静电型超声波换能器、其电极的制造方法、超声波扬声器
阅读：385发布：2020-08-10
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1.一种静电型超声波换能器，具有：
第1电极，其形成有多个孔；
第2电极，其与所述第1电极成对，形成有多个孔；
振动膜，其被所述一对电极所夹持，具有导电层，该导电层被施加直流偏压；以及保持部件，其保持所述一对电极和所述振动膜，
向所述一对电极间施加交流信号，
其特征在于，
使所述一对电极各自的厚度t为大致(λ/4)·n，其中，λ为超声波波长，n为正奇数。
2.一种静电型超声波换能器，具有：
第1电极，其形成有多个孔；
第2电极，其与所述第1电极成对，形成有多个孔；
振动膜，其被所述一对电极所夹持，具有导电层，该导电层被施加直流偏压；以及保持部件，其保持所述一对电极和所述振动膜，
向所述一对电极间施加交流信号，
其特征在于，
使所述一对电极各自的厚度t为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8，其中，λ为超声波波长，n为正奇数。
3.根据权利要求1或2所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
形成于所述一对电极中的孔形成为圆柱状，并且在各个电极中成为贯通孔。
4.根据权利要求1或2所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
形成于所述一对电极中的孔是直径和深度各不相同的至少两种以上尺寸的同心圆柱状的孔排列而形成的，并且在各个电极中成为贯通孔。
5.根据权利要求1或2所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
形成于所述一对电极中的孔的截面形成为锥形状。
6.根据权利要求1或2所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
形成于所述一对电极中的孔在各个电极中成为平面为矩形的贯通孔。
7.根据权利要求1或2所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
形成于所述一对电极中的孔在各个电极中，是形成于同一中心线上、长度相同、宽度和深度各不相同的至少两种以上尺寸的矩形孔排列而形成的贯通孔。
8.根据权利要求6所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
形成于所述一对电极中的矩形的贯通孔在各个电极中，截面形成为锥形状。
9.根据权利要求4所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
形成于所述电极中的孔中，与位于振动膜侧的相反侧的孔相比，位于振动膜侧的孔的孔径大，且深度浅。
10.根据权利要求7或8所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
形成于所述电极中的矩形孔中，与位于振动膜侧的相反侧的孔相比，位于振动膜侧的孔的宽度大，且深度浅。
11.根据权利要求3所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
所述多个贯通孔分别为相同尺寸。
12.根据权利要求3所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
所述多个贯通孔在分别相对的位置处为相同尺寸，具有多个孔尺寸。
13.根据权利要求3所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
所述一对电极由单一的导电性部件构成。
14.根据权利要求3所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
所述一对电极由多个导电性部件构成。
15.根据权利要求3所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
所述一对电极由导电性部件和绝缘部件构成。
16.根据权利要求1或2所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
所述振动膜在绝缘性高分子膜的两个面上形成有电极层。
17.根据权利要求1或2所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
所述振动膜形成为电极层被两张绝缘性高分子膜夹持。
18.根据权利要求17所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
所述振动膜是使用两张在绝缘性高分子膜的单面上形成有电极层的膜，使各个电极层彼此紧贴而构成的。
19.根据权利要求1或2所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
所述振动膜使用驻极体膜。
20.根据权利要求1或2所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
使用权利要求16或权利要求19所述的振动膜，对所述一对电极的各振动膜侧实施电绝缘处理。
21.根据权利要求1或2所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
向所述振动膜施加单一极性的直流偏压。
22.根据权利要求1或2所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
保持所述电极和所述振动膜的部件由绝缘材料构成。
23.根据权利要求3所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
所述振动膜是通过在膜表面上的直角四方向上施加张力而固定的。
24.根据权利要求1或2所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
在所述静电型超声波换能器的单面上配置音响反射板。
25.根据权利要求24所述的静电型超声波换能器，其特征在于，
所述音响反射板由以下部分构成：一对第1反射板，该一对第1反射板具有如下长度：
其一端位于静电型超声波换能器单面的中心位置处，以该中心位置为基准，相对于静电型超声波换能器的该面的两侧以45°的角度配置该一对第1反射板，其另一端与静电型超声波换能器的端部一致；以及
一对第2反射板，该一对第2反射板与所述一对第1反射板的所述端部成直角角度，分别沿所述第1反射板的外侧方向被连接，具有与所述第1反射板长度相等的长度。
26.一种超声波扬声器，其特征在于，具有：
权利要求1～25中任一项所述的静电型超声波换能器；
信号源，其生成可听频带的信号波；
载波供给单元，其生成超声波频带的载波并输出；以及
调制单元，其利用从所述信号源输出的可听频带的信号波，来调制所述载波，所述静电型超声波换能器通过施加于所述电极和所述振动膜的电极层之间的、从所述调制单元输出的调制信号而被驱动。
27.一种使用静电型超声波换能器的声音信号再现方法，其特征在于，使用权利要求1～25中任一项所述的静电型超声波换能器，并且，包括如下步骤：
利用信号源，生成可听频带的信号波的步骤；
利用载波供给源，生成超声波频带的载波的步骤；
生成利用所述可听频带的信号波对所述载波进行调制得到的调制信号的步骤；以及通过向所述电极和所述振动膜的电极层之间施加所述调制信号，来驱动所述静电型超声波换能器的步骤。
28.一种静电型超声波换能器的电极的制造方法，是权利要求1～25中任一项所述的静电型超声波换能器的电极的制造方法，其特征在于，具有：
第1工序，在用于形成所述一对电极的电极部的导电体板上，覆盖掩模部件，该掩模部件形成有多个贯通孔的图案，通过蚀刻处理，在所述导电体板中形成多个贯通孔；以及第2工序，将所述形成有贯通孔的导电体板层叠，使该层叠的导电体板的厚度t为大致(λ/4)·n，或为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8，其中，λ为超声波波长，n为正奇数。
29.根据权利要求28所述的静电型超声波换能器的电极的制造方法，其特征在于，具有：
第3工序，在所述形成有贯通孔的导电体板上，形成规定厚度的作为振动膜夹持部形成材料的非导电性感光性抗蚀剂；
第4工序，在所述非导电性感光性抗蚀剂表面，覆盖形成有所述振动膜夹持部的图案的振动膜夹持部形成用掩模部件，并进行曝光；以及
第5工序，剥离所述振动膜夹持部形成用掩模部件，利用显影来去除不需要的所述感光性抗蚀剂。
30.根据权利要求28所述的静电型超声波换能器的电极的制造方法，其特征在于，具有：
第3工序，在所述形成有多个贯通孔的导电体板表面，设置将用于形成所述振动膜夹持部形成材料的掩模部件排列而构成的丝网印刷板和液状的振动膜夹持部形成材料；
第4工序，在所述形成有多个贯通孔的导电体板表面设置所述丝网印刷板和所述液状的振动膜夹持部形成材料之后，边使橡皮滚移动，边在掩模部件未覆盖的部分涂敷所述振动膜夹持部形成材料；以及
第5工序，在掩模部件未覆盖的部分涂敷所述振动膜夹持部形成材料之后，卸下所述丝网印刷板，使残留在所述导电板表面的所述振动膜夹持部形成材料干燥。
31.一种超指向性音响系统，通过使用权利要求1～25中任一项所述的静电型超声波换能器而构成的超声波扬声器，再现从音响源提供的声音信号，在屏幕等声波反射面附近形成虚拟声源，其特征在于，具有：
超声波扬声器，其再现从所述音响源提供的声音信号中的中高音域的信号；以及低音再现用扬声器，其再现从所述音响源提供的声音信号中的低音域的声音。
32.一种显示装置，其特征在于，具有：
超声波扬声器，其构成为包含权利要求1～25中任一项所述的静电型超声波换能器，根据从音响源提供的声音信号，再现可听频带的信号声音；以及
投影光学系统，其将视频投影到投影面上。
静电型超声波换能器、其电极的制造方法、超声波扬声器
技术领域
[0001] 本发明涉及在宽频带下发生一定的高声压的静电型超声波换能器、使用该静电型超声波换能器的超声波扬声器、使用静电型超声波换能器的声音信号再现方法、超声波换能器的电极的制造方法、超声波换能器的制造方法、超指向性音响系统和显示装置。
背景技术
[0002] 以往的超声波换能器基本上都是使用压电陶瓷的谐振型换能器。
[0003] 这里，图16中示出以往的超声波换能器的结构。以往的超声波换能器基本上都是使用压电陶瓷作为振动元件的谐振型换能器。图16所示的超声波换能器使用压电陶瓷作为振动元件，执行从电信号到超声波的转换和从超声波到电信号的转换(超声波的发送与接收)两方。图16所示的双压电晶片(バイモルフ)型超声波换能器由两张压电陶瓷61和62、圆锥体(cone)63、外壳64、导线65和66、以及屏幕67构成。
[0004] 压电陶瓷61和62彼此贴合，在该贴合面的相反侧的面上分别连接导线65和导线66。
[0005] 谐振型超声波换能器由于利用压电陶瓷的谐振现象，所以超声波的发送和接收特性在其谐振频率周围的较窄频带范围内良好。
