(57)【要約】【課題】静電型トランスデューサを最大値で駆動した場合にも、次回の駆動時に同じ出力特性が得られる静電型トランスデューサの制御装置を提供する。【解決手段】誘電体膜上に電極膜が形成された振動膜と、前記振動膜の誘電体膜の面側に配置される固定電極とを備え、前記固定電極と前記振動膜との間に電圧を印加して、前記固定電極と前記振動膜との間に静電力を発生させるように構成された静電型トランスデューサの制御装置であって、前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記固定電極との間に、信号波が重畳されたＤＣバイアス電圧を印加する手段と、静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記固定電極との間に前記残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2009117981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体膜上に電極膜が形成された振動膜と、前記振動膜の誘電体膜の面側に配置される固定電極とを備え、前記固定電極と前記振動膜との間に電圧を印加して、前記固定電極と前記振動膜との間に静電力を発生させるように構成された静電型トランスデューサの制御装置であって、
前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記固定電極との間に、信号波が重畳されたＤＣバイアス電圧を印加する手段と、
静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記固定電極との間に前記残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手段と、
を備えることを特徴とする静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項２】
信号波を発生する信号波発生部と、
前記信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部と、
正または負のどちらか1極性のＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス供給部と、
前記ＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整するバイアス電圧謝整部と、
前記信号波振幅調整部の出力と前記静電型トランスデューサの固定電極を接続し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の出力と前記静電型トランスデューサの振動膜を接続する配線パターンＡと、前記信号波振幅調整部の出力と前記静電型トランスデューサの振動膜を接続し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の出力と前記静電型トランスデューサの固定電極を接続する配線パターンＢと、を切替えるスイッチ部と、
装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部と、
前記スイッチ部において前記配線パターンＡおよび配線パターンＢを切替える制御と、前記バイアス電圧調整部における前記ＤＣバイアス供給部の出力電圧の調整を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項３】
前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡを選択し、
前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢを選択して前記残留分極を消去するか、
または、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＢを選択し、
前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＡを選択して前記残留分極を消去するように構成されたこと、
を特徴とする請求項２に記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項４】
信号波を発生する信号波発生部と、
前記信号波の振幅を調整する信号波振幅調部と、
正、負およびグランドの三つの出力端子を持ち、前記三つの出力端の結線方法により正または負のＤＣバイアスを任意に選択して供給するＤＣバイアス供給部と、
前記ＤＣバイアスの出力電圧を調整するバイアス電圧調整部と、
前記ＤＣバイアス供給部の三つの出力端子の配線を、負とグランドを短絡する配線パターンａと、正とグランドを短絡する配線パターンｂに切替えるスイッチ部と、
装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部と、
前記電源スイッチ部の状態に応じて、前記スイッチ部において前記配線パターンaを選択し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の正の出力と前記振動膜を接続し、かつ前記信号波振幅調整部の出力と前記固定電極を接続する配線パターンＡと、前記スイッチ部において前記配線パターンｂを選択し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の負の出力と前記振動膜を接続し、かつ前記信号波振幅調整部の出力と前記固定電極を接続する配線パターンＢとを切替える制御と、前記バイアス電圧調整部における前記ＤＣバイアス供給部の出力電圧の調整を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項５】
前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡを選択し、
前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢを選択して前記残留分極を消去するか、
または、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＢを選択し、
前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＡを選択して前記残留分極を消去するように構成されたこと、
を特徴とする請求項４に記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項６】
信号波を発生する信号波発生部と、
前記信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部と、
正のＤＣバイアスを供給する第１のＤＣバイアス供給部と、
前記第１のＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整する第１のバイアス電圧調整部と、
負のＤＣバイアスを供給する第２のＤＣバイアス供給部と、
前記第２のＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整する第２のバイアス電圧調整部と、
前記第１のＤＣバイアス供給部または第２のＤＣバイアス供給部のいずれか一方の出力端子を選択するスイッチ部と、
装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部と、
前記電源スイッチ部の状態に応じて、前記スイッチ部において前記第１のＤＣバイアス供給部の出力端子を選択し、かつ選択した第１のＤＣバイアス供給部の出力を振動膜と接続し、かつ前記信号波振幅調整部の出力を前記固定電極と接続する配線パターンＡと、前記スイッチ部において前記第２のＤＣバイアス供給部の出力端子を選択し、かつ選択した第２のＤＣバイアス供給部の出力を振動膜と接続し、かつ前記信号波振幅調整部の出力を前記固定電極と接続する配線パターンＢとを選択する制御と、前記第１のバイアス電圧調整部および第２のバイアス電圧調整部における前記第１のＤＣバイアス供給部および第２のＤＣバイアス供給部の出力電圧の調整を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項７】
前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡを選択し、
前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢを選択して前記残留分極を消去するか、
または、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＢを選択し、
前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＡを選択して前記残留分極を消去するように構成されたこと、
を特徴とする請求項６に記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項８】
前記信号波発生部により生成される信号波が、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波であり、
前記静電型トランスデューサが超音波を放射する静電型超音波トランスデューサであること、
を特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項９】
電極膜を第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とで挟んで構成される振動膜と、前記第１の誘電体膜の面側に配置される第１の固定電極と、前記第２の誘電体膜の面側に配置される第２の固定電極とを備え、前記第１の固定電極と前記第２の固定電極と前記振動膜の間に電圧を印加して、前記第１の固定電極と前記振動膜との間、および前記第２の固定電極と前記振動膜との間に静電力を発生させるように構成された静電型トランスデューサの制御装置であって、
前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記第１の固定電極との間に、ＤＣバイアス電圧に重畳して第１の信号波を印加すると共に、前記振動膜と前記第２の固定電極との間に、ＤＣバイアス電圧に重畳して前記第１の信号波とは位相が反転した第２の信号波を印加する手段と、
静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記第１の固定電極との間、および前記振動膜と前記第２の固定電極との間に、前記誘電体膜の残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手段と、
を備えることを特徴とする静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項１０】
信号波を発生する信号波発生部と、
前記信号波発生部の出力信号を基に、前記信号波に対して位相が反転した信号を生成する位相反転部と、
前記信号波発生部の出力と前記位相反転部の出力信号の振幅を同時に調整し、それぞれの信号を信号波出力Ａと信号波出力Ｂとして出力する信号波振幅調整部と、
正または負のどちらか1極性のＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス供給部と、前記ＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整するバイアス電圧調整部と、
前記信号波出力Ａと前記第１の固定電極を接続し、かつ前記信号波出力Ｂと前記第２の固定電極を接続し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の出力と前記静電型トランスデューサの振動膜を接続する配線パターンＡ１と、前記信号波出力Ａと前記第２の固定電極を接続し、かつ前記信号波出力Ｂと前記第１の固定電極を接続し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の出力と前記静電型トランスデューサの振動膜を接続する配線パターンＡ２と、前記信号波出力Ａと前記静電型トランスデューサの振動膜を接続し、かつ前記信号波出力Ｂと前記第２の固定電極を接続し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の出力と前記第１の固定電極を接続する配線パターンＢと、前記信号波出力Ａと前記第１の固定電極を接続し、かつ前記信号波出力Ｂと前記静電型トランスデューサの振動膜を接続し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の出力と前記第２の固定電極を接続する配線パターンＣとを切替えるスイッチ部と、
装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部と、
前記スイッチ部において前記配線パターンＡ１、Ａ２、ＢおよびＣを切替える制御と、前記バイアス電圧調整部における前記ＤＣバイアス供給部の出力電圧の調整を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項１１】
前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡ１を選択し、
前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢと前記配線パターンＣとを選択して前記残留分極を消去するか、
または、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡ２を選択し、
前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢと前記配線パターンＣとを選択して前記残留分極を消去するように構成されたこと、
を特徴とする請求項１０に記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項１２】
信号波を発生する信号波発生部と、
前記信号波発生部の出力信号を基に、前記信号波に対して位相が反転した信号を生成する位相反転部と、
前記信号波発生部の出力と前記位相反転部の出力信号の振幅を同時に調整し、それぞれの信号を信号波出力Ａと信号波出力Ｂとして出力する信号波振幅調整部と、
正、負およびグランドの三つの出力端子を持ち、前記三つの出力端の結線方法により正または負のＤＣバイアスを任意に選択して供給するＤＣバイアス供給部と、
前記ＤＣバイアスの出力電圧を調整するバイアス電圧調整部と、
前記ＤＣバイアス供給部の三つの出力端子の配線を、負とグランドを短絡する配線パターンａと、正とグランドを短絡する配線パターンｂに切替えるスイッチ部と、
装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部と、
前記電源スイッチ部の状態に応じて、前記スイッチ部において前記配線パターンaを選択する共に前記ＤＣバイアス供給部の正の出力と前記振動膜を接続し、かつ前記信号波出力Ａと前記第１の固定電極を接続すると共に前記信号波出力Ｂと前記第２の固定電極を接続する配線パターンＡと、前記スイッチ部において前記配線パターンｂを選択すると共に前記ＤＣバイアス供給部の負の出力と前記振動膜を接続し、かつ前記信号波出力Ａと前記第１の固定電極を接続すると共に前記信号波出力Ｂと前記第２の固定電極を接続する配線パターンＢとを切替える制御と、前記バイアス電圧調整部における前記ＤＣバイアス供給部の出力電圧の調整を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項１３】
前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡを選択し、
