(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023011473
(43)【公開日】2023-01-24
(54)【発明の名称】超音波位相制御装置
(51)【国際特許分類】
H04R 1/34 20060101AFI20230117BHJP
【ＦＩ】
H04R1/34 330B
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】書面
(21)【出願番号】P 2021134425
(22)【出願日】2021-07-12
(71)【出願人】
【識別番号】521365277
【氏名又は名称】望月 草馬
(72)【発明者】
【氏名】望月 草馬
【テーマコード（参考）】
5D019
【Ｆターム（参考）】
5D019AA01
5D019FF01
5D019GG04
(57)【要約】
【課題】容易且つ安価に製作可能な超音波位相制御装置を提供する。
【解決手段】 超音波位相制御装置は、複数の超音波振動子を備え、複数の超音波振動子を支持する位相制御板を備え、位相制御板は、複数の超音波振動子を支持する支持面に階段形状を有する。
【選択図】図６
【解決手段】 超音波位相制御装置は、複数の超音波振動子を備え、複数の超音波振動子を支持する位相制御板を備え、位相制御板は、複数の超音波振動子を支持する支持面に階段形状を有する。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の超音波振動子を備え、
前記複数の超音波振動子を支持する位相制御板を備え、
前記位相制御板は、前記複数の超音波振動子を支持する支持面に階段形状を有する、
超音波位相制御装置。
前記複数の超音波振動子を支持する位相制御板を備え、
前記位相制御板は、前記複数の超音波振動子を支持する支持面に階段形状を有する、
超音波位相制御装置。
【請求項2】
複数の超音波振動子を備え、
前記複数の超音波振動子を支持する位相制御板を備え、
前記位相制御板は、前記複数の超音波振動子を支持する支持面に凹凸を有する、
超音波位相制御装置。
前記複数の超音波振動子を支持する位相制御板を備え、
前記位相制御板は、前記複数の超音波振動子を支持する支持面に凹凸を有する、
超音波位相制御装置。
【請求項3】
前記支持面の凹部に接続された第１信号線を備え、
前記第１信号線は、第１位相で前記超音波振動子を振動させるための制御信号を前記超音波振動子に供給し、
前記支持面の凸部に接続された第２信号線を備え、
前記第２信号線は、前記第１位相とは異なる第２位相で前記超音波振動子を振動させるための制御信号を前記超音波振動子に供給する、
請求項２に記載の超音波位相制御装置。
前記第１信号線は、第１位相で前記超音波振動子を振動させるための制御信号を前記超音波振動子に供給し、
前記支持面の凸部に接続された第２信号線を備え、
前記第２信号線は、前記第１位相とは異なる第２位相で前記超音波振動子を振動させるための制御信号を前記超音波振動子に供給する、
請求項２に記載の超音波位相制御装置。
【請求項4】
前記凹凸は、同心円状に形成され、
前記位相制御板は、前記超音波振動子の放射方向に対して直交する平面について、前記同心円上の中心とは異なる位置にある回転軸を基準として回転可能に構成される、
請求項２又は請求項３の何れかに記載の超音波位相制御装置。
前記位相制御板は、前記超音波振動子の放射方向に対して直交する平面について、前記同心円上の中心とは異なる位置にある回転軸を基準として回転可能に構成される、
請求項２又は請求項３の何れかに記載の超音波位相制御装置。
【請求項5】
前記支持面の形状は、前記複数の超音波振動子から放射される超音波の位相制御パターンに応じて形成される、
請求項１～請求項３の何れかに記載の超音波位相制御装置。
請求項１～請求項３の何れかに記載の超音波位相制御装置。
【請求項6】
超音波の放射方向に沿った前記超音波振動子の位置は、前記支持面の形状によって決まる、
請求項１～請求項５の何れかに記載の超音波位相制御装置。
請求項１～請求項５の何れかに記載の超音波位相制御装置。
【請求項7】
超音波の放射方向に対して直交する方向に延在する固定部を備え、
前記固定部に一端が固定された弾性部材を備え、
前記弾性部材は、前記支持面の形状に応じて前記放射方向に沿った付勢力を前記超音波振動子に加える、
請求項１～請求項６の何れかに記載の超音波位相制御装置。
前記固定部に一端が固定された弾性部材を備え、
前記弾性部材は、前記支持面の形状に応じて前記放射方向に沿った付勢力を前記超音波振動子に加える、
請求項１～請求項６の何れかに記載の超音波位相制御装置。
【請求項8】
前記弾性部材は、前記放射方向について、前記支持面の形状に応じた複数の超音波振動子の位置を変位させるように構成される、
請求項７に記載の超音波位相制御装置。