[0006] 与上述图16所示的谐振型超声波换能器不同，以往，已知静电方式的超声波换能器，作为在高频带下可发生高的声压的宽带振荡型超声波换能器。该静电型超声波换能器由于仅在将振动膜拉向固定电极侧的方向上动作，所以被称为Pull型。图17中示出宽带振荡型超声波换能器(Pull型)的具体结构。
[0007] 图17所示的静电型超声波换能器使用3～10μm左右厚度的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂)等电介质131(绝缘体)作为振动体。形成为铝等金属箔的上电极132通过蒸镀等处理在电介质131的上表面部一体地形成，并且，由黄铜形成的下电极133被设置成与电介质131的下表面部接触。该下电极133连接有导线152，并且被固定在由贝克莱特酚醛树脂(Bakelite)等构成的基板135上。
[0008] 另外，上电极132连接导线153，该导线153连接于直流偏压电源150上。利用该直流偏压电源150，始终向上电极132施加50～150V左右的上电极吸附用的直流偏压，上电极132被吸附向下电极133侧。151为信号源。
[0009] 电介质131和上电极132以及基板135，与金属环136、137和138以及网状物139一起，通过外壳130被铆接。
[0010] 在下电极133的电介质131侧的面上，形成多个具有不均匀形状的数十～数百μm左右的微小槽。该微小槽构成为下电极133与电介质131之间的空隙，所以上电极132和下电极133之间的静电电容分布发生微小变化。
[0011] 该随机的微小槽是通过手工用锉使下电极133的表面变粗糙来形成的。在静电方式的超声波换能器中，通过如此形成空隙大小和深度不同的无数个电容器，图17所示的超声波换能器的频率特性如图18中曲线Q1所示，为宽频带。
[0012] 在上述结构的超声波换能器中，在向上电极132施加直流偏压的状态下，上电极132与下电极133之间被施加矩形波信号(50～150Vp-p)。因此，如图18中曲线Q2所示，谐振型超声波换能器的频率特性为，中心频率(压电陶瓷的谐振频率)例如为40kHz，在相对于成为最大声压的中心频率为±5kHz的频率下，相对于最大声压为-30dB。
[0014] 专利文献1：日本特开2000-50387号公报
[0015] 专利文献2：日本特开2000-50392号公报
[0016] 如上所述，与图16所示的谐振型超声波换能器不同，已知图17所示的静电方式的超声波换能器是作为以往可在宽频带下发生较高声压的宽带超声波换能器(Pull型)。但是，声压的最大值如图18所示，与谐振型超声波换能器为130dB以上相比，静电型超声波换能器的声压低至120dB以下，若作为超声波扬声器来使用则声压稍显不足。
[0017] 这里，说明超声波扬声器。用音频信号(可听频带的信号)对被称为载波的超声波频带的信号进行AM调制，通过利用该调制信号驱动超声波换能器，将利用信号源的音频信号调制了超声波的状态下的声波放射到空中，利用空气的非线性，在空中自己再现原始的音频信号。
[0018] 即，原理在于，由于声波是以空气作为媒体来传播的疏密波，所以在传播调制后的超声波的过程中，空气的密的部分与疏的部分表现显著，密的部分的声速快，疏的部分的声速慢，所以调制波自身产生失真，结果，波形分离为载波(超声波)与可听波(原始的音频信号)，人们仅能听到20kHz以下的可听音(原始的音频信号)，一般称为参量阵效应。
[0019] 为了充分表现上述参量阵效应，需要120dB以上的超声波声压，但静电型超声波换能器难以实现该数值，专门将PZT等陶瓷压电元件或PVDF等高分子压电元件用作超声波发生体。
[0020] 但是，压电元件不管其材质如何，均有尖锐的谐振点，在其谐振频率下驱动，作为超声波扬声器来实用化，所以能确保高的声压的频率区域极窄。即为窄频带。
[0021] 通常，人的最大可听频带为20Hz～20kHz，具有约20kHz的频带。即，就超声波扬声器而言，若在超声波区域中在20kHz的频带下未确保高的声压，则不能忠实地解调原始的音频信号。容易理解以往的使用压电元件的谐振型超声波扬声器中始终难以忠实再现(解调)该20kHz的宽频带。
[0022] 实际上，在以往的使用谐振型超声波换能器的超声波扬声器中，存在如下问题，(1)频带窄，再现音质差，(2)若使AM调制率过大，则解调音失真，所以最大仅能将调制率提高到0.5左右，(3)若提高输入电压(若提高音量)，则压电元件的振动变得不稳定，声音被割裂。若进一步提高电压，则压电元件自身容易被损坏，(4)难以阵列化或大型化、小型化，因此成本高。
[0024] 另外，Pull型的静电型超声波换能器中，由于未保证沿静电力仅向固定电极侧牵引的方向动作的振动膜(相当于图17中的上电极132。)的振动对称性，所以在用于超声波扬声器的情况下，存在振动膜的振动直接产生可听音的问题。
[0025] 与此相对，我们已提出了为了在宽频带下得到参量阵效应而能发生足够高的声压电平的音响信号的静电型超声波换能器。该静电型超声波换能器构成为利用在相对的位置处形成有贯通孔的一对固定电极来夹持具有导电层的振动膜，在向振动膜施加直流偏压的状态下，一对固定电极被施加交流信号。
[0026] 该静电型超声波换能器被称为Push-Pull型静电型超声波换能器，为了使由一对固定电极夹持的振动膜在对应于交流信号极性的方向上同时、或同方向并且同时受到静电吸引力与静电斥力，不仅要为了得到参量阵效应而使振动膜的振动足够大，而且为了确保振动的对称性，与现有的Pull型静电型超声波换能器相比，要能在宽频带下产生高的声压。
[0027] 但是，该Push-Pull型静电型超声波换能器由于出声的贯通孔面积较小，所以仍然存在难以在空中产生足够的声压的问题。
[0028] 因此，即便是具有这种结构的Push-Pull型静电型超声波换能器也需要用于产生足够的声压的技术。
发明内容
[0029] 本发明鉴于上述问题而提出，其第1目的在于提供一种Push-Pull型静电型超声波换能器，可在相同的驱动条件下产生较强的超声波，提高电气-音响能量的转换效率。
[0030] 另外，本发明的第2目的在于提供使用上述Push-Pull型静电型超声波换能器的超声波扬声器、使用静电型超声波换能器的声音信号再现方法、超声波换能器的电极的制造方法、超声波换能器的制造方法、超指向性音响系统和显示装置。
[0031] 为了实现上述目的，本发明的静电型超声波换能器具有：第1电极，其形成有多个孔；第2电极，其与所述第1电极成对，形成有多个孔；振动膜，其被所述一对电极所夹持，具有导电层，该导电层被施加直流偏压；以及保持部件，其保持所述一对电极和所述振动膜，向所述一对电极间施加交流信号，其特征在于，使所述一对电极各自的厚度t为大致(λ/4)·n(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)。
[0032] 在上述结构的本发明的静电型超声波换能器中，在第1电极与第2电极的相对的位置上形成多个孔，在向振动膜的导电层施加直流偏压的状态下，向由第1、第2电极构成的一对电极施加作为驱动信号的交流信号，所以被一对电极夹持的振动膜在对应于交流信号的极性的方向上，同方向上同时受到静电吸引力与静电斥力，所以不仅能为了得到参量效应而使振动膜的振动足够大，而且由于振动的对称性被确保，所以可在宽频带下产生高的声压。
[0033] 并且，通过使所述一对电极各自的厚度t为大致(λ/4)· n(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)，各电极在贯通孔部分中的电极厚度部分构成共鸣管，可使声压在电极出口附近最大，就Push-Pull型超声波换能器而言，可在相同的驱动条件下产生强的超声波。即，就Push-Pull型超声波换能器而言，提高了电气一音响能量的转换效率。
[0034] 另外，本发明的静电型超声波换能器具有：第1电极，其形成有多个孔；第2电极，其与所述第1电极成对，形成有多个孔；振动膜，其被所述一对电极所夹持，具有导电层，该导电层被施加直流偏压；以及保持部件，其保持所述一对电极和所述振动膜，向所述一对电极间施加交流信号，其特征在于，使所述一对电极各自的厚度t为(λ/4)· n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)。
[0035] 在上述结构的本发明的静电型超声波换能器中，在第1电极与第2电极的相对的位置上形成多个孔，在向振动膜的导电层施加直流偏压的状态下，向由第1、第2电极构成的一对电极施加作为驱动信号的交流信号，所以被一对电极夹持的振动膜在对应于交流信号的极性的方向上，同方向上同时受到静电吸引力与静电斥力，所以不仅能为了得到参量效应而使振动膜的振动足够大，而且由于振动的对称性被确保，所以可在宽频带下产生高的声压。
[0036] 并且，通过使所述一对电极各自的厚度t为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)· n+λ/8(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)，各电极在贯通孔部分中的电极厚度部分构成共鸣管，可在电极出口附近将声压设定为大致最大值附近的值，就Push-Pull型超声波换能器而言，可在相同的驱动条件下产生强的超声波。即，就Push-Pull型超声波换能器而言，提高了电气-音响能量的转换效率。
[0037] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，形成于所述一对电极中的孔形成为圆柱状，并且在各个电极中成为贯通孔。
[0038] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，通过振动膜的振动产生的超声波经过形成于一对电极中、并且在各个电极中形成为圆柱状的贯通孔被放射。形成为圆柱状的贯通孔具有制造最简单的优点，但由于在上述电极侧不存在与振动膜相对的电极部分，所以具有作用于与振动膜的导电层之间的静电力弱的缺点。
[0039] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，形成于所述一对电极中的孔是直径和深度各不相同的至少两种以上尺寸的同心圆柱状的孔排列而形成的，并且在各个电极中成为贯通孔。
[0040] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，在一对电极中形成直径和深度各不相同的至少两种以上尺寸的同心圆柱状的孔排列而形成的贯通孔。因此，由于构成为与形成于一对电极中的上述两种以上尺寸的同心圆柱状的各孔的边缘部分平行的电极部分与振动膜的导电层相对，所以形成平行电容器。因此，由于将振动膜的与所述各孔的边缘部分相对的部分抬高同时下拉的力进行作用，所以可增大振动膜的振动。
[0041] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，形成于所述一对电极中的孔的截面形成为锥形状。
[0042] 在如此构成的本发明的静电型超声波换能器中，由于在一对电极中形成截面为锥形状的贯通孔，所以构成为该电极的锥形部分与振动膜的导电层相对，形成平行电容器。
[0043] 因此，由于将与所述固定电极的锥形部分相对的振动膜部分抬高同时下拉的力进行作用，所以可增大振动膜的振动。