前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢを選択して前記残留分極を消去するか、
または、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＢを選択し、
前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＡを選択して前記残留分極を消去するように構成されたこと、
を特徴とする請求項１２に記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項１４】
信号波を発生する信号波発生部と、
前記信号波発生部の出力信号を基に、前記信号波に対して位相が反転した信号を生成する位相反転部と、
前記信号波発生部の出力と前記位相反転部の出力信号の振幅を同時に調整し、それぞれの信号を信号波出力Ａと信号波出力Ｂとして出力する信号波振幅調整部と、
正のＤＣバイアスを供給する第１のＤＣバイアス供給部と、
前記第１のＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整する第１のバイアス電圧調整部と、
負のＤＣバイアスを供給する第２のＤＣバイアス供給部と、
前記第２のＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整する第２のバイアス電圧調整部と、
前記第１のＤＣバイアス供給部または第２のＤＣバイアス供給部のいずれか一方の出力端子を選択するスイッチ部と、
装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部と、
前記電源スイッチ部の状態に応じて、前記スイッチ部において前記第１のＤＣバイアス供給部の出力端子を選択し、かつ選択した第１のＤＣバイアス供給部の出力を振動膜と接続し、かつ前記信号波出力Ａを前記第１の固定電極を接続すると共に前記信号波出力Ｂと前記第２の固定電極を接続する配線パターンＡと、前記スイッチ部において前記第２のＤＣバイアス供給部の出力端子を選択し、かつ選択した第２のＤＣバイアス供給部の出力を振動膜と接続し、かつ前記信号波出力Ａを前記第１の固定電極と接続すると共に前記信号波出力Ｂを前記第２の固定電極と接続する配線パターンＢとを選択する制御と、前記第１のバイアス電圧調整部および第２のバイアス電圧調整部における前記第１のＤＣバイアス供給部および第２のＤＣバイアス供給部の出力電圧の調整を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項１５】
前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡを選択し、
前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢを選択して前記残留分極を消去するか、
または、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＢを選択し、
前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＡを選択して前記残留分極を消去するように構成されたこと、
を特徴とする請求項１４に記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項１６】
前記信号波発生部により生成される信号波が、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波であり、
前記静電型トランスデューサが超音波を放射する静電型超音波トランスデューサであること、
を特徴とする請求項９から請求項１５のいずれかに記載の静電型トランスデューサの制御装置。
【請求項１７】
誘電体膜上に電極膜が形成された振動膜と、前記振動膜の誘電体膜の面側に配置される固定電極とを備え、前記固定電極と前記振動膜との間に電圧を印加して、前記固定電極と前記振動膜との間に静電力を発生させるように構成された静電型トランスデューサの制御方法であって、
前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記固定電極との間に、信号波が重畳されたＤＣバイアス電圧を印加する手順と、
静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記固定電極との間に前記残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手順と、
を含むことを特徴とする静電型トランスデューサの制御方法。
【請求項１８】
電極膜を第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とで挟んで構成される振動膜と、前記第１の誘電体膜の面側に配置される第１の固定電極、前記第２の誘電体膜の面側に配置される第２の固定電極とを備え、前記第１の固定電極と前記第２の固定電極と前記振動膜の間に電圧を印加して、前記第１の固定電極と前記振動膜との間、および前記第２の固定電極と前記振動膜との間に静電力を発生させるように構成された静電型トランスデューサの制御方法であって、
前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記第１の固定電極との間に、ＤＣバイアス電圧に重畳して第１の信号波を印加すると共に、前記振動膜と前記第２の固定電極との間に、ＤＣバイアス電圧に重畳して前記第１の信号波とは位相が反転した第２の信号波を印加する手順と、
静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記第１の固定電極との間、および前記振動膜と前記第２の固定電極との間に、前記誘電体膜の残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手順と、
を含むことを特徴とする静電型トランスデューサの制御方法。
【請求項１９】
可聴周波数帯の信号波を生成する信号発生源から出力される信号波により超音波周波数帯の搬送波を変調し、該変調波により静電型トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカであって、
静電型トランスデューサは、
誘電体膜上に電極膜が形成された振動膜と、
前記振動膜の誘電体膜の面側に配置される固定電極と、
を備え、
前記静電型トランスデューサの制御装置には、
前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記固定電極との間に、信号波が重畳されたＤＣバイアス電圧を印加する手段と、
静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記固定電極との間に前記残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手段と、
を備えることを特徴とする超音波スピーカ。
【請求項２０】
可聴周波数帯の信号波を生成する信号源から出力される信号波により超音波周波数帯の搬送波を変調し、該変調波により静電型トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカであって、
静電型トランスデューサは、
電極膜を第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とで挟んで構成される振動膜と、
前記第１の誘電体膜の面側に配置される第１の固定電極と、
前記第２の誘電体膜の面側に配置される第２の固定電極と、
を備え、
前記静電型トランスデューサの制御装置には、
前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記第１の固定電極との間に、ＤＣバイアス電圧に重畳して第１の信号波を印加すると共に、前記振動膜と前記第２の固定電極との間に、ＤＣバイアス電圧に重畳して前記第１の信号波とは位相が反転した第２の信号波を印加する手段と、
静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記第１の固定電極との間、および前記振動膜と前記第２の固定電極との間に、前記誘電体膜の残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手段と、
を備えることを特徴とする超音波スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電力によって振動膜を振動させる静電型トランスデューサの制御装置に関し、特に、静電型トランスデューサの振動膜にＤＣバイアス電圧を印加した際に生じる残留分極を打ち消すことにより、毎回安定して、高効率な出力特性を得ることができる、静電型トランスデューサの制御装置、静電型トランスデューサの制御方法、および超音波スピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電型トランスデューサは、電極膜を有する振動膜と、この振動膜に対向する固定電極とで構成される装置である。この静電型トランスデューサのアプリケーションの例として、入力機器では小型、広帯域な静電型マイクロホン、出力機器では中高域でクリアな音質が得られる静電型スピーカが挙げられる。
【０００３】
また静電型トランスデューサは最近、球面波スピーカに比べて非常に鋭い指向音を提供できる超音波スピーカとして用いることが試みられている。ここで超音波スピーカとは、超音波をオーディオ信号で変調した信号を超音波トランスデューサにより放出した場合に、パラメトリックアレイ効果によって非常に強い指向性を持った差分周波数成分（自己復調音）を可聴音として放出するものである。超音波スピーカから放出される自己復調音は非常に指向性が強いため、音声情報を特定の場所にだけ伝達する等の目的で使用されている。
【０００４】
静電型トランスデューサの振動膜は、高分子フイルム（誘電体）上に金属薄膜が蒸着等により形成された構成となっている。その振動膜と固定電極とを向かい合わせ、互いの固定電極間に高い直流電圧を印加し、その電圧を信号電圧で変化させることで振動膜を振動させる。
【０００５】
例えば、従来技術の静電型トランスデューサがある（特許文献１を参照）。この従来技術の静電型トランスデューサでは、静電型トランスデューサの振動膜の誘電体として、ＰＥＴ（ポリ・エチレン・テレフタレート樹脂）やアラミド等の高分子膜を用いている。超音波スピーカで大きな音圧の自己復調音を得るためには、少なくとも１２０ｄＢ以上の強い超音波を出力する必要がある。従来技術の静電型トランスデューサにおいて、１２０ｄＢ以上の超音波を出力するためには、振動膜に数百Ｖ程度のＤＣバイアスを印加し、また固定電極に交流の信号電圧を加える必要がある。
【０００６】
ここで信号電圧の値を一定とした場合、振動膜に印加するＤＣバイアスの値を大きくするにつれて超音波の音圧レベルは増加し、ある音圧レベルで飽和する。便宜上、この時のＤＣバイアスの値をＶ１とする。前述した飽和音圧レベルは固定電極に印加する信号電圧の大きさに依存するが、信号電圧を一定とした場合、静電型トランスデューサは上記飽和音圧レベルで駆動した場合に最も大きな音圧レベルが得られる。静電力は圧電力等に比べて大きな力を得にくいため、大きなＤＣバイアスを印加することでより大きな力を得ることは重要である。
【０００７】
しかしながら、従来技術の静電型トランスデューサに大きなＤＣバイアスを印加した場合、振動膜の高分子膜が分極し、さらにこの分極はＤＣバイアスの印加電圧を０にした場合にも残留（以後、このような分極を残留分極と表記する）するため、同じ条件で駆動した際に同じ出力特性が得られないという課題が生じる。
【０００８】
以下にその詳細を説明する。図１８（Ａ）に、高分子膜の残留分極による電圧−印加するＤＣバイアスの特性模式図を示す。また図１８（Ｂ）に信号電圧が一定時の、静電型トランスデューサの出力音圧レベル−印加するＤＣバイアスの特性例を示す。
【０００９】
図１８（Ａ）に示すように、高分子膜は印加するＤＣバイアスがＶａ（高分子膜の種類および膜厚によって決定される）を超えると、ＤＣバイアスを０に戻した場合にも残留分極による電位が発生することが分かる。またその残留分極の大きさは印加したＤＣバイアスの大きさに依存する。
【００１０】
ここで静電型トランスデューサを最大の出力値で駆動するために、ＤＣバイアスをＶ１まで上げることを考える。このとき、音圧レベルは図１８（Ｂ）に示す曲線１のように増加する。しかしながら一旦ＤＣバイアスをＶ１より低い値に下げると、振動膜の残留分極の影響により、音圧レベルは図１８（Ｂ）の曲線２の軌跡を辿るようになる。従って、同じＤＣバイアスＶ１を印加した場合でも、飽和音圧レベルよりも低い音圧値Ａ１しか得られない。
【００１１】
また曲線２において、ＤＣバイアスの値をＶ１からＶ１’にまで増加させ、音圧レベルを飽和レベルまで出力する場合を考える。この場合、音圧レベルは飽和レベルまで到達する。しかしながらより大きな残留分極が発生するために、一旦ＤＣバイアスをＶ１’より低い値に下げると、音圧レベルは図１８（Ｂ）の曲線３の軌跡を辿るようになる。従ってＤＣバイアスをＶ１またはＶ１’として駆動しても、音圧レベルは飽和レベルよりも低い値しか得られない。
【００１２】
以上説明したように、静電型トランスデューサを最大またはそれに近い出力値で駆動した場合、次回以降の駆動時に同等の出力特性を得るためにはより大きなＤＣバイアスが必要になるという課題がある。
【００１３】
また静電型トランスデューサの振動膜に直接ＤＣバイアスを印加しない方法として、振動膜の誘電体にエレクトレットフイルムを用いる方法が挙げられる。エレクトレットフイルムとは、高分子膜にコロナ放電等を行うことで、その表面に静電荷を恒久的に帯電させたものである。エレクトレットフイルムを用いることで上記課題を解決できることが考えられるが、適時所望のＤＣバイアス値に変更できないこと、固定電極に大きな交流電圧を加えると電荷抜けを起こし、時間の経過に伴い性能が劣化する等の問題が発生する。特に静電型トランスデューサを出力機器として用いる場合、駆動する際に大きな交流信号電圧を印加することから、安定性の面で振動膜にエレクトレットフイルムを用いずに、ＤＣバイアスを直接印加することが多い。
【特許文献１】特開２００７−８８６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述したように静電型トランスデューサは、最大またはそれに近い出力値で駆動した場合、次回以降の駆動時に同等の出力特性を得るためにはより大きなＤＣバイアスが必要になるという課題が生じていた。
【００１５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、静電型トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることを可能とする、静電型トランスデューサの制御装置、静電型トランスデューサの制御方法、および超音波スピーカを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、誘電体膜上に電極膜が形成された振動膜と、前記振動膜の誘電体膜の面側に配置される固定電極とを備え、前記固定電極と前記振動膜との間に電圧を印加して、前記固定電極と前記振動膜との間に静電力を発生させるように構成された静電型トランスデューサの制御装置であって、前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記固定電極との間に、信号波が重畳されたＤＣバイアス電圧を印加する手段と、静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記固定電極との間に前記残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手段と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、振動膜の一方の面側に固定電極が配置されるプル型の静電型トランスデューサにおいて、静電型トランスデューサの駆動時に振動膜と固定電極との間にＤＣバイアスを印加するため、振動膜の誘電体膜に残留分極が生じる。このため、この残留分極を打ち消すためのＤＣバイアス電圧を、静電型トランスデューサの駆動終了時に印加する。
