JP2001133322A

JP2001133322A - 周波数分解センサ

Info

Publication number: JP2001133322A
Application number: JP31581599A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yamashita; 幸一山下; Hiroshi Toshiyoshi; 洋年吉; Hiroyuki Fujita; 博之藤田; Tetsuhiko Iizuka; 哲彦飯塚
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2001-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】振動を振動子に効率よく伝搬し、振動を容易に
かつ精度よく電気信号に変換して取出すことにより周波
数分解精度の向上を図る。【解決手段】音波や機械的振動を受けて振動を発生する
ダイヤフラム１１と、このダイヤフラムからの振動を一
方向に伝播する振動伝搬部１２と、この振動伝搬部の一
方の側から延出してその端部を自由端とし、かつこの振
動伝搬部の振動伝搬方向に複数配設し、それぞれ異なる
固有共振周波数を有する複数の振動子１３と、振動伝搬
部の各振動子に対応した他方の側から延出してその端部
を基板１５に固定し、かつこの振動伝搬部の振動伝搬方
向に複数配設した複数の延出部１４と、各振動子、振動
伝搬部、各延出部及び基板に跨がって配置したピエゾ抵
抗素子１６とで周波数分解センサを構成し、振動子の振
動に伴うピエゾ抵抗素子の抵抗変化を振動し個々に取出
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動子の振動周波
数成分を抵抗素子で検出する周波数分解センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】人間の聴覚機構は、外耳、中耳、内耳の
３つの部分からなっている。音は、耳の外から耳の外耳
道へと入り、鼓膜を震わせる。鼓膜からは、つち骨、き
ぬた骨、あぶみ骨という３つの耳小骨を通って音は増幅
され、前庭窓から蝸牛と呼ばれるかたつむりのような形
をした器官へと入る。この蝸牛は、中央に基底膜という
膜が有り、蝸牛を２つの階に分けている。音は、その音
の高さにより、この蝸牛内の基底膜のある特定の場所を
振動させ、そして基底膜上の有毛細胞によって音として
知覚される。蝸牛の入口付近では、高い音に反応し、蝸
牛の奥深くでは低い音に反応する。このように人間は、
入ってきた音を周波数分解し知覚している。

【０００３】このような人間の聴覚機構を模倣し、音を
周波数分解してその音の特徴をつかむ音響センサや音解
析装置が開発されている。先ず、ソフトウエア的に処理
する方法があり、この方法は、マイクロフォンで拾った
音を高速フーリエ変換やケプストラム解析で処理を行
い、周波数分解された音の特徴を得ていた。しかし、こ
の方法では周波数分解能を向上させようとすると長時間
のデータサンプリングが必要となり、時間分解能が低下
し、逆に時間分解能を向上させようとするとサンプリン
グ時間を短くする必要があり周波数分解能が低下すると
いう問題があった。

【０００４】この問題を回避するため、共振周波数の異
なる複数の振動子を並べて機械的に音を分解するという
方法が知られている。例えば、「Technical Digest of
THE16th SENSOR SYMPOSIUM」June 2〜3,1998（電気学
会）の２４９頁〜２５２頁には、図１２に示すように、
音波が入力されるダイヤフラム１と、このダイヤフラム
１に連設された１本の横断ビーム２と、この横断ビーム
２から延出したそれぞれ異なる固有の共振周波数をもつ
振動子である多数の共振ビーム３からなり、ダイヤフラ
ム１に振動が入力すると、その振動が横断ビーム２に伝
搬し、この振動周波数を共振周波数としてもつ共振ビー
ム３やこの振動周波数に近い共振周波数をもつ共振ビー
ム３が共振現象により振動する周波数分解センサが記載
されている。

【０００５】そして、図１３に示すように、共振ビーム
３の振動をこの共振ビーム上に配置したピエゾ抵抗４を
使用して検出し電気信号に変換するようになっている。
すなわち、各共振ビーム３の振動によるピエゾ抵抗４の
歪みによる抵抗変化を１本の信号線５に電流加算して出
力するようになっている。出力電圧Ｖ+は、ｉ番目の共
振ビーム３の抵抗値をＲi、振動による変動をδＲiとし
て、

