(57)【要約】【課題】  複雑な回路構成をとることなく、簡易な回路で構成でき、且つ安定した性能で動作する超音波振動素子の駆動装置を提供する。【解決手段】  可聴周波数帯の電気信号を入力する入力部と、超音波周波数帯のキャリア信号を発生する発振回路１０２と、キャリア信号を基準とする鋸歯状波信号を発生する鋸歯状波発生回路１０３と、鋸歯状波信号と可聴周波数帯の入力信号との信号レベルの比較結果に基づき、鋸歯状波信号から入力信号の信号レベルに応じたパルス幅の変調信号を生成するパルス幅変調回路１０４と、変調信号に応じて超音波振動素子１１０を駆動し、可聴周波数帯の入力信号を音響信号に変換させる高出力増幅回路とを備える。【選択図】        図１
2005198188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可聴周波数帯の電気信号を入力する信号入力部と、
超音波周波数帯のキャリア信号を発生するキャリア信号発生部と、
上記キャリア信号を基準とする鋸歯状波信号を発生する鋸歯状波発生部と、
上記鋸歯状波信号と上記可聴周波数帯の入力信号とを電圧比較した結果に基づき、上記鋸歯状波信号から上記入力信号の信号レベルに応じたパルス幅の変調信号を生成するパルス幅変調部と、
上記変調信号に応じて超音波振動素子を駆動し、上記可聴周波数帯の入力信号を音響信号に変換させる駆動電圧供給部と
を備えた超音波振動素子の駆動装置。
【請求項２】
駆動電圧供給部は、パルス幅変調部からの変調信号の信号レベルに応じてグランドとの接続を開閉するスイッチング素子と、当該スイッチング素子と一端が直列に接続し、他端が電源に接続したインダクタ素子と、当該インダクタ素子と並列に設けられ、一次側のコイルの一端が上記電源に接続し、他端が上記スイッチング素子に接続し、二次側のコイルに設けた超音波振動素子に電源電圧を供給する出力トランスとを有してなることを特徴とする請求項１記載の超音波振動素子の駆動装置。
【請求項３】
駆動電圧供給部は、パルス幅変調部からの変調信号の信号レベルに応じてグランドとの接続を開閉するスイッチング素子と、当該スイッチング素子と直列に設けられ、一次側のコイルの一端が上記電源に接続し、他端が上記スイッチング素子に接続し、二次側のコイルに設けた超音波振動素子に電源電圧を供給する出力トランスとを有してなることを特徴とする請求項１記載の超音波振動素子の駆動装置。
【請求項４】
信号入力部は、可聴周波数帯域のバンドパスフィルタを有し、
パルス幅変調部は、上記バンドパスフィルタにて周波数帯域を限定した入力信号と鋸歯状波信号とを電圧比較することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の超音波振動素子の駆動装置。
【請求項５】
鋸歯状波発生部は、コンデンサと、キャリア信号発生部からのキャリア信号に応じて上記コンデンサを充放電させるスイッチング素子とを備え、上記コンデンサの充放電によって鋸歯状波信号を発生することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の超音波振動素子の駆動装置。
【請求項６】
鋸歯状波発生部は、鋸歯状波信号を生成するにあたり、キャリア信号発生部からのキャリア信号の周波数でのパルスを基準として上記鋸歯状波信号の信号レベルをリセットし、その位相を定めることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の超音波振動素子の駆動装置。
【請求項７】
パルス幅変調部は、鋸歯状波信号と可聴周波数帯の入力信号とを電圧比較するコンパレータを有し、当該コンパレータの比較結果に基づいて上記鋸歯状波信号から上記入力信号の信号レベルに応じたパルス幅の変調信号を生成することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の超音波振動素子の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超指向性スピーカ装置などを構成する超音波振動素子の駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音波の非線形現象を利用した超指向性スピーカ（パラメトリックスピーカ）とは、一般的に超音波などの非常に高い周波数の搬送波を可聴音の信号波で振幅変調し有限振幅波として送波する。このようにして送出された音波は、その非線形相互作用によって信号に関係した２次波が空間内に縦型アレー状に分布する。これにより、指向性が鋭く、サイドローブも小さい信号波を送出する超指向性スピーカとして機能する。
