專利名稱：靜電型超聲波換能器、其電極的制造方法、超聲波揚聲器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及在寬頻帶下發(fā)生一定的高聲壓的靜電型超聲波換能器、使用該靜電型超聲波換能器的超聲波揚聲器、使用靜電型超聲波換能器的聲音信號再現(xiàn)方法、超聲波換能器的電極的制造方法、超聲波換能器的制造方法、超指向性音響系統(tǒng)和顯示裝置。
背景技術(shù)：
以往的超聲波換能器基本上都是使用壓電陶瓷的諧振型換能器。
這里，圖16中示出以往的超聲波換能器的結(jié)構(gòu)。以往的超聲波換能器基本上都是使用壓電陶瓷作為振動元件的諧振型換能器。圖16所示的超聲波換能器使用壓電陶瓷作為振動元件，執(zhí)行從電信號到超聲波的轉(zhuǎn)換和從超聲波到電信號的轉(zhuǎn)換(超聲波的發(fā)送與接收)兩方。圖16所示的雙壓電晶片(バイモルフ)型超聲波換能器由兩張壓電陶瓷61和62、圓錐體(cone)63、外殼64、導線65和66、以及屏幕67構(gòu)成。
壓電陶瓷61和62彼此貼合，在該貼合面的相反側(cè)的面上分別連接導線65和導線66。
諧振型超聲波換能器由于利用壓電陶瓷的諧振現(xiàn)象，所以超聲波的發(fā)送和接收特性在其諧振頻率周圍的較窄頻帶范圍內(nèi)良好。
與上述圖16所示的諧振型超聲波換能器不同，以往，已知靜電方式的超聲波換能器，作為在高頻帶下可發(fā)生高的聲壓的寬帶振蕩型超聲波換能器。該靜電型超聲波換能器由于僅在將振動膜拉向固定電極側(cè)的方向上動作，所以被稱為Pull型。圖17中示出寬帶振蕩型超聲波換能器(Pull型)的具體結(jié)構(gòu)。
圖17所示的靜電型超聲波換能器使用3～10μm左右厚度的PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂)等電介質(zhì)131(絕緣體)作為振動體。形成為鋁等金屬箔的上電極132通過蒸鍍等處理在電介質(zhì)131的上表面部一體地形成，并且，由黃銅形成的下電極133被設置成與電介質(zhì)131的下表面部接觸。該下電極133連接有導線152，并且被固定在由貝克萊特酚醛樹脂(Bakelite)等構(gòu)成的基板135上。
另外，上電極132連接導線153，該導線153連接于直流偏壓電源150上。利用該直流偏壓電源150，始終向上電極132施加50～150V左右的上電極吸附用的直流偏壓，上電極132被吸附向下電極133側(cè)。151為信號源。
電介質(zhì)131和上電極132以及基板135，與金屬環(huán)136、137和138以及網(wǎng)狀物139一起，通過外殼130被鉚接。
在下電極133的電介質(zhì)131側(cè)的面上，形成多個具有不均勻形狀的數(shù)十～數(shù)百μm左右的微小槽。該微小槽構(gòu)成為下電極133與電介質(zhì)131之間的空隙，所以上電極132和下電極133之間的靜電電容分布發(fā)生微小變化。
該隨機的微小槽是通過手工用銼使下電極133的表面變粗糙來形成的。在靜電方式的超聲波換能器中，通過如此形成空隙大小和深度不同的無數(shù)個電容器，圖17所示的超聲波換能器的頻率特性如圖18中曲線Q1所示，為寬頻帶。
在上述結(jié)構(gòu)的超聲波換能器中，在向上電極132施加直流偏壓的狀態(tài)下，上電極132與下電極133之間被施加矩形波信號(50～150Vp-p)。因此，如圖18中曲線Q2所示，諧振型超聲波換能器的頻率特性為，中心頻率(壓電陶瓷的諧振頻率)例如為40kHz，在相對于成為最大聲壓的中心頻率為±5kHz的頻率下，相對于最大聲壓為-30dB。
與此相對，上述結(jié)構(gòu)的寬帶振蕩型超聲波換能器的頻率特性在40kHz～100kHz附近是平坦的，在100kHz時，與最大聲壓相比，為±6dB左右(參照專利文獻1、2)。
專利文獻1日本特開2000-50387號公報專利文獻2日本特開2000-50392號公報如上所述，與圖16所示的諧振型超聲波換能器不同，已知圖17所示的靜電方式的超聲波換能器是作為以往可在寬頻帶下發(fā)生較高聲壓的寬帶超聲波換能器(Pull型)。但是，聲壓的最大值如圖18所示，與諧振型超聲波換能器為130dB以上相比，靜電型超聲波換能器的聲壓低至120dB以下，若作為超聲波揚聲器來使用則聲壓稍顯不足。
這里，說明超聲波揚聲器。用音頻信號(可聽頻帶的信號)對被稱為載波的超聲波頻帶的信號進行AM調(diào)制，通過利用該調(diào)制信號驅(qū)動超聲波換能器，將利用信號源的音頻信號調(diào)制了超聲波的狀態(tài)下的聲波放射到空中，利用空氣的非線性，在空中自己再現(xiàn)原始的音頻信號。
即，原理在于，由于聲波是以空氣作為媒體來傳播的疏密波，所以在傳播調(diào)制后的超聲波的過程中，空氣的密的部分與疏的部分表現(xiàn)顯著，密的部分的聲速快，疏的部分的聲速慢，所以調(diào)制波自身產(chǎn)生失真，結(jié)果，波形分離為載波(超聲波)與可聽波(原始的音頻信號)，人們僅能聽到20kHz以下的可聽音(原始的音頻信號)，一般稱為參量陣效應。
為了充分表現(xiàn)上述參量陣效應，需要120dB以上的超聲波聲壓，但靜電型超聲波換能器難以實現(xiàn)該數(shù)值，專門將PZT等陶瓷壓電元件或PVDF等高分子壓電元件用作超聲波發(fā)生體。
但是，壓電元件不管其材質(zhì)如何，均有尖銳的諧振點，在其諧振頻率下驅(qū)動，作為超聲波揚聲器來實用化，所以能確保高的聲壓的頻率區(qū)域極窄。即為窄頻帶。
通常，人的最大可聽頻帶為20Hz～20kHz，具有約20kHz的頻帶。即，就超聲波揚聲器而言，若在超聲波區(qū)域中在20kHz的頻帶下未確保高的聲壓，則不能忠實地解調(diào)原始的音頻信號。容易理解以往的使用壓電元件的諧振型超聲波揚聲器中始終難以忠實再現(xiàn)(解調(diào))該20kHz的寬頻帶。
實際上，在以往的使用諧振型超聲波換能器的超聲波揚聲器中，存在如下問題，(1)頻帶窄，再現(xiàn)音質(zhì)差，(2)若使AM調(diào)制率過大，則解調(diào)音失真，所以最大僅能將調(diào)制率提高到0.5左右，(3)若提高輸入電壓(若提高音量)，則壓電元件的振動變得不穩(wěn)定，聲音被割裂。若進一步提高電壓，則壓電元件自身容易被損壞，(4)難以陣列化或大型化、小型化，因此成本高。
與此相對，圖17所示的使用靜電型超聲波換能器(Pull型)的超聲波揚聲器基本上能解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，能覆蓋寬頻帶，但其反面，為了使解調(diào)音的音量足夠，存在絕對的聲壓不足的問題。
另外，Pull型的靜電型超聲波換能器中，由于未保證沿靜電力僅向固定電極側(cè)牽引的方向動作的振動膜(相當于圖17中的上電極132。)的振動對稱性，所以在用于超聲波揚聲器的情況下，存在振動膜的振動直接產(chǎn)生可聽音的問題。
與此相對，我們已提出了為了在寬頻帶下得到參量陣效應而能發(fā)生足夠高的聲壓電平的音響信號的靜電型超聲波換能器。該靜電型超聲波換能器構(gòu)成為利用在相對的位置處形成有貫通孔的一對固定電極來夾持具有導電層的振動膜，在向振動膜施加直流偏壓的狀態(tài)下，一對固定電極被施加交流信號。
該靜電型超聲波換能器被稱為Push-Pull型靜電型超聲波換能器，為了使由一對固定電極夾持的振動膜在對應于交流信號極性的方向上同時、或同方向并且同時受到靜電吸引力與靜電斥力，不僅要為了得到參量陣效應而使振動膜的振動足夠大，而且為了確保振動的對稱性，與現(xiàn)有的Pull型靜電型超聲波換能器相比，要能在寬頻帶下產(chǎn)生高的聲壓。
但是，該Push-Pull型靜電型超聲波換能器由于出聲的貫通孔面積較小，所以仍然存在難以在空中產(chǎn)生足夠的聲壓的問題。
因此，即便是具有這種結(jié)構(gòu)的Push-Pull型靜電型超聲波換能器也需要用于產(chǎn)生足夠的聲壓的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題而提出，其第1目的在于提供一種Push-Pull型靜電型超聲波換能器，可在相同的驅(qū)動條件下產(chǎn)生較強的超聲波，提高電氣—音響能量的轉(zhuǎn)換效率。
另外，本發(fā)明的第2目的在于提供使用上述Push-Pull型靜電型超聲波換能器的超聲波揚聲器、使用靜電型超聲波換能器的聲音信號再現(xiàn)方法、超聲波換能器的電極的制造方法、超聲波換能器的制造方法、超指向性音響系統(tǒng)和顯示裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器具有第1電極，其形成有多個孔；第2電極，其與所述第1電極成對，形成有多個孔；振動膜，其被所述一對電極所夾持，具有導電層，該導電層被施加直流偏壓；以及保持部件，其保持所述一對電極和所述振動膜，向所述一對電極間施加交流信號，其特征在于，使所述一對電極各自的厚度t為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))。
在上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，在第1電極與第2電極的相對的位置上形成多個孔，在向振動膜的導電層施加直流偏壓的狀態(tài)下，向由第1、第2電極構(gòu)成的一對電極施加作為驅(qū)動信號的交流信號，所以被一對電極夾持的振動膜在對應于交流信號的極性的方向上，同方向上同時受到靜電吸引力與靜電斥力，所以不僅能為了得到參量效應而使振動膜的振動足夠大，而且由于振動的對稱性被確保，所以可在寬頻帶下產(chǎn)生高的聲壓。
并且，通過使所述一對電極各自的厚度t為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))，各電極在貫通孔部分中的電極厚度部分構(gòu)成共鳴管，可使聲壓在電極出口附近最大，就Push-Pull型超聲波換能器而言，可在相同的驅(qū)動條件下產(chǎn)生強的超聲波。即，就Push-Pull型超聲波換能器而言，提高了電氣—音響能量的轉(zhuǎn)換效率。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器具有第1電極，其形成有多個孔；第2電極，其與所述第1電極成對，形成有多個孔；振動膜，其被所述一對電極所夾持，具有導電層，該導電層被施加直流偏壓；以及保持部件，其保持所述一對電極和所述振動膜，向所述一對電極間施加交流信號，其特征在于，使所述一對電極各自的厚度t為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))。
在上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，在第1電極與第2電極的相對的位置上形成多個孔，在向振動膜的導電層施加直流偏壓的狀態(tài)下，向由第1、第2電極構(gòu)成的一對電極施加作為驅(qū)動信號的交流信號，所以被一對電極夾持的振動膜在對應于交流信號的極性的方向上，同方向上同時受到靜電吸引力與靜電斥力，所以不僅能為了得到參量效應而使振動膜的振動足夠大，而且由于振動的對稱性被確保，所以可在寬頻帶下產(chǎn)生高的聲壓。
并且，通過使所述一對電極各自的厚度t為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))，各電極在貫通孔部分中的電極厚度部分構(gòu)成共鳴管，可在電極出口附近將聲壓設定為大致最大值附近的值，就Push-Pull型超聲波換能器而言，可在相同的驅(qū)動條件下產(chǎn)生強的超聲波。即，就Push-Pull型超聲波換能器而言，提高了電氣—音響能量的轉(zhuǎn)換效率。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，形成于所述一對電極中的孔形成為圓柱狀，并且在各個電極中成為貫通孔。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，通過振動膜的振動產(chǎn)生的超聲波經(jīng)過形成于一對電極中、并且在各個電極中形成為圓柱狀的貫通孔被放射。形成為圓柱狀的貫通孔具有制造最簡單的優(yōu)點，但由于在上述電極側(cè)不存在與振動膜相對的電極部分，所以具有作用于與振動膜的導電層之間的靜電力弱的缺點。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，形成于所述一對電極中的孔是直徑和深度各不相同的至少兩種以上尺寸的同心圓柱狀的孔排列而形成的，并且在各個電極中成為貫通孔。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，在一對電極中形成直徑和深度各不相同的至少兩種以上尺寸的同心圓柱狀的孔排列而形成的貫通孔。因此，由于構(gòu)成為與形成于一對電極中的上述兩種以上尺寸的同心圓柱狀的各孔的邊緣部分平行的電極部分與振動膜的導電層相對，所以形成平行電容器。因此，由于將振動膜的與所述各孔的邊緣部分相對的部分抬高同時下拉的力進行作用，所以可增大振動膜的振動。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，形成于所述一對電極中的孔的截面形成為錐形狀。
