专利名称：超声波换能器、超声波扬声器及超声波换能器驱动控制方法
技术领域：
本发明涉及超声波换能器、超声波扬声器以及超声波换能器的驱动控制方法，具体涉及作为静电型超声波换能器、可忠实于输入信号而输出声波的超声波换能器、超声波扬声器以及超声波换能器的驱动控制方法。
背景技术：
作为超声波换能器的代表，具有压电型换能器和静电型换能器。压电型换能器是将压电器件等的压电元件使用于振动体、利用其谐振频带进行驱动的类型的谐振型换能器。因此，具有的特征是，虽然可有效产生高声压，但是声压-频率特性是窄频带。相比之下，静电型换能器是通过使静电力作用于固定电极和薄的电极膜之间来使电极膜振动的类型的换能器，具有的特征是，声压-频率特性是宽频带。
另外，当把使用可听频带的声音信号对高声压的超声波载波进行了振幅调制后的调制波(声波)发射到空中时，由于空气的非线性，在声压高的位置，声速增高，在声压低的位置，声速降低，随着声波在空中传播，波形发生失真。结果，公知的是，随着声波在空中传播，波形失真累积而逐渐使载波分量衰减，在调制中使用的可听频带的声音信号分量逐渐被自解调。该现象被称为参量阵列。由于使用超声波进行传送，使得自解调后的可听音具有锐指向性，因此，应用了该原理的扬声器被称为参量扬声器和超指向性扬声器(超声波扬声器)等。
由于超指向性扬声器(超声波扬声器)必须产生高声压，因而以往的超指向性扬声器一般使用谐振型换能器(例如，参照专利文献1、2)。然而，以往的超指向性扬声器与扩音器相比较，经常被评价为再现音质低，仅用于局部播音和展示解说等的声音用途上。这样，谐振型换能器由于声压-频率特性是窄频带，驱动频率受到限制，因而存在的问题是，难以实现再现音质的提高，也难以调节再现范围。并且，还有另一个问题是，由于对过大输入敏感，容易使元件破损，因而在处理时也需要注意。
另一方面，在静电型换能器的情况下，与谐振型换能器相比，每单位面积的输出声压减小，但具有宽频带的声压-频率特性，因而具有的优点是，容易实现再现音质的提高，容易调节再现范围。并且，由于与谐振型换能器相比较，振动体(膜)柔软，因而还具有的优点是，即使对于过大输入也难以使换能器破损，不象谐振型换能器那样在处理时变得神经紧张。
这样，从提高再现音质和容易处理的观点来看，优选使用静电型换能器来构成超指向性扬声器。
并且，静电型换能器在其结构方面大致分为二种类型，即牵引型和推挽型。各自的优点和缺点如下。
图8是用于对牵引型的静电型超声波换能器的驱动概念进行说明的图，使交流信号与从直流偏置电源输出的直流偏压重叠来施加在把导电层蒸镀在振动膜(绝缘膜等)上的振动电极膜10和固定电极20之间，根据该交流信号使振动电极膜10振动来输出超声波。
图8(a)示出在交流信号的正(+)侧的输出在与直流偏压重叠的状态下被施加给振动电极膜10的情况下的振动电极膜10的振幅状态，图8(b)示出在交流信号的负(-)侧的输出在与直流偏压重叠的状态下被施加给振动电极膜10的情况下的振动电极膜10的振幅状态。
在图8(a)所示的状态的情况下，固定电极20和振动电极膜10之间的电位差增大，强静电力(吸引力)作用于固定电极20和振动电极膜10之间，振动电极膜10的中央部被吸引向固定电极20的方向。在图8(b)所示的状态的情况下，固定电极20和振动电极膜10之间的电位差减小，固定电极20和振动电极膜10之间的静电力(吸引力)减弱，振动电极膜10的中央部由于弹性恢复力而被拉回与固定电极20相反的方向。这样，振动电极膜10根据交流信号进行振动，输出超声波。
由于该牵引型的静电型超声波换能器不象推挽型的静电型超声波换能器那样(后述)，不需要在固定电极上设置用于使声波通过的通孔等，因而具有的优点是，开口率大，容易获得声压。另一方面，具有的缺点是，由于有助于振动的成分仅是静电吸引力和膜的弹性恢复力，因而输出波形的失真增大。