[0044] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，形成于所述一对电极中的孔在各个电极中成为平面为矩形的贯通孔。
[0045] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，通过振动膜的振动发生的超声波经形成于一对电极中的平面为矩形的贯通孔被放射。该形成为平面为矩形的贯通孔具有制造最简单的优点，但由于在电极侧不存在与振动膜相对的电极部分，所以具有作用于与振动膜的导电层之间的静电力弱的缺点。
[0046] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，形成于所述一对电极中的孔在各个电极中，是形成于同一中心线上、长度相同、宽度和深度各不相同的至少两种以上尺寸的矩形孔排列而形成的贯通孔。
[0047] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，在一对电极中形成在同一中心线上形成的、长度相同、宽度和深度各不相同的至少两种以上尺寸的矩形孔排列而成的贯通孔。因此，构成为与形成于一对电极中的上述两种以上尺寸的矩形的各孔的边缘部分平行的电极部分，与振动膜的导电层相对，所以形成平行电容器。因此，由于将振动膜的与所述各孔的边缘部分相对的部分抬高同时下拉的力进行作用，所以可增大振动膜的振动。
[0048] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，形成于所述一对电极中的矩形的贯通孔在各个电极中，截面形成为锥形状。
[0049] 在如此构成的本发明的静电型超声波换能器中，由于在一对电极中形成平面为矩形、且截面为锥形状的贯通孔，所以构成为该电极的锥形部分与振动膜的导电层相对，形成平行电容器。
[0050] 因此，将与所述电极的锥形部分相对的振动膜部分抬高同时下拉的力进行作用，所以可增大振动膜的振动。
[0051] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，形成于所述电极中的孔中，与位于振动膜侧的相反侧的孔相比，位于振动膜侧的孔的孔径大，且深度浅。
[0052] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，形成于电极中的孔中，与振动膜侧的相反侧相比，位于振动膜侧的孔的孔径大，并且深度浅，所以通过构成为与上述两种以上尺寸的同心圆柱状的各孔的边缘部分平行的电极部分与振动膜的导电层相对，形成平行电容器，所以可增大作用于振动膜的导电层的静电吸引力和静电斥力。
[0053] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，形成于所述电极中的矩形孔中，与位于振动膜侧的相反侧的孔相比，位于振动膜侧的孔的宽度大，且深度浅。
[0054] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，形成于电极中的矩形孔中，与位于振动膜侧的相反侧的孔相比，位于振动膜侧的孔的宽度大，并且深度浅，所以通过构成为与上述两种以上尺寸的矩形的各孔的边缘部分平行的电极部分或电极的锥形部分，与振动膜的导电层相对，形成平行电容器，所以可增大作用于振动膜的导电层的静电吸引力和静电斥力。
[0055] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，所述多个贯通孔分别为相同尺寸。
[0056] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，在一对电极中分别形成相同尺寸的贯通孔。因此，孔加工容易，降低了制造成本。
[0057] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，所述多个贯通孔在分别相对的位置处为相同尺寸，具有多个孔尺寸。
[0058] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，在一对电极中形成在分别相对的位置处为相同尺寸的多个孔尺寸的贯通孔。因此，孔加工容易，降低了制造成本。
[0059] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，所述一对电极由单一的导电性部件构成。
[0061] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，所述一对电极由多个导电性部件构成。
[0062] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，所述一对电极可由多个导电性部件形成。
[0063] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，所述一对电极由导电性部件和绝缘部件构成。
[0064] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，所述一对电极由导电性部件和绝缘部件构成。例如，对玻璃环氧树脂基板或纸酚基板等绝缘部件进行期望的孔加工之后，通过利用镍或金、银、铜等进行电镀处理，可由导电性部件和绝缘部件形成电极。由此，实现超声波换能器的轻量化。
[0065] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，所述振动膜在绝缘性高分子膜的两个面上形成有电极层。
[0066] 在如此结构的本发明的超声波换能器中，振动膜在绝缘性高分子膜的两个面上形成电极层。此时，如后所述，在与振动膜相对的电极侧设置绝缘层。因此，振动膜的制作变容易。
[0067] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，所述振动膜形成为电极层被两张绝缘性高分子膜夹持。
[0068] 在如此结构的本发明的超声波换能器中，使振动膜形成为电极层被绝缘层(绝缘高分子膜)夹持。因此，不需要电极侧的绝缘处理，超声波换能器的制造变容易。另外，容易确保电极相对于振动膜的配置的对称性。
[0069] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，所述振动膜是使用两张在绝缘性高分子膜的单面上形成有电极层的膜，使各个电极层彼此紧贴而构成的。
[0070] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，使用两张在绝缘性高分子膜的单面上形成有电极层的膜，使各个电极层彼此紧贴，由此形成振动膜。因此，振动膜的制作变容易。
[0071] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，所述振动膜使用驻极体膜。
[0072] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，所述振动膜使用驻极体膜。此时，在电极侧形成绝缘层。因此，振动膜的制作变容易。
[0073] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，使用在绝缘性高分子膜的两面上形成有电极层的振动膜或使用驻极体膜的振动膜，对所述一对电极的各个振动膜侧实施电绝缘处理。
[0074] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，在作为振动膜使用在绝缘层(绝缘膜)的两面上形成有导电层(电极层)的振动膜的情况下，或作为振动膜使用驻极体膜的情况下，对固定电极的振动膜侧实施电绝缘处理。因此，可将在绝缘层(绝缘膜)的两面上形成有导电层(电极层)的两面电极蒸镀膜或驻极体膜用作振动膜。
[0075] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，向所述振动膜施加单一极性的直流偏压。
[0076] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，向所述振动膜施加单一极性的直流偏压。因此，振动膜的电极层中始终积蓄同极性的电荷，所以根据通过施加于所述一对电极上的交流信号而变化的电极电压的极性，振动膜受到静电吸引力与静电斥力，进行振动。
[0077] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，保持所述电极和所述振动膜的部件由绝缘材料构成。
[0078] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，保持所述电极和所述振动膜的部件由绝缘材料构成。因此，可保持电极与振动膜之间的电绝缘。
[0080] 在如此结构的本发明的超声波换能器中，所述振动膜是通过在膜表面上的直角四方向上施加张力而固定的。因此，以往为了使振动膜吸附于电极侧，必须向振动膜施加数百伏的直流偏压，但通过在振动膜的膜单元制作时向膜施加张力来固定，实现与以往上述直流偏压担当的拉伸张力一样的作用，所以可降低上述直流偏压。
[0081] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，在所述静电型超声波换能器的单面上配置音响反射板。
[0082] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，在静电型超声波换能器的单面(例如背面)配置音响反射板，使从该静电型超声波换能器的背面放出的超声波在前表面反射。将该音响反射板配置成例如将从静电型超声波换能器背面的各开口部放出的超声波以全部相同长度的路径放射到静电型超声波换能器前表面。由此，可有效利用从静电型超声波换能器的前表面和背面放出的超声波。
[0083] 另外，本发明的静电型超声波换能器的特征在于，所述音响反射板由以下部分构成：一对第1反射板，该一对第1反射板具有如下长度：其一端位于静电型超声波换能器单面的中心位置处，以该中心位置为基准，相对于静电型超声波换能器的该面的两侧以45°的角度配置该一对第1反射板，其另一端与静电型超声波换能器的端部一致；以及一对第2反射板，该一对第2反射极与所述一对第1反射板的所述端部成直角角度，分别沿所述第1反射板的外侧方向被连接，具有与所述第1反射板长度相等的长度。
[0084] 在如此结构的本发明的静电型超声波换能器中，音响反射板被配置成把从静电型超声波换能器单面(例如背面)的各开口部放射的超声波以全部相同长度的路径放射到超声波换能器的另一面(例如前表面)。即，相对于超声波换能器背面的中心M的两侧，以45°的角度配置第1反射板，设长度为使得其端部与超声波换能器的端部一致的长度。利用该第1反射板，向水平方向反射从超声波换能器背面放出的超声波。之后，通过将与第1反射板具有直角角度连接的第2反射板分别连接至第1反射板的外侧，从超声波换能器的横向或上下向前表面放出超声波。该第2反射板长度也必须与第1反射板长度相等。这样，从超声波换能器背面放射的超声波全部具有相同长度的路径被反射，从背面向前表面放出的超声波的相位全部一致。
[0085] 由此，可有效利用从换能器的前表面和背面放出的超声波。
