(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持フレームと、第１振動板と、第２振動板と、連結体とを備えており、
前記第１振動板及び前記第２振動板の一端は、いずれも、前記支持フレームによって弾性的に支持されており、
前記第１振動板の他端と、前記第２振動板の他端とは、対向して配置されており、
かつ、前記第１振動板の他端と、前記第２振動板の他端とは、前記連結体によって連結されており、
前記連結体は、前記第１振動板の他端と、前記第２振動板の他端とに対して、変位可能とされることによって、前記第１振動板又は前記第２振動板の振動に伴い、平行振動又は傾き振動を行う構成となっている
ことを特徴とするマイクロフォン。
【請求項２】
前記連結体と前記第１振動板の他端との間、及び、前記連結体と前記第２振動板の他端との間には、これらの間の変形を容易にする弱化部が備えられている
請求項１に記載のマイクロフォン。
【請求項３】
さらに、第３振動板と、第４振動板とを備えており、
前記第３振動板及び前記第４振動板の一端は、いずれも、前記支持フレームによって弾性的に支持されており、
前記第３振動板の他端と、前記第４振動板の他端とは、対向して配置されており、
かつ、前記第３振動板の他端と、前記第４振動板の他端とは、前記連結体によって連結されており、
前記連結体は、前記第３振動板の他端と、前記第４振動板の他端とに対して、変位可能とされており、
さらに、前記第３振動板と前記第４振動板とは、前記第１振動板及び前記第２振動板の延長方向と交差する方向に延長されている
請求項１又は２に記載のマイクロフォン。
【請求項４】
前記第１振動板と、前記第２振動板と、前記連結体とは、音圧に対して弾性変形可能な一枚の板にスリットを形成することによって構成されており、
かつ、前記第１振動板の一端及び前記第２振動板の一端と、前記支持フレームとは、一体とされている
請求項１に記載のマイクロフォン。
【請求項５】
さらに、前記連結体の平行振動及び傾き振動を検出する検出部を備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロフォン。
【請求項６】
前記第１振動板及び前記第２振動板は、全体として等厚とされている、請求項４に記載のマイクロフォン。
【請求項７】
前記第１振動板及び前記第２振動板は、ガウス型の感度分布を持つように、それらの厚さ又は幅が場所によって変化させられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロフォン。
【請求項８】
請求項１〜７に記載のマイクロフォンにおける、前記連結体の振動を解析することによって、音源定位を行う、音源解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音による振動を検出するためのマイクロフォンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、音源定位が可能な小型マイクロフォンとして、下記特許文献１に記載の技術を提案している。
【０００３】
この技術では、円形の振動板における、Ｘ−Ｙ平面内での傾き振動を検出することにより、音源の方向を特定することが可能になる。
【０００４】
ところで、この技術では、円形振動板が、動きの方向に対応して振動できるように、円形振動板の支持構造に工夫を要する。例えば、円形振動板の下面中央を、円形振動板が傾斜できるように支持したり、あるいは、ジンバル機構を用いて円形振動板を支持したりする構造が提案されている。
【０００５】
しかしながら、このような支持構造を採用することは、
・製造プロセスが複雑で困難となりがちである；
・マイクロフォン自体の機械的構造が脆弱となりがちである；
・円形振動板の検出機構への制約が大きい；
・感度や周波数特性を大きくすることが難しい
などの問題を生じる。
【０００６】
一方、本発明者らは、いわゆるヤドリバエ型の音響センサへの最適荷重関数がガウス関数であるという理論的な知見を得ている（下記非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００６−３４５１３０号公報
【非特許文献】
【０００８】
安藤，小野，"ヤドリバエ型音響センサの最適構造と短時間音源定位の直接代数解法，"  応用音響聴覚合同研究会，信学技報，Vol. 107, No. 7, EA2007-52, H-2007-101, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは、前記した理論的な解析により得られた条件を満たすセンサ構造を種々検討した結果、片持ち梁構造を応用することで、このような条件を満たすことができ、しかも、マイクロフォンの構造を単純化できるという知見を得た。
【００１０】