これにより、プル型の電型トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、信号波を発生する信号波発生部と、前記信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部と、正または負のどちらか1極性のＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス供給部と、前記ＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整するバイアス電圧謝整部と、前記信号波振幅調整部の出力と前記静電型トランスデューサの固定電極を接続し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の出力と前記静電型トランスデューサの振動膜を接続する配線パターンＡと、前記信号波振幅調整部の出力と前記静電型トランスデューサの振動膜を接続し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の出力と前記静電型トランスデューサの固定電極を接続する配線パターンＢと、を切替えるスイッチ部と、装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部と、前記スイッチ部において前記配線パターンＡおよび配線パターンＢを切替える制御と、前記バイアス電圧調整部における前記ＤＣバイアス供給部の出力電圧の調整を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、静電型トランスデューサの固定電極および振動膜に対する電圧印加のための配線パターンとして、配線パターンＡと配線パターンＢを切り替えるように構成されている。配線パターンＡは、信号波振幅調整部の出力端子と静電型トランスデューサの固定電極と配線し、かつＤＣバイアス供給部の出力端子と静電型トランスデューサの振動膜を配線する配線パターンである。また、配線パターンＢは、信号波振幅調整部の出力端子と静電型トランスデューサの振動膜と配線し、かつＤＣバイアス供給部の出力端子と静電型トランスデューサの固定電極を配線する配線パターンである。そして、例えば、静電型トランスデューサの駆動時には、配線パターンＡを使用し、静電型トランスデューサの駆動終了時には配線パターンＢを選択する。また、配線パターンＡおよび配線パターンＢに応じて、ＤＣバイアス電圧を調整する。
これにより、静電型トランスデューサの駆動終了時に、振動膜の誘電体膜に対し、駆動時とは逆極性のＤＣバイアス電圧を印加することができ、誘電体膜の残留分極をキャンセル（０または、０に近い値に戻す）ことができる。このため、プル型の電型トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡを選択し、前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢを選択して前記残留分極を消去するか、または、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＢを選択し、前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＡを選択して前記残留分極を消去するように構成されたこと、を特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、信号波振幅調整部の出力端子と静電型トランスデューサの固定電極と配線し、かつＤＣバイアス供給部の出力端子と静電型トランスデューサの振動膜を配線する配線パターンＡを備える。また、信号波振幅調整部の出力端子と静電型トランスデューサの振動膜と配線し、かつＤＣバイアス供給部の出力端子と静電型トランスデューサの固定電極を配線する配線パターンＢを備える。そして、静電型トランスデューサの駆動時に配線パターンＡを選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に配線パターンＢを選択する。または、静電型トランスデューサの駆動時に配線パターンＢを選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に配線パターンＡを選択する。
これにより、静電型トランスデューサの駆動時の配線パターンと駆動終了時の配線パターンとの組み合わせを、２通りから選択できるようになると共に、誘電体膜の残留分極をキャンセル（０または、０に近い値に戻す）ことができる。
【００１９】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、信号波を発生する信号波発生部と、前記信号波の振幅を調整する信号波振幅調部と、正、負およびグランドの三つの出力端子を持ち、前記三つの出力端の結線方法により正または負のＤＣバイアスを任意に選択して供給するＤＣバイアス供給部と、前記ＤＣバイアスの出力電圧を調整するバイアス電圧調整部と、前記ＤＣバイアス供給部の三つの出力端子の配線を、負とグランドを短絡する配線パターンａと、正とグランドを短絡する配線パターンｂに切替えるスイッチ部と、装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部と、前記電源スイッチ部の状態に応じて、前記スイッチ部において前記配線パターンaを選択し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の正の出力と前記振動膜を接続し、かつ前記信号波振幅調整部の出力と前記固定電極を接続する配線パターンＡと、前記スイッチ部において前記配線パターンｂを選択し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の負の出力と前記振動膜を接続し、かつ前記信号波振幅調整部の出力と前記固定電極を接続する配線パターンＢとを切替える制御と、前記バイアス電圧調整部における前記ＤＣバイアス供給部の出力電圧の調整を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、静電型トランスデューサの固定電極と振動膜との間に、信号波が重畳されたＤＣバイアス電圧を印加する。このＤＣバイアス電圧を供給するＤＣバイアス供給部は出力端子の結線方法によって正または負のＤＣバイアスを供給する電源である。一般に、このような直流電源の出力端子は正極、負極、グランドの３つの端子がある。正のＤＣバイアスを供給したい場合には、ＤＣバイアスの正の出力端子を負荷の一端に接続し、またＤＣバイアスの負とグランドの端子を共に負荷のもう一方の端子に接続する。逆に負のＤＣバイアスを供給したい場合には、ＤＣバイアスの負の出力端子を負荷の一端に接続し、またＤＣバイアスの正とグランドの端子を共に負荷のもう一方の端子に接続する。そして、静電型トランスデューサの駆動時は、例えば、配線パターンＡを選択する。この配線パターンＡでは、ＤＣバイアス供給部から正のＤＣバイアスを供給するようにし、このＤＣバイアス供給部の正の出力を振動膜と接続し、また信号波振幅調整部の出力を固定電極と接続する。そして静電型トランスデューサの駆動終了時には、配線パターンＢを選択する。この配線パターンＢでは、ＤＣバイアス供給部から負のＤＣバイアスを供給するようにし、このＤＣバイアス供給部の負の出力を振動膜と接続し、また信号波振幅調整部の出力を固定電極と接続する。
これにより、静電型トランスデューサの駆動終了時に、振動膜の誘電体膜に対し、駆動時とは逆極性のＤＣバイアス電圧を印加することができ、誘電体膜の残留分極をキャンセル（０または、０に近い値に戻す）ことができる。このため、プル型の電型トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。
【００２０】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡを選択し、前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢを選択して前記残留分極を消去するか、または、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＢを選択し、前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＡを選択して前記残留分極を消去するように構成されたこと、を特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、ＤＣバイアス供給部の正の出力を振動膜と接続し、かつ信号波振幅調整部の出力と固定電極を接続する配線パターンＡを備える。また、ＤＣバイアス供給部の負の出力を振動膜と接続し、かつ信号波振幅調整部の出力と固定電極を接続する配線パターンＢを備える。そして、静電型トランスデューサの駆動時に配線パターンＡを選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に配線パターンＢを選択する。または、静電型トランスデューサの駆動時に配線パターンＢを選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に配線パターンＡを選択する。
これにより、静電型トランスデューサの駆動時の配線パターンと駆動終了時の配線パターンとの組み合わせを、２通りから選択できるようになると共に、誘電体膜の残留分極をキャンセル（０または、０に近い値に戻す）ことができる。
【００２１】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、信号波を発生する信号波発生部と、前記信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部と、正のＤＣバイアスを供給する第１のＤＣバイアス供給部と、前記第１のＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整する第１のバイアス電圧調整部と、負のＤＣバイアスを供給する第２のＤＣバイアス供給部と、前記第２のＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整する第２のバイアス電圧調整部と、前記第１のＤＣバイアス供給部または第２のＤＣバイアス供給部のいずれか一方の出力端子を選択するスイッチ部と、装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部と、前記電源スイッチ部の状態に応じて、前記スイッチ部において前記第１のＤＣバイアス供給部の出力端子を選択し、かつ選択した第１のＤＣバイアス供給部の出力を振動膜と接続し、かつ前記信号波振幅調整部の出力を前記固定電極と接続する配線パターンＡと、前記スイッチ部において前記第２のＤＣバイアス供給部の出力端子を選択し、かつ選択した第２のＤＣバイアス供給部の出力を振動膜と接続し、かつ前記信号波振幅調整部の出力を前記固定電極と接続する配線パターンＢとを選択する制御と、前記第１のバイアス電圧調整部および第２のバイアス電圧調整部における前記第１のＤＣバイアス供給部および第２のＤＣバイアス供給部の出力電圧の調整を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、静電型トランスデューサの固定電極と振動膜との間に、信号波が重畳されたＤＣバイアス電圧を印加する。このＤＣバイアス電圧を供給するＤＣバイアス供給部は正のＤＣバイアスを供給する第１のＤＣバイアス供給部と、負のＤＣバイアスを供給する第２のＤＣバイアス供給部とを有している。そして、静電型トランスデューサの駆動時は、配線パターンＡを選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時には配線パターンＢを選択する。この配線パターンＡでは、第１のＤＣバイアス供給部（正極性出力）を選択し、この第１のＤＣバイアス供給部の出力を振動膜と接続し、かつ信号波振幅調整部の出力を固定電極と接続する。また、配線パターンＢでは、第２のＤＣバイアス供給部（負極性出力）を選択し、この第２のＤＣバイアス供給部の出力を振動膜と接続し、かつ信号波振幅調整部の出力を固定電極と接続する。
これにより、静電型トランスデューサの駆動終了時に、振動膜の誘電体膜に対し、駆動時とは逆極性のＤＣバイアス電圧を印加することができ、誘電体膜の残留分極をキャンセル（０または、０に近い値に戻す）ことができる。このため、プル型の電型トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。
【００２２】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡを選択し、前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢを選択して前記残留分極を消去するか、または、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＢを選択し、前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＡを選択して前記残留分極を消去するように構成されたこと、を特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、第１のＤＣバイアス供給部（正極性出力）の出力を振動膜と接続し、かつ信号波振幅調整部の出力を固定電極と接続する配線パターンＡを備える。また、第２のＤＣバイアス供給部（負極性出力）の出力を振動膜と接続し、かつ信号波振幅調整部の出力を固定電極と接続する配線パターンＢを備える。そして、静電型トランスデューサの駆動時に配線パターンＡを選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に配線パターンＢを選択する。または、静電型トランスデューサの駆動時に配線パターンＢを選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に配線パターンＡを選択する。
これにより、静電型トランスデューサの駆動時の配線パターンと駆動終了時の配線パターンとの組み合わせを、２通りから選択できるようになると共に、誘電体膜の残留分極をキャンセル（０または、０に近い値に戻す）ことができる。
【００２３】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、前記信号波発生部により生成される信号波が、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波であり、前記静電型トランスデューサが超音波を放射する静電型超音波トランスデューサであること、を特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波で駆動される静電型超音波トランスデューサにおいて、誘電体膜に生じる残留分極をキャンセルできるようにする。
これにより、プル型の静電型超音波トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。