[0086] 另外，本发明的超声波扬声器的特征在于，具有：上述任一种静电型超声波换能器；信号源，其生成可听频带的信号波；载波供给单元，其生成超声波频带的载波并输出；以及调制单元，其利用从所述信号源输出的可听频带的信号波，来调制所述载波，所述静电型超声波换能器通过施加于所述电极和所述振动膜的电极层之间的、从所述调制单元输出的调制信号而被驱动。
[0087] 在如此结构的本发明的超声波扬声器中，利用信号源来生成可听频带的信号波，利用载波供给单元来生成、输出超声波频带的载波。并且，通过调制单元，利用从所述信号源输出的可听频带的信号波来调制载波，向所述电极与所述振动膜的电极层之间施加从该调制单元输出的调制信号，来进行驱动。
[0088] 这样，在本发明的超声波扬声器中，由于使用上述结构的静电型超声波换能器来构成，所以可实现为了在宽频带下得到参量阵效应而能够产生足够高的声压电平的音响信号的超声波扬声器。
[0089] 另外，在本发明的超声波扬声器中，由于使用使所述一对电极各自的 厚 度 t为 大 致(λ/4)·n(其 中，λ为 超 声 波 波 长，n为 正 奇 数 )，或 为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)的静电型超声波换能器，所以各电极在贯通孔部分中的电极的厚度部分构成共鸣管，可使声压在电极出口附近最大，可在相同的驱动条件下产生强的超声波。
[0090] 另外，本发明的使用静电型超声波换能器的声音信号再现方法的特征在于，使用上述任一种静电型超声波换能器，并且，包括如下步骤：利用信号源，生成可听频带的信号波的步骤；利用载波供给源，生成超声波频带的载波的步骤；生成利用所述可听频带的信号波对所述载波进行调制得到的调制信号的步骤；以及通过向所述电极和所述振动膜的电极层之间施加所述调制信号，来驱动所述静电型超声波换能器的步骤。
[0091] 在包含这种步骤的静电型超声波换能器的声音信号再现方法中，利用信号源来生成可听频带的信号波，利用载波供给源来生成、输出超声波频带的载波。利用所述可听频带的信号波来调制载波，向电极与振动膜的电极层之间施加该调制信号，驱动静电型超声波换能器。
[0092] 由此，利用上述结构的静电型超声波换能器，为了在宽频带下得到参量阵效应，可输出足够高的声压电平的音响信号，可再现声音信号。
[0093] 另外，本发明的静电型超声波换能器的电极的制造方法是上述任一种静电型超声波换能器的电极的制造方法，其特征在于，具有：第1工序，在用于形成所述一对电极的电极部的导电体板上，覆盖掩模部件，该掩模部件形成有多个贯通孔的图案，通过蚀刻处理，在所述导电体板中形成多个贯通孔；以及第2工序，将所述形成有贯通孔的导电体板层叠，使该层叠的导电体板的厚度t为大致(λ/4)·n(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)，或为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)。
[0094] 在由上述工序构成的本发明的静电型超声波换能器的电极的制造方法中，在用于形成一对电极的电极部的规定厚度的导电体板上，覆盖形成有多个贯通孔的图案的掩模部件，利用蚀刻处理，在所述导电体板中形成多个贯通孔。之后，通过层叠导电体板，将由该导电体板构成的电极的厚度t设为大致(λ/4)·n(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)，或为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)。例如，在导电体板的厚度为0.25mm，作为电极需要1.5mm的厚度的情况下，层叠6张导电体板。
[0095] 由此，可容易地形成厚度t为大致(λ/4)· n(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)，或为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)的电极。
[0096] 另外，本发明的静电型超声波换能器的电极的制造方法特征在于，具有：第3工序，在所述形成有贯通孔的导电体板上，形成规定厚度的作为振动膜夹持部形成材料的非导电性感光性抗蚀剂；第4工序，在所述非导电性感光性抗蚀剂表面，覆盖形成有所述振动膜夹持部的图案的振动膜夹持部形成用掩模部件，并进行曝光；以及第5工序，剥离所述振动膜夹持部形成用掩模部件，利用显影来去除不需要的所述感光性抗蚀剂。
[0097] 在由上述工序构成的本发明的静电型超声波换能器的电极的制造方法中，由于具有：第3工序，在形成有贯通孔的导电体板上，形成规定厚度的作为振动膜夹持部形成材料的非导电性感光性抗蚀剂；第4工序，在所述非导电性感光性抗蚀剂表面，覆盖形成有所述振动膜夹持部的图案的振动膜夹持部形成用掩模部件，并进行曝光；以及第5工序，剥离所述振动膜夹持部形成用掩模部件，利用显影来去除不需要的所述感光性抗蚀剂，所以不需要以往必需的金属电铸之后的工序，所以可缩短制造工序，削减制造成本。另外，不需要残留抗蚀剂剥离工序中使用的溶剂等(主要是强碱溶剂)，所以在环境的层面上也可得到改善。
[0098] 另外，本发明的静电型超声波换能器的电极的特征在于，具有：第3工序，在所述形成有多个贯通孔的导电体板表面，设置将用于形成所述振动膜夹持部形成材料的掩模部件排列而构成的丝网印刷板和液状的振动膜夹持部形成材料；第4工序，在所述形成有多个贯通孔的导电体板表面设置所述丝网印刷板和所述液状的振动膜夹持部形成材料之后，边使橡皮滚移动，边在掩模部件未覆盖的部分涂敷所述振动膜夹持部形成材料；以及第5工序，在掩模部件末覆盖的部分涂敷所述振动膜夹持部形成材料之后，卸下所述丝网印刷板，使残留在所述导电板表面的所述振动膜夹持部形成材料干燥。
[0099] 在由上述工序构成的本发明的静电型超声波换能器的电极的制造方法中，由于具有：第3工序，在所述形成有多个贯通孔的导电体板表面，设置将用于形成所述振动膜夹持部形成材料的掩模部件排列而构成的丝网印刷板和液状的振动膜夹持部形成材料；第4工序，在所述形成有多个贯通孔的导电体板表面设置所述丝网印刷板和所述液状的振动膜夹持部形成材料之后，边使橡皮滚移动，边在掩模部件未覆盖的部分涂敷所述振动膜夹持部形成材料；以及第5工序，在掩模部件未覆盖的部分涂敷所述振动膜夹持部形成材料之后，卸下所述丝网印刷板，使残留在所述导电板表面的所述振动膜夹持部形成材料干燥，所以可不需要以往所需的金属电铸之后的工序，进而完全不需要利用光刻法进行的显影工序，所以可大幅度缩短制造工序，大幅度削减制造成本。
[0100] 另外，本发明的静电型超声波换能器的制造方法的特征在于，使用上述任一种静电型超声波换能器的电极的制造方法，来制造静电型超声波换能器。
[0101] 在上述结构的本发明的静电型超声波换能器的制造方法中，使用上述任一种静电型超声波换能器的电极的制造方法，来制造静电型超声波换能器。因此，可获得利用上述任一种静电型超声波换能器的电极的制造方法所具有的效果。
[0102] 另外，本发明的超指向性音响系统通过使用上述任一种静电型超声波换能器而构成的超声波扬声器，再现从音响源提供的声音信号，在屏幕等声波反射面附近形成虚拟声源，其特征在于，具有：超声波扬声器，其再现从所述音响源提供的声音信号中的中高音域的信号；以及低音再现用扬声器，其再现从所述音响源提供的声音信号中的低音域的声音。
[0103] 在上述结构的超指向性音响系统中，使用由电极厚度t为大致(λ/4)·n(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)，或为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)的静电型超声波换能器构成的超声波扬声器。另外，利用该超声波扬声器，再现从音响源提供的声音信号中的中高音域的声音信号。另外，利用低音再现用扬声器，再现从音响源提供的声音信号中的低音域的声音信号。
[0104] 因此，可具有足够的声压和宽频带特性、并再现中高音域的音响使得中高音域的音响从形成于屏幕等声波反射面附近的虚拟声源发出。另外，低音域的音响直接从音响系统中具备的低音再现用扬声器输出，所以可加强低音域，创造现场感更高的声场环境。
[0105] 另外，本发明的显示装置的特征在于，具有：超声波扬声器，其构成为包含上述任一种静电型超声波换能器，根据从音响源提供的声音信号，再现可听频带的信号声音；以及投影光学系统，其将视频投影到投影面上。
[0106] 在上述结构的投影仪中，使用由电极厚度t为大致(λ/4)·n(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)，或为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ为超声波波长，n为正奇数)的静电型超声波换能器构成的超声波扬声器。另外，利用该超声波扬声器，再现从音响源提供的声音信号。
[0108] 图1是表示本发明实施方式的超声波换能器的结构的图。
[0109] 图2是表示本发明实施方式的超声波换能器中的固定电极的形状的具体例的说明图。
[0110] 图3是表示本发明实施方式的超声波换能器中的固定电极的贯通槽结构的具体例的说明图。
[0111] 图4是表示本发明实施方式的超声波换能器中的振动膜的结构的具体例的说明图。
[0112] 图5是表示本发明实施方式的超声波换能器中的设置有贯通孔的固定电极的结构的俯视图。
[0113] 图6是表示作为共鸣管集合体的共鸣管单元的固定电极中的声音的共鸣状态的正面剖面图。
[0114] 图7是表示本发明另一实施方式的超声波换能器的结构图。
[0115] 图8是表示本发明实施方式的超声波扬声器的结构的框图。
[0116] 图9是表示超声波换能器的制造方法的第1实施方式的图。
[0117] 图10是表示超声波换能器的制造方法的第2实施方式的图。
[0118] 图11是表示振动膜的绝缘层厚度与振动膜夹持部的厚度及静电电容的关系图。
[0119] 图12是表示本发明的实施方式的投影仪使用状态的图。
[0120] 图13是表示图12所示的投影仪的外观结构图。
[0121] 图14是表示图12所示的投影仪的电结构的框图。
[0122] 图15是使用超声波换能器的再现信号的再现状态的说明图。
[0123] 图16是表示现有的谐振型的超声波换能器的结构图。
[0124] 图17是表示现有的静电型宽频带振荡型超声波换能器的具体结构图。
[0125] 图18是与现有的超声波换能器的频率特性一起示出本发明实施方式的超声波换能器的频率特性的图。
[0126] 图19是表示超声波换能器的现有制造方法的制造工序图。
[0127] 图20是表示基于现有制造方法的超声波换能器在结构上的问题的图。
[0128] 图21是表示基于本发明的制造方法的特性改善的说明图。
[0129] 符号说明
