(57)【要約】【課題】特定のユーザのみに充分な音量の音波を提供することができる携帯電話機などの電子機器を提供する。【解決手段】通話システム１０００は、電子機器１００が相手の電子機器１００の位置と方向との少なくとも一方を検出し、検出された位置と方向との少なくとも一方にスピーカユニット１１０の指向性を制御する。このため、周囲に騒音を発生することなく、特定のユーザのみに充分な音量の音波を提供することができる。【選択図】図１
2012134588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の電子機器を有しており、
前記電子機器の各々が、
デジタルデータからなる高指向性の音波の出力方向を制御自在なスピーカユニットと、
相手の前記電子機器の位置と方向との少なくとも一方を検出する相手検出手段と、
検出された前記位置と前記方向との少なくとも一方に前記スピーカユニットの指向性を制御する指向性制御手段と、
を有する通話システム。
【請求項２】
前記電子機器の前記スピーカユニットは、複数の圧電素子を複数の弾性部材で個々に支持した複数の圧電振動子がマトリクス状に配列されている請求項１に記載の通話システム。
【請求項３】
前記スピーカユニットは、パラメトリックスピーカからなる請求項１または２に記載の通話システム。
【請求項４】
前記電子機器が携帯電話機からなる請求項１ないし３の何れか一項に記載の通話システム。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の通話システムの電子機器であって、
デジタルデータからなる高指向性の音波の出力方向を制御自在なスピーカユニットと、
相手の前記電子機器の位置と方向との少なくとも一方を検出する相手検出手段と、
検出された前記位置と前記方向との少なくとも一方に前記スピーカユニットの指向性を制御する指向性制御手段と、
を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話機などの少なくとも一対の電子機器を有する通話システム、その電子機器、に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やＰＤＡ(Personal Digital Assistance)などの携帯型の電子機器の需要が拡大している。このような電子機器では、テレビ電話や動画再生、ハンズフリー電話などの音響機能を商品価値とした薄型の携帯端末の開発が進められている。このような開発の中、音響部品である電気音響変換器（スピーカ装置）に対して、高音質でかつ小型・薄型化への要求が高まっている。
【０００３】
現在、電子機器である携帯電話機などでは、通話以外の機能も充実しており、例えば、音楽や映画などを視聴する機能もある。このような携帯電話機は、通話時には頭部側面に近接配置されて利用されるが、音楽や映画などを視聴する場合には、頭部前面から離間した状態で利用されることになる。
【０００４】
しかし、このような状態で携帯電話機から充分な音量の音波を出力することは容易ではない。一方、このような携帯電話機が充分な音量の音波を出力した場合には、周囲の迷惑となることになる。
【０００５】
例えば、プライベート音源として利用が想定されているデバイスとして、変調（ＡＭ(Amplitude Modulation)、ＦＭ(Frequency Modulation)）した超音波を放射するパラメトリックスピーカが開発されている。パラメトリックスピーカは超音波を利用するため高い指向性をもつ音響デバイスである。その応用例としてはユーザのみに音を伝播できるためプライバシー保護など商品性を付与する技術として期待されている。
【０００６】
パラメトリックスピーカにおいて指向性を絞り込むには、フェーズドアレイ法のように超音波振動子を多数配列したアレイ型の振動子からタイミングを変えて発振した超音波を合成することで主ビームを発振する方式がとられている(特許文献１)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−０１８３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、フェーズドアレイ法のように超音波振動子を多数配列したアレイ型の振動子では、超音波振動子のサイズが増大し、携帯電話等の電子機器への搭載が困難であった。
【０００９】
また、パラメトリックスピーカを単純に電子機器に搭載しても、電子機器の位置や方向を認識することができないため、特定方向しか音場形成ができず、必ずしもプライバシーを保護するデジタルデータ提供ができるものではなかった。 
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、特定のユーザのみに充分な音量の音波を提供することができる携帯電話機などの電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の通話システムは、少なくとも一対の電子機器を有しており、電子機器の各々が、デジタルデータからなる高指向性の音波の出力方向を制御自在なスピーカユニットと、相手の電子機器の位置と方向との少なくとも一方を検出する相手検出手段と、検出された位置と方向との少なくとも一方にスピーカユニットの指向性を制御する指向性制御手段と、を有する。
【００１１】
