JP2021111963A - 指向性音響センサおよび音響センサ - Google Patents
指向性音響センサおよび音響センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021111963A JP2021111963A JP2020180483A JP2020180483A JP2021111963A JP 2021111963 A JP2021111963 A JP 2021111963A JP 2020180483 A JP2020180483 A JP 2020180483A JP 2020180483 A JP2020180483 A JP 2020180483A JP 2021111963 A JP2021111963 A JP 2021111963A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- acoustic sensor
- resonator
- piezoelectric layer
- sensor according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 106
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 8
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
- H04R29/001—Monitoring arrangements; Testing arrangements for loudspeakers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
- H04R1/326—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only for microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/10—Earpieces; Attachments therefor ; Earphones; Monophonic headphones
- H04R1/1083—Reduction of ambient noise
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/02—Microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/10—Resonant transducers, i.e. adapted to produce maximum output at a predetermined frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
- H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
- H04R1/34—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by using a single transducer with sound reflecting, diffracting, directing or guiding means
- H04R1/38—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by using a single transducer with sound reflecting, diffracting, directing or guiding means in which sound waves act upon both sides of a diaphragm and incorporating acoustic phase-shifting means, e.g. pressure-gradient microphone
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
- H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
- H04R1/406—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
- H04R2201/003—Mems transducers or their use
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
- H04R2201/40—Details of arrangements for obtaining desired directional characteristic by combining a number of identical transducers covered by H04R1/40 but not provided for in any of its subgroups
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2410/00—Microphones
- H04R2410/03—Reduction of intrinsic noise in microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2499/00—Aspects covered by H04R or H04S not otherwise provided for in their subgroups
- H04R2499/10—General applications
- H04R2499/15—Transducers incorporated in visual displaying devices, e.g. televisions, computer displays, laptops
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
Abstract
【課題】信号対ノイズ比を向上させることが可能な小型の指向性音響センサを提供する。【解決手段】指向性音響センサ200は、外部エネルギーの入力方向によって異なる出力利得を有する第1及び第2センシング素子210、220と、少なくとも一つの信号処理器とを含む。第1及び第2センシング素子は、同じ入力方向に対して相異なる極性の少なくとも一つの第1出力信号及び少なくとも一つの第2出力信号を生成する。少なくとも一つの信号処理器270は、少なくとも一つの第1出力信号と、少なくとも一つの第2出力信号とを差分して、少なくとも一つの最終出力信号を生成する。【選択図】図4
Description
本発明は、指向性音響センサおよび音響センサに係り、より詳しくは、信号対ノイズ比を向上させることが可能な指向性音響センサおよび音響センサに関する。
生活家電製品、映像ディスプレイ装置、仮想現実装置、拡張現実装置、人工知能スピーカなどに取り付けられ、音が来る方向を探知して音声を認識できる音響センサとして、圧力差(pressure difference)による機械的な動きを電気信号に変換して、音響信号を検出する指向性音響センサがある。
例示的な実施形態は、信号対ノイズ比を向上させることが可能な指向性音響センサおよび音響センサを提供する。
一側面において、外部エネルギーの入力方向によって異なる出力利得(output gain)を有し、同じ入力方向に対して相異なる極性の少なくとも一つの第1出力信号、及び少なくとも一つの第2出力信号をそれぞれ生成する第1及び第2センシング素子;及び前記少なくとも一つの第1出力信号と、前記少なくとも一つの第2出力信号との差分(difference)をとり、少なくとも一つの最終出力信号を生成する少なくとも一つの信号処理器(signal process);を含む指向性音響センサが提供される。
前記第1及び第2センシング素子は、同じ指向性(directionality)を有してもよい。
前記第1センシング素子は、第1基板に設けられ、前記少なくとも一つの第1出力信号を発生させる少なくとも一つの第1共振器を含み、前記第2センシング素子は、第2基板に設けられ、前記少なくとも一つの第2出力信号を発生させる少なくとも一つの第2共振器を含んでもよい。
前記第1基板には、前記少なくとも一つの第1共振器が設けられる少なくとも一つの第1支持部が延設され、前記第2基板には、前記少なくとも一つの第2共振器が設けられる少なくとも一つの第2支持部が延設されてもよい。
前記第1及び第2センシング素子は、一方向に積層されてもよい。
前記第1支持部は、第1面、及び前記第1面の反対面である第2面を含み、前記第2支持部は、前記第2面と対向する第3面、及び前記第3面の反対面である第4面を含んでもよい。
前記第1共振器は、前記第1面に設けられる第1電極、前記第1電極に設けられる第1圧電層、及び前記第1圧電層に設けられる第2電極を含み、前記第2共振器は、前記第4面に設けられ、前記第1電極と同じ極性を有する第3電極、前記第3電極に設けられる第2圧電層、及び前記第2圧電層に設けられ、前記第2電極と同じ極性を有する第4電極を含んでもよい。
前記第1基板には、前記第1及び第2電極と電気的に連結される第1及び第2端子が設けられており、前記第2基板には、前記第3及び第4電極と電気的に連結される第3及び第4端子が設けられていてもよい。
前記第1共振器は、前記第2面に設けられる第1電極、前記第1電極に設けられる第1圧電層、及び前記第1圧電層に設けられる第2電極を含み、前記第2共振器は、前記第3面に設けられ、前記第1電極と同じ極性を有する第3電極、前記第3電極に設けられる第2圧電層、及び前記第2圧電層に設けられ、前記第2電極と同じ極性を有する第4電極を含んでもよい。
前記第1共振器は、前記第1面に設けられる第1電極、前記第1電極に設けられる第1圧電層、及び前記第1圧電層に設けられる第2電極を含み、前記第2共振器は、前記第3面に設けられ、前記第2電極と同じ極性を有する第3電極、前記第3電極に設けられる第2圧電層、及び前記第2圧電層に設けられ、前記第1電極と同じ極性を有する第4電極を含んでもよい。
前記第1及び第2センシング素子は、同じ平面に設けられてもよい。
前記第1及び第2基板は、一体に設けられるか、または互いに離隔されて設けられる。
前記第1共振器は、前記第1支持部の一面に設けられる第1電極、前記第1電極に設けられる第1圧電層、及び前記第1圧電層に設けられる第2電極を含み、前記第2共振器は、前記第2支持部の一面に設けられ、前記第2電極と同じ極性を有する第3電極、前記第3電極に設けられる第2圧電層、及び前記第2圧電層に設けられ、前記第1電極と同じ極性を有する第4電極を含んでもよい。
前記第1センシング素子は、相異なる中心周波数を有する複数の第1出力信号を発生させる複数の第1共振器を含み、前記第2センシング素子は、前記複数の第1共振器に対応する、相異なる中心周波数を有する複数の第2出力信号を発生させる複数の第2共振器を含んでもよい。
同じ中心周波数を有する互いに対応する一対の第1及び第2共振器は、同じ入力方向に対して相異なる極性の第1及び第2出力信号をそれぞれ生成してもよい。
前記少なくとも一つの信号処理器は、前記複数の第1出力信号と、前記複数の第2出力信号との差分をとり、複数の最終出力信号を生成する複数の信号処理器を含んでもよい。
