音響センサ
【課題】センサ感度をあまり低下させることなく、対向電極板の側から振動電極板の振動特性などを計測することのできる音響センサを提供する。
【解決手段】音圧に感応する振動電極板２４が対向電極板２５に対向し、静電容量型の音響センサを構成する。対向電極板２５には、振動を通過させるための音響孔が開口している。対向電極板２５に開口された音響孔は、比較的開口面積の小さな複数個の音響孔３１と、比較的開口面積の大きな１個の音響孔３６とからなり、音響孔３１、３６は等間隔で格子状に配置されている。また、ダイアフラム２８の幅をＬとするとき、開口面積の大きな音響孔３６は、対向電極板２５においてダイアフラム２８の中心と対向する位置を中心とする半径ｒ＝Ｌ／４の円形領域ａの内部に設けている。
【解決手段】音圧に感応する振動電極板２４が対向電極板２５に対向し、静電容量型の音響センサを構成する。対向電極板２５には、振動を通過させるための音響孔が開口している。対向電極板２５に開口された音響孔は、比較的開口面積の小さな複数個の音響孔３１と、比較的開口面積の大きな１個の音響孔３６とからなり、音響孔３１、３６は等間隔で格子状に配置されている。また、ダイアフラム２８の幅をＬとするとき、開口面積の大きな音響孔３６は、対向電極板２５においてダイアフラム２８の中心と対向する位置を中心とする半径ｒ＝Ｌ／４の円形領域ａの内部に設けている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響センサに関し、特に気体や液体中を伝搬する音圧すなわち音響振動を検出するための音響センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音響センサとしては、特表２００４−５０６３９４号公報（特許文献１）や特開２００５−１７１７６３号公報（特許文献２）に開示されたものがある。
【０００３】
図１は従来の音響センサ１１の構造を模式的に表わした平面図である。この音響センサ１１においては、振動電極板１２（可動電極）と対向電極板１３（固定電極）とが、基板上で微小ギャップ（空隙）を隔てて対向している。対向電極板１３は基板上で外部に露出しており、振動電極板１２は対向電極板１３に覆われている。対向電極板１３には、複数の音響孔１４（アコースティックホール）が均一な開口面積で開口し、均等な間隔で配置されている。
【０００４】
振動電極板１２は薄膜によって構成されているので、対向電極板１３の音響孔１４を通過した音圧（音響振動）が振動電極板１２に達すると、振動電極板１２はその振動に感応して微小振動する。そして、振動電極板１２が振動すると振動電極板１２と対向電極板１３とのギャップ距離が変化し、そのときの振動電極板１２と対向電極板１３の間の静電容量の変化を検出することにより音響センサ１１で音響振動が検出される。
【０００５】
上記音響センサでは、対向電極板に音響孔が設けられているが、この音響孔は音圧を通過させて振動電極板を振動させる以外にも、以下のような種々の機能を担っている。
(1) 音圧を音響孔から逃がして、対向電極板に音圧が印加されないようにする。
(2) 微小ギャップ中の空気を音響孔から逃がすことにより、空気による振動電極板のダンピングを防止する。
(3) マイクロマシニング（半導体微細加工）技術を利用して振動電極板と対向電極板の間の微小ギャップを作製する際に、エッチングホールとなる。
【０００６】
【特許文献１】特表２００４−５０６３９４号公報
【特許文献２】特開２００５−１７１７６３号公報
【特許文献３】特開２００４−１２８９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（検査工程における問題）
このような音響センサの製造後の検査工程においては、振動電極板と対向電極板の間のギャップ距離や振動電極板の振動特性などを計測することにより、音響センサの検査を行なうことが望まれる。しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載されている音響センサでは、振動電極板が対向電極板で覆われているので、表面側から直接振動電極板を検査することはできない。また、振動電極板と対向電極板の間の微小ギャップは、裏面側では振動電極板により覆われているので、音響センサの裏面側から検査を行なうこともできない。
【０００８】
対向電極板には音響孔が開口しているので、この音響孔を通してキャップ距離や振動電極板の振動特性などを計測することも考えられる。しかし、特許文献１や特許文献２の音響センサでは、音響孔は対向電極板に均一な開口径で設けられ、また対向電極板のほぼ全体に均等に配列されているので、音響孔の開口径を大きくすることはできず、通常は直径が数μｍ程度である。よって、このように小さな音響孔を通しては、振動電極板の振動等を検査することは困難である。
【０００９】
一方、音響孔の開口径を充分に大きくしたり、音響孔を高い密度で配置すれば、振動電極板の観察が可能になると考えられる。しかし、対向電極板のほぼ全体に開口径の大きな音響孔を設けたり、対向電極板のほぼ全体に高い密度で音響孔を開口したりすれば、対向電極板の実質的な電極面積が小さくなり、また対向電極板の剛性が低下し、音響センサの感度が低下する。
【００１０】
よって、従来においては、センサ感度をあまり低下させることなく、ギャップ距離や振動電極板の特性を計測できるような音響センサは存在していなかった。
【００１１】
また、特開２００４−１２８９５７号公報（特許文献３）には、対向電極板の外周部において、音響孔の開口径を中心部に位置する音響孔よりも大きくしたり、音響孔の配置密度を中心部より大きくしたりした音響センサが開示されている。しかし、特許文献３において外周部の音響孔を大きくしているのは、振動電極板と対向電極板の間の寄生容量を小さくためである。
【００１２】
振動電極板は、その可動部分の中央が最も大きく振動するので、振動電極板の振動特性を計測するには、振動電極板の中央部を観察する必要がある。これに対し、特許文献３の音響センサでは、開口径の大きな音響孔によっては振動電極板の外周縁（固定部分の近傍）しか観察することができず、振動電極板の振動特性を効率的に観察することはできなかった。
【００１３】
（振動電極板のスティック）
また、静電容量型の音響センサの場合には、その製造工程や使用中において、図２に示すように振動電極板１２が対向電極板１３に固着することがある（以下、振動電極板の一部又はほぼ全体が対向電極板に固着してギャップがなくなった状態、あるいはその現象をスティックと呼ぶ。）。こうして振動電極板１２が対向電極板１３にスティックすると、振動電極板１２の振動が妨げられるので、音響センサ１１によって音響振動を検出することができなくなる。
【００１４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、音響センサ１１にスティックが発生する原因を説明するための概略図であって、図２のＸ部に相当する部分を拡大して表わしている。音響センサ１１は、マイクロマシニング技術を利用して製造されるので、例えばエッチング後の洗浄工程において振動電極板１２と対向電極板１３との間に水ｗが浸入する。また、音響センサ１１の使用中においても、振動電極板１２と対向電極板１３との間に湿気が溜まったり、音響センサ１１が水に濡れたりする場合がある。
【００１５】
一方、音響センサ１１は微小構造物であるため、振動電極板１２と対向電極板１３の間のギャップ距離は数μｍしかない。しかも、音響センサ１１の感度を高くするために、振動電極板１２の膜厚は１μｍ程度に薄くなっており、振動電極板１２のバネ性はかなり弱い。
【００１６】