在如此構(gòu)成的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，由于在一對電極中形成截面為錐形狀的貫通孔，所以構(gòu)成為該電極的錐形部分與振動膜的導電層相對，形成平行電容器。
因此，由于將與所述固定電極的錐形部分相對的振動膜部分抬高同時下拉的力進行作用，所以可增大振動膜的振動。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，形成于所述一對電極中的孔在各個電極中成為平面為矩形的貫通孔。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，通過振動膜的振動發(fā)生的超聲波經(jīng)形成于一對電極中的平面為矩形的貫通孔被放射。該形成為平面為矩形的貫通孔具有制造最簡單的優(yōu)點，但由于在電極側(cè)不存在與振動膜相對的電極部分，所以具有作用于與振動膜的導電層之間的靜電力弱的缺點。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，形成于所述一對電極中的孔在各個電極中，是形成于同一中心線上、長度相同、寬度和深度各不相同的至少兩種以上尺寸的矩形孔排列而形成的貫通孔。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，在一對電極中形成在同一中心線上形成的、長度相同、寬度和深度各不相同的至少兩種以上尺寸的矩形孔排列而成的貫通孔。因此，構(gòu)成為與形成于一對電極中的上述兩種以上尺寸的矩形的各孔的邊緣部分平行的電極部分，與振動膜的導電層相對，所以形成平行電容器。因此，由于將振動膜的與所述各孔的邊緣部分相對的部分抬高同時下拉的力進行作用，所以可增大振動膜的振動。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，形成于所述一對電極中的矩形的貫通孔在各個電極中，截面形成為錐形狀。
在如此構(gòu)成的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，由于在一對電極中形成平面為矩形、且截面為錐形狀的貫通孔，所以構(gòu)成為該電極的錐形部分與振動膜的導電層相對，形成平行電容器。
因此，將與所述電極的錐形部分相對的振動膜部分抬高同時下拉的力進行作用，所以可增大振動膜的振動。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，形成于所述電極中的孔中，與位于振動膜側(cè)的相反側(cè)的孔相比，位于振動膜側(cè)的孔的孔徑大，且深度淺。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，形成于電極中的孔中，與振動膜側(cè)的相反側(cè)相比，位于振動膜側(cè)的孔的孔徑大，并且深度淺，所以通過構(gòu)成為與上述兩種以上尺寸的同心圓柱狀的各孔的邊緣部分平行的電極部分與振動膜的導電層相對，形成平行電容器，所以可增大作用于振動膜的導電層的靜電吸引力和靜電斥力。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，形成于所述電極中的矩形孔中，與位于振動膜側(cè)的相反側(cè)的孔相比，位于振動膜側(cè)的孔的寬度大，且深度淺。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，形成于電極中的矩形孔中，與位于振動膜側(cè)的相反側(cè)的孔相比，位于振動膜側(cè)的孔的寬度大，并且深度淺，所以通過構(gòu)成為與上述兩種以上尺寸的矩形的各孔的邊緣部分平行的電極部分或電極的錐形部分，與振動膜的導電層相對，形成平行電容器，所以可增大作用于振動膜的導電層的靜電吸引力和靜電斥力。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，所述多個貫通孔分別為相同尺寸。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，在一對電極中分別形成相同尺寸的貫通孔。因此，孔加工容易，降低了制造成本。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，所述多個貫通孔在分別相對的位置處為相同尺寸，具有多個孔尺寸。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，在一對電極中形成在分別相對的位置處為相同尺寸的多個孔尺寸的貫通孔。因此，孔加工容易，降低了制造成本。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，所述一對電極由單一的導電性部件構(gòu)成。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，所述一對電極可由單一的導電性部件，例如SUS、黃銅、鐵、鎳等導電性材料形成。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，所述一對電極由多個導電性部件構(gòu)成。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，所述一對電極可由多個導電性部件形成。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，所述一對電極由導電性部件和絕緣部件構(gòu)成。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，所述一對電極由導電性部件和絕緣部件構(gòu)成。例如，對玻璃環(huán)氧樹脂基板或紙酚基板等絕緣部件進行期望的孔加工之后，通過利用鎳或金、銀、銅等進行電鍍處理，可由導電性部件和絕緣部件形成電極。由此，實現(xiàn)超聲波換能器的輕量化。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，所述振動膜在絕緣性高分子膜的兩個面上形成有電極層。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的超聲波換能器中，振動膜在絕緣性高分子膜的兩個面上形成電極層。此時，如后所述，在與振動膜相對的電極側(cè)設置絕緣層。因此，振動膜的制作變?nèi)菀住?br> 另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，所述振動膜形成為電極層被兩張絕緣性高分子膜夾持。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的超聲波換能器中，使振動膜形成為電極層被絕緣層(絕緣高分子膜)夾持。因此，不需要電極側(cè)的絕緣處理，超聲波換能器的制造變?nèi)菀?。另外，容易確保電極相對于振動膜的配置的對稱性。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，所述振動膜是使用兩張在絕緣性高分子膜的單面上形成有電極層的膜，使各個電極層彼此緊貼而構(gòu)成的。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，使用兩張在絕緣性高分子膜的單面上形成有電極層的膜，使各個電極層彼此緊貼，由此形成振動膜。因此，振動膜的制作變?nèi)菀住?br> 另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，所述振動膜使用駐極體膜。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，所述振動膜使用駐極體膜。此時，在電極側(cè)形成絕緣層。因此，振動膜的制作變?nèi)菀住?br> 另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，使用在絕緣性高分子膜的兩面上形成有電極層的振動膜或使用駐極體膜的振動膜，對所述一對電極的各個振動膜側(cè)實施電絕緣處理。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，在作為振動膜使用在絕緣層(絕緣膜)的兩面上形成有導電層(電極層)的振動膜的情況下，或作為振動膜使用駐極體膜的情況下，對固定電極的振動膜側(cè)實施電絕緣處理。因此，可將在絕緣層(絕緣膜)的兩面上形成有導電層(電極層)的兩面電極蒸鍍膜或駐極體膜用作振動膜。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，向所述振動膜施加單一極性的直流偏壓。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，向所述振動膜施加單一極性的直流偏壓。因此，振動膜的電極層中始終積蓄同極性的電荷，所以根據(jù)通過施加于所述一對電極上的交流信號而變化的電極電壓的極性，振動膜受到靜電吸引力與靜電斥力，進行振動。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，保持所述電極和所述振動膜的部件由絕緣材料構(gòu)成。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，保持所述電極和所述振動膜的部件由絕緣材料構(gòu)成。因此，可保持電極與振動膜之間的電絕緣。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，所述振動膜是通過在膜表面上的直角四方向上施加張力而固定的。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的超聲波換能器中，所述振動膜是通過在膜表面上的直角四方向上施加張力而固定的。因此，以往為了使振動膜吸附于電極側(cè)，必須向振動膜施加數(shù)百伏的直流偏壓，但通過在振動膜的膜單元制作時向膜施加張力來固定，實現(xiàn)與以往上述直流偏壓擔當?shù)睦鞆埩σ粯拥淖饔茫钥山档蜕鲜鲋绷髌珘骸?br> 另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，在所述靜電型超聲波換能器的單面上配置音響反射板。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，在靜電型超聲波換能器的單面(例如背面)配置音響反射板，使從該靜電型超聲波換能器的背面放出的超聲波在前表面反射。將該音響反射板配置成例如將從靜電型超聲波換能器背面的各開口部放出的超聲波以全部相同長度的路徑放射到靜電型超聲波換能器前表面。由此，可有效利用從靜電型超聲波換能器的前表面和背面放出的超聲波。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的特征在于，所述音響反射板由以下部分構(gòu)成一對第1反射板，該一對第1反射板具有如下長度其一端位于靜電型超聲波換能器單面的中心位置處，以該中心位置為基準，相對于靜電型超聲波換能器的該面的兩側(cè)以45°的角度配置該一對第1反射板，其另一端與靜電型超聲波換能器的端部一致；以及一對第2反射板，該一對第2反射板與所述一對第1反射板的所述端部成直角角度，分別沿所述第1反射板的外側(cè)方向被連接，具有與所述第1反射板長度相等的長度。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器中，音響反射板被配置成把從靜電型超聲波換能器單面(例如背面)的各開口部放射的超聲波以全部相同長度的路徑放射到超聲波換能器的另一面(例如前表面)。即，相對于超聲波換能器背面的中心M的兩側(cè)，以45°的角度配置第1反射板，設長度為使得其端部與超聲波換能器的端部一致的長度。利用該第1反射板，向水平方向反射從超聲波換能器背面放出的超聲波。之后，通過將與第1反射板具有直角角度連接的第2反射板分別連接至第1反射板的外側(cè)，從超聲波換能器的橫向或上下向前表面放出超聲波。該第2反射板長度也必須與第1反射板長度相等。這樣，從超聲波換能器背面放射的超聲波全部具有相同長度的路徑被反射，從背面向前表面放出的超聲波的相位全部一致。
