JP4472613B2 - マイクロホン装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロホン装置に係り、特に指向性収音（ステレオ収音を含む）が可能なマイクロホン装置に関する。

指向性収音が可能な、一対のエレクトレットコンデンサマイクロホン（ＥＣＭ）を実装した従来例が、特許文献1に記載されている（特許文献１の図１（ｂ）参照）。
以下、特許文献１の図１（ｂ）に記載される従来例の構造について、図７を用いて簡単に説明する。
図７は、特許文献１の図１（ｂ）に記載される従来例（一対のエレクトレットコンデンサマイクロホンを共通のカプセルに収納した例）の構造を示す断面図である。

図示したように、特許文献１のマイクロホン装置は、一対の音響トランスデューサ部を、共通のカプセル８４内に左右対称に配置して構成されている。音響トランスデューサ部は、振動板７６、スペーサ７７、背極７８で形成され、この音響トランスデューサ部は、音響−電気信号変換を行い、インピーダンス変換回路８２を経由して、音響信号入力を電気信号出力へ変換する。

図７中、参照符号７５は振動板リングであり、参照符号７９は音孔であり、参照符号８０は背極ホルダであり、参照符号８１が変換回路収容部であり、参照符号８３は遮蔽板である。

図７のマイクロホン装置は、遮蔽板８３の中央にインピーダンス変換回路８２を実装し、さらに、背極ホルダ８０，変換回路収容部８１を形成し、トランスデューサ部を形成し、そして、カプセル８４をかぶせ、そのカプセル８４の下側の端部をカシメ工法によって内側に折り曲げる、という機械的な組み立て工程を経て製造される。
また、所定の位置に配置した複数のマイクロホンで構成されたアレイマイクロホンの感度は、音源から個々のマイクロホンへの音響パスが異なることを利用して、個々のマイクロホンの出力に適当な遅延と加減算を施すことで、指向性を持つことが知られている（例えば、特開平７−１３１８８６号公報参照）。

例えば、所定方向から到来する音を、第１および第２の収音素子により受け、かつ、第１の収音素子が受音してからΔｔだけ遅れて第２の収音素子が受音する場合を想定する。この場合、第２の収音素子からの出力信号をΔｔだけ遅延させた後に、第１の収音素子から得られる信号に加算すると、同じ信号同士が重畳されるが、他の方向からの音については重畳効果が得られないため、上記の所定方向からの音に対して受音感度が向上し、指向性受音が可能となる。

つまり、音源からアレイマイクロホンを構成する各収音素子への音響パスが異なることが指向性形成のための前提であるが、ただし、一つの音源から一つの収音素子に至る音響パスが複数存在すると（例えば、音の回折現象によって複数の音響パスが存在する場合がある）、指向性形成のための遅延量や係数等の適切な設定ができなくなり、良好な指向性の形成が不可能となる。

特開２０００−１６５９９８号公報 特開平７−１３１８８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載される従来のマイクロホン装置では、マイクロホンをカシメ工法を用いて機械的に組み立てする際、カプセル（参照符号８４）をかしめると、振動板リング（参照符号７５）や背極（参照符号７８）に均等に負荷をかけることは難しく、各振動板７６のテンションが変化してしまうため、各トランスデューサ部の感度が均一になりづらくなる。つまり、複数の収音素子（トランスデューサ）の感度にばらつきが生じる。この点は、高精度かつ安定した指向性の形成の実現の妨げとなる。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、少なくとも２つの収音素子をカプセル内に収納した１つのマイクロホンモジュールを用いて、高精度かつ安定した指向性を実現することを目的とする。

本発明のマイクロホン装置は、半導体製造プロセスを用いて製造される第１および第２の収音素子と、前記第１および第２の収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部と、前記第１および第２の収音素子ならびに前記信号処理部を収納し、一つの音源から前記第１の収音素子に向かう音響の一部が回折によって前記第２の収音素子に到達するのを防止するとともに、一つの音源から前記第２の収音素子に向かう音響の一部が回折によって前記第１の収音素子に到達するのを防止する構造をもつマイクロホンカプセルと、を有する。

