JP3543101B2 - Optical microphone - Google Patents

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【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光マイクロホンに関し、特に、レーザ光線が音波と接触することにより発生する回折波ないしは偏向波を利用した光マイクロホンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
音波および超音波の検出もしくは測定には、電磁型マイクロホン，静電型マイクロホン，圧電素子などのように、電気機械的な原理に基づくものが良く知られている。これらのマイクロホン類は、危険な場所や高電磁界環境下、あるいは、防爆地域などへ適用することが困難であつた。また、この種のマイクロホンは、固定された物体を集音場所に設置しなければならないので、音場を乱したり、設置条件に制約を受けることも多い。
【０００３】
さらに、この種のマイクロホンは、機械的振動部分を有しているので、多数回の繰り返し使用で、その特性が変化したり、あるいは、非常に強力な音波が入力すると、振動部分が破壊する恐れもあった。
ところで、このような従来の電気機械的なマイクロホンの欠点を解消するための手段として、例えば、平成６年度の応用物理学会九州支部講演会の講演予稿集（1993年10月発行）には、レーザ光線が音波と接触した際に発生する回折波ないしは偏向波を利用することで、音波を検出しようとする光マイクロホンの可能性が示唆されている。
【０００４】
この講演予稿集に開示されている実験内容は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源部から発射されたレーザ光線に、スピーカを介して音波を接触させ、発生した回折波ないしは偏向波の信号をホトダイオードで検出し、検出された信号の処理には、トラッキングスコープないしはロックインアンプが使用されている。
この実験は、音波の最小検出レベルを確認するために行なわれたものであって、音波としては、人間の単一音声やコロナ放電音も実施したことが記載されている。しかしながら、この講演予稿集に開示されている内容で実用的な光マイクロホンを構成する際には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、前述した予稿集に開示されている実験装置では、発生する回折波ないしは偏向波が非常に微弱なものであって、ノイズの中に隠れて検出が非常に困難であるとの認識に基づいており、そのため、こういう場合の常套手段であるロックインアンプを使用して信号の検出を行なっている。また、同様な認識からスペクトラムアナライザを使用して、微弱信号の確認を行なっていた。
【０００６】
ところが、このようなロックインアンプを使用すると、音波発生源からの参照波を入力しなければならないが、自然発生波のように参照波を採ることができない場合もあり、その構成をそのまま光マイクロホンとして採用することはできなかった。
本発明者らは、上述した実験を繰り返すことにより、レーザ光線が音波と接触することによって発生する回折波ないしは偏向波には、相互に位相が反転している２つの成分が存在しており、これらをそのまま受光，検出すると検出信号が非常に微弱になることを知得し、この知得に基づいて本発明を完成したものであって、その目的とするところは、実用的な光マイクロホンを提供することにある。
【０００７】
また、別の目的として、多種，多様の指向性を簡単に持たせることができる光マイクロホンを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、所定波長のレーザ光線を発射するレーザ光源部と、前記レーザ光線を所定の幅にビーム整形する出射系光学部品と、前記出射系光学部品から出射され、空中伝播路の空気中を伝播した前記レーザ光線を受光する受光系光学部品と、前記出射系光学部品から出射されたレーザ光線から、当該レーザ光線が空気中を伝播する際に、音波または超音波と接触することで発生する回折波ないしは偏向波を検出して電気信号に変換する光電変換素子とを備え、前記光電変換素子は、前記回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分のうち、いずれか一方のみを受光するように設置したことを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、所定波長のレーザ光線を発射するレーザ光源部と、前記レーザ光線を所定の幅にビーム整形する出射系光学部品と、前記出射系光学部品から出射され、空中伝播路の空気中を伝播した前記レーザ光線を受光する受光系光学部品と、前記出射系光学部品から出射されたレーザ光線から、当該レーザ光線が空気中を伝播する際に、音波または超音波と接触することで発生する回折波ないしは偏向波を検出して電気信号に変換する光電変換素子とを備え、前記光電変換素子は、前記回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分を個別に受光する一対から構成され、いずれか一方の光電変換素子の出力信号の位相を逆位相に変換して、他方の光電変換素子の出力信号に合成することを特徴とする。
また、請求項３に係る発明では、前記出射系光学部品と前記受光系光学部品との間の前記レーザ光線の空中伝播路は、複数の反射鏡を設置して、一端が開放された周回する２次元平面状に形成される。
また、請求項４に係る発明では、前記出射系光学部品と前記受光系光学部品との間の前記レーザ光線の空中伝播路は、複数の反射鏡を設置して、閉塞された周回する２次元平面状に形成される。
さらに、請求項５に係る発明では、前記出射系光学部品と前記受光系光学部品との間の前記レーザ光線の空中伝播路は、複数の反射鏡を設置して、３次元空間状に形成される。
【０００９】
