JP4809912B2 - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、振動膜電極及び固定電極で構成されるコンデンサの静電容量の変化を電気信号に変換するコンデンサマイクロホンに関する。

従来、携帯端末と、イヤホン或いはスピーカとの間で音声信号を伝達する際、携帯端末と、イヤホン或いはスピーカとをコードで接続する方法が広く利用されている。この種の方法により作製されたイヤホンセット或いはスピーカセットにおいては、コードの一端にイヤホン或いはスピーカが接続され、コードの他端に携帯端末が有するジャックに挿入するプラグが接続される。このようなイヤホンセット或いはスピーカセットに関する技術として、下記に出典を示す特許文献１に記載の技術がある。

特許文献１に記載の技術は、コードの一端にイヤホンが接続され、コードの他端にプラグが接続されたヘッドセットに関するものである。当該ヘッドセットにあっては、イヤホンとプラグとの間にスイッチが備えられる。

米国特許出願公開第２００８／０１６６００３号明細書

特許文献１に記載のヘッドセットは、上述のようにイヤホンとプラグとの間にスイッチが備えられ、イヤホンを構成するマイクロホンと別体の基板にスイッチ機構（例えばスイッチボタン）が設けられる。このため、スイッチ機構を設ける基板が必要となるので、スイッチ機構のサイズが大きくなり携帯性の面で問題となっていた。また、スイッチ機構を例えば衣服や鞄等に引っ掛けるために、当該スイッチ機構にクリップ等を設ける場合には、更にスイッチ機構のサイズが大きくなっていた。また、マイクロホンにもクリップ等を設ける場合には、マイクロホンとスイッチ機構との夫々にクリップ等を設けるためコストアップの要因となっていた。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、携帯性に優れ、低コストで実現可能なコンデンサマイクロホンを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るコンデンサマイクロホンの特徴構成は、筒状筐体の内部に、振動膜電極及び固定電極で構成されるコンデンサと、前記筒状筐体の一方の開口部に配設され、前記振動膜電極の振動により生じた前記コンデンサの静電容量の変化を電気信号に変換して出力する変換回路を有する信号処理基板と、前記コンデンサと前記信号処理基板との間に設けられ、前記コンデンサと前記信号処理基板とを電気的に導通させるゲートリングと、前記筒状筐体の他方の開口部に配設され、前記変換回路の動作を制御するスイッチを有するスイッチ基板と、前記スイッチ基板と前記信号処理基板との間に設けられ、前記スイッチの操作に応じたスイッチ信号を前記信号処理基板に伝達するドレインリングと、を備える点にある。

このような特徴構成とすれば、ドレインリングを用いてスイッチ操作に係るスイッチ信号を信号処理基板に好適に伝達することが可能となる。したがって、コンデンサマイクロホンを所定の筐体にパッケージングした後であっても、スイッチで動作状態を制御することができる。また、本特徴構成とすれば、コンデンサマイクロホンとスイッチとをワンパッケージで構成できるので、携帯性に優れたコンデンサマイクロホンを実現することが可能となる。更に、ワンパッケージで構成されているので筐体部分を共用でき、またクリップを備える場合には当該クリップも共用できるので低コストでコンデンサマイクロホンを実現することが可能となる。

また、前記ゲートリングの外径が前記ドレインリングの内径よりも小さく形成されてあると好適である。

このような構成とすれば、ゲートリングとドレインリングとを筒状の２層構造とすることができる。したがって、信号処理基板とスイッチ、及びコンデンサと信号処理基板とを夫々コンパクトに電気接続を行うことが可能となる。したがって、携帯性に優れたコンデンサマイクロホンを実現することが可能となる。

