JP5491080B2 - microphone - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a microphone for detecting vibration caused by sound.
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。
The present inventors have proposed a technique described in
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。 In this technique, the direction of the sound source can be specified by detecting tilt vibration in the XY plane of the circular diaphragm.
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。 By the way, in this technique, a device is required for the support structure of the circular diaphragm so that the circular diaphragm can vibrate corresponding to the direction of movement. For example, a structure has been proposed in which the center of the lower surface of the circular diaphragm is supported so that the circular diaphragm can be tilted, or the circular diaphragm is supported using a gimbal mechanism.
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。
However, adopting such a support structure
• The manufacturing process tends to be complex and difficult;
The mechanical structure of the microphone itself tends to be fragile;
・ There are significant restrictions on the detection mechanism of the circular diaphragm;
・ Problems such as difficulty in increasing sensitivity and frequency characteristics occur.
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)。 On the other hand, the present inventors have obtained a theoretical finding that the optimum load function for a so-called mistletoe type acoustic sensor is a Gaussian function (the following Non-Patent Document 1).
特開2006−345130号公報 JP 2006-345130 A
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. Ando, Ono, "Optimum structure of mistletoe type acoustic sensor and direct algebra solution of short-time sound source localization," Applied Acoustical Auditory Joint Study Group, IEICE Technical Report, Vol. 107, No. 7, EA2007-52, H-2007 -101, 2007.
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。 As a result of studying various sensor structures that satisfy the conditions obtained by the theoretical analysis described above, the present inventors can satisfy such conditions by applying a cantilever structure, The knowledge that the structure of can be simplified was obtained.
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。 Therefore, the present invention provides a microphone having a relatively simple structure that can perform sound source localization or sound source separation.
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。 Means for solving the above-described problems can be described as follows.
(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。
(Item 1)
A support frame, a first diaphragm, a second diaphragm, and a coupling body;
One end of each of the first diaphragm and the second diaphragm is elastically supported by the support frame,
The other end of the first diaphragm and the other end of the second diaphragm are disposed to face each other.
And the other end of the first diaphragm and the other end of the second diaphragm are connected by the connecting body,
The microphone is characterized in that the connecting body is displaceable with respect to the other end of the first diaphragm and the other end of the second diaphragm.
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。 An extending direction of the first diaphragm and the second diaphragm is set as an X axis, and a direction orthogonal to the diaphragm is set as a Z axis. When a sound wave comes from a direction inclined in the X-axis direction with respect to the Z-axis (generally, the inclination angle θ is 0 ° <θ <180 °), the first diaphragm and the second diaphragm are in accordance with the inclination angle. Vibrates with a large phase difference. When sound waves come from the Z-axis direction, the first diaphragm and the second diaphragm vibrate in phase. Therefore, the direction of the sound source can be known by detecting the phase difference of the vibration. By using a plurality of sets of diaphragms that vibrate with a phase difference, it is possible to know the inclination angle in the Y-axis direction and the Z-axis direction in addition to the X-axis direction. The tilt vibration of the coupled body corresponds to the phase difference of vibration in each diaphragm. Therefore, sound source localization and sound source separation can be performed by detecting the vibration of the coupled body.
(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。
(Item 2)
A weakening portion that facilitates deformation between the connecting body and the other end of the first diaphragm and between the connecting body and the other end of the second diaphragm is provided.
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。 By providing the weakening portion, it is possible to smoothly generate the tilt vibration of the coupled body when the first diaphragm and the second diaphragm vibrate in opposite phases.
(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。
(Item 3)
Furthermore, a third diaphragm and a fourth diaphragm are provided,
One end of each of the third diaphragm and the fourth diaphragm is elastically supported by the support frame,
The other end of the third diaphragm and the other end of the fourth diaphragm are disposed to face each other.
And the other end of the third diaphragm and the other end of the fourth diaphragm are connected by the connecting body,
The coupling body is displaceable with respect to the other end of the third diaphragm and the other end of the fourth diaphragm.
The microphone according to
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。 As described above, by further including the third diaphragm and the fourth diaphragm, sound source localization in a two-dimensional direction becomes possible.
(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。
(Item 4)
The first diaphragm, the second diaphragm, and the coupling body are configured by forming a slit in a single plate that can be elastically deformed with respect to sound pressure,
The microphone according to
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。 Since each diaphragm and coupling body can be formed by the slits, the manufacturing process can be simplified. Further, by reducing the slit width, the amount of medium (for example, air) that escapes to the back side of each diaphragm can be reduced, and the efficiency of the microphone can be increased.
