JP2008128911A - 振動検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でデジタルの振動検出信号を出力することが可能な振動検出装置を提供する。
【解決手段】干渉計内の光路変化による参照光と反射光との位相差変化を干渉計（ピエゾ振動子ドライバ１８１）への帰還パラメータとするΔΣ変調器を含むようにする。簡易な構成で振動膜１１の振動が、２値化された音声信号Ｓoutとしてデジタル検出される。また、振動膜１１自身の変位ではなく、参照光と反射光との位相差の変化が帰還パラメータとなっているため、装置全体としても簡易な構成となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動体の変位を光学的に検出する振動検出装置に関する。

近年、ＳＡＣＤ（Super Audio Compact Disc）や２４ｂｉｔ−９６ｋＨｚのサンプリングを利用した録音方式等が用いられ、高音質化が主流になりつつある。このような流れの中、従来のアナログ方式のマイクロホン装置は、特に２０ｋＨｚ以上の高域の音声の収録に限界があるため、上記録音方式の特徴である高域の再生を生かしてコンテンツを収録しようとする場合に、ボトルネックになっていた。

また、ダイナミックレンジに関しても、上記録音方式の特徴である２４ｂｉｔビット録音により可能な１４４ｄＢまで及ばず、広範なダイナミックレンジを十分に生かしきれていなかった。

さらに、録音現場においては、従来のアナログ方式のマイクロホン装置では、アナログケーブルでの長距離の引き回しに起因してノイズが増加してしまったり、コンデンサマイクに対してミキシングコンソールからファンタム電源を供給しなければならず、録音・制作システムにおける全デジタル化の障害となっていた。

そこで、近年、デジタル方式のマイクロホン装置がいくつか提案されている。例えば、特許文献１では、マッハ・ツェンダ方式などの干渉計においてマイク振動膜の変位により生じる干渉縞の変化を、光電変換素子で信号変換すると共にデジタル的に信号処理することにより、デジタル音声信号出力を得るようにしたものが提案されている。また、例えば特許文献２では、マイケルソン方式の干渉計においてマイク振動板の変位により生じる干渉縞の変化を光電変換素子により信号変換すると共にこの値を２値量子化することでビットストリーム信号を得るようにし、いわゆるΔΣ（デルタ・シグマ）変調器を構成するための帰還路としてマイク振動膜を動かす振動膜駆動手段を持つようにしたものが提案されている。

特開平１０−３０８９９８号公報 特開平１１−１７８０９９号公報

上記特許文献１では、マッハ・ツェンダ干渉計やマイケルソン干渉計を用いて振動板の振動を検出することにより、デジタルの音声信号を出力するようになっている。

一方、上記特許文献２では、振動板を含むΔΣ（デルタ・シグマ）変調器を構成するようにしている。よって、ΔΣ変調器の作用により、簡易な構成で１ｂｉｔのデジタル音声信号を得ることができると共に、ノイズシェービング効果を利用して可聴帯域内の音声信号の低ノイズ化を図ることができると考えられる。

しかしながら、この特許文献２では、音波に応じて振動する振動板自身に対して帰還をかけ変位させているため、振動板の振動モードが複雑なものとなり、マイクロホン装置全体としても複雑な構成となってしまうという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な構成でデジタルの振動検出信号を出力することが可能な振動検出装置を提供することにある。

本発明の振動検出装置は、振動体と、レーザ光を発する光源と、このレーザ光に基づく参照光とレーザ光に基づいて振動体で反射された反射光とを互いに干渉させて干渉縞を形成する干渉計とを含んで構成され、この干渉計内の光路変化による参照光と反射光との位相差変化を干渉計または光源への帰還パラメータとして振動体の振動を検出するΔΣ（デルタ・シグマ）変調器を含むようにしたものである。

本発明の振動検出装置では、振動によって変位する振動体に対し、光源からレーザ光が入射され、この振動体で反射されることで反射光となる。そして干渉計の作用により、この反射光とレーザ光に基づく参照光とが互いに干渉し、干渉縞が形成される。ここで、振動体の変位などにより干渉計内で光路変化が生じると、上記参照光と反射光との位相差が変化し、干渉縞も変化する。そしてこのような干渉計内の光路変化による参照光と反射光との位相差の変化が、ΔΣ変調器の帰還パラメータとして干渉計または光源へ帰還され、振動体の振動が検出される。

