JP2008261684A - Vibration detecting apparatus - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a vibration detection apparatus that optically detects displacement of a vibrating body.
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。 In recent years, a recording system using SACD (Super Audio Compact Disc), sampling of 24 bits-96 kHz, and the like have been used, and higher sound quality is becoming mainstream. Under such circumstances, the conventional analog microphone device has a limit in recording high-frequency audio particularly at 20 kHz or higher, so let's record content by taking advantage of the high-frequency reproduction characteristic of the above recording method. And if it was a bottleneck.
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。 Also, the dynamic range does not reach the 144 dB that is possible by the 24-bit recording that is the feature of the recording method, and the wide dynamic range cannot be fully utilized.
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ィジタル化の障害となっていた。 Furthermore, at recording sites, with conventional analog microphone devices, noise increases due to long-distance routing with analog cables, or phantom power must be supplied from the mixing console to the condenser microphone. It was an obstacle to all-digitalization in the recording / production system.
そこで、近年、ディ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1,2)。
In recent years, several digital microphone devices have been proposed (for example,
上記特許文献1では、レーザ光源とマッハ・ツェンダ干渉計とを用いて振動板の振動を検出することにより、ディジタルの音声信号を出力するようになっている。
In
一方、上記特許文献2では、レーザ光源および振動板を含む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のディ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。
On the other hand, in
しかしながら、これら特許文献1,2では、レーザ光の波長が0.6μm程度であるため、検出感度をあまり高めることができないという問題があった。よって、振動板の振動が大きい場合には有効であるが、数pm程度の振動検出が要求される高感度マイクに適用するような場合では、振動板の振動を検出するのが困難であり、改善の余地があった。
However, these
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、光学的にディジタル振動検出を行う際に検出感度を向上させることが可能な振動検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a vibration detection device capable of improving detection sensitivity when optically detecting digital vibration.
本発明の振動検出装置は、レーザ光を発する光源と、干渉計と、検出手段とを備えたものである。ここで、上記干渉計は、レーザ光を回折可能な回折素子を有する振動体を含んで構成され、光源から発せられたレーザ光を第1および第2の光路に分離して進行させると共に、第1の光路を進行して回折素子により回折された第1の回折光と第2の光路を進行して回折素子により回折された第2の回折光とを互いに干渉させて干渉縞を形成するものである。また、上記検出手段は、形成された干渉縞に基づき、振動体の振動を量子化して検出するものである。また、上記回折素子の回折ピッチは、振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチと同一または整数倍の長さとなるように設定されている。なお、「同一」および「整数倍」とは、文字通り同一や整数倍の場合には限られず、製造ばらつき等に起因した略同一や略整数倍の場合をも意味するものである。 The vibration detection apparatus of the present invention includes a light source that emits laser light, an interferometer, and detection means. Here, the interferometer is configured to include a vibrating body having a diffraction element capable of diffracting the laser light, and the laser light emitted from the light source is separated into the first and second optical paths and travels. An interference fringe formed by causing the first diffracted light diffracted by the diffraction element to travel along the first optical path and the second diffracted light traveled along the second optical path and diffracted by the diffraction element to interfere with each other It is. The detecting means quantizes and detects the vibration of the vibrating body based on the formed interference fringes. The diffraction pitch of the diffraction element is set to be the same as or an integral multiple of the interference fringe pitch when the vibrating body is stationary. Note that “same” and “integer multiple” are not limited to literally the same or integer multiples, but also mean substantially identical or substantially integer multiples due to manufacturing variations.
本発明の振動検出装置では、光源から発せられたレーザ光が、干渉計内で2つの光路(第1および第2の光路)に分離されて進行する。この際、第1の光路を進行して振動体が有する回折素子により回折された第1の回折光と、第2の光路を進行して上記回折素子により回折された第2の回折光とが互いに干渉し、干渉縞が形成される。そしてこの干渉縞に基づき、振動体の振動が量子化されて検出される。また、上記回折素子の回折ピッチが、振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチと同一または整数倍の長さとなるように設定されているため、振動体の変位が増幅されて検出される。 In the vibration detection apparatus of the present invention, the laser light emitted from the light source travels while being separated into two optical paths (first and second optical paths) within the interferometer. At this time, the first diffracted light that travels along the first optical path and is diffracted by the diffraction element of the vibrating body, and the second diffracted light that travels along the second optical path and is diffracted by the diffraction element are They interfere with each other and form interference fringes. Based on the interference fringes, the vibration of the vibrating body is quantized and detected. In addition, since the diffraction pitch of the diffraction element is set to be the same or an integral multiple of the pitch of the interference fringes when the vibrating body is stationary, the displacement of the vibrating body is amplified and detected. .
本発明の振動検出装置では、上記回折素子の回折ピッチが、振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチと同一の長さであると共に振動体が静止状態のときの干渉縞の延在方向と平行となるように設定してもよい。このように構成した場合、第1の回折光の0次回折光および第2の回折光の1次回折光がそれぞれ第2の光路側に進行すると共に、第1の回折光の1次回折光および第2の回折光の0次回折光がそれぞれ第1の光路側に進行する。また、第1および第2の回折光において0次回折光および1次回折光のみが発生するため、これらの回折光の強度が高まり、検出精度が向上する。なお、「平行」とは、文字通り平行の場合には限られず、製造ばらつき等に起因した略平行の場合をも意味するものである。 In the vibration detection device of the present invention, the diffraction pitch of the diffraction element is the same length as the pitch of the interference fringes when the vibration body is stationary, and the extending direction of the interference fringes when the vibration body is stationary You may set so that it may become parallel. In this case, the first-order diffracted light of the first diffracted light and the first-order diffracted light of the second diffracted light travel to the second optical path side, respectively, and the first-order diffracted light of the first diffracted light and the second diffracted light The 0th-order diffracted light of the diffracted light travels toward the first optical path. In addition, since only the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light are generated in the first and second diffracted lights, the intensity of these diffracted lights is increased and the detection accuracy is improved. “Parallel” is not limited to literally parallel, but also means substantially parallel due to manufacturing variation or the like.
