CN217363313U - 光学麦克风 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种具有双光源的光学麦克风，其包括：外壳，其包括内腔和使内腔与外界相通的进声口；设置在内腔中的MEMS模块，包括柔性膜和两个光栅；两个光电模块，一个设置在前腔，另一个设置在后腔，每个光电模块包括光源和光检测器；以及设置在后腔并与光电模块电连接的集成电路模块。光电麦克风提供差分测量，从而使柔性膜的一侧的输出信号变化为正，柔性膜的另一侧的输出信号变化为负，进而形成差分测量结构，提高光学麦克风的性能。

Description

光学麦克风
技术领域
本实用新型涉及麦克风的技术领域，特别是涉及一种光学麦克风。
背景技术
传统麦克风包括背板和与背板间隔设置的振膜，振膜通过声波进行振动，通过改变背板与振膜振膜之间的距离产生电压变化，从而实现声电转换。
光学麦克风是一种可以包括三个模块的麦克风，即光电模块、特定应用集成电路(ASIC)模块和微机电系统(MEMS)模块。光电模块可以向MEMS模块发送光线，并接收MEMS模块反射的光线。当MEMS 模块的振膜通过声波振动时，振膜轻微振动并改变反射回光电模块的光线的强度和相位。然后，光电模块将反射光的强度和相位信号转换为电信号，并将电信号传输给集成电路模块。这样，声信号被转换为光信号，光信号再被转换为电信号。
随着消费者对体验的要求越来越高，需要一种具有良好声光转换性能的光学麦克风。
实用新型内容
本实用新型提供一种麦克风，旨在解决相关技术中的问题，提供一种良好声光转换性能的光学麦克风。
为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种光学麦克风包括：壳体，包括：内腔以及使所述内腔与外界相通的进声口；MEMS 模块，设置于所述内腔中，其包括：柔性膜和两个光栅；所述柔性膜将所述内腔沿声音的入射方向分为前腔和后腔；两个光电模块，其中一个设置在所述前腔，另一个设置在所述后腔；所述两个光电模块中的每一个都包括光源和光检测器；以及集成电路模块，设置在所述后腔并与所述两个光电模块电性连接；其中，所述前腔通过所述进声口与外界相通；所述两个光栅中的一个设置在所述前腔内，并与所述柔性膜相对且间隔设置；所述两个光栅中的另一个设置在所述后腔内，并与所述柔性膜相对且间隔设置；其中，所述柔性膜朝向每个光栅的侧面设有反射层；每一个所述光栅朝向所述光电模块的侧面亦设有反射层；其中，对于所述两个光电模块中的一个，所述光电模块的所述光源发出的一部分光被所述两个光栅中与所述光电模块相邻的光栅衍射，照射在所述柔性膜上并通过所述柔性膜反射回至所述光电模块的所述光检测器；所述光电模块的所述光源发出的另一部分光通过与所述光电模块相邻的所述光栅的所述反射层直接反射回至所述光电模块的所述光检测器。
优选地，所述光学麦克风进一步包括：透镜，设置在所述两个光栅中的每一个和所述两个光电模块中的一个之间；所述透镜与对应光栅相邻并间隔设置；其中，当所述光源发出的光垂直照射在所述透镜上时，所述光被所述透镜折射，然后斜向照射到所述对应光栅上；其中，当所述对应光栅或所述柔性膜反射的光斜向照射到所述透镜上时，所述反射光被所述透镜折射，然后垂直照射到所述光检测器上。
优选地，所述柔性膜进一步设有连通所述前腔和所述后腔的孔。
优选地，所述两个光栅中的每一个包括多个槽，所述槽彼此平行并间隔设置。
优选地，所述两个光栅中的每一个由透镜制成，所述透镜上至少设有一个衍射层。
优选地，所述两个光电模块中的每一个的所述光源和所述光检测器都配置在不同的模具上。
优选地，所述两个光电模块中的每一个包括多个光检测器。
优选地，所述两个光电模块中的每一个的所述光源和所述光检测器都配置在相同的模具上。
优选地，所述集成电路模块分别与所述柔性膜和所述两个光栅电性连接。
