CN114143664A - 激光麦克风和终端 - Google Patents

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CN114143664A CN202010924113.6A CN202010924113A CN114143664A CN 114143664 A CN114143664 A CN 114143664A CN 202010924113 A CN202010924113 A CN 202010924113A CN 114143664 A CN114143664 A CN 114143664A
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张世雄
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Abstract

本申请实施例提供一种激光麦克风，包括振膜、激光器、控制电路、自混合信号获取装置、信号处理电路；激光器用于向振膜发射光，并接收来自振膜的反馈光信号，反馈光信号与激光器谐振腔内的激光相干涉得到自混合光信号；激光器与振膜之间的间距为30μm‑300μm；控制电路与激光器连接，用于驱动控制激光器发光；自混合信号获取装置与激光器连接，用于获取与自混合光信号相关的目标电压信号；信号处理电路与自混合信号获取装置连接，用于接收自混合信号获取装置输出的目标电压信号，并处理成音频电压信号。该激光麦克风具有高信噪比，可以提升语音识别率和唤醒率，改善远距离拾音效果。本申请实施例还提供包括该激光麦克风的终端。

Description

激光麦克风和终端
技术领域
本申请涉及麦克风技术领域，尤其涉及一种激光麦克风和终端。
背景技术
语音控制、语音交互等场景下的自动语音识别系统的使用正在迅速增长，同时，越来越多的人们通过移动互联网录制与分享视频内容，用于拾取声音的麦克风必须具备很好的性能才能确保出色的用户体验。麦克风的信噪比(SNR)是影响拾取声音质量的关键参数。高信噪比有助于麦克风在拾取远距离、信号较弱的目标声源时，在信号放大时保持较低的本底噪音，从而提高远距离拾音质量。
目前在移动通信终端、智能家居等设备中大多采用MEMS(MicroelectroMechanical Systems，微机电系统)麦克风来采集语音信号。其由MEMS电容传感器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，用于供专门应用的集成电路)转换电路、音腔等组成。MEMS电容包括接受声音的硅振膜和硅背极两个端，硅振膜可以感知声波产生的空气振动并随之振动，与硅背极形成一个可变电容，通过电路检测外加偏置下该可变电容的变化，并处理转换成电信号输出。由于振膜与硅背极的间距较小，会引入较高的压膜阻尼，从而引入较高的机械噪声，限制了信噪比的提升空间。另外，硅背极与硅振膜间的吸合效应，使得两者之间必须保持一定的距离，从而使得灵敏度与声学过载点的提升空间受到限制。传统MEMS麦克风面临着信噪比进一步提升的瓶颈，因此，想要获得更高信噪比的麦克风，提高语音识别率和唤醒率，改善远距离拾音效果，需要探索新的技术路线。
发明内容
本申请实施例提供了一种激光麦克风，其具备高信噪比，可以提升语音识别率和唤醒率，改善远距离拾音效果。
具体地，本申请实施例第一方面提供一种激光麦克风，包括振膜、激光器、控制电路、自混合信号获取装置、信号处理电路；
所述激光器用于向所述振膜发射光，并接收来自所述振膜的反馈光信号，所述反馈光信号与所述激光器谐振腔内的激光相干涉得到自混合光信号；所述激光器与所述振膜之间的间距为L，所述L的范围为30μm≤L≤300μm；
所述控制电路与所述激光器连接，用于驱动控制所述激光器发光；
所述自混合信号获取装置与所述激光器连接，用于获取并输出与所述自混合光信号相关的目标电压信号；
所述信号处理电路与所述自混合信号获取装置连接，用于接收所述自混合信号获取装置输出的所述目标电压信号，并将所述目标电压信号处理成音频电压信号。
本申请实施例提供的激光麦克风，采用激光自混合器件检测语音信号引起的振膜振动，激光自混合器件具备较强的微弱振动信号探测能力，因而可以提升麦克风的语音识别灵敏度；而通过将激光器与振膜设置在适合间距，可以提升激光器出射光束经振膜反射后重新进入激光器谐振腔内的耦合效率，从而有效提高激光麦克风的信噪比，提升语音识别灵敏度。
由于环境温度波动、激光器老化等原因会导致激光器电流产生波动，从而导致激光器发光频率漂移，引入相位噪声，为减少或消除该相位噪声，提高激光麦克风信噪比，本申请实施例进一步通过构建环路控制对激光器驱动电流进行调制，将激光器稳定在灵敏度最高的电流工作点。具体地，本申请实施方式中，所述自混合信号获取装置的输出端与所述控制电路的输入端连接，所述控制电路根据所述自混合信号获取装置输出的所述目标电压信号确定所述激光器的驱动电流Aj。
由于激光器的电流波动和振膜振动都会导致激光器谐振腔内相位波动，也即自混合光信号波动。本申请实施例通过对激光器施加较小的电流扰动，并根据该电流扰动导致的自混合信号获取装置输出的电压信号的变化程度，即电流扰动导致自混合光信号的变化程度来确定激光器灵敏度最高的工作点，从而能够使激光器保持在对振膜的振动灵敏度最高的工作点，提高麦克风信噪比。
本申请实施方式中，在所述激光器工作模式下，进行第j次驱动电流调制时，所述控制电路根据所述自混合信号获取装置输出的所述目标电压信号确定所述激光器的驱动电流Aj，包括：
S11：所述控制电路根据前一次驱动电流调制后得到的驱动电流Aj-1确定本次驱动电流调制的扫描电流范围[Imin，Imax]，其中，所述Imin＝Aj-1-I0，所述Imax＝Aj-1+I0’，0.1mA≤I0≤0.5mA，0.1mA≤I0’≤0.5mA；所述j表示驱动电流调制次数，且取大于或等于2的整数；
S12：所述控制电路以Imin为初始值，以ΔI为步长，以Imax为终止值对所述激光器施加扫描电流It，且在每一次扫描时在所述扫描电流It上叠加交流电流Ic，并获取每一次扫描的输出电压波动峰峰值ΔVt；
其中，所述ΔI为预设电流；所述交流电流Ic为预设电流，所述交流电流Ic的频率大于人耳能听到的声音的最大频率；所述ΔVt与所述交流电流Ic的频率相关；所述t表示电流扫描次数；
S13:将执行S12过程中获取的多个ΔVt中，最大的ΔVt对应的扫描电流It确定为本次驱动电流调制获得的所述激光器的驱动电流Aj。
在激光器工作模式下进行上述驱动电流调制，可以使激光器在整个工作过程中，总是稳定在灵敏度最高的电流工作点，从而提高激光麦克风的拾音质量及远距离拾音效果，以及提高激光麦克风的拾音稳定性。