本発明の振動検出装置では、上記回折素子の回折ピッチが、振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチの2倍の長さであると共に振動体が静止状態のときの干渉縞の延在方向と平行となるように設定してもよい。このように構成した場合、第1の回折光の1次回折光および第2の回折光の1次回折光がそれぞれ、振動体の垂線方向に進行する。したがって、第1および第2の回折光がそれぞれ第1または第2の光路側に進行しないように構成可能となり、レーザ光源に対する戻り光の発生が回避されると共に、第1および第2の光路上の光線が検出手段によって妨げられるおそれもなくなる。なお、「2倍」とは、文字通り2倍の場合には限られず、製造ばらつき等に起因した略2倍の場合をも意味するものである。「垂線方向」とは、文字通りの垂線方向には限られず、略垂線方向のことをも意味するものである。 In the vibration detection apparatus of the present invention, the diffraction pitch of the diffraction element is twice as long as the pitch of the interference fringes when the vibration body is stationary, and the interference fringes extend when the vibration body is stationary. You may set so that it may become parallel to a direction. When configured in this way, the first-order diffracted light of the first diffracted light and the first-order diffracted light of the second diffracted light travel in the normal direction of the vibrator. Accordingly, the first and second diffracted lights can be configured not to travel to the first or second optical path side, respectively, and generation of return light to the laser light source can be avoided, and the first and second optical paths can be prevented. There is no possibility that the light beam will be hindered by the detection means. Note that the term “double” is not limited to literally double, but also means a case of approximately double due to manufacturing variation or the like. The “perpendicular direction” is not limited to the literal normal direction, but also means a substantially normal direction.
本発明の振動検出装置では、上記第1および第2の光路を進行する光の回折素子に対する入射角が互いに異なることとなるように振動体を配置してもよい。このように構成した場合、それぞれの入射角の大きさに応じて第1および第2の回折光の進行方向が調整可能となるため、レーザ光源に対する戻り光の発生が回避可能となると共に、検出手段の配置の自由度が向上する。 In the vibration detection apparatus of the present invention, the vibrating body may be arranged so that the incident angles of the light traveling in the first and second optical paths with respect to the diffraction element are different from each other. When configured in this manner, the traveling directions of the first and second diffracted lights can be adjusted according to the respective incident angles, so that it is possible to avoid the generation of return light to the laser light source and to detect it. The degree of freedom of arrangement of means is improved.
本発明の振動検出装置によれば、光源からのレーザ光を干渉計内で2つの光路(第1および第2の光路)に分離し、第1の光路を進行して振動体が有する回折素子により回折された第1の回折光と第2の光路を進行して上記回折素子により回折された第2の回折光とを互いに干渉させて干渉縞を形成すると共に、この干渉縞に基づいて振動体の振動を量子化して検出するようにしたので、振動体の振動を光学的にディジタル検出することができる。また、回折素子の回折ピッチが、振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチと同一または整数倍の長さとなるようにしたので、振動体の変位を増幅して検出することができる。よって、光学的にディジタル振動検出を行う際に検出感度を向上させることが可能となる。 According to the vibration detection apparatus of the present invention, the laser beam from the light source is separated into two optical paths (first and second optical paths) in the interferometer, and travels along the first optical path to have a diffraction element included in the vibrator. The first diffracted light diffracted by the light and the second diffracted light diffracted by the diffractive element through the second optical path are caused to interfere with each other to form interference fringes, and vibration is generated based on the interference fringes Since the vibration of the body is quantized and detected, the vibration of the vibrating body can be optically digitally detected. In addition, since the diffraction pitch of the diffraction element is set to be equal to or an integral multiple of the pitch of the interference fringes when the vibration body is stationary, the displacement of the vibration body can be amplified and detected. Therefore, it is possible to improve detection sensitivity when optically detecting digital vibration.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の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)の構成を表すものである。このマイクロホン装置1は、音波Swに応じて振動する振動膜(後述する振動膜14)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10と、表面に回折格子151が形成された振動膜14を含む2光束干渉計と、ディジタル信号である出力信号(音声信号Sout)を出力する検出部とを備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a configuration of a vibration detection device (optical microphone device 1) according to a first embodiment of the present invention. This
レーザ光源10はレーザ光Loutを射出するものであり、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)などにより構成される。
The
<干渉計の構成>
干渉計(2光束干渉計)は、ビームスプリッタ11と、2つのレンズ121,122と、2つの反射ミラー131,132と、上記した表面に回折格子151が形成された振動膜14とから構成されている。
<Configuration of interferometer>
The interferometer (two-beam interferometer) includes the
ビームスプリッタ11は、レーザ光源10から発せられたレーザ光Loutを、2つの光路、すなわち反射ミラー131側の光路OP1(第1の光路)と、反射ミラー132側の光路OP2(第2の光路)とに分離して進行させるためのものである。
The
レンズ121,122は、光路OP1,OP2を進行する光を集光するコリメータレンズである。これらレンズ121,122の焦点はそれぞれ、反射ミラー131,132上に設定されている。
The
反射ミラー131は、光路OP1を進行する光を反射し、振動膜14(回折格子151)の方向へと導くためのミラーである。同様に反射ミラー132は、光路OP2を進行する光を反射し、振動膜14(回折格子151)の方向へと導くためのミラーである。なお、これら反射ミラー131,132により反射された光はそれぞれ、図1中の点線で示したように、その後拡散しながら振動膜14(回折格子151)へ向かうようになっている。