また、前記振動膜電極に与えられる振動を取り込む音孔が、前記スイッチ基板に形成されてあると好適である。

このような構成とすれば、振動膜電極に対して好適に音声に係る振動を伝達することが可能となる。したがって、振動膜電極を好適に集音することが可能となる。

また、前記振動膜電極に与えられる振動を取り込む音孔が、前記信号処理基板に形成されてあると好適である。

このような構成とすれば、音孔を目立たない部分に形成することができる。したがって、音孔によりデザインを損なうことを防止できる。また、特にスイッチ基板及び信号処理基板の夫々の双方に音孔を用いた場合には、リバーシブルで用いることも可能となる。

コンデンサマイクロホンの外形を示す図である。 コンデンサマイクロホンの展開図である。 図１のIII−III線断面図である。 コンデンサマイクロホンのアセンブリ状態を示す図である。 その他の実施形態に係る電極を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本コンデンサマイクロホン１００は、詳細は後述するが、当該コンデンサマイクロホン１００を動作可能に制御するスイッチ１０を備えた上でコンパクトに構成される。図１（ａ）は本実施形態に係るコンデンサマイクロホン１００の表面の斜視図であり、図１（ｂ）はコンデンサマイクロホン１００の裏面の斜視図である。

図１に示されるように、コンデンサマイクロホン１００は周囲を筒状のカプセル１８で覆われて形成される。当該筒状のカプセル１８の一方の開口側にスイッチ基板１１が配設され（図１（ａ）参照）、他方の開口側に信号処理基板１７が配設される（図１（ｂ）参照）。信号処理基板１７にはスルーホール６１ａ、６１ｂが形成され、当該スルーホール６１ａ、６１ｂを貫通して一対のピンコネクタ２０ａ、２０ｂが配設される。

スイッチ基板１１には、詳細は後述するが、コンデンサマイクロホン１００の動作を制御するスイッチ１０が当該スイッチ基板１１と所定の隙間を有して備えられる。なお、このスイッチ１０は図１（ａ）においては配線パターンのみ示され、実際には配線パターンの鉛直上方にスイッチボタン３０（後述する）を配設して構成される。また、信号処理基板１７には、図１（ｂ）に示されるように音孔８１（後述する）が備えられる。

一対のピンコネクタ２０ａ、２０ｂは、一方がコンデンサマイクロホン１００の入出力端子となり、他方がＧＮＤ端子となる。コンデンサマイクロホン１００が所謂マイクのように集音した音声を外部に接続される端末に音声信号として出力する形態の場合には、一対のピンコネクタ２０ａ、２０ｂの一方が出力端子となり、他方がＧＮＤ端子となる。一方、コンデンサマイクロホン１００が所謂イヤホンのように外部に接続される端末から音声信号が伝達される形態の場合には、一対のピンコネクタ２０ａ、２０ｂの一方が入力端子となり、他方がＧＮＤ端子となる。このような一対のピンコネクタ２０ａ、２０ｂは、外部の端末に接続する接続端子として用いられる。なお、以降の説明では、コンデンサマイクロホン１００は外部からの音声を集音するマイクの機能を有するものとして説明する。

図２はコンデンサマイクロホン１００の部分展開図である。また、図３は、図１に示されるコンデンサマイクロホン１００のIII−III線断面図である。以下の説明においては、図２及び図３を適宜参照して説明する。コンデンサマイクロホン１００は、スイッチ１０、スイッチ基板１１、振動板１２、スペーサ１３、背電極１４、ゲートリング１５、ドレインリング１６、信号処理基板１７、カプセル１８の各部材から構成される。これらの各部材は同芯筒状で組み付けられ、筒状筐体としてのカプセル１８の内部に備えられる。

振動板１２は中央部分の振動部１２ａと、当該振動部１２ａの周囲を囲む保持部１２ｂとを有する円板形状からなる。本実施形態では、振動部１２ａはエレクトレット膜により構成される。エレクトレット膜は、導電率の低い材料（例えば、高分子材料やシリコン酸化膜等）を加熱溶融して直流電圧を印加しながら電極間で固化させ、その後電極を取り除いて形成される。このように形成されるエレクトレット膜は電極に接していた面が正又は負に帯電するが、半永久的に分極状態が保持される。