したがって、本発明は、音源定位あるいは音源分離を行うことが可能な、比較的単純な構造のマイクロフォンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した課題を解決する手段は、以下の項目のように記載できる。
【００１２】
（項目１）
支持フレームと、第１振動板と、第２振動板と、連結体とを備えており、
前記第１振動板及び前記第２振動板の一端は、いずれも、前記支持フレームによって弾性的に支持されており、
前記第１振動板の他端と、前記第２振動板の他端とは、対向して配置されており、
かつ、前記第１振動板の他端と、前記第２振動板の他端とは、前記連結体によって連結されており、
前記連結体は、前記第１振動板の他端と、前記第２振動板の他端とに対して、変位可能とされている
ことを特徴とするマイクロフォン。
【００１３】
第１振動板と第２振動板の延長方向をＸ軸、振動板に直交する方向をＺ軸と置く。このＺ軸に対してＸ軸方向に傾斜した方向（一般には傾斜角θが０°＜θ＜１８０°）から音波が来ると、第１振動板と第２振動板とは、傾斜角に応じた位相差を持って振動する。Ｚ軸方向から音波が来ると、第１振動板と第２振動板は同相で振動する。そこで、この振動の位相差を検出することで、音源の方向を知ることができる。位相差を持って振動する振動板の組を複数用いることにより、Ｘ軸方向以外にも、Ｙ軸方向やＺ軸方向への傾斜角を知ることもできる。連結体の傾き振動は、各振動板における振動の位相差に対応する。そこで、連結体の振動を検出することで、音源定位や音源分離が可能になる。
【００１４】
（項目２）
前記連結体と前記第１振動板の他端との間、及び、前記連結体と前記第２振動板の他端との間には、これらの間の変形を容易にする弱化部が備えられている
項目１に記載のマイクロフォン。
【００１５】
弱化部を設けることによって、第１振動板と第２振動板とが逆相で振動したときの、連結体の傾き振動を、円滑に発生させることができる。
【００１６】
（項目３）
さらに、第３振動板と、第４振動板とを備えており、
前記第３振動板及び前記第４振動板の一端は、いずれも、前記支持フレームによって弾性的に支持されており、
前記第３振動板の他端と、前記第４振動板の他端とは、対向して配置されており、
かつ、前記第３振動板の他端と、前記第４振動板の他端とは、前記連結体によって連結されており、
前記連結体は、前記第３振動板の他端と、前記第４振動板の他端とに対して、変位可能とされており、
さらに、前記第３振動板と前記第４振動板とは、前記第１振動板及び前記第２振動板の延長方向と交差する方向に延長されている
項目１又は２に記載のマイクロフォン。
【００１７】
このように第３振動板と第４振動板とをさらに備えることで、２次元方向での音源定位が可能になる。
【００１８】
（項目４）
前記第１振動板と、前記第２振動板と、前記連結体とは、音圧に対して弾性変形可能な一枚の板にスリットを形成することによって構成されており、
かつ、前記第１振動板の一端及び前記第２振動板の一端と、前記支持フレームとは、一体とされている
項目１に記載のマイクロフォン。
【００１９】
スリットによって各振動板や連結体を形成できるので、製造工程を簡略化することができる。また、スリット幅を狭めることにより、各振動板の裏側に抜ける媒質（例えば空気）の量を減らすことができ、マイクロフォンの高効率化を図ることができる。
【００２０】
（項目５）
さらに、前記連結体の平行振動及び傾き振動を検出する検出部を備えた、項目１〜４のいずれか１項に記載のマイクロフォン。
【００２１】
検出部からの出力を解析することにより、例えば音源定位や音源分離が可能になる。
【００２２】
（項目６）
前記第１振動板及び前記第２振動板は、全体として等厚とされている、項目４に記載のマイクロフォン。
【００２３】
等厚とすることによって、加工コストの低減が図れる。
【００２４】
（項目７）
前記第１振動板及び前記第２振動板は、ガウス型の感度分布を持つように、それらの厚さ又は幅が場所によって変化させられている、項目１〜６のいずれか１項に記載のマイクロフォン。
【００２５】
各振動板によって得られる感度分布を、理想的なガウス型分布に近づけることにより、マイクロフォンとしての精度を向上させることができる。
【００２６】
（項目８）
項目１〜７に記載のマイクロフォンにおける、前記連結体の振動を解析することによって、音源定位を行う、音源解析装置。
【００２７】
前記したいずれかのマイクロフォンを用いて、音源定位が可能な音源解析装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のマイクロフォンは、比較的に単純な構造で、音源定位あるいは音源分離を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るマイクロフォンの説明図である。図（ａ）は、マイクロフォンの平面図を示す。図（ｂ）は、図（ａ）の片側断面図を示す。