【作用】上記請求項１の発明の光マイクロホンによれば、光電変換素子は、レーザ光源部から発射されて、出射系光学部品でビーム整形されたレーザ光線が空気中を伝播する際に、音波（超音波）と接触することで発生する回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分のうち、いずれか一方のみを受光するように設置されるので、検出信号の微弱化が回避される。
また、請求項２の発明によれば、光電変換素子は、レーザ光源部から発射されて、出射系光学部品でビーム整形されたレーザ光線が空気中を伝播する際に、音波（超音波）と接触することで発生する回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分を個別に受光する一対から構成され、いずれか一方の光電変換素子の出力信号の位相を逆位相に変換して、他方の光電変換素子の出力信号に合成するので、検出信号の出力が大きくなる。
さらに、請求項３の構成によれば、出射系光学部品と受光系光学部品との間のレーザ光線の空中伝播路は、複数の反射鏡を設置して、一端が開放された周回する２次元平面状に形成されているので、開放された方向の音波（超音波）のみを集音したりすることができる。
また、請求項４の構成によれば、出射系光学部品と受光系光学部品との間のレーザ光線の空中伝播路は、複数の反射鏡を設置して、閉塞された周回する２次元平面状に形成されているので、内部の音波（超音波）のみを集音したりすることができる。
またさらに、請求項５の構成によれば、出射系光学部品と受光系光学部品との間の前記レーザ光線の空中伝播路は、複数の反射鏡を設置して、３次元空間状に形成されているので、３次元空間全体を集音領域としたりすることが可能になる。
【００１０】
【実施例】
以下本発明の好適な実施例について添附図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明にかかる光マイクロホンの原理構成を示すブロック図である。同図に示す光マイクロホンは、レーザ光源部１と、出射系光学部品２と、受光系光学部品３と、光電変換素子４とを有しており、出射系光学部品２と受光系光学部品３との間がレーザ光線Ｌの空中伝播路５（以下、単に伝播路と略記する。）となっていて、この伝播路５の空気中で、レーザ光線Ｌに音波または超音波が接触させられる。
【００１１】また、光電変換素子４で電気信号に変換された出力信号は、信号処理部６に入力されて、必要な信号処理が施され、その後、解析機器やスピーカなどに送出される。本発明の光マイクロホンで使用できるレーザ光線Ｌは、可視領域から赤外領域まで広範囲のものが使用でき、任意波長のレーザ光線Ｌを用途に合わせて選択する。
【００１２】
レーザ光源部１から発射されたレーザ光線Ｌは、出射系光学部品２にビーム整形されて、伝播路５に放出される。このときのレーザ光線Ｌのビーム径は、空間を伝播させる条件を考慮すると、伝播路５の長さによっても異なるが、例えば、直径が数ｍｍから数十ｍｍ程度の範囲が望ましい。
出射系光学部品２から出射されたレーザ光線Ｌが、伝播路５中で音波または超音波と接触すると、その場所で回折波が発生する。この場合、レーザ光線Ｌのビーム径に対して、音波（超音波）の波長が非常に長い場合には、この回折波は、偏向波と呼ばれる状態に変化する。この回折波ないしは偏向波の周波数は、レーザ光線Ｌに比べて被測定波動の周波数分だけドップラーシフトしている。
【００１３】
本発明では、この回折波ないしは偏向波を検出することにより音波（超音波）の情報を得るものである。発生した回折波ないしは偏向波は、レーザ光線Ｌとともに伝播し、受光系光学部品３に受光されて、その後光電変換素子４により電気信号に変換される。
図２は、本発明のより具体的な構成例であって、同図に示す光マイクロホンの具体例では、出射系光学部品２は、２つのレンズ２１，２２から構成されている。また、受光系光学部品３は、３のレンズ３１，３２，３３から構成されている。さらに、光電変換素子４は、光ダイオード４１で構成されている。これらの各構成部品は、レーザ光源部１から発射されるレーザ光線Ｌと光軸がほぼ一致するように直線上に配置されている。
【００１４】
レーザ光源部１から発射されたレーザ光線Ｌは、レンズ２１，２２により集光，拡散されて所定径のビームに整形され、受光系光学部品３のレンズ３１に入射する。この実施例の受光系光学部品３は、フーリエ光学系を構成していて、この光学部品３を通過したレーザ光線Ｌは、フーリエ変換されて光ダイオード４１に入射する。
【００１５】
すなわち、受光系光学部品３の第１番目のレンズ３１によりレーザ光線Ｌがフーリエ変換され、それ以後のレンズ３２，３３によりビームサイズが光ダイオード４１の受光面積よりも十分大きくなるように調整される。回折波ないしは偏向波は、レーザ光線Ｌの透過ビームの中心軸を対称軸としてレッドシフト波とブルーシフト波とが左右に１個ずつ存在し、両者がお互いに位相が反転しており、両者を光ダイオード４１で取り込むと、相殺されて非常に微弱な出力しか得られない。
【００１６】
そこで、本実施例では、いずれか一方の成分のみを取り込むように、透過ビームの中心軸からオフセットした位置に光ダイオード４１を設置している。回折波ないしは偏向波の成分を抽出するには、例えば、光ダイオード４１で透過レーザ光線を局部成分として、ホモダイン検波すると、被測定波動の周波数で振動する電気信号が得られる。
【００１７】
さて、以上のように構成された光マイクロホンによれば、出射系光学部品２でビーム整形されたレーザ光線ｌが空気中を伝播する際に、音波（超音波）と接触することで発生する回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分のうち、いずれか一方のみを受光するように光ダイオード４１が設置されるので、検出信号の微弱化が回避され、実用的な光マイクロホンとすることが可能になる。
【００１８】