シリコンＬＳＩの微細加工技術（ＭＥＭＳ技術）を用いて製造される容量型の収音素子（ＭＥＭＳ収音素子）は、機械的な部品の組み立てによって製造される収音素子に比べて加工精度が高く、電気音響変換の精度が高くかつ安定している。この利点を利用し、共通のマイクロホンカプセル内に、少なくとも２つの、半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子を収納して一つのマイクロホン装置（マイクロホンモジュール）を構成したものである。ただし、音の回折によって、音源から各収音素子に至る音響パスが複数存在することになると、指向性形成が困難となるため、回折による音響パスの発生を防止できる構造のカプセル（ケーシング）を採用するものである。これにより、少なくとも２つの収音素子をカプセル内に収納した１つのマイクロホンモジュールを用いて、高精度かつ安定した指向性を実現することが可能となる。

また、本発明は、上記マイクロホン装置において、前記マイクロホンカプセルは、前記第１および第２の収音素子の各々を空間的に隔てて収納するように複数の空間に分離する隔壁を有し、前記第１および第２の収音素子を収納するための各空間毎に少なくとも一つの音孔が設けられたものを含む。
上記構成によれば、カプセルに設けられた隔壁によって、第１の収音素子と第２の収音素子の各々が位置する空間を気密的に隔て、各々の空間に少なくとも一つの音孔を設けたものである。隔壁が存在することによって、一方の収音素子用の音孔を通過した音響が、回折によって、他方の収音素子に回り込んで到達することがなくなり、一つの収音素子に関して、複数の音響パスが存在することがなくなる。したがって、指向性形成のための遅延量や係数の適切な設定が可能となり、良好な指向性の形成が可能となる。

また、本発明は、上記マイクロホン装置において、前記信号処理部が、前記第１および第２の収音素子の各々の出力信号に遅延処理と加減算処理を施し、これによって指向性収音を実現するものを含む。
上記構成によれば、指向性収音（ステレオ収音を含む）のために必要な信号処理を実施する信号処理部も、ケーシング（カプセル）内に収容したものである。これにより、高精度かつ安定した指向性収音（ステレオ収音を含む）が可能な１モジュール化されたマイクロホン装置が得られる。

また、本発明は、上記マイクロホン装置において、前記第１および第２の収音素子と、前記信号処理部とが、共通の基板上に実装されている。
上記構成によれば、共通の基板上に、収音素子と信号処理部を実装し、その基板上にカプセルをかぶせて、１つのモジュールを形成するものである。例えば、信号処理部をＬＳＩ化し、そのＬＳＩを、隣接する一対の収音素子の間に実装し、そのＬＳＩと両側の各収音素子とをボンディングワイヤ等で接続して電気的導通をとることによって無駄なスペースを減少させることができ、非常にコンパクトな、指向性収音機能をもつモジュール（マイクロホン装置）を得ることができる。

また、本発明は、上記マイクロホン装置において、前記第１および第２の収音素子と、前記信号処理部とが、同一基板内に集積化されているものを含む。
上記構成によれば、同一基板内に、収音素子と信号処理部を集積化して形成し、その基板上にカプセルをかぶせて、１つのモジュールを形成するものである。望ましくは、第１および第２の収音素子および信号処理部をＬＳＩ化するとともに、そのＬＳＩを、ＭＥＭＳプロセスで形成した開口を持つ隔壁を持つ、マイクロホンカプセルで覆うことにより、非常にコンパクトな、指向性収音機能をもつモジュール（マイクロホン装置）を得ることができる。

また、本発明は、上記マイクロホン装置において、前記マイクロホンカプセルがＭＥＭＳプロセスにより半導体基板を加工することによって形成されたものを含む。
上記構成によれば、更なる小型化薄型化が可能となる。

本発明によれば、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される、高精度かつ安定性に優れたＭＥＭＳ収音素子を並列に配置した状態でカプセルに収納し、かつ、そのカプセルを、回折音響の漏れ込みを防止する構造（各収音素子を気密的に隔てる隔壁をもつ構造）として音響パスを一本化することによって、少なくとも２つの収音素子をカプセル内に収納したコンパクトなマイクロホンモジュールを用いて、高精度かつ安定した指向性を、容易に実現することが可能となる。