そのため、この音響センサ１１では、たとえば以下に説明するように２段階の過程を経てスティックが起きることがある。第１段階においては、図３（ａ）に示す、振動電極板１２と対向電極板１３との間に水ｗが浸入したとき、その水ｗによる毛細管力Ｐ１ないし表面張力によって振動電極板１２が対向電極板１３に引き付けられる。
【００１７】
そして、第２段階においては、振動電極板１２と対向電極板１３の間の水ｗが蒸発した後、図３（ｂ）に示すように振動電極板１２が対向電極板１３にくっついて、その状態が保持される。水ｗが蒸発した後も振動電極板１２を対向電極板１３に固着させて保持する力Ｐ２としては、振動電極板１２表面と対向電極板１３表面との間に働く分子間力、表面間力、静電気力などがある。その結果、振動電極板１２は対向電極板１３にくっついた状態に保持され、音響センサ１１が機能しなくなる。
【００１８】
（エアダンピングの問題）
また、従来の音響センサでは、音響孔が小さいので、振動電極板が振動したときに振動電極板と対向電極板の間の微小ギャップ内の空気がスムーズに音響孔から出入りできない。そのため、振動電極板は微小ギャップ内の空気によって振動をダンピング（エアダンピング）され、音響センサの感度を低下させる原因となっていた。
【００１９】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、センサ感度をあまり低下させることなく、対向電極板の側から振動電極板の振動特性などを計測することのできる音響センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような目的を達成するために、本発明の音響センサは、基板と、前記基板上に固定され、複数の音響孔を開口された対向電極板と、前記基板と前記対向電極板との間で、前記対向電極板と空隙をあけて設けられた、音圧に感応する振動電極板とを有する音響センサにおいて、前記音響孔は、複数の第１の音響孔と、前記第１の音響孔よりも開口面積の大きな第２の音響孔とからなり、前記第２の音響孔は、前記対向電極板において、前記振動電極板の可動部分の中央部に対向する領域に配置されていることを特徴としている。
【００２１】
本発明の音響センサにあっては、開口面積の大きな第２の音響孔を振動電極板の可動部分の中央部に対向する領域に設けているので、対向電極板の第２の音響孔を通して振動電極板と対向電極板との間のギャップ距離や振動電極板の振動特性等を計測することができる。しかも、第２の音響孔を通して振動電極板の中央部を計測することができるので、振動電極板の振動特性を精度よく計測することができる。
【００２２】
また、この音響センサにあっては、他の音響孔（第１の音響孔）よりも開口面積の大きな音響孔（第２の音響孔）が対向電極板に設けられているので、第２の音響孔を画像認識のためのマーカーとして利用することができ、画像認識精度が向上する。
【００２３】
また、この音響センサにあっては、対向電極板に比較的開口面積の大きな第２の音響孔が設けられているので、振動電極板と対向電極板との間に水が浸入していても第２の音響孔から速やかに蒸発させることができる。さらに、第２の音響孔を開口したことによって対向電極板の電極面積を小さくできるので、電圧を印加されている振動電極板と対向電極板との静電力も小さくなる。よって、振動電極板と対向電極板の間の毛細管力を小さくして振動電極膜のスティックを低減させることができる。
【００２４】
本発明の音響センサのある実施態様は、前記振動電極板の前記可動部分の幅をＬとするとき、前記第２の音響孔が、前記対向電極板において、前記可動部分の中心に対向する位置を中心とする半径がＬ／４の円形の領域の内部に設けられたことを特徴としている。振動電極板は、その中心を中心とする半径がＬ／４の円形領域よりも外側では撓みや振動が小さく、当該円形領域よりも外側では振動電極膜等の検査精度が得にくい。従って、対向電極板の、振動電極板の中心に対向する点を中心とする半径Ｌ／４の円形領域の内側に第２の音響孔を設けることにより、第２の音響孔を通して振動電極板の撓みや振動の大きな箇所を計測することができる。
【００２５】
本発明の音響センサの別な実施態様は、前記第２の音響孔を唯一つ有することを特徴としている。かかる実施態様では、開口面積の大きな第２の音響孔を最小限の数にしているので、対向電極板の電極面積減少を最小にでき、音響センサの感度低下を小さくできる。
【００２６】
さらに、この実施態様における前記第２の音響孔が、前記対向電極板において、前記振動電極板の前記可動部分の中心に対向する位置に設けてあれば、第２の電極孔を通して振動電極板の最も振動や撓みの大きな中心を計測することができ、計測精度を向上させることができる。
【００２７】
本発明の音響センサのさらに別な実施態様は、前記第２の音響孔を複数有することを特徴としている。かかる実施態様にあっては、開口面積の大きな第２の音響孔を対向電極板に複数設けているので、第２の音響孔から振動電極板と対向電極板の間に浸入した水をより速やかに蒸発させることができる。また、対向電極板の電極面積もより小さくなり、振動電極板と対向電極板の間の静電力を小さくできる。よって、この実施形態によれば、振動電極板のスティックをより効果的に低減できる。
【００２８】
本発明の音響センサのさらに別な実施態様における前記第１の音響孔は、前記対向電極板において、前記振動電極板の前記可動部分の中央部に対向する領域で、その外側の領域よりも密に配置されていることを特徴としている。かかる実施態様にあっては、振動電極板の可動部分の中央部に対向する領域で、その外側の領域よりも密に第１の音響孔を配置しているので、密集した第１の音響孔から振動電極板と対向電極板の間に浸入した水をより速やかに蒸発させることができる。また、対向電極板の電極面積もより小さくなり、振動電極板と対向電極板の間の静電力を小さくできる。よって、この実施形態によれば、振動電極板のスティックをより効果的に低減できる。
【００２９】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本発明は、本発明の発明概念を逸脱しない限り、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３１】
（実施形態１）
以下、図４〜図９を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。図４は第１の実施形態による音響センサ２１を示す斜視図であり、図５はその分解斜視図である。また、図６は図４のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【００３２】
この音響センサ２１は静電容量型のセンサであり、シリコン基板２２の上面に絶縁被膜２３を介して振動電極板２４を設け、その上に微小ギャップ（空隙）を介して対向電極板２５を設けたものである。
【００３３】
シリコン基板２２には、角柱状の貫通孔２６もしくは角錐台状の凹部が設けられている。図では角柱状の貫通孔２６を示している。シリコン基板２２のサイズは、平面視で１〜１.５ｍｍ角（これよりも小さくすることも可能である。）であり、シリコン基板２２の厚みが４００〜５００μｍ程度である。シリコン基板２２の上面には酸化膜等からなる絶縁被膜２３が形成されている。
【００３４】
振動電極板２４は、膜厚が１μｍ程度のポリシリコン薄膜によって形成されている。振動電極板２４はほぼ矩形状の薄膜であって、その四隅部分には対角方向外側に向けて固定部２７が延出している。振動電極板２４は、貫通孔２６又は凹部の上面開口を覆うようにしてシリコン基板２２の上面に配置され、各固定部２７を絶縁被膜２３の上に固定されている。振動電極板２４のうち貫通孔２６又は凹部の上方で宙空に支持された部分（この実施形態では、固定部２７以外の部分）はダイアフラム２８（可動部分）となっており、音圧に感応して振動する。
