JP2004012421A - 音圧変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ光を用いた音圧変換装置において、レーザ光源の消費電力を削減し、レーザ光源の出力強度に依存しない出力を得る。
【解決手段】変調信号を発振する変調信号発振器11と、前記変調信号に応じて光出力強度が変調されるレーザ光源13と、音圧に応じて振動する振動板15と、複数の受光素子からなる光検出器17と、光検出器17における複数の受光素子から出力される複数の信号S3、S4を減算する減算器23と、前記複数の信号S3、S4を加算する加算器25と、減算器23の出力S5を加算器25の出力に応じた信号S8で除する除算器31とを備えて、光検出器17はレーザ光源13から出射され振動板15で反射された光を受光して、除算器31での除算結果を振動板15の振動に応じた信号として出力する。
【選択図】 図1
【解決手段】変調信号を発振する変調信号発振器11と、前記変調信号に応じて光出力強度が変調されるレーザ光源13と、音圧に応じて振動する振動板15と、複数の受光素子からなる光検出器17と、光検出器17における複数の受光素子から出力される複数の信号S3、S4を減算する減算器23と、前記複数の信号S3、S4を加算する加算器25と、減算器23の出力S5を加算器25の出力に応じた信号S8で除する除算器31とを備えて、光検出器17はレーザ光源13から出射され振動板15で反射された光を受光して、除算器31での除算結果を振動板15の振動に応じた信号として出力する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は音響圧力に応じた電気信号を出力する音圧変換装置に関し、特に、レーザ光源を用いる光学式音圧変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
以下に、従来の音圧変換装置の概要について説明する。図6は従来の音圧変換装置を例示するブロック図である。
図6に示す音圧変換装置60において、14はレーザ光源であり、その出力強度は差動増幅回路12から与えられる電圧によって制御される。15は振動板であり、与えられた音響圧力に応じて振動し、振動板はその法線方向に移動する。レーザ光源14から出射したレーザ光は振動板15で反射され、該反射光は2分割フォトディテクタ17で検出される。2分割フォトディテクタ17は図示しない2つの受光素子PDA及びPDBで構成され、受光素子PDAの出力電流(以下、光検出器の出力信号を受光信号とも記す)は増幅回路19で電圧に変換され、増幅される。同様に、受光素子PDBの出力電流(受光信号)は増幅回路21で電圧に変換され、増幅される。
なお、光検出器は2分割フォトディテクタに限らず、偶数個の個別の受光素子を位置をずらせて配置する構成としてもよい。
【0003】
増幅回路19の出力は減算回路23と加算回路25とに与えられ、増幅回路21の出力は加算回路25と減算回路23とに与えられる。減算回路23では増幅回路19の出力信号から増幅回路21の出力信号が減算され、この減算結果は振動板15に印加された音響圧力に応じた信号として出力される。音響圧力が振動板15に与えられると、前記音響板の振動によって、レーザ光が照射される2分割フォトディテクタ17上の位置が変化する。これによって受光素子PDAと受光素子PDBとでそれぞれが受光する光量が変化し、この変化に応じた信号が減算回路23から出力される。
【0004】
一方、加算回路25では増幅回路19の出力信号と、増幅回路21の出力信号とが加算され、この加算結果Efbは差動増幅回路12に与えられる。差動増幅回路12はレーザ光源14の出力設定用の基準電圧Esと加算回路25から与えられた信号Efbとの差分を増幅し、レーザ光源14に与える。
レーザ光源14の出力を安定化させるための制御ループは、前記した差動増幅回路12、レーザ光源14、2分割フォトディテクタ17、増幅回路21、加算回路25によって構成され、加算回路25の出力が一定になるように制御される。これにより、レーザ光源14の出力も概略一定に制御され、減算回路23からは振動板15に印加された音響圧力に応じた、誤差が少ない出力が得られるとされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の音圧変換装置では、レーザ光源14の出力は略一定に制御される。このために、レーザ光源14での消費電力は比較的大きい。レーザ光を用いた音圧変換装置の応用商品には例えばマイクロフォンがあり、小型化が要求される場合が多い。しかしながら、小型のマイクロフォンにおいて高S/Nを得るために出力の大きなレーザ光源を内蔵すると、マイクロフォンにおける消費電力が大きくなるばかりでなく、レーザ光源自体の発熱によってレーザ光の出力が不安定になり、出力信号のS/Nが劣化するという問題があった。