并且，图9是用于对推挽型的静电型超声波换能器的驱动概念进行说明的图，在推挽型的静电型超声波换能器中，与振动电极膜10对置设置有上侧固定电极20a和下侧固定电极20b。而且，使用直流偏置电源把+侧直流偏压提供给振动电极膜10，在上侧固定电极20a和下侧固定电极20b之间施加交流信号。
图9(a)是示出在交流信号为零(0)的情况下的振动电极膜10的振幅状态的图，振动电极膜10处于中立(上侧固定电极20a和下侧固定电极20b的正中)位置。
图9(b)是示出在交流信号的+电压被施加给上侧固定电极20a、交流信号的-电压被施加给下侧固定电极20b的情况下的振动电极膜10的振幅状态的图，振动电极膜10的中央部由于与下侧固定电极20b之间的静电力(吸引力)和与上侧固定电极20a之间的静电力(排斥力)而被吸引向下侧固定电极20b的方向。
图9(c)是示出在交流信号的-电压被施加给上侧固定电极20a、交流信号的+电压被施加给下侧固定电极20b的情况下的振动电极膜10的振幅状态的图，振动电极膜10的中央部由于与上侧固定电极20a之间的静电力(吸引力)和与下侧固定电极20b之间的静电力(排斥力)而被吸引向上侧固定电极20a的方向。
这样，振动电极膜10根据交流信号进行振动，输出声波。
该推挽型的静电型超声波换能器具有的优点是，由于振动膜受到静电吸引力和静电排斥力的双方的作用，即，静电力正负对称作用于振动膜，因而输出波形的失真减小。另一方面，由于通过固定电极内所设置的通孔输出声波，因而缺点是，开口率小，难以获得声压。
另外，在把静电型换能器用于超指向性扬声器的情况下，存在的特有的问题是，即使把超声波频带的理想振幅调制波输入到扬声器，当从换能器输出的波形(载波)的正负非对称失真大时，该失真分量成为可听音分量，除了超声波分量以外，还从扬声器直接输出可听音，听感上的指向性降低。这是由于，静电型换能器具有宽频带的声压特性(即使直接输入可听音本身，也输出适当的声压)，可以说是具有宽频带特性的换能器所特有的问题。因此，为了避免上述问题，优选使用输出波形失真比牵引型小的推挽型。
然而，推挽型换能器为了向外部放出声音，必须在固定电极设置使声波贯通的孔。因此，存在的问题是，如果想要增加开口率，则作用于振动膜的静电力减小而使声压降低，反之如果想要增加每单位面积的静电力，则开口率降低，不能合适地增加声压。并且，还存在的问题是，与牵引型超声波换能器相比，由于难以制造，需要高的加工精度和定位精度，因而花费成本。
首先，产生高声压是用于实现高指向性的扬声器的第一必要条件，对于产生高声压而言，牵引型换能器比推挽型换能器更容易实现。
考虑把正弦波的驱动信号提供给牵引型的静电型换能器进行驱动的情况。牵引型的静电型换能器在振动电极膜和固定电极之间施加直流偏压而使静电吸引力产生作用，在向振动膜施加张力的状态下，使交流信号与直流偏压重叠而使静电吸引力变动，从而使振动膜振动。
这样，仅使静电吸引力和膜的弹性力(恢复力)作用于振动膜，强制振动力仅是静电吸引力。因此，与从上下两固定电极使吸引力和排斥力对称地作用于振动膜的推挽型换能器相比较，难以使振动膜正负(上下)对称地振动。
图10是示出振动波形的上下非对称失真的例，如图所示，即使输入+侧振幅和-侧振幅的大小相等的正弦波信号(由虚线表示的波形)，也如实线所示，正负非对称地振动。
因此，在使用以往的牵引型换能器来构成超指向性扬声器的情况下，存在的问题是，输出波形(载波)发生正负非对称失真，听感上的指向性降低。
特开2003-47085号公报 特开2004-112212号公报发明内容本发明是为了解决这种问题而提出的，本发明的目的是提供可在牵引型的静电型换能器中，抑制输出振动波形的正负(上下)非对称失真、减少从换能器直接发出的可听音分量、构成为指向性高的扬声器的超声波换能器、超声波扬声器以及超声波换能器的驱动控制方法。