本発明の振動検出装置では、上記参照光と反射光との光路差を変化させることでこれらの位相差を変化させるように構成可能である。また、この場合において、上記干渉計が、光源からのレーザ光を参照光側の光路と反射光側の光路とに分離して進行させるための第１の光学手段と、上記参照光を反射させる反射体と、この反射体で反射された参照光と上記振動体で反射された反射光とを互いに干渉させるための第２の光学手段とを含むと共に、上記反射体、第１の光学手段および第２の光学手段のうちの少なくとも１つを変位させることで参照光と反射光との光路差を変化させるように構成可能である。

本発明の振動検出装置によれば、干渉計内の光路変化による参照光と反射光との位相差変化を干渉計または光源への帰還パラメータとするΔΣ変調器を含むようにしたので、簡易な構成で振動体の振動をデジタル検出することができる。また、振動体自身の変位ではなく、参照光と反射光との位相差変化を帰還パラメータとしているため、装置全体としても簡易な構成となる。よって、簡易な構成でデジタルの振動検出信号を出力することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る振動検出装置（光学式のマイクロホン装置１）の全体構成を表すものである。このマイクロホン装置１は、後述するΔΣ（デルタ・シグマ）変調器を含んで構成され、音波Ｓｗに応じて振動する振動膜（後述する振動膜１１）を利用して２値化された音声信号Ｓoutを出力するものであり、レーザ光源１０Ａと、コリメータレンズ１０Ｂと、振動膜１１と、一対のビームスプリッタ１２Ａ，１２Ｂと、ピエゾ振動子１３と、一対の光電変換素子１４１，１４２と、デジタル角度変換部１５と、量子化器１６と、遅延回路１７１と、積分器１７２と、ゲイン付与回路１７３と、ピエゾ振動子ドライバ１８１とを備えている。

レーザ光源１０Ａは、コリメータレンズ１０Ｂおよびビームスプリッタ１２Ａを介して振動膜１１およびピエゾ振動子１３に対してレーザ光Ｌを照射するものであり、例えばマルチモード（ファブリペロー型）のレーザ光源（例えば、端面発光型の半導体レーザ光源）や、シングルモードのレーザ光源（例えば、面発光型の半導体レーザ光源やＤＦＢ（Distributed FeedBack）レーザなど）などが用いられる。

コリメータレンズ１０Ｂは、レーザ光源１０Ａからのレーザ光Ｌを平行光に集光するためのレンズである。

振動膜１１は、音波Ｓｗに応じて変位するものであり、例えばコンデンサマイクに使用されるものと同様に、表面が金蒸着された振動膜などにより構成される。

ピエゾ振動子１３（反射体）は、例えばピエゾ超音波振動子などにより構成され、詳細は後述するが、ピエゾ振動子ドライバ１８１の制御によって変位（図１に示した矢印の方向）するようになっている。なお、このピエゾ振動子１３はレーザ光Ｌを反射することができればよいので、小型で高域の周波数特性のよいものを使用するのが好ましい。

ビームスプリッタ１２Ａは、レーザ光源１０Ａからのレーザ光Ｌを、振動膜１１側（反射光側）の光路（透過光路）と、ピエゾ振動子１３側（参照光側）の光路（反射光路）とに分離して進行させるための光学素子である。一方、ビームスプリッタ１２Ｂは、ピエゾ振動子１３で反射された参照光（反射光路からのレーザ光）と、振動膜１１で反射された反射光（透過光路からのレーザ光）とが互いに干渉する部分となる光学素子であり、そのような干渉によって、参照光と反射光との位相差に応じて干渉縞が形成されるようになっている。