【００２４】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、電極膜を第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とで挟んで構成される振動膜と、前記第１の誘電体膜の面側に配置される第１の固定電極と、前記第２の誘電体膜の面側に配置される第２の固定電極とを備え、前記第１の固定電極と前記第２の固定電極と前記振動膜の間に電圧を印加して、前記第１の固定電極と前記振動膜との間、および前記第２の固定電極と前記振動膜との間に静電力を発生させるように構成された静電型トランスデューサの制御装置であって、前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記第１の固定電極との間に、ＤＣバイアス電圧に重畳して第１の信号波を印加すると共に、前記振動膜と前記第２の固定電極との間に、ＤＣバイアス電圧に重畳して前記第１の信号波とは位相が反転した第２の信号波を印加する手段と、静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記第１の固定電極との間、および前記振動膜と前記第２の固定電極との間に、前記誘電体膜の残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手段と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、振動膜の両面側に固定電極が配置されるプッシュプル型の静電型トランスデューサにおいて、静電型トランスデューサの駆動時に振動膜と固定電極との間にＤＣバイアスを印加するため、振動膜の誘電体膜に残留分極が生じる。このため、この残留分極を打ち消すためのＤＣバイアス電圧を、静電型トランスデューサの駆動終了時に供給する。
これにより、プッシュプル型の電型トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。
【００２５】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、信号波を発生する信号波発生部と、前記信号波発生部の出力信号を基に、前記信号波に対して位相が反転した信号を生成する位相反転部と、前記信号波発生部の出力と前記位相反転部の出力信号の振幅を同時に調整し、それぞれの信号を信号波出力Ａと信号波出力Ｂとして出力する信号波振幅調整部と、正または負のどちらか1極性のＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス供給部と、前記ＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整するバイアス電圧調整部と、前記信号波出力Ａと前記第１の固定電極を接続し、かつ前記信号波出力Ｂと前記第２の固定電極を接続し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の出力と前記静電型トランスデューサの振動膜を接続する配線パターンＡ１と、前記信号波出力Ａと前記第２の固定電極を接続し、かつ前記信号波出力Ｂと前記第１の固定電極を接続し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の出力と前記静電型トランスデューサの振動膜を接続する配線パターンＡ２と、前記信号波出力Ａと前記静電型トランスデューサの振動膜を接続し、かつ前記信号波出力Ｂと前記第２の固定電極を接続し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の出力と前記第１の固定電極を接続する配線パターンＢと、前記信号波出力Ａと前記第１の固定電極を接続し、かつ前記信号波出力Ｂと前記静電型トランスデューサの振動膜を接続し、かつ前記ＤＣバイアス供給部の出力と前記第２の固定電極を接続する配線パターンＣとを切替えるスイッチ部と、装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部と、前記スイッチ部において前記配線パターンＡ１、Ａ２、ＢおよびＣを切替える制御と、前記バイアス電圧調整部における前記ＤＣバイアス供給部の出力電圧の調整を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、静電型トランスデューサの駆動時において、振動膜にＤＣバイアス電圧を印加し、振動膜の両面側に配置された第１の固定電極および第２の固定電極に対し、互いに位相が反転した信号波を印加する。また、スイッチ部は、振動膜と第１の固定電極と第２の固定電極に電圧（ＤＣバイアスおよび信号波）を印加するための配線パターンとして、配線パターンＡ１と、配線パターンＡ２と、配線パターンＢと、配線パターンＣとを切り替え可能に構成されている。配線パターンＡ１は、信号波出力Ａと第１の固定電極を接続し、かつ信号波出力Ｂと第２の固定電板を接続し、かつＤＣバイアス供給部の出力と静電型トランスデューサの振動膜を接続する配線パターンである。配線パターンＡ２は、信号波出力Ａと第２の固定電極を接続し、かつ信号波出力Ｂと第１の固定電極を接続し、かつＤＣバイアス供給部の出力と静電型トランスデューサの振動膜を接続する配線パターンである。配線パターンＢは、信号波出力Ａと静電型トランスデューサの振動膜を接続し、かつ信号波出力Ｂと第２の固定極板を接続し、かつＤＣバイアス供給部の出力と第１の固定電極を接続する線パターンである。配線パターンＣは、信号波出力Ａと第１の固定電極を接続し、かつ信号波出力Ｂと静電型トランスデューサの振動膜を接続し、かつＤＣバイアス供給部の出力と第２の固定電極を接続する配線パターンである。そして、スイッチ部では、配線パターンＡ１、Ｂ、Ｃの３つ、または配線パターンＡ２、Ｂ、Ｃの３つを選択できるようにする。そして、例えば、静電型トランスデューサの駆動時に配線パターンＡ１を選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に、配線パターンＢを最初に選択し、続いて配線パターンＣを選択する。
これにより、静電型トランスデューサの駆動終了時に、振動膜の誘電体膜（２つの誘電体膜）に対し、駆動時とは逆極性のＤＣバイアス電圧を印加することができ、誘電体膜の残留分極をキャンセル（０または、０に近い値に戻す）ことができる。このため、プッシュプル型の電型トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。
【００２６】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡ１を選択し、前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢと前記配線パターンＣとを選択して前記残留分極を消去するか、または、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡ２を選択し、前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢと前記配線パターンＣとを選択して前記残留分極を消去するように構成されたこと、を特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、配線パターンＡ１と、配線パターンＡ２と、配線パターンＢと、配線パターンＣとを切り替え可能に構成されている。配線パターンＡ１は、信号波出力Ａと第１の固定電極を接続し、かつ信号波出力Ｂと第２の固定電板を接続し、かつＤＣバイアス供給部の出力と静電型トランスデューサの振動膜を接続する配線パターンである。配線パターンＡ２は、信号波出力Ａと第２の固定電極を接続し、かつ信号波出力Ｂと第１の固定電極を接続し、かつＤＣバイアス供給部の出力と静電型トランスデューサの振動膜を接続する配線パターンである。配線パターンＢは、信号波出力Ａと静電型トランスデューサの振動膜を接続し、かつ信号波出力Ｂと第２の固定極板を接続し、かつＤＣバイアス供給部の出力と第１の固定電極を接続する線パターンである。配線パターンＣは、信号波出力Ａと第１の固定電極を接続し、かつ信号波出力Ｂと静電型トランスデューサの振動膜を接続し、かつＤＣバイアス供給部の出力と第２の固定電極を接続する配線パターンである。そして、静電型トランスデューサの駆動時に配線パターンＡ１を選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に配線パターンＢと配線パターンＣとを選択して残留分極を消去する。または、静電型トランスデューサの駆動時に配線パターンＡ２を選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に配線パターンＢと配線パターンＣとを選択して残留分極を消去する。
これにより、静電型トランスデューサの駆動時の配線パターンと駆動終了時の配線パターンとの組み合わせを、２通りから選択できるようになると共に、誘電体膜の残留分極をキャンセル（０または、０に近い値に戻す）ことができる。
【００２７】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、信号波を発生する信号波発生部と、前記信号波発生部の出力信号を基に、前記信号波に対して位相が反転した信号を生成する位相反転部と、前記信号波発生部の出力と前記位相反転部の出力信号の振幅を同時に調整し、それぞれの信号を信号波出力Ａと信号波出力Ｂとして出力する信号波振幅調整部と、正、負およびグランドの三つの出力端子を持ち、前記三つの出力端の結線方法により正または負のＤＣバイアスを任意に選択して供給するＤＣバイアス供給部と、前記ＤＣバイアスの出力電圧を調整するバイアス電圧調整部と、前記ＤＣバイアス供給部の三つの出力端子の配線を、負とグランドを短絡する配線パターンａと、正とグランドを短絡する配線パターンｂに切替えるスイッチ部と、装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部と、前記電源スイッチ部の状態に応じて、前記スイッチ部において前記配線パターンaを選択する共に前記ＤＣバイアス供給部の正の出力と前記振動膜を接続し、かつ前記信号波出力Ａと前記第１の固定電極を接続すると共に前記信号波出力Ｂと前記第２の固定電極を接続する配線パターンＡと、前記スイッチ部において前記配線パターンｂを選択すると共に前記ＤＣバイアス供給部の負の出力と前記振動膜を接続し、かつ前記信号波出力Ａと前記第１の固定電極を接続すると共に前記信号波出力Ｂと前記第２の固定電極を接続する配線パターンＢとを切替える制御と、前記バイアス電圧調整部における前記ＤＣバイアス供給部の出力電圧の調整を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、静電型トランスデューサの駆動時において、振動膜にＤＣバイアス電圧を印加し、振動膜の両面側に配置された第１の固定電極と第２の固定電極に対し、互いに位相が反転した信号波を印加する。このＤＣバイアス電圧を供給するＤＣバイアス供給部は出力端子の結線方法によって正または負のＤＣバイアスを供給する電源である。一般に、このような直流電源の出力端子は正極、負極、グランドの３つの端子がある。正のＤＣバイアスを供給したい場合には、ＤＣバイアスの正の出力端子を負荷の一端に接続し、またＤＣバイアスの負とグランドの端子を共に負荷のもう一方の端子に接続する。逆に負のＤＣバイアスを供給したい場合には、ＤＣバイアスの負の出力端子を負荷の一端に接続し、またＤＣバイアスの正とグランドの端子を共に負荷のもう一方の端子に接続する。そして、静電型トランスデューサの駆動時は、例えば、配線パターンＡを選択する。この配線パターンＡでは、ＤＣバイアス供給部から正のＤＣバイアスを供給するようにし、このＤＣバイアス供給部の正の出力を振動膜と接続し、かつ信号波出力Ａと第１の固定電極を接続すると共に信号波出力Ｂと前記第２の固定電極を接続する。そして静電型トランスデューサの駆動終了時には、配線パターンＢを選択する。この配線パターンＢでは、ＤＣバイアス供給部から負のＤＣバイアスを供給するようにし、このＤＣバイアス供給部の負の出力を振動膜と接続し、かつ信号波出力Ａと第１の固定電極を接続すると共に信号波出力Ｂと第２の固定電極を接続する。
これにより、静電型トランスデューサの駆動終了時に、振動膜の誘電体膜に対し、駆動時とは逆極性のＤＣバイアス電圧を印加することができ、誘電体膜の残留分極をキャンセル（０または、０に近い値に戻す）ことができる。このため、プッシュプル型の電型トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。
【００２８】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡを選択し、前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢを選択して前記残留分極を消去するか、または、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＢを選択し、前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＡを選択して前記残留分極を消去するように構成されたこと、を特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、ＤＣバイアス供給部の正の出力端子を振動膜と接続し、かつ信号波出力Ａと第１の固定電極を接続すると共に信号波出力Ｂと第２の固定電極を接続する配線パターンＡを備える。また、ＤＣバイアス供給部の負の出力端子を振動膜と接続し、かつ信号波出力Ａと第１の固定電極を接続すると共に信号波出力Ｂと第２の固定電極を接続する配線パターンＢを備える。そして、静電型トランスデューサの駆動時に配線パターンＡを選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢを選択して残留分極を消去する。または、静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＢを選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢと前記配線パターンＣとを選択して残留分極を消去する。
これにより、静電型トランスデューサの駆動時の配線パターンと駆動終了時の配線パターンとの組み合わせを、２通りから選択できるようになると共に、誘電体膜の残留分極をキャンセル（０または、０に近い値に戻す）ことができる。
【００２９】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、信号波を発生する信号波発生部と、前記信号波発生部の出力信号を基に、前記信号波に対して位相が反転した信号を生成する位相反転部と、前記信号波発生部の出力と前記位相反転部の出力信号の振幅を同時に調整し、それぞれの信号を信号波出力Ａと信号波出力Ｂとして出力する信号波振幅調整部と、正のＤＣバイアスを供給する第１のＤＣバイアス供給部と、前記第１のＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整する第１のバイアス電圧調整部と、負のＤＣバイアスを供給する第２のＤＣバイアス供給部と、前記第２のＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整する第２のバイアス電圧調整部と、前記第１のＤＣバイアス供給部または第２のＤＣバイアス供給部のいずれか一方の出力端子を選択するスイッチ部と、装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部と、前記電源スイッチ部の状態に応じて、前記スイッチ部において前記第１のＤＣバイアス供給部の出力端子を選択し、かつ選択した第１のＤＣバイアス供給部の出力を振動膜と接続し、かつ前記信号波出力Ａを前記第１の固定電極を接続すると共に前記信号波出力Ｂと前記第２の固定電極を接続する配線パターンＡと、前記スイッチ部において前記第２のＤＣバイアス供給部の出力端子を選択し、かつ選択した第２のＤＣバイアス供給部の出力を振動膜と接続し、かつ前記信号波出力Ａを前記第１の固定電極と接続すると共に前記信号波出力Ｂを前記第２の固定電極と接続する配線パターンＢとを選択する制御と、前記第１のバイアス電圧調整部および第２のバイアス電圧調整部における前記第１のＤＣバイアス供給部および第２のＤＣバイアス供給部の出力電圧の調整を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、静電型トランスデューサの駆動時において、振動膜にＤＣバイアス電圧を印加し、振動膜の両面側に配置された第１の固定電極および第２の固定電極に対し、互いに位相が反転した信号波を印加する。このＤＣバイアス電圧を供給するＤＣバイアス供給部は正のＤＣバイアスを供給する第１のＤＣバイアス供給部と、負のＤＣバイアスを供給する第２のＤＣバイアス供給部とを有している。そして、静電型トランスデューサの駆動時は、配線パターンＡを選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時には配線パターンＢを選択する。この配線パターンＡでは、第１のＤＣバイアス供給部（正極性出力）を選択し、第１のＤＣバイアス供給部の出力を振動膜と接続し、かつ信号波出力Ａと第１の固定電極を接続すると共に信号波出力Ｂと第２の固定電極を接続する。また、配線パターンＢでは、第２のＤＣバイアス供給部（負極性出力）を選択し、第２のＤＣバイアス供給部の出力を振動膜と接続し、かつ信号波出力Ａと第１の固定電極を接続すると共に信号波出力Ｂと第２の固定電極を接続する。
