(57)【要約】  実施形態によれば、構造体と、容器と、液体と、検出部と、を含むセンサが提供される。前記構造体は、支持部と、膜部と、を含む。膜部は、第１領域を含む。前記第１領域は、前記支持部に支持された第１端部と、変位可能な第１部分と、を含む。前記膜部は、開口部を有する。前記容器は、前記構造体と接続され、前記膜部との間に第１空間を形成する。前記液体は、前記第１空間内に設けられる。前記検出部は、前記液体の変位に伴う前記第１部分の変位を検出する。
2015111581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、
前記支持部に支持された第１端部と、変位可能な第１部分と、を含む第１領域を含み、開口部を有する膜部と、
を含む構造体と、
前記構造体と接続され前記膜部との間に第１空間を形成する容器と、
前記第１空間内に設けられた液体と、
前記液体の変位に伴う前記第１部分の変位を検出する検出部と、
を備えたセンサ。
【請求項２】
前記液体の前記変位は、前記容器に加わる音波に基づいて生じる請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
前記膜部は、前記支持部に支持された第２端部と、第２部分と、を含む第２領域をさらに有し、
前記第１部分と前記第２部分との間に前記開口部となる第１間隙が設けられる請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記第２部分は、変位可能であり、
前記膜部は、
前記支持部に支持された第３端部と、変位可能な第３部分と、を含む第３領域と、
前記支持部に支持された第４端部と、変位可能な第４部分と、を含む第４領域と、
を含み、
前記第１部分と前記第３部分との間には第２間隙が設けられ、
前記第２部分と前記第３部分との間には第３間隙が設けられ、
前記第２部分と前記第４部分との間には第４間隙が設けられ、
前記検出部は、
前記液体の前記変位に伴う前記第２部分の変位と、
前記液体の前記変位に伴う前記第３部分の変位と、
前記液体の前記変位に伴う前記第４部分の変位と、
をさらに検出する請求項３記載のセンサ。
【請求項５】
前記支持部は、第２空間を形成し、
前記第２空間と前記液体との間に前記第１部分の少なくとも一部が配置される請求項１〜４のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項６】
前記検出部は、前記第１部分に設けられた第１検出素子を含み、
前記第１検出素子は、
前記第１部分の前記変位に伴って生じる抵抗の変化、
前記第１部分の前記変位に伴って生じる圧電の電圧の変化、及び、
前記第１部分の前記変位に伴って生じる静電容量の変化、
の少なくともいずれかを有する請求項１〜５のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項７】
前記検出部は、前記第１部分に設けられた第１検出素子を含み、
前記第１検出素子は、前記第１部分の前記変位に伴う抵抗の変化を有する請求項１〜５のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項８】
前記第１検出素子は、
不純物を含むシリコンの結晶層と、
前記結晶層の一部に接続された第１電極と、
前記結晶層の他部に接続された第２電極と、
を含み、
前記第１電極から前記第２電極に向かう方向は、前記結晶層の＜１１０＞方向及び＜１００＞方向のいずれかの方向に沿う請求項７記載のセンサ。
【請求項９】
前記第１検出素子は、
不純物を含むシリコンの結晶層と、
前記結晶層の一部に接続された第１電極と、
前記結晶層の他部に接続された第２電極と、
を含み、
前記液体の変位は、第１波長を含む表面波を含み、
前記第１電極と前記第２電極との間の距離は、前記第１波長の０．４倍以上０．６倍以下、または、前記第１波長の０．２２倍以上０．２８倍以下である請求項６記載のセンサ。
【請求項１０】
前記液体は、前記膜部側の第１液体面と、前記第１液体面とは反対側の第２液体面と、を有し、
前記第２液体面は、前記容器から前記支持部に向かう第１方向に対して垂直な平面に対して傾斜した部分を有する請求項１〜９のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１１】
前記膜部は、前記支持部に支持された第２端部を含む第２領域をさらに有し、
前記第２液体面は、前記第１端部の側の第１表面と、前記第２端部の側の第２表面と、を含み、
前記第１表面の前記平面に対する傾斜方向は、前記第２表面の前記平面に対する傾斜方向とは逆である請求項１０記載のセンサ。
【請求項１２】
前記液体の固有振動数は、前記容器の固有振動数の１以上の整数倍の０．８倍以上１．２倍以下である請求項１〜１１のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１３】
前記第１領域は、前記第１端部とは反対側の第１反対端を有し、
前記第１検出素子は第１部分内の第１位置に配置され、
前記第１端部と前記第１位置との間の距離は、前記第１反対端と前記第１位置との間の距離よりも短い請求項１〜１２のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１４】
前記第１端部から前記第１部分に向かう延在方向に沿った前記第１領域の長さは、
前記容器から前記支持部に向かう第１方向に対して垂直で前記延在方向に対して垂直な長さよりも短い請求項１〜１２のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１５】
前記検出部は、前記第１部分に設けられた第１検出素子と第２検出素子とを含み、
前記第１検出素子から前記第２検出素子に向かう方向は、前記延在方向と交差する請求項１４記載のセンサ。
【請求項１６】
前記開口部は、前記膜部の中心部に位置する請求項１〜１２のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１７】
前記膜部は、中心部と、前記中心部の周りの周辺部と、を有し、
前記開口部は、前記周辺部に位置する請求項１〜１２のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１８】
前記膜部は、卍構成を有する請求項１〜１１のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１９】
前記検出部は、
前記第１部分の第１位置に設けられた第１検出素子と、
前記第１部分の第２位置に設けられた第２検出素子と、
を含み、
前記第１領域は、前記第１端部とは反対側の第１反対端を有し、
前記第１位置から前記第２位置に向かう方向は、前記第１端部から前記第１反対端に向かう方向に沿っている請求項１〜５のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項２０】
前記膜部は、前記液体の側の第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、
前記検出部は、
前記第１部分の前記第１面に設けられた第１検出素子と、
前記第１部分の前記第２面に設けられた第２検出素子と、
を含み、
前記第１検出素子及び前記第２検出素子の少なくともいずれかは、
前記第１部分の前記変位に伴う抵抗の変化、
前記第１部分の前記変位に伴う静電容量の変化、及び、
前記第１部分の前記変位に伴う圧電の電圧の変化
の少なくともいずれかを有する請求項１〜５のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項２１】
前記開口部の幅は、１０ナノメートル以上１００マイクロメートル以下である、請求項１〜２０のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項２２】
前記開口部の幅（単位：メートル）は、前記液体の表面エネルギーをγｃ（単位：ダイン／センチメートル）としたときに、γｃ／１０５以下であり、零よりも大きい、請求項１〜２０のいずれか１つに記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
音響帯域及び超音波帯域の振動を検出するセンサとして、例えば、ＡＥ（Acoustic Emission）センサがある。ＡＥは、例えば、き裂の発生や進展により生じる超音波帯の弾性波である。ＡＥセンサは、例えば、検出する疲労・劣化診断や、非破壊検査などに用いられる。センサにおいて、感度の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３４８５３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、高感度なセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、構造体と、容器と、液体と、検出部と、を含むセンサが提供される。前記構造体は、支持部と、膜部と、を含む。膜部は、第１領域を含む。前記第１領域は、前記支持部に支持された第１端部と、変位可能な第１部分と、を含む。前記膜部は、開口部を有する。前記容器は、前記構造体と接続され、前記膜部との間に第１空間を形成する。前記液体は、前記第１空間内に設けられる。前記検出部は、前記液体の変位に伴う前記第１部分の変位を検出する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係るセンサを示す模式図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施形態に係るセンサを示す模式的平面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｆ）は、第１の実施形態に係るセンサの製造方法を示す工程順模式的断面図である。
【図４】第１の実施形態に係るセンサの動作を示す模式的断面図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示す模式図である。
【図８】第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示す模式図である。
【図９】第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示す模式図である。
【図１０】第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示す模式図である。
【図１１】第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示す模式図である。
【図１２】第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示す模式図である。
【図１３】第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的断面図である。
【図１４】図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示すグラフである。
【図１５】第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示す模式図である。
【図１６】第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示す模式図である。
【図１７】第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示す模式図である。
【図１８】図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的平面図である。
【図１９】図１９（ａ）〜図１９（ｅ）は、第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示す模式的斜視図である。
【図２０】図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサの特性を示す模式的斜視図である。
【図２１】図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的斜視図である。
【図２２】図２２（ａ）〜図２２（ｃ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的斜視図である。
【図２３】図２３（ａ）及び図２３（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的斜視図である。
【図２４】図２４（ａ）及び図２４（ｅ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的斜視図である。
【図２５】第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的斜視図である。
【図２６】図２６（ａ）〜図２６（ｃ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式図である。
【図２７】図２７（ａ）及び図２７（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的斜視図である。
【図２８】図２８（ａ）及び図２８（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的斜視図である。
