JP4806739B2 - Correlation calculation optical microphone - Google Patents

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Description

本発明は、レーザー光線が音波や超音波と接触することにより発生する回折波又は偏向波を利用した光マイクロホンに関する。 The present invention relates to an optical microphone using a diffracted wave or a deflected wave generated when a laser beam comes into contact with a sound wave or an ultrasonic wave.

音波及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たりすることも多い。 For detection or measurement of sound waves and ultrasonic waves, those based on electromechanical principles such as electromagnetic microphones, electrostatic microphones, and piezoelectric elements are well known. These microphones have been difficult to apply in hazardous locations, in high electromagnetic field environments, or in explosion-proof areas. In addition, since this type of microphone has to install a fixed object at a sound collection place, the sound field is often disturbed and the installation conditions are often limited.

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、又は、非常に強力な音波が入力すると、振動部分が破壊したりする可能性もある。 In addition, since this type of microphone has a mechanical vibration part, its characteristics change or the vibration part is destroyed when a very strong sound wave is input after repeated use. There is a possibility.

そこで、本発明者は、上述の問題を解決するために、回折波又は偏向波を検出して電気信号に変換する光電変換素子を用いた振動板のない光マイクロホンを開発した(特開平8−265262号公報、特許文献1)。これにより実用的な光マイクロホンを提供することができた。 Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has developed a diaphragmless optical microphone using a photoelectric conversion element that detects a diffracted wave or a deflected wave and converts it into an electric signal (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8- No. 265262, Patent Document 1). As a result, a practical optical microphone could be provided.

ここで、本発明者が開発した特許文献1に開示された従来の光マイクロホンの動作及び計測原理について説明する。この光マイクロホンは、レーザー光線を測定用ビームとして用い、空気中を伝搬する音波の位相変調作用によって生じる極微弱回折光を観測面(受光レンズの後方焦点面)で光検出器によって受光し、音信号を電気信号に変換するものである。 Here, the operation and measurement principle of the conventional optical microphone disclosed in Patent Document 1 developed by the present inventor will be described. This optical microphone uses a laser beam as a measurement beam, receives extremely weak diffracted light generated by the phase modulation action of a sound wave propagating in the air with a light detector on the observation surface (rear focal plane of the light receiving lens), and generates a sound signal. Is converted into an electric signal.

図10に、光マイクロホンの動作及び計測原理を示す。光マイクロホンにおいて、音波検出用光ビーム部{レーザービーム(レーザー光線)}に音波が入射した場合、観測面では音波伝搬方向と平行な軸上に2つの山形回折光分布(回折像)が生じる。この2つの山形の回折光分布(回折像)の片方に光検出器を置くか、又はそれら2つの山形の回折光分布(回折像)にそれぞれの検出器を置き両者の出力信号を差動増幅することで、音信号を電気信号に変換する。 FIG. 10 shows the operation and measurement principle of the optical microphone. In an optical microphone, when a sound wave is incident on a sound beam beam for detecting a sound wave {laser beam (laser beam)}, two chevron diffracted light distributions (diffraction images) are generated on an observation plane on an axis parallel to the sound wave propagation direction. Place a photodetector on one of these two chevron diffracted light distributions (diffracted images), or place each detector on the two chevron diffracted light distributions (diffracted images) to differentially amplify the output signals of both. By doing so, the sound signal is converted into an electric signal.

図11を参照する。図11には、特許文献1に開示されている従来の光マイクロホンの構成が示されている。図11に示すとおり、従来の光マイクロホンは、レーザー光源部1と、出射系光学部品2を構成するレンズ21及び22と、受光系光学部品3を構成するレンズ31、32及び33と、検出器を構成する光ダイオード41とを有している。従来の光マイクロホンは、出射系光学部品2と受光系光学部品3との間をレーザー光線Lの空気中伝播路5としていて、この伝播路5の中でレーザー光線Lに外部から音波又は超音波が接触させられる。 Please refer to FIG. FIG. 11 shows the configuration of a conventional optical microphone disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. 11, the conventional optical microphone includes a laser light source unit 1, lenses 21 and 22 constituting the output system optical component 2, lenses 31, 32 and 33 constituting the light receiving system optical component 3, and a detector. And an optical diode 41 constituting the. In the conventional optical microphone, a laser beam L in the air propagation path 5 is formed between the emission system optical component 2 and the light receiving system optical component 3, and a sound wave or an ultrasonic wave contacts the laser beam L from the outside in the propagation path 5. Be made.

また、光ダイオード41で電気信号に変換された出力信号は、信号処理部(図示せず)に入力されて、必要な信号処理が施され、その後、解析機器又はスピーカなどに送出される。 The output signal converted into an electrical signal by the photodiode 41 is input to a signal processing unit (not shown), subjected to necessary signal processing, and then sent to an analysis device or a speaker.

レーザー光源部1から発射されたレーザー光線Lは、レンズ21及び22により集光及び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。この受光系光学部品3は、フーリエ光学系を構成しており、この光学部品3を通過したレーザー光線Lは、フーリエ変換されて光ダイオード41に入射する。 The laser beam L emitted from the laser light source unit 1 is condensed and diffused by the lenses 21 and 22, shaped into a beam having a predetermined diameter, and incident on the lens 31 of the light receiving optical component 3. The light receiving system optical component 3 constitutes a Fourier optical system, and the laser beam L that has passed through the optical component 3 undergoes Fourier transform and enters the photodiode 41.

受光系光学部品3の第1番目のレンズ31によりレーザー光線Lがフーリエ変換され、それ以後のレンズ32及び33によりレーザー光線Lの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。回折波又は偏向波は、レーザー光線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。 The laser beam L is Fourier-transformed by the first lens 31 of the light receiving system optical component 3, and the subsequent lens 32 and 33 adjust the beam size of the laser beam L to be sufficiently larger than the light receiving area of the photodiode 41. . A diffracted wave or a deflected wave has one red shift wave and one blue shift wave on the left and right sides with the central axis of the transmitted beam of the laser beam L as the axis of symmetry. If taken in by the diode 41, it is canceled out and only a very weak output can be obtained.

そこで、図11に示す従来の光マイクロホンでは、いずれか一方の成分のみを取り込むようにするために、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。回折波又は偏向波の成分を抽出するには、例えば、光ダイオード41で透過レーザー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。 Therefore, in the conventional optical microphone shown in FIG. 11, the photodiode 41 is installed at a position offset from the central axis of the transmitted beam in order to capture only one of the components. In order to extract the component of the diffracted wave or the deflected wave, for example, when homodyne detection is performed using the transmitted laser beam as a local component by the photodiode 41, an electric signal oscillating at the frequency of the wave to be measured is obtained.

また、特許文献1に開示されている従来の光マイクロホンの別の例を図12に示す。図12に示す従来の光マイクロホンでは、検出器4は、2個の光ダイオード41及び42で構成されている。一方の光ダイオード41は、図12に示す例と同じ位置に設置され、回折波又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。 FIG. 12 shows another example of a conventional optical microphone disclosed in Patent Document 1. In the conventional optical microphone shown in FIG. 12, the detector 4 is composed of two photodiodes 41 and 42. One photodiode 41 is installed at the same position as in the example shown in FIG. 12 and detects one of two components of the diffracted wave or the deflected wave whose phases are inverted from each other.

また、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。 Further, the other photodiode 42 is located at a position offset in the opposite direction from the central axis of the transmitted beam, and detects only the other component. A phase converter 43 that changes the phase by 180 ° is connected, and the phase-converted output signal is combined with the output signal of the photodiode 41.

図12のように構成された光マイクロホンによれば、検出器4は、回折波又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。
特開平8−265262号公報
According to the optical microphone configured as shown in FIG. 12, the detector 4 includes a pair of photodiodes 41 and 42 that individually receive two components of the diffracted wave or the deflected wave whose phases are reversed. Then, the phase of the output signal of one photodiode 42 is converted to the opposite phase by the phase converter 42 and synthesized with the output signal of the other photodiode 41, so that the output of the detection signal is increased.
JP-A-8-265262

しかしながら、特許文献1に開示された従来の光マイクロホンでは、音を検出するためのレーザー光線で受ける全ての音を検出(積分)するため、レーザー光線の光軸方向における音の空間分解能(又は音の位置の分解能)がないという問題がある。 However, in the conventional optical microphone disclosed in Patent Document 1, all sounds received by the laser beam for detecting sound are detected (integrated), so that the spatial resolution of the sound in the optical axis direction of the laser beam (or the position of the sound) There is a problem that there is no resolution.

また、特許文献1に開示された従来の光マイクロホンでは、音を検出するためのレーザー光線で受ける全ての音を検出(積分)することにより信号強度を稼いでおり、レーザー光線のビーム長を短くする場合には検出する信号強度が低下し、かつ、SN比が低下するため、小型化に適していないという問題がある。 Further, in the conventional optical microphone disclosed in Patent Document 1, the signal intensity is obtained by detecting (integrating) all sounds received by the laser beam for detecting the sound, and the beam length of the laser beam is shortened. However, there is a problem that the signal strength to be detected is low and the SN ratio is low, which is not suitable for downsizing.

そこで、本発明は、従来の光マイクロホンにおける上述の課題を鑑みてなされてものであり、レーザー光線の光軸方向における音の空間分解能(又は音の位置の分解能)がある光マイクロホンを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems in conventional optical microphones, and provides an optical microphone having spatial sound resolution (or sound position resolution) in the optical axis direction of a laser beam. Objective.

また、本発明は、レーザー光線のビーム長を短くする場合にも検出する信号強度及びSN比を維持することができ、かつ、このため小型化に適している光マイクロホンを提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide an optical microphone that can maintain the detected signal intensity and SN ratio even when the beam length of a laser beam is shortened, and is suitable for miniaturization. .