【０００３】
超指向性スピーカ装置としては、例えば特許文献１に開示されるものがある。このスピーカ装置は、係数器、直流源加算器、平方根変換器、掛け算器、パワーアンプ及び超音波振動素子アレイ（以下、放射器と称す）から構成される。簡単に動作を説明すると、変調信号源などで生成された音声信号は、スピーカ装置内の係数器に入力される。係数器では、音声信号の値を所定の係数倍したあと、直流源加算器に出力する。
【０００４】
直流源加算器では、係数器からの音声信号電圧に対して直流源からのバイアス電圧を加えて平方根変換器に出力する。平方根変換器は、直流源加算器からの入力信号に対して平方根処理を実行し、処理結果を掛け算器に出力する。この掛け算器には、平方根変換器からの入力信号の他に、超音波帯域発振器からの超音波の搬送波信号が入力されている。
【０００５】
これにより、掛け算器は、平方根変換器からの入力信号に超音波の搬送波信号を掛け算して上記入力信号の振幅変調処理を実行する。このあと、掛け算器からの変調信号は、パワーアンプに出力される。パワーアンプでは、掛け算器からの変調信号の電力を増幅して放射器に供給する。これによって、放射器は、音声信号に由来する変調信号を音波として放射する。
【０００６】
この音波は、強力超音波である有限振幅音波として空気中を伝搬する過程で非線形相互作用を起こし、低周波数成分などからなる超指向性音声に自己復調して聴取者に対して聴取可能となる。
【０００７】
【特許文献１】特公平４―５８７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来の超指向性スピーカ装置では、超音波振動素子アレイである放射器を駆動させる構成として係数器、直流源加算器、平方根変換器、掛け算器やパワーアンプなどの多数の構成部品からなる、複雑で且つ大規模な処理回路が必要であった。
【０００９】
このため、装置全体の小型化が制限されたり、構成部品ごとの個体差から装置全体での各種性能のドリフトも大きいという課題があった。また、多くの部品点数を必要とする場合、不可避的に消費電力が大きくなると共に、コスト面でも不利である。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、平方根変換器などの複雑な回路構成をとることなく、簡易な回路で構成でき、且つ安定した性能で動作する超音波振動素子の駆動装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る超音波振動素子の駆動装置は、可聴周波数帯の電気信号を入力する信号入力部と、超音波周波数帯のキャリア信号を発生するキャリア信号発生部と、キャリア信号を基準とする鋸歯状波信号を発生する鋸歯状波発生部と、鋸歯状波信号と可聴周波数帯の入力信号とを電圧比較した結果に基づき、鋸歯状波信号から入力信号の信号レベルに応じたパルス幅の変調信号を生成するパルス幅変調部と、変調信号に応じて超音波振動素子を駆動し、可聴周波数帯の入力信号を音響信号に変換させる駆動電圧供給部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、可聴周波数帯の電気信号を入力する信号入力部と、超音波周波数帯のキャリア信号を発生するキャリア信号発生部と、キャリア信号を基準とする鋸歯状波信号を発生する鋸歯状波発生部と、鋸歯状波信号と可聴周波数帯の入力信号とを電圧比較した結果に基づき、鋸歯状波信号から入力信号の信号レベルに応じたパルス幅の変調信号を生成するパルス幅変調部と、変調信号に応じて超音波振動素子を駆動し、可聴周波数帯の入力信号を音響信号に変換させる駆動電圧供給部とを備えるので、従来のように平方根変換器などの複雑な回路構成をとることなく、各構成部を安価で簡易な回路で構成することができ、且つ安定した性能で動作させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による超音波振動素子の駆動装置の構成を示す回路図であり、本発明を超指向性スピーカ装置に適用した場合を示している。