【図２９】第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的平面図である。
【図３０】第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的平面図である。
【図３１】第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的平面図である。
【図３２】第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的平面図である。
【図３３】第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的平面図である。
【図３４】第１の実施形態に係る別のセンサを示す模式的平面図である。
【図３５】図３５（ａ）及び図３５（ｂ）は、第２の実施形態に係るセンサを示す模式的断面図である。
【図３６】、第２の実施形態に係るセンサの特性を示す模式図である。
【図３７】図３７（ａ）及び図３７（ｂ）は、第３の実施形態に係るセンサを示す模式図である。
【図３８】図３８（ａ）及び図３８（ｂ）は、第３の実施形態に係る別のセンサを示す模式図である。
【図３９】図３９（ａ）及び図３９（ｂ）は、第４の実施形態に係るセンサを示す模式的断面図である。
【図４０】第４の実施形態に係る別のセンサを示す模式的断面図である。
【図４１】第５の実施形態に係るセンサを示す模式的断面図である。
【図４２】図４２（ａ）及び図４２（ｂ）は、第６の実施形態に係るセンサを示す模式図である。
【図４３】第６の実施形態に係る別のセンサを示す模式的斜視図である。
【図４４】図４４（ａ）〜図４４（ｅ）は、第６の実施形態に係る別のセンサを示す模式図である。
【図４５】第６の実施形態に係る別のセンサを示す模式的斜視図である。
【図４６】図４６（ａ）及び図４６（ｂ）は、第７の実施形態に係るセンサを示す模式図である。
【図４７】第８の実施形態に係るセンサを示す模式的断面図である。
【図４８】第９の実施形態に係るセンサを示す模式的断面図である。
【図４９】図４９（ａ）〜図４９（ｄ）は、第１０の実施形態に係るセンサを示す模式図である。
【図５０】第１１の実施形態に係るセンサユニットを示す模式的断面図である。
【図５１】第１１の実施形態に係る別のセンサユニットを示す模式的断面図である。
【図５２】第１１の実施形態に係る別のセンサユニットを示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。 
なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）  
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。  図１（ａ）は、模式的透過平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２線の模式的断面図である。
【０００９】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に表したように、本実施形態に係るセンサ１１０は、構造体１５と、容器４０と、液体４５と、検出部３０と、を含む。  
構造体１５は、支持部１０と、膜部２０と、を含む。
【００１０】
センサ１１０は、例えば音響センサである。センサ１１０は、例えば、音響帯域及び超音波帯域の振動を検出する。センサ１１０は、例えば、ＡＥを検出する。ＡＥは、例えば、き裂の発生や進展により生じる超音波帯の弾性波である。センサ１１０は、例えば、ＡＥを検出するセンサとして使用される。センサ１１０は、例えば、微小な欠陥の発生を検出する疲労・劣化診断に用いられる。センサ１１０は、例えば、非破壊検査などに用いられる。
【００１１】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施形態に係るセンサを例示する模式的平面図である。  
図２（ａ）は、支持部１０を例示している。図２（ｂ）は、膜部２０を例示している。図２（ｃ）は、後述する電極を例示している。
【００１２】
膜部２０は、第１領域２１を含む。この例では、膜部２０は、第２領域２２、第３領域２３及び第４領域２４をさらに含む。膜部２０は、開口部２０ｏを有する。
【００１３】
第１領域２１は、第１端部２１ａと、第１反対端２１ｂと、第１部分２１ｐと、を含む。第１端部２１ａは、支持部１０に支持される。第１反対端２１ｂは、第１端部２１ａとは反対側の端である。第１部分２１ｐは、第１端部２１ａと第１反対端２１ｂとの間に位置する。後述するように、第１部分２１ｐは、変位可能である。一方、第１端部２１ａは、固定端である。
【００１４】
第２領域２２は、第２端部２２ａと、第２反対端２２ｂと、第２部分２２ｐと、を含む。第２端部２２ａは、支持部１０に支持される。第２反対端２２ｂは、第２端部２２ａとは反対側の端である。第２部分２２ｐは、第２端部２２ａと第２反対端２２ｂとの間に位置する。この例では、第２部分２２ｐは、変位可能である。第２端部２２ａは、固定端である。
【００１５】
第３領域２３は、第３端部２３ａと、第３反対端２３ｂと、第３部分２３ｐと、を含む。第３端部２３ａは、支持部１０に支持される。第３反対端２３ｂは、第３端部２３ａとは反対側の端である。第３部分２３ｐは、第３端部２３ａと第３反対端２３ｂとの間に位置する。この例では、第３部分２２ｐは、変位可能である。第３端部２３ａは、固定端である。
【００１６】
第４領域２４は、第４端部２４ａと、第４反対端２４ｂと、第４部分２４ｐと、を含む。第４端部２４ａは、支持部１０に支持される。第４反対端２４ｂは、第４端部２４ａとは反対側の端である。第４部分２４ｐは、第４端部２４ａと第４反対端２４ｂとの間に位置する。この例では、第４部分２４ｐは、変位可能である。第４端部２４ａは、固定端である。
【００１７】
第１〜第４領域２１〜２４のそれぞれは、例えば、カンチレバーである。後述するように、膜部２０は、例えば、両端支持梁の構成、または、ダイヤフラムの構成を有しても良い。
【００１８】
この例では、第１部分２１ｐと第２部分２２ｐとの間に第１間隙ｇ１が設けられる。第１反対端２１ｂと第２反対端２２ｂとの間に第１間隙ｇ１が設けられる。第１間隙ｇ１は、開口部２０ｏとなる。
【００１９】
例えば、第１部分２１ｐと第３部分２３ｐとの間に、第２間隙ｇ２（例えばスリット）が設けられる。例えば、第２部分２２ｐと第３部分２３ｐとの間に、第３間隙ｇ３（例えばスリット）が設けられる。例えば、第２部分２２ｐと第４部分２４ｐとの間に、第４間隙ｇ４（例えばスリット）が設けられる。これらの間隙（スリット）も、開口部２０ｏに含まれる。間隙を設けることで、第１〜第４部分２１ｐ〜２４ｐは、例えば、変位し易くなる。
【００２０】
容器４０は、構造体１５と接続されている。容器４０は、壁部４０ｗを有する。容器４０は、膜部２０との間に第１空間４０ｓを形成する。膜部２０は、第１面２０ｆａと第２面２０ｆｂとを有する。第１面２０ｆａは、第１空間４０ｓの側の面である。第２面２０ｆｂは、第１面２０ｆａとは反対側の面である。
【００２１】
液体４５は、この第１空間４０ｓ内に収容される。例えば、液体４５は、膜部２０の第１面２０ｆａに接する。既に説明したように、膜部２０には、開口部２０ｏが設けられているため、液体４５の一部は、開口部２０ｏにおいて露出する。例えば、開口部２０ｏの面積が小さい（幅が狭い）場合、液体４５の表面張力により、液体４５は、開口部２０ｏから外部に実質的に流出しない。液体４５の一部が、開口部２０ｏにおいて、膜部２０の側面に接しても良い。
【００２２】
検出部３０は、第１部分２１ｐの変位を検出する。第１部分２１ｐの変位は、液体４５の変位に伴って生じる。後述するように、液体４５の変位は、容器４０に加わる音波に基づいて生じる。この音波が、センサ１１０が検出する対象である。音波の周波数は、例えば、マイクロフォンにおいて、１０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下である。音波の周波数は、例えば、ＡＥセンサにおいて、１０ｋＨｚ以上３ＭＨｚ以下である。音波の周波数は、例えば、超音波造影装置においては、５ＭＨｚ以上である。
【００２３】
本願明細書では、比較的低い周波帯域の用途、及び、超音波帯域の用途を含めて、音響センサと言うことにする。また、本願明細書中において、音波は、気体、液体及び固体を含む任意の弾性体を伝播する、任意の弾性波を含む。実施形態に係る音響センサは、例えば、超音波帯域の用途のＡＥセンサを含む。実施形態に係る音響センサは、例えば、比較的低い周波数のセンサを含んでも良い。
【００２４】
この例では、検出部３０は、液体４５の変位に伴う第２部分２２ｐの変位と、液体４５の変位に伴う第３部分２３ｐの変位と、液体４５の変位に伴う第４部分２４ｐの変位と、をさらに検出する。
【００２５】
この例では、支持部１０には、キャビティが設けられる。すなわち、支持部１０は、第２空間１０ｓを形成する。そして、この例では、第２空間１０ｓと液体４５との間に、第１部分２１ｐの少なくとも一部が配置される。この例では、第２空間１０ｓと液体４５との間に、第２部分２２ｐの少なくとも一部、第３部分２３ｐの少なくとも一部、及び、第４部分２４ｐの少なくとも一部がさらに配置される。
【００２６】
この例では、支持部１０及び膜部２０は、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造により形成される。すなわち、支持部１０は、ベース部１１と、絶縁部１２と、を含む。膜部２０は、薄膜１３から形成される。ベース部１１には、シリコンが用いられる。絶縁部１２には、酸化シリコンが用いられる。薄膜１３には、シリコンが用いられる。
【００２７】
この例では、検出部３０として、ピエゾ抵抗が用いられる。すなわち、薄膜１３の少なくとも一部に、不純物が導入される。不純物が導入された領域に電極が設けられる。
【００２８】
例えば、検出部３０は、第１検出素子３１を含む。第１検出素子３１は、第１領域２１の第１部分２１ｐに設けられる。
【００２９】
この例では、第１検出素子３１は、シリコンの結晶層１３ａと、第１電極５１ａと、第２電極５１ｂと、を含む。シリコンの結晶層１３ａは、不純物を含む。シリコンの結晶層１３ａは、例えば、単結晶シリコンである。シリコンの結晶層１３ａとして、上記の薄膜１３の一部が用いられる。
【００３０】
この例では、第１検出素子３１は、第１対向電極５１ｃをさらに含む。例えば、第１電極５１ａと第２電極５１ｂとの間、及び、第２電極５１ｂと第１対向電極５１ｃとの間の経路に電流が流される。例えば、膜部２０に応力が加わり、第１部分２１ｐが変位する。この変位に伴って、シリコンの結晶層１３ａにひずみが生じる。圧縮ひずみまたは引っ張りひずみが生じる。このひずみに応じて、シリコンの結晶層１３ａの電気抵抗が変化する。上記の経路に電流を流すことで電気抵抗の変化が検出され、第１部分２１ｐの変位が検出される。すなわち、第１検出素子３１は、第１部分２１ｐの変位に伴う抵抗の変化を有する。
【００３１】
この例では、検出部３０は、第２検出素子３２〜第４検出素子３４を含む。第２検出素子３２は、第２領域２２の第２部分２２ｐに設けられる。第３検出素子３３は、第３領域２３の第３部分２３ｐに設けられる。第４検出素子３４は、第４領域２４の第４部分２４ｐに設けられる。
【００３２】
第２検出素子３２は、例えば、不純物を含むシリコンの結晶層１３ｂと、電極５２ａと、電極５２ｂと、電極５２ｃと、を含む。第３検出素子３３は、例えば、不純物を含むシリコンの結晶層（薄膜１３の一部）と、電極５３ａと、電極５３ｂと、電極５３ｃと、を含む。第４検出素子３４は、例えば、不純物を含むシリコンの結晶層（薄膜１３の一部）と、電極５４ａと、電極５４ｂと、電極５４ｃと、を含む。第２〜第４検出素子３２〜３４も、それぞれ、第２部分２２ｐ〜第４部分２４ｐの変位に伴う電気抵抗の変化を検出する。
【００３３】
後述するように、実施形態は上記に限らない。検出素子（例えば第１検出素子３１など）は、第１部分２１ｐの変位に伴って生じる抵抗の変化、第１部分２１ｐの変位に伴って生じる圧電の電圧の変化、及び、第１部分２１ｐの変位に伴って生じる静電容量の変化、の少なくともいずれかを有しても良い。
【００３４】
例えば、容器４０から支持部１０に向かう方向をＺ軸方向（第１方向）とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００３５】
膜部２０は、例えば、実質的にＸ−Ｙ平面内に延在する。この例では、膜部２０の第１領域２１の延出方向がＸ軸方向に設定されている。すなわち、第１端部２１ａから第１反対端２１ｂに向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。第１端部２１ａから第１部分２１ｐに向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。
【００３６】
図３（ａ）〜図３（ｆ）は、第１の実施形態に係るセンサの製造方法を例示する工程順模式的断面図である。  
図３（ａ）に表したように、ＳＯＩ基板１０ｆを用意する。ＳＯＩ基板１０ｆは、ベース部１１（シリコン）と、絶縁部１２（酸化シリコン）と、薄膜１３（シリコン）と、を含む。例えば、薄膜１３（例えばシリコン活性層）の少なくとも一部に、不純物が導入され、シリコンの結晶層１３ａ及び１３ｂなどが形成される。不純物の導入には、例えば、熱拡散が用いられる。不純物として、例えば、ヒ素及びリンの少なくともいずれかが用いられる。この場合には、ｎ形の半導体が得られる。不純物として、ホウ素を用いても良い。この場合には、ｐ形の半導体が得られる。