本発明の一実施形態は、所定波長の一対のレーザー光線を発射する一対のレーザー光源部と、前記一対のレーザー光源部から発射され空気中伝搬路の空気中を伝播する前記一対のレーザー光線を受光する一対の受光系光学部品と、前記一対のレーザー光源部から発射される前記一対のレーザー光線から当該レーザー光線が空気中を伝播する時に音波又は超音波と接触することで発生する回折波又は偏向波を検出して電気信号に変換する一対の光電変換素子と、前記一対の光電変換素子からの出力信号を受けて当該出力信号に基づいて相互相関値を生成する相互相関値計算装置と、を具備し、前記一対のレーザー光源部は、前記空気中伝搬路の空気中を伝播する前記一対のレーザー光線が実質的に交差するように配置され、前記相互相関値計算装置は、前記一対のレーザー光線の交点における前記回折波又は前記偏向波を示す前記一対の光電変換素子からの前記出力信号の音信号の前記相互相関値を生成する構成を採る。 In one embodiment of the present invention, a pair of laser light sources that emit a pair of laser beams having a predetermined wavelength, and the pair of laser beams that are emitted from the pair of laser light sources and propagate in the air in an air propagation path are received. A pair of light receiving system optical components and a pair of laser beams emitted from the pair of laser light source units detect a diffracted wave or a deflected wave generated when the laser beam contacts with a sound wave or an ultrasonic wave when propagating through the air. A pair of photoelectric conversion elements for converting into an electrical signal, and a cross-correlation value calculation device that receives an output signal from the pair of photoelectric conversion elements and generates a cross-correlation value based on the output signal, The pair of laser light source units are arranged so that the pair of laser beams propagating through the air in the air propagation path substantially intersect, and the cross-correlation value calculation Location has a configuration to generate the cross-correlation value of the sound signal of the output signal from the pair of photoelectric conversion element exhibiting the diffraction waves or the deflection wave in the intersection of the pair of laser.

また、本発明の一実施形態は、所定波長の複数対のレーザー光線を発射する複数対のレーザー光源部と、前記複数対のレーザー光源部から発射され空気中伝搬路の空気中を伝播する前記複数対のレーザー光線を受光する複数の受光系光学部品と、前記複数対のレーザー光源部から発射される前記複数対のレーザー光線から当該複数対のレーザー光線が空気中を伝播する時に音波又は超音波と接触することで発生する複数の回折波又は複数の偏向波を検出して電気信号に変換する複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子からの複数の出力信号を受けて当該複数の出力信号に基づいて複数の相互相関値を生成する相互相関値計算装置と、を具備し、前記複数対のレーザー光源部の各対のものは、前記空気中伝搬路の空気中を伝播する前記各対のレーザー光線が実質的に交差するように配置され、前記相互相関値計算装置は、前記複数対のレーザー光線の複数の交点における前記複数の回折波又は前記複数の偏向波を示す前記複数の光電変換素子からの前記複数の出力信号の複数の音信号の前記複数の相互相関値を生成する構成を採る。 In one embodiment of the present invention, a plurality of pairs of laser light source units that emit a plurality of pairs of laser beams having a predetermined wavelength, and the plurality of laser beams that are emitted from the plurality of pairs of laser light source units and propagate in the air in an air propagation path. A plurality of light receiving system optical components that receive a pair of laser beams, and a plurality of pairs of laser beams emitted from the plurality of pairs of laser light source units come into contact with sound waves or ultrasonic waves when the plurality of pairs of laser beams propagate in the air A plurality of photoelectric conversion elements for detecting a plurality of diffracted waves or a plurality of deflection waves generated by the conversion and converting them into electrical signals, and receiving a plurality of output signals from the plurality of photoelectric conversion elements, A cross-correlation value calculation device that generates a plurality of cross-correlation values based on each of the plurality of pairs of laser light source units that propagate in the air in the air propagation path The cross-correlation value calculation device is arranged so that a pair of laser beams substantially intersect, and the plurality of photoelectric conversions indicating the plurality of diffracted waves or the plurality of deflection waves at a plurality of intersections of the plurality of pairs of laser beams A configuration is adopted in which the plurality of cross-correlation values of the plurality of sound signals of the plurality of output signals from the element are generated.

また、前記複数対のレーザー光源部、前記複数の受光系光学部品及び前記複数の光電変換素子は、2次元状に配置されているようにしてもよい。 Further, the plurality of pairs of laser light source units, the plurality of light receiving optical components, and the plurality of photoelectric conversion elements may be arranged in a two-dimensional manner.

また、前記複数対のレーザー光源部、前記複数の受光系光学部品及び前記複数の光電変換素子は、3次元状に配置されているようにしてもよい。 The plurality of pairs of laser light source units, the plurality of light receiving optical components, and the plurality of photoelectric conversion elements may be arranged in a three-dimensional manner.

また、前記複数の光電変換素子と前記相互相関値計算装置との間に接続されている選択装置をさらに具備し、前記選択装置は、前記複数の光電変換素子からの前記複数の出力信号の少なくとも2以上の出力信号を選択して前記相互相関値計算装置に与えるようにしてもよい。 The apparatus further includes a selection device connected between the plurality of photoelectric conversion elements and the cross-correlation value calculation device, and the selection device includes at least the plurality of output signals from the plurality of photoelectric conversion elements. Two or more output signals may be selected and given to the cross-correlation value calculation apparatus.

また、前記選択装置は、マルチプレクサで構成されているようにしてもよい。 The selection device may be constituted by a multiplexer.

本発明によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線の光軸方向における音の空間分解能(又は音の位置の分解能)がある。また、本発明によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線のビーム長を短くする場合にも検出する信号強度及びSN比を維持することができ、かつ、このため小型化に適している。 According to the present invention, since sound can be detected with a point, there is spatial resolution of sound (or resolution of sound position) in the optical axis direction of the laser beam. In addition, according to the present invention, sound can be detected from a point, so that it is possible to maintain the detected signal intensity and SN ratio even when the beam length of the laser beam is shortened, and for this reason, miniaturization is achieved. Suitable for

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるわけではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiment.

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る光マイクロホンの構成を示す斜視図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical microphone according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すように、本発明の実施の形態1に係る光マイクロホン100は、一対のレーザー光源部101、102と、一対の受光系光学部品103、104と、一対の光電変換素子105、106と、相互相関値計算装置107と、を具備している。一対の光電変換素子105、106と相互相関値計算装置107とは、信号線108、109で接続されている。本実施形態においては、一対のレーザー光源部101、102から発射されるレーザー光線L1、L2は、互いに概略直交している。 As shown in FIG. 1, the optical microphone 100 according to Embodiment 1 of the present invention includes a pair of laser light source units 101 and 102, a pair of light receiving optical components 103 and 104, and a pair of photoelectric conversion elements 105 and 106. And a cross-correlation value calculation device 107. The pair of photoelectric conversion elements 105 and 106 and the cross-correlation value calculation device 107 are connected by signal lines 108 and 109. In the present embodiment, the laser beams L1 and L2 emitted from the pair of laser light source units 101 and 102 are substantially orthogonal to each other.

図2は、本発明の実施形態1に係る光マイクロホン100の1つの光学系を示す図である。図3は、本発明の実施形態1に係る光マイクロホン100の他の光学系を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing one optical system of the optical microphone 100 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing another optical system of the optical microphone 100 according to Embodiment 1 of the present invention.

図2及び図3に示すように、アッテネータ110、111は、一対のレーザー光源部101、102と一対の受光系光学部品103、104との間に配置されている。この光マイクロホン100は、アッテネータ110、111と受光系光学部品103、104との間をレーザー光線L1及びL2の空気中伝播路112−1及び112−2としている。この空気中伝播路112−1及び112−2の中で、レーザー光線L1及びL2は、外部から入射する音波又は超音波を接触させられる。 As shown in FIGS. 2 and 3, the attenuators 110 and 111 are disposed between the pair of laser light source units 101 and 102 and the pair of light receiving system optical components 103 and 104. In this optical microphone 100, the laser light beams L 1 and L 2 have air propagation paths 112-1 and 112-2 between the attenuators 110 and 111 and the light receiving optical components 103 and 104. In the air propagation paths 112-1 and 112-2, the laser beams L1 and L2 are brought into contact with externally incident sound waves or ultrasonic waves.

受光系光学部品103は、3つの結像レンズ1031、1032、1033で構成されている。3つの結像レンズ1031、1032、1033は、これらの光軸がレーザー光線L1の中心軸と合うように配置されている。また、受光系光学部品104は、3つの結像レンズ1041、1042、1043で構成されている。3つの結像レンズ1041、1042、1043は、これらの光軸がレーザー光線L2の中心軸と合うように配置されている The light receiving optical component 103 includes three imaging lenses 1031, 1032, and 1033. The three imaging lenses 1031, 1032, 1033 are arranged so that their optical axes are aligned with the central axis of the laser beam L 1. The light receiving optical component 104 includes three imaging lenses 1041, 1042, and 1043. The three imaging lenses 1041, 1042, and 1043 are arranged so that their optical axes are aligned with the central axis of the laser beam L2.

一対のレーザー光源部101、102は、所定波長の一対のレーザー光線L1、L2を発射する。一対のレーザー光源部101、102は、空気中伝搬路112−1、112−2の空気中を伝播する一対のレーザー光線L1、L2が実質的に直交するように配置されている。アッテネータ108、109は、一対のレーザー光源部101、102からの一対のレーザー光線L1、L2を受けて強度を調整して空気中伝搬路112−1、112−2に送出する。 The pair of laser light source units 101 and 102 emits a pair of laser beams L1 and L2 having a predetermined wavelength. The pair of laser light source units 101 and 102 are arranged so that the pair of laser beams L1 and L2 propagating through the air in the air propagation paths 112-1 and 112-2 are substantially orthogonal to each other. The attenuators 108 and 109 receive a pair of laser beams L1 and L2 from the pair of laser light source units 101 and 102, adjust the intensity, and send them to the in-air propagation paths 112-1 and 112-2.