优选地，所述MEMS模块进一步包括支撑臂，所述支撑臂用于支撑所述柔性膜并固定在所述壳体上；所述两个光栅中的一个通过第一支撑件与所述柔性膜间隔开；所述两个光栅中的另一个通过第二支撑件与所述柔性膜间隔开。
在本实用新型的光学麦克风中，柔性膜的两个相对面分别设有光栅和光电模块，柔性膜和光栅之间形成间隙，从而获得差分测量。这样，柔性膜的两面之一的输出信号为正，柔性膜的另一面的输出信号为负。因此，形成了一种差分测量结构，以提高光学麦克风的性能。
附图说明
图1是根据本实用新型的一个实施例的光学麦克风的立体图。
图2是图1中所示的光学麦克风的截面示意图。
图3是根据本实用新型的一个实施例的振动状态下的光学麦克风的柔性膜的结构示意图。
实施例的描述
本实用新型的实施例将在以下的描述中详细说明，其示例在附图中显示。在整个描述中，具有相同或类似功能的相同或类似的元素由相同或类似的参考符号表示。下面参照附图描述的实施例是说明性的，并意在解释本实用新型内容，而不是将本实用新型内容限制在其中。
在一些实施例中，如图1和图2所示，一种具有双光源的光学麦克风包括壳体1、MEMS模块2、两个光电模块3和集成电路模块(ASIC)。
壳体1具有内腔15和将内腔15与外界相通的进声口11。在至少一个实施例中，壳体1包括第一壳体壁12、第二壳体壁13以及连接第一壳体壁12和第二壳体壁13的侧壳体壁14。所述第一壳体壁12、第二壳体壁13以及侧壳体壁14包围并形成内腔15。第一壳体壁12与第二壳体壁13相对。进声口11设置在第一壳体壁12上。在一些实施例中，侧壳体壁14可以作为第一壳体壁12或第二壳体壁13的一部分整体形成，或者可以是单独的壁。
MEMS模块2设置在内腔15内的第一壳体壁12处，并包括柔性膜 21和两个光栅22。柔性膜21将内腔15沿声波的入射方向X分为前腔 16和后腔17。前腔16通过进声口11与外界相通。前腔16是柔性膜21 和进声口11之间的容积，后腔17是柔性膜21和壳体1的内部容积之间的容积。此外，MEMS模块2的柔性膜21与进声口11相邻，从而使前腔16具有小尺寸，后腔17具有大尺寸，进一步提高了光学麦克风的性能。
所述两个光栅22与柔性膜21相对设置。其中一个光栅22布置在前腔16内与柔性膜21的两个相对侧面中的一个相对设置，并与柔性膜 21间隔开。另一个光栅22布置在后腔17内且与柔性膜21的两个相对侧面中的另一个相对设置，并与柔性膜21间隔开。
在至少一个实施例中，MEMS模块2进一步包括支撑臂24，该支撑臂用于支撑柔性膜21，并固定在第一壳体壁12上。
在一些实施例中，其中一个光栅22通过第一支撑件25与柔性膜21 间隔开，并且被配置在前腔16内的柔性膜21的一侧。第一支撑件25 被用于支撑和固定该光栅22，使得该光栅22和柔性膜21之间形成第一间隙。
在一些实施例中，光栅22中的另一个通过第二支撑件26与柔性膜 21间隔开，并且配置在后腔17内柔性膜21的另一侧。第二支撑件26 用于支撑和固定该光栅22，从而使该光栅22和柔性膜21之间形成第二间隙。在这种情况下，第一间隙可以与第二间隙尺寸相当。
两个光电模块3中的一个被设置在前腔16内的第一壳体壁12上，两个光电模块3中的另一个被设置在后腔17内的第二壳体壁13上。每个光电模块3都包括光源31和光检测器32。
集成电路模块4设置在后腔17中，并与光电模块3电性连接。
柔性膜21的两个相对的侧面中的每一个都设有反射层。对于每个光栅22，其具有一个侧面，该侧面朝向与该光栅相邻的光源31之一并设有反射层。反射层可以由一种材料制成，也可以是不同材料的叠加。反射层的反射效率取决于入射光的波长，并且每个反射层的材料被选择为最大化入射光的反射率。
由光源31发出的一部分光被光栅22衍射，然后照射到柔性膜21 上，并通过柔性膜21反射回光检测器32。另一部分由光源31发出的光通过光栅22的反射层直接反射回光检测器32。