本申请实施方式中，在所述激光器启动工作模式时，所述控制电路根据所述自混合信号获取装置输出的所述目标电压信号确定所述激光器的驱动电流Aj，包括：
S21：所述控制电路以Imin’为初始值，以ΔI为步长，以Imax’为终止值对所述激光器施加扫描电流It’，且在每一次扫描时在所述扫描电流It’上叠加交流电流Ic，并获取每一次扫描的输出电压波动峰峰值ΔVt′；
其中，所述Imin’为预设最小驱动电流，所述Imax’为预设最大驱动电流；所述ΔI为预设电流；所述交流电流Ic为预设电流，所述交流电流Ic的频率大于人耳能听到的声音的最大频率；所述ΔVt′与所述交流电流Ic的频率相关；所述t’代表电流扫描次数；
S22:将执行S21过程中获取的多个ΔVt′中，最大的ΔVt′对应的扫描电流It’确定为所述激光器的驱动电流Aj。
在激光器启动工作模式时，通过从预设最小驱动电流(一般为激光器阈值)扫描至预设最大驱动电流寻找激光器灵敏度最高的电流工作点，可以提高激光麦克风的拾音质量及远距离拾音效果。
本申请实施方式中，所述ΔI的范围为10μA≤ΔI≤50μA。设置适合的步长有利于较准确地找到灵敏度高的驱动电流点值。
本申请实施方式中，交流电流Ic的频率，即施加的电流扰动的频率大于人耳能听到的声音的最大频率，因此电流扰动本身不会对激光器的稳定工作产生较大影响。本申请一些实施方式中，所述交流电流Ic的频率范围为20kHz＜Ic≤50kHz。所述交流电流Ic的峰峰值可以是控制在10μA至50μA之间。同样，施加较小电流值的交流电流Ic也能够减小对激光器稳定工作的影响。
本申请一实施方式中，所述自混合信号获取装置用于探测所述激光器谐振腔内的所述自混合光信号，并输出与所述自混合光信号相关的目标电压信号。
本申请一具体实施方式中，所述自混合信号获取装置包括光探测器和互阻抗放大电路，所述光探测器与所述激光器连接，用于探测所述激光器谐振腔内的所述自混合光信号，并将所述自混合光信号转换成电流信号；所述互阻抗放大电路与所述光探测器连接，用于将所述电流信号转换成所述目标电压信号。采用光探测器和互阻抗放大电路获取自混合信号，可以通过增大激光器驱动电流，获得更高的信噪比。
本申请实施方式中，所述光探测器与所述激光器单片集成在同一个芯片上，所述光探测器位于所述激光器背离所述振膜的一侧，即激光器出光面的背面。激光器与光探测器集成在同一个芯片上，可以提升从激光器背面透出的光耦合进光探测器的效率，进而提升信噪比，同时也可避免分立布置在振动与跌落等情形下导致的光路偏差，进而保持信号在麦克风整个生命周期的一致性。
本申请另一实施方式中，所述自混合信号获取装置包括与所述激光器连接的缓冲电路，所述缓冲电路用于获取所述激光器的端电压，所述激光器的端电压与所述自混合光信号相关。通过获取激光器端电压得到与自混合光信号相关的目标电压信号，可以在较小的激光器驱动电流(即较小功耗)下，获得适度的信噪比。
本申请实施方式中，所述信号处理电路包括高通滤波电路和电压放大及低通滤波电路，所述高通滤波电路与所述自混合信号获取装置连接，所述电压放大及低通滤波电路与所述高通滤波电路连接。高通滤波电路和电压放大及低通滤波电路可以滤除低频背景声音和高频信号。
本申请一些实施方式中，所述信号处理电路还包括与所述电压放大及低通滤波电路连接的增益调控电路，所述增益调控电路用于根据所述电压放大及低通滤波电路的输出信号调节所述电压放大及低通滤波电路的增益。增益调控电路的设置可以实现电压放大及低通滤波电路的增益可调。
本申请实施方式中，所述激光器朝向所述振膜一侧的出光面设置有光束耦合装置，所述光束耦合装置包括一个或多个透镜。透镜的设置可以提升激光器出射光束经振膜反射后重新进入激光器谐振腔内的耦合效率，具有更高的反馈光强，也即更强的信号，从而进一步有效提高麦克风的信噪比。
本申请实施方式中，每一所述透镜的横向尺寸(即长宽尺寸)为20μm-200μm；每一所述透镜的纵向尺寸(即高度尺寸)为20μm-200μm。通过激光直写或者微纳打印等方式可以实现如上尺寸透镜的加工，具有上述尺寸的透镜可以集成在激光器上，实现更紧凑的组装，以及可实现在wafer晶圆上直接制作的量产化方案。
本申请实施方式中，所述振膜的具体种类不限，对导电性无特殊要求，只需考虑音频需要的振动特性，可以是现有麦克风可用的各种振膜。具体可包括MEMS振膜、金属玻璃振膜、石墨烯振膜、高分子薄膜或金属类薄膜等。
本申请实施方式中，所述振膜朝向所述激光器的一侧设有反射层。所述反射层的反射率大于70％。具体地，反射层可以是金、铝等材质。反射层的设置可以提高激光器出射光束发射到振膜时被反射回激光器谐振腔内的反射率。另外，为将振膜的整体应力控制在一个较小的范围，提升声压位移灵敏度，振膜一般为包含不同应力膜层的复合膜结构，这样，通过金属反射层的设置，在增加反射率之外，还可补偿振膜的负应力，提升振膜稳定性。
本申请实施方式中，所述激光器为自混合激光器，具体类型不限，可以是垂直腔面发射激光器，也可以是边发射激光器。激光器的输出波长可以是750nm-1600nm。
本申请实施方式中，所述激光麦克风还包括壳体，所述振膜、所述激光器、所述控制电路、所述自混合信号获取装置和所述信号处理电路均设置于所述壳体内，所述壳体上与所述振膜相对应的位置设置有拾音孔。外界声音信息通过拾音孔拾取。
本申请实施例还提供了一种终端，所述终端包括本申请实施例第一方面所述的激光麦克风。终端包括外壳和设置于外壳内的电路板，激光麦克风设置在电路板上，终端外壳上设置有与激光麦克风的位置相对应的收音孔，外界声音通过外壳的收音孔传至激光麦克风。激光麦克风可以是对应于终端前侧设置，也可以是对应于终端后侧设置，还可以是对应于终端侧边中框设置。该终端可以是移动电话(手机)、笔记本电脑、平板电脑、智能电视、智能音箱、耳机、摄像机、网络摄像机、穿戴式装置、游戏装置、车载音频系统或麦克风、语音导航设备、口述语音识别设备、语音到文本转换器等需要语音命令控制或需要采集、记录、处理或分析语音的场景中的终端产品。
本申请实施例提供的激光麦克风，基于激光自混合器件检测语音信号引起的振膜振动，具备较强的微弱振动信号探测能力，相比于传统的MEMS麦克风具有更高的信噪比。本申请实施例的激光麦克风，通过将激光器与振膜设置在适合间距，提升了激光器出射光束经振膜反射后重新进入激光器谐振腔内的耦合效率，从而有效提高了信噪比，提升了语音识别灵敏度。另外，本申请实施例激光麦克风通过构建环路控制对激光器的驱动电流进行调制，将激光器稳定在灵敏度最高的工作点，可以减少或消除电流波动导致的相位噪声，使得激光麦克风可以在工作期间以及整个生命周期内保持较高的信噪比。本申请实施例激光麦克风可显著改善安静场景下的轻声细语模式下的语音拾取、远距离的微弱语音信号的探测以及远距视频录制时的语音拾取质量，提升用户体验。
附图说明
图1是本申请一实施例提供的激光麦克风的电路结构示意图；
图2是本申请另一实施例提供的激光麦克风的电路结构示意图；