【０００６】

【数１】

【０００７】となる。この式の第２項が振動による電圧
の変動成分となる。そして、この方式では利得はバイア
ス電圧Ｖ_０に依存するので、バイアス電圧を個別に制御
することで共振ビーム毎の利得調整を可能にしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
方式では、各共振ビームに振動による抵抗変化を、一本
の信号線に電流加算して出力するようになっているた
め、各共振ビームの振動を精度よく個別にかつ同時に検
出することができないという問題があった。このため、
各共振ビームに配置したピエゾ抵抗から個々に検出線を
横断ビームを経由してその横断ビームの端部まで配線す
ることも考えられるが、しかしながら全てのピエゾ抵抗
からの検出線を横断ビーム上に配線することは横断ビー
ムの幅がきわめて狭いことから不可能に近い。

【０００９】また、ダイヤフラムに入力した音響信号を
横断ビームは縦振動として伝搬し、その振動を各共振ビ
ームに伝搬するが、横断ビーム自体も固有の共振周波数
をもつため、横断ビームが共振したときには多くの共振
ビームも振動し、このため、横断ビームの振動が共振ビ
ームの振動であると誤検出され易い問題があった。

【００１０】そこで、各請求項記載の発明は、音波や機
械的振動によって生じる振動を振動子に効率よく伝搬で
きるとともに各振動子毎に振動を容易にかつ精度よく電
気信号に変換して取出すことができ、周波数分解精度を
向上できる周波数分解センサを提供する。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、さらに、振
動子の共振周波数を変更することができ、これにより、
より多くの周波数分解ができる周波数分解センサを提供
する。また、請求項３記載の発明は、さらに、振動伝搬
部の固有の共振周波数での振動を確実に抑えることがで
き、周波数分解精度をより向上できる周波数分解センサ
を提供する。また、請求項５記載の発明は、さらに、よ
り小形化を図ることができる周波数分解センサを提供す
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
音波や機械的振動を受けて振動を発生する受波部と、こ
の受波部からの振動を一方向に伝搬する振動伝搬部と、
この振動伝搬部の一方の側から延出してその端部を自由
端とし、かつこの振動伝搬部の振動伝搬方向に複数配設
した、それぞれ異なる固有共振周波数を有する複数の振
動子と、振動伝搬部の各振動子に対応した他方の側から
延出してその端部を固定端とし、かつこの振動伝搬部の
振動伝搬方向に複数配設した複数の延出部と、各振動子
及びこの各振動子と対応した延出部の一方又は両方にそ
れぞれ配置し対応する振動子の振動を検出する複数の抵
抗素子とを備えたことにある。

【００１３】請求項２記載の発明は、音波や機械的振動
を受けて振動を発生する受波部と、この受波部からの振
動を一方向に伝搬する振動伝搬部と、この振動伝搬部の
一方の側から延出してその端部を自由端とし、かつこの
振動伝搬部の振動伝搬方向に複数配設した、それぞれ異
なる固有共振周波数を有する複数の振動子と、振動伝搬
部の各振動子に対応した他方の側から延出してその端部
を固定端とし、かつこの振動伝搬部の振動伝搬方向に複
数配設した複数の延出部と、各振動子及びこの各振動子
と対応した延出部の一方又は両方にそれぞれ配置し対応
する振動子の振動を検出する複数の抵抗素子と、この各
抵抗素子の近傍に配置した発熱部とを備えたことにあ
る。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の周波数分解センサにおいて、延出部の延出する長さ
を振動子の延出する長さよりも短くしたことにある。請
求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の周波数
分解センサにおいて、振動子及び延出部を半導体で形成
するとともに抵抗素子をピエゾ抵抗素子で形成したこと
にある。請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいず
れか１記載の周波数分解センサにおいて、振動子に重り
となる小片を付加したことにある。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。（第１の実施の形態）図１は周波数分解センサを使用し
た周波数分解装置の全体構成を示す図で、１１は音波や
機械的振動を取込み振動を発生する受波部としてのダイ
ヤフラム、１２はこのダイヤフラム１１に接続し、この
ダイヤフラム１１からの振動を一方向に伝播する長尺な
棒状の振動伝搬部、１３はこの振動伝搬部１２からこの
振動伝搬部１２の振動伝搬方向と直交する一方向に延出
してその端部を自由端とし、かつこの振動伝搬部１２の
振動伝搬方向に一定の間隔を隔てて複数配設した、それ
ぞれ異なる固有共振周波数を有する複数の振動子、１４
はこの振動伝搬部１２から前記各振動子１３に対応して
この振動伝搬部１２の振動伝搬方向と直交する他方向に
延出してその端部を固定端とし、かつ前記振動伝搬部１
２の振動伝搬方向に一定の間隔を隔てて複数配設した複
数の延出部である。すなわち、前記各振動子１３は延出
した端部を浮かせて自由端としているが、前記各延出部
１４は延出した端部を基板１５に固定して固定端として
いる。そして、各延出部１４の延出する長さは前記各振
動子１３の延出する長さに比べて充分短くなるように設
定している。

