JP2010245599A - Optical microphone - Google Patents

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Hidetomo Nagahara
英知 永原
Masahiko Hashimoto
雅彦 橋本
Ushio Sagawa
潮 寒川
Yuriko Kaneko
由利子 金子
Takuya Iwamoto
卓也 岩本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical microphone having flat frequency characteristics up to a high-frequency region. <P>SOLUTION: The optical microphone includes a prism 2, a metal layer 3, a sound reception layer 4, a light source 5, a light receiver 6, a light source driving circuit 8, and a detection circuit 9. Porous materials such as silica drying gel are used for the sound reception layer to detect a change in refractive index of the sound reception layer, which is caused by a sound pressure, using a change in surface plasmon resonance absorption. Thereby, a microphone having flat frequency characteristics to a high-frequency region can be provided, without causing reduction in sensitivity due to reduction in size. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光を利用したマイクロフォンに関する。特に音波によって生じる屈折率変化を表面プラズモン共鳴により検出するタイプの光マイクロフォンで、超音波領域までの高周波数領域までフラットな周波数特性を持つ光マイクロフォンに関する。   The present invention relates to a microphone using light. In particular, the present invention relates to an optical microphone that detects a refractive index change caused by a sound wave by surface plasmon resonance and has a flat frequency characteristic up to a high frequency region up to an ultrasonic region.

空気中を伝搬する音波を収集して電気信号に変換するデバイスとしては、可聴帯域ではダイナミックマイクロフォンや、コンデンサマイクロフォンが広く利用され、超音波領域では圧電センサが広く利用されている。これらのデバイスは、音波が空気の微細な振動であることを利用して、音波を振動板に入射させて、音によって振動板に励起される微細な振動を導電的、静電的、あるいは圧電的に電気信号に変換している。   As devices that collect sound waves propagating in the air and convert them into electrical signals, dynamic microphones and condenser microphones are widely used in the audible band, and piezoelectric sensors are widely used in the ultrasonic region. These devices make use of the fact that sound waves are fine vibrations of air, so that sound waves are incident on the diaphragm, and the minute vibrations excited by the sound by the sound are made conductive, electrostatic, or piezoelectric. Are converted into electrical signals.

一方で、レーザ光に代表される光を利用して、微細で高速な振動を計測するレーザドプラ振動計(以下、単に「LDV」と呼ぶ。)などの光学システムが広く利用されており、このような装置を利用した音波の収集が試みられている。   On the other hand, an optical system such as a laser Doppler vibrometer (hereinafter simply referred to as “LDV”) that measures fine and high-speed vibration using light typified by laser light is widely used. An attempt has been made to collect sound waves using various devices.

特許文献1に記載されている音圧変換装置では、通常のマイクロフォンにみられる振動板と光三角法による光計測を応用した光マイクロフォンが開示されている。   The sound pressure conversion device described in Patent Document 1 discloses an optical microphone that applies an optical measurement by a diaphragm and an optical triangulation method found in a normal microphone.

さらに特許文献2には、音場中にレーザ光を直接伝搬させて、音波によって空気中に生じる屈折率変化をLDVにより直接捉えることにより、音圧を計測するレーザドプラマイクロフォンが開示されている。   Further, Patent Document 2 discloses a laser Doppler microphone that measures sound pressure by directly propagating a laser beam in a sound field and directly capturing a refractive index change generated in the air by a sound wave with an LDV.

以下、図6を参照して、特許文献2におけるレーザドプラマイクロフォンの構造、動作について説明する。図6において、121はLDV、122、123は一対の反射鏡、124はキュービックミラー、125はレーザ光経路、126は音場、127は演算部である。   Hereinafter, the structure and operation of the laser Doppler microphone in Patent Document 2 will be described with reference to FIG. In FIG. 6, 121 is an LDV, 122 and 123 are a pair of reflecting mirrors, 124 is a cubic mirror, 125 is a laser beam path, 126 is a sound field, and 127 is an arithmetic unit.