【0006】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ光を用いた音圧変換装置において、レーザ光源の消費電力を削減し、レーザ光源の出力強度に依存しない変換出力を得られるようにすることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、第1の発明は、変調信号を発振して出力する発振器と、前記変調信号に応じてレーザ光の出力強度が変調されるレーザ光源と、印加される音圧に応じて振動する振動板と、前記レーザ光源から出射され前記振動板で反射された光を受光する光検出器とを備え、前記光検出器から出力される複数の受光信号を用いて出力信号を生成するようにした音圧変換装置である。
【0008】
第2の発明は、第1の発明の音圧変換装置において、前記光検出器における複数の受光素子から出力される複数の信号同士の減算をする減算器と、前記複数の信号同士の加算をする加算器と、前記減算器の出力に応じた信号を前記加算器の出力に応じた信号で除する除算器とを備え、前記除算器での除算結果に応じた信号を出力するようにした音圧変換装置である。
【0009】
第3の発明は、第2の発明の音圧変換装置において、前記減算器の出力のピーク値又はボトム値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するサンプル&ホールド回路と、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路とを備え、前記除算器は前記サンプル&ホールド回路の出力を前記ピークホールド回路の出力で除するようにした音圧変換装置である。
【0010】
第4の発明は、第2の発明の音圧変換装置において、前記減算器の出力に対して包絡線検波を行う包絡線検波器と、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路とを備え、前記除算器は前記包絡線検波器の出力を前記ピークホールド回路の出力で除するようにした音圧変換装置である。
【0011】
第5の発明は、第2の発明の音圧変換装置において、前記除算器の出力のピーク値又はボトム値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するサンプル&ホールド回路と、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路とを備え、前記除算器は前記減算器の出力を前記ピークホールド回路の出力で除し、この除算結果を前記サンプル&ホールド回路へ出力するようにした音圧変換装置である。
【0012】
第6の発明は、第2の発明の音圧変換装置において、前記除算器の出力に対して包絡線検波を行う包絡線検波器と、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路とを備え、前記除算器は前記減算器の出力を前記ピークホールド回路の出力で除し、この除算結果を前記包絡線検波器へ印加するようにした音圧変換装置である。
【0013】
第7の発明は、第2の発明の音圧変換装置において、前記除算器は前記減算器の出力を前記加算器の出力に応じた信号で除し、且つ、前記除算器の出力に対してパルス幅変調を行うパルス幅変調器と、該パルス幅変調器の出力の高周波分を除去するローパスフィルタとを備えるようにした音圧変換装置である。
【0014】
第8の発明は、第7の発明の音圧変換装置において、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路を備え、前記除算器は前記減算器の出力を前記ピークホールド回路の出力で除するようにした音圧変換装置である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の音圧変換装置では、レーザ光源の出力は一定強度ではなく、変調信号発振器11から出力される変調信号に応じた出力強度とされる。そして、光検出器の出力は、レーザ光源の出力がピークとなるタイミングでの値のみが特に有効に利用される。これによりレーザ光源による消費電力を低減できる。
本発明の音圧変換装置ではレーザ光出力を一定に維持するためのフィードバックループを備えない。そして、光検出器を構成する2つの受光素子からの出力(受光信号)の差分値を求め、該差分値をレーザ光強度を示す値で除して正規化する。これにより、レーザ光強度の変動の影響を受けずに、音響圧力を電気信号に変換することが出来る。
【0016】
図1は本発明音圧変換装置の第1実施例を示すブロック図である。また、図3は本発明音圧変換装置の第1実施例における各部の信号を示す図である。図3に示す信号名S1、S2、S5、S6、S21は図1に示す符号名と対応する。
図1に示す音圧変換装置10において、13はレーザ光源であり、その出力強度は変調信号発振器11から与えられる変調信号S1によって制御される。変調信号発振器11は変調信号となる交流信号例えば三角波を発振しレーザ光源13に与え、レーザ光源13の出力強度を示す波形は変調信号S1と同一である。