受光系光学部品103は、レーザー光源部101から発射され空気中伝搬路110の空気中を伝播する一対のレーザー光線L1を受光する。図2に示す受光系光学部品103の結像レンズ1031、1032、1033は、レーザー光源部101からのレーザー光線L1を集光及び拡散して所定径のレーザー光線に整形してこのレーザー光線を光電変換素子105に与える。結像レンズ1031、1032、1033は、レーザー光源部101からのレーザー光線L1をフーリエ変換するフーリエ光学系を構成している。 The light receiving system optical component 103 receives a pair of laser beams L1 emitted from the laser light source unit 101 and propagating through the air in the air propagation path 110. The imaging lenses 1031, 1032, and 1033 of the light receiving system optical component 103 shown in FIG. 2 condense and diffuse the laser beam L 1 from the laser light source unit 101, shape it into a laser beam of a predetermined diameter, and convert this laser beam to the photoelectric conversion element 105. To give. The imaging lenses 1031, 1032, and 1033 constitute a Fourier optical system that Fourier transforms the laser beam L 1 from the laser light source unit 101.

図3に示すように、受光系光学部品104は、レーザー光源部102から発射され空気中伝搬路112−2の空気中を伝播する一対のレーザー光線L2を受光する。図3に示す受光系光学部品104の結像レンズ1041、1042、1043は、レーザー光源部102からのレーザー光線L2を集光及び拡散して所定径のレーザー光線に整形してこのレーザー光線を光電変換素子106に与える。結像レンズ1041、1042、1043は、レーザー光源部102からのレーザー光線L2をフーリエ変換するフーリエ光学系を構成している。 As shown in FIG. 3, the light receiving optical component 104 receives a pair of laser beams L2 that are emitted from the laser light source unit 102 and propagate through the air in the air propagation path 112-2. The imaging lenses 1041, 1042, and 1043 of the light receiving system optical component 104 shown in FIG. 3 condense and diffuse the laser beam L2 from the laser light source unit 102, shape the laser beam to a laser beam of a predetermined diameter, and convert the laser beam to the photoelectric conversion element 106. To give. The imaging lenses 1041, 1042, and 1043 constitute a Fourier optical system that Fourier transforms the laser beam L2 from the laser light source unit 102.

レーザー光源部101、102から発射されるレーザー光線L1、L2は、空気中伝播路112に放出される。このときのレーザー光線L1、L2のビーム径は、空間を伝播させる条件を考慮すると、空気中伝播路112−1、112−2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。レーザー光源部101、102から発射されるレーザー光線L1,L2が、空気中伝播路112−1、112−2の中で音波又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、レーザー光線L1、L2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。 Laser beams L 1 and L 2 emitted from the laser light source units 101 and 102 are emitted to the in-air propagation path 112. The beam diameters of the laser beams L1 and L2 at this time vary depending on the lengths of the in-air propagation paths 112-1 and 112-2 in consideration of the conditions for propagating the space. For example, the diameter is several mm to several tens mm. A range of degree is desirable. When the laser beams L1 and L2 emitted from the laser light source units 101 and 102 come into contact with sound waves or ultrasonic waves in the air propagation paths 112-1 and 112-2, 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 diameters of the laser beams L1 and L2, the diffracted wave changes to a state called a deflection wave.

一対の光電変換素子105、106は、一対のレーザー光源部101、102から発射される一対のレーザー光線L1、L2から当該レーザー光線L1、L2が空気中を伝播する時に音波又は超音波と接触することで発生する回折波又は偏向波を受光系光学部品103、104を介して受け検出して電気信号に変換する。 The pair of photoelectric conversion elements 105 and 106 come into contact with sound waves or ultrasonic waves when the laser beams L1 and L2 propagate from the pair of laser beams L1 and L2 emitted from the pair of laser light source units 101 and 102 in the air. The generated diffracted wave or deflected wave is received and detected via the light receiving optical parts 103 and 104 and converted into an electric signal.

図1に示す相互相関値計算装置107は、一対の光電変換素子105、106からの出力信号を受けて当該出力信号に基づいて相互相関値を生成する。詳細には、相互相関値計算装置107は、一対の光電変換素子105、106からの出力信号を受けて、一対のレーザー光線L1、L2の交点における回折波又は偏向波を示す一対の光電変換素子105、106からの出力信号の音信号の相互相関値を生成する。 The cross-correlation value calculation device 107 shown in FIG. 1 receives the output signals from the pair of photoelectric conversion elements 105 and 106 and generates a cross-correlation value based on the output signals. Specifically, the cross-correlation value calculation device 107 receives output signals from the pair of photoelectric conversion elements 105 and 106, and shows a pair of photoelectric conversion elements 105 that indicate a diffracted wave or a deflection wave at the intersection of the pair of laser beams L1 and L2. , 106 generates a cross-correlation value of the sound signal of the output signal.

次に、相互相関値計算装置107が一対の光電変換素子105、106からの出力信号の音信号の相互相関値を生成することについて詳細に説明する。 Next, the generation of the cross-correlation value of the sound signal of the output signal from the pair of photoelectric conversion elements 105 and 106 by the cross-correlation value calculation device 107 will be described in detail.

音信号の相互相関値の測定においては、一対のレーザー光線L1、L2の交点に位置する音による相関が強く現れる。一対のレーザー光線L1、L2の交点の付近に音源がある場合には、一対の光電変換素子105、106が受ける一対のレーザー光線L1、L2には相関の大きい音信号が含まれる。また、一対のレーザー光線L1、L2の交点から離れた位置に音源がある場合には、一対の光電変換素子105、106が受ける一対のレーザー光線L1、L2には相関の小さい音信号が含まれる。 In the measurement of the cross-correlation value of the sound signal, there is a strong correlation due to the sound located at the intersection of the pair of laser beams L1 and L2. When there is a sound source in the vicinity of the intersection of the pair of laser beams L1 and L2, the pair of laser beams L1 and L2 received by the pair of photoelectric conversion elements 105 and 106 includes a sound signal having a high correlation. In addition, when the sound source is located at a position away from the intersection of the pair of laser beams L1 and L2, the pair of laser beams L1 and L2 received by the pair of photoelectric conversion elements 105 and 106 includes a sound signal having a small correlation.

空気中の音速と光速とを比較すると光速の方がはるかに速いから、レーザー光線に添った音圧積分は瞬時に行われると仮定してよい。したがって、次の(式1)で示す相互相関関数の定義による相互相関値の計算の時間τをτ=0とする相互相関値のみを調べればよい。 If the speed of light in air is compared with the speed of light, the speed of light is much faster, so it may be assumed that the sound pressure integration along the laser beam is instantaneous. Therefore, only the cross-correlation value where the time τ for calculating the cross-correlation value according to the definition of the cross-correlation function shown in the following (Equation 1) is τ = 0 may be examined.

Figure 0004806739
Figure 0004806739

相互相関値の計算時には、対象となる周波数帯域よりも低い周波数の信号があると、この信号が直流的バイアス成分となるため適切な相互相関値の計算ができないから、必要な周波数帯域の信号のみを使って計算するフィルタリング処理を相互相関値の計算処理の前処理として行えばよい。 When calculating the cross-correlation value, if there is a signal with a frequency lower than the target frequency band, this signal becomes a DC bias component, so an appropriate cross-correlation value cannot be calculated. The filtering process that calculates using the above may be performed as a pre-process of the cross-correlation value calculation process.

次に、一対のレーザー光線Lの交点の音の再生について、詳細に説明する。 Next, the reproduction of the sound at the intersection of the pair of laser beams L will be described in detail.

xy(τ)のフーリエ変換式は、次の(式2)で表される。

Figure 0004806739
The Fourier transform formula of r xy (τ) is expressed by the following (Formula 2).
Figure 0004806739

光電変換素子105、106の一方の出力信号のフーリエ変換式は、次の(式3)で表される。

Figure 0004806739
The Fourier transform formula of one output signal of the photoelectric conversion elements 105 and 106 is expressed by the following (Formula 3).
Figure 0004806739

一対のレーザー光線Lの交点の音圧時間信号の近似値S00(t)は、次の(式4)で表される。

Figure 0004806739
The approximate value S 00 (t) of the sound pressure time signal at the intersection of the pair of laser beams L is expressed by the following (Equation 4).
Figure 0004806739

xy(τ)及びRXY(ω)は信号のエネルギーに比例する量であるから、信号の周波数の次元にするには、前述のように√{RXY(ω)}の演算を行う。 Since r xy (τ) and R XY (ω) are quantities proportional to the energy of the signal, the calculation of √ {R XY (ω)} is performed as described above to make the frequency dimension of the signal.

時間信号にもどすには周波数領域の位相情報が必要であるが、前述のように簡易なスペクトルサブトラクション法による信号強調信号の抽出を行えば音圧時間信号の近似値S00(t)が得られる。すなわち、簡易な位相情報としてS(ω)の位相情報がそのままに√{RXY(ω)}の位相情報とされ、逆フーリエ変換を行うことにより音圧時間信号の近似値S00(t)が得られる。 In order to return to the time signal, phase information in the frequency domain is required, but if the signal enhancement signal is extracted by the simple spectral subtraction method as described above, the approximate value S 00 (t) of the sound pressure time signal can be obtained. . That is, as the simple phase information, the phase information of S X (ω) is used as it is as phase information of √ {R XY (ω)}, and an approximate value S 00 (t of the sound pressure time signal is obtained by performing inverse Fourier transform. ) Is obtained.