【００３５】
対向電極板２５は、窒化膜からなる絶縁性支持層２９の上面に金属製薄膜からなる固定電極３０を設けたものである。対向電極板２５は、振動電極板２４の上に配置され、ダイアフラム２８と対向する領域の外側においては、酸化膜等からなる絶縁被膜３３を介してシリコン基板２２の上面に固定されている。対向電極板２５は、ダイアフラム２８と対向する領域においては３μｍ程度の微小ギャップをあけてダイアフラム２８を覆っている。また、固定電極３０及び支持層２９には、上面から下面に貫通するようにして、音圧（振動）を通過させるための音響孔（アコースティックホール）が穿孔されている。なお、振動電極板２４は、音圧に共鳴して振動するものであるから、１μｍ程度の薄膜となっているが、対向電極板２５は音圧によって励振されない電極であるので、その厚みは例えば２μｍ以上というように厚くなっている。
【００３６】
図７は音響センサ２１を模式的に表した平面図である。対向電極板２５に開口された音響孔は、比較的開口面積の小さな複数個の音響孔３１（第１の音響孔）と、比較的開口面積の大きな１個の音響孔３６（第２の音響孔）とからなり、音響孔３１、３６は等間隔で格子状に配置されている。ダイアフラム２８の幅（図示しないが、円形のダイアフラム２８の場合には直径）をＬとするとき、開口面積の大きな音響孔３６は、対向電極板２５においてダイアフラム２８の中心と対向する位置を中心とする半径ｒ＝Ｌ／４の円形領域ａの内部に納まっている。特に好ましくは、音響孔３６は、対向電極板２５においてダイアフラム２８の中心と対向する位置に設けている。具体的な数値を挙げれば、ダイアフラム２８の幅Ｌが８００μｍ、対向電極板２５の幅Ｗが１０００μｍとなっている。各音響孔３１は直径ｄが１０μｍの円形となっており、音響孔３６は直径Ｄが２０μｍの円形となっており、音響孔３１、３６はｐ＝５０μｍのピッチで配列している。
【００３７】
対向電極板２５の端部には、固定電極３０に導通した電極パッド３２を備えている。また、支持層２９にあけられた開口３４からは固定部２７から延出した延出部２７ａが露出しており、支持層２９の端部上面に設けられた電極パッド３５は、開口３４を通して延出部２７ａに導通している。よって、振動電極板２４と対向電極板２５とは電気的に絶縁されており、振動電極板２４と固定電極３０によってキャパシタを構成している。
【００３８】
しかして、第１の実施形態の音響センサ２１にあっては、表面側から音響振動（空気の疎密波）が到達すると、この音響振動は対向電極板２５の音響孔３１を通過してダイアフラム２８に達し、ダイアフラム２８を振動させる。ダイアフラム２８が振動すると、ダイアフラム２８と対向電極板２５との間のギャップ距離が変化するので、それによってダイアフラム２８と固定電極３０の間の静電容量が変化する。よって、電極パッド３２、３５間に直流電圧を印加しておき、この静電容量の変化を電気的な信号として取り出すようにすれば、音の振動を電気的な信号に変換して検出することができる。
【００３９】
この音響センサ２１にあっては、図７に示すように、音響センサ２１の中央部に他の音響孔３１よりも大きな音響孔３６が位置しているので、画像の認識性が良好となり、アライメント精度が向上する。例えば、この音響センサ２１は、マイクロマシニング（半導体微細加工）技術を用いて製造され、数ｍｍ角の微小構造物であるため、回路基板などに実装する際には、撮像カメラで撮像して画像認識し、チップマウンタなどを用いて自動実装する。このとき、中央部の音響孔３６が他の音響孔３１とサイズが異なっているので、画像認識用の明瞭なマーカーとなり、撮像カメラで撮影した画像の認識性が良好となり、音響センサ２１をチップマウンタで精度良くピックアップできるようになる。
【００４０】
また、音響センサ２１の製造後の検査工程においては、音響孔３６を利用して振動電極板２４のさまざまな検査や計測が行えるようになる。例えば、図８に示すように、音響孔３６を通過させたレーザー光αを振動電極板２４に照射し、振動電極板２４で反射して戻ってきたレーザー光αを受光することで、レーザードップラ測定計などにより、振動電極板２４の振動量や固有周波数などを計測することができる。レーザー光を用いた検査を行うには、音響孔３６の直径Ｄは１０μｍ以上であることが望ましい。音響孔３６の直径Ｄが１０μｍよりも小さいと、レーザー光αが音響孔３６を通過して振動電極板２４に照射されたとしても、反射したレーザー光αが音響孔３６の縁に当たって戻りにくくなるためである。
【００４１】
また、光学式三次元計測計や測長レーザー計を用いれば、音響孔３６を通して対向電極板２５と振動電極板２４との間のギャップ距離を計測することができる。音響センサ２１では、振動電極板２４と対向電極板２５の間のギャップ距離は特性上重要であるが、これらの干渉計を用いれば、振動電極板２４や対向電極板２５の初期撓みなどによるギャップ距離の異常を検知することができる。このような干渉計を用いた検査を行うためには、音響孔３６の直径Ｄは２０μｍ以上であることが望ましい。
【００４２】
振動電極板２４は、ダイアフラム２８の中心を中心とする半径がＬ／４の円形領域ａよりも外側では撓みや振動が小さく、円形領域ａよりも外側では検査精度が得にくい。従って、上記のような検査を行うためには、音響孔３６はダイアフラム２８の中心に対向する点を中心とする半径ｒ＝Ｌ／４の円形領域ａの内側に設けることが望ましい。特に、振動電極板２４はダイアフラム２８の中央部で振動量が最大になることが多いので、振動電極板２４の測定を行う場合には、音響孔３６はダイアフラム２８の中心に対向する位置に設けるのが望ましい。
【００４３】
また、この音響センサ２１によれば、振動電極板２４のスティックを軽減することができる。例えば、音響センサ２１の製造工程における水洗で振動電極板２４と対向電極板２５との間の微小ギャップに水ｗが充満したとしても、その後の乾燥処理では、図９（ａ）に示すように、開口径の大きな音響孔３６では他の音響孔３１よりも素早く乾燥が始まる。そして、乾燥処理時間の経過により、図９（ｂ）に示すように、音響孔３６の部分では水ｗがなくなり、他の音響孔３１でも水ｗの蒸発が進行する。このように最もスティックしやすいダイアフラム２８の中央部で水が速やかに蒸発するので、ダイアフラム２８の中央部における毛細管力が弱くなり、振動電極板２４のスティックが軽減される。
【００４４】
（実施形態２）
図１０は本発明の第２の実施形態による音響センサ４１を模式的に表した平面図である。この音響センサ４１にあっては、対向電極板２５に複数個の音響孔３６を設けている。音響孔３６は音響孔３１と同じピッチで設けてあり、音響孔３６、３１は均等に配列されている。これはエッチングにより音響孔３１及び３６を開口する際に、均等にエッチングを行えるようにするためである。
【００４５】
この音響センサ４１でも、第１の実施形態の場合と同様に、複数個の音響孔３６が画像認識用のマーカーとなり、音響センサ４１の画像認識を高精度で行える。また、これらの音響孔３６を通して、レーザードップラ測定計や光学式三次元計測計、測長レーザー計などを用いて振動電極板２４の計測を行うことができる。特に複数個の音響孔３６が開口されているので、より広い範囲にわたって振動電極板２４の振動状態などの計測を行うことができる。さらに、この音響センサ４１の場合も、第１の実施形態の場合と同様な理由から、各音響孔３６は、ダイアフラム２８の中心に対向する点を中心とする半径ｒ＝Ｌ／４の円形領域ａの内側に設けることが望ましい。なお、円形領域ａの半径ｒ＝Ｌ／４は、ダイアフラム２８の幅Ｌを８００μｍとすれば、２００μｍとなる。
【００４６】
