JP2001169397A

JP2001169397A - 音響電気変換装置

Info

Publication number: JP2001169397A
Application number: JP35362199A
Authority: JP
Inventors: Okihiro Kobayashi; 興弘小林; Nobuhiro Miyahara; 信弘宮原; Yutaka Hattori; 裕服部
Original assignee: Kenwood KK
Current assignee: Kenwood KK
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 1999-12-13
Publication date: 2001-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】部品のバラツキがあっても焦点合わせが容易
で量産性の優れた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３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４と、発光素子３と
受光素子４とを設置する基板５とを備え、発光素子３の
発光面と受光素子４の受光面とが平行でかつほぼ同一平
面となるように基板５上に設置し、発光素子３から発光
面に対してほぼ垂直に出射される光ビームの振動板２へ
の入射光と反射光とのなす角度と同一角度だけ振動板２
を基板５に対して傾斜させて設置する。

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関す
る。

【０００２】

【従来の技術】音響電気変換装置の代表的なものとして
光マイクロフォン装置が知られている。図４は従来の
光マイクロフォン装置のヘッド部の要部構成を示す断面
図である。マイクロフォンヘッド１の内部には音圧によ
り振動する振動板２が支点７，８の間に張設されてお
り、音波が当たる方の面は外部に露出され音波６を受波
する。また振動板２の反対側の面に位置するヘッド１の
内部には振動板２の面に斜めから光ビームを照射するレ
ーザダイオード等の発光素子３と、振動板２に照射され
た光ビームの反射光を受波するホトダイオード等の受光
素子４とが設けられている。これにより振動板２に音波
６が当たることにより、受光素子４の受光面における反
射光の照射位置に応じた信号を受光素子４から出力させ
ることができる。

【０００３】このため振動板２の振動を、この振動板２
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２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。ここで発光素子３と受
光素子４とは基板５にそれぞれ所定の角度Ψ１，Ψ２で
取り付けられ基板５と振動板とは近接してほぼ平行にな
るように配置されている。このため発光素子３からの入
射光と振動板での反射光との間で入射角Ψ１と反射角Ψ
２とは等しくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように入射角と反
射角とを等しくさせるためには発光素子３と受光素子４
とをそれぞれ所定の角度Ψ１，Ψ２（Ψ１＝Ψ２）を持
たせて基板５に取り付ける必要がある。しかし光マイク
ロフォンのヘッド部の構造が小型化するとヘッド部を構
成する部品のばらつきにより所定の角度を持って発光素
子および受光素子を基板に取り付け、しかも入射角と反
射角とを合わせることは必ずしも容易ではない。また所
定の角度を持たせて発光素子と受光素子とを基板に取り
付けるためには多大の工数を要し、しかも反射光の焦点
が受光素子の受光面に正確に合うように調整することは
非常に困難な作業を伴う。

【０００５】また、モノリシック構造の同一平面上に構
成された垂直面発光型発光素子（ＶＣＳＥＬ）とフォト
ダイオード（ＰＤ）とを用いるものも知られている。図
５はこのような光マイクロフォン素子の構造を示すもの
である。図５（ａ）は断面形状を示したものでヘッド１
の底面１０に電子回路基板１２を設置し、この基板１２
上に発光素子と受光素子とを配置した基板１３を取り付
ける。取り付けは、基板１３と基板１２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１０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１２を省略することも出来る。なお、図
５に示す例では発光素子として垂直面発光型レーザダイ
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１３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。

【０００６】図５（ｂ）は図５（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１３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。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６の受波により振動板２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。

【０００７】従って、同心円状に配列された受光素子Ｐ
Ｄ１〜ＰＤｎの受光光量の変化を検出することにより振
動板２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６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Ｌ
Ｄ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１１が形成されている。図６はＶＣＳＥＬの発
光強度分布を示したもので、図に示すように放射強度分
布はガウス分布として与えられる。このような構造の受
発光素子を用いた場合、ＶＣＳＥＬの放射角度は光軸に
対して５〜１０度位は膨らむが、垂直方向の発光強度が
一番大きくなるため、ＶＣＳＥＬの周囲に配置された受
光素子は必ずしも最大効率で振動板２からの反射光を受
光することが出来ない。本発明はこのような従来の音響
電気変換装置の欠点を解消し、量産性が優れしかも均一
の反射を得ることのできる音響電気変換装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に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設置する基
板とを備え、前記発光素子の発光面と前記受光素子の受
光面とが平行でかつほぼ同一平面となるように前記発光
素子と受光素子とを前記基板上に設置し、前記発光素子
から前記発光面に対してほぼ垂直に出射される前記光ビ
ームの前記振動板への入射光と前記反射光とのなす角度
と同一角度だけ前記振動板を前記基板に対して傾斜させ
て設置することを特徴とする。また、前記音響電気変換
装置において、前記振動板の前記入射光が照射される領
域を鏡面とすることが出来る。なお、前記領域は円環状
又は円形スポット状に形成することが出来る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の一例
である光マイクロフォン装置のヘッド部の構成を示す断
面図である。本発明においては基板５に搭載される発光
素子３と受光素子４とを角度を持たせることなく発光面
と受光面とが平行でほぼ同一平面となるように基板５に
設置する。そして発光素子３から発光面に対してほぼ垂
直に光ビームを振動板２に対して出射する。