[0130] 1…超声波换能器；10…固定电极部；10A、10B…固定电极；10C…导电体板；11…掩模部件；12…振动膜；14…贯通孔；16…直流偏压电源；18…信号源；20…振动膜夹持部；21…振动膜夹持部形成用掩模部件；22…感光性抗蚀剂；23…感光性抗蚀剂；24…残留抗蚀剂；30…丝网印刷板；31…橡皮滚；32…振动膜夹持部形成材料；51…可听频率波振荡源；52…载波振荡源；53…调制器；54…功率放大器；55…超声波换能器；120…绝缘膜(绝缘层)；121…电极层；200…音响反射板；201…反射板；202…反射板；301…投影仪；302…屏幕(投影面)；303…视听者；310…操作输入部；312…再现范围设定部；313…再现范围控制处理部；314…声音/视频信号再现部；316…载波振荡源；317A、317B…高通滤波器；318A、318B…调制器；319…低通滤波器；320…投影仪主体；321…加法器；322A、322B、
322C…功率放大器；323…低音再现用扬声器；324A、324B…静电型超声波换能器；331…投影仪镜头；332…视频生成部；333…投影光学系统。
322C…功率放大器；323…低音再现用扬声器；324A、324B…静电型超声波换能器；331…投影仪镜头；332…视频生成部；333…投影光学系统。
具体实施方式
[0131] [本发明的静电型超声波换能器的结构例的说明]
[0132] 下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。
[0133] 图1中表示本发明实施方式的静电型超声波换能器的结构。图1(A)表示静电型超声波换能器的结构，图1(B)表示超声波换能器的局部剖开后的平面图。
[0134] 图1中，本发明实施方式的静电型超声波换能器1具有：一对固定电极10A、10B，其用作电极，包含由导电性材料形成的导电部件；被一对固定电极所夹持、具有电极层121的振动膜12；和保持一对固定电极10A、10B与振动膜的部件(未图示)。
[0135] 振动膜12由绝缘体(绝缘层)120形成，具有由导电性材料形成的电极层121，利用直流偏压电源16向该电极层121施加单一极性(正极性或负极性之一。)的直流偏压，并且，叠加于该直流偏压上，对于固定电极10A和固定电极10B，向它们与电极层121之间施加从信号源18输出的相位相互反转的交流信号18A、18B。
[0136] 另外，一对固定电极10A、10B在隔着振动膜12相对的位置上具有数量相同且为多个的贯通孔14，通过信号源18向一对固定电极10A、10B的导电部件之间施加彼此相位反转的交流信号18A、18B。固定电极10A与电极层121、固定电极10B与电极层121分别形成电容器。
[0137] 上述结构中，超声波换能器1在利用直流偏压电源16将从信号源18输出的相位相互反转的交流信号18A、18B叠加于单一极性的(本实施方式中为正极性的)直流偏压上的状态下，将其施加于振动膜12的电极层。
[0138] 另一方面，利用信号源18向一对固定电极10A、10B施加相互相位反转的交流信号18A、18B。
[0139] 结果，在从信号源18输出的交流信号18A的正的半周期中，由于向固定电极10A施加正电压，所以静电斥力作用于振动膜12中未被固定电极夹持的表面部分12A上，在图1上向下拉伸表面部分12A。
[0140] 此时，交流信号18B为负周期，由于向相对的固定电极10B施加负的电压，所以静电吸引力作用于振动膜12中作为所述表面部分12A的背面侧的背面部分12B，在图1上而且向下拉伸背面部分12B。
[0141] 因此，振动膜12中未被一对固定电极10A、10B夹持的膜部分在相同方向上受到静电吸引力与静电斥力。这在从信号源18输出的交流信号的负半周期也一样，图1中，静电吸引力向上作用于振动膜12的表面部分12A，图1中，静电斥力向上作用于背面部分12B，振动膜12中未被一对固定电极10A、10B夹持的膜部分在相同方向上受到静电吸引力与静电斥力。这样，由于振动膜12对应于交流信号的极性变化，在相同方向上受到静电吸引力与静电斥力，同时静电力作用的方向交互变化，所以可产生大的膜振动、即可为了得到参量阵效应而产生足够的声压电平的音响信号。
[0142] 这样，本发明实施方式的超声波换能器1由于振动膜12从一对固定电极10A、10B受到力后振动，所以被称为推挽(Push-Pull)型。
[0143] 本发明实施方式的超声波换能器1与以往仅静电吸引力作用于振动膜的静电型超声波换能器(Pull型)相比，具有同时满足宽频带性与高声压的能力。
[0144] 图18示出本发明实施方式的超声波换能器的频率特性。图中，曲线Q3是本实施方式的超声波换能器的频率特性。从该图可知，与现有的宽频带型的静电型超声波换能器的频率特性相比，可在更宽的频带下得到高的声压电平。具体而言，可知在20kHz～120kHz的频带下能够得到获得参量效应的120dB以上的声压电平。
[0145] 本发明实施方式的超声波换能器1由于被一对固定电极10A、10B夹持的薄膜振动膜12受到静电吸引力与静电斥力双方，所以不仅产生大的振动，而且，确保了振动的对称性，所以可在宽频带下产生高的声压。
[0146] 下面，说明本实施方式的超声波换能器的固定电极。图2表示圆柱状固定电极(一对固定电极中仅单个电极)的几个结构例(剖面图)。
[0147] 图2(a)是贯通孔类型，具体而言，形成于一对固定电极10A、10B中的孔是形成为圆柱状的贯通孔。由于形成有该贯通孔的固定电极虽然制造最简单、但没有相当于与振动膜12相对的电极的部分，所以存在静电力弱的缺点。
[0148] 图2(b)示出2级贯通孔结构的固定电极的结构。即，形成于一对固定电极10A、10B中的孔是直径和深度各不相同的至少两种以上(在本实施方式中为两种)尺寸的同心圆柱状孔排列形成的贯通孔。形成于固定电极中的孔形成为与振动膜侧的相反侧相比，振动膜侧的孔的孔径大，并且深度浅。
[0149] 此时，与各孔的潭(淵)部分并行的部位与振动膜12相对，该部分构成平行板电容器。
[0150] 因此，由于将振动膜的潭部分抬高的同时下拉的力进行作用，所以可使膜振动增大。另外，图2(c)表示剖面为锥形的贯通孔。采用该形状作为固定电极时的效果也与由图(b)的结构得到的效果一样。
[0151] 图3表示具有槽形状的贯通孔的固定电极的几个结构例(一对固定电极中仅单个电极)。图3(a)是贯通槽孔类型，形成于一对固定电极10A、10B中的孔是平面为矩形的贯通孔。虽然该形成有贯通孔的固定电极的制造最简单，但由于没有相当于与振动膜12相对的电极的部分，所以存在静电力弱的缺点。
[0152] 图3(b)表示2级贯通槽孔结构的固定电极的结构。即，形成于一对固定电极10A、10B中的孔是形成于同一中心线上的、长度相同、宽度和深度各不相同的至少两种以上(在本实施方式中为两种)尺寸的平面为矩形的孔排列形成的贯通孔。
[0153] 此时，与为圆孔形状时一样，并行于各槽孔的潭部分的部位与振动膜12相对，构成平行板电容器。
[0154] 因此，由于将振动膜12的潭部分抬高的同时下拉的力进行作用，所以可使振动膜12的膜振动增大。
[0155] 另外，图3(c)表示锥形的贯通槽孔。即，形成于一对固定电极10A、10B中的矩形贯通孔的剖面形成为锥形。采用该形状作为固定电极时的效果也得到与图3(b)结构的固定电极一样的效果。
[0156] 在图3(b)、(c)的结构例中，形成于固定电极中的矩形孔形成为与振动膜侧的相反侧相比，振动膜侧的宽度大，且深度浅。
[0157] 另外，图2、图3所示的各结构例中所示的、形成于固定电极中的多个贯通孔也可分别为相同尺寸。
[0158] 另外，所述多个贯通孔也可分别在相对的位置处为相同尺寸，具有多个孔尺寸。
[0159] 构成本实施方式的超声波换能器的固定电极可由单一的导电性部件构成，也可由多个导电性部件构成。
[0160] 另外，构成本实施方式的超声波换能器的固定电极可由导电性部件与绝缘部件构成。
[0161] 具体而言，本实施方式的超声波换能器的固定电极的材质只要是导电性即可，例如也可以是SUS、黄铜、铁、镍的单体结构。
[0162] 另外，由于需要实现轻量化，所以也可在对电路基板等中一般使用的玻璃环氧树脂基板或纸酚基板实施期望的孔加工之后，利用镍或金、银、铜等进行电镀处理。另外，此时，为了防止成形后的翘曲，对基板的两个面实施电镀加工等是有效的。
[0163] 但是，在振动膜12中使用双面电极蒸镀膜或驻极体膜的情况下，就图1所示的超声波换能器1而言，需要对一对固定电极10A、10B的振动膜12侧执行任意绝缘处理。例如，需要利用氧化铝、硅聚合体类材料、非晶碳膜、SiO2等实施绝缘薄膜处理等。
[0164] 下面，说明振动膜12。振动膜12的功能在于始终积蓄同极性的电荷(既可以是“+”极性也可以是“-”极性)，在按交流电压变化的固定电极10A、10B之间，通过静电力振动。参照图4来说明本发明实施方式的超声波换能器中的振动膜12的具体结构例。
[0165] 图4(a)表示对绝缘膜(绝缘层)120的两个面实施电极蒸镀处理，形成电极层121的振动膜12的剖面构造。中心的绝缘膜120最好由高分子材料、例如聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)等伸缩性、耐电压性好的材料构成。
[0166] 形成电极层121的电极蒸镀材料最普遍的是Al，另外，从与上述高分子材料的相性、成本等方面考虑，期望是Ni、Cu、SUS、Ti等。由于根据驱动频率和设置在固定电极中的孔尺寸等不同，最佳值不同，所以作为形成振动膜12的绝缘膜120的绝缘性高分子膜的厚度难以被唯一确定，但一般认为在1微米以上、100微米以下的范围内基本上足以。
[0167] 作为电极层121的电极蒸镀层的厚度也期望40nm～200nm的范围。若电极厚度过薄，则基本上不能积累电荷，另外，若过厚，则膜变硬，振幅变小。另外，作为电极材料，也可以是透明导电膜ITO/In、Sn、Zn氧化物等。
[0168] 图4(b)表示由作为绝缘膜120的绝缘性高分子膜夹入电极层121的结构。此时的电极层121的厚度也与图4(a)的情况一样，期望40nm～200nm的范围。另外，夹持电极层121的绝缘膜120的材质、厚度也与图4(a)的双面电极蒸镀膜一样，期望为聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)，为1微米以上、100微米以下。
[0169] 图4(c)示出将两张单面电极蒸镀膜贴合以使电极面接触的结构。此时的绝缘膜和电极部的条件期望为与上述其它振动膜一样的条件。
[0170] 另外，对振动膜12需要数百伏的直流偏压，但通过在制作膜单元时向振动膜12的膜表面上的直角四方向施加张力来固定，可降低所述偏压。
[0171] 这是因为通过事先向膜施加张力，起到与以往偏压承担的拉伸张力一样的作用，是对低电压化非常有效的手段。
[0172] 此时，作为膜电极材料，最普遍的是Al，另外，从与上述高分子材料的相性、成本等方面考虑，期望是Ni、Cu、SUS、Ti等。并且，也可以是透明导电膜ITO/In、Sn、Zn氧化物等。
[0173] 虽然是上述固定电极或振动膜的固定材料，但从轻量、非导电性的观点看，丙烯基、贝克莱特酚醛树脂(Bakelite)、聚乙缩醛(聚缩醛)树脂(POM)等塑料类材料好。
[0174] 下面，说明本发明实施方式的静电型超声波换能器的主要部分结构。虽然已参照图2和图3说明了固定电极的结构，但设定本发明实施方式的这些固定电极的长度t，以使其厚度部分构成作为产生共鸣现象的音响管的共鸣管(参照图2)。
[0175] 图5是设置有贯通孔(共鸣管)14的固定电极(共鸣管单元)10A(10B)的俯视图，表示设置在固定电极10A(10B)中的贯通孔的配置一例。贯通孔的配置不限于如图5所示的规则排列。