(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。
(Item 5)
Furthermore, the microphone of any one of the items 1-4 provided with the detection part which detects the parallel vibration and inclination vibration of the said coupling body.
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。 By analyzing the output from the detection unit, for example, sound source localization and sound source separation can be performed.
(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。
(Item 6)
等厚とすることによって、加工コストの低減が図れる。 By making the thickness uniform, the processing cost can be reduced.
(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。
(Item 7)
The said 1st diaphragm and the said 2nd diaphragm are any one of the items 1-6 whose thickness or width is changed with the place so that it may have a Gaussian type sensitivity distribution. microphone.
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。 By making the sensitivity distribution obtained by each diaphragm close to an ideal Gaussian distribution, the accuracy as a microphone can be improved.
(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。
(Item 8)
8. A sound source analyzing apparatus that performs sound source localization by analyzing vibration of the connected body in the microphone according to
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。 A sound source analyzing apparatus capable of sound source localization using any of the microphones described above can be provided.
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。 The microphone of the present invention has a relatively simple structure and can perform sound source localization or sound source separation.
(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。
(First embodiment)
A microphone according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. This microphone alone enables sound source localization in the XY plane. In the following description, a microphone means a detector or a detection device that can detect a dense wave propagating in a medium. In the following, air will be described as an example of the medium. In addition, an audible range is assumed as the frequency band of the dense wave, but application to other bands is also possible.
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。
The microphone of the present embodiment includes the
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。
Each of the first to
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。 Here, in order to apply the manufacturing technology in the MEMS field, the thin plate is made of silicon single crystal, polycrystalline silicon, or metal such as Ni, Fe, W, Ti, Cr, Co, Cu, Pt, Au, and alloys thereof. It is preferable that it is comprised by. It is also preferable to use an insulator such as silicon oxide or silicon nitride for the material of the thin plate. Of course, the material of the thin plate may be any material that can be elastically deformed by sound pressure propagating in the medium, and the material is not limited to these, and for example, an organic material may be used.
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。
The
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。
The
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。
The other ends 12 to 42 of the first to
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。
The connecting
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。
(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。
(Example)
Here, as an example, an example of specific dimensions of the microphone of the present embodiment will be described. In the example of FIGS. 1 and 2,
W = 5mm,
L = 1.25 mm,
Slit width = about 5 μm,
It has become. Such a structure can be created using, for example, a MEMS manufacturing technique. An example of the manufacturing method will be described later.
(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。
(Operation of microphone of this embodiment)
Next, the operation of the microphone of this embodiment will be described. First, as a premise for explanation, the principle of sound source localization will be explained.
(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。
(Exact theory of sound source localization and algebraic solution)
The spatial coordinates are vector r = (x, y, z), the unit direction vector of the sound source direction is vector n, and the sound speed is c. In addition, the distance to the sound source is assumed to be far enough that an incoming wave can be regarded as a plane wave in the observation region.
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
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.)。
At this time, an arbitrary acoustic wave field f (vector r, t) generated by the sound source is expressed by the partial differential equation.
Meet. The reverse is true, and the general solution of this partial differential equation is the entire sound field of an arbitrary waveform emitted from the sound source. Here, when an arbitrary load function w (vector r) is introduced on the observation plane, the partial differential equation is converted into an equivalent integral form as shown in the following equation (2) (reference: S. Ando and N. Ono, "Partial differential equation (PDE) -based theory of sound source localization," 4th Joint Meeting ASA and ASJ, Honolulu, 2006.).
ここで,荷重関数としてガウス関数
を導入する。ガウス関数は,その1階偏微分が
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。
Here, Gaussian function as the load function
Is introduced. The Gaussian function has its first-order partial derivative
Note that it has the form of a first moment as Then, it turns out that the integral form of the above equation is converted into the algebraic equation as follows.
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。
Here, vector n = (nx, ny) is the x and y components of the direction vector of the sound source. Moreover, all the following unknowns in Formula (3) can be obtained by detecting the vibration of the
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。 That is, since these values are the 0th and 1st moments of the sound pressure distribution on the observation plane weighted by a Gaussian function, they are quantities that can be observed by a diaphragm (conjunction) placed on the observation plane. is there.