【００１０】次に本発明においては振動板２を支点７，
８により張設するに際して所定の角度θだけ基板５に対
して傾けて張設する。そして発光素子３からの光ビーム
が振動板２により反射されて受光素子４に到達する入射
光と反射光との成す角度を振動板２の傾斜角度θと同一
となるようにする。このように発光素子３と受光素子４
とを基板５に平面的に取り付けることにより量産性を向
上させることができる。ここで発光素子として垂直表面
発光型発光素子を用いると発光素子３の発光面に垂直な
方向に入射光が得られる。また受光素子４に対してはこ
れに入射する反射光は受光面に対して傾斜するが、一般
に受光素子は発光素子に比べて受光する光の入射角度に
対しては感度はそれほど劣化せず、入射角度が必ずしも
受光面に垂直になっていなくても受光効率は著しく劣化
することはない。

【００１１】なお、図１に示す構成において発光素子３
として図５に示すようなＶＣＳＥＬを用いることが出来
る。この場合、基板５としてガリウム砒素ウェファ等を
用い、その基板５上にＶＣＳＥＬ３とＰＤ４とを形成す
る。なおＰＤ４は複数個配置しても良く、ＰＤ４をＶＣ
ＳＥＬ３を取り囲むように同心円状に形成する必要はな
い。このように形成することにより、ＶＣＳＥＬ３から
の発光強度の最大な部分をＰＤ４で受光できる。またＰ
Ｄ４を複数個配置した場合、このＰＤ４からの信号を受
ける図示しない差動増幅器等の電子回路をフリップチッ
プボンディング等で基板５にはり付けることにより小型
化を実現することが出来る。

【００１２】図２は振動板２の表面形状を示したもので
ある。前述したように発光素子３として垂直表面発光型
発光素子（ＶＣＳＥＬ）を用いた場合には発光面からの
光は同心円状に均一の発光強度を持って放射されるた
め、振動板２の受光面を円環状に鏡面仕上げしておけば
そこでの反射効率が向上する。図２に斜線で示す領域２
ａはこのように鏡面仕上げをした領域を示している。ま
た図２（ｂ）に示すように光ビームが当たるスポット状
の領域２ｂのみを鏡面仕上げすることも可能である。領
域２ｃは振動板２を支点７，８に張設する際の位置決め
ポイントを表わしている。

【００１３】図３は本発明による光マイクロフォン装置
のヘッド部の動作を説明するための図である。発光素子
３から出射した光ビームの光束Ｌ１は基板５に対してθ
だけ傾いた角度で張設された振動板２の所定領域に当た
り、ここで反射して反射光束Ｌ２となり受光素子４に入
射する。この時、振動板２が音波により振動することに
より反射光束Ｌ２は図中に実線、破線および鎖線で示す
ように振動変位の大きさによって変化し、受光素子４の
異なる受光面に入射する。従ってこの受光位置での光信
号の大きさを検出することにより振動板２の振動変位を
検出することができる。なお、本発明は上述した光マイ
クロフォン装置のみに限定されるものではなく、音響セ
ンサとしても利用可能である。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の音響電気変
換装置では発光素子と受光素子とを基板に対して平面的
に設置しているため取り付けが簡単で量産性に優れてい
る。また振動板の傾きはわずかであるため振動板はほぼ
受発光素子の取り付けられた基板に対して平行に張設し
たものと考えることができる。このため本発明では音響
電気変換装置のヘッド部を構成する部品にバラツキがあ
っても入射光と反射光との焦点合わせが容易でしかも量
産性に優れた音響電気変換装置を構成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である光マイクロフォン装
置に用いられるヘッド部の構造を示す断面図。

【図２】本発明に用いられる振動板の一例を示す平面
図。

【図３】本発明の動作原理を説明するための図。

【図４】従来の光マイクロフォン装置のヘッド部の構造
を示す断面図。

【図５】ＶＣＳＥＬとＰＤとで構成される受発光素子を
用いた光マイクロフォン装置のヘッド部の構造を示す断
面図及び平面図。

【図６】ＶＣＳＥＬの発光強度分布を示す図。

【符号の説明】

１ヘッド２振動板３発光素子４受光素子５基板６音波７，８支点 θ 傾斜角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者服部裕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

【特許請求の範囲】

【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設置する基板とを備え、前記発光素子の発光面と前記受光素子の受光面とが平行
でかつほぼ同一平面となるように前記発光素子と前記受
光素子とを前記基板上に設置し、前記発光素子から前記発光面に対してほぼ垂直に出射さ
れる前記光ビームの前記振動板への入射光と前記反射光
とのなす角度と同一角度だけ前記振動板を前記基板に対
して傾斜させて設置する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、前記振動板の前記入射光が照射される領域を鏡面とする
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、前記領域が円環状に形成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２に記載の音響電気変換装置にお
いて、前記領域が円形スポット状に形成されることを特徴とす
る音響電気変換装置。