前記少なくとも一つの信号処理器は、前記複数の第1出力信号と、前記複数の第2出力信号との差分をとり、一つの最終出力信号を生成する一つの信号処理器を含んでもよい。
他の側面において、基板;前記基板に一方向に積層され、外部エネルギーの入力方向によって異なる出力利得を有し、同じ入力方向に対して相異なる極性の少なくとも一つの第1出力信号、及び少なくとも一つの第2出力信号をそれぞれ生成する少なくとも一つの第1共振器及び少なくとも一つの第2共振器;並びに前記少なくとも一つの第1出力信号と、前記少なくとも一つの第2出力信号との差分をとり、少なくとも一つの最終出力信号を生成する少なくとも一つの信号処理器;を含む指向性音響センサが提供される。
前記基板には、前記少なくとも一つの第1共振器及び少なくとも一つの第2共振器が設けられる少なくとも一つの支持部が延設されていてもよい。
前記第1共振器は、前記支持部の第1面に設けられる第1電極、前記第1電極に設けられる第1圧電層、及び前記第1圧電層に設けられる第2電極を含み、前記第2共振器は、前記第2電極、前記第2電極に設けられる第2圧電層、及び前記第2圧電層に設けられ、前記第1電極と同じ極性を有する第3電極を含んでもよい。
前記基板の第1面には、前記第1、第2及び第3電極と電気的に連結される第1、第2及び第3端子が設けられていてもよい。
前記第1共振器は、前記支持部の第1面に設けられる第1電極、前記第1電極に設けられる第1圧電層、及び前記第1圧電層に設けられる第2電極を含み、前記第2共振器は、前記支持部の第2面に設けられ、前記第1電極と同じ極性を有する第3電極、前記第3電極に設けられる第2圧電層、及び前記第2圧電層に設けられ、前記第2電極と同じ極性を有する第4電極を含んでもよい。
前記基板の第1面には、前記第1及び第2電極と電気的に連結される第1及び第2端子が設けられており、前記基板の第2面には、前記第3及び第4電極と電気的に連結される第3及び第4端子が設けられていてもよい。
前記少なくとも一つの第1共振器は、相異なる中心周波数を有する複数の第1出力信号を発生させる複数の第1共振器を含み、前記少なくとも一つの第2共振器は、前記複数の第1共振器に対応する、相異なる中心周波数を有する複数の第2出力信号を発生させる複数の第2共振器を含んでもよい。
同じ中心周波数を有する互いに対応する一対の第1及び第2共振器は、同じ入力方向に対して相異なる極性の第1及び第2出力信号をそれぞれ生成してもよい。
前記少なくとも一つの信号処理器は、前記複数の第1出力信号と、前記複数の第2出力信号との差分をとり、複数の最終出力信号を生成する複数の信号処理器を含んでもよい。
前記少なくとも一つの信号処理器は、前記複数の第1出力信号と、前記複数の第2出力信号との差分をとり、一つの最終出力信号を生成する一つの信号処理器を含んでもよい。
さらに他の側面において、同じ外部音響入力に反応して、第1極性の第1出力信号を生成する第1センシング素子、及び前記第1極性と異なる極性の第2出力信号を生成する第2センシング素子;並びに前記第1出力信号と、前記第2出力信号とを差分する信号処理器;を含む音響センサが提供される。
前記第1出力信号と前記第2出力信号とは、互いに逆位相を有してもよい。
前記第1センシング素子と前記第2センシング素子とは、積層されるように配置されてもよい。
前記第1センシング素子と前記第2センシング素子とは、同じ平面上に配置されてもよい。
前記第1センシング素子と前記第2センシング素子とは積層され、共通電極を共有してもよい。
前記第1及び第2センシング素子は、同じ指向性を有してもよい。
前記第1センシング素子は、第1共振器を含み、前記第2センシング素子は、第2共振器を含んでもよい。
前記第1共振器と前記第2共振器とは、互いに対向するように配置されてもよい。
前記第1共振器と前記第2共振器とは、相異なる方向に向かうように配置されてもよい。
前記第1及び第2共振器は、同じ中心周波数を有してもよい。
前記第1及び第2共振器は、それぞれ一対の電極、及び前記一対の電極の間に設けられる圧電層を含んでもよい。
前記第1センシング素子は、相異なる中心周波数を有する複数の第1共振器を含み、前記第2センシング素子は、前記複数の第1共振器に対応する、相異なる中心周波数を有する複数の第2共振器を含んでもよい。
以下、添付された図面を参照して、例示的な実施形態について詳細に説明する。以下の図面において、同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で、各構成要素の大きさは、説明の明瞭性及び便宜上、誇張されうる。一方、以下に述べられる実施形態は、単に例示的なものに過ぎず、それらの実施形態から多様な変形が可能である。
以下で、“上部”や“上”と記載されたものは、接触してすぐ上下左右にあるものだけでなく、非接触で上下左右にあるものも含む。単数の表現は、文脈上明白に取り立てて意味しない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を“含む”とするとき、それは、特に逆の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことを意味する。
“前記”の用語、及びそれと類似した指示用語の使用は、単数及び複数の両方に該当するものである。
方法を構成する段階について明白に順序を記載するか、または反する記載がなければ、段階が必ずしも記載順序に限定されるものではなく、適当な順序で行われてもよい。
全ての例または例示的な用語の使用は、単に技術的思想を詳細に説明するためのものであり、特許請求の範囲により限定されない限り、当該例または例示的な用語により範囲が限定されるものではない。
図1は、指向性音響センサの一例を示す斜視図である。そして、図2は、図1のI−I’線の断面図である。
図1及び図2を参照すれば、指向性音響センサ100は、基板111に設けられる共振器130を含む。基板111には、キャビティ111aが貫通して形成されており、支持部112が基板111からキャビティ111aの方に延設されている。支持部112は、一端部が基板111に固定されており、他端部は上下方向(例えば、z軸方向)に動くように設けられている。基板111は、例えば、シリコン基板が使われるが、それに限定されるものではなく、その他にも多様な材質の基板が使われてもよい。
共振器130は、支持部112に設けられている。具体的には、共振器130は、支持部112の一面に設けられる第1電極131と、第1電極131に設けられる圧電層133と、圧電層133に設けられる第2電極132とを含む。基板111には、第1及び第2電極131、132と電気的に連結される第1及び第2端子131a、132aが設けられる。
音響や圧力のような外部エネルギーが共振器130に入力されれば、圧電層133が変形されることにより、電気エネルギーが発生する。例えば、音源Sから発生した音響が共振器130に入力され、圧電層133が変形されれば、第1及び第2電極131、132の間に電気エネルギーが発生し、当該電気エネルギーは、第1及び第2端子131a、132aを介して出力される。例えば、第1端子131aに共通電圧Vcomが印加される場合には、第2端子132aに連結された読み取り回路150を介して出力信号160が得られる。
図1に示した指向性音響センサ100は、外部エネルギーの入力方向によって異なる出力利得(output gain)を有する。すなわち、指向性音響センサ100は、外部エネルギーの入力方向によって敏感度が変わる指向性を有する。
図3A及び図3Bには、図1に示した指向性音響センサ100の指向特性を測定した結果が例示的に示されている。図3A及び図3Bに示したように、指向性音響センサ100は、双方向性(bi−directionality)、すなわち、0°方向と180°方向であるz軸方向への方向性を有していることが分かる。
図4は、例示的な実施形態による指向性音響センサを示す斜視図であり、図5は、図4に示した指向性音響センサの分解斜視図である。図6は、図4のII−II’線の断面図である。図7は、図4に示した指向性音響センサの概略的な構成を示すブロック図である。
図4ないし図7を参照すれば、指向性音響センサ200は、第1及び第2センシング素子210、220と、第1及び第2センシング素子210、220から出力される信号を処理する信号処理器270とを含む。第1及び第2センシング素子210、220は、同じ外部音響入力に反応して相異なる極性の出力信号を生成する。
第1及び第2センシング素子210、220は、一方向(例えば、z軸方向)に積層配置されている。第1及び第2センシング素子210、220は、同じセンシング素子であってもよく、図4において、第2センシング素子220は、第1センシング素子210が裏返されたものと同じ形態に示されている。
第1センシング素子210は、第1基板211に設けられる第1共振器230を含む。第1共振器230は、所定の中心周波数を有するように設けられる。第1基板211には、第1キャビティ211aが貫通して形成されており、第1支持部212が第1基板211から第1キャビティ211aの方に延設されている。第1支持部212は、一端部が第1基板211に固定されており、他端部は上下方向(例えば、z軸方向)に動くように設けられている。第1基板211は、例えば、シリコン基板が使われるが、それに限定されるものではなく、その他にも多様な材質の基板が使われてもよい。
第1共振器230は、第1支持部212に設けられている。具体的には、第1共振器230は、第1支持部212の上面に設けられる第1電極231と、第1電極231に設けられる第1圧電層233と、第1圧電層233に設けられる第2電極232とを含む。ここで、第1及び第2電極231、232は、例えば、それぞれ(+)電極及び(−)電極である。しかし、それに限定されるものではなく、第1及び第2電極231、232は、それぞれ(−)電極及び(+)電極であってもよい。
第1基板211の上面には、第1及び第2電極231、232と電気的に連結される第1及び第2端子231a、232aが設けられる。図4には、+x軸を見る基準として、第1基板211の上面において、第1端子231aは左側に位置し、第2端子232aは右側に位置する場合が例示的に示されている。そのような第1センシング素子210は、前述の図1に示した指向性音響センサ100と同様に、双方向性、例えば、z軸方向への双方向性を有することができる。
第2センシング素子220は、第1センシング素子210の下部に設けられている。前述のように、第2センシング素子220は、第1センシング素子210が裏返された形態の素子であってもよい。第2センシング素子220は、第2基板221に設けられる第2共振器240を含む。第2共振器240は、第1共振器230と同じ中心周波数を有するように設けられる。第2基板221には、第2キャビティ221aが貫通して形成されており、第2支持部222が第2基板221から第2キャビティ221aの方に延設されている。ここで、第2支持部222は、一端部が第2基板221に固定されており、他端部は上下方向(例えば、z軸方向)に動くように設けられている。