【0017】
15は振動板であり、印加された音響圧力S2に応じて振動し、振動板はその法線方向に移動する。レーザ光源13から出射したレーザ光は振動板15で反射され、該反射光は2分割フォトディテクタ17で検出される。2分割フォトディテクタ17は図示しない2つの受光素子PDA及びPDBで構成され、受光素子PDAの出力電流(受光信号)は増幅回路19で電圧に変換され、増幅される。同様に、受光素子PDBの出力電流は増幅回路21で電圧に変換され、増幅される。
【0018】
増幅回路19の出力S3は減算回路23と加算回路25とに与えられ、増幅回路21の出力S4は加算回路25と減算回路23とに与えられる。減算回路23では増幅回路19の出力信号S3から増幅回路21の出力信号S4が減算される。音響圧力が振動板15に与えられると、前記音響板の振動によって、レーザ光が照射される2分割フォトディテクタ17上の位置が変化する。これによって受光素子PDAと受光素子PDBとでそれぞれに受光する光量が変化し、この変化に応じた差分信号が減算回路23から出力され、振動板15に印加された音響圧力に応じた信号S5としてサンプル&ホールド回路27に与えられる。なお、減算回路23の動作基準電圧Ebはピークホールド回路29の出力S8の1/2に設定される。すなわち、信号S3と信号S4とが等しいときの減算回路23の出力電圧Ebは信号S8の1/2に一致するよう、減算回路23のバイアス電圧を設定する。
【0019】
一方、加算回路25では増幅回路19の出力信号S3と、増幅回路21の出力信号S4とが加算され、この加算結果S6は除算回路31に与えられる。除算回路31は前記信号S7を信号S8で除し、この除算結果として得られた信号S9を高周波信号をカットするためのローパスフィルタ(LPF)33に与える。LPF33からは音響圧力S2に応じた信号S10が出力される。
変調信号発振器11は前記変調信号S1と同一周期で、且つ前記変調信号に同期した同期パルスS21をサンプル&ホールド回路27及びピークホールド回路29に与える。前記変調信号S1のピーク時と前記同期パルスS21の立ち上がりのタイミングは一致する。サンプル&ホールド回路27では同期パルスS21によって、信号S5のピーク値又はボトム値が検出され、同期パルスS21の1周期期間保持される。この結果、サンプル&ホールド回路27では、減算回路23の出力信号S5に対する包絡線検波が行われることになり、図3に示す信号S2に近い波形の信号S7が得られる。
【0020】
ピークホールド回路29では同期パルスS21によって、信号S6のピーク値が検出され、同期パルスS21の1周期期間保持される。この結果、ピークホールド回路29の出力信号S8の値はレーザ光源13の出力強度に応じた値となる。
除算回路31では信号S7を信号S8で除す除算が行われる。
除算回路31で用いるアナログ除算回路の一例を図7に示す。図7に示すアナログ除算回路は、2つの対数変換回路51、52と減算回路53と逆対数変換回路54とで構成される。前記対数変換回路は入力された値を対数に変換し、前記逆対数変換回路は対数を逆変換して数値に戻す。対数変換回路51に信号Vxが入力され、対数変換回路52に信号Vyが入力されると、逆対数変換回路54の出力VzはVx/Vyとなる。
【0021】
図1及び図3に示す本発明の第1実施例によれば、レーザ光源13の出力強度が三角波状になるように変調されている。また、音響圧力S2に応じた差分信号S5のサンプリングが、レーザ光の強度がピークとなる時点で行われる。したがって、従来の音圧変換装置の場合と比較すると、例えば、従来例装置におけるレーザ光源の出力と本願発明第1実施例におけるレーザ光源のピーク出力とを一致させた場合、LPF33の出力信号S10は従来例と同等以上のS/Nを維持でき、且つレーザ光源による消費電力を低減することが出来る。
【0022】
また、レーザ光源における消費電力が低減することによりレーザ光源自体の発熱が減少するから、レーザ光出力の安定化と音圧変換装置の小型化が可能となる。
なお、変調信号発振器11で発生させる変調信号を、より幅の狭い信号波形にすることにより、レーザ光源13で消費される電力をいっそう低減させることが出来る。
また、減算回路23から出力される差分信号S5に応じた信号S7をレーザ光源の出力強度に応じた信号S8で除することにより、除算回路31の出力は正規化され、レーザ光出力の変動の影響を受けない。
【0023】
図2は、本発明音圧変換装置の第2実施例を示すブロック図である。図2に示す音圧変換装置20と図1に示す音圧変換装置10とで、同一機能で同一作用の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図2の音圧変換装置20で図1の音圧変換装置10と異なる点は、減算回路23の出力信号S5が除算回路31に与えられ、除算回路31は信号S5をピークホールド回路29から与えられた信号S8で除し、この除算結果である信号S11をサンプル&ホールド回路27に与える点である。したがって、除算回路31に入力された差分信号S5はレーザ光源の出力強度に応じた信号S8で除され、正規化される。正規化されたあとの信号S11はサンプル&ホールド回路27で包絡線検波され、該包絡線検波で得られた信号S12がLPF33に与えられる。