由此，可有效利用從換能器的前表面和背面放出的超聲波。
另外，本發(fā)明的超聲波揚聲器的特征在于，具有上述任一種靜電型超聲波換能器；信號源，其生成可聽頻帶的信號波；載波供給單元，其生成超聲波頻帶的載波并輸出；以及調(diào)制單元，其利用從所述信號源輸出的可聽頻帶的信號波，來調(diào)制所述載波，所述靜電型超聲波換能器通過施加于所述電極和所述振動膜的電極層之間的、從所述調(diào)制單元輸出的調(diào)制信號而被驅(qū)動。
在如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的超聲波揚聲器中，利用信號源來生成可聽頻帶的信號波，利用載波供給單元來生成、輸出超聲波頻帶的載波。并且，通過調(diào)制單元，利用從所述信號源輸出的可聽頻帶的信號波來調(diào)制載波，向所述電極與所述振動膜的電極層之間施加從該調(diào)制單元輸出的調(diào)制信號，來進行驅(qū)動。
這樣，在本發(fā)明的超聲波揚聲器中，由于使用上述結(jié)構(gòu)的靜電型超聲波換能器來構(gòu)成，所以可實現(xiàn)為了在寬頻帶下得到參量陣效應而能夠產(chǎn)生足夠高的聲壓電平的音響信號的超聲波揚聲器。
另外，在本發(fā)明的超聲波揚聲器中，由于使用使所述一對電極各自的厚度t為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))，或為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))的靜電型超聲波換能器，所以各電極在貫通孔部分中的電極的厚度部分構(gòu)成共鳴管，可使聲壓在電極出口附近最大，可在相同的驅(qū)動條件下產(chǎn)生強的超聲波。
另外，本發(fā)明的使用靜電型超聲波換能器的聲音信號再現(xiàn)方法的特征在于，使用上述任一種靜電型超聲波換能器，并且，包括如下步驟利用信號源，生成可聽頻帶的信號波的步驟；利用載波供給源，生成超聲波頻帶的載波的步驟；生成利用所述可聽頻帶的信號波對所述載波進行調(diào)制得到的調(diào)制信號的步驟；以及通過向所述電極和所述振動膜的電極層之間施加所述調(diào)制信號，來驅(qū)動所述靜電型超聲波換能器的步驟。
在包含這種步驟的靜電型超聲波換能器的聲音信號再現(xiàn)方法中，利用信號源來生成可聽頻帶的信號波，利用載波供給源來生成、輸出超聲波頻帶的載波。利用所述可聽頻帶的信號波來調(diào)制載波，向電極與振動膜的電極層之間施加該調(diào)制信號，驅(qū)動靜電型超聲波換能器。
由此，利用上述結(jié)構(gòu)的靜電型超聲波換能器，為了在寬頻帶下得到參量陣效應，可輸出足夠高的聲壓電平的音響信號，可再現(xiàn)聲音信號。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的電極的制造方法是上述任一種靜電型超聲波換能器的電極的制造方法，其特征在于，具有第1工序，在用于形成所述一對電極的電極部的導電體板上，覆蓋掩模部件，該掩模部件形成有多個貫通孔的圖案，通過蝕刻處理，在所述導電體板中形成多個貫通孔；以及第2工序，將所述形成有貫通孔的導電體板層疊，使該層疊的導電體板的厚度t為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))，或為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))。
在由上述工序構(gòu)成的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的電極的制造方法中，在用于形成一對電極的電極部的規(guī)定厚度的導電體板上，覆蓋形成有多個貫通孔的圖案的掩模部件，利用蝕刻處理，在所述導電體板中形成多個貫通孔。之后，通過層疊導電體板，將由該導電體板構(gòu)成的電極的厚度t設為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))，或為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))。例如，在導電體板的厚度為0.25mm，作為電極需要1.5mm的厚度的情況下，層疊6張導電體板。
由此，可容易地形成厚度t為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))，或為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))的電極。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的電極的制造方法特征在于，具有第3工序，在所述形成有貫通孔的導電體板上，形成規(guī)定厚度的作為振動膜夾持部形成材料的非導電性感光性抗蝕劑；第4工序，在所述非導電性感光性抗蝕劑表面，覆蓋形成有所述振動膜夾持部的圖案的振動膜夾持部形成用掩模部件，并進行曝光；以及第5工序，剝離所述振動膜夾持部形成用掩模部件，利用顯影來去除不需要的所述感光性抗蝕劑。
在由上述工序構(gòu)成的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的電極的制造方法中，由于具有第3工序，在形成有貫通孔的導電體板上，形成規(guī)定厚度的作為振動膜夾持部形成材料的非導電性感光性抗蝕劑；第4工序，在所述非導電性感光性抗蝕劑表面，覆蓋形成有所述振動膜夾持部的圖案的振動膜夾持部形成用掩模部件，并進行曝光；以及第5工序，剝離所述振動膜夾持部形成用掩模部件，利用顯影來去除不需要的所述感光性抗蝕劑，所以不需要以往必需的金屬電鑄之后的工序，所以可縮短制造工序，削減制造成本。另外，不需要殘留抗蝕劑剝離工序中使用的溶劑等(主要是強堿溶劑)，所以在環(huán)境的層面上也可得到改善。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的電極的特征在于，具有第3工序，在所述形成有多個貫通孔的導電體板表面，設置將用于形成所述振動膜夾持部形成材料的掩模部件排列而構(gòu)成的絲網(wǎng)印刷板和液狀的振動膜夾持部形成材料；第4工序，在所述形成有多個貫通孔的導電體板表面設置所述絲網(wǎng)印刷板和所述液狀的振動膜夾持部形成材料之后，邊使橡皮滾移動，邊在掩模部件未覆蓋的部分涂敷所述振動膜夾持部形成材料；以及第5工序，在掩模部件未覆蓋的部分涂敷所述振動膜夾持部形成材料之后，卸下所述絲網(wǎng)印刷板，使殘留在所述導電板表面的所述振動膜夾持部形成材料干燥。
在由上述工序構(gòu)成的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的電極的制造方法中，由于具有第3工序，在所述形成有多個貫通孔的導電體板表面，設置將用于形成所述振動膜夾持部形成材料的掩模部件排列而構(gòu)成的絲網(wǎng)印刷板和液狀的振動膜夾持部形成材料；第4工序，在所述形成有多個貫通孔的導電體板表面設置所述絲網(wǎng)印刷板和所述液狀的振動膜夾持部形成材料之后，邊使橡皮滾移動，邊在掩模部件未覆蓋的部分涂敷所述振動膜夾持部形成材料；以及第5工序，在掩模部件未覆蓋的部分涂敷所述振動膜夾持部形成材料之后，卸下所述絲網(wǎng)印刷板，使殘留在所述導電板表面的所述振動膜夾持部形成材料干燥，所以可不需要以往所需的金屬電鑄之后的工序，進而完全不需要利用光刻法進行的顯影工序，所以可大幅度縮短制造工序，大幅度削減制造成本。
另外，本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的制造方法的特征在于，使用上述任一種靜電型超聲波換能器的電極的制造方法，來制造靜電型超聲波換能器。
在上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的制造方法中，使用上述任一種靜電型超聲波換能器的電極的制造方法，來制造靜電型超聲波換能器。因此，可獲得利用上述任一種靜電型超聲波換能器的電極的制造方法所具有的效果。
另外，本發(fā)明的超指向性音響系統(tǒng)通過使用上述任一種靜電型超聲波換能器而構(gòu)成的超聲波揚聲器，再現(xiàn)從音響源提供的聲音信號，在屏幕等聲波反射面附近形成虛擬聲源，其特征在于，具有超聲波揚聲器，其再現(xiàn)從所述音響源提供的聲音信號中的中高音域的信號；以及低音再現(xiàn)用揚聲器，其再現(xiàn)從所述音響源提供的聲音信號中的低音域的聲音。
在上述結(jié)構(gòu)的超指向性音響系統(tǒng)中，使用由電極厚度t為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))，或為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))的靜電型超聲波換能器構(gòu)成的超聲波揚聲器。另外，利用該超聲波揚聲器，再現(xiàn)從音響源提供的聲音信號中的中高音域的聲音信號。另外，利用低音再現(xiàn)用揚聲器，再現(xiàn)從音響源提供的聲音信號中的低音域的聲音信號。
因此，可具有足夠的聲壓和寬頻帶特性、并再現(xiàn)中高音域的音響使得中高音域的音響從形成于屏幕等聲波反射面附近的虛擬聲源發(fā)出。另外，低音域的音響直接從音響系統(tǒng)中具備的低音再現(xiàn)用揚聲器輸出，所以可加強低音域，創(chuàng)造現(xiàn)場感更高的聲場環(huán)境。
另外，本發(fā)明的顯示裝置的特征在于，具有超聲波揚聲器，其構(gòu)成為包含上述任一種靜電型超聲波換能器，根據(jù)從音響源提供的聲音信號，再現(xiàn)可聽頻帶的信號聲音；以及投影光學系統(tǒng)，其將視頻投影到投影面上。
在上述結(jié)構(gòu)的投影儀中，使用由電極厚度t為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))，或為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))的靜電型超聲波換能器構(gòu)成的超聲波揚聲器。另外，利用該超聲波揚聲器，再現(xiàn)從音響源提供的聲音信號。
因此，可具有足夠的聲壓和寬頻帶特性、再現(xiàn)音響信號使得音響信號從形成于屏幕等聲波反射面附近的虛擬聲源發(fā)出。因此，容易控制音響信號的再現(xiàn)范圍。


圖1是表示本發(fā)明實施方式的超聲波換能器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示本發(fā)明實施方式的超聲波換能器中的固定電極的形狀的具體例的說明圖。
圖3是表示本發(fā)明實施方式的超聲波換能器中的固定電極的貫通槽結(jié)構(gòu)的具體例的說明圖。
圖4是表示本發(fā)明實施方式的超聲波換能器中的振動膜的結(jié)構(gòu)的具體例的說明圖。
圖5是表示本發(fā)明實施方式的超聲波換能器中的設置有貫通孔的固定電極的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖6是表示作為共鳴管集合體的共鳴管單元的固定電極中的聲音的共鳴狀態(tài)的正面剖面圖。
圖7是表示本發(fā)明另一實施方式的超聲波換能器的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是表示本發(fā)明實施方式的超聲波揚聲器的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖9是表示超聲波換能器的制造方法的第1實施方式的圖。