第2共振器240は、第2支持部222に設けられている。具体的には、第2共振器240は、第2支持部222の下面に設けられる第3電極241と、第3電極241に設けられる第2圧電層243と、第2圧電層243に設けられる第4電極242とを含む。したがって、第1及び第2共振器230、240は、第1及び第2支持部212、222上で互いに逆方向に向かうように配置される。ここで、第3電極241は、第1電極231と同じ極性を有してもよく、第4電極242は、第2電極232と同じ極性を有してもよい。例えば、第1及び第2電極231、232がそれぞれ(+)電極及び(−)電極である場合には、第3及び第4電極241、242は、それぞれ(+)電極及び(−)電極となる。
第2基板221の下面には、第3及び第4電極241、242と電気的に連結される第3及び第4端子241a、242aが設けられる。図4には、+x軸を見る基準として、第2基板221の下面において、第3端子241aは右側に位置し、第4端子242aは左側に位置する場合が例示的に示されている。第2センシング素子220は、第1センシング素子210と同じ指向性を有することができる。
第1及び第2センシング素子210、220は、外部エネルギーの入力に対して同期化されて作動可能に配置される。第1及び第2センシング素子210、220は、例えば、z軸方向にほぼ10cm以下の間隔、より具体的な例には、0mmないし3mmの間隔を有するように配置される。しかし、それは、単に例示的なものであり、その他にも第1及び第2センシング素子210、220の間隔は多様に変形可能である。そのように、第1及び第2センシング素子210、220は隣接して配置されることにより、指向性音響センサ200を小型で具現することができる。
音響や圧力のような外部エネルギーが第1及び第2共振器230、240に入力されれば、第1及び第2共振器230、240から電気エネルギーが発生する。具体的には、音源Sから発生した音響が第1共振器230に入力されれば、第1圧電層233が変形しつつ、第1及び第2電極231、232の間に電気エネルギーが発生し、当該電気エネルギーは、第1または第2端子231a、232aと連結された第1読み取り回路251を介して、第1出力信号261として出力される。
また、同じ音源Sから発生した音響が第2共振器240にも入力されれば、第2圧電層243が変形しつつ、第3及び第4電極241、242の間に電気エネルギーが発生し、当該電気エネルギーは、第3または第4端子241a、242aと連結された第2読み取り回路252を介して、第2出力信号262として出力される。
本実施形態では、第1共振器230の第1電極231と、第2共振器240の第3電極241とを同じ極性で構成し、第1共振器230の第2電極232と、第2共振器240の第4電極242とを同じ極性で構成することにより、外部エネルギーの同じ入力方向に対して、第1及び第2共振器230、240が相異なる極性の出力信号を生成する。具体的には、第1及び第2共振器230、240は、それぞれ相異なる極性の逆位相(reverse phase)を有する第1及び第2出力信号261、262を生成する。
信号処理器270は、第1共振器230により生成される第1出力信号261と、第2共振器240により生成される第2出力信号262とを演算処理して、最終出力信号280を生成する。具体的には、信号処理器270は、相異なる極性の第1出力信号261と第2出力信号262との差分(difference)をとることにより、最終出力信号280を生成する。それによって、信号対ノイズ比(SNR: Signal to Noise Ratio)を向上させることができる。
第1及び第2共振器230、240で生成される第1及び第2出力信号261、262は、第1及び第2共振器230、240の挙動により発生し、当該第1及び第2出力信号261、262それぞれには、一般的にノイズが変調された形態に含まれる。ここで、該ノイズは、振動体で発生するノイズ、回路の固有(intrinsic)ノイズ、供給電源から起因するノイズなどが含まれている。音響センサの敏感度は増加させ、ノイズは減少させれば、信号対ノイズ比(SNR)が向上する。
本実施形態では、第1及び第2共振器230、240がそれぞれ相異なる極性の第1及び第2出力信号261、262を生成し、信号処理器270を利用して、当該相異なる極性の第1及び第2出力信号261、262の差分をとることにより、第1及び第2共振器230、240の挙動により発生する、同期化された信号を増加させ、同期化されないノイズを減少させる。それによって、信号対ノイズ比(SNR)が向上した最終出力信号280が得られる。
図4に示した第1及び第2センシング素子210、220を含む指向性音響センサ200は、外部エネルギーの入力方向によって異なる出力利得を有する指向性を有することができる。図8A及び図8Bには、図4に示した例示的な実施形態による指向性音響センサ200の指向特性を測定した結果が示されている。図8A及び図8Bに示したように、指向性音響センサ200は、双方向性、すなわち、0°方向と180°方向であるz軸方向への方向性を有していることが分かる。
図9Aは、図1に示した指向性音響センサ100についての周波数応答特性を測定した結果を示すものである。図9Aを参照すれば、指向性音響センサ100では、信号対ノイズ比(SNR)がほぼ44.6dBと測定された。
図9Bは、図4に示した例示的な実施形態による指向性音響センサの周波数応答特性を測定した結果を示すものである。図9Bを参照すれば、例示的な実施形態による指向性音響センサ200では、図9Aに示した指向性音響センサ100の周波数応答特性に比べて出力が増加することにより、敏感度が向上し、ノイズも減少したことが分かる。例示的な実施形態による指向性音響センサ200では、信号対ノイズ比がほぼ51.6dBと測定された。例示的な実施形態による指向性音響センサ200では、図9Aに示した指向性音響センサ100の周波数応答特性に比べて、信号対ノイズ比がほぼ7dB向上したことが分かる。
以上のように、例示的な実施形態による指向性音響センサ200では、第1及び第2共振器230、240が相異なる極性の第1及び第2出力信号261、262を生成し、信号処理器270を利用して、当該相異なる極性の第1及び第2出力信号261、262の差分をとることにより、信号対ノイズ比(SNR)を向上させることができる。また、第1及び第2センシング素子210、220を互いに隣接して配置させることにより、指向性音響センサ200を小型で具現することができる。
図10は、他の例示的な実施形態による指向性音響センサを示すものである。
図10を参照すれば、指向性音響センサ300は、一方向に積層された第1及び第2センシング素子310、320を含み、第1センシング素子310は、図4に示した第1センシング素子210が裏返されたものと同様であり、第2センシング素子320は、図4に示した第2センシング素子220が裏返されたものと同様である。図10において、311、321は、第1及び第2基板を表し、312、322は、第1及び第2支持部を表す。
第1基板311に設けられる第1共振器330と、第2基板321に設けられる第2共振器340とは、互いに対向して配置されている。具体的には、第1共振器330は、第1支持部312の下面に設けられる第1電極331と、第1電極331に設けられる第1圧電層333と、第1圧電層333に設けられる第2電極332とを含む。第1基板311の下面には、第1及び第2電極331、332と電気的に連結される第1及び第2端子(図示せず)が設けられる。
第2共振器340は、第2支持部322の上面に設けられる第3電極341と、第3電極341に設けられる第2圧電層343と、第2圧電層343に設けられる第4電極342とを含む。第3電極341は、第1電極331と同じ極性を有してもよく、第4電極342は、第2電極332と同じ極性を有してもよい。第2基板321の上面には、第3及び第4電極341、342と電気的に連結される第3及び第4端子(図示せず)が設けられる。そのように、第1及び第2共振器330、340は、第1及び第2支持部312、322上で互いに対向して配置される。
第1及び第2共振器330、340はそれぞれ、相異なる極性の逆位相を有する第1及び第2出力信号を生成する。そして、信号処理器(図示せず)は、相異なる極性の第1出力信号と第2出力信号との差分をとり、最終出力信号を生成することにより、信号対ノイズ比(SNR)を向上させることができる。
図11は、さらに他の例示的な実施形態による指向性音響センサを示す分解斜視図である。そして、図12は、図11に示した指向性音響センサの断面を示すものである。
図11及び図12を参照すれば、指向性音響センサ400は、一方向に積層された第1及び第2センシング素子410、420と、第1及び第2センシング素子410、420から出力される信号を処理する信号処理器470とを含む。
図11及び図12を参照すれば、指向性音響センサ400は、一方向に積層された第1及び第2センシング素子410、420と、第1及び第2センシング素子410、420から出力される信号を処理する信号処理器470とを含む。
第1センシング素子410は、図4に示した第1センシング素子210と同様である。図11において、411、411a、412は、第1基板、第1キャビティ及び第1支持部を表し、431、432、433は、第1共振器430の第1電極、第2電極及び圧電層を表す。そして、431a、432aは、第1及び第2端子を表す。図11には、+x軸を見る基準として、第1基板411の上面において、第1端子431aは左側に位置し、第2端子432aは右側に位置する場合が例示的に示されている。
第1センシング素子410の下部に設けられる第2センシング素子420は、電極の極性が逆になっているという点を除けば、第1センシング素子410と同様である。当該第2センシング素子420は、第1センシング素子410と電極端子を逆に結線することによって製作されてもよい。
図11において、421、421a、422は、第2基板、第2キャビティ及び第2支持部を表す。第2共振器440は、第2支持部422の上面に設けられる第3電極441と、第3電極441に設けられる第2圧電層443と、第2圧電層443に設けられる第4電極442とを含む。第1及び第2共振器430、440は、第1及び第2支持部412、422上で互いに同じ方向に向かうようにも配置される。第3電極441は、第2電極432と同じ極性を有してもよく、第4電極442は、第1電極431と同じ極性を有してもよい。例えば、第1及び第2電極431、432がそれぞれ(+)電極及び(−)電極である場合には、第3及び第4電極441、442は、それぞれ(−)電極及び(+)電極となる。第2基板421の上面には、第3及び第4電極441、442と電気的に連結される第3及び第4端子441a、442aが設けられる。図11には、+x軸を見る基準として、第2基板421の上面において、第3端子441aは左側に位置し、第4端子442aは右側に位置する場合が例示的に示されている。
本実施形態では、第1共振器430の第1電極431と、第2共振器440の第4電極442とを同じ極性で構成し、第1共振器430の第2電極432と、第2共振器440の第3電極441とを同じ極性で構成することにより、外部エネルギーの同じ入力方向に対して、第1及び第2共振器430、440がそれぞれ、第1及び第2読み取り回路451、452を介して、相異なる極性の逆位相を有する第1及び第2出力信号を生成する。そして、信号処理器470は、相異なる極性の第1出力信号と第2出力信号との差分をとることにより、最終出力信号を生成する。それによって、第1及び第2共振器430、440の挙動により発生する、同期化された信号は増加し、同期化されないノイズは減少することにより、信号対ノイズ比(SNR)が向上する。
