特許 7514806 超音波発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-03

(45)【発行日】2024-07-11

(54)【発明の名称】超音波発生装置

(51)【国際特許分類】

   H04R 1/26 20060101AFI20240704BHJP

   H04R 17/00 20060101ALI20240704BHJP

【ＦＩ】

H04R1/26 330

H04R17/00 332Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021132927

(22)【出願日】2021-08-17

(65)【公開番号】P2023027668

(43)【公開日】2023-03-02

【審査請求日】2023-10-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】加藤 博道

(72)【発明者】

【氏名】大竹 伸幸

(72)【発明者】

【氏名】井上 孝

(72)【発明者】

【氏名】柴田 貴行

【審査官】▲徳▼田 賢二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－１６２９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０８４４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７６１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３４９８１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｒ １／２６

Ｈ０４Ｒ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象空間（ＴＲ１、ＴＲ２）に向けて音を放射する超音波発生装置（１０）において、
前記超音波発生装置は、圧電ＭＥＭＳ超音波トランスデューサーである複数のスピーカ素子（５０）を備え、
複数の前記スピーカ素子（５０）は、
第１共振周波数（ｆ１）を有する第１スピーカ素子と、
前記超音波発生装置において前記第１共振周波数に隣接する第２共振周波数（ｆ２）を有する第２スピーカ素子とを含み、
前記第１スピーカ素子と前記第２スピーカ素子とは、前記対象空間に向かう方向と交差する方向（ＡＸｚ）において互いに離れて配置されており、
前記第１スピーカ素子と前記第２スピーカ素子との距離（Ｌ、Ｌ１、Ｌ２）は、前記第１共振周波数と前記第２共振周波数との間の中間周波数（ｆｍｉｄ）の前記第１スピーカ素子からの音と、前記中間周波数の前記第２スピーカ素子からの音とが互いに強め合う関係が、前記対象空間に位置する対象物の上における２つ以上の位置においてあらわれるように設定されている超音波発生装置。

【請求項2】

連続する材料製の半導体基板を備え、
前記半導体基板に前記第１スピーカ素子と前記第２スピーカ素子との両方が形成されている請求項１に記載の超音波発生装置。

【請求項3】

互いに離れて配置された第１半導体基板と第２半導体基板とを備え、
前記第１半導体基板に前記第１スピーカ素子が形成され、前記第２半導体基板に前記第２スピーカ素子が形成されている請求項１に記載の超音波発生装置。

【請求項4】

複数の前記スピーカ素子は、複数のスピーカ対（６０）を形成している請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波発生装置。

【請求項5】

複数の前記スピーカ対（６１、６２；４６１、４６２、４６３、４６４；５６１、５６２、５６３、５６４）は、互いに交差する異なる中心軸（ＡＸ４０５０、ＡＸ５０６０；ＡＸｚ１、ＡＸｚ２、ＡＸｚ３、ＡＸｚ４）を有している請求項４に記載の超音波発生装置。

【請求項6】

複数の前記スピーカ対は、
第１中間周波数（ｆｍｉｄ１）によって特徴付けられている第１スピーカ対（６６１）と、
前記第１中間周波数より高い第２周波数（ｆｍｉｄ２）によって特徴付けられている第２スピーカ対（６６２）とを含み、
前記第１スピーカ対の内側に前記第２スピーカ対が配置されている請求項４または請求項５に記載の超音波発生装置。

【請求項7】

前記第１スピーカ素子と前記第２スピーカ素子とは、前記中間周波数の波長（λｍｉｄ）に比べ十分離れて配置されている請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波発生装置。

【請求項8】

前記距離は、ｎを１以上の自然数、ｚを２つのスピーカ素子の中間点とスピーカ素子との距離、ｘを対象物の幅、ｙを前記中間点と対象物との距離として、式「ｎ＝（ＳＱＲＴ（（ｚ＋ｘ）^２＋ｙ^２）－ＳＱＲＴ（（ｚ－ｘ）^２＋ｙ^２））／λｍｉｄ＋１／２）」から得られる値２ｚ以上に設定されている請求項１から請求項７のいずれかに記載の超音波発生装置。

【請求項9】

前記距離は、前記対象物をヒトの顔とし、ｎを１以上の自然数、ｚを２つのスピーカ素子の中間点とスピーカ素子との距離として、式「２ｚ＝０．８５×λｍｉｄ」から得られる値２ｚ以上に設定されている請求項１から請求項８のいずれかに記載の超音波発生装置。

【請求項10】

前記距離は、前記対象空間の幅以下に設定されている請求項８または請求項９に記載の超音波発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この明細書における開示は、超音波発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、超音波トランスデューサーおよび超音波診断装置の発明を開示している。この種の超音波発生装置には、広い帯域の音波を発生する広帯域特性が求められる。特許文献１の装置は、異なる共振周波数の圧電セルを複数有する場合に、圧電セル同士を位相整合させて広帯域特性を得ている。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－７６１２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

超音波発生装置には、一般的に広い帯域の超音波を発生することが求められる。さらに、超音波発生装置には、音波を提供する対象空間へ、強い音圧の音波を提供することが求められる。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、超音波発生装置にはさらなる改良が求められている。

【0005】

開示されるひとつの目的は、広い帯域において強い音圧を供給する超音波発生装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

ここに開示された超音波発生装置は、対象空間（ＴＲ１、ＴＲ２）に向けて音を放射する超音波発生装置（１０）において、超音波発生装置は、圧電ＭＥＭＳ超音波トランスデューサーである複数のスピーカ素子（５０）を備え、複数のスピーカ素子（５０）は、第１共振周波数（ｆ１）を有する第１スピーカ素子と、超音波発生装置において第１共振周波数に隣接する第２共振周波数（ｆ２）を有する第２スピーカ素子とを含み、第１スピーカ素子と第２スピーカ素子とは、対象空間に向かう方向と交差する方向（ＡＸｚ）において互いに離れて配置されており、第１スピーカ素子と第２スピーカ素子との距離（Ｌ、Ｌ１、Ｌ２）は、第１共振周波数と第２共振周波数との間の中間周波数（ｆｍｉｄ）の第１スピーカ素子からの音と、中間周波数の第２スピーカ素子からの音とが互いに強め合う関係が、対象空間に位置する対象物の上における２つ以上の位置においてあらわれるように設定されている

【0007】

ここに開示された超音波発生装置によると、対象物の上における２つ以上の位置において、中間周波数における音の強め合う関係が得られる。この結果、広い帯域において強い音圧を供給する超音波発生装置が提供される。さらに、対象物の位置がずれても、依然として対象物に強い音圧を供給することができる。

【0008】

この明細書において開示された複数の形態は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る超音波システムのブロック図である。

【図2】超音波発生装置の正面図である。

【図3】超音波発生装置の周波数特性を示すグラフである。

【図4】超音波発生装置と対象空間とを示す平面図である。

【図5】計算式を示す表である。

【図6】対象空間の例を示す正面図である。

【図7】対象物と音圧を強め合う位置との関係を示す正面図である。

【図8】素子間の距離の値２ｚの例を示す表である。

【図9】対象空間への距離と素子間の距離との関係を示すグラフである。

【図10】第２実施形態に係る超音波システムのブロック図である。

【図11】超音波発生装置の正面図である。

【図12】第３実施形態に係る超音波システムのブロック図である。

【図13】超音波発生装置の正面図である。

【図14】第４実施形態に係る超音波発生装置の正面図である。

【図15】対象空間の例を示す正面図である。

【図16】第５実施形態に係る超音波発生装置の正面図である。

【図17】第６実施形態に係る超音波発生装置の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

複数の実施形態が、図面を参照しながら説明される。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に、対応する部分および／または関連付けられる部分には、同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

【0011】

第１実施形態
図１において、超音波システム１は、対象空間ＴＲ１、ＴＲ２に音を供給する装置である。対象空間ＴＲ１、ＴＲ２に対象物が存在している。この実施形態では、対象空間ＴＲ１、ＴＲ２は、室内空間とも呼ぶことができる。具体的には、対象空間ＴＲ１、ＴＲ２は、乗り物２の内部である。対象空間ＴＲ１は、高さＨＤ１、奥行きＤＤ１の空間である。対象空間ＴＲ２は、高さＨＤ２、奥行きＤＤ２の空間である。対象空間ＴＲ２は、対象空間ＴＲ１より大きい。なお、対象空間ＴＲ１、ＴＲ２は、実施形態を説明するための例示である。超音波システム１は、単一の対象空間を備える場合がある。超音波システム１は、３以上の複数の対象空間を備える場合がある。