【００３７】
図３（ｂ）に表したように、電極となる電極膜５０ｆを形成する。電極膜５０ｆとして、例えば、金及びアルミニウムの少なくともいずれかが用いられる。電極膜５０ｆを所定の形状に加工する。
【００３８】
図３（ｃ）に表したように、加工された電極膜５０ｆをマスクとして用いて、薄膜１３（シリコン層）を加工する。この加工には、例えば、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching）などが用いられる。これにより、開口部２０ｏが形成される。開口部２０ｏは、間隙（第１間隙ｇ１など）及び、スリットなどを含む。スリットの幅は、例えば、１０ｎｍ以上１００μｍ以下である。
【００３９】
図３（ｄ）に表したように、電極膜５０ｆを加工する。これにより、電極（例えば、第１電極５１ａ、第２電極５１ｂ、電極５２ａ及び電極５２ｂなど）が形成される。
【００４０】
図３（ｅ）に表したように、ＳＯＩ基板１０ｆの裏面から、ベース部１１となるシリコンの一部を除去する。この除去には、例えばＩＣＰ−ＲＩＥが用いられる。さらに、絶縁部１２となる酸化シリコンの一部を除去する。これにより、支持部１０が形成される。すなわち、第２空間１０ｓが形成される。膜部２０（カンチレバー）がシリコンの支持層からリリースされる。これにより、第２空間１０ｓが形成される。薄膜１３が膜部２０となる。これにより、構造体１５が形成される。
【００４１】
膜部２０のサイズ（例えば、Ｘ軸方向の長さ）は、例えば、１０μｍ以上１ｍｍ以下である。膜部２０の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上１０μｍ以下である。
【００４２】
図３（ｆ）に表したように、容器４０と構造体１５とを接合する。これにより、第１空間４０ｓが形成される。容器４０には、例えば、有機材料または無機材料が用いられる。容器４０には、例えば、シリコーンゴムを用いても良い。容器４０には、例えば、ＰＤＭＳ（ジメチルポリシロキサン）を用いても良い。容器４０として、例えば、金属を用いても良い。容器４０として、例えば、アルミニウム及び鉄（例えばステンレス）の少なくともいずれかを用いても良い。実施形態において、これらの材料は任意である。
【００４３】
第１空間４０ｓに液体４５を充填する。これにより、センサ１１０が形成される。
【００４４】
液体４５として、例えば、シリコーンオイルまたは水などが用いられる。液体４５の厚さ（例えば、Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、１μｍ以上１０ｍｍ以下である。
【００４５】
図４は、第１の実施形態に係るセンサの動作を例示する模式的断面図である。  
図４に例示したように、センサ１１０が、被測定物８１に取り付けられる。被測定物８１は、例えば、建造物などである。被測定物８１から音波８０（例えば低周波または超音波など、例えばＡＥ）が放射される。音波８０により、液体４５の表面に表面波４６が形成される。表面波４６に応じて、膜部２０が変位する。具体的には、例えば、第１部分２１ｐ〜第４部分２４ｐが変位する。この変位が、検出部３０により検出される。
【００４６】
実施形態においては、液体４５の変位によって生じる膜部２０（例えば第１部分２１ｐなど）の変位を検出することで、音波８０を高感度に検出できる。
【００４７】
実施形態においては、開口部２０ｏが設けられた膜部２０と、容器４０と、で形成される第１空間４０ｓ内に液体４５が収容される。液体４５のうちの容器４０と接する部分が、例えば、液体４５の固定端となる。液体４５のうちの開口部２０ｏに位置する部分において、大きな変位が得られる。これにより、音波８０の検出において、高い感度が得られる。
【００４８】
センサ１１０においては、第１部分２１ｐに加えて、膜部２０に、第２部分２２ｐ〜第４部分２４ｐが設けられる。これらの部分において、液体４５の変位に応じて、変位が生じる。これらの部分の変位を検出することで、例えば高感度の検出が可能になる。
【００４９】
液体４５の厚さは、膜部２０の厚さよりも十分に厚い。液体４５の厚さは、例えば、膜部２０の厚さの５倍以上である。これにより、膜部２０は、液体４５の表面の変形に沿って変形する。これにより、検出する音波８０に基づく液体４５の変位が、第１部分２１ｐの変位に効率的に変換される。これにより、高感度の検出が可能になる。液体４５の厚さは、例えば、膜部２０の厚さの１０倍以上でも良い。さらに、１００倍以上でも良い。
【００５０】
例えば、液体４５の厚さと、容器４０の壁部４０ｗの厚さと、は、例えば実験やシミュレーションにより振動特性を事前に調査し、適切に選択される。液体４５の表面の波形が適正に制御される。壁部４０ｗの厚さは、容器４０の内側の第１空間４０ｓから、容器４０の外側の空間に向かう方向に沿った、容器４０（壁部４０ｗ）の厚さである。
【００５１】
例えば、容器４０（壁部４０ｗ）に開口部が設けられ、開口部を介して、液体４５と被測定物８１とが接しても良い。
【００５２】
実施形態において、例えば、第２空間１０ｓの断面（Ｘ−Ｙ平面で切断した断面）は、例えば、円形である。この場合、例えば、液体４５の表面に発生する表面波４６は、全ての端部から、位相差なく、中心に伝搬される。その結果、例えば、高い感度が得られる。
【００５３】
例えば、第２空間１０ｓの断面積を小型化することによって、液体４５の表面の端部から中心に発生する表面波４６の腹の数が減少する。これにより、例えば、高周波の弾性波における感度が向上する。
【００５４】
以下、本実施形態に係るセンサの特性の計測例について説明する。  
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式図である。
図５（ａ）は、本実施形態に係るセンサ１１１ａの模式的断面図である。
図５（ｂ）は、センサ１１１ａにおける膜部２０の形状を例示する模式的平面図である。図５（ａ）は、図５（ｂ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図５（ｃ）は、膜部２０の形状を例示する模式的斜視図である。
【００５５】
図５（ａ）〜図５（ｃ）に表したように、センサ１１１ａにおいても、膜部２０に開口部２０ｏが設けられている。この例では、膜部２０には、第１領域２１が設けられている。膜部２０は、例えばカンチレバーの構成を有する。
【００５６】
図５（ａ）に例示したように、センサ１１１ａに音波８０を印加する。このときの膜部２０の変位が、検出器８５により検出される。この例では、検出器８５として、レーザ変位検出器が用いられる。検出器８５による検出位置は、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に記載されているメッシュの交点である。後述する測定結果においては、測定点どうしの間の領域は、補間され、面として表示される。
【００５７】
センサ１１１ａにおいては、第２空間１０ｓ（キャビティ）の径（Ｘ−Ｙ平面内の幅の最大値）は、２００μｍである。液体４５の厚さは、３ｍｍである。膜部２０（カンチレバー）の厚さは、３００ｎｍである。容器４０の壁部４０ｗの厚さは、５００μｍである。膜部２０には、シリコンが用いられる。壁部４０ｗには、ＰＤＭＳが用いられる。液体４５には、シリコーンオイルが用いられる。
【００５８】
まず、膜部２０の中心位置２０ｃにおける特性の測定結果の例について説明する。  
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサの特性を例示するグラフである。  
これらの図は、センサ１１１ａの周波数応答特性の測定結果を例示している。これらの図の横軸は、周波数ｆ（Ｈｚ）である。図６（ａ）の縦軸は、変位Ｄｓ（ｍ）である。図６（ｂ）の縦軸は、位相Ｐｈ（度）である。
【００５９】
図６（ａ）に表したように、周波数ｆが、約５ｋＨｚ、約２５．４ｋＨｚ、約５０．７ｋＨｚ、約３００ｋＨｚ、約５００ｋＨｚ及び約６００ｋＨｚにおいて、変位Ｄｓのピークが観測される。  
図６（ｂ）に表したように、変位Ｄｓの変化に伴って、位相Ｐｈも変化する。
【００６０】
図７〜図１２は、第１の実施形態に係る別のセンサの特性を例示する模式図である。
これらの図は、センサ１１１ａにおける、膜部２０（及び液体４５）の変位Ｄｓの面内分布の測定結果を示している。図７〜図１２のそれぞれは、５ｋＨｚ、２５．４ｋＨｚ、５０．７ｋＨｚ、３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ及び６００ｋＨｚの周波数ｆの特性に対応する。
【００６１】
図５〜図１２に示すように、液体４５において、自由振動による表面波が発生する。この変位Ｄｓを検出することで、高い周波数ｆの音波８０を高い感度で検出できる。
【００６２】
以下、本実施形態に係る別のセンサの特性の例について説明する。  
図１３は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的断面図である。  
図１３は、本実施形態に係る別のセンサ１１１ｂを例示している。センサ１１１ｂにおいて、膜部２０の形状は、センサ１１１ａと同様である。センサ１１１ｂにおいては、液体４５が収容される第１空間４０ｓの構成が、センサ１１１ａとは異なる。
【００６３】
センサ１１１ｂにおいては、第２空間１０ｓ（キャビティ）の径は、２００μｍである。液体４５の厚さは、１０μｍである。膜部２０の厚さは、３００ｎｍである。容器４０の壁部４０ｗの厚さは、３ｍｍである。すなわち、センサ１１１ｂにおいては、液体４５の厚さは、センサ１１１ａのそれよりも薄い。センサ１１１ｂにおいては、壁部４０ｗの厚さは、センサ１１１ａのそれよりも厚い。センサ１１１ｂにおいても、膜部２０には、シリコンが用いられる。壁部４０ｗには、ＰＤＭＳが用いられる。液体４５には、シリコーンオイルが用いられる。
【００６４】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサの特性を例示するグラフである。  
これらの図は、センサ１１１ｂの周波数応答特性の測定結果を例示している。  
図１４（ａ）に表したように、周波数ｆが、約３３．３ｋＨｚ、約３００ｋＨｚ及び約８１２ｋＨｚにおいて、変位Ｄｓのピークが観測される。  
図１４（ｂ）に表したように、変位Ｄｓの変化に伴って、位相Ｐｈも変化する。
【００６５】
図１５〜図１７は、第１の実施形態に係る別のセンサの特性を例示する模式図である。
これらの図は、センサ１１１ｂにおける、膜部２０（及び液体４５）の変位Ｄｓの面内分布の測定結果を示している。図１５〜図１７のそれぞれは、３３．３ｋＨｚ、３００ｋＨｚ及び８１２ｋＨｚの周波数ｆの特性に対応する。
【００６６】
図１５に示すように、周波数ｆが比較的低い場合は、開口部２０ｏに位置する変位Ｄｓ（すなわち、液体４５の表面の変位）は、Ｘ−Ｙ平面（Ｚ軸方向に対して垂直な平面））にほぼ沿っている。これに対して、図１６に示すように、高い周波数ｆにおいては、膜部２０の中心部において、非常に大きな変位Ｄｓが生じ、膜部２０の周辺部では、変位Ｄｓは小さい。
【００６７】
これらの特性に基づいて、センサにおける液体４５の厚さなどが適正に設定される。
【００６８】
音響帯域から超音波帯域の振動を検出する音響センサとして、たとえば圧電素子の機械的共振を利用した圧電式のマイクロフォンやＡＥセンサなどが用いられている。振動を検出する方式としては、この他に、静電容量型及び抵抗変化型などの方式もある。圧電式センサにおいては、圧電セラミックスの共振特性を利用することにより、高い感度を得易い。しかしながら、価格が高いこと、及び、センサの大きさが大きいことなどの問題もある。
【００６９】
一方、ＭＥＭＳに基づくマイクロフォン（低周波帯域の音響センサ）の普及が進んでいる。ＭＥＭＳセンサにおいて、小型化や低価格化などの点で、メリットが大きい。ＭＥＭＳセンサは、圧力センサやマイクロフォンだけではなく、超音波帯域のセンサとしての用途も期待されている。
【００７０】
ＭＥＭＳセンサにおいては、ダイヤフラムまたはカンチレバー等の振動体が、例えば、半導体プロセスによって形成される。振動体により、変位やひずみが測定され、電圧に変換される。これにより振動が計測される。振動体は、その形状や材質により、固有の振動特性を有する。振動体においては、外部から入力される振動波形によって振動変位が発生する。その振動変位が、適切な方法により、出力として取り出される。振動体が気体中に置かれる場合、特に固有振動数近傍の周波数帯域において振幅が大きくなり、結果として、固有振動数近傍において、高い感度が得られる。
【００７１】
低周波帯域の音響センサにおいては、振動体の１次固有振動数よりも下の帯域が使用される。一方、ＡＥセンサなどの超音波帯域の音響センサにおいては、１次固有振動数の付近の感度が高い。
【００７２】
固有振動数から遠く離れた領域での感度は、固有振動数近傍の帯域と比べて、大幅に低下する。センサ素子の全体を液体中に埋没させて、減衰を付与することにより、広帯域化する方法がある。しかしながら、減衰によって、固有振動数付近の感度も大きく低下するという。
【００７３】
本実施形態においては、例えば、膜部２０（振動体）の片面の第１空間４０ｓに液体４５を封入する。これにより、振動によって液体４５の表面に生じる振動形状を利用する。液体４５を、片面の第１空間４０ｓに封入することにより、振動体の全体を液体４５中に埋没させる場合よりも、大きな振幅（変位Ｄｓ）を得ることができる。これにより、高感度での検出が可能になる。