なお、これらビームスプリッタ１２Ａ，１２Ｂ、振動膜１１およびピエゾ振動子１３によって、いわゆるマッハ・ツェンダ干渉計が構成されるようになっている。

光電変換素子１４１，１４２は、ビームスプリッタ１２Ｂ上に形成された干渉縞を検出して光電変換し、それぞれ出力信号Ｓｘ，Ｓｙを出力するものである。これら光電変換素子１４１，１４２は、例えばＰＤ（Photo Diode）などにより構成される。

デジタル角度変換部１５は、光電変換素子１４１，１４２からそれぞれ出力される出力信号Ｓｘ，Ｓｙを後述する所定のカウントタイミングでカウントし、デジタル信号である出力信号Ｓθを出力するものである。

量子化器１６は、デジタル角度変換部１５から出力される出力信号Ｓθと所定の閾値との大小を比較することにより、「＋１」または「−１」という２値化された出力信号（音声信号Ｓout）を出力するものである。

遅延回路１７１は、出力信号である音声信号Ｓoutを１サンプル分遅延をかけて出力するものである。また、積分器１７２は、遅延回路１７１の出力信号に対して積分処理を施すものである。また、ゲイン付与回路１７３は、積分器１７２の出力信号に対して所定のゲインを付与して出力するものである。なお、これら遅延回路１７１、積分器１７２およびゲイン付与回路１７３によって、ピエゾ振動子ドライバ１８１に対するフィードバックループ（帰還経路）が形成されるようになっている。

ピエゾ振動子ドライバ１８１は、ピエゾ振動子１３を駆動するものであり、詳細は後述するが、音波Ｓｗによる振動膜１１の変位に応じて、ピエゾ振動子１３を変位させるようになっている。

次に、図１と比較しつつ図２および図３を参照して、ΔΣ変調器の構成について説明する。ここで、図２は、一般的なΔΣ変調器の構成例（ΔΣ変調器１００）を表したものであり、図３は、以下説明するようにΔΣ変調器２００と等価な構成からなるΔΣ変調器（ΔΣ変調器２００）を表したものである。

図２に示したΔΣ変調器１００は、入力Ｘから後述するゲイン付与回路２０７の出力信号を減算処理する減算器１０３と、この減算器１０３の出力信号に対して積分処理を施す積分器１０１と、この積分器１０１の出力信号から量子化ノイズＮｑで２値量子化を行う量子化器１０４と、この量子化器１０４の出力Ｙに対して１サンプル分遅延をかける遅延回路１０５と、この遅延回路１０５の出力信号に対して所定のゲインを付与するゲイン付与回路１０７とを有している。そして入力Ｘは、例えば以下の（１）式で示したように変換されて出力Ｙとして出力され、量子化ノイズＮｑに対してノイズシェービング効果が表されるようになっている。

一方、図３に示したΔΣ変調器２００は、入力Ｘ（信号Ｓ２００）に対して積分処理を施す積分器２０１と、この積分器２０１の出力信号から後述する積分器２０６の出力信号を減算処理する減算器２０３と、この減算器２０３の出力信号Ｓ２０３に対して量子化ノイズＮｑで２値量子化を行う量子化器２０４と、この量子化器２０４の出力Ｙ（出力信号Ｓ２０４）に対して１サンプル分遅延をかける遅延回路２０５と、この遅延回路２０５の出力信号Ｓ２０５に対して積分処理を施す積分器２０６とを有している。そして入力Ｘは、例えば以下の（２）式で示したように変換されて出力Ｙとして出力され、量子化ノイズＮｑに対してノイズシェービング効果が表されるようになっている。つまり、ΔΣ変調器１００に対応する（１）式と、ΔΣ変調器２００に対応する（２）式とが同じ結果となるため、これらΔΣ変調器１００，２００は、互いに等価な構成であるといえる。

ここで、本実施の形態のマイクロホン装置１では、振動膜１１がΔΣ変調器２００における積分器２０１に対応し、光電変換素子１４１，１４２、デジタル角度変換部１５および量子化器１６が、ΔΣ変調器２００における量子化器２０４に対応している。