【0012】

この明細書において、乗り物２の語は、広義に解釈されるべきである。乗り物２は、車両、航空機、船舶、宇宙船などが含む。さらに、乗り物２は、ヒトが乗り込むシミュレーション装置、アミューズメント装置など、移動を伴わない装置を含む。乗り物２、および、対象空間ＴＲ１、ＴＲ２は、３次元的に定義される場合がある。以下の説明では、前方向ＦＲ、後方向ＲＲ、右方向ＲＴ、左方向ＬＴ、上方向ＵＰ、および、下方向ＤＷといった呼び名が使用される場合がある。対象空間ＴＲ１、ＴＲ２は、幅方向ＷＤの最大幅ＷＭ、高さ方向ＨＤの最大高さＨＭ、および、奥行き方向ＤＤの最大奥行きＤＭにより定義される場合がある。これらの呼び名は、理解を助けるための便宜的なものであって、この開示を限定することはない。

【0013】

超音波システム１は、対象物に所定の音を供給する。言い換えると、超音波システム１は、対象物の表面、および／または、内部において、所定の音を再生する。超音波システム１は、音によって、対象物の性質に変化を与える装置である。対象物の一例は、生物である。超音波システム１は、生物に所定の音を供給することにより、生体的な所定の反応を引き出す装置である。言い換えると、超音波システム１は、生物の表面、および／または、内部において所定の音を再生することにより、所定の影響を生物に与える装置である対象空間ＴＲ１、ＴＲ２に存在する対象物は、ヒトである場合がある。この場合、超音波システム１は、ヒトに向けて音を供給する装置である。

【0014】

近年、可聴周波数上限を超える超高周波成分を豊富に含む音を用いる装置が試みられている。装置のひとつは、可聴音をヒトの耳に供給し、超音波をヒトの体に当てる。これにより、脳波のα波を高めるなどの試みがなされている。例えば、感受性の向上、ストレスの低減、自律神経系の活動適正化、内分泌系の活動適正化、および／または、免疫系の活動適正化といった効果が試みられている。この種の効果は、ハイパーソニック・エフェクトとも呼ばれている。ハイパーソニック・エフェクトをヒトに発現させるには、超高周波成分を含むハイパーソニック音をヒトの体表面に照射することが求められる。

【0015】

この用途に利用可能な超音波発生装置１０は、超音波スピーカ、超音波トランスデューサーなどの名称で呼ばれる。超音波発生装置１０は、対象空間ＴＲ１、ＴＲ２に向けて音を放射する。以下の説明において、超音波発生装置１０は、スピーカ１０と呼ばれる。超高周波成分は、下限周波数４０ｋＨｚから、１００ｋＨｚを超える上限周波数に渡る広い帯域の少なくとも一部を含む。ひとつの例では、超高周波成分は、下限周波数４０ｋＨｚから、上限周波数１４０ｋＨｚに渡る広い帯域に広がっている場合がある。スピーカ１０には、ヒトの体表面において、ハイパーソニック音を、少ない音圧差で再生することが求められる。

【0016】

超音波システム１は、広い周波数帯域の音を発生するスピーカ１０を備える。超音波システム１は、スピーカ１０に音源信号を供給する音源２０としての電気回路２１を備える。超音波システム１は、対象空間ＴＲ１、ＴＲ２の形状などの利用環境に適合した回路構成を備える。適合した回路構成には、電気回路２１の構成と、スピーカ１０の数とが含まれている。この実施形態の超音波システム１は、乗り物２の利用者を対象物として想定した回路構成を備える。電気回路２１は、ハイパーソニック音の発生回路、複数の位相調整回路、複数の増幅回路、および、複数の圧電素子駆動回路を備える。これら回路要素の構成については、先行技術文献の説明を参照することができる。

【0017】

スピーカ１０は、対象空間へ超音波を照射し、対象空間においてハイパーソニック音を所定の音圧で再生する。スピーカ１０は、指向性、出力などの性能を示す複数の指標によって特徴付けられる。複数の指標は、必要な音圧を再生することが可能な有効距離を含む。この実施形態では、超音波システム１は、室内の広い範囲へ所定の音を提供するために、複数のスピーカ１１、１２を備える。

【0018】

超音波システム１は、第１スピーカ１１を備える。第１スピーカ１１は、運転席の利用者が存在するであろうと想定される空間を対象空間ＴＲ１としている。第１スピーカ１１は、主要な音波方向ＴＤ１へ音波を照射する。音波方向ＴＤ１は、運転者の頭部から胸が存在するであろうと想定される空間を指向している。第１スピーカ１１は、前席に着座しているヒトを対象としてもよい。この場合、第１スピーカ１１は、運転席と助手席とを含む前席範囲を対象空間とする場合がある。

【0019】

超音波システム１は、第２スピーカ１２を備える。第２スピーカ１２は、後席の利用者が存在するであろうと想定される空間を対象空間ＴＲ２としている。第２スピーカ１２は、主要な音波方向ＴＤ２を有する。音波方向ＴＤ２は、後席の利用者の頭部から胸が存在するであろうと想定される空間を指向している。

【0020】

超音波システム１は、例えば、対象空間ＴＲ１の利用者と、対象空間ＴＲ２の利用者とに異なる音を提供する場合がある。例えば、乗り物２の運転操作に関与する運転席の利用者は、高い覚醒度を求められるから、超音波システム１には、覚醒度を高める効果が期待される。例えば、運転操作に直接的に関与しない後部座席の利用者は、安らぎを求める。この場合、超音波システム１には、後部座席の利用者に安らぎを与える効果が期待される。超音波システム１は、対象空間ＴＲ１の利用者と、対象空間ＴＲ２の利用者とに同じ音を提供してもよい。

【0021】

第１スピーカ１１と第２スピーカ１２とは、同じ構成を有している。以下の説明では、第１スピーカ１１と第２スピーカ１２とを区別することなく、スピーカ１０として説明する場合がある。

【0022】

図２において、スピーカ１０は、少なくともひとつの容器３０と、少なくともひとつの半導体素子４０とを備える。スピーカ１０は、単一の容器３０、または、複数の容器３０を含む場合がある。単一の容器３０は、単一の半導体素子４０、または、複数の半導体素子４０を収容する場合がある。複数の容器３０は、それぞれが後述の半導体素子４０を収容し、群としてひとつのスピーカ１０を提供する場合がある。スピーカ１０は、単一の半導体素子４０、または、複数の半導体素子４０を含む場合がある。単一の半導体素子４０は、後述の隣接する共振周波数ｆ１、ｆ２をもつ複数のスピーカ素子を含む場合がある。複数の半導体素子４０は、そのそれぞれが、後述の隣接する共振周波数ｆ１、ｆ２をもつ複数のスピーカ素子を含む場合がある。複数の半導体素子４０は、ひとつの半導体素子４０が共振周波数ｆ１をもつスピーカ素子を備え、他の半導体素子４０が共振周波数ｆ２をもつスピーカ素子を備える場合がある。この実施形態では、スピーカ１０は、単一の容器３０と、単一の半導体素子４０とを備える。

【0023】

半導体素子４０は、容器内に収容されている。半導体素子４０は、ＭＥＭＳ素子（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）とも呼ばれる。半導体素子４０は、ＭＥＭＳの関連技術を用いて形成されている。

【0024】

半導体素子４０は、半導体基板４１を有する。半導体基板４１は、連続する材料製の単一の半導体基板である。半導体基板４１は、例えば、Ｓｉ製である。半導体基板４１は、複数のスピーカ素子５０を有する。スピーカ素子５０は、複数のスピーカ素子５１、５２を備える。言い換えると、共通の半導体基板４１に第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２との両方が形成されている。図中には、代表的な例として、２つのスピーカ素子５１、５２が図示されている。ひとつのスピーカ素子５０は、共振板領域５０ａと、圧電素子５０ｂとを備える。共振板領域５０ａは、所定の共振周波数において共振するための多様な性質によって特徴付けられている。多様な性質は、材料に依存する性質、面積、厚さなどといった機械的形状に依存する性質を含む。圧電素子５０ｂは、電気回路２１に電気的に接続されている。圧電素子５０ｂは、電気回路２１から供給される信号に応答して所定の周波数で振動する。共振板領域５０ａは、圧電素子５０ｂと共振し、所定の周波数の音波を放射する。スピーカ素子５０は、ＰＭＵＴ（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）とも呼ばれる。スピーカ素子５０は、圧電ＭＥＭＳ超音波トランスデューサーとも呼ばれる。