【００７４】
液体４５の表面の振動は、空気中の固有振動と比べて、広い帯域での応答を得ることができる。薄い振動体を用いることにより、液体４５の表面に生じる振動に沿った形状で、振動体を振動させることができる。実施形態においては、液体４５の表面の振動形状が積極的に利用される。
【００７５】
実施形態において、振動体のひずみが大きい位置で、検出が行われる。これにより、高い感度を得ることができる。検出の位置についての例については、後述する。
【００７６】
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的平面図である。  
図１８（ａ）は、実施形態に係る別のセンサ１１２における膜部２０の形状を例示している。図１８（ｂ）は、センサ１１２における電極の形状を例示している。
【００７７】
図１８（ａ）に表したように、センサ１１２において、膜部２０の形状は、センサ１１０のそれと同様である。一方、図１８（ｂ）に表したように、電極の形状は、センサ１１０のそれとは異なる。電極の形状を除いては、センサ１１０と同様なので、電極の形状以外については、説明を省略する。
【００７８】
図１８（ｂ）に例示したように、センサ１１２においては、第２電極５１ｂの平面パターンは、長方形である。そして、第１電極５１ａのうちの第２電極５１ｂに対向する部分（辺）は、第１電極５１ａの辺に対して、実質的に平行である。一方、第１対向電極５１ｃのうちの第２電極５１ｂに対向する部分（辺）は、第１電極５１ａの辺に対して、実質的に平行である。このような電極が、第１領域２１に対応して設けられる。第２領域２２〜第４領域２４に対応する電極も、同様のパターン形状を有する。
【００７９】
このように、実施形態においては、電極のパターン形状は、種々の変形が可能である。例えば、電極の形状は、膜部２０の領域の形状に依存する形状でも良く（例えば、センサ１１０）、膜部２０の領域の形状とは独立した形状でも良い（例えば、センサ１１２）。
【００８０】
センサ１１２において、電極のパターンを、シリコンの結晶方位に適合させても良い。すなわち、センサ１１２において、例えば、第１電極５１ａと第２電極５１ｂとの間の経路に電流が流される。さらに、第２電極５１ｂと第１対向電極５１ｃとの間の経路に電流が流される。一方、特定の結晶方位において、変位Ｄｓの変位に対して大きな抵抗の変化が得られる。電流の経路の方向が、大きな抵抗の変化が得られる方位に沿うように設定される。これにより、より高感度の検出が可能になる。
【００８１】
すなわち、センサ１１２において、第１検出素子３１は、不純物を含むシリコンの結晶層１３ａ（例えば単結晶層）と、結晶層１３ａの一部に接続された第１電極５１ａと、結晶層１３ａの他部に接続された第２電極５１ｂと、を含む。このとき、第１電極５１ａから第２電極５１ｂに向かう方向（この例では、Ｘ軸方向）は、シリコンの結晶層１３ａの＜１１０＞方向及び＜１００＞方向のいずれかの方向に沿う。これにより、より高感度の検出が可能になる。
【００８２】
例えば、シリコンの結晶層１３ａがｎ形の不純物を含む場合、第１電極５１ａから第２電極５１ｂに向かう方向は、シリコンの単結晶の＜１００＞方向に沿うことが望ましい。一方、シリコンの結晶層１３ａがｐ形の不純物を含む場合は、第１電極５１ａから第２電極５１ｂに向かう方向は、シリコンの単結晶の＜１１０＞方向に沿うことが望ましい。
【００８３】
実施形態において、検出素子（第１検出素子３１など）における例えば抵抗の変化は、例えば、ブリッジ回路を用いて電圧差に変換されても良い。さらにこの電圧差は、増幅回路（例えばオペレーションアンプなど）により、増幅されて良い。電圧差の信号が、音波８０の検出信号となる。
【００８４】
この例では、第１電極５１ａから第２電極５１ｂに向かう方向は、膜部２０の外縁２０ｒ（図１８（ａ）参照）の少なくとも一部の延在方向に対して傾斜している。膜部２０の外縁２０ｒの形状は、センサの素子の外形に対応する。種々の設計要素に基づいて、膜部２０の外縁２０ｒの形状は定められる。一方、結晶層１３ａの結晶方位は、シリコンのウェーハに依存する。第１電極５１ａから第２電極５１ｂに向かう方向を、膜部２０の外縁２０ｒに対して傾斜させることで、効率的な素子の配置と、高感度の検出と、が得られる。
【００８５】
センサ１１０及び１１２においては、複数の検出素子における電流の方向（すなわち、複数の電極が互いに離間する方向）が、交差（例えば直交）している。例えば、センサ１１２において、第１領域２１において、第１電極５１ａと第２電極５１ｂは、Ｘ軸方向に沿って互いに離間している。一方、第３領域２３において、電極５３ａと電極５３ｂとは、Ｙ軸方向に沿って互いに離間している。電流の方向が交差（例えば直交）することで、例えばピエゾ抵抗の変化を最大にする方向に、検出素子を配置することが容易になる。
【００８６】
以下、膜部２０の振動特性の例について説明する。  
以下の例では、膜部２０の平面形状が円形であり、膜部２０の周囲が連続的に固定されている。すなわち、膜部２０は、例えば、円形ダイヤフラムである。
【００８７】
図１９（ａ）〜図１９（ｅ）は、第１の実施形態に係る別のセンサの特性を例示する模式的斜視図である。  
これらの図は、膜部２０の振動特性のシミュレーション結果を例示する。図１９（ａ）〜図１９（ｅ）は、円形ダイヤフラムの低次から高次の固有振動形状を表す。
【００８８】
図１９（ａ）〜図１９（ｅ）から分かるように、振動状態では、固定端に近い部分と、振動の腹の部分と、において大きなひずみが発生する。
【００８９】
一方、カンチレバー（例えば、図７〜図１２、及び、図１５〜図１７参照）においては、固定端部に大きなひずみが発生する。
【００９０】
このように、形状により、大きなひずみが得られる領域は変化する。
【００９１】
実施形態においては、検出部３０（例えば、第１検出素子３１）の位置を、ひずみが大きい位置に設定する。例えば、膜部２０は、液体４５の表面の振動形状に沿うひずみが大きい位置を有する。この位置に、第１検出素子３１を配置する。これにより、所望の周波数帯域の振動を、高感度に測定することができる。ひずみが大きい部分において、例えば、変形が大きい。
【００９２】
実施形態において、センサの形状は任意であり、検出素子の配置も任意であり、それぞれ独立して変更しても良い。
【００９３】
図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサの特性を例示する模式的斜視図である。  
これらの図は、既に説明したセンサ１１１ａにおける、膜部２０（及び液体４５）の変位Ｄｓの面内分布の測定結果を示している。図２０（ａ）においては、周波数ｆは、３００ｋＨｚであり、図２０（ｂ）においては、周波数ｆは１０Ｈｚである。
【００９４】
図２０（ａ）及び図２０（ｂ）からわかるように、膜部２０（この例では、カンチレバー）が液体４５により励振され、膜部２０の固定端の付近に、大きなひずみ（変位Ｄｓ）が発生する。すなわち、例えば、膜部２０の第１領域２１の第１端部２１ａの近傍において、大きなひずみ（変位Ｄｓ）が生じる。この大きなひずみが得られる部分に、検出素子を配置することで、より高い感度が得られる。
【００９５】
図２０（ａ）から分かるように、カンチレバー構成の第１領域２１だけではなく、第１領域２１の周りを囲む領域（第２領域２２）においても、大きなひずみ（変位Ｄｓ）が得られる。この領域に、検出素子を配置しても良い。
【００９６】
以下、膜部２０の形状及び検出素子（例えば第１検出素子３１など）の配置の例について説明する。以下では、これら以外の構成については、図を見やすくするために、省略する。
【００９７】
図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的斜視図である。  
図２１（ａ）に表したように、センサ１２１ａにおいては、膜部２０の第１領域２１は、カンチレバー構成を有する。第１検出素子３１は、第１領域２１の固定端（第１端部２１ａ）の近傍に配置されている。すなわち、第１部分２１ｐは、第１端部２１ａに近い。
【００９８】
すなわち、センサ１２１ａにおいて、第１領域２１は、第１端部２１ａとは反対側の第１反対端２１ｂを有している。そして、第１検出素子３１は、第１部分２１ｐ内の第１位置ｐ１に配置される。第１端部２１ａと第１位置ｐ１との間の距離は、第１反対端２１ｂと第１位置ｐ１との間の距離よりも短い。
【００９９】
第１検出素子３１が、固定端の近傍に配置されることで、第１検出素子３１は、例えば、図２０（ａ）に例示した大きなひずみを受ける。これにより、高感度が得られる。
【０１００】
実施形態において、第１検出素子３１が配置される位置として、例えば、第１電極５１ａと第２電極５１ｂとの間の中心の位置を用いることができる。
【０１０１】
センサ１２１ａにおいては、膜部２０のパターン形状は、点対称ではない。カンチレバーを非対称の形状にすることで、例えば、膜部２０の特定の位置で大きなひずみを生じさせることができる。その位置に検出素子を設けることで、高感度の検出ができる。
【０１０２】
図２１（ｂ）に表したように、センサ１２１ｂにおいては、第１領域２１の固定端（第１端部２１ａ）の近傍に、複数の検出素子（第１検出素子３１及び第２検出素子３１ａ）が配置されている。複数の検出素子を用いることで、例えば、位相の干渉を抑制でき、さらに高感度の検出が可能になる。
【０１０３】
図２１（ｃ）に表したように、センサ１２１ｃにおいては、カンチレバー構成の第２領域２２の周りに、第１領域２１が設けられる。そして、第１領域２１に検出素子（第１検出素子３１及び第２検出素子３１ａ）が設けられる。この場合も、検出素子は、図２０（ａ）に例示した大きなひずみを受ける。
【０１０４】
センサ１２１ｃにおいては、第１領域２１は、膜部２０の縁に沿っている。すなわち、第１領域２１の第１端部２１ａから延びる長さは、幅よりも短い。すなわち、第１端部２１ａから第１部分２１ｐに向かう延在方向に沿った第１領域２１の長さは、Ｚ軸方向（容器４０から支持部１０に向かう第１方向）に対して垂直で上記の延在方向に対して垂直な長さ（幅）よりも短い。このような第１領域２１に検出素子を配置しても良い。
【０１０５】
この例では、膜部２０の第１領域２１の外縁に沿って、複数の検出素子が配置されている。例えば、検出部３０は、第１部分２１ｐに設けられた第１検出素子３１と第２検出素子３１ａとを含む。第１検出素子３１から第２検出素子３１ａに向かう方向は、第１領域２１の延在方向と交差する。
【０１０６】
センサ１２１ｂ及びセンサ１２１ｃにおいては、１つの領域に複数の検出素子が設けられる。これにより、例えば、検出のばらつきなどを抑制できる。例えば、検出のばらつきは、膜部２０の形状のばらつき、膜部２０の厚さのばらつき、膜部２０の物性値のばらつきなどの影響を受ける。さらに、検出のばらつきは、検出素子の特性のばらつきの影響を受ける。複数の検出素子を設けることで、ばらつきの少ない安定した検出が可能になる。
【０１０７】
図２２（ａ）〜図２２（ｃ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的斜視図である。  
図２２（ａ）に例示したように、センサ１２２ａにおいては、膜部２０に第１〜第４領域２１〜２４が設けられている。膜部２０の外縁は、円弧状である。この例では、開口部２０ｏは、膜部２０の中心部に位置する。開口部２０ｏは、線状のスリット部分と、円形部分と、を有する。開口部２０ｏのうちで中心部に位置する部分が円形である。中心部の形状を円形とすることで、膜部２０の縁に鋭利な部分が生じない。これにより、例えば、信頼性が向上する。
【０１０８】
図２２（ｂ）に例示したように、センサ１２２ｂにおいては、膜部２０のうちの１つの領域に、複数の検出素子が設けられる。例えば、第１領域２１に、第１検出素子３１及び第２検出素子３１ａが設けられる。これにより、例えば、検出のばらつきなどを抑制できる。
【０１０９】
図２２（ｃ）に例示したように、センサ１２２ｃにおいては、膜部２０に第１〜第６領域２１〜２６が設けられている。第５領域２５の上に、第５検出素子３５が設けられる。第６領域２６の上に、第６検出素子３６が設けられる。
【０１１０】
実施形態において、膜部２０に設けられる領域の数、及びスリット（または開口部２０ｏの数）は、任意である。複数の領域のそれぞれに設けられる検出素子の数も任意である。
【０１１１】
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的斜視図である。  
図２３（ａ）に例示したように、センサ１２３ａにおいては、膜部２０において、第１領域２１の延在方向の長さ（第１端部２１ａと第１反対端２１ｂとの間の長さ）、及び、第２領域２２の延在方向の長さのそれぞれは、第３領域２３の延在方向の長さよりも長く、第４領域２４の延在方向の長さよりも長い。すなわち、領域の形状が互いに異なる。領域の形状が異なると、大きなひずみが得られる周波数が変化する。広い周波数範囲における高感度の検出が可能になる。
【０１１２】
センサ１２３ａにおいては、開口部２０ｏには、円形の部分が設けられていない。スリット状の間隙により、開口部２０ｏが形成されている。これにより、開口部２０ｏから液体４５が流出することが、より抑制できる。
【０１１３】