【0024】
図4は本発明音圧変換装置の第3実施例を示すブロック図である。また、図5は本発明音圧変換装置の第3実施例における各部の信号を示す図である。図5に示す信号名S2、S11、S14、Vrは図4に示す符号名と対応する。
図4に示す音圧変換装置40と図2に示す音圧変換装置20とで、同一機能で同一作用の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図4の音圧変換装置40で図2の音圧変換装置20と異なる点は、サンプル&ホールド回路27がなく、除算回路31の出力信号S11が比較回路(コンパレータ)32に与えられ、コンパレータ32では前記信号S11と比較電圧Vrと比較され、その比較結果が信号S14としてLPF34に与えられる点である。
【0025】
図5に示すように、コンパレータ32の出力信号S14は、信号S11の電圧が比較電圧Vrより高いときに高レベルとなり、それ以外は低レベルとなり、信号S14のパルス幅は信号S11の振幅に応じたものとなる。すなわち、コンパレータ32はパルス幅変調回路として動作し、LPF34は、十分大きな時定数を採用して2値信号をアナログ信号に変換し、パルス幅復調回路として動作する。この結果、LPF34から出力される信号S15は、図5に示す音響圧力S2に応じた信号となり、レーザ光源13の出力強度に依存しないものとなるから、レーザ光源13の出力を一定に維持するための負帰還ループは不要となる。
【0026】
以上詳述したように、本発明を適用した実施の形態によれば、レーザ光源の出力は一定強度ではなく、変調信号発振器11から出力される変調信号に応じた出力強度とされる。そして特に、第1の実施例及び第2の実施例においては、光検出器の出力はレーザ光出力がピークとなるときの値のみが特に有効に利用されるから、変調信号の波形を三角波よりさらにパルス幅が狭い波形に変更すれば、より一層レーザ光源での消費電力を低減できる。
本発明の音圧変換装置では、光検出器を構成する2つの受光素子からの出力の差分値を求め、該差分値をレーザ光強度に応じた値で除して正規化する。これにより、レーザ光強度の変動成分を除去した変換出力が得られるから、本発明の音圧変換装置ではレーザ光出力を一定に維持するためのフィードバックループを要しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明音圧変換装置の第1実施例を示すブロック図である。
【図2】本発明音圧変換装置の第2実施例を示すブロック図である。
【図3】本発明音圧変換装置の第1実施例における各部の信号を示す図である。
【図4】本発明音圧変換装置の第3実施例を示すブロック図である。
【図5】本発明音圧変換装置の第3実施例における各部の信号を示す図である。
【図6】従来の音圧変換装置を例示するブロック図である。
【図7】アナログ除算回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
11 発振器(変調信号発振器)
13 レーザ光源
15 振動板
17 光検出器(2分割フォトディテクタ)
19、21 増幅回路
23 減算器(減算回路)
25 加算器(加算回路)
27 包絡線検波器(サンプル&ホールド回路)
29 ピークホールド回路
31 除算器(除算回路)
32 パルス幅変調器(コンパレータ)
33 ローパスフィルタ(LPF)
【発明の属する技術分野】
本発明は音響圧力に応じた電気信号を出力する音圧変換装置に関し、特に、レーザ光源を用いる光学式音圧変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
以下に、従来の音圧変換装置の概要について説明する。図6は従来の音圧変換装置を例示するブロック図である。
図6に示す音圧変換装置60において、14はレーザ光源であり、その出力強度は差動増幅回路12から与えられる電圧によって制御される。15は振動板であり、与えられた音響圧力に応じて振動し、振動板はその法線方向に移動する。レーザ光源14から出射したレーザ光は振動板15で反射され、該反射光は2分割フォトディテクタ17で検出される。2分割フォトディテクタ17は図示しない2つの受光素子PDA及びPDBで構成され、受光素子PDAの出力電流(以下、光検出器の出力信号を受光信号とも記す)は増幅回路19で電圧に変換され、増幅される。同様に、受光素子PDBの出力電流(受光信号)は増幅回路21で電圧に変換され、増幅される。
なお、光検出器は2分割フォトディテクタに限らず、偶数個の個別の受光素子を位置をずらせて配置する構成としてもよい。