請求項７に記載の超音波位相制御装置。
【請求項9】
前記固定部は、前記超音波の放射方向について、前記超音波振動子の底面の上方に位置する、
請求項７又は請求項８に記載の超音波位相制御装置。
請求項７又は請求項８に記載の超音波位相制御装置。
【請求項10】
前記固定部は、前記超音波の放射方向について、前記超音波振動子の底面の下方に位置する、
請求項７又は請求項８に記載の超音波位相制御装置。
請求項７又は請求項８に記載の超音波位相制御装置。
【請求項11】
前記位相制御板は、前記複数の超音波振動子の超音波の放射方向に対して直交する方向に沿って移動可能である、
請求項１～請求項１０の何れかに記載の超音波位相制御装置。
請求項１～請求項１０の何れかに記載の超音波位相制御装置。
【請求項12】
前記複数の超音波振動子は、前記複数の超音波振動子の超音波の放射方向に対して直交する方向に沿って移動可能である、
請求項１～請求項１１の何れかに記載の超音波位相制御装置。
請求項１～請求項１１の何れかに記載の超音波位相制御装置。
【請求項13】
前記位相制御板は、前記複数の超音波振動子に対して着脱可能に構成される、
請求項１～請求項１２の何れかに記載の超音波位相制御装置。
請求項１～請求項１２の何れかに記載の超音波位相制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波位相制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数の超音波振動子から出力される超音波を焦点に集束させ、且つ、各超音波振動子の振動の位相を変化させることで焦点を３次元空間内で変化させる超音波集束装置の技術が知られている（非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】星貴之、小型超音波集束装置の理論と実装、電気学会Ｃ部門 知覚情報技術委員会 触覚デバイスの高度化協同研究委員会 第１回研究会 資料、ｐ．１－６、２０１３年２月２７日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、非特許文献１の技術では、超音波集束装置の制御にＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を用いるため、製作に専門知識が必要であり、且つ、製作の費用が高い。
【0005】
つまり、従来、超音波の位相を制御する装置（以下「超音波位相制御装置」という）は容易且つ安価に製作することができない。
【0006】
本発明の目的は、容易且つ安価に製作可能な超音波位相制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様は、
複数の超音波振動子を備え、
前記複数の超音波振動子を支持する位相制御板を備え、
前記位相制御板は、前記複数の超音波振動子を支持する支持面に階段形状を有する、
超音波位相制御装置である。
複数の超音波振動子を備え、
前記複数の超音波振動子を支持する位相制御板を備え、
前記位相制御板は、前記複数の超音波振動子を支持する支持面に階段形状を有する、
超音波位相制御装置である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本実施形態の超音波位相制御装置の構成を示すブロック図である。
【図11】変形例２の概要の説明図である。
【図12】変形例３の支持面の拡大図である。
【図14】変形例４の接続部（１点鎖線Ｂ）の拡大図である。
【図15】変形例５の位相制御板をＺ＋方向から見た図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0010】
本実施形態において、各用語の定義は以下のとおりである。
・「放射方向」とは、超音波の伝搬方向である。
・「Ｚ軸」とは、放射方向に沿った軸である。
・「Ｘ軸」とは、Ｚ軸に直交する軸である。
・「Ｙ軸」とは、Ｘ軸及びＺ軸に直交する軸である。
・「超音波」とは、約２０ｋＨｚ以上の振動波、又は、人間にとっての非可聴な音波である。
・「放射方向」とは、超音波の伝搬方向である。
・「Ｚ軸」とは、放射方向に沿った軸である。
・「Ｘ軸」とは、Ｚ軸に直交する軸である。
・「Ｙ軸」とは、Ｘ軸及びＺ軸に直交する軸である。
・「超音波」とは、約２０ｋＨｚ以上の振動波、又は、人間にとっての非可聴な音波である。
【0011】
（１）超音波位相制御装置の構成
超音波位相制御装置の構成を説明する。図１は、本実施形態の超音波位相制御装置の構成を示すブロック図である。
超音波位相制御装置の構成を説明する。図１は、本実施形態の超音波位相制御装置の構成を示すブロック図である。
【0012】
図１に示すように、超音波位相制御装置１は、コントローラ１０と、超音波振動子アレイ２０とを備える。