本发明是为了解决上述课题而提出的，本发明的超声波换能器具有固定电极；振动膜，与该固定电极的表面对置设置并具有导电层；以及保持前述固定电极和振动膜的部件，该超声波换能器通过在前述固定电极和振动膜的导电层之间施加交流信号来产生超声波，其特征在于，前述固定电极的一部分形成为驱动超声波换能器的驱动用固定电极，一部分形成为检测前述振动膜的振幅的检测用固定电极，并且该超声波换能器具有如下单元，即，其根据由前述检测用固定电极所检测的振动膜的振幅大小，控制要施加给前述驱动用固定电极的信号，使得该振动膜的振幅大小与输入信号成比例地振动。
根据这种构成，在静电型超声波换能器中，固定电极的一部分被用作超声波换能器的驱动用固定电极，一部分被用作检测用固定电极(静电型传感器)。而且，根据由检测用固定电极所检测出的振动膜的振幅信息，使用不同的放大率把要提供给驱动用固定电极的信号的+侧信号和-侧信号放大，使得振动膜的振幅针对正负对称的输入信号正负对称地，即忠实于该输入信号(与该输入信号成比例)地振动，从而驱动控制超声波换能器。
这样，由于可抑制静电型超声波换能器中的输出振动波形的正负非对称失真，减少从超声波换能器直接发出的可听音分量，因而可把静电型超声波换能器构成为指向性更高的超声波扬声器。
并且，本发明的超声波换能器，其特征在于，前述固定电极由相互绝缘的多个电极形成，前述固定电极的一部分形成为驱动用固定电极，一部分形成为振幅检测用的检测用固定电极。
根据这种构成，例如，使用多个检测用固定电极来进行振动膜的振幅检测。在此情况下，把由多个检测用固定电极所检测出的振幅电压的平均值用作检测输出。
这样，由于超声波换能器的中央部是可获得最大振幅的部分，因而可把该部分用作驱动用固定电极。
并且，本发明的超声波换能器，其特征在于，前述振动膜是在单侧表面覆盖形成有导电层的绝缘膜，绝缘膜面侧被保持成与前述固定电极对置。
根据这种构成，例如，可防止在振动膜的一部分与固定电极接触时的振动膜和固定电极间的短路。
并且，本发明的超声波换能器，其特征在于，在前述固定电极和振动膜之间设置有空隙。
根据这种构成，在固定电极和振动膜之间整体设置空隙。这样，可把超声波换能器作为适合于重视可听音频带的再现的扩音器的扬声器。
并且，本发明的超声波换能器，其特征在于，在前述固定电极的与振动膜对置的面形成有凹凸部。
根据这种构成，在驱动用固定电极的与振动膜对置的面设置凹凸，将振动膜保持成与固定电极的凸部接触。这样，仅在固定电极的凹部和振动膜之间形成空隙，使振动膜仅在固定电极的凹部分振动(振动面积减小)，因而除了获得抑制输出振动波形的正负非对称失真的效果以外，也提高了超声波频带的灵敏度(响应性)。
并且，本发明的超声波换能器，其特征在于，具有振幅电压检测单元，通过测定前述检测用固定电极和前述振动膜的导电层之间的电压，检测因振动膜的振幅而产生的振幅电压；正(+)侧振幅电压电平检测单元，检测由前述振幅电压检测单元所检测出的振幅电压的+侧的振幅电压电平；以及负(-)侧振幅电压电平检测单元，检测由前述振幅电压检测单元所检测出的振幅电压的-侧的振幅电压电平。
根据这种构成，通过振幅电压检测单元，把检测用固定电极和振动膜的导电层用作静电传感器，测定检测用固定电极和导电层之间的电压，检测振动膜的振动(振幅)状态。在此情况下，根据由振幅电压检测单元所检测出的振幅电压，通过+侧振幅电压电平检测单元，检测正(+)侧的振幅电压电平，检测振动膜的一侧(+侧)的振动状态。并且，通过-侧振幅电压电平检测单元检测负(-)侧振幅电压电平，检测振动膜的另一侧(一侧)的振幅状态。
这样，可检测振动膜针对正负的驱动信号的振幅状态，检测振动膜中的非对称失真。
