JP2006067219A - Optical microphone - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a miniaturized and highly sensitive optical microphone by efficiently increasing an acoustic wave detection sensitivity in a limited region. <P>SOLUTION: An optical microphone 1 includes a cylinder mirror 4 of a cylinder shape having a mirror surface on the inside wall, with a notch 4k or a hole 4a provided in a portion of the wall surface for inputting/outputting a laser beam 8. By reflecting the laser beam 8 being output from a laser light generator 2 for a plurality of times in an acoustic signal detection field 9 inside the cylinder mirror 4, a light path of star and polygonal shape is formed. Since an acoustic wave inside the acoustic signal detection field 9 produces the laser beam 8 being modulated approximately as many as the number of reflection times, as compared with the case of a linear optical path, a photoelectric converter 6 detects the modulation amount produced in the light beam so as to output an electric signal. An opening surface of the cylinder mirror 4 is provided with a horn 21 with the diameter of a throat 21ma slightly longer than the outer diameter of a ring-shaped region 11 and an equalizer 22 with the diameter of a bottom 22t slightly shorter than the inner diameter of the ring-shaped region 11 having high light path density and high acoustic signal detection sensitivity to thereby concentrate acoustic waves on the ring-shaped region 11. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光ビームを用いて音波を検出する光マイクロフォンに関し、特に音波を集中させる音波集中手段を備えた光マイクロフォンに関する。   The present invention relates to an optical microphone that detects sound waves using a light beam, and more particularly to an optical microphone that includes sound wave concentrating means for concentrating sound waves.

音波を電気信号に変換する装置であるマイクロフォンは、振動板を使用したダイナミック型やコンデンサ型のマイクロフォンが一般的である。一方、振動板を使用せずにレーザ光などの光ビームを使用して音波を検出するマイクロフォンが提案されている(例えば、特許文献1,2参照。)。
特開2002−78093公報 特開2003−230196公報
A microphone that is a device that converts sound waves into an electrical signal is generally a dynamic or condenser microphone that uses a diaphragm. On the other hand, there has been proposed a microphone that detects sound waves using a light beam such as laser light without using a diaphragm (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
JP 2002-78093 A JP 2003-230196 A

従来の光ビームを使用したマイクロフォンの多くは、音波の検出原理に空気の屈折率変化による屈折や回折を用いている。しかしながら、屈折や回折による作用は非常に小さいため、従来の光マイクロフォンは、検出感度が極めて低く十分な検出感度を得ることが困難であった。一般に光マイクロフォンでは、音波を検出するために、そのサイズに応じて光ビームの光路長が設定されており、この光ビームの光路上の位置に応じて各部に音源からの音波がそれぞれ異なった位相で到達すると、この音波による光ビームの変調は光路上の位置によって大きさや極性が異なるため、同一の光ビームに対する変調が各部で異なる大きさや極性で生じ検出感度が低下する、いわゆる抑圧効果を生じてしまう。この効果は、光ビームの光路が直線状の光路の場合には、音波の波長と音波の検出に用いる光ビームの光路長の比が大きいほど顕著となり、光ビームの光路が2次元空間に展開されている場合には、音波の検出領域の面積が大きいほど顕著となる。従来の光マイクロフォンでは、装置が大型で音波の検出領域が広くなりがちであるため、抑圧効果によって感度が低下し始める周波数が可聴帯域内となってしまい、音響用のマイクロフォンとしての十分な周波数特性が得られなかったり、光ビームに対して抑圧効果を生じない特定の軸上の音源のみに極端な検出指向性を生じてしまったりするという問題があり、実用化が困難であった。   Many conventional microphones using a light beam use refraction or diffraction due to a change in the refractive index of air as a sound wave detection principle. However, since the effects of refraction and diffraction are very small, the conventional optical microphone has a very low detection sensitivity, and it has been difficult to obtain sufficient detection sensitivity. In general, in an optical microphone, in order to detect sound waves, the optical path length of the light beam is set according to its size, and the sound waves from the sound source have different phases depending on the position of the light beam on the optical path. Therefore, the modulation of the light beam by the sound wave has a different magnitude and polarity depending on the position on the optical path. Therefore, the modulation for the same light beam has different sizes and polarities in each part, and the detection sensitivity is lowered. End up. This effect becomes more pronounced when the ratio of the wavelength of the sound wave and the optical path length of the light beam used for sound wave detection is larger when the optical path of the light beam is a linear optical path, and the optical path of the light beam is expanded in a two-dimensional space. In such a case, the larger the area of the sound wave detection region, the more prominent. With conventional optical microphones, the device is large and the detection area of sound waves tends to be wide, so the frequency at which the sensitivity begins to decrease due to the suppression effect falls within the audible band, and sufficient frequency characteristics as an acoustic microphone Cannot be obtained, or extreme detection directivity is generated only in a sound source on a specific axis that does not produce a suppression effect on the light beam, making it difficult to put it to practical use.

そこで、本発明は、音波の検出領域が拡大することなく音波の検出感度を効率的に高め、周波数特性や指向性を改善した小型で高感度の光マイクロフォンを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a small and highly sensitive optical microphone in which the detection sensitivity of sound waves is efficiently increased without increasing the detection area of sound waves, and the frequency characteristics and directivity are improved.

この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。   The present invention has the following configuration as means for solving the above problems.

(1)光ビームを出力する光ビーム出力手段と、
前記光ビーム出力手段から出力された光ビームを複数回反射させて、一方向から見た形状が星形多角形となる光路を形成し、この光路を含む領域である音響信号検出フィールドを前記光路が存在しない中心領域と、該中心領域の外側の光路密度が高く音響信号検出感度が高いリング状領域と、さらに外側の音響検出感度の低い領域と、で形成し、前記音響信号検出フィールドを通過する音波で前記星型多角形の形状の光ビームを変調する光路形成手段と、
前記音響信号検出フィールドを通過する音波を円状または円環状に集中させて略前記リング状の領域以内に導く音波集中手段と、
前記光路形成手段から出射された前記光ビームの変調量を検出し、その変調量に応じた電気信号を出力する光ビーム検出手段と、
を備えたことを特徴とする。
(1) a light beam output means for outputting a light beam;
The light beam output from the light beam output means is reflected a plurality of times to form an optical path whose shape when viewed from one direction is a star polygon, and an acoustic signal detection field that is an area including this optical path is defined as the optical path. Is formed by a central region where no sound is present, a ring-shaped region having a high optical path density outside the central region and a high acoustic signal detection sensitivity, and a region having a low acoustic detection sensitivity outside and passing through the acoustic signal detection field. Optical path forming means for modulating the light beam of the star-shaped polygon with sound waves to
A sound wave concentrating means for concentrating the sound wave passing through the acoustic signal detection field in a circular shape or an annular shape and guiding it within the ring-shaped region;
A light beam detecting means for detecting a modulation amount of the light beam emitted from the optical path forming means and outputting an electrical signal corresponding to the modulation amount;
It is provided with.