さらに、この音響センサ４１では、第１の実施形態の場合よりも対向電極板２５の開口面積が大きくなるので、図１１に示すように対向電極板２５を空気が通過し易くなる。よって、振動電極板２４が振動するとき、振動電極板２４と対向電極板２５の間の空気が音響孔３６、３１を通じて出入りし易くなる。そのため、振動電極板２４と対向電極板２５の間の空気によって振動電極板２４の振動が抑制されるエアダンピングが起こりにくくなり、音響センサ４１の周波数特性（特に、高周波側における特性）が平坦になり、周波数特性が良好になる。
【００４７】
また、この音響センサ４１によれば、対向電極板２５に複数個の音響孔３６が開口していて対向電極板２５の開口面積が大きくなっているので、第１の実施形態の場合と同様に（図９参照）、振動電極板２４のスティックが軽減する。すなわち、音響センサ４１の製造工程における水洗で濡れても、振動電極板２４と対向電極板２５の間に溜まった水は音響孔３６から速やかに蒸発するので、ダイアフラム２８の中央部が速やかに乾燥して毛細管力が小さくなり、振動電極板２４のスティックが軽減される。さらに、この音響センサ４１の場合には、複数個の音響孔３６をダイアフラム２８の中央部に対向させて設けているので、図１２に示すように、振動電極板２４の変位（撓み）の大きな中央部で対向電極板２５の電極面積を減らすことができる。その結果、ダイアフラム２８の中央部と対向電極板２５との間に働く静電引力が小さくなり、より一層スティックを軽減できると共にPull-in電圧を下げることができる。
【００４８】
（実施形態３）
図１３は本発明の第３の実施形態による音響センサ５１を模式的に表した平面図である。この音響センサ５１にあっては、対向電極板２５において、ダイアフラム２８の中心と対向する位置に開口径の大きな音響孔３６を設けている。また、対向電極板２５において、ダイアフラム２８の中心と対向する点を中心とする円形領域ａ内には、円形領域ａ外における音響孔３１と同じ開口径で、かつ、円形領域ａ外における音響孔３１のピッチよりも小さなピッチで、音響孔３１を密に設けている。この円形領域ａの半径ｒは、第１の実施形態の場合と同様な理由から、ｒ＝Ｌ／４とすることが望ましい。例えば、円形領域ａの外側では第１の実施形態の場合と同様に音響孔３１のピッチを５０μｍとしているとすると、円形領域ａの内部では、音響孔３１のピッチは２５μｍとなっている。
【００４９】
この音響センサ５１でも、第１の実施形態の場合と同様に、音響孔３６が画像認識用のマーカーとなり、音響センサ５１の画像認識を高精度で行える。また、この音響孔３６を通して、レーザードップラ測定計や光学式三次元計測計、測長レーザー計などを用いて振動電極板２４の計測を行うことができる。
【００５０】
さらに、この音響センサ５１では、第２の実施形態の場合と同様に、対向電極板２５の開口面積が大きくなるので、対向電極板２５を空気が通過し易くなる。よって、振動電極板２４の振動が空気によってダンピングされにくくなり、音響センサ５１の周波数特性（特に、高周波側における特性）が平坦になり、周波数特性が良好になる。
【００５１】
また、この音響センサ５１によれば、対向電極板２５のダイアフラム２８中央部に対向する領域に、開口径の大きな音響孔３６と密に配置された音響孔３１を設けて対向電極板２５の開口面積を大きくしているので、第１の実施形態の場合と同様に（図９参照）、振動電極板２４のスティックが軽減する。すなわち、音響センサ５１の製造工程における水洗で濡れても、振動電極板２４と対向電極板２５の間に溜まった水は音響孔３６及び中央部の音響孔３１から速やかに蒸発するので、ダイアフラム２８の中央部が速やかに乾燥して毛細管力が小さくなり、振動電極板２４のスティックが軽減される。さらに、この音響センサ５１の場合にも、音響孔３６と密に配置された音響孔３１をダイアフラム２８の中央部に対向させて設けているので、振動電極板２４の変位（撓み）の大きな中央部で対向電極板２５の電極面積を減らすことができる。その結果、ダイアフラム２８の中央部と対向電極板２５との間に働く静電引力が小さくなり、より一層スティックを軽減できると共にPull-in電圧を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、従来の音響センサの構造を模式的に表わした平面図である。
【図２】図２は、従来の音響センサにおいて、振動電極板が対向電極板にスティックした様子を示す概略断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、従来の音響センサにおいてスティックが発生する原因を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態による音響センサを示す斜視図である。
【図５】図５は、第１の実施形態による音響センサの分解斜視図である。
【図６】図６は、図４のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図７】図７は、第１の実施形態による音響センサを模式的に表した平面図である。
【図８】図８は、第１の実施形態の音響センサを検査している様子を説明する概略断面図である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第１の実施形態の音響センサで振動電極板のスティックを軽減できる理由を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態による音響センサを模式的に表した平面図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態の音響センサで振動電極板のエアダンピングを軽減できる理由を説明する図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態の音響センサでPull-in電圧を低減できる理由を説明する図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施形態による音響センサ５１を模式的に表した平面図である。
【符号の説明】
【００５３】
２１ 音響センサ
２２ シリコン基板
２４ 振動電極板
２５ 対向電極板
２８ ダイアフラム
３０ 固定電極
３１ 音響孔
３６ 音響孔
４１ 音響センサ
５１ 音響センサ
ｗ 水
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響センサに関し、特に気体や液体中を伝搬する音圧すなわち音響振動を検出するための音響センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音響センサとしては、特表２００４−５０６３９４号公報（特許文献１）や特開２００５−１７１７６３号公報（特許文献２）に開示されたものがある。
【０００３】
図１は従来の音響センサ１１の構造を模式的に表わした平面図である。この音響センサ１１においては、振動電極板１２（可動電極）と対向電極板１３（固定電極）とが、基板上で微小ギャップ（空隙）を隔てて対向している。対向電極板１３は基板上で外部に露出しており、振動電極板１２は対向電極板１３に覆われている。対向電極板１３には、複数の音響孔１４（アコースティックホール）が均一な開口面積で開口し、均等な間隔で配置されている。
【０００４】
振動電極板１２は薄膜によって構成されているので、対向電極板１３の音響孔１４を通過した音圧（音響振動）が振動電極板１２に達すると、振動電極板１２はその振動に感応して微小振動する。そして、振動電極板１２が振動すると振動電極板１２と対向電極板１３とのギャップ距離が変化し、そのときの振動電極板１２と対向電極板１３の間の静電容量の変化を検出することにより音響センサ１１で音響振動が検出される。