【0003】
増幅回路19の出力は減算回路23と加算回路25とに与えられ、増幅回路21の出力は加算回路25と減算回路23とに与えられる。減算回路23では増幅回路19の出力信号から増幅回路21の出力信号が減算され、この減算結果は振動板15に印加された音響圧力に応じた信号として出力される。音響圧力が振動板15に与えられると、前記音響板の振動によって、レーザ光が照射される2分割フォトディテクタ17上の位置が変化する。これによって受光素子PDAと受光素子PDBとでそれぞれが受光する光量が変化し、この変化に応じた信号が減算回路23から出力される。
【0004】
一方、加算回路25では増幅回路19の出力信号と、増幅回路21の出力信号とが加算され、この加算結果Efbは差動増幅回路12に与えられる。差動増幅回路12はレーザ光源14の出力設定用の基準電圧Esと加算回路25から与えられた信号Efbとの差分を増幅し、レーザ光源14に与える。
レーザ光源14の出力を安定化させるための制御ループは、前記した差動増幅回路12、レーザ光源14、2分割フォトディテクタ17、増幅回路21、加算回路25によって構成され、加算回路25の出力が一定になるように制御される。これにより、レーザ光源14の出力も概略一定に制御され、減算回路23からは振動板15に印加された音響圧力に応じた、誤差が少ない出力が得られるとされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の音圧変換装置では、レーザ光源14の出力は略一定に制御される。このために、レーザ光源14での消費電力は比較的大きい。レーザ光を用いた音圧変換装置の応用商品には例えばマイクロフォンがあり、小型化が要求される場合が多い。しかしながら、小型のマイクロフォンにおいて高S/Nを得るために出力の大きなレーザ光源を内蔵すると、マイクロフォンにおける消費電力が大きくなるばかりでなく、レーザ光源自体の発熱によってレーザ光の出力が不安定になり、出力信号のS/Nが劣化するという問題があった。
【0006】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ光を用いた音圧変換装置において、レーザ光源の消費電力を削減し、レーザ光源の出力強度に依存しない変換出力を得られるようにすることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、第1の発明は、変調信号を発振して出力する発振器と、前記変調信号に応じてレーザ光の出力強度が変調されるレーザ光源と、印加される音圧に応じて振動する振動板と、前記レーザ光源から出射され前記振動板で反射された光を受光する光検出器とを備え、前記光検出器から出力される複数の受光信号を用いて出力信号を生成するようにした音圧変換装置である。
【0008】
第2の発明は、第1の発明の音圧変換装置において、前記光検出器における複数の受光素子から出力される複数の信号同士の減算をする減算器と、前記複数の信号同士の加算をする加算器と、前記減算器の出力に応じた信号を前記加算器の出力に応じた信号で除する除算器とを備え、前記除算器での除算結果に応じた信号を出力するようにした音圧変換装置である。
【0009】
第3の発明は、第2の発明の音圧変換装置において、前記減算器の出力のピーク値又はボトム値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するサンプル&ホールド回路と、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路とを備え、前記除算器は前記サンプル&ホールド回路の出力を前記ピークホールド回路の出力で除するようにした音圧変換装置である。
【0010】
第4の発明は、第2の発明の音圧変換装置において、前記減算器の出力に対して包絡線検波を行う包絡線検波器と、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路とを備え、前記除算器は前記包絡線検波器の出力を前記ピークホールド回路の出力で除するようにした音圧変換装置である。
【0011】
第5の発明は、第2の発明の音圧変換装置において、前記除算器の出力のピーク値又はボトム値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するサンプル&ホールド回路と、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路とを備え、前記除算器は前記減算器の出力を前記ピークホールド回路の出力で除し、この除算結果を前記サンプル&ホールド回路へ出力するようにした音圧変換装置である。
【0012】
第6の発明は、第2の発明の音圧変換装置において、前記除算器の出力に対して包絡線検波を行う包絡線検波器と、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路とを備え、前記除算器は前記減算器の出力を前記ピークホールド回路の出力で除し、この除算結果を前記包絡線検波器へ印加するようにした音圧変換装置である。