周知のように、音波は空気の密度の振動成分であり、音波が伝搬している空間ではその疎密の程度に応じて空気の光学屈折率に大小の分布が生じ、この分布が音波の伝搬とともに移動する。そのため、音波が伝搬している空間に光ビームを通過させると、その通過点における空気の屈折率の傾きに応じて光ビームが変調され、上記屈折率の分布の移動に伴って変調量が変化するため、この光ビームは、音波に相関した変調を受ける。この構成においては、光マイクロフォンは、光ビーム出力手段から光ビームを出力し、光路形成手段によって、前記光ビーム出力手段から出力された光ビームを、音波を検出する領域である音響信号検出フィールド内に星形多角形状の光路を形成するように複数回反射させることで、音響信号検出フィールド内において前記光ビームに対して音波による変調を直線光路の場合の概ね反射回数倍与える。そして、変調された光ビームを、光電変換機能を有する光ビーム検出手段に導き、音波の屈折率の傾きに応じた光ビームの変調量を検出し、この変調量に応じた電気信号を出力する。したがって、限られた空間における音波の検出感度を効果的に高めることが可能となる。   As is well known, sound waves are vibration components of the density of air, and in the space in which sound waves are propagated, a large or small distribution of the optical refractive index of air occurs depending on the degree of density, and this distribution is accompanied by the propagation of sound waves. Moving. Therefore, when a light beam is passed through a space where sound waves are propagated, the light beam is modulated according to the gradient of the refractive index of air at the passing point, and the amount of modulation changes as the refractive index distribution moves. Therefore, this light beam is subjected to modulation correlated with sound waves. In this configuration, the optical microphone outputs a light beam from the light beam output means, and the light beam output from the light beam output means by the optical path forming means is within an acoustic signal detection field that is a region for detecting sound waves. By reflecting the light beam multiple times so as to form a star-shaped polygonal optical path, the light beam is modulated in the acoustic signal detection field by the number of times of reflection in the case of a straight optical path. Then, the modulated light beam is guided to a light beam detecting means having a photoelectric conversion function, a modulation amount of the light beam corresponding to the gradient of the refractive index of the sound wave is detected, and an electric signal corresponding to the modulation amount is output. . Therefore, it is possible to effectively increase the detection sensitivity of sound waves in a limited space.

また、光路形成手段は、前記光ビーム出力手段から出力された光ビームを複数回反射させて一方向から見た形状が星形多角形となる光路を音響信号検出フィールド内に形成する。音響信号検出フィールドの中心領域は光ビームが通過しないため、音響信号検出感度を持たない領域となる。そのすぐ外周には、音響信号検出感度を持たない中心領域を取り囲むように、光路が集中して、単位領域あたりの光路数である光路密度が高く音響信号検出感度の高い領域がリング状に形成される。さらにその外側は光路密度の低い、音響信号検出感度の低い領域となる。音波集中手段によって音波は円状または円環状に集中されて音響信号検出フィールドのこの光路密度が高く音響信号検出感度の高いリング状の領域以内に導かれる。したがって、音波による光ビームの変調はこの光路密度が高く音響信号検出感度の高いリング状の領域を中心に行われるので、限られた空間における音波の検出感度をさらに高めることができる。   The optical path forming unit reflects the light beam output from the light beam output unit a plurality of times, and forms an optical path in the acoustic signal detection field having a star polygon when viewed from one direction. Since the light beam does not pass through the central region of the acoustic signal detection field, the acoustic signal detection field has no acoustic signal detection sensitivity. In the immediate outer periphery, the optical path is concentrated so as to surround a central region that does not have acoustic signal detection sensitivity, and a region with high optical path density, which is the number of optical paths per unit region, is formed in a ring shape. Is done. Further, the outside is a region with low optical path density and low acoustic signal detection sensitivity. Sound waves are concentrated in a circular shape or an annular shape by the sound wave concentration means, and are guided into a ring-shaped region where the optical path density of the acoustic signal detection field is high and the acoustic signal detection sensitivity is high. Therefore, since the modulation of the light beam by the sound wave is performed around the ring-shaped region having a high optical path density and high acoustic signal detection sensitivity, the sound wave detection sensitivity in a limited space can be further increased.

(2)前記音波集中手段は、ホーン、またはホーンとイコライザから成ることを特徴とする。   (2) The sound wave concentration means is characterized by comprising a horn or a horn and an equalizer.

この構成においては、音源から伝搬してきた音波を集中させるのに、ホーンやイコライザを使用するので、音波を効率良く円状または円環状に集中させることができる。   In this configuration, since the horn and the equalizer are used to concentrate the sound wave propagating from the sound source, the sound wave can be efficiently concentrated in a circular shape or an annular shape.

本発明の光マイクロフォンは、光ビーム出力手段から光ビームを出力して、光路形成手段によって、光ビーム出力手段から出力された光ビームを複数回反射して星形多角形状の光路を音響信号検出フィールド内に形成する。これにより、音波を検出する領域を拡大することなく音波が光ビームを変調させる回数を効率的に増加することができ、音響信号検出感度を向上させることができる。また、音響信号検出フィールドを小さく構成できるので、抑圧効果を生じ始める周波数を可聴帯域より高く設定することを可能としたり、極端な指向性を可聴帯域内で持つことを防止でき、音響用として良好な周波数特性と指向性をもった光マイクロフォンの製作が可能となる。   The optical microphone of the present invention outputs a light beam from the light beam output means, and the light path forming means reflects the light beam output from the light beam output means a plurality of times to detect a star-shaped polygonal optical path as an acoustic signal. Form in the field. Thereby, the frequency | count that a sound wave modulates a light beam can be increased efficiently, without expanding the area | region which detects a sound wave, and an acoustic signal detection sensitivity can be improved. Also, since the acoustic signal detection field can be made small, it is possible to set the frequency at which the suppression effect starts to occur higher than the audible band, and it is possible to prevent having extreme directivity within the audible band, which is good for acoustic use This makes it possible to manufacture an optical microphone with a good frequency characteristic and directivity.

また、本発明の光マイクロフォンは、音波集中手段によって音波を円状または円環状に集中させて、光ビームによって形成された光路密度が高く音響信号検出感度の高いリング状の領域に導くので、光ビームの光路密度が高いリング状の領域に、強力な音場を生成させることができ、音波の検出感度をさらに高めることができる。   Further, the optical microphone of the present invention concentrates the sound wave in a circular shape or an annular shape by the sound wave concentrating means, and guides it to the ring-shaped region having a high optical path density and high acoustic signal detection sensitivity formed by the light beam. A strong sound field can be generated in a ring-shaped region where the optical path density of the beam is high, and the detection sensitivity of sound waves can be further increased.