当使用光学麦克风时，声波通过进声口11进入壳体1，并振动柔性膜21，以改变柔性膜21与两个光栅22中的每一个之间的距离。当柔性膜21振动时，柔性膜21像一个标准的摆动结构一样向上或向下移动，这取决于麦克风的类型。柔性膜21的向上移动和向下移动是以预定的频率切换的，并有预定的位移。该频率取决于声波的频率，该位移取决于声波的压力。
每个光源31发射一束光，该光被称为入射光束S1，并被引向相应侧的光栅22的中心和相应侧的柔性膜21的中心。由于光栅22被置于光源31和相应侧的柔性膜21之间，入射光束S1在到达柔性膜21之前到达光栅22，因此反射回光检测器32的光束被称为反射光束S2。
朝向光源31的光栅22的表面是高度反射的，从而入射光束S1被高度反射到光检测器32。在一些实施例中，每个光栅22包括多个槽，这些槽与彼此平行并间隔设置。通过光栅22的槽的一部分光被衍射并到达柔性膜21的反射面。然后，由柔性膜21反射的光被引向光检测器 32。这样，当反射光束S2的两个部分到达光检测器32时，它们之间存在着强度差和相位差。强度差和相位差与柔性膜21和相应光栅22之间的距离有关。因此，MEMS模块2、光电模块3和集成电路模块4可以实现从声信号到光信号的转换以及从光信号到电信号的转换。
如图2和图3所示，柔性膜21的两侧分别设有光栅22和光电模块 3，因此本实用新型的具有双光源的光学麦克风可以提供差分测量。在柔性膜21的两边测量的信号是相反的，两个光电模块3的组合可以提高麦克风的性能。如果一侧的输出信号为正，另一侧的输出信号为负，则形成差分测量结构，以提高麦克风的性能。
在至少一个实施例中，光学麦克风进一步包括透镜(未示出)，该透镜布置在每个光栅22和与该光栅22相邻且间隔的光电模块3中的一个之间。当光源31发出的光垂直照射到透镜上时，发出的光被透镜折射，然后倾斜到光栅22上。当由光栅22或柔性膜21反射的光斜着照射到透镜上时，反射的光被透镜折射，然后垂直地照射到光检测器32。
在一些实施例中，光栅22朝向光电模块3的一侧设置有透镜。由光源31发射的光的路径可通过透镜对发射的光的折射效应而改变。这样，每个光源31的模具可以被放置在壳体1的相应的壳体壁上，从而从光源31发出的光以小于90°的入射角直接照射到光栅22上。此外，每个光检测器32的模具也可以放置在壳体1的相应壳体壁上。因此，这种结构使得提供光源31和光检测器32更加容易。
在一些实施例中，柔性膜21进一步设置有连通前腔16和后腔17 的孔23。如图2所示，孔23可以连通前腔16和后腔17，以平衡前腔 16和后腔17内的声压，并允许声音通过，从而有利于柔性膜21在声波作用下的振动。
在一些实施例中，光栅22可以设置有反射面。例如，光栅22具有由硅制成的基底，在硅的朝向光电模块3的一侧镀有金属膜，以形成反射层。该金属膜可由金属制成，例如金、铝、银或铜。
在至少一个实施例中，光栅22由透镜制成，在透镜上设有至少一个衍射层。
在一些实施例中，透镜可以包括由玻璃制成的基底。通过在衬底上形成具有规则起伏(例如，台阶)的不平坦表面来形成衍射表面，并且光通过衍射表面结构进行衍射。
在一些实施例中，如图2所示，集成电路模块4分别与柔性膜21 和光栅22电性连接，以便在柔性膜21和每个光栅22之间施加电压，在它们之间产生静电力。因此，在柔性膜21和每个光栅22之间可以产生“静电弹簧”。当柔性膜21根据声波振动时，“静电弹簧”可以“增加”或“减少”柔性膜21的振动变形量。
在一些实施例中，壳体1可以由带有电路的PCB板制成。集成电路模块4可以通过电路与柔性膜21和光栅22电性连接。此外，集成电路模块4可以设置在第一壳体壁12、第二壳体壁13、或侧壳体壁14上。例如，如图1所示，集成电路模块4被设置在第一壳体壁12上；如图2 所示，集成电路模块4被设置在第二壳体壁13上。