図３は、本発明にかかる光マイクロホンの第２実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同符号を付してその詳細な説明を省略し、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示した光マイクロホンでは、光電変換素子４として光ダイオード４１，４２を２個使用している。一方の光ダイオード４１は、上記実施例と同じ位置に設置され、回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分のうちの一方を検出する。
【００１９】
他方の光ダイオード４２は、透過ビームの中心軸から逆の方向にオフセットした位置にあって、他方の成分のみを検出するようになっており、この光ダイオード４２には、検出した信号を１８０°位相転換する位相変換器４３が接続されていて、位相変換された出力信号が光ダイオード４１の出力信号と合成されるようになっている。
【００２０】
このように構成された光マイクロホンによれば、光電変換素子４は、回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分を個別に受光する一対の光ダイオード４１，４２から構成され、一方の光ダイオード４２の出力信号の位相を逆位相に位相変換器４２で変換して、他方の光ダイオード４１の出力信号と合成するので、検出信号の出力が大きくなる。
【００２１】
図４は、本発明にかかる光マイクロホンの第３実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同符号を付してその詳細な説明を省略し、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示した光マイクロホンでは、レーザ光線Ｌの伝播路５に、一対の反射鏡７，７を、レーザ光線Ｌに対して４５°の角度で設置し、レーザ光源部１および出射系光学部品２と、受光系光学部品３および光電変換素子４とが、平行に設置できるように構成されている。
【００２２】
このように構成すると、上記実施例の作用効果に加えて、全長が短くなるので、マイクロホンヘッド８の外形形状を大きくすることなく、コンパクトに収納することができる。
図５は、本発明にかかる光マイクロホンの第４実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同符号を付してその詳細な説明を省略し、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示した光マイクロホンでは、出射系光学部品２と受光系光学部品３との間のレーザ光線Ｌの伝播路５ａは、複数の反射鏡７a1〜７a8をレーザ光線Ｌに対して所要の角度で設置して、一端が開放された周回する多角形の２次元平面状に形成されている。
【００２３】
このような形状に伝播路５ａを形成すると、この伝播路５ａの外部から加えられる音波（超音波）により発生する回折波（偏向波）は、相互に相殺されるが、開放された方向の音波（超音波）は、相殺されないので、この方向の音波（超音波）のみを集音したりすることができ、集音方向に指向性を持たせることが可能になる。
【００２４】
なお、図５に示した実施例で、一端開放部を閉塞した周回状に伝播路を形成すると、この伝播路の外部から加えられる音波（超音波）を相殺し、その内部側から加えられる音波（超音波）のみを集音したりすることもできる。
図６は、本発明にかかる光マイクロホンの第５実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同符号を付してその詳細な説明を省略し、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示した光マイクロホンでは、出射系光学部品２と受光系光学部品３との間のレーザ光線Ｌの伝播路５ｂは、複数の反射鏡７b1〜７b4をレーザ光線Ｌに対して所要の角度で設置して、３次元空間状に形成されている。
【００２５】
なお、この場合、立方体の各角部に反射鏡やハーフミラーを設置すると、立方体の各辺上を伝播路とすることも可能である。
この実施例では、３個の反射鏡７b1〜７b4が、立方体状の空間の上部側の２の各角部に設置されている。このような形状に伝播路５ｂを形成すると、３次元空間全体を集音領域としたりすることが可能になる。
【００２６】
図７は、本発明にかかる光マイクロホンの第６実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同符号を付してその詳細な説明を省略し、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示した光マイクロホンでは、出射系光学部品２と受光系光学部品３とを、矩形状の円筒レンズで構成し、伝播路５ｃがシート状になるようにしている。
【００２７】
このような形状に伝播路５ｃを形成すると、細いビーム状の伝播路に比べて、検出感度を改善したりすることができる。なお、上記実施例では、光電変換素子４として光ダイオード４１を採用した例を示したが、本発明の実施はこれに限定されることはなく、例えば、ホトトランジスタを使用することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明によれば実用的な光マイクロホンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光マイクロホンの原理構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光マイクロホンの具体例を示す構成説明図である。
【図３】本発明にかかる光マイクロホンの第２実施例を示す構成説明図である。
【図４】本発明にかかる光マイクロホンの第３実施例を示す説明図である。
【図５】本発明にかかる光マイクロホンの第４実施例を示す構成説明図である。
【図６】本発明にかかる光マイクロホンの第５実施例を示す構成説明図である。
【図７】本発明にかかる光マイクロホンの第６実施例を示す構成説明図である。
【符号の説明】
１ レーザ光源部
２ 出射系光学部品
２１，２２ レンズ
３ 受光系光学部品
３１，３２，３３ レンズ
４ 光電変換素子
４１ 光ダイオード
５ 空中伝播路