具体的には、振動膜１１は、その機械的な要素として積分特性を付加するものである。より具体的には、例えば面積Ｓｅの振動膜１１に音圧Ｐがかかる場合に力Ｆが生じるものとし、振動膜１１のスティフネスをＳｍ（厳密には、振動膜１１自体のスティフネスと、図示しないカプセル気室によるスティフネスとの和）、質量をｍおよび抵抗をＲｍとすると、以下の（３）式のような運動方程式が成り立つ。ここで、振動膜の変位ｘは力Ｆに対して２次のローパスフィルタ特性の応答を示すが、その固有振動周波数ｆ_０は通常、可聴周波数限界の例えば２０ｋＨｚ付近に設定されており、また、過度な共振が起こらないように抵抗Ｒｍを十分に大きく選択し、共振鋭度が小さく設定されるようになっている。また、現実の振動膜１１の固有振動周波数ｆ_０は、ΔΣ変調器１００のサンプリング周波数に比べ十分低いため、この周波数帯域では、振動膜１１は機械的過渡応答として積分特性を持っているとみなしてよい。

また、光電変換素子１４１，１４２、デジタル角度変換部１５および量子化器１６では、前述のように、ビームスプリッタ１２Ｂ上の干渉縞の検出信号（出力信号）Ｓｘ，Ｓｙに基づくデジタル信号Ｓθを量子化し、「＋１」または「−１」という２値化された出力信号（音声信号Ｓout）として出力するため、振動膜１１の変位というアナログデータを、干渉縞を利用して２値化されたデジタルデータ（音声信号Ｓout）として出力する量子化器１０４に対応していることになる。

次に、図４および図５を参照して、本実施の形態のマイクロホン装置１の動作を、図３に示したΔΣ変調器２００の動作と比較しつつ説明する。ここで、図４は、ΔΣ変調器２００の基本動作を表したものであり、図５は、デジタル角度変換部１５において作成されるリサージュ図形の一例を表したものである。

ます、本実施の形態のマイクロホン装置１は、上記のようにΔΣ変調器２００の構成を含んでいる。ここで、このΔΣ変調器２００の基本動作としては、例えば図４に示したようになる。すなわち、入力Ｘ（信号Ｓ２００：図４（Ａ））に対して積分器２０１により積分処理が施され、減算器２０３において、積分器２０１の出力信号から後述する積分器２０６の出力信号が減算される。そしてこの減算器２０３の出力信号Ｓ２０３（図４（Ａ））に対し、量子化器２０４において量子化ノイズＮｑで２値量子化が行われ、出力Ｙ（出力信号Ｓ２０４：図４（Ｂ））として出力される。一方、量子化器２０４の出力Ｙ（出力信号Ｓ２０４）に対し、遅延回路２０５において１サンプル分遅延がかけられると共にこの遅延回路２０５の出力信号Ｓ２０５（図４（Ｃ））に対し、積分器２０６において積分処理が施され、この積分器２０６の出力信号が、上記したように減算器２０３へ入力するようになっている。

次に、各部の動作を具体的に説明すると、まず、レーザ光源１０Ａからレーザ光Ｌが出射されると、このレーザ光Ｌはコリメータレンズ１０Ｂで平行光に変換され、その後ビームスプリッタ１２Ａで、振動膜１１側の光路（透過光路）と、ピエゾ振動子１３側の光路（反射光路）とに分けられる。そして透過光路のレーザ光は、振動膜１１で反射され、反射光としてビームスプリッタ１２Ｂへ入射する一方、反射光路のレーザ光（参照光）は、ピエゾ振動子１３で反射され、ビームスプリッタ１２Ｂへ入射する。

すると、ビームスプリッタ１２Ｂでは、反射光路からの参照光と、透過光路からの反射光とが互いに干渉し、干渉縞が形成される。そしてこれら２つの光路の干渉光（干渉縞）は、光電変換素子１４１，１４２で検出される。このとき、図示しないピンホールの位置の調整等により、これら光電変換素子１４１，１４２でそれぞれ検出される干渉縞の位相が調整され、互いに位相が９０度ずれた状態で検出されるようになっている。なお、光電変換素子１４１で検出されたレーザ光は電気信号に変換され、出力信号Ｓｘとして出力される一方、光電変換素子１４２で検出されたレーザ光も電気信号に変換され、出力信号Ｓｙとして出力される。