本発明の電子機器は、本発明の通話システムの電子機器であって、デジタルデータからなる高指向性の音波の出力方向を制御自在なスピーカユニットと、相手の電子機器の位置と方向との少なくとも一方を検出する相手検出手段と、検出された位置と方向との少なくとも一方にスピーカユニットの指向性を制御する指向性制御手段と、を有する。
。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の通話システムでは、電子機器が相手の電子機器の位置と方向との少なくとも一方を検出し、検出された位置と方向との少なくとも一方にスピーカユニットの指向性を制御する。このため、周囲に騒音を発生することなく、電子機器が相手の電子機器の位置に充分な音量の音波を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態の通話システムの構造を示す模式的なブロック図である。
【図２】パラメトリックスピーカの圧電振動子の構造を示す模式的な縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態の通話システム１０００は、図１に示すように、少なくとも一対の携帯電話機などの電子機器１００を有しており、その電子機器１００の各々が、デジタルデータからなる高指向性の音波の出力方向を制御自在なスピーカユニット１１０と、相手の電子機器１００の位置と方向との少なくとも一方を検出する相手検出手段である位置検出センサ１２０と、検出された位置と方向との少なくとも一方にスピーカユニット１１０の指向性を制御する指向性制御部１３０と、を有する。
【００１５】
電子機器１００のスピーカユニット１１０は、図２に示すように、複数の圧電素子１１２を複数の弾性部材１１３で個々に支持した複数の圧電振動子１１１がマトリクス状に配列されている。このようなスピーカユニット１１０は、パラメトリックスピーカからなる。
【００１６】
指向性制御部１３０は、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)等のＬＳＩ(Large Scale Integration)などからなり、赤外線センサや超音波センサ等からなる位置検出センサ１２０により相手の電子機器１００の位置や方向を検出し、パラメトリックスピーカからなるスピーカユニット１１０の指向性を制御する。
【００１７】
なお、相手の電子機器１００の位置や方向を検出する具体的な手法としては、例えば、相手の電子機器１００に超音波や赤外線を出力してもらい、それを位置検出センサ１２０により検出することや、自身で出力した超音波や赤外線を相手の電子機器１１０に排除させて位置検出センサ１２０により検出することが想定できる。さらに、上述のような超音波や赤外線に時間情報を内包させることで、タイムラグにより相手の電子機器１００との距離も検出することができる。
【００１８】
なお、圧電素子１１２は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料、有機材料ともに特に限定されないが、電気機械変換効率が高い材料、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ：lead Zirco-titanate）や、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などの材料が使用できる。
【００１９】
また、圧電素子１１２の厚みは、特に限定されないが、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。例えば、脆性材料であるセラミック材料として厚み１０μｍ未満の薄膜を使用した場合、取り扱い時に機械強度の弱さから、欠けや破損などが生じて、取り扱いが困難となる。
【００２０】
また、厚み５００μｍを超えるセラミックを使用した場合は電気エネルギから機械エネルギに変換する変換効率が著しく低下し、スピーカユニット１１０として充分な性能が得られない。
【００２１】
一般的に、電気信号の入力により電歪効果を発生させる圧電セラミックにおいては、その変換効率は電界強度に依存する。この電界強度は分極方向に対する厚み／入力電圧で表されることから、厚みの増加は必然的に変換効率の低下を招いてしまう問題がある。
【００２２】
本発明の圧電素子１１２には、電界を発生させるために主面に上部／下部電極層(図示せず)が形成されている。上部／下部電極層は、電気伝導性を有する材料であれば特に限定されないが、銀や銀／パラジウムを使用することが好ましい。銀は低抵抗な汎用的な電極層として使用されており、製造プロセスやコストなどに利点がある。
【００２３】
また、銀／パラジウムは耐酸化に優れた低抵抗材料であるため、信頼性の観点から利点がある。また、上部／下部電極層の厚みについては、特に限定されないが、その厚みが１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましい。
【００２４】
例えば、厚み１μｍ未満では、膜厚が薄いため、均一に成形できず、変換効率が低下する可能性がある。なお、薄膜状の上部／下部電極層を形成する技術として、ペースト状にして塗布する方法もある。
【００２５】
しかし、圧電素子１１２がセラミックのような多結晶では表面状態が梨地面であるため、塗布時の濡れ状態が悪く、ある程度の厚みがないと均一な電極膜が形成できない問題点がある。
【００２６】