[0176] 另外，贯通孔的长度在结构上起支配作用的是固定电极的厚度部分的长度t，因此，为了使固定电极的贯通孔部分用作共鸣管，必须确定固定电极的厚度部分的长度t，以构成共鸣管。
[0177] 图6是表示作为共鸣管集合体的共鸣管单元的固定电极中的声音的共鸣状态的正面剖面图。图中t表示共鸣管的长度，在本例中，示出传播1/2波长的声波的状态。
[0178] 引起共鸣现象的最小波长单位为1/2波长，两端开口端的共鸣现象的理论公式如下。即，若设f为超声波频率、c为声速(约340m/s)、λ为波长，则有如下关系[0179] λ＝mc/f (1)
[0180] (其中，m为整数)。这里，若设最佳音响管长为λopt、设n为奇数的自然数，则用[0181] λopt＝(nc/4)λ (2)
[0182] 来表示。
[0183] 当声波的波长λ满足公式(2)时，声压在音响管出口处最大，这是被求的音响管(共鸣管)长度、即固定电极的厚度部分的长度t。因此，图6(b)是使共鸣管单元、即固定电极最紧凑的状态，但若图中t为1/4波长的正的自然数倍，则也可取任意值。
[0184] 示出一例，在超声波的频率为40kHz的情况下，由于波长为8.5mm，所以只要有其1/4的2.125mm的共鸣管长度(固定电极厚度)t即可。由于产生的是超声波，所以若以
20kHz为基准，则波长为17mm。因此，只要有其1/4的4.25mm的共鸣管长度(固定电极厚度)t即可。
20kHz为基准，则波长为17mm。因此，只要有其1/4的4.25mm的共鸣管长度(固定电极厚度)t即可。
[0185] 另外，若以100kHz为基准，则波长为3.4mm。因此，只要有其1/4的0.85mm的共鸣管长度(固定电极厚度)t即可。
[0186] 现实中，如下式(3)所示，可以使固定电极的厚度部分长度t的选择值具有一定程度的范围。
[0187] (λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8 (3)
[0188] 其中，λ为超声波的波长(Hz)，n为正的奇数。
[0189] 另外，有
[0190] λ＝c/f (4)
[0191] 其中，c为声速，c＝331.3+0.6T(m/s)(其中，T为空气温度(℃))，f为超声波的频率(Hz)。
[0192] 式(3)的含义是指在共鸣管长度的最佳值前后(±)1/8波长的范围内选择共鸣管长度(固定电极厚度)。所谓1/8波长相当于最佳值的约70％，是指如下的界限值，即若为该值以上的值、则即便选择该值也可推测为效率上无大的损失。
[0193] 在本实施方式中，图1中在固定电极(共鸣管单元)10A的底部与振动膜之间实际上设置有若干间隙(尽管图中无间隙，为紧贴的状态)。该间隙用于开口端修正，一般需要为共鸣管半径的0.6～0.85倍左右。
[0194] 在利用本原理的情况下，前提是共鸣管内径比声波波长小得多，在管内产生平面波。在本发明实施方式的静电型超声波换能器的情况下，发生的超声波是平面波，另外，管内径最大为2.1mm左右，所以相对于作为载波振荡的超声波的频率为20kHz时的波长17mm，是足够小的值，故认为完全没有问题。
[0195] 这样，根据本发明实施方式的静电型超声波换能器，通过利用声音的共鸣现象来设定推挽(Push-Pull)型的静电型超声波换能器中的固定电极厚度部分的长度，以使固定电极中的贯通孔作为共鸣管来发挥作用，可在相同的驱动条件下产生强的超声波。换言之，就推挽型的静电型超声波换能器而言，能够以比此前更少的电能产生相同等级的声压，可实现低电压化(低功率化)。
[0196] 下面，图7中示出本发明另一实施方式的超声波换能器的结构。本发明实施方式的超声波换能器55的结构除将音响反射板设置在超声波换能器的背面外，与图1所示的结构相同。即，本实施方式的超声波换能器55是如下超声波换能器，即具有：作为电极发挥功能的、包含由导电性材料形成的导电部件的一对固定电极10A、10B；振动膜12，其被所述一对固定电极10A、10B夹持，具有电极层121，向该电极层121施加直流偏压；和保持一对固定电极10A、10B与振动膜12的部件(未图示)，一对固定电极10A、10B在隔着振动膜12相对的位置上具有数量相同且为多个的孔，向一对固定电极10A、10B的导电部件之间施加交流信号，其特征在于：在该超声波换能器的背面设置音响反射板200。设一对固定电极10A、10B的贯通孔的厚度部分的长度t相同，并且设定成如上所述作为共鸣管发挥作用，这与上述实施方式一样。
[0197] 音响反射板200被配置成从超声波换能器55背面的各开口部放射的超声波以全部相同长度的路径放射到超声波换能器55的前表面。
[0198] 即，音响反射板200具有：一对第1反射板201、201，其长度使得一端位于超声波换能器55背面的中心位置M处，以该中心位置为基准，相对于超声波换能器55背面的两侧，以45°的角度配置，另一端与超声波换能器55的端部X1、X2一致；和一对第2反射板202、202，与一对第1反射板201、201的所述端部成直角角度，分别沿所述第1反射板的外侧方向连接，具有与所述第1反射板长度相等的长度。
[0199] 在上述结构中，相对于超声波换能器55背面的中心M的两侧，以45°的角度配置第1反射板201、201，需要其端部到达与超声波换能器55的端部一致的点的长度。利用该第1反射板201、201，向水平方向反射从超声波换能器55背面放出的超声波。
[0200] 接着，通过将与第1反射板201、201具有直角角度连接的第2反射板202、202分别连接到第1反射板201、201的外侧，超声波从超声波换能器55的横向或上下放出到前表面。该第2反射板长度也必须与第1反射板长度相同。这里重要的是从超声波换能器55背面放射的超声波全部具有相同长度的路径。路径长度相同是指从背面放出的超声波的相位全部一致。
[0201] 另外，可如图7所示几何学地处理声波，这是因为放出的声波是超声波，所以具有极强的指向性。另一点需要言及的是从超声波换能器55前表面放出的超声波与从背面反射后放出到前表面的超声波的时间差。
[0202] 当假设换能器为圆形且其半径为r时，从距换能器中心距离为a的地点放出的超声波到达换能器前表面的距离为大致2r，即等于换能器的直径。不用说，距离a必须满足下式。
[0203] 0≤a≤r …… (1)
[0204] 若设换能器的直径为约10cm，声速为340m/sec，则从前表面放出的超声波与从背面放出的超声波反射后到达前表面的时间差为约0.29msec，由于是人不能感觉的时间差，所以没有问题。即，可有效利用从换能器的前表面和背面放出的超声波。
[0205] 图8表示本发明实施方式的超声波扬声器的结构。本实施方式的超声波扬声器将上述本发明实施方式的静电型超声波换能器(图1)用作超声波换能器55。
[0206] 图8中，本实施方式的超声波扬声器具有：生成可听频带的信号波的可听频率波振荡源(信号源)51、生成并输出超声波频带的载波的载波振荡源(载波提供单元)52、调制器(调制单元)53、功率放大器54和超声波换能器55。
[0207] 调制器53利用从可听频率波振荡源51输出的可听频带的信号波来调制从载波振荡源52输出的载波，经功率放大器54提供给超声波换能器55。
[0208] 上述结构中，通过调制器53，利用从可听频率波振荡源51输出的信号波，调制从载波振荡源52输出的超声波频带的载波，利用由功率放大器54放大的调制信号，驱动超声波换能器55。结果，上述调制信号被超声波换能器55转换为有限振幅等级的声波，将该声波放射到媒质中(空气中)，利用媒质(空气)的非线性效应，自己再现最初的可听频带的信号声。
[0209] 即，由于声波是将空气作为媒体来传播的疏密波，所以在调制后的超声波传播的过程中，空气的密的部分与疏的部分表现显著，密的部分声速快，疏的部分声速慢，所以调制波自身产生失真，结果，波形分离为载波(超声波频带)，再现可听波频带的信号波(信号声)。
[0210] 如上所述，若确保了高声压的宽频带性，则可作为扬声器用于各种用途中。超声波在空中衰减急剧，与其频率的平方成比例地衰减。因此，若载波频率(超声波)低，则衰减也少，可提供一种以波束状很远传递声音的超声波扬声器。
[0211] 相反，若载波频率高，则衰减急剧，所以参量阵效应不充分，可提供音宽的超声波扬声器。由于即便是相同的超声波扬声器，也可对应于用途分别使用，所以这些是非常有效的功能。
[0212] 另外，由于作为宠物与人们一起生活的多数狗能听到至40kHz的音，猫能听到至100kHz的音，所以若具有上述频率以上的载波频率，则还具有基本上不影响宠物的优点。无论怎样可在各种频率下利用具有很大的优点。
[0213] 根据本发明实施方式的超声波扬声器，可在宽频带下产生足以得到参量阵效应的高的声压电平的音响信号。
[0214] 另外，在本发明的超声波扬声器中，由于使用使所述一对固定电极各自的厚度t为大致(λ/4)·n(其中，λ为超声波的波长，n为正奇数)、或为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ为超声波的波长，n为正奇数)的静电型超声波换能器，所以各固定电极在贯通孔部分的固定电极的厚度部分构成共鸣管，可使声压在固定电极出口附近最大，可在相同的驱动条件下产生强的超声波。
[0215] [本发明静电型超声波换能器的固定电极制造方法的说明]
[0216] 下面，说明本发明的推挽型静电型超声波换能器的固定电极部分的制造方法。
[0217] 首先，参照图19说明利用光刻法，以现有方法制造超声波换能器的固定电极部分时的制造工序。图中，首先，在导电体板(使用铜、不锈钢，但对于镍电铸，适用铜)10上，覆盖形成了多个贯通孔图案的掩模部件11，利用蚀刻处理，在导电体板10C中形成贯通孔14(图19(a)、(b))。
[0218] 接着，在导电体板10C中形成贯通孔14之后，剥离掩模部件11，得到打空贯通孔14的导电体板10C(图19(c))。
[0219] 这里，由与导电体板10C的厚度的关系来制约利用蚀刻在导电体板10C中打空的贯通孔14的口径。例如，若设本发明实施方式的超声波换能器中使用的贯通孔14的最小口径为0.25mm，则设打空该直径的贯通孔14的板厚度为0.25mm以下。由此，在需要0.25mm以上厚度的固定电极的情况下，事先准备多个在厚度为0.25mm的金属板中通过蚀刻打空出贯通孔14的板，重叠必要张数的上述板，通过热压或扩散接合，使金属结合、层叠，制作期望厚度的固定电极。
[0220] 此时，确定为固定电极的厚度为大致(λ/4)·n(其中，λ为超声波的波长，n为正奇数)、或为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ为超声波的波长，n为正奇数)。即，贯通孔部分中的固定电极的厚度部分构成共鸣管。
[0221] 之后，由于在打空贯通孔14的导电体板10C(或已层叠的导电体板)中形成构成固定电极的振动膜夹持部(台阶部)，所以在粘附作为预处理材料的感光性抗蚀剂(在液体的情况下为涂敷，在膜的情况下为层叠)23之后，覆盖并曝光振动膜夹持部形成用掩模部件21(图19(d))。
[0222] 作为感光性抗蚀剂23，一般使用为了通过蚀刻或电镀等形成暂时的中间结构体而使用的液体抗蚀剂或干膜(dry film)，但在本结构品中，出于密封贯通孔14的目的，使用于膜较为有效。