【００１６】前記各振動子１３、振動伝搬部１２、各延
出部１４及び基板１５にはこれらに跨がって抵抗素子と
してピエゾ抵抗素子１６をそれぞれ配置している。すな
わち、前記ピエゾ抵抗素子１６は、図２に示すように、
４つの抵抗領域１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを形成
し、１つの抵抗領域１６ａを前記振動子１３、振動伝搬
部１２及び延出部１４に跨がって形成し、他の３つの抵
抗領域１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを前記基板１５に形成し
ている。

【００１７】前記ピエゾ抵抗素子１６は各抵抗領域１６
ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄによりホイートストンブリ
ッジ回路を形成している。そして、各抵抗領域１６ａ，
１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの４つの接続端子部１７からそ
れぞれ電極端子１８に配線電極１９を形成している。前
記ピエゾ抵抗素子１６は２０μｍの線幅で形成されてい
る。従って、１個のピエゾ抵抗素子１６に対して４つの
電極端子１８が形成され、これらの電極端子１８から周
波数分析装置２０に出力線２１を接続している。

【００１８】前記ダイヤフラム１１、振動伝搬部１２、
各振動子１３、各延出部１４、基板１５、ピエゾ抵抗素
子１６、各電極端子１８及び各配線電極１９は、周波数
分解センサを構成するもので、前記ダイヤフラム１１が
外部から音響信号を受けると、振動を発生し、この振動
を前記振動伝搬部１２が縦振動として伝搬する。そし
て、この振動が各振動子１３に伝搬する。前記各振動子
１３はそれぞれ固有の共振周波数をもつため、ある周波
数の振動が入力されたとき、その周波数を共振周波数と
してもつ振動子やこの周波数に近い共振周波数をもつ振
動子が共振現象により大きく縦振動するようになる。

【００１９】この振動子の縦振動によりピエゾ抵抗素子
１６の抵抗領域１６ａの抵抗値が変化する。この抵抗値
変化を４つの抵抗領域１６ａ〜１６ｄにより形成された
ホイートストンブリッジ回路で検出して前記周波数分析
装置２０に供給するようになっている。前記周波数分析
装置２０は、各ピエゾ抵抗素子１６のホイートストンブ
リッジ回路における抵抗領域の各接続端子部１７のうち
の２端子間に電圧を印加し、他の２端子間から出力電圧
を検出するようになっている。

【００２０】この周波数分解センサは、半導体集積回路
技術やマイクロマシン加工技術を用いて半導体シリコン
基体上に形成することができる。例えば、シリコン基体
上に犠牲膜として酸化シリコン膜を形成し、その上に部
材膜としてシリコン膜を形成し、この部材膜を所定の形
状に加工後、犠牲膜の一部を除去することで周波数分解
センサの各部を一括して形成することができる。

【００２１】次にこの周波数分解センサの製造工程につ
いて述べる。図３及び図４は、製造工程を図１における
延出部１４上のＡ−Ａ線に沿った断面図で示したもので
あり、また、図５及び図６は製造工程を図１における基
板１５上のＢ−Ｂ線に沿った断面図で示したものであ
る。図３の(a)〜(n)の製造工程は図５の(a)〜(n)の製造
工程に対応し、図４の(a)〜(i)の製造工程は図６の(a)
〜(i)の製造工程に対応している。

