(57)【要約】【課題】容量検出型の音響検出信号が、デジタル変調された音響信号から受けるノイズを軽減するデジタルマイクロホンを提供する。【解決手段】電極として機能する振動膜１３と、この振動膜１３に所定の間隔をもって対向配置した固定電極１５とを備え、振動膜１３と固定電極１５との間の静電容量の変化を音響検出信号として出力する音響検出部と、音響検出信号をデジタル変調してデジタル音響信号として出力する変調回路部７と、両面に導体パターンを有し、音響検出部と変調回路部７とを導体パターンによって接続する基板１とを備えるデジタルマイクロホンであって、基板１の一方の面に設ける音響検出信号の導体パターン２と、他方の面に設けるデジタル音響信号の導体パターン３とが、基板１の面に垂直な方向で重なり合わないように形成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極として機能する振動膜と、この振動膜に所定の間隔をもって対向配置した固定電極とを備え、前記振動膜と前記固定電極との間の静電容量の変化を音響検出信号として出力する音響検出部と、
前記音響検出信号をデジタル変調してデジタル音響信号として出力する変調回路部と、
両面に導体パターンを有し、前記音響検出部と前記変調回路部とを前記導体パターンによって接続する基板と、
を備えるデジタルマイクロホンであって、
前記基板の一方の面に設ける前記音響検出信号の導体パターンと、他方の面に設ける前記デジタル音響信号の導体パターンとが、前記基板の面に垂直な方向で重なり合わないように形成されるデジタルマイクロホン。
【請求項２】
前記デジタル音響信号の導体パターンは、扇形に形成され、
前記音響検出信号の導体パターンは、この扇形の中心角に対応する部分を切り欠いた円弧形状に形成される請求項１に記載のデジタルマイクロホン。
【請求項３】
前記デジタル音響信号の導体パターンは、扇型に形成され、
前記音響検出信号の導体パターンは、この扇型の導体パターンの径よりも大きな内径を有して、環状に形成される請求項１に記載のデジタルマイクロホン。
【請求項４】
前記デジタル音響信号の導体パターンは、扇形に形成され、
前記音響検出信号の導体パターンは、この扇形の中心角に対応する部分を切り欠いた円弧形状の導体パターンと、この円弧形状に連続し、前記扇型の径よりも大きな内径を有する環状の導体パターンとで形成される請求項１に記載のデジタルマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極として機能する振動膜と、この振動膜に所定の間隔をもって対向配置した固定電極とを備え、前記振動膜と前記固定電極との間の静電容量の変化を音響検出信号として出力する音響検出部と、前記音響検出信号をデジタル変調してデジタル音響信号として出力する変調回路部と、両面に導体パターンを有し、前記音響検出部と前記変調回路部とを前記導体パターンによって接続する基板とを備えるデジタルマイクロホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
電極にエレクトレット材を用いてコンデンサを形成し、電極の振動によって生じるこのコンデンサの静電容量の変化によって音響信号を電気信号に変換する原理を用いたマイクロホン（エレクトレットコンデンサマイクロホン、以下「ＥＣＭ」と称す。）は、小型化が容易であることから、携帯電話機や音声記録機能付きのデジタルスチルカメラなどに、広く用いられている。ＥＣＭでは、音響信号を電気信号に変換するコンデンサ部分の出力が容量性であることから、その出力回路がハイインピーダンス回路となっている。これは小さな電力で出力を伝達するには優れているが、外来ノイズなど他の影響を受け易い状態でもある。
【０００３】
このため、例えば、ＥＣＭを構成するプリント基板の、実装部品のランド部とその周辺の電気絶縁部を除いた残りの全面にアースパターンを形成して、外来ノイズなどから保護する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
また、コンデンサ部分の出力をインピーダンス変換する電界効果型トランジスタのソース端子（グラウンド側）を総幅がプリント基板の周縁長の１／３以上の導体で接続したり、ドレイン端子（インピーダンス変換後の出力）とソース端子との間に容量素子を接続したり、この両方を同時に行ったりすることで、外来ノイズを減衰させる方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】登録実用新案第３０１１０４８号公報（第２図、００２１〜００２７段落）