[0223] 若利用显影去除无用的抗蚀剂，则仅形成固定电极的振动膜夹持部(台阶部)的部分的导电体板10C表面露出(图19(e))。
[0224] 之后，对导电体板10C的上述露出面，利用电铸法，使金属(例如镍)层叠至期望的高度(图19(f))。在电铸处理完成之后，若剥离残留抗蚀剂24，则完成期望的固定电极(图19(g))。
[0225] 下面示出利用以上现有制造工序制造时的固定电极的问题。
[0226] (1)振动膜中不能使用薄膜
[0227] 在用上述现有制造工序制造固定电极的情况下，即由导电材料来构成固定电极的振动膜夹持部的情况下，振动膜的金属蒸镀层(＝导电层)与固定电极的最大间隙为振动膜的绝缘层厚度。
[0228] 这里，本发明实施方式的超声波换能器中使用的振动电极膜的绝缘层由聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)等构成。
[0229] 这里，各材料的绝缘击穿强度如下所示。
[0230] PET、PPS、PI：200V/微米
[0231] PP：300V/微米
[0232] 另外，施加于该换能器上的电压对固定电极、振动电极膜均为数百V～数kV。
[0233] 由此，在现有结构中，例如在振动膜的绝缘层中使用PET的情况下，为了施加2kV的电压，至少需要10微米的膜厚，不能使用比10微米薄的膜来作为振动膜。
[0234] (2)容易引起绝缘击穿
[0235] 利用蚀刻处理成形的固定电极的边缘部非常锐利。另外，在执行追加加工(机械加工)的部位，产生几微米～十几微米的山谷状(valley)。另外，确认蚀刻处理过的金属容易引起变形，即便执行热压或扩散接合，也至少残留十几μm的翘曲。
[0236] 这样，若在固定电极中存在翘曲的状态下使振动电极膜确实被夹持，则如图20所示，固定电极中振动膜夹持部20的边缘部进λ振动膜12的绝缘层120中。
[0237] 在现有结构中，由于振动膜夹持部20由导电材料形成，所以振动膜12的电极层121与固定电极的导电部的最小间隙在图中为d1，间隙变窄了与进λ部分相应的部分，绝缘击穿强度下降。
[0238] 例如，在绝缘层120为PET的情况下，若d1小至1微米左右，则难以施加200V以上的电压。
[0239] (3)静电电容大，浪费地消耗能量
[0240] 接通功率由静电电容确定，振动膜12的电极层121与固定电极间的间隙越窄，即振动电极膜的绝缘层120越薄，则静电电容越大，接通功率增加。
[0241] 另一方面，最有助于超声波换能器的主特性(＝声压)的作用于振动膜12的静电力，由作为振动膜夹持部露出的固定电极的金属面面积与振动膜夹持部的级差(＝导电体与振动膜之间的间隙)所确定。
[0242] 由此，若使用绝缘层薄的振动膜，则静电力增加，但同时静电电容也大幅度增加，所以能量效率不好。
[0243] 如上所述，在利用现有制造工序制造超声波换能器的固定电极的情况下，存在(1)振动膜中不能使用薄膜、(2)固定电极与振动膜的导电层之间容易引起绝缘击穿、(3)振动膜的导电层与固定电极之间形成的静电电容大、浪费地消耗能量等问题。
[0244] 这些问题利用以下说明的超声波换能器的制造方法来解决。
[0245] (本发明的静电型超声波换能器的固定电极制造方法的第1实施方式(光刻法))[0246] 图9表示本发明的静电型超声波换能器的固定电极制造方法的第1实施方式。
[0248] 接着，在导电体板10C中形成贯通孔14之后，剥离掩模部件11，得到打空贯通孔14的导电体板10C(图9(c))。接着，层叠导电体板10C，设厚度为大致(λ/4)·n (其中，λ为超声波的波长，n为正奇数)、或为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ为超声波的波长，n为正奇数)。当然，在可由1张导电体板10C得到上述期望的厚度的情况下，不必层叠导电体板10C。
[0249] 之后，在打空贯通孔14的导电体极10C(或层叠的导电体板)上附加用于形成构成振动膜夹持部的级差的感光性抗蚀剂(在液体的情况下为涂敷处理，在膜的情况下为层叠处理)22之后，覆盖并曝光振动膜夹持部形成用掩模部件21(图9(d))。
[0250] 这里使用的作为振动膜夹持部形成材料的感光性抗蚀剂22可永久地构成为振动膜夹持部，并且，必须是非导电性物质。在认为有效的材料中，为液体的情况下，有感光性聚酰亚胺涂敷材料(＝半导体制造中使用的感光性涂敷材料，利用旋涂法，涂敷金属板来使用)，在膜的情况下，有用于电路基板的封装的感光性焊接抗蚀剂膜或感光性聚酰亚胺膜等。
[0251] 剥离振动膜夹持部形成用掩模部件21，当利用显影去除不需要的感光性抗蚀剂22时，仅成为固定电极的导电体板10C的表面露出，在其它部分中残留非导电性的感光性抗蚀剂22，完成期望的固定电极(图9(e))。
[0252] 在上述工序构成的超声波换能器的固定电极的制造方法中，由于利用光刻法由绝缘材料来形成夹持振动膜的固定电极中的振动膜夹持部，所以可不需要以往必需的金属电铸及之后的工序，缩短制造工序，并且削减制造成本。另外，不需要残留抗蚀剂剥离工序中使用的溶剂等(主要是强碱溶剂)，在环境的层面上也可得到改善。
[0253] (本发明的静电型超声波换能器的固定电极制造方法的第2实施方式(丝网印刷法))
[0254] 图10表示本发明的静电型超声波换能器的固定电极制造方法(制造工序)的第2实施方式。
[0255] 图10中，首先在导电体板(使用铜、不锈钢，但对于镍电铸，适用铜)10上，覆盖形成了多个贯通孔图案的掩模部件11，利用蚀刻处理，在导电体板10C中形成贯通孔14(图10(a)、(b))。
[0256] 接着，在导电体板10C中形成贯通孔14之后，剥离掩模部件11，得到打空贯通孔14的导电体板10C(图10(c))。接着，层叠导电体板10C，设厚度为大致(λ/4)·n(其中，λ为超声波的波长，n为正奇数)、或为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ为超声波的波长，n为正奇数)。当然，在可由1张导电体板10C得到上述期望的厚度的情况下，不必层叠导电体板10C。
[0257] 在打空贯通孔14的导电体板10C(或层叠的导电体板)上，设置用于形成固定电极中的振动膜夹持部的丝网印刷板30和液状的振动膜夹持部形成材料32，使橡皮滚31移动，在丝网印刷板30中未覆盖掩模部件的部分上涂上振动膜夹持部形成材料32(图
10(d))。
10(d))。
[0258] 这里，认为有效的振动膜夹持部形成材料32可永久地构成为振动膜夹持部，并且，是非导电性物质，例如，是电路基板中普遍使用的用作封装用液状焊接抗蚀剂或喷砂用抗蚀剂的掩蔽墨(masking ink)等。尤其是由于柔性印刷基板用的焊接抗蚀剂较柔软(铅笔的硬度，为HB～3H左右)，所以对牢固地夹持振动电极膜是有效的。
[0259] 若在向丝网印刷板30中未覆盖掩模部件的部分涂敷完振动膜夹持部形成材料32之后，卸下丝网印刷板30，则导电体板10C上的振动膜夹持部中残留非导电性的层(＝振动膜夹持部形成材料32)，使之干燥之后，完成期望的固定电极(图10(e))。
[0260] 这样，若利用丝网印刷法由绝缘材料来形成固定电极中的振动膜夹持部，则可不需要以往必需的金属电铸及之后的工序，并且也完全不需要利用光刻法进行的显影工序，所以大幅度缩短制造工序，并且大幅度削减制造成本。
[0261] 另外，作为其它超声波换能器的制造方法，也可以是如下方法，即，事先形成抗蚀剂，以仅使应涂敷的部分导电部露出，由喷墨头飞散涂敷非导电性墨水(非导电性涂料)，或浸渍于电沉积聚酰亚胺材料中，进行电沉积涂敷，在涂敷或电沉积之后，剥离抗蚀剂。
[0262] 如上所述，通过由非导电性材料(绝缘材料)形成静电型超声波换能器的固定电极中的振动膜夹持部，可得到如下效果。
[0263] (1)形成振动膜的膜厚度选择范围扩大。
[0264] 由于非导电性材料形成的固定电极中的振动膜夹持部的级差(几微米～几十微米)导致绝缘层的厚度增大，作为振动膜，即便是10微米以下的薄膜也没有问题，可在高电压下使用。
[0265] 例如，对振动电极膜的绝缘层使用3微米的PET膜的情况下，在现有的固定电极结构(由导电性材料形成固定电极整体)中，600V为可施加的电压上限值，但通过应用非导电性材料，例如即便在设振动膜夹持部的级差为3微米的情况下，由于固定电极面与振动膜的导电层的间隙为6微米，所以可施加1kV以上的电压。
[0266] 另外，在例如设固定电极中的振动膜夹持部的级差为20微米，想施加3kV的电压的情况下，在现有的固定电极结构中，需要15微米的绝缘层(PET)，但若在形成固定电极的振动膜夹持部中使用非导电性材料，则1微米的PET膜(间隙：21微米)就足以。
[0267] (2)可避免振动膜的破损引起的固定电极与振动膜导电层之间的绝缘击穿。
[0268] 即，在由非导电性材料构成固定电极10A、10B的振动膜夹持部20的情况下，图20中，由于使振动膜夹持部20的级差d2(几微米～几十微米)作为绝缘层，所以振动膜12的电极层121与固定电极的固定电极部(导电部)10的最小间隙变为(d1+d2)，故即便边缘部深入地进入振动膜12的绝缘层120中，也可充分确保绝缘击穿强度，不会产生以往的缺陷，即便是薄的振动电极膜也可没有问题地进行处理。
[0269] 另外，即便在固定电极10A或10B的一部分完全接触振动膜12的电极层121、或完全突破振动膜12而接触相反侧的固定电极的情况下，导电部彼此也不会接触，可完全防止固定电极的结构变形引起的绝缘强度下降和短路。
[0270] (3)通过静电电容降低来改善能量效率
[0271] 与以往全部由导电材料构成固定电极的情况相比，若由非导电性材料形成振动膜夹持部，则可完全不改变作用于振动膜上的静电力，仪降低与固定电极的导电部(固定电极部10)之间的静电电容。
[0272] 例如，在本发明的换能器的结构(图21)中，图11(a)、(b)示出设振动膜12的绝缘层120为PET(介电常数比为3.2)，其厚度为t1，设振动膜夹持部20为聚酰亚胺(介电常数比为3.5)，其厚度(＝振动膜夹持部2的级差)为t2，设振动膜夹持部20的外径为φD1，内径为外径的一半时的、与现有固定电极结构的静电电容比。
[0273] 从图中可知，振动膜12的绝缘层120的厚度t1越薄，则由绝缘材料形成振动膜夹持部20引起的静电电容的降低效果越大，另外，振动膜夹持部20的厚度t2越厚，则静电电容的降低效果大。
[0274] 如上所述，由于可不改变静电力，仅降低接通功率，所以可实现改善了能量效率的超声波换能器。
[0275] [本发明的超指向性音响系统的结构例说明]
[0276] 下面，说明使用采用本发明的静电型超声波换能器、即由如下推挽型静电型超声波换能器来构成的超声波扬声器的超指向性音响系统，该推挽型静电型超声波换能器将固定电极的厚度t设为大致(λ/4)·n(其中，λ为超声波的波长，n为正奇数)、或为(λ/4)·n-λ/8≤t≤(λ/4)·n+λ/8(其中，λ为超声波的波长，n为正奇数)，贯通孔部分构成共鸣管。
[0277] 下面，以投影仪为例来说明本发明的超指向性音响系统的一例。本发明的超指向性音响系统不限于投影仪，可广泛适用于执行声音与视频再现的显示装置。