７ 反射鏡[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical microphone, and more particularly to an optical microphone using a diffracted or polarized wave generated by a laser beam coming into contact with a sound wave.
[0002]
[Prior art]
For detection or measurement of sound waves and ultrasonic waves, those based on electromechanical principles, such as an electromagnetic microphone, an electrostatic microphone, and a piezoelectric element, are well known. It has been difficult to apply these microphones to dangerous places, high electromagnetic field environments, or explosion-proof areas. Further, in this type of microphone, since a fixed object must be installed at a sound collection place, a sound field is disturbed and installation conditions are often restricted.
[0003]
Furthermore, since this type of microphone has a mechanically vibrating part, if its characteristics change or a very strong sound wave is input after repeated use many times, the vibrating part may be destroyed. There was also.
By the way, as a means for solving such a drawback of the conventional electromechanical microphone, for example, in the proceedings of the lecture meeting of the Kyushu Branch of the Japan Society of Applied Physics in 1994, a laser The possibility of an optical microphone that attempts to detect a sound wave by using a diffracted wave or a polarized wave generated when a light beam contacts a sound wave is suggested.
[0004]
The contents of the experiment disclosed in the proceedings of this lecture consisted of contacting a laser beam emitted from a He-Ne laser light source unit with a sound wave via a speaker, and detecting a signal of the generated diffracted or polarized wave with a photodiode. For processing the detected signal, a tracking scope or a lock-in amplifier is used.
This experiment was performed to confirm the minimum detection level of a sound wave, and it is described that a single sound of a person and a corona discharge sound were also performed as the sound wave. However, when constructing a practical optical microphone with the contents disclosed in the proceedings of the lecture, there were technical problems described below.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In other words, the experimental apparatus disclosed in the above-mentioned proceedings based on the recognition that the generated diffracted wave or polarized wave is very weak and is hidden in noise and very difficult to detect. Therefore, a signal is detected using a lock-in amplifier which is a conventional means in such a case. Further, based on the same recognition, a weak signal was confirmed using a spectrum analyzer.