【特許文献２】特開２００１−１６６７６号公報（０００４〜０００７段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記は、ＥＣＭに対する外来ノイズの影響を防止又は軽減するためのものであり、一定のノイズ減衰効果を見込めるものである。しかし、ＥＣＭには、ＥＣＭ内部にデジタル変調回路を有してデジタル変調された信号を出力するように構成された、いわゆるデジタルマイクロホンもある。このようなデジタルマイクロホンでは、マイクロホン自身にノイズ源と成り得るデジタル信号を有するため、外来ノイズ以上に内部の信号に対する影響が顕著に現れる。すなわち、ハイインピーダンスでノイズの影響を受け易いコンデンサ部の出力信号と、高速で出力レベルが変化するデジタル信号とが、非常に近接して存在するためにコンデンサ部分の出力信号のノイズレベルが上昇してしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、容量検出型の音響検出信号が、デジタル変調された音響信号から受けるノイズを軽減するデジタルマイクロホンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係るデジタルマイクロホンの特徴構成は、電極として機能する振動膜と、この振動膜に所定の間隔をもって対向配置した固定電極とを備え、前記振動膜と前記固定電極との間の静電容量の変化を音響検出信号として出力する音響検出部と、前記音響検出信号をデジタル変調してデジタル音響信号として出力する変調回路部と、両面に導体パターンを有し、前記音響検出部と前記変調回路部とを前記導体パターンによって接続する基板とを備えるものであって、前記基板の一方の面に設ける前記音響検出信号の導体パターンと、他方の面に設ける前記デジタル音響信号の導体パターンとが、前記基板の面に垂直な方向で重なり合わないように形成される点にある。
【０００８】
この特徴構成によれば、前記音響検出信号の導体パターンと、前記デジタル音響信号の導体パターンとが、前記基板の面に垂直な方向で重なり合わないので、これら二つの導体パターン間に生じるストレーキャパシタンス（浮遊容量）を小さくすることができる。そして、このストレーキャパシタンスによって生じる静電誘導を減じることができる。静電誘導は、被害を受ける側のインピーダンスが高い場合に特に影響が大きいので、音響検出信号に対するノイズを軽減する効果が得られる。静電誘導を防ぐには、導体パターンにガード電極を設けるという方法を用いることもでき、これは例えば基板の内層にガード電極を形成することで実現できるが、基板の構造が複雑となりコストも上昇する。この特徴構成によれば、静電誘導の原因となるストレーキャパシタンスを小さくして、静電誘導を減じるのでコスト上昇を伴わずにノイズを軽減できる。
【０００９】
上記構成において、前記デジタル音響信号の導体パターンは、扇形に形成され、前記音響検出信号の導体パターンは、この扇形の中心角に対応する部分を切り欠いた円弧形状に形成されると好ましい。
【００１０】
すなわち、前記音響検出信号の導体パターンは、前記デジタル音響信号の導体パターンが前記基板の反対側の面に形成されている部分を除いて、環状（円弧形状）に形成されるので、前記デジタル音響信号の導体パターンとは重なり合わないように形成できる。そして、前記音響検出部との接触を充分に保った状態で、ストレーキャパシタンスを小さくすることができるので、前記音響検出信号の導通に大きな影響を与えず、ノイズを軽減する効果が得られる。
【００１１】
また、本発明に係るデジタルマイクロホンにおいては、前記デジタル音響信号の導体パターンは、扇型に形成され、前記音響検出信号の導体パターンは、この扇型の導体パターンの径よりも大きな内径を有して、環状に形成されると好ましい。
【００１２】
すなわち、前記音響検出信号の導体パターンは、前記デジタル音響信号の扇形の導体パターンの径よりも大きな内径を有する環状に形成されるので、前記デジタル音響信号の導体パターンとは重なり合わないように形成できる。また、前記音響検出部との接触はほぼ全周に亘って充分に確保できる。これにより、前記音響検出信号の導通に影響を与えず、ストレーキャパシタンスを小さくすることができるので、ノイズを軽減する効果が得られる。尚、前記デジタル音響信号の扇形の導体パターンは、前記音響検出信号の環状の導体パターンの内径よりも径が小さくなるが、出力信号線（コネクタも含む）との接触（半田付けを含む）には充分な面積が確保できるので問題はない。
【００１３】
また、本発明に係るデジタルマイクロホンにおいては、前記デジタル音響信号の導体パターンは、扇形に形成され、前記音響検出信号の導体パターンは、この扇形の中心角に対応する部分を切り欠いた円弧形状の導体パターンと、この円弧形状に連続し、前記扇型の径よりも大きな内径を有する環状の導体パターンとで形成されると好ましい。
【００１４】