【0013】
第7の発明は、第2の発明の音圧変換装置において、前記除算器は前記減算器の出力を前記加算器の出力に応じた信号で除し、且つ、前記除算器の出力に対してパルス幅変調を行うパルス幅変調器と、該パルス幅変調器の出力の高周波分を除去するローパスフィルタとを備えるようにした音圧変換装置である。
【0014】
第8の発明は、第7の発明の音圧変換装置において、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路を備え、前記除算器は前記減算器の出力を前記ピークホールド回路の出力で除するようにした音圧変換装置である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の音圧変換装置では、レーザ光源の出力は一定強度ではなく、変調信号発振器11から出力される変調信号に応じた出力強度とされる。そして、光検出器の出力は、レーザ光源の出力がピークとなるタイミングでの値のみが特に有効に利用される。これによりレーザ光源による消費電力を低減できる。
本発明の音圧変換装置ではレーザ光出力を一定に維持するためのフィードバックループを備えない。そして、光検出器を構成する2つの受光素子からの出力(受光信号)の差分値を求め、該差分値をレーザ光強度を示す値で除して正規化する。これにより、レーザ光強度の変動の影響を受けずに、音響圧力を電気信号に変換することが出来る。
【0016】
図1は本発明音圧変換装置の第1実施例を示すブロック図である。また、図3は本発明音圧変換装置の第1実施例における各部の信号を示す図である。図3に示す信号名S1、S2、S5、S6、S21は図1に示す符号名と対応する。
図1に示す音圧変換装置10において、13はレーザ光源であり、その出力強度は変調信号発振器11から与えられる変調信号S1によって制御される。変調信号発振器11は変調信号となる交流信号例えば三角波を発振しレーザ光源13に与え、レーザ光源13の出力強度を示す波形は変調信号S1と同一である。
【0017】
15は振動板であり、印加された音響圧力S2に応じて振動し、振動板はその法線方向に移動する。レーザ光源13から出射したレーザ光は振動板15で反射され、該反射光は2分割フォトディテクタ17で検出される。2分割フォトディテクタ17は図示しない2つの受光素子PDA及びPDBで構成され、受光素子PDAの出力電流(受光信号)は増幅回路19で電圧に変換され、増幅される。同様に、受光素子PDBの出力電流は増幅回路21で電圧に変換され、増幅される。
【0018】
増幅回路19の出力S3は減算回路23と加算回路25とに与えられ、増幅回路21の出力S4は加算回路25と減算回路23とに与えられる。減算回路23では増幅回路19の出力信号S3から増幅回路21の出力信号S4が減算される。音響圧力が振動板15に与えられると、前記音響板の振動によって、レーザ光が照射される2分割フォトディテクタ17上の位置が変化する。これによって受光素子PDAと受光素子PDBとでそれぞれに受光する光量が変化し、この変化に応じた差分信号が減算回路23から出力され、振動板15に印加された音響圧力に応じた信号S5としてサンプル&ホールド回路27に与えられる。なお、減算回路23の動作基準電圧Ebはピークホールド回路29の出力S8の1/2に設定される。すなわち、信号S3と信号S4とが等しいときの減算回路23の出力電圧Ebは信号S8の1/2に一致するよう、減算回路23のバイアス電圧を設定する。
【0019】
一方、加算回路25では増幅回路19の出力信号S3と、増幅回路21の出力信号S4とが加算され、この加算結果S6は除算回路31に与えられる。除算回路31は前記信号S7を信号S8で除し、この除算結果として得られた信号S9を高周波信号をカットするためのローパスフィルタ(LPF)33に与える。LPF33からは音響圧力S2に応じた信号S10が出力される。
変調信号発振器11は前記変調信号S1と同一周期で、且つ前記変調信号に同期した同期パルスS21をサンプル&ホールド回路27及びピークホールド回路29に与える。前記変調信号S1のピーク時と前記同期パルスS21の立ち上がりのタイミングは一致する。サンプル&ホールド回路27では同期パルスS21によって、信号S5のピーク値又はボトム値が検出され、同期パルスS21の1周期期間保持される。この結果、サンプル&ホールド回路27では、減算回路23の出力信号S5に対する包絡線検波が行われることになり、図3に示す信号S2に近い波形の信号S7が得られる。
【0020】
ピークホールド回路29では同期パルスS21によって、信号S6のピーク値が検出され、同期パルスS21の1周期期間保持される。この結果、ピークホールド回路29の出力信号S8の値はレーザ光源13の出力強度に応じた値となる。
除算回路31では信号S7を信号S8で除す除算が行われる。