[0278] 图12表示本发明的投影仪的使用状态。如图所示，投影仪301设置于视听者303的后方，将视频投影到设置于视听者303前方的屏幕302上，同时，利用搭载于投影仪301上的超声波扬声器，在屏幕302的投影面中形成虚拟声源，再现声音。
[0279] 图13表示投影仪301的外观结构。投影仪301由投影仪主体320与超声波扬声器一体构成，该主体320包含将视频投影到屏幕等投影面上的投影光学系统，该超声波扬声器包含可振荡超声波频带的声波的超声波换能器324A、324B来构成，根据从音响源提供的声音信号来再现可听频带的信号声。在本实施方式中，为了再现立体声音信号，夹持着构成投影光学系统的投影仪镜头331，将在左右构成超声波扬声器的超声波换能器324A、324B搭载于投影仪主体上。
[0280] 并且，在投影仪主体320的底面中设置低音再现用扬声器323。另外，325是调整投影仪主体320的高度的高度调整螺钉，326是冷却扇用的排气口。
[0281] 另外，在投影仪301中，作为构成超声波扬声器的超声波换能器，使用本发明的推挽型静电型超声波换能器(贯通孔部分构成共鸣管的静电型超声波换能器)，可以利用高声压来振荡宽频带的音响信号(超声波频带的声波)。因此，通过变更载波的频率，可控制可听频带的再现信号的空间再现范围，从而不需要以往必需的大型音响系统就可实现立体声环绕系统或5.1ch环绕系统等得到的音响效果，并可实现手持搬运容易的投影仪。
[0282] 之后，图14表示投影仪301的电结构。投影仪301具有：操作输入部310、超声波扬声器、高通滤波器317A、317B、低通滤波器319、加法器321、功率放大器322C、低音再现用扬声器323、和投影仪主体320，超声波扬声器由再现范围设定部312、再现范围控制处理部313、声音/视频信号再现部314、载波振荡源316、调制器318A、318B、功率放大器322A、322B及静电型超声波换能器324A、324B构成。静电型超声波换能器324A、324B是本发明的推挽型静电型超声波换能器(贯通孔部分构成共鸣管的静电型超声波换能器)。
[0283] 投影仪主体320具有生成视频的视频生成部332和将生成的视频投影到投影面上的投影光学系统333。投影仪301将超声波扬声器和低音再现用扬声器323与投影仪主体320一体化构成。
[0284] 操作输入部310具有包含0～9数字键、数字键、执行电源的开关的电源键的各种功能键。再现范围设定部312可通过用户操作对输入部310进行键操作，输入指定再现信号(信号音)的再现范围的数据，若输入该数据，则设定规定再现信号的再现范围的载波频率，并保持。再现信号的再现范围的设定是通过指定再现信号从超声波换能器324A、324B的声波放射面、沿放射轴方向到达的距离来进行的。
[0286] 另外，再现范围控制处理部313具有如下功能，即参照再现范围设定部312的设定内容，控制载波振荡源316，以变更由载波振荡源316生成的载波的频率，以成为设定的再现范围。
[0287] 例如，在设定载波频率对应于50kHz的上述距离作为再现范围设定部312的内部信息的情况下，控制载波振荡源316以50kHz振荡。
[0288] 再现范围控制处理部313具有存储部，事先存储表示再现信号从规定再现范围的超声波换能器324A、324B的声波放射面、沿放射轴方向到达的距离，与载波的频率的关系的表格。该表格的数据通过实际计测载波的频率与上述再现信号的到达距离的关系来得到。
[0289] 再现范围控制处理部313根据再现范围设定部312的设定内容，参照上述表格，求出对应于设定的距离信息的载波的频率，控制载波振荡源316以变为该频率。
[0290] 声音/视频信号再现部314例如是使用DVD作为视频媒体的DVD播放器，再现的声音信号中R信道的声音信号经高通滤波器317A输出到调制器318A，L信道的声音信号经高通滤波器317B输出到调制器318B，视频信号输出到投影仪主体320的视频生成部332。
[0291] 另外，从声音/视频信号再现部314输出的R信道声音信号与L信道声音信号由加法器321合成，经低通滤波器319输入到功率放大器322C。声音/视频信号再现部314相当于音响源。
[0292] 高通滤波器317A、317B分别具有仅使R信道、L信道的声音信号中的中高音域的频率成分通过的特性，另外，低通滤波器具有仅使R信道、L信道的声音信号中的低音域的频率成分通过的特性。
[0293] 因此，上述R信道、L信道的声音信号中，中高音域的声音信号分别由超声波换能器324A、324B再现，上述R信道、L信道的声音信号中，低音域的声音信号由低音再现用扬声器323再现。
[0294] 声音/视频信号再现部314不限于DVD播放器，也可以是再现从外部输入的视频信号的再现装置。另外，声音/视频信号再现部314具有向再现范围设定部312输出指示再现范围的控制信号的功能，以便为了实现对应于再现的视频场景的音响效果，而动态地变更再现音的再现范围。
[0295] 载波振荡源316具有如下功能，生成从再现范围设定部312指示的超声波频带的频率的载波，并输出到调制器318A、318B。
[0296] 调制器318A、318B具有如下功能，利用从声音/视频信号再现部314输出的可听频带的声音信号来对载波振荡源316提供的载波进行AM调制，将该调制信号分别输出到功率放大器322A、322B。
[0297] 超声波换能器324A、324B分别具有如下功能，由从调制器318A、318B经功率放大器322A、322B输出的调制信号驱动，将该调制信号转换为有限振幅等级的声波，放射到媒质中，再现可听频带的信号声(再现信号)。
[0298] 视频生成部332具有液晶显示器、等离子体显示面板(PDP)等显示器、和根据从声音/视频信号再现部314输出的视频信号来驱动该显示器的驱动电路等，生成由从声音/视频信号再现部314输出的视频信号得到的视频。
[0299] 投影光学系统333具有如下功能，将显示于显示器中的视频投影到设置于投影仪主体320前方的屏幕等投影面中。
[0300] 下面，说明上述结构的投影仪301的动作。首先，通过用户的键操作，从操作输入部310对再现范围设定部312设定指示再现信号的再现范围的数据(距离信息)，指示声音/视频信号再现部314再现。
[0301] 结果，再现范围设定部312被设定规定再现范围的距离信息，再现范围控制处理部313取得对再现范围设定部312设定的距离信息，参照存储在内置的存储部中的表格，求出对应于上述设定的距离信息的载波频率，控制载波振荡源316以生成该频率的载波。
[0302] 结果，载波振荡源316生成对应于对再现范围设定部312设定的距离信息的频率的载波，输出到调制器318A、318B。
[0303] 另一方面，声音/视频信号再现部314将再现的声音信号中R信道的声音信号经高通滤波器317A输出到调制器318A，将L信道的声音信号经高通滤波器317B输出到调制器318B，将R信道的声音信号和L信道的声音信号输出到加法器321，将视频信号输出到投影仪主体320的视频生成部332。
[0304] 因此，由高通滤波器317A将上述R信道的声音信号中、中高音域的声音信号输入到调制器318，由高通滤波器317B将上述L信道的声音信号中、中高音域的声音信号输入到调制器318B。
[0305] 另外，上述R信道的声音信号和L信道的声音信号由加法器321合成，由低通滤波器319将上述R信道的声音信号和L信道的声音信号中、低音域的声音信号输入到功率放大器322C。
[0306] 视频生成部332根据输入的视频信号，驱动显示器，生成并显示视频。该显示于显示器中的视频被投影光学系统333投影到投影面、例如图12所示的屏幕302中。
[0307] 另一方面，调制器318A利用从高通滤波器317A输出的上述R信道的声音信号中的中高音域的声音信号来对载波振荡源316输出的载波进行AM调制，并输出到功率放大器322A。
[0308] 调制器318B利用从高通滤波器317B输出的上述L信道的声音信号中的中高音域的声音信号来对载波振荡源316输出的载波进行AM调制，并输出到功率放大器322B。
[0309] 将由功率放大器322A、322B放大的调制信号分别施加于超声波换能器324A、324B的上电极10A与下电极10B(参照图1)之间，将该调制信号转换为有限振幅等级的声波(音响信号)，放射到媒质(空气中)，从超声波换能器324A再现上述R信道的声音信号中的中高音域的声音信号，从超声波换能器324B再现上述L信道的声音信号中的中高音域的声音信号。
[0310] 由低音再现用扬声器323再现被功率放大器322C放大的上述R信道和L信道中的低音域的声音信号。
[0311] 如上所述，在被超声波换能器放射到媒质中(空气中)的超声波的传播中，伴随着该传播，声压高的部分，声速高，声压低的部分，声速慢。结果，产生波形的失真。
[0312] 在用可听频带的信号调制(AM调制)放射的超声波频带的信号(载波)的情况下，利用上述波形失真的结果，用于调制时的可听频带的信号波与超声波频带的载波分离，以自解调的形式形成。此时，根据超声波的特性，再现信号的宽度变为波束状，仅沿与通常的扬声器完全不同的特定方向再现声音。
[0313] 从构成超声波扬声器的超声波换能器324输出的波束状再现信号被投影光学系统333放射到投影视频的投影面(屏幕)，在投影面漫反射。此时，对应于对再现范围设定部312设定的载波频率，再现范围变化，以使从超声波换能器324的声波放射面至沿其放射轴方向(法线方向)从载波分离再现信号的距离、载波的波束宽度(波束的扩散角)不同。
[0314] 图15示出包含投影仪301中的超声波换能器324A、324B构成的超声波扬声器再现再现信号时的状态。投影仪301中，当由用声音信号调制载波的调制信号来驱动超声波换能器时，在再现范围设定部312设定的载波频率低的情况下，从超声波换能器324的声波放射面至沿其放射轴方向(声波放射面的法线方向)从载波分离再现信号的距离、即至再现地点的距离变长。
[0315] 因此，再现的可听频带的再现信号的波束不太宽，到达投影面(屏幕)302，在该状态下，由于在投影面302反射，所以再现范围变为图15中由虚线箭头表示的可听范围A，变为仪在距投影面302较远且窄的范围内能听到再现信号(再现声)的状态。
[0316] 与此相对，在由再现范围设定部312设定的载波频率比上述情况高的情况下，从超声波换能器324的声波放射面放射的声波比载波频率低的情况集中，但从超声波换能器324的声波放射面至沿其放射轴方向(声波放射面的法线方向)从载波分离再现信号的距离、即至再现地点的距离变短。
[0317] 因此，再现的可听频带的再现信号的波束在到达投影面302之前变宽，到达投影面302，在该状态下，由于在投影面302反射，所以再现范围变为图15中由实线箭头表示的可听范围B，变为仅在距投影面302较近且宽的范围内能听到再现信号(再现声)的状态。
[0318] 如上所述，本发明的投影仪中，使用采用推挽型静电型超声波换能器(贯通孔部分构成共鸣管的静电型超声波换能器)的超声波扬声器，可具有足够的声压与宽带特性，再现音响信号以使得音响信号从形成于屏幕等声波反射面附近的虚拟声源发出。因此，该再现范围的控制也容易进行。
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