また、カプセルの少なくとも一部を音響的に透明な（音響透過性の）メッシュ構造とすることによって、音源からの音響は、マイクロホン装置のカプセルに妨げられることなく、そのまま直進して各収音素子に到達することになり、一つの収音素子に至る音響パスが一本化される。したがって、指向性形成のための遅延量や係数の設定の適切な設定が可能となり、良好な指向性の形成が可能となる。
また、導電性（金属）のメッシュとすることによって、電磁波ノイズの遮蔽（シールド）効果を得ることができる。

また、信号処理部も、カプセル内に収容することにより、高精度かつ安定した指向性収音（ステレオ収音を含む）が可能な１モジュール化されたマイクロホン装置が得られる。
また、共通の基板上に、収音素子と信号処理部を実装し、その基板上にカプセルをかぶせて、１つのモジュールを形成することによって、コンパクトな１モジュール化されたマイクロホン装置が得られる。例えば、信号処理部をＬＳＩ化し、そのＬＳＩを、隣接する一対の収音素子の間に実装し、そのＬＳＩと両側の各収音素子とをボンディングワイヤ等で接続して電気的導通をとることによって無駄なスペースを減少させることができ、非常にコンパクトな、指向性収音機能をもつマイクロホン装置が実現される。

本発明によって、小さいマイクロホン装置単独で、指向性収音およびステレオ収音が出来るという効果を有するマイクロホン装置を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明のマイクロホン装置の一例（各収音素子が位置する空間を仕切る隔壁を有する構造をもつ例）の内部構成を示す断面図であり、（ｂ）は、マイクロホンカプセルの構造（外側筐体と隔壁が一体となった構造）を示す断面図である。

このマイクロホン装置は、図１（ａ）に示すように、半導体製造プロセスを用いて製造される第１および第２の収音素子と、前記第１および第２の収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部と、前記第１および第２の収音素子ならびに前記信号処理部を収納し、一つの音源から前記第１の収音素子に向かう音響の一部が回折によって前記第２の収音素子に到達するのを防止するとともに、一つの音源から前記第２の収音素子に向かう音響の一部が回折によって前記第１の収音素子に到達するのを防止する構造をもつマイクロホンカプセルとを有する。

そして上記マイクロホン装置において、前記マイクロホンカプセルは、前記第１および第２の収音素子の各々を空間的に隔てて収納するように複数の空間に分離する隔壁を有し、前記第１および第２の収音素子を収納するための各空間毎に少なくとも一つの音孔が設けられている。
また、音孔６７ａ，６７ｂが設けられ、かつ、中央に設けられた隔壁６８によって複数の空間に分割するマイクロホンカプセル６４と、実装基板６５と、共通の実装基板６５上に設けられた、シリコン製造プロセス（ＭＥＭＳ技術）を用いて製造される２つの収音素子（音を電気信号に変換する容量型の音響電気変換素子）１１ａ，１１ｂ（具体的な構造については、図２を参照して説明する）と、収音素子１１ａ，１１ｂの出力信号をインピーダンス変換した後に適切な遅延と加減算を施す信号処理部（信号処理用ＬＳＩ）６２と、収音素子１１ａ，１１ｂと信号処理部６２とを電気的に接続するためのボンディングワイヤ６３ａ〜６３ｄと、を有する。

シリコンＬＳＩの微細加工技術（ＭＥＭＳ技術）を用いて製造される容量型の収音素子（ＭＥＭＳ収音素子）１１ａ，１１ｂは、機械的な部品の組み立てによって製造される収音素子に比べて加工精度が高く、音響電気変換の精度が高くかつ安定している。この利点を利用し、マイクロホンカプセル６４内に、２つの半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子を収納して一つのマイクロホン装置（マイクロホンモジュール）を構成したものである。ただし、音の回折によって、音源から各収音素子に至る音響パスが複数存在することになると、指向性形成が困難となるため、回折による音響パスの発生を防止するための隔壁６８をもつマイクロホンカプセル（ケーシング）を採用するものである。これにより、少なくとも２つの収音素子をカプセル内に収納した１つのマイクロホンモジュールを用いて、高精度かつ安定した指向性を実現することが可能となる。