次に、デジタル角度変換部１５では、光電変換素子１４１，１４２からの出力信号Ｓｘ，Ｓｙをそれぞれ、Ｘ信号およびＹ信号とみなして、例えば図５に示したような円状または円弧状のリサージュ図形を生成するようになっている。具体的には、２つの光路からの干渉光の振幅をそれぞれＡ，Ｂ、光路差をΔＬ、波長をλとすると、干渉光の強度ｌｘ，ｌｙは、それぞれ以下の（４）〜（６）式のように表される。そして出力信号Ｓｘ，Ｓｙはそれぞれ、干渉光の強度Ｉｘ，Ｉｙに応じた信号Ｘ，Ｙを出力し、光強度のＤＣ項であるＡ^２＋Ｂ^２に相当するＤＣ成分信号ＣＸ，ＣＹをキャンセルし、さらに以下の（７）式で表される光強度ゲインＧに相当するゲインＧ’を持ったアンプ（図示せず）を通すことにより、ｘ，ｙ信号を得る。このようにして以下の（８），（９）式の演算を行うことにより、（Ｘ，Ｙ）信号から（ｘ，ｙ）信号が得られる。
ｌｘ＝Ａ^２＋Ｂ^２＋２ＡＢｃｏｓθ …（４）
ｌｙ＝Ａ^２＋Ｂ^２＋２ＡＢｓｉｎθ …（５）
θ＝（２π×ΔＬ）／λ …（６）
Ｇ＝１／（２ＡＢ） …（７）
ｘ＝（Ｘ−ＣＸ）×Ｇ’＝ｃｏｓθ …（８）
ｙ＝（Ｙ−ＣＹ）×Ｇ’＝ｓｉｎθ …（９）

すると、上記（８），（９）式の演算により、信号点（ｘ，ｙ）の動きから、図５に示したように中心点Ｃを中心とする円周上を運動するリサージュ図形が得られる。このとき、光電変換素子１４１，１４２で検出された検知ポイント（例えば、図中の信号点Ｐ１）は、この円周上の１点であり、振動膜１１の変位に従って円周上を変位することになる。したがって、このような信号点Ｐ１が所定の基準点（例えば、ｘ軸およびｙ軸上の４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄ）を通過する回数ｎ（ｎ＝＋／−１，２，…）をカウントし、さらに以下の（１０）式で表される演算を行えば、θを（−（π／２）＜θ＜＋（π／２））の範囲において一義的に決めることができる。これは近似式を演算してもよいが、ルックアップ・テーブルを用いれば高速に求めることができる。そして前述のカウント値とあわせ、以下の（１１）式で表される角度出力を得る。
θ’＝ｔａｎ^−１（ｙ／ｘ） …（１０）
θ＝θ’＋ｎ×（π／２） …（１１）

なお、図１に示した干渉計の構成では４５度反射となっているので、レーザ光Ｌの波長をλとすると、検出可能な振動膜１１の変位量δと波長λとの関係は、以下の（１２）式のようになる。

次に、量子化器１６では、デジタル角度変換部１５から出力されるデジタルの出力信号Ｓθが量子化され、「＋１」または「−１」という２値化された出力信号として、音声信号Ｓoutが出力される。

また、この際、遅延回路１７１、積分器１７２およびゲイン付与回路１７３によって、ピエゾ振動子ドライバ１８１に対するフィードバックループ（帰還経路）が形成されている。