【0025】

第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、超音波システム１における、隣接する２つの共振周波数を有することによって関連付けられている。例示として、第１スピーカ素子５１は、第１周波数ｆ１＝４０ｋＨｚの共振周波数を有する。第２スピーカ素子５２は、第２周波数ｆ２＝５０ｋＨｚの共振周波数を有する。隣接する２つの共振周波数の差ｆ２－ｆ１は、数ｋＨｚ～５０ｋＨｚの範囲内に設定されている。この実施形態において、隣接する２つの共振周波数の差ｆ２－ｆ１は、1０ｋＨｚである。他の例示では、第１スピーカ素子５１は、第１周波数ｆ１＝１３０ｋＨｚの共振周波数を有し、第２スピーカ素子５２は、第２周波数ｆ２＝１４０ｋＨｚの共振周波数を有する。この実施形態では、第１周波数ｆ１は第２周波数ｆ２より小さい（ｆ１＜ｆ２）。第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、スピーカ対６０を形成している。

【0026】

第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、対象空間ＴＲ１、ＴＲ２に向かう方向（後述の中心軸ＡＸｙ）と交差する方向（後述の中心軸ＡＸｚ）において互いに離れて配置されている。第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２との間は、２つのスピーカ素子５０を通る中心軸ＡＸｚの方向において、距離Ｌだけ離れている。この実施形態では、中心軸ＡＸｚは、重力方向に対して垂直である。中心軸ＡＸｚは、水平な線でもある。

【0027】

２つのスピーカ素子５１、５２の中間に、中間点Ｍを仮定することができる。この場合、中間点Ｍとひとつのスピーカ素子５０との間の距離は、Ｌ／２＝ｚである。以下の説明において、距離Ｌの理論的な値は、値２ｚによって示される場合がある。値２ｚは、素子間の距離Ｌの最小値でもある。値２ｚは、超音波システム１における、隣接する２つの共振周波数をもつ２つのスピーカ素子５１、５２の最小距離である。

【0028】

第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、半導体基板４１における端部と端部とに配置されている。この配置は、半導体基板４１の大きさを最大限に利用して距離Ｌを可能な限り大きくすることを可能とする。逆に、望ましい距離Ｌを小さい半導体基板４１によって提供することができる。よって、多くの場合、距離Ｌの最大値は、半導体基板４１の大きさに依存する。

【0029】

図３は、横軸を周波数ｆｋＨｚ、縦軸を音圧ＳＰ（ｄＢＳＰＬ）とするグラフである。図３は、周波数軸における音圧カーブを示している。第１スピーカ素子５１が発生する音の音圧カーブＳＰ５１は、第１周波数ｆ１においてピークをもつ。第２スピーカ素子５２が発生する音の音圧カーブＳＰ５２は、第２周波数ｆ２においてピークをもつ。第１周波数とｆ１と第２周波数ｆ２との間の中間周波数ｆｍｉｄ（ｆｍｉｄ＝（ｆ１＋ｆ２）／２）を想定することができる。中間周波数ｆｍｉｄの音圧は、第１スピーカ素子５１からの音の位相と、第２スピーカ素子５２からの音の位相との位相差に依存する。例えば、音が打ち消し合う場合には、ディップを生じ、音が強め合う場合には、ピークを生じる。

【0030】

第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とが接近して配置されている場合、それは点状音源と見なすことができる。この場合、中間周波数ｆｍｉｄにおいて、波長λの１／２の位相差があると、中間周波数ｆｍｉｄにおいてディップを生じる。しかも、２つのスピーカ素子が点状音源とみなせる場合、対象空間のすべての位置において中間周波数ｆｍｉｄの音がディップとなってしまう。これでは、対象空間のすべての位置において、周波数軸に沿ってピークとディップとが交互に観測されてしまう。この結果、広い周波数帯域においてディップのない均一な音圧を得ることが困難であった。

【0031】

この実施形態では、対象空間の複数の位置において、中間周波数ｆｍｉｄの音が少なくともディップを生じないように、距離Ｌが設定され、設計されている。距離Ｌは、対象物の上におけるふたつ以上の位置において、中間周波数ｆｍｉｄの音が強め合う位置を生み出すように設定されている。この実施形態では、中心軸ＡＸｙが中間点Ｍと、対象物の中心点を通ることを前提としている。よって、対象物の中心点の片側領域を想定する場合、距離Ｌは、対象物の上におけるひとつ以上の位置において、中間周波数ｆｍｉｄの音が強め合う位置を生み出すように設定されている。中間周波数ｆｍｉｄの音が強め合う位置は、２つのスピーカ素子からの距離差に起因して生み出される。この実施形態では、中間周波数ｆｍｉｄにおいて音が強め合うように距離Ｌが設定され、設計されている。距離Ｌは、理論的に求められる最小値２ｚ以上に設定することができる。

【0032】

図３に図示されるように、中間周波数ｆｍｉｄにおいて、音圧カーブＳＰ５１のピークＰＫ５１または音圧カーブＳＰ５２のピークＰＫ５２より低いピークＰＫｆｍｉｄが観測される場合がある。このピークＰＫｆｍｉｄの音圧（破線）は、音圧カーブＳＰ５１または音圧カーブＳＰ５２により得られる音圧（実線）よりも強い。この結果、広い帯域にわたって、顕著なディップが音圧に現れない均一な音圧特定が得られる。この実施形態では、周波数ｆ１の近傍、周波数ｆ２の近傍、および、周波数ｆ１と周波数ｆ２との間を含む広い帯域にわたって、顕著なディップのない均一な音圧特定が得られる。中間周波数ｆｍｉｄの近傍では、顕著なピークを生じない。中間周波数ｆｍｉｄの近傍では、ほぼ均一な音圧が得られる。言い換えると、中間周波数ｆｍｉｄの近傍では、なだらかに増減する音圧特性が得られる。中間周波数ｆｍｉｄの近傍の比較的広い帯域において、均一な音圧が得られている。

【0033】

この実施形態によると、対象空間のすべての位置において中間周波数ｆｍｉｄの音が抑制されるという事態が回避される。この実施形態では、対象空間の複数の位置において、中間周波数ｆｍｉｄの音が高い音圧で再生される。この結果、音圧の顕著なディップのない均一な音圧分布を実現できる。ひとつの観点では、隣り合う共振周波数をもつ２つのスピーカ素子の距離Ｌは、対象空間において中間周波数ｆｍｉｄの複数のピークが観測されるように設定されている。中間周波数ｆｍｉｄの波長は中間波長λｍｉｄとも呼ばれる。ひとつの観点では、距離Ｌは、中間波長λｍｉｄ以上に設定されている。ひとつの観点では、距離Ｌは、中間波長λｍｉｄに比べて十分に大きく設定されている。距離Ｌを規定する２つのスピーカ素子は、中間波長λｍｉｄに比べ十分離れて配置されている。

【0034】

図４は、２つのスピーカ素子５１、５２と、対象空間ＴＲとの位置的な関係を示している。スピーカ素子５１、５２の音波方向ＴＤは、対象空間ＴＲを指向している。スピーカ素子５１、５２が、対象位置ＴＧに与える音を想定する。スピーカ素子５１、５２と対象位置ＴＧとは、音波方向ＴＤの中心軸ＡＸｙにおいて距離ｙだけ離れている。中心軸ＡＸｙは、第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２との中間点を通っている。第１スピーカ素子５１と中心軸ＡＸｙ、または、第２スピーカ素子５２と中心軸ＡＸｙは、中心軸ＡＸｚにおいて距離ｚだけ離れている状態を想定する。よって、第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、中心軸ＡＸｚにおいて値２ｚだけ離れている。対象位置ＴＧと中心軸ＡＸｙとは、軸ＡＸｗにおいて距離ｘだけ離れている。軸ＡＸｗは、中心軸ＡＸｚと平行な軸である。軸ＡＸｗは、対象空間ＴＲの幅方向ＷＤに延びている。第１スピーカ素子５１と対象位置ＴＧとは、距離ｄＬだけ離れている。第２スピーカ素子５２と対象位置ＴＧとは、距離ｄＨだけ離れている。

【0035】

この位置関係において、対象位置ＴＧにおける音の干渉を評価することにより、値２ｚを設定することができる。言い換えると、対象物の上におけるふたつ以上の位置において、中間周波数の音が強め合うように値２ｚが設定される。値２ｚは、上記条件が満たされるための最小値である。