【０００５】
上記音響センサでは、対向電極板に音響孔が設けられているが、この音響孔は音圧を通過させて振動電極板を振動させる以外にも、以下のような種々の機能を担っている。
(1) 音圧を音響孔から逃がして、対向電極板に音圧が印加されないようにする。
(2) 微小ギャップ中の空気を音響孔から逃がすことにより、空気による振動電極板のダンピングを防止する。
(3) マイクロマシニング（半導体微細加工）技術を利用して振動電極板と対向電極板の間の微小ギャップを作製する際に、エッチングホールとなる。
【０００６】
【特許文献１】特表２００４−５０６３９４号公報
【特許文献２】特開２００５−１７１７６３号公報
【特許文献３】特開２００４−１２８９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（検査工程における問題）
このような音響センサの製造後の検査工程においては、振動電極板と対向電極板の間のギャップ距離や振動電極板の振動特性などを計測することにより、音響センサの検査を行なうことが望まれる。しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載されている音響センサでは、振動電極板が対向電極板で覆われているので、表面側から直接振動電極板を検査することはできない。また、振動電極板と対向電極板の間の微小ギャップは、裏面側では振動電極板により覆われているので、音響センサの裏面側から検査を行なうこともできない。
【０００８】
対向電極板には音響孔が開口しているので、この音響孔を通してキャップ距離や振動電極板の振動特性などを計測することも考えられる。しかし、特許文献１や特許文献２の音響センサでは、音響孔は対向電極板に均一な開口径で設けられ、また対向電極板のほぼ全体に均等に配列されているので、音響孔の開口径を大きくすることはできず、通常は直径が数μｍ程度である。よって、このように小さな音響孔を通しては、振動電極板の振動等を検査することは困難である。
【０００９】
一方、音響孔の開口径を充分に大きくしたり、音響孔を高い密度で配置すれば、振動電極板の観察が可能になると考えられる。しかし、対向電極板のほぼ全体に開口径の大きな音響孔を設けたり、対向電極板のほぼ全体に高い密度で音響孔を開口したりすれば、対向電極板の実質的な電極面積が小さくなり、また対向電極板の剛性が低下し、音響センサの感度が低下する。
【００１０】
よって、従来においては、センサ感度をあまり低下させることなく、ギャップ距離や振動電極板の特性を計測できるような音響センサは存在していなかった。
【００１１】
また、特開２００４−１２８９５７号公報（特許文献３）には、対向電極板の外周部において、音響孔の開口径を中心部に位置する音響孔よりも大きくしたり、音響孔の配置密度を中心部より大きくしたりした音響センサが開示されている。しかし、特許文献３において外周部の音響孔を大きくしているのは、振動電極板と対向電極板の間の寄生容量を小さくためである。
【００１２】
振動電極板は、その可動部分の中央が最も大きく振動するので、振動電極板の振動特性を計測するには、振動電極板の中央部を観察する必要がある。これに対し、特許文献３の音響センサでは、開口径の大きな音響孔によっては振動電極板の外周縁（固定部分の近傍）しか観察することができず、振動電極板の振動特性を効率的に観察することはできなかった。
【００１３】
（振動電極板のスティック）
また、静電容量型の音響センサの場合には、その製造工程や使用中において、図２に示すように振動電極板１２が対向電極板１３に固着することがある（以下、振動電極板の一部又はほぼ全体が対向電極板に固着してギャップがなくなった状態、あるいはその現象をスティックと呼ぶ。）。こうして振動電極板１２が対向電極板１３にスティックすると、振動電極板１２の振動が妨げられるので、音響センサ１１によって音響振動を検出することができなくなる。
【００１４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、音響センサ１１にスティックが発生する原因を説明するための概略図であって、図２のＸ部に相当する部分を拡大して表わしている。音響センサ１１は、マイクロマシニング技術を利用して製造されるので、例えばエッチング後の洗浄工程において振動電極板１２と対向電極板１３との間に水ｗが浸入する。また、音響センサ１１の使用中においても、振動電極板１２と対向電極板１３との間に湿気が溜まったり、音響センサ１１が水に濡れたりする場合がある。
【００１５】
一方、音響センサ１１は微小構造物であるため、振動電極板１２と対向電極板１３の間のギャップ距離は数μｍしかない。しかも、音響センサ１１の感度を高くするために、振動電極板１２の膜厚は１μｍ程度に薄くなっており、振動電極板１２のバネ性はかなり弱い。
【００１６】
そのため、この音響センサ１１では、たとえば以下に説明するように２段階の過程を経てスティックが起きることがある。第１段階においては、図３（ａ）に示す、振動電極板１２と対向電極板１３との間に水ｗが浸入したとき、その水ｗによる毛細管力Ｐ１ないし表面張力によって振動電極板１２が対向電極板１３に引き付けられる。
【００１７】
そして、第２段階においては、振動電極板１２と対向電極板１３の間の水ｗが蒸発した後、図３（ｂ）に示すように振動電極板１２が対向電極板１３にくっついて、その状態が保持される。水ｗが蒸発した後も振動電極板１２を対向電極板１３に固着させて保持する力Ｐ２としては、振動電極板１２表面と対向電極板１３表面との間に働く分子間力、表面間力、静電気力などがある。その結果、振動電極板１２は対向電極板１３にくっついた状態に保持され、音響センサ１１が機能しなくなる。
【００１８】
（エアダンピングの問題）
また、従来の音響センサでは、音響孔が小さいので、振動電極板が振動したときに振動電極板と対向電極板の間の微小ギャップ内の空気がスムーズに音響孔から出入りできない。そのため、振動電極板は微小ギャップ内の空気によって振動をダンピング（エアダンピング）され、音響センサの感度を低下させる原因となっていた。
【００１９】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、センサ感度をあまり低下させることなく、対向電極板の側から振動電極板の振動特性などを計測することのできる音響センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような目的を達成するために、本発明の音響センサは、基板と、前記基板上に固定され、複数の音響孔を開口された対向電極板と、前記基板と前記対向電極板との間で、前記対向電極板と空隙をあけて設けられた、音圧に感応する振動電極板とを有する音響センサにおいて、前記音響孔は、複数の第１の音響孔と、前記第１の音響孔よりも開口面積の大きな第２の音響孔とからなり、前記第２の音響孔は、前記対向電極板において、前記振動電極板の可動部分の中央部に対向する領域に配置されていることを特徴としている。
【００２１】
本発明の音響センサにあっては、開口面積の大きな第２の音響孔を振動電極板の可動部分の中央部に対向する領域に設けているので、対向電極板の第２の音響孔を通して振動電極板と対向電極板との間のギャップ距離や振動電極板の振動特性等を計測することができる。しかも、第２の音響孔を通して振動電極板の中央部を計測することができるので、振動電極板の振動特性を精度よく計測することができる。
【００２２】
また、この音響センサにあっては、他の音響孔（第１の音響孔）よりも開口面積の大きな音響孔（第２の音響孔）が対向電極板に設けられているので、第２の音響孔を画像認識のためのマーカーとして利用することができ、画像認識精度が向上する。