図13は、さらに他の例示的な実施形態による指向性音響センサを示す分解斜視図である。図13に示した指向性音響センサ500は、電極端子の位置のみを除けば、図11に示した指向性音響センサ400と同様である。
図13を参照すれば、第1センシング素子510は、図11に示した第1センシング素子410と同様である。第1センシング素子510の第1及び第2端子431a’、432a’は、+x軸を見る基準として、第1基板411の上面において、それぞれ左側及び右側に位置している。そして、第2センシング素子520の第3及び第4端子441a’、442a’は、第2基板421の上面において、それぞれ右側及び左側に位置している。したがって、同じ極性を有する第2及び第3端子432a’、441a’が同じ方向(例えば、z軸方向)に沿って配置され、同じ極性を有する第1及び第4端子431a’、442a’が同じ方向に沿って配置される。
図14は、さらに他の例示的な実施形態による指向性音響センサを示す斜視図である。図15Aは、図14のIII−III’線の断面図であり、図15Bは、図14のIV−IV’線の断面図である。図14に示した指向性音響センサは、第1及び第2センシング素子が同じ平面上に配置されているという点を除けば、図11に示した指向性音響センサと同様である。
図14、図15A及び図15Bを参照すれば、指向性音響センサ600は、同じ平面上に配置される第1及び第2センシング素子610、620と、第1及び第2センシング素子610、620から出力される信号を処理する信号処理器670とを含む。第1及び第2センシング素子610、620は、外部エネルギーの入力に対して同期化されて作動可能に配置される。第1及び第2センシング素子610、620は、例えば、ほぼ10cm以下の平面上の間隔、より具体的な例には、0cmないし1cmの平面上の間隔を有するように配置されるが、それは、単に例示的なものである。第1センシング素子610は、図11に示した第1センシング素子410と同様である。図14において、611、611a、612は、第1基板、第1キャビティ及び第1支持部を表し、631、632、633は、第1共振器630の第1電極、第2電極及び圧電層を表す。そして、631a、632aは、第1及び第2端子を表す。
第2センシング素子620は、第1センシング素子610と同じ平面(例えば、xy平面)上に隣接して設けられている。第2センシング素子620は、図11に示した第2センシング素子420と同様である。すなわち、第2センシング素子620は、電極の極性が逆になっているという点を除けば、第1センシング素子610と同様である。図14において、621、621a、622は、第2基板、第2キャビティ及び第2支持部を表し、641、642、643は、第2共振器640の第1電極、第2電極及び圧電層を表す。そして、641a、642aは、第1及び第2端子を表す。当該第2センシング素子620は、第1センシング素子610と電極端子を逆に結線することによって製作されてもよい。第1センシング素子610の第1共振器630と、第2センシング素子620の第2共振器640とは、同じ中心周波数を有してもよい。
本実施形態による指向性音響センサ600は、図11に示した指向性音響センサ400の第1及び第2センシング素子410、420を同じ平面上に配置することによって具現される。また、図13に示した指向性音響センサ500の第1及び第2センシング素子510、520を同じ平面上に配置することにより、指向性音響センサを具現することもできる。
図16は、さらに他の例示的な実施形態による指向性音響センサを示す斜視図である。図17Aは、図16のV−V’線の断面図であり、図17Bは、図16のVI−VI’線の断面図である。図16に示した指向性音響センサ700は、第1及び第2センシング素子710、720が一体に設けられているという点を除けば、図14に示した指向性音響センサ600と同様である。
図16、図17A及び図17Bを参照すれば、指向性音響センサ700は、同じ平面上で一体に形成された第1及び第2センシング素子710、720と、第1及び第2センシング素子710、720から出力される信号を処理する信号処理器770とを含む。第1及び第2センシング素子710、720は、外部エネルギーの入力に対して同期化されて作動可能に配置される。
基板711には、キャビティ711aが貫通して形成されており、基板711からキャビティ711aの方に第1及び第2支持部712、713が延設されている。第1センシング素子710は、第1支持部712に設けられ、第2センシング素子720は、第2支持部713に設けられる。
第1センシング素子710は、第1共振器730を含み、第1共振器730は、第1支持部712の上面に設けられる第1電極731と、第1電極731に設けられる第1圧電層733と、第1圧電層733に設けられる第2電極732とを含む。基板711の一側の上面には、第1及び第2電極731、732と電気的に連結される第1及び第2端子731a、732aが設けられる。
第2センシング素子720は、第2共振器740を含み、第2共振器740は、第2支持部713の上面に設けられる第3電極741と、第3電極741に設けられる第2圧電層743と、第2圧電層743に設けられる第4電極742とを含む。第3電極741は、第2電極732と同じ極性を有してもよく、第4電極742は、第1電極731と同じ極性を有してもよい。基板711の他側の上面には、第3及び第4電極741、742と電気的に連結される第3及び第4端子741a、742aが設けられる。
図18は、さらに他の例示的な実施形態による指向性音響センサを示す斜視図である。図18に示した指向性音響センサ800は、電極端子の位置のみを除けば、図16に示した指向性音響センサ700と同様である。
図18を参照すれば、第1センシング素子810は、図16に示した第1センシング素子710と同様である。第1センシング素子810の第1及び第2端子731a’、732a’は、+x軸を見る基準として、基板711の左側の上面において、それぞれ右側及び左側に位置している。そして、第2センシング素子820の第3及び第4端子741a’、742a’は、基板711の右側の上面において、それぞれ右側及び左側に位置している。
図19Aないし図19Cは、ウェイクアップ(wake−up)テストのための実験モデルとして、従来の音響センサ及び例示的な実施形態による指向性音響センサを概略的に示すものである。図面には、音響センサ周囲に側面音源(side sound source)SS及び前面音源(front sound source)FSが配置されている。
図19Aには、従来の音響センサが示されている。図19Aに示した音響センサでは、二つの無指向性マイクロフォン11、12を離隔して配置させ、マイクロフォン11、12に信号が達する時間差などを利用して、指向性を具現する。無指向性マイクロフォン11、12の間隔は5.6cmにし、側面音源SS及び前面音源FSは、それぞれ無指向性マイクロフォン11、12の間の中心から1m離れた位置に配置されている。図19B及び図19Cには、例示的な実施形態による指向性音響センサが示されている。図19Bに示した指向性音響センサは、図14に示した指向性音響センサ600と同様なものであり、同じ平面上に配置される第1及び第2センシング素子21、22を含む。第1及び第2センシング素子21、22の間隔は5.6cmにし、側面音源SS及び前面音源FSは、それぞれ第1及び第2センシング素子21、22の間の中心から1m離れた位置に配置されている。そして、図19Cに示した指向性音響センサは、図4に示した指向性音響センサ200と同様なものであり、上下方向に積層される第1及び第2センシング素子31、32を含む。第1及び第2センシング素子31、32の間隔は3mmにし、側面音源SS及び前面音源FSは、それぞれ第1及び第2センシング素子31、32の間の中心から1m離れた位置に配置されている。
図20は、図19Aないし図19Cに示した音響センサのウェイクアップ成功率を比較して示すものである。図20には、側面音源SSから雑音が生じる状況で、前面音源FSから音声認識のためのトリガーワード(trigger word)を利用して、ウェイクアップテストを行った結果が示されている。図20において、“A”は図19Aに示した音響センサを表し、“B”は図19Bに示した音響センサを表し、“C”は図19Cに示した音響センサを表す。
図20を参照すれば、図19B及び図19Cに示した例示的な実施形態による音響センサが、図19Aに示した従来の音響センサに比べて、高いウェイクアップ成功率を有していることが分かる。
図19Aないし図19Cに示した音響センサを利用して、側面方向からノイズが生じる状況で、前面方向での音声信号を取得するとき、ノイズに対する影響程度を評価するために、感度比(sensitivity ratio)(具体的には、前面方向の音声信号に対する側面方向の音声信号の感度比)を測定してみた。100Hz〜8kHzの周波数領域での測定結果、図19Aに示した従来の音響センサの場合には、感度比がほぼ6dBと低かったが、図19B及び図19Cに示した例示的な実施形態による音響センサの場合には、感度比がほぼ20dBと高い結果を表した。
図21は、さらに他の例示的な実施形態による指向性音響センサを示す斜視図である。そして、図22は、図21のVII−VII′線の断面図である。
図21及び図22を参照すれば、指向性音響センサ900は、基板911と、基板911に設けられる共振器940とを含む。基板911には、キャビティ911aが貫通して形成されており、支持部912が基板911からキャビティ911aの方に延設されている。ここで、支持部912は、一端部が基板911に固定されており、他端部は上下方向(例えば、z軸方向)に動くように設けられている。基板911は、例えば、シリコン基板が使われるが、それに限定されるものではなく、その他にも多様な材質の基板が使われてもよい。
共振器940は、支持部912の一面に設けられている。具体的には、共振器940は、支持部912の上面に設けられる第1電極931と、第1電極931に設けられる第1圧電層934と、第1圧電層934に設けられる第2電極932と、第2電極932に設けられる第2圧電層935と、第2圧電層935に設けられる第3電極933とを含む。
第2電極932は、共通電極となってもよい。第3電極933は、第1電極931と同じ極性を有してもよい。例えば、第1、第2及び第3電極931、932、933は、それぞれ(+)電極、(−)電極及び(+)電極となる。しかし、それは例示的なものであり、第1、第2及び第3電極931、932、933は、それぞれ(−)電極、(+)電極及び(−)電極となってもよい。第1電極931、第1圧電層934及び第2電極932は、第1共振器941を構成し、第2電極932、第2圧電層935及び第3電極933は、第2共振器942を構成する。第1及び第2共振器941、942が、第2電極932を共通電極として共有してもよい。
基板911の上面には、第1、第2及び第3電極931、932、933と電気的に連結される第1、第2及び第3端子931a、932a、933aが設けられる。図21には、+x軸を見る基準として、基板911の上面において、第1端子931aは左側に位置し、第2端子932aは中間に位置し、第3端子933aは右側に位置する場合が例示的に示されている。