マイクロホンカプセル６４は、図１（ｂ）に示すように、収音素子１１ａ，１１ｂが位置する空間を気密的に隔てる隔壁６８を備えており、マイクロホンカプセル６４の主面には、隔壁６８によって隔てられて形成される一つの空間について一つの音孔６７ａ，６７ｂ）が設けられている。なお、音孔の数を増やしてもよい。音孔の数が増えれば、音源からの音響の透過性が高まり回折防止効果が向上する。

収音素子１１ａと音孔６７ａとの位置関係と、収音素子１１ｂと音孔６７ｂとの位置関係は同じであり、各空間において、収音素子１１ａ，１１ｂは所定の位置に整然と配置される。

また、マイクロホンカプセル６４は導電性材料（例えば、金属）で構成され、これによって電磁ノイズの遮蔽（シールド）効果を得ることができる。

また、隔壁６６は振動を吸収可能な材料であるか、あるいは、その表面に振動を吸収する材料が貼付される等の加工がなされているものであることが望ましい。
隔壁６８が存在することによって、本発明のマイクロホン装置は、音源６８から各収音素子１１ａ，１１ｂに至る音響パスはＰ１，Ｐ２のみとなり、複数の音響パスが生じない。よって、指向性を持たせるための信号処理に適した電気信号を各収音素子（１１ａ，１１ｂ）から得ることができる。

本発明により、指向性収音およびステレオ収音が可能な、小型のマイクロホンモジュール（マイクロホン装置）を得ることができる。
図２は、図１に示したシリコンＬＳＩの製造プロセスにより製造される収音素子（ＭＥＭＳ収音素子）の構造を説明するためのデバイスの断面図である。

本実施の形態のマイクロホン装置の構成について図１、図２を用いて説明する。図１、図２は、本実施の形態のマイクロホン装置の断面図である。
収音素子１１ａ（１１ｂも同じ）は、音波による音圧変化に応じて振動する振動板３３を含む半導体基板１２と、空隙部１６を介して振動板３３と対向配置された背面板１３と、半導体基板１２と背面板１３との間に設けられたスペーサ（電気的絶縁膜）１４と、半導体基板１２上に設けられた電極１７と、背面板１３上に設けられた電極１８とを備えており、背面板１３には、複数の貫通穴１５が設けられている。

半導体基板１２として導電性材料（シリコン）を使用することにより、半導体基板１２上に設けられた電極１７と振動板３３との間の電気的導電が確保されている。同様に、背面板１３として導電性材料（シリコン）を使用することにより、背面板１３上に設けられた電極１８とは電気的導通が確保されている。

背面板１３は、導電性をもつシリコン（例えば、イオン打ち込み等によって抵抗を低下する処理がなされたシリコン）から構成されている。背面板１３の表面には、シリコン酸化膜を電気的に帯電させて形成されるシリコンエレクトレット膜（不図示）が設けられており、これによって、容量性のトランスデューサをバイアスするための直流バイアス回路が不要となる。

背面板１３には、シリコン振動板３３の振動によって生じる圧力を逃がすために、意図的に圧力逃がし用の複数の空隙１５０が設けられ、網の目状の構造を有している。
シリコン振動板３３は、例えば、所定の厚みを有するシリコン基板１２の底部の一部をエッチングして窪みを設けることによって形成される。ただし、この製法に限定されるものではなく、例えば、窪みを設けたシリコン基板１２の裏面に、新たに薄いシリコン膜を成長させて振動板３３とすることもできる。

シリコン振動板３３と背面板１３は、酸化シリコン膜などの電気的絶縁膜で構成されたスペーサ１４によって所定距離だけ隔てられて対向配置され、シリコン振動板３３と背面板１３との間は空隙部１６となっており、これにより、圧力波や音波による機械的な振動を電気信号に変換するための容量性のトランスデューサが形成される。