【図２】本発明の第１実施形態に係るマイクロフォンにおける連結体部分を示す拡大平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るマイクロフォンでの荷重分布の計算例を示すグラフである。図（ａ）はコモンモード（同相振動）を示す。図（ｂ）は差動モード（位相差振動）を示す。
【図４】本発明の第１実施形態に係るマイクロフォンにおける連結体の振動モードを説明するためのモデルである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るマイクロフォンの説明図である。図（ａ）は、マイクロフォンの平面図を示す。図（ｂ）は、図（ａ）の片側断面図を示す。
【図６】本発明の第２実施形態に係るマイクロフォンにおける連結体部分を示す拡大平面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るマイクロフォンの説明図であって、連結体に対向して配置される支持板の平面図を示している。
【図８】本発明の第４実施形態に係るマイクロフォンの説明図であって、連結体の振動検出に用いる光学系を示している。
【図９】本発明の第５実施形態に係るマイクロフォンの製造工程の説明図である。
【図１０】図９に示す断面に対応する切断箇所を説明するための説明図である。
【図１１】本発明の第６実施形態に係るマイクロフォンの製造工程の説明図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係るマイクロフォンの製造工程の説明図である。
【図１３】図９に示す断面に対応する切断箇所を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るマイクロフォンを、図１及び図２を参照しながら説明する。このマイクロフォンは、単体でＸＹ平面内での音源定位を可能とするものである。なお、以下の説明において、マイクロフォンとは、媒質中を伝播してくる粗密波を検出できる検出器ないし検出装置を意味している。また、以下では、媒質として空気を例にして説明する。また、粗密波の周波数帯域としては可聴域を想定するが、この帯域以外への応用も可能である。
【００３１】
本実施形態のマイクロフォンは、第１振動板１と、第２振動板２と、第３振動板３と、第４振動板４と、支持フレーム５と、連結体６とを主要な要素として備えている。
【００３２】
第１〜第４振動板１〜４は、いずれも、略二等辺三角形状に形成されている（図１（ａ）参照）。各振動板１〜４の一端１１〜４１は、いずれも、薄板状に形成されており、支持フレーム５によって弾性的に支持されている（図１（ｂ）参照）。具体的には、各振動板１〜４は、支持フレーム５と一体に形成されており、各振動板１〜４の弾性力によって、弾性変形が可能なように、支持フレーム５によって支持されている。また、本実施形態の各振動板１〜４は、支持フレーム５と一体に形成された薄板を、ごく細幅のスリット７ａ〜７ｄ（図１（ａ）参照）で部分的に切断することによって形成されたものである。したがって、第１〜第４振動板１〜４は、全体として等厚とされている（図１（ｂ）参照）。例えば、図１（ｂ）中の符号ａで示される、各振動板の厚さは、例えば２〜５μｍの厚さとすることが可能であるが、この厚さには制限されない。
【００３３】
ここで、前記薄板は、MEMS分野の製造技術を適用するため、シリコン単結晶、多結晶シリコン、又はNi、Fe、W、Ti、Cr、Co、Cu、Pt、Auやこれらの合金などの金属によって構成されることが好ましい。また、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁物を前記薄板の材料に用いることも好ましい。もちろん前記薄板の材料は、媒質中を伝搬する音圧によって弾性変形できる材質であればよく、その材質はこれらに限定されず、例えば、有機材料を用いることも考えられる。
【００３４】
第１振動板１の他端１２と、第２振動板２の他端２２とは、対向して配置されている。同様に、第３振動板３の他端３２と、第４振動板４の他端４２とは、対向して配置されている。
【００３５】
また、第３振動板３と第４振動板４とは、第１振動板１及び第２振動板２の延長方向と交差する方向に延長されている。これにより、この実施形態では、後述するように、２次元方向での音源定位が可能となっている。なお、この実施形態では、第３振動板３及び第４振動板４の延長方向と、第１振動板１及び第２振動板２の延長方向との交差角度が、ほぼ９０°とされているが、９０°以外の交差角度であってもよい。要は、異なる２方向からの音波に応じて、異なる方向成分を持つ傾き振動を行う構成であれば、原理的には、２次元平面内での音源定位が可能である。
【００３６】
第１〜第４振動板１〜４の他端１２〜４２は、互いに、連結体６によって連結されている。連結体６は、この実施形態では薄板の平板状となっている。また、第１〜第４振動板１〜４の他端１２〜４２は、連結体６と一体となっている。
【００３７】