次に、本発明の実施形態1に係る光マイクロホン100の相互相関値計算装置107について、詳細に説明する。図4は、本発明の実施の形態1に係る相関演算方式光マイロホン100の相互相関値計算装置107の構成を示すブロック図である。 Next, the cross-correlation value calculation device 107 of the optical microphone 100 according to Embodiment 1 of the present invention will be described in detail. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the cross-correlation value calculation device 107 of the correlation calculation method optical mylophone 100 according to Embodiment 1 of the present invention.

図4に示す相互相関値計算装置107は、2つのアンプ1071、1072、2つのフィルタ1073、1074、2つのAD変喚器1075、1076及び相互相関値計算処理部1077を具備している。 4 includes two amplifiers 1071 and 1072, two filters 1073 and 1074, two AD converters 1075 and 1076, and a cross-correlation value calculation processing unit 1077.

アンプ1071は、光電変換素子105からのアナログの出力信号を受けて増幅してフィルタ1073に与える。フィルタ1073は、アンプ1071からのアナログの出力信号から対象となる周波数帯域よりも低い周波数の信号を除去してAD変喚器1075に与える。AD変喚器1075は、フィルタ1073からのアナログの出力信号をデジタルの信号に変換してこのデジタルの信号を相互相関値計算処理部1077に与える。 The amplifier 1071 receives an analog output signal from the photoelectric conversion element 105, amplifies the signal, and supplies the amplified signal to the filter 1073. The filter 1073 removes a signal having a frequency lower than the target frequency band from the analog output signal from the amplifier 1071 and supplies the signal to the AD converter 1075. The AD converter 1075 converts the analog output signal from the filter 1073 into a digital signal, and gives this digital signal to the cross-correlation value calculation processing unit 1077.

アンプ1072は、光電変換素子106からのアナログの出力信号を受けて増幅してフィルタ1074に与える。フィルタ1074は、アンプ1072からのアナログの出力信号から対象となる周波数帯域よりも低い周波数の信号を除去してAD変喚器1076に与える。AD変喚器1076は、フィルタ1074からのアナログの出力信号をデジタルの信号に変換してこのデジタルの信号を相互相関値計算処理部77に与える。相互相関値計算処理部1077は、AD変喚器1075、1076からのデジタルの信号に基づいて前記(式1)から前記(式4)の演算処理を実行して音圧時間信号の近似値S00(t)を生成する。相互相関値計算処理部1077は、例えば、コンピュータで構成されている。 The amplifier 1072 receives and amplifies the analog output signal from the photoelectric conversion element 106 and supplies the amplified signal to the filter 1074. The filter 1074 removes a signal having a frequency lower than the target frequency band from the analog output signal from the amplifier 1072 and supplies the signal to the AD converter 1076. The AD converter 1076 converts the analog output signal from the filter 1074 into a digital signal, and provides this digital signal to the cross-correlation value calculation processing unit 77. The cross-correlation value calculation processing unit 1077 executes the arithmetic processing of (Equation 1) to (Equation 4) based on the digital signal from the AD converters 1075 and 1076, and approximates the sound pressure time signal approximate value S. 00 (t) is generated. The cross correlation value calculation processing unit 1077 is configured by a computer, for example.

次に、本発明の実施形態1に係る光マイクロホン100の相互相関値計算装置107の相互相関値計算処理部1077について、詳細に説明する。図5は、本発明の実施形態1に係る相関演算方式光マイロホン100の相互相関値計算装置107の相互相関値計算処理部1077を示すブロック図である。 Next, the cross-correlation value calculation processing unit 1077 of the cross-correlation value calculation device 107 of the optical microphone 100 according to Embodiment 1 of the present invention will be described in detail. FIG. 5 is a block diagram showing the cross-correlation value calculation processing unit 1077 of the cross-correlation value calculation device 107 of the correlation calculation method optical myophone 100 according to Embodiment 1 of the present invention.

図5に示すように、相互相関値計算処理部1077は、位相情報生成部10771、相互相関値生成部10772、フーリエ変換部10773、振幅情報生成部10774、合成部10775、逆フーリエ変換部10776及び再生信号出力部10777を具備している。 As shown in FIG. 5, the cross-correlation value calculation processing unit 1077 includes a phase information generation unit 10771, a cross-correlation value generation unit 10772, a Fourier transform unit 10773, an amplitude information generation unit 10774, a synthesis unit 10775, an inverse Fourier transform unit 10777, and A reproduction signal output unit 10777 is provided.

位相情報生成部10771は、AD変喚器1075からのデジタルの信号を受けて前記(式3)で示すS(ω)の位相情報を生成して合成部10775に与える。相互相関値生成部10772は、AD変喚器1076からのデジタルの信号を受けて前記(式1)で示す相互相関値rXY(τ)を生成してフーリエ変換部10773に与える。 The phase information generation unit 10771 receives the digital signal from the AD transformer 1075, generates the phase information of S X (ω) shown in (Formula 3), and gives it to the synthesis unit 10775. The cross-correlation value generation unit 10772 receives the digital signal from the AD converter 1076, generates the cross-correlation value r XY (τ) expressed by the above (Formula 1), and gives it to the Fourier transform unit 10773.

フーリエ変換部10773は、相互相関値生成部10772からの相互相関値rXY(τ)を前記(式2)で示すフーリエ変換を行って振幅情報生成部10774に与える。振幅情報生成部10774は、フーリエ変換部10773からの信号を受けてこの信号の所定の周波数領域での振幅情報を生成して合成部10775に与える。 The Fourier transform unit 10773 performs the Fourier transform represented by (Formula 2) on the cross-correlation value r XY (τ) from the cross-correlation value generation unit 10772 and supplies the result to the amplitude information generation unit 10774. The amplitude information generation unit 10774 receives the signal from the Fourier transform unit 10773, generates amplitude information of this signal in a predetermined frequency region, and supplies the amplitude information to the synthesis unit 10775.

合成部10775は、位相情報生成部10771からの位相情報と振幅情報生成部10774からの振幅情報とを合成して逆フーリエ変換部10776に与える。逆フーリエ変換部10776は、合成部10775からの信号を受けて逆フーリエ変換して前記(式4)で示す音圧時間信号の近似値S00(t)である再生信号を生成して再生信号出力部10777に与える。再生信号出力部10777は、音声信号処理機器、音声信号解析機器又はスピーカ等に再生信号を出力する。 The synthesizing unit 10775 synthesizes the phase information from the phase information generating unit 10771 and the amplitude information from the amplitude information generating unit 10774 and supplies the synthesized information to the inverse Fourier transform unit 10976. The inverse Fourier transform unit 10976 receives the signal from the synthesizing unit 10775 and performs inverse Fourier transform to generate a reproduction signal that is an approximate value S 00 (t) of the sound pressure time signal represented by (Equation 4) above. This is given to the output unit 10777. The reproduction signal output unit 10777 outputs the reproduction signal to an audio signal processing device, an audio signal analysis device, a speaker, or the like.

なお、本発明の光マイクロホンで使用できるレーザー光線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、任意波長のレーザー光線Lを用途に合わせて選択する。 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 the laser beam L having an arbitrary wavelength is selected according to the application.

また、本発明の実施の形態1は、アッテネータ110、111の代わりに複数のレンズを有する出射系光学部品を有するように構成されてもよい。これらの出射系光学部品は、レーザー光源部101、102からのレーザー光線Lを集光及び拡散して所定径のレーザー光線に整形してこのレーザー光線を空気中伝播路112に送出する。本発明の実施の形態1においては、アッテネータ110、111は削除されてもよい。 Further, the first embodiment of the present invention may be configured to include an output optical component having a plurality of lenses instead of the attenuators 110 and 111. These emission system optical components collect and diffuse the laser beam L from the laser light source units 101 and 102, shape the laser beam L to a predetermined diameter, and send the laser beam to the air propagation path 112. In the first embodiment of the present invention, the attenuators 110 and 111 may be deleted.

また、本発明の実施形態1の光電変換素子は、レーザー光線を検出し電気信号を出力することのできる光電変換素子であれば如何なる素子で構成しても良く、例えば、光ダイオード又はフォトトランジスタ等で構成してもよい。 In addition, the photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present invention may be composed of any element as long as it can detect a laser beam and output an electrical signal, such as a photodiode or a phototransistor. It may be configured.

本発明の実施形態1によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線の光軸方向における音の空間分解能(又は音の位置の分解能)がある。また、本発明の実施の形態1によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線のビーム長を短くする場合にも検出する信号強度及びSN比を維持することができ、かつ、このため小型化に適している。 According to the first embodiment of the present invention, since sound can be detected with a point, there is spatial resolution of sound (or resolution of sound position) in the optical axis direction of the laser beam. Further, according to the first embodiment of the present invention, since sound can be detected with a point, the detected signal intensity and SN ratio can be maintained even when the beam length of the laser beam is shortened, and Therefore, it is suitable for downsizing.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について、図面を参照して詳細に説明する。図6は、本発明の実施の形態2に係る光マイクロホンの構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態2においては、本発明の実施の形態1と同じ構成要素には同じ参照符号が付されてその説明が省略される。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the optical microphone according to Embodiment 2 of the present invention. In the second embodiment of the present invention, the same components as those in the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図6に示すように、本発明の実施の形態2に係る光マイクロホン200は、複数対のレーザー光源部X1、…、XN、Y1、…、YN、複数の受光系光学部品RX1、…、RXN、RY1、…、RYN、複数の光電変換素子PX1、…、PXN、PY1、…、PYN及び相互相関値計算装置201を具備している。なお、本実施の形態2においては、X方向のレーザー光源部の数とY方向のレーザー光源部の数とは、共にN個としたが、これに限定されるわけではなく、それぞれのレーザー光源部の数は任意であり、X方向のレーザー光源部の数とY方向のレーザー光源部の数とが異なるようにしてもよい。 6, the optical microphone 200 according to the second embodiment of the present invention includes a plurality of pairs of laser light source units X1,..., XN, Y1,..., YN, a plurality of light receiving optical components RX1,. , RY1, ..., RYN, a plurality of photoelectric conversion elements PX1, ..., PXN, PY1, ..., PYN and a cross-correlation value calculation device 201. In the second embodiment, the number of the laser light source units in the X direction and the number of the laser light source units in the Y direction are both N. However, the number of laser light sources is not limited to this. The number of parts is arbitrary, and the number of laser light source parts in the X direction may be different from the number of laser light source parts in the Y direction.