【0013】
コントローラ１０は、超音波振動子アレイ２０を制御するための制御信号を生成するコンピュータである。
【0014】
超音波振動子アレイ２０は、コントローラ１０によって生成された制御信号に応じて超音波を出力するように構成される。超音波振動子アレイ２０は、複数の超音波振動子２１を備える。
【0015】
各超音波振動子２１は、制御信号に応じて振動することにより、振動に応じた超音波を発生させる。
【0016】
【0017】
図２に示すように、コントローラ１０は、記憶装置１１と、プロセッサ１２と、入出力インタフェース１３と、通信インタフェース１４とを備える。
【0018】
記憶装置１１は、プログラム及びデータを記憶するように構成される。記憶装置１１は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び、ストレージ（例えば、フラッシュメモリ又はハードディスク）の組合せである。
【0019】
プログラムは、例えば、以下のプログラムを含む。
・超音波振動子を振動させるための制御プログラム
・超音波振動子を振動させるための制御プログラム
【0020】
データは、例えば、以下のデータを含む。
・情報処理において参照されるデータベース
・情報処理を実行することによって得られるデータ（つまり、情報処理の実行結果）
・情報処理において参照されるデータベース
・情報処理を実行することによって得られるデータ（つまり、情報処理の実行結果）
【0021】
プロセッサ１２は、記憶装置１１に記憶されたプログラムを起動することによって、コントローラ１０の機能を実現するように構成される。プロセッサ１２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。
【0022】
入出力インタフェース１３は、コントローラ１０に接続される入力デバイスからユーザの指示を取得し、かつ、コントローラ１０に接続される出力デバイスに情報を出力するように構成される。
入力デバイスは、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、又は、それらの組合せである。
出力デバイスは、例えば、ディスプレイである。
入力デバイスは、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、又は、それらの組合せである。
出力デバイスは、例えば、ディスプレイである。
【0023】
通信インタフェース１４は、コントローラ１０と超音波振動子アレイ２０との間の通信を制御するように構成される。
【0024】
（１－２）超音波振動子アレイの構成
超音波振動子アレイ２０の構成を説明する。図３は、図１の超音波振動子アレイの拡大図である。図４は、図３の超音波振動子アレイを１点鎖線ＡＡで切断したときの断面図である。
図３Ａは、超音波振動子アレイの斜視図である。図３Ｂは、超音波振動子アレイをＺ＋方向から見た上面図である。
超音波振動子アレイ２０の構成を説明する。図３は、図１の超音波振動子アレイの拡大図である。図４は、図３の超音波振動子アレイを１点鎖線ＡＡで切断したときの断面図である。
図３Ａは、超音波振動子アレイの斜視図である。図３Ｂは、超音波振動子アレイをＺ＋方向から見た上面図である。
【0025】
【0026】
図３に示すように、位相制御板２５は、複数の超音波振動子２１を支持する支持面２５ａを有する。
【0027】
図４に示すように、接続部２２は、超音波振動子２１と接続される。接続部２２が支持面２５ａと接触することにより、超音波振動子２１が位相制御板２５によって支持される。
【0028】
図３Ｂに示すように、固定部２３は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って延在する。固定部２３は、隣接する２つの超音波振動子２１同士を接続する。これにより、隣接する２つの超音波振動子２１の間隔が固定される。
【0029】
【0030】
図５に示すように、接続部２２は、第１支持部２２０と、一対の第２支持部２２１と、接点２２２と、一対の弾性部材２２３と、を備える。
固定部２３は、Ｚ方向について、超音波振動子２１の底面（Ｚ－側の面）の上方（Ｚ＋側）に位置する。
固定部２３は、Ｚ方向について、超音波振動子２１の底面（Ｚ－側の面）の上方（Ｚ＋側）に位置する。
【0031】
第１支持部２２０は、超音波振動子２１のＺ－側の面（以下「下面」という）を支持する。
【0032】
各第２支持部２２１は、超音波振動子２１の下面及び弾性部材２２３のＺ－側の端部（以下「下端」という）を支持する。各第２支持部２２１は、第１支持部２２０に対して、Ｘ＋側及びＸ－側に配置される。
【0033】
接点２２２は、第１支持部２２０の下端と支持面２５ａとの間に配置される。
【0034】