連結体６は、第１〜第４振動板１〜４の他端１２〜４２に対して、変位可能となっている。より具体的には、連結体６と各振動板１〜４の他端１２〜４２との間には、これらの間の変形を容易にする弱化部８ａ〜８ｄが形成されている（図２参照）。弱化部８ａ〜８ｄは、スリット７ａ〜７ｄと同様に、ごく細幅で各振動板１〜４の他端近傍を切断することにより形成されている。そして、弱化部８ａ〜８ｄの間の領域を、この明細書では、連結ビーム９ａ〜９ｄと称する。つまり、各振動板１〜４と薄板状の連結体６とは、細幅の連結ビーム９ａ〜９ｄを介して機械的に接続されている。
【００３８】
各連結ビーム９ａ〜９ｄには、連結体６の平行振動及び傾き振動を検出するためのピエゾ抵抗１０ａ〜１０ｄが形成されている。これらのピエゾ抵抗１０ａ〜１０ｄは、本発明における検出部の一例に相当する。ピエゾ抵抗１０ａ〜１０ｄは、連結ビーム９ａ〜９ｄの変形に伴って変形し、この変形により、抵抗値が変化する。したがって、抵抗値の変化を、例えばブリッジ回路のような適宜な検出回路（図示せず）を用いて検出することにより、連結ビーム９ａ〜９ｄの変形量を知ることができる。また、連結ビーム９ａ〜９ｄをシリコン基板から構成するときは、例えばボロン（Ｂ）の熱拡散によってピエゾ抵抗を簡単に作り込むことができる。
【００３９】
（実施例）
ここで、実施例として、本実施形態のマイクロフォンの、具体的な寸法の例を説明する。図１及び図２の例では、図中、
Ｗ＝５ｍｍ、
Ｌ＝１．２５ｍｍ、
スリット幅＝５μｍ程度、
となっている。このような構造は、例えばＭＥＭＳ製造技術を用いて作成できる。作製方法の例は後述する。
【００４０】
（本実施形態のマイクロフォンの動作）
次に、本実施形態のマイクロフォンの動作を説明する。まず、説明の前提として、音源定位の原理を説明する。
【００４１】
（音源定位の厳密理論と代数解法）
空間座標をベクトルr = (x, y, z)，音源方位の単位方向ベクトルをベクトルn，音速をcとする。また、音源までの距離は、到来する波動が観測領域で平面波と見なせるほどに十分に遠方であるとする。
【００４２】
このとき，その音源によって生じる任意の音響波動場f(ベクトルr, t)は，偏微分方程式
0005491080.tif 000002
を満たす。逆も真で，この偏微分方程式の一般解は，その音源から発せられた任意の波形の音場の全体となる。ここで，観測平面上に任意の荷重関数w(ベクトルr) を導入すると，下記式（２）のように、偏微分方程式は等価な積分形式に変換される（参考： S. Ando and N. Ono, "Partial differential equation (PDE)-based theory of sound source localization," 4th Joint Meeting ASA and ASJ, Honolulu, 2006.）。
【００４３】
0005491080.tif 000003
【００４４】
ここで，荷重関数としてガウス関数
0005491080.tif 000004
を導入する。ガウス関数は，その１階偏微分が
0005491080.tif 000005
のように１次モーメントの形をもつことに注意する。そうすると，上式の積分形式は以下のような代数方程式に変換されることが分かる。
【００４５】
0005491080.tif 000006
【００４６】
ここでベクトルn = (nx, ny) は音源の方向ベクトルのx, y 成分である。また、式（３）における以下の未知数は、いずれも、本実施形態の連結体６の振動を検出することにより得ることができる。
【００４７】
0005491080.tif 000007
【００４８】
すなわち、これらの値は、ガウス関数で重み付けられた観測平面上の音圧分布の０次と１次のモーメントであるから、観測平面上に置かれたダイヤフラム（連結体）で観測可能な量である。
【００４９】
一方、本実施形態の構造を持つマイクロフォンによると、ガウス加重分布に近い加重分布を得ることができる。なお、図３に、本実施形態で得られる加重分布の数値計算例を示す。図３（ａ）はコモンモード、図３（ｂ）は差動モードを示す。また、これらの図では、参照用に、ガウス分布の波形を併記した。これらの計算例では、まだ、設計を最適化する余地があるが、この状態でも、ほぼガウス加重分布に近い加重分布を得ている。
【００５０】
したがって、本実施形態で得られた、連結体６の平行振動と傾き振動の計測値を用いて（３）式を解くことによって、音源方位（すなわち方向ベクトルｎ）を厳密かつ一意に決定することができる。この方程式は，音源の到来方向や到来音のスペクトルに依存しないため，原理的にこれらに関わらない音源定位が可能になる。
【００５１】
この検出原理は、以下のようにも説明できる。すなわち、各振動板の面に垂直な方向（Ｚ軸）から音が到来すると、連結体６は平行振動を行う。Ｚ軸から傾いた方向から音が到来すると、各振動板は位相差を持って振動し、そのため、連結体６は傾き振動を行う。この傾き振動は、音の到来方向に対応するので、傾き振動を検出することで、音源定位や音源分離が可能になる。