【0036】

図５は、図４の位置関係において導かれる複数の数式を示す。第１スピーカ素子５１の共振周波数（中心周波数）は、周波数ｆ１である。第２スピーカ素子５２の共振周波数（中心周波数）は、周波数ｆ２である。中間周波数ｆｍｉｄは、（１）式（ｆｍｉｄ＝（ｆ１＋ｆ２）／２）で与えられる。中間波長λｍｉｄは、（２）式（λｍｉｄ＝（λ１＋λ２）／２）で与えられる。中間周波数ｆｍｉｄと中間波長λｍｉｄとの関係は、（３）式により表される。なお、ｃは、音波の速度である。

【0037】

対象位置ＴＧにおける、第１スピーカ素子５１からの音と第２スピーカ素子５２からの音との強め合いの関係は、波長λと距離差Δｄとから、（４）式（ｎλｍｉｄ＝Δｄ＋λｍｉｄ／２）で与えられる。ｎは、次数である。距離差Δｄは、（５）式（Δｄ＝ｄＨ－ｄＬ）で与えられる。距離ｄＨは、（６）式（ｄＨ＝ＳＱＲＴ（（ｚ＋ｘ）^２＋ｙ^２））で与えられる。距離ｄＬは、（７）式（ｄＬ＝ＳＱＲＴ（（ｚ－ｘ）^２＋ｙ^２））で与えられる。ＳＱＲＴ（Ｘ）は、Ｘの平方根を示す。音波の速度ｃは、（８）式の数値を用いる場合がある。

【0038】

上記（４）式から、次数ｎを示す（９）式（ｎ＝（ＳＱＲＴ（（ｚ＋ｘ）^２＋ｙ^２）－ＳＱＲＴ（（ｚ－ｘ）^２＋ｙ^２））／λｍｉｄ＋１／２）が得られる。次数ｎは、自然数である。次数ｎは、１以上に設定することができる。次数ｎは、２つの音が互いに強め合う関係が得られる複数の位置のうち、中心軸ＡＸｙから所定の距離の範囲にあらわれる位置の数に影響する。この実施形態では、距離Ｌは、（９）式（ｎ＝（ＳＱＲＴ（（ｚ＋ｘ）^２＋ｙ^２）－ＳＱＲＴ（（ｚ－ｘ）^２＋ｙ^２））／λｍｉｄ＋１／２）から得られる値２ｚ以上に設定されている。ここでは、ｎを１以上の自然数、ｚを２つのスピーカ素子の中間点とスピーカ素子との距離、ｘを対象物の幅、ｙを中間点と対象物との距離としている。

【0039】

上記（９）式から、（１０）式（２ｚ／λｍｉｄ＝Ｃ（ｙ））が得られる。係数Ｃ（ｙ）は、距離ｙを固定した場合の係数を示す。係数Ｃ（ｙ）は、中間波長λｍｉｄに依存する。係数Ｃ（ｙ）は、値２ｚと中間波長λｍｉｄとの関係を示している。（１０）式を変形して、（１１）式（２ｚ＝Ｃ（ｙ）×λｍｉｄ）が得られる。距離ｙが定められると、値２ｚは、中間波長λｍｉｄに係数Ｃ（ｙ）を掛けた値として与えられる。（１１）式は、距離Ｌの最小値２ｚを与える。この実施形態では、距離Ｌは、対象物をヒトの顔と想定して設定されている。距離Ｌは、（１１）式（２ｚ＝０．８５×λｍｉｄ）から得られる値２ｚ以上に設定されている。

【0040】

距離ｙは、超音波システム１の用途に応じて変動する。ただし、音を放射する用途においては、スピーカ素子５０と対象位置ＴＧとの間の距離ｙは１００ｍｍ以上であると考えられる。さらに、スピーカ１０の出力の上限に起因して、距離ｙの最大値は制限される。距離ｙの最大値は、２０００ｍｍ程度に設定される場合がある。距離ｙの最大値は、スピーカ１０の出力の最大値に対して比例する。距離ｙの最大値は、２０００ｍｍから８０００ｍｍ程度を想定することができる。この実施形態における乗り物用の超音波システム１を想定すると、スピーカ１０が有効に音を再生できる距離ｙの最大値は、５０００ｍｍ程度と考えることができる。

【0041】

図６は、この実施形態における、２つの音が互いに強め合う関係が得られる位置の設定状態を示す。図示は、スピーカ１１の場合を示している。対象空間ＴＲに、対象物としてのヒトが存在する場合を想定している。スピーカ１０は、対象物の生体表面においてハイパーソニック音を再生する。音を感じる部位として、ヒトの露出している生体表面を選定することができる。この場合、ヒトの顔、ヒトの首、および、ヒトの胸の周辺を、音を感じる部位として選定することができる。この場合、中央の対象位置ＴＧは、ヒトの顎の周辺に設定されている。

【0042】

図６には、中間波長λｍｉｄに関して音を強め合う関係が得られる関係線ＰＬ（ｍ）が示されている。中心軸ＡＸｙからひとつめの強め合う関係は、中心軸ＡＸｚと交差する関係線ＰＬ（１）に沿って得られる。中心軸ＡＸｙからふたつめの強め合う関係は、中心軸ＡＸｚに対して交差する関係線ＰＬ（２）に沿って得られる。関係線ＰＬ（１）、ＰＬ（２）は、曲線の一部である。中間周波数ｆｍｉｄの第１スピーカ素子５１からの音と、中間周波数ｆｍｉｄの第２スピーカ素子５２からの音とが互いに強め合う関係が、対象空間に位置する対象物の上における２つ以上の位置においてあらわれている。第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２との距離Ｌは、上記強め合う関係が対象物の上における２つ以上の位置においてあらわれるように設定されている。

【0043】

対象物の位置は、固定ではないから、対象物の位置は、ヒトの姿勢に依存して変動する。顔を想定する場合、顔は、幅方向ＷＤにおいて距離２ｘの幅を有すると考えることができる。距離２ｘは、幅方向ＷＤにおける、中心軸ＡＸｙからの距離ｘに基づいて設定されている。距離ｘは、例として、日本人の成人の場合、７３ｍｍ程度に設定することができる。距離ｘの数値としては、任意の統計的な数値を利用することができる。例えば、１８歳以上３０歳未満の日本人の統計的な数値として７３ｍｍが与えられる。

【0044】

対象物の表面上において、複数の関係線ＰＬ（ｍ）を発生させる。これにより、対象物の表面上にほぼ均一な音を作用させることができる。言い換えると、対象物の表面上に複数の関係線ＰＬ（ｍ）を発現させる。これにより、対象物の表面上にディップのない音圧をもつ音を作用させることができる。この実施形態では、ヒトの顔の上において、ディップのない音圧をもつハイパーソニック音を作用させることができる。

【0045】

さらに、この実施形態では、対象物の表面上において、複数の強め合う関係ＰＬ（ｍ）を発現させている。図示の例では、対象物の表面上において、少なくとも２つの強め合う関係ＰＬ（ｍ）を発現させている。これにより、対象物が移動しても、対象物の表面に少なくとも１つの強め合う関係ＰＬ（ｍ）を発現させることができる。具体的には、顔の片側領域に、少なくとも１つの強め合う関係ＰＬ（ｍ）を発現させている。顔の右側領域に、少なくとも１つの強め合う関係ＰＬ（１）を発現させている。顔の左側領域にも、少なくとも１つの強め合う関係ＰＬ（１）を発現させている。この結果、対象物がその幅（距離２ｘ）の範囲内で移動しても、対象物に強め合う関係ＰＬ（１）により得られる音圧を作用させることができる。

【0046】

図７は、複数の強め合う点ＰＳと、複数の弱め合う点ＰＷとを示している。対象物として、ヒトの顔が例示されている。実線は、対象物（ヒトの顔）の規定位置を示している。規定位置は、例えば、正規の着座姿勢における位置を示している。破線は、想定される対象物（ヒトの顔）の最大のずれ位置を示している。この例では、最大のずれ量ＳＨは、対象物（ヒトの顔）ひとつ分である（ＳＨ＝２ｘ）。この実施形態では、値２ｚは、対象物の表面上に少なくとも２つの強め合う点ＰＳが発現するように設定されている。これにより、対象物の位置に変動があっても、ハイパーソニック音を強く作用させることができる。