【００２２】図３及び図５の(a)に示すように、厚さが
５５０μｍのシリコン基体Ｓｉの上に犠牲膜として厚さ
が３μｍの酸化シリコン膜ＳｉＯ_２を形成し、その上に
部材膜として厚さが５．５μｍのシリコン膜Ｓｉを形成
したシリコン・オン・インシュレータ（以下、ＳＯＩと
称する）ウエハを用意する。次に、図３及び図５の(b)
に示すように、熱酸化炉にて、両面に熱酸化膜（ＳiＯ
_２）を形成する。

【００２３】次に、図３及び図５の(c)に示すように、
表面にフォトレジストＰＲをスピンコータで塗布し、１
０分以上９０℃のホットプレート上でプリベークを行
い、その後、ピエゾ抵抗素子１６の抵抗領域１６ａ〜１
６ｄのマスクパターンをかいたマスクを用意し露光を行
う。そして、現像液に浸してフォトレジストＰＲの抵抗
領域１６ａ〜１６ｄに対応する部分に穴をあけ、１２０
℃のホットプレート上でポストベークを行う。

【００２４】次に、図３及び図５の(d)に示すように、
２２％のバッファードＨＦ溶液に浸し、フォトレジスト
ＰＲの上から酸化膜（ＳiＯ_２）に穴をあける。次に、
図３及び図５の(e)に示すように、イオン注入装置にて
酸化膜の穴のあいた部分にイオン注入を行う。次に、図
３及び図５の(f)に示すように、表面のフォトレジスト
ＰＲを１００℃に熱したホットプレート上の硫酸過水
（過酸化水素水＋硫酸）、あるいはＲＩＥ装置での酸素
プラズマエッチングにより除去する。

【００２５】次に、図３及び図５の(g)に示すように、
熱酸化炉にて、再び両面に熱酸化膜（ＳiＯ_２）を形成
する。次に、図３及び図５の(h)に示すように、表面に
フォトレジストＰＲを塗布し、ベーキング後、振動子１
３及び抵抗領域１６ａ〜１６ｄの端子の電極への導通部
に穴をあけるためのマスクを用いて露光し現像する。次
に、図３及び図５の(i)に示すように、バッファードＨ
Ｆ溶液で酸化膜を除去する。

【００２６】次に、図３及び図５の(j)に示すように、
一旦表面のフォトレジストＰＲをアセトンで除去し、表
面に再度フォトレジストＰＲを塗布する。次に、図３及
び図５の(k)に示すように、裏面にアルミニウムＡｌを
０．１μｍ真空蒸着装置にて蒸着する。次に、図３及び
図５の(l)に示すように、裏面にフォトレジストＰＲを
塗布し、前記ダイヤフラム１１及び振動子１３の裏側に
穴をあけるためのマスクを用いて露光し現像する。

【００２７】次に、図３及び図５の(m)に示すように、
７０℃に熱したホットプレート上にアルミニウム用エッ
チング液（燐酸、塩酸、酢酸の混合物）を入れたガラス
シャーレを用意し、その中で裏面のフォトレジストＰＲ
の穴からアルミニウムＡｌのエッチングを行う。次に、
図３及び図５の(n)に示すように、アセトンにて両面の
フォトレジストＰＲを除去する。そして、裏面に新たに
フォトレジストＰＲを塗布する。

【００２８】次に、図４及び図６の(a)に示すように、
表面にアルミニウムＡｌを０．１μｍ真空蒸着装置にて
蒸着する。次に、図４及び図６の(b)に示すように、表
面にフォトレジストＰＲを塗布し、ベーキング後、各抵
抗領域１６ａ〜１６ｄの端子部から外へ線を引出すため
の端子用のマスクを用いて露光し現像する。