図1は、本発明の実施形態に係る光マイクロフォンの概略を示す構成図であり、(A)は音源側から見た上面図であり、(B)は側面図であり、(C)は円筒ミラーに代えて多角柱ミラーを使用した場合の上面図である。光マイクロフォン1は、光ビーム出力手段であるレーザ光発生部2及び光源系レンズ部3、光路形成手段である円筒ミラー4、並びに光ビーム検出手段である検出系レンズ部5及び光電変換部6を備えている。   FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an outline of an optical microphone according to an embodiment of the present invention, where (A) is a top view seen from the sound source side, (B) is a side view, and (C) is a cylinder. It is a top view at the time of using a polygonal column mirror instead of a mirror. The optical microphone 1 includes a laser beam generation unit 2 and a light source system lens unit 3 which are light beam output units, a cylindrical mirror 4 which is an optical path forming unit, and a detection system lens unit 5 and a photoelectric conversion unit 6 which are light beam detection units. I have.

レーザ光発生部2は、図外の半導体レーザ素子やレーザ駆動回路を備え、レーザ光7を出射する。なお、レーザ光7の発生源は半導体レーザ素子に限るものではなく、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなどの発生装置を用いても良い。   The laser beam generator 2 includes a semiconductor laser element and a laser drive circuit (not shown) and emits a laser beam 7. The generation source of the laser light 7 is not limited to the semiconductor laser element, and a generation device such as a solid laser, a liquid laser, or a gas laser may be used.

光源系レンズ部3は、レーザ光発生部2から出射されたレーザ光7を集光して所定のスポット径でほぼ平行光であるレーザビーム8に変換する。光源系レンズ部3は単体レンズであっても、組み合わせレンズであっても良く、発散光から平行光を作るコリメータと平行光のビーム径を絞り込むビームエキスパンダとの組み合わせのような複合光学系であっても良い。   The light source system lens unit 3 condenses the laser beam 7 emitted from the laser beam generator 2 and converts it into a laser beam 8 that is a substantially parallel beam with a predetermined spot diameter. The light source system lens unit 3 may be a single lens or a combination lens, and is a compound optical system such as a combination of a collimator that creates parallel light from divergent light and a beam expander that narrows the beam diameter of the parallel light. There may be.

円筒ミラー4は、円筒形状で内壁面全体が鏡面4mであり、壁面の一部に切り欠き4kまたは孔4aが形成され、入射したレーザビーム8を複数回反射させて、光ビームに対する音波の変調が複数回行われるようにしたものである。ここで、以下の説明では円筒ミラー4には切り欠き4kが形成されたものとする。円筒ミラー4は、その内側の音響信号検出フィールド9に入射したレーザビーム8が鏡面4mで複数回反射して星形多角形の光路を形成するように配置されている。すなわち、レーザ光発生部2から出力されたレーザビーム8と、鏡面4mに内接する円(図1(A),(C)に点線で図示)とレーザビーム8の交点における法線と、のなす入射角∠Aが所定の角度になるように配置されている。これにより、鏡面4m上におけるレーザビーム8の各反射点では、レーザビーム8が鏡面4m上の反射点における法線に対して入射角∠Aで入射して、反射角∠Aで反射する。   The cylindrical mirror 4 has a cylindrical shape and the entire inner wall surface is a mirror surface 4m. A cutout 4k or a hole 4a is formed in a part of the wall surface, and the incident laser beam 8 is reflected a plurality of times to modulate sound waves with respect to the light beam. Is performed multiple times. Here, in the following description, it is assumed that the cutout 4k is formed in the cylindrical mirror 4. The cylindrical mirror 4 is arranged so that the laser beam 8 incident on the acoustic signal detection field 9 inside thereof is reflected a plurality of times by the mirror surface 4 m to form a star-shaped polygonal optical path. That is, the laser beam 8 output from the laser beam generator 2, the circle inscribed in the mirror surface 4m (shown by a dotted line in FIGS. 1A and 1C), and the normal line at the intersection of the laser beam 8 are formed. It arrange | positions so that the incident angle ∠A may become a predetermined angle. As a result, at each reflection point of the laser beam 8 on the mirror surface 4m, the laser beam 8 is incident on the normal line at the reflection point on the mirror surface 4m at an incident angle 、 A and is reflected at the reflection angle ∠A.

図1には、円筒ミラー4への入射角∠Aが6度の場合を示している。また、本実施形態においては、図1(B)に示すように、レーザビーム8の光路はほぼ同一平面上に形成される。以下の説明では、このレーザビーム8の光路が形成された平面をXY平面と称し、このXY平面に垂直な軸をZ軸と称する。   FIG. 1 shows a case where the incident angle ∠A to the cylindrical mirror 4 is 6 degrees. In the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the optical path of the laser beam 8 is formed on substantially the same plane. In the following description, a plane on which the optical path of the laser beam 8 is formed is referred to as an XY plane, and an axis perpendicular to the XY plane is referred to as a Z axis.

円筒ミラー4に切り欠き4kや孔4aを設ける場合、レーザビーム8が確実に通過するのであれば、円筒ミラー4に対するレーザ光発生部2と光電変換部6との配置位置に応じて、入射用のものと出射用の孔や切り欠きを独立して設けても良いし、共用のものを1つ設けるようにしても良い。例えば、円筒ミラー4に入出射共用の切り欠き4kや孔4aを設ける場合には、レーザビーム8の最大の入射角をaとしたときに、2aとなる挟角(中心角)を有する扇形環型の形状であって、レーザ光発生部2から出力されたレーザビーム8と、鏡面4mに内接する円との交点よりも円筒ミラー4の内側に、扇形環の中心が位置するように形成すると良い。   When the cylindrical mirror 4 is provided with the cutout 4k and the hole 4a, if the laser beam 8 passes through with certainty, depending on the arrangement position of the laser light generation unit 2 and the photoelectric conversion unit 6 with respect to the cylindrical mirror 4, the incident beam May be provided independently from the output holes and cutouts, or a common one may be provided. For example, when the cylindrical mirror 4 is provided with a notch 4k and a hole 4a that are used for both input and output, a sector ring having a narrow angle (center angle) of 2a when the maximum incident angle of the laser beam 8 is a. The shape of the mold is such that the center of the fan-shaped ring is positioned inside the cylindrical mirror 4 from the intersection of the laser beam 8 output from the laser light generator 2 and the circle inscribed in the mirror surface 4m. good.

また、図1(C)に示すように、円筒ミラー4に代えて、開口面が多角形で内壁面が鏡面であり、一部に切り欠き14kまたは孔14aが形成された多角柱ミラー14を使用することも可能である。多角柱ミラー14は、入射角∠A(入射角の定義は円筒ミラー4の場合と同じ)に応じて、開口面の多角形の各辺に相当する内壁の各面でレーザビーム8が反射するように開口面の角数を設定する。例えば、レーザビーム8の入射角∠Aが6度の場合には開口面が正15角形の多角柱ミラーを使用する。   Further, as shown in FIG. 1C, instead of the cylindrical mirror 4, a polygonal column mirror 14 having a polygonal opening surface and an inner wall surface as a mirror surface, and a cutout 14k or a hole 14a formed in part is provided. It is also possible to use it. The polygonal column mirror 14 reflects the laser beam 8 on each surface of the inner wall corresponding to each side of the polygon of the opening surface according to the incident angle ∠A (the definition of the incident angle is the same as that of the cylindrical mirror 4). Set the number of corners of the aperture surface. For example, when the incident angle ∠A of the laser beam 8 is 6 degrees, a polygonal prism mirror having a regular 15-sided opening surface is used.