【００５２】
また、音源の方向が判れば、指向性制御や音源分離が可能になる。そのための解析手法は既知なので、この明細書では詳細な説明を省略する（例えば、小野, 安藤,"音場の計測と指向性制御,"第22回センシングフォーラム資料, pp. 305-310, 9月. 2005.、あるいは、小野, 有田, 千條, 安藤,"時空間勾配計測に基づく指向性制御と音源分離の理論,"日本音響学会2005年春季研究発表会講演論文集,2-6-13, pp.607-608, 東京, 3月, 2005.を参照）。
【００５３】
したがって、本実施形態のマイクロフォンによれば、音源定位のみならず、指向性制御や音源分離を行うことができる。例えば、自動車内での音声認識を例にすると、主な騒音源であるエンジンの位置は、話者に対してほぼ固定されるので、その位置でのゲインを０に近づけるように指向性制御を行うことによって、ＳＮ比を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施形態においては、単一素子により、音源定位が可能なマイクロフォンを提供することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態では、第１〜第４振動板１〜４を、細幅のスリット７ａ〜７ｄにより分離している。このため、音を伝搬する空気が各振動板１〜４の背面側に抜けることをほぼ確実に防止することができる。音を伝搬する空気が各振動板１〜４の背面側に抜けると、マイクロフォンとしての感度が劣化する。これに対して本実施形態では、高感度のマイクロフォンを提供できるという利点がある。
【００５６】
また、本実施形態では、音波の振動を、連結体６という微小な部品の振動として検出することができる。このため、高感度を得ることができ、かつ、マイクロフォン全体のサイズを小さくすることができるという利点がある。
【００５７】
さらに、本実施形態のマイクロフォンは、基本的に、薄板にスリットを形成することで構成できる。したがって、製造がきわめて容易である。また、スリット形状や弱化部形状を変更することで、振動特性を容易に変更できる。さらには、静圧の変動（例えば高所での空気圧の低下）や塵埃の付着があっても、動作が可能であるという利点がある。つまり、本実施形態のマイクロフォンは、強い環境耐性を持つことが可能である。
【００５８】
各振動板１〜４の背面は基本的に空洞でよいので、音響空洞を形成することで、感度の向上が可能である。また、背面の空間を利用して、各振動板の振動に対して粘性ダンピングを与えることもできる。さらに、背面の空間を用いて、振動検出のためのコンデンサを配置することも可能である。
【００５９】
また、本実施形態のマイクロフォンは、原理的に、広帯域でかつ高い時間分解能の音源定位を実現することができる。
【００６０】
また、本実施形態のマイクロフォンでは、指向性を制御できるので、背景雑音下での集音や音源分離にも適用することができる。
【００６１】
さらに、本実施形態では、各振動板１〜４と支持フレーム５とを連続した構造とできるので、ピエゾ素子１０ａ〜１０ｄなどの検出素子からの配線を外部に取り出すことが容易であるという利点もある。
【００６２】
（切り欠き平板構造の周波数特性）
ここで、本実施形態の構造における最適次共鳴モードの決定手法の概略を説明する。ここで考察すべき構造要素は，1) 直角三角形片持ち梁のバネ定数，2) 微細結合ビームのバネ定数，3) 中央の連結平板の質量と慣性モーメント，である。
【００６３】
1) 直角三角形片持ち梁のバネ定数
まず最初に矩形の片持ち梁の厚さをa，幅を2Wb，長さをW とすると，その先端の曲がりに関するバネ定数は
0005491080.tif 000008
で与えられる。ここでE は構造体のヤング率である。直角三角形に形成された片持ち梁においては，有限要素解析により，ほぼ
0005491080.tif 000009
で表されるバネ定数をもつことが分かる。
【００６４】
2)連結ビームのバネ定数
本実施形態の連結ビームの幅をｂ，長さをｄとする（図２参照）。連結ビームの両端が平行に保たれている条件で，それらの面に垂直な方向の高さの差に関するバネ定数は
0005491080.tif 000010
のように表される。
【００６５】
3) 中央連結平板（連結体）の振動モード
センサ構造体の密度をρとする。四つの連結ビームによって四点で支持された連結平板は，図４に示されるように、バネ上に置かれた平板としてモデル化できる。
【００６６】
平板の質量は4ρaL2，それぞれのバネは，片持ち梁のバネと微細連結ビームのバネとの直列バネに相当し，
0005491080.tif 000011
のバネ定数を有する。平行振動モードの運動方程式と共振周波数は
0005491080.tif 000012
のように表される。傾き振動に関しては，その運動方程式と共振周波数は