本発明の実施の形態2に係る光マイクロホン200は、複数対のレーザー光源部X1、…、XN、Y1、…、YN、複数の受光系光学部品RX1、…、RXN、RY1、…、RYN、複数の光電変換素子PX1、…、PXN、PY1、…、PYNが、2次元状に配置されているものである。 The optical microphone 200 according to the second embodiment of the present invention includes a plurality of pairs of laser light source units X1,..., XN, Y1,..., YN, a plurality of light receiving optical components RX1, ..., RXN, RY1,. A plurality of photoelectric conversion elements PX1, ..., PXN, PY1, ..., PYN are two-dimensionally arranged.

レーザー光源部X1、…、XNとレーザー光源部Y1、…、YNとは、レーザー光源部101、102と同じものである。レーザー光源部X1、…、XNとレーザー光源部Y1、…、YNとの各対は、空気中伝搬路110の空気中を伝播する各対のレーザー光線Lが実質的に直交するように配置されている。 The laser light source parts X1,..., XN and the laser light source parts Y1,..., YN are the same as the laser light source parts 101, 102. Each pair of the laser light source parts X1,..., XN and the laser light source parts Y1,..., YN is arranged such that each pair of laser beams L propagating in the air in the air propagation path 110 is substantially orthogonal. Yes.

複数の受光系光学部品RX1、…、RXN、RY1、…、RYNは、受光系光学部品103、104と同じものである。複数の受光系光学部品RX1、…、RXN、RY1、…、RYNは、レーザー光源部X1、…、XN、Y1、…、YNから発射され空気中伝搬路110の空気中を伝播する複数対のレーザー光線Lを受光する。 The plurality of light receiving optical components RX1,..., RXN, RY1,..., RYN are the same as the light receiving optical components 103, 104. A plurality of light receiving system optical components RX1,..., RXN, RY1,..., RYN are emitted from the laser light source units X1,..., XN, Y1,. The laser beam L is received.

複数の光電変換素子PX1、…、PXN、PY1、…、PYNは、複数対のレーザー光源部X1、…、XN、Y1、…、YNから発射される複数対のレーザー光線Lから当該複数対のレーザー光線Lが空気中を伝播する時に音波又は超音波と接触することで発生する複数の回折波又は複数の偏向波を検出して電気信号に変換する。 The plurality of photoelectric conversion elements PX1,..., PXN, PY1,..., PYN are a plurality of pairs of laser light beams from a plurality of pairs of laser light beams L emitted from a plurality of pairs of laser light source units X1,. A plurality of diffracted waves or a plurality of deflected waves generated by contact with sound waves or ultrasonic waves when L propagates in the air are detected and converted into electrical signals.

相互相関値計算装置201は、複数の光電変換素子PX1、…、PXN、PY1、…、PYNからの複数の出力信号を受けて当該複数の出力信号に基づいて複数の相互相関値を生成する。詳細には、相互相関値計算装置201は、複数対のレーザー光源部X1、…、XN、Y1、…、YNからの複数対のレーザー光線の複数の交点における複数の回折波又は複数の偏向波を示す複数の光電変換素子PX1、…、PXN、PY1、…、PYNからの複数の出力信号の複数の音信号の複数の相互相関値を生成する。相互相関値計算装置201が複数の相互相関値の1つのものを生成する演算処理は、本発明の実施の形態1の演算処理と同じである。 The cross-correlation value calculation apparatus 201 receives a plurality of output signals from the plurality of photoelectric conversion elements PX1,..., PXN, PY1,..., PYN and generates a plurality of cross-correlation values based on the plurality of output signals. Specifically, the cross-correlation value calculation apparatus 201 outputs a plurality of diffracted waves or a plurality of deflected waves at a plurality of intersections of a plurality of pairs of laser light beams from a plurality of pairs of laser light source units X1, ..., XN, Y1, ..., YN. A plurality of cross-correlation values of a plurality of sound signals of a plurality of output signals from the plurality of photoelectric conversion elements PX1,..., PXN, PY1,. The calculation process in which the cross-correlation value calculation apparatus 201 generates one of a plurality of cross-correlation values is the same as the calculation process in the first embodiment of the present invention.

本発明の実施の形態2に係る光マイクロホン200は、複数対のレーザー光源部X1、…、XN、Y1、…、YNからの複数対のレーザー光線の複数の交点における複数の回折波又は複数の偏向波を示す複数の光電変換素子PX1、…、PXN、PY1、…、PYNからの複数の出力信号の複数の音信号の複数の相互相関値を生成するため、音源が複数対のレーザー光線の複数の交点のいずれの位置に存在するかを正確に検出することができる。 The optical microphone 200 according to Embodiment 2 of the present invention includes a plurality of diffracted waves or a plurality of deflections at a plurality of intersections of a plurality of pairs of laser light beams from a plurality of pairs of laser light source units X1,..., XN, Y1,. A plurality of photoelectric conversion elements PX1,..., PXN, PY1,..., PYN exhibiting waves generate a plurality of cross-correlation values of a plurality of sound signals. It is possible to accurately detect the position of the intersection.

例えば、本発明の実施の形態2に係る光マイクロホン200は、複数対のレーザー光線の複数の交点の音信号の検出値に基づいて、図7に示すように音信号の大きさを立体的に表示すると、どの位置に音源が存在するかが容易に判別することができる。図7に示す例は、複数対のレーザー光源部X1、…、XN、Y1、…、YNにおいて、N=5とした例である。図7に示す例においては、音源は、レーザー光源部X2及びY3の交点に存在することが容易に分かる。 For example, the optical microphone 200 according to Embodiment 2 of the present invention three-dimensionally displays the magnitude of the sound signal as shown in FIG. 7 based on the detected value of the sound signal at a plurality of intersections of a plurality of pairs of laser beams. Then, it can be easily determined at which position the sound source exists. The example shown in FIG. 7 is an example in which N = 5 in a plurality of pairs of laser light source units X1,..., XN, Y1,. In the example shown in FIG. 7, it can be easily seen that the sound source exists at the intersection of the laser light source portions X2 and Y3.

本発明の実施の形態2によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線の光軸方向における音の空間分解能(又は音の位置の分解能)がある。また、本発明の実施の形態2によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線のビーム長を短くする場合にも検出する信号強度及びSN比を維持することができ、かつ、このため小型化に適している。また、本発明の実施の形態2によれば、所定の2次元状の領域において音の検出を点でリアルタイムに行うことができる。 According to the second embodiment of the present invention, since sound can be detected with a point, there is spatial resolution of sound (or resolution of sound position) in the optical axis direction of the laser beam. Further, according to the second embodiment of the present invention, since sound can be detected with a point, the signal intensity and SN ratio to be detected can be maintained even when the beam length of the laser beam is shortened, and Therefore, it is suitable for downsizing. Further, according to Embodiment 2 of the present invention, sound can be detected in real time in a predetermined two-dimensional area.

また、従来の振動板を用いたマイクロホンにおいては多数のマイクロホンを並べて測定密度が高い(測定間隔が狭い)測定を行う場合にマイクロホン自体の物体が大きいため音波の回折及び散乱の影響が無視できないため高い周波数では精度の高い測定を行うことができなかった。これに対し、本発明の実施の形態2によれば、音の検出を点で行うことができるため、測定面(測定場)の測定点を密にとることができる。 In addition, in a microphone using a conventional diaphragm, when performing measurement with a large number of microphones arranged and a high measurement density (a narrow measurement interval), the influence of sound wave diffraction and scattering cannot be ignored because the object of the microphone itself is large. High-precision measurements could not be performed at high frequencies. On the other hand, according to the second embodiment of the present invention, since sound can be detected with points, the measurement points on the measurement surface (measurement field) can be densely taken.

(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3について、図面を参照して詳細に説明する。図8は、本発明の実施の形態3に係る光マイクロホンの構成を説明するための図である。本発明の実施の形態3においては、本発明の実施の形態2と同じ構成要素には同じ参照符号が付されてその説明が省略される。
(Embodiment 3)
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 8 is a diagram for explaining the configuration of the optical microphone according to Embodiment 3 of the present invention. In the third embodiment of the present invention, the same components as those in the second embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図8に示すように、本発明の実施の形態3に係る光マイクロホン300は、本発明の実施の形態2に係る光マイクロホン200において、複数の光電変換素子PX1、…、PXN、PY1、…、PYNと相互相関値計算装置201との間に接続されている選択装置301、302をさらに具備している。選択装置301、302は、複数の光電変換素子PX1、…、PXN、PY1、…、PYNからの複数の出力信号の少なくとも2以上の出力信号を選択して相互相関値計算装置201に与える。選択装置は、例えば、マルチプレクサで構成されている。なお、本実施の形態3においては、X方向のレーザー光源部の数とY方向のレーザー光源部の数とは、共にN個としたが、これに限定されるわけではなく、それぞれのレーザー光源部の数は任意であり、X方向のレーザー光源部の数とY方向のレーザー光源部の数とが異なるようにしてもよい。 As shown in FIG. 8, the optical microphone 300 according to the third embodiment of the present invention is the same as the optical microphone 200 according to the second embodiment of the present invention, in which a plurality of photoelectric conversion elements PX1, ..., PXN, PY1,. Further, selection devices 301 and 302 connected between the PYN and the cross-correlation value calculation device 201 are further provided. The selection devices 301 and 302 select at least two output signals of the plurality of output signals from the plurality of photoelectric conversion elements PX1,..., PXN, PY1,. The selection device is composed of, for example, a multiplexer. In the third embodiment, the number of the laser light source units in the X direction and the number of the laser light source units in the Y direction are both N. However, the number of laser light sources is not limited to this. The number of parts is arbitrary, and the number of laser light source parts in the X direction may be different from the number of laser light source parts in the Y direction.