すなわち、前記音響検出信号の導体パターンは、前記デジタル音響信号の導体パターンが前記基板の反対側の面に形成されている部分を除いて、環状に形成されるので、前記デジタル音響信号の導体パターンとは重なり合わないように形成できる。前記音響検出部との接触はほぼ全周に亘って充分に確保できる。全周に亘って接触しない場合であっても、前記音響検出信号の導体パターンが全周に亘って導通するので、配線抵抗を下げて良好に前記音響検出信号を伝達できる。また、前記デジタル音響信号の扇形の導体パターンも、出力信号線（コネクタも含む）との接触（半田付けを含む）に余裕のある面積が確保できる。このように、前記音響検出信号の導通や前記デジタル音響信号の外部への配線に影響を与えず、ストレーキャパシタンスを小さくすることができるので、良好にノイズを軽減する効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
[基本構造の説明]
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、それに先立ってデジタルマイクロホンの基本構造について説明する。図１は、本発明に係るデジタルマイクロホンの断面図である。図１に示すように、このデジタルマイクロホンは、筒状の底部に音孔１１が形成され、この底部とは対向する側が開放した開口部１２であるカプセル１０の内部に各機能部を格納して構成されている。各機能部とは、音響信号を検出する音響検出部、検出された音響信号をデジタル変調する変調回路部、これらを接続する基板などである。
【００１６】
音響検出部は、カプセル１０の底部に振動膜リング１６を設けて、電極として機能する振動膜１３を配置し、この振動膜１３を振動膜リング１６とスペーサ１４とで狭持すると共に、スペーサ１４の厚みで規定される所定の間隔をもって、背極として機能する固定電極１５を配置し、振動膜１３と固定電極１５との間の静電容量の変化を音響検出信号として出力するように構成されている。そして、この音響検出部に対向し、開口部１２の内側に、ホルダー１８と、かしめたカプセル１０の端部とによって基板１が支持される。この基板１は、音響検出信号をデジタル変調してデジタル音響信号として出力する集積回路７（変調回路部）を備えている。尚、音響検出部と基板１とは、ゲートリング１７によって導通され、このゲートリング１７によって、音響検出信号は変調回路部に入力される。変調回路部は、一つの集積回路と、必要に応じてその電源安定化のバイパスコンデンサや信号のノイズ除去用のフィルタとしての抵抗やコンデンサなどの受動部品とから構成され、基板１上に実装される。本例では、説明を容易にするために、図５（ａ）に示すように、一つの集積回路７で変調回路部を構成している。
【００１７】
図５は、デジタルマイクロホンの回路構成を説明するための基板の導電パターンの一例を示す図である。図５（ａ）は、集積回路７が実装される基板１の一方の面で、いわゆる部品実装面と称される側の面を示している。図５（ｂ）は、基板１の他方の面で、いわゆる半田面と称される面の導電パターンを、部品実装面からの透視図で示している。図１及び図５には、示していないが、半田面のパターンから、コネクタやケーブルや接触子を介して、デジタルマイクロホンの外部と、信号や電源の伝達が行われる。本例では、集積回路７は五つの端子を有し、それぞれ、端子７５は電源端子、端子７６はグラウンド（以下、「ＧＮＤ」と称す）端子、端子７２は音響検出部からの入力端子、端子７４はデジタル変調の基準クロックを供給する入力端子、端子７３は変調後のデジタル音響信号の出力端子である。集積回路７はその内部にインピーダンス変換回路や増幅器や変調回路などを備えている。そして、容量型の検出素子である音響検出回路から入力されるハイインピーダンスの音響検出信号をインピーダンス変換し、必要なレベルに増幅すると共に入力される基準クロックを用いてデジタル変調して、高速且つ高出力で出力レベルが変化するデジタル音響信号を出力する。
【００１８】
集積回路７の端子７２は、図５（ａ）に示すように、音響検出信号の導電パターン２と接続されている。集積回路７の他の端子７３〜７６は、それぞれバイアホール３ｖ、４ｖ、５ｖ、６ｖを介して、それぞれ図５（ｂ）に示す半田面の導電パターン３〜６と接続されている。
【００１９】
音響検出信号は、上述したように図１に示したゲートリング１７を介して、音響検出部から基板１へと伝達され、図５（ａ）に示したように基板１の部品実装面に環状に設けた音響検出信号の導電パターン２から集積回路７へと入力される。ＧＮＤ信号は、図５（ｂ）に示すように、基板１の半田面に環状にも設けられ、開口部１２が内側にかしめられたカプセル１０の端部と接触するようになっている。
【００２０】
以上、音響検出信号の導電パターン２が部品実装面上に環状に設けられる例を用いて説明したが、音響効果を考慮して、例えば、図６に示すように一部が欠けた環状の導電パターン２となることがある。以下、本発明に係るデジタルマイクロホンの実施形態について説明するが、この図６に示す導電パターンを基本として説明する。尚、下記の説明においては、この部品実装面側の導電パターンについては、説明を容易にするために、音響検出信号を集積回路７へ接続する接続経路の導電パターンや、集積回路７の端子の導電パターンや、集積回路７などを除いて、環状部分の導電パターンのみを示して説明する。