【００２９】次に、図４及び図６の(c)に示すように、
再びアルミニウム用エッチング液（燐酸、塩酸、酢酸の
混合物）でアルミニウムＡｌのエッチングを行う。次
に、図４及び図６の(d)に示すように、両面のフォトレ
ジストＰＲをアセトンで除去し、両面にフォトレジスト
ＰＲを塗布する。ベーキング後、振動子１３の形を形成
するためのマスクを用いて露光し現像する。次に、図４
及び図６の(e)に示すように、ＩＣＰ−ＲＩＥにて、表
面からシリコン膜Ｓiのエッチングを行う。

【００３０】次に、図４及び図６の(f)に示すように、
フォトレジストＰＲを除去し、新たに表面のみフォトレ
ジストＰＲを塗布する。次に、図４及び図６の(g)に示
すように、裏面からＩＣＰ−ＲＩＥにてアルミニウムＡ
ｌをマスクとしてシリコン基板Ｓiのエッチングを行
う。次に、図４及び図６の(h)に示すように、フォトレ
ジストＰＲの除去を行う。そして、最後に、図４及び図
６の(i)に示すように、裏面からＲＩＥにてＣＨＦ３を
用いて酸化膜（ＳiＯ_２）を除去する。その後、電極と
なるアルミニウムＡｌにワイヤーボンディングを行う。

【００３１】このような製造工程の結果、振動伝搬部１
２、各振動子１３及び各延出部１４は厚さが５．５μｍ
のシリコン膜で形成され、シリコン基体Ｓiの厚さ５５
０μｍと酸化シリコン膜ＳiＯ_２の厚さ３μｍ分、すな
わち、５５３μｍだけ浮くことになる。また、各延出部
１４の延出した端部はＳＯＩウエハのシリコン膜と繋が
って固定される。また、ダイヤフラム１１の周辺もＳＯ
Ｉウエハのシリコン膜と繋がって固定される。さらに、
ピエゾ抵抗素子１６、接続端子部１７、電極端子１８、
配線電極１９も同時に形成される。

【００３２】なお、ここでは基体としてシリコン基体を
使用し、このシリコン基体の上に犠牲膜として酸化シリ
コン膜を形成し、その上に部材膜としてシリコン膜を形
成したＳＯＩウエハを用いてセンサの製造を行ったが必
ずしもこれに限定するものではない。例えば、基体とし
ては、シリコンの他に、ゲルマニウム等の半導体やステ
ンレス、アルミニウム等の金属も使用できる。また、犠
牲膜としては、酸化シリコン膜の他に、シリコンナイト
ライド膜（Ｓi_３Ｎ_４）等も使用できる。また、部材膜
としては、シリコンの他に、銅やアルミニウム等も使用
できる。

【００３３】また、マスク材料としてフォトレジストを
使用したが必ずしもこれに限定するものではなく、酸化
シリコン膜、シリコンナイトライド膜、アルミニウム等
を使用してもよい。

【００３４】前記各振動子１３の長さは、検出したい周
波数で異なり、ここでは、周波数を、例えば、１２４５
Ｈｚ〜１４０８０Ｈｚの範囲とし、下記の値を使用して
ＦＥＭ（Finite Element Method、すなわち、有限要素
法）解析用のシミュレーションソフトを使用して算出し
た。

【００３５】すなわち、ダイヤフラム１１は２ｍｍ角で
厚さが５．５μｍのシリコン膜からなり、そして、ダイ
ヤフラム１１の４辺のうち、振動伝搬部１２と接続した
１辺を除いた他の３辺はＳＯＩウエハの基板１５に固定
されている。また、振動伝搬部１２は幅が１００μｍで
厚さが５．５μｍで長さが３５００μｍのシリコン膜か
らなり、他端がＳＯＩウエハの基板１５に固定されてい
る。

【００３６】また、各振動子１３は幅が２００μｍで厚
さが５．５μｍのシリコン膜からなり、各振動子１３間
の間隔が２００μｍで振動子の数が８個である。また、
延出部１４は幅が２００μｍで厚さが５．５μｍのシリ
コン膜からなり、その延出した端部はＳＯＩウエハの基
板１５に固定されている。そして、材料である半導体シ
リコンのヤング率が１３．１×１０^１０Ｐａで、密度が
２．３４×１０^３ｋｇ／ｍ^３である。