そしてピエゾ振動子ドライバ１８１では、ゲイン付与回路１７３からの入力に応じてピエゾ振動子１３が変位するように制御され、ピエゾ振動子１３が変位する。

このようにして本実施の形態のマイクロホン装置１では、音波Ｓｗによる振動によって変位する振動膜１１に対し、レーザ光源１０Ａから出射されビームスプリッタ１２Ａを透過したレーザ光Ｌが入射し、この振動膜１１で反射されることで反射光となる。一方、ビームスプリッタ１２Ａで反射されたレーザ光Ｌはピエゾ振動子１３へ入射し、このピエゾ振動子１３で反射され、参照光としてビームスプリッタ１２Ｂへ入射する。そしてビームスプリッタ１２Ｂでは、反射光と参照光とが互いに干渉し、干渉縞が形成される。ここで、振動膜１１やピエゾ振動子１３の変位などにより干渉計内で光路変化が生じると、上記参照光と反射光との位相差が変化し、干渉縞も変化する。そしてこのような干渉計内の光路変化による参照光と反射光との位相差の変化が、ΔΣ変調器の帰還パラメータとしてピエゾ振動子ドライバ１８１へフィードバックされ、振動膜１１の振動が音声信号Ｓoutとして検出される。

以上のように本実施の形態では、干渉計内の光路変化による参照光と反射光との位相差変化を干渉計（ピエゾ振動子ドライバ１８１）への帰還パラメータとするΔΣ変調器を含むようにしたので、簡易な構成で振動膜１１の振動を２値化された音声信号Ｓoutとしてデジタル検出することができる。また、光学系にΔΣ変調器の帰還ループを持つため、光学系内でのドリフトなどにより生じるエラーを減少させることができ、より忠実な振動検出が可能になる。

また、ΔΣ変調器を含むようにしたので、ノイズシェービング効果により、可聴帯域内の量子化ノイズの低ノイズ化を実現することが可能となる。

また、干渉計としてマッハ・ツェンダ干渉計を用いるようにしたので、波長板や偏光ビームスプリッタなどの高価な光学部品を使わずに、レーザ光源１０Ａに対してレーザ光Ｌの戻り光が生じないようにすることができ、安価にレーザ光源１０Ａでのノイズ発生を回避することが可能となる。

また、光による非接触センシングを行うことができるので、振動膜１１の大きさや軽さを自由に選択することができ、ダイナミックレンジおよび周波数特性を、従来のダイナミック方式やコンデンサ方式等のアナログ方式に対して、無限に近く拡大することができる。

また、干渉縞のカウントにより、直接デジタル信号を取り出すことができるため、角度検出精度を上げることで、容易にＳ／Ｎ比を低減し、出力する音声信号Ｓoutの低ノイズ化を実現することができる。また、マイクロホン装置１から直接デジタル信号が得られるので、デジタル伝送を容易に実現でき、マイクロホン装置１から長いラインの引き回すような場合であっても、ノイズ等の影響をなくすことができる。

なお、本実施の形態では、振動膜１１の変位に応じて、干渉計内の２つの光路のうちの一方の光路（この場合、ピエゾ振動子１３側の光路）の光路長を変化させて２つの光路の光路差を変化させるようにした場合について説明したが、例えば両方の光路（この場合、ピエゾ振動子１３側の光路および振動膜１１側の光路）の光路長をそれぞれ、互いの光路差が拡大する方向に変化させるようにしてもよい。

また、例えば図６中に符号Ｇ１で示したように、参照光と反射光との位相差の変化（変化量Ｗ１）が小さく（振動膜１１の振動が小さい）、出力信号値ｘの変化（図上の点Ｐ２の変化）が略線形の応答を示しているような場合には、例えば図７に示したマイクロホン装置１Ａのように、光電変換素子を１つだけ設ける（この場合、出力信号Ｓｘを出力する光電変換素子１４１のみを設ける）ようにしてもよい。ここで、出力信号Ｓｘの動作点が線形領域に常に存在するためには、ごく低いカットオフ周波数を持つローパスフィルタにより動作点の中心値を求め、この値がゼロに近づくようにピエゾ振動子ドライバ１８１に対して帰還を行なう。この帰還信号はΔΣ帰還信号に加算してピエゾ振動子ドライバ１８１に加えればよい。このように構成した場合、光電変換素子を１つ省くことができると共に、図７に示したようにデジタル角度変換部１５も省くことができるので、装置全体をより小型化し、低コスト化を図ることも可能となる。