【００２３】
また、この音響センサにあっては、対向電極板に比較的開口面積の大きな第２の音響孔が設けられているので、振動電極板と対向電極板との間に水が浸入していても第２の音響孔から速やかに蒸発させることができる。さらに、第２の音響孔を開口したことによって対向電極板の電極面積を小さくできるので、電圧を印加されている振動電極板と対向電極板との静電力も小さくなる。よって、振動電極板と対向電極板の間の毛細管力を小さくして振動電極膜のスティックを低減させることができる。
【００２４】
本発明の音響センサのある実施態様は、前記振動電極板の前記可動部分の幅をＬとするとき、前記第２の音響孔が、前記対向電極板において、前記可動部分の中心に対向する位置を中心とする半径がＬ／４の円形の領域の内部に設けられたことを特徴としている。振動電極板は、その中心を中心とする半径がＬ／４の円形領域よりも外側では撓みや振動が小さく、当該円形領域よりも外側では振動電極膜等の検査精度が得にくい。従って、対向電極板の、振動電極板の中心に対向する点を中心とする半径Ｌ／４の円形領域の内側に第２の音響孔を設けることにより、第２の音響孔を通して振動電極板の撓みや振動の大きな箇所を計測することができる。
【００２５】
本発明の音響センサの別な実施態様は、前記第２の音響孔を唯一つ有することを特徴としている。かかる実施態様では、開口面積の大きな第２の音響孔を最小限の数にしているので、対向電極板の電極面積減少を最小にでき、音響センサの感度低下を小さくできる。
【００２６】
さらに、この実施態様における前記第２の音響孔が、前記対向電極板において、前記振動電極板の前記可動部分の中心に対向する位置に設けてあれば、第２の電極孔を通して振動電極板の最も振動や撓みの大きな中心を計測することができ、計測精度を向上させることができる。
【００２７】
本発明の音響センサのさらに別な実施態様は、前記第２の音響孔を複数有することを特徴としている。かかる実施態様にあっては、開口面積の大きな第２の音響孔を対向電極板に複数設けているので、第２の音響孔から振動電極板と対向電極板の間に浸入した水をより速やかに蒸発させることができる。また、対向電極板の電極面積もより小さくなり、振動電極板と対向電極板の間の静電力を小さくできる。よって、この実施形態によれば、振動電極板のスティックをより効果的に低減できる。
【００２８】
本発明の音響センサのさらに別な実施態様における前記第１の音響孔は、前記対向電極板において、前記振動電極板の前記可動部分の中央部に対向する領域で、その外側の領域よりも密に配置されていることを特徴としている。かかる実施態様にあっては、振動電極板の可動部分の中央部に対向する領域で、その外側の領域よりも密に第１の音響孔を配置しているので、密集した第１の音響孔から振動電極板と対向電極板の間に浸入した水をより速やかに蒸発させることができる。また、対向電極板の電極面積もより小さくなり、振動電極板と対向電極板の間の静電力を小さくできる。よって、この実施形態によれば、振動電極板のスティックをより効果的に低減できる。
【００２９】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本発明は、本発明の発明概念を逸脱しない限り、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３１】
（実施形態１）
以下、図４〜図９を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。図４は第１の実施形態による音響センサ２１を示す斜視図であり、図５はその分解斜視図である。また、図６は図４のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【００３２】
この音響センサ２１は静電容量型のセンサであり、シリコン基板２２の上面に絶縁被膜２３を介して振動電極板２４を設け、その上に微小ギャップ（空隙）を介して対向電極板２５を設けたものである。
【００３３】
シリコン基板２２には、角柱状の貫通孔２６もしくは角錐台状の凹部が設けられている。図では角柱状の貫通孔２６を示している。シリコン基板２２のサイズは、平面視で１〜１.５ｍｍ角（これよりも小さくすることも可能である。）であり、シリコン基板２２の厚みが４００〜５００μｍ程度である。シリコン基板２２の上面には酸化膜等からなる絶縁被膜２３が形成されている。
【００３４】
振動電極板２４は、膜厚が１μｍ程度のポリシリコン薄膜によって形成されている。振動電極板２４はほぼ矩形状の薄膜であって、その四隅部分には対角方向外側に向けて固定部２７が延出している。振動電極板２４は、貫通孔２６又は凹部の上面開口を覆うようにしてシリコン基板２２の上面に配置され、各固定部２７を絶縁被膜２３の上に固定されている。振動電極板２４のうち貫通孔２６又は凹部の上方で宙空に支持された部分（この実施形態では、固定部２７以外の部分）はダイアフラム２８（可動部分）となっており、音圧に感応して振動する。
【００３５】
対向電極板２５は、窒化膜からなる絶縁性支持層２９の上面に金属製薄膜からなる固定電極３０を設けたものである。対向電極板２５は、振動電極板２４の上に配置され、ダイアフラム２８と対向する領域の外側においては、酸化膜等からなる絶縁被膜３３を介してシリコン基板２２の上面に固定されている。対向電極板２５は、ダイアフラム２８と対向する領域においては３μｍ程度の微小ギャップをあけてダイアフラム２８を覆っている。また、固定電極３０及び支持層２９には、上面から下面に貫通するようにして、音圧（振動）を通過させるための音響孔（アコースティックホール）が穿孔されている。なお、振動電極板２４は、音圧に共鳴して振動するものであるから、１μｍ程度の薄膜となっているが、対向電極板２５は音圧によって励振されない電極であるので、その厚みは例えば２μｍ以上というように厚くなっている。
【００３６】
図７は音響センサ２１を模式的に表した平面図である。対向電極板２５に開口された音響孔は、比較的開口面積の小さな複数個の音響孔３１（第１の音響孔）と、比較的開口面積の大きな１個の音響孔３６（第２の音響孔）とからなり、音響孔３１、３６は等間隔で格子状に配置されている。ダイアフラム２８の幅（図示しないが、円形のダイアフラム２８の場合には直径）をＬとするとき、開口面積の大きな音響孔３６は、対向電極板２５においてダイアフラム２８の中心と対向する位置を中心とする半径ｒ＝Ｌ／４の円形領域ａの内部に納まっている。特に好ましくは、音響孔３６は、対向電極板２５においてダイアフラム２８の中心と対向する位置に設けている。具体的な数値を挙げれば、ダイアフラム２８の幅Ｌが８００μｍ、対向電極板２５の幅Ｗが１０００μｍとなっている。各音響孔３１は直径ｄが１０μｍの円形となっており、音響孔３６は直径Ｄが２０μｍの円形となっており、音響孔３１、３６はｐ＝５０μｍのピッチで配列している。
【００３７】
対向電極板２５の端部には、固定電極３０に導通した電極パッド３２を備えている。また、支持層２９にあけられた開口３４からは固定部２７から延出した延出部２７ａが露出しており、支持層２９の端部上面に設けられた電極パッド３５は、開口３４を通して延出部２７ａに導通している。よって、振動電極板２４と対向電極板２５とは電気的に絶縁されており、振動電極板２４と固定電極３０によってキャパシタを構成している。
【００３８】
しかして、第１の実施形態の音響センサ２１にあっては、表面側から音響振動（空気の疎密波）が到達すると、この音響振動は対向電極板２５の音響孔３１を通過してダイアフラム２８に達し、ダイアフラム２８を振動させる。ダイアフラム２８が振動すると、ダイアフラム２８と対向電極板２５との間のギャップ距離が変化するので、それによってダイアフラム２８と固定電極３０の間の静電容量が変化する。よって、電極パッド３２、３５間に直流電圧を印加しておき、この静電容量の変化を電気的な信号として取り出すようにすれば、音の振動を電気的な信号に変換して検出することができる。