The
振動膜14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。この振動膜14は、静止状態において、光路OP1,OP2を進行する光束のうちの中心光線(図1中の実線で示したもの)同士の交差点を含む仮想平面上に配置されている。振動膜14の表面のうちの光路OP1,OP2からの光が入射する側には、所定の回折パターンを有する回折格子(グレーティング)151が形成されている。
The
回折格子151は、その回折ピッチが、振動膜14が静止状態のとき(上記仮想平面上にあるとき)の後述する干渉縞のピッチと略同一の長さである(1次グレーティング(GRT)である)と共に、そのときの干渉縞の延在方向と略平行となるように設定されているものである。この回折格子151に対する光路OP1,OP2を進行する光の入射角は、図中に示したように互いに略同一(入射角θ)となるように振動膜14が配置されている。また、振動膜14が図中の矢印のように変位した場合であっても、回折格子151へは、常に光路OP1,OP2からの光束のうちの光線が入射されるようになっている。
The diffraction pitch of the diffraction grating 151 is substantially the same as the pitch of interference fringes described later when the vibrating
このような構成により本実施の形態の干渉計では、レーザ光源10から発せられたレーザ光Loutが2つの光路(第1および第2の光路)に分離されて進行する。具体的には、ビームスプリッタ11から反射ミラー131を経て回折格子151へと至る光路OP1(第1の光路)と、ビームスプリッタ11から反射ミラー132を経て回折格子151へと至る光路OP2(第2の光路)とに分離されて進行する。この際、光路OP1,OP2を進行してきた光はそれぞれ回折格子151により回折され、光路OP2側に回折光Ld1(第1の回折光),Ld2(第2の回折光)が生じる。そしてこれら回折光Ld1,Ld2が互いに干渉し、干渉縞が形成されるようになっている。なお、回折光Ld1,Ld2の詳細については、後述する。
With such an arrangement, in the interferometer of the present embodiment, the laser light Lout emitted from the
<検出部の構成>
検出部は、2つの光電変換素子161,162と、ディジタルカウント部17とから構成されている。
<Configuration of detection unit>
The detection unit includes two
光電変換素子161,162は、回折光Ld1,Ld2同士の干渉により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り、本実施の形態では光路OP2側に配置されている。これら光電変換素子161,162は、例えばPD(Photo Diode)などにより構成される。
The
ディジタルカウント部18は、光電変換素子161,162からそれぞれ出力される出力信号Sx,Syを、例えば図2に示したようなリサージュ図形を用いて後述する所定のカウントタイミングでカウントすることで量子化し、ディジタル信号である出力信号(音声信号Sout)を出力するものである。なお、このようなリサージュ図形を用いたディジタルカウント方法については、後ほど詳述する。
The
ここで、振動膜14が本発明における「振動体」の一具体例に対応し、回折格子151が本発明における「回折素子」の一具体例に対応する。また、反射ミラー131が本発明における「第1の反射体」の一具体例に対応し、反射ミラー132が本発明における「第2の反射体」の一具体例に対応する。また、光電変換素子161,162が本発明における「2つの光電変換素子」の一具体例に対応し、これら光電変換素子161,162およびディジタルカウント部17が本発明における「検出手段」の一具体例に対応し、ディジタルカウント部17が本発明における「図形生成手段」および「カウンタ」の一具体例に対応する。
Here, the vibrating
次に、図1および図2に加えて図3および図4を参照して、本実施の形態のマイクロホン装置1の動作について詳細に説明する。
Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4 in addition to FIG. 1 and FIG. 2, the operation of the
このマイクロホン装置1では、図1に示したように、レーザ光源10からレーザ光Loutが射出され、ビームスプリッタ11へ入射する。すると、入射したレーザ光Loutは、ビームスプリッタ11により、反射ミラー131側の光路OP1(第1の光路)と、反射ミラー132側の光路OP2(第2の光路)とに約50%ずつ分離され進行する。
In the
次に、光路OP1,OP2を進行する光がレンズ121,122により集光され、反射ミラー131,132上で焦点を結ぶと共に、これら反射ミラー131,132により反射され、拡散しながら回折格子151へ向かって進行する。
Next, the light traveling in the optical paths OP1 and OP2 is collected by the
次に、光路OP1,OP2において反射ミラー131,132により反射された光はそれぞれ、入射角θで振動膜14上の回折格子151へ入射する。すると、この回折格子151が上記したように1次グレーティングであることから、例えば図3に示したように、光路OP1からの入射光線L11(入射角θ)により、0次回折光として、入射角と同一の回折角φによる回折光線L12(回折光Ld1に相当)が生じる一方、光路OP2からの入射光線L21(入射角θ)により、1次回折光として、そのまま入射方向へと戻る(回折角がθである)回折光線L22(回折光Ld2に相当)が生じる。そしてこれら回折光Ld1,Ld2同士の干渉により、干渉縞が形成される。このとき、回折光線L12,L22の進行方向が略同一であることから、図中に示したようにピッチの粗い(ヌルフレンジに近い)干渉縞F1となる。なお、このような静止状態における干渉縞のピッチPは、光路OP1,OP2からの光の波長をλ、静止状態におけるこれらの光の回折格子151への入射角をθとすると、以下の(1)式により表される。
P=λ/(2×sinθ) …(1)
Next, the light reflected by the reflection mirrors 131 and 132 in the optical paths OP1 and OP2 is incident on the
P = λ / (2 × sin θ) (1)
また、音波Swに応じて振動膜14が変位し、これにより回折格子151も例えば図4に示したように上方へΔxだけ変位すると、図中に示したように、光路OP1からの入射光線の入射角が入射光線L13のように入射角θ’と変化すると共に、これによりその0次回折光線の回折角も、回折光線L14のように回折角φ’へと変化する。また、光路OP2からの入射光線L23に対する1次回折光線の回折角も、回折光線L24のように変化する。すなわち、回折光線L14,L24の間に角度が生じるため、図中に示したように干渉縞のピッチも変化し、ピッチの細かい干渉縞F2となる。
Further, when the
次に、形成された干渉縞(の明暗のパターン)は、図示しないピンホール等を介して、光電変換素子161,162により互いに位相が90度ずれた状態で検出される。そして光電変換素子161で検出された干渉縞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162で検出された干渉縞も電気信号に変換され、出力信号Syとして出力される。
Next, the formed interference fringes (light and dark patterns) are detected by the
次に、ディジタルカウント部17では、光電変換素子161,162からの出力信号Sx,Syがそれぞれ、X信号およびY信号とみなされ、例えば図2に示したような円状または円弧状のリサージュ図形が生成される。具体的には、まず、(X,Y)信号による干渉縞の強度の中央値を中心点C(CX,CY)として、以下の(2),(3)式の演算を行うことにより、(X,Y)信号が(x,y)信号に変換される。
x=X−CX …(2)
y=Y−CY …(3)
Next, in the
x = X-CX (2)
y = Y-CY (3)
すると、上記(2),(3)式の演算により、信号点(x,y)の動きから、図2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161,162で検出された検知ポイント(例えば、図中の信号点P0)はこの円周上の1点であり、振動膜14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P0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)を通過する回数をカウントすれば、干渉縞の強度が一義的に決まるため、振動膜14の変位をディジタルで検知したこととなり、そのカウントされた回数が角度αの情報であるディジタル信号の音声信号Soutとして出力される。なお、このように4つの基準点Pa〜Pdを基準点としてカウントした場合、干渉縞が90度(1/4波長)変動する度にカウントすることを意味することになる。
Then, a Lissajous figure that moves on the circumference around the center point C as shown in FIG. 2 is obtained from the movement of the signal point (x, y) by the calculation of the above equations (2) and (3). It is done. At this time, the detection point (for example, signal point P0 in the figure) detected by the
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、レーザ光源10から発せられたレーザ光Loutが、2光束干渉計内で2つの光路OP1,OP2に分離されて進行する。この際、光路OP1を進行して振動膜14上の回折素子151により回折された回折光Ld1と、光路OP2を進行して回折素子151により回折された回折光Ld2とが互いに干渉し、干渉縞が形成される。そしてこの干渉縞に基づき、振動膜14の振動が量子化されて検出される。また、回折素子151の回折ピッチが、振動膜14が静止状態のとき(仮想平面上にあるとき)の干渉縞F1のピッチと略同一の長さとなるように設定されているため、回折光Ld1,Ld2の回折方向がほぼ一致するようになり、これにより振動膜14の変位が増幅されて検出される。