また、本実施の形態では、干渉計内に２つのビームスプリッタ１２Ａ，１２Ｂを設けていたが、例えば図８に示したマイクロホン装置１Ｂのように、ビームスプリッタ１２Ａ，１２Ｂの代わりに２つのハーフミラー１２Ｃ，１２Ｄを設けると共に、振動膜１１の変位に応じて、ピエゾ振動子１３に加えて（あるいはこれの代わりに）ハーフミラー１２Ｃ，１２Ｄへもフィードバックをかけ、ハーフミラードライバ１８２によってこれらハーフミラー１２Ｃ，１２Ｄも変位させるようにしてもよい。なお、ハーフミラー１２Ｃ，１２Ｄではなく、図１に示したようなビームスプリッタ１２Ａ，１２Ｂを変位させるようにしてもよいが、ハーフミラーのほうが軽量であり動かしやすいことから、ハーフミラーを変位させるようにするのが好ましい。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態で説明した、リサージュ図形の−（π／２）＜θ＜＋（π／２）の範囲において一義的に決まる角度に対して角度分割のカウント数を増やすようにしてもよい。このように構成した場合、角度分解能を上げることで、検出感度を向上させることが可能となる。

また、上記実施の形態では、光電変換素子１４１，１４２からのアナログの出力信号Ｓｘ，Ｓｙを、デジタル角度変換部１５によってＡ／Ｄ変換してから量子化器１６へ入力させる場合について説明したが、例えばこのデジタル角度変換部１５を省くようにし、アナログの出力信号Ｓｘ，Ｓｙを量子化器１６で直接２値化するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、干渉計をいわゆるマッハ・ツェンダ干渉計により構成した場合について説明したが、例えば図９に示したマイクロホン装置１Ｃのように、振動膜１１、１つのミラー１２Ｅ、２つのビームスプリッタ１２Ａ，１２Ｂ、５つのλ／４板１２Ｆ１〜１２Ｆ５および２つの偏光板１２Ｇ１，１２Ｇ２によって干渉計をいわゆるマイケルソン干渉計により構成し、ミラー１２Ｅ（ミラードライバ（ピエゾ振動子ドライバ）１８４）に対してΔΣ変調器のフィードバックをかけるようにしてもよい。

また、例えば、干渉計内の一方の光路に他方の光路とは異なる屈折率の材料の部材を配置することにより、参照光と反射光との位相差を変化させるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、レーザ光Ｌを発する光源として半導体レーザを挙げて説明したが、これ以外にも例えば、ガスレーザや固定レーザなどを用いるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、本発明の振動検出装置の一例として、振動体が音波に応じて振動する振動膜（振動膜１１）であり、この振動膜１１の振動を音声信号Ｓoutとして検出する光学式マイクロホン装置について説明したが、本発明の振動検出装置はこれには限られず、他の振動を検出するように構成してもよい。