シリコンＬＳＩの微細加工技術（ＭＥＭＳ技術）を用いて製造される容量型の収音素子（ＭＥＭＳ収音素子）１１ａ，１１ｂは、機械的な部品の組み立てによって製造される収音素子に比べて加工精度が高く、音響電気変換の精度が高くかつ安定している。したがって、２つの収音素子の収音精度のばらつきを最小限に抑えることができ、良好かつ安定した指向性形成が可能となる。

次に、図１に示した本実施の形態のマイクロホン装置の構造がみいだされるまでの過程について、図４〜図６を参照しつつ説明する。
図４は、図１に示される本実施の形態のマイクロホン装置の構造がみいだされるまでの過程を説明するための、マイクロホン装置の一例の断面図である。図４において、図１および図２と共通する部分には同じ参照符号を付してある。
図４に示されるように、共通の実装基板６５上にＭＥＭＳ収音素子１１ａ，１１ｂが実装され、各収音素子１１ａ，１１ｂは、中央に１つの音孔７１が設けられているマイクロホンカプセル６４にてカバ−されている。

図５（ａ），（ｂ）は、図１に示される本実施の形態のマイクロホン装置の構造が考え出されるまでの過程を説明するための（特に、指向性収音には異なる音響パスが必要であることを説明するための）、マイクロホン装置と音源との位置関係を示す断面図である。図５において、図１および図２と共通する部分には同じ参照符号を付してある。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、音孔７１が１つである場合、任意の音源６８ａ，６８ｂから、収音素子１１ａ，１１ｂの各々に至る音響パス（Ｐ３，Ｐ４）の到来距離が等しいため、感度に指向性を持たせることはできない。

図６（ａ），（ｂ）は、図１に示される本実施の形態のマイクロホン装置の構造が考え出されるまでの過程を説明するための（特に、複数の音孔を設けた場合に音響パスが複雑化して指向性収音が困難になることを説明するための）、マイクロホン装置と音源との位置関係を示す断面図である。図６において、図１および図２と共通する部分には同じ参照符号を付してある。

図示されるように、マイクロホンカプセル６４に複数の音孔（７３ａ，７３ｂ）が設けられる場合、音源６８から収音素子１１ａ，１１ｂの各々に到達するための音響パスが複数存在する。つまり、図６（ａ）の場合、Ｐ５，Ｐ６の２つの音響パスが存在し、図６（ｂ）の場合、Ｐ７，Ｐ８の２つの音響パスが存在する。

異なる音響パスは異なる周波数特性と遅延特性とを有するため、収音素子１１ａ，１１ｂが出力する電気信号は複雑になり、感度に指向性を持たせるための信号処理に適した電気信号を収音素子１１ａ，１１ｂから得ることができない。

このような考察の下、再度、図１に戻ってその構造を分析すると、マイクロホンカプセル６４の中央に設けられた隔壁６８によって、収音素子１ａ，１１ｂの各々が位置する空間を気密的に隔てられており、各空間につき一つの音孔６７ａ，６７ｂが設けられている構造となっていることがわかる。

この構造により、一方の収音素子用の音孔（６７ａ，６７ｂ）を通過した音響が、回折によって、他方の収音素子に回り込んで到達することが防止され、音響パス（Ｐ１，Ｐ２）を一本化することができる。したがって、指向性形成のための遅延量や係数の設定の適切な設定が可能となり、良好な指向性の形成が可能となる。また、各空間につき音孔を一つしか設けない点は、マイクロホンカプセル６４の筐体としての強度の維持、高い電磁シールド効果ならびに防塵効果の維持、といった点からみて有利となる。

このように、本実施の形態のマイクロホン装置では、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される、高精度かつ安定性に優れたＭＥＭＳ収音素子を並列に配置した状態でカプセルに収納し、かつ、そのカプセルを、回折音響の漏れ込みを防止する構造（各収音素子を気密的に隔てる隔壁をもつ構造）として音響パスを一本化することによって、少なくとも２つの収音素子をカプセル内に収納したコンパクトなマイクロホンモジュールを用いて、高精度かつ安定した指向性を、容易に実現することが可能となる。

