JP2001169395A - 音響電気変換装置 - Google Patents
音響電気変換装置Info
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Abstract
する音響電気変換装置を提供する。 【解決手段】 音圧により振動する振動板2と、振動板
2に光ビームを照射する発光素子1と、振動板2に照射
された光ビームの反射光を受光し、振動板2の振動変位
に対応する信号を出力する受光素子3とを備えた光マイ
クロフォン素子と、複数の光マイクロフォン素子を振動
板2がほぼ同一面上に位置するように配置して固定する
支持フレーム46と、複数の光マイクロフォン素子のそ
れぞれの発光素子1に所定電流を供給して発光素子1を
駆動する光源駆動回路10と、複数の光マイクロフォン
素子のそれぞれの受光素子3からの出力信号を混合する
ミキサ回路とを備え、複数の光マイクロフォン素子のそ
れぞれの振動板2の厚さを、互いに異なる周波数範囲に
おいて受波感度がほぼ均一となるよう異ならせる。
Description
振動変位を電気信号に変換する音響電気変換装置に係
り、特に広い周波数帯域において感度の均一な周波数特
性を得ることのできる音響電気変換装置に関する。
ロフォン装置が知られている。
クロフォン素子は、音圧により振動する振動板と、この
振動板に光ビームを照射する発光素子と、この振動板か
らの反射光を受光して振動板の振動変位に対応する信号
を出力する受光素子とから構成されている。これにより
振動板に音波が当たることによる振動板の振動変位をこ
の振動板に非接触で検出して電気信号に変換することが
できるため、振動検出系を振動板に設ける必要がなくな
り、振動部分の重量を軽量化することができしかも微弱
な音波の変動にも十分に追従できる。
ロフォン装置では単一の光マイクロフォン素子を用いて
装置を構成しており、一つの振動板により音波の低域か
ら高域にわたるまでの周波数特性をカバーするように構
成されていた。このようなマイクロフォン特性は一般に
モノトーン特性と言われ周波数カバー範囲は図6に示す
ように50Hzから20KHzの間にほぼ限定されるよ
うなものであった。このように従来の光マイクロフォン
装置では単一の振動板を用いた単一の光マイクロフォン
素子を用いていたため、単一の振動板で低域周波数から
高域周波数までをその感度(振幅)がフラットになるよ
うに制御することは困難であった。一般に振動板の厚さ
を厚くすれば低域周波数領域での感度が高くなり、厚さ
を薄くすれば高域周波数領域での感度が高くなる。従っ
てこのような振動板の物理的性質から広帯域にわたって
感度(振幅)の周波数特性がフラットな光マイクロフォ
ン装置を実現することは困難であった。本発明はこのよ
うな従来の課題を解決するためになされたもので、広帯
域にわたって感度(振幅)特性がフラットな光マイクロ
フォン装置のような音響電気変換装置を提供することを
目的とする。
の本発明の音響電気変換装置は、音圧により振動する振
動板と、前記振動板に光ビームを照射する発光素子と、
前記振動板に照射された前記光ビームの反射光を受光
し、前記振動板の振動変位に対応する信号を出力する受
光素子とを備えた音響電気変換素子と、複数の前記音響
電気変換素子を前記振動板がほぼ同一面上に位置するよ
うに配置して固定する支持フレームと、前記複数の音響
電気変換素子のそれぞれの発光素子に所定電流を供給し
て前記発光素子を駆動する光源駆動回路と、前記複数の
音響電気変換素子のそれぞれの受光素子からの出力信号
を混合するミキサ回路とを備え、前記複数の音響電気変
換素子のそれぞれの振動板の厚さを、互いに異なる周波
数範囲において受波感度がほぼ均一となるよう異ならせ
たことを特徴とする。前記音響電気変換装置において、
前記音響電気変換素子が、同一基板上に前記発光素子と
なし受光素子とが配置され、前記発光素子が発光強度分
布が同心円状にほぼ均一な垂直表面発光型発光素子であ
って前記基板の中心部に配置され、前記発光素子を取囲
込むように同心円状に前記受光素子が配置されている受
発光素子を有するように構成することが出来る。前記振