In this manner, in the
次に、図5を参照して、回折光の進行方向および振動膜14の変位の増幅作用についてより詳細に(定量的に)説明する。
Next, with reference to FIG. 5, the traveling direction of the diffracted light and the amplification effect of the displacement of the
図5に示したように、光路OP2上の点S2から入射光線Lbが入射角θで回折格子151へと入射すると共に、ピッチPgを有するこの回折格子151によって回折角φで回折され、回折光線Lcとなる場合、以下の(4)式で表される回折条件が成立する。
Pg×(sinθ+sinφ)=m×λ (m:回折次数) …(4)
As shown in FIG. 5, the incident light beam Lb enters the
Pg × (sin θ + sin φ) = m × λ (m: diffraction order) (4)
また、本実施の形態では、回折格子151の回折ピッチPgが干渉縞のピッチPと略同一の長さとなるように設定されているため、(1)式により以下の(5)式が成り立つ。したがって、この(5)式による回折ピッチPgを(4)式に入れると、以下の(6)式が成り立つため、m=1(1次回折)のときには上記したように回折角φ=入射角θである回折光線が生じることが分かる。
Pg=P=λ/(2×sinθ) …(5)
sinφ=(2m−1)×sinθ …(6)
In the present embodiment, since the diffraction pitch Pg of the
Pg = P = λ / (2 × sin θ) (5)
sin φ = (2m−1) × sin θ (6)
また、図5において、光路OP1,OP2上の点S1,S2から入射光線La,Lb(入射角θ)による回折光線Lc,Ld同士の干渉により形成される干渉縞のピッチをΛとすると、この干渉縞のピッチΛは、以下の(7)式のように表される。さらに、図5において、点S1,S2の中点をP1、入射光線La,Lbの回折格子151での交点をP2、点S1,P2間の距離をl、点P1,P2間の距離をx、点P1,S1間の距離をyとすると、幾何学的に以下の(8)式が成り立つ。
In FIG. 5, when the pitch of interference fringes formed by interference between diffracted rays Lc and Ld by incident rays La and Lb (incident angle θ) from points S1 and S2 on the optical paths OP1 and OP2 is represented by Λ. The interference fringe pitch Λ is expressed by the following equation (7). Further, in FIG. 5, the midpoint of points S1 and S2 is P1, the intersection of incident rays La and Lb at
ここで、振動膜14の位置xの変位に対し、干渉縞のピッチΛがどのくらい変化するかは、以下の(9)式により表される。
Here, how much the pitch Λ of the interference fringes changes with respect to the displacement of the position x of the
上記(7)式により、以下の(10)式および(11)式が導かれる。また、上記(5)式より、以下の(12)式が導かれる(なお、ここではθが増加する場合に回折角φが減少するため、式(12)中の復号はマイナスのみを考える(プラスは透過型の回折の場合に生じる))。さらに、上記(8)式により、以下の(13)式が導かれる。 The following formulas (10) and (11) are derived from the above formula (7). Also, from the above equation (5), the following equation (12) is derived (note that the diffraction angle φ decreases when θ increases here, so that the decoding in equation (12) is considered only minus ( A plus occurs in the case of transmission diffraction))). Further, the following equation (13) is derived from the above equation (8).
このようにして導かれた上記(10)式〜(13)式を上記(9)式中に代入して計算すると、以下の(14)式が導かれる。 When the formulas (10) to (13) thus derived are substituted into the formula (9) and calculated, the following formula (14) is derived.
ここで、上記(14)式により、入射角θ≒回折角φの場合、すなわち本実施の形態のように、回折格子151の回折ピッチPgが干渉縞のピッチPと略同一の長さとなるように設定されている場合、右辺第2の積項が無限大に発散すると共に、右辺第3の積項は2に収束することが分かる。したがって、(14)式により振動膜14の位置xの変位に対する干渉縞のピッチΛの変化の割合も無限大となるため、この条件下で、振動膜14の微小変位に対する干渉縞のピッチΛの感度が無限大に向上することが分かる。また、逆に入射角θと回折角φとの差が大きくなると、(14)式により、振動膜14の微小変位に対する干渉縞のピッチΛの感度は低下することも分かる。
Here, according to the above equation (14), when the incident angle θ≈the diffraction angle φ, that is, as in the present embodiment, the diffraction pitch Pg of the
さらに、右辺第1の積項における(l2−x2)1/2の値、つまり図5中の距離yの値が小さくなった場合も、(14)式により振動膜14の位置xの変位に対する干渉縞のピッチΛの変化の割合が増加するため、振動膜14の微小変位に対する干渉縞のピッチΛの感度が向上することが分かる。すなわち、干渉計全体の大きさを小さくすることができれば、振動膜14の微小変位に対する干渉縞のピッチΛの感度が向上することが分かる。これは、振動膜14の変位xの微小な変位に対し、入射角θの変化が大きくなるためである。
Further, when the value of (l 2 −x 2 ) 1/2 in the first product term on the right side, that is, the value of the distance y in FIG. Since the rate of change of the interference fringe pitch Λ with respect to the displacement increases, it can be seen that the sensitivity of the interference fringe pitch Λ to the minute displacement of the
以上のように本実施の形態では、レーザ光源10からのレーザ光Loutを2光束干渉計内で2つの光路OP1,OP2に分離し、光路OP1を進行して振動膜14上の回折素子151により回折された回折光Ld1と光路OP2を進行して回折素子151により回折された回折光Ld2とを互いに干渉させて干渉縞を形成すると共に、この干渉縞に基づいて振動膜14の振動を量子化して検出するようにしたので、振動膜14の振動を光学的にディジタル検出することができる。また、回折素子151の回折ピッチが、振動膜14が静止状態のとき(仮想平面上にあるとき)の干渉縞F1のピッチと略同一の長さとなるようにしたので、回折光Ld1,Ld2の回折方向をほぼ一致させ、これにより振動膜14の変位を増幅して検出することができる。よって、光学的にディジタル振動検出を行う際に検出感度を向上させることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the laser light Lout from the
また、干渉縞の検出を2つの光電変換素子161,162を用いて行うと共に、これら光電変換素子161,162で検出する干渉縞の位相差がそれぞれ互いにほぼ90度になるように設定したので、円形状のリサージュ図形を以下のように形成させることができ、検出を容易に行うことができる。
In addition, the detection of interference fringes is performed using the two
また、2つの光電変換素子161,162からの出力信号Sx,SyをそれぞれX信号およびY信号とし、これらX,Y信号に基づく円状または円弧状のリサージュ図形を生成するようにしたので、干渉縞の検知ポイントがそれぞれ振動膜14の変位に従って円周上を変位するようになり、所定の基準点を通過する回数をカウントすることにより、振動膜14の変位をディジタルで検知することが可能となる。
In addition, since the output signals Sx and Sy from the two
さらに、回折格子151の回折ピッチが、振動膜14が静止状態のときの干渉縞F1のピッチと略同一の長さであると共に振動膜14が静止状態のときの干渉縞の延在方向と略平行となるようにしたので、回折光Ld1,Ld2において0次回折光および1次回折光のみを発生させるようにし、以下説明する第2の実施の形態と比べて回折光Ld1,Ld2の強度を高めることができる。よって、干渉縞の明暗の区別を明瞭化させて干渉縞の検出精度を向上させることができ、振動膜14の検出精度も向上させることが可能となる。
Further, the diffraction pitch of the