検出系レンズ部5は、円筒ミラー4で反射を繰り返して出射されたレーザビーム8を集光して、光電変換部6を構成する非図示の検出素子上に収束させる。このとき検出系レンズ部5は単体レンズであっても、組み合わせレンズであっても良い。   The detection system lens unit 5 condenses the laser beam 8 that is repeatedly reflected by the cylindrical mirror 4 and converges it on a detection element (not shown) that constitutes the photoelectric conversion unit 6. At this time, the detection system lens unit 5 may be a single lens or a combination lens.

光電変換部6は、検出系レンズ部5によって非図示の検出素子上に収束されたレーザビーム8の変調量を検出し、その変調量に応じた電気信号を出力する。   The photoelectric conversion unit 6 detects the modulation amount of the laser beam 8 converged on a detection element (not shown) by the detection system lens unit 5, and outputs an electric signal corresponding to the modulation amount.

音波によるレーザビーム(光ビーム)8の変調は、幾つかの方法で検出できるが、変調を音波による空気の疎密に応じた屈折率の傾きの変化等による受光レーザスポットの位置変化として検出する場合、光位置検出素子(PSD:Position Sensitive Detector)を用いて、PSD上の受光レーザスポットの絶対位置を検出して電気信号に変換する方法や、多分割光電変換素子上の受光レーザスポットの位置変化をアナログまたはディジタル演算処理して電気信号に変換する方法によって、音波を検出することができる。   The modulation of the laser beam (light beam) 8 by the sound wave can be detected by several methods, but the modulation is detected as a change in the position of the received laser spot due to a change in the gradient of the refractive index according to the density of the air due to the sound wave. , A method of detecting the absolute position of the received laser spot on the PSD using an optical position detector (PSD: Position Sensitive Detector) and converting it to an electrical signal, or a change in the position of the received laser spot on the multi-segment photoelectric conversion element The sound wave can be detected by a method of converting the signal into an electric signal by analog or digital arithmetic processing.

光電変換部6に2分割光電変換素子を用いる場合、レーザビーム8が音波の影響を受けていないときには、この2つの光電変換素子の中央部に受光レーザスポットが位置するように構成し、音波によるレーザビーム8の受光レーザスポットの位置変化を、2つの光電変換素子の出力の差動演算により電気信号を検出するものとする。また、光電変換素子にはフォトダイオード(PD)などを用い、レーザスポットの直径は、想定される最大の音波での変調時にレーザスポットが完全にどちらかの検出素子上に移動してしまわない大きさに設定され、各検出素子の面積はレーザスポットの面積より大きく設定される。   When a two-part photoelectric conversion element is used for the photoelectric conversion unit 6, when the laser beam 8 is not affected by the sound wave, the light receiving laser spot is positioned at the center of the two photoelectric conversion elements. It is assumed that an electrical signal is detected by a differential calculation of the outputs of two photoelectric conversion elements with respect to a change in position of a received laser spot of the laser beam 8. In addition, a photodiode (PD) or the like is used as the photoelectric conversion element, and the diameter of the laser spot is such that the laser spot does not completely move on either detection element when modulated with the maximum expected sound wave. The area of each detection element is set larger than the area of the laser spot.

また、本発明の円筒ミラー4(光路形成手段)を用いれば、変調を音波による空気の疎密による音速の変化としてレーザドップラ効果により検出する場合や、変調を音波による空気の疎密による光路長の変化として参照光との位相差によって検出する場合、等においても、限られた空間における音波の検出感度を効果的に高めることが可能である。   In addition, when the cylindrical mirror 4 (optical path forming means) of the present invention is used, the modulation is detected by the laser Doppler effect as a change in sound velocity due to air density due to sound waves, or the change in the optical path length due to air density due to sound waves. In the case where detection is performed based on the phase difference from the reference light, it is possible to effectively increase the detection sensitivity of sound waves in a limited space.

次に、光マイクロフォン1の動作について説明する。周知のように、音波は空気の密度の振動成分であり、音波が伝搬している空間ではその疎密の程度に応じて空気の光学屈折率に大小の分布が生じ、この分布が音波の伝搬とともに移動する。そのため、音波が伝搬している空間において、その伝搬方向に垂直にレーザビームを通過させると、その通過点における屈折率の傾きに応じてレーザビームが変調され、上記屈折率の分布の移動に伴って変調量が変化するため、このレーザビームは、音波に相関した変調を受ける。   Next, the operation of the optical microphone 1 will be described. As is well known, sound waves are vibration components of the density of air, and in the space in which sound waves are propagated, a large or small distribution of the optical refractive index of air occurs depending on the degree of density, and this distribution is accompanied by the propagation of sound waves. Moving. For this reason, when a laser beam passes in a space where sound waves propagate in a direction perpendicular to the propagation direction, the laser beam is modulated according to the gradient of the refractive index at the passing point, and the refractive index distribution is moved accordingly. Since the modulation amount changes, the laser beam undergoes modulation correlated with the sound wave.

本発明の実施形態に係る光マイクロフォン1は、レーザ光発生部2からレーザ光7を出射して、光源系レンズ部3でこのレーザ光7をレーザビーム(平行光)8に変換し、円筒ミラー4によって音響信号検出フィールド9内に星形多角形状の光路を形成するように複数回反射させる。これにより、音響信号検出フィールド内においてレーザビーム8に対して音波20による変調を、直線光路の場合の概ね反射回数倍与える。そして、変調されたレーザビーム8を検出系レンズ部5を介して光電変換部6に導き、空気の屈折率の傾きに応じたレーザビーム8の変調量を検出し、この変調量に応じた電気信号を出力する。   An optical microphone 1 according to an embodiment of the present invention emits a laser beam 7 from a laser beam generator 2 and converts the laser beam 7 into a laser beam (parallel beam) 8 by a light source system lens unit 3. 4, the acoustic signal detection field 9 is reflected a plurality of times so as to form a star-shaped polygonal optical path. As a result, the modulation by the sound wave 20 is applied to the laser beam 8 within the acoustic signal detection field by approximately the number of times of reflection in the case of the straight optical path. Then, the modulated laser beam 8 is guided to the photoelectric conversion unit 6 via the detection system lens unit 5, and the modulation amount of the laser beam 8 corresponding to the inclination of the refractive index of air is detected, and the electric power corresponding to the modulation amount is detected. Output a signal.