これにより、静電型トランスデューサの駆動終了時に、振動膜の誘電体膜に対し、駆動時とは逆極性のＤＣバイアス電圧を印加することができ、誘電体膜の残留分極をキャンセル（０または、０に近い値に戻す）ことができる。このため、プッシュプル型の電型トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。
【００３０】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＡを選択し、前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＢを選択して前記残留分極を消去するか、または、前記静電型トランスデューサの駆動時に前記配線パターンＢを選択し、前記静電型トランスデューサの駆動終了時に前記配線パターンＡを選択して前記残留分極を消去するように構成されたこと、を特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、第１のＤＣバイアス供給部（正極性出力）の出力を振動膜と接続し、かつ信号波出力Ａと第１の固定電極を接続すると共に信号波出力Ｂと第２の固定電極を接続する配線パターンＡを備える。また、第２のＤＣバイアス供給部（負極性出力）の出力を振動膜と接続し、かつ信号波出力Ａと第１の固定電極を接続すると共に信号波出力Ｂと第２の固定電極を接続する配線パターンＢを備える。そして、静電型トランスデューサの駆動時に配線パターンＡを選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に配線パターンＢを選択する。または、静電型トランスデューサの駆動時に配線パターンＢを選択し、静電型トランスデューサの駆動終了時に配線パターンＡを選択する。
これにより、静電型トランスデューサの駆動時の配線パターンと駆動終了時の配線パターンとの組み合わせを、２通りから選択できるようになると共に、誘電体膜の残留分極をキャンセル（０または、０に近い値に戻す）ことができる。
【００３１】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、前記信号波発生部により生成される信号波が、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波であり、前記静電型トランスデューサが超音波を放射する静電型超音波トランスデューサであること、を特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波で駆動される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、誘電体膜に生じる残留分極をキャンセルできるようにする。
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を最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。
【００３２】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御方法は、誘電体膜上に電極膜が形成された振動膜と、前記振動膜の誘電体膜の面側に配置される固定電極とを備え、前記固定電極と前記振動膜との間に電圧を印加して、前記固定電極と前記振動膜との間に静電力を発生させるように構成された静電型トランスデューサの制御方法であって、前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記固定電極との間に、信号波が重畳されたＤＣバイアス電圧を印加する手順と、静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記固定電極との間に前記残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手順と、を含むことを特徴とする。
上記手順を含む本発明の静電型トランスデューサの制御方法では、振動膜の一方の面側に固定電極が配置されるプル型の静電型トランスデューサにおいて、静電型トランスデューサの駆動時に振動膜と固定電極との間にＤＣバイアスを印加するため、振動膜の誘電体膜に残留分極が生じる。このため、この残留分極を打ち消すためのＤＣバイアス電圧を、静電型トランスデューサの駆動終了時に印加する。
これにより、プル型の電型トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。
【００３３】
また、本発明の静電型トランスデューサの制御方法は、電極膜を第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とで挟んで構成される振動膜と、前記第１の誘電体膜の面側に配置される第１の固定電極、前記第２の誘電体膜の面側に配置される第２の固定電極とを備え、前記第１の固定電極と前記第２の固定電極と前記振動膜の間に電圧を印加して、前記第１の固定電極と前記振動膜との間、および前記第２の固定電極と前記振動膜との間に静電力を発生させるように構成された静電型トランスデューサの制御方法であって、前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記第１の固定電極との間に、ＤＣバイアス電圧に重畳して第１の信号波を印加すると共に、前記振動膜と前記第２の固定電極との間に、ＤＣバイアス電圧に重畳して前記第１の信号波とは位相が反転した第２の信号波を印加する手順と、静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記第１の固定電極との間、および前記振動膜と前記第２の固定電極との間に、前記誘電体膜の残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手順と、を含むことを特徴とする。
上記手順を含む本発明の静電型トランスデューサの制御方法では、振動膜の両面側に固定電極が配置されるプッシュプル型の静電型トランスデューサにおいて、静電型トランスデューサの駆動時に振動膜と固定電極との間にＤＣバイアスを印加するため、振動膜の誘電体膜に残留分極が生じる。このため、この残留分極を打ち消すためのＤＣバイアス電圧を、静電型トランスデューサの駆動終了時に印加する。
これにより、プッシュプル型の電型トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。
【００３４】
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信号発生源から出力される信号波により超音波周波数帯の搬送波を変調し、該変調波により静電型トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカであって、静電型トランスデューサは、誘電体膜上に電極膜が形成された振動膜と、前記振動膜の誘電体膜の面側に配置される固定電極と、を備え、前記静電型トランスデューサの制御装置には、前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記固定電極との間に、信号波が重畳されたＤＣバイアス電圧を印加する手段と、静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記固定電極との間に前記残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手段と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の超音波スピーカでは、可聴周波数帯の信号波により超音波周波数帯のキャリア波（搬送波）を変調し、該変調波によりプル型の静電型トランスデューサを駆動する超音波スピーカにおいて、本発明の静電型トランスデューサの制御装置を使用する。この静電型トランスデューサの制御装置では、静電型トランスデューサの駆動時に生じる誘電体膜の残留分極を打ち消すために、静電型トランスデューサの駆動終了時に、残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する。
これにより、プル型の電型トランスデューサを使用した超音波スピーカにおいて、最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。このため、プル型の静電型トランスデューサを使用した超音波スピーカにおいて、高効率で振動膜を振動させることができるので、高い音圧が得られる。このため、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超音波スピーカを実現できる。
【００３５】
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信号源から出力される信号波により超音波周波数帯の搬送波を変調し、該変調波により静電型トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカであって、静電型トランスデューサは、電極膜を第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とで挟んで構成される振動膜と、前記第１の誘電体膜の面側に配置される第１の固定電極と、前記第２の誘電体膜の面側に配置される第２の固定電極と、を備え、前記静電型トランスデューサの制御装置には、前記静電型トランスデューサの駆動時に、前記振動膜と前記第１の固定電極との間に、ＤＣバイアス電圧に重畳して第１の信号波を印加すると共に、前記振動膜と前記第２の固定電極との間に、ＤＣバイアス電圧に重畳して前記第１の信号波とは位相が反転した第２の信号波を印加する手段と、静電型トランスデューサの駆動終了時に、前記ＤＣバイアス電圧の印加により生じた前記誘電体膜の残留分極を打ち消すために、前記振動膜と前記第１の固定電極との間、および前記振動膜と前記第２の固定電極との間に、前記誘電体膜の残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する手段と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の超音波スピーカでは、可聴周波数帯の信号波により超音波周波数帯のキャリア波（搬送波）を変調し、該変調波によりプッシュプル型の静電型トランスデューサを駆動する超音波スピーカにおいて、本発明の静電型トランスデューサの制御装置を使用する。この静電型トランスデューサの制御装置では、静電型トランスデューサの駆動時に生じる誘電体膜の残留分極を打ち消すために、静電型トランスデューサの駆動終了時に、残留分極消去用のＤＣバイアス電圧を印加する。
これにより、プッシュプル型の電型トランスデューサを使用した超音波スピーカにおいて、最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることができる。このため、プッシュプル型の静電型トランスデューサを使用した超音波スピーカにおいて、高効率で振動膜を振動させることができるので、高い音圧が得られる。このため、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超音波スピーカを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
静電型トランスデューサを駆動する際には、振動膜にＤＣバイアス電圧を印加するため、振動膜の誘電体膜に残留分極が生じる。この残留分極の大きさは、誘電体の種類（誘電率、膜厚等）により決まる。本発明の静電型トランスデューサの制御装置では、誘電体膜の残留分極を、０（ゼロ）またはそれに近い値にするために必要なＤＣバイアス電圧を、静電型トランスデューサの駆動終了時に印加するように構成される。また、本発明の静電型トランスデューサの制御装置は、プル型の静電型トランスデューサ、およびプッシュプル型の静電型トランスデューサに対して適用するように構成される。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００３７】
［プル型とプッシュプル型の静電型トランスデューサについての説明］
上述したように静電型トランスデューサは、最大またはそれに近い出力値で駆動した場合、次回以降の駆動時に同等の出力特性を得るためには、より大きなＤＣバイアスが必要になるという課題が生じていた。
【００３８】
そこで本発明では、静電型トランスデューサを最大またはそれに近い入出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同等の出力特性を得ることが可能な、静電型トランスデューサの制御装置の例を示す。
【００３９】
また、静電型トランスデューサの代表的な方式として、プル（ｐｕｌｌ）型およびプッシュプル（ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ）型が挙げられる。そこで本発明の実施の形態では、静電型トランスデューサとしてプル型およびプッシュプル型を用いた場合の例を示す。以下、プル型およびプッシュプル型の静電型トランスデューサの構造および駆動原理について簡単に説明する。
【００４０】
図１（Ａ）に、プル型の静電型トランスデューサの構成模式図を示す。
互いに平行な２つの電極に電圧を印加すると、互いの電極には静電吸引力が働く。ここで、２つの電極のうちの一方を、金属などで形成された電極（以後、固定電極と表記する）１１と、蒸着等により金属（電極膜）を形成した高分子フイルム（以後、振動膜と表記する）２１とに置き換えることを考える。
【００４１】
この場合、いずれか一方の電極に直流バイアス電圧（ＤＣバイアス電圧）を印加し、もう一方の電極に信号電圧（交流信号電圧）を印加することで、振動膜３１は静電吸引力の大きさの変化、すなわち信号電圧の変化に応じて振動する。このとき、固定電極２１に空気の抜け穴として貫通穴２２を開けておくことで、振動膜３１の振動を音波として出力することが可能となる。
【００４２】
上述した静電型トランスデューサの構成をより具体的に示すと、例えば、図１（Ｂ）に示すような構成でなる。図１（Ｂ）に示すように、振動膜３１は、誘電体膜３１Ｂにアルミニウム薄膜などでの電極膜３１Ａを蒸着して形成される。そして、振動膜３１と固定電極２１とで支持部材２３を挟んでプル型の静電型トランスデューサが構成される。