なお、上記実施の形態等では、光電変換素子161,162を光路OP2側に配置した場合について説明したが、本実施の形態の2光束干渉計では、回折光Ld1の0次回折光および回折光Ld2の1次回折光がそれぞれ光路OP2側に進行すると共に、回折光Ld1の1次回折光および回折光Ld2の0次回折光がそれぞれ光路OP1側に進行しているため、より一般的には、光電変換素子161,162を光路OP1,OP2のうちの少なくとも一方側に配置するようにすればよい。
In the above-described embodiment and the like, the case where the
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as the component in 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
図6は、本実施の形態に係る振動検出装置(マイクロホン装置1A)の構成を表したものである。このマイクロホン装置1Aは、図1に示した第1の実施の形態のマイクロホン装置1において、振動膜14の表面に回折格子151の代わりに回折格子152を設けると共に、光電変換素子161,162をそれぞれ振動膜14(回折格子152)の略垂線方向に配置するようにしたものである。
FIG. 6 illustrates a configuration of the vibration detection device (
回折格子152は、その回折ピッチが、振動膜14が静止状態のとき(上記仮想平面上にあるとき)の干渉縞のピッチの略2倍の長さである(2次グレーティング(GRT)である:回折格子152の回折ピッチPg=2×(干渉縞のピッチP))と共に、そのときの干渉縞の延在方向と略平行となるように設定されているものである。また、この回折格子152に対する光路OP1,OP2を進行する光の入射角は、図中に示したように互いに略同一(入射角θ)となるように振動膜14が配置されている。さらに、振動膜14が図中の矢印のように変位した場合であっても、回折格子152へは、常に光路OP1,OP2からの光束のうちの光線が入射されるようになっている。なお、この回折格子152は、本発明における「回折素子」の一具体例に対応する。
The
このような構成により本実施の形態のマイクロホン装置1Aでは、回折格子152が上記したように2次グレーティングであることから、例えば図7に示したように、振動膜14が静止状態のとき(仮想平面上にあるとき)には、光路OP1からの入射光線L15(入射角θ)により、1次回折光として、回折角φ=0°による回折光線L16(図6中の回折光Ld3に相当)が生じると共に、光路OP2からの入射光線L25(入射角θ)により、1次回折光として、回折角φ=0°による回折光線L26(図6中の回折光Ld4に相当)が生じる。そしてこれら回折光Ld3,Ld4同士の干渉により、回折光線L16,L26の進行方向が略同一であることから、図中に示したようにピッチの粗い(ヌルフレンジに近い)干渉縞F3が形成される。なお、入射光線L15,L16の1次回折光がそれぞれ回折角φ=0°の方向(振動膜14の垂線方向)に生じることは、前述の(4)式においてPg=2P=2×(λ/(2×sinθ))を代入することからも導かれる。
With this configuration, in the
また、例えば図8に示したように、音波Swに応じて振動膜14が変位し、これにより回折格子152も上方へΔxだけ変位すると、第1の実施の形態と同様に光路OP1からの入射光線の入射角が入射光線L17のように入射角θ’と変化すると共に、これによりその1次回折光線の回折角も、回折光線L18のように回折角φ’へと変化する。また、光路OP2からの入射光線L27に対する1次回折光線の回折角も、回折光線L28のように回折角φ’へと変化する。すなわち、回折光線L18,L28の間に角度が生じるため、図中に示したように干渉縞のピッチも変化し、ピッチの細かい干渉縞F4となる。
Further, for example, as shown in FIG. 8, when the vibrating
なお、このようにして形成された干渉縞F3,F4は光電変換素子161,162により検出され、第1の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることができる。
The interference fringes F3 and F4 thus formed are detected by the
また、本実施の形態では、回折光Ld3,Ld4が光路OP1,OP2側に進行しないようにすることができるため、上記第1の実施の形態のようにレーザ光源10に対する戻り光の発生を回避することができると共に、第1の実施の形態のように光路OP1,OP2上の光線が光電変換素子161,162によって妨げられるおそれもなくすことができる。
Further, in this embodiment, since the diffracted lights Ld3 and Ld4 can be prevented from traveling to the optical paths OP1 and OP2, the generation of return light to the
[変形例]
次に、上記第1および第2の実施の形態の変形例について説明する。なお、本変形例において、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
[Modification]
Next, modified examples of the first and second embodiments will be described. Note that in this modification, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
図9は、本変形例に係る振動検出装置(マイクロホン装置1B)の構成を表したものである。このマイクロホン装置1Bは、図1に示した第1の実施の形態のマイクロホン装置1において、振動膜14を図中の矢印のように角度βだけ回転させて(仮想平面に対して傾けて配置して)光路OP1,OP2からの光の回折格子151に対する入射角を互いに異ならせると共に、光電変換素子161,162をそれぞれ光路OP1,OP2とは異なる方向に配置するようにしたものである。
FIG. 9 illustrates a configuration of a vibration detection device (microphone device 1B) according to this modification. This microphone device 1B is the same as the
このような構成により本変形例では、例えば図10に示したように、振動膜14の角度βの回転により、図9中の回折光Ld5,Ld6の回折角は以下のように変化する。なお、振動膜14の回転により、前述の(1)式で表される干渉縞のピッチPも変化する(大きくなる)ため、振動膜14の回折ピッチもそれに応じて大きくなったものを利用するものとする。
With this configuration, in this modification, for example, as shown in FIG. 10, the diffraction angles of the diffracted beams Ld5 and Ld6 in FIG. In addition, since the pitch P of the interference fringes represented by the above-described equation (1) also changes (becomes larger) due to the rotation of the
このとき、干渉縞ピッチP’は以下の(15)式により表され、回折格子151の回折ピッチPg’もこれと略等しい長さであるものとすると、図10に示した入射光線Lbの入射角は(θ+β)となるため、前述の(4)式の回折条件により、m=1(1次回折)の場合には以下の(16)式が導かれる。
P’=λ/(2×sinθ×cosβ) …(15)
P’×(sin(θ+β)+sinφ)=λ …(16)
At this time, if the interference fringe pitch P ′ is expressed by the following equation (15), and the diffraction pitch Pg ′ of the
P ′ = λ / (2 × sin θ × cos β) (15)
P ′ × (sin (θ + β) + sinφ) = λ (16)
ここで、上記(16)式に上記(15)式を代入して計算すると、以下の(17)式が導かれる。これは、図5に示したもとのx座標からみると、入射光線Lbが(θ−2β)の角度に回折される(1次回折光線Ld’(回折光Ld6に相当)となる)ことを意味しており、入射光線Laの0次回折光線Lc’(回折光Ld5に相当)の回折角と等角で平行な光線となる。したがって、これら回折光Ld5,Ld6同士の干渉により、第1および第2の実施の形態と同様に、ピッチの粗い(ヌルフレンジに近い)干渉縞が形成される。
sinφ=sinθ×cosβ−cosθ×sinβ=sin(θ−β) …(17)
Here, when the calculation is performed by substituting the above equation (15) into the above equation (16), the following equation (17) is derived. This means that the incident light beam Lb is diffracted at an angle of (θ-2β) (first-order diffracted light beam Ld ′ (corresponding to the diffracted light beam Ld6)) when viewed from the original x coordinate shown in FIG. Thus, the light beam is equiangular and parallel to the diffraction angle of the 0th-order diffracted light beam Lc ′ (corresponding to the diffracted light beam Ld5) of the incident light beam La. Therefore, due to the interference between the diffracted beams Ld5 and Ld6, interference fringes with a coarse pitch (close to the null frenzy) are formed as in the first and second embodiments.