并且，本发明的超声波换能器，其特征在于，具有+侧误差检测单元，检测由前述+侧振幅电压电平检测单元所检测出的+侧振幅电压电平和目标电压电平的误差；-侧误差检测单元，检测由前述-侧振幅电压电平检测单元所检测出的-侧振幅电压电平和目标电压电平的误差；+侧可变增益调整单元，根据前述+侧误差检测单元的误差检测结果，调整要施加给驱动用固定电极的交流信号的+侧的增益；以及-侧可变增益调整单元，根据前述-侧误差检测单元的误差检测结果，调整要施加给驱动用固定电极的交流信号的-侧的增益。
根据这种构成，通过+侧误差检测单元，检测由振幅电压检测单元所检测出的+侧振动电压电平和目标电压电平的误差。通过-侧误差检测单元，检测由振幅电压检测单元所检测出的-侧振幅电压电平和目标电压电平的误差。而且，根据+侧误差检测单元的误差检测结果，通过+侧可变增益调整单元，调整要施加给前述驱动用固定电极的交流信号的+侧的增益。并且，根据-侧误差检测单元的误差检测结果，通过-侧可变增益调整单元，调整要施加给前述驱动用固定电极的交流信号的-侧的增益。
这样，可调整驱动超声波换能器的正负的信号的增益，抑制超声波换能器中的正负非对称失真。
并且，本发明的超声波换能器，其特征在于，具有手动调整单元，手动调整前述+侧可变增益调整单元和-侧可变增益调整单元的增益。
根据这种构成，可在调整驱动超声波换能器的信号的+侧的增益的+侧可变增益调整单元和调整-侧的信号的增益的-侧可变增益调整单元中，手动调整增益。
这样，例如，通过在工厂出货时预先手动调整增益，可使超声波换能器在最佳状态下出货。
并且，本发明的超声波扬声器，其特征在于，具有调制单元，其生成使用可听频带的声音信号对超声波频带的载波进行了调制后的调制波，从前述调制单元向前述超声波换能器提供前述调制波。
根据这种构成，可使用抑制了输出振动波形的正负非对称失真的超声波换能器来构成可再现高指向性的解调音的超声波扬声器。
并且，本发明提供了超声波换能器的驱动控制方法，该超声波换能器具有固定电极；振动膜，与该固定电极的表面对置设置并具有导电层；以及保持前述固定电极和振动膜的部件，该超声波换能器通过在前述固定电极和振动膜的导电层之间施加交流信号来产生超声波，该驱动控制方法的特征在于，包含以下步骤把前述固定电极的一部分用作驱动超声波换能器的驱动用固定电极，把一部分用作检测前述振动膜的振幅的检测用固定电极；以及根据由前述检测用固定电极所检测出的振动膜的振幅大小，控制要施加给前述驱动用固定电极的信号，使得该振动膜的振幅大小与输入信号成比例地振动。
根据这种方法，在静电型超声波换能器中，把固定电极的一部分用作超声波换能器的驱动用固定电极，把固定电极的一部分用作检测用固定电极(静电型传感器)。而且，根据由检测用固定电极所检测出的振动膜的振幅信息，使用不同的放大率把要提供给驱动用固定电极的信号的+侧信号和-侧信号放大，使得振动膜的振幅针对正负对称的输入信号正负对称地，即忠实于该输入信号(与该输入信号成比例)地振动，从而驱动控制超声波换能器。
这样，由于可抑制静电型超声波换能器中的输出振动波形的正负非对称失真，减少从超声波换能器直接发出的可听音分量，因而可把静电型超声波换能器构成为指向性更高的超声波扬声器。
并且，本发明的超声波换能器的驱动控制方法，其特征在于，还包含振幅电压检测步骤，通过测定前述检测用固定电极和前述振动膜的导电层之间的电压，检测因振动膜的振幅而产生的振幅电压；正(+)侧振幅电压电平检测步骤，检测由前述振幅电压检测步骤所检测出的振幅电压的+侧的振幅电压电平；负(-)侧振幅电压电平检测步骤，检测由前述振幅电压检测步骤所检测出的振幅电压的-侧的振幅电压电平；+侧误差检测步骤，检测由前述+侧振幅电压电平检测步骤所检测出的+侧的振幅电压电平和目标电压电平的误差；-侧误差检测步骤，检测由前述-侧振幅电压电平检测步骤所检测出的-侧的振幅电压电平和目标电压电平的误差；+侧可变增益调整步骤，根据前述+侧误差检测步骤的误差检测结果，调整要施加给前述驱动用固定电极的交流信号的+侧的增益；以及-侧可变增益调整步骤，根据前述-侧误差检测步骤的误差检测结果，调整要施加给前述驱动用固定电极的交流信号的-侧的增益。