【００３７】このような設定値で、ＦＥＭ解析を行い、
各振動子１３の固有の共振周波数が１２４５Ｈｚ〜１４
０８０Ｈｚの範囲になるように、振動伝搬部１２から各
振動子１３の自由端までの長さを求めたところ、共振周
波数が１２４５Ｈｚの振動子では３１５３μｍ、共振周
波数が１４０８０Ｈｚの振動子では８５９Ｈｚとなっ
た。中間の周波数については、１２４５Ｈｚ〜１４０８
０Ｈｚの範囲において、周波数が２倍毎に周波数を設定
し、さらにその中間の周波数を求めて８つの周波数を設
定し残りの振動子の長さを求めた。

【００３８】このような構成の周波数分解センサでは、
ダイヤフラム１１が外部から音響信号を受けると、振動
を発生し、この振動を振動伝搬部１２が縦振動として伝
搬する。そして、この振動が各振動子１３に伝搬する。
各振動子１３はそれぞれ固有の共振周波数をもつため、
ある周波数の振動が入力されたとき、その周波数を共振
周波数としてもつ振動子やこの周波数に近い共振周波数
をもつ振動子が共振現象により大きく縦振動する。

【００３９】このため、振動子１３上に配置したピエゾ
抵抗素子１６の抵抗領域１６ａはその振動により抵抗値
を変化させる。この抵抗値変化を各抵抗領域１６ａ〜１
６ｄからなるホイートストンブリッジ回路により検出さ
れる。そして、その検出出力は基板１５上に形成した配
線電極１９から電極端子１８を介して周波数分析装置２
０に取込まれる。周波数分析装置２０は検出出力を取込
んで周波数分析する。

【００４０】このように、振動伝搬部１２における振動
子１３を延出している側と反対側を延出部１４を介して
基板１５に固定し、ピエゾ抵抗素子１６のホイートスト
ンブリッジ回路により検出される電圧信号を延出部１４
を介して基板１５側で取出すことができるので、ダイヤ
フラム１１で受けた音波や機械的振動による振動は振動
伝搬部１２を経由して各振動子１３に大きな損失を受け
ること無く効率よく伝搬し、しかも、各振動子１３から
振動に対応したピエゾ抵抗素子１６の抵抗変化に伴う電
圧信号を各振動子毎に個々に効率よく取出すことができ
る。従って、各振動子毎に振動を容易かつ精度よく電気
信号に変換して同時に取出すことができ、周波数分解精
度を向上できる。

【００４１】また、振動伝搬部１２が固有の共振周波数
で振動することがあるとその振動が各振動子上のピエゾ
抵抗素子１６の抵抗値変化に混在するという虞れがある
が、ここでは振動伝搬部１２における振動子１３を延出
している側と反対側を延出部１４を介して基板１５に固
定しているので、振動伝搬部１２の固有の共振周波数で
の振動を抑えることができ、従って、振動伝搬部１２の
振動が各振動子上のピエゾ抵抗素子１６の抵抗値変化に
混在する虞れは無い。しかも、延出部１４の長さを各振
動子１３の長さに比べて充分に短くしているので、振動
伝搬部１２が固有の共振周波数で振動するのをより確実
に抑えることができる。従って、この点においても各振
動子毎に振動を精度よく電気信号に変換して取出すこと
ができ、周波数分解精度を向上できる。

【００４２】なお、この実施の形態ではピエゾ抵抗素子
１６における抵抗領域１６ａを延出部１４、振動伝搬部
１２及び振動子１３に跨がって配置したが必ずしもこれ
に限定するものではなく、振動子１３のみにその延出し
た先端部付近に配置しても、また、振動子１３と振動伝
搬部１２のみに跨がって配置してもよい。さらには、振
動伝搬部１２と延出部１４のみに跨がって配置しても、
延出部１４のみに配置してもよい。

【００４３】また、この実施の形態では延出部１４の幅
を振動子１３の幅と同一にした例について述べたが必ず
しもこれに限定するものではなく、図７に示すように振
動子１３の幅よりも広い幅の延出部２４を形成したもの
であっても、また、図８に示すように振動子１３の幅よ
りも狭い幅の延出部３４を形成したものであってもよ
い。