【００４３】
そして、可変電圧の直流バイアス電源３２により、振動膜３１の電極膜３１ＡにＤＣバイアス電圧（以下、単に「ＤＣバイアス」ともいう）が印加される。このＤＣバイアスに重畳して、振動膜３１の電極膜３１Ａと固定電極２１との間には交流信号源３３からの交流信号（交流駆動電圧）が印加される。（なお、固定電極２１にＤＣバイアスを印加し、振動膜３１に交流信号を印加するようにしてもよい。）
【００４４】
そして、交流信号の電圧の変化により静電力が変化（強弱）し、振動膜３１の弾性復元力と静電力とのつり合いにより振動膜３１が振動する。そして、振動膜３１に振動により発生した音波が固定電極２１の貫通穴２２を通過する。
【００４５】
このように、図１に示す静電型トランスデューサは、振動膜３１が一方の方向から静電吸引力を受け、静電吸引力と弾性復元力とで振動することからプル型の静電型トランスデューサと呼ばれる。
【００４６】
なお、交流信号源３３から出力される交流信号は、可聴周波数帯の信号であってもよく、また超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波の信号であってもよい。静電型トランスデューサに印加される信号が超音波周波数帯の信号である場合は、静電型トランスデューサは超音波周波数帯の音波を放射するため、プル型の静電型超音波トランスデューサとも呼ばれる。
【００４７】
また図２に、プッシュプル型の静電型トランスデューサの構成模式図を示す。
図２（Ａ）に示すように、空気の抜け穴を開けた２つの電極２１Ａ、２１Ｂを用意し、互いに平行に設置する。その間に、金属薄膜（電極膜）の両面に高分子フイルム（誘電体膜）を形成した振動膜３１を挟み込む。振動膜３１の金属薄膜（電極膜３１Ａ）にＤＣバイアスを印加し、２つの固定電極２１Ａ、２１Ｂに互いに位相が反転した信号電圧を印加することで、振動膜と各電極の間にはそれぞれ静電吸引力と静電反発力が同時に働く。またこの静電吸引力と静電反発力は、信号電圧の極性が逆になることでそれぞれ静電反発力と静電吸引力に変化する。従って、振動膜は信号電圧の極性の変化に応じて振動し、固定電極の空気の抜け穴から音波を出力することが可能となる。
【００４８】
上述した静電型トランスデューサの構成をより具体的に示すと、例えば、図２（Ｂ）に示すような構成となる。図２（Ｂ）に示すように、振動膜３１を挟み込むようにして、固定電極Ａ２１Ａと固定電極Ｂ２１Ｂとが、支持部材２３を介して配置される。また、固定電極Ａ２１Ａの貫通穴２２Ａと、固定電極Ｂ２１Ｂの貫通穴２２Ｂとが対をなす位置に配置される。
【００４９】
また、可変電圧の直流バイアス電源３２は、振動膜３１の電極膜３１ＡにＤＣバイアスを印加するための電源である。交流信号源３３Ａ、３３Ｂは、振動膜３１を振動させるための交流信号（交流駆動信号）を出力する。交流信号源３３Ａは、固定電極Ａ２１Ａに印加される交流信号を出力し、交流信号源３３Ｂは、固定電極Ｂ２１Ｂに印加される交流信号を出力する。
【００５０】
上記の構成により、固定電極Ａ２１Ａと固定電極Ｂ２１Ｂとには、振幅が等しく、位相が互いに反転した交流信号が印加される。また、電極膜３１Ａに直流バイアス電源３２によりＤＣバイアスが印加される。
【００５１】
このように、電極膜３１ＡにＤＣバイアスを印加し、固定電極Ａ２１Ａと固定電極２１Ｂとに、互いに位相が反転した交流信号を印加することによって、振動膜３１には静電吸引力及び静電反発力が同方向に同時に作用する。交流信号の極性が反転する毎に、上記静電吸引力及び静電反発力の作用する方向が変化するために振動膜３１がプッシュプル駆動される。この結果、振動膜３１で発生した音波は固定電極Ａ２１Ａと固定電極Ｂ２１Ｂに設けられた貫通穴２２Ａ、１２Ｂを通じて外部へ放出される。
【００５２】
このように、図２に示す静電型トランスデューサは、電吸引力と静電反発力により振動膜３１がプッシュプル駆動されるため、プッシュプル型の静電型トランスデューサと呼ばれる。
【００５３】
なお、交流信号源３３Ａ、３３Ｂから出力される交流信号は、可聴周波数帯の信号であってもよく、また超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波の信号であってもよい。静電型トランスデューサに印加される信号が超音波周波数帯の信号である場合は、静電型トランスデューサは超音波周波数帯の音波を放射するため、プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサとも呼ばれる。
【００５４】
［第１の実施の形態］
図３は、本発明の第１の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの制御装置の構成を示す図であり、上述したプル型の静電型トランスデューサにおけるＤＣバイアスの制御装置の構成例である。
【００５５】
図３に示す静電型トランスデューサの制御装置は、信号波を発生する信号波発生部１０１と、信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部１０２と、正または負のどちらか１極性のＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス供給部１０３と、ＤＣバイアス供給部の出力電圧を調整するバイアス電圧調整部１０４とを有している。
【００５６】
また、配線パターンＡと配線パターンＢとを切り替えるスイッチ部１０５を有している。ここで、配線パターンＡは、信号波振幅調整部１０２の出力と静電型トランスデューサの固定電極２１を接続し、かつＤＣバイアス供給部１０３の出力と静電型トランスデューサの振動膜を接続する配線パターンである。配線パターンＢは、信号波振幅調整部１０２の出力と静電型トランスデューサの振動膜３１を接続し、かつＤＣバイアス供給部１０３の出力と静電型トランスデューサの固定電極２１を接続する配線パターンである。
【００５７】
また、ＤＣバイアスの制御装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部１０６を有している。また、スイッチ部１０５において配線パターンＡおよびＢを切替えるように制御すると共に、バイアス電圧調整部１０４におけるＤＣバイアス供給部１０３の出力電圧の調整を制御する制御部１０７を有している。また、静電型トランスデューサとして、図１で示したプル型の静電型トランスデューサ１１を有している。
【００５８】
図３に示すＤＣバイアスの制御装置において、信号波発生部１０１から信号電圧が発生され、さらに信号波振幅調整部１０２においてその振幅が調整される。次に、ＤＣバイアス供給部１０３は、正または負のどちらか一極性のＤＣバイアスを供給する電源である。本発明の第１の実施の形態では、正のＤＣバイアスを供給できるものとする。バイアス電圧調整部１０４は、ＤＣバイアス供給部１０３の出力電圧を調整するための調整部である。
【００５９】
図３に示す構成において、バイアス電圧調整部１０４は、後述する制御部１０７からの信号を基にＤＣバイアス供給部１０３の出力電圧を調整できるように構成されている。
【００６０】
スイッチ部１０５は、信号波振幅調整部１０２からの出力およびＤＣバイアス供給部１０３からの出力と、静電型トランスデューサの固定電極２１および振動膜３１との配線パターンを切替える部分である。
【００６１】
第１の実施の形態では、上記切替える配線パターンとして、配線パターンＡと配線パターンＢを有する。前述したように、配線パターンＡは、信号波振幅調整部１０２の出力端子と静電型トランスデューサの固定電極２１と配線し、かつＤＣバイアス供給部１０３の出力端子と静電型トランスデューサの振動膜３１を配線する配線パターンである。配線パターンＢは、信号波振幅調整部１０２の出力端子と静電型トランスデューサの振動膜３１と配線し、かつＤＣバイアス供給部１０３の出力端子と静電型トランスデューサの固定電極２１を配線する配線パターンである。
【００６２】
スイッチ部１０５では、上記配線パターンＡと配線パターンＢの２つを選択できるよう構成されている。なお、スイッチ部１０５には大きな電圧がかかるため、高耐圧のリレースイッチなどが使用される（勿論、高耐圧のパワー半導体素子等であってもよい）。
【００６３】
電源スイッチ部１０６は、静電型トランスデューサを駆動するシステムに対して電力の供給の有無を制御するためのオン、オフスイッチである。第１の実施の形態では、特に電源スイッチ部１０６をオンからオフにした場合に、後述するＤＣバイアスの制御シーケンスが終わってから電力の供給が止まるように構成されている。
【００６４】
制御部１０７は、電源スイッチ部１０６の状態に応じて、スイッチ部１０５で用意された配線パターンＡおよびＢの切替えを制御し、またバイアス電圧調整部１０４におけるＤＣバイアス供給部１０３の出力電圧の調整を制御するための制御部である。
【００６５】
図４に、本実施例における制御部１０７の制御シーケンスを示す。
ここで、プル型の静電型スピーカを駆動する代表的な方法として、２つの方法がある。第１の方法は、振動膜にＤＣバイアスを印加し、固定電極に信号電圧を印加することで静電力（引力）を働かせ、振動膜を振動させる方法である。また、第２の方法として、固定電極にＤＣバイアスを印加し、振動膜に信号電圧を印加することで静電力（引力）を働かせ、振動膜を振動させる方法がある。本発明の第１の実施の形態では、上述した第１の方法を用いた構成により静電型トランスデューサを駆動する。
【００６６】
図４に示すように、電源スイッチ部１０６がオン（電源スイッチＯＮ）になった場合には、制御部１０７はスイッチ部１０５に、１Ｂｉｔのデジタル信号としてハイ（‘１’）を出力し、その信号を基に、スイッチ部１０５はパターンＡの配線に切替える。この配線パターンＡでは、ＤＣバイアスが振動膜３１に印加される。
【００６７】
ここで、固定電極２１に印加する信号電圧の振幅値を一定とした場合に、振動膜３１に印加するＤＣバイアスを０から増加させることを考える。このとき静電型トランスデューサの出力音圧レベルは増加していくが、ある音圧レベルで飽和する。この時のＤＣバイアスの電圧値をＶ１とする。
【００６８】
前述したように、静電型トランスデューサの出力レベルはＤＣバイアスをＶ１ボルトにした際に最大となるが、Ｖ１ボルトの電圧を印加することで、振動膜の誘電体は図１８（Ａ）に示すような関係で残留分極する。この残留分極のために、静電型トランスデューサの駆動システムを一度立ち下げてもう一度立ち上げた際に、前回の駆動時と同じ大きさのＤＣバイアスを印加しても、得られる出力レベルが小さくなってしまうという課題がある。Ｖ１ボルトを印加した際に発生する電極膜の誘電体の残留分極を打ち消すのに必要な電圧（誘電体の種類により決まる）をＶ２とする。
【００６９】
制御部１０７は上述したようにスイッチ部１０５で配線パターンをＡとした後、正のＤＣバイアスを０からＶ１ボルトまで上昇するように、バイアス電圧調整部１０４に対してアナログあるいはデジタル信号電圧を出力する。
【００７０】
また、図４に示すように、電源スイッチ部１０６がオンからオフ（電源スイッチＯＦＦ）になった場合には、制御部１０７はＤＣバイアスをＶ１から０ボルトまで下げるように、バイアス電圧調整部１０４を制御する。
【００７１】
その後１Ｂｉｔのデジタル信号としてロー（‘０’）をスイッチ部１０５に出力し、配線パターンをＢに切替える。その後、制御部１０７はＤＣバイアスを０から正のＶ２ボルトになるように、バイアス電圧調整部１０４に対してアナログあるいはデジタル信号電圧を出力する。ここで、ＤＣバイアスＶ１とＶ２は共にＤＣバイアス供給部１０３から供給されるため、図４に示す例では両方とも正の極性となる。ただし、配線パターンをＡから配線パターンＢに切替えているため、Ｖ１とＶ２は振動膜の誘電体に対して互いに逆の方向に電界をかけることになる。
【００７２】
従って以上の操作を行った後、ＤＣバイアスの出力を０に戻すことで、振動膜３１の誘電体膜３１Ｂの残留分極は打ち消されて、０またはこれに近い状態に戻る。制御部１０７は最後に配線パターンをＡに戻すようにスイッチ部１０５を制御し、システムの電源を完全にオフにする。
【００７３】
このような静電型トランスデューサの制御装置を用いることで、静電型トランスデューサを駆動する度に、同じＤＣバイアスを印加することで最大の出力値を安定して得ることが可能となる。
【００７４】
また、第１の実施の形態ではＤＣバイアスの制御シーケンスの例として図４に示すものを示したが、同様の考え方で図５のパターンも考えられる。
【００７５】
図５に示す制御シーケンスは、図４に示してある配線パターンＡと、配線パターンＢの順序を逆転させただけである。
【００７６】
また、ＤＣバイアス供給部１０３が負の出力電圧を供給する場合でも、同様の考え方で対応することが可能である。
【００７７】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの制御装置の構成を示す図であり、前述したプル型の静電型トランスデューサにおけるＤＣバイアスの制御装置の構成例である。
【００７８】
図６に示す静電型トランスデューサの制御装置は、信号波を発生する信号波発生部２０１と、信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部２０２とを有している。また、正、負およびグランドの３つの出力端子を持ち、３つの出力端の結線方法により正または負のＤＣバイアスを任意に選択して供給するＤＣバイアス供給部２０３と、ＤＣバイアスの出力電圧を調整するバイアス電圧調整部２０４とを有している。
【００７９】
また、ＤＣバイアス供給部２０３の３つの出力端子の配線を、負とグランドを短絡する配線パターンＡと、正とグランドを短絡する配線パターンＢに切替えるスイッチ部２０５を有している。また、静電型トランスデューサの制御装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部２０６と、電源スイッチ部２０６の状態に応じて、スイッチ部２０５において配線パターンＡおよび配線パターンＢを切替える制御部２０７とを有している。また、制御部２０７は、バイアス電圧調整部２０４におけるＤＣバイアス供給部２０３の出力電圧の調整を制御する機能も有している。また、静電型トランスデューサとして、図１で示したプル型の静電型トランスデューサ１１を有している。
【００８０】
信号波発生部２０１は、プル型の静電型トランスデューサ１１から音波を発生させるための信号源である。信号波発生部２０１の例として、単一の正弦波を出力したい場合には発振器、音声や音楽信号を出力した場合にはＣDプレーヤー等が挙げられる。
【００８１】
信号波発生部２０１から発生された信号電圧は、信号波振幅調整部２０２においてその振幅が調整される。一般的に、ＣDプレーヤー等から得られる出力電圧の値は小さいので、増幅率を任意に変更できるアンプで出力信号を増幅する。従って信号波振幅調整部２０２の例としてはアンプが挙げられる。
【００８２】
次に、ＤＣバイアス供給部２０３は出力端子の結線方法によって正または負のＤＣバイアスを供給する電源である。一般に、このような直流電源の出力端子は正極、負極、グランドの３つの端子がある。正のＤＣバイアスを供給したい場合には、ＤＣバイアスの正の出力端子を負荷の一端に接続し、またＤＣバイアスの負とグランドの端子を共に負荷のもう一方の端子に接続する。逆に負のＤＣバイアスを供給したい場合には、ＤＣバイアスの負の出力端子を負荷の一端に接続し、またＤＣバイアスの正とグランドの端子を共に負荷のもう一方の端子に接続する。
【００８３】
バイアス電圧調整部２０４は、ＤＣバイアス供給部２０３の出力電圧を調整するための調整部である。バイアス電圧調整部２０４の例として、手動で調整するトリマーや、外部から供給される電圧の大きさを基に出力を制御する構成が挙げられる。図６に示す構成例においては、バイアス電圧調整部２０４は、後述する制御部２０７からの信号を基にＤＣバイアス供給部２０３の出力電圧を調整できるように構成されている。