根据这种方法，通过振幅电压检测步骤，把检测用固定电极和振动膜的导电层用作静电传感器，测定检测用固定电极和导电层之间的电压，检测振动膜的振动(振幅)状态。在此情况下，根据由振幅电压检测步骤所检测出的振幅电压，通过+侧振幅电压电平检测步骤，检测正(+)侧的振幅电压电平，检测振动膜的正侧(+侧)的振动状态。并且，通过-侧振幅电压电平检测步骤检测负(-)侧的振幅电压电平，检测振动膜的另一侧(-侧)的振幅状态。
而且，通过+侧误差检测步骤，检测由振幅电压检测步骤所检测出的+侧的振动电压电平和目标电压电平的误差。并且，通过-侧误差检测步骤，检测由振幅电压检测步骤所检测出的-侧的振幅电压电平和目标电压电平的误差。而且，根据+侧误差检测步骤的误差检测结果，通过+侧可变增益调整步骤，调整要施加给驱动用固定电极的交流信号的+侧的增益。并且，根据-侧误差检测步骤的误差检测结果，通过-侧可变增益调整步骤，调整要施加给驱动用固定电极的交流信号的-侧的增益。
这样，可检测振动膜针对正负的驱动信号的振幅状态，根据该检测结果，调整驱动超声波换能器的正负的信号的增益，可以抑制超声波换能器中的正负非对称失真。
图1是示出本发明的超声波换能器的第1构成例的图。
图2是示出本发明的超声波换能器的第2构成例的图。
图3是图2所示的超声波换能器的俯视图。
图4是示出振动电极膜的构成例的图。
图5是示出本发明的超声波换能器的第3构成例的图。
图6是示出振幅检测部的一构成例的图。
图7是示出电压控制部的一构成例的图。
图8是牵引型的静电型超声波换能器的驱动概念的说明图。
图9是推挽型的静电型超声波换能器的驱动概念的说明图。
图10是示出振动波形的上下非对称失真例的图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。
图1是示出本发明的超声波换能器的第1构成例的图。图1所示的超声波换能器1是圆形状的牵引型的静电型超声波换能器，图1(a)是超声波换能器1的俯视图，是从导电层12侧朝固定电极20的方向观察超声波换能器1的图，为了容易理解，是去除了导电层12的左上的一半后进行图示的图。并且，图1(b)是图1所示的超声波换能器的截面图(A-A’方向的截面图)。
超声波换能器1由以下构成，即振动电极膜10，通过蒸镀等将导电层(上电极)12设置在作为绝缘体(例如，绝缘膜等)的振动膜11的上表面；以及与振动膜11对置的固定电极(下电极)20。
固定电极20在表面形成有同心圆状的凹凸部，并且具有将被绝缘层23相互绝缘的多个电极邻接配置的结构。在固定电极20中，使一部分与电压控制部40连接并向它们施加交流信号，用作驱动超声波换能器1的驱动用固定电极21。并且，使一部分与振幅检测部30连接来用作检测振动膜的振幅信息的检测用固定电极22。
在图1所示的示例中，采用沿圆的直径方向将固定电极20横截的形状来设置检测用固定电极22。该检测用固定电极22与振幅检测部30连接，根据由振幅检测部30所检测出的振动电极膜10的振幅信息，通过电压控制部40调整要提供给驱动用固定电极21的交流信号(驱动电压)，使得振动膜11的振幅针对正负对称的输入信号正负对称地振动。另外，振幅检测部30和电压控制部40的构成和动作的详情在后面描述。