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。 On the other hand, according to the microphone having the structure of the present embodiment, a weighted distribution close to a Gaussian weighted distribution can be obtained. FIG. 3 shows a numerical calculation example of the weighted distribution obtained in the present embodiment. 3A shows a common mode, and FIG. 3B shows a differential mode. In these figures, the waveform of the Gaussian distribution is also shown for reference. In these calculation examples, there is still room for optimizing the design, but even in this state, a weighted distribution almost similar to a Gaussian weighted distribution is obtained.
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。
Therefore, the sound source direction (that is, the direction vector n) is determined strictly and uniquely by solving the equation (3) using the measured values of the parallel vibration and the tilt vibration of the coupled
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。
This detection principle can also be explained as follows. That is, when sound comes from a direction (Z axis) perpendicular to the surface of each diaphragm, the
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)。 If the direction of the sound source is known, directivity control and sound source separation can be performed. Since the analysis method for this is known, detailed description is omitted in this specification (for example, Ono, Ando, "Measurement of sound field and directivity control," 22nd Sensing Forum document, pp. 305-310, 9 May. 2005. Or Ono, Arita, Chiaki, Ando, "Directional control and sound source separation based on spatio-temporal gradient measurement," Proc. Of the Spring Meeting of the Acoustical Society of Japan 2005, 2-6- 13, pp. 607-608, Tokyo, March, 2005.).
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。 Therefore, according to the microphone of this embodiment, not only sound source localization but also directivity control and sound source separation can be performed. For example, in the case of voice recognition in a car, the position of the engine, which is the main noise source, is almost fixed with respect to the speaker, so directivity control is performed so that the gain at that position is close to zero. By doing so, the SN ratio can be improved.
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。 In the present embodiment, a microphone capable of sound source localization can be provided by a single element.
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。
Furthermore, in the present embodiment, the first to
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。
Further, in the present embodiment, the vibration of the sound wave can be detected as the vibration of a minute component called the connecting
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。 Furthermore, the microphone of this embodiment can be basically configured by forming a slit in a thin plate. Therefore, it is very easy to manufacture. In addition, the vibration characteristics can be easily changed by changing the slit shape or the weakened portion shape. Furthermore, there is an advantage that the operation is possible even if there is a fluctuation in static pressure (for example, a decrease in air pressure at a high place) or dust adhesion. That is, the microphone of the present embodiment can have strong environmental resistance.
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。
Since the back surface of each
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。 In addition, the microphone according to the present embodiment can realize sound source localization with a wide band and high time resolution in principle.
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。 In addition, since the directivity can be controlled in the microphone of the present embodiment, it can be applied to sound collection and sound source separation under background noise.
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。
Furthermore, in this embodiment, since each diaphragm 1-4 and the
(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。
(Frequency characteristics of notched flat plate structure)
Here, an outline of a method for determining the optimum next resonance mode in the structure of the present embodiment will be described. The structural elements to be considered here are 1) the spring constant of a right triangle cantilever, 2) the spring constant of a finely coupled beam, and 3) the mass and moment of inertia of the central connecting plate.
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
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
で表されるバネ定数をもつことが分かる。
1) Spring constant of right triangle cantilever beam First, if the thickness of the rectangular cantilever beam is a, the width is 2Wb, and the length is W, the spring constant for the bending of the tip is
Given in. Where E is the Young's modulus of the structure. For cantilever beams formed in a right triangle, finite element analysis
It can be seen that it has a spring constant represented by
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
のように表される。
2) Spring constant of coupled beam The width of the coupled beam of this embodiment is b and the length is d (see FIG. 2). Under the condition that both ends of the coupled beam are kept parallel, the spring constant related to the height difference in the direction perpendicular to their planes is
It is expressed as
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。
3) Vibration mode of the central connecting plate (connecting body) Let ρ be the density of the sensor structure. A connecting plate supported at four points by four connecting beams can be modeled as a plate placed on a spring, as shown in FIG.
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,
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
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
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、
に選ぶと、両モードでの共振周波数は等しくなる。
The mass of the plate is 4ρaL 2 , and each spring corresponds to a series spring of a cantilever spring and a finely coupled beam spring.
The spring constant is The equation of motion and resonant frequency of the parallel vibration mode are
It is expressed as For tilt vibration, its equation of motion and resonance frequency are
Given in. Here, θ is an inclination angle with respect to the reference plane of the flat plate. The ratio of the two resonance frequencies can be adjusted by adjusting the
If selected, the resonant frequencies in both modes will be equal.