图3是本申请一实施例中信号处理电路50的结构示意图；
图4是本申请一实施例提供的激光麦克风的电路结构示意图；
图5是本申请另一实施例提供的激光麦克风的电路结构示意图；
图6是本申请一实施例提供的顶进音结构激光麦克风的结构示意图；
图7是本申请一实施例提供的底进音结构激光麦克风的结构示意图；
图8是本申请一实施例中透镜的设置示意图；
图9是本申请实施例提供的终端中激光麦克风的设置位置示意图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。
参见图1和图2，本申请实施例提供一种激光麦克风100，包括振膜10、激光器20、控制电路30、自混合信号获取装置40和信号处理电路50。振膜10用于接收外界声音产生的声波并产生振动，激光器20的出光面一侧与振膜10相对，激光器20用于向振膜10发射光，并接收来自振膜10的反馈光信号，基于激光自混合干涉效应，该反馈光信号与激光器20谐振腔内的激光相干涉得到自混合光信号；控制电路30的输出端30b与激光器20连接，控制电路30用于驱动控制激光器20发光。自混合信号获取装置40与激光器20连接，自混合信号获取装置40用于获取与自混合光信号相关的目标电压信号。信号处理电路50的输入端50a与自混合信号获取装置40的第一输出端口40b连接，用于接收自混合信号获取装置40输出的目标电压信号，并将目标电压信号处理成音频电压信号。
本申请实施例激光麦克风100的工作机理为：外界声音产生的声波作用在振膜10上，振膜10随着声波的声压变化产生振动位移；控制电路30给激光器20提供驱动电流驱动激光器20发射光，激光光束射向振膜10并被振膜10反射得到反馈光信号，该反馈光信号携带振膜10的振动信息，相对发射光相位改变，反馈光信号反射回激光器20谐振腔并与腔内的激光发生自混合干涉，得到自混合光信号；自混合信号获取装置40获取激光器20与该自混合光信号相关的目标电压信号，信号处理电路50接收自混合信号获取装置40输出的目标电压信号，并将目标电压信号进行放大、过滤等处理，得到最终输出的音频电压信号。
本申请实施方式中，激光器20与振膜10之间的间距为L，L的范围为30μm≤L≤300μm，即激光器20靠近振膜10一侧的出光面与振膜10的反射面之间的距离为30μm-300μm。激光器20出光面与振膜10反射面之间的距离可视作等效外腔，振膜10表面沿着激光光束方向发生的振动位移，改变振膜反射面与激光器出光面所形成的外部反射腔长，进而改变反馈光的相位。本申请实施例通过将激光器与振膜设置在适合间距，即保持适合的外腔长，可以提升激光器出射光束经振膜反射后重新进入激光器谐振腔内的耦合效率，从而有效提高信噪比，提升语音识别灵敏度。
本申请一些实施方式中，自混合信号获取装置40用于获取激光器20谐振腔内的自混合光信号，并输出与自混合光信号相关的目标电压信号。具体地，如图1所示，自混合信号获取装置40包括光探测器41和互阻抗放大电路42，光探测器41与激光器20连接，互阻抗放大电路42的输入端与光探测器41电连接，光探测器41用于检测激光器谐振腔内的自混合光信号并将自混合光信号转化为电流信号，互阻抗放大电路42用于将光探测器41输出的电流信号转换成电压信号。该实施方式中，由振膜反射得到的反馈光信号反射回激光器20谐振腔并与腔内的光场发生自混合干涉，引起激光器光强度变化，自混合导致的光强度变化由光探测器41检测出，光探测器41将光信号转换为光电流信号，互阻抗放大电路42将光电流信号转化为放大的目标电压信号，再由信号处理电路50进行信号的放大和滤波等处理，并最终输出为音频电压信号。
本申请另一些实施方式中，自混合信号获取装置40用于从激光器20直接获取与自混合光信号相关的目标电压信号。具体地，如图2所示，自混合信号获取装置40包括与激光器20的输出端连接的缓冲电路43。缓冲电路43可以获取激光器20的端电压。本申请中，激光器20的端电压是指激光器两端的电压差或者激光器一端相对地的电压。缓冲电路43是一种保护电路，可以抑制电流上升。
参见图3，本申请一些实施方式中，信号处理电路50包括高通滤波电路51、电压放大及低通滤波电路52，高通滤波电路51的输入端口51a与自混合信号获取装置40的第一输出端口40b连接，电压放大及低通滤波电路52的输入端口52a与高通滤波电路51的输出端口51b连接。其中，高通滤波电路51可以隔直自混合信号获取装置40的输出信号，并滤除低频噪声，电压放大和低通滤波电路52可以对高通滤波电路51输出的隔直后的高频交流信号进行放大和低通滤波处理。在本申请一些实施方式中，信号处理电路50还可以包括增益调控电路53，增益调控电路53的输入端口53a与电压放大及低通滤波电路52的输出端口52b连接，增益调控电路53的输出端口53b与电压放大及低通滤波电路52的输入端口52c连接。增益调控电路53基于电压放大和低通滤波电路52的输出信号，调节电压放大和低通滤波电路52的增益。电压放大及低通滤波电路52的输出端口52b作为信号处理电路50的输出端输出信号。
由于环境温度波动、激光器老化等原因会导致激光器电流产生波动，从而导致激光器发光频率漂移，引入相位噪声，为减少或消除该相位噪声，提高麦克风信噪比，本申请实施例通过构建环路控制对激光器驱动电流进行调制，将激光器稳定在对振膜振动灵敏度最高的驱动电流工作点。由于激光器的电流波动和振膜振动都会导致激光器谐振腔内相位波动，也即自混合光信号波动。本申请实施例通过对激光器施加较小的电流扰动，根据该电流扰动导致的自混合信号获取装置的输出信号的变化程度，即电流扰动导致自混合光信号的变化程度来确定激光器灵敏度最高的驱动电流工作点，从而能够使激光器同样保持在对振膜的振动灵敏度最高的驱动电流工作点，提高麦克风信噪比。本申请中，激光器驱动电流为直流电流。
下面对本申请实施例通过构建环路控制对激光器驱动电流进行调制的具体方案进行说明：
参见图1和图2，本申请实施方式中，自混合信号获取装置40的第二输出端口40c与控制电路30的输入端口30a连接，控制电路30根据自混合信号获取装置40的第二输出端口40c的输出信号确定激光器20的驱动电流Aj。即自混合信号获取装置40输出两路信号，一路信号输出至信号处理电路50，另一路信号输出至控制电路30，两路信号为相同电压信号。
本申请实施方式中，在激光器启动工作模式时，控制电路30根据自混合信号获取装置40输出的目标电压信号确定激光器20的驱动电流Aj，包括：
S21：控制电路以Imin’为初始值，以ΔI为步长，以Imax’为终止值对激光器施加扫描电流It’，且在每一次扫描时在扫描电流It’上叠加交流电流Ic，并获取每一次扫描的输出电压波动峰峰值ΔVt′；