另外，图1所示的示例是在驱动用固定电极21设置有凹凸部的超声波换能器的示例，振动膜11被保持成与固定电极20的凸部接触。根据这种构成，由于仅在固定电极20的凹部和振动膜11之间形成空隙，使振动膜11仅在固定电极20的凹部振动(振幅面积减小)，因而超声波频带的灵敏度(响应性)提高。在此情况下，成为适合于超声波扬声器的构成。另外，也可以构成为在振动膜11和固定电极20之间整体设置空隙。
并且，图4是示出振动电极膜的构成例的图，图4(a)是在振动膜(绝缘层)11的上表面形成有导电层12的示例，图4(b)是形成为使用振动膜(绝缘层)11夹持导电层12的振动电极膜的示例。
并且，图2是示出本发明的超声波换能器的第2构成例的图(截面图)。图2所示的超声波换能器1是牵引型的静电型超声波换能器，由以下构成，即振动电极膜10，通过蒸镀等将导电层(上电极)12设置在作为绝缘体(例如，绝缘膜等)的振动膜11的上表面；以及与振动膜11对置的固定电极(下电极)20。
固定电极20采用将被绝缘层23相互绝缘的多个电极邻接配置的结构，在固定电极20中，使一部分与电压控制部40连接并向它们施加交流信号，用作驱动超声波换能器1的驱动用固定电极21。并且，使一部分与振幅检测部30连接，用作检测振动膜的振幅信息的检测用固定电极22。
而且，根据由振幅检测部30所检测出的振动电极膜10的振幅信息，通过电压控制部40调整要提供给驱动用固定电极21的交流信号(驱动电压)，使得振动膜11的振幅针对正负对称的输入信号正负对称地振动。另外，振幅检测部30和电压控制部40的构成和动作的详情在后面描述。
并且，图3是超声波换能器的俯视图，是从导电层12侧朝固定电极20的方向观察图2所示的超声波换能器的图，为了容易理解，是将导电层12的左半部分去除后进行图示的图。
并且，图5是示出本发明的超声波换能器的第3构成例的图，是示出使用多个检测用固定电极的例的图。图5(a)是截面图，图5(b)是从振动电极膜10侧观察固定电极20的图，是示出在中央的外部位置设置2个检测用固定电极22，并把从2个检测用固定电极22获得的振幅电压的平均值用作检测输出的例的图。这样，通过设置多个检测用固定电极22，可把能获得最大振幅的中央部分用作驱动用固定电极21。另外，检测用固定电极22可以大于等于3个。
另外，在图2和图5所示的超声波换能器中，示出构成为在振动膜11和固定电极(下电极)20之间整体设置空隙，使振动膜整体振动的示例。这是适合于重视可听音频带的再现的扩音器的构成例。
并且，在图1、图2和图5所示的例中，示出固定电极20是圆形的示例，然而固定电极20的形状也可形成为呈椭圆形和矩形状。并且，在图1所示的示例中，示出固定电极20的凹凸部是同心圆状的示例，然而固定电极20的凹凸部形状也可形成为直线状(狭缝状)。
振幅检测原理与电容麦克风的检测原理相同。由于在振动电极膜10的导电层(上电极)12和检测用固定电极22之间形成有电容器，因而当振动膜10振动而使导电层12和检测用固定电极22的空隙变动时，电容器的静电电容变化而使电容器中感应的电荷量变化。结果，电容器电极间的电压发生变化。因此，通过检测振动电极膜10的导电层(上电极)12和检测用固定电极22的电压，可检测振动膜11和检测用固定电极22的空隙，即振幅。
图6示出振幅检测部的一构成例。在图6所示的振幅检测部30的例中，构成为，通过电压检测部(振幅电压检测单元)31检测振动电极膜10的导电层(上电极)12和检测用固定电极22之间的电压，在峰值检测部中检测被检测出的电压波形的极大点，从而检测振幅。
采用以下构成，即把由电压检测部31所检测出的信号波形输入到正(+)侧峰值检测部(+侧振幅电压电平检测单元)32和负(-)侧峰值检测部(-侧振幅电压电平检测单元)33，检测振动膜11的+侧振幅和-侧振幅的各自的峰值。这样，可检测振动膜11针对正负的驱动信号的振幅状态，检测振动膜11中的非对称失真。