一方、上部／下部電極層の膜厚が１００μｍを超える場合は、製造上は特に問題はないが、上部／下部電極層が圧電素子１１２である圧電セラミック材料に対して拘束面となり、エネルギ変換効率を低下させてしまう問題点がある。
【００２７】
本実施の形態のスピーカユニット１１０の圧電素子１１２は、その片側の主面が弾性部材１１３によって拘束されている。弾性部材１１３は、圧電素子１１２の基本共振周波数を調整する機能を持つ。機械的な圧電振動子１１１の基本共振周波数ｆは、以下の式で示されるように、負荷重量と、コンプライアンスに依存する。
【００２８】
[数１]
ｆ＝１／(２πＬ√(ｍＣ))
なお、"ｍ"は質量、"Ｃ"はコンプライアンス、である。
【００２９】
言い換えれば、コンプライアンスは圧電振動子１１１の機械剛性であるため、このことは圧電素子１１２の剛性を制御することで基本共振周波数を制御できることを意味する。
【００３０】
例えば、弾性率の高い材料の選択や、弾性部材１１３の厚みを低減することで、基本共振周波数を低域にシフトさせることが可能となる。この一方で、弾性率の低い材料を選択することや、弾性部材１１３の厚みを増加させることで基本共振周波数を高域にシフトさせることができる。
【００３１】
従来は、圧電素子１１２の形状や材質により基本共振周波数を制御していたところから設計上の制約やコスト、信頼性に問題があったが、本発明のように、構成部材である弾性部材１１３を変更することで所望の基本共振周波数に容易に調整できることから、工業上の価値は大きい。
【００３２】
なお、弾性部材１１３には、金属や樹脂など脆性材料であるセラミックに対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどの汎用材料が使用される。
【００３３】
また、弾性部材１１３の厚みについては、５μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合、機械強度が弱く、拘束部材として機能を損なうことや、加工精度の低下により、製造ロット間で圧電素子１１２の機械振動特性の誤差が生じてしまう。
【００３４】
また、厚みが１０００μｍを超える場合は、剛性増による圧電素子１１２への拘束が強まり、振動変位量の減衰を生じさせてしまう問題点がある。また、本実施の形態の弾性部材１１３は、材料の剛性を示す指標である縦弾性係数が、１ＧＰａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。上述のように、弾性部材１１３の剛性が過度に低い場合や、過度に高い場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう問題点がある。
【００３５】
本実施の形態の通話システム１０００では、電子機器１００が相手の電子機器１００の位置と方向との少なくとも一方を検出し、検出された位置と方向との少なくとも一方にスピーカユニット１１０の指向性を制御する。このため、周囲に騒音を発生することなく、電子機器１００が相手の電子機器１００の位置にデジタルデータを提供することができる。
【００３６】
特に、本実施の形態の電子機器１００では、相手の電子機器１００の位置や方向をリアルタイムで検出しつづけ、スピーカユニット１１０のデジタルデータからなる高指向性の音波の出力方向をリアルタイムに調節する。このため、音楽の視聴中などに電子機器１００の位置や方向が変動しても、そのユーザにデジタルデータからなる高指向性の音波を的確に提供することができる。
【００３７】
しかも、本実施の形態の通話システム１０００では、電子機器１００のスピーカユニット１１０は、複数の圧電素子１１２を複数の弾性部材１１３で個々に支持した複数の圧電振動子１１１がマトリクス状に配列されているパラメトリックスピーカからなる。このため、可動機構を必要とすることなく適切な方向に高指向性の音波でデジタルデータを的確に提供することができる。
【００３８】
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態ではデジタルデータからなる高指向性の音波の出力方向を制御自在なスピーカユニットとして、複数の圧電素子１１２を複数の弾性部材１１３で個々に支持した複数の圧電振動子１１１がマトリクス状に配列されているパラメトリックスピーカを例示した。しかし、一個の圧電振動子１１１を上下左右などの二軸方向に揺動自在に支持し、各方向にソレノイドなどで可動させるスピーカユニットなども実施可能である(図示せず)。
【００３９】
また、上記形態では電子機器１００として携帯電話機を想定したが、本願発明は、電子ブックリーダ、電子手帳、ノートパソコン、ＰＤＡ等にも適用することができる(図示せず)。
【００４０】
さらに、上記形態では超音波や赤外線を利用して相手の電子機器１００の位置を検出することを例示したが、例えば、検出精度が向上することによりＧＰＳ(Global Positioning System)システムの利用なども不可能ではない。
【符号の説明】
【００４１】
１００    電子機器
１１０    スピーカユニット
１１１    圧電振動子
１１２    圧電素子
１１３    弾性部材
１２０    位置検出センサ
１３０    指向性制御部
１０００    通話システム
【図１】
2012134588.tif 000003
【図２】
2012134588.tif 000004