本発明の実施の形態3に係る光マイクロホン300は、本発明の実施の形態2に係る光マイクロホン200と同じ効果を有し、かつ、所望の2次元状の領域において音の検出を点でリアルタイムに行うことができる。 The optical microphone 300 according to the third embodiment of the present invention has the same effect as the optical microphone 200 according to the second embodiment of the present invention, and detects sound in a desired two-dimensional region in real time. Can be done.

(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4について、図面を参照して詳細に説明する。図9は、本発明の実施の形態4に係る光マイクロホンの構成を説明するための図である。本発明の実施の形態4においては、本発明の実施の形態2と同じ構成要素には同じ参照符号が付されてその説明が省略される。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 9 is a diagram for explaining a configuration of an optical microphone according to Embodiment 4 of the present invention. In the fourth embodiment of the present invention, the same components as those in the second embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図9に示すように、本発明の実施の形態4に係る光マイクロホン300は、本発明の実施の形態2に係る光マイクロホン200を3次元状(複数段状)に配置して構成されている。図9においては、1つの光マイクロホン200の一部のみが図示されている。 As shown in FIG. 9, the optical microphone 300 according to the fourth embodiment of the present invention is configured by arranging the optical microphones 200 according to the second embodiment of the present invention in a three-dimensional shape (a plurality of stages). . In FIG. 9, only a part of one optical microphone 200 is shown.

本発明の実施の形態4によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線の光軸方向における音の空間分解能(又は音の位置の分解能)がある。また、本発明の実施の形態3によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線のビーム長を短くする場合にも検出する信号強度及びSN比を維持することができ、かつ、このため小型化に適している。また、本発明の実施の形態4によれば、所定の3次元的な空間において音の検出を点でリアルタイムに行うことができる。 According to the fourth embodiment of the present invention, since sound can be detected with a point, there is spatial resolution of sound (or resolution of sound position) in the optical axis direction of the laser beam. Further, according to the third embodiment of the present invention, since sound can be detected with a point, the detected signal intensity and SN ratio can be maintained even when the beam length of the laser beam is shortened, and Therefore, it is suitable for downsizing. Further, according to Embodiment 4 of the present invention, sound can be detected in real time in a predetermined three-dimensional space.

なお、本発明の実施の形態4は、光マイクロホン300において、複数の光電変換素子と相互相関値計算装置との間に接続されている選択装置をさらに具備し、選択装置が、複数の光電変換素子からの複数の出力信号の少なくとも1つを選択して相互相関値計算装置に与えるように構成されてもよい。この場合には、所望の3次元状の空間において音の検出を点でリアルタイムに行うことができる。 The fourth embodiment of the present invention further includes a selection device connected between the plurality of photoelectric conversion elements and the cross-correlation value calculation device in the optical microphone 300, and the selection device includes a plurality of photoelectric conversion devices. It may be configured to select and provide at least one of a plurality of output signals from the element to the cross-correlation value calculation apparatus. In this case, sound can be detected in real time in a desired three-dimensional space.

なお、本発明の実施の形態1〜4は、一対のレーザー光線が実質的に直交する構成に限定されるものでなく、一対のレーザー光線が実質的に交差する構成でもよい。 The first to fourth embodiments of the present invention are not limited to a configuration in which a pair of laser beams are substantially orthogonal to each other, and may have a configuration in which a pair of laser beams substantially intersect.

また、前記相互相関値は、各信号の最大値による規格化相互相関値、自乗平均値による規格化相互相関値及び近似音信号再生値等を含むものである。 The cross-correlation value includes a normalized cross-correlation value based on the maximum value of each signal, a normalized cross-correlation value based on a mean square value, an approximate sound signal reproduction value, and the like.

本発明の第1の態様に係る光マイクロホンは、所定波長の一対のレーザー光線を発射する一対のレーザー光源部と、前記一対のレーザー光源部から発射され空気中伝搬路の空気中を伝播する前記一対のレーザー光線を受光する一対の受光系光学部品と、前記一対のレーザー光源部から発射される前記一対のレーザー光線から当該レーザー光線が空気中を伝播する時に音波又は超音波と接触することで発生する回折波又は偏向波を検出して電気信号に変換する一対の光電変換素子と、前記一対の光電変換素子からの出力信号を受けて当該出力信号に基づいて相互相関値を生成する相互相関値計算装置と、を具備し、前記一対のレーザー光源部は、前記空気中伝搬路の空気中を伝播する前記一対のレーザー光線が直交するように配置され、前記相互相関値計算装置は、前記一対のレーザー光線の交点における前記回折波又は前記偏向波を示す前記一対の光電変換素子からの前記出力信号の音信号の前記相互相関値を生成する構成を採る。 The optical microphone according to the first aspect of the present invention includes a pair of laser light source units that emit a pair of laser beams having a predetermined wavelength, and the pair that is emitted from the pair of laser light source units and propagates through the air in an air propagation path. A pair of light receiving system optical components that receive the laser beam and a diffracted wave generated when the laser beam contacts the sound wave or the ultrasonic wave when propagating through the air from the pair of laser beam emitted from the pair of laser light source units Alternatively, a pair of photoelectric conversion elements that detect deflection waves and convert them into electrical signals, and a cross-correlation value calculation device that receives an output signal from the pair of photoelectric conversion elements and generates a cross-correlation value based on the output signal; The pair of laser light source units are arranged so that the pair of laser beams propagating in the air in the air propagation path are orthogonal to each other, and the phase Correlation value calculation device has a configuration for generating the cross-correlation value of the sound signal of the output signal from the pair of photoelectric conversion element exhibiting the diffraction waves or the deflection wave in the intersection of the pair of laser.

本発明の第1の態様によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線の光軸方向における音の空間分解能(又は音の位置の分解能)がある。また、本発明の第1の態様によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線のビーム長を短くする場合にも検出する信号強度及びSN比を維持することができ、かつ、このため小型化に適している。 According to the first aspect of the present invention, since sound can be detected with a point, there is spatial sound resolution (or sound position resolution) in the optical axis direction of the laser beam. In addition, according to the first aspect of the present invention, since sound can be detected with a point, the detected signal intensity and SN ratio can be maintained even when the beam length of the laser beam is shortened, and Therefore, it is suitable for downsizing.

本発明の第2の態様に係る光マイクロホンは、所定波長の複数対のレーザー光線を発射する複数対のレーザー光源部と、前記複数対のレーザー光源部から発射され空気中伝搬路の空気中を伝播する前記複数対のレーザー光線を受光する複数の受光系光学部品と、前記複数対のレーザー光源部から発射される前記複数対のレーザー光線から当該複数対のレーザー光線が空気中を伝播する時に音波又は超音波と接触することで発生する複数の回折波又は複数の偏向波を検出して電気信号に変換する複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子からの複数の出力信号を受けて当該複数の出力信号に基づいて複数の相互相関値を生成する相互相関値計算装置と、を具備し、前記複数対のレーザー光源部の各対のものは、前記空気中伝搬路の空気中を伝播する前記各対のレーザー光線が直交するように配置され、前記相互相関値計算装置は、前記複数対のレーザー光線の複数の交点における前記複数の回折波又は前記複数の偏向波を示す前記複数の光電変換素子からの前記複数の出力信号の複数の音信号の前記複数の相互相関値を生成する構成を採る。 An optical microphone according to a second aspect of the present invention includes a plurality of pairs of laser light source units that emit a plurality of pairs of laser beams having a predetermined wavelength, and is emitted from the plurality of pairs of laser light source units and propagates through the air in an air propagation path. A plurality of light receiving system optical components for receiving the plurality of pairs of laser beams, and sound waves or ultrasonic waves when the plurality of pairs of laser beams propagate from the plurality of pairs of laser beams emitted from the plurality of pairs of laser light source units. A plurality of photoelectric conversion elements that detect a plurality of diffracted waves or a plurality of deflection waves generated by contact with the plurality of photoelectric conversion elements and convert them into electrical signals; and a plurality of output signals from the plurality of photoelectric conversion elements A cross-correlation value calculation device that generates a plurality of cross-correlation values based on an output signal, and each pair of the plurality of pairs of laser light sources is in the air of the in-air propagation path The pairs of propagating laser beams are arranged so as to be orthogonal to each other, and the cross-correlation value calculation device includes the plurality of photoelectric waves indicating the plurality of diffracted waves or the plurality of deflected waves at a plurality of intersections of the plurality of pairs of laser beams. A configuration is adopted in which the plurality of cross-correlation values of the plurality of sound signals of the plurality of output signals from the conversion element are generated.

本発明の第2の態様によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線の光軸方向における音の空間分解能(又は音の位置の分解能)がある。また、本発明の第2の態様によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線のビーム長を短くする場合にも検出する信号強度及びSN比を維持することができ、かつ、このため小型化に適している。また、本発明の第2の態様によれば、所定の領域において音の検出を点でリアルタイムに行うことができる。 According to the second aspect of the present invention, since sound can be detected with a point, there is spatial resolution of sound (or resolution of sound position) in the optical axis direction of the laser beam. Further, according to the second aspect of the present invention, since sound can be detected with a point, the detected signal intensity and SN ratio can be maintained even when the beam length of the laser beam is shortened, and Therefore, it is suitable for downsizing. According to the second aspect of the present invention, sound can be detected in real time in a predetermined area.