圖10是表示超聲波換能器的制造方法的第2實施方式的圖。
圖11是表示振動膜的絕緣層厚度與振動膜夾持部的厚度及靜電電容的關系圖。
圖12是表示本發(fā)明的實施方式的投影儀使用狀態(tài)的圖。
圖13是表示圖12所示的投影儀的外觀結(jié)構(gòu)圖。
圖14是表示圖12所示的投影儀的電結(jié)構(gòu)的框圖。
圖15是使用超聲波換能器的再現(xiàn)信號的再現(xiàn)狀態(tài)的說明圖。
圖16是表示現(xiàn)有的諧振型的超聲波換能器的結(jié)構(gòu)圖。
圖17是表示現(xiàn)有的靜電型寬頻帶振蕩型超聲波換能器的具體結(jié)構(gòu)圖。
圖18是與現(xiàn)有的超聲波換能器的頻率特性一起示出本發(fā)明實施方式的超聲波換能器的頻率特性的圖。
圖19是表示超聲波換能器的現(xiàn)有制造方法的制造工序圖。
圖20是表示基于現(xiàn)有制造方法的超聲波換能器在結(jié)構(gòu)上的問題的圖。
圖21是表示基于本發(fā)明的制造方法的特性改善的說明圖。
符號說明1…超聲波換能器；10…固定電極部；10A、10B…固定電極；10C…導電體板；11…掩模部件；12…振動膜；14…貫通孔；16…直流偏壓電源；18…信號源；20…振動膜夾持部；21…振動膜夾持部形成用掩模部件；22…感光性抗蝕劑；23…感光性抗蝕劑；24…殘留抗蝕劑；30…絲網(wǎng)印刷板；31…橡皮滾；32…振動膜夾持部形成材料；51…可聽頻率波振蕩源；52…載波振蕩源；53…調(diào)制器；54…功率放大器；55…超聲波換能器；120…絕緣膜(絕緣層)；121…電極層；200…音響反射板；201…反射板；202…反射板；301…投影儀；302…屏幕(投影面)；303…視聽者；310…操作輸入部；312…再現(xiàn)范圍設定部；313…再現(xiàn)范圍控制處理部；314…聲音/視頻信號再現(xiàn)部；316…載波振蕩源；317A、317B…高通濾波器；318A、318B…調(diào)制器；319…低通濾波器；320…投影儀主體；321…加法器；322A、322B、322C…功率放大器；323…低音再現(xiàn)用揚聲器；324A、324B…靜電型超聲波換能器；331…投影儀鏡頭；332…視頻生成部；333…投影光學系統(tǒng)。
具體實施例方式下面，參照附圖來詳細說明本發(fā)明的實施方式。
圖1中表示本發(fā)明實施方式的靜電型超聲波換能器的結(jié)構(gòu)。圖1(A)表示靜電型超聲波換能器的結(jié)構(gòu)，圖1(B)表示超聲波換能器的局部剖開后的平面圖。
圖1中，本發(fā)明實施方式的靜電型超聲波換能器1具有一對固定電極10A、10B，其用作電極，包含由導電性材料形成的導電部件；被一對固定電極所夾持、具有電極層121的振動膜12；和保持一對固定電極10A、10B與振動膜的部件(未圖示)。
振動膜12由絕緣體(絕緣層)120形成，具有由導電性材料形成的電極層121，利用直流偏壓電源16向該電極層121施加單一極性(正極性或負極性之一。)的直流偏壓，并且，疊加于該直流偏壓上，對于固定電極10A和固定電極10B，向它們與電極層121之間施加從信號源18輸出的相位相互反轉(zhuǎn)的交流信號18A、18B。
另外，一對固定電極10A、10B在隔著振動膜12相對的位置上具有數(shù)量相同且為多個的貫通孔14，通過信號源18向一對固定電極10A、10B的導電部件之間施加彼此相位反轉(zhuǎn)的交流信號18A、18B。固定電極10A與電極層121、固定電極10B與電極層121分別形成電容器。
上述結(jié)構(gòu)中，超聲波換能器1在利用直流偏壓電源16將從信號源18輸出的相位相互反轉(zhuǎn)的交流信號18A、18B疊加于單一極性的(本實施方式中為正極性的)直流偏壓上的狀態(tài)下，將其施加于振動膜12的電極層。
另一方面，利用信號源18向一對固定電極10A、10B施加相互相位反轉(zhuǎn)的交流信號18A、18B。
結(jié)果，在從信號源18輸出的交流信號18A的正的半周期中，由于向固定電極10A施加正電壓，所以靜電斥力作用于振動膜12中未被固定電極夾持的表面部分12A上，在圖1上向下拉伸表面部分12A。
此時，交流信號18B為負周期，由于向相對的固定電極10B施加負的電壓，所以靜電吸引力作用于振動膜12中作為所述表面部分12A的背面?zhèn)鹊谋趁娌糠?2B，在圖1上而且向下拉伸背面部分12B。
因此，振動膜12中未被一對固定電極10A、10B夾持的膜部分在相同方向上受到靜電吸引力與靜電斥力。這在從信號源18輸出的交流信號的負半周期也一樣，圖1中，靜電吸引力向上作用于振動膜12的表面部分12A，圖1中，靜電斥力向上作用于背面部分12B，振動膜12中未被一對固定電極10A、10B夾持的膜部分在相同方向上受到靜電吸引力與靜電斥力。這樣，由于振動膜12對應于交流信號的極性變化，在相同方向上受到靜電吸引力與靜電斥力，同時靜電力作用的方向交互變化，所以可產(chǎn)生大的膜振動、即可為了得到參量陣效應而產(chǎn)生足夠的聲壓電平的音響信號。
這樣，本發(fā)明實施方式的超聲波換能器1由于振動膜12從一對固定電極10A、10B受到力后振動，所以被稱為推挽(Push-Pull)型。
本發(fā)明實施方式的超聲波換能器1與以往僅靜電吸引力作用于振動膜的靜電型超聲波換能器(Pull型)相比，具有同時滿足寬頻帶性與高聲壓的能力。
圖18示出本發(fā)明實施方式的超聲波換能器的頻率特性。圖中，曲線Q3是本實施方式的超聲波換能器的頻率特性。從該圖可知，與現(xiàn)有的寬頻帶型的靜電型超聲波換能器的頻率特性相比，可在更寬的頻帶下得到高的聲壓電平。具體而言，可知在20kHz～120kHz的頻帶下能夠得到獲得參量效應的120dB以上的聲壓電平。
本發(fā)明實施方式的超聲波換能器1由于被一對固定電極10A、10B夾持的薄膜振動膜12受到靜電吸引力與靜電斥力雙方，所以不僅產(chǎn)生大的振動，而且，確保了振動的對稱性，所以可在寬頻帶下產(chǎn)生高的聲壓。
下面，說明本實施方式的超聲波換能器的固定電極。圖2表示圓柱狀固定電極(一對固定電極中僅單個電極)的幾個結(jié)構(gòu)例(剖面圖)。
圖2(a)是貫通孔類型，具體而言，形成于一對固定電極10A、10B中的孔是形成為圓柱狀的貫通孔。由于形成有該貫通孔的固定電極雖然制造最簡單、但沒有相當于與振動膜12相對的電極的部分，所以存在靜電力弱的缺點。
圖2(b)示出2級貫通孔結(jié)構(gòu)的固定電極的結(jié)構(gòu)。即，形成于一對固定電極10A、10B中的孔是直徑和深度各不相同的至少兩種以上(在本實施方式中為兩種)尺寸的同心圓柱狀孔排列形成的貫通孔。形成于固定電極中的孔形成為與振動膜側(cè)的相反側(cè)相比，振動膜側(cè)的孔的孔徑大，并且深度淺。
此時，與各孔的潭(淵)部分并行的部位與振動膜12相對，該部分構(gòu)成平行板電容器。
因此，由于將振動膜的潭部分抬高的同時下拉的力進行作用，所以可使膜振動增大。另外，圖2(c)表示剖面為錐形的貫通孔。采用該形狀作為固定電極時的效果也與由圖(b)的結(jié)構(gòu)得到的效果一樣。
圖3表示具有槽形狀的貫通孔的固定電極的幾個結(jié)構(gòu)例(一對固定電極中僅單個電極)。圖3(a)是貫通槽孔類型，形成于一對固定電極10A、10B中的孔是平面為矩形的貫通孔。雖然該形成有貫通孔的固定電極的制造最簡單，但由于沒有相當于與振動膜12相對的電極的部分，所以存在靜電力弱的缺點。
圖3(b)表示2級貫通槽孔結(jié)構(gòu)的固定電極的結(jié)構(gòu)。即，形成于一對固定電極10A、10B中的孔是形成于同一中心線上的、長度相同、寬度和深度各不相同的至少兩種以上(在本實施方式中為兩種)尺寸的平面為矩形的孔排列形成的貫通孔。
此時，與為圓孔形狀時一樣，并行于各槽孔的潭部分的部位與振動膜12相對，構(gòu)成平行板電容器。
因此，由于將振動膜12的潭部分抬高的同時下拉的力進行作用，所以可使振動膜12的膜振動增大。
另外，圖3(c)表示錐形的貫通槽孔。即，形成于一對固定電極10A、10B中的矩形貫通孔的剖面形成為錐形。采用該形狀作為固定電極時的效果也得到與圖3(b)結(jié)構(gòu)的固定電極一樣的效果。
在圖3(b)、(c)的結(jié)構(gòu)例中，形成于固定電極中的矩形孔形成為與振動膜側(cè)的相反側(cè)相比，振動膜側(cè)的寬度大，且深度淺。
另外，圖2、圖3所示的各結(jié)構(gòu)例中所示的、形成于固定電極中的多個貫通孔也可分別為相同尺寸。
另外，所述多個貫通孔也可分別在相對的位置處為相同尺寸，具有多個孔尺寸。
構(gòu)成本實施方式的超聲波換能器的固定電極可由單一的導電性部件構(gòu)成，也可由多個導電性部件構(gòu)成。
另外，構(gòu)成本實施方式的超聲波換能器的固定電極可由導電性部件與絕緣部件構(gòu)成。
具體而言，本實施方式的超聲波換能器的固定電極的材質(zhì)只要是導電性即可，例如也可以是SUS、黃銅、鐵、鎳的單體結(jié)構(gòu)。
另外，由于需要實現(xiàn)輕量化，所以也可在對電路基板等中一般使用的玻璃環(huán)氧樹脂基板或紙酚基板實施期望的孔加工之后，利用鎳或金、銀、銅等進行電鍍處理。另外，此時，為了防止成形后的翹曲，對基板的兩個面實施電鍍加工等是有效的。
但是，在振動膜12中使用雙面電極蒸鍍膜或駐極體膜的情況下，就圖1所示的超聲波換能器1而言，需要對一對固定電極10A、10B的振動膜12側(cè)執(zhí)行任意絕緣處理。例如，需要利用氧化鋁、硅聚合體類材料、非晶碳膜、SiO2等實施絕緣薄膜處理等。
下面，說明振動膜12。振動膜12的功能在于始終積蓄同極性的電荷(既可以是“+”極性也可以是“-”極性)，在按交流電壓變化的固定電極10A、10B之間，通過靜電力振動。參照圖4來說明本發(fā)明實施方式的超聲波換能器中的振動膜12的具體結(jié)構(gòu)例。
圖4(a)表示對絕緣膜(絕緣層)120的兩個面實施電極蒸鍍處理，形成電極層121的振動膜12的剖面構(gòu)造。中心的絕緣膜120最好由高分子材料、例如聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)等伸縮性、耐電壓性好的材料構(gòu)成。
形成電極層121的電極蒸鍍材料最普遍的是Al，另外，從與上述高分子材料的相性、成本等方面考慮，期望是Ni、Cu、SUS、Ti等。由于根據(jù)驅(qū)動頻率和設置在固定電極中的孔尺寸等不同，最佳值不同，所以作為形成振動膜12的絕緣膜120的絕緣性高分子膜的厚度難以被唯一確定，但一般認為在1微米以上、100微米以下的范圍內(nèi)基本上足以。
作為電極層121的電極蒸鍍層的厚度也期望40nm～200nm的范圍。若電極厚度過薄，則基本上不能積累電荷，另外，若過厚，則膜變硬，振幅變小。另外，作為電極材料，也可以是透明導電膜ITO/In、Sn、Zn氧化物等。
圖4(b)表示由作為絕緣膜120的絕緣性高分子膜夾入電極層121的結(jié)構(gòu)。此時的電極層121的厚度也與圖4(a)的情況一樣，期望40nm～200nm的范圍。另外，夾持電極層121的絕緣膜120的材質(zhì)、厚度也與圖4(a)的雙面電極蒸鍍膜一樣，期望為聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)，為1微米以上、100微米以下。
圖4(c)示出將兩張單面電極蒸鍍膜貼合以使電極面接觸的結(jié)構(gòu)。此時的絕緣膜和電極部的條件期望為與上述其它振動膜一樣的條件。
另外，對振動膜12需要數(shù)百伏的直流偏壓，但通過在制作膜單元時向振動膜12的膜表面上的直角四方向施加張力來固定，可降低所述偏壓。
這是因為通過事先向膜施加張力，起到與以往偏壓承擔的拉伸張力一樣的作用，是對低電壓化非常有效的手段。
此時，作為膜電極材料，最普遍的是Al，另外，從與上述高分子材料的相性、成本等方面考慮，期望是Ni、Cu、SUS、Ti等。并且，也可以是透明導電膜ITO/In、Sn、Zn氧化物等。
雖然是上述固定電極或振動膜的固定材料，但從輕量、非導電性的觀點看，丙烯基、貝克萊特酚醛樹脂(Bakelite)、聚乙縮醛(聚縮醛)樹脂(POM)等塑料類材料好。
下面，說明本發(fā)明實施方式的靜電型超聲波換能器的主要部分結(jié)構(gòu)。雖然已參照圖2和圖3說明了固定電極的結(jié)構(gòu)，但設定本發(fā)明實施方式的這些固定電極的長度t，以使其厚度部分構(gòu)成作為產(chǎn)生共鳴現(xiàn)象的音響管的共鳴管(參照圖2)。