各弾性部材２２３は、第２支持部２２１及び固定部２３に接続される。各弾性部材２２３の下端は、第２支持部２２１に接続される。各弾性部材２２３のＺ＋側の端部（以下「上端」という）は、固定部２３の下面に接続される。各弾性部材２２３の上端は、固定端である。つまり、固定部２３は、各弾性部材２２３の固定端のＺ軸上の位置を固定する。
各弾性部材２２３は、第２支持部２２１を介して、各超音波振動子２１に対して、Ｚ軸（つまり、放射方向）に沿った付勢力を加えるように構成される。付勢力は、支持面２５ａの形状に応じて決まる。これにより、支持面２５ａに形状に応じて超音波振動子２１のＺ軸上の位置が可変になる。
弾性部材２２３は、例えば、バネである。
各弾性部材２２３は、第２支持部２２１を介して、各超音波振動子２１に対して、Ｚ軸（つまり、放射方向）に沿った付勢力を加えるように構成される。付勢力は、支持面２５ａの形状に応じて決まる。これにより、支持面２５ａに形状に応じて超音波振動子２１のＺ軸上の位置が可変になる。
弾性部材２２３は、例えば、バネである。
【0035】
第１支持部２２０、第２支持部２２１、接点２２２、一対の弾性部材２２３、及び、固定部２３は、導電性を有する。これにより、第１支持部２２０、第２支持部２２１、接点２２２、一対の弾性部材２２３、及び、固定部２３は、各超音波振動子２１に対して信号及び電力を共有する回路（以下「制御回路」という）を形成する。
【0036】
【0037】
図６に示すように、支持面２５ａは、階段形状（「ノコギリ刃形状」ともいう）２５ａａを有する。
階段形状２５ａａは、超音波の位相制御パターン（例えば、超音波振動子アレイ２０に対する焦点の相対位置、又は、超音波ビームの直進方向）に応じて形成される。階段形状２５ａａは、位相制御パターンを入力値とするコンピュータシミュレーションによって計算される。
この階段形状２５ａａによって、各接点２２２のＺ軸上の位置が決まる。各接点２２２のＺ軸上の位置が決まると、各超音波振動子２１ａ～２１ｅのＺ軸上の位置も決まる。つまり、超音波振動子２１ａ～２１ｅのＺ軸上の位置は、支持面の形状（つまり、階段形状２５ａａ）によって決まる。
階段形状２５ａａは、超音波の位相制御パターン（例えば、超音波振動子アレイ２０に対する焦点の相対位置、又は、超音波ビームの直進方向）に応じて形成される。階段形状２５ａａは、位相制御パターンを入力値とするコンピュータシミュレーションによって計算される。
この階段形状２５ａａによって、各接点２２２のＺ軸上の位置が決まる。各接点２２２のＺ軸上の位置が決まると、各超音波振動子２１ａ～２１ｅのＺ軸上の位置も決まる。つまり、超音波振動子２１ａ～２１ｅのＺ軸上の位置は、支持面の形状（つまり、階段形状２５ａａ）によって決まる。
【0038】
支持面２５ａは、導電性材料で形成される。これにより、コントローラ１０によって生成された制御信号及び電力が制御回路を介して、複数の超音波振動子２１ａ～２１ｅに供給される。導電性材料は、例えば、以下の少なくとも１つである。
・導電性テープ
・導電性塗料
・金属（例えば、アルミホイル）
・導電性フィラメント
・導電性テープ
・導電性塗料
・金属（例えば、アルミホイル）
・導電性フィラメント
【0039】
支持面２５ａの内部には、複数の信号線２５１が配置される。各信号線２５１は、コントローラ１０によって生成された制御信号を超音波振動子２１に供給するように構成される。
【0040】
（２）位相制御例
本実施形態の位相制御例を説明する。図７は、図３の位相制御板の移動前の様子の説明図である。図８は、図７の位相制御板の移動前の図６の支持面の部分拡大図である。図９は、図７の位相制御板の移動後の図６の支持面の部分拡大図である。
本実施形態の位相制御例を説明する。図７は、図３の位相制御板の移動前の様子の説明図である。図８は、図７の位相制御板の移動前の図６の支持面の部分拡大図である。図９は、図７の位相制御板の移動後の図６の支持面の部分拡大図である。
【0041】
位相制御板２５は、手動又は制御（一例として、プロセッサ１２による制御）によって、Ｘ方向に移動可能である。
図７に示すように、位相制御板２５をＸ＋方向に移動させると、各接続部２２（不図示）は、支持面２５ａの形状に沿った付勢力を各超音波振動子２１に加える。これにより、各超音波振動子２１のＺ軸上の位置が変位する。
図７に示すように、位相制御板２５をＸ＋方向に移動させると、各接続部２２（不図示）は、支持面２５ａの形状に沿った付勢力を各超音波振動子２１に加える。これにより、各超音波振動子２１のＺ軸上の位置が変位する。
【0042】
図９に示すように、例えば、各超音波振動子２１のＺ軸上の位置は以下のとおり変位する。
・超音波振動子２１ａの位置は、変位しない。
・超音波振動子２１ｂの位置は、Ｚ－方向に変位する。
・超音波振動子２１ｃの位置は、Ｚ－方向に変位する。