其中，Imin’为预设最小驱动电流，Imax’为预设最大驱动电流；ΔI为预设电流；交流电流Ic为预设电流，交流电流Ic的频率大于人耳能听到的声音的最大频率；ΔVt′与交流电流Ic的频率相关；t’代表电流扫描次数；
本实施例步骤S21中，控制电路30在每一次扫描的扫描电流It’上叠加交流电流Ic输出给激光器20，自混合信号获取装置40基于It’和Ic输出目标电压信号V1，控制电路30获得目标电压信号V1后，对该目标电压信号V1执行FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)，并识别交流电流Ic的频率下的输出电压波动峰峰值ΔVt′。其中，ΔVt′与交流电流Ic的频率相关，是指根据叠加的交流电流Ic的频率，在执行FFT后的电压信号中识别该频率下的输出电压波动峰峰值ΔVt′。例如，叠加的交流电流Ic的频率为25kHz，则需要识别25kHz频率下的输出电压波动峰峰值ΔVt′。
本申请实施方式中，激光器的预设最小驱动电流Imin’和预设最大驱动电流Imax’可根据激光器的具体需求进行合理设定。例如，本申请一些实施方式中，预设最小驱动电流Imin’可以是0.5mA，预设最大驱动电流Imax’可以是3mA。
其中，一次扫描是指控制电路在某一点值扫描电流It’上叠加交流电流Ic施加给激光器，并获取激光器在扫描电流It’作用下叠加交流电流Ic时输出电压波动峰峰值ΔVt′的过程。峰峰值(peak-to-peak，pk-pk)ΔVt′是指波形图中最大的正电压值和最大的负电压值之间的差。
S22:将执行S21过程中获取的多个ΔVt′中，最大的ΔVt′对应的扫描电流It’确定为激光器的驱动电流Aj。控制电路根据S22确定的驱动电流Aj，向激光器稳定施加该驱动电流Aj。
其中，激光器启动工作模式是指激光器每一次由非拾音模式启动拾音模式的过程。定义激光器从上电到下电为一个周期，每次上电之后启动拾音模式都是启动工作模式。在一个周期内，从待机到启动拾音模式，也算启动工作模式。而在激光器的工作模式下是指在激光器拾音模式下，即激光器启动工作模式后的拾音模式状态下。
本申请实施方式中，在激光器工作模式下，进行第j次驱动电流调制时，控制电路30根据自混合信号获取装置40输出的目标电压信号确定激光器20的驱动电流Aj，包括：
S11：所述控制电路根据前一次驱动电流调制后得到的驱动电流Aj-1确定本次驱动电流调制的扫描电流范围[Imin，Imax]，其中，所述Imin＝Aj-1-I0，所述Imax＝Aj-1+I0’，0.1mA≤I0≤0.5mA，0.1mA≤I0’≤0.5mA；所述j表示驱动电流调制次数，且取大于或等于2的整数；
步骤S11中，当j等于2时，即在激光器启动工作模式后的第一次驱动电流调制时，前一次驱动电流调制后得到的驱动电流Aj-1是在启动工作模式时执行S21和S22后确定的驱动电流。而当j大于2时，前一次驱动电流调制后得到的驱动电流Aj-1可以是在激光器工作模式下前一次执行S11至S13后确定的驱动电流。在进行下一次驱动电流调制之前，控制电路一直向激光器施加前一次驱动电流调制后得到的驱动电流。因此，激光器前一次驱动电流调制后得到的驱动电流通常为激光器当前工作驱动电流。
本申请实施方式中，I0与I0’可以是相同取值，也可以是不同取值。本申请一些实施方式中，扫描电流范围[Imin，Imax]确定为当前工作电流的正负0.3mA范围内，即Imin＝Aj-1-0.3mA，Imax＝Aj-1+0.3mA。在其他一些实施方式中，扫描电流范围[Imin，Imax]也可以是确定为当前工作电流的正负0.4mA范围内或0.5mA范围内。具体可根据激光器的电流波动情况设定。
本申请实施方式中，Imax的取值应小于或等于Imax’，Imin的取值大于或等于Imin’。
因此，当预将扫描电流范围[Imin，Imax]确定为当前工作电流的正负0.3mA范围内，即Imin＝Aj-1-0.3mA，Imax＝Aj-1+0.3mA时。当Aj-1+0.3mA小于或等于预设最大驱动电流Imax’，确定Imax＝Aj-1+0.3mA；而当Aj-1+0.3mA大于预设最大驱动电流Imax’时，则确定Imax＝Imax’。同样当Aj-1-0.3mA大于或等于预设最小驱动电流Imin’时，确定Imin＝Aj-1-0.3mA；而当Aj-1-0.3mA小于预设最小驱动电流Imin’时，确定Imin＝Imin’。
S12：控制电路以Imin为初始值，以ΔI为步长，以Imax为终止值对激光器施加扫描电流It，且在每一次扫描时在扫描电流It上叠加交流电流Ic，并获取每一次扫描的输出电压波动峰峰值ΔVt；
其中，所述ΔI为预设电流；所述交流电流Ic为预设电流，所述交流电流Ic的频率大于人耳能听到的声音的最大频率；所述ΔVt与所述交流电流Ic的频率相关；所述t表示电流扫描次数；
本实施例步骤S12中，控制电路30在每一次扫描的扫描电流It上叠加交流电流Ic输出给激光器20，自混合信号获取装置40基于It和Ic输出目标电压信号V1，控制电路30获得目标电压信号V1后，对该目标电压信号V1执行FFT，并识别交流电流Ic的频率下的输出电压波动峰峰值ΔVt。其中，ΔVt与交流电流Ic的频率相关，是指根据叠加的交流电流Ic的频率，在执行FFT后的电压信号中识别该频率下的输出电压波动峰峰值ΔVt。例如，叠加的交流电流Ic的频率为25kHz，则需要识别25kHz频率下的输出电压波动峰峰值ΔVt。
其中，一次扫描是指控制电路在某一点值扫描电流It上叠加交流电流Ic施加给激光器，并获取激光器在扫描电流It作用下叠加交流电流Ic时输出电压波动峰峰值ΔVt的过程。
S13:将执行S12过程中获取的多个ΔVt中，最大的ΔVt对应的扫描电流It确定为本次驱动电流调制获得的所述激光器的驱动电流Aj。ΔVt越大表示激光器交流电流扰动导致自混合光信号的改变程度越大，也即自混合光信号对激光器电流扰动的灵敏度越高。而由于激光器电流扰动和振膜振动都会导致激光器腔内相位波动，也即自混合光信号波动，因此ΔVt越大则自混合光信号对振膜振动的灵敏度也越高。
本申请实施方式中，一次驱动电流调制是指控制电路完成将激光器驱动电流由Imin扫描至Imax，同时在每一扫描电流点It叠加交流电流Ic，并根据每一次扫描获得的输出电压波动峰峰值获得本次调制确定的激光器驱动电流的过程，即执行完一次S11至S13的过程。同样，执行完一次S21至S22的过程也算是一次驱动电流调制。
本申请实施方式中，在激光器工作模式下，上述S11至S13的驱动电流调制过程可以是每2-20秒执行一次，例如每5秒执行一次，或者每10秒执行一次，具体可根据激光器的实际工作情况而定，本申请不作限定。若激光器电流较稳定，两次电流调制间隔时间可以长一些，而激光器电流不太稳定时，两次电流调制间隔时间可以短一些。