図２３（ｂ）に例示したように、センサ１２３ｂにおいては、開口部２０ｏは、膜部２０の中心部分には設けられていない。すなわち、膜部２０は、中心部２０Ｃと、中心部２０Ｃの周りの周辺部２０Ｐと、を有する。センサ１２３ｂにおいては、開口部２０ｏは、周辺部２０Ｐに位置する。膜部２０の中心部２０Ｃに開口部２０ｏを設けると、液体４５が流出し易い場合がある。開口部２０ｏを周辺部２０Ｐに設けることで、液体４５の流出を、より抑制できる。
【０１１４】
図２４（ａ）及び図２４（ｅ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的斜視図である。  
図２４（ａ）に例示したように、センサ１２４ａにおいては、膜部２０の第１領域２１は、４つの梁と、それらの梁によって支持される膜と、を含む。梁の部分に、検出素子（第１検出素子３１）が設けられている。この例では、検出素子の面積（例えば抵抗変化部）の面積は、膜部２０の全体の面積に比べて非常に小さい。例えば、梁の部分において大きなひずみが生じる場合は、梁の部分だけに検出素子を配置しても良い。
【０１１５】
図２４（ｂ）に例示したように、センサ１２４ｂにおいては、膜部２０の第１領域２１において、複数の梁が１つの組となって膜を支持する。この例では、４つの組が設けられている。この例では、複数の梁が並列している。
【０１１６】
図２４（ｃ）に例示したように、センサ１２４ｃにおいては、膜部２０の第１領域２１において、複数の梁が１つの組となって膜を支持する。この例では、４つの組が設けられている。この例では、複数の梁が直列している。
【０１１７】
図２４（ｄ）に例示したように、センサ１２４ｄにおいては、膜部２０に第１〜第４領域２１〜２４が設けられている。領域のそれぞれは、梁により膜部２０の外縁部に接続されている。梁の部分に検出素子が設けられる。
【０１１８】
図２４（ｅ）に例示したように、センサ１２４ｅにおいては、膜部２０の第１〜第４領域２１〜２４のそれぞれは、複数の梁により、膜部２０の外縁部に接続されている。複数の梁のそれぞれ部分に検出素子が設けられる。
【０１１９】
センサ１２４ａ〜１２４ｅにおいては、膜部２０の面積に比べて、検出素子が設けられる部分（梁）の面積が非常に小さい。梁においては、大きなひずみが生じ易い。これにより、検出の感度を向上できる。
【０１２０】
図２５は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的斜視図である。  
図２５に例示したように、センサ１２５においては、膜部２０は、卍構成を有している。例えば、カンチレバー構成においては、膜部２０において、ねじれの変形が生じやすい。これに対して、卍構成においては、膜部２０におけるねじれの変形が抑制できる。その結果、意図した方向のひずみ（例えば引っ張りひずみ）が効果的に得られる。
【０１２１】
図２６（ａ）〜図２６（ｃ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式図である。  
図２６（ａ）は、模式的斜視図である。図２６（ｂ）及び図２６（ｃ）は、模式的平面図である。  
図２６（ａ）に例示したように、センサ１２６ａにおいては、膜部２０の外形は、四角形である。第１〜第４領域２１〜２４が設けられている。領域の間には、スリットが設けられている。それぞれの領域に、検出素子が設けられる。
【０１２２】
図２６（ｂ）に例示したように、センサ１２６ｂにおいては、膜部２０の外形は、五角形である。第１〜第５領域２１〜２５が設けられている。領域の間には、スリットが設けられている。それぞれの領域に、検出素子（第１〜第５検出素子３１〜３５のそれぞれ）が設けられる。
【０１２３】
図２６（ｃ）に例示したように、センサ１２６ｃにおいては、膜部２０の外形は、六角形である。第１〜第６領域２１〜２６が設けられている。領域の間には、スリットが設けられている。それぞれの領域に、検出素子（第１〜第６検出素子３１〜３６のそれぞれ）が設けられる。
【０１２４】
例えば、センサ１２６ｂ及び１２６ｃにおいては、膜部２０内の非対称な位置に設けられた検出素子の出力を用いることで、非対称な信号の混入を検出できる。複数の検出素子の出力を平均化することで、ばらつきを小さくすることができる。これにより、感度がより向上できる。
【０１２５】
図２７（ａ）及び図２７（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的斜視図である。  
図２７（ａ）に例示したように、センサ１２７ａにおいては、膜部２０の領域のそれぞれに、複数の検出素子が設けられている。例えば、第１領域２１には、第１検出素子３１と、第２検出素子３１ａと、が設けられている。
【０１２６】
図２７（ｂ）に例示したように、センサ１２７ｂにおいては、第１領域２１には、第１検出素子３１と、第２検出素子３１ａと、第３検出素子３１ｂと、が設けられている。
【０１２７】
第１検出素子３１は、第１端部２１ａと第１反対端２１ｂとの間に設けられる。第２検出素子３１ａは、第１検出素子３１と第１反対端２１ｂとの間に設けられる。第３検出素子３１ｂは、第２検出素子３１と第１反対端２１ｂとの間に設けられる。
【０１２８】
例えば、センサ１２７ａにおいては、検出部３０は、第１検出素子３１と第２検出素子３２とを含む。第１検出素子３１は、第１部分２１ｐの第１位置ｐ１に設けられる。第２検出素子３１ａは、第１部分２１ｐの第２位置ｐ２に設けられる。第１領域２１は、第１端部２１ａとは反対側の第１反対端２１ｂを有している。第１位置ｐ１から第２位置ｐ２に向かう方向は、第１端部２１ａから第１反対端２１ｂに向かう方向に沿っている。
【０１２９】
例えば、センサ１２７ｂにおいては、検出部３０は、第３検出素子３１ｂをさらに含む。第３検出素子３１ｂは、第１部分２１ｐの第３位置ｐ３に設けられる。第１位置ｐ１から第３位置ｐ３に向かう方向は、第１端部２１ａから第１反対端２１ｂに向かう方向に沿っている。
【０１３０】
例えば、液体４５及び膜部２０に加わる音波８０の周波数に応じて、大きなひずみが得られる膜部２０内の位置が変化する。
【０１３１】
例えば、第１検出素子３１においては、約２５ｋＨｚの音波８０を高感度で検出する。例えば、第２検出素子３１ａにおいては、約５０ｋＨｚの音波８０を高感度で検出する。例えば、第３検出素子３１ｂにおいては、約３００ｋＨｚの音波８０を高感度で検出する。
【０１３２】
センサ１２７ａ及び１２７ｂにおいては、特定の周波数の音波８０を選択的に、高感度で検出できる。複数の検出素子の出力の和、及び、差を利用しても良い。
【０１３３】
例えば、膜部２０の中心部から外縁に向かった放射方向に複数の検出素子を設けることで、異なる周波数の音波８０を高感度で検出できる。
【０１３４】
図２８（ａ）及び図２８（ｂ）は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的斜視図である。  
図２８（ａ）に例示したように、センサ１２８ａにおいては、第１検出素子３１は、複数の部分を含む。この複数の部分は、ジグザグ状に接続されている。このような構成においては、膜部２０内の限られた領域に設けられる検出素子の数を増大できる。検出素子の合計の面積を増大できる。これにより、例えば、ばらつきを抑制できる。
【０１３５】
図２８（ｂ）に例示したように、センサ１２８ｂにおいては、膜部２０の両側の面に検出素子が設けられている。すなわち、膜部２０は、第１面２０ｆａと、第２面２０ｆｂとを有する。第１面２０ｆａは、液体４５の側の面である（図１（ｂ）参照）。第２面２０ｆｂは、第１面２０ｆａとは反対側の面である。検出部３０は、第１部分２１ｐの第１面２０ｆａに設けられた第１検出素子３１と、第１部分２１ｐの第２面２０ｆｂに設けられた第２検出素子３１ａと、を含む。
【０１３６】
第１検出素子３１及び第２検出素子３１ａの少なくともいずれかは、第１部分２１ｐの変位に伴う抵抗の変化、第１部分２１ｐの変位に伴う静電容量の変化、及び、第１部分２１ｐの変位に伴う圧電の電圧の変化の少なくともいずれかを有する。
【０１３７】
図２９〜図３４は、第１の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的平面図である。
これらの図は、膜部２０及び電極を例示している。
図２９〜図３３に例示したように、本実施形態に係るセンサ１３１〜１３５においては、第１〜第４領域２１〜２４が設けられる。それぞれの領域に検出素子が設けられる。例えば、これらのセンサにおいては、複数の検出素子において、電流の向きが互いに交差（例えば直交）する。例えば、ピエゾ抵抗の変化が大きくなる方向に、検出素子が配置される。抵抗の変化を効率的に利用できる。
【０１３８】
図３４に例示したように、本実施形態に係るセンサ１３６においては、膜部２０に４つ組み合わせの電極セット（第１電極５１ａ及び第２電極５１ｂ）が設けられている。電極セットは、互いに、点対称の形状を有する。  
センサ１３１〜１３６においても、高感度な検出ができる。
【０１３９】
（第２の実施形態）  
図３５（ａ）及び図３５（ｂ）は、第２の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。  
これらの図においては、検出素子は省略されている。  
図３５（ａ）及び図３５（ｂ）に表したように、本実施形態に係るセンサ１４０及び１４１においては、液体４５の下面がレンズ状の形状を有している。  
すなわち、液体４５は、膜部２０側の面（第１液体面４５ａ）と、第２液体面４５ｂと、を有する。第２液体面４５ｂは、第１液体面４５ａとは反対側の面である。
【０１４０】
第２液体面４５ｂは、傾斜した部分４５ｐを有する。傾斜した部分４５ｐは、Ｘ−Ｙ平面（すなわち、容器４０から支持部１０に向かうＺ軸方向に対して垂直な平面）に対して傾斜する。
【０１４１】
センサ１４０においては、膜部２０は、第１領域２１に加えて、第２領域２２をさらに有する。第２領域２２は、支持部１０に支持された第２端部２２ａと、第２端部２２ａとは反対側の第２反対端２２ｂと、を含む。第１端部２１ａと第２端部２２ａとの間に開口部２０ｏが設けられる。この例では、第１反対端２１ｂと、第２反対端２２ｂと、の間に、開口部２０ｏが設けられる。
【０１４２】
第２液体面４５ｂは、第１端部２１ａの側の第１表面４７ａと、第２端部２２ａ１の側の第２表面４７ｂと、を含む。第１表面４７ａのＸ−Ｙ平面に対する傾斜方向は、第２表面４７ｂのＸ−Ｙ平面に対する傾斜方向とは逆である。
【０１４３】
このような傾斜により、音波８０の進行方向を変化させることができる。センサ１４０及び１４１においては、液体４５の第２液体面４５ｂに傾斜した部分４５ｐが設けられることで、音波８０の進行方向を変化させることができる。
【０１４４】
図３６は、第２の実施形態に係るセンサの特性を例示する模式図である。
図３６は、異なる媒質を伝搬する音波の特性を例示している。  
図３６に表したように、第１媒質ｍ１において、音速は第１音速ｃ１である。第２媒質ｍ２において、音速は第２音速ｃ２である。第１媒質ｍ１における音波の進行方向の角度を第１角度θ１とする。第１角度θ１は、第１媒質ｍ１と第２媒質ｍ２との間の界面に対して垂直な方向と、第１媒質１ｍにおける音波の進行方向と、の間の角度である。第２媒質ｍ２における音波の進行方向の角度を第２角度θ２とする。第２角度θ２は、第１媒質ｍ１と第２媒質ｍ２との間の界面に対して垂直な方向と、第２媒質ｍ２における音波の進行方向と、の間の角度である。このとき、例えば、ｓｉｎ（θ１）／ｓｉｎ（θ２）＝ｃ２／ｃ１の関係が満たされる。液体の界面が傾斜することで、この界面において、音波の屈折が生じる。音波の進行方向を変化させることができる。すなわち、音響レンズを形成することができる。
【０１４５】
例えば、センサ１４０及び１４１においては、壁部４０ｗの材質と、液体４５の材質と、が適切に選択される。壁部４０ｗと液体４５との間で、進行波を屈折させることが可能になる。例えば、液体４５の平面寸法を大きく設定し、屈折した進行波がセンサの中央に向けて進むようにする。より大きく、液体４５の表面を振動させることができる。例えば、膜部２０（例えばカンチレバー）の変位Ｄｓを大きくできる。高感度なセンサを提供することができる。
【０１４６】
本実施形態においては、容器４０（壁部４０ｗ）と、液体４５と、の間における物性値の差異を利用して、振動を検出部３０に集中させる。すなわち、進行波を容器４０と液体４５との間で屈折させ、液体４５の表面に設置された振動体に進行波を集中させる。これにより、検出の感度を高める。
【０１４７】
センサ１４０及び１４１においては、容器４０は、壁部４０ｗと、薄膜部４１と、を含む。薄膜部４１は、壁部４０ｗと液体４５との間に配置される。壁部４０ｗには、例えば、ＰＤＭＳが用いられる。薄膜部４１には、例えば、パラキシレン系ポリマーが用いられる。薄膜部４１は省略しても良い。
【０１４８】
（第３の実施形態）  
図３７（ａ）及び図３７（ｂ）は、第３の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。  
図３７（ａ）は模式的平面図である。図３７（ｂ）は、図３７（ａ）のＤ１−Ｄ２線断面図である。  
図３７（ａ）及び図３７（ｂ）に表したように、本実施形態に係るセンサ１５０も、構造体１５と、容器４０と、液体４５と、を含む。膜部２０には、例えば、第１領域２１及び第２領域２２が設けられる。第１領域２１に第１検出素子３１が設けられる。第２領域２２に第２検出素子３２が設けられる。
【０１４９】
例えば、第１領域２１の第１部分２１ｐに、第１検出素子３１が設けられる。第１部分２１ｐの第１端部２１ａからの距離は、例えば、開口部２０ｏの表面に生じる表面波の波長の約１／４以下である。
【０１５０】