・超音波振動子２１ａの位置は、変位しない。
・超音波振動子２１ｂの位置は、Ｚ－方向に変位する。
・超音波振動子２１ｃの位置は、Ｚ－方向に変位する。
【0043】
この場合、各超音波振動子２１から放射される超音波は、空間上の焦点で集束する集束超音波である。焦点の位置は、各超音波の位相（つまり、支持面２５ａの形状）によって決まる。
【0044】
位相制御例をスピーカに適用した場合には、焦点でのみ可聴な音を再生することができる。
位相制御例を触覚提示装置に適用した場合には、焦点に触覚を提示することができる。
位相制御例を触覚提示装置に適用した場合には、焦点に触覚を提示することができる。
【0045】
（３）本実施形態の小括
本実施形態によれば、位相制御板２５の支持面２５ａが、階段形状を有する。したがって、位相制御板２５と複数の超音波振動子２１の相対位置を変えるだけで、複数の超音波振動子２１のＺ方向についての位置が変位する。複数の超音波振動子２１から放射される超音波の位相は、当該位置によって決まる。したがって、当該相対位置を変えるだけで、超音波の位相が制御可能になる。これにより、超音波位相制御装置１を容易に製造することができる。
本実施形態によれば、位相制御板２５の支持面２５ａが、階段形状を有する。したがって、位相制御板２５と複数の超音波振動子２１の相対位置を変えるだけで、複数の超音波振動子２１のＺ方向についての位置が変位する。複数の超音波振動子２１から放射される超音波の位相は、当該位置によって決まる。したがって、当該相対位置を変えるだけで、超音波の位相が制御可能になる。これにより、超音波位相制御装置１を容易に製造することができる。
【0046】
（４）変形例
本実施形態の変形例を説明する。
本実施形態の変形例を説明する。
【0047】
（４－１）変形例１
変形例１を説明する。変形例１は、複数の超音波振動子２１を移動させることにより、位相を制御する例である。
変形例１を説明する。変形例１は、複数の超音波振動子２１を移動させることにより、位相を制御する例である。
【0048】
【0049】
複数の超音波振動子２１は、手動又は制御（一例として、プロセッサ１２による制御）によって、Ｘ方向に移動可能である。図１０に示すように、例えば、複数の超音波振動子２１をＸ＋方向に移動させると、各接続部２２（不図示）は、支持面２５ａの形状に沿った付勢力を各超音波振動子２１に加える。これにより、各超音波振動子２１のＺ軸上の位置が変位する。
【0050】
（４－１－２）変形例１の小括
変形例１によれば、位相制御板２５に代えて、複数の超音波振動子２１を移動させることにより、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
変形例１によれば、位相制御板２５に代えて、複数の超音波振動子２１を移動させることにより、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0051】
（４－２）変形例２
変形例２を説明する。変形例２は、位相制御板２５が交換可能に構成される例である。
変形例２を説明する。変形例２は、位相制御板２５が交換可能に構成される例である。
【0052】
（４－２－１）変形例２の概要
変形例２の概要を説明する。図１１は、変形例２の概要の説明図である。
変形例２の概要を説明する。図１１は、変形例２の概要の説明図である。
【0053】
変形例２の位相制御板２５は、複数の超音波振動子２１に対して、着脱可能に構成される。
例えば、図１１に示すように、位相制御板２５－１を複数の超音波振動子２１から取り外し、且つ、位相制御板２５－２を複数の超音波振動子２１に取り付け可能である。位相制御板２５－１の支持面２５ａの形状は、位相制御板２５－２の支持面２５ａの形状とは異なる。
例えば、図１１に示すように、位相制御板２５－１を複数の超音波振動子２１から取り外し、且つ、位相制御板２５－２を複数の超音波振動子２１に取り付け可能である。位相制御板２５－１の支持面２５ａの形状は、位相制御板２５－２の支持面２５ａの形状とは異なる。
【0054】
（４－２－２）変形例２の小括
変形例２によれば、位相制御板２５－１が複数の超音波振動子２１に取り付けられているときに位相制御板２５－１を移動させた場合の超音波の位相と、位相制御板２５－２が複数の超音波振動子２１に取り付けられているときに位相制御板２５－２を移動させた場合の位相とが異なる。これにより、位相制御板２５を交換するだけで、所望の位相を有する超音波を放射させることができる。
変形例２によれば、位相制御板２５－１が複数の超音波振動子２１に取り付けられているときに位相制御板２５－１を移動させた場合の超音波の位相と、位相制御板２５－２が複数の超音波振動子２１に取り付けられているときに位相制御板２５－２を移動させた場合の位相とが異なる。これにより、位相制御板２５を交換するだけで、所望の位相を有する超音波を放射させることができる。