sin φ = sin θ × cos β−cos θ × sin β = sin (θ−β) (17)
このようにして本変形例では、振動板14および回折格子151を回転させて(仮想平面に対して傾けて配置して)光路OP1,OP2からの光の回折格子151に対する入射角を互いに異ならせるようにした場合でも、上記第1の実施の形態におけるヌルフリンジの条件や最大感度条件は変化しないため、同様の作用により同様の効果を得ることが可能となる。
Thus, in this modification, the
また、それぞれの入射角の大きさに応じて回折光Ld5,Ld6の進行方向が任意に調整可能となるため、上記第1の実施の形態のようなレーザ光源10に対する戻り光の発生を回避することが可能となると共に、光電変換素子161,162の配置の自由度も向上させることが可能となる。
Further, since the traveling directions of the diffracted lights Ld5 and Ld6 can be arbitrarily adjusted according to the respective incident angles, generation of return light to the
なお、本変形例では図1に示した第1の実施の形態のマイクロホン装置1に対する変形例を挙げて説明したが、図6に示した第2の実施の形態のマイクロホン装置1Aに対して適用してもよい。例えば、図11に示したマイクロホン装置1Cは、第2の実施の形態のマイクロホン装置1Aに対して適用した場合のものであり、ビームスプリッタ11の一部を図中の符号P3のように欠けさせることにより、振動膜14および回折格子152を回転させて(仮想平面に対して傾けて配置して)光路OP1,OP2からの光の回折格子152に対する入射角を互いに異ならせるようにしている。なお、図中の10A,10Bは所定のレンズを表している。
In this modification, the modification to the
以上、第1および第2の実施の形態ならびにこれらの変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 Although the present invention has been described with reference to the first and second embodiments and their modifications, the present invention is not limited to these embodiments and the like, and various modifications are possible. .
例えば、上記実施の形態等において説明した振動検出装置においては、例えば図12(A)〜図12(D)に示したような回折格子の形成パターンが考えられる。具体的には、例えば図12(A)に示した振動膜14Aでは、この振動膜14Aの全面に一様に回折格子15Aを形成するようにした基本的な例である。このような回折格子15Aを形成するには、例えば、感光剤を塗ったフィルム状の薄膜に回折格子の形状を露光し、現像するようにすればよい。なお、その回折ピッチは、例えばλ=780nmのレーザ光で入射角θ=45°の2光束光学系を考えると、前述の(1)式により、約0.55μm(1次グレーティングの場合)や1.1μm(2次グレーティングの場合)となり、現在の半導体露光プロセスから考えて十分に形成することが可能である(また、EB(電子ビーム)露光法を使えば、全く問題のないレベルである)。 For example, in the vibration detection apparatus described in the above embodiment and the like, for example, diffraction grating formation patterns as shown in FIGS. 12A to 12D are conceivable. Specifically, for example, the vibration film 14A shown in FIG. 12A is a basic example in which the diffraction grating 15A is uniformly formed on the entire surface of the vibration film 14A. In order to form such a diffraction grating 15A, for example, a film-like thin film coated with a photosensitive agent may be exposed to the shape of the diffraction grating and developed. Note that the diffraction pitch is about 0.55 μm (in the case of the primary grating) according to the above equation (1), for example, considering a two-beam optical system with a laser beam of λ = 780 nm and an incident angle θ = 45 °. 1.1 μm (in the case of a secondary grating), which can be sufficiently formed in view of the current semiconductor exposure process (and is at a level that does not cause any problems if an EB (electron beam) exposure method is used). ).
また、上記実施の形態等の振動検出装置では、振動膜全体にレーザ光線を当てる必要もないため、図12(B)に示した振動膜14Bでは、回折素子15Bが振動膜14Bの表面の一部分(レーザ光線が照射される領域付近であり、振動を検知する中心領域)にのみ形成されると共に、振動膜14Bの表面の他の部分が黒色に塗布され、迷光を回避できるようになっている。また、この方法をさらに進めると、回折格子の形成領域をごく一部の領域に制限することで、光電変換素子側にあるピンホールをなくし、回折格子の形成微小領域のみからの回折光を検知するようにしてもよい。
Further, in the vibration detection apparatus of the above-described embodiment and the like, it is not necessary to irradiate the entire vibration film with a laser beam. Therefore, in the
また、例えば図12(C)に示した振動膜14Cでは、振動膜14Cの表面に2種類の回折格子15C1,15C2が形成されると共に、これら回折格子15C1,15C2の回折ピッチもしくは位相が互いに異なるようになっている。このように構成した回折格子15C1,15C2に対してやや縦長に形成したレーザ光をあて、これら2つの回折格子により形成される干渉縞をそれぞれ検知すると共に、一方の回折格子により形成される干渉縞が明のときに他方の回折格子により形成される干渉縞がほぼ90度位相ずれを起こした干渉縞を示すようにしておく。このようにすることで、各回折格子15C1,15C2により形成される干渉縞を2つの光電変換素子により検出した場合に、2つの光電変換素子による出力信号が互いに90度位相差を保つことができ、検出誤差を低減することが可能となる。 For example, in the vibration film 14C shown in FIG. 12C, two types of diffraction gratings 15C1 and 15C2 are formed on the surface of the vibration film 14C, and the diffraction pitches or phases of the diffraction gratings 15C1 and 15C2 are different from each other. It is like that. A laser beam formed in a slightly vertically long shape is applied to the diffraction gratings 15C1 and 15C2 thus configured to detect interference fringes formed by these two diffraction gratings, and at the same time, interference fringes formed by one diffraction grating. When the light is bright, the interference fringes formed by the other diffraction grating show an interference fringe having a phase shift of approximately 90 degrees. In this way, when the interference fringes formed by the diffraction gratings 15C1 and 15C2 are detected by two photoelectric conversion elements, the output signals from the two photoelectric conversion elements can maintain a 90-degree phase difference from each other. It is possible to reduce detection errors.