0005491080.tif 000013
で与えられる。ここでθは平板の基準面に対する傾き角である。二つの共振周波数の比は，比ｌ／Ｌの調整、すなわち、微細連結ビームの位置をどれだけ内側（中央側）へシフトさせるかによって調整可能である。そして、
0005491080.tif 000014
に選ぶと、両モードでの共振周波数は等しくなる。
【００６７】
（第２実施形態に係るマイクロフォン）
次に、第２実施形態に係るマイクロフォンを、図５及び図６に基づいて説明する。なお、前記した第１実施形態と基本的に共通する要素については、同一符号を付することにより、説明の重複を避ける。
【００６８】
前記した第１実施形態では、Ｘ−Ｙの２次元平面における音源定位が可能であった。これに対して、第２実施形態のマイクロフォンは、１次元方向での音源定位を行うものである。したがって、第２実施形態のマイクロフォンは、要するに、第１実施形態のマイクロフォンから第３振動板３と第４振動板４とを除去した構造に相当する。
【００６９】
第２実施形態のマイクロフォンは、第１振動板１と第２振動板２とを対向して配置し、それらの先端１２，２２どうしを、連結体６によって連結した構造となっている。また、振動板１及び２は、薄板に対してスリット７ｅ〜７ｈ（図５参照）を形成することによって、支持フレーム５に支持された片持ち梁の構造とされている。
【００７０】
また、連結体６の周囲には、弱化部８ｅ〜８ｈ（図６参照）を形成することによって、第１振動板１と第２振動板２との振動の位相差を、連結体６の平行振動又は傾き振動として検出することができる。
【００７１】
また、連結体６の近傍には、第１実施形態と同様の検出部（図示せず）が設けられている。
【００７２】
第２実施形態のマイクロフォンは、既に述べたように、一次元方向での音源定位が可能である。したがって、例えば、第１実施形態のマイクロフォンと組み合わせることで、３次元方向での音源定位が可能になる。
【００７３】
第２実施形態のマイクロフォンにおける他の構成及び利点は、前記第１実施形態と基本的に共通なので、第２実施形態についてのこれ以上詳しい説明は省略する。
【００７４】
（第３実施形態）
つぎに、第３実施形態に係るマイクロフォンを、図７に基づいて説明する。なお、前記した第１実施形態と基本的に共通する要素については、同一符号を付することにより、説明の重複を避ける。
【００７５】
第１実施形態のマイクロフォンでは、連結体６の振動を検出するための検出部として、ピエゾ抵抗を用いた。これに対して、第３実施形態では、検出部として、コンデンサを用いる。
【００７６】
すなわち、第３実施形態では、連結体６の一面に、四つの電極（図示せず）を設ける。
【００７７】
また、連結体６に対向する位置に、電極固定用の支持板１０１を設ける。そして、支持板１０１の表面に、コンデンサを構成するための対向電極１０１ａ〜ｄを設ける（図７参照）。また対向電極の周囲の支持板１０１に、音響効果を考慮した四つの貫通孔１０２ａ〜ｄを形成する。
【００７８】
この実施形態においては、連結体６の平行振動に対しては、各コンデンサにおいて同相の容量変化を生じ、傾き振動に対しては、逆相の容量変化を生じる。この特性を利用して、第１実施形態と同様に、音源定位や指向性制御を行うことができる。
【００７９】
また、本実施形態の連結体６と支持板１０１との間に存在する空隙には、空気が存在する。そこで、この空気の粘性抵抗を利用することで、連結体６への制動作用を持たせることも可能である。
【００８０】
第３実施形態における他の構成及び利点は、前記した第１実施形態と同様なので、第３実施形態についてのこれ以上詳しい説明は省略する。
【００８１】
（第４実施形態）
つぎに、第４実施形態に係るマイクロフォンを、図８に基づいて説明する。なお、前記した第１実施形態と基本的に共通する要素については、同一符号を付することにより、説明の重複を避ける。
【００８２】
第１実施形態のマイクロフォンでは、連結体６の振動を検出するための検出部として、ピエゾ抵抗を用いた。これに対して、第３実施形態では、検出部として、ヘテロダイン干渉光学系を用いる。
【００８３】
第４実施形態の光学系は、レーザ光源（laser）と、４個のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４と、レンズＬ１〜Ｌ５と、平面鏡Ｍ１及びＭ２と、ビームスプリッタＢＳ１及びＢＳ２と、音響光学変調素子ＡＯＭとから構成されている。そして、連結体６の裏面が平面鏡とされている。
【００８４】
この第４実施形態では、連結体６の距離変化と傾き変化とを、連結体６による反射光と入力光とを用いて、ヘテロダイン干渉光学系により検出することができる。なお、４個のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４を用いるのは、Ｘ−Ｙの２次元平面での検出を行うためである。ヘテロダイン干渉光学系による振動検出方法としては、既存のものを用いることができるので、この光学系についてのこれ以上詳しい説明は省略する。