[0006]
However, when such a lock-in amplifier is used, it is necessary to input a reference wave from a sound wave source.However, there is a case where a reference wave cannot be taken like a naturally generated wave. Could not be adopted.
The present inventors have repeated the above-described experiment, and a diffracted wave or a polarized wave generated by a laser beam coming into contact with a sound wave has two components whose phases are mutually inverted, It was found that if these were received and detected as they were, the detection signal would be very weak. Based on this knowledge, the present invention was completed, and the purpose was to use a practical optical microphone. To provide.
[0007]
Another object of the present invention is to provide an optical microphone that can easily have various and various directivities.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a laser light source unit that emits a laser beam having a predetermined wavelength, an emission optical component that shapes the laser beam into a predetermined width, and the emission optical system. is emitted from the component, and a light receiving system optical components for receiving the laser beam which propagates through the air in the air propagation path, the laser beam emitted from the emitting system optical components, when the laser beam is propagated in the air A photoelectric conversion element that detects a diffracted wave or a polarized wave generated by contact with a sound wave or an ultrasonic wave and converts the wave into an electric signal, wherein the photoelectric conversion element has a phase difference between the diffracted wave or the polarized wave. It is characterized by being installed so as to receive only one of the two inverted components.
Further, the invention according to claim 2 is a laser light source unit that emits a laser beam of a predetermined wavelength, an emission system optical component that shapes the laser beam into a predetermined width, and an emission air emitted from the emission system optical component. a light receiving system optical components for receiving the laser beam which propagates through the air in the propagation path, the laser beam emitted from the emitting system optical components, when the laser beam propagates through air, and sonic or ultrasonic A photoelectric conversion element that detects a diffracted wave or a polarized wave generated by contact and converts it into an electric signal, wherein the photoelectric conversion element includes two diffracted or polarized waves whose phases are inverted with respect to each other. It is composed of a pair of components that individually receive the components, wherein the phase of the output signal of one of the photoelectric conversion elements is converted to the opposite phase and combined with the output signal of the other photoelectric conversion element.
Further, in the invention according to claim 3, the aerial propagation path of the laser beam between the emission system optical component and the light reception system optical component is provided with a plurality of reflecting mirrors and goes around with one end open. It is formed in a two-dimensional plane .
In the invention according to claim 4, an aerial propagation path of the laser beam between the emission system optical component and the light reception system optical component is provided with a plurality of reflecting mirrors, and is closed two-dimensional orbiting. It is formed in a planar shape .
Further, in the invention according to claim 5, an aerial propagation path of the laser beam between the emission system optical component and the light reception system optical component is formed in a three-dimensional space by installing a plurality of reflecting mirrors. You.
[0009]
According to the optical microphone of the first aspect of the present invention, when the laser beam emitted from the laser light source unit and beam-shaped by the emission system optical component propagates in the air, the photoelectric conversion element transmits the acoustic wave. (Ultrasonic waves) Since the diffraction wave or the deflection wave generated by contact with the (ultrasonic wave) is installed so as to receive only one of two components whose phases are inverted, the detection signal is weakened. Is avoided.
According to the second aspect of the present invention, when the laser beam emitted from the laser light source unit and beam-shaped by the emission system optical component propagates through the air, the photoelectric conversion element generates a sound wave (ultrasonic wave). It consists of a pair that receives two components of a diffracted wave or a polarized wave that are generated by touching and whose phases are inverted mutually, and converts the phase of the output signal of one of the photoelectric conversion elements to the opposite phase. Then, the output is combined with the output signal of the other photoelectric conversion element, so that the output of the detection signal increases.
Further, according to the third aspect of the present invention, the aerial propagation path of the laser beam between the emitting system optical component and the light receiving system optical component is provided with a plurality of reflecting mirrors, and is a two-dimensional orbit that is open at one end. Since it is formed in a planar shape, it is possible to collect only sound waves (ultrasonic waves) in an open direction.
According to the configuration of the fourth aspect, the aerial propagation path of the laser beam between the emission system optical component and the light reception system optical component is provided with a plurality of reflecting mirrors, and is a closed two-dimensional planar shape. because it is formed, it is possible or collects only the internal sound waves (ultrasound).
Further, according to the configuration of claim 5, the aerial propagation path of the laser beam between the emitting system optical component and the light receiving system optical component is formed in a three-dimensional space by installing a plurality of reflecting mirrors. Therefore, the entire three-dimensional space can be used as a sound collection area.