除算回路31で用いるアナログ除算回路の一例を図7に示す。図7に示すアナログ除算回路は、2つの対数変換回路51、52と減算回路53と逆対数変換回路54とで構成される。前記対数変換回路は入力された値を対数に変換し、前記逆対数変換回路は対数を逆変換して数値に戻す。対数変換回路51に信号Vxが入力され、対数変換回路52に信号Vyが入力されると、逆対数変換回路54の出力VzはVx/Vyとなる。
【0021】
図1及び図3に示す本発明の第1実施例によれば、レーザ光源13の出力強度が三角波状になるように変調されている。また、音響圧力S2に応じた差分信号S5のサンプリングが、レーザ光の強度がピークとなる時点で行われる。したがって、従来の音圧変換装置の場合と比較すると、例えば、従来例装置におけるレーザ光源の出力と本願発明第1実施例におけるレーザ光源のピーク出力とを一致させた場合、LPF33の出力信号S10は従来例と同等以上のS/Nを維持でき、且つレーザ光源による消費電力を低減することが出来る。
【0022】
また、レーザ光源における消費電力が低減することによりレーザ光源自体の発熱が減少するから、レーザ光出力の安定化と音圧変換装置の小型化が可能となる。
なお、変調信号発振器11で発生させる変調信号を、より幅の狭い信号波形にすることにより、レーザ光源13で消費される電力をいっそう低減させることが出来る。
また、減算回路23から出力される差分信号S5に応じた信号S7をレーザ光源の出力強度に応じた信号S8で除することにより、除算回路31の出力は正規化され、レーザ光出力の変動の影響を受けない。
【0023】
図2は、本発明音圧変換装置の第2実施例を示すブロック図である。図2に示す音圧変換装置20と図1に示す音圧変換装置10とで、同一機能で同一作用の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図2の音圧変換装置20で図1の音圧変換装置10と異なる点は、減算回路23の出力信号S5が除算回路31に与えられ、除算回路31は信号S5をピークホールド回路29から与えられた信号S8で除し、この除算結果である信号S11をサンプル&ホールド回路27に与える点である。したがって、除算回路31に入力された差分信号S5はレーザ光源の出力強度に応じた信号S8で除され、正規化される。正規化されたあとの信号S11はサンプル&ホールド回路27で包絡線検波され、該包絡線検波で得られた信号S12がLPF33に与えられる。
【0024】
図4は本発明音圧変換装置の第3実施例を示すブロック図である。また、図5は本発明音圧変換装置の第3実施例における各部の信号を示す図である。図5に示す信号名S2、S11、S14、Vrは図4に示す符号名と対応する。
図4に示す音圧変換装置40と図2に示す音圧変換装置20とで、同一機能で同一作用の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図4の音圧変換装置40で図2の音圧変換装置20と異なる点は、サンプル&ホールド回路27がなく、除算回路31の出力信号S11が比較回路(コンパレータ)32に与えられ、コンパレータ32では前記信号S11と比較電圧Vrと比較され、その比較結果が信号S14としてLPF34に与えられる点である。
【0025】
図5に示すように、コンパレータ32の出力信号S14は、信号S11の電圧が比較電圧Vrより高いときに高レベルとなり、それ以外は低レベルとなり、信号S14のパルス幅は信号S11の振幅に応じたものとなる。すなわち、コンパレータ32はパルス幅変調回路として動作し、LPF34は、十分大きな時定数を採用して2値信号をアナログ信号に変換し、パルス幅復調回路として動作する。この結果、LPF34から出力される信号S15は、図5に示す音響圧力S2に応じた信号となり、レーザ光源13の出力強度に依存しないものとなるから、レーザ光源13の出力を一定に維持するための負帰還ループは不要となる。
【0026】
以上詳述したように、本発明を適用した実施の形態によれば、レーザ光源の出力は一定強度ではなく、変調信号発振器11から出力される変調信号に応じた出力強度とされる。そして特に、第1の実施例及び第2の実施例においては、光検出器の出力はレーザ光出力がピークとなるときの値のみが特に有効に利用されるから、変調信号の波形を三角波よりさらにパルス幅が狭い波形に変更すれば、より一層レーザ光源での消費電力を低減できる。
本発明の音圧変換装置では、光検出器を構成する2つの受光素子からの出力の差分値を求め、該差分値をレーザ光強度に応じた値で除して正規化する。これにより、レーザ光強度の変動成分を除去した変換出力が得られるから、本発明の音圧変換装置ではレーザ光出力を一定に維持するためのフィードバックループを要しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明音圧変換装置の第1実施例を示すブロック図である。