また、図12(C)では、振動膜の縦方向に2種類の回折格子を形成しているが、横方向での回折領域の分離によっても、位相ずれを生じさせ同様な効果を得ることができる。例えば図12(D)に示した振動膜14Dでは、回折格子15Dにおいて回折格子の形成を面内の2次元方向とすると共に縦方向と横方向とで回折ピッチを互いに異ならせ、それらの回折ピッチの差を検知するようにしてもよい。この場合、干渉計の構成は、上記実施の形態等で説明した干渉計において紙面に垂直な方向の干渉計を加えたものとなり、3次元的な干渉計となる。 In FIG. 12C, two types of diffraction gratings are formed in the longitudinal direction of the vibration film. However, separation of the diffraction regions in the lateral direction can also cause a phase shift and obtain the same effect. it can. For example, in the vibrating membrane 14D shown in FIG. 12D, the diffraction grating 15D is formed in a two-dimensional direction in the plane, and the diffraction pitch is made different between the vertical direction and the horizontal direction. The difference may be detected. In this case, the configuration of the interferometer is obtained by adding an interferometer in a direction perpendicular to the paper surface to the interferometer described in the above embodiment and the like, and becomes a three-dimensional interferometer.
また、1種類の回折格子と波長が互いに異なる2種類のレーザ光線とを用いて2光束干渉を行い、それぞれの波長により生ずる2つの干渉縞を複数の光電変換素子により検出するようにしてもよい。このように構成した場合、最大感度ポイントを複数設けることができるため、回折格子位置の変位が増えることに伴う感度の低下を補うことが可能となる。 Further, two-beam interference may be performed using one type of diffraction grating and two types of laser beams having different wavelengths, and two interference fringes generated by the respective wavelengths may be detected by a plurality of photoelectric conversion elements. . In such a configuration, since a plurality of maximum sensitivity points can be provided, it is possible to compensate for a decrease in sensitivity accompanying an increase in the displacement of the diffraction grating position.
また、上記実施の形態等では、回折格子の回折ピッチが、振動膜が静止状態のときの干渉縞のピッチと略同一または略2倍の長さである場合について説明したが、より一般的には、回折格子の回折ピッチが、振動膜が静止状態のときの干渉縞のピッチと略同一または略整数倍の長さであるようにすればよい。 In the above-described embodiment, etc., the case where the diffraction pitch of the diffraction grating is approximately the same as or approximately twice as long as the pitch of the interference fringes when the diaphragm is stationary is described. The diffraction pitch of the diffraction grating may be set to be approximately the same as or substantially an integral multiple of the pitch of the interference fringes when the diaphragm is stationary.
また、上記実施の形態等では、リサージュ図形上に4つの基準点Pa〜Pdを設けてディジタルカウントを行う場合について説明したが、基準点の数はこれに限らず、例えば図13に示したように、4つの基準点Pa〜Pdに加えて例えば基準線E〜Hを用い、さらに基準点を細かく設定して増やすようにしてもよい。このように構成した場合、カウント数を増やすことができるので、出力信号Soutの値を大きくし、検出感度をより向上させることが可能となる。 In the above-described embodiment and the like, the case has been described where four reference points Pa to Pd are provided on the Lissajous figure to perform digital counting. However, the number of reference points is not limited to this, and for example, as shown in FIG. In addition to the four reference points Pa to Pd, for example, reference lines E to H may be used, and the reference points may be set finely and increased. In such a configuration, the number of counts can be increased, so that the value of the output signal Sout can be increased and the detection sensitivity can be further improved.
また、上記実施の形態等では、レーザ光Lout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。 In the above embodiments and the like, the semiconductor laser has been described as the light source that emits the laser light Lout. However, for example, a gas laser, a fixed laser, or the like may be used.
また、上記実施の形態等では、回折素子の一例として回折格子(グレーティング)を挙げて説明したが、これ以外にも他の回折素子を用いるようにしてもよい。 In the above-described embodiment and the like, a diffraction grating (grating) has been described as an example of a diffraction element, but other diffraction elements may be used in addition to this.
また、上記実施の形態等の振動検出装置では、高感度な光学的振動検知が可能となるが、逆に高感度であるがゆえに環境温度に対し敏感となってしまう。したがって、例えば、マイクロホン装置に適用する場合には音響にほぼ関係のない10Hz程度以下の変動をカットしたり(ハイパスフィルターの利用)や、系全体をペルチェ素子等で温度制御して温度変動をカットしたりすることで、このような温度変動に起因するリサージュ図形のドリフトを抑制するようにしてもよい。なお、リサージュ図形の10Hz程度以下の遅い変動を検知することで、これを補償するため、レーザ光源への注入電流制御によって波長変化を生じさせ、ドリフトを抑制する方法も考えられる。 In addition, the vibration detection device according to the above-described embodiment or the like can detect optical vibration with high sensitivity, but on the contrary, it is sensitive to environmental temperature because of high sensitivity. Therefore, for example, when applied to a microphone device, fluctuations of about 10 Hz or less, which are almost unrelated to sound, are cut (use of a high-pass filter), or temperature fluctuation is cut by controlling the temperature of the entire system with a Peltier element or the like. By doing so, you may make it suppress the drift of the Lissajous figure resulting from such a temperature fluctuation. In order to compensate for this by detecting a slow fluctuation of the Lissajous figure of about 10 Hz or less, a method of suppressing a drift by causing a wavelength change by controlling an injection current to the laser light source is also conceivable.