[0010]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the principle configuration of an optical microphone according to the present invention. The optical microphone shown in FIG. 1 includes a laser light source unit 1, an emission system optical component 2, a light reception system optical component 3, and a photoelectric conversion element 4, and the emission system optical component 2, the light reception system optical component 3, and the like. An air propagation path 5 of the laser beam L (hereinafter simply abbreviated as a propagation path) is formed between the laser beam L and a sound wave or an ultrasonic wave in the air in the propagation path 5.
The output signal converted into an electric signal by the photoelectric conversion element 4 is input to a signal processing section 6, where necessary signal processing is performed, and thereafter, the signal is transmitted to an analyzer, a speaker, or the like. The laser beam L that can be used in the optical microphone of the present invention can be used in a wide range from the visible region to the infrared region, and a laser beam L having an arbitrary wavelength is selected according to the application.
[0012]
The laser beam L emitted from the laser light source unit 1 is beam-shaped by the emission system optical component 2 and emitted to the propagation path 5. At this time, the beam diameter of the laser beam L differs depending on the length of the propagation path 5 in consideration of the condition for propagating the space, but for example, the diameter is desirably in the range of several mm to several tens mm.
When the laser beam L emitted from the emission system optical component 2 comes into contact with a sound wave or an ultrasonic wave in the propagation path 5, a diffracted wave is generated at that location. In this case, when the wavelength of the sound wave (ultrasonic wave) is very long with respect to the beam diameter of the laser beam L, the diffracted wave changes into a state called a polarized wave. The frequency of the diffracted or deflected wave is Doppler shifted by the frequency of the measured wave compared to the laser beam L.
[0013]
In the present invention, sound wave (ultrasonic wave) information is obtained by detecting the diffracted wave or the polarized wave. The generated diffracted wave or polarized wave propagates together with the laser beam L, is received by the light receiving system optical component 3, and is thereafter converted into an electric signal by the photoelectric conversion element 4.
FIG. 2 shows a more specific configuration example of the present invention. In the specific example of the optical microphone shown in FIG. 2, the emission system optical component 2 includes two lenses 21 and 22. The light receiving system optical component 3 is composed of three lenses 31, 32, and 33. Further, the photoelectric conversion element 4 includes a photodiode 41. These components are arranged on a straight line so that the optical axis of the laser beam L emitted from the laser light source unit 1 substantially coincides with the optical axis.
[0014]
The laser beam L emitted from the laser light source unit 1 is condensed and diffused by the lenses 21 and 22 to be shaped into a beam having a predetermined diameter, and enters the lens 31 of the light receiving system optical component 3. The light receiving system optical component 3 of this embodiment constitutes a Fourier optical system, and the laser beam L passing through the optical component 3 is Fourier transformed and enters the photodiode 41.
[0015]
That is, the laser beam L is Fourier-transformed by the first lens 31 of the light receiving system optical component 3, and the beam size is adjusted by the subsequent lenses 32 and 33 so as to be sufficiently larger than the light receiving area of the photodiode 41. . The diffracted wave or the polarized wave has one red shift wave and one blue shift wave with respect to the central axis of the transmitted beam of the laser beam L as a symmetric axis, and the two have the phases inverted to each other. When the light is captured by the photodiode 41, only a very weak output can be obtained.
[0016]
Therefore, in this embodiment, the photodiode 41 is installed at a position offset from the central axis of the transmitted beam so as to take in only one of the components. In order to extract the component of the diffracted wave or the polarized wave, for example, if the transmitted laser beam is subjected to homodyne detection by the photodiode 41 as a local component, an electric signal oscillating at the frequency of the measured wave is obtained.
[0017]
According to the optical microphone configured as described above, when the laser beam l shaped by the emission system optical component 2 propagates in the air, diffraction caused by contact with a sound wave (ultrasonic wave) occurs. Since the photodiode 41 is installed so as to receive only one of the two components of the wave or the polarized wave, the phases of which are inverted with each other, weakening of the detection signal is avoided, and practical light It becomes possible to be a microphone.
[0018]
FIG. 3 shows a second embodiment of the optical microphone according to the present invention, and the same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Only the points will be described. In the optical microphone shown in FIG. 2, two photodiodes 41 and 42 are used as the photoelectric conversion element 4. One photodiode 41 is installed at the same position as in the above embodiment, and detects one of two components of a diffracted wave or a polarized wave whose phases are inverted with respect to each other.