可以理解地，S21至S22的驱动电流调制过程也可以用于激光器工作模式下的驱动电流调制，但相比S11至S13的驱动电流调制过程，扫描电流范围更大，不利于快速找到工作模式下的灵敏度最高的工作电流点。
本申请实施方式中，预设电流ΔI的范围可以是10μA≤ΔI≤50μA。具体地，ΔI的取值可以但不限于是10μA、20μA、25μA、30μA、40μA、50μA。电流扫描过程中设置适合的步长ΔI有利于较准确地找到灵敏度高的驱动电流点值。
本申请实施方式中，交流电流Ic的频率大于人耳能听到的声音的最大频率，由于人耳能听到的声音的频率一般在20Hz-20kHz，因此，交流电流Ic的频率则大于20kHz，具体可以是20kHz＜Ic≤50kHz。本申请一些实施方式中，交流电流Ic的频率为25kHz、30kHz、40kHz、50kHz。本申请实施方式中，交流电流Ic的峰峰值可以是控制在10μA至50μA之间，具体可以但不限于是10μA、20μA、30μA、40μA、50μA。交流电流Ic具有较高频率和较小峰峰值有利于激光器的稳定工作。
本申请实施方式中，控制电路30从自混合信号获取装置40的输出端采集输出信号的采样频率可以是在100kHz至500kHz之间，具体例如为100kHz、200kHz、300kHz 500kHz。
本申请一具体实施例中，在激光麦克风启动工作模式时，控制电路通过电流调制确定激光器驱动电流的过程为：
S101：激活激光器驱动电流调制，设置交流电流Ic的峰峰值为17μA，调制频率为25kHz；设置激光器的扫描电流初始值，即预设最小驱动电流Imin’为0.5mA；设置激光器的扫描电流终止值，即预设最大驱动电流Imax’为3mA；设置激光器驱动电流的扫描步长ΔI为25μA；
S102：将激光器驱动电流从0.5mA扫描至3mA，在每一次扫描时在扫描电流上叠加17μA的交流电流；同时控制电路以200kHz的采样频率从自混合信号获取装置的输出端获得每一次扫描输出的目标电压信号，对所获得的目标电压信号执行FFT，并识别在25kHz调制频率下的输出电压波动峰峰值ΔVt′；
其中，第一次扫描时，控制电路向激光器输出的电流包括扫描电流0.5mA和交流电流17μA；第二次扫描时，控制电路向激光器输出的电流包括扫描电流0.5mA+ΔI＝0.525mA和交流电流17μA；第三次扫描时，控制电路向激光器输出的电流包括扫描电流0.525mA+ΔI＝0.55mA和交流电流17μA；依次类推，直至扫描至3mA。
S103；寻找从0.5mA扫描至3mA过程中，在25kHz调制频率下ΔVt′最大时的激光器电流值；并将激光器驱动电流设置在ΔVt′最大时的扫描电流值，关闭调制。
经过如上S101-S103的调制过程，激光器找到灵敏度最大的驱动电流最佳工作点，并在下一次驱动电流调制之前将激光器驱动电流稳定在该最佳工作点。本申请实施方式中，上述调制过程由控制电路30控制执行完成。调制关闭时，控制电路30停止从自混合信号获取装置40采集目标电压信号。
本申请中，在激光麦克风工作模式下，进行第j次驱动电流调制时，可以不用从预设最小驱动电流扫描至预设最大驱动电流，只需要基于当前工作电流确定适合的扫描范围即可，可以简化驱动电流调制过程。
本申请一具体实施例中，在激光麦克风工作模式下，进行第j次驱动电流调制的过程可以是：
S201：激活激光器驱动电流调制，设置交流电流Ic的峰峰值为17μA，调制频率为25kHz；根据激光器当前工作电流I1＝2.3mA，确定扫描电流初始值Imin＝2.3mA-0.3mA＝2.0mA和扫描电流终止值Imax＝2.3mA+0.3mA＝2.6mA，设置激光器驱动电流的扫描步长ΔI为25μA；
其中，激光器当前工作电流I1实际为上一次即第j-1次调制确定的驱动电流Ij-1；
需要说明的是，若激光器当前工作电流I1＝2.75mA，则I1+0.3mA>3mA，此时，确定扫描电流终止值Imax＝3mA。
S202：将激光器驱动电流从2.0mA扫描至2.6mA，在每一次扫描时在扫描电流上叠加17μA的交流电流；同时控制电路以200kHz的采样频率从自混合信号获取装置的输出端获得每一次扫描输出的目标电压信号，对所获得的目标电压信号执行FFT，并识别在25kHz调制频率下的输出电压波动峰峰值ΔVt；
其中，第一次扫描时，控制电路向激光器输出的电流包括扫描电流2.0mA和交流电流17μA；第二次扫描时，控制电路向激光器输出的电流包括扫描电流2.0mA+ΔI＝2.025mA和交流电流17μA；第三次扫描时，控制电路向激光器输出的电流包括扫描电流2.025mA+ΔI＝2.05mA和交流电流17μA；依次类推，直至扫描至26mA。
S203；寻找从2.0mA扫描至2.6mA过程中，在25kHz调制频率下ΔVt最大时的激光器电流值；并将激光器驱动电流设置在ΔVt最大时的扫描电流值，关闭调制。
本申请实施例通过构建环路控制对激光器驱动电流进行调制，可以实时调节激光器工作状态，将激光器稳定在灵敏度较高的工作点，减少或消除与环境相关的低频相位抖动，使得自混合激光器的回馈干涉机制更加稳定，使得激光麦克风可以在工作期间(即工作模式下)以及整个生命周期内保持较高的信噪比。
参见图4和图5，本申请实施方式中，控制电路30包括第一控制器31、与第一控制器31连接的驱动电路32。驱动电路32包括数字电位器321、电阻R7、电阻R8、电容C4、运算放大器OP3、三极管Q1、电阻R10。数字电位器321包括一可变电阻R6，第一控制器31的输出端口31a与数字电位器321连接，第一控制器31的输入端31b的输入信号为自混合信号获取装置40的输出信号。数字电位器321的第一端部连接到运算放大器OP3的正向输入端，数字电位器321的第二端部连接到电阻R10的第一端部。数字电位器321的第二端部与电阻R10的第一端部均连接正电源。电阻R7的第一端部和电容C4的第一端部连接在数字电位器321的第一端部与运算放大器OP3的正向输入端之间，电阻R7的第二端部和电容C4的第二端部均接地连接。电阻R10的第二端部连接到三极管Q1的发射极，运算放大器OP3的反向输入端连接到电阻R10第二端部与三极管Q1的发射极之间，运算放大器OP3的输出端连接到三极管Q1的基极，电阻R8的第一端部与三极管Q1的集电极连接，电阻R8的第二端部作为控制电路30的输出端口与激光器20的阳极连接。结合图1和图2，第一控制器31的输入端口31b作为控制电路30的输入端口30b与自混合信号获取装置40的输出端口40c连接。控制电路30中，可变电阻R6与电阻R7为分压电阻，可起到分压作用。电阻R8和电阻R10可起到限流作用，其中R10可以控制通过三极管Q1的电流，避免三极管Q1电流过大导致功耗过高。电容C4可以实现驱动电路32缓启动。本申请实施方式中，第一控制器31基于获取到的自混合信号获取装置40的输出信号，输出控制信号控制可变电阻R6的有效阻值，通过改变可变电阻R6的有效阻值可以控制调节驱动电路32向激光器20输出的驱动电流大小，实现激光器20驱动电流可调。驱动电路32为恒流源电路，可以为激光器20提供几乎不随温度变化的恒定的直流偏置电流，以稳定工作点。