圖5是設置有貫通孔(共鳴管)14的固定電極(共鳴管單元)10A(10B)的俯視圖，表示設置在固定電極10A(10B)中的貫通孔的配置一例。貫通孔的配置不限于如圖5所示的規(guī)則排列。
另外，貫通孔的長度在結(jié)構(gòu)上起支配作用的是固定電極的厚度部分的長度t，因此，為了使固定電極的貫通孔部分用作共鳴管，必須確定固定電極的厚度部分的長度t，以構(gòu)成共鳴管。
圖6是表示作為共鳴管集合體的共鳴管單元的固定電極中的聲音的共鳴狀態(tài)的正面剖面圖。圖中t表示共鳴管的長度，在本例中，示出傳播1/2波長的聲波的狀態(tài)。
引起共鳴現(xiàn)象的最小波長單位為1/2波長，兩端開口端的共鳴現(xiàn)象的理論公式如下。即，若設f為超聲波頻率、c為聲速(約340m/s)、λ為波長，則有如下關系λ＝mc/f (1)(其中，m為整數(shù))。這里，若設最佳音響管長為λopt、設n為奇數(shù)的自然數(shù)，則用λopt＝(nc/4)λ(2)來表示。
當聲波的波長λ滿足公式(2)時，聲壓在音響管出口處最大，這是被求的音響管(共鳴管)長度、即固定電極的厚度部分的長度t。因此，圖6(b)是使共鳴管單元、即固定電極最緊湊的狀態(tài)，但若圖中t為1/4波長的正的自然數(shù)倍，則也可取任意值。
示出一例，在超聲波的頻率為40kHz的情況下，由于波長為8.5mm，所以只要有其1/4的2.125mm的共鳴管長度(固定電極厚度)t即可。由于產(chǎn)生的是超聲波，所以若以20kHz為基準，則波長為17mm。因此，只要有其1/4的4.25mm的共鳴管長度(固定電極厚度)t即可。
另外，若以100kHz為基準，則波長為3.4mm。因此，只要有其1/4的0.85mm的共鳴管長度(固定電極厚度)t即可。
現(xiàn)實中，如下式(3)所示，可以使固定電極的厚度部分長度t的選擇值具有一定程度的范圍。
(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(3)其中，λ為超聲波的波長(Hz)，n為正的奇數(shù)。
另外，有λ＝c/f(4)其中，c為聲速，c＝331.3+0.6T(m/s)(其中，T為空氣溫度(℃))，f為超聲波的頻率(Hz)。
式(3)的含義是指在共鳴管長度的最佳值前后(±)1/8波長的范圍內(nèi)選擇共鳴管長度(固定電極厚度)。所謂1/8波長相當于最佳值的約70％，是指如下的界限值，即若為該值以上的值、則即便選擇該值也可推測為效率上無大的損失。
在本實施方式中，圖1中在固定電極(共鳴管單元)10A的底部與振動膜之間實際上設置有若干間隙(盡管圖中無間隙，為緊貼的狀態(tài))。該間隙用于開口端修正，一般需要為共鳴管半徑的0.6～0.85倍左右。
在利用本原理的情況下，前提是共鳴管內(nèi)徑比聲波波長小得多，在管內(nèi)產(chǎn)生平面波。在本發(fā)明實施方式的靜電型超聲波換能器的情況下，發(fā)生的超聲波是平面波，另外，管內(nèi)徑最大為2.1mm左右，所以相對于作為載波振蕩的超聲波的頻率為20kHz時的波長17mm，是足夠小的值，故認為完全沒有問題。
這樣，根據(jù)本發(fā)明實施方式的靜電型超聲波換能器，通過利用聲音的共鳴現(xiàn)象來設定推挽(Push-Pull)型的靜電型超聲波換能器中的固定電極厚度部分的長度，以使固定電極中的貫通孔作為共鳴管來發(fā)揮作用，可在相同的驅(qū)動條件下產(chǎn)生強的超聲波。換言之，就推挽型的靜電型超聲波換能器而言，能夠以比此前更少的電能產(chǎn)生相同等級的聲壓，可實現(xiàn)低電壓化(低功率化)。
下面，圖7中示出本發(fā)明另一實施方式的超聲波換能器的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實施方式的超聲波換能器55的結(jié)構(gòu)除將音響反射板設置在超聲波換能器的背面外，與圖1所示的結(jié)構(gòu)相同。即，本實施方式的超聲波換能器55是如下超聲波換能器，即具有作為電極發(fā)揮功能的、包含由導電性材料形成的導電部件的一對固定電極10A、10B；振動膜12，其被所述一對固定電極10A、10B夾持，具有電極層121，向該電極層121施加直流偏壓；和保持一對固定電極10A、10B與振動膜12的部件(未圖示)，一對固定電極10A、10B在隔著振動膜12相對的位置上具有數(shù)量相同且為多個的孔，向一對固定電極10A、10B的導電部件之間施加交流信號，其特征在于在該超聲波換能器的背面設置音響反射板200。設一對固定電極10A、10B的貫通孔的厚度部分的長度t相同，并且設定成如上所述作為共鳴管發(fā)揮作用，這與上述實施方式一樣。
音響反射板200被配置成從超聲波換能器55背面的各開口部放射的超聲波以全部相同長度的路徑放射到超聲波換能器55的前表面。
即，音響反射板200具有一對第1反射板201、201，其長度使得一端位于超聲波換能器55背面的中心位置M處，以該中心位置為基準，相對于超聲波換能器55背面的兩側(cè)，以45°的角度配置，另一端與超聲波換能器55的端部X1、X2一致；和一對第2反射板202、202，與一對第1反射板201、201的所述端部成直角角度，分別沿所述第1反射板的外側(cè)方向連接，具有與所述第1反射板長度相等的長度。
在上述結(jié)構(gòu)中，相對于超聲波換能器55背面的中心M的兩側(cè)，以45°的角度配置第1反射板201、201，需要其端部到達與超聲波換能器55的端部一致的點的長度。利用該第1反射板201、201，向水平方向反射從超聲波換能器55背面放出的超聲波。
接著，通過將與第1反射板201、201具有直角角度連接的第2反射板202、202分別連接到第1反射板201、201的外側(cè)，超聲波從超聲波換能器55的橫向或上下放出到前表面。該第2反射板長度也必須與第1反射板長度相同。這里重要的是從超聲波換能器55背面放射的超聲波全部具有相同長度的路徑。路徑長度相同是指從背面放出的超聲波的相位全部一致。
另外，可如圖7所示幾何學地處理聲波，這是因為放出的聲波是超聲波，所以具有極強的指向性。另一點需要言及的是從超聲波換能器55前表面放出的超聲波與從背面反射后放出到前表面的超聲波的時間差。
當假設換能器為圓形且其半徑為r時，從距換能器中心距離為a的地點放出的超聲波到達換能器前表面的距離為大致2r，即等于換能器的直徑。不用說，距離a必須滿足下式。
0≤a≤r……(1)若設換能器的直徑為約10cm，聲速為340m/sec，則從前表面放出的超聲波與從背面放出的超聲波反射后到達前表面的時間差為約0.29msec，由于是人不能感覺的時間差，所以沒有問題。即，可有效利用從換能器的前表面和背面放出的超聲波。
圖8表示本發(fā)明實施方式的超聲波揚聲器的結(jié)構(gòu)。本實施方式的超聲波揚聲器將上述本發(fā)明實施方式的靜電型超聲波換能器(圖1)用作超聲波換能器55。
圖8中，本實施方式的超聲波揚聲器具有生成可聽頻帶的信號波的可聽頻率波振蕩源(信號源)51、生成并輸出超聲波頻帶的載波的載波振蕩源(載波提供單元)52、調(diào)制器(調(diào)制單元)53、功率放大器54和超聲波換能器55。
調(diào)制器53利用從可聽頻率波振蕩源51輸出的可聽頻帶的信號波來調(diào)制從載波振蕩源52輸出的載波，經(jīng)功率放大器54提供給超聲波換能器55。
上述結(jié)構(gòu)中，通過調(diào)制器53，利用從可聽頻率波振蕩源51輸出的信號波，調(diào)制從載波振蕩源52輸出的超聲波頻帶的載波，利用由功率放大器54放大的調(diào)制信號，驅(qū)動超聲波換能器55。結(jié)果，上述調(diào)制信號被超聲波換能器55轉(zhuǎn)換為有限振幅等級的聲波，將該聲波放射到媒質(zhì)中(空氣中)，利用媒質(zhì)(空氣)的非線性效應，自己再現(xiàn)最初的可聽頻帶的信號聲。
即，由于聲波是將空氣作為媒體來傳播的疏密波，所以在調(diào)制后的超聲波傳播的過程中，空氣的密的部分與疏的部分表現(xiàn)顯著，密的部分聲速快，疏的部分聲速慢，所以調(diào)制波自身產(chǎn)生失真，結(jié)果，波形分離為載波(超聲波頻帶)，再現(xiàn)可聽波頻帶的信號波(信號聲)。
如上所述，若確保了高聲壓的寬頻帶性，則可作為揚聲器用于各種用途中。超聲波在空中衰減急劇，與其頻率的平方成比例地衰減。因此，若載波頻率(超聲波)低，則衰減也少，可提供一種以波束狀很遠傳遞聲音的超聲波揚聲器。
相反，若載波頻率高，則衰減急劇，所以參量陣效應不充分，可提供音寬的超聲波揚聲器。由于即便是相同的超聲波揚聲器，也可對應于用途分別使用，所以這些是非常有效的功能。
另外，由于作為寵物與人們一起生活的多數(shù)狗能聽到至40kHz的音，貓能聽到至100kHz的音，所以若具有上述頻率以上的載波頻率，則還具有基本上不影響寵物的優(yōu)點。無論怎樣可在各種頻率下利用具有很大的優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明實施方式的超聲波揚聲器，可在寬頻帶下產(chǎn)生足以得到參量陣效應的高的聲壓電平的音響信號。
另外，在本發(fā)明的超聲波揚聲器中，由于使用使所述一對固定電極各自的厚度t為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波的波長，n為正奇數(shù))、或為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波的波長，n為正奇數(shù))的靜電型超聲波換能器，所以各固定電極在貫通孔部分的固定電極的厚度部分構(gòu)成共鳴管，可使聲壓在固定電極出口附近最大，可在相同的驅(qū)動條件下產(chǎn)生強的超聲波。
下面，說明本發(fā)明的推挽型靜電型超聲波換能器的固定電極部分的制造方法。
首先，參照圖19說明利用光刻法，以現(xiàn)有方法制造超聲波換能器的固定電極部分時的制造工序。圖中，首先，在導電體板(使用銅、不銹鋼，但對于鎳電鑄，適用銅)10上，覆蓋形成了多個貫通孔圖案的掩模部件11，利用蝕刻處理，在導電體板10C中形成貫通孔14(圖19(a)、(b))。
接著，在導電體板10C中形成貫通孔14之后，剝離掩模部件11，得到打空貫通孔14的導電體板10C(圖19(c))。
這里，由與導電體板10C的厚度的關系來制約利用蝕刻在導電體板10C中打空的貫通孔14的口徑。例如，若設本發(fā)明實施方式的超聲波換能器中使用的貫通孔14的最小口徑為0.25mm，則設打空該直徑的貫通孔14的板厚度為0.25mm以下。由此，在需要0.25mm以上厚度的固定電極的情況下，事先準備多個在厚度為0.25mm的金屬板中通過蝕刻打空出貫通孔14的板，重疊必要張數(shù)的上述板，通過熱壓或擴散接合，使金屬結(jié)合、層疊，制作期望厚度的固定電極。
此時，確定為固定電極的厚度為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波的波長，n為正奇數(shù))、或為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波的波長，n為正奇數(shù))。即，貫通孔部分中的固定電極的厚度部分構(gòu)成共鳴管。
之后，由于在打空貫通孔14的導電體板10C(或已層疊的導電體板)中形成構(gòu)成固定電極的振動膜夾持部(臺階部)，所以在粘附作為預處理材料的感光性抗蝕劑(在液體的情況下為涂敷，在膜的情況下為層疊)23之后，覆蓋并曝光振動膜夾持部形成用掩模部件21(圖19(d))。
作為感光性抗蝕劑23，一般使用為了通過蝕刻或電鍍等形成暫時的中間結(jié)構(gòu)體而使用的液體抗蝕劑或干膜(dry film)，但在本結(jié)構(gòu)品中，出于密封貫通孔14的目的，使用干膜較為有效。
若利用顯影去除無用的抗蝕劑，則僅形成固定電極的振動膜夾持部(臺階部)的部分的導電體板10C表面露出(圖19(e))。
之后，對導電體板10C的上述露出面，利用電鑄法，使金屬(例如鎳)層疊至期望的高度(圖19(f))。在電鑄處理完成之后，若剝離殘留抗蝕劑24，則完成期望的固定電極(圖19(g))。
下面示出利用以上現(xiàn)有制造工序制造時的固定電極的問題。