并且，图7是示出电压控制部的一构成例的图。电压控制部40由以下构成，即+侧误差检测电路(+侧误差检测单元)41，-侧误差检测电路(-侧误差检测单元)42，+侧可变增益放大电路(+侧可变增益调整单元)43，-侧可变增益放大电路(-侧可变增益调整单元)44，以及功率放大器45。如图7所示，电压控制部40构成为分别针对交流信号(输入信号)的+侧波形和-侧波形个别地进行放大动作。
+侧误差检测电路41输出由振幅检测部30所检测出的振动膜的+侧振幅与目标振幅的偏差。并且，-侧误差检测电路42输出由振幅检测部30所检测出的振动膜的-侧振幅与目标振幅的偏差。
这里，目标振幅可以是预先对应设定针对驱动电压的目标振幅，也可以把由一个检测电极所检测出的振幅设定为对置的电极侧的目标振幅。
+侧可变增益放大电路43根据从+侧误差检测电路41输出的与目标振幅的偏差量，在调节放大电路的增益的同时，把+侧的驱动信号放大。这里，在相对于目标振幅而言检测振幅小的情况下(+偏差)，增大增益，在大的情况下(-偏差)，减少增益。
并且，-侧可变增益放大电路44根据从-侧误差检测电路42输出的与目标振幅的偏差量，在调节放大电路的增益的同时，把-侧的驱动信号放大。这里，在相对于目标振幅而言检测振幅小的情况下(+偏差)，增大增益，在大的情况下(-偏差)，减少增益。
这样，针对+侧和-侧各方，在根据振幅偏差分别进行了增益调整之后，进行合成，在重叠了直流偏压后，在功率放大器45进行功率放大，向静电型超声波换能器1的驱动用固定电极21供给驱动信号。
另外，可以构成为，在功率放大器45的前级不重叠直流偏压，尽管未作图示，然而在功率放大器和换能器之间配置输出变压器，在输出变压器侧重叠直流偏压。
并且，+侧可变增益放大电路43和-侧可变增益放大电路44中的增益调整基本上通过自动调整进行，然而也可以进行手动调整(设定)。例如，通过在工厂出货时预先手动调整，可使超声波换能器在最佳状态下出货。
以上，对本发明的实施方式作了说明，然而本发明的超声波换能器不是仅限于上述图示例，当然可在不背离本发明要旨的范围内施加各种变更。
权利要求
1.一种超声波换能器，具有固定电极；振动膜，与前述固定电极的表面对置设置并具有导电层；以及保持前述固定电极和振动膜的构件，该超声波换能器通过在前述固定电极与振动膜的导电层之间施加交流信号来产生超声波，其特征在于，前述固定电极的一部分形成为驱动超声波换能器的驱动用固定电极，一部分形成为检测前述振动膜的振幅的检测用固定电极，并且具有如下单元，即，其根据由前述检测用固定电极所检测出的振动膜的振幅大小，控制要施加给前述驱动用固定电极的信号，使得该振动膜的振幅大小与输入信号成比例地振动。
2.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，前述固定电极由相互绝缘的多个电极形成，前述固定电极的一部分形成为驱动用固定电极，一部分形成为振幅检测用的检测用固定电极。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的超声波换能器，其特征在于，前述振动膜是在单侧表面覆盖形成有导电层的绝缘膜，绝缘膜面侧被保持成与前述固定电极对置。
4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的超声波换能器，其特征在于，在前述固定电极与振动膜之间设置有空隙。
5.根据权利要求1至4中的任何一项所述的超声波换能器，其特征在于，前述固定电极的与振动膜对置的面上形成有凹凸部。