本発明の第3の態様に係る光マイクロホンは、本発明の第2の態様において、前記複数対のレーザー光源部、前記複数の受光系光学部品及び前記複数の光電変換素子が、2次元状に配置されている構成を採る。 An optical microphone according to a third aspect of the present invention is the optical microphone according to the second aspect of the present invention, wherein the plurality of pairs of laser light source units, the plurality of light receiving optical components, and the plurality of photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged. The arrangement is taken.

本発明の第3の態様によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線の光軸方向における音の空間分解能(又は音の位置の分解能)がある。また、本発明の第3の態様によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線のビーム長を短くする場合にも検出する信号強度及びSN比を維持することができ、かつ、このため小型化に適している。また、本発明の第3の態様によれば、所定の2次元状の領域において音の検出を点でリアルタイムに行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, since sound can be detected with a point, there is spatial sound resolution (or sound position resolution) in the optical axis direction of the laser beam. In addition, according to the third aspect of the present invention, since sound can be detected with a point, the signal intensity and SN ratio to be detected can be maintained even when the beam length of the laser beam is shortened, and Therefore, it is suitable for downsizing. According to the third aspect of the present invention, sound can be detected in real time in a predetermined two-dimensional area.

本発明の第4の態様に係る光マイクロホンは、本発明の第2の態様において、前記複数対のレーザー光源部、前記複数の受光系光学部品及び前記複数の光電変換素子が、3次元状に配置されている構成を採る。 The optical microphone according to a fourth aspect of the present invention is the optical microphone according to the second aspect of the present invention, wherein the plurality of pairs of laser light source units, the plurality of light receiving optical components, and the plurality of photoelectric conversion elements are three-dimensionally arranged. The arrangement is taken.

本発明の第4の態様によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線の光軸方向における音の空間分解能(又は音の位置の分解能)がある。また、本発明の第4の態様によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線のビーム長を短くする場合にも検出する信号強度及びSN比を維持することができ、かつ、このため小型化に適している。また、本発明の第4の態様によれば、所定の3次元状の領域において音の検出を点でリアルタイムに行うことができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since sound can be detected with a point, there is spatial sound resolution (or sound position resolution) in the optical axis direction of the laser beam. In addition, according to the fourth aspect of the present invention, since sound can be detected with a point, the signal intensity and SN ratio to be detected can be maintained even when the beam length of the laser beam is shortened, and Therefore, it is suitable for downsizing. Further, according to the fourth aspect of the present invention, sound can be detected in real time in a predetermined three-dimensional area.

本発明の第5の態様に係る光マイクロホンは、本発明の第2の態様から第5の態様のいずれかにおいて、前記複数の光電変換素子と前記相互相関値計算装置との間に接続されている選択装置をさらに具備し、前記選択装置が、前記複数の光電変換素子からの前記複数の出力信号の少なくとも2以上の出力信号を選択して前記相互相関値計算装置に与える構成を採る。 An optical microphone according to a fifth aspect of the present invention is connected between the plurality of photoelectric conversion elements and the cross-correlation value calculation device according to any one of the second to fifth aspects of the present invention. The selection device further includes a selection device that selects at least two or more output signals of the plurality of output signals from the plurality of photoelectric conversion elements and supplies them to the cross-correlation value calculation device.

本発明の第5の態様によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線の光軸方向における音の空間分解能(又は音の位置の分解能)がある。また、本発明の第5の態様によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線のビーム長を短くする場合にも検出する信号強度及びSN比を維持することができ、かつ、このため小型化に適している。また、本発明の第5の態様によれば、所望の領域において音の検出を点でリアルタイムに行うことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since sound can be detected with a point, there is spatial resolution of sound (or resolution of sound position) in the optical axis direction of the laser beam. In addition, according to the fifth aspect of the present invention, since sound can be detected with a point, the signal intensity and SN ratio to be detected can be maintained even when the beam length of the laser beam is shortened, and Therefore, it is suitable for downsizing. According to the fifth aspect of the present invention, sound can be detected in real time in a desired region.

本発明の第6の態様に係る光マイクロホンは、本発明の第5の態様において、前記選択装置が、マルチプレクサで構成されている構成を採る。 The optical microphone according to a sixth aspect of the present invention employs a configuration in which, in the fifth aspect of the present invention, the selection device is configured by a multiplexer.

本発明の第6の態様によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線の光軸方向における音の空間分解能(又は音の位置の分解能)がある。また、本発明の第6の態様によれば、音の検出を点で行うことができるため、レーザー光線のビーム長を短くする場合にも検出する信号強度及びSN比を維持することができ、かつ、このため小型化に適している。また、本発明の第6の態様によれば、所望の領域において音の検出を点でリアルタイムに行うことができる。 According to the sixth aspect of the present invention, since sound can be detected with a point, there is spatial sound resolution (or sound position resolution) in the optical axis direction of the laser beam. In addition, according to the sixth aspect of the present invention, since sound can be detected with a point, the signal intensity and SN ratio to be detected can be maintained even when the beam length of the laser beam is shortened, and Therefore, it is suitable for downsizing. According to the sixth aspect of the present invention, sound can be detected in real time in a desired region.

本発明は、固体表面の近傍領域の放射音の非擾乱測定、固体材料板の振動姿態の非接触測定、流体中の音場測定、ジェット流中に発生する非擾乱測定と騒音発生メカニズム解明への応用、一般の音波及び超音波分布のリモートセンシング、音響インテンシティ、公共空間(各種のホール、教室、ショッピングセンターなどの公共生活空間)における音の検出、並びに、トンネルの出入口及び内部における音の検出などに用いることができる。 The present invention provides non-disturbance measurement of radiated sound in the vicinity of a solid surface, non-contact measurement of the vibration state of a solid material plate, measurement of a sound field in a fluid, measurement of non-disturbance generated in a jet flow, and elucidation of the mechanism of noise generation. Application, general sound wave and ultrasonic distribution remote sensing, sound intensity, detection of sound in public spaces (public spaces such as various halls, classrooms, shopping centers, etc.) It can be used for detection.

本発明の光マイクロホンは、以下のような応用例、特徴がある。(1)音場を乱さない測定が可能である。(2)リモートセンシングにも利用できる。(3)防爆区域、高電圧(電界)中、高磁界中、極低温中などの特殊雰囲気を含めて、通常のマイクロホンが設置できない場所での音波検出に有効である。(4)密閉容器内や室内の音も数mm幅の光学窓があれば外部から検出可能である。(5)振動膜がないので、衝撃波などが入っても破壊されない。衝撃波測定も可能である。(6)可視域から近赤外域レーザーまで使用可能であり、用途により、可視あるいは不可視の検出部が作成できる。(7)広帯域の音波の同時計測が可能で可聴帯から高周波帯(低周波超音波)まで1本の光ビームで測定できる。(8)音波受信部(光ビームアンテナ)を任意の形に設定でき、いろいろな受信特性を持たせることが原理的には可能である。またこれらの光学系はコンパクトにまとめることも、室内外を這わせて音波検出用光アンテナやマクロホン(広領域音モニタリングシステム)を構成することも可能である。(9)気体中やプラズマ中の他、測定条件を選べば、水中(液体中)や透明固体中での測定にも適用可能である。(10)光ビーム構成や光検出器構成により指向性のコントロールができるので、音波伝搬方向の測定や立体録音に利用できる可能性を有する。(11)受信信号の伝送にレーザービーム空中伝搬方式または光ファイバ伝搬方式を用いることにより、電磁ノイズなどを低減できる。(12)小出力の半導体レーザーが利用でき、検出器を含めて、装置が簡単で安価にできる。(13)レーザービーム空間走査により、ミクロな音源・振動源の検出が可能である。(14)1本の光ビームにより音圧の傾き(密度勾配)を検出できるので、光による音響インテンシティ計測法を実現可能である。(15)コンピュータトモグラフィ(CT)と組み合わせることで、音の空間分布の可視化法(レーザビームマイクロホンCT)を実現できる。(16)光情報処理を利用して、システムの最適化・高機能化が図れる。本発明の光マイクロホンは、この他にも、用途や使用対象に合わせていろいろな特徴を出すことができると期待される。 The optical microphone of the present invention has the following application examples and features. (1) Measurement without disturbing the sound field is possible. (2) It can also be used for remote sensing. (3) Effective for detecting sound waves in places where normal microphones cannot be installed, including special atmospheres such as explosion-proof areas, high voltage (electric field), high magnetic fields, and extremely low temperatures. (4) Sound in a sealed container or in a room can be detected from the outside if there is an optical window with a width of several millimeters. (5) Since there is no vibration film, it is not destroyed even if a shock wave or the like enters. Shock wave measurement is also possible. (6) It can be used from a visible range to a near infrared range laser, and a visible or invisible detection unit can be created depending on the application. (7) Broadband sound waves can be measured simultaneously, and can be measured with a single light beam from the audible band to the high frequency band (low frequency ultrasonic waves). (8) In principle, it is possible to set the sound wave receiving unit (light beam antenna) to an arbitrary shape and to have various reception characteristics. In addition, these optical systems can be combined in a compact manner, or a sound wave detecting optical antenna or a macrophone (wide-area sound monitoring system) can be configured with the indoors and outdoors. (9) If measurement conditions are selected in addition to gas or plasma, it is applicable to measurement in water (in liquid) or in a transparent solid. (10) Since the directivity can be controlled by the light beam configuration and the photodetector configuration, there is a possibility that it can be used for measurement of the sound wave propagation direction and three-dimensional recording. (11) By using a laser beam aerial propagation method or an optical fiber propagation method for transmission of a received signal, electromagnetic noise or the like can be reduced. (12) A low-power semiconductor laser can be used, and the apparatus including the detector can be simple and inexpensive. (13) Microscopic sound source / vibration source can be detected by laser beam spatial scanning. (14) Since the gradient (density gradient) of the sound pressure can be detected by one light beam, a sound intensity measurement method using light can be realized. (15) By combining with computer tomography (CT), a sound spatial distribution visualization method (laser beam microphone CT) can be realized. (16) The system can be optimized and enhanced using optical information processing. In addition to the above, the optical microphone of the present invention is expected to be able to produce various features in accordance with the application and intended use.

