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公開番号2024137007
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-04
出願番号2023048338
出願日2023-03-24
発明の名称超音波デバイス、制御装置、プログラム及びシステム
出願人国立大学法人東京大学
代理人弁理士法人IPX
主分類H04R 1/40 20060101AFI20240927BHJP(電気通信技術)
要約【課題】低コスト製造が可能な超音波デバイス、制御装置、プログラム及びシステムを提供する。
【解決手段】本発明の一態様によれば、超音波デバイスが提供される。この超音波デバイスは、振動膜と、張力維持手段と、複数の素子とを備える。振動膜は、張力が印加されて配設される。張力維持手段は、振動膜を支持し、該振動膜の復元力により変形せず、素子は、振動膜に周期的に配設され、各々が第1の電極と、第2の電極とを備える。第1の電極は、振動膜に接して配設される。第2の電極は、第1の電極と対向する位置に配設される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
超音波デバイスであって、
振動膜と、張力維持手段と、複数の素子とを備え、
前記振動膜は、張力が印加されて配設され、
前記張力維持手段は、前記振動膜を支持し、該振動膜の復元力により変形せず、
前記素子は、前記振動膜に周期的に配設され、各々が第１の電極と、第２の電極とを備え、
前記第１の電極は、前記振動膜に接して配設され、
前記第２の電極は、前記第１の電極と対向する位置に配設される
超音波デバイス。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記素子は、基板に配設され、
前記基板は、前記振動膜に周期的に固定され、
前記振動膜は、前記基板との固定部分に囲まれた領域が、所定の周波数で共振する領域である
超音波デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記張力維持手段は、弾性体を備え、該弾性体により前記振動膜に印加された張力を維持する
超音波デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記第２の電極は、前記振動膜に接して配設され、
前記第１の電極を前記振動膜の表面に配設した場合には、前記第２の電極を前記振動膜の裏面に配設し、
前記第２の電極を前記振動膜の表面に配設した場合には、前記第１の電極を前記振動膜の裏面に配設する
超音波デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
前記素子は、気体が封入された気体室を備え、
前記振動膜は、前記気体室の壁部の一部を構成し、
前記第２の電極は、貫通孔を備え、前記気体室の内部に配設される
超音波デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波デバイスにおいて、
前記第２の電極の前記第１の電極と対向しない面と、前記気体室の前記振動膜と対向する壁部との距離は、前記振動膜が共振する際の波長の８分の１以上、かつ、８分の３以下である
超音波デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波デバイスにおいて、
前記距離は、前記波長の４分の１である
超音波デバイス。
【請求項８】
請求項５に記載の超音波デバイスにおいて、
前記気体室は、柔軟膜を備え、
前記柔軟膜は、前記気体室の壁部の一部を構成し、該気体室の内外の気圧差に応じて変形し、該気圧差を減少させる
超音波デバイス。
【請求項９】
請求項５に記載の超音波デバイスにおいて、
前記気体は、不活性ガスである
超音波デバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載の超音波デバイスにおいて、
前記不活性ガスは、六フッ化硫黄である
超音波デバイス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイス、制御装置、プログラム及びシステムに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
強力な空中超音波を生成できる空中超音波フェーズドアレイ（ＡｉｒｂｏｒｎｅＵｌｔｒａｓｏｕｎｄＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙ：ＡＵＰＡ）は、任意の強度・位相で超音波を発生可能なトランスデューサーを配列することで構成されてきた。また、高出力かつ高効率で透明化が可能なシート状空中超音波デバイスを実現するための超音波デバイスも提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２２／１４９４８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、超音波デバイスは、空中ハプティクスや微小あるいは軽量物体の浮遊、気流の制御など多岐に渡る応用での利用が検討されているが、これらへの利用には、超音波デバイスが低コストで製造できることが望ましい。
【０００５】
本発明では上記事情を鑑み、低コスト製造が可能な超音波デバイス、制御装置、プログラム及びシステムを提供することとした。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、超音波デバイスが提供される。この超音波デバイスは、振動膜と、張力維持手段と、複数の素子とを備える。振動膜は、張力が印加されて配設される。張力維持手段は、振動膜を支持し、該振動膜の復元力により変形せず、素子は、振動膜に周期的に配設され、各々が第１の電極と、第２の電極とを備える。第１の電極は、振動膜に接して配設される。第２の電極は、第１の電極と対向する位置に配設される。
【０００７】
本発明の一態様によれば、回路を大幅に簡略化し、低コスト製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
振動膜の配設例を示した図である。
張力維持手段の例を説明するための図である。
素子の配置例を示した図である。
素子の構成例を示した図である。
素子の構成例を示した図である。
素子の構成例を示した図である。
素子の構成例を示した図である。
素子の構成例を示した図である。
超音波を送出する超音波デバイスの配置例を示した図である。
超音波デバイス１１の構成例を示した図である。
超音波を反射する超音波デバイスの配置例を示した図である。
超音波デバイス１３の構成例を示した図である。
電極の配置例を示した図である。
素子２０の構成例を示した図である。
スペーサＳＰと振動膜１５０との固定方法を説明するための図である。
素子５２０の構成例を示した図である。
素子２０の動作を説明するための図である。
素子２０の制御を説明するための図である。
素子２０に印加される電圧と、その際の素子の状態の組み合わせを示したものである。
パターン生成の流れを示した図である。
パターン生成の流れを示した図である。
パターン生成の流れを示した図である。
交流電圧の印加例を示した図である。
シミュレーション結果の音圧の分布を示したものである。
シミュレーション結果の音圧の分布を示したものである。
シミュレーション結果の音圧の分布を示したものである。
シミュレーション結果の音圧の分布を示したものである。
シミュレーション結果の音圧の分布を示したものである。
シミュレーション結果の音圧の分布を示したものである。
シミュレーション結果の音圧の分布を示したものである。
超音波デバイスを用いたシステムの構成例を示した図である。
情報処理装置１００１の構成例を示した図である。
情報処理装置１００１の機能的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本開示の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。
【００１０】
ところで、本実施形態に登場するソフトウェアを実現するためのプログラムは、コンピュータが読み取り可能な非一時的な記録媒体（Ｎｏｎ－ＴｒａｎｓｉｔｏｒｙＣｏｍｐｕｔｅｒ－ＲｅａｄａｂｌｅＭｅｄｉｕｍ）として提供されてもよいし、外部のサーバからダウンロード可能に提供されてもよいし、外部のコンピュータで当該プログラムを起動させてクライアント端末でその機能を実現（いわゆるクラウドコンピューティング）するように提供されてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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