動板は前記基板とほぼ平行に、かつ近接して設置するこ
とが出来る。前記音響電気変換素子は、前記支持フレー
ムのフレーム面に形成された開口内に前記振動板が露出
するよう配置することが出来る。前記ミキサ回路からの
出力信号の感度の周波数特性が1Hzから100KHz
の範囲にわたってほぼ平坦とすることが出来る。
光マイクロフォン装置の構成を示すブロック図である。
本発明ではそれぞれ振動板の厚さが互いに異なる複数の
受光素子M1,M2,…M6を組み合わせて複合された
光マイクロフォン素子を形成し、その各々の受光素子か
らの出力をミキサ回路20に入力して混合させ、出力信
号30として取り出すように構成している。それぞれの
光マイクロフォン素子M1〜M6の発光素子に対して光
源駆動回路10から所定の駆動電流が供給されるように
構成される。
M6を組み合わせて構成された複合光マイクロフォン素
子の構造を示す図で、(a)はその上面図を(b)はそ
の側面断面図をそれぞれ示している。各光マイクロフォ
ン素子M1〜M6は図2(b)に示すように遮蔽板5に
よりそれぞれが区画されて構成され、支持フレーム4,
6にこれらの複数の光マイクロフォン素子M1〜M6の
振動板2がほぼ同一面上に位置するように配置して固定
されている。各光マイクロフォン素子は図示しない基板
に取り付けられた発光素子1と受光素子3とこの発光素
子1および受光素子3の取り付けられた基板にほぼ平行
して近接配置された振動板2とから構成されており、発
光素子1からの光ビームが振動板2により反射されこれ
が受光素子3により受光され振動板2の振動変位に対応
する信号が取り出されるように構成されている。図2
(a)に示すように支持フレーム4,6のフレーム面6
に形成された開口内にそれぞれの振動板2が露出するよ
うに配置される。これらの振動板2はフレーム面6と同
一面内に位置するように配置され支持フレーム4,6に
固定される。
ン素子M1〜M6の受発光素子の構造を示す図である。
ガリウム砒素基板7の上に垂直面発光型レーザダイオー
ドLDとホトダイオード等の受光素子PDとが配置され
る。基板7の中央部にレーザダイオードLDが形成さ
れ、これを取り囲むように受光素子PDが同心円状に複
数個形成される。レーザダイオードLDと受光素子PD
とからは電極8が取り出される。垂直面発光型レーザダ
イオードLDは発光強度分布が同心円状にほぼ均一な特
性を有しておりこのレーザダイオードLDから同心円状
に放射されたレーザビームは振動板2により同心円状に
反射しこれが受光素子PDにより受光され受波信号とし
て取り出される。なお図3に示す受発光素子では受光素
子が複数同心円状に形成されているため差動出力で取り
出すことができ、これによりレーザダイオードLDの温
度変動等の誤差を吸収することができる。
ン素子の振動板2について説明する。図4は振動板2の
厚さtと振幅特性との関係を示す図である。すなわち受
波音波の周波数fが低い場合には振動板2の厚さtが薄
いほど振幅は大きくなり周波数が高いと厚さtが厚いほ
ど振幅が小さくなる。本発明ではこの性質を利用して複
数の光マイクロフォン素子M1〜M6のそれぞれの振動
板の厚さを互いに異なる周波数範囲において受波感度が
ほぼ均一となるように異ならせる。すなわち、それぞれ
の光マイクロフォン素子の振動板は再生できる音波の周
波数範囲を限定しその周波数範囲に合った厚さの振動板
を設定するのである。
の振動板の厚さを変化させ、それぞれが再生できる周波
数を分割して割り当てた場合の振幅特性を示している。
例えば光マイクロフォン素子M1では最も低い周波数範
囲において音波を再生できるように割り当てを行い、光
マイクロフォン素子M6においては最も高い周波数範囲
の音波を再生できるように割り当てる。この場合光マイ
クロフォン素子M1では振動板の厚さを最も厚くし、光
マイクロフォン素子M6では最も薄く設定する必要があ
る。このようにそれぞれの光マイクロフォン素子に割り
当てられた周波数範囲に応じてその振幅特性がほぼ平坦
となるように振動板の厚さを選択すると図5に示すよう
な振幅特性が得られる。なお光マイクロフォン素子M1