【００３９】
この音響センサ２１にあっては、図７に示すように、音響センサ２１の中央部に他の音響孔３１よりも大きな音響孔３６が位置しているので、画像の認識性が良好となり、アライメント精度が向上する。例えば、この音響センサ２１は、マイクロマシニング（半導体微細加工）技術を用いて製造され、数ｍｍ角の微小構造物であるため、回路基板などに実装する際には、撮像カメラで撮像して画像認識し、チップマウンタなどを用いて自動実装する。このとき、中央部の音響孔３６が他の音響孔３１とサイズが異なっているので、画像認識用の明瞭なマーカーとなり、撮像カメラで撮影した画像の認識性が良好となり、音響センサ２１をチップマウンタで精度良くピックアップできるようになる。
【００４０】
また、音響センサ２１の製造後の検査工程においては、音響孔３６を利用して振動電極板２４のさまざまな検査や計測が行えるようになる。例えば、図８に示すように、音響孔３６を通過させたレーザー光αを振動電極板２４に照射し、振動電極板２４で反射して戻ってきたレーザー光αを受光することで、レーザードップラ測定計などにより、振動電極板２４の振動量や固有周波数などを計測することができる。レーザー光を用いた検査を行うには、音響孔３６の直径Ｄは１０μｍ以上であることが望ましい。音響孔３６の直径Ｄが１０μｍよりも小さいと、レーザー光αが音響孔３６を通過して振動電極板２４に照射されたとしても、反射したレーザー光αが音響孔３６の縁に当たって戻りにくくなるためである。
【００４１】
また、光学式三次元計測計や測長レーザー計を用いれば、音響孔３６を通して対向電極板２５と振動電極板２４との間のギャップ距離を計測することができる。音響センサ２１では、振動電極板２４と対向電極板２５の間のギャップ距離は特性上重要であるが、これらの干渉計を用いれば、振動電極板２４や対向電極板２５の初期撓みなどによるギャップ距離の異常を検知することができる。このような干渉計を用いた検査を行うためには、音響孔３６の直径Ｄは２０μｍ以上であることが望ましい。
【００４２】
振動電極板２４は、ダイアフラム２８の中心を中心とする半径がＬ／４の円形領域ａよりも外側では撓みや振動が小さく、円形領域ａよりも外側では検査精度が得にくい。従って、上記のような検査を行うためには、音響孔３６はダイアフラム２８の中心に対向する点を中心とする半径ｒ＝Ｌ／４の円形領域ａの内側に設けることが望ましい。特に、振動電極板２４はダイアフラム２８の中央部で振動量が最大になることが多いので、振動電極板２４の測定を行う場合には、音響孔３６はダイアフラム２８の中心に対向する位置に設けるのが望ましい。
【００４３】
また、この音響センサ２１によれば、振動電極板２４のスティックを軽減することができる。例えば、音響センサ２１の製造工程における水洗で振動電極板２４と対向電極板２５との間の微小ギャップに水ｗが充満したとしても、その後の乾燥処理では、図９（ａ）に示すように、開口径の大きな音響孔３６では他の音響孔３１よりも素早く乾燥が始まる。そして、乾燥処理時間の経過により、図９（ｂ）に示すように、音響孔３６の部分では水ｗがなくなり、他の音響孔３１でも水ｗの蒸発が進行する。このように最もスティックしやすいダイアフラム２８の中央部で水が速やかに蒸発するので、ダイアフラム２８の中央部における毛細管力が弱くなり、振動電極板２４のスティックが軽減される。
【００４４】
（実施形態２）
図１０は本発明の第２の実施形態による音響センサ４１を模式的に表した平面図である。この音響センサ４１にあっては、対向電極板２５に複数個の音響孔３６を設けている。音響孔３６は音響孔３１と同じピッチで設けてあり、音響孔３６、３１は均等に配列されている。これはエッチングにより音響孔３１及び３６を開口する際に、均等にエッチングを行えるようにするためである。
【００４５】
この音響センサ４１でも、第１の実施形態の場合と同様に、複数個の音響孔３６が画像認識用のマーカーとなり、音響センサ４１の画像認識を高精度で行える。また、これらの音響孔３６を通して、レーザードップラ測定計や光学式三次元計測計、測長レーザー計などを用いて振動電極板２４の計測を行うことができる。特に複数個の音響孔３６が開口されているので、より広い範囲にわたって振動電極板２４の振動状態などの計測を行うことができる。さらに、この音響センサ４１の場合も、第１の実施形態の場合と同様な理由から、各音響孔３６は、ダイアフラム２８の中心に対向する点を中心とする半径ｒ＝Ｌ／４の円形領域ａの内側に設けることが望ましい。なお、円形領域ａの半径ｒ＝Ｌ／４は、ダイアフラム２８の幅Ｌを８００μｍとすれば、２００μｍとなる。
【００４６】
さらに、この音響センサ４１では、第１の実施形態の場合よりも対向電極板２５の開口面積が大きくなるので、図１１に示すように対向電極板２５を空気が通過し易くなる。よって、振動電極板２４が振動するとき、振動電極板２４と対向電極板２５の間の空気が音響孔３６、３１を通じて出入りし易くなる。そのため、振動電極板２４と対向電極板２５の間の空気によって振動電極板２４の振動が抑制されるエアダンピングが起こりにくくなり、音響センサ４１の周波数特性（特に、高周波側における特性）が平坦になり、周波数特性が良好になる。
【００４７】
また、この音響センサ４１によれば、対向電極板２５に複数個の音響孔３６が開口していて対向電極板２５の開口面積が大きくなっているので、第１の実施形態の場合と同様に（図９参照）、振動電極板２４のスティックが軽減する。すなわち、音響センサ４１の製造工程における水洗で濡れても、振動電極板２４と対向電極板２５の間に溜まった水は音響孔３６から速やかに蒸発するので、ダイアフラム２８の中央部が速やかに乾燥して毛細管力が小さくなり、振動電極板２４のスティックが軽減される。さらに、この音響センサ４１の場合には、複数個の音響孔３６をダイアフラム２８の中央部に対向させて設けているので、図１２に示すように、振動電極板２４の変位（撓み）の大きな中央部で対向電極板２５の電極面積を減らすことができる。その結果、ダイアフラム２８の中央部と対向電極板２５との間に働く静電引力が小さくなり、より一層スティックを軽減できると共にPull-in電圧を下げることができる。
【００４８】
（実施形態３）
図１３は本発明の第３の実施形態による音響センサ５１を模式的に表した平面図である。この音響センサ５１にあっては、対向電極板２５において、ダイアフラム２８の中心と対向する位置に開口径の大きな音響孔３６を設けている。また、対向電極板２５において、ダイアフラム２８の中心と対向する点を中心とする円形領域ａ内には、円形領域ａ外における音響孔３１と同じ開口径で、かつ、円形領域ａ外における音響孔３１のピッチよりも小さなピッチで、音響孔３１を密に設けている。この円形領域ａの半径ｒは、第１の実施形態の場合と同様な理由から、ｒ＝Ｌ／４とすることが望ましい。例えば、円形領域ａの外側では第１の実施形態の場合と同様に音響孔３１のピッチを５０μｍとしているとすると、円形領域ａの内部では、音響孔３１のピッチは２５μｍとなっている。
【００４９】
この音響センサ５１でも、第１の実施形態の場合と同様に、音響孔３６が画像認識用のマーカーとなり、音響センサ５１の画像認識を高精度で行える。また、この音響孔３６を通して、レーザードップラ測定計や光学式三次元計測計、測長レーザー計などを用いて振動電極板２４の計測を行うことができる。
【００５０】