【0047】

上段は、対象物の表面上において、少なくとも２つの強め合う点ＰＳが発現する例を示す。上段は、次数ｎ＝１の例を示している。ヒトの顔の片側に、少なくともひとつの強め合う点ＰＳが発現している。この例でも、中間周波数ｆｍｉｄの第１スピーカ素子５１からの音と、中間周波数ｆｍｉｄの第２スピーカ素子５２からの音とが互いに強め合う関係ＰＳが、対象空間に位置する対象物の上における２つの位置においてあらわれている。この例では、ヒトの顔が横方向（左右方向）にずれても、依然として顔の上に、ひとつの強め合う点ＰＳが発現する。しかも、ヒトの顔が規定位置から最大のずれ位置まで移行するすべての位置において、継続して、顔の上に、ひとつの強め合う点ＰＳが発現し続ける。

【0048】

下段は、対象物の表面上において、少なくとも４つの強め合う点ＰＳが発現する例を示す。下段は、次数ｎ＝２の例を示している。ヒトの顔の片側に、少なくとも２つの強め合う点ＰＳが発現している。この例では、中間周波数ｆｍｉｄの第１スピーカ素子５１からの音と、中間周波数ｆｍｉｄの第２スピーカ素子５２からの音とが互いに強め合う関係ＰＳが、対象空間に位置する対象物の上における４つの位置においてあらわれている。この例では、ヒトの顔がずれても、依然として顔の上に、ひとつの強め合う点ＰＳが発現する。しかも、ヒトの顔が規定位置から最大のずれ位置まで移行するすべての位置において、継続して、顔の上に、ひとつ以上の強め合う点ＰＳが発現する。

【0049】

図８は、この実施形態の構造を用いて具体化された値２ｚの数値を示している。この例は、次数ｎ＝１の例である。この例は、対象物として、ヒトの顔を想定している。よって、距離ｘは７３ｍｍである。距離ｙの有効範囲は、最小距離ｙ＝１００ｍｍ以上、最大距離ｙ＝２０００ｍｍ以下を想定している。値２ｚは、中間周波数ｆｍｉｄが、ｆｍｉｄ＝４５ｋＨｚである場合と、ｆｍｉｄ＝１３５ｋＨｚである場合とを示している。中間周波数ｆｍｉｄ＝４５の場合、第１スピーカ素子５１は、共振周波数ｆ１＝４０ｋＨｚを有し、第２スピーカ素子５２は、共振周波数ｆ２＝５０ｋＨｚを有する。中間周波数ｆｍｉｄ＝１３５の場合、第１スピーカ素子５１は、共振周波数ｆ１＝１３０ｋＨｚを有し、第２スピーカ素子５２は、共振周波数ｆ２＝１４０ｋＨｚを有する。

【0050】

図９は、係数Ｃ（ｙ）と次数ｎとの関係を示すグラフである。中間波長λｍｉｄにおいて、最小値２ｚは、（１１）式から与えられる。例えば、中間周波数ｆｍｉｄが４５ｋＨｚである第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２との間の距離の値２ｚは、２ｚ＝Ｃ（ｙ）×λｍｉｄ＝０．８５×７．５５＝６．４１７５ｍｍとして与えられる。スピーカ１０においては、距離Ｌは、最小値２ｚ以上の値に設定される。中間周波数ｆｍｉｄが１３５ｋＨｚである第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２との間の距離の値２ｚは、２ｚ＝Ｃ（ｙ）×λｍｉｄ＝０．８５×２．５２＝２．１４２ｍｍとして与えられる。図中には、四捨五入後の数値が示されている。

【0051】

図８および図９に示されるように、係数Ｃ（ｙ）は、周波数ｆに関係なく、一定値である。係数Ｃ（ｙ）は、最小距離ｙ＝１００ｍｍにおいて、０．８５である。よって、この実施形態では、係数Ｃ（ｙ）の最小値は、０．８５である。隣接する２つの共振周波数ｆ１、ｆ２をもつ２つのスピーカ素子５１、５２の距離Ｌは、中間波長λｍｉｄに係数Ｃ（ｙ）＝０．８５を掛けた値以上に設定されている。これにより、対象物の位置が規定位置からずれても、対象物の表面上において、ディップのない音圧を再生することができる。言い換えると、対象物の位置が規定位置からずれても、対象物の表面上において、ほぼ均一な音圧をもつ広い周波数帯域の音を再生することができる。距離Ｌは、対象物の表面上の複数の位置において、中間周波数ｆｍｉｄを含む広い周波数帯域の音が、中間周波数ｆｍｉｄにおける音圧のディップを含まない均一な音圧をもつように設定されている。

【0052】

係数Ｃ（ｙ）は、最大距離ｙ＝２０００ｍｍにおいて、１３．７１である。この実施形態では、係数Ｃ（ｙ）の最大値は、１３．７１である。係数Ｃ（ｙ）の最小値は、超音波システム１の普遍的な最小値である。係数Ｃ（ｙ）の最大値は、距離ｙに依存する。係数Ｃ（ｙ）の最大値は、距離ｙの数値に応じて設定することができる。係数Ｃ（ｙ）の最大値は、距離Ｌの最大値でも制限される。距離Ｌの最大値は、スピーカ１０に依存する場合がある。スピーカ１０が対象空間ＴＲの全幅に相当する規模をもつ場合、距離Ｌの最大値は、対象空間ＴＲの幅方向ＷＤの最大幅ＷＭに達する場合がある。よって、距離Ｌの最大値は、対象空間ＴＲの幅方向ＷＤの最大幅ＷＭ以下である。距離Ｌは、対象空間の幅以下に設定されている。ここで、幅は、中心軸ＡＸｚと平行な方向を指している。スピーカ１０が単一の半導体基板４１によって形成されている場合、距離Ｌの最大値は、半導体チップの最大値以下、または、半導体ウエハの最大値以下である。

【0053】

以上に述べた実施形態によると、距離Ｌは、第１スピーカ素子５１からの音と、第２スピーカ素子５２からの音とが、対象位置ＴＧにおいて、所定の関係ＰＳとなるように設定されている。対象位置ＴＧは、対象空間に位置する対象物の上における２つ以上の位置である。所定の関係ＰＳは、共振周波数ｆ１と共振周波数ｆ２との間の中間周波数ｆｍｉｄにおいて、第１スピーカ素子５１からの音と、第２スピーカ素子５２からの音とが、互いに強め合う関係である。言い換えると、距離Ｌは、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間の中間周波数ｆｍｉｄの第１スピーカ素子５１からの音と、中間周波数ｆｍｉｄの第２スピーカ素子５２からの音とが互いに強め合う関係ＰＳが、対象空間に位置する対象物の上における２つ以上の位置ＴＧにおいてあらわれるように設定されている。これにより、対象物の上における２つ以上の位置において、中間周波数ｆｍｉｄにおける音の強め合う関係が得られる。この結果、広い帯域において強い音圧を供給する超音波発生装置が提供される。さらに、対象物の位置がずれても、依然として対象物に強い音圧を供給することができる。

【0054】

距離Ｌは、隣接する共振周波数ｆ１、ｆ２をもつスピーカ素子５１、５２の中間波長λｍｉｄに係数Ｃ（ｙ）＝０．８５を掛けて得られる数値２ｚ以上に設定されている。この結果、ヒトの顔が、規定位置から、顔と同じ幅だけ幅方向ＷＤにずれても、顔の表面上において中間周波数ｆｍｉｄ近傍のディップのない音を提供することができる。距離Ｌが適切に設定されることにより、小型のスピーカ１０によって所期の効果を得ることができる。

【0055】

この開示の教示は、ヒトの顔を対象物とする実施形態に限られない。この実施形態では、距離ｘの値は、ヒトの顔を想定して７３ｍｍに設定されている。この開示に接した当業者は、距離ｘの値は、対象物に応じて設定することができることを理解するべきである。例えば、ヒトの上半身を対象物とする超音波システム１では、距離ｘは、１００ｍｍを超える値に設定することができる。また、中心軸ＡＸｚを重力方向に一致させ、立ち姿勢のヒトの全身を対象物とする場合には、距離ｘは、１０００ｍｍから２０００ｍｍの範囲に設定される場合がある。この開示は、これらの変形例を包含するように解釈されるべきである。

【0056】

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、ひとつの半導体基板４１の上に、隣接する共振周波数をもつ２つのスピーカ素子５１、５２からなるスピーカ対６０が形成されている。これに代えて、この実施形態では、離れて配置された別の半導体基板２４２、２４３に、隣接する共振周波数をもつ２つのスピーカ素子を含む複数のスピーカ対６０が分散的に形成されている。