例えば、センサ１５０において、特定の周波数領域における感度を向上させる場合、検出素子が設けられる領域を、液体４５の表面波の波長に応じて設定する。これにより、検出素子に、引っ張りひずみ及び圧縮ひずみの一方を加えることができる。この例では、カンチレバー構成の第１領域２１の第１端部２１ａの近傍の領域に第１検出素子３１が配置される。開口部２０ｏの表面に生じる表面波の波長をλとする。例えば、第１端部２１ａからの距離がλ／４の範囲内に第１検出素子３１を配置する。
【０１５１】
膜状の物体が正弦波状に変形する場合、正弦波の波長をλとすると、適切に位置を選定することにより、λ／２の領域内で表面に発生するひずみ方向を引っ張りまたは圧縮のいずれかに限定することができる。端部２１ａが固定端の場合、端部からλ／４離れた位置でひずみの方向が入れ替わるため、λ／４の範囲内に第１検出素子３１を配置することが望ましい。
【０１５２】
これにより、引っ張りひずみ及び圧縮ひずみの一方を第１検出素子３１に加えることができる。より高い感度を得ることが可能になる。
【０１５３】
図７〜図１１に示すように、表面に現れる表面波の波長は、音波８０の周波数によって変化する。例えば、事前に実験やシミュレーションにより音波８０の周波数と表面波の波長λの関係を調べる。例えば、感度を高めたい周波数において発生する表面波の波長λを使用して、λ／４の領域に第１検出素子３１を配置する。これにより、意図する周波数帯域においてより高い感度が得られる。
【０１５４】
例えば、第１検出素子３１のサイズは、約λ／４に設定される。例えば、第１検出素子３１は、不純物を含むシリコンの結晶層１３ａと、結晶層１３ａの一部に接続された第１電極５１ａと、結晶層１３ａの他部に接続された第２電極５１ｂと、を含む（図１（ｂ）などを参照）。そして、液体４５の変位Ｄｓは、第１波長λを含む表面波を含む。このとき、第１電極５１ａと第２電極５１ｂとの間の距離（Ｘ−Ｙ平面に沿った距離）は、第１波長λの約１／４以下である。すなわち、この距離は、第１波長λの０．２８倍以下である。この距離は、例えば、第１波長λの０．２２倍以上でも良い。これにより、第１検出素子３１に、効果的なひずみを生じさせることができる。
【０１５５】
図３８（ａ）及び図３８（ｂ）は、第３の実施形態に係る別のセンサを例示する模式図である。  
図３８（ａ）は模式的平面図である。図３８（ｂ）は、図３８（ａ）のＥ１−Ｅ２線断面図である。  
図３８（ａ）及び図３８（ｂ）に表したように、本実施形態に係るセンサ１５１も、構造体１５と、容器４０と、液体４５と、を含む。膜部２０には、例えば、第１領域２１及び第２領域２２が設けられる。第１領域２１に第１検出素子３１が設けられる。第１領域２１は、例えば、両端支持型の構成を有する。
【０１５６】
この場合、例えば、検出素子（第１検出素子３１）のサイズは、開口部２０ｏの表面に生じる表面波の波長λの約１／２に設定される。図３８（ａ）及び図３８（ｂ）においては、第１検出素子３１は、端部２１ａから離れた場所に配置されるため、第１検出素子３１の両端は固定端とはならない。第１検出素子３１の中央が表面波の腹になる位置を選択することにより、λ／２の領域内で、一様な方向のひずみが発生する。
【０１５７】
例えば、第１検出素子３１に第１電極５１ａと第２電極５１ｂとが設けられる場合、これらの間の距離（Ｘ−Ｙ平面に沿った距離）は、第１波長λの約１／２以下である。すなわち、この距離は、第１波長λの０．６倍以下である。この距離は、例えば、第１波長λの０．４倍以上でも良い。これにより、第１検出素子３１に、効果的なひずみを生じさせることができる。膜部２０において、例えば、一様な方向のひずみが発生する。例えば、事前に実験やシミュレーションにより、音波８０の周波数と、表面波の波長λと、の間の関係を調べる。例えば、感度を高めたい周波数において発生する表面波の波長λを使用して、λ／２の領域に第１検出素子３１を配置する。これにより、意図する周波数帯域においてより高い感度が得られる。
【０１５８】
（第４の実施形態）
図３９（ａ）及び図３９（ｂ）は、第４の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。  
図３９（ａ）に表したように、本実施形態に係るセンサ１６１においては、液体４５の第２液体面４５ｂから音波８０が入射する。この例では、第１液体面４５ａは、曲面状である。第１液体面４５ａは、平面状でも良い。
【０１５９】
図３９（ｂ）に表したように、本実施形態に係るセンサ１６２においては、液体４５の側面に音波８０が入射する。すなわち、液体４５は、第１液体面４５ａ及び第２液体面４５ｂに加えて、第３液体面４５ｃを有する。第３液体面４５ｃは、第１液体面４５ａと交差し、さらに、第２液体面４５ｂと交差する。このように、実施形態において、液体４５に入射する音波８０の方向は任意である。
【０１６０】
例えば、実施形態において、膜部２０（及び膜部２０の開口部２０ｏ）は、音波８０の進行方向に対して実質的に垂直である。または、膜部２０（及び膜部２０の開口部２０ｏ）は、音波８０の進行方向に対して、実質的に平行でも良い。
【０１６１】
図４０は、第４の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的断面図である。  
図４０に表したように、本実施形態に係るセンサ１６３においては、中間層８２が設けられる。中間層８２と液体４５との間に、容器４０の壁部４０ｗの少なくとも一部が配置される。例えば、センサ１６３の使用時において、被測定物８１と壁部４０ｗとの間に、中間層８２が配置される。
【０１６２】
中間層８２の音響インピーダンスは、例えば、被測定物８１のインピーダンスと、壁部４０ｗの音響インピーダンスと、の間である。例えば、中間層８２には、磁石を用いても良い。
【０１６３】
中間層８２は、例えば、被測定物８１に接する。中間層８２は、例えば、壁部４０ｗに接する。
【０１６４】
中間層８２は、例えば、被測定物８１と壁部４０ｗとの間の音響インピーダンスを整合させる。例えば、中間層８２の材料と、液体４５が格納される第１空間４０ｓの形状と、は、適切に設計される。これにより、例えば、音響インピーダンスの整合と、音響レンズによる音波の進行方向の制御と、を行うことができる。
【０１６５】
実施形態において、例えば、液体４５の固有振動数は、実質的に、容器４０の固有振動数の整数倍（整数は１以上の整数）倍とすることができる。例えば、液体４５の固有振動数は、容器４０の固有振動数の、整数倍の０．８倍以上１．２倍以下である。例えば、液体４５の厚さを容器４０の厚さに比べて著しく小さくする。実質的に容器４０の固有振動が支配的になり、液体４５の固有振動の影響が小さくなる。擬似的にこのような構成を実現することもできる。これにより、容器４０における振動が、液体４５に効率的に加わる。
【０１６６】
（第５の実施形態）  
図４１は、第５の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図４１に表したように、本実施形態に係るセンサ１７０においても、構造体１５と、容器と、液体４５と、が設けられる。この例では、検出部３０は、光を利用して、膜部２０の変形を検出する。
【０１６７】
すなわち、検出部３０は、光７４を出射する光源７１と、膜部２０の第１領域２１で反射した光を検出する検出素子７３と、が設けられる。光源７１には、例えば、レーザが用いられる。この例では、光７４の光路上に、ビームスプリッタ７２が設けられている。光源７１から出射した光７４は、ビームスプリッタ７２を通過して膜部２０に入射する。膜部２０で反射した光の進行方向がビームスプリッタ７２で変化する。変化した光が検出素子７３に入射する。これにより、膜部２０の変位Ｄｓが光学的に検出できる。
【０１６８】
本実施形態においては、膜部２０の変位Ｄｓは、例えば、検出部３０により光学的に検出される。実施形態において、膜部２０の検出は、任意の方式で検出できる。例えば、検出部３０は、第１部分２１ｐの変位に伴って生じる抵抗の変化、第１部分２１ｐの変位に伴って生じる圧電の電圧の変化、及び、第１部分２１ｐの変位に伴って生じる静電容量の変化、の少なくともいずれかを有しても良い。
【０１６９】
実施形態に係るセンサにおいて、例えば、被測定物８１中を伝搬する音波８０が、液体４５を介して検出される。音波８０の周波数は、例えば、１０ｋＨｚ以上３ＭＨｚ以下である。例えば、液体４５は、壁部４０ｗで拘束される。液体４５は、膜部２０に設けられる開口部２０ｏにおいて、自由界面を有する。例えば、液体４５の振動により、膜部２０が変形する。膜部２０の変形が、検出部３０（例えば第１検出素子３１など）により検出される。
【０１７０】
実施形態において、液体４５の拘束されている面には、音波８０に対して、反射膜、または、透過膜が設けられている。
【０１７１】
音波８０に対して、整合と不整合とが制御できても良い。液体４５の体積、厚さ、及び材料は、検出する音波８０に適合するように設計される。
【０１７２】
（第６の実施形態）  
図４２（ａ）及び図４２（ｂ）は、第６の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。  
図４２（ａ）は模式的平面図である。図４２（ｂ）は、図４２（ａ）のＥ１−Ｅ２線断面図である。  
図４２（ａ）及び図４２（ｂ）に表したように、本実施形態に係るセンサ２０１においても、構造体１５と、容器４０と、液体４５と、が設けられる。膜部２０には、例えば、第１〜第７領域２１〜２７が設けられる。
【０１７３】
第１領域２１に第１検出素子３１が設けられる。第１領域２１は、例えば、両端支持型の構成を有する。すなわち、第１領域２１は、第１端部２１ａと、変位可能な第１部分２１ｐと、第１端部２１ａとは反対側の第１反対端２１ｂと、を含む。第１端部２１ａと第１反対端２１ｂとの間に、第１部分２１ｐが設けられる。第１端部２１ａは、支持部１０の第１の部分に接続され、支持される。第１反対端２１ｂは、支持部１０の別の部分（第２の部分）に接続され、支持される。この例では、Ｙ軸方向の第１部分２１ｐの幅は、Ｙ軸方向の第１端部２１ａの幅よりも狭く、Ｙ軸方向の第１反対端２１ｂの幅よりも狭い。この例では、Ｙ軸方向は、第１端部２１ａから第１部分２１ｐに向かう方向と交差（直交する）方向である。Ｙ軸方向は、第１端部２１ａから第１反対端２１ｂに向かう方向と交差（直交する）方向である。そして、Ｙ軸方向は、容器４０から支持部１０に向かうＺ軸方向に対して垂直である。第１部分２１ｐのＹ軸方向の幅が狭いことで、第１部分２１ｐが変形し易くなる。高い感度を得やすくなる。
【０１７４】
第２領域２２と第３領域２３との間に、第１領域２１の第１部分２１ｐが配置されている。第２領域２２から第３領域２３に向かう方向は、第１端部２１ａから第１反対端２１ｂに向かう方向と交差（例えば直交）する。第２領域２２と第１部分２１ｐとの間に間隙（開口部２０ｏ）が設けられる。第２領域２３と第１部分２１ｐとの間に間隙（開口部２０ｏ）が設けられる。これらの間隙を設けることで、第１部分２１ｐが変形し易くなる。
【０１７５】
第４領域２４から第５領域２５に向かう方向は、第１端部２１ａから第１反対端２１ｂに向かう方向に沿う。第６領域２６から第７領域２７に向かう方向は、第１端部２１ａから第１反対端２１ｂに向かう方向に沿う。第４領域２４と第５領域２５との間に、第２領域２２が設けられる。第６領域２６と第７領域２７との間に、第３領域２３が設けられる。第１領域２１は、第１端部２１ａと第１部分２１ｐとの間の部分を有する。その間の部分の少なくとも一部は、第４領域２４と第６領域２６との間に配置される。第１領域２１は、第１反対端２１ｂと第１部分２１ｐとの間の部分を有する。その間の部分の少なくとも一部は、第５領域２５と第７領域２７との間に配置される。
【０１７６】
これらの複数の領域の間（隣り合う領域の間）には、間隙が設けられる。これにより、膜部２０の複数の領域のそれぞれが変形し易くなる。膜部２０の変形が、液体４５の表面波４６に追従し易くなる。もし、膜部２０が変形し難い場合は、膜部２０によって表面波４６が抑制され、外部からの音波８０に基づく表面波４６が形成され難くなる。膜部２０が変形し易いことで、外部からの音波８０に基づく表面波４６が効率的に形成される。これにより、高い感度が得られる。
【０１７７】
複数の領域の間（隣り合う領域の間）に間隙を設けることで、その間隙において、液体４５の一部が第１空間４０ｓから僅かに飛び出しても良い。但し、液体４５の表面張力によって、液体４５は、元の状態に戻り、第１空間４０ｓに格納される。
【０１７８】
複数の領域の間の間隙の幅（隣接する領域どうしを結ぶ方向に沿った長さ、すなわち、開口部２０ｏの幅）は、例えば、１０ｎｍ以上１００μｍ以下が好ましい。間隙が過度に小さいと、膜部の加工が困難になり、膜部が変形し難くなる。間隙が過度に大きいと、液体４５が漏れ出す。複数の領域の間の間隙の幅（開口部２０ｏの幅）は、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下がさらに好ましい。これにより、液体４５の漏れ出しをより確実に抑制できる。
【０１７９】
間隙の幅（開口部２０ｏの幅）は、液体４５の表面張力（表面エネルギー）、及び、膜部２０の表面張力（表面エネルギー）の少なくともいずれかに基づいて定めても良い。液体４５としてシリコーンオイルを用いた場合、その液体４５の表面エネルギー（２５℃）は、３０ｄｙｎｅ／ｃｍ以上３６ｄｙｎｅ／ｃｍ以下（例えば３４ｄｙｎｅ／ｃｍ以上３５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下）である。シリコーンオイルとして、例えば、メチルフェニルシリコーンオイルなどを用いることができる。液体４５として水を用いた場合、その液体４５の表面エネルギー（２５℃）は、約７２．０ｄｙｎｅ／ｃｍである。