図において、マイクアンプ（信号入力部）１００は、可聴音入力信号として入力された音声信号の電力を増幅する。バンドパスアンプ（信号入力部）１０１は、ハイパスアンプ１０１ａ、リミッタ１０１ｂ及びロウパスアンプ１０１ｃが逐次接続されて構成される。バンドパスアンプ１０１では、マイクアンプ１００で増幅された可聴音入力信号からノイズや不要な高調波信号、高周波信号を除去すると共に、その電圧の増幅処理が実行される。
【００１４】
発振回路（キャリア信号発生部）１０２は、超音波帯域周波数である４０ｋＨｚの基準キャリア信号を発生し、鋸歯状波発生回路１０３に出力する。鋸歯状波発生回路（鋸歯状波発生部）１０３は、発振回路１０２からの基準キャリア信号に同期してコンデンサＣ１を充放電させて鋸歯状波信号を発生する。
【００１５】
パルス幅変調回路（パルス幅変調部）１０４は、バンドパスアンプ１０１で増幅された可聴音入力信号と、４０ｋＨｚの鋸歯状波信号とを電圧比較するコンパレータからなり、その比較結果に応じたパルス幅の変調信号を発生する。ドライバ回路１０５は、パルス幅変調回路１０４からの変調信号の出力インピーダンスを低くするための増幅器を有し、当該変調信号によってスイッチング素子１０６のパワーＦＥＴＱ１，Ｑ２を開閉制御する。
【００１６】
高出力増幅回路（駆動電圧供給部）は、超音波振動素子１１０に接続するまでの、スイッチング素子１０６、インダクタンス素子１０７、出力トランス１０８、コンデンサ１０９、高速スイッチングダイオード１１１及びリングコイル１１２などから構成される。
【００１７】
スイッチング素子１０６は、インダクタンス素子１０７側又はトランス１０８側への通電を開閉制御する。このスイッチング素子１０６による開閉動作によって超音波振動素子１１０を駆動する起電力エネルギーが得られる。このため、スイッチング素子１０６としては、開閉制御は確実に実行される必要があり、大電流が通電可能で高耐圧のパワーＦＥＴなどで構成するのが望ましい。
【００１８】
インダクタンス素子１０７は、巻数２０ｔのコイルからなり、スイッチング素子１０６が開状態になったときに電流が流れ、閉状態となったときに大きな起電力エネルギーを発生させる。以降の説明では、インダクタンス素子をコイルとも称する。
【００１９】
出力トランス１０８は、１次側のコイル１０８ａにコンデンサ１０９やリングコイル１１２が接続し、２次側のコイル１０８ｂに超音波振動素子１１０が接続されており、高出力増幅回路で発生した駆動電力を超音波振動素子１１０に供給する。
【００２０】
コンデンサ１０９は、インダクタンス素子１０７及び出力トランス１０８の一端に接続した電源平滑用コンデンサである。電源平滑用コンデンサは、負荷側から電源を見たときに外部抵抗が零になるのが理想である。従って、例えば１０００μＦ以上の大容量が望ましい。
【００２１】
さらに、コンデンサ１０９側への通電がスイッチング素子１０６によって４０ｋＨｚでスイッチングされる。このため、例えば損失角の正接（ｔａｎδ）が高いものは発熱するため寿命が短くなってしまう。そこで、コンデンサ１０９としては損失が少ないものが望ましい。
【００２２】
超音波振動素子１１０は、圧電素子などを用いてなるスピーカの放射器であって、可聴音の電気信号を超音波の音響信号として空気などの媒質中に送出する。高速スイッチングダイオード１１１は、起電圧とは逆方向の電流を完全に遮断する。リングコイル１１２は、超音波振動素子１１０を効率よく駆動させるために電流波形を補正する。
【００２３】
次に動作について説明する。
図２は、実施の形態１による超音波振動素子の駆動装置の各部における信号波形を示す図であり、この図に沿って動作を説明する。なお、図２は、横軸が時間で縦軸が信号レベルを示すグラフによって各信号波形を表している。
【００２４】