図6に示された構成において、一対の反射鏡122及び123は平行に配置され、LDV121とキュービックミラー124は一方反射鏡123の上下両端に設けられている。LDV121からは、反射鏡122に向かって適当な角度でレーザ光が照射される。照射されたレーザ光は、反射鏡122及び123において複数回の反射を伴いながらレーザ光経路125に沿って伝搬し、反射鏡123の終端に設けられたキュービックミラー124に達する。キュービックミラー124に入射したレーザ光は、キュービックミラー内部で数回反射した後、キュービックミラー124にレーザ光が入射してきた方向に向かってキュービックミラー124にから放出され、再び、一対の反射鏡122及び123によって複数回反射されながら、レーザ光経路125を逆方向に伝搬してLDV121に到達する。LDV121に達したレーザ光は、LDV121内部で光学的及び電気的な処理を受けるとともに、演算部127によって、振動速度成分が換算される。   In the configuration shown in FIG. 6, the pair of reflecting mirrors 122 and 123 are arranged in parallel, and the LDV 121 and the cubic mirror 124 are provided at both upper and lower ends of the reflecting mirror 123. Laser light is emitted from the LDV 121 toward the reflecting mirror 122 at an appropriate angle. The irradiated laser light propagates along the laser light path 125 while being reflected by the reflecting mirrors 122 and 123 a plurality of times, and reaches the cubic mirror 124 provided at the end of the reflecting mirror 123. The laser light incident on the cubic mirror 124 is reflected several times inside the cubic mirror and then emitted from the cubic mirror 124 in the direction in which the laser light is incident on the cubic mirror 124. While being reflected a plurality of times by 123, it propagates in the reverse direction through the laser beam path 125 and reaches the LDV 121. The laser beam that has reached the LDV 121 undergoes optical and electrical processing inside the LDV 121, and the vibration speed component is converted by the calculation unit 127.

また微小領域の屈折率変化を検出する方式として、表面プラズモン共鳴現象を利用したクレッチマン型の表面プラズモンセンサが一般に知られている(例えば特許文献3)。   A Kretschmann type surface plasmon sensor using a surface plasmon resonance phenomenon is generally known as a method for detecting a refractive index change in a minute region (for example, Patent Document 3).

クレッチマン型の表面プラズモンセンサは、プリズムとプリズムの一面に設けられた金属層と、光源、受光器を基本構成とするセンサである。   The Kretschmann type surface plasmon sensor is a sensor that basically includes a prism, a metal layer provided on one surface of the prism, a light source, and a light receiver.

表面プラズモンは、プリズムと金属層の界面に対して、直線偏光の光ビームを全反射角以上の特定の角度で入射させると、エバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属層の表面に表面プラズモンが励起される。光エネルギーが表面プラズモンとなる特定条件において、反射光の強度が著しく低下するものである。   The surface plasmon is generated when a linearly polarized light beam is incident on the interface between the prism and the metal layer at a specific angle greater than the total reflection angle, and an evanescent wave is generated. The surface plasmon is caused on the surface of the metal layer by the evanescent wave. Excited. Under specific conditions where light energy becomes surface plasmons, the intensity of reflected light is significantly reduced.

金属層のプリズムとは反対の界面に付着した試料の屈折率と、表面プラズモンの発生する角度には相関関係があり、表面プラズモンの発生する角度変化により、金属層に付着した試料の屈折率、あるいは量などを検出することができる。   There is a correlation between the refractive index of the sample attached to the interface opposite to the prism of the metal layer and the angle at which the surface plasmon is generated, and the refractive index of the sample attached to the metal layer by the change in the angle at which the surface plasmon is generated, Alternatively, the amount or the like can be detected.

前記特許文献3には、金属層の誘電体プリズムとは反対側の表面に、被検出物質が特異的に結合可能な機能層が設けられたクレッチマン型の表面プラズモンセンサが開示されている。この表面プラズモンセンサでは、機能層に非測定物質が結合した際の、表面プラズモンの共鳴吸収角、あるいは反射光強度の変化を検出することにより、被測定物質の濃度や、機能層との反応性などを定量的に評価することができる。しかし従来表面プラズモン共鳴を音波の検出に用いる事は無かった。   Patent Document 3 discloses a Kretschmann type surface plasmon sensor in which a functional layer capable of specifically binding a substance to be detected is provided on the surface of the metal layer opposite to the dielectric prism. In this surface plasmon sensor, the concentration of the substance to be measured and the reactivity with the functional layer are detected by detecting the change in the resonance absorption angle or reflected light intensity of the surface plasmon when a non-measurement substance is bound to the functional layer. Etc. can be quantitatively evaluated. However, conventional surface plasmon resonance has never been used to detect sound waves.