本発明の実施の形態1に係る光マイクロホンの概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outline of the optical microphone which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る光マイクロホンの1つの光学系を示す図である。It is a figure which shows one optical system of the optical microphone which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図3は、本発明の実施形態1に係る光マイクロホンの他の光学系を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing another optical system of the optical microphone according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る光マイロホンの相互相関値計算装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the cross correlation value calculation apparatus of the optical mylophone which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る光マイロホンの相互相関値計算装置の相互相関値計算処理部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the cross correlation value calculation process part of the cross correlation value calculation apparatus of the optical mylophone which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る光マイロホンの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical mylophone which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る光マイクロホンによる複数対のレーザー光線の複数の交点の音信号の検出値に基づいて音信号の大きさを立体的にかつ模式的に表示した図である。It is the figure which displayed the magnitude | size of the sound signal three-dimensionally and schematically based on the detected value of the sound signal of the several intersection of the several pairs laser beam by the optical microphone which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る光マイロホンの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical mylophone which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る光マイロホンの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the optical mylophone which concerns on Embodiment 4 of this invention. 光マイクロホンの動作及び計測原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement and measurement principle of an optical microphone. 従来の光マイクロホンの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional optical microphone. 従来の光マイクロホンの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional optical microphone.

符号の説明Explanation of symbols

100、200、300、400 光マイクロホン
101、102、X1、…、XN、Y1、…、YN レーザー光源部
103、104、RX1、…、RXN、RY1、…、RYN 受光系光学部品
105、106、PX1、…、PXN、PY1、…、PYN 光電変換素子
107、201 相互相関値計算装置
301、302 選択装置





100, 200, 300, 400 Optical microphones 101, 102, X1,..., XN, Y1,..., YN laser light source sections 103, 104, RX1,..., RXN, RY1,. PX1,..., PXN, PY1,..., PYN photoelectric conversion element 107, 201 cross-correlation value calculation device 301, 302 selection device





Claims (6)

所定波長の一対のレーザー光線を発射する一対のレーザー光源部と、
前記一対のレーザー光源部から発射され空気中伝搬路の空気中を伝播する前記一対のレーザー光線を受光する一対の受光系光学部品と、
前記一対のレーザー光源部から発射される前記一対のレーザー光線から当該レーザー光線が空気中を伝播する時に音波又は超音波と接触することで発生する回折波又は偏向波を検出して電気信号に変換する一対の光電変換素子と、
前記一対の光電変換素子からの出力信号を処理する相互相関値計算装置と、を具備し、
前記一対のレーザー光源部は、前記空気中伝搬路の空気中を伝播する前記一対のレーザー光線が実質的に交差するように配置され、
前記相互相関値計算装置は、
前記一対のレーザー光線の交点における前記回折波又は前記偏向波を示す前記一対の光電変換素子からの前記出力信号を受けて音信号の前記相互相関値を生成する相互相関値生成部と、
前記相互相関値にフーリエ変換を適用した結果を算出するフーリエ変換部と、
前記フーリエ変換部により算出された結果に開平を適用して振幅情報を生成する振幅情報生成部と、
前記一対の光電変換素子のいずれかの前記出力信号の位相情報と前記生成された振幅情報とを合成した結果に逆フーリエ変換を適用して出力信号を生成する出力部とを有することを特徴とする光マイクロホン。
A pair of laser light source units that emit a pair of laser beams of a predetermined wavelength; and
A pair of light receiving system optical components that receive the pair of laser beams that are emitted from the pair of laser light source units and propagate through the air in the air propagation path;
A pair that detects a diffracted wave or a deflected wave generated by contacting a sound wave or an ultrasonic wave when the laser beam propagates through the air from the pair of laser beams emitted from the pair of laser light source units, and converts them into an electrical signal. A photoelectric conversion element of
Anda correlation value calculation unit that processes the output signals from the pair of photoelectric conversion elements,
The pair of laser light source units are arranged so that the pair of laser beams propagating through the air in the air propagation path substantially intersect,
The cross-correlation value calculation device
A cross-correlation value generation unit that generates the cross-correlation value of the sound signal by receiving the output signals from the pair of photoelectric conversion elements indicating the diffracted wave or the deflection wave at the intersection of the pair of laser beams ;
A Fourier transform unit for calculating a result of applying a Fourier transform to the cross-correlation value;
An amplitude information generation unit for generating amplitude information by applying square root to the result calculated by the Fourier transform unit;
An output unit that generates an output signal by applying an inverse Fourier transform to a result of combining the phase information of the output signal of one of the pair of photoelectric conversion elements and the generated amplitude information ; An optical microphone.
所定波長の複数対のレーザー光線を発射する複数対のレーザー光源部と、
前記複数対のレーザー光源部から発射され空気中伝搬路の空気中を伝播する前記複数対のレーザー光線を受光する複数の受光系光学部品と、
前記複数対のレーザー光源部から発射される前記複数対のレーザー光線から当該複数対のレーザー光線が空気中を伝播する時に音波又は超音波と接触することで発生する複数の回折波又は複数の偏向波を検出して電気信号に変換する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子からの複数の出力信号を処理する相互相関値計算装置と、を具備し、
前記複数対のレーザー光源部の各対のものは、前記空気中伝搬路の空気中を伝播する前記各対のレーザー光線が実質的に交差するように配置され、
前記相互相関値計算装置は、
前記複数対のレーザー光線の複数の交点における前記複数の回折波又は前記複数の偏向波を示す前記複数の光電変換素子からの前記複数の出力信号を受けて複数の音信号の前記複数の相互相関値を生成する相互相関値生成部と、
前記複数の相互相関値それぞれにフーリエ変換を適用した結果を複数算出するフーリエ変換部と、
前記フーリエ変換部により算出されたそれぞれの結果に開平を適用して複数の振幅情報を生成する振幅情報生成部と、
前記複数の光電変換素子のそれぞれの前記出力信号の位相情報と前記生成された複数の振幅情報それぞれとを合成した結果に逆フーリエ変換を適用して出力信号を生成する出力部とを有することを特徴とする光マイクロホン。
A plurality of pairs of laser light sources that emit a plurality of pairs of laser beams of a predetermined wavelength; and
A plurality of light receiving system optical components that receive the plurality of pairs of laser beams that are emitted from the plurality of pairs of laser light source units and propagate through the air in the air propagation path;
A plurality of diffracted waves or a plurality of deflected waves generated when the plurality of pairs of laser beams emitted from the plurality of pairs of laser light source units come into contact with sound waves or ultrasonic waves when propagating through the air. A plurality of photoelectric conversion elements that detect and convert into electrical signals;
Anda correlation value calculation unit that processes a plurality of output signals from said plurality of photoelectric conversion elements,
Each pair of the plurality of pairs of laser light source units is arranged so that the laser beams of each pair propagating through the air in the air propagation path substantially intersect,
The cross-correlation value calculation device
The plurality of cross-correlation values of a plurality of sound signals upon receiving the plurality of output signals from the plurality of photoelectric conversion elements indicating the plurality of diffracted waves or the plurality of deflection waves at a plurality of intersections of the plurality of pairs of laser beams. A cross-correlation value generation unit for generating
A Fourier transform unit for calculating a plurality of results obtained by applying a Fourier transform to each of the plurality of cross-correlation values;
An amplitude information generation unit that generates a plurality of amplitude information by applying square root to each result calculated by the Fourier transform unit;
An output unit that generates an output signal by applying an inverse Fourier transform to a result of combining the phase information of each of the output signals of each of the plurality of photoelectric conversion elements and each of the generated plurality of amplitude information. Features an optical microphone.
前記複数対のレーザー光源部、前記複数の受光系光学部品及び前記複数の光電変換素子は、2次元状に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の光マイクロホン。 The optical microphone according to claim 2, wherein the plurality of pairs of laser light source units, the plurality of light receiving optical components, and the plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a two-dimensional manner. 前記複数対のレーザー光源部、前記複数の受光系光学部品及び前記複数の光電変換素子は、3次元状に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の光マイクロホン。 The optical microphone according to claim 2, wherein the plurality of pairs of laser light source units, the plurality of light receiving optical components, and the plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a three-dimensional shape. 前記複数の光電変換素子と前記相互相関値計算装置との間に接続されている選択装置をさらに具備し、前記選択装置は、前記複数の光電変換素子からの前記複数の出力信号の少なくとも2以上の出力信号を選択して前記相互相関値計算装置に与えることを特徴とする請求項2から請求項4までのいずれかに記載の光マイクロホン。 The apparatus further includes a selection device connected between the plurality of photoelectric conversion elements and the cross-correlation value calculation device, and the selection device includes at least two or more of the plurality of output signals from the plurality of photoelectric conversion elements. 5. The optical microphone according to claim 2, wherein the output signal is selected and supplied to the cross-correlation value calculation apparatus. 前記選択装置は、マルチプレクサで構成されていることを特徴とする請求項5に記載の光マイクロホン。 The optical microphone according to claim 5, wherein the selection device includes a multiplexer.
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