先ず、マイクアンプ１００の入力信号として、図２のａに示すような可聴音（基準電圧は０Ｖとする）が入力される。このマイクアンプ１００によって増幅された可聴音信号は、次段のバンドパスアンプ１０１に入力される。バンドパスアンプ１０１内のハイパスフィルタ１０１ａは、マイクアンプ１００からの信号について予め設定された周波数帯域以上の成分を増幅し、次段のリミッタ１０１ｂに出力する。
【００２５】
リミッタ１０１ｂでは、予め設定された信号の周波数帯域の最大値又は最小値を超える信号成分をクリップして、最大値及び最小値で規定される範囲内の信号を出力する。ここでは、通過周波数帯域として、例えば５００Ｈｚ〜８．５ｋＨｚの範囲が予め設定されているものとする。
【００２６】
次に、ロウパスアンプ１０１ｃは、リミッタ１０１ｂからの信号について予め設定された周波数帯域以下の成分を増幅したあと、これを次段のパルス幅変調回路１０４におけるコンパレータの入力の一端に印加する。
【００２７】
このようにして、マイクアンプ１００によって増幅された可聴音信号は、次段のバンドパスアンプ１０１にてノイズ、不要な高調波信号や高周波信号が除去され、その電圧が増幅される。バンドパスアンプ１０１によって、５００Ｈｚ〜８．５ｋＨｚの範囲でバイアスが加えられた信号波形が、図２のｂに示す波形である。
【００２８】
一方、発振回路１０２は、自己が発生した４０ｋＨｚの超音波帯域のパルス信号を鋸歯状波発生回路１０３内の最初のＦＥＴ（Field Effect Transistor)Ｑ１のゲートに印加する。この発振回路１０２からの信号波形が、図２のｃに示す波形である。図２のｃの信号波形におけるパルス信号がオンの期間だけＦＥＴＱ１が開状態（オン状態）となる。
【００２９】
また、発振回路１０２からのパルス信号がオフであると、ＦＥＴＱ１がオフとなると共に、基準電圧＋Ｂを基にしたＦＥＴＱ２及びＦＥＴＱ３からなる定電流回路によってコンデンサＣ１が徐々に充電される。このとき、発振回路１０２からのパルス信号がオンとなって、ＦＥＴＱ１がオン状態になると、コンデンサＣ１に蓄積された電荷は、ＦＥＴＱ１を介してグランドに放電される。
【００３０】
このコンデンサＣ１は、鋸歯状波発生回路１０３の出力に直結している。これにより、鋸歯状波発生回路１０３の出力は、図２のｃに示す発振回路１０２からの出力に同期して、図２のｄに示すような鋸歯状の信号波形となる。図では、後述する信号ｅとの関係を説明するため、当該鋸歯状波信号と可聴音入力信号とを重ねて表示している。
【００３１】
鋸歯状波発生回路１０３からの出力信号（鋸歯状波信号ｄ）は、パルス幅変調回路１０４におけるコンパレータの入力の他端（バンドパスアンプ１０１からの出力が印加される方でない入力端）に印加される。このようにして、パルス幅変調回路１０４におけるコンパレータは、鋸歯状波信号ｄと可聴音入力信号ｂとを電圧比較し、その比較結果に応じたパルス幅の変調信号を発生する。
【００３２】
具体的に説明すると、パルス幅変調回路１０４は、可聴音入力信号ｂより鋸歯状波信号ｄの電圧が低い期間でロウレベルとし、反対に可聴音入力信号ｂより鋸歯状波信号ｄの電圧が高い期間でハイレベルとなるように出力信号を生成する。これにより、図２のｄ及びｅに示すように、鋸歯状波信号と可聴音入力信号との信号レベルの関係に従って、即ち可聴音入力信号の各サンプリング箇所での信号レベルに応じてパルス幅が変化する信号ｅが生成される。
【００３３】
ここで、パルス幅変調回路１０４のコンパレータは、安定で安価なＯＰアンプなどを用いて構成することができ、従来のような複雑な処理回路を要さずに可聴音入力信号の各サンプリング箇所での信号レベルに応じたパルス幅変調信号を得ることができる。
【００３４】
パルス幅変調回路１０４からのパルス幅変調信号は、ドライバ回路１０５に入力される。ドライバ回路１０５では、パルス幅変調信号ｅの電位を反転させる。これにより、パルス幅変調信号ｅは、可聴音入力信号の各サンプル時点での信号レベルに応じた振幅を有するパルス信号ｆとなる。このパルス信号ｆは、パルス幅変調回路１０４からスイッチング素子１０６に出力される。
【００３５】