【0055】
（４－３）変形例３
変形例３を説明する。変形例３は、支持面２５ａが、支持面２５ａの特定の位置で互いに隣接する２つの超音波振動子２１から放射される超音波が逆位相を有するように、支持面２５ａの導電性の配置パターンにより制御回路を設計する例である。
変形例３を説明する。変形例３は、支持面２５ａが、支持面２５ａの特定の位置で互いに隣接する２つの超音波振動子２１から放射される超音波が逆位相を有するように、支持面２５ａの導電性の配置パターンにより制御回路を設計する例である。
【0056】
（４－３－１）変形例３の支持面の構成
変形例３の支持面２５ａの構成を説明する。図１２は、変形例３の支持面の拡大図である。
変形例３の支持面２５ａの構成を説明する。図１２は、変形例３の支持面の拡大図である。
【0057】
図１２に示すように、支持面２５ａは、凹凸を有する。
この凹凸は、超音波の位相制御パターンに応じて形成される。凹凸の形状は、位相制御パターンを入力値とするコンピュータシミュレーションによって計算される。
この凹凸によって、各接点２２２のＺ軸上の位置が決まる。各接点２２２のＺ軸上の位置が決まると、各超音波振動子２１ａ～２１ｅのＺ軸上の位置も決まる。つまり、超音波振動子２１ａ～２１ｅのＺ軸上の位置は、支持面２５ａの形状（つまり、凹凸）によって決まる。
この凹凸は、超音波の位相制御パターンに応じて形成される。凹凸の形状は、位相制御パターンを入力値とするコンピュータシミュレーションによって計算される。
この凹凸によって、各接点２２２のＺ軸上の位置が決まる。各接点２２２のＺ軸上の位置が決まると、各超音波振動子２１ａ～２１ｅのＺ軸上の位置も決まる。つまり、超音波振動子２１ａ～２１ｅのＺ軸上の位置は、支持面２５ａの形状（つまり、凹凸）によって決まる。
【0058】
支持面２５ａの内部には、複数の信号線（例えば、第１信号線２５１及び第２信号線２５２）が配置される。各第１信号線２５１及び各第２信号線２５２は、コントローラ１０によって生成された制御信号を超音波振動子２１に供給するように構成される。
【0059】
第１信号線２５１は、第１制御信号を超音波振動子２１に供給する。第１制御信号は、第１位相で超音波振動子２１を振動させるための信号である。
第１信号線２５１には、超音波振動子２１ａ、２１ｃ、及び、２１ｅが接続される。
第１信号線２５１には、超音波振動子２１ａ、２１ｃ、及び、２１ｅが接続される。
【0060】
第２信号線２５２は、第２制御信号を超音波振動子２１に供給する。第２制御信号は、第１位相とは異なる第２位相で超音波振動子２１を振動させるための信号である。
第２信号線２５２には、超音波振動子２１ｂ及び２１ｄが接続される。
第２信号線２５２には、超音波振動子２１ｂ及び２１ｄが接続される。
【0061】
【0062】
位相制御板２５は、手動又は制御（一例として、プロセッサ１２による制御）によって、Ｘ方向に移動可能である。
図７に示すように、位相制御板２５をＸ＋方向に移動させると、各接続部２２（不図示）は、支持面２５ａの凹凸に沿った付勢力を各超音波振動子２１に加える。これにより、各超音波振動子２１のＺ軸上の位置が変位する。
図７に示すように、位相制御板２５をＸ＋方向に移動させると、各接続部２２（不図示）は、支持面２５ａの凹凸に沿った付勢力を各超音波振動子２１に加える。これにより、各超音波振動子２１のＺ軸上の位置が変位する。
【0063】
図１３に示すように、例えば、各超音波振動子２１のＺ軸上の位置は以下のとおり変位する。
・超音波振動子２１ａの位置は、Ｚ－方向に変位する。
・超音波振動子２１ｂの位置は、Ｚ＋方向に変位する。
・超音波振動子２１ｃの位置は、変位しない。
・超音波振動子２１ｄの位置は、Ｚ－方向に変位する。
・超音波振動子２１ｅの位置は、Ｚ＋方向に変位する。
・超音波振動子２１ａの位置は、Ｚ－方向に変位する。
・超音波振動子２１ｂの位置は、Ｚ＋方向に変位する。
・超音波振動子２１ｃの位置は、変位しない。
・超音波振動子２１ｄの位置は、Ｚ－方向に変位する。
・超音波振動子２１ｅの位置は、Ｚ＋方向に変位する。
【0064】
第１信号線２５１には、超音波振動子２１ｂ及び２１ｄが接続される。つまり、超音波振動子２１ｂ及び２１ｄが接続される信号線は、位相制御板２５の移動によって、第２信号線２５２から第１信号線２５１に変わる。
第２信号線２５２には、超音波振動子２１ａ、２１ｃ、及び、２１ｅが接続される。つまり、超音波振動子２１ａ、２１ｃ、及び、２１ｅが接続される信号線は、位相制御板２５の移動によって、第１信号線２５１から第２信号線２５２に変わる。
第２信号線２５２には、超音波振動子２１ａ、２１ｃ、及び、２１ｅが接続される。つまり、超音波振動子２１ａ、２１ｃ、及び、２１ｅが接続される信号線は、位相制御板２５の移動によって、第１信号線２５１から第２信号線２５２に変わる。