(1)振動膜中不能使用薄膜在用上述現(xiàn)有制造工序制造固定電極的情況下，即由導電材料來構(gòu)成固定電極的振動膜夾持部的情況下，振動膜的金屬蒸鍍層(＝導電層)與固定電極的最大間隙為振動膜的絕緣層厚度。
這里，本發(fā)明實施方式的超聲波換能器中使用的振動電極膜的絕緣層由聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚酰亞胺(PI)等構(gòu)成。
這里，各材料的絕緣擊穿強度如下所示。
PET、PPS、PI200V/微米PP300V/微米另外，施加于該換能器上的電壓對固定電極、振動電極膜均為數(shù)百V～數(shù)kV。
由此，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，例如在振動膜的絕緣層中使用PET的情況下，為了施加2kV的電壓，至少需要10微米的膜厚，不能使用比10微米薄的膜來作為振動膜。
(2)容易引起絕緣擊穿利用蝕刻處理成形的固定電極的邊緣部非常銳利。另外，在執(zhí)行追加加工(機械加工)的部位，產(chǎn)生幾微米～十幾微米的山谷狀(valley)。另外，確認蝕刻處理過的金屬容易引起變形，即便執(zhí)行熱壓或擴散接合，也至少殘留十幾μm的翹曲。
這樣，若在固定電極中存在翹曲的狀態(tài)下使振動電極膜確實被夾持，則如圖20所示，固定電極中振動膜夾持部20的邊緣部進入振動膜12的絕緣層120中。
在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，由于振動膜夾持部20由導電材料形成，所以振動膜12的電極層121與固定電極的導電部的最小間隙在圖中為d1，間隙變窄了與進入部分相應的部分，絕緣擊穿強度下降。
例如，在絕緣層120為PET的情況下，若d1小至1微米左右，則難以施加200V以上的電壓。
(3)靜電電容大，浪費地消耗能量接通功率由靜電電容確定，振動膜12的電極層121與固定電極間的間隙越窄，即振動電極膜的絕緣層120越薄，則靜電電容越大，接通功率增加。
另一方面，最有助于超聲波換能器的主特性(＝聲壓)的作用于振動膜12的靜電力，由作為振動膜夾持部露出的固定電極的金屬面面積與振動膜夾持部的級差(＝導電體與振動膜之間的間隙)所確定。
由此，若使用絕緣層薄的振動膜，則靜電力增加，但同時靜電電容也大幅度增加，所以能量效率不好。
如上所述，在利用現(xiàn)有制造工序制造超聲波換能器的固定電極的情況下，存在(1)振動膜中不能使用薄膜、(2)固定電極與振動膜的導電層之間容易引起絕緣擊穿、(3)振動膜的導電層與固定電極之間形成的靜電電容大、浪費地消耗能量等問題。
這些問題利用以下說明的超聲波換能器的制造方法來解決。
(本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的固定電極制造方法的第1實施方式(光刻法))圖9表示本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的固定電極制造方法的第1實施方式。
圖9中，首先在導電體板(使用銅、不銹鋼，但對于鎳電鑄，適用銅)10上，覆蓋形成了多個貫通孔圖案的掩模部件11，利用蝕刻處理，在導電體板10C中形成貫通孔14(圖9(a)、(b))。
接著，在導電體板10C中形成貫通孔14之后，剝離掩模部件11，得到打空貫通孔14的導電體板10C(圖9(c))。接著，層疊導電體板10C，設厚度為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波的波長，n為正奇數(shù))、或為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波的波長，n為正奇數(shù))。當然，在可由1張導電體板10C得到上述期望的厚度的情況下，不必層疊導電體板10C。
之后，在打空貫通孔14的導電體板10C(或?qū)盈B的導電體板)上附加用于形成構(gòu)成振動膜夾持部的級差的感光性抗蝕劑(在液體的情況下為涂敷處理，在膜的情況下為層疊處理)22之后，覆蓋并曝光振動膜夾持部形成用掩模部件21(圖9(d))。
這里使用的作為振動膜夾持部形成材料的感光性抗蝕劑22可永久地構(gòu)成為振動膜夾持部，并且，必須是非導電性物質(zhì)。在認為有效的材料中，為液體的情況下，有感光性聚酰亞胺涂敷材料(＝半導體制造中使用的感光性涂敷材料，利用旋涂法，涂敷金屬板來使用)，在膜的情況下，有用于電路基板的封裝的感光性焊接抗蝕劑膜或感光性聚酰亞胺膜等。
剝離振動膜夾持部形成用掩模部件21，當利用顯影去除不需要的感光性抗蝕劑22時，僅成為固定電極的導電體板10C的表面露出，在其它部分中殘留非導電性的感光性抗蝕劑22，完成期望的固定電極(圖9(e))。
在上述工序構(gòu)成的超聲波換能器的固定電極的制造方法中，由于利用光刻法由絕緣材料來形成夾持振動膜的固定電極中的振動膜夾持部，所以可不需要以往必需的金屬電鑄及之后的工序，縮短制造工序，并且削減制造成本。另外，不需要殘留抗蝕劑剝離工序中使用的溶劑等(主要是強堿溶劑)，在環(huán)境的層面上也可得到改善。
(本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的固定電極制造方法的第2實施方式(絲網(wǎng)印刷法))
圖10表示本發(fā)明的靜電型超聲波換能器的固定電極制造方法(制造工序)的第2實施方式。
圖10中，首先在導電體板(使用銅、不銹鋼，但對于鎳電鑄，適用銅)10上，覆蓋形成了多個貫通孔圖案的掩模部件11，利用蝕刻處理，在導電體板10C中形成貫通孔14(圖10(a)、(b))。
接著，在導電體板10C中形成貫通孔14之后，剝離掩模部件11，得到打空貫通孔14的導電體板10C(圖10(c))。接著，層疊導電體板10C，設厚度為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波的波長，n為正奇數(shù))、或為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波的波長，n為正奇數(shù))。當然，在可由1張導電體板10C得到上述期望的厚度的情況下，不必層疊導電體板10C。
在打空貫通孔14的導電體板10C(或?qū)盈B的導電體板)上，設置用于形成固定電極中的振動膜夾持部的絲網(wǎng)印刷板30和液狀的振動膜夾持部形成材料32，使橡皮滾31移動，在絲網(wǎng)印刷板30中未覆蓋掩模部件的部分上涂上振動膜夾持部形成材料32(圖10(d))。
這里，認為有效的振動膜夾持部形成材料32可永久地構(gòu)成為振動膜夾持部，并且，是非導電性物質(zhì)，例如，是電路基板中普遍使用的用作封裝用液狀焊接抗蝕劑或噴砂用抗蝕劑的掩蔽墨(masking ink)等。尤其是由于柔性印刷基板用的焊接抗蝕劑較柔軟(鉛筆的硬度，為HB～3H左右)，所以對牢固地夾持振動電極膜是有效的。
若在向絲網(wǎng)印刷板30中未覆蓋掩模部件的部分涂敷完振動膜夾持部形成材料32之后，卸下絲網(wǎng)印刷板30，則導電體板10C上的振動膜夾持部中殘留非導電性的層(＝振動膜夾持部形成材料32)，使之干燥之后，完成期望的固定電極(圖10(e))。
這樣，若利用絲網(wǎng)印刷法由絕緣材料來形成固定電極中的振動膜夾持部，則可不需要以往必需的金屬電鑄及之后的工序，并且也完全不需要利用光刻法進行的顯影工序，所以大幅度縮短制造工序，并且大幅度削減制造成本。
另外，作為其它超聲波換能器的制造方法，也可以是如下方法，即，事先形成抗蝕劑，以僅使應涂敷的部分導電部露出，由噴墨頭飛散涂敷非導電性墨水(非導電性涂料)，或浸漬于電沉積聚酰亞胺材料中，進行電沉積涂敷，在涂敷或電沉積之后，剝離抗蝕劑。
如上所述，通過由非導電性材料(絕緣材料)形成靜電型超聲波換能器的固定電極中的振動膜夾持部，可得到如下效果。
(1)形成振動膜的膜厚度選擇范圍擴大。
由于非導電性材料形成的固定電極中的振動膜夾持部的級差(幾微米～幾十微米)導致絕緣層的厚度增大，作為振動膜，即便是10微米以下的薄膜也沒有問題，可在高電壓下使用。
例如，對振動電極膜的絕緣層使用3微米的PET膜的情況下，在現(xiàn)有的固定電極結(jié)構(gòu)(由導電性材料形成固定電極整體)中，600V為可施加的電壓上限值，但通過應用非導電性材料，例如即便在設振動膜夾持部的級差為3微米的情況下，由于固定電極面與振動膜的導電層的間隙為6微米，所以可施加1kV以上的電壓。
另外，在例如設固定電極中的振動膜夾持部的級差為20微米，想施加3kV的電壓的情況下，在現(xiàn)有的固定電極結(jié)構(gòu)中，需要15微米的絕緣層(PET)，但若在形成固定電極的振動膜夾持部中使用非導電性材料，則1微米的PET膜(間隙21微米)就足以。
(2)可避免振動膜的破損引起的固定電極與振動膜導電層之間的絕緣擊穿。
即，在由非導電性材料構(gòu)成固定電極10A、10B的振動膜夾持部20的情況下，圖20中，由于使振動膜夾持部20的級差d2(幾微米～幾十微米)作為絕緣層，所以振動膜12的電極層121與固定電極的固定電極部(導電部)10的最小間隙變?yōu)?d1+d2)，故即便邊緣部深入地進入振動膜12的絕緣層120中，也可充分確保絕緣擊穿強度，不會產(chǎn)生以往的缺陷，即便是薄的振動電極膜也可沒有問題地進行處理。
另外，即便在固定電極10A或10B的一部分完全接觸振動膜12的電極層121、或完全突破振動膜12而接觸相反側(cè)的固定電極的情況下，導電部彼此也不會接觸，可完全防止固定電極的結(jié)構(gòu)變形引起的絕緣強度下降和短路。
(3)通過靜電電容降低來改善能量效率與以往全部由導電材料構(gòu)成固定電極的情況相比，若由非導電性材料形成振動膜夾持部，則可完全不改變作用于振動膜上的靜電力，僅降低與固定電極的導電部(固定電極部10)之間的靜電電容。
例如，在本發(fā)明的換能器的結(jié)構(gòu)(圖21)中，圖11(a)、(b)示出設振動膜12的絕緣層120為PET(介電常數(shù)比為3.2)，其厚度為t1，設振動膜夾持部20為聚酰亞胺(介電常數(shù)比為3.5)，其厚度(＝振動膜夾持部20的級差)為t2，設振動膜夾持部20的外徑為φD1，內(nèi)徑為外徑的一半時的、與現(xiàn)有固定電極結(jié)構(gòu)的靜電電容比。
從圖中可知，振動膜12的絕緣層120的厚度t1越薄，則由絕緣材料形成振動膜夾持部20引起的靜電電容的降低效果越大，另外，振動膜夾持部20的厚度t2越厚，則靜電電容的降低效果大。
如上所述，由于可不改變靜電力，僅降低接通功率，所以可實現(xiàn)改善了能量效率的超聲波換能器。
下面，說明使用采用本發(fā)明的靜電型超聲波換能器、即由如下推挽型靜電型超聲波換能器來構(gòu)成的超聲波揚聲器的超指向性音響系統(tǒng)，該推挽型靜電型超聲波換能器將固定電極的厚度t設為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波的波長，n為正奇數(shù))、或為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波的波長，n為正奇數(shù))，貫通孔部分構(gòu)成共鳴管。
下面，以投影儀為例來說明本發(fā)明的超指向性音響系統(tǒng)的一例。本發(fā)明的超指向性音響系統(tǒng)不限于投影儀，可廣泛適用于執(zhí)行聲音與視頻再現(xiàn)的顯示裝置。
圖12表示本發(fā)明的投影儀的使用狀態(tài)。如圖所示，投影儀301設置于視聽者303的后方，將視頻投影到設置于視聽者303前方的屏幕302上，同時，利用搭載于投影儀301上的超聲波揚聲器，在屏幕302的投影面中形成虛擬聲源，再現(xiàn)聲音。
圖13表示投影儀301的外觀結(jié)構(gòu)。投影儀301由投影儀主體320與超聲波揚聲器一體構(gòu)成，該主體320包含將視頻投影到屏幕等投影面上的投影光學系統(tǒng)，該超聲波揚聲器包含可振蕩超聲波頻帶的聲波的超聲波換能器324A、324B來構(gòu)成，根據(jù)從音響源提供的聲音信號來再現(xiàn)可聽頻帶的信號聲。在本實施方式中，為了再現(xiàn)立體聲音信號，夾持著構(gòu)成投影光學系統(tǒng)的投影儀鏡頭331，將在左右構(gòu)成超聲波揚聲器的超聲波換能器324A、324B搭載于投影儀主體上。
并且，在投影儀主體320的底面中設置低音再現(xiàn)用揚聲器323。另外，325是調(diào)整投影儀主體320的高度的高度調(diào)整螺釘，326是冷卻扇用的排氣口。
