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 PDF

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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。
指向性音響センサの一例を示す斜視図である。 図１のＩ−Ｉ’線の断面図である。 図１に示した指向性音響センサの指向特性を測定した結果を示す図面である。 図１に示した指向性音響センサの指向特性を測定した結果を示す図面である。 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４に示した指向性音響センサの分解斜視図である。 図４のＩＩ−ＩＩ’線の断面図である。 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に示した指向性音響センサの指向特性を測定した結果を示す図面である。 図４に示した指向性音響センサの指向特性を測定した結果を示す図面である。 図１に示した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図面である。 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図面である。 他の例示的な実施形態による指向性音響センサを示す図面である。 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１１に示した指向性音響センサの断面を示す図面である。 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。 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１４のＩＩＩ−ＩＩＩ’線の断面図である。 図１４のＩＶ−ＩＶ’線の断面図である。 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１６のＶ−Ｖ’線の断面図である。 図１６のＶＩ−ＶＩ’線の断面図である。 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。 ウェイクアップ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図面である。 ウェイクアップ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図面である。 ウェイクアップ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図面である。 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図面である。 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２１のＶＩＩ−ＶＩＩ’線の断面図である。 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図面である。 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。 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。
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。
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

Claims (39)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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。
  20. 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。
  21. 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。
  22. 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。
  23. 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。
  24. 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。
  25. 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。
  26. 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。
  27. 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。
  28. 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。
  29. 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。
  30. 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。
  31. 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。
  32. 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。
  33. 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。
  34. 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。
  35. 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。
  36. 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。
  37. 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。
  38. 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。
  39. 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。
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