JP2001169396A - 音響電気変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 理想的な８の字状の指向性パターンを有する
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３と、振動板
３に光ビームを照射する発光素子１０と、振動板３に照
射された光ビームの反射光を受光し、振動板３の振動変
位に対応する信号を出力する受光素子１０と、発光素子
１０と受光素子１０とを載置し、振動板３に対向するよ
う配置される底板１２と、振動板３と底板１２とがほぼ
平行で、かつ近接して設置されるように結合させる支持
側板３０とを備え、底板１２のほぼ中心部に発光素子１
０と受光素子１０とを載置し、周辺部に音波の侵入が可
能な大きさを有する第１の開口２０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光を用いて振動板の
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、特にシャープな指向性ビームパターンを形成するこ
とのできる音響電気変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】音響電気変換装置としてマイクロフォン
がある。一般にマイクロフォンの振動板に垂直な音波の
入射方向にシャープな感度指向性を持たせるためには振
動板の前面部のみならず振動板の裏面部からも音波が入
射するようにマイクロフォン装置を構成する必要があ
る。従来広く用いられているダイナミックマイクロフォ
ンでは、振動板からの音波を検出するために振動板にコ
イルを取り付ける構造となっていたため、裏面から入っ
てくる音圧に対してはコイルなどが抵抗となって必ずし
も振動板を表面と同じように振動させることができな
い。しかし、振動板の前面部と裏面部とを完全に開放し
て前面部と後面部との両側から音波を入射するような構
成にすることは困難であった。またコンデンサーマイク
ロフォンでは振動板の振動による容量変化を検出して音
波の検出を行うため、その構造上裏面をオープンにして
裏面側から音波を入射することができない構造となって
いた。従ってマイクロフォンなどの音響電気変換装置で
は裏面も表面と同じように何もないことが理想である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図６は振動板の裏面側
が一部閉塞された状態でのマイクロフォンの指向特性を
示す図で、０°側が前面を１８０°側が裏面をそれぞれ
示している。通常前面（０°側）と裏面（１８０°側）
とが完全に開放された形状のマイクロフォンでは図６に
点線で示すように前面および裏面に完全に円形の８の字
状の感度指向特性を有する。しかし振動板の裏面側が完
全に閉塞されていたり、一部閉塞されていたりすると、
図中に実線で示すように８の字状の指向特性パターンが
乱れて９０°および２７０°の方向にも感度を有するよ
うに指向特性が変化する。すなわち図６に斜線で示した
領域にも感度があるような指向特性になってしまう。本
発明は上述した課題を解決するためになされたもので、
指向特性が振動板の垂直方向のみに指向性を有する音響
電気変換装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】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、前記発光素子と前
記受光素子とを載置し、前記振動板に対向するよう配置
される底板と、前記振動板と前記底板とがほぼ平行で、
かつ近接して設置されるように結合させる支持側板とを
備え、前記底板のほぼ中心部に前記発光素子と受光素子
とを載置し、周辺部に音波の侵入が可能な大きさを有す
る第１の開口を設けたことを特徴とする。前記第１の開
口は、複数個設けることが出来る。また前記音響電気変
換装置において、音波の侵入が可能な大きさを有する第
２の開口を前記支持側板に設けることが出来る。前記第
２の開口は複数個設けることが出来る。

【０００５】

【発明の実施の形態】音響電気変換装置の一例として光
マイクロフォン装置を用いて説明する。図５はサイド方
向に指向性を有しない（以下完全な指向特性という）光
マイクロフォン装置の原理図を示す図である。筐体５の
ほぼ中央部に音波の音圧によって振動する振動板３を張
設する。そしてこの振動板３の裏面側に発光素子２と受
光素子４とを設け、発光素子２からの入射光ビームＬ１
が振動板３により反射して反射光Ｌ２となって受光素子
４に受光されるように構成する。これにより振動板３の
振動変位が受光素子４により反射光Ｌ２の受光位置の変
化となって検出される。この場合振動板３の前方から音
波６と後方から音波７とが入射し、それぞれの音圧位相
が同一であった場合には振動板３において振動板の振動
は起こらず受光素子４からの出力は発生しない。