【0065】
この場合、各超音波振動子２１から放射される超音波は、空間上の焦点で集束する集束超音波である。焦点の位置は、各超音波の位相（つまり、支持面２５ａの凹凸）によって決まる。
【0066】
（４－３－３）変形例３の小括
変形例３によれば、位相制御板２５を移動させることにより、各超音波振動子２１に接続される信号線（つまり、各超音波振動子２１に供給される制御信号）を変化させ、且つ、各超音波振動子２１のＺ方向の位置を変位させる。各超音波振動子２１から放射される位相は、各超音波振動子２１に供給される制御信号は、各超音波振動子２１に接続される信号線、及び、凹凸によって決まる。これにより、階段形状と比べて、位相制御板２５の凹部と凸部の差を最小化することができる。その結果、階段形状（図６）と比べて、超音波振動子アレイ２０のＺ方向のサイズ及び超音波振動子２１のＺ軸上の移動幅を低減することができる。
変形例３によれば、位相制御板２５を移動させることにより、各超音波振動子２１に接続される信号線（つまり、各超音波振動子２１に供給される制御信号）を変化させ、且つ、各超音波振動子２１のＺ方向の位置を変位させる。各超音波振動子２１から放射される位相は、各超音波振動子２１に供給される制御信号は、各超音波振動子２１に接続される信号線、及び、凹凸によって決まる。これにより、階段形状と比べて、位相制御板２５の凹部と凸部の差を最小化することができる。その結果、階段形状（図６）と比べて、超音波振動子アレイ２０のＺ方向のサイズ及び超音波振動子２１のＺ軸上の移動幅を低減することができる。
【0067】
（４－４）変形例４
変形例４を説明する。変形例４は、接続部２２の構成に関する変形例である。
変形例４を説明する。変形例４は、接続部２２の構成に関する変形例である。
【0068】
（４－４－１）変形例４の接続部の構成
変形例４の接続部２２の構成を説明する。図１４は、変形例４の接続部（１点鎖線Ｂ）の拡大図である。
変形例４の接続部２２の構成を説明する。図１４は、変形例４の接続部（１点鎖線Ｂ）の拡大図である。
【0069】
図１４に示すように、接続部２２は、第１支持部２２０と、接点２２２と、弾性部材２２３と、を備える。第２支持部２２１（図５）は省略される。
固定部２３は、Ｚ方向について、超音波振動子２１の底面（Ｚ－側の面）の下方（Ｚ－側）に位置する。
固定部２３は、Ｚ方向について、超音波振動子２１の底面（Ｚ－側の面）の下方（Ｚ－側）に位置する。
【0070】
第１支持部２２０、及び、接点２２２は、図５と同様である。
【0071】
弾性部材２２３は、超音波振動子２１及び固定部２３に接続される。弾性部材２２３の下端は、固定部２３に接続される。弾性部材２２３の上端は、超音波振動子２１の下面に接続される。弾性部材２２３の下端は、固定端である。つまり、固定部２３は、各弾性部材２２３の固定端のＺ軸上の位置を固定する。
弾性部材２２３は、超音波振動子２１に対して、Ｚ軸（つまり、放射方向）に沿った付勢力を加えるように構成される。付勢力は、支持面２５ａの形状に応じて決まる。これにより、支持面２５ａに形状に応じて超音波振動子２１のＺ軸上の位置が可変になる。
弾性部材２２３は、例えば、バネである。
弾性部材２２３は、超音波振動子２１に対して、Ｚ軸（つまり、放射方向）に沿った付勢力を加えるように構成される。付勢力は、支持面２５ａの形状に応じて決まる。これにより、支持面２５ａに形状に応じて超音波振動子２１のＺ軸上の位置が可変になる。
弾性部材２２３は、例えば、バネである。
【0072】
（４－４－２）変形例４の小括
変形例４によれば、一対の第２支持部２２１を省略した場合であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
変形例４によれば、一対の第２支持部２２１を省略した場合であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0073】
（４－５）変形例５
変形例５を説明する。変形例５は、位相制御板２５をＸＹ方向に移動可能に構成する代わりに、回転可能に構成する例である。
変形例５を説明する。変形例５は、位相制御板２５をＸＹ方向に移動可能に構成する代わりに、回転可能に構成する例である。
【0074】
（４－５－１）変形例５の位相制御板の構成
変形例５の位相制御板の構成を説明する。図１５は、変形例５の位相制御板をＺ＋方向から見た図である。
変形例５の位相制御板の構成を説明する。図１５は、変形例５の位相制御板をＺ＋方向から見た図である。
【0075】
図１５に示すように、支持面２５ａは、同心円状に形成された凹部２５ａｂ及び凸部２５ａｃを備える。