【００２１】
［第一実施形態］
図２は、第一実施形態に係るデジタルマイクロホンの基板の導電パターンを示す図である。それぞれ、図２（ａ）は部品実装面の導電パターンを、図２（ｂ）は部品実装面からの透視図で示した半田面の導電パターンを、図２（ｃ）はＡ−Ａ線での断面図を示している。本第一実施形態においては、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、デジタル音響信号の導体パターン３は、基板１の半田面に扇形に形成され、音響検出信号の導体パターン２は、基板１の部品実装面にこの扇形の中心角に対応する部分を切り欠いた円弧形状に形成されている。これを、Ａ−Ａ線での断面図である図２（ｃ）でみると、音響検出信号の導体パターン２と、デジタル音響信号の導体パターン３とが、基板１の面に垂直な方向で重なり合わないように形成されていることがわかる。すなわち、図２（ａ）及び（ｃ）に示す点線部２ａが形成されないので、音響検出信号の導体パターン２と、デジタル音響信号の導体パターン３とが、基板１の面に垂直な方向で重なり合わない。
【００２２】
すでに説明したように、ＥＣＭでは、音響信号を電気信号に変換するコンデンサ部分、すなわち音響検出部の出力が容量性であることから、その出力回路がハイインピーダンス回路となっている。従って、音響検出信号の伝達を小さな電力且つ非常に小さな減衰で行うことができる反面、外部のノイズなど他の影響を受け易い状態でもある。そして、ＥＣＭ方式のデジタルマイクロホンでは、音響検出信号へのノイズ源となり易い高速且つ高出力で出力レベルが変化するデジタル信号をその内部に有している。すなわち、音響検出信号をデジタル変調して得られるデジタル音響信号が、ノイズ源として働き易い環境にある。
【００２３】
基板１はその厚みが０．２〜０．３ｍｍ程度の基材である。従って、例えば、ノイズを受け易い信号である音響検出信号の導電パターン２と、ノイズ源となり易いデジタル音響信号の導電パターン３とが、基板１の面に垂直な方向で重なって設けられていると、両導電パターンの間に大きなストレーキャパシタンスが生成される。そして、このストレーキャパシタンスを介した静電誘導などによって音響検出信号にノイズが乗り易くなる。
【００２４】
しかし、本第一実施形態のように音響検出信号の導体パターン２と、デジタル音響信号の導体パターン３とが、基板１の面に垂直な方向で重なり合わないようにすると、これら二つの導体パターン間に生じるストレーキャパシタンス（浮遊容量）を小さくすることができる。そして、このストレーキャパシタンスによって生じる静電誘導を減じることができる。静電誘導は、被害を受ける側のインピーダンスが高い場合に特に影響が大きいので、音響検出信号に対するノイズを軽減する効果が得られる。静電誘導を防ぐには、導体パターンにガード電極を設けるという方法を用いることもでき、これは例えば基板の内層にガード電極を形成することで実現できるが、基板の構造が複雑となりコストも上昇する。この第一実施形態によれば、静電誘導の原因となるストレーキャパシタンスを小さくして、静電誘導を減じるのでコスト上昇を伴わずにノイズを軽減できる。
【００２５】
第一実施形態の構成では、音響検出信号の導体パターン２は、デジタル音響信号の導体パターン３が基板１の反対側の面に形成されている部分を除いて、環状（円弧形状）に形成されるので、デジタル音響信号の導体パターン３とは重なり合わないように形成できる。そして、音響検出部からの出力を伝達するゲートリング１７との接触を充分に保った状態で、ストレーキャパシタンスを小さくすることができるので、音響検出信号の導通に大きな影響を与えず、ノイズを軽減する効果が得られる。
【００２６】
尚、集積回路７のデジタル変調の基準クロックを供給する入力端子７４は、導体パターン４に接続されており、この導体パターン４と音響検出信号の導体パターン２とは、基板１の面に垂直な方向で重なりを有しているが、これは下記の理由により問題はない。基準クロックはもちろんデジタル信号であり、高速で出力レベルが変動する。しかし、変調回路を有する集積回路７は一般に入力インピーダンスが高く、そのため、大きな入力電流は必要としない。このため、導体パターン４上を流れる基準クロック信号は、低電流の信号となり、電気的エネルギーも低いので、ノイズ源とはなりにくい。
【００２７】
［第二実施形態］