参见图4，本申请一些实施方式中，自混合信号获取装置40包括光探测器41和互阻抗放大电路42，光探测器41与激光器20连接，互阻抗放大电路42的输入端与光探测器41连接。控制电路30的输出端即电阻R8的第二端部连接激光器20的阳极，光探测器41的阳极与激光器20的阴极电连接，光探测器41与激光器20共电极接地，光探测器41的阴极与互阻抗放大电路42的输入端连接，互阻抗放大电路42的输出端作为自混合信号获取装置40的输出端口40b(参见图1)与高通滤波电路51的输入端连接。
本申请一实施方式中，互阻抗放大电路42包括运算放大器OP1、电阻R1、电容C1，光探测器41的输出端连接到运算放大器OP1的反向输入端，电阻R1的第一端部和电容C1的第一端部均连接在光探测器41的输出端与运算放大器OP1的反向输入端之间，电阻R1的第二端部和电容C1的第二端部均连接到运算放大器OP1的输出端，运算放大器OP1的正向输入端输入光探测器电流偏置，运算放大器OP1的输出端作为自混合信号获取装置40的输出端与高通滤波电路51的输入端连接。电容C1为反馈补偿电容，用于补偿光探测器节点电容和运算放大器输入电容，以保持电路稳定。电阻R1为反馈电阻，用于使电流信号转变为电压信号。
参见图5，本申请另一些实施方式中，自混合信号获取装置40包括与激光器20连接的缓冲电路43。缓冲电路43包括运算放大器OP4。运算放大器OP4的正向输入端连接到激光器20的阳极，激光器20的阴极接地连接，运算放大器OP4的输出端作为自混合信号获取装置40的输出端口40b(参见图1)与高通滤波电路51的输入端连接，运算放大器OP4的反向输入端连接在运算放大器OP4的输出端与高通滤波电路51的输入端之间。
参见图4和图5，本申请实施方式中，信号处理电路50包括高通滤波电路51、电压放大及低通滤波电路52和增益调控电路53。
其中，高通滤波电路51包括电容C2和电阻R2。电容C2的第一端部作为高通滤波电路51的输入端与自混合信号获取装置40的输出端口40b连接，电容C2的第二端部作为高通滤波电路51的输出端连接到电压放大及低通滤波电路52。电阻R2的第一端部连接到电容C2的第二端部，电阻R2的第二端部接地连接。电容C2和电阻R2构成的高通滤波电路51可以滤掉直流电流和低频信号。电压放大及低通滤波电路52包括运算放大器OP2、电容C3、数字电位器521、电阻R3和电阻R5。其中，运算放大器OP2的正向输入端作为电压放大及低通滤波电路52的输入端与高通滤波电路51的输出端连接，运算放大器OP2的输出端与电阻R5的第一端部连接，电阻R5的第二端部作为电压放大及低通滤波电路52的输出端，也即信号处理电路50的输出端向外输出音频电压信号。电阻R3的第一端部、数字电位器521的第一端部和电容C3的第一端部均连接到运算放大器OP2的反向输入端，数字电位器521的第二端部和电容C3的第二端部均连接到运算放大器OP2的输出端与电阻R5的第一端部之间，电阻R3的第二端部接地连接。数字电位器521与增益调控电路53连接，数字电位器521包括一可变电阻R4。低通滤波电路可以滤除高频信号。
高通滤波电路51和电压放大及低通滤波电路52可以构成一个带通滤波电路，带通的下截止频率由R2、C2决定，上截止频率由R4、C3决定，带通范围可以是20Hz～20kHz，以滤除低频背景声音和高频信号。OP1和OP2两级放大电路系统在不同的直流工作点。
增益调控电路53包括第二控制器531，第二控制器531的输入端连接到信号处理电路50的输出端，用于采集信号处理电路50输出的电压信号，第二控制器531的输出端连接到数字电位器521，第二控制器531输出控制信号控制数字电位器521的可变电阻R4的有效阻值，通过改变R4的有效阻值大小，实现电压放大及低通滤波电路52增益可调，根据输出信号可实时优化电路工作状态，该放大电路增益A＝1+R4/R3。
本申请实施方式中，上述运算放大器OP1、运算放大器OP2、运算放大器OP3、运算放大器OP4为低噪声运算放大器，可采用高PSRR(Power Supply Rejection Ratio,电源纹波抑制比)供电电路(如LDO)进行供电，采用低噪声运算放大器有利于提高信噪比。上述各电阻在满足功能的条件下阻值尽量小，以减小电阻产生的热噪声。本申请实施方式中，第一控制器31和第二控制器531可以分别设置，也可以是同一控制器。
参见图6，本申请一实施方式中，激光麦克风100包括壳体1，壳体1包括相对设置的基板11、盖板12和中框13，基板11、盖板12和中框13围设形成容置腔，振膜10、激光器20、光探测器41、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，集成电路)芯片2均设置于该容置腔内。其中，振膜10固定在盖板12上，激光器20设置于基板11上，光探测器41设置于基板11上，并位于激光器20背离振膜10的一侧，盖板12上设置有拾音孔121，振膜10与拾音孔121对应设置。本实施例的激光麦克风100，发射与回馈光束同路，无需参考干涉臂，组件更少，光路自对准，可允许更小尺寸封装。
本申请实施方式中，振膜10与激光器20出光面(即朝向振膜10的一侧)之间的间距设置在30μm-300μm范围内，适合的间距能够提高经振膜10反射回激光器的光与激光器腔内光的耦合效率。具体地，在一些实施方式中，振膜10与激光器20之间的间距可以是设置在50μm-100μm范围内。在另一些实施方式中，振膜10与激光器20之间的间距可以是设置在100μm-200μm范围内。
本申请实施方式中，振膜10可以感知外界声波产生的空气振动并产生振动，并将激光器发射的光反射回至激光器谐振腔内。外界声波可通过拾音孔121传到振膜10。本申请实施例激光麦克风不同于传统MEMS麦克风的电容检测机制，不需要设置背极板，因此对振膜的导电特性没有特殊要求。振膜10可以是MEMS(micro-electro-mechanical system，微型机电系统)振膜、金属玻璃振膜、石墨烯振膜、高分子薄膜或金属类薄膜。振膜10朝向激光器20的一侧可设置反射层，以提高反射率，反射层的材质可以是铝、金等高反射率金属。振膜10镀有反射层的一面朝向激光器20的出光面，并中心对准。本申请实施例采用带有负应力的SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)膜层与带有正应力的金属反射层结合，降低了振膜应力，进而提升了振膜的声压位移灵敏度。本申请实施例采用无背极振膜，减小了压膜阻尼，提高了声压位移灵敏度，降低了噪声。本申请实施例的振膜设计，允许更微弱声音的检测和更强的声音信号响应幅度，有利于高信噪比的实现。