〜M6の振幅特性がそれぞれ図5に示すA1〜A6に対
応している。
振幅特性を図1に示すミキサ回路20に入力して合成す
れば図6に示すような全周波数帯域において平坦な振幅
特性を有する複合光マイクロフォン素子が得られる。こ
のようにして本発明ではミキサ回路20からの感度の周
波数特性が1Hzから100KHzまでの範囲にわたっ
てほぼ平坦な光マイクロフォン装置を実現することがで
きた。また、モノリシック構造で構成した垂直表面発光
型発光素子(VCSEL)とフォトダイオード(PD)
とを用いて光マイクロフォン素子を構成すると小型化が
実現できる。このため、光マイクロフォン素子を複数個
組合せても小型化が可能となる。
複数の音響電気変換素子を組み合わせて複合した音響電
気変換素子を構成し、複数の音響電気変換素子のそれぞ
れの振動板の厚さを互いに異なる周波数範囲において受
波感度がほぼ均一になるように組み合わせたため、広帯
域にわたって振幅特性がほぼ均一な音響電気変換装置を
実現することができる。
ディジタル時代に適応した音楽用のマイクロフォン装置
として広く利用することが可能である。またマイクロフ
ォン装置だけでなく音響センサとしても利用することが
出来る。
置の構成を示すブロック回路図。
造を示す平面図および側面断面図。
置に用いられる受発光素子の構造を示す平面図。
動板の厚さと振幅との関係を周波数に関して示した図。
波数−振幅特性を示す図。
振幅特性を示す図。
Claims (5)
- 【請求項1】 音圧により振動する振動板と、前記振動
板に光ビームを照射する発光素子と、前記振動板に照射
された前記光ビームの反射光を受光し、前記振動板の振
動変位に対応する信号を出力する受光素子とを備えた音
響電気変換素子と、 複数の前記音響電気変換素子を前記振動板がほぼ同一面
上に位置するように配置して固定する支持フレームと、 前記複数の音響電気変換素子のそれぞれの発光素子に所
定電流を供給して前記発光素子を駆動する光源駆動回路
と、 前記複数の音響電気変換素子のそれぞれの受光素子から
の出力信号を混合するミキサ回路とを備え、 前記複数の音響電気変換素子のそれぞれの振動板の厚さ
を、互いに異なる周波数範囲において受波感度がほぼ均
一となるよう異ならせたことを特徴とする音響電気変換
装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の音響電気変換装置にお
いて、 前記音響電気変換素子が、 同一基板上に前記発光素子と前記受光素子とが配置さ
れ、前記発光素子が発光強度分布が同心円状にほぼ均一
な垂直表面発光型発光素子であって前記基板の中心部に
配置され、前記発光素子を取囲込むように同心円状に前
記受光素子が配置されている受発光素子を有することを
特徴とする音響電気変換装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の音響電気変換装置にお
いて、 前記振動板は前記基板とほぼ平行に、かつ近接して設置
されることを特徴とする音響電気変換装置。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
音響電気変換装置において、 前記音響電気変換素子は、前記支持フレームのフレーム
面に形成された開口内に前記振動板が露出するよう配置
することを特徴とする音響電気変換装置。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
音響電気変換装置において、 前記ミキサ回路からの出力信号の感度の周波数特性が1
Hzから100KHzの範囲にわたってほぼ平坦である
ことを特徴とする音響電気変換装置。
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-
1999
- 1999-12-13 JP JP35361999A patent/JP3639483B2/ja not_active Expired - Fee Related
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