【0057】

図１０において、超音波システム１は、スピーカ１０を備える。スピーカ１０は、第１スピーカ２１１、および、第２スピーカ２１２を備える。スピーカ２１１、および、第２スピーカ２１２は、第１実施形態におけるスピーカ１１、および、第２スピーカ１２に代替可能なものである。スピーカ２１１、および、第２スピーカ２１２は、第１実施形態におけるスピーカ１１、および、第２スピーカ１２よりも幅方向ＷＤの寸法が大きい。第１スピーカ２１１、および、第２スピーカ２１２の幅方向ＷＤの寸法は、最大幅ＷＭ以下である。

【0058】

図１１において、スピーカ１０は、容器３０を有する。スピーカ１０は、容器３０の中に配置された複数の半導体素子４０を備える。複数の半導体素子４０は、複数の半導体基板２４２、２４３によって提供されている。スピーカ１０は、互いに離れて配置された第１半導体基板２４２と第２半導体基板２４３とを備える。半導体基板２４２と、半導体基板２４３とは、ひとつの対象領域ＴＲを指向するひとつのスピーカ１０に所属している。スピーカ１０は、複数のスピーカ素子５０を備える。複数のスピーカ素子５０は、半導体基板２４２、２４３に分散的に配置されている。第１半導体基板２４２に第１スピーカ素子が形成され、第２半導体基板２４３に第２スピーカ素子が形成されている。

【0059】

この実施形態では、半導体基板２４２、２４３に、複数のスピーカ対６０が分散的に配置されている。例えば、共振周波数ｆ１＝４０ｋＨｚのスピーカ素子５１と、共振周波数ｆ２＝５０ｋＨｚのスピーカ素子５２とは、ひとつのスピーカ対６０を形成している。さらに、共振周波数ｆ１＝５０ｋＨｚのスピーカ素子５２と、共振周波数ｆ２＝６０ｋＨｚのスピーカ素子５３とは、他のひとつのスピーカ対６０を形成している。スピーカ１０は、４０ｋＨｚから１４０ｋＨｚにわたる広い範囲の周波数帯域をもつ音を放射する。スピーカ１０は、１０ｋＨｚごとに共振周波数が異なる複数のスピーカ素子５０を備える。スピーカ１０は、１０個のスピーカ対６０を備える。

【0060】

複数のスピーカ対６０の間の中心軸は、中心軸ＡＸｚに対してやや傾斜している場合がある。例えば、スピーカ素子５１とスピーカ素子５２とを含むスピーカ対６０は、中心軸ＡＸ４０５０において距離Ｌ１だけ離れている。スピーカ素子５２とスピーカ素子５３とを含むスピーカ対６０は、中心軸ＡＸ５０６０において距離Ｌ２だけ離れている。よって、複数のスピーカ対６１、６２は、互いに交差する異なる中心軸ＡＸ４０５０、ＡＸ５０６０を有している。ただし、半導体基板２４２、２４３が小さいため、複数のスピーカ対６０の中心軸ＡＸは、互いにほぼ平行であると見なすことができる。中心軸ＡＸ４０５０と、中心軸ＡＸ５０６０とを含む複数の中心軸は、中心軸ＡＸｚとほぼ平行であるとみなすことができる。

【0061】

第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、中心軸ＡＸｚに沿って距離Ｌ１だけ離れている。第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、第１スピーカ対６１を形成している。第１スピーカ対６１は、第１中間周波数ｆｍｉｄ１＝４５ｋＨｚによって特徴付けられている。第２スピーカ素子５２と第３スピーカ素子５３とは、中心軸ＡＸｚに沿って距離Ｌ２だけ離れている。第２スピーカ素子５２と第３スピーカ素子５３とは、第２スピーカ対６２を形成している。第２スピーカ対６２は、第２中間周波数ｆｍｉｄ２＝５５ｋＨｚによって特徴付けられている。同様にして、１０対のスピーカ対６０が形成されている。すべてのスピーカ対６０は、それぞれの中間周波数ｆｍｉｄによって特徴付けられている。すべてのスピーカ対６０の距離Ｌ（Ｌ１、Ｌ２・・・）は、上記（９）式、または、上記（１１）式によって与えられる値２ｚ以上である。

【0062】

スピーカ素子５１とスピーカ素子５２との間の距離Ｌ１は、中間周波数ｆｍｉｄ＝４５ｋＨｚに応じて設定される値２ｚ以上である。スピーカ素子５２とスピーカ素子５３との間の距離Ｌ２は、中間周波数ｆｍｉｄ＝５５ｋＨｚに応じて設定される値２ｚ以上である。同様に、すべてのスピーカ素子５０に関する素子間の距離は、中間周波数ｆｍｉｄに応じて設定される値２ｚ以上である。すべての距離Ｌ１、Ｌ２・・・は、対象空間ＴＲに位置づけられた対象物の表面上において、中間周波数ｆｍｉｄの音がディップを生じることなく強め合って観測されるように設定されている。

【0063】

スピーカ素子５１の共振周波数と、スピーカ素子５３の共振周波数とは、近接する関係にあるが、それらは隣接する関係にはない。スピーカ素子５１の共振周波数と、スピーカ素子５２の共振周波数との間の中間周波数の音は音圧が小さく、無視しうる水準である。この明細書の説明において、対、または、スピーカ対の用語は、スピーカ１０における隣接する共振周波数をもつ複数のスピーカ素子の対を指す。

【0064】

第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。先行する実施形態では、ひとつの容器３０の中に、隣接する共振周波数をもつ２つのスピーカ素子５１、５２を含むスピーカ対６０が配置されている。これに代えて、この実施形態では、離れて配置された別の容器３１、３２に、隣接する共振周波数をもつ２つのスピーカ素子のスピーカ対６０が分散的に形成されている。

【0065】

図１２において、超音波システム１は、スピーカ１０を備える。スピーカ１０は、第１スピーカ１１と、第２スピーカ３１２と、第３スピーカ３１３とを備える。第１スピーカ１１の説明は、先行する実施形態を参照することができる。第２スピーカ３１２の音波方向ＴＤ２は、後席空間に相当する対象空間ＴＲ２を指向している。第３スピーカ３１３の音波方向ＴＤ３は、後席空間に相当する対象空間ＴＲ２を指向している。第２スピーカ３１２と第３スピーカ３１３とは、集合的にひとつのスピーカを提供している。第２スピーカ３１２と第３スピーカ３１３とは、先行する実施形態における第２スピーカ１２に相当する機能を提供する。

【0066】

図１３は、ひとつのスピーカ１０を提供する複数のスピーカ３１２、３１３を示している。この実施形態では、２つの第１スピーカ３１２と、第２スピーカ３１３とがひとつのスピーカ１０を提供する。第２スピーカ３１２は、ひとつの容器３１と、容器３１内に配置されたひとつの半導体基板３４４とを備える。第２スピーカ３１２は、複数のスピーカ素子の群を有している。第３スピーカ３１３は、ひとつの容器３２と、容器３２内に配置されたひとつの半導体基板３４５とを備える。第３スピーカ３１３は、複数のスピーカ素子の群を有している。複数の半導体基板３４４，３４５は、複数の容器３１、３２に分散的に配置されている。この実施形態でも、スピーカ１０は、互いに離れて配置された第１半導体基板３４４と第２半導体基板３４５とを備える。第１半導体基板３４４に第１スピーカ素子が形成され、第２半導体基板３４５に第２スピーカ素子が形成されている。

【0067】

第２スピーカ３１２に所属するひとつのスピーカ素子と、第３スピーカ３１３に所属するひとつのスピーカ素子とは、隣接する共振周波数をもつ２つのスピーカ素子を提供している。第２スピーカ３１２に所属する複数のスピーカ素子と、第３スピーカ３１３に所属する複数のスピーカ素子とは、複数のスピーカ対６０を形成している。この実施形態では、すべてのスピーカ素子５０が複数のスピーカ対６０を形成している。