【００８４】
スイッチ部２０５は、ＤＣバイアス供給部２０３から出力するＤＣバイアスの極性を選択できるように、上述したＤＣバイアス供給部２０３の３つの出力端子の配線パターンを切替える部分である。
【００８５】
図６に示す構成例では、切替える配線パターンとして、ＤＣバイアス供給部２０３の３つの出力端子の配線を、負とグランドを短絡する配線パターンＡと、正とグランドを短絡する配線パターンＢの２つを選択できるようにする。また、スイッチ部２０５には大きな電圧がかかるため、例えば、高耐圧のリレースイッチを用いることができる（勿論、高耐圧のパワー半導体素子を使用することもできる）。
【００８６】
電源スイッチ部２０６は、静電型トランスデューサを駆動するシステムに対して電力の供給の有無を制御するためのオン、オフスイッチである。図６に示す例では、電源スイッチ部２０６をオンからオフにした場合に、後述するＤＣバイアスの制御シーケンスが終わってから電力の供給が止まるように構成されている。
【００８７】
制御部２０７は、電源スイッチ部２０６の状態に応じて、スイッチ部２０５で用意された配線パターンＡおよびＢの切替えを制御し、またバイアス電圧調整部２０４におけるＤＣバイアス供給部２０３の出力電圧の調整を制御するための制御部である。
【００８８】
図７に、本発明の第２の実施の形態における制御部２０７の制御シーケンスを示す。
ここで、プル型の静電型スピーカを駆動する代表的な方法として、振動膜にＤＣバイアスを印加し、固定電極に信号電圧を印加することで静電力（引力）を働かせ、振動膜を振動させる方法（以後、方法１と表記する）、および固定電極にＤＣバイアスを印加し、振動膜に信号電圧を印加することで静電力（引力）を働かせ、振動膜を振動させる方法（以後、方法２と表記する）が挙げられる。
【００８９】
本発明の第２の実施の形態では、上述した方法１の構成で静電型トランスデューサを駆動する。
【００９０】
図７に示すように、電源スイッチ部２０６がオン（電源スイッチＯＮ）になった場合には、制御部２０７はスイッチ部２０５に、１Ｂｉｔのデジタル信号としてハイ（‘１’）を出力する。その信号を基にスイッチ部２０５はパターンＡの配線に切替える。さらにＤＣバイアスの正の出力端子を振動膜と配線し、またＤＣバイアスの負の出力はシステムのグランドと配線する。
【００９１】
ここで、振動膜に印加するＤＣバイアスＶ１およびＶ２を、第１の実施の形態と同様の条件で定義する。すなわち、固定電極に印加する信号電圧の振幅値を一定とした場合に、振動膜に印加するＤＣバイアスを０から増加させることを考える。このとき静電型トランスデューサの出力音圧レベルは増加していくが、ある音圧レベルで飽和する。この時のＤＣバイアスの電圧値をＶ１とする。前述したように、静電型トランスデューサの出力レベルはＤＣバイアスをＶ１ボルトにした際に最大となるが、Ｖ１ボルトの電圧を印加することで、振動膜の誘電体は図１８（Ａ）に示すような関係で残留分極する。この残留分極のために、静電型トランスデューサの駆動システムを一度立ち下げてもう一度立ち上げた際に、前回の駆動時と同じ大きさのＤＣバイアスを印加しても、得られる出力レベルが小さくなってしまうという課題がある。
【００９２】
そこで、Ｖ１ボルトを印加した際に発生する電極膜の誘電体の残留分極を打ち消すのに必要な電圧（誘電体の種類により決まる）をＶ２とする。
【００９３】
制御部２０７は上述したようにスイッチ部２０５で配線パターンをＡとした後、正のＤＣバイアスを０からＶ１ボルトまで上昇するように、バイアス電圧調整部に対してアナログあるいはデジタル信号電圧を出力する。
【００９４】
また図７に示すように、電源スイッチ部がオンからオフ（電源スイッチＯＦＦ）になった場合には、制御部２０７はＤＣバイアスをＶ１から０ボルトまで下げるように、バイアス電圧調整部を制御する。
【００９５】
その後１Ｂｉｔのデジタル信号としてロー（‘０’）をスイッチ部２０５に出力し、配線パターンをＢに切替える。さらにＤＣバイアスの負の出力端子を振動膜と配線し、またＤＣバイアスの正の出力はシステムのグランドと配線する。その後、制御部２０７はＤＣバイアスを０から負のＶ２ボルトになるように、バイアス電圧調整部２０４に対してアナログあるいはデジタル信号電圧を出力する。さらにＤＣバイアスの出力を０に戻すことで、振動膜の誘電体の残留分極は打ち消されて、０またはそれに近い状態に戻る。制御部２０７は、最後に配線パターンをＡに戻すようにスイッチ部２０５を制御し、システムの電源を完全にオフにする。
【００９６】
このように、本発明の静電型トランスデューサの制御装置を用いることで、静電型トランスデューサを駆動する度に、同じＤＣバイアスを印加することで最大の出力値を安定して得ることが可能となる。
【００９７】
また、ＤＣバイアスの制御シーケンスの例として図７のものを示したが、同様の考え方で図８に示すパターンも考えられる。
【００９８】
図８に示す制御シーケンスは、図７に示す制御シーケンスと比較して、振動膜に印加するＤＣバイアス電圧の極性を逆にしただけのものであり、制御動作および効果は同じである。このため、説明は省略する。
【００９９】
［第３の実施の形態］
図９は、本発明の第３の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの制御装置の構成を示す図であり、上述したプル型の静電型トランスデューサにおけるＤＣバイアスの制御装置の構成例である。
【０１００】
図９に示すＤＣバイアスの制御装置は、信号波を発生する信号波発生部３０１と、信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部３０２とを有している。また、正のＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス（＋）供給部Ａ３０３と、ＤＣバイアス（＋）供給部Ａ３０３の出力電圧を調整するバイアス電圧調整部Ａ３０４とを有している。また、負のＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス（−）供給部Ｂ３０５と、ＤＣバイアス（−）供給部Ｂ３０５の出力電圧を調整するバイアス電圧調整部Ｂ３０６とを有している。また、ＤＣバイアス供給部ＡまたはＢのいずれか一方の出力端子を選択するスイッチ部３０７と、装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部３０８とを有している。
【０１０１】
また、電源スイッチ部３０８の状態に応じて、スイッチ部３０７においてＤＣバイアス供給部ＡまたはＢのいずれか一方の出力端子を選択する制御部３０９を有している。また、制御部３０９は、バイアス電圧調整部ＡおよびＢにおけるＤＣバイアス供給部ＡおよびＢの出力電圧の調整を制御する機能を有している。また、静電型トランスデューサ１１は、図１で示したプル型の静電型トランスデューサ１１である。
【０１０２】
なお、前述の第１のＤＣバイアス供給部は、ＤＣバイアス（＋）供給部３０３が相当し、第２のＤＣバイアス供給部は、ＤＣバイアス（−）供給部３０５が相当する。また、前述の第１のバイアス電圧調整部はバイアス電圧調整部３０４が、第２のバイアス電圧調整部はバイアス電圧調整部３０６が、それぞれ相当する。
【０１０３】
図９に示すＤＣバイアスの制御装置において、信号波発生部３０１から信号電圧が発生され、さらに信号波振幅調整部３０２においてその振幅が調整される。次に、ＤＣバイアス供給部Ａ３０３およびＢ３０５は、それぞれ正および負のＤＣバイアスを供給する電源である。またバイアス電圧調整部Ａ３０４およびＢ３０６は、それぞれＤＣバイアス供給部Ａ３０３およびＢ３０５の出力電圧を調整するための部である。
【０１０４】
第３の実施の形態において、バイアス電圧調整部Ａ３０４及びＢ３０６は、後述する制御部３０９からの制御信号を基に、それぞれＤＣバイアス供給部Ａ３０３およびＢ３０５の出力電圧を調整できるように構成されている。
【０１０５】
スイッチ部３０７は、ＤＣバイアス（＋）供給部Ａ３０３またはＤＣバイアス（−）供給部Ｂ３０５のいずれか一方の出力端子を選択できるように、配線パターンを切替える部分である。図９に示す例では、正のＤＣバイアス（＋）供給部Ａ３０３の出力端子を選択する場合を配線パターンＡとし、負のＤＣバイアス（−）供給部Ｂ３０５の出力端子を選択する場合を配線パターンＢとする。また、スイッチ部３０７には大きな電圧がかかるため、例えば、高耐圧のリレースイッチを用いることができる（勿論、高耐圧のパワー半導体素子を使用することもできる）。
【０１０６】
電源スイッチ部３０８は、静電型トランスデューサを駆動するシステムに対して電力の供給の有無を制御するためのオン、オフスイッチである。本発明の第３の実施の形態では、特に電源スイッチ部３０８をオンからオフにした場合に、後述するＤＣバイアスの制御シーケンスが終わってから電力の供給が止まるように構成されている。
【０１０７】
制御部３０９は、電源スイッチ部３０８の状態に応じて、スイッチ部３０７で用意された配線パターンＡおよび配線パターンＢの切替えを制御する。またバイアス電圧調整部Ａ３０４におけるＤＣバイアス（＋）供給部Ａ３０３の出力電圧の調整、及びバイアス電圧調整部Ｂ３０６におけるＤＣバイアス（−）供給部Ｂ３０５の出力電圧の調整を制御するための制御部である。
【０１０８】
図１０に、第３の実施の形態における制御部３０９の制御シーケンスを示す。
第１の実施の形態で述べたように、プル型の静電型スピーカを駆動する方法には複数の方法がある。本発明の第３の実施の形態では、振動膜にＤＣバイアスを印加し、固定電極に信号電圧を印加することで静電力（引力）を働かせ、振動膜を振動させる方法により静電型トランスデューサを駆動するものとする。
【０１０９】
図１０に示すように、電源スイッチ部３０８がオン（電源スイッチON）になった場合には、制御部３０９はスイッチ部３０７に、１Ｂｉｔのデジタル信号としてハイ（‘１’）を出力する。この信号を基に、スイッチ部３０７はパターンＡの配線に切替えを行う。例えば配線パターンＡとして、ＤＣバイアス（＋）供給部Ａ３０３からの出力信号を振動膜３１と配線し、かつＤＣバイアス（＋）供給部Ａ３０３からのグランドはシステムのグランドと配線する。また、信号波振幅調整部３０２の出力信号を固定電極２１に配線する。
【０１１０】
ここで、振動膜に印加するＤＣバイアスＶ１およびＶ２を、第１の実施の形態と同様の条件で定義する。
制御部３０９は上述したようにスイッチ部３０７で配線パターンをＡとした後、正のＤＣバイアスを０からＶ１ボルトまで上昇するように、バイアス電圧調整部３０４に対してアナログあるいはデジタル信号電圧を出力する。
【０１１１】
また図１０に示すように、電源スイッチ部がオンからオフ（電源スイッチＯＦＦ）になった場合には、制御部３０９はＤＣバイアスをＶ１から０ボルトまで下げるように、バイアス電圧調整部３０４を制御する。その後１Ｂｉｔのデジタル信号としてロー（‘０’）をスイッチ部３０７に出力し、配線パターンをＢに切替える。この配線パターンＢにより、ＤＣバイアス（−）供給部Ｂ３０５からの出力信号を振動膜３１と配線し、かつＤＣバイアス（−）供給部Ｂ３０５からのグランドはシステムのグランドと配線する。
【０１１２】
その後、制御部３０９はＤＣバイアスを０から負のＶ２ボルトになるように、バイアス電圧調整部３０６に対してアナログあるいはデジタル信号電圧を出力する。さらにＤＣバイアス（−）供給部Ｂ３０５の出力を０に戻すことで、振動膜３１の誘電体の残留分極は打ち消されて、０またはそれに近い値の状態に戻る。制御部３０９は最後に配線パターンをＡに戻すようにスイッチ部３０７を制御し、システムの電源を完全にオフにする。
【０１１３】
このようなＤＣバイアスの制御方法及び制御装置を用いることで、静電型トランスデューサを駆動する度に、同じＤＣバイアスを印加することで最大の出力値を安定して得ることが可能となる。
【０１１４】
また、第３実施の形態ではＤＣバイアスの制御シーケンスの例として図１０に示すものを用いたが、同様の考え方で図１１に示す制御シーケンスのパターンを使用することもできる。
【０１１５】
図１１に示す制御シーケンスは、図１０に示す制御シーケンスと比較して、振動膜３１に印加するＤＣバイアス電圧の極性を逆にしただけのものであり、制御動作および効果は同じである。このため、説明は省略する。
【０１１６】
［第４の実施の形態］
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの制御装置の構成を示す図であり、上述したプッシュプル型の静電型トランスデューサにおけるＤＣバイアスの制御置の構成例である。
【０１１７】
図１２に示すＤＣバイアスの制御装置は、信号波を発生する信号波発生部４０１と、信号波発生部４０１の出力信号を基に、信号波に対して位相が反転した信号を生成る位相反転部４０２とを有している。
【０１１８】
また、信号波発生部４０１の出力と位相反転部の出力信号の振幅を同時に調整する信号波振幅調整部４０３を有している。この信号波振幅調整部４０３は２つの入力信号をそれぞれ同時に増幅または減衰することが可能に構成されている。ここで、信号波発生部４０１からの信号の振幅を調整した出力を信号波出力Ａとし、また位相反転部４０２からの信号の振幅を調整した出力を信号波出力Ｂと表記する。
【０１１９】
また、静電型トランスデューサの制御装置は、正または負のどちらか１極性のＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス供給部４０４と、ＤＣバイアス供給部４０４の出力電圧を調整するバイアス電圧調整部４０５とを有している。
【０１２０】
また、スイッチ部４０６を有している。このスイッチ部４０６は、配線パターンＡ１と、配線パターンＡ２と、配線パターンＢと、配線パターンＣとを切り替える機能を有している。
【０１２１】
配線パターンＡ１は、信号波出力Ａと固定電極Ａを接続し、かつ信号波出力Ｂと固定電板Ｂを接続し、かつＤＣバイアス供給部４０４の出力と静電型トランスデューサの振動膜３１を接続する配線パターンである。
【０１２２】
配線パターンＡ２は、信号波出力Ａと固定電極Ｂを接続し、かつ信号波出力Ｂと固定電極Ａを接続し、かつＤＣバイアス供給部４０４の出力と静電型トランスデューサの振動膜３１を接続する配線パターンである。
【０１２３】
配線パターンＢは、信号波出力Ａと静電型トランスデューサの振動膜３１を接続し、かつ信号波出力Ｂと固定極板Ｂを接続し、かつＤＣバイアス供給部４０４の出力と固定電極Ａを接続する配線パターンである。
【０１２４】
配線パターンＣは、信号波出力Ａと固定電極Ａを接続し、かつ信号波出力Ｂと静電型トランスデューサの振動膜３１を接続し、かつＤＣバイアス供給部４０４の出力と固定電極Ｂを接続する配線パターンである。
【０１２５】
また、図１２に示す制御装置は、電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部４０７を有している。また、スイッチ部において配線パターンＡ１、Ａ２、ＢおよびＣを切替える制御と、バイアス電圧調整部４０５におけるＤＣバイアス供給部４０４の出力電圧の調整を制御す制御部４０８を有している。また、図２に示したプッシュプル型の静電型トランスデューサ１２を有している。
【０１２６】
なお、前述の第１の固定電極は固定電極Ａ２１Ａが相当し、第２の固定電極は固定電極Ｂ２１Ｂが相当する。
【０１２７】
図１２に示すＤＣバイアスの制御装置において、信号波発生部４０１から発生させた出力を２方向に分岐し、一方を信号波振幅調整部４０３に入力し、もう一方を位相反転部４０２に入力する。
【０１２８】
信号波振幅調整部４０３で振幅を調整された信号波とその位相反転信号波は、プッシュプル型の静電型トランスデューサの２つの固定電極にそれぞれ入力される。
【０１２９】