これにより、コンデンサ１０９にぶらさがる負荷である、インダクタンス素子１０７、出力トランス１０８、高速スイッチングダイオード１１１、巻数２ｔのリングコイル１１２、及び、超音波振動素子１１０は、パルス信号ｆの４０ｋＨｚの高速で電源電圧から零までスイッチングされる。
【００３６】
具体的に説明すると、ドライバ回路１０５からのパルス信号ｆは、スイッチング素子１０６を構成するパワーＦＥＴＱ１，Ｑ２のゲートにそれぞれ入力される。ここで、パルス信号ｆがオン状態（Ｈレベル）であると、ＦＥＴＱ１，Ｑ２がオン状態となって巻数２０ｔのコイルからなるインダクタンス素子１０７に電流が流れ、パルス幅に応じたエネルギーが蓄えられる。
【００３７】
一方、パルス信号ｆがオフ状態（Ｌレベル）になると、ＦＥＴＱ１，Ｑ２がオフ状態となり、インダクタンス素子１０７に蓄積されたエネルギーによって、電流が高速スイッチングダイオード１１１、巻数２ｔのリングコイル１１２、及び、出力トランス１０８に流れる。
【００３８】
上述のようにして、パルス信号ｆのパルス幅に応じて出力トランス１０８の１次側のコイル１０８ａに起電圧が印加される。これにより、超音波振動素子１１０に対して発振回路１０２からの４０ｋＨｚのキャリア信号で振幅変調された信号が印加される。
【００３９】
なお、コンデンサ１０９は、上述のように大電流が４０ｋＨｚの高速でスイッチングされ、充放電することから、損失の少ない（ｔａｎδの小さい）ものを使用する。
【００４０】
以上から、可聴音入力信号には、パルス幅変調回路１０４に印加された信号のレベルに応じて前段でパルス幅を変化させたパルス信号が加えられる。このパルス信号の周波数は、キャリア周波数（４０ｋＨｚ）とし、パルス幅は可聴音入力信号の周波数が高いほど広くなるように構成する。
【００４１】
また、当該パルス信号は、可聴音入力信号のレベルに応じて、可聴音入力信号のレベルが高く有効な部分についてはレベルが高くなるようにし、可聴音入力信号のレベルが低く無効な部分についてはレベルが低くなるようにする。なお、パルス全体の幅は、キャリア周波数で決定される幅（時間）であるものとする。
【００４２】
次に、上述した高出力増幅回路の動作についてさらに詳細に説明する。
図３は、図１中の高出力増幅回路の構成及びその動作を説明するための図であり、この図に沿って説明する。
スイッチング素子１０６内のパワーＦＥＴＱ１，Ｑ２のゲートにドライバ回路１０５からのパルス信号ｆが印加されると、パルス信号ｆのパルスレベルが高い部分でＦＥＴＱ１，Ｑ２がオン状態となる。
【００４３】
ＦＥＴＱ１，Ｑ２がオン状態になると、コイル１０７の一端に接続する直流電源による電位＋ＢＢによって、当該電源からコイル１０７、ＦＥＴＱ１，Ｑ２へ電流Ｉａが流れる（図中の実線の矢印方向）。このとき、コイル１１２及び出力トランス１０８側には、ダイオード１１１によって電流が流れない。
【００４４】
電流Ｉａは、インダクタンス素子１０７のインダクタンスＬ１によって時間に比例して電流値が大きくなってゆく。この電流値の上限は、インダクタンスＬ１の極小さな内部抵抗で制限される値であって、電流値の増加に電源、回路を構成するコイル等が耐えられれば無限大に近くまで増加させることができる。
【００４５】
また、上述した電流Ｉａの電流値の増加に伴って、インダクタンス素子１０７の両端における起電圧Ｅ１が大きくなる。このときのインダクタンス素子１０７における信号波形は、図２のｇに示すような波形となり、パルス信号ｆのレベルがハイレベルからロウレベルに移る際に大きな電力が発生する。
【００４６】
パルス信号ｆが低いレベルの期間になりＦＥＴＱ１，Ｑ２がオフ状態になると、インダクタンス素子１０７の両端の逆起電圧Ｅ１によって、図中で破線の矢印で示すように、電流Ｉｂが、ダイオード１１１、コイル１１２及び出力トランス１０８側へと流れる。
【００４７】
このとき、電流Ｉｂによりコイル１１２及び出力トランス１０８の１次側のコイル１０８ａには、逆起電圧Ｅ２，Ｅ３が発生する。これら起電圧Ｅ２，Ｅ３は、起電圧Ｅ１を分割したものであって、コイル１１２及びコイル１０８ａのインダクタンスに比例する電圧である。
【００４８】