[0019]
The other photodiode 42 is located at a position offset in the opposite direction from the center axis of the transmitted beam, and is configured to detect only the other component. A phase converter 43 for phase-shifting is connected, and the phase-converted output signal is combined with the output signal of the photodiode 41.
[0020]
According to the optical microphone configured as described above, the photoelectric conversion element 4 is configured by the pair of photodiodes 41 and 42 that individually receive two components of the diffracted wave or the polarized wave whose phases are inverted with each other. Since the phase of the output signal of one photodiode 42 is converted to the opposite phase by the phase converter 42 and combined with the output signal of the other photodiode 41, the output of the detection signal increases.
[0021]
FIG. 4 shows a third embodiment of the optical microphone according to the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Only the points will be described. In the optical microphone shown in the figure, a pair of reflecting mirrors 7, 7 are installed at an angle of 45 ° with respect to the laser beam L in the propagation path 5 of the laser beam L, and the laser light source unit 1 and the emission system optical component are provided. 2 and the light receiving system optical component 3 and the photoelectric conversion element 4 are configured to be installed in parallel.
[0022]
With this configuration, in addition to the operation and effect of the above-described embodiment, the overall length is shortened, so that the microphone head 8 can be stored compactly without increasing the outer shape.
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the optical microphone according to the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Only the points will be described. In the optical microphone shown in the figure, the propagation path 5a of the laser beam L between the emission system optical component 2 and the light reception system optical component 3 is formed by a plurality of reflecting mirrors 7a1 to 7a8 having a required angle with respect to the laser beam L. And is formed in a two-dimensional planar shape of a revolving polygon with one end open.
[0023]
When the propagation path 5a is formed in such a shape, diffracted waves (polarized waves) generated by sound waves (ultrasonic waves) applied from the outside of the propagation path 5a cancel each other out, but sound waves in an open direction are cancelled. Since the (ultrasonic waves) are not canceled out, it is possible to collect only sound waves (ultrasonic waves) in this direction, and it is possible to provide directivity in the sound collecting direction.
[0024]
In the embodiment shown in FIG. 5, when the propagation path is formed in a circular shape with one end closed, the sound wave (ultrasonic wave) applied from the outside of the propagation path cancels out, and the sound wave applied from the inside thereof. It is also possible to collect only (ultrasonic waves).
FIG. 6 shows a fifth embodiment of the optical microphone according to the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Only the points will be described. In the optical microphone shown in the figure, the propagation path 5b of the laser beam L between the emission system optical component 2 and the light reception system optical component 3 is formed by a plurality of reflecting mirrors 7b1 to 7b4 at a required angle with respect to the laser beam L. And are formed in a three-dimensional space.
[0025]
In this case, if a reflecting mirror or a half mirror is provided at each corner of the cube, it is possible to use each side of the cube as a propagation path .
In this embodiment, three reflecting mirrors 7b1 to 7b4 are installed at each of the two corners on the upper side of the cubic space. When the propagation path 5b is formed in such a shape, the entire three-dimensional space can be used as a sound collection area.
[0026]
FIG. 7 shows a sixth embodiment of the optical microphone according to the present invention, and the same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Only the points will be described. In the optical microphone shown in the figure, the emission system optical component 2 and the light reception system optical component 3 are formed of a rectangular cylindrical lens, and the propagation path 5c is formed in a sheet shape.
[0027]
When the propagation path 5c is formed in such a shape, the detection sensitivity can be improved as compared with a narrow beam propagation path. In the above embodiment, the example in which the photodiode 41 is employed as the photoelectric conversion element 4 is described. However, the embodiment of the present invention is not limited to this. For example, a phototransistor may be used. .
[0028]
【The invention's effect】
As described above in detail in the embodiments, a practical optical microphone can be obtained according to the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a principle configuration of an optical microphone according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration explanatory view showing a specific example of the optical microphone of FIG. 1;
FIG. 3 is a configuration explanatory view showing a second embodiment of the optical microphone according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a third embodiment of the optical microphone according to the present invention.