また、円筒ミラー4内の音響信号検出フィールド9において、その中心の領域はレーザビーム8が通過しないため、音響信号検出感度を持たない領域(以下、中心領域10と称する。)となり、そのすぐ外周にはこの音響信号検出感度を持たない中心領域10を取り囲むように、複数の光路が集中した(交差した)光路密度が高く音響信号検出感度の高い領域がリング状に形成される(以下、リング状領域11と称する。)。さらに、その外側は光路密度が低く音響信号検出感度の低い領域となる(以下、外周領域12と称する。)。このように、音響信号検出フィールド9内における音響信号検出感度は、一様でない感度分布となり、音源19から出力された音波20によるレーザビーム8の変調はリング状領域11を中心に行われる。   Further, in the acoustic signal detection field 9 in the cylindrical mirror 4, since the laser beam 8 does not pass through the central region, the central region becomes a region having no acoustic signal detection sensitivity (hereinafter referred to as the central region 10), and immediately around the outer periphery. A region having a high optical path density and a high acoustic signal detection sensitivity in which a plurality of optical paths are concentrated (intersected) is formed in a ring shape so as to surround the central region 10 having no acoustic signal detection sensitivity (hereinafter referred to as a ring). (Referred to as a region 11). Further, the outside is an area where the optical path density is low and the acoustic signal detection sensitivity is low (hereinafter referred to as the outer peripheral area 12). Thus, the acoustic signal detection sensitivity in the acoustic signal detection field 9 has a non-uniform sensitivity distribution, and the modulation of the laser beam 8 by the sound wave 20 output from the sound source 19 is performed around the ring-shaped region 11.

したがって、音波20の検出領域を限られた空間にすることができ、また、音波20を検出する領域である音響信号検出フィールド9を拡大させることなく、レーザビーム8に対する音波20の作用回数を効率的に増加することが可能となり、限られた空間における音波20の検出感度を効果的に高めることができる。   Therefore, the detection area of the sound wave 20 can be made a limited space, and the number of operations of the sound wave 20 on the laser beam 8 can be efficiently performed without enlarging the acoustic signal detection field 9 that is an area for detecting the sound wave 20. Therefore, the detection sensitivity of the sound wave 20 in a limited space can be effectively increased.

なお、レーザビーム8の光路は、例えば音波20が伝搬してくる方向であるZ軸方向のように、一方向から見た光路が概ね星形多角形となるのであれば、光路の交差の有無は問わない。また、レーザビーム8の光路は、全く同一平面上で交差していなくとも、検出すべき音波20の波長に対して十分に小さな距離ですれ違っていれば同様の効果が得られる。   If the optical path of the laser beam 8 is substantially a star polygon when viewed from one direction, for example, in the Z-axis direction, which is the direction in which the sound waves 20 propagate, the presence or absence of crossing of the optical paths. Does not matter. Further, even if the optical paths of the laser beams 8 do not intersect at all on the same plane, the same effect can be obtained if they are different by a sufficiently small distance with respect to the wavelength of the sound wave 20 to be detected.

次に、円筒ミラーのレーザビームの入射角について説明する。図2は、円筒ミラー内に形成した星形多角形の光路を示す上面図であり、(A)は入射角∠Aが12度の場合、(B)は入射角∠Aが24度の場合、(C)入射角∠Aが48度の場合である。   Next, the incident angle of the laser beam on the cylindrical mirror will be described. 2A and 2B are top views showing optical paths of a star-shaped polygon formed in a cylindrical mirror. FIG. 2A shows a case where the incident angle ∠A is 12 degrees, and FIG. 2B shows a case where the incident angle ∠A is 24 degrees. (C) The incident angle ∠A is 48 degrees.

前記のように、円筒ミラー4への入射角∠Aは、円筒ミラー4の鏡面4mに内接する円とレーザビーム8の交点における法線と、レーザビーム8と、のなす角と定義する。図2に示すように、レーザビーム8の入射角に応じて、音響信号検出フィールド9内に形成されるレーザビーム8の星形多角形状の光路パターンの形状が変化し、光路密度の高い領域であるリング状領域11の径が変化する。また、このリング状領域11の径が変化することで、音波(音響信号)20の検出指向性を変化させることが可能となる。   As described above, the incident angle ∠A to the cylindrical mirror 4 is defined as an angle formed by the laser beam 8 and the normal line at the intersection of the circle inscribed in the mirror surface 4 m of the cylindrical mirror 4 and the laser beam 8. As shown in FIG. 2, the shape of the star-shaped polygonal optical path pattern of the laser beam 8 formed in the acoustic signal detection field 9 changes according to the incident angle of the laser beam 8, and in a region where the optical path density is high. The diameter of a certain ring-shaped region 11 changes. Further, the detection directivity of the sound wave (acoustic signal) 20 can be changed by changing the diameter of the ring-shaped region 11.

例えば、図2(A)に示すように、音響信号検出フィールド9の中央付近に光路が集中するように入射角を設定した場合には、中央付近に音響信号検出感度が高いリング状領域11が形成されて周辺領域の検出感度は低くなる。したがって、光マイクロフォン1では、音響信号検出フィールド9の中央付近と周辺部とに異なった位相の音波20が印加された場合にも抑圧効果が顕著とならず、8の字状の音響信号検出感度を持つ双指向性に近い光マイクロフォンとなる。   For example, as shown in FIG. 2A, when the incident angle is set so that the optical path is concentrated near the center of the acoustic signal detection field 9, the ring-shaped region 11 having high acoustic signal detection sensitivity is located near the center. As a result, the detection sensitivity of the peripheral region is lowered. Therefore, in the optical microphone 1, even when the sound wave 20 having a different phase is applied to the vicinity of the central portion and the peripheral portion of the acoustic signal detection field 9, the suppression effect is not significant, and the 8-shaped acoustic signal detection sensitivity. It becomes a near-bidirectional optical microphone with.

また、図2(B),(C)に示すように、音響信号検出フィールド9の周辺部に光路が集中するように入射角を設定した場合には、周辺部に音響信号検出感度が高いリング状領域11が形成される。この場合、星形多角形の中心において星形多角形を成すレーザビーム8の光路面と垂直な軸上に音源19があるときには、音波20は検出感度の高いリング状領域11のどの部分でも位相が同一となるので、抑圧効果が発生しない。一方、前記の垂直な軸から離れた位置に音源19がある場合には、検出感度の高いリング状領域11では位置によって位相が異なる音波20によって変調されるため、抑圧効果により音響信号検出感度が低下し、前記の軸の双方向に狭指向性を持つ光マイクロフォンとなる。このように、光マイクロフォン1では、レーザビーム8の円筒ミラー4への入射角を変更することで、音波の検出指向性を変えることができる。   In addition, as shown in FIGS. 2B and 2C, when the incident angle is set so that the optical path is concentrated on the peripheral portion of the acoustic signal detection field 9, a ring having high acoustic signal detection sensitivity in the peripheral portion. A region 11 is formed. In this case, when the sound source 19 is on the axis perpendicular to the optical path surface of the laser beam 8 forming the star polygon at the center of the star polygon, the sound wave 20 is phased at any part of the ring-shaped region 11 having high detection sensitivity. Since they are the same, the suppression effect does not occur. On the other hand, when the sound source 19 is located at a position away from the vertical axis, the ring-shaped region 11 with high detection sensitivity is modulated by the sound wave 20 having a different phase depending on the position. As a result, the optical microphone has a narrow directivity in both directions of the axis. Thus, in the optical microphone 1, the detection directivity of the sound wave can be changed by changing the incident angle of the laser beam 8 to the cylindrical mirror 4.