さらに、この音響センサ５１では、第２の実施形態の場合と同様に、対向電極板２５の開口面積が大きくなるので、対向電極板２５を空気が通過し易くなる。よって、振動電極板２４の振動が空気によってダンピングされにくくなり、音響センサ５１の周波数特性（特に、高周波側における特性）が平坦になり、周波数特性が良好になる。
【００５１】
また、この音響センサ５１によれば、対向電極板２５のダイアフラム２８中央部に対向する領域に、開口径の大きな音響孔３６と密に配置された音響孔３１を設けて対向電極板２５の開口面積を大きくしているので、第１の実施形態の場合と同様に（図９参照）、振動電極板２４のスティックが軽減する。すなわち、音響センサ５１の製造工程における水洗で濡れても、振動電極板２４と対向電極板２５の間に溜まった水は音響孔３６及び中央部の音響孔３１から速やかに蒸発するので、ダイアフラム２８の中央部が速やかに乾燥して毛細管力が小さくなり、振動電極板２４のスティックが軽減される。さらに、この音響センサ５１の場合にも、音響孔３６と密に配置された音響孔３１をダイアフラム２８の中央部に対向させて設けているので、振動電極板２４の変位（撓み）の大きな中央部で対向電極板２５の電極面積を減らすことができる。その結果、ダイアフラム２８の中央部と対向電極板２５との間に働く静電引力が小さくなり、より一層スティックを軽減できると共にPull-in電圧を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、従来の音響センサの構造を模式的に表わした平面図である。
【図２】図２は、従来の音響センサにおいて、振動電極板が対向電極板にスティックした様子を示す概略断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、従来の音響センサにおいてスティックが発生する原因を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態による音響センサを示す斜視図である。
【図５】図５は、第１の実施形態による音響センサの分解斜視図である。
【図６】図６は、図４のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図７】図７は、第１の実施形態による音響センサを模式的に表した平面図である。
【図８】図８は、第１の実施形態の音響センサを検査している様子を説明する概略断面図である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第１の実施形態の音響センサで振動電極板のスティックを軽減できる理由を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態による音響センサを模式的に表した平面図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態の音響センサで振動電極板のエアダンピングを軽減できる理由を説明する図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態の音響センサでPull-in電圧を低減できる理由を説明する図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施形態による音響センサ５１を模式的に表した平面図である。
【符号の説明】
【００５３】
２１ 音響センサ
２２ シリコン基板
２４ 振動電極板
２５ 対向電極板
２８ ダイアフラム
３０ 固定電極
３１ 音響孔
３６ 音響孔
４１ 音響センサ
５１ 音響センサ
ｗ 水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に固定され、複数の音響孔を開口された対向電極板と、
前記基板と前記対向電極板との間で、前記対向電極板と空隙をあけて設けられた、音圧に感応する振動電極板と、
を有する音響センサにおいて、
前記音響孔は、複数の第１の音響孔と、前記第１の音響孔よりも開口面積の大きな第２の音響孔とからなり、
前記第２の音響孔は、前記対向電極板において、前記振動電極板の可動部分の中央部に対向する領域に配置されていることを特徴とする音響センサ。
【請求項２】
前記振動電極板の前記可動部分の幅をＬとするとき、
前記第２の音響孔は、前記対向電極板において、前記可動部分の中心に対向する位置を中心とする半径がＬ／４の円形の領域の内部に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
【請求項３】
前記第２の音響孔を唯一つ有することを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
【請求項４】
前記第２の音響孔は、前記対向電極板において、前記振動電極板の前記可動部分の中心に対向する位置に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の音響センサ。
【請求項５】
前記第２の音響孔を複数有することを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
【請求項６】
前記第１の音響孔は、前記対向電極板において、前記振動電極板の前記可動部分の中央部に対向する領域で、その外側の領域よりも密に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に固定され、複数の音響孔を開口された対向電極板と、
前記基板と前記対向電極板との間で、前記対向電極板と空隙をあけて設けられた、音圧に感応する振動電極板と、
を有する音響センサにおいて、
前記音響孔は、複数の第１の音響孔と、前記第１の音響孔よりも開口面積の大きな第２の音響孔とからなり、
前記第２の音響孔は、前記対向電極板において、前記振動電極板の可動部分の中央部に対向する領域に配置されていることを特徴とする音響センサ。
【請求項２】
前記振動電極板の前記可動部分の幅をＬとするとき、
前記第２の音響孔は、前記対向電極板において、前記可動部分の中心に対向する位置を中心とする半径がＬ／４の円形の領域の内部に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
【請求項３】
前記第２の音響孔を唯一つ有することを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
【請求項４】
前記第２の音響孔は、前記対向電極板において、前記振動電極板の前記可動部分の中心に対向する位置に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の音響センサ。
【請求項５】
前記第２の音響孔を複数有することを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
【請求項６】
前記第１の音響孔は、前記対向電極板において、前記振動電極板の前記可動部分の中央部に対向する領域で、その外側の領域よりも密に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−３０１４３４（Ｐ２００８−３０１４３４Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４８４７６（Ｐ２００７−１４８４７６）
【出願日】平成１９年６月４日（２００７．６．４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月４日（２００７．６．４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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