音響や圧力のような外部エネルギーが共振器940に入力されれば、電気エネルギーが発生する。具体的には、音響が共振器940に入力されれば、第1共振器941の第1圧電層934が変形しつつ、第1及び第2電極931、932の間に電気エネルギーが発生し、当該電気エネルギーは、第1端子931aと連結された第1読み取り回路951を介して、第1出力信号として出力される。そして、第2共振器942の第2圧電層935が変形しつつ、第2及び第3電極932、933の間に電気エネルギーが発生し、当該電気エネルギーは、第3端子933aと連結された第2読み取り回路952を介して、第2出力信号として出力される。
第1共振器941の第1電極931と、第2共振器942の第3電極933とを同じ極性で構成し、第2電極932を、第1及び第3電極931、933と異なる極性の共通電極として構成することにより、第1及び第2共振器941、942が相異なる極性の出力信号を生成する。具体的には、第1及び第2共振器941、942は、相異なる極性の逆位相を有する第1及び第2出力信号を生成する。
信号処理器970は、第1共振器941により生成される第1出力信号と、第2共振器942により生成される第2出力信号とを演算処理して、最終出力信号を生成する。具体的には、信号処理器970は、相異なる極性の第1出力信号と第2出力信号との差分をとることにより、最終出力信号を生成する。それによって、信号対ノイズ比(SNR)を向上させることができる。
図23は、さらに他の例示的な実施形態による指向性音響センサを示すものである。図23に示した指向性音響センサ1100は、図22に示した指向性音響センサ900とは異なり、基板1111の上面に第1共振器1130が設けられ、基板1111の下面に第2共振器1140が設けられている。
図23を参照すれば、第1共振器1130は、基板1111の支持部1112の上面に設けられる第1電極1131と、第1電極1131に設けられる第1圧電層1133と、第1圧電層1133に設けられる第2電極1132とを含む。基板1111の上面には、第1及び第2電極1131、1132と電気的に連結される第1及び第2端子(図示せず)が設けられる。
第2共振器1140は、基板1111の支持部1112の下面に設けられる第3電極1141と、第3電極1141に設けられる第2圧電層1143と、第2圧電層1143に設けられる第4電極1142とを含む。ここで、第3電極1141は、第1電極1131と同じ極性を有してもよく、第4電極1142は、第2電極1132と同じ極性を有してもよい。基板1111の下面には、第3及び第4電極1141、1142と電気的に連結される第3及び第4端子(図示せず)が設けられる。
第1共振器1130の第1電極1131と、第2共振器1140の第3電極1141とを同じ極性で構成し、第1共振器1130の第2電極1132と、第2共振器1140の第4電極1142とを同じ極性で構成することにより、第1及び第2共振器1130、1140が相異なる極性の出力信号を生成する。そして、信号処理器(図示せず)は、相異なる極性の第1出力信号261と第2出力信号262との差分をとることにより、最終出力信号を生成する。それによって、信号対ノイズ比(SNR)を向上させることができる。
図24は、さらに他の例示的な実施形態による指向性音響センサを示す分解斜視図である。そして、図25は、図24に示した指向性音響センサの概略的な構成を示すブロック図である。
図24及び図25を参照すれば、指向性音響センサ1200は、第1及び第2センシング素子1210、1220と、第1及び第2センシング素子1210、1220から出力される信号を処理する複数の信号処理器1271、1272、1273とを含む。第1及び第2センシング素子1210、1220は、一方向(例えば、z軸方向)に積層配置されている。ここで、第1及び第2センシング素子1210、1220は、同様なセンシング素子となってもよく、図24において、第2センシング素子1220は、第1センシング素子1210が逆さになったものと同じ形態に示されている。
第1センシング素子1210は、第1基板1211に設けられる複数の第1共振器1230a、1230b、1230cを含む。第1基板1211には、第1キャビティ1211aが貫通して形成されており、複数の第1支持部1212a、1212b、1212cが、第1基板1211から第1キャビティ1211aの方に延設されている。
複数の第1共振器1230a、1230b、1230cは、相異なる中心周波数を有してもよい。そのために、複数の第1共振器1230a、1230b、1230cは、相異なる寸法(dimension)を有するように設けられる。例えば、複数の第1共振器1230a、1230b、1230cは、相異なる長さ、相異なる幅及び/または相異なる厚さを有してもよい。図24には、第1基板1211に相異なる長さを有する複数の第1支持部1212a、1212b、1212cが設けられており、該第1支持部1212a、1212b、1212cに相異なる長さを有する複数の第1共振器1230a、1230b、1230cが設けられている場合が例示的に示されている。図24には、第1、第2及び第3中心周波数を有する三つの第1共振器1230a、1230b、1230cが例示的に示されている。しかし、それは、単に例示的なものであり、相異なる中心周波数を有する第1共振器1230a、1230b、1230cの個数は多様に変形可能である。
複数の第1共振器1230a、1230b、1230cそれぞれは、図4に示した第1共振器230と同様である。具体的には、第1共振器1230a、1230b、1230cそれぞれは、第1支持部1212a、1212b、1212cの上面に設けられる第1電極(図示せず)と、第1電極に設けられる第1圧電層(図示せず)と、第1圧電層に設けられる第2電極(図示せず)とを含む。ここで、第1及び第2電極は、例えば、それぞれ(+)電極及び(−)電極となるが、それに限定されない。
第1基板1211の上面には、複数の第1電極と電気的に連結される複数の第1端子1231a、1231b、1231c、及び第2電極と電気的に連結される複数の第2端子1232a、1232b、1232cが設けられる。当該第1センシング素子1210は、両方向性、例えば、z軸方向への両方向性を有することができる。
第2センシング素子1220は、第1センシング素子1210の下部に設けられている。前述のように、第2センシング素子1220は、第1センシング素子1210が逆さになった形態の素子となってもよい。第2センシング素子1220は、第2基板1221に設けられる複数の第2共振器1240a、1240b、1240cを含む。第2基板1221には、第2キャビティ1221aが貫通して形成されており、複数の第2支持部1222a、1222b、1222cが、第2基板1221から第2キャビティ1221aの方に延設されている。
複数の第2共振器1240a、1240b、1240cは、相異なる中心周波数を有してもよい。具体的には、複数の第2共振器1240a、1240b、1240cは、前述の第1共振器1230a、1230b、1230cのような相異なる中心周波数を有してもよい。そのために、複数の第2共振器1240a、1240b、1240cは、相異なる寸法を有するように設けられる。図24には、第2基板1221に相異なる長さを有する複数の第2支持部1222a、1222b、1222cが設けられており、該第2支持部1222a、1222b、1222cに第1共振器1230a、1230b、1230cと同じ長さを有する複数の第2共振器1240a、1240b、1240cが設けられている場合が例示的に示されている。図24には、第1、第2及び第3中心周波数を有する三つの第2共振器1240a、1240b、1240cが例示的に示されている。しかし、それは、単に例示的なものであり、相異なる中心周波数を有する第2共振器1240a、1240b、1240cの個数は、第1共振器1230a、1230b、1230cに対応して多様に変形可能である。
複数の第2共振器1240a、1240b、1240cそれぞれは、図4に示した第2共振器240と同様である。具体的には、第2共振器1240a、1240b、1240cそれぞれは、第2支持部1222a、1222b、1222cの下面に設けられる第3電極(図示せず)と、第3電極に設けられる第2圧電層(図示せず)と、第2圧電層に設けられる第4電極(図示せず)とを含む。ここで、第3電極は、第1電極と同じ極性を有してもよく、第4電極は、第2電極と同じ極性を有してもよい。例えば、第1及び第2電極がそれぞれ(+)電極及び(−)電極である場合には、第3及び第4電極は、それぞれ(+)電極及び(−)電極となる。
第2基板1221の下面には、複数の第3電極と電気的に連結される複数の第3端子1241a、1241b、1241c、及び第4電極と電気的に連結される複数の第4端子1242a、1242b、1242cが設けられる。当該第2センシング素子1220は、第1センシング素子1210と同じ指向性を有することができる。
第1及び第2センシング素子1210、1220は、外部エネルギーの入力に対して同期化されて作動可能に配置される。第1及び第2センシング素子1210、1220は、例えば、z軸方向にほぼ10cm以下の間隔、より具体的な例としては、0mmないし3mmの間隔を有するように配置される。しかし、それは、単に例示的なものであり、第1及び第2センシング素子1210、1220の間隔は多様に変形可能である。そのように、第1及び第2センシング素子1210、1220は隣接して配置されることにより、指向性音響センサ1200を小型で具現することができる。
同じ中心周波数を有する一対の第1及び第2共振器1230a、1240a、1230b、1240b、1230c、1240cは、一つの単位センサを構成する。例えば、第1中心周波数を有する一対の第1及び第2共振器1230a、1240aは、第1単位センサを構成し、第2中心周波数を有する一対の第1及び第2共振器1230b、1240bは、第2単位センサを構成し、第3中心周波数を有する一対の第1及び第2共振器1230c、1240cは、第3単位センサを構成する。
音響が第1共振器1230a、1230b、1230cに入力されれば、第1圧電層が変形しつつ、第1及び第2電極の間に電気エネルギーが発生し、当該電気エネルギーは、第1読み取り回路1251a、1251b、1251cを介して、相異なる中心周波数を有する複数の第1出力信号として出力される。そして、音響が第2共振器1240a、1240b、1240cに入力されれば、第2圧電層が変形しつつ、第3及び第4電極の間に電気エネルギーが発生し、当該電気エネルギーは、第2読み取り回路1252a、1252b、1252cを介して、相異なる中心周波数を有する複数の第2出力信号として出力される。
本実施形態では、第1共振器1230a、1230b、1230cそれぞれの第1電極と、第2共振器1240a、1240b、1240cそれぞれの第3電極とを同じ極性で構成し、第1共振器1230a、1230b、1230cそれぞれの第2電極と、第2共振器1240a、1240b、1240cそれぞれの第4電極とを同じ極性で構成することにより、相異なる極性の出力信号を生成する。
例えば、第1単位センサにおける一対の第1及び第2共振器1230a、1240aは、第1中心周波数を有し、相異なる極性の逆位相を有する第1及び第2出力信号を生成する。第2単位センサにおける一対の第1及び第2共振器1230b、1240bは、第2中心周波数を有し、相異なる極性の逆位相を有する第1及び第2出力信号を生成する。そして、第3単位センサにおける一対の第1及び第2共振器1230c、1240cは、第3中心周波数を有し、相異なる極性の逆位相を有する第1及び第2出力信号を生成する。