ここで、図2の(A),(B),(C)に示した例ではレーザビーム8の反射回数はいずれも29回である。円筒ミラー4を多角柱ミラー14に置き換える場合には、開口部が正30角形のミラーを用いると良い。これらの例においては、レーザビーム8に対する音波20の変調回数は入射角を変更しても同じであり、検出指向性を変更しても音響信号検出感度はほぼ同一に保たれる。   Here, in the example shown in FIGS. 2A, 2 </ b> B, and 2 </ b> C, the number of reflections of the laser beam 8 is 29 times. When the cylindrical mirror 4 is replaced with the polygonal column mirror 14, it is preferable to use a mirror having a regular 30-side opening. In these examples, the number of modulations of the sound wave 20 with respect to the laser beam 8 is the same even if the incident angle is changed, and the acoustic signal detection sensitivity is kept substantially the same even if the detection directivity is changed.

また、反射回数が同一となる入射角としては、円筒ミラー4の内壁でレーザビーム8が19回反射する9度,27度,63度や、23回反射する7.5度,37.5度,52.5度や、35回反射する5度,25度,35度,55度など多くの組み合わせが存在する。   The incident angles at which the number of reflections is the same are 9 degrees, 27 degrees, and 63 degrees at which the laser beam 8 is reflected 19 times on the inner wall of the cylindrical mirror 4, and 7.5 degrees and 37.5 degrees at which the laser beam 8 is reflected 23 times. , 52.5 degrees, and many combinations such as 5 degrees, 25 degrees, 35 degrees, and 55 degrees reflecting 35 times.

このように本発明の光マイクロフォンにおいては、同じ反射回数となる複数の入射角を切り替えることで、音波の検出感度を変えることなく指向性の変更が可能である。   As described above, in the optical microphone of the present invention, the directivity can be changed without changing the detection sensitivity of the sound wave by switching a plurality of incident angles having the same number of reflections.

また、円筒ミラー4の直径を変えることによっても、音響信号検出フィールド9の大きさや星形多角形の光路の径を変えることができ、大型の円筒ミラーを用いれば、可聴帯域で超指向性(極めて鋭い指向性)を得ることも可能である。   Also, by changing the diameter of the cylindrical mirror 4, the size of the acoustic signal detection field 9 and the diameter of the optical path of the star polygon can be changed. If a large cylindrical mirror is used, super directivity ( It is also possible to obtain a very sharp directivity).

図3は、光マイクロフォンに音響集中器を取り付けた状態を示す構成図であり、(A)は上面図、(B)は図3(A)のA−A'断面図、(C)は図3(A)のB−B'断面図、(D)は下面図である。図3に示すように、音響集中器(音波集中手段)であるホーン21は、その外形が円柱形で、一方の平面21mに喉と呼ばれる円形の開口部21maが形成され、他方の平面21nに喉21maよりも径が大きな、口と呼ばれる円形の開口部21naが形成され、両開口部21ma,21naをつなぐ放物面21hを有するラッパ型の貫通孔21aがこの円柱の軸を中心として形成されている。ホーン21の平面21m,21nの径は、円筒ミラー4の開口面4fの径とほぼ同じかまたは若干大きな径である。また、ホーン21は、一方の平面(底面)21mで、光マイクロフォン1の円筒ミラー4の開口面4f全体を覆うように配置されている。さらに、ホーン21の喉21maは、円筒ミラー4の音響信号検出フィールド9に形成された光路密度の高い領域であるリング状領域11の外径とほぼ同じ径かまたは若干大きな径であり、リング状領域11に対向する位置に形成されている。   FIGS. 3A and 3B are configuration diagrams showing a state in which the sound concentrator is attached to the optical microphone, where FIG. 3A is a top view, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 3A, and FIG. FIG. 3 (A) is a cross-sectional view taken along the line BB ′, and FIG. As shown in FIG. 3, the horn 21 that is an acoustic concentrator (sound concentrating means) has a cylindrical outer shape, a circular opening 21ma called a throat is formed on one plane 21m, and the other plane 21n has a circular opening 21ma. A circular opening 21na called a mouth having a diameter larger than the throat 21ma is formed, and a trumpet-shaped through hole 21a having a paraboloid 21h connecting both the openings 21ma and 21na is formed around the axis of the cylinder. ing. The diameters of the flat surfaces 21m and 21n of the horn 21 are substantially the same as or slightly larger than the diameter of the opening surface 4f of the cylindrical mirror 4. Further, the horn 21 is disposed so as to cover the entire opening surface 4f of the cylindrical mirror 4 of the optical microphone 1 with one plane (bottom surface) 21m. Furthermore, the throat 21ma of the horn 21 has a diameter substantially the same as or slightly larger than the outer diameter of the ring-shaped region 11 which is a region having a high optical path density formed in the acoustic signal detection field 9 of the cylindrical mirror 4. It is formed at a position facing the region 11.

図3に示すように、例えば、光マイクロフォン1において、円筒ミラー4の開口面4fの正面に設置された音源19から出力された音波20は、ホーン21を通過する際に振幅が増幅され、音響信号検出フィールド9の中心領域10及びリング状領域11に到達する。そして、音波20は、このリング状領域11を通過して、レーザビーム8を変調する。   As shown in FIG. 3, for example, in the optical microphone 1, the sound wave 20 output from the sound source 19 installed in front of the opening surface 4 f of the cylindrical mirror 4 is amplified in amplitude when passing through the horn 21, The signal detection field 9 reaches the central region 10 and the ring-shaped region 11. The sound wave 20 passes through the ring-shaped region 11 and modulates the laser beam 8.

このように、光マイクロフォン1の円筒ミラー4にホーン21を取り付けることで、音響信号検出フィールド9におけるレーザビーム8の光路密度が高いリング状領域11に音波20を集中させ強力な音場を生成することができるので、円筒ミラー4にホーン21を取り付けない場合と比べて、音波を効率良く検出することができる。また、抑圧効果の発生をさらに減少させることができ、音波の検出感度を高めることができる。   Thus, by attaching the horn 21 to the cylindrical mirror 4 of the optical microphone 1, the sound wave 20 is concentrated on the ring-shaped region 11 where the optical path density of the laser beam 8 in the acoustic signal detection field 9 is high, thereby generating a strong sound field. Therefore, compared with the case where the horn 21 is not attached to the cylindrical mirror 4, the sound wave can be detected efficiently. In addition, the generation of the suppression effect can be further reduced, and the sound wave detection sensitivity can be increased.