保持部１２ｂはこのような振動部１２ａのエレクトレット膜の分極状態を維持することが可能なように絶縁材料で形成される。このような構成からなる振動板１２は、空中を伝播する音（音声）により振動部１２ａが振動され集音することが可能となる。なお、振動板１２は本願発明の振動膜電極に相当する。また、背電極１４は、導電性材料からなる円板形状で形成される。また、背電極１４には当該背電極１４を貫通する複数の孔１４ａが形成される。背電極１４は、振動板１２と異なり空中を伝播する音により振動されることはなく筒状筐体内に固定される。この背電極１４は本願発明の固定電極に相当する。

また、背電極１４と振動板１２との間には、背電極１４と保持部１２ｂとを電気的に絶縁するために絶縁材料からなる環状のスペーサ１３が配設される。このため、背電極１４と振動板１２の振動部１２ａとの間の空間２５には、誘電体層（空気層）が形成される（図３参照）。したがって、背電極１４及び振動板１２とでコンデンサが構成される。

信号処理基板１７は、筒状筐体の一方の開口側に配設され、振動板１２の振動により生じたコンデンサの静電容量の変化を電気信号に変換して出力する変換回路を有する。上述するように本コンデンサマイクロホン１００は、筒状筐体の内部に組み付けられる。このため、筒状筐体は対向する２つの開口を有する。信号処理基板１７は、その筒状筐体が有する開口の一方に配設される。この開口は、図２及び図３に示されるように背電極１４に近い側の開口であると好適である。後述するように、背電極１４からの電気信号を信号処理基板１７に伝達するためである。また、変換回路はＦＥＴ（Field effect transistor）、抵抗器、コンデンサ等を用いて構成されるが、周知技術であるため説明は省略する。

ここで、上述のように背電極１４と振動板１２とでコンデンサが形成される。また、振動板１２（振動部１２ａ）は空中を伝播する音により振動される。したがって、振動部１２ａが音により振動されることにより、コンデンサの静電容量が変化する。即ち、コンデンサマイクロホン１００により集音された音に応じてコンデンサの静電容量が変化する。この静電容量は、後述するゲートリング１５を介して背電極１４から信号処理基板１７に備えられる変換回路に伝達される。変換回路はコンデンサから伝達される静電容量（静電容量の変化）を電気信号に変換する。

ゲートリング１５は、コンデンサと信号処理基板１７との間に設けられ、コンデンサと信号処理基板１７とを電気的に導通させる。コンデンサとは上述の背電極１４と振動板１２とにより形成されるコンデンサである。したがって、図２及び図３に示されるように、ゲートリング１５は、背電極１４と信号処理基板１７との間に設けられる。また、ゲートリング１５は、導電材料からなる円環状で形成される。このため、背電極１４から信号処理基板１７に静電容量の変化を伝達することが可能となる。

スイッチ基板１１は、筒状筐体の他方の開口側に配設され、変換回路の動作を制御するスイッチ１０を有する。上述するように本コンデンサマイクロホン１００は、筒状筐体の内部に組み付けられ、その筒状筐体の開口の一方に信号処理基板１７が配設される。スイッチ基板１１は、その筒状筐体が有する開口の他方、即ち、信号処理基板１７が配設される開口側に対向する開口側に配設される。したがって、このスイッチ基板１１が配設される側の開口は、図２及び図３に示されるように振動板１２に近い側の開口が相当する。後述するように、スイッチ１０に備えられるスイッチボタン３０を押下し易くするためである。