（実施の形態２）
図３（ａ）および（ｂ）は、本発明のマイクロホン装置の他の例を示す断面図およびプロセス説明図である。図３において、実施の形態１で説明した図面と共通する部分には同じ参照符号を付している。
本実施の形態２のマイクロホン装置は、同一のシリコン基板に、第１および第２の収音素子３２ａ、３２ｂおよび信号処理部（図示せず）をＬＳＩ化するとともに、そのＬＳＩ３２を、ＭＥＭＳプロセスで形成した開口を持つ隔壁を持つようにシリコン基板にＭＥＭＳプロセスを用いて形成されたシリコンマイクロホンカプセル３４で覆うことにより形成し、極めて小型でかつ薄型のマイクロホン装置を形成したものである。またここでは各室内に２個づつの音孔６７ａ，６７ｂが形成されている。

また、高精度かつ安定性に優れたＭＥＭＳ収音素子を並列に配置した状態でＬＳＩ化し、ＭＥＭＳプロセスで形成されたマイクロホンカプセルに収納し、かつ、そのマイクロホンカプセルを、回折音響の漏れ込みを防止する構造として音響パスを一本化する、という点では、前記実施の形態１のマイクロホン装置と共通する。但し、本実施の形態では、回折音響の漏れ込みを防止する構造として、第１および第２収音素子と信号処理回路とを搭載したＬＳＩチップと同一のシリコン基板を出発材料としてＭＥＭＳプロセスで形成したシリコンマイクロホンカプセル３４を採用しており、この点で、前記の実施の形態のマイクロホン装置と異なる。

つまり、本実施の形態のマイクロホン装置においても、前記の実施の形態と同様に、音源６８から各収音素子（３１ａ，３１ｂ）に至る音響パスが１本の直線となり、したがって、指向性を持たせるための信号処理に適した電気信号を収音素子から得ることができ、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、指向性形成のための遅延量や係数の設定の適切な設定が可能となり、良好な指向性の形成が可能となる。

なお図面では省略したが、ＬＳＩチップ内には信号処理回路が集積化されており、シリコン基板内あるいは表面で各収音素子（３１ａ，３１ｂ）と信号処理回路との電気的接続は達成されるため、ワイヤボンディングも不要であり、小型化・高集積化をはかることができる。

また実装に際しては、図３（ｂ）に組み立て説明図を示すように、ＬＳＩチップを構成するシリコンウェハＳ１と、シリコンマイクロホンカプセルを構成するシリコンウェハＳ２とをウェハレベルで直接接合により張り合わせる。そして、最後にダイシングすることにより、個々のマイクロホン装置に分割する。これにより、位置あわせも１度ですみ、作業性よく、小型のマイクロホン装置を形成することができる。信号取り出し端子は、図示していないが、ＬＳＩチップの裏面側に取り出すように形成する。
このようにして、小型でかつ良好な指向性をもつマイクロホン装置を形成することができる。この構成により、無駄なスペースを減少させることができ、非常にコンパクトな、指向性収音機能をもつマイクロホン装置が実現される。

なお、上記の実施の形態では、ＬＳＩチップ側に信号処理回路を形成したが、シリコンマイクロホンカプセル側に信号処理回路を形成することにより、隔壁部分を回路形成部に利用することもでき、より小型化をはかることができるとともに製造作業性の向上をはかることができる。この場合は信号取り出し端子をシリコンマイクロホンカプセル側に形成してもよい。ウェハレベルで接合することにより張り合わせよる機械的強度の向上をはかることができる。これにより、基板６５を省略することも可能である。