【０１８０】
実施形態においては、実験結果に基づいて、間隙の幅（開口部２０ｏの幅）（単位：ｍ）は、液体４５の表面エネルギーをγｃ（ｄｙｎｅ／ｃｍ）としたとき、例えば、γｃ／１０５以下とする。これにより、例えば、液体４５の漏れ出しが実用的に抑制できる。例えば、液体４５の表面エネルギーγｃが３３．９ｄｙｎｅ／ｃｍのとき、間隙の幅（開口部２０ｏの幅）は、３３．９（ｄｙｎｅ／ｃｍ）／１０５以下とする。すなわち、間隙の幅（開口部２０ｏの幅）は、３３９×１０−６ｍ（すなわち、３３９μｍ）以下とする。間隙の幅（開口部２０ｏの幅）は、零よりも大きい。
【０１８１】
間隙の幅は、一定でなくても良い。例えば膜部２０の内の中央部に位置する間隙の幅は、周辺部に位置する間隙の幅と異なっても良い。例えば、中央部に位置する間隙の幅は、周辺部に位置する間隙の幅よりも大きい。これにより、例えば、液面を覆う膜領域が中央部分で狭くなるため、液面が膜により拘束される力が小さくなることが期待される。結果として、ある周波数における表面波の波長は該当領域で長くなる。感度が高い周波数領域が下方にシフトする効果が期待される。  
例えば、中央部に位置する間隙の幅は、周辺部に位置する間隙の幅よりも小さくても良い。これにより、例えば、液面を覆う膜領域が中央部分で広くなるため、液面が膜により拘束される力が大きくなることが期待される。結果として、ある周波数における表面波の波長は該当領域で短くなる。感度が高い周波数領域が上方にシフトする効果が期待される。生じると推定される表面波４６に応じて間隙の幅を変化させても良い。例えば、表面波４６の腹の位置などに応じて、間隙の幅を変化させても良い。
【０１８２】
センサ２０１においては、第１検出素子３１が、第１領域２１の第１部分２１ｐに設けられている。さらに、第２検出素子３２が、第２領域２２に設けられ、第３検出素子３３が、第３領域２２に設けられている。
【０１８３】
この例では、第２領域２２の第２端部２２ａの近傍に第２検出素子３２が設けられている。すなわち、第２端部２２ａと第２検出素子３２との間の距離は、第２領域２２の第２反対端２２ｂと第２検出素子３２との間の距離よりも短い。第３領域２３の第３端部２３ａの近傍に第３検出素子３３が設けられている。すなわち、第３端部２３ａと第３検出素子３３との間の距離は、第３領域２３の第３反対端２３ｂと第３検出素子３３との間の距離よりも短い。
【０１８４】
膜部２０の中心位置２０ｃと第２検出素子３２との間の距離は、中心位置２０ｃと第１検出素子３１との間の距離とは異なる。膜部２０の中心位置２０ｃと第３検出素子３３との間の距離は、中心位置２０ｃと第１検出素子３１との間の距離とは異なる。具体的には、第２検出素子３２及び第３検出素子３３のそれぞれは、膜部２０の周辺部に設けられる。第１検出素子３１は、膜部２０の中心部に設けられる。
【０１８５】
膜部２０の中心部と周辺部とにおいて、大きな振幅を生じる表面波４６の周波数が互いに異なる。例えば、第２検出素子３２及び第３検出素子３３に対応する領域における周波数は、第１検出素子３１に対応する領域における周波数よりも低い。例えば、周波数の異なる波のそれぞれを高い感度で検出できる。
【０１８６】
センサ２０１においては、中央部の両持ち梁部に第１検出素子３１が設けられ、カンチレバー部に第２検出素子３２及び第３検出素子３３が設けられる。中央部の両持ち梁部における感度の高い周波数は、カンチレバー部における感度の高い周波数とは異なる。センサ２０１においては、１つのセンサにおいて広範囲の周波数で応答するセンサが得られる。例えば、両持ち梁部においては、カンチレバー部（片持ち梁部）と比較して、曲げに対する剛性が高い。同じ厚さの場合、両持ち梁部における高感度の周波数は、カンチレバー部における高感度の周波数よりも高い。例えば、両持ち梁部において、１００ｋＨｚ以上の高い周波数帯域の音波（振動）を両持ち梁部で検出する。一方、１００ｋＨｚ未満の低い周波数帯域の音波（振動）をカンチレバー部でセンシングする。帯域分離が可能になる。
【０１８７】
両持ち梁部及びカンチレバー部は、例えば、シリコンプロセスによって成形される。１つのセンサ内の複数の領域にセンシング領域を配置する。配線やプリアンプ部を共通化することができる。小型化が可能になる。複数のセンサを用いる場合に比べて、小型にでき、コストも低減できる。
【０１８８】
図４３は、第６の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的斜視図である。  
図４３に表したように、本実施形態に係るセンサ２０２においても、構造体１５と、容器４０と、液体４５と、が設けられる。膜部２０には、例えば、第１〜第４領域２１〜２４が設けられる。第１〜第４検出素子３１〜３４が、の第１〜第４領域２１〜２４のそれぞれに設けられている。
【０１８９】
第１〜第４検出素子３１〜３４の、膜部２０の中心からの距離は互いに異なる。  
第１検出素子３１と第１端部２１ａとの間の距離の、第１検出素子３１と第１反対端２１ｂとの間の距離に対する比（第１比）は、低い。  
第４検出素子３４と第４端部２４ａとの間の距離の、第４検出素子３４と第４反対端２４ｂとの間の距離に対する比（第４比）は、高い。  
第２検出素子３２と第２端部２２ａとの間の距離の、第２検出素子３２と第２反対端２２ｂとの間の距離に対する比（第２比）は、第１比と第４比との間である。  
第３検出素子３３と第３端部２３ａとの間の距離の、第３検出素子３３と第３反対端２３ｂとの間の距離に対する比（第３比）は、第２比と第４比との間である。
【０１９０】
このように、複数の検出素子のそれぞれ位置（膜部２０の中心からの距離）が、互いに異なる。これにより、波のそれぞれを高い感度で検出できる。
【０１９１】
センサ２０２においては、４つのカンチレバー部（膜部２０の領域）のそれぞれに、複数の検出素子のそれぞれが設けられる。複数の検出素子のそれぞれの、膜部２０の中心から外に向かう方向における位置は、互いに異なる。カンチレバー部は、液体４５の表面に発生する表面波４６に沿った形状で振動する。液体４５の表面の形状が円状である場合、表面波４６は、同心円状の定在波となる。この定在波においては、周波数が高くなるほど波数が増える。複数のカンチレバー部のそれぞれにおいて、検出素子の位置を半径方向にずらして配置する。定在波の腹の位置と検出素子の位置とが一致する周波数が、互いに異なる。感度が高い周波数領域が、複数のカンチレバー部において、互いに異なる。１つのセンサにより、複数の周波数領域のそれぞれにおいて、高い感度が得られる。
【０１９２】
センサ２０３、センサ１２７ａ及びセンサ１２７ｂなどにおいては、複数の検出素子のそれぞれの位置（例えば膜部２０の中心からの距離）が互いに異なる。このような構成により、表面波４６の位相差を複数の検出素子により検出することができる。
例えば、表面波４６における引っ張りに対応する抵抗と、圧縮に対応する抵抗と、の差を複数の検出素子により検出する。
【０１９３】
例えば、カンチレバー全面に検出素子を配置する場合に比較して、腹の位置以外の領域が除外されるため、ある周波数において発生する表面波の腹の位置の面積と、それ以外の領域の面積の比率に応じた感度向上が期待される。
【０１９４】
図４４（ａ）〜図４４（ｅ）は、第６の実施形態に係る別のセンサを例示する模式図である。  
図４４（ａ）は模式的平面図である。図４４（ｂ）は、図４４（ａ）のＥ１−Ｅ２線断面図である。図４４（ｃ）〜図４４（ｅ）は、別の例における、図４４（ａ）のＥ１−Ｅ２線に対応する断面図である。
【０１９５】
図４４（ａ）及び図４４（ｂ）に表したように、本実施形態に係るセンサ２０３においても、構造体１５と、容器４０と、液体４５と、を含む。膜部２０には、例えば、第１〜第７領域２１〜２７が設けられる。第１検出素子３１が、膜部２０の第１領域２１の第１部分２１ｐに設けられている。
【０１９６】
この例では、膜部２０の厚さが、面内で異なる。すなわち、第１領域２１の第１部分２１ｐの厚さ（Ｚ軸方向に沿う長さ）は、第１端部２１ａの厚さよりも薄く、第１反対端２１ｂの厚さよりも薄い。これにより、第１部分２１ｐが変形し易くなる。第１部分２１ｐにおいて、ひずみが大きくなる。例えば三次元ノッチが形成されやすくなる。
【０１９７】
例えば、膜部２０の全体を薄くすると、膜部２０の強度が低下し、信頼性が低下する場合がある。加工が困難になる場合もある。
【０１９８】
これに対して、この例のように、第１部分２１ｐの厚さを他の部分よりも薄くすることで、第１部分２１ｐを変形し易くできる。例えば、引っ張りのひずみを大きくできる。例えば、曲げのひずみを大きくできる。そして、高い強度が維持でき、高い生産性が維持できる。
【０１９９】
例えば、第１領域２１の第１部分２１ｐの厚さは、第１端部２１ａの厚さの０．１倍以上０．８倍以下（例えば０．５倍以下）である。引っ張り変形においては、剛性は、厚さに比例する。第１領域２１の第１部分２１ｐの厚さを第１端部２１ａの厚さの０．５倍とすることで、同じ力で倍のひずみを発生させることができる。曲げ変形においては、剛性は、厚さの３乗に比例する。第１領域２１の第１部分２１ｐの厚さを第１端部２１ａの厚さの０．８倍程度とすることで、同じ力で倍のひずみを発生させることができる。第１領域２１の第１部分２１ｐの厚さを薄くすることにより、抵抗値が増加する。第１部分２１ｐに曲げ変形を生じさせる領域の周波数において、上記のような厚さに設定すると、引っ張りに対しての剛性の低下の程度が曲げに対しての剛性の低下の程度よりも大きくなるため、より感度が高まる。
【０２００】
例えば、第１領域２１の第１部分２１ｐの厚さは、１０ｎｍ以上２４０ｎｍ以上である。例えば１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下でも良い。一方、第１端部２１ａの厚さは、３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。例えば、第１端部２１ａの厚さが２８０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下のとき、第１領域２１の第１部分２１ｐの厚さは、２４０ｎｍ以下（または１５０ｎｍ以下である）。
【０２０１】
図４４（ｃ）に例示したように、第１領域２１（膜部２０）の厚さは、第１端部２１ａと第１部分２１ｐとの間の領域で変化しても良い。第１領域２１（膜部２０）の厚さは、第１反対端２１ｂと第１部分２１ｐとの間の領域で変化しても良い。
【０２０２】
図４４（ｄ）に例示したように、第１領域２１（膜部２０）の厚さは、第１端部２１ａと第１部分２１ｐとの間の境界で変化しても良い。第１領域２１（膜部２０）の厚さは、第１反対端２１ｂと第１部分２１ｐとの間の境界で変化しても良い。
【０２０３】
図４４（ｅ）に例示したように、第１領域２１（膜部２０）の厚さの変化は、連続的でも良い。ステップ状でも良い。厚さの変化のステップの数は、１でも良く、複数でも良い。
【０２０４】
センサ２０３において、ＡＥなどの振動が、第１検出素子３１に発生するひずみの大きさとして検出される。振動のエネルギーが加えられたときに、より大きなひずみを発生させる。これにより、センサとしての感度が高まる。検出素子部分を薄くすることにより、より大きなひずみが得られる。例えば、エッチングなどのプロセス条件の制御により、膜部２０の厚さを変更できる。
【０２０５】
図４５は、第６の実施形態に係る別のセンサを例示する模式的斜視図である。  
図４５に例示したように、センサ２０４においては、第１〜第４検出素子３１〜３４のそれぞれが、膜部２０の第１〜第４領域２１〜２４のそれぞれに設けられる。
【０２０６】
第１〜第４検出素子３１〜３４のそれぞれは、複数の部分を含む。この複数の部分は、ジグザグ状に接続されている。複数の部分は、膜部２０の固定端の辺（例えば第１端部２１ａの辺）に沿って並ぶ。複数の部分のそれぞれは、固定端の辺に対して実質的に垂直な方向に沿って延在する。このような構成においては、膜部２０内の限られた領域に設けられる検出素子の数を増大できる。検出素子の合計の面積を増大できる。これにより、例えば、ばらつきを抑制できる。
【０２０７】
（第７の実施形態）
図４６（ａ）及び図４６（ｂ）は、第７の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。  
図４６（ａ）は模式的平面図である。図４６（ｂ）は、図４６（ａ）のＥ１−Ｅ２線断面図である。  
図４６（ａ）及び図４６（ｂ）に表したように、本実施形態に係るセンサ２１０においても、構造体１５と、容器４０と、液体４５と、が設けられる。膜部２０には、例えば、第１〜第６領域２１〜２６が設けられる。
【０２０８】
第１領域２１に第１検出素子３１が設けられている。第１検出素子３１は、電流経路３１ｅｌを有する。電流経路３１ｅｌは、実質的に、膜部２０の結晶方位Ｄｃに沿う。
【０２０９】
この例では、電流経路３１ｅｌは、ジグザグ状である。すなわち、電流経路３１ｅｌは、複数の延在部分と、隣り合う複数の延在部分の端を接続する接続部と、を含む。延在部分の延在方向が、結晶方位Ｄｃに沿う。
【０２１０】
結晶方位Ｄｃは、例えば、シリコンの＜１１０＞方向及び＜１００＞方向のいずれかである。例えば、膜部２０が、ｎ形のシリコン結晶を含み、電流経路３１ｅｌの方向（延在部分の延在方向）は、＜１００＞方向に沿う。一方、例えば、膜部２０が、ｐ形のシリコンの結晶を含み、電流経路３１ｅｌの方向（延在部分の延在方向）は、＜１１０＞方向に沿う。これにより、より高感度の検出が可能になる。