另外，在投影儀301中，作為構(gòu)成超聲波揚聲器的超聲波換能器，使用本發(fā)明的推挽型靜電型超聲波換能器(貫通孔部分構(gòu)成共鳴管的靜電型超聲波換能器)，可以利用高聲壓來振蕩寬頻帶的音響信號(超聲波頻帶的聲波)。因此，通過變更載波的頻率，可控制可聽頻帶的再現(xiàn)信號的空間再現(xiàn)范圍，從而不需要以往必需的大型音響系統(tǒng)就可實現(xiàn)立體聲環(huán)繞系統(tǒng)或5.1ch環(huán)繞系統(tǒng)等得到的音響效果，并可實現(xiàn)手持搬運容易的投影儀。
之后，圖14表示投影儀301的電結(jié)構(gòu)。投影儀301具有操作輸入部310、超聲波揚聲器、高通濾波器317A、317B、低通濾波器319、加法器321、功率放大器322C、低音再現(xiàn)用揚聲器323、和投影儀主體320，超聲波揚聲器由再現(xiàn)范圍設定部312、再現(xiàn)范圍控制處理部313、聲音/視頻信號再現(xiàn)部314、載波振蕩源316、調(diào)制器318A、318B、功率放大器322A、322B及靜電型超聲波換能器324A、324B構(gòu)成。靜電型超聲波換能器324A、324B是本發(fā)明的推挽型靜電型超聲波換能器(貫通孔部分構(gòu)成共鳴管的靜電型超聲波換能器)。
投影儀主體320具有生成視頻的視頻生成部332和將生成的視頻投影到投影面上的投影光學系統(tǒng)333。投影儀301將超聲波揚聲器和低音再現(xiàn)用揚聲器323與投影儀主體320一體化構(gòu)成。
操作輸入部310具有包含0～9數(shù)字鍵、數(shù)字鍵、執(zhí)行電源的開關的電源鍵的各種功能鍵。再現(xiàn)范圍設定部312可通過用戶操作對輸入部310進行鍵操作，輸入指定再現(xiàn)信號(信號音)的再現(xiàn)范圍的數(shù)據(jù)，若輸入該數(shù)據(jù)，則設定規(guī)定再現(xiàn)信號的再現(xiàn)范圍的載波頻率，并保持。再現(xiàn)信號的再現(xiàn)范圍的設定是通過指定再現(xiàn)信號從超聲波換能器324A、324B的聲波放射面、沿放射軸方向到達的距離來進行的。
另外，再現(xiàn)范圍設定部312可通過根據(jù)視頻內(nèi)容利用從聲音/視頻信號再現(xiàn)部314輸出的控制信號來設定載波的頻率。
另外，再現(xiàn)范圍控制處理部313具有如下功能，即參照再現(xiàn)范圍設定部312的設定內(nèi)容，控制載波振蕩源316，以變更由載波振蕩源316生成的載波的頻率，以成為設定的再現(xiàn)范圍。
例如，在設定載波頻率對應于50kHz的上述距離作為再現(xiàn)范圍設定部312的內(nèi)部信息的情況下，控制載波振蕩源316以50kHz振蕩。
再現(xiàn)范圍控制處理部313具有存儲部，事先存儲表示再現(xiàn)信號從規(guī)定再現(xiàn)范圍的超聲波換能器324A、324B的聲波放射面、沿放射軸方向到達的距離，與載波的頻率的關系的表格。該表格的數(shù)據(jù)通過實際計測載波的頻率與上述再現(xiàn)信號的到達距離的關系來得到。
再現(xiàn)范圍控制處理部313根據(jù)再現(xiàn)范圍設定部312的設定內(nèi)容，參照上述表格，求出對應于設定的距離信息的載波的頻率，控制載波振蕩源316以變?yōu)樵擃l率。
聲音/視頻信號再現(xiàn)部314例如是使用DVD作為視頻媒體的DVD播放器，再現(xiàn)的聲音信號中R信道的聲音信號經(jīng)高通濾波器317A輸出到調(diào)制器318A，L信道的聲音信號經(jīng)高通濾波器317B輸出到調(diào)制器318B，視頻信號輸出到投影儀主體320的視頻生成部332。
另外，從聲音/視頻信號再現(xiàn)部314輸出的R信道聲音信號與L信道聲音信號由加法器321合成，經(jīng)低通濾波器319輸入到功率放大器322C。聲音/視頻信號再現(xiàn)部314相當于音響源。
高通濾波器317A、317B分別具有僅使R信道、L信道的聲音信號中的中高音域的頻率成分通過的特性，另外，低通濾波器具有僅使R信道、L信道的聲音信號中的低音域的頻率成分通過的特性。
因此，上述R信道、L信道的聲音信號中，中高音域的聲音信號分別由超聲波換能器324A、324B再現(xiàn)，上述R信道、L信道的聲音信號中，低音域的聲音信號由低音再現(xiàn)用揚聲器323再現(xiàn)。
聲音/視頻信號再現(xiàn)部314不限于DVD播放器，也可以是再現(xiàn)從外部輸入的視頻信號的再現(xiàn)裝置。另外，聲音/視頻信號再現(xiàn)部314具有向再現(xiàn)范圍設定部312輸出指示再現(xiàn)范圍的控制信號的功能，以便為了實現(xiàn)對應于再現(xiàn)的視頻場景的音響效果，而動態(tài)地變更再現(xiàn)音的再現(xiàn)范圍。
載波振蕩源316具有如下功能，生成從再現(xiàn)范圍設定部312指示的超聲波頻帶的頻率的載波，并輸出到調(diào)制器318A、318B。
調(diào)制器318A、318B具有如下功能，利用從聲音/視頻信號再現(xiàn)部314輸出的可聽頻帶的聲音信號來對載波振蕩源316提供的載波進行AM調(diào)制，將該調(diào)制信號分別輸出到功率放大器322A、322B。
超聲波換能器324A、324B分別具有如下功能，由從調(diào)制器318A、318B經(jīng)功率放大器322A、322B輸出的調(diào)制信號驅(qū)動，將該調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為有限振幅等級的聲波，放射到媒質(zhì)中，再現(xiàn)可聽頻帶的信號聲(再現(xiàn)信號)。
視頻生成部332具有液晶顯示器、等離子體顯示面板(PDP)等顯示器、和根據(jù)從聲音/視頻信號再現(xiàn)部314輸出的視頻信號來驅(qū)動該顯示器的驅(qū)動電路等，生成由從聲音/視頻信號再現(xiàn)部314輸出的視頻信號得到的視頻。
投影光學系統(tǒng)333具有如下功能，將顯示于顯示器中的視頻投影到設置于投影儀主體320前方的屏幕等投影面中。
下面，說明上述結(jié)構(gòu)的投影儀301的動作。首先，通過用戶的鍵操作，從操作輸入部310對再現(xiàn)范圍設定部312設定指示再現(xiàn)信號的再現(xiàn)范圍的數(shù)據(jù)(距離信息)，指示聲音/視頻信號再現(xiàn)部314再現(xiàn)。
結(jié)果，再現(xiàn)范圍設定部312被設定規(guī)定再現(xiàn)范圍的距離信息，再現(xiàn)范圍控制處理部313取得對再現(xiàn)范圍設定部312設定的距離信息，參照存儲在內(nèi)置的存儲部中的表格，求出對應于上述設定的距離信息的載波頻率，控制載波振蕩源316以生成該頻率的載波。
結(jié)果，載波振蕩源316生成對應于對再現(xiàn)范圍設定部312設定的距離信息的頻率的載波，輸出到調(diào)制器318A、318B。
另一方面，聲音/視頻信號再現(xiàn)部314將再現(xiàn)的聲音信號中R信道的聲音信號經(jīng)高通濾波器317A輸出到調(diào)制器318A，將L信道的聲音信號經(jīng)高通濾波器317B輸出到調(diào)制器318B，將R信道的聲音信號和L信道的聲音信號輸出到加法器321，將視頻信號輸出到投影儀主體320的視頻生成部332。
因此，由高通濾波器317A將上述R信道的聲音信號中、中高音域的聲音信號輸入到調(diào)制器318，由高通濾波器317B將上述L信道的聲音信號中、中高音域的聲音信號輸入到調(diào)制器318B。
另外，上述R信道的聲音信號和L信道的聲音信號由加法器321合成，由低通濾波器319將上述R信道的聲音信號和L信道的聲音信號中、低音域的聲音信號輸入到功率放大器322C。
視頻生成部332根據(jù)輸入的視頻信號，驅(qū)動顯示器，生成并顯示視頻。該顯示于顯示器中的視頻被投影光學系統(tǒng)333投影到投影面、例如圖12所示的屏幕302中。
另一方面，調(diào)制器318A利用從高通濾波器317A輸出的上述R信道的聲音信號中的中高音域的聲音信號來對載波振蕩源316輸出的載波進行AM調(diào)制，并輸出到功率放大器322A。
調(diào)制器318B利用從高通濾波器317B輸出的上述L信道的聲音信號中的中高音域的聲音信號來對載波振蕩源316輸出的載波進行AM調(diào)制，并輸出到功率放大器322B。
將由功率放大器322A、322B放大的調(diào)制信號分別施加于超聲波換能器324A、324B的上電極10A與下電極10B(參照圖1)之間，將該調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為有限振幅等級的聲波(音響信號)，放射到媒質(zhì)(空氣中)，從超聲波換能器324A再現(xiàn)上述R信道的聲音信號中的中高音域的聲音信號，從超聲波換能器324B再現(xiàn)上述L信道的聲音信號中的中高音域的聲音信號。
由低音再現(xiàn)用揚聲器323再現(xiàn)被功率放大器322C放大的上述R信道和L信道中的低音域的聲音信號。
如上所述，在被超聲波換能器放射到媒質(zhì)中(空氣中)的超聲波的傳播中，伴隨著該傳播，聲壓高的部分，聲速高，聲壓低的部分，聲速慢。結(jié)果，產(chǎn)生波形的失真。
在用可聽頻帶的信號調(diào)制(AM調(diào)制)放射的超聲波頻帶的信號(載波)的情況下，利用上述波形失真的結(jié)果，用于調(diào)制時的可聽頻帶的信號波與超聲波頻帶的載波分離，以自解調(diào)的形式形成。此時，根據(jù)超聲波的特性，再現(xiàn)信號的寬度變?yōu)椴ㄊ鵂?，僅沿與通常的揚聲器完全不同的特定方向再現(xiàn)聲音。
從構(gòu)成超聲波揚聲器的超聲波換能器324輸出的波束狀再現(xiàn)信號被投影光學系統(tǒng)333放射到投影視頻的投影面(屏幕)，在投影面漫反射。此時，對應于對再現(xiàn)范圍設定部312設定的載波頻率，再現(xiàn)范圍變化，以使從超聲波換能器324的聲波放射面至沿其放射軸方向(法線方向)從載波分離再現(xiàn)信號的距離、載波的波束寬度(波束的擴散角)不同。
圖15示出包含投影儀301中的超聲波換能器324A、324B構(gòu)成的超聲波揚聲器再現(xiàn)再現(xiàn)信號時的狀態(tài)。投影儀301中，當由用聲音信號調(diào)制載波的調(diào)制信號來驅(qū)動超聲波換能器時，在再現(xiàn)范圍設定部312設定的載波頻率低的情況下，從超聲波換能器324的聲波放射面至沿其放射軸方向(聲波放射面的法線方向)從載波分離再現(xiàn)信號的距離、即至再現(xiàn)地點的距離變長。
因此，再現(xiàn)的可聽頻帶的再現(xiàn)信號的波束不太寬，到達投影面(屏幕)302，在該狀態(tài)下，由于在投影面302反射，所以再現(xiàn)范圍變?yōu)閳D15中由虛線箭頭表示的可聽范圍A，變?yōu)閮H在距投影面302較遠且窄的范圍內(nèi)能聽到再現(xiàn)信號(再現(xiàn)聲)的狀態(tài)。
與此相對，在由再現(xiàn)范圍設定部312設定的載波頻率比上述情況高的情況下，從超聲波換能器324的聲波放射面放射的聲波比載波頻率低的情況集中，但從超聲波換能器324的聲波放射面至沿其放射軸方向(聲波放射面的法線方向)從載波分離再現(xiàn)信號的距離、即至再現(xiàn)地點的距離變短。
因此，再現(xiàn)的可聽頻帶的再現(xiàn)信號的波束在到達投影面302之前變寬，到達投影面302，在該狀態(tài)下，由于在投影面302反射，所以再現(xiàn)范圍變?yōu)閳D15中由實線箭頭表示的可聽范圍B，變?yōu)閮H在距投影面302較近且寬的范圍內(nèi)能聽到再現(xiàn)信號(再現(xiàn)聲)的狀態(tài)。
如上所述，本發(fā)明的投影儀中，使用采用推挽型靜電型超聲波換能器(貫通孔部分構(gòu)成共鳴管的靜電型超聲波換能器)的超聲波揚聲器，可具有足夠的聲壓與寬帶特性，再現(xiàn)音響信號以使得音響信號從形成于屏幕等聲波反射面附近的虛擬聲源發(fā)出。因此，該再現(xiàn)范圍的控制也容易進行。