また、上記の実施の形態では、２つの収音素子を用いて指向性収音およびステレオ収音が可能なマイクロホン装置を構成した例について説明したが、これに限定されるものではなく、３個以上の収音素子を使用してより高い指向性を実現することも可能である。
なお、３つ以上の収音素子を用いたマイクロホン装置においては、実施の形態２に記載のマイクロカプセルを用いると、構造を簡素化でき、安価に製造することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される、高精度かつ安定性に優れたＭＥＭＳ収音素子を並列に配置した状態でカプセルに収納し、かつ、そのカプセルを、回折音響の漏れ込みを防止する構造（各収音素子を気密的に隔てる隔壁をもつ構造）として音響パスを一本化することによって、少なくとも２つの収音素子をカプセル内に収納したコンパクトなマイクロホンモジュールを用いて、高精度かつ安定した指向性を、容易に実現することが可能となる。

すなわち、カプセルに設けられた隔壁によって、第１の収音素子と第２の収音素子の各々が位置する空間を気密的に隔てることによって、一方の収音素子用の音孔を通過した音響が、回折によって、他方の収音素子に回り込んで到達することを防止し、音響パスを一本化することができる。したがって、指向性形成のための遅延量や係数の設定の適切な設定が可能となり、良好な指向性の形成が可能となる。

また、信号処理部も、カプセル内に収容することにより、高精度かつ安定した指向性収音（ステレオ収音を含む）が可能な１モジュール化されたマイクロホン装置が得られる。
また、共通の基板上に、収音素子と信号処理部を実装し、その基板上にカプセルをかぶせて、１つのモジュールを形成することによって、コンパクトな１モジュール化されたマイクロホン装置が得られる。

本発明によって、小さなマイクロホン装置単独で、高精度かつ安定した指向性収音およびステレオ収音が可能なマイクロホン装置を提供することができる。

本発明は、小さなマイクロホン装置単独で、高精度かつ安定した指向性収音およびステレオ収音を可能とするという効果を奏し、したがって、超小型のマイクロホン装置（例えば、超小型のエレクトレットコンデンサマイクロホン・アレイモジュール）として有用である。

本発明の実施の形態１のマイクロホン装置を示す図であり、（ａ）は、本発明のマイクロホン装置の一例（各収音素子が位置する空間を仕切る隔壁を有する構造をもつ例）の内部構成を示す断面図、（ｂ）は、カプセルの構造（外側筐体と隔壁が一体となった構造）を示す断面図 図１に示されるシリコンＬＳＩの製造プロセスにより製造される収音素子（ＭＥＭＳ収音素子）の構造を説明するためのデバイスの断面図 本発明の実施の形態２のマイクロホン装置を示す断面図であり、（ａ）は、本発明のマイクロホン装置の一例（各収音素子と信号処理回路を１チップ化するとともにＭＥＭＳシリコンマイクロホンカプセルを用いた）の内部構成を示す断面図、（ｂ）は、その組み立て説明図 図１に示される本実施の形態のマイクロホン装置の構造が考え出されるまでの過程を説明するための、マイクロホン装置の一例の断面図 （ａ），（ｂ）は、図１に示した本実施の形態のマイクロホン装置の構造が考え出されるまでの過程を説明するための（特に、指向性収音には異なる音響パスが必要であることを説明するための）、マイクロホン装置と音源との位置関係を示す断面図 （ａ），（ｂ）は、図１に示した本実施の形態のマイクロホン装置の構造が考え出されるまでの過程を説明するための（特に、複数の音孔を設けた場合に音響パスが複雑化して指向性収音が困難になることを説明するための）、マイクロホン装置と音源との位置関係を示す断面図 従来例の構造を示す断面図

符号の説明

１１ａ，１１ｂ 収音素子
１２ シリコン半導体基板
１３ 背面板
１４ スペーサ（電気的絶縁膜）
１５ 空気逃がし用の貫通穴
１６ 空隙部
１７，１８ 電極
３２ａ，３２ｂ 第１および第２の収音素子
３２ ＬＳＩ
３４ シリコンマイクロホンカプセル
３３ 振動板（例えば、ドープトシリコンからなるシリコンダイヤフラム）
６３ａ〜６３ｄ ボンディングワイヤ
６４ マイクロホンカプセル（ケーシング、筐体）
６７ａ，６７ｂ 音孔
６８ 音源
Ｓ１，Ｓ２ シリコンウェハ

Claims (19)