(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。
(Microphone according to the second embodiment)
Next, a microphone according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, about the element which is fundamentally common with above-described 1st Embodiment, the duplication of description is avoided by attaching | subjecting the same code | symbol.
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。
In the first embodiment described above, sound source localization in an XY two-dimensional plane was possible. In contrast, the microphone of the second embodiment performs sound source localization in a one-dimensional direction. Therefore, in short, the microphone of the second embodiment corresponds to a structure in which the
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。
The microphone according to the second embodiment has a structure in which the
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。
Further, weakening portions 8 e to 8 h (see FIG. 6) are formed around the connecting
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。
Further, a detection unit (not shown) similar to that in the first embodiment is provided in the vicinity of the
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。 As already described, the microphone according to the second embodiment can perform sound source localization in a one-dimensional direction. Therefore, for example, by combining with the microphone of the first embodiment, sound source localization in a three-dimensional direction becomes possible.
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。 Other configurations and advantages of the microphone according to the second embodiment are basically the same as those of the first embodiment, and thus further detailed description of the second embodiment is omitted.
(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。
(Third embodiment)
Next, a microphone according to a third embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the element which is fundamentally common with above-described 1st Embodiment, the duplication of description is avoided by attaching | subjecting the same code | symbol.
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。
In the microphone of the first embodiment, a piezoresistor is used as a detection unit for detecting the vibration of the
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。
That is, in the third embodiment, four electrodes (not shown) are provided on one surface of the
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。
In addition, a
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。
In this embodiment, a capacitance change in the same phase occurs in each capacitor with respect to the parallel vibration of the
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。
Moreover, air exists in the space | gap which exists between the
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。 Other configurations and advantages of the third embodiment are the same as those of the first embodiment described above, and thus detailed description of the third embodiment is omitted.
(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。
(Fourth embodiment)
Next, a microphone according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the element which is fundamentally common with above-described 1st Embodiment, the duplication of description is avoided by attaching | subjecting the same code | symbol.
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。
In the microphone of the first embodiment, a piezoresistor is used as a detection unit for detecting the vibration of the
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。
The optical system of the fourth embodiment includes a laser light source (laser), four photodiodes PD1 to PD4, lenses L1 to L5, plane mirrors M1 and M2, beam splitters BS1 and BS2, and an acoustooptic modulator AOM. It consists of and. And the back surface of the
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。
In the fourth embodiment, the distance change and the inclination change of the
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。
In this embodiment, there is an advantage that the vibration of the
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。 Other configurations and advantages of the fourth embodiment are the same as those of the first embodiment described above, and thus detailed description thereof is omitted.
(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。
(Fifth embodiment)
Next, as a fifth embodiment, an example of a method for manufacturing the microphone of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. In this example, an SOI substrate is used. Moreover, FIG. 10 represents the cutting location which obtains the cross section shown in FIG.
(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。
(Fig. 9 (a))
First, the structure of a substrate used for manufacturing will be described. As shown in the figure, this substrate is composed of a
(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。
(Fig. 9 (b))
First, a
ついで、レジスト層207を薬液により除去する。
Next, the resist
(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。
(Fig. 9 (c))
Next, a photoresist is applied to the lower surface of the substrate, that is, the surface on the
(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。
(Fig. 9 (d))
Next, a
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。
Then, using the
(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。
(Fig. 9 (e))
Next, the
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。
Then, the vibration of the
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。 According to the manufacturing method of the fifth embodiment, high-precision microfabrication can be performed using a so-called MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) manufacturing technique. This makes it possible to manufacture a microphone having a small size and high detection accuracy.
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。
Moreover, in this manufacturing method, the widths of the
(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。
(Sixth embodiment)
Next, as a sixth embodiment, another example of a method for manufacturing the microphone of the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the fifth embodiment described above, the detection unit is attached after the processing of the SOI substrate is completed. In contrast, the sixth embodiment includes a step of integrally forming a piezoresistor on an SOI substrate. Moreover, FIG. 13 represents the cutting location which obtains the cross section shown in FIG.11 and FIG.12. In the description of the sixth embodiment, the same reference numerals are used for the same steps as those described in the fifth embodiment, thereby avoiding complicated description.