【０００６】一方、振動板３の前方方向からａ＋ｂの音
波６が到来し、後方裏面側からａの音波７が到来した場
合には、振動板３において音波ａは打ち消されｂのみが
検出されることになる。ここで一般に周囲雑音や騒音等
は同一の位相と振幅とを持ってマイクロフォンの前面と
裏面とから入力する。従ってこれが音波ａとなる。一方
音声信号はｂとしてマイクロフォンの前面方向からのみ
入射されるので結局騒音ａのみが振動板３により打ち消
されて音声ｂのみが取り出されることになる。このよう
にして振動板に対して前面および裏面側から音波の到来
をゆるすような構造にすることにより、音声信号のみを
取り出し騒音の低減を図ることができる。またこのよう
な構成にすれば図６に点線で示したような完全な指向特
性を得ることができる。

【０００７】図１〜３は本発明の一実施形態である光マ
イクロフォン装置の構成を示す図で、図１はその分解斜
視図、図２は側面図、図３は側面断面図をそれぞれ示し
ている。図１および図３に示すように本発明では発光素
子と受光素子とは受発光素子１０として一体化して形成
され基板９に搭載されている。この基板９は底板１２の
ほぼ中央近傍に取り付けられる。底板１２は振動板３に
ほぼ平行でかつ近接して設置される。

【０００８】この底板１２と振動板３とを結合させるた
めの支持側板３０が図２に示すように形成される。また
この支持側板３０は必ずしも全面に底板１２と振動板３
とを取り囲むように形成する必要はなく、例えば図１に
示すように支柱３５を底板１２の周囲に立てこの支柱３
５の下端に振動板３の周辺部８を接続するように構成し
てもよい。受発光素子１０を搭載する基板９からは端子
１１に接続が行われておりこの端子１１を介して受発光
素子１０およびその周辺回路に電源の供給や必要な信号
の授受を行うように構成される。また本発明では振動板
３の裏面側からの音波を入射できるように底板１２に開
口２０を設ける。

【０００９】この開口２０は図１に示すように受発光素
子１０を取り囲むように円周上に複数個円形の穴を設け
ることにより形成してもよい。このような開口２０を底
板１２に形成することにより裏面から騒音を振動板３へ
誘導することができる。またこの底板１２に設ける開口
２０に加えて、図２に示すように支持側板３０にも音波
の侵入が可能となるように開口２５を設けることができ
る。ただし支持側板３０に設ける開口２５はあまり大き
な開口面積を有するように形成すると振動板３の前面か
らの音声がこの開口２５を介して振動板３の裏面に回り
込んで入射し、音声が打ち消されてしまうため適当な大
きさの開口を設けることが望ましい。

【００１０】図４は本発明の他の実施の形態を示す図
で、光マイクロフォン素子のヘッド部の構造を示す図で
ある。図４（ａ）は断面形状を示したもので容器５１の
底面５８に電子回路基板６２を設置し、この基板６２上
に発光素子と受光素子とを配置した基板５９を取り付け
る。取り付けは、基板５９と基板６２とを例えばフリッ
プチップボンディングで電気的に接続することにより行
うことも出来る。また底面５８をシリコンなどの半導体
基板で構成すれば、この上に電子回路を構成できるので
電子回路基板６２を省略することも出来る。なお、図４
に示す実施の形態では発光素子として面発光レーザダイ
オードＬＤを受光素子としてフォトダイオードＰＤを用
いている。基板５９の中央に円形形状の面発光レーザダ
イオードＬＤを配置し、この面発光レーザダイオードＬ
Ｄを取り巻くように同心円状に受光素子ＰＤを配置す
る。