【００４４】（第２の実施の形態）なお、前述した実施
の形態と同一の部分には同一の符号を付し異なる部分に
ついて述べる。これは図９に示すように、各ピエゾ抵抗
素子１６の近傍に発熱部４１をそれぞれ配置している。
この発熱部４１は製造工程においてはピエゾ抵抗素子１
６と同様にイオン注入により作成するが、このピエゾ抵
抗素子１６の線幅２０μｍよりも太い線幅、例えば、５
０μｍで作成し、ピエゾ抵抗素子１６よりも抵抗値を下
げてより多くの電流が流れるようにしている。

【００４５】具体的には、前記発熱部４１を図１０に示
すように、振動子１３、振動伝搬部１２及び延出部１４
に跨がって形成した各ピエゾ抵抗素子１６の抵抗領域１
６ａの外側近傍に形成している。そして、前記発熱部４
１を形成するとき同時に接続端子４２も形成するように
している。

【００４６】そして、基板１５に複数の電極端子４３を
形成するとともにその各電極端子４３と前記各発熱部４
１の接続端子４２とを接続する複数の配線電極４４を形
成し、前記各電極端子４３をヒータ用電源４５に接続し
ている。

【００４７】前記ヒータ用電源４５は電極端子４３及び
配線電極４４を介して発熱部４１の両端に接続した接続
端子４２に印加する電圧をオン、オフ制御することで発
熱部４１の発熱を制御するようになっている。

【００４８】この構成においては、発熱部４１を発熱制
御することで振動子１３の固有の共振周波数が変化す
る。従って、各振動子１３は本来持っている固有の共振
周波数の他に発熱部４１の発熱により変化する共振周波
数も持つことができるので、より広い周波数への対応が
でき、各振動子１３は本来持っている固有の共振周波数
の谷間を埋めることができる。これにより、より多くの
周波数分解ができる。なお、この実施の形態においても
前述した実施の形態と同様の作用効果が得られるのは勿
論である。

【００４９】（第３の実施の形態）なお、前述した実施
の形態と同一の部分には同一の符号を付し異なる部分に
ついて述べる。これは図１１に示すように、各振動子１
３の先端部に重りとなる小片４６を付加したものであ
る。この小片４６は製造工程において、振動子１３を形
成する場合に、この振動子１３を単純な長方形状として
形成するのでなく、この長方形状と幅の大きな長方形状
との組合わせによって形成する。

【００５０】このように各振動子１３の先端部に重りと
なる小片４６を付加することで、各振動子１３の固有の
共振周波数がより低い周波数にシフトする。このこと
は、同じ固有の共振周波数をもつ振動子として見た場合
に、小片４６の無い振動子に比べて小片４６を付加した
振動子は長さを短くできる。

【００５１】従って、各振動子１３の先端部に小片４６
をそれぞれ付加することで各振動子の長さを短くするこ
とができ、これにより周波数分解センサ全体をより小形
化できる。なお、この実施の形態においても前述した実
施の形態と同様の作用効果が得られるのは勿論である。

【００５２】なお、小片の形状はこの実施の形態のもの
に限定するものでは無く、三角形状のものや半円形状の
ものなどの形状であってもよい。また、小片は振動子の
先端部以外に設けてもよく、また、その数も１個に限定
するものでは無く複数設けてもよい。

【００５３】なお、前述した各実施の形態では振動子を
振動伝搬部からこの振動伝搬部の振動伝搬方向と直交す
る一方向に延出するようにしたが必ずしもこれに限定す
るものではなく、振動伝搬部から多少斜め方向に延出し
てもよい。

【００５４】

【発明の効果】各請求項記載の発明によれば、音波や機
械的振動によって生じる振動を振動子に効率よく伝搬で
きるとともに各振動子毎に振動を容易にかつ精度よく電
気信号に変換して取出すことができ、周波数分解精度を
向上できる。