特開2004−12421号公報JP 2004-12421 A 特開2004−279259号公報JP 2004-279259 A 特開2008−203187号公報JP 2008-203187 A

特許文献1に開示された光マイクロフォンは、通常のマイクロフォンと同様に振動板の機械共振特性が周波数帯域に大きく影響する。すなわち振動板の機械共振周波数よりも低い周波数では比較的平坦な周波数特性を持つが、共振周波数以上では、急激に感度が低下するためマイクロフォンとしての上限が共振周波数付近までに限定される。このため、振動板を用いる現状のマイクロフォンの高域特性は100kHz程度までに制限されている。   In the optical microphone disclosed in Patent Document 1, the mechanical resonance characteristic of the diaphragm greatly affects the frequency band as in the case of a normal microphone. That is, it has a relatively flat frequency characteristic at a frequency lower than the mechanical resonance frequency of the diaphragm, but the sensitivity rapidly decreases above the resonance frequency, so that the upper limit of the microphone is limited to the vicinity of the resonance frequency. For this reason, the high frequency characteristics of the current microphone using the diaphragm are limited to about 100 kHz.

振動板型のマイクロフォンを100kHz以上の高周波数領域にまで対応しうるよう構成するには、極めて微小な振動板を形成する必要がある。これはコストの急激な増加をもたらし、更に小型化に伴う振動板の変位量低下によって感度が低下し、実用に供するよう光マイクロフォンを提供することは、極めて困難である。   In order to configure a diaphragm type microphone so as to be compatible with a high frequency region of 100 kHz or more, it is necessary to form a very small diaphragm. This brings about a drastic increase in cost. Further, the sensitivity is lowered due to a decrease in the amount of displacement of the diaphragm accompanying the downsizing, and it is extremely difficult to provide an optical microphone for practical use.

また、特許文献2において開示されたレーザドプラマイクロフォンは、振動板を持たないため、機械共振による高周波域の制限がない。また、使用しているLDVの振動計測における高域限界は1MHzを容易に超える。   Further, since the laser Doppler microphone disclosed in Patent Document 2 does not have a diaphragm, there is no restriction on the high frequency range due to mechanical resonance. Moreover, the high frequency limit in the vibration measurement of the LDV being used easily exceeds 1 MHz.

しかしながら実際には、空気の音圧に対する屈折率の変化が小さいことから、充分な感度を確保するには極めて長い光経路が必要となる。特許文献2に開示された例では、充分なS/Nを得るためには10m以上の光経路長が必要であることが示されている。従って、測定領域の小型化は極めて困難であり、広い領域の平均化された音の収音のみに適用可能である。また長い光路長を確保するために光の反射板を設けている。この反射板の間隔に相当する空気の共振(空洞共振)が発生するため、振動板型のマイクロフォンと同様に高周波数領域までフラットな周波数特性を実現することが極めて困難である。   However, in practice, since the change in the refractive index with respect to the sound pressure of air is small, a very long optical path is required to ensure sufficient sensitivity. In the example disclosed in Patent Document 2, it is shown that an optical path length of 10 m or more is necessary to obtain a sufficient S / N. Therefore, it is extremely difficult to reduce the size of the measurement area, and the measurement area can be applied only to the collection of the averaged sound in a wide area. A light reflector is provided to ensure a long optical path length. Since air resonance (cavity resonance) corresponding to the interval between the reflecting plates is generated, it is extremely difficult to realize a flat frequency characteristic up to a high frequency region as in the case of the diaphragm type microphone.

すなわち従来の光マイクロフォンは、光計測の帯域幅は充分広いものの、機械的な共振現象、小型化に伴うコスト増、感度の低下により、100kHz以上の高周波数に対応した実用的な光マイクロフォンを提供することは極めて困難であった。   In other words, the conventional optical microphone provides a practical optical microphone that can handle high frequencies of 100 kHz or higher due to the mechanical resonance phenomenon, increased cost due to miniaturization, and decreased sensitivity, although the bandwidth of optical measurement is sufficiently wide. It was extremely difficult to do.