【００１１】図４（ｂ）は図４（ａ）中に点線で囲んで
示した受発光素子が搭載された基板５９の受発光部を拡
大して示した平面図である。図に示すように中心部に円
形形状の発光素子ＬＤを配置し、これを取り囲むように
同心円状に受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，…ＰＤｎを配置す
る。なおここで用いられる発光素子ＬＤとしては垂直表
面発光型レーザを用いることができる。この発光素子Ｌ
Ｄと受光素子ＰＤとはガリウム砒素ウェファ上に同時に
半導体製造工程により作製することができる。従って発
光素子ＬＤと受光素子ＰＤとの位置合わせ精度は半導体
製造工程に用いられるマスクの精度によって決められる
ため、その合わせ精度を１μｍ以下とすることができ、
従来の光マイクロフォン素子の受発光素子の位置合わせ
精度に比べて百分の１以下の高精度で実現が可能であ
る。

【００１２】一般に、垂直表面発光型発光素子は発光強
度分布が同心円状にほぼ均一な特性を持っている。従っ
て、中心部に設置された発光素子ＬＤから所定の角度で
振動板２に向かって放射された放射光は同心円状に同一
強度を持って反射し、音波５７の受波により振動板５２
が振動することにより反射角度が変化し受光素子ＰＤに
同心円状に到達する。従って、同心円状に配列された受
光素子ＰＤ１〜ＰＤｎの受光光量の変化を検出すること
により振動板５２の振動変位を検出することができる。
これにより入射音波５７の強弱を検知することができる
ため、光マイクロフォン素子として使用可能となる。な
お発光素子ＬＤや受光素子ＰＤを駆動、もしくは入射光
量の検出のために電極６１が形成されている。

【００１３】なお、容器５１の側壁面や底面５８に図示
しない開口を設けるのは、図１〜３に示す実施の形態の
場合と同様である。本実施の形態では、モノリシック構
造で構成した、同一平面上にある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
た受発光素子を用いたため、極めて小型で、振動板の裏
面側にも大きな空間を確保でき、音圧に対して抵抗とな
る物を排除することができる。なお、本発明は光マイク
ロフォン装置に限定されるものではなく、音響センサに
も利用できる。

【００１４】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて詳細に説明し
たように、本発明では振動板に対向して設けられている
受発光素子の搭載された底板に開口を設けることによ
り、主として騒音の振動板への入射を図ることができる
ため騒音低減を行うことができる。また指向性パターン
を８の字状の理想的な形状に近付けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の光マイクロフォン装置の
構成を示す分解斜視図。

【図２】本発明の光マイクロフォン装置の側面図。

【図３】本発明の光マイクロフォン装置の側面断面図。

【図４】本発明の他の実施形態の光マイクロフォン装置
の構成を示す側面断面図及び平面図。

【図５】本発明の光マイクロフォン装置の基本原理図。

【図６】マイクロフォン装置の指向特性を示す図。

【符号の説明】

３ 振動板 ９ 基板 １０ 受発光素子 １２ 底板 ２０ 開口 ２５ 開口 ３０ 支持側板 ３５ 支柱

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮沢 寛 東京都渋谷区道玄坂１丁目14番６号 株式 会社ケンウッド内 Ｆターム(参考） 5D021 DD04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記発光素子と前記受光素子とを載置し、前記振動板に
   対向するよう配置される底板と、 前記振動板と前記底板とがほぼ平行で、かつ近接して設
   置されるように結合させる支持側板とを備え、 前記底板のほぼ中心部に前記発光素子と受光素子とを載
   置し、周辺部に音波の侵入が可能な大きさを有する第１
   の開口を設けたことを特徴とする音響電気変換装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の音響電気変換装置にお
   いて、 前記第１の開口を、複数個設けたことを特徴とする音響
   電気変換装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の音響電気変換装
   置において、 音波の侵入が可能な大きさを有する第２の開口を前記支
   持側板に設けたことを特徴とする音響電気変換装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の音響電気変換装置にお
   いて、 前記第２の開口を複数個設けたことを特徴とする音響電
   気変換装置。