本申请实施方式中，振膜10上设置有一个或多个平衡孔，用于使振膜内外的气压平衡，平衡孔的直径可以是1μm-5μm(包括端点值1μm、5μm)。本申请一些实施方式中，振膜10为MEMS硅振膜，厚度为300nm-800nm，直径为600μm-1200μm。MEMS硅振膜的中央区域表面镀有高反射金属层，例如铝层、金层等，金属层的厚度可以是30nm-100nm(包括端点值30nm、100nm)，金属层的半径为20μm-50μm。MEMS硅振膜的声压位移灵敏度为0.05μm/Pa～0.5μm/Pa。例如，本申请一具体实施例中，MEMS硅振膜厚度为400nm，直径为900μm，振膜中央区域镀铝，铝层厚度为90nm，半径为30μm，振膜上设置两个平衡孔，每个平衡孔的直径为2μm，MEMS振膜的声压位移灵敏度为0.1μm/Pa。本申请实施例采用基于SOI或者多晶硅的硅衬底制造振膜，有利于降低应力，提高声压位移灵敏度。金属反射层的设置可以平衡膜层应力，同时提升振膜的光反射率。通过应力控制，进一步改善振膜振动幅度随声压变化的线性度。
本申请实施方式中，激光麦克风100可以为顶进音结构，如图6所示，振膜10位于盖板12上，拾音孔121设置在盖板12上，振膜10与盖板12之间形成前腔3，振膜10与壳体形成后腔4。振膜10设置在盖板12上，可形成较大的后腔4。在顶进音结构中，振膜10、激光器20与拾音孔121对应设置，具体可以是同轴设置。顶进音结构的激光麦克风，一般通过基板11固定在终端内的PCB板上，光探测器41通过金属走线5与芯片2电连接，芯片2通过基板11上的过孔直接与外部金属电极6电连接。
本申请实施方式中，激光麦克风100也可以为底进音结构，如图7所示，振膜10位于基板11上，拾音孔121设置在基板11上，并与振膜10对应设置。激光器20和光探测器41位于盖板12上，振膜10与基板11之间形成前腔3，振膜10与壳体形成后腔4。振膜10设置在基板11上，可形成较大的后腔4。在底进音结构中，振膜10、激光器20与拾音孔121对应设置，具体可以是同轴设置。拾音孔121可以是一个或多个。底进音结构的激光麦克风，一般通过基板11固定在终端内的PCB板上，光探测器41通过金属走线5与芯片2电连接，芯片2通过金属走线5及基板11上的过孔与外部金属电极6电连接。
如上两种结构的激光麦克风均获得了具有更大空气容积的后腔，使得声波更容易推动振膜运动，从而提高麦克风的灵敏度和信噪比。
本申请实施方式中，为了可靠封装振膜10、激光器20、光探测器41及ASIC芯片2，封装基板11、封装盖板12、中框13均采用PCB材质，或者封装基板11采用PCB材质或陶瓷材质，封装盖板12和中框13为一体结构并采用金属等材质。
结合图6和图7，本申请实施方式中，当自混合光信号获取装置40包括光探测器41和互阻抗放大电路42时，光探测器41与激光器20可集成在一个光芯片上，光探测器41位于激光器20远离振膜10的一侧，互阻抗放大电路42可与控制电路30、信号处理电路50集成在一个ASIC芯片2上。将光探测器41与激光器20集成在一个光芯片上，可以提升从激光器背面透出的光耦合进光探测器的效率，进而提升信噪比，同时可避免分立布置在振动与跌落等情形下导致的光路偏差，进而保持信号在模组生命周期的一致性。当然，在本申请其他一些实施方式中，光探测器41与激光器20也可以是分立布置，激光器20可以直接贴合在光探测器41上，激光器20的背面，即远离振膜10一侧出光也可以直接耦合进光探测器41。本申请实施方式中，光探测器41的工作波长可以是360nm-1600nm(包括端点值360nm、1600nm)。
本申请另一些实施方式中，当自混合信号获取装置40包括缓冲电路时，缓冲电路可与控制电路30、信号处理电路50集成在一个ASIC芯片2上。
本申请实施方式中，激光器20为自混合激光器，具体类型不限，可以是垂直腔面发射激光器，也可以是边发射激光器。激光器的发光波长可以是750nm-1600nm。本申请一些实施方式中，激光器20为单模工作的垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)，其发光波长为850nm。垂直腔面发射激光器的典型阈值电流为0.7mA，典型工作电流为约2.5mA，典型输出功率约为0.5mW，相应光探测器的典型输出光电流为0.5mA。垂直腔面发射激光器的典型尺寸可以是：长度为120μm-200μm，宽度为120μm-200μm，厚度为100μm-150μm。
参见图8，本申请一些实施例中，激光麦克风还包括光束耦合装置，位于激光器20与振膜10之间。光束耦合装置可包括一个或多个透镜70，透镜70制作在激光器20出光面上。本申请实施方式中，透镜70可以为准直透镜，也可以为会聚透镜。采用透镜对出射和反射的光进行耦合，可提升回馈耦合效率，提升对携带振膜振动信号的回馈光强，进而提升激光麦克风的信噪比。如图8所示，本申请一些实施方式中，透镜70为准直透镜，包括透镜柱体和透镜曲面，其中透镜柱体可以通过光刻或激光直写等方式制作，透镜曲面可以通过压印、喷墨打印等方式制作。准直透镜可将激光器出射光准直到振膜的反射面上，并将反射光耦合输入到激光器的出光孔。通过设置准直透镜，可以大幅度增加反射回到激光器的光，从而提升反馈信号光强度，进而提升麦克风的信噪比。透镜的材质为在激光器工作波长范围内的透光率大于90％的材料。本申请实施方式中，每一所述透镜的横向尺寸(即长宽尺寸)为20μm-200μm(包括端点值20μm、200μm)；每一所述透镜的纵向尺寸(即高度尺寸)为20μm-200μm(包括端点值20μm、200μm)。
本申请实施方式中，上述涉及到具有数值范围的所有参数值，均包括两个端点值。
本申请实施例的激光麦克风，基于无背极振膜设计提升了振膜的声压位移灵敏度，同时通过激光自混合干涉效应提升了微弱振动信号探测能力，进而提升了振动响应灵敏度与动态范围，可拾取轻微的语音信号。本实施例通过激光自混合相干的方式检测振膜的振动，具有较高的检测灵敏度。本申请实施例的激光麦克风可显著改善安静场景下的轻声细语模式下的语音拾取、远距离的微弱语音信号的探测以及远距视频录制时的语音拾取质量。本申请实施例的激光麦克风的信噪比大于75dB，具体例如80dB，相比传统的MEMS麦克风(信噪比65dB)，信噪比有了明显提升。