複数の信号処理器1271、1272、1273は、複数の単位センサに対応して設けられる。例えば、複数の信号処理器1271、1272、1273は、第1、第2及び第3単位センサに対応する第1、第2及び第3信号処理器1271、1272、1273を含む。
第1信号処理器1271は、第1単位センサの第1及び第2共振器1230a、1240aから出る、相異なる極性の第1及び第2出力信号の差分をとることにより、第1最終出力信号1281を生成する。第2信号処理器1272は、第2単位センサの第1及び第2共振器1230b、1240bから出る、相異なる極性の第1及び第2出力信号の差分をとることにより、第2最終出力信号1282を生成する。そして、第3信号処理器1273は、第3単位センサの第1及び第2共振器1230c、1240cから出る、相異なる極性の第1及び第2出力信号の差分をとることにより、第3最終出力信号1283を生成する。それによって、信号対雑音比が向上した第1、第2及び第3最終出力信号1281、1282、1283が得られる。
図26は、図25に示した指向性音響センサの変形例を示すブロック図である。
図26を参照すれば、第1センシング素子1210は、第1共振器1230a、1230b、1230cから第1読み取り回路1251a、1251b、1251cを介して出る信号を統合して、同じ極性の一つの第1出力信号を生成する。また、第2センシング素子1220は、第2共振器1240a、1240b、1240cから第2読み取り回路1252a、1252b、1252cを介して出る信号を統合して、第1出力信号とは異なる極性の一つの第2出力信号を生成する。信号処理器1270は、第1及び第2センシング素子1210、1220から出る、相異なる極性の第1及び第2出力信号の差分をとることにより、最終出力信号1280を生成することもできる。
図27は、図25に示した指向性音響センサの他の変形例を示すブロック図である。
図27を参照すれば、第1センシング素子1210は、第1共振器1230a、1230b、1230cから出る出力を、結線を介して一つの出力として統合した後、第1読み取り回路1251を介して、同じ極性の第1出力信号を生成する。また、第2センシング素子1220は、第2共振器1240a、1240b、1240cから出る出力を、結線を介して一つの出力として統合した後、第2読み取り回路1252を介して、第1出力信号とは異なる極性の第2出力信号を生成する。信号処理器1270は、第1及び第2センシング素子1210、1220から出る、相異なる極性の第1及び第2出力信号の差分をとることにより、最終出力信号1280を生成することもできる。
以上では、単位センサそれぞれが、図4に示した第1及び第2センシング素子210、220と同じ構成を有する場合が例示的に述べられた。しかし、それに限定されず、単位センサそれぞれは、図10、図11、図13に示した第1及び第2センシング素子310、320、410、420、510、520と同じ構成を有することも可能である。また、図24には、第1及び第2センシング素子1210、1220が一方向(例えば、z軸方向)に沿って積層された場合が例示的に示されているが、第1及び第2センシング素子1210、1220は、図14、図16、図18に示したように、同じ平面(例えば、xy平面)上に設けられることも可能である。
図28は、さらに他の例示的な実施形態による指向性音響センサを示す分解斜視図である。
図28を参照すれば、指向性音響センサ1300は、基板1311と、基板1311に設けられる複数の共振器1330a、1330b、1330cと、複数の信号処理器(図示せず)とを含む。基板1311には、キャビティ1311aが貫通して形成されており、複数の支持部1312a、1312b、1312cが基板1311からキャビティ1311aの方に延設されている。
複数の共振器1330a、1330b、1330cは、相異なる中心周波数を有してもよい。そのために、複数の共振器1330a、1330b、1330cは、相異なる寸法を有するように設けられる。例えば、複数の共振器1330a、1330b、1330cは、相異なる長さ、相異なる幅及び/または相異なる厚さを有してもよい。図28には、基板1311に相異なる長さを有する複数の支持部1312a、1312b、1312cが設けられており、該支持部1312a、1312b、1312cに相異なる長さを有する複数の共振器1330a、1330b、1330cが設けられている場合が例示的に示されている。図28には、第1、第2及び第3中心周波数を有する三つの共振器1330a、1330b、1330cが例示的に示されている。しかし、それは、単に例示的なものであり、相異なる中心周波数を有する共振器1330a、1330b、1330cの個数は多様に変形可能である。
共振器1330a、1330b、1330cそれぞれは、図21に示した共振器940と同様である。具体的には、共振器1330a、1330b、1330cそれぞれは、支持部1312a、1312b、1312cの上面に設けられる第1電極(図示せず)と、第1電極に設けられる第1圧電層(図示せず)と、第1圧電層に設けられる第2電極(図示せず)と、第2電極に設けられる第2圧電層(図示せず)と、第2圧電層に設けられる第3電極(図示せず)とを含む。
第2電極は、共通電極となってもよく、第3電極は、第1電極と同じ極性を有してもよい。例えば、第1、第2及び第3電極は、それぞれ(+)電極、(−)電極及び(+)電極となる。それによって、第1電極、第1圧電層及び第2電極は、第1共振器を構成し、第2電極、第2圧電層及び第3電極は、第2共振器を構成する。基板1311の上面には、第1電極と電気的に連結される第1端子1331a、1331b、1331c、第2電極と電気的に連結される第2端子1332a、1332b、1332c、及び第3電極と電気的に連結される第3端子1333a、1333b、1333cが設けられる。
同じ中心周波数を有する一対の第1及び第2共振器は、一つの単位センサを構成する。例えば、第1中心周波数を有する一対の第1及び第2共振器を含む共振器1330aは、第1単位センサを構成し、第2中心周波数を有する一対の第1及び第2共振器を含む共振器1330bは、第2単位センサを構成し、第3中心周波数を有する一対の第1及び第2共振器を含む共振器1330cは、第3単位センサを構成する。
本実施形態では、図25に示したように、複数の単位センサに対応する複数の信号処理器(図示せず)が設けられてもよい。例えば、複数の信号処理器は、第1、第2及び第3単位センサに対応する第1、第2及び第3信号処理器を含む。
一方、本実施形態では、図26に示したように一つの信号処理器(図示せず)が設けられてもよい。また、本実施形態では、図27に示したように一つの信号処理器(図示せず)が設けられてもよい。
以上の実施形態によれば、センシング素子が相異なる極性の出力信号を生成し、そのように生成された異なる極性の出力信号の差分をとることにより、指向性は維持しつつ、信号対ノイズ比を向上させることができる。そして、センシング素子を互いに隣接して配置させることにより、指向性音響センサを小型で具現することができる。以上、実施形態が述べられたが、それは例示的なものに過ぎず、当業者ならばそれから多様な変形が可能である。
本発明は、例えば、音響センシング関連の技術分野に適用可能である。
100、200、300、400、500、600、700、800、900、1100、1200、1300 指向性音響センサ
111、711、911、1111、1311 基板
111a、711a、911a、1311a キャビティ
112、912、1112、1312a、1312b、1312c 支持部
130、930、1330a、1330b、1330c 共振器
131、231、331、431、631、731、931、1131 第1電極
131a、231a、431a、431a’、631a、731a、731a’、931a 第1端子
132、232、332、432、632、732、932、1132 第2電極
132a、232a、432a、432a’、632a、732a、732a’、932a 第2端子
133 圧電層
150 読み取り回路
160 出力信号
210、310、410、510、610、1210 第1センシング素子
211、311、411、611、1211 第1基板
211a、411a、611a、1211a 第1キャビティ
212、312、412、612、712、1212a、1212b、1212c 第1支持部
220、320、420、520、620、1220 第2センシング素子
221、321、421、621、1221 第2基板
221a、421a、621a、1221a 第2キャビティ
222、322、422、622、713、1222a、1222b、1222c 第2支持部
230、330、430、630、730、941、1130、1230a、1230b、1230c 第1共振器
233、333、433、633、733、934、1133 第1圧電層
240、340、440、640、740、942、1140、1240a、1240b、1240c 第2共振器
241、341、441、641、741、933、1141 第3電極
241a、441a、441a’、641a、741a、741a’、933a、1241a、1241b、1241c 第3端子
242、342、442、642、742、1142 第4電極
242a、442a、442a’、642a、742a、742a’、1242a、1242b、1242c 第4端子
243、343、443、643、743、935、1143 第2圧電層
251、451、651、751、951、1251a、1251b、1251c、1251 第1読み取り回路
252、452、652、752、952、1252a、1252b、1252c、1252 第2読み取り回路
261 第1出力信号
262 第2出力信号
270、470、670、770、1270 信号処理器
280、1280 最終出力信号
1231a、1231b、1231c、1331a、1331b、1331c 第1端子
1232a、1232b、1232c、1332a、1332b、1332c 第2端子
1271 第1信号処理器
1272 第2信号処理器
1273 第3信号処理器
1281 第1最終出力信号
1282 第2最終出力信号
1283 第3最終出力信号
1333a、1333b、1333c 第3端子
111、711、911、1111、1311 基板
111a、711a、911a、1311a キャビティ
112、912、1112、1312a、1312b、1312c 支持部
130、930、1330a、1330b、1330c 共振器
131、231、331、431、631、731、931、1131 第1電極
131a、231a、431a、431a’、631a、731a、731a’、931a 第1端子
132、232、332、432、632、732、932、1132 第2電極
132a、232a、432a、432a’、632a、732a、732a’、932a 第2端子
133 圧電層
150 読み取り回路
160 出力信号
210、310、410、510、610、1210 第1センシング素子
211、311、411、611、1211 第1基板
211a、411a、611a、1211a 第1キャビティ
212、312、412、612、712、1212a、1212b、1212c 第1支持部