1. 第１の半導体基板と、前記第１の半導体基板上に形成され、かつ、互いに向かい合うように配置された第１の振動板および第１の背面板とを有する第１の収音素子と、
   第２の半導体基板と、前記第２の半導体基板上に形成され、かつ、互いに向かい合うように配置された第２の振動板および第２の背面板とを有する第２の収音素子と、
   前記第１の収音素子および前記第２の収音素子を上面に搭載する実装基板と、
   前記実装基板の上面と前記第１の収音素子および前記第２の収音素子とを覆うマイクロホンカプセルとを備え、
   前記第１の振動板と前記第２の振動板は分離しており、
   前記マイクロホンカプセルと前記実装基板とで形成された内部空間には、前記第１の収音素子および前記第２の収音素子とを仕切る隔壁を有し、
   前記マイクロホンカプセルは、前記第１の収音素子および前記第２の収音素子のそれぞれに対応する位置に音孔を有しているマイクロホン装置。
2. 請求項１に記載のマイクロホン装置であって、
   前記実装基板上に、さらに信号処理部を搭載しているマイクロホン装置。
3. 請求項２に記載のマイクロホン装置であって、
   前記信号処理部は、前記第１および前記第２の収音素子の各々の出力信号に遅延処理と加減算処理を施し、指向性収音を実現するようにしたマイクロホン装置。
4. 請求項２又は３に記載のマイクロホン装置であって、
   前記第１の収音素子が接続する前記信号処理部に前記第２の収音素子が接続していることを特徴とするマイクロホン装置。
5. 請求項４に記載のマイクロホン装置であって、
   前記信号処理部と前記第１の収音素子は、第１のボンディングワイヤによって接続され、
   前記信号処理部と前記第２の収音素子は、第２のボンディングワイヤによって接続されていることを特徴とするマイクロホン装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
   前記実装基板と前記マイクロホンカプセルは、前記第１の収音素子と前記第２の収音素子が実装されている面において接続していることを特徴とするマイクロホン装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
   前記内部空間において、前記第１の収音素子の上面及び側面と前記マイクロホンカプセルとの間に第１の空間が存在するように前記第１の収音素子を配置し、かつ
   前記第２の収音素子の上面及び側面と前記マイクロホンカプセルとの間に第２の空間が存在するように前記第２の収音素子を配置することを特徴とするマイクロホン装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
   前記マイクロホンカプセルと前記隔壁は一体であることを特徴とするマイクロホン装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
   前記マイクロホンカプセルは、導電性材料からなるマイクロホン装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
    前記隔壁は、振動を吸収する材料を有することを特徴とするマイクロホン装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
    前記マイクロホンカプセルを上から見たときに、前記隔壁は、前記マイクロホンカプセルの中央部に設けられていることを特徴とするマイクロホン装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
    前記背面板は、導電性をもつシリコンからなることを特徴とするマイクロホン装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
    前記振動板は、ドープしたシリコンからなることを特徴とするマイクロホン装置。
14. 請求項１乃至１３に記載のマイクロホン装置であって、
    前記第１の収音素子および前記第２の収音素子は、それぞれ１つのみの前記音孔を備えるマイクロホン装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
    前記音孔はそれぞれ、前記第１の振動板及び前記第２の振動板のそれぞれに対して、直交するように形成されているマイクロホン装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
    前記第１の収音素子及び前記第２の収音素子は単一の前記マイクロホンカプセルに覆われていることを特徴とするマイクロホン装置。
17. 請求項１乃至１６のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
    前記第１の収音素子及び前記第２の収音素子は、それぞれ半導体製造プロセスを用いて製造されることを特徴とするマイクロホン装置。
18. 請求項１乃至１７のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
    前記第１の収音素子及び前記第２の収音素子は、前記内部空間において左右対称に配置されていることを特徴とするマイクロホン装置。
19. 請求項２乃至５のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
    前記第１の収音素子及び前記第２の収音素子は、前記内部空間において左右対称に配置されており、前記信号処理部は、前記第１の収音素子及び前記第２の収音素子の間に配置されていることを特徴とするマイクロホン装置。

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