【００８５】
この実施形態では、連結体６の振動を精密に計測することができるという利点がある。
【００８６】
第４実施形態における他の構成及び利点は、前記した第１実施形態と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
【００８７】
（第５実施形態）
つぎに、第５実施形態として、本実施形態のマイクロフォンを製造する方法の一例を、図９及び図１０を参照しながら説明する。この例では、ＳＯＩ基板を用いる。また、図１０は、図９で示した断面を得る切断箇所を表すものである。
【００８８】
（図９（ａ））
まず、作製に用いる基板の構造を説明する。図示されているように、この基板は、Si基板層２０３、SiO2層２０４、Si層２０５から成るＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の下側に、SiN層２０１、SiO2層２０２、上側にSiO2層２０６が形成されている。
【００８９】
（図９（ｂ））
まず、上面のSiO2層２０６の上面に、フォトレジスト膜２０７を塗布し、リソグラフィ技術を用いて所定のパターンを形成する。ついで、前記フォトレジスト膜２０７の開口が形成されている箇所の下方のSiO2層２０６をＣＦ４などのガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）で除去する。ついで、ＳＦ６、Ｃｌ2などのガスを用いたＲＩＥを用いて、Si層２０５を除去する。ＲＩＥを用いることにより、細幅でかつ深いエッチングが可能になる。これにより、スリット７ａ〜７ｄ及び弱化部８ａ〜８ｄをSi層２０５に精度良く形成することができる。
【００９０】
ついで、レジスト層２０７を薬液により除去する。
【００９１】
（図９（ｃ））
ついで、基板の下面、すなわちSiN層２０１側の面に、フォトレジストを塗布し、所定パターンを持つ別のレジスト層２０８を形成する。ついで、ＲＩＥにより、不要なSiN層２０１及びSiO2層２０２を除去する。
【００９２】
（図９（ｄ））
ついで、基板の上面、すなわちSiO2層２０６の表面に保護膜２０９を形成する。
【００９３】
そして、SiN層２０１及びSiO2層２０２をマスクとして、基板の下面から、Si基板層２０３をエッチングで除去する。このとき、SiO2層２０４は、エッチングストップの機能を持つ。さらに、SiO2層２０４を、適宜なエッチング剤を用いて除去する。その後、基板から、必要な大きさで、支持フレーム５に相当する部分を切り出す。
【００９４】
（図９（ｅ））
ついで、保護膜２０９を除去する。これにより、非常に薄く、かつ微細構造の第１〜第４振動板１〜４及び連結体６を得ることができる。この結果、Si層２０５によって、ごく薄い板状の振動板１〜４をそれぞれ得ることができる。また、Si基板２０３及びSi層２０５により、振動板１〜４の周囲の支持フレーム５を、振動板１〜４と一体に形成することができる。
【００９５】
その後、適宜な方法で検出部を取り付けることにより、連結体６の振動検出が可能になる。
【００９６】
第５実施形態の製造方法によれば、いわゆるＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）製造技術を用いて、高精度の微細加工を行うことができる。これにより、微小サイズでかつ検出精度の良いマイクロフォンを製造することができる。
【００９７】
また、この製造方法では、スリット７ａ〜７ｄ及び弱化部８ａ〜８ｄの幅を狭く形成することができる。このようにすると、空気が各振動板１〜４の背面に抜けることがほとんど無く、この点からも、マイクロフォンとしての検出精度を向上させることができる。
【００９８】
（第６実施形態）
つぎに、第６実施形態として、本実施形態のマイクロフォンを製造する方法の別の例を、図１１〜図１３を参照しながら説明する。前記した第５実施形態では、ＳＯＩ基板への加工が終了した後に検出部を取り付けることとしていた。これに対して、この第６実施形態は、ピエゾ抵抗をＳＯＩ基板に一体に形成する工程を含んでいる。また、図１３は、図１１及び図１２で示した断面を得る切断箇所を表すものである。第６実施形態の説明においては、前記した第５実施形態の説明と同様の工程については、同一符号を用いることで、説明の煩雑を避ける。
【００９９】
（図１１（ａ））
まず、作製に用いる基板の構造を説明する。図示されているように、この基板は、下から、SiO2層２０２、Si基板層２０３、SiO2層２０４、Si層２０５、SiO2層２０６から構成されている。
【０１００】
SiO2層の上面に、所定形状のマスク２１１を形成する。ついで、SiO2層２０６を介して、その下のSi層２０５に、B+イオンを注入する。この注入は、いわゆるイオン・インプランテーション技術により行うことができる。
【０１０１】