220、320、420、520、620、1220 第2センシング素子
221、321、421、621、1221 第2基板
221a、421a、621a、1221a 第2キャビティ
222、322、422、622、713、1222a、1222b、1222c 第2支持部
230、330、430、630、730、941、1130、1230a、1230b、1230c 第1共振器
233、333、433、633、733、934、1133 第1圧電層
240、340、440、640、740、942、1140、1240a、1240b、1240c 第2共振器
241、341、441、641、741、933、1141 第3電極
241a、441a、441a’、641a、741a、741a’、933a、1241a、1241b、1241c 第3端子
242、342、442、642、742、1142 第4電極
242a、442a、442a’、642a、742a、742a’、1242a、1242b、1242c 第4端子
243、343、443、643、743、935、1143 第2圧電層
251、451、651、751、951、1251a、1251b、1251c、1251 第1読み取り回路
252、452、652、752、952、1252a、1252b、1252c、1252 第2読み取り回路
261 第1出力信号
262 第2出力信号
270、470、670、770、1270 信号処理器
280、1280 最終出力信号
1231a、1231b、1231c、1331a、1331b、1331c 第1端子
1232a、1232b、1232c、1332a、1332b、1332c 第2端子
1271 第1信号処理器
1272 第2信号処理器
1273 第3信号処理器
1281 第1最終出力信号
1282 第2最終出力信号
1283 第3最終出力信号
1333a、1333b、1333c 第3端子
Claims (39)
- 外部エネルギーの入力方向によって異なる出力利得(output gain)を有し、同じ入力方向に対して相異なる極性の少なくとも一つの第1出力信号、及び少なくとも一つの第2出力信号それぞれを生成する第1及び第2センシング素子と、
前記少なくとも一つの第1出力信号と、前記少なくとも一つの第2出力信号との差分(difference)をとり、少なくとも一つの最終出力信号を生成する少なくとも一つの信号処理器(signal process)と、を含むことを特徴とする指向性音響センサ。 - 前記第1及び第2センシング素子は、同じ指向性(directionality)を有することを特徴とする請求項1に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1センシング素子は、第1基板に設けられ、前記少なくとも一つの第1出力信号を発生させる少なくとも一つの第1共振器を含み、前記第2センシング素子は、第2基板に設けられ、前記少なくとも一つの第2出力信号を発生させる少なくとも一つの第2共振器を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1基板には、前記少なくとも一つの第1共振器が設けられる少なくとも一つの第1支持部が延設され、前記第2基板には、前記少なくとも一つの第2共振器が設けられる少なくとも一つの第2支持部が延設されることを特徴とする請求項3に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1及び第2センシング素子は、一方向に積層されることを特徴とする請求項4に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1支持部は、第1面、及び前記第1面の反対面である第2面を含み、前記第2支持部は、前記第2面と対向する第3面、及び前記第3面の反対面である第4面を含むことを特徴とする請求項5に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1共振器は、前記第1面に設けられる第1電極、前記第1電極に設けられる第1圧電層、及び前記第1圧電層に設けられる第2電極を含み、前記第2共振器は、前記第4面に設けられ、前記第1電極と同じ極性を有する第3電極、前記第3電極に設けられる第2圧電層、及び前記第2圧電層に設けられ、前記第2電極と同じ極性を有する第4電極を含むことを特徴とする請求項6に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1基板には、前記第1及び第2電極と電気的に連結される第1及び第2端子が設けられており、前記第2基板には、前記第3及び第4電極と電気的に連結される第3及び第4端子が設けられていることを特徴とする請求項7に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1共振器は、前記第2面に設けられる第1電極、前記第1電極に設けられる第1圧電層、及び前記第1圧電層に設けられる第2電極を含み、前記第2共振器は、前記第3面に設けられ、前記第1電極と同じ極性を有する第3電極、前記第3電極に設けられる第2圧電層、及び前記第2圧電層に設けられ、前記第2電極と同じ極性を有する第4電極を含むことを特徴とする請求項6に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1共振器は、前記第1面に設けられる第1電極、前記第1電極に設けられる第1圧電層、及び前記第1圧電層に設けられる第2電極を含み、前記第2共振器は、前記第3面に設けられ、前記第2電極と同じ極性を有する第3電極、前記第3電極に設けられる第2圧電層、及び前記第2圧電層に設けられ、前記第1電極と同じ極性を有する第4電極を含むことを特徴とする請求項6に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1及び第2センシング素子は、同じ平面に設けられることを特徴とする請求項4に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1及び第2基板は、一体に設けられるか、または互いに離隔されて設けられることを特徴とする請求項11に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1共振器は、前記第1支持部の一面に設けられる第1電極、前記第1電極に設けられる第1圧電層、及び前記第1圧電層に設けられる第2電極を含み、前記第2共振器は、前記第2支持部の一面に設けられ、前記第2電極と同じ極性を有する第3電極、前記第3電極に設けられる第2圧電層、及び前記第2圧電層に設けられ、前記第1電極と同じ極性を有する第4電極を含むことを特徴とする請求項11に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1センシング素子は、相異なる中心周波数を有する複数の第1出力信号を発生させる複数の第1共振器を含み、前記第2センシング素子は、前記複数の第1共振器に対応する、相異なる中心周波数を有する複数の第2出力信号を発生させる複数の第2共振器を含むことを特徴とする請求項3〜13のいずれかに記載の指向性音響センサ。
- 同じ中心周波数を有する互いに対応する一対の第1及び第2共振器は、同じ入力方向に対して相異なる極性の第1及び第2出力信号それぞれを生成することを特徴とする請求項14に記載の指向性音響センサ。
- 前記少なくとも一つの信号処理器は、前記複数の第1出力信号と、前記複数の第2出力信号との差分をとり、複数の最終出力信号を生成する複数の信号処理器を含むことを特徴とする請求項15に記載の指向性音響センサ。
- 前記少なくとも一つの信号処理器は、前記複数の第1出力信号と、前記複数の第2出力信号との差分をとり、一つの最終出力信号を生成する一つの信号処理器を含むことを特徴とする請求項15に記載の指向性音響センサ。
- 基板と、
前記基板に一方向に積層され、外部エネルギーの入力方向によって異なる出力利得を有し、同じ入力方向に対して相異なる極性の少なくとも一つの第1出力信号、及び少なくとも一つの第2出力信号それぞれを生成する少なくとも一つの第1共振器及び少なくとも一つの第2共振器と、
前記少なくとも一つの第1出力信号と、前記少なくとも一つの第2出力信号との差分をとり、少なくとも一つの最終出力信号を生成する少なくとも一つの信号処理器と、を含むことを特徴とする指向性音響センサ。 - 前記基板には、前記少なくとも一つの第1共振器及び少なくとも一つの第2共振器が設けられる少なくとも一つの支持部が延設されていることを特徴とする請求項18に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1共振器は、前記支持部の第1面に設けられる第1電極、前記第1電極に設けられる第1圧電層、及び前記第1圧電層に設けられる第2電極を含み、前記第2共振器は、前記第2電極、前記第2電極に設けられる第2圧電層、及び前記第2圧電層に設けられ、前記第1電極と同じ極性を有する第3電極を含むことを特徴とする請求項19に記載の指向性音響センサ。
- 前記基板の第1面には、前記第1、第2及び第3電極と電気的に連結される第1、第2及び第3端子が設けられていることを特徴とする請求項20に記載の指向性音響センサ。
- 前記第1共振器は、前記支持部の第1面に設けられる第1電極、前記第1電極に設けられる第1圧電層、及び前記第1圧電層に設けられる第2電極を含み、前記第2共振器は、前記支持部の第2面に設けられ、前記第1電極と同じ極性を有する第3電極、前記第3電極に設けられる第2圧電層、及び前記第2圧電層に設けられ、前記第2電極と同じ極性を有する第4電極を含むことを特徴とする請求項19に記載の指向性音響センサ。
- 前記基板の第1面には、前記第1及び第2電極と電気的に連結される第1及び第2端子が設けられており、前記基板の第2面には、前記第3及び第4電極と電気的に連結される第3及び第4端子が設けられていることを特徴とする請求項22に記載の指向性音響センサ。
- 前記少なくとも一つの第1共振器は、相異なる中心周波数を有する複数の第1出力信号を発生させる複数の第1共振器を含み、前記少なくとも一つの第2共振器は、前記複数の第1共振器に対応する、相異なる中心周波数を有する複数の第2出力信号を発生させる複数の第2共振器を含むことを特徴とする請求項18または19に記載の指向性音響センサ。
- 同じ中心周波数を有する互いに対応する一対の第1及び第2共振器は、同じ入力方向に対して相異なる極性の第1及び第2出力信号それぞれを生成することを特徴とする請求項24に記載の指向性音響センサ。
- 前記少なくとも一つの信号処理器は、前記複数の第1出力信号と、前記複数の第2出力信号とを差分して、複数の最終出力信号を生成する複数の信号処理器を含むことを特徴とする請求項25に記載の指向性音響センサ。
- 前記少なくとも一つの信号処理器は、前記複数の第1出力信号と、前記複数の第2出力信号とを差分して、一つの最終出力信号を生成する一つの信号処理器を含むことを特徴とする請求項25に記載の指向性音響センサ。
- 同じ外部音響入力に反応して、第1極性の第1出力信号を生成する第1センシング素子、及び前記第1極性と異なる極性の第2出力信号を生成する第2センシング素子と、
前記第1出力信号と、前記第2出力信号とを差分する信号処理器と、を含むことを特徴とする音響センサ。 - 前記第1出力信号と前記第2出力信号は、互いに逆位相を有することを特徴とする請求項28に記載の音響センサ。