FIG. 5 is a configuration explanatory view showing a fourth embodiment of the optical microphone according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a configuration of an optical microphone according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of a sixth embodiment of the optical microphone according to the present invention.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 laser light source unit 2 emission system optical components 21 and 22 lens 3 light reception system optical components 31, 32 and 33 lens 4 photoelectric conversion element 41 photodiode 5 air propagation path 7 reflector

Claims (5)

所定波長のレーザ光線を発射するレーザ光源部と、前記レーザ光線を所定の幅にビーム整形する出射系光学部品と、前記出射系光学部品から出射され、空中伝播路の空気中を伝播した前記レーザ光線を受光する受光系光学部品と、前記出射系光学部品から出射されたレーザ光線から、当該レーザ光線が空気中を伝播する際に、音波または超音波と接触することで発生する回折波ないしは偏向波を検出して電気信号に変換する光電変換素子とを備え、 前記光電変換素子は、前記回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分のうち、いずれか一方のみを受光するように設置したことを特徴とする光マイクロホン。A laser light source unit that emits a laser beam having a predetermined wavelength, an emission system optical component that shapes the laser beam into a predetermined width, and the laser that is emitted from the emission system optical component and propagates in the air in the air propagation path. A light receiving system optical component for receiving a light beam, and a diffracted wave or deflection generated from a laser beam emitted from the emission system optical component when the laser beam propagates in the air and comes into contact with a sound wave or an ultrasonic wave. A photoelectric conversion element that detects a wave and converts the wave into an electric signal, wherein the photoelectric conversion element receives only one of the two components of the diffracted wave or the polarized wave whose phases are inverted with respect to each other. An optical microphone characterized by being installed in such a way that 所定波長のレーザ光線を発射するレーザ光源部と、前記レーザ光線を所定の幅にビーム整形する出射系光学部品と、前記出射系光学部品から出射され、空中伝播路の空気中を伝播した前記レーザ光線を受光する受光系光学部品と、前記出射系光学部品から出射されたレーザ光線から、当該レーザ光線が空気中を伝播する際に、音波または超音波と接触することで発生する回折波ないしは偏向波を検出して電気信号に変換する光電変換素子とを備え、
前記光電変換素子は、前記回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分を個別に受光する一対から構成され、いずれか一方の光電変換素子の出力信号の位相を逆位相に変換して、他方の光電変換素子の出力信号に合成することを特徴とする光マイクロホン。A laser light source unit that emits a laser beam having a predetermined wavelength, an emission system optical component that shapes the laser beam into a predetermined width, and the laser that is emitted from the emission system optical component and propagates in the air in the air propagation path. A light receiving system optical component for receiving a light beam, and a diffracted wave or deflection generated from a laser beam emitted from the emission system optical component when the laser beam propagates in the air and comes into contact with a sound wave or an ultrasonic wave. A photoelectric conversion element that detects a wave and converts it into an electric signal,
The photoelectric conversion element is composed of a pair that individually receives two components of the diffracted wave or the polarized wave whose phases are inverted with respect to each other, and sets the phase of the output signal of one of the photoelectric conversion elements to the opposite phase. An optical microphone that converts and combines the output signal with the output signal of the other photoelectric conversion element. 前記出射系光学部品と前記受光系光学部品との間の前記レーザ光線の空中伝播路は、複数の反射鏡を設置して、一端が開放された周回する２次元平面状に形成することを特徴とする請求項１または２記載の光マイクロホン。The aerial propagation path of the laser beam between the emission system optical component and the light reception system optical component is formed in a two-dimensional plane having a plurality of reflecting mirrors and one end open. The optical microphone according to claim 1 or 2, wherein 前記出射系光学部品と前記受光系光学部品との間の前記レーザ光線の空中伝播路は、複数の反射鏡を設置して、閉塞された周回する２次元平面状に形成することを特徴とする請求項１または２記載の光マイクロホン。The aerial propagation path of the laser beam between the emission system optical component and the light reception system optical component is formed in a closed two-dimensional planar shape by installing a plurality of reflecting mirrors. The optical microphone according to claim 1. 前記出射系光学部品と前記受光系光学部品との間の前記レーザ光線の空中伝播路は、複数の反射鏡を設置して、３次元空間状に形成することを特徴とする請求項１または２記載の光マイクロホン。The aerial propagation path of the laser beam between the emitting system optical component and the light receiving system optical component is formed in a three-dimensional space by installing a plurality of reflecting mirrors. Optical microphone as described.
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