成した固定電極における振動膜挟持部の段差分（数μｍ〜数十μｍ）だけ、絶縁層の厚みが増大された事になり、振動膜として１０μｍ以下の薄肉フィルムでも問題なく高電圧で使用可能となる。
【０１２３】
例えば、振動電極膜の絶縁層に３μｍのＰＥＴフィルムを用いた場合、従来の固定電極の構成（固定電極全体を導電性材料で形成）では６００Ｖが印加できる電圧の上限値となるが、非導電性材料を適用する事により、例えば振動膜挟持部の段差を３μｍとした場合でも、固定電極面と振動膜の導電層とのクリアランスが６μｍになるため、１ｋＶ以上の電圧を印加する事が可能となる。
また、例えば固定電極における振動膜挟持部の段差を２０μｍとして、３ｋＶの電圧を印加したい場合、従来の固定電極の構成では１５μｍの絶縁層（ＰＥＴ）が必要となるが、固定電極の振動膜挟持部を形成するのに非導電性材料を用いると１μｍのＰＥＴフィルム（クリアランス：２１μｍ）で十分となる。
（２）振動膜の破損による固定電極と振動膜の導電層との間における絶縁破壊が生じるのを回避できる。
すなわち、固定電極１０Ａ，１０Ｂの振動膜挟持部２０を非導電性材料にて構成した場合、図２０において、振動膜挟持部２０の段差ｄ２（数μｍ〜数十μｍ）分が絶縁層として上乗せされるため、振動膜１２の電極層１２１と固定電極の固定電極部（導電部）１０との最小ギャップは（ｄ１＋ｄ２）となるため、エッジ部が振動膜１２の絶縁層１２０に深く食い込んでも絶縁破壊強度が十分確保され、従来のような不具合が発生する事は無く、薄い振動電極膜でも問題なく扱う事が可能となる。
【０１２４】
また、固定電極１０Ａまたは１０Ｂの一部が完全に振動膜１２の電極層１２１に接触する、あるいは完全に振動膜１２を突き破り、反対側の固定電極と接触した場合でも、導電部同士が接触する事は無く、固定電極の構造的歪みによる絶縁強度の低下および短絡を完全に防ぐ事ができる。
（３）静電容量の低減によるエネルギー効率の改善が図れる。
従来のように固定電極を全て導電材料で構成した場合に比べ、非導電性材料で振動膜挟持部を形成すると、振動膜に作用する静電力を全く変えずに、固定電極の導電部（固定電極部１０）との間における静電容量のみを低減する事ができる。
例えば、本発明のトランスデューサの構造（図２１）において、振動膜１２の絶縁層１２０をＰＥＴ（比誘電率３．２）とし、その厚みをｔ１、また振動膜挟持部２０をポリイミド（比誘電率３．５）とし、その厚み（＝振動膜挟持部２０の段差）をｔ２、振動膜挟持部２０の外径をφＤ１、内径は外径の半分とした場合の、従来の固定電極の構成に対する静電容量の比を図１１（ａ），（ｂ）に示す。
同図から明らかなように振動膜１２の絶縁層１２０の厚みｔ１が薄くなるほど、振動膜挟持部２０を絶縁材料で形成することによる静電容量の低減効果は大きく、また振動膜挟持部２０の厚みｔ２が厚くなるほど、静電容量の低減効果がおおきい。
以上のことから静電力を変えずに投入電力のみを低減できるため、エネルギー効率の改善された超音波トランスデューサを実現できる。
【０１２５】
［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、固定電極の厚さｔを略、（λ／４）・ｎ（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）、または、（λ／４）・ｎ−λ／８≦ｔ≦（λ／４）・ｎ＋λ／８（但し、λは超音波の波長、ｎは正の奇数）とし、貫通穴部分が共鳴管を構成するＰｕｓｈ−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。
【０１２６】
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１２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。
【０１２７】
プロジェクタ３０１の外観構成を図１３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。
【０１２８】
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（貫通穴部分が共鳴管を構成する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。
【０１２９】
次に、プロジェクタ３０１の電気的構成を図１４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（貫通穴部分が共鳴管を構成する静電型超音波トランスデューサ）である。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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３１８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。
【０１４４】
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１２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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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１５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。
【０１５０】
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１５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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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１５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。
【０１５３】
以上説明したように、本発明のプロジェクタでは、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサ（貫通穴部分が共鳴管を構成する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。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
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】
【０１５５】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサにおける固定電極の形状の具体例を示す説明図。
【図３】本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサにおける固定電極の貫通溝構造の具体例を示す説明図。
【図４】本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサにおける振動膜の構造の具体例を示す説明図。
【図５】本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサにおける貫通穴が設けられた固定電極の構成を示す平面図。
【図６】共鳴管の集合体である共鳴管ユニットとしての固定電極における音の共鳴状態を示す正面断面図。
【図７】本発明の他の実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を示す図。
【図８】本発明の実施形態に係る超音波スピーカの構成を示すブロック図。
【図９】超音波トランスデューサの製造方法の第１の実施の形態を示す図。
【図１０】超音波トランスデューサの製造方法の第２の実施の形態を示す図。
【図１１】振動膜の絶縁層の厚みと振動膜挟持部の厚みと静電容量の関係を示す図。
【図１２】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１３】図１２に示したプロジェクタの外観構成を示す図。
【図１４】図１２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１５】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１６】従来の共振型の超音波トランスデューサの構成を示す図。
【図１７】従来の静電型の広帯域発振型超音波トランスデューサの具体的構成を示す図。
【図１８】本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性を従来の超音波トランスデューサの周波数特性と共に示した図。
【図１９】超音波トランスデューサの従来の製造方法を示す製造工程図。
【図２０】従来の製造方法による超音波トランスデューサの構造上の問題を示す図。
【図２１】本発明の製造方法による特性改善を示す説明図。
【符号の説明】
【０１５６】
１…超音波トランスデューサ、１０…固定電極部、１０Ａ，１０Ｂ…固定電極、１０Ｃ…導電体板、１１…マスク部材、１２…振動膜、１４…貫通穴、１６…直流バイアス電源、１８…信号源、２０…振動膜挟持部、２１…振動膜挟持部形成用マスク部材、２２…感光性レジスト、２３…感光性レジスト、２４…残留レジスト、３０…スクリーン印刷版、３１…スキージ、３２…振動膜挟持部形成材、５１…可聴周波数波発振源、５２…キャリア波発振源、５３…変調器、５４…パワーアンプ、５５…超音波トランスデューサ、１２０…絶縁フィルム（絶縁層）、１２１…電極層、２００…音響反射板、２０１…反射板、２０２…反射板、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】
0004682927.tif 000002
【図２】
0004682927.tif 000003
【図３】
0004682927.tif 000004
【図４】
0004682927.tif 000005
【図５】
0004682927.tif 000006
【図６】
0004682927.tif 000007
【図７】
0004682927.tif 000008
【図８】
0004682927.tif 000009
【図９】
0004682927.tif 000010
【図１０】
0004682927.tif 000011
【図１１】
0004682927.tif 000012
【図１２】
0004682927.tif 000013
【図１３】
0004682927.tif 000014
【図１４】
0004682927.tif 000015
【図１５】
0004682927.tif 000016
【図１６】
0004682927.tif 000017
【図１７】
0004682927.tif 000018
【図１８】
0004682927.tif 000019
【図１９】
0004682927.tif 000020
【図２０】
0004682927.tif 000021
【図２１】
0004682927.tif 000022