【図2】本発明音圧変換装置の第2実施例を示すブロック図である。
【図3】本発明音圧変換装置の第1実施例における各部の信号を示す図である。
【図4】本発明音圧変換装置の第3実施例を示すブロック図である。
【図5】本発明音圧変換装置の第3実施例における各部の信号を示す図である。
【図6】従来の音圧変換装置を例示するブロック図である。
【図7】アナログ除算回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
11 発振器(変調信号発振器)
13 レーザ光源
15 振動板
17 光検出器(2分割フォトディテクタ)
19、21 増幅回路
23 減算器(減算回路)
25 加算器(加算回路)
27 包絡線検波器(サンプル&ホールド回路)
29 ピークホールド回路
31 除算器(除算回路)
32 パルス幅変調器(コンパレータ)
33 ローパスフィルタ(LPF)
Claims (8)
- 変調信号を発振して出力する発振器と、前記変調信号に応じてレーザ光の出力強度が変調されるレーザ光源と、印加される音圧に応じて振動する振動板と、前記レーザ光源から出射され前記振動板で反射された光を受光する光検出器とを備え、前記光検出器から出力される複数の受光信号を用いて出力信号を生成することを特徴とする音圧変換装置。
- 前記光検出器における複数の受光素子から出力される複数の信号同士の減算をする減算器と、前記複数の信号同士の加算をする加算器と、前記減算器の出力に応じた信号を前記加算器の出力に応じた信号で除する除算器とを備え、前記除算器での除算結果に応じた信号を出力することを特徴とする請求項1記載の音圧変換装置。
- 前記減算器の出力のピーク値又はボトム値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するサンプル&ホールド回路と、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路とを備え、前記除算器は前記サンプル&ホールド回路の出力を前記ピークホールド回路の出力で除することを特徴とする請求項2記載の音圧変換装置。
- 前記減算器の出力に対して包絡線検波を行う包絡線検波器と、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路とを備え、前記除算器は前記包絡線検波器の出力を前記ピークホールド回路の出力で除することを特徴とする請求項2記載の音圧変換装置。
- 前記除算器の出力のピーク値又はボトム値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するサンプル&ホールド回路と、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路とを備え、前記除算器は前記減算器の出力を前記ピークホールド回路の出力で除し、この除算結果を前記サンプル&ホールド回路へ出力することを特徴とする請求項2記載の音圧変換装置。
- 前記除算器の出力に対して包絡線検波を行う包絡線検波器と、前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路とを備え、前記除算器は前記減算器の出力を前記ピークホールド回路の出力で除し、この除算結果を前記包絡線検波器へ印加することを特徴とする請求項2記載の音圧変換装置。
- 前記除算器は前記減算器の出力を前記加算器の出力に応じた信号で除し、且つ、前記除算器の出力に対してパルス幅変調を行うパルス幅変調器と、該パルス幅変調器の出力の高周波分を除去するローパスフィルタとを備えることを特徴とする請求項2記載の音圧変換装置。
- 前記加算器の出力のピーク値を前記変調信号と同一の周期で検出して保持するピークホールド回路を備え、前記除算器は前記減算器の出力を前記ピークホールド回路の出力で除することを特徴とする請求項7記載の音圧変換装置。
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US8306429B2 (en) | 2009-03-30 | 2012-11-06 | Panasonic Corporation | Optical ultrasonic microphone |
CN103557928A (zh) * | 2013-10-23 | 2014-02-05 | 国家电网公司 | 基于激光衍射原理的声音检测设备 |
JP2016070823A (ja) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | 富士通株式会社 | 振動検出部品、これを用いた音響装置及び情報機器 |
-
2002
- 2002-06-11 JP JP2002170059A patent/JP2004012421A/ja active Pending
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