図３は、第二実施形態に係るデジタルマイクロホンの基板の導電パターンを示す図である。それぞれ、図３（ａ）は部品実装面の導電パターンを、図３（ｂ）は部品実装面からの透視図で示した半田面の導電パターンを、図３（ｃ）はＡ−Ａ線での断面図を示している。本第二実施形態においては、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、デジタル音響信号の導体パターン３は、基板１の半田面に扇型に形成され、音響検出信号の導体パターン２は、この扇型の導体パターンの径よりも大きな内径を有して、基板１の部品実装面に環状に形成されている。図３（ｂ）及びＡ−Ａ線での断面図である図３（ｃ）からは、点線部３ａが形成されないので、音響検出信号の導体パターン２と、デジタル音響信号の導体パターン３とが、基板１の面に垂直な方向で重なり合わないように形成されていることがわかる。
【００２８】
また、音響検出信号の導体パターン２は、ほぼ全周に亘って形成されるので、ゲートリング１７を介した音響検出部と基板１との接触はほぼ全周に亘って充分に確保できる。これにより、音響検出信号の導通に影響を与えず、ストレーキャパシタンスを小さくすることができるので、ノイズを軽減する効果が得られる。尚、デジタル音響信号の扇形の導体パターンは、音響検出信号の環状の導体パターンの内径よりも小径とすることで、面積は減少するが、出力信号線（コネクタも含む）との接触（半田付けを含む）には充分な面積が確保できており、問題はない。
【００２９】
［第三実施形態］
図４は、第三実施形態に係るデジタルマイクロホンの基板の導電パターンを示す図である。それぞれ、図４（ａ）は部品実装面の導電パターンを、図４（ｂ）は部品実装面からの透視図で示した半田面の導電パターンを、図４（ｃ）はＡ−Ａ線での断面図を示している。本第三実施形態においては、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、デジタル音響信号の導体パターン３は、基板１の半田面に扇形に形成され、音響検出信号の導体パターン２は、基板１の部品実装面にこの扇形の中心角に対応する部分を切り欠いた円弧形状の導体パターン２１と、この円弧形状の導体パターン２１に連続し、デジタル音響信号の導体パターン３の扇型の径よりも大きな内径を有する環状の導体パターン２２とで形成されている。これを、Ａ−Ａ線での断面図である図４（ｃ）でみると、音響検出信号の導体パターン２と、デジタル音響信号の導体パターン３とが、基板１の面に垂直な方向で重なり合わないように形成されていることがよくわかる。
【００３０】
すなわち、図４（ａ）及び（ｃ）に示す点線部２ａが形成されないので、音響検出信号の導体パターン２は、デジタル音響信号の導体パターン３が基板１の反対側の面に形成されている部分を除いて、デジタル音響信号の導体パターン３とは重なり合わないように環状に形成できる。また、ゲートリング１７を介した音響検出部との接触はほぼ全周に亘って充分に確保できる。仮にゲートリング１７と接触する部分が導体パターン２１側であって、全周に亘って接触しない場合であっても、導体パターン２２によって音響検出信号の導体パターン２が全周に亘って導通するので、配線抵抗を下げて良好に音響検出信号を伝達できる。また、デジタル音響信号の扇形の導体パターン３も、出力信号線（コネクタも含む）との接触（半田付けを含む）に余裕のある面積が確保できる。このように、音響検出信号の導通やデジタル音響信号の外部への配線に影響を与えず、ストレーキャパシタンスを小さくすることができるので、静電誘導などを軽減できて、良好にノイズを軽減する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るデジタルマイクロホンの断面図
【図２】第一実施形態に係るデジタルマイクロホンの基板の導電パターンを示す図
【図３】第二実施形態に係るデジタルマイクロホンの基板の導電パターンを示す図
【図４】第三実施形態に係るデジタルマイクロホンの基板の導電パターンを示す図
【図５】デジタルマイクロホンの回路構成を説明するための基板の導電パターンの一例を示す図
【図６】デジタルマイクロホンの基板の導電パターンの他の例を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１        基板
２        音響検出信号の導電パターン
３        デジタル音響信号の導電パターン
４        デジタル変調の基準クロックの導電パターン
５        電源の導電パターン
６        ＧＮＤの導電パターン
７        集積回路
【図１】
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【図２】
2005323288.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005323288.tif 000006
【図５】
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【図６】
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