スイッチ１０は、単極の開閉スイッチとして機能するようパターンニングされる。図示しないスイッチボタン３０を押下することにより開閉スイッチが閉状態とされ、再度押下することにより開閉スイッチが開状態とされる。この閉状態は変換回路が動作可能となるように制御し、開状態は変換回路が動作停止となるように制御する。したがって、ユーザはスイッチボタン３０を押下することにより所望の動作を行わせることが可能となる。もちろん、ユーザが押下している間のみ閉状態となる開閉スイッチを用いることも当然に可能である。なお、このスイッチ１０は、図示はしないが、上述のスイッチ基板１１と電気的に接続されて配設される。即ち、上述の単極の開閉スイッチとしてのパターンニングに対応した端子が、スイッチ基板１１に接続される。したがって、スイッチ基板１１側でスイッチ１０の閉状態及び開状態の別を特定することが可能となる。

ドレインリング１６は、スイッチ基板１１と信号処理基板１７との間に設けられ、スイッチ１０（スイッチボタン３０）の操作に応じたスイッチ信号を信号処理基板１７に伝達する。ここで、上述のように、スイッチボタン３０はユーザにより押下される。この際、スイッチ１０の開閉状態に応じたスイッチ信号が出力される。例えば、閉状態であれば変換回路が動作可能となるスイッチ信号が出力され、開状態であれば変換回路が動作停止となるスイッチ信号が出力される。ドレインリング１６は、導電材料からなる円環状で形成され、信号処理基板１７とスイッチ基板１１とで挟んで配設される。したがって、スイッチ基板１１から信号処理基板１７に好適にスイッチ信号を伝達することが可能となる。

ここで、ゲートリング１５とドレインリング１６とは筒状で形成され、ゲートリング１５の外径はドレインリング１６の内径よりも小さく形成される。上述のように、図２に示されるコンデンサマイクロホン１００を構成する各部材は、同芯筒状に形成される。したがって、ゲートリング１５とドレインリング１６とにおいても、同芯の筒状で形成される。また、図２及び図３に示されるようにドレインリング１６の中心部分（ドレインリング１６が形成する筒の中心部分）にゲートリング１５が内包可能に夫々の内径及び外径が設定される。なお、ドレインリング１６の内周部には、ゲートリング１５及びドレインリング１６を相互に絶縁するために絶縁材料１６ａを有して形成される。

カプセル１８は、絶縁材料からなる円環状で形成される。このカプセル１８は、上述のスイッチ１０、スイッチ基板１１、振動板１２、スペーサ１３、背電極１４、ゲートリング１５、ドレインリング１６、信号処理基板１７を構成する筒状の最外周を覆うように備えられる。したがって、カプセル１８により上述の各部材を電気的及び機械的に保護することが可能となる。

本発明に係るコンデンサマイクロホン１００は、上述のように構成される。以下においては、コンデンサマイクロホン１００にスイッチボタン３０を付設した形態に関して説明する。図４はコンデンサマイクロホン１００にスイッチボタン３０を付設したコンデンサマイクロホンユニット２００の断面図である。コンデンサマイクロホン１００は、メイン基板６０に設けられる一対の孔に一対のピンコネクタ２０ａ、２０ｂを挿入して支持される。また、スイッチ１０の上面にはスイッチボタン３０が備えられる。そして、コンデンサマイクロホン１００をスイッチボタン３０及びメイン基板６０と共に内包するように例えば樹脂製のカバー部材７０で側面が覆われる。このため、コンデンサマイクロホン１００、スイッチボタン３０、メイン基板６０、カバー部材７０とで空間９０が形成される。

カバー部材７０には、側面に上述の空間９０と外部とを連通する開口７１が設けられる。この開口７１は所定の内径からなる孔で音による振動を取り込む窓となる。また、メイン基板６０にも開口６２を設けても良い。このようにメイン基板６０に開口６２を設けることにより音による振動を取り込む指向性を低減することが可能となる。