本發(fā)明實施方式的超聲波換能器可用于各種傳感器、例如測距傳感器等，另外，如上所述，可用于指向性揚聲器用的聲源或理想的脈沖信號發(fā)生源等。另外，也可用于超指向性音響系統(tǒng)或投影儀等顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種靜電型超聲波換能器，具有第1電極，其形成有多個孔；第2電極，其與所述第1電極成對，形成有多個孔；振動膜，其被所述一對電極所夾持，具有導電層，該導電層被施加直流偏壓；以及保持部件，其保持所述一對電極和所述振動膜，向所述一對電極間施加交流信號，其特征在于，使所述一對電極各自的厚度t為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))。
2.一種靜電型超聲波換能器，具有第1電極，其形成有多個孔；第2電極，其與所述第1電極成對，形成有多個孔；振動膜，其被所述一對電極所夾持，具有導電層，該導電層被施加直流偏壓；以及保持部件，其保持所述一對電極和所述振動膜，向所述一對電極間施加交流信號，其特征在于，使所述一對電極各自的厚度t為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，形成于所述一對電極中的孔形成為圓柱狀，并且在各個電極中成為貫通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，形成于所述一對電極中的孔是直徑和深度各不相同的至少兩種以上尺寸的同心圓柱狀的孔排列而形成的，并且在各個電極中成為貫通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，形成于所述一對電極中的孔的截面形成為錐形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，形成于所述一對電極中的孔在各個電極中成為平面為矩形的貫通孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，形成于所述一對電極中的孔在各個電極中，是形成于同一中心線上、長度相同、寬度和深度各不相同的至少兩種以上尺寸的矩形孔排列而形成的貫通孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，形成于所述一對電極中的矩形的貫通孔在各個電極中，截面形成為錐形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，形成于所述電極中的孔中，與位于振動膜側(cè)的相反側(cè)的孔相比，位于振動膜側(cè)的孔的孔徑大，且深度淺。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，形成于所述電極中的矩形孔中，與位于振動膜側(cè)的相反側(cè)的孔相比，位于振動膜側(cè)的孔的寬度大，且深度淺。
11.根據(jù)權(quán)利要求3～10中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，所述多個貫通孔分別為相同尺寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求3～10中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，所述多個貫通孔在分別相對的位置處為相同尺寸，具有多個孔尺寸。
13.根據(jù)權(quán)利要求3～12中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，所述一對電極由單一的導電性部件構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求3～12中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，所述一對電極由多個導電性部件構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求3～12中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，所述一對電極由導電性部件和絕緣部件構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1～15中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，所述振動膜在絕緣性高分子膜的兩個面上形成有電極層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1～15中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，所述振動膜形成為電極層被兩張絕緣性高分子膜夾持。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，所述振動膜是使用兩張在絕緣性高分子膜的單面上形成有電極層的膜，使各個電極層彼此緊貼而構(gòu)成的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1～15中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，所述振動膜使用駐極體膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求1～15中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，使用權(quán)利要求16或權(quán)利要求19所述的振動膜，對所述一對電極的各振動膜側(cè)實施電絕緣處理。
21.根據(jù)權(quán)利要求1～20中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，向所述振動膜施加單一極性的直流偏壓。
22.根據(jù)權(quán)利要求1～21中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，保持所述電極和所述振動膜的部件由絕緣材料構(gòu)成。
23.根據(jù)權(quán)利要求3～22中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，所述振動膜是通過在膜表面上的直角四方向上施加張力而固定的。
24.根據(jù)權(quán)利要求1～23中任一項所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，在所述靜電型超聲波換能器的單面上配置音響反射板。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的靜電型超聲波換能器，其特征在于，所述音響反射板由以下部分構(gòu)成一對第1反射板，該一對第1反射板具有如下長度其一端位于靜電型超聲波換能器單面的中心位置處，以該中心位置為基準，相對于靜電型超聲波換能器的該面的兩側(cè)以45°的角度配置該一對第1反射板，其另一端與靜電型超聲波換能器的端部一致；以及一對第2反射板，該一對第2反射板與所述一對第1反射板的所述端部成直角角度，分別沿所述第1反射板的外側(cè)方向被連接，具有與所述第1反射板長度相等的長度。
26.一種超聲波揚聲器，其特征在于，具有權(quán)利要求1～25中任一項所述的靜電型超聲波換能器；信號源，其生成可聽頻帶的信號波；載波供給單元，其生成超聲波頻帶的載波并輸出；以及調(diào)制單元，其利用從所述信號源輸出的可聽頻帶的信號波，來調(diào)制所述載波，所述靜電型超聲波換能器通過施加于所述電極和所述振動膜的電極層之間的、從所述調(diào)制單元輸出的調(diào)制信號而被驅(qū)動。
27.一種使用靜電型超聲波換能器的聲音信號再現(xiàn)方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1～25中任一項所述的靜電型超聲波換能器，并且，包括如下步驟利用信號源，生成可聽頻帶的信號波的步驟；利用載波供給源，生成超聲波頻帶的載波的步驟；生成利用所述可聽頻帶的信號波對所述載波進行調(diào)制得到的調(diào)制信號的步驟；以及通過向所述電極和所述振動膜的電極層之間施加所述調(diào)制信號，來驅(qū)動所述靜電型超聲波換能器的步驟。
28.一種靜電型超聲波換能器的電極的制造方法，是權(quán)利要求1～25中任一項所述的靜電型超聲波換能器的電極的制造方法，其特征在于，具有第1工序，在用于形成所述一對電極的電極部的導電體板上，覆蓋掩模部件，該掩模部件形成有多個貫通孔的圖案，通過蝕刻處理，在所述導電體板中形成多個貫通孔；以及第2工序，將所述形成有貫通孔的導電體板層疊，使該層疊的導電體板的厚度t為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))，或為(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ為超聲波波長，n為正奇數(shù))。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的靜電型超聲波換能器的電極的制造方法，其特征在于，具有第3工序，在所述形成有貫通孔的導電體板上，形成規(guī)定厚度的作為振動膜夾持部形成材料的非導電性感光性抗蝕劑；第4工序，在所述非導電性感光性抗蝕劑表面，覆蓋形成有所述振動膜夾持部的圖案的振動膜夾持部形成用掩模部件，并進行曝光；以及第5工序，剝離所述振動膜夾持部形成用掩模部件，利用顯影來去除不需要的所述感光性抗蝕劑。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的靜電型超聲波換能器的電極的制造方法，其特征在于，具有第3工序，在所述形成有多個貫通孔的導電體板表面，設置將用于形成所述振動膜夾持部形成材料的掩模部件排列而構(gòu)成的絲網(wǎng)印刷板和液狀的振動膜夾持部形成材料；第4工序，在所述形成有多個貫通孔的導電體板表面設置所述絲網(wǎng)印刷板和所述液狀的振動膜夾持部形成材料之后，邊使橡皮滾移動，邊在掩模部件未覆蓋的部分涂敷所述振動膜夾持部形成材料；以及第5工序，在掩模部件未覆蓋的部分涂敷所述振動膜夾持部形成材料之后，卸下所述絲網(wǎng)印刷板，使殘留在所述導電板表面的所述振動膜夾持部形成材料干燥。
31.一種靜電型超聲波換能器的制造方法，其特征在于，使用權(quán)利要求28～30中任一項所述的靜電型超聲波換能器的電極的制造方法，來制造靜電型超聲波換能器。
32.一種超指向性音響系統(tǒng)，通過使用權(quán)利要求1～25中任一項所述的靜電型超聲波換能器而構(gòu)成的超聲波揚聲器，再現(xiàn)從音響源提供的聲音信號，在屏幕等聲波反射面附近形成虛擬聲源，其特征在于，具有超聲波揚聲器，其再現(xiàn)從所述音響源提供的聲音信號中的中高音域的信號；以及低音再現(xiàn)用揚聲器，其再現(xiàn)從所述音響源提供的聲音信號中的低音域的聲音。
33.一種顯示裝置，其特征在于，具有超聲波揚聲器，其構(gòu)成為包含權(quán)利要求1～25中任一項所述的靜電型超聲波換能器，根據(jù)從音響源提供的聲音信號，再現(xiàn)可聽頻帶的信號聲音；以及投影光學系統(tǒng)，其將視頻投影到投影面上。
全文摘要
靜電型超聲波換能器、超聲波揚聲器、聲音信號再現(xiàn)方法、超聲波換能器的電極的制造方法、超聲波換能器的制造方法、超指向性音響系統(tǒng)和顯示裝置。提供一種推挽型靜電型超聲波換能器，可在相同的驅(qū)動條件下產(chǎn)生較強的超聲波，提高電氣－音響能量的轉(zhuǎn)換效率。一種靜電型超聲波換能器，具有形成有多個孔的第1電極(10A)；與所述第1電極成對的形成有多個孔的第2電極(10B)；振動膜(12)，具有被所述一對電極夾持的電極層(121)，向該導電層施加直流偏壓；和保持所述一對電極與所述振動膜的保持部件，向所述一對電極間施加交流信號，其中，設所述一對電極各自的厚度t為大致(λ/4)·n(其中，λ為超聲波的波長，n為正奇數(shù))。
文檔編號H04R31/00GK1909747SQ200610109168
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月3日
發(fā)明者松澤欣也 申請人:精工愛普生株式會社