上述した過程によって、出力トランス１０８の１次側コイル１０８ａに対してパルス幅に応じた電圧Ｅ３が発生する。この電圧Ｅ３は、巻数が７ｔの１次側コイル１０８ａから巻数が２ｔの２次側コイル１０８ｂを介して電圧変換されて超音波振動素子１１０に供給される。
【００４９】
このように、個々のパルス幅に応じた電圧レベルの信号が超音波振動素子１１０に印加され、結果的に４０ｋＨｚの振幅変調した信号によって超音波振動素子１１０が駆動することになる。
【００５０】
なお、ＦＥＴＱ１，Ｑ２がオフ状態になると、起電圧Ｅ１は急激に減少するが、電流Ｉｂはコイル１１２及びコイル１０８ａのインダクタンスによって徐々に増加しその後減少する。これにより、超音波振動素子１１０に印加される信号波形は、図２のｈに示す波形となる。
【００５１】
図２のｈでは、超音波振動素子１１０に印加される信号波形と可聴音入力信号とを重ねて記載している。図に示すように、出力トランス１０８から超音波振動素子１１０に印加される信号は、可聴音入力信号のパルス幅に応じたレベルの信号であることがわかる。
【００５２】
以上のように、この実施の形態１によれば、可聴周波数帯の電気信号を入力するバンドパスアンプ１０１と、超音波周波数帯のキャリア信号を発生する発振回路１０２と、キャリア信号を基準とする鋸歯状波信号を発生する鋸歯状波発生回路１０３と、鋸歯状波信号と可聴周波数帯の入力信号とを電圧比較した結果に基づき、鋸歯状波信号から入力信号の信号レベルに応じたパルス幅の変調信号を生成するパルス幅変調回路１０４と、変調信号に応じて超音波振動素子１１０を駆動し、可聴周波数帯の入力信号を音響信号に変換させる高出力増幅回路とを備えるので、平方根変換器などの複雑な回路構成をとることなく、各構成部を安価なオペアンプによって簡易な回路で構成することができ、且つ安定した性能で動作させることができる。
【００５３】
また、鋸歯状波発生回路１０３、パルス幅変調回路１０４及びドライバ回路１０５などからなる変調器、バンドパスアンプ１０１などの増幅器、及び放射器となる超音波振動素子やその周囲の構成は、それぞれを簡易な回路で構成できることから、３つの構成ユニットを一体化することも容易である。
【００５４】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による超音波振動素子の駆動装置の構成を示す回路図である。本実施の形態２による超音波振動素子の駆動装置は、上記実施の形態１と基本的な構成は同一であるが、ドライバ回路、スイッチング素子及び超音波振動素子周りの構成が異なる。ドライバ回路１０５Ａは、図１の構成より出力インピーダンスをさらに低くするために増幅器が並列に接続される。
【００５５】
スイッチング素子１０６Ａは、ドライバ回路１０５Ａの出力がゲートに接続するＦＥＴＱ１によって４０ｋＨｚの変調信号をスイッチングする。ここで、ドライバ回路１０５Ａは、図１の構成より増幅した変調信号を出力するので、ＦＥＴＱ１としては、さらに大電流が通電可能で高耐圧のパワーＦＥＴで構成するのが望ましい。
【００５６】
出力トランス１０８Ａは、図１で示した出力トランス１０８と同様に超音波振動素子を駆動させる駆動トランスであるが、図１のものとは出力トランスの一次側にコイル１１２が設けられていないことなどからコイルの巻数が異なる。なお、図１と同一符号を付した構成要素は同一又はこれに相当する構成であるので重複説明を省略する。
【００５７】
次に動作について説明する。
ここでは、パルス幅変調回路１０４までの動作は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略し、スイッチング素子１０６Ａ以降の回路の動作について説明する。
スイッチング素子１０６Ａ内のパワーＦＥＴＱ１のゲートにドライバ回路１０５Ａからの図２で示したパルス信号ｆのが印加されると、パルス信号ｆのパルスレベルが高い部分でＦＥＴＱ１がオン状態となる。
【００５８】
なお、パルス信号ｆは、出力インピーダンスをさらに低くするために、上述したように２つの増幅器を並列に接続したドライバ回路１０５Ａによって図１中のドライバ回路１０５より信号レベルが増幅されている。
【００５９】