本発明の目的は、前記の課題に鑑みなされたものであり、高周波数領域までフラットな周波数特性を有し、小型化しても感度の低下しない光マイクロフォンを実現するものである。   An object of the present invention has been made in view of the above-described problems, and realizes an optical microphone that has flat frequency characteristics up to a high frequency region and does not decrease in sensitivity even when miniaturized.

前記従来の課題を解決するために、本発明は以下のように構成する。   In order to solve the conventional problems, the present invention is configured as follows.

本発明の光マイクロフォンは、周囲流体を伝搬する音波を光によって検出する光マイクロフォンであって、プリズムと、前記プリズムの一面に設けられた金属層と、前記金属層の前記プリズムと反対側の表面に設けられ周囲流体に露出した受音層と、前記プリズムと前記金属層の界面に光ビームを全反射以上の角度で出射する光源と、前記光源を駆動する光源駆動回路と、前記プリズムと前記金属層の界面からの反射光を受光する受光器と、前記受光器からの信号を音波信号へ変換する検出回路とから構成されている。本構成によって、高周波数領域までフラットな周波数特性にて音波を検出可能な光マイクロフォンを提供することができる。   The optical microphone of the present invention is an optical microphone that detects sound waves propagating in an ambient fluid by light, and includes a prism, a metal layer provided on one surface of the prism, and a surface of the metal layer opposite to the prism. A sound receiving layer that is exposed to surrounding fluid, a light source that emits a light beam at an angle greater than or equal to total reflection at an interface between the prism and the metal layer, a light source driving circuit that drives the light source, the prism, and the prism It comprises a light receiver that receives reflected light from the interface of the metal layer, and a detection circuit that converts a signal from the light receiver into a sound wave signal. With this configuration, it is possible to provide an optical microphone capable of detecting sound waves with flat frequency characteristics up to a high frequency region.

本発明の光マイクロフォンは、周囲環境を伝搬する音波を、圧力に対する屈折率変化の大きなシリカ乾燥ゲルなどの多孔質材料からなる受音層で屈折率変化に変換し、この屈折率変化を表面プラズモン共鳴によって検出するものである。   The optical microphone of the present invention converts a sound wave propagating in the surrounding environment into a refractive index change in a sound receiving layer made of a porous material such as silica dry gel having a large refractive index change with respect to pressure, and this refractive index change is converted to surface plasmon. It is detected by resonance.

表面プラズモン共鳴は、局所的な屈折率の変化を検出する方法のため、マイクロフォンのサイズによらず感度が一定である。すなわちマイクロフォンを小型化し、高周波数領域まで対応可能な小型化しても感度が低下することが無い。   Since surface plasmon resonance is a method for detecting a local change in refractive index, the sensitivity is constant regardless of the size of the microphone. That is, even if the microphone is downsized and can be used up to a high frequency range, the sensitivity does not decrease.

またガラスなどから構成されるプリズム上に金属層と、シリカ乾燥ゲルなどからなる受音層を直接形成しただけの単純な構成であるため、振動板をもつ構造などの従来のマイクロフォンの複雑な構造に比べ、小型化が容易であり、高周波数領域まで周波数帯域が延びた、広帯域マイクロフォンを低コストで安定的に提供することが可能である。   In addition, the structure of the conventional microphone, such as a structure with a diaphragm, is simple because the metal layer and the sound-receiving layer made of silica dry gel are directly formed on the prism made of glass. Compared to the above, it is possible to stably provide a wide-band microphone that is easy to miniaturize and whose frequency band extends to a high frequency region at a low cost.