【０２１１】
この例において、膜部２０の固定端（端部）と反対端とを結ぶ方向が、結晶方位Ｄｃと一致しない領域においては、検出素子を設けず、例えば、電極などを設けても良い。
【０２１２】
センサ２１０においては、感度が高い特定の方向に沿って、検出素子が配置される。検出素子の配置方向を蛇行させ、検出素子の長い辺を、感度が高い方向に沿わせる。エッチングなどにより、検出素子の形状を加工して、例えば分割してもよい。電極の配置により、検出素子における電流経路３１ｅｌを制御してもよい。検出感度が高い方向に沿って、電流経路３１ｅｌの長い領域を配置させる。これにより、単位長さあたりの感度を向上できる。
【０２１３】
（第８の実施形態）
図４７は、第８の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図４７に表したように、本実施形態に係るセンサ２２０においては、構造体１５及び容器４０を含む組みが複数設けられる。この例では、組みが２つである。一方の組み（センサ２２１）においては、構造体１５と容器４０で形成される第１空間４０ｓ内に、液体４５が配置される。別の１つの組み（センサ２２２）においては、構造体１５と容器４０で形成される第１空間４０ｓの内部は、センサ２２１における第１空間４０ｓの内部とは異なる。例えば、センサ２２２においては、第１空間４０ｓ内は、気体４５ｇ（例えば空気）が配置される。センサ２２１における液体４５とは異なる液体が設けられても良い。
【０２１４】
気体４５ｇが設けられている組み（センサ２２２）は、例えば、マイクロフォンとして機能する。一方、液体４５が設けられる組み（センサ２２１）は、例えば、音響センサとして機能する。これらの組みの差分を検出することで、例えば、所望の音響波を選択的に検出できる。例えば、差分を検出することで、ノイズを抑制（例えばキャンセル）することができる。例えば、ハイパスフィルタ効果が得られる。これにより、高感度の検出が可能になる。
【０２１５】
センサ２２０においては、第１空間４０ｓの内部の構造により、受信特性が変更される。受信特性が異なる２つ以上のセンサを並列に設置し、それぞれのセンサで得られた信号の差分を得る。これにより、必要な帯域の信号を選択的に得ることが可能になる。
【０２１６】
例えば、鉄鋼材のＡＥの主要帯域は、１００ｋＨｚ以上２００ｋＨｚ以下である。例えば、第１のセンサは、この帯域（第１帯域）において感度が高い。第２のセンサにおいては、第１帯域とは異なる第２帯域において、感度が高い。このような組み合わせを用い、それぞれのセンサで得られた信号の差分を得る。これにより、目的とする帯域を選択的に高感度に得ることができる。例えば、目的とする帯域以外の信号が減衰（除外）される。これにより、ノイズが抑制できる。
【０２１７】
このような２つの組みを用いたセンサの構成は、第１〜第７の実施形態に関して説明したセンサ及びその変形のセンサに、適用しても良い。
【０２１８】
（第９の実施形態）
図４８は、第９の実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図４８に表したように、本実施形態に係るセンサ２３０においても、構造体１５、容器４０及び液体４５が設けられる。センサ２３０においては、容器４０内の第１空間４０ｓに発振子８６が設けられている。この例では、発振子８６は、容器４０の内側面に設けられている。発振子８６と膜部２０との間に、液体４５が配置される。
【０２１９】
発振子８６から、例えば音響波が出射される。発振子８６には、例えば、電歪発振素子、熱音響発振素子、熱超音波発振素子、レーザ、及びヒータなどが用いられる。例えば、熱音響発振素子または熱超音波発振素子においては、印加電圧の周期に応じた熱が発生し、その熱により、例えば、液体などの媒体において振動が生じる。この振動が音波または超音波となって出射される。
【０２２０】
センサ２３０においては、発振子８６をセルフテストの際に使用できる。例えば、発振子８６の振動の、検出素子による検出がテストされる。セルフテストに用いる発振子８６を組み込むことで、センサの状態やセンサの取り付け状態が把握できる。精度の高い検出が安定して可能になる。
【０２２１】
センサ２３０においては、正常に動作していることを検出するためのセルフテスト用デバイス（発信子）が設けられる。センサにおいては、使用時（取り付け時）に正常に動作していることを確認するための動作テストが行われる。動作テストのために、振動子や発信子などの送信デバイスが設けられる。送信デバイスと、センサ（受信デバイス）と、を別に設ける参考例の場合、送信デバイスとセンサとの間の伝達関数が設置状態に依存する。このため、この参考例においては、設置が正常であることの確認にためには、正常な伝達関数との比較を行う。これに対して、センサ２３０においては、送信デバイスとセンサとが一体化されているため、正常な伝達関数との比較が省略して、設置状態を正確に評価できる。一体化により、コストが低減できる。
【０２２２】
（第１０の実施形態）
図４９（ａ）〜図４９（ｄ）は、第１０の実施形態に係るセンサを例示する模式図である。  
図４９（ａ）は、模式的透過平面図である。図４９（ｂ）は、図４９（ａ）のＡ１−Ａ２線の模式的断面図である。図４９（ｃ）は、図４９（ａ）のＡ３−Ａ４線の模式的断面図である。図４９（ｄ）は、図４９（ａ）のＡ５−Ａ６線の模式的断面図である。
【０２２３】
本実施形態に係るセンサ２４０においては、センサ１１０と同様に、構造体１５と、容器４０と、液体４５と、検出部３０と、が設けられる。そして、構造体１５において、支持部１０と、膜部２０と、が設けられる。すなわち、容器４０の底面４０ｂｆと対向する膜部２０の変位により、振動が検出される。膜部２０の第１〜第４領域２１〜２４のそれぞれに、第１〜第４検出素子３１〜３４が設けられる。第１〜第４検出素子３１〜３４のそれぞれは、結晶層１３ａ〜１３ｄを含む。これらの検出素子は、容器４０の底面４０ｂｆの上の液体４５の上に設けられる。
【０２２４】
センサ２４０においては、容器４０の側面（第１側面４０ｓａ及び第２側面４０ｓｂ）に、別の膜部（側面膜部６０）が設けられる。そして、側面膜部６０の変形を検出する別の検出部（側面検出部６５）が設けられる。
【０２２５】
例えば、容器４０の第１側面４０ｓａは、容器の第２側面４０ｓｂと交差する。交差する２つの側面のそれぞれに、側面膜部６０が設けられる。外部から加わる振動に基づいて、液体４５が振動し、側面膜部６０が変位する（変形する）。側面膜部６０の変位を側面検出部６５で検出する。これにより、３つの方向の振動を検出することができる。これにより、さらに高精度の検出が可能になる。
【０２２６】
第１側面４０ｓａに、側面膜部６０の領域６１及び領域６２が設けられる。領域６１は、端部６１ａと反対端６１ｂとを有する。領域６１の一部６１ｐが変位可能である。領域６２は、端部６２ａと反対端６２ｂとを有する。領域６２の一部６２ｐが変位可能である。
【０２２７】
第２側面４０ｓｂに、側面膜部６０の領域６３及び領域６３が設けられる。領域６３は、端部６３ａと反対端６３ｂとを有する。領域６３の一部６３ｐが変位可能である。領域６４は、端部６４ａと反対端６４ｂとを有する。領域６４の一部６４ｐが変位可能である。
【０２２８】
これらの側面膜部６０の一部６１ｐ〜６４ｐの変位のそれぞれが、側面検出部６５の検出素子６５ａ〜６５ｄにより検出される。
【０２２９】
（第１１の実施形態）
図５０は、第１１の実施形態に係るセンサユニットを例示する模式的断面図である。
図５０に表したように、本実施形態に係るセンサユニット５１０には、筐体８７が設けられる。筐体８７は、例えば、底面部８７ａと、対向部８７ｂと、側面部８７ｃと、を有する。対向部８７ｂは、底面部８７ａと対向する。側面部８７ｃは、底面部８７ａと対向部８７ｂとを接続する。
【０２３０】
この例では、底面部８７ａに、上記の実施形態に係る任意のセンサ及びその変形のセンサが設けられる。この例では、底面部８７ａにセンサ１１０が設けられる。この例では、底面部８７ａに集音部８３が設けられる。集音部８３は、音響レンズ効果を有する。集音部８３の上に、センサ１１０が設けられる。
【０２３１】
この例では、センサ１１０の上に、ヒータ８４がさらに設けられる。ヒータ８４は、センサ１１０の温度を制御する。ヒータ８４は、例えば、キャリブレーションの際に用いられる。
【０２３２】
この例では、底面部８７ａに、ひずみセンサ８８ａとＡＥセンサ８８ｂとがさらに設けられる。ひずみセンサ８８ａは、例えば、ひずみゲージである。ＡＥセンサ８８ｂは、例えば、取り付け状態を把握する際に用いられる。センサ１１０、ひずみセンサ８８ａ及びＡＥセンサ８８ｂは、筐体８７の内側に設けられる。
【０２３３】
この例では、対向部８７ｂに光電変換素子８８ｄが設けられる。光電変換素子８８ｄには、例えば太陽電池（太陽光発電素子）などが用いられる。さらに、対向部８７ｂに、エナジーハーベスティング素子８８ｃが設けられても良い。エナジーハーベスティング素子８８ｃには、例えば、振動発電素子などが用いられる。
【０２３４】
対向部８７ｂ、側面部８７ｃ及び底面部８７ａに、配線層８８ｅが設けられる。例えば、光電変換素子８８ｄ及びエナジーハーベスティング素子８８ｃの少なくともいずれかと、センサ１１０が接続される。さらに、ひずみセンサ８８ａ及びＡＥセンサ８８ｂが接続される。
【０２３５】
この例では、筐体８７の外に、音響センサ８８ｆが配置される。音響センサ８８ｆは、例えば、取り付け状態を把握する際に用いられる。
【０２３６】
このように、センサユニット５１０においては、センサ１１０を含む複数のセンサが、複合センサとして、筐体８７に実装される。すなわち、センサ１１０、ひずみセンサ８８ａ及びＡＥセンサ８８ｂが、１つのパッケージ内に実装される。センサ１１０は底面部８７ａに設けられる。底面部８７ａは、パッケージの貼りつけ側である。底面部８７ａからＡＥがセンサ１１０に伝達される。底面部８７ａの内側面に集音部８３が設けられる。集音部８３の上にセンサ１１０を配置することで、複合パッケージ内において、効率的にＡＥを取得することができる。
【０２３７】
ひずみセンサ８８ａと、筐体８７の底面部８８ａと、の間に、板が設けられても良い。この板には、例えばステンレス鋼などを用いることができる。この板の厚さは、例えば、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。板を設けることで、ひずみセンサ８８ａにおいて、耐環境性が向上し、歪み検出の取得効率が向上する。
【０２３８】
センサユニット５１０は、常時モニタリングに用いられる。太陽光パネル等の自立電源が、一体化される。これにより、例えば、送電による電力ロスが少なくなり、電力が低減する。センサユニット５１０において、センサ１１０のプリアンプ等を内部に内蔵しても良い。センサ１１０とプリアンプとの間の距離を短くすることができる。例えば、ノイズが低減できる。プリアンプを内蔵することで、長距離のケーブル伝送によるモニタリングが可能になる。外部電源供給が省略できる。
【０２３９】
図５０は、第１１の実施形態に係る別のセンサユニットを例示する模式的断面図である。  図５１に表したように、本実施形態に係るセンサユニット５１１には、３つのセンサ１１０が設けられる。３つ以上のセンサ１１０を、１つのセンサユニット５１１に設けることで、複数のセンサにおける取り付け状態を把握することができる。この例において、上記の実施形態に係る任意のセンサを用いても良い。
【０２４０】
図５２は、第１１の実施形態に係る別のセンサユニットを例示する模式的断面図である。
本実施形態に係るセンサユニット５１２においては、筐体８７の底面部８７ａが音響レンズ構造を有する。底面部８７ａの中央部にＡＥが集まる。底面部８７ａの中央部の上に、センサ１１０が配置される。例えば、底面部８７ａの全体で、集音構造が形成される。底面部８７ａの側から伝達されるＡＥが、センサ１１０に集中する。より多くの振動エネルギーを得ることができ、より高い感度が得られる。
【０２４１】
実施形態によれば、高感度なセンサ及びセンサユニットを提供することができる。
【０２４２】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、センサに含まれる構造体、保持部、膜部、側面膜部、容器、液体及び検出部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０２４３】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０２４４】
その他、本発明の実施の形態として上述したセンサを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのセンサも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０２４５】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０２４６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１８】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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