【0068】

第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、中心軸ＡＸｚに沿って距離Ｌ１だけ離れている。第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、第１スピーカ対６１を形成している。第１スピーカ対６１は、第１中間周波数ｆｍｉｄ１＝４５ｋＨｚによって特徴付けられている。第２スピーカ素子５２と第３スピーカ素子５３とは、中心軸ＡＸｚに沿って距離Ｌ２だけ離れている。第２スピーカ素子５２と第３スピーカ素子５３とは、第２スピーカ対６２を形成している。第２スピーカ対６２は、第２中間周波数ｆｍｉｄ２＝５５ｋＨｚによって特徴付けられている。同様にして、１０対のスピーカ対６０が形成されている。すべてのスピーカ対６０は、それぞれの中間周波数ｆｍｉｄによって特徴付けられている。すべてのスピーカ対６０の距離Ｌ（Ｌ１、Ｌ２・・・）は、上記（９）式、または、上記（１１）式によって与えられる値２ｚ以上である。この実施形態でも、複数のスピーカ対６１、６２は、互いに交差する異なる中心軸を有している。

【0069】

図示の例では、スピーカ１０は、複数のスピーカ素子５０を備える。複数のスピーカ素子５０は、半導体基板３４２、３４３に分散的に配置されている。複数のスピーカ素子５０は、１０対のスピーカ対６０を形成している。それぞれのスピーカ対６０の距離Ｌは、先行する実施形態と同様に、最小値２ｚ以上、最大値以下に設定されている。よって、この実施形態でも、対象空間ＴＲ内に位置する対象物の表面において、ディップのない均一な音圧を広い周波数帯域に渡って供給することができる。

【0070】

第１実施形態、第２実施形態、および第３実施形態の開示から明らかなように、複数のスピーカ素子５０は、複数のスピーカ対６０を形成するように配置されている。複数のスピーカ素子５０は、ひとつのスピーカ１０を形成するひとつの容器３０の中において分散的に配置することができる。代替的に、複数のスピーカ素子５０は、ひとつのスピーカ１０を形成する複数の容器３０に分散的に配置することができる。代替的に、複数のスピーカ素子５０は、ひとつのスピーカ１０を形成するひとつの半導体素子４０の中において分散的に配置することができる。代替的に、複数のスピーカ素子５０は、ひとつのスピーカ１０を形成する複数の半導体素子４０に分散的に配置することができる。以下の説明においては、容器３０、および、半導体素子４０に制約されることなく、複数のスピーカ素子５０の配置が説明されている。

【0071】

第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。先行する実施形態では、ひとつのスピーカ１０が備える複数のスピーカ素子５０の距離Ｌの方向は、互いにほぼ平行である。これに対し、この実施形態では、ひとつのスピーカ１０は、距離Ｌの方向が互いに明白に交差する複数のスピーカ素子５０を備えている。

【0072】

図１４において、スピーカ１０は、複数のスピーカ素子５０を備える。図中には、代表的なスピーカ素子５０が図示されている。スピーカ１０は、４つのスピーカ素子５１、５２、４５１、および、４５２を備える。複数のスピーカ素子５０は、マトリックスの交点に配置されている。複数のスピーカ素子５０は、マトリックス状に配置されているといえる。

【0073】

スピーカ１０は、第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とを備える。第１スピーカ素子５１は、共振周波数ｆ１である。第２スピーカ素子５２は、共振周波数ｆ２である。第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、ひとつの第１スピーカ対４６１を形成している。第１スピーカ対４６１に属する第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、中心軸ＡＸｚ１において、距離Ｌ１だけ離れている。中心軸ＡＸｚ１は、水平方向に沿って延びている。距離Ｌ１は、値２ｚ以上である。

【0074】

スピーカ１０は、第３スピーカ素子４５１と第４スピーカ素子４５２とを備える。第３スピーカ素子４５１は、共振周波数ｆ１である。第４スピーカ素子４５２は、共振周波数ｆ２である。第３スピーカ素子４５１と第４スピーカ素子４５２とは、他のひとつの第２スピーカ対４６２を形成している。第２スピーカ対４６２に属する第３スピーカ素子４５１と第４スピーカ素子４５２とは、中心軸ＡＸｚ２において、距離Ｌ１だけ離れている。中心軸ＡＸｚ２は、重力方向（鉛直方向）に沿って延びている。距離Ｌ１は、値２ｚ以上である。

【0075】

中心軸ＡＸｚ１と中心軸ＡＸｚ２とは、共通の点において、互いに交差している。中心軸ＡＸｚ１と中心軸ＡＸｚ２とは、共通の点において、互いに直交している。

【0076】

スピーカ１０は、第１スピーカ素子５１と第４スピーカ素子４５２とによって、第３スピーカ対４６３を形成している。第３スピーカ対４６３に属する第１スピーカ素子５１と第４スピーカ素子４５２とは、中心軸ＡＸｚ３において、距離Ｌ２だけ離れている。中心軸ＡＸｚ３は、重力方向に対して傾斜した斜め方向に沿って延びている。距離Ｌ２は、値２ｚ以上である。

【0077】

スピーカ１０は、第３スピーカ素子４５１と第２スピーカ素子５２とによって、第４スピーカ対４６４を形成している。第４スピーカ対４６４に属する第３スピーカ素子４５１と第２スピーカ素子５２とは、中心軸ＡＸｚ４において、距離Ｌ２だけ離れている。中心軸ＡＸｚ４は、重力方向に対して傾斜した斜め方向に沿って延びている。中心軸ＡＸｚ３と中心軸ＡＸｚ４とは、平行である。距離Ｌ２は、値２ｚ以上である。

【0078】

第１スピーカ対４６１と第２スピーカ対４６２とは、一次的なスピーカ対と呼ばれる。第３スピーカ対４６３と第４スピーカ対４６４とは、第１スピーカ対４６１と第２スピーカ対４６２とによって付随的に形成される二次的なスピーカ対と呼ばれる。これら、一次的、二次的といった呼び名は主観的なものであって、相互に入れ替え可能であることが理解されるべきである。この実施形態でも、複数のスピーカ対４６１、４６２、４６３、４６４は、互いに交差する異なる中心軸ＡＸｚ１、ＡＸｚ２、ＡＸｚ３、ＡＸｚ４を有している。

【0079】

この実施形態では、第１スピーカ対４６１と第２スピーカ対４６２とは、それらを特徴付ける周波数が等しい。第１スピーカ対４６１と第２スピーカ対４６２とを特徴付ける周波数は、共振周波数ｆ１、共振周波数ｆ２、および、中間周波数ｆｍｉｄである。言い換えると、第１スピーカ対４６１と第２スピーカ対４６２とは、それらを特徴付ける周波数に関して完全に重複している。第１スピーカ対４６１と第２スピーカ対４６２とは、それらを特徴付ける周波数に関して少なくとも部分的に重複している。

【0080】

第１スピーカ対４６１と第２スピーカ対４６２とは、中心軸ＡＸｚ１と中心軸ＡＸｚ２とが交差する関係にある。なお、中心軸ＡＸｚ１と中心軸ＡＸｚ２とは、方向が空間的に交差していればよい。中心軸ＡＸｚ１と中心軸ＡＸｚ２とは、図示の例のように、共通の点において交差していなくてもよい。例えば、第１スピーカ対４６１と第２スピーカ対４６２とは離れていてもよい。

【0081】

図１５は、複数のスピーカ対４６１、４６２、４６３、４６４が提供する複数の関係線ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３を示す。関係線ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３は、中間波長λｍｉｄにおいて音が強め合う関係が得られる位置を示している。第１スピーカ対４６１は、関係線ＰＬ１を提供する。第２スピーカ対４６２は、関係線ＰＬ２を提供する。第３スピーカ対４６３は、関係線ＰＬ３を提供する。第４スピーカ対４６４は、関係線ＰＬ３を提供する。なお、関係線ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３は、曲線の一部である。

【0082】

関係線ＰＬ１と関係線ＰＬ２との交差角度は、第１スピーカ対４６１の中心軸ＡＸｚ１と第２スピーカ対４６２の中心軸ＡＸｚ２との交差角度に等しい。この実施形態では、交差角度は、９０度である。

【0083】

さらに、関係線ＰＬ３は、関係線ＰＬ１、ＰＬ２に対して交差している。関係線ＰＬ１、ＰＬ２と関係線ＰＬ３との交差角度は、中心軸ＡＸｚ１、ＡＸｚ２と中心軸ＡＸｚ３、ＡＸｚ４との交差角度に等しい。この実施形態では、交差角度は、＋４５度と－４５度である。