また、振動板１２に与えられる振動を取り込む音孔８０が、スイッチ基板１１に形成されると好適である。音孔８０は、少なくとも振動板１２の振動部１２ａの鉛直上方に形成すると好適である。このような位置に音孔８０を形成することにより、好適に振動を振動板１２に伝達することができる。空中を伝播してきた音声（振動）は、図４に示される破線Ａに沿って振動板１２に到達する。即ち、開口７１（或いは開口６２）、空間９０、スイッチ１０とスイッチ基板１１との間の連通孔９１、音孔８０を介して振動板１２に伝達される。したがって、伝達される音声により振動部１２ａが振動され、コンデンサマイクロホン１００は好適に静電容量の変化を検出することが可能となる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、スイッチ基板１１に形成される音孔８０が、少なくとも振動板１２の振動部１２ａの鉛直上方に形成すると好適であるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。振動板１２の振動部１２ａの鉛直上方以外の部位に音孔８０を形成することも当然に可能である。

また、図４に示されるように、振動板１２に与えられる振動を取り込む音孔８１が、信号処理基板１７に形成される構成とすることも当然に可能である。空中を伝播してきた音声（振動）は、図４に示される破線Ｂに沿って振動板１２に到達する。即ち、開口６２、音孔８１、背電極１４に形成された孔１４ａを介して振動板１２に伝達される。このような構成とすることにより、好適に集音することが可能となる。また、開口７１を設けずに開口６２のみ設けて構成することにより、開口６２を目立たなくすることができる。したがって、製品のデザインを損ねることがなくなる。

上記実施形態では、ピンコネクタ２０ａ、２０ｂの一方が出力端子であり、他方がＧＮＤ端子であるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。ピンコネクタ２０ａ、２０ｂを用いずに、図５のように面実装タイプの電極（ランド２０ｃ、２０ｄ）とすることも当然に可能である。

上記実施形態では、コンデンサマイクロホン１００は、マイクの機能を有するものでるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。イヤホンの機能を有するものに適用することも当然に可能である。

上記実施形態では、振動部１２ａにエレクトレット膜が形成されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、所謂バックエレクトレットタイプのように、背電極１４にラミネートされたフィルムにエレクトレット膜を形成（エレクトレットチャージ）する構成とすることも当然に可能である。

本発明は、振動膜電極及び固定電極で構成されるコンデンサの静電容量の変化を電気信号に変換するコンデンサマイクロホンに利用可能である。

１０：スイッチ
１１：スイッチ基板
１２：振動板（振動膜電極）
１２ａ：振動部
１２ｂ：保持部
１３：スペーサ
１４：背電極（固定電極）
１４ａ：孔
１５：ゲートリング
１６：ドレインリング
１６ａ：絶縁材料
１７：信号処理基板
１８：カプセル
２０ａ：ピンコネクタ
２０ｂ：ピンコネクタ
８０：音孔
８１：音孔
１００：コンデンサマイクロホン

Claims (4)

1. 筒状筐体の内部に、
   振動膜電極及び固定電極で構成されるコンデンサと、
   前記筒状筐体の一方の開口側に配設され、前記振動膜電極の振動により生じた前記コンデンサの静電容量の変化を電気信号に変換して出力する変換回路を有する信号処理基板と、
   前記コンデンサと前記信号処理基板との間に設けられ、前記コンデンサと前記信号処理基板とを電気的に導通させるゲートリングと、
   前記筒状筐体の他方の開口側に配設され、前記変換回路の動作を制御するスイッチを有するスイッチ基板と、
   前記スイッチ基板と前記信号処理基板との間に設けられ、前記スイッチの操作に応じたスイッチ信号を前記信号処理基板に伝達するドレインリングと、
   を備えるコンデンサマイクロホン。
2. 前記ゲートリングの外径が前記ドレインリングの内径よりも小さく形成されてある請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
3. 前記振動膜電極に与えられる振動を取り込む音孔が、前記スイッチ基板に形成されてある請求項１又は２に記載のコンデンサマイクロホン。
4. 前記振動膜電極に与えられる振動を取り込む音孔が、前記信号処理基板に形成されてある請求項１から３のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。

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