さらに、本発明の振動検出装置（マイクロホン装置）は、例えば図１０に示したように、図１に示したマイクロホン装置１（あるいは、図７に示したマイクロホン装置１Ａ、図８に示したマイクロホン装置１Ｂ、または図９に示したマイクロホン装置１Ｃなど）に加え、このマイクロホン装置１から出力される音声信号Ｓoutをエンコードする伝送フォーマットエンコーダ２と、この伝送フォーマットエンコーダ２とデジタル伝送経路（例えば、光ファイバなど）で接続された編集機器３、１ビットストリーム方式レコーダ４およびＰＣＭ（Pulse Code Modulation）方式レコーダ６と、１ビット方式記録メディア５１と、ＰＣＭ方式記録メディア７１と、再生機器アンプスピーカ５２，７２とから構成される音声信号記録再生システムに適用することが可能である。このような構成の音声信号記録再生システムでは、２値化された音声信号Ｓoutを伝送することができるため、アナログの音声信号を伝送する場合と比べ、容易に長距離伝送をすることが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る振動検出装置の全体構成を表すブロック図である。 一般的なΔΣ変調器の構成例を表すブロック図である。 一般的なΔΣ変調器の他の構成例を表すブロック図である。 図３に示したΔΣ変調器の動作を説明するためのタイミング波形図である。 図１に示したデジタル角度変換部において作成されるリサージュ図形の一例を表す図である。 図１に示した干渉計において位相差が少ない場合の位相差と光電変換素子の出力信号との関係を表す特性図である。 本発明の変形例に係る振動検出装置の全体構成を表すブロック図である。 本発明の他の変形例に係る振動検出装置の全体構成を表すブロック図である。 本発明の他の変形例に係る振動検出装置の全体構成を表すブロック図である。 図１に示した振動検出装置を備えた音声記録再生システムの構成例を表すブロック図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｃ…マイクロホン装置、１０Ａ…レーザ光源、１０Ｂ…コリメータレンズ、１１…振動膜、１２Ａ，１２Ｂ…ビームスプリッタ、１２Ｃ，１２Ｄ…ハーフミラー、１２Ｅ…ミラー、１２Ｆ１〜１２Ｆ５…λ／４板、１２Ｇ１，１２Ｇ２…偏光板、１３…ピエゾ振動子、１４１，１４２…光電変換素子、１５…デジタル角度変換部、１６…量子化器、１７１…遅延回路、１７２…積分器、１７３…ゲイン付与回路、１８１…ピエゾ振動子ドライバ、１８２…ハーフミラードライバ、１８４…ミラードライバ、２…伝送フォーマットエンコーダ、３…編集機器、４…１ビットストリーム方式レコーダ、５１…１ビット方式記録メディア、５２，７２…再生機器アンプスピーカ、６…ＰＣＭ方式レコーダ、７１…ＰＣＭ方式記録メディア、Ｓｗ…音波、Ｓｘ，Ｓｙ…光電変換素子からの出力信号、Ｓθ…デジタル角度変換部からの出力信号、Ｓout…音声信号、Ｌ…レーザ光、Ｃ…中心点、Ｐ１，Ｐ２…信号点、Ｐａ〜Ｐｄ…基準点。

Claims (9)

1. 振動体と、レーザ光を発する光源と、前記レーザ光に基づく参照光と前記レーザ光に基づいて前記振動体で反射された反射光とを互いに干渉させて干渉縞を形成する干渉計とを含んで構成され、この干渉計内の光路変化による前記参照光と前記反射光との位相差変化を前記干渉計または前記光源への帰還パラメータとして前記振動体の振動を検出するΔΣ（デルタ・シグマ）変調器を含んで構成されている
   ことを特徴とする振動検出装置。
2. 前記参照光と前記反射光との光路差を変化させることでこれらの位相差を変化させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
3. 前記干渉計が、
   前記光源からのレーザ光を、前記参照光側の光路と前記反射光側の光路とに分離して進行させるための第１の光学手段と、
   前記参照光を反射させる反射体と、
   前記反射体で反射された参照光と、前記振動体で反射された反射光とを互いに干渉させるための第２の光学手段とを含んで構成され、
   前記反射体、前記第１の光学手段および前記第２の光学手段のうちの少なくとも１つを変位させることで前記参照光と前記反射光との光路差を変化させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の振動検出装置。
4. 前記第１および第２の光学手段が、ハーフミラーにより構成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の振動検出装置。
5. 前記干渉計が、マッハ・ツェンダ干渉計により構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
6. 前記干渉計が、マイケルソン干渉計により構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
7. 前記ΔΣ変調器は、
   前記干渉縞を互いに位相が９０度ずれた状態で検出する２つの光電変換素子と、
   前記２つの光電変換素子からの出力信号を信号点とみなして、平面上に円状または円弧状のリサージュ図形を生成する図形生成手段と、
   生成されたリサージュ図形上において、信号点が所定の基準点を通過する回数をカウントするカウンタと、
   カウントされた回数を所定の基準値と比較する比較器とを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
8. 前記ΔΣ変調器は、
   前記干渉縞を検出する光電変換素子と、
   前記光電変換素子からの信号値を所定の基準値と比較する比較器とを含み、
   前記光電変換素子からの信号値の変化が、略線形の応答を示すように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
9. 前記振動体が音波に応じて振動する振動膜であり、この振動膜の振動を音声信号として検出する光学式マイクロホン装置として構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。

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