【0084】

この実施形態によると、対象空間における横方向に離れた複数の位置において、中間周波数ｆｍｉｄの近傍における均一な音圧を得ることができる。加えて、対象空間における縦方向に離れた複数の位置において、中間周波数ｆｍｉｄの近傍における均一な音圧を得ることができる。複数のスピーカ対４６１、４６２の中心軸を交差させることにより、付随的なスピーカ対４６２、４６３が生み出される。この結果、さらに、対象空間における斜め方向に離れた複数の位置において、中間周波数ｆｍｉｄの近傍における均一な音圧を得ることができる。この実施形態では、高い音圧を、多くの位置において提供することができる。しかも、対象物が横方向ＳＨ１、および、縦方向ＳＨ２へずれても、高い音圧を提供することができる。さらに、関係線ＰＬ３が提供されることにより、対象物が斜め方向ＳＨ３へずれても、高い音圧を提供することができる。

【0085】

第５実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。先行する実施形態では、ひとつのスピーカ１０が備える複数のスピーカ対の中心軸の交差角度は、９０度である。これに代えて、複数の中心軸の交差角度は、９０度以外の角度に設定することができる。

【0086】

図１６において、スピーカ１０は、複数のスピーカ素子５０を備える。複数のスピーカ素子５０は、複数のスピーカ対を提供している。例えば、スピーカ素子５１と、スピーカ素子５２とは、ひとつのスピーカ対を形成している。スピーカ素子５５１とスピーカ素子５５２とも、ひとつのスピーカ対を形成している。スピーカ素子５２と、スピーカ素子５５１とは、付随的なスピーカ対を形成している。さらに、スピーカ素子５１と、スピーカ素子５５２とは、付随的なスピーカ対を形成している。

【0087】

これらの複数のスピーカ対は、複数のグループを形成している。これらの複数のグループは、中心軸ＡＸｚの角度に関連付けて区別することができる。この実施形態では、一次的な２つのグループ５６１、５６２が形成されている。さらに、この実施形態では、二次的な２つのグループ５６３、５６４が形成されている。ひとつのグループは、ひとつのスピーカ１０に相当する要素を備えている。複数のスピーカ対を含む第１グループ５６１は、中心軸ＡＸｚ１を有する。複数のスピーカ対を含む第２グループ５６２は、中心軸ＡＸｚ２を有する。複数のスピーカ対を含む第３グループ５６３は、中心軸ＡＸｚ３を有する。複数のスピーカ対を含む第４グループ５６４は、中心軸ＡＸｚ４を有する。

【0088】

第１グループ５６１と第２グループ５６２とは、水平な中心軸に対して線対称に配置されている。第１グループ５６１の配置と第２グループ５６２の配置とは、相似である。第１グループ５６１の中心軸ＡＸｚ１と、第２グループ５６２の中心軸ＡＸｚ２とは、９０度とは異なる角度で交差している。中心軸ＡＸｚ１は、重力方向に対して傾斜して延びている。中心軸ＡＸｚ２は重力方向に対して傾斜して延びている。これらの傾斜角度は、９０度とは異なる角度である。中心軸ＡＸｚ１と中心軸ＡＺｘ２とは、重力方向に対して逆方向に傾斜している。第３グループ５６３の中心軸ＡＸＺ３も、中心軸ＡＸｚ１、ＡＸｚ２に対して、９０度とは異なる角度で交差している。第４グループ５６４の中心軸ＡＸｚ４も、中心軸ＡＸｚ１、ＡＸｚ２に対して、９０度とは異なる角度で交差している。中心軸ＡＸＺ３と中心軸ＡＸｚ４とは、平行である。中心軸ＡＸｚ３、ＡＸｚ４とは、水平方向に沿って延びている。この実施形態でも、複数のスピーカ対５６１、５６２、５６３、５６４は、互いに交差する異なる中心軸ＡＸｚ１、ＡＸｚ２、ＡＸｚ３、ＡＸｚ４を有している。

【0089】

この実施形態でも、素子間の距離は、先行する実施形態において説明された条件を満たしている。よって、この実施形態でも、先行する実施形態と同様の作用効果が得られる。さらに、この実施形態では、中心軸ＡＸｚ１、ＡＸｚ２に相当する方向に関して、対象空間ＴＲの多数の位置において中間周波数ｆｍｉｄの高い音圧が得られる。

【0090】

第６実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。先行する実施形態では、ひとつのスピーカ１０が備える複数のスピーカ素子５０は、不規則に配置されている。これに代えて、この実施形態では、第１スピーカ対の内側に、第２スピーカ対が配置されている。言い換えると、第２スピーカ対の外側に第１スピーカ対が配置されている。第１スピーカ対は、第１中間周波数ｆｍｉｄ１によって特徴付けられている。第２スピーカ対は、第２中間周波数ｆｍｉｄ２によって特徴付けられている。第２中間周波数ｆｍｉｄ２は、第１中間周波数ｆｍｉｄ１より高い（ｆｍｉｄ１＜ｆｍｉｄ２）。この実施形態における複数のスピーカ対の関係は、以下の説明では内外位置関係とも呼ばれる。

【0091】

図１７において、スピーカ１０は、所定の広い周波数帯域（約４０ｋＨｚ～約１４０ｋＨｚ）をカバーしている。スピーカ１０は、複数のスピーカ素子５０を備える。複数のスピーカ素子５０は、互いに異なる共振周波数をもつ。複数のスピーカ素子５０の共振周波数は、所定の周波数差ごとに異なる。複数のスピーカ素子５０は、複数のスピーカ対６０を形成している。この実施形態では、スピーカ１０は、１０個のスピーカ素子５０を備える。１０個のスピーカ素子は、１０対のスピーカ対６０を形成している。複数のスピーカ素子５０のそれぞれは、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０ｋＨｚの共振周波数を有する。周波数差は、１０ｋＨｚである。周波数差および複数のスピーカ素子５０の数は、図示の実施形態に限られない。例えば、周波数差は、５ｋＨｚ、２０ｋＨｚといった多様な周波数差をもつことができる。例えば、スピーカ１０は、数個のスピーカ素子５０から１０数個のスピーカ素子５０を備えることができる。複数のスピーカ素子５０は、単一の半導体基板に集中的に形成されても、複数の半導体基板に分散的に形成されてもよい。

【0092】

第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、中心軸ＡＸｚに沿って距離Ｌ１だけ離れている。第１スピーカ素子５１と第２スピーカ素子５２とは、第１スピーカ対６６１を形成している。第１スピーカ対６６１は、第１中間周波数ｆｍｉｄ１＝４５ｋＨｚによって特徴付けられている。

【0093】

第２スピーカ素子５２と第３スピーカ素子５３とは、中心軸ＡＸｚに沿って距離Ｌ２だけ離れている。第２スピーカ素子５２と第３スピーカ素子５３とは、第２スピーカ対６６２を形成している。第２スピーカ対６６２は、第２中間周波数ｆｍｉｄ２＝５５ｋＨｚによって特徴付けられている。

【0094】

第１中間周波数ｆｍｉｄ１は、第２中間周波数ｆｍｉｄ２より低い。距離Ｌ１と距離Ｌ２とは、理論的に設定される値２ｚ以上である。距離Ｌ１は、距離Ｌ２より大きい。第２スピーカ対６６２は、第１スピーカ対６６１の内側に配置されている。

【0095】

この実施形態では、上記内外位置関係は、スピーカ１０におけるすべてのスピーカ対において満たされている。なお、スピーカ１０が提供する複数のスピーカ対のうち、一部の２つのスピーカ対において上記内外位置関係が満たされていてもよい。ひとつの例では、外側に配置された第１スピーカ対の第１中間周波数と、第１スピーカ対の内側に配置された第２スピーカ対の第２中間周波数とが、上記周波数差を超えて離れていてもよい。別のひとつの例では、低周波数側の少なくとも２つのスピーカ対が上記内外位置関係を満たし、高周波数側の複数のスピーカ対は、不規則に配置されていてもよい。逆に、高周波数側の少なくとも２つのスピーカ対が上記内外位置関係を満たし、低周波数側の複数のスピーカ対は、不規則に配置されていてもよい。

【0096】

この実施形態の上記内外位置関係は、先行する実施形態の特徴と組み合わせられてもよい。例えば、図１６に図示される複数のスピーカ素子５０は、図１７に図示される内外位置関係を満たすように配置されてもよい。

【0097】

他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形形態を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

【0098】

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

【符号の説明】

【0099】

１ 超音波システム、 ２ 乗り物、
１０ 超音波発生装置（スピーカ）、 ２０ 音源、 ３０ 容器、
４０ 半導体素子、 ５０ スピーカ素子、 ６０ スピーカ対。

【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】

【図16】

【図17】