在一些实施例中，两个光电模块可以由两个不同的模具组成，即，一个配置为发射光，一个或两个配置为接收反射光。在这种情况下，光源31和光检测器32被配置在不同的模具上。
具体而言，光源31可以是激光二极管，而光检测器32可以是光电二极管。激光二极管和光电二极管被布置在不同的模具上。
在一些实施例中，每个光电模块3可以包括多个光检测器32。
在一些实施例中，光源31和光检测器32可以布置在同一模具上。通过这种方式，可以简化光电模块3的整个结构，同时方便光电模块3 的安装。
上述描述只是本实用新型的一些实施例，本实用新型的范围不受附图的限制。在本实用新型内容的精神和原则范围内做出的任何修改、等同替换、改进等都应属于本实用新型内容的范围。

Claims (10)

1.一种光学麦克风，其特征在于，所述光学麦克风包括：
壳体，包括：内腔以及使所述内腔与外界相通的进声口；
MEMS模块，设置于所述内腔中，其包括：柔性膜和两个光栅；所述柔性膜将所述内腔沿声音的入射方向分为前腔和后腔；
两个光电模块，其中一个设置在所述前腔，另一个设置在所述后腔；所述两个光电模块中的每一个都包括光源和光检测器；以及
集成电路模块，设置在所述后腔并与所述两个光电模块电性连接；
其中，所述前腔通过所述进声口与外界相通；所述两个光栅中的一个设置在所述前腔内，并与所述柔性膜相对且间隔设置；所述两个光栅中的另一个设置在所述后腔内，并与所述柔性膜相对且间隔设置；
其中，所述柔性膜朝向每个光栅的侧面设有反射层；每一个所述光栅朝向所述光电模块的侧面亦设有反射层；
其中，对于所述两个光电模块中的一个，所述光电模块的所述光源发出的一部分光被所述两个光栅中与所述光电模块相邻的光栅衍射，照射在所述柔性膜上并通过所述柔性膜反射回至所述光电模块的所述光检测器；所述光电模块的所述光源发出的另一部分光通过与所述光电模块相邻的所述光栅的所述反射层直接反射回至所述光电模块的所述光检测器。
2.根据权利要求1所述的光学麦克风，其特征在于，所述光学麦克风进一步包括：
透镜，设置在所述两个光栅中的每一个和所述两个光电模块中的一个之间；所述透镜与对应光栅相邻并间隔设置；
其中，当所述光源发出的光垂直照射在所述透镜上时，所述光被所述透镜折射，然后斜向照射到所述对应光栅上；
其中，当所述对应光栅或所述柔性膜反射的光斜向照射到所述透镜上时，所述反射光被所述透镜折射，然后垂直照射到所述光检测器上。
3.根据权利要求1所述的光学麦克风，其特征在于，所述柔性膜进一步设有连通所述前腔和所述后腔的孔。
4.根据权利要求1所述的光学麦克风，其特征在于，所述两个光栅中的每一个包括多个槽，所述槽彼此平行并间隔设置。
5.根据权利要求1所述的光学麦克风，其特征在于，所述两个光栅中的每一个由透镜制成，所述透镜上至少设有一个衍射层。
6.根据权利要求1所述的光学麦克风，其特征在于，所述两个光电模块中的每一个的所述光源和所述光检测器都配置在不同的模具上。
7.根据权利要求6所述的光学麦克风，其特征在于，所述两个光电模块中的每一个包括多个光检测器。
8.根据权利要求1所述的光学麦克风，其特征在于，所述两个光电模块中的每一个的所述光源和所述光检测器都配置在相同的模具上。
9.根据权利要求1所述的光学麦克风，其特征在于，所述集成电路模块分别与所述柔性膜和所述两个光栅电性连接。
10.根据权利要求1所述的光学麦克风，其特征在于，所述MEMS模块进一步包括支撑臂，所述支撑臂用于支撑所述柔性膜并固定在所述壳体上；
所述两个光栅中的一个通过第一支撑件与所述柔性膜间隔开；
所述两个光栅中的另一个通过第二支撑件与所述柔性膜间隔开。
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