また、上記実施の形態等では、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14)であり、この振動膜14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。具体的には、例えば図14に示した振動センサ1Dのように、被検査部位80の変位や振動を検出する振動センサとして構成することにより、例えば被検査部位80が硬くて重いものであっても、非接触かつ正確に被検査部位80変位や振動を検出することができる。また、図に示したように、この振動センサ1Dを配線82を介してアクチュエータ81と接続させれば、基準物に対する被検査部位80の振動を抑制させることも可能となる。
In the above-described embodiment and the like, as an example of the vibration detection device of the present invention, the vibration body is a vibration film (vibration film 14) that vibrates in response to sound waves, and the vibration of the
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15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6に示したマイクロホン装置1A、図9に示したマイクロホン装置1Bまたは図11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とディジタル伝送経路(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。
Furthermore, the vibration detection device (microphone device) of the present invention is, for example, as shown in FIG. 15, the
1,1A〜1C…マイクロホン装置、1D…振動センサ、10…レーザ光源、10A,10B…レンズ、11…ビームスプリッタ、121,122…レンズ、131,132…反射ミラー、14,14A〜14D…振動膜、151,152,15A,15B,15C1,15C2,15D…回折格子(グレーティング)、161,162…光電変換素子、17…ディジタルカウント部、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、80…披検査部位、81…アクチュエータ、82…配線、Sw…音波、OP1,OP2…光路、Sx,Sy…光電変換素子からの出力信号、Sout…音声信号、Lout…レーザ光、Ld1〜Ld6…回折光、L11〜L18,L21〜L28,La〜Ld,Lc’,Ld’…光線、F1〜F4…干渉縞、θ,θ’…入射角、φ,φ’…回折角、β…振動膜(回折格子)の変位(回転)角、Δx…回折格子の変位量、C…中心点、P0…信号点、Pa〜Pd…基準点、E〜H…基準線。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記レーザ光を回折可能な回折素子を有する振動体を含んで構成され、前記光源から発せられたレーザ光を第1および第2の光路に分離して進行させると共に、前記第1の光路を進行して前記回折素子により回折された第1の回折光と前記第2の光路を進行して前記回折素子により回折された第2の回折光とを互いに干渉させて干渉縞を形成する干渉計と、
形成された干渉縞に基づき、前記振動体の振動を量子化して検出する検出手段と
を備え、
前記回折素子の回折ピッチが、前記振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチと同一または整数倍の長さとなるように設定されている
ことを特徴とする振動検出装置。 A light source that emits laser light;
The laser beam is configured to include a vibrating body having a diffraction element capable of diffracting the laser beam, and the laser beam emitted from the light source travels while being separated into first and second optical paths, and travels along the first optical path. An interferometer that forms interference fringes by causing the first diffracted light diffracted by the diffractive element and the second diffracted light diffracted by the diffractive element to travel along the second optical path to interfere with each other. ,
Detection means for quantizing and detecting vibrations of the vibrator based on the formed interference fringes,
The vibration detection apparatus, wherein the diffraction pitch of the diffraction element is set to be equal to or an integral multiple of the pitch of interference fringes when the vibrating body is stationary.
前記レーザ光を第1および第2の光路に分離させるビームスプリッタと、
前記第1の光路上に配置された第1の反射体と、
前記第2の光路上に配置された第2の反射体とを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の振動検出装置。 The interferometer is
A beam splitter that separates the laser light into first and second optical paths;
A first reflector disposed on the first optical path;
The vibration detection device according to claim 1, further comprising a second reflector disposed on the second optical path.
ことを特徴とする請求項1に記載の振動検出装置。 The diffraction pitch of the diffractive element is the same length as the pitch of interference fringes when the vibrating body is stationary, and is parallel to the extending direction of the interference fringes when the vibrating body is stationary. The vibration detection device according to claim 1, wherein the vibration detection device is set.
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を有し、
前記第1および第2の光路を進行する光の前記回折素子に対する入射角が互いに同一となるように前記振動体が配置され、
前記光電変換素子が、前記第1および第2の光路のうちの少なくとも一方側に配置されている
ことを特徴とする請求項3に記載の振動検出装置。 The detection means is
Two photoelectric conversion elements that detect the interference fringes in a state in which the phases are shifted from each other by 90 degrees;
Considering the output signals from the two photoelectric conversion elements as signal points, figure generating means for generating a Lissajous figure having a circular or arc shape on a plane;
A counter that counts the number of times a signal point passes a predetermined reference point on the generated Lissajous figure,
The vibrating body is disposed so that incident angles of light traveling in the first and second optical paths with respect to the diffraction element are the same,
The vibration detection apparatus according to claim 3, wherein the photoelectric conversion element is disposed on at least one side of the first and second optical paths.
ことを特徴とする請求項1に記載の振動検出装置。 The diffraction pitch of the diffractive element is twice as long as the pitch of interference fringes when the vibrating body is stationary, and is parallel to the extending direction of the interference fringes when the vibrating body is stationary. The vibration detection device according to claim 1, wherein
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を有し、
前記第1および第2の光路を進行する光の前記回折素子に対する入射角が互いに同一となるように前記振動体が配置され、
前記光電変換素子が、前記振動体の垂線方向に配置されている
ことを特徴とする請求項5に記載の振動検出装置。 The detection means is
Two photoelectric conversion elements that detect the interference fringes in a state in which the phases are shifted from each other by 90 degrees;
Considering the output signals from the two photoelectric conversion elements as signal points, figure generating means for generating a Lissajous figure having a circular or arc shape on a plane;
A counter that counts the number of times a signal point passes a predetermined reference point on the generated Lissajous figure;
The vibrating body is disposed so that incident angles of light traveling in the first and second optical paths with respect to the diffraction element are the same,
The vibration detection device according to claim 5, wherein the photoelectric conversion element is arranged in a direction perpendicular to the vibrating body.
ことを特徴とする請求項1に記載の振動検出装置。 The vibration detection device according to claim 1, wherein the vibrating body is arranged so that incident angles of light traveling in the first and second optical paths with respect to the diffraction element are different from each other. .
前記検出手段が、
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を有し、
前記光電変換素子が、前記第1および第2の光路上とは異なる方向に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の振動検出装置。 The diffraction pitch of the diffractive element is the same length as the pitch of interference fringes when the vibrating body is stationary, and is parallel to the extending direction of the interference fringes when the vibrating body is stationary. Set,
The detection means is
Two photoelectric conversion elements that detect the interference fringes in a state in which the phases are shifted from each other by 90 degrees;
Considering the output signals from the two photoelectric conversion elements as signal points, figure generating means for generating a Lissajous figure having a circular or arc shape on a plane;
A counter that counts the number of times a signal point passes a predetermined reference point on the generated Lissajous figure,
The vibration detection device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is arranged in a direction different from the directions on the first and second optical paths.
ことを特徴とする請求項1に記載の振動検出装置。 The vibration detection apparatus according to claim 1, wherein the diffraction element is formed only on a part of the surface of the vibrating body, and the other part of the surface of the vibrating body is coated in black.
ことを特徴とする請求項1に記載の振動検出装置。 The two diffractive elements are formed on the surface of the vibrating body, and the phases of interference fringes formed by the diffracted light from each diffractive element are 90 degrees different from each other. The vibration detection apparatus described.
ことを特徴とする請求項1に記載の振動検出装置。 The said vibrating body is a vibrating membrane which vibrates according to a sound wave, It is comprised as an optical microphone apparatus which detects the vibration of this vibrating membrane as a quantized audio | voice signal. Vibration detection device.
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- 2007-04-11 JP JP2007103594A patent/JP2008261684A/en active Pending
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