【００５５】また、請求項２記載の発明によれば、さら
に、振動子の共振周波数を変更することができ、これに
より、より多くの周波数分解ができる。また、請求項３
記載の発明によれば、さらに、振動伝搬部の固有の共振
周波数での振動を確実に抑えることができ、周波数分解
精度をより向上できる。また、請求項５記載の発明によ
れば、さらに、より小形化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す周波数分解装
置全体の構成を示す図。

【図２】同実施の形態におけるピエゾ抵抗素子形成部の
部分拡大図。

【図３】同実施の形態における周波数分解センサの製造
工程を説明するための図１のＡ−Ａ断面図。

【図４】同実施の形態における周波数分解センサの製造
工程を説明するための図１のＡ−Ａ断面図。

【図５】同実施の形態における周波数分解センサの製造
工程を説明するための図１のＢ−Ｂ断面図。

【図６】同実施の形態における周波数分解センサの製造
工程を説明するための図１のＢ−Ｂ断面図。

【図７】同実施の形態における周波数分解センサの変形
例を示す図。

【図８】同実施の形態における周波数分解センサの変形
例を示す図。

【図９】本発明の第２の実施の形態を示す周波数分解装
置全体の構成を示す図。

【図１０】同実施の形態におけるピエゾ抵抗素子及び発
熱部形成部の部分拡大図。

【図１１】本発明の第３の実施の形態を示す周波数分解
装置全体の構成を示す図。

【図１２】従来例を示す構成図。

【図１３】同従来例の電気信号変換方式を説明するため
の図。

【符号の説明】

１１…ダイヤフラム（受波部）１２…振動伝搬部１３…振動子１４…延出部１５…基板１６…ピエゾ抵抗素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599156645 飯塚哲彦東京都世田谷区船橋５−27−８カーサオギカ202 (72)発明者山下幸一静岡県三島市南町６番78号東芝テック株式会社製品開発センター内 (72)発明者年吉洋宮崎県延岡市塩浜町３丁目1792番地の５ (72)発明者藤田博之東京都豊島区千川１−９−14 (72)発明者飯塚哲彦東京都世田谷区船橋５−27−８カーサオギカ202 Ｆターム(参考） 2G064 AB07 AB08 AB13 BA02 BD04 BD24 BD43 BD44 CC13 CC41 DD32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音波や機械的振動を受けて振動を発生す
る受波部と、この受波部からの振動を一方向に伝搬する
振動伝搬部と、この振動伝搬部の一方の側から延出して
その端部を自由端とし、かつこの振動伝搬部の振動伝搬
方向に複数配設した、それぞれ異なる固有共振周波数を
有する複数の振動子と、前記振動伝搬部の前記各振動子
に対応した他方の側から延出してその端部を固定端と
し、かつこの振動伝搬部の振動伝搬方向に複数配設した
複数の延出部と、前記各振動子及びこの各振動子と対応
した延出部の一方又は両方にそれぞれ配置し対応する振
動子の振動を検出する複数の抵抗素子とを備えたことを
特徴とする周波数分解センサ。
【請求項２】音波や機械的振動を受けて振動を発生す
る受波部と、この受波部からの振動を一方向に伝搬する
振動伝搬部と、この振動伝搬部の一方の側から延出して
その端部を自由端とし、かつこの振動伝搬部の振動伝搬
方向に複数配設した、それぞれ異なる固有共振周波数を
有する複数の振動子と、前記振動伝搬部の前記各振動子
に対応した他方の側から延出してその端部を固定端と
し、かつこの振動伝搬部の振動伝搬方向に複数配設した
複数の延出部と、前記各振動子及びこの各振動子と対応
した延出部の一方又は両方にそれぞれ配置し対応する振
動子の振動を検出する複数の抵抗素子と、この各抵抗素
子の近傍に配置した発熱部とを備えたことを特徴とする
周波数分解センサ。
【請求項３】延出部の延出する長さを振動子の延出す
る長さよりも短くしたことを特徴とする請求項１又は２
記載の周波数分解センサ。
【請求項４】振動子及び延出部を半導体で形成すると
ともに抵抗素子をピエゾ抵抗素子で形成したことを特徴
とする請求項１、２又は３記載の周波数分解センサ。
【請求項５】振動子に重りとなる小片を付加したこと
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の周波数
分解センサ。