このようにして、この実施形態では、Si層２０５の２カ所に、ボロン（B）を添加することができる。ボロンを添加した部分が、ピエゾ抵抗層２１２となる。ピエゾ抵抗層２１２は、前記したピエゾ抵抗１０ａ〜１０ｄのいずれかに対応する部分である。また、この実施形態では、２カ所のピエゾ抵抗層２１２のうち、一つが、連結ビーム９ａ〜９ｄに相当する位置に形成され、もう一つが、応力を受けにくい位置（例えば支持フレーム）に形成される。これは、応力を受けないピエゾ抵抗を基準抵抗として、ブリッジ回路によって抵抗値の変化を検出するためである。なお、このような検出用ブリッジ回路としては、従来から知られているものを利用可能なので、詳しい説明を省略する。
【０１０２】
（図１１（ｂ））
ついで、レジスト層２１１を除去する。
【０１０３】
（図１１（ｃ））
ついで、SiO2層２０２の下面に、SiN層２０１を形成する。さらに、SiO2層２０６の上面に、レジスト層２１３を形成する。ついで、エッチングにより、ピエゾ抵抗の上面に位置するSiO2層２０６を部分的に除去する。これにより、後述する配線用の接点を形成することができる。
【０１０４】
（図１１（ｄ））
ついで、レジスト層２１３を除去する。その後、ピエゾ抵抗層２１２をつなぐように、配線用の金属層２１４を形成する。金属層２１４としては、例えば、Alを１％程度含有したAl-Si膜を用いることができる。
【０１０５】
その後、金属膜２１１の上面にレジスト層２１５を形成し、金属膜２１４をエッチングすることにより、金属膜２１４を所定の形状とする。
【０１０６】
（図１１（ｅ））
ついで、レジスト層２１５を除去する。さらに、金属膜２１４およびSiO2層２０６を覆うように、パッシベーション膜２１６を形成する。パッシベーション膜２１６は、その後の工程から金属膜２１４及びピエゾ抵抗層２１２を保護するものである。パッシベーション膜２１６としては、この実施形態では、SiNとPSG（Phospho-Silicate-Glass）との積層構造が用いられている。
【０１０７】
（図１２（ｆ））
ついで、レジスト層２１７を配置し、エッチングによりパッシベーション膜２１６及びSiO2層２０６を部分的に除去する。さらに、RIEを用いて、Si層２０５を部分的に除去する。これによって、第５実施形態と同様に、Si層２０５に、スリット７ａ〜７ｄ及び弱化部８ａ〜８ｄを形成することができる。
【０１０８】
（図１２（ｇ）〜（ｉ））
図１２（ｇ）〜（ｉ）の工程は、第５実施形態における図９（ｃ）〜図９（ｅ）に示す工程と実質的に同様なので詳しい説明は省略する。
【０１０９】
第６実施形態の製造方法によれば、連結体６にピエゾ抵抗１０ａ〜１０ｄを精度良くかつ簡便に形成することができる。
【０１１０】
第６実施形態における他の構成及び利点は、前記した第５実施形態と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
【０１１１】
なお、前記した各実施形態の構成は、本発明の例示に過ぎず、本発明の内容を制限する趣旨のものではない。
【０１１２】
例えば、前記した実施形態では、第１〜第４振動板１〜４を平板状とした。しかしながら、これらの厚さ又は幅を、理想的なガウス型に近い荷重分布を持つように、適宜に変更することは可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  第１振動板
１１  第１振動板の一端
１２  第１振動板の他端
１３  結合ビーム
２  第２振動板
２１  第２振動板の一端
２２  第２振動板の他端
２３  結合ビーム
３  第３振動板
３１  第３振動板の一端
３２  第３振動板の他端
３３  結合ビーム
４  第４振動板
４１  第４振動板の一端
４２  第４振動板の他端
４３  結合ビーム
５  支持フレーム
６  連結体
１０ａ〜１０ｄ  ピエゾ抵抗（検出部）
７ａ〜７ｄ  第１実施形態のスリット
７ｅ〜７ｈ  第２実施形態のスリット
８ａ〜８ｄ  第１実施形態の弱化部
８ｅ〜８ｈ  第２実施形態の弱化部
９ａ〜９ｄ  連結ビーム
１０１  支持板
１０１ａ〜１０１ｄ  対向電極（検出部）
１０２ａ〜１０２ｄ  貫通孔
【図１】
0005491080.tif 000015
【図２】
0005491080.tif 000016
【図３】
0005491080.tif 000017
【図４】
0005491080.tif 000018
【図５】
0005491080.tif 000019
【図６】
0005491080.tif 000020
【図７】
0005491080.tif 000021
【図８】
0005491080.tif 000022
【図９】
0005491080.tif 000023
【図１０】
0005491080.tif 000024
【図１１】
0005491080.tif 000025
【図１２】
0005491080.tif 000026
【図１３】
0005491080.tif 000027