ＦＥＴＱ１がオン状態になると、直流電源による電位＋ＢＢが、出力トランス１０８Ａ及びＦＥＴＱ１を介して短絡される。一方、パルス信号ｆが低いレベルの期間になりＦＥＴＱ１がオフ状態になると、電位＋ＢＢが出力トランス１０８Ａに印加される。
【００６０】
この起電圧は、出力トランス１０８Ａの巻数が少ない１次側コイルから巻数が多い２次側コイルを介して電圧変換されて超音波振動素子１１０に供給される。この電源電圧のオン、オフが、スイッチング素子１０６Ａからの４０ｋＨｚの変調信号によって高速に実行される。
【００６１】
このように、図４で示す構成でも、個々のパルス幅に応じた電圧レベルの信号が超音波振動素子１１０に印加され、結果的に４０ｋＨｚの振幅変調した信号によって超音波振動素子１１０が駆動する。
【００６２】
上記実施の形態１では、スイッチング素子１０６からのパルス信号がオン状態でコイル１０７がエネルギーを蓄え、パルス信号がオフ状態になると図３中の破線の矢印で示すように出力トランス１０８に電流が流れる。このため、＋ＢＢ電源電圧としては、それほど高いものを必要とせず、一般的な５ＶのＩＣ駆動電圧であれば充分に動作する。
【００６３】
一方、本実施の形態２では、上記実施の形態１のようなコイル１０７がなく、スイッチング素子１０６Ａによって出力トランス１０８Ａへの電源電圧の印加のオン、オフを行っているだけである。これにより、超音波振動素子１１０を大振幅で駆動させるには、一般的な５ＶのＩＣ駆動電圧では不充分で電源電圧を上げざるを得ない。
【００６４】
また、容量系となる超音波振動素子１１０をインダクタ系となるトランス１０８Ａで駆動する際、トランスと振動子の負荷をパルス信号によるスイッチング周波数（４０ｋＨｚ）に共振させるのが最も効率よく駆動させることができる。つまり、スイッチング素子１０６ＡのＦＥＴＱ１のドレイン側からトランス負荷を見た際、有限振幅音波のキャリア周波数に共振させて大容量の超音波振動素子１１０を励振させる。
【００６５】
このように、本実施の形態２による構成では、ドライブ効率を上げるために一般的な５ＶのＩＣ駆動電圧より高い数十Ｖの電源電圧が必要となる。
【００６６】
以上のように、この実施の形態２によれば、パルス幅変調回路１０４からの変調信号の信号レベルに応じてグランドとの接続を開閉するスイッチング素子１０６Ａと、当該スイッチング素子１０６Ａと直列に設けられ、一次側のコイルの一端が上記電源に接続し、他端が上記スイッチング素子に接続し、二次側のコイルに設けた超音波振動素子１１０に電源電圧を供給する出力トランス１０８Ａとから高出力増幅回路を構成するので、上記実施の形態１よりも簡易な回路で構成することができ、且つ安定した性能で動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明の実施の形態１による超音波振動素子の駆動装置の構成を示す回路図である。
【図２】実施の形態１による超音波振動素子の駆動装置の各部における信号波形を示す図である。
【図３】図１中の高出力増幅回路の構成及びその動作を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態２による超音波振動素子の駆動装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６８】
１００  マイクアンプ（信号入力部）、１０１  バンドパスアンプ（信号入力部）、１０１ａ  ハイパスアンプ、１０１ｂ  リミッタ、１０１ｃ  ロウパスアンプ、１０２  発振回路（キャリア信号発生部）、１０３  鋸歯状波発生回路（鋸歯状波発生部）、１０４  パルス幅変調回路（パルス幅変調部）、１０５，１０５Ａ  ドライバ回路、１０６，１０６Ａ  スイッチング素子、１０７  インダクタンス素子、１０８，１０８Ａ  出力トランス、１０９，１０９Ａ  コンデンサ、１１０  超音波振動素子、１１１  高速スイッチングダイオード、１１２  リングコイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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