6.根据权利要求1至5中的任何一项所述的超声波换能器，其特征在于，具有振幅电压检测单元，通过测定前述检测用固定电极和前述振动膜的导电层之间的电压，检测因振动膜的振幅而产生的振幅电压；正侧振幅电压电平检测单元，检测由前述振幅电压检测单元所检测出的振幅电压的正侧的振幅电压电平；以及负侧振幅电压电平检测单元，检测由前述振幅电压检测单元所检测出的振幅电压的负侧的振幅电压电平。
7.根据权利要求6所述的超声波换能器，其特征在于，具有正侧误差检测单元，检测由前述正侧振幅电压电平检测单元所检测出的正侧的振幅电压电平和目标电压电平的误差；负侧误差检测单元，检测由前述负侧振幅电压电平检测单元所检测出的负侧的振幅电压电平和目标电压电平的误差；正侧可变增益调整单元，根据前述正侧误差检测单元的误差检测结果，调整要施加给前述驱动用固定电极的交流信号的正侧的增益；以及负侧可变增益调整单元，根据前述负侧误差检测单元的误差检测结果，调整要施加给前述驱动用固定电极的交流信号的负侧的增益。
8.根据权利要求7所述的超声波换能器，其特征在于，具有手动调整单元，其使得可以手动调整前述正侧可变增益调整单元和负侧可变增益调整单元的增益。
9.一种超声波扬声器，其特征在于，具有调制单元，该调制单元生成使用可听频带的声音信号对超声波频带的载波进行调制后的调制波，该超声波扬声器被设置成从前述调制单元向前述权利要求1至8中的任何一项所述的超声波换能器供给前述调制波。
10.一种超声波换能器的驱动控制方法，该超声波换能器具有固定电极；振动膜，与前述固定电极的表面对置设置并具有导电层；以及保持前述固定电极和振动膜的构件，该超声波换能器通过在前述固定电极与振动膜的导电层之间施加交流信号来产生超声波，其特征在于，包括以下步骤把前述固定电极的一部分用作驱动超声波换能器的驱动用固定电极、一部分用作检测前述振动膜的振幅的检测用固定电极；以及根据由前述检测用固定电极所检测出的振动膜的振幅大小，控制要施加给前述驱动用固定电极的信号，使得该振动膜的振幅大小与输入信号成比例地振动。
11.根据权利要求10所述的超声波换能器的驱动控制方法，其特征在于，还包括以下步骤振幅电压检测步骤，通过测定前述检测用固定电极和前述振动膜的导电层之间的电压，检测因振动膜的振幅而产生的振幅电压；正侧振幅电压电平检测步骤，检测由前述振幅电压检测步骤所检测出的振幅电压的正侧的振幅电压电平；负侧振幅电压电平检测步骤，检测由前述振幅电压检测步骤所检测出的振幅电压的负侧的振幅电压电平；正侧误差检测步骤，检测由前述正侧振幅电压电平检测步骤所检测出的正侧的振幅电压电平和目标电压电平的误差；负侧误差检测步骤，检测由前述负侧振幅电压电平检测步骤所检测出的负侧的振幅电压电平和目标电压电平的误差；正侧可变增益调整步骤，根据前述正侧误差检测步骤的误差检测结果，调整要施加给前述驱动用固定电极的交流信号的正侧的增益；以及负侧可变增益调整步骤，根据前述负侧误差检测步骤的误差检测结果，调整要施加给前述驱动用固定电极的交流信号的负侧的增益。
全文摘要
提供一种超声波换能器、超声波扬声器以及超声波换能器的驱动控制方法，在静电型换能器中，抑制输出振动波形的正负非对称失真。超声波换能器具有固定电极；振动膜，与该固定电极的表面对置设置并具有导电层；以及保持前述固定电极和振动膜的部件，该超声波换能器通过在前述固定电极和振动膜的导电层之间施加交流信号来产生超声波，前述固定电极的一部分形成为驱动超声波换能器的驱动用固定电极，一部分形成为检测前述振动膜的振幅的检测用固定电极，并且该超声波换能器具有如下单元，即，其根据由前述检测用固定电极所检测出的振动膜的振幅大小、控制要施加给前述驱动用固定电极的信号、使得该振动膜的振幅大小与输入信号成比例地振动的单元。
文档编号B06B1/02GK1709588SQ20051007956
公开日2005年12月21日 申请日期2005年6月17日 优先权日2004年6月18日
发明者宫崎新一 申请人:精工爱普生株式会社