- 前記第1センシング素子と前記第2センシング素子は、積層されるように配置されたことを特徴とする請求項28または29に記載の音響センサ。
- 前記第1センシング素子と前記第2センシング素子は、同じ平面上に配置されたことを特徴とする請求項28または29に記載の音響センサ。
- 前記第1センシング素子と前記第2センシング素子は積層され、共通電極を共有することを特徴とする請求項28または29に記載の音響センサ。
- 前記第1及び第2センシング素子は、同じ指向性を有することを特徴とする請求項28〜32のいずれかに記載の音響センサ。
- 前記第1センシング素子は、第1共振器を含み、前記第2センシング素子は、第2共振器を含むことを特徴とする請求項28または29に記載の音響センサ。
- 前記第1共振器と前記第2共振器は、互いに対向するように配置されることを特徴とする請求項34に記載の音響センサ。
- 前記第1共振器と前記第2共振器は、相異なる方向に向かうように配置されることを特徴とする請求項34に記載の音響センサ。
- 前記第1及び第2共振器は、同じ中心周波数を有することを特徴とする請求項34〜36のいずれかに記載の音響センサ。
- 前記第1及び第2共振器は、それぞれ一対の電極、及び前記一対の電極の間に設けられる圧電層を含むことを特徴とする請求項34〜37のいずれかに記載の音響センサ。
- 前記第1センシング素子は、相異なる中心周波数を有する複数の第1共振器を含み、前記第2センシング素子は、前記複数の第1共振器に対応する、相異なる中心周波数を有する複数の第2共振器を含むことを特徴とする請求項28〜38のいずれかに記載の音響センサ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2020-0004310 | 2020-01-13 | ||
KR1020200004310A KR20210091397A (ko) | 2020-01-13 | 2020-01-13 | 지향성 음향 센서 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021111963A true JP2021111963A (ja) | 2021-08-02 |
Family
ID=72659131
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020180483A Pending JP2021111963A (ja) | 2020-01-13 | 2020-10-28 | 指向性音響センサおよび音響センサ |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US11317197B2 (ja) |
EP (1) | EP3849210A1 (ja) |
JP (1) | JP2021111963A (ja) |
KR (1) | KR20210091397A (ja) |
CN (1) | CN113115167A (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230086877A (ko) | 2021-12-08 | 2023-06-16 | 삼성전자주식회사 | 지향성 음향 센서 |
KR20230094246A (ko) * | 2021-12-20 | 2023-06-28 | 삼성전자주식회사 | 음향 센서를 이용한 방향 추정 장치 및 방법 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4403412B2 (ja) | 2005-04-22 | 2010-01-27 | ソニー株式会社 | マイクロホン |
KR101512316B1 (ko) | 2013-07-11 | 2015-04-16 | 인하대학교 산학협력단 | 지향성 음향센서 및 이의 제조방법 |
KR102207928B1 (ko) | 2014-08-13 | 2021-01-26 | 삼성전자주식회사 | 음향 센싱 소자 및 주파수 정보 획득 방법 |
US9602930B2 (en) | 2015-03-31 | 2017-03-21 | Qualcomm Incorporated | Dual diaphragm microphone |
WO2017087332A1 (en) | 2015-11-19 | 2017-05-26 | Knowles Electronics, Llc | Differential mems microphone |
DE102016206566A1 (de) | 2016-04-19 | 2017-10-19 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil |
KR20180015482A (ko) | 2016-08-03 | 2018-02-13 | 삼성전자주식회사 | 음향 스펙트럼 분석기 및 이에 구비된 공진기들의 배열방법 |
KR102434704B1 (ko) * | 2017-08-04 | 2022-08-22 | 삼성전자주식회사 | 전방향 음향 센서 |
KR102452952B1 (ko) | 2017-12-06 | 2022-10-12 | 삼성전자주식회사 | 방향성 음향 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 |
DE102018133329A1 (de) | 2017-12-25 | 2019-06-27 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Ultraschallwandler |
KR102395994B1 (ko) | 2017-12-27 | 2022-05-11 | 삼성전자주식회사 | 지향성 마이크로폰 |
US11523212B2 (en) * | 2018-06-01 | 2022-12-06 | Shure Acquisition Holdings, Inc. | Pattern-forming microphone array |
-
2020
- 2020-01-13 KR KR1020200004310A patent/KR20210091397A/ko unknown
- 2020-08-26 US US17/003,357 patent/US11317197B2/en active Active
- 2020-08-27 CN CN202010882143.5A patent/CN113115167A/zh active Pending
- 2020-09-25 EP EP20198330.1A patent/EP3849210A1/en active Pending
- 2020-10-28 JP JP2020180483A patent/JP2021111963A/ja active Pending
-
2022
- 2022-04-11 US US17/717,968 patent/US11632623B2/en active Active
- 2022-04-11 US US17/717,920 patent/US11627410B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US11632623B2 (en) | 2023-04-18 |
US11627410B2 (en) | 2023-04-11 |
US20210219046A1 (en) | 2021-07-15 |
KR20210091397A (ko) | 2021-07-22 |
CN113115167A (zh) | 2021-07-13 |
US20220240006A1 (en) | 2022-07-28 |
US11317197B2 (en) | 2022-04-26 |
EP3849210A1 (en) | 2021-07-14 |
US20220240005A1 (en) | 2022-07-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI658986B (zh) | Mems裝置與製程 | |
US9832573B2 (en) | Entrained microphones | |
JP2021111963A (ja) | 指向性音響センサおよび音響センサ | |
JP2016521036A (ja) | 後方容量を増やしたmems装置 | |
Kim et al. | High performance piezoelectric microspeakers and thin speaker array system | |
JP2007228345A (ja) | コンデンサマイクロホン | |
CN220554108U (zh) | 麦克风 | |
Lang et al. | Piezoelectric bimorph MEMS speakers | |
CN104720784A (zh) | 振动传感器及其制备方法 | |
Su et al. | Enhanced sensitivity and linear-response in iontronic pressure sensors for non-contact, high-frequency vibration recognition | |
JP2022036000A (ja) | 指向性音響センサおよびこれを備えた電子機器 | |
CN203933949U (zh) | 单指向性mems传声器 | |
US20090290740A1 (en) | Microphone unit and method of manufacturing the same | |
US20150139467A1 (en) | Acoustic device and microphone package including the same | |
Ono et al. | Design and experiments of bio-mimicry sound source localization sensor with gimbal-supported circular diaphragm | |
WO2013027736A1 (ja) | 圧電振動センサ | |
CN212115605U (zh) | 麦克风和音频设备 | |
CN108174333A (zh) | 静电容量型换能器系统、静电容量型换能器及声音传感器 | |
CN206908831U (zh) | 扬声器单体及电子设备 | |
JP2015092536A (ja) | コンデンサの実装構造体及びコンデンサ | |
CN117560611B (zh) | 麦克风 | |
WO2024140310A1 (zh) | 压电振膜、压电换能器及制备方法、发声装置和电子设备 | |
US11852650B2 (en) | Dual-operating accelerometer | |
Hietanen et al. | An integrated printed circuit board (PCB) microphone | |
CN107124683A (zh) | 扬声器单体及电子设备 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231026 |