また、円筒ミラー4に取り付けるホーン21は、光マイクロフォン1で検出する音波の特性や音源19の位置などに応じて、その形状が異なるものを使用することで、光マイクロフォン1の検出感度や指向性を変えることができる。例えば、ホーン21の貫通孔21aにおける放物面21hを、円錐型・楕円錐型・多角錐型などの形状に変更することで、光マイクロフォン1の検出感度や指向性を変えることができる。   In addition, the horn 21 attached to the cylindrical mirror 4 is different in shape depending on the characteristics of the sound wave detected by the optical microphone 1 and the position of the sound source 19, so that the detection sensitivity and directivity of the optical microphone 1 are used. Can be changed. For example, the detection sensitivity and directivity of the optical microphone 1 can be changed by changing the paraboloid 21h in the through hole 21a of the horn 21 to a shape such as a conical shape, an elliptical cone shape, or a polygonal pyramid shape.

なお、ホーン21の外形は、円柱形に限るものではなく、例えば外形がラッパ型や円錐型などであっても良い。また、図2に示したように、光マイクロフォン1におけるレーザビーム8によって形成されるリング状領域11は、レーザビーム8の入射角に合わせた径とする。   The outer shape of the horn 21 is not limited to a cylindrical shape, and for example, the outer shape may be a trumpet type or a conical type. As shown in FIG. 2, the ring-shaped region 11 formed by the laser beam 8 in the optical microphone 1 has a diameter that matches the incident angle of the laser beam 8.

図4は、光マイクロフォンに2つのホーンを取り付けた構成を示す図であり、(A)は上面図、(B)は図4(A)のA−A'断面図である。光マイクロフォン1の円筒ミラー4は、2つの開口面4f,4nを備えており、光マイクロフォン1はこの両面から伝搬した音波を検出することができる。そこで、図4に示すように、円筒ミラー4の開口面4f,4nの全体を覆うように、それぞれホーン21を設けることで、2方向から伝搬してくる音波の検出感度及び指向性を改善することができる。また、円筒ミラー4の2つの開口面4f,4nに取り付けるホーン21として、その検出感度や指向性の特性が異なったものをそれぞれ取り付けることで、2方向に指向性がある光マイクロフォンであって、各方向の検出感度や指向性が異なる光マイクロフォンを提供することができる。   4A and 4B are diagrams showing a configuration in which two horns are attached to an optical microphone. FIG. 4A is a top view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. The cylindrical mirror 4 of the optical microphone 1 includes two opening surfaces 4f and 4n, and the optical microphone 1 can detect sound waves propagated from both surfaces. Therefore, as shown in FIG. 4, the detection sensitivity and directivity of the sound wave propagating from the two directions are improved by providing the horns 21 so as to cover the entire opening surfaces 4f and 4n of the cylindrical mirror 4, respectively. be able to. Moreover, as the horn 21 attached to the two opening surfaces 4f and 4n of the cylindrical mirror 4, by attaching each of the horns 21 having different detection sensitivity and directivity characteristics, an optical microphone having directivity in two directions, An optical microphone having different detection sensitivity and directivity in each direction can be provided.

次に、音響集中器の別の実施形態について説明する。図3に基づいて説明したように、上記実施形態の光マイクロフォン1では、レーザビーム8が形成するリング状領域11のサイズに合わせた貫通孔21aを有するホーン21を使用することで、効率良く音波を検出している。   Next, another embodiment of the acoustic concentrator will be described. As described with reference to FIG. 3, in the optical microphone 1 of the above embodiment, by using the horn 21 having the through hole 21 a that matches the size of the ring-shaped region 11 formed by the laser beam 8, the sound wave can be efficiently generated. Is detected.

さらにこの実施形態では、円筒ミラー4の開口面4fに、リング状領域11の外径より若干大きな喉21maが形成されたホーン21を設けるとともに、底面22tがリング状領域11の内径より若干小さな楕円放物面型のイコライザ22を、このホーン21の中心部に、喉21maを貫通するように設けることで、音響信号検出フィールド9内に形成されたリング状領域11に音波20を、よりいっそう効率良く集中させることができる。また、円筒ミラー4へのレーザビーム8の入射角に応じて、すなわち音響信号検出フィールド9に形成される星形多角形状の光路パターンの形状に応じて、ホーン21の喉21maの径及びイコライザ22の底面22tの径を変更することで、音波20が中心領域10や外周領域12を通過することなく、リング状領域11に音波20を集中させることができる。   Furthermore, in this embodiment, a horn 21 having a throat 21 ma slightly larger than the outer diameter of the ring-shaped region 11 is provided on the opening surface 4 f of the cylindrical mirror 4, and an ellipse whose bottom surface 22 t is slightly smaller than the inner diameter of the ring-shaped region 11. By providing a parabolic equalizer 22 at the center of the horn 21 so as to penetrate the throat 21ma, the sound wave 20 is more efficiently applied to the ring-shaped region 11 formed in the acoustic signal detection field 9. You can concentrate well. Further, the diameter of the throat 21ma of the horn 21 and the equalizer 22 according to the incident angle of the laser beam 8 to the cylindrical mirror 4, that is, according to the shape of the star-shaped polygonal optical path pattern formed in the acoustic signal detection field 9. By changing the diameter of the bottom surface 22t, the sound wave 20 can be concentrated on the ring-shaped region 11 without passing through the central region 10 and the outer peripheral region 12.

音響集中器は、具体的には以下に説明するような形状にすると良い。図5は、レーザビームの光路パターンに応じたホーン及びイコライザの形状を示した図である。なお、図5は、各図をマトリックス状に配置しており、1列目の(A)は入射角12度の場合、2列目の(B)は入射角24度の場合、3列目の(C)は入射角48度の場合を示している。また、上段は音響信号検出フィールドに形成されるレーザビームの星形多角形状の光路パターン、中段は音圧集中器の上面図、下段は音響集中器及び円筒ミラーのA−A'での断面図である。   Specifically, the sound concentrator may be shaped as described below. FIG. 5 is a diagram showing the shapes of the horn and the equalizer corresponding to the optical path pattern of the laser beam. In FIG. 5, each figure is arranged in a matrix. When the first row (A) has an incident angle of 12 degrees, the second row (B) has an incident angle of 24 degrees, the third row. (C) shows the case where the incident angle is 48 degrees. In addition, the upper stage is a star-shaped polygonal optical path pattern of the laser beam formed in the acoustic signal detection field, the middle stage is a top view of the sound pressure concentrator, and the lower stage is a cross-sectional view of the acoustic concentrator and cylindrical mirror at AA ′. It is.