次に、ＤＣバイアス供給部４０４は、正または負のどちらか−極性のＤＣバイアスを供給する電源である。図１２に示す例では、正のＤＣバイアスを供給できるものとする。バイアス電圧調整部４０５は、ＤＣバイアス供給部４０４の出力電圧を調整するための調整部である。図１２に示す例では、バイアス電圧調整部４０５は、後述する制御部４０８からの信号を基にＤＣバイアス供給部４０４の出力電圧を調整できるように構成されている。
【０１３０】
スイッチ部４０６は、信号波振幅調整部４０３からの２つの出力（互いに位相が反転した信号電圧）およびＤＣバイアス供給部４０４からの出力と、静電型トランスデューサの２枚の固定電極および振動膜との配線パターンを切替える部分である。
【０１３１】
本発明の第４の実施の形態においては、スイッチ部４０６により切替える配線パターンとして、前述した配線パターンＡ１、Ｂ、Ｃの３つ、または配線パターンＡ２、Ｂ、Ｃの３つを選択できるように構成する。
【０１３２】
図１２に示す例では、スイッチ部４０６で配線パターンＡ１、Ｂ、Ｃの３つを選択できるものとする。また、スイッチ部４０６には大きな電圧がかかるため、例えば、高耐圧のリレースイッチを用いることができる（勿論、高耐圧のパワー半導体素子を使用することもできる）。
【０１３３】
電源スイッチ部４０７は、静電型トランスデューサを駆動するシステムに対して電力の供給の有無を制御するためのオン、オフスイッチである。図１２に示す例では、特に電源スイッチ部４０７をオンからオフにした場合に、後述するＤＣバイアスの制御シーケンスが終わってから電力の供給が止まるように構成されている。
【０１３４】
制御部４０８は、電源スイッチ部４０７の状態に応じて、スイッチ部４０６で用意された配線パターンＡ１、ＢおよびＣの切替えを制御し、またバイアス電圧調整部４０５におけるＤＣバイアス供給部４０４の出力電圧の調整を制御するための制御部である。
【０１３５】
図１３に、第４の実施の形態における制御部４０８の制御シーケンスの例を示す。
図１３に示すように、電源スイッチ部４０７がオン（電源スイッチＯＮ）になった場合には、制御部４０８はスイッチ部４０６に、２Ｂｉｔのデジタル信号として（‘０１’）を出力し、その信号を基にスイッチ部４０６は配線パターンＡ１の配線に切替える。配線パターンＡ１では、振動膜３１にＤＣバイアスが印加される。
【０１３６】
ここで、振動膜３１に印加するＤＣバイアスＶ１およびＶ２を、第１の実施の形態と同様の条件で定義する。制御部４０８は上述したようにスイッチ部４０６で配線パターンをＡ１とした後、正のＤＣバイアスを０からＶ１ボルトまで上昇するように、バイアス電圧調整部４０５に対してアナログあるいはデジタル信号電圧を出力する。
【０１３７】
また図１３に示すように、電源スイッチ部４０７がオンからオフ（電源スイッチＯＦＦ）になった場合には、制御部４０８はＤＣバイアスをＶ１から０ボルトまで下げるように、バイアス電圧調整部４０５を制御する。
【０１３８】
その後１Ｂｉｔのデジタル信号としで（‘１０’）をスイッチ部４０６に出力し、配線パターンをＢに切替える。その後、制御部４０８はＤＣバイアスを０から正のＶ２ボルトになるように、バイアス電圧調整部４０５に対してアナログあるいはデジタル信号電圧を出力する。配線パターンＢでは、固定電極ＡにＤＣバイアスが印加される。
【０１３９】
ここで、ＤＣバイアスＶ１とＶ２は共にＤＣバイアス供給部４０４から供給されるため、第４の実施の形態では両方とも正の極性となる。ただし、配線パターンをＡ１からＢに切替えているため、Ｖ１とＶ２は振動膜３１と固定電極Ａの間にある側の誘電体膜に対して互いに逆の方向に電界をかけることになる。従って以上の操作を行った後、ＤＣバイアスの出力を０に戻すことで、振動膜３１と固定電極Ａの間にある側の誘電体膜の残留分極は打ち消されて、０またはそれに近い状態に戻る。
【０１４０】
次に、１Ｂｉｔのデジタル信号としで（‘１１’）をスイッチ部４０６に出力し、配線パターンをＣに切替える。その後、制御部４０８はＤＣバイアスを０から正のＶ２ボルトになるように、バイアス電圧調整部４０５に対してアナログあるいはデジタル信号電圧を出力する。配線パターンＣでは、固定電極ＢにＤＣバイアスが印加される。
【０１４１】
以上の操作を行った後、ＤＣバイアスの出力を０に戻すことで、振動膜と固定電極Ｂの間にある側の誘電体の残留分極は打ち消されて、０またそれに近い状態に戻る。制御部４０８は最後に配線パターンをＡ１に戻すようにスイッチ部４０６を制御し、システムの電源を完全にオフにする。
【０１４２】
このようなＤＣバイアスの制御方法及び制御装置を用いることで、プッシュプル型の静電型トランスデューサを駆動する度に、同じＤＣバイアスを印加することで最大の出力値を安定して得ることが可能となる。
【０１４３】
また、第４の実施の形態におけるＤＣバイアスの制御シーケンスの例として図１３のものを示したが、同様の考え方で図１４のパターンも考えられる。図１４に示す制御シーケンスは、静電型トランスデューサの駆動時の配線パターンＡ２を用い、静電型トランスデューサの駆動終了時に、配線パターンＢを最初に選択し、その後に配線パターンＣを選択した例である。
【０１４４】
［第５の実施の形態］
図１５は、本発明の第５の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの制御装置の構成を示す図であり、前述したプッシュプル型の静電型トランスデューサにおけるＤＣバイアスの制御装置の構成例である。
【０１４５】
図１５に示す静電型トランスデューサの制御装置は、信号波を発生する信号波発生部５０１と、信号波発生部５０１の出力信号を基に、信号波に対して位相が反転した信号を生成する位相反転部５０２とを有している。
【０１４６】
また、信号波発生部５０１の出力と位相反転部の出力信号の振幅を同時に調整する信号波振幅調整部５０３を有している。また、正、負およびグランドの３つの出力端子を持ち、３つの出力端の結線方法により正または負のＤＣバイアスを任意に選択して供給するＤＣバイアス供給部５０４とを有している。また、ＤＣバイアスの出力電圧を調整するバイアス電圧調整部５０５を有している。
【０１４７】
また、ＤＣバイアス供給部５０４の３つの出力端子の配線を、負とグランドを短絡する配線パターンＡと、正とグランドを短絡する配線パターンＢに切替えるスイッチ部５０６とを有している。また、ＤＣバイアスの制御装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部５０６を有している。
【０１４８】
また、電源スイッチ部５０７の状態に応じて、スイッチ部５０６において配線パターンＡおよびＢを切替えるように制御すると共に、バイアス電圧調整部５０５におけるＤＣバイアス供給部５０４の出力電圧の調整を制御する制御部を有している。また、図２で示したプッシュプル型の静電型トランスデューサ１２と有している。
【０１４９】
第５の実施の形態は、第２の実施の形態で示したＤＣバイアスの制御方法を、プッシュプル型の静電型トランスデューサに適用したものである。ここでは第２の実施の形態との相違点のみ述べることにする。
【０１５０】
上述したように、プッシュプル型の静電型トランスデューサを駆動するためには、２つの固定電極に対してそれぞれ位相が反転した信号電圧を印加する必要がある。そこで、信号波発生部５０１から発生させた出力を２方向に分岐し、一方を信号波振幅調整部５０３に入力し、もう一方を位相反転部５０２に入力する。
【０１５１】
ここで、信号波振幅調整部５０３は２つの入力信号をそれぞれ同時に増幅または減衰することが可能であるとする。信号波振幅調整部５０３で振幅を調整された信号波とその位相反転信号波は、プッシュプル型の静電型トランスデューサの２つの固定電極にそれぞれ入力される。
【０１５２】
なお、ＤＣバイアスの制御方法は、第２の実施の形態に示したプル型の静電型トランスデューサの場合と同じ手順で対応可能であり、その説明は省略する。
【０１５３】
［第６の実施の形態］
図１６は、本発明の第６の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの制御装置の構成を示す図であり、上述したプッシュプル型の静電型トランスデューサにおけるＤＣバイアスの制御装置の構成例である。
【０１５４】
図１６に示す静電型トランスデューサの制御装置は、信号波を発生する信号波発生部６０１と、信号波発生部６０１の出力信号を基に、信号波に対して位相が反転した信号を生成する位相反転部６０２とを有している。
【０１５５】
また、信号波発生部６０１の出力と位相反転部６０２の出力信号の振幅を同時に調整する信号波振幅調整部６０３を有している。また、正のＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス（＋）供給部Ａ６０４と、ＤＣバイアス（＋）供給部Ａ６０４の出力電圧を調整するバイアス電圧調整部Ａ６０５を有している。
【０１５６】
また、負のＤＣバイアスを供給するＤＣバイアス（−）供給部Ｂ６０６と、ＤＣバイアス（−）供給部Ｂの出力電圧を調整するバイアス電圧調整部Ｂ６０７とを有している。また、ＤＣバイアス供給部ＡまたはＢのいずれか一方の出力端子を選択するスイッチ部６０８と、装置の電源のオン、オフを切替える電源スイッチ部６０９とを有している。
【０１５７】
また、電源スイッチ部の状態に応じて、スイッチ部６０８においてＤＣバイアス供給部ＡまたはＢのいずれか一方の出力端子を選択するように制御する制御部６１０を有している。この制御部６１０は、バイアス電圧調整部Ａ６０５およびバイアス電圧調整部Ｂ６０７におけるＤＣバイアス（＋）供給部ＡおよびＤＣバイアス（−）供給部Ｂの出力電圧の調整を制御する機能も備えている。
【０１５８】
また、静電型トランスデューサ１２は、図２で示したプッシュプル型の静電型トランスデューサ１２である。
【０１５９】
なお、前述の第１のＤＣバイアス供給部は、ＤＣバイアス（＋）供給部Ａ６０４が相当し、第２のＤＣバイアス供給部は、ＤＣバイアス（−）供給部Ｂ６０６が相当する。また、前述の第１のバイアス電圧調整部はバイアス電圧調整部Ａ６０５が、第２のバイアス電圧調整部はバイアス電圧調整部Ｂ６０７が、それぞれ相当する。
【０１６０】
第６の実施の形態は、第３の実施の形態で示したＤＣバイアスの制御方法を、プッシュプル型の静電型トランスデューサに適用したものである。ここでは、第３の実施の形態との相違点のみについて述べる。
【０１６１】
信号波発生部６０１から発生させた出力を２方向に分岐し、一方を信号波振幅調整部６０３に入力し、もう一方を位相反転部６０２に入力する。ここで、信号波振幅調整部６０３は２つの入力信号をそれぞれ同時に増幅または減衰することが可能であるとする。
【０１６２】
信号波振幅調整部６０３で振幅を調整された信号波とその位相反転信号波は、プッシュプル型の静電型トランスデューサの２つの固定電極Ａ、Ｂにそれぞれ入力される。この第６の実施の形態で行うＤＣバイアスの制御方法は、第３の実施の形態に示したプル型の静電型トランスデューサの場合と同じ手順で対応可能であり、その説明は省略する。
【０１６３】
［第７の実施の形態］
前述したように、近年静電型トランスデューサを超音波スピーカとして応用することが試みられている。超音波スピーカは、超音波をオーディオ信号で変調した信号を超音波トランスデューサにより放出した場合に、パラメトリックアレイ効果によって非常に強い指向性を持った差分周波数成分（自己復調音）を可聴音として放出するものである。
【０１６４】
従って前述した第１の実施の形態乃至第６の実施の形態において、信号波発生部の後段の回路を図１７のように置き換えることで、本発明で明示した課題を超音波スピーカシステムに対しても対応することが可能となる。
【０１６５】
図１７は、信号波を発生する信号波発生部７０１と、超音波帯域のキャリア波を供給するキャリア波供給部７０２と、信号波発生部７０１の出力信号でキャリア波供給部７０２の出力信号を変調する変調部７０３と、で構成される。
【０１６６】
ここで、変調部７０３には振幅変調、周波数変調など様々な部が考えられるが、超音波スピーカシステムにおいては振幅変調が主に用いられるため、第７の実施の形態では、変調部７０３で行なう変調方式を振幅変調とする。
【０１６７】
以上説明したように、静電型トランスデューサは、最大またはそれに近い出力値で駆動した場合、次回以降の駆動時に同等の出力特性を得るためにはより大きなＤＣバイアスが必要になるという課題が生じていた。
【０１６８】
これに対し、本発明の静電型トランスデューサの制御装置を用いることで、静電型トランスデューサを、最大またはそれに近い出力値で駆動した場合にも、次回以降の駆動時に同じ駆動条件で同じの出力特性を得ることが可能となる。また静電型トランスデューサを駆動する方法は、構造および印加する電気方式等の観点から他にも多々考えられるが、本提案で明示した共通の課題を解決する場合、それらは本発明で基本的な原理、概念から逸脱しない範囲で対応可能であることは明らかである。
【０１６９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の静電型トランスデューサの制御装置、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。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本発明の制御対象となるプル型の静電型トランスデューサの構成図。
【図２】本発明の制御対象となるプッシュプル型の静電型トランスデューサの構成図。
【図３】本発明の静電型トランスデューサの制御装置の第１の実施の形態を示す図。
【図４】第１の実施の形態における制御シーケンスを示す図。
【図５】第１の実施の形態における他の制御シーケンスを示す図。
【図６】本発明の静電型トランスデューサの制御装置の第２の実施の形態を示す図。
【図７】第２の実施の形態における制御シーケンスを示す図。
【図８】第２の実施の形態における他の制御シーケンスを示す図。
【図９】本発明の静電型トランスデューサの制御装置の第３の実施の形態を示す図。
【図１０】第３の実施の形態における制御シーケンスを示す図。
【図１１】第３の実施の形態における他の制御シーケンスを示す図。
【図１２】本発明の静電型トランスデューサの制御装置の第４の実施の形態を示す図。
【図１３】第４の実施の形態における制御シーケンスを示す図。
【図１４】第４の実施の形態における他の制御シーケンスを示す図。
【図１５】本発明の静電型トランスデューサの制御装置の第５の実施の形態を示す図。
【図１６】本発明の静電型トランスデューサの制御装置の第６の実施の形態を示す図。
【図１７】本発明の第７の実施の形態に係わる超音波スピーカの構成図。
【図１８】誘電体膜の残留分極について説明するための図。
【符号の説明】
【０１７１】
１１・・・プル型の静電型トランスデューサ、１２・・・プッシュプル型の静電型トランスデューサ、２１・・・固定電極、２１Ａ・・・固定電極Ａ、２１Ｂ・・・固定電極Ｂ、２２、２２Ａ、２２Ｂ・・・貫通穴、２３・・・支持部材、３１・・・振動膜、３１Ａ・・・電極膜、３１Ｂ・・・誘電体膜、３２・・・直流バイアス電源、３３、３３Ａ、３３Ｂ・・・交流信号源、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１・・・信号波発生部、１０２、２０２、３０２、４０３、５０３、６０３・・・信号波振幅調整部、１０３、２０３、３０３、３０５、４０４、５０４、６０４、６０６・・・ＤＣバイアス供給部、１０４、２０４、３０４、３０６、４０５、５０５、６０５、６０７・・・バイアス電圧調整部、１０５、２０５、３０７、４０６、５０６、６０８・・・スイッチ部、１０６、２０６、３０８、４０７、５０７、６０９・・・電源スイッチ部、１０７、２０７、３０９、４０８、５０８、６１０・・・制御部、４０２、５０２、６０２・・・位相反転部、７０１・・・信号波発生部、７０２・・・キャリア波供給部、７０３・・・変調部
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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