参见图9，本申请实施例还提供一种终端200，包括本申请实施例上述的激光麦克风100。终端200包括外壳和设置于外壳内的电路板，激光麦克风设置在电路板上，终端外壳上设置有与激光麦克风的位置相对应的收音孔101，外界声音通过外壳的收音孔101传至激光麦克风。激光麦克风100可以是对应于终端前侧设置，相应地收音孔101设置于终端前侧盖板201上(参见图9正视图)；激光麦克风100也可以是对应于终端后侧设置，相应地收音孔101设置于终端后侧盖板202上(参见图9后视图)；激光麦克风100还可以是对应于终端侧边中框203设置，相应地收音孔101设置于终端的侧边中框203上，具体可以是如图9中的仰视图所示，收音孔101设置于终端的下侧中框上，也可以是设置在上侧、左侧或右侧中框上。激光麦克风100的拾音孔与终端外壳上的收音孔101对应设置，具体可以是同轴设置。中框203与后侧盖板202可以是一体成型结构，也可以是分体结构。该终端200可以是移动电话、笔记本电脑、平板电脑、智能电视、智能音箱、耳机、摄像机、网络摄像机、穿戴式装置、游戏装置、车载音频系统或麦克风、语音导航设备、口述语音识别设备、语音到文本转换器等需要语音命令控制或需要采集、记录、处理或分析语音的场景的终端产品。

Claims (19)

1.一种激光麦克风，其特征在于，包括振膜、激光器、控制电路、自混合信号获取装置、信号处理电路；
所述激光器用于向所述振膜发射光，并接收来自所述振膜的反馈光信号，所述反馈光信号与所述激光器谐振腔内的激光相干涉得到自混合光信号；所述激光器与所述振膜之间的间距为L，所述L的范围为30μm≤L≤300μm；
所述控制电路与所述激光器连接，用于驱动控制所述激光器发光；
所述自混合信号获取装置与所述激光器连接，用于获取并输出与所述自混合光信号相关的目标电压信号；
所述信号处理电路与所述自混合信号获取装置连接，用于接收所述自混合信号获取装置输出的所述目标电压信号，并将所述目标电压信号处理成音频电压信号。
2.如权利要求1所述的激光麦克风，其特征在于，所述自混合信号获取装置的输出端与所述控制电路的输入端连接，所述控制电路根据所述自混合信号获取装置输出的所述目标电压信号确定所述激光器的驱动电流Aj。
3.如权利要求2所述的激光麦克风，其特征在于，在所述激光器工作模式下，进行第j次驱动电流调制时，所述控制电路根据所述自混合信号获取装置输出的所述目标电压信号确定所述激光器的驱动电流Aj，包括：
S11：所述控制电路根据前一次驱动电流调制后得到的驱动电流Aj-1确定本次驱动电流调制的扫描电流范围[Imin，Imax]，其中，所述Imin＝Aj-1-I0，所述Imax＝Aj-1+I0’，0.1mA≤I0≤0.5mA，0.1mA≤I0’≤0.5mA；所述j表示驱动电流调制次数，且取大于或等于2的整数；
S12：所述控制电路以Imin为初始值，以ΔI为步长，以Imax为终止值对所述激光器施加扫描电流It，且在每一次扫描时在所述扫描电流It上叠加交流电流Ic，并获取每一次扫描的输出电压波动峰峰值ΔVt；
其中，所述ΔI为预设电流；所述交流电流Ic为预设电流，所述交流电流Ic的频率大于人耳能听到的声音的最大频率；所述ΔVt与所述交流电流Ic的频率相关；所述t表示电流扫描次数；
S13:将执行S12过程中获取的多个ΔVt中，最大的ΔVt对应的扫描电流It确定为本次驱动电流调制获得的所述激光器的驱动电流Aj。
4.如权利要求2或3所述的激光麦克风，其特征在于，在所述激光器启动工作模式时，所述控制电路根据所述自混合信号获取装置输出的所述目标电压信号确定所述激光器的驱动电流Aj，包括：
S21：所述控制电路以Imin’为初始值，以ΔI为步长，以Imax’为终止值对所述激光器施加扫描电流It’，且在每一次扫描时在所述扫描电流It’上叠加交流电流Ic，并获取每一次扫描的输出电压波动峰峰值ΔVt′；
其中，所述Imin’为预设最小驱动电流，所述Imax’为预设最大驱动电流；所述ΔI为预设电流；所述交流电流Ic为预设电流，所述交流电流Ic的频率大于人耳能听到的声音的最大频率；所述ΔVt′与所述交流电流Ic的频率相关；所述t’代表电流扫描次数；
S22:将执行S21过程中获取的多个ΔVt′中，最大的ΔVt′对应的扫描电流It’确定为所述激光器的驱动电流Aj。
5.如权利要求3或4所述的激光麦克风，其特征在于，所述ΔI的范围为10μA≤ΔI≤50μA。
6.如权利要求3或4所述的激光麦克风，其特征在于，所述交流电流Ic的频率范围为20kHz＜Ic≤50kHz。
7.如权利要求1-6任一项所述的激光麦克风，其特征在于，所述自混合信号获取装置用于探测所述激光器谐振腔内的所述自混合光信号，并输出与所述自混合光信号相关的目标电压信号。
8.如权利要求7所述的激光麦克风，其特征在于，所述自混合信号获取装置包括光探测器和互阻抗放大电路，所述光探测器与所述激光器连接，用于探测所述激光器谐振腔内的所述自混合光信号，并将所述自混合光信号转换成电流信号；所述互阻抗放大电路与所述光探测器连接，用于将所述电流信号转换成所述目标电压信号。
9.如权利要求8所述的激光麦克风，其特征在于，所述光探测器与所述激光器单片集成在一个芯片上，所述光探测器位于所述激光器背离所述振膜的一侧。
10.如权利要求1-6任一项所述的激光麦克风，其特征在于，所述自混合信号获取装置包括与所述激光器连接的缓冲电路，所述缓冲电路用于获取所述激光器的端电压，所述激光器的端电压与所述自混合光信号相关。
11.如权利要求1-10任一项所述的激光麦克风，其特征在于，所述信号处理电路包括高通滤波电路和电压放大及低通滤波电路，所述高通滤波电路与所述自混合信号获取装置连接，所述电压放大及低通滤波电路与所述高通滤波电路连接。
12.如权利要求11所述的激光麦克风，其特征在于，所述信号处理电路还包括与所述电压放大及低通滤波电路连接的增益调控电路，所述增益调控电路用于根据所述电压放大及低通滤波电路的输出信号调节所述电压放大及低通滤波电路的增益。
13.如权利要求1-12任一项所述的激光麦克风，其特征在于，所述激光器朝向所述振膜一侧的出光面设置有光束耦合装置，所述光束耦合装置包括一个或多个透镜。
14.如权利要求13所述的激光麦克风，其特征在于，每一所述透镜的横向尺寸为20μm-200μm；每一所述透镜的纵向尺寸为20μm-200μm。
15.如权利要求1-14任一项所述的激光麦克风，其特征在于，所述振膜包括MEMS振膜、金属玻璃振膜、石墨烯振膜、高分子薄膜或金属类薄膜。
16.如权利要求15所述的激光麦克风，其特征在于，所述振膜朝向所述激光器的一侧设有反射层。
17.如权利要求1-16任一项所述的激光麦克风，其特征在于，所述激光器为垂直腔面发射激光器或边发射激光器。
18.如权利要求1-17任一项所述的激光麦克风，其特征在于，所述激光麦克风还包括壳体，所述振膜、所述激光器、所述控制电路、所述自混合信号获取装置和所述信号处理电路均设置于所述壳体内，所述壳体上与所述振膜相对应的位置设置有拾音孔。
19.一种终端，其特征在于，所述终端包括如权利要求1-18任一项所述的激光麦克风。
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