音響集中器であるホーン21及びイコライザ22を円筒ミラー4の開口面4fに対向させ、各々の中心をリング状領域11の中心に一致させて設置することにより、音響信号検出フィールド内の検出感度の高いリング状領域と、ホーン21により音圧の高まる領域と、を一致させることができる。   The horn 21 and the equalizer 22 which are acoustic concentrators are disposed so as to face the opening surface 4f of the cylindrical mirror 4 and the centers of the horn 21 and the equalizer 22 are aligned with the center of the ring-shaped region 11, thereby improving the detection sensitivity in the acoustic signal detection field. The high ring-shaped region and the region where the sound pressure is increased by the horn 21 can be matched.

また、イコライザ22は、円筒ミラー4の音響信号検出フィールド9を貫通するように配置すると良い。これにより、リング状領域11付近に集中された音波20が無光路領域に回折して、音波20の検出感度が低下するのを防止できる。   Further, the equalizer 22 is preferably arranged so as to penetrate the acoustic signal detection field 9 of the cylindrical mirror 4. Thereby, it is possible to prevent the sound wave 20 concentrated in the vicinity of the ring-shaped region 11 from being diffracted into the non-light path region and the detection sensitivity of the sound wave 20 from being lowered.

このように、本発明の実施形態に係る光マイクロフォンによれば、音響信号検出フィールド内にリング状に検出感度の高い領域が存在する場合にも、音響集中器により効率的に音波の検出感度を高めた光マイクロフォンを得ることができる。   As described above, according to the optical microphone according to the embodiment of the present invention, even when there is a ring-shaped region having a high detection sensitivity in the acoustic signal detection field, the acoustic concentrator efficiently increases the detection sensitivity of the sound wave. An enhanced optical microphone can be obtained.

ここで、図5に示した3種類の入射角度における音響信号検出フィールド内のレーザビームパターンは、同一構造の光マイクロフォンにおいて、単に音響信号検出フィールドへのレーザビームの入射角度の調整のみで実現可能である。また、図5に示したように、入射角度の変更時に各々の入射角度におけるレーザビーム8の反射回数がほぼ同じ角度を選べば、それぞれの検出感度を同程度とすることができる。したがって、音響集中器の設計は、ホーン21の喉21maの直径とイコライザ22の底面22tの直径以外には、光マイクロフォンの円筒ミラー4側からの制約はなく、ホーン21の開口率や放物面のカーブの曲率、及びイコライザ22の形状は、高い自由度で設計が可能である。このため、ホーン21及びイコライザ22の交換と、レーザビーム8の入射角の調整と、により、光マイクロフォン1全体の構造や感度をほとんど変えることなく検出指向特性を変更することが可能となる。このように、本発明の光マイクロフォンによれば、指向特性を高い自由度で変更可能である。   Here, the laser beam patterns in the acoustic signal detection field at the three types of incident angles shown in FIG. 5 can be realized simply by adjusting the incident angle of the laser beam to the acoustic signal detection field in the optical microphone having the same structure. It is. Further, as shown in FIG. 5, if the angle of reflection of the laser beam 8 at each incident angle is selected to be substantially the same when the incident angle is changed, the respective detection sensitivities can be made comparable. Therefore, the design of the acoustic concentrator is not limited from the cylindrical mirror 4 side of the optical microphone except for the diameter of the throat 21ma of the horn 21 and the diameter of the bottom surface 22t of the equalizer 22, and the aperture ratio and paraboloid of the horn 21 are not limited. The curvature of the curve and the shape of the equalizer 22 can be designed with a high degree of freedom. For this reason, it is possible to change the detection directivity characteristic by changing the horn 21 and the equalizer 22 and adjusting the incident angle of the laser beam 8 with almost no change in the structure and sensitivity of the entire optical microphone 1. Thus, according to the optical microphone of the present invention, the directivity can be changed with a high degree of freedom.

本発明の実施形態に係る光マイクロフォンの概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of the optical microphone which concerns on embodiment of this invention. 円筒ミラー内に形成した星形多角形の光路を示す上面図である。It is a top view which shows the optical path of the star-shaped polygon formed in the cylindrical mirror. 光マイクロフォンに音響集中器を取り付けた状態を示す構成図である。It is a block diagram which shows the state which attached the acoustic concentrator to the optical microphone. 光マイクロフォンに2つのホーンを取り付けた構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which attached two horns to the optical microphone. レーザビームの光路パターンに応じたホーン及びイコライザの形状を示した図である。It is the figure which showed the shape of the horn and equalizer according to the optical path pattern of a laser beam.

符号の説明Explanation of symbols

1−光マイクロフォン 2−レーザ光発生部 3−光源系レンズ部
4−円筒ミラー 5−検出系レンズ部 6−光電変換部
7−レーザ光 8−レーザビーム 9−音響信号検出フィールド
10−中心領域 11−リング状領域 12−外周領域
14−多角柱ミラー 19−音源 20−音波
21−ホーン 22−イコライザ
1-Optical microphone 2-Laser light generation unit 3-Light source lens unit 4-Cylinder mirror 5-Detection system lens unit 6-Photoelectric conversion unit 7-Laser beam 8-Laser beam 9-Acoustic signal detection field 10-Center region 11 -Ring region 12-Peripheral region 14-Polygonal prism 19-Sound source 20-Sound wave 21-Horn 22-Equalizer

Claims (2)

光ビームを出力する光ビーム出力手段と、
前記光ビーム出力手段から出力された光ビームを複数回反射させて、一方向から見た形状が星形多角形となる光路を形成し、この光路を含む領域である音響信号検出フィールドを前記光路が存在しない中心領域と、該中心領域の外側の光路密度が高く音響信号検出感度が高いリング状領域と、さらに外側の音響検出感度の低い領域と、で形成し、前記音響信号検出フィールドを通過する音波で前記星型多角形の形状の光ビームを変調する光路形成手段と、
前記音響信号検出フィールドを通過する音波を円状または円環状に集中させて略前記リング状の領域以内に導く音波集中手段と、
前記光路形成手段から出射された前記光ビームの変調量を検出し、その変調量に応じた電気信号を出力する光ビーム検出手段と、
を備えた光マイクロフォン。
A light beam output means for outputting a light beam;
The light beam output from the light beam output means is reflected a plurality of times to form an optical path whose shape when viewed from one direction is a star polygon, and an acoustic signal detection field that is an area including this optical path is defined as the optical path. Is formed by a central region where no sound is present, a ring-shaped region having a high optical path density outside the central region and a high acoustic signal detection sensitivity, and a region having a low acoustic detection sensitivity outside and passing through the acoustic signal detection field. Optical path forming means for modulating the light beam of the star-shaped polygon with sound waves to
A sound wave concentrating means for concentrating the sound wave passing through the acoustic signal detection field in a circular shape or an annular shape and guiding it within the ring-shaped region;
A light beam detecting means for detecting a modulation amount of the light beam emitted from the optical path forming means and outputting an electrical signal corresponding to the modulation amount;
Optical microphone with
前記音波集中手段は、ホーン、またはホーンとイコライザから成る請求項1に記載の光マイクロフォン。   The optical microphone according to claim 1, wherein the sound wave concentration means includes a horn or a horn and an equalizer.
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