(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。
(Fig. 11 (a))
First, the structure of a substrate used for manufacturing will be described. As shown in the figure, this substrate is composed of an SiO 2 layer 202, an
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。
A
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。
Thus, in this embodiment, boron (B) can be added to two locations of the
(図11(b))
ついで、レジスト層211を除去する。
(Fig. 11 (b))
Next, the resist
(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。
(Fig. 11 (c))
Next, the
(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。
(Fig. 11 (d))
Next, the resist
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。
Thereafter, a resist
(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。
(Fig. 11 (e))
Next, the resist
(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。
(Fig. 12 (f))
Next, a resist
(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。
(FIGS. 12 (g) to (i))
The steps of FIGS. 12G to 12I are substantially the same as the steps shown in FIGS. 9C to 9E in the fifth embodiment, and detailed description thereof is omitted.
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。
According to the manufacturing method of the sixth embodiment, the
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。 Other configurations and advantages of the sixth embodiment are the same as those of the fifth embodiment described above, and a detailed description thereof will be omitted.
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。 In addition, the structure of each above-mentioned embodiment is only the illustration of this invention, and is not the meaning of restrict | limiting the content of this invention.
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。
For example, in the above-described embodiment, the first to
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
DESCRIPTION OF
7a-7d Slit of the
102a-102d through hole
Claims (8)
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。 A support frame, a first diaphragm, a second diaphragm, and a coupling body;
One end of each of the first diaphragm and the second diaphragm is elastically supported by the support frame,
The other end of the first diaphragm and the other end of the second diaphragm are disposed to face each other.
And the other end of the first diaphragm and the other end of the second diaphragm are connected by the connecting body,
The coupling body, the other end of said first diaphragm, with respect to the other end of said second diaphragm, by Rukoto is a displaceable, the vibration of the first diaphragm and the second diaphragm Accordingly, the microphone is configured to perform parallel vibration or tilt vibration .
請求項1に記載のマイクロフォン。 A weakening portion that facilitates deformation between the connecting body and the other end of the first diaphragm and between the connecting body and the other end of the second diaphragm is provided. The microphone according to claim 1.
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。 Furthermore, a third diaphragm and a fourth diaphragm are provided,
One end of each of the third diaphragm and the fourth diaphragm is elastically supported by the support frame,
The other end of the third diaphragm and the other end of the fourth diaphragm are disposed to face each other.
And the other end of the third diaphragm and the other end of the fourth diaphragm are connected by the connecting body,
The coupling body is displaceable with respect to the other end of the third diaphragm and the other end of the fourth diaphragm.
The microphone according to claim 1 or 2, wherein the third diaphragm and the fourth diaphragm are extended in a direction intersecting with an extension direction of the first diaphragm and the second diaphragm.
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。 The first diaphragm, the second diaphragm, and the coupling body are configured by forming a slit in a single plate that can be elastically deformed with respect to sound pressure,
The microphone according to claim 1, wherein one end of the first diaphragm and one end of the second diaphragm and the support frame are integrated.
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WO2013106292A1 (en) * | 2012-01-09 | 2013-07-18 | SUH, Eun, Joo | Microphone module with and method for feedback suppression |
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US20190110132A1 (en) * | 2015-09-18 | 2019-04-11 | Vesper Technologies Inc. | Plate Spring |
JP6801928B2 (en) * | 2017-03-30 | 2020-12-16 | 新日本無線株式会社 | Piezoelectric element |
JP7125004B2 (en) * | 2018-05-18 | 2022-08-24 | 日清紡マイクロデバイス株式会社 | MEMS element |
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US11770657B2 (en) * | 2019-08-06 | 2023-09-26 | Nisshinbo Micro Devices Inc. | Piezo-electric element |
WO2021134683A1 (en) * | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | Mems microphone and array structure |
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JP2022119126A (en) * | 2021-02-03 | 2022-08-16 | 株式会社デンソー | Piezoelectric element, piezoelectric device, and manufacturing method of the piezoelectric element |
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JP3974114B2 (en) * | 2004-01-20 | 2007-09-12 | 株式会社東芝 | Diaphragm integrated substrate, acoustoelectric transducer, acoustoelectric conversion system, and method for manufacturing diaphragm integrated substrate |
JP4318220B2 (en) * | 2004-10-07 | 2009-08-19 | 株式会社ケンウッド | Diaphragm of photoacoustic transducer |
-
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017069701A1 (en) * | 2015-10-21 | 2017-04-27 | Agency For Science, Technology And Research | Ultrasound transducer and method of forming the same |
US11229927B2 (en) | 2015-10-21 | 2022-01-25 | Agency For Science, Technology And Research | Ultrasound transducer and method of forming ihe same |
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