位相制御板２５は、回転軸Ｘを基準として、ＸＹ平面において回転可能に構成される。ＸＹ平面について、回転軸Ｘは、同心円の中心Ｃとは異なる。つまり、回転軸ＸのＸ座標及びＹ座標の少なくとも１つは、中心ＣのＸ座標及びＹ座標の少なくとも１つとは異なる。
位相制御板２５は、回転軸Ｘを基準として、ＸＹ平面において回転可能に構成される。ＸＹ平面について、回転軸Ｘは、同心円の中心Ｃとは異なる。つまり、回転軸ＸのＸ座標及びＹ座標の少なくとも１つは、中心ＣのＸ座標及びＹ座標の少なくとも１つとは異なる。
【0076】
各超音波振動子２１は、凹部２５ａｂ又は凸部ａｃに位置する。
【0077】
（４－５－２）変形例５の小括
変形例５によれば、位相制御板２５が回転軸Ｘを基準として回転すると、凹部２５ａｂに位置していた超音波振動子２１は、凸部２５ａｃに移動し、且つ、凸部２５ａｃに位置していた超音波振動子２１は、凹部２５ａｂに移動する。その結果、各超音波振動子２１のＺ方向の位置及び各超音波振動子２１に供給される制御信号が変化する。つまり、位相制御板２５を回転させるだけで、位相を制御することができる。これにより、位相の制御を容易に継続させることができる。
変形例５によれば、位相制御板２５が回転軸Ｘを基準として回転すると、凹部２５ａｂに位置していた超音波振動子２１は、凸部２５ａｃに移動し、且つ、凸部２５ａｃに位置していた超音波振動子２１は、凹部２５ａｂに移動する。その結果、各超音波振動子２１のＺ方向の位置及び各超音波振動子２１に供給される制御信号が変化する。つまり、位相制御板２５を回転させるだけで、位相を制御することができる。これにより、位相の制御を容易に継続させることができる。
【0078】
（５）その他の変形例
その他の変形例を説明する。
その他の変形例を説明する。
【0079】
上述の説明では、位相制御板２５又は複数の超音波振動子２１をＸ方向に移動させる例を示したが、本実施形態の範囲はこれに限られない。本実施形態は、以下の何れかの例にも適用可能である。
・位相制御板２５又は複数の超音波振動子２１をＹ方向に移動させる例
・位相制御板２５又は複数の超音波振動子２１をＸ方向及びＹ方向に移動させる例
・位相制御板２５又は複数の超音波振動子２１をＹ方向に移動させる例
・位相制御板２５又は複数の超音波振動子２１をＸ方向及びＹ方向に移動させる例
【0080】
上述の説明では、位相制御板２５又は複数の超音波振動子２１を移動可能に構成する例を示したが、本実施形態の範囲はこれに限られない。本実施形態は、位相制御板２５及び超音波振動子２１の両方を移動可能に構成する例にも適用可能である。
【0081】
上述の説明では、集束超音波を放射させるための凹凸を有する支持面２５ａの例を示したが、本実施形態の範囲はこれに限られない。本実施形態は、超音波ビームを放射させるための凹凸を有する支持面２５ａにも適用可能である。
【0082】
上述の説明では、位相制御板２５が矩形形状である例を示したが、本実施形態は、これに限られない。本実施形態は、位相制御板２５が矩形以外の形状（例えば、円形状）である例にも適用可能である。
【0083】
上述の説明では、第１支持部２２０、第２支持部２２１、接点２２２、一対の弾性部材２２３、及び、固定部２３が制御回路を形成する例を示したが、本実施形態は、これに限られない。本実施形態は、第２支持部２２１、一対の弾性部材２２３、及び、固定部２３が制御回路を形成する例にも適用可能である。この場合、支持面２５ａ、第１支持部２２０、及び、接点２２２に導電性は不要である。
【0084】
上述の説明では、超音波の位相制御の例を示したが、本実施形態は、これに限られない。本実施形態は、可聴音波の位相を制御する例（つまり、音波位相制御装置）にも適用可能である。
【0085】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。また、上記の実施形態及び変形例は、組合せ可能である。
【符号の説明】
【0086】
１ ：超音波位相制御装置
１０ ：コントローラ
１１ ：記憶装置
１２ ：プロセッサ
１３ ：入出力インタフェース
１４ ：通信インタフェース
２０ ：超音波振動子アレイ
２１ ：超音波振動子
２２ ：接続部
２３ ：固定部
２５ ：位相制御板
２５ａ ：支持面
２５１ ：第１信号線
２５２ ：第２信号線
２２０ ：第１支持部
２２１ ：第２支持部
２２２ ：接点
２２３ ：弾性部材
１０ ：コントローラ
１１ ：記憶装置
１２ ：プロセッサ
１３ ：入出力インタフェース
１４ ：通信インタフェース
２０ ：超音波振動子アレイ
２１ ：超音波振動子
２２ ：接続部
２３ ：固定部
２５ ：位相制御板
２５ａ ：支持面
２５１ ：第１信号線
２５２ ：第２信号線
２２０ ：第１支持部
２２１ ：第２支持部
２２２ ：接点
２２３ ：弾性部材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