本発明、実施の形態1における光マイクロフォンの斜視図The perspective view of the optical microphone in this invention, Embodiment 1 本発明、実施の形態1における受音層の形状を示す断面図Sectional drawing which shows the shape of the sound receiving layer in this invention, Embodiment 1 本発明、実施の形態1における光マイクロフォンの断面図Sectional drawing of the optical microphone in this invention and Embodiment 1 本発明、実施の形態2における光マイクロフォンの断面図Sectional drawing of the optical microphone in this invention and Embodiment 2 本発明、実施の形態3における光マイクロフォンの一部を示す断面図Sectional drawing which shows a part of optical microphone in this invention and Embodiment 3 特許文献2における従来の光マイクロフォンを示す図The figure which shows the conventional optical microphone in patent document 2

シリカ乾燥ゲルなどの多孔質体は、単位音圧あたりの屈折率の変化が、空気中における屈折率の変化に対して、1〜2桁程度高い。通常、音圧による屈折率変化は、固体、液体、気体の順番で大きくなり、固体が一番小さくなるのが常識であった。このような特性は、通常の固体材料には見られない極めて特異な性質である。このような特異な性質は
本発明の本質は、音圧に対する屈折率変化の大きな、シリカ乾燥ゲルなどの多孔質材料を、音圧と屈折率変化の変換材料として用い、発生した屈折率変化を表面プラズモン共鳴によって検出することにある。
A porous material such as silica dry gel has a change in refractive index per unit sound pressure that is about 1 to 2 digits higher than the change in refractive index in air. Usually, the change in refractive index due to sound pressure increases in the order of solid, liquid, and gas, and it was common knowledge that the solid is the smallest. Such characteristics are extremely unique properties that are not found in ordinary solid materials. Such unique properties are based on the fact that the present invention uses a porous material such as silica dry gel, which has a large refractive index change with respect to the sound pressure, as a conversion material between the sound pressure and the refractive index change. Detecting by surface plasmon resonance.

表面プラズモン共鳴による検出方式は、極めて微小な領域の屈折率変化を直接検出しうるものであり、検出感度はマイクロフォンサイズや、光路長に無関係である。すなわち高周波数領域に対応させた、小型マイクロフォンでも感度の低下が起こらないものである。   The detection method based on surface plasmon resonance can directly detect a change in the refractive index of a very small region, and the detection sensitivity is independent of the microphone size and the optical path length. That is, even a small microphone corresponding to a high frequency region does not cause a decrease in sensitivity.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明実施の形態1における光マイクロフォンの構成を示す斜視図である。ここで図1中に矢印で示すようにXYZ方向を設定する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical microphone according to Embodiment 1 of the present invention. Here, the XYZ directions are set as indicated by arrows in FIG.

図1において、本発明の光マイクロフォン1は、プリズム2と、プリズム2の一面2cに形成された金属層3と、金属層3のプリズム2と反対面に形成された受音層4と、プリズム2を通して金属層3の受音層の存在する部分にレーザ光7(出射光7a)する光源5と、金属層3からのレーザ光7(反射光7b)を検出する受光器6と、光源5を駆動する光源駆動回路8と、受光器6からの信号を音圧に変換する検出回路9からなる。光マイクロフォン1の周囲の空間に存在する流体を環境流体10とする。また、受音層4の金属層3と接する反対側の面(以下、「受波面」という)に対して、Z軸の上方向から伝搬してくる音波の波面を音波11とする。   1, an optical microphone 1 of the present invention includes a prism 2, a metal layer 3 formed on one surface 2c of the prism 2, a sound receiving layer 4 formed on the opposite surface of the metal layer 3 from the prism 2, and a prism. 2, a light source 5 that emits laser light 7 (emitted light 7 a) to a portion where the sound receiving layer of the metal layer 3 exists, a light receiver 6 that detects the laser light 7 (reflected light 7 b) from the metal layer 3, and a light source 5. And a detection circuit 9 for converting a signal from the light receiver 6 into a sound pressure. A fluid existing in the space around the optical microphone 1 is referred to as an environmental fluid 10. The wavefront of the sound wave propagating from the upper direction of the Z axis with respect to the opposite surface of the sound receiving layer 4 in contact with the metal layer 3 (hereinafter referred to as “wave receiving surface”) is referred to as a sound wave 11.

(各構成の説明)
光マイクロフォン1において、少なくともプリズム2、金属層3、受音層4の構成は一体化されている。受音層4の金属層3と接する反対側の面(受音面)は環境流体10に露出しており、環境流体10を伝搬する音波11(波面)を受波可能なように構成されている。
(Description of each component)
In the optical microphone 1, the configuration of at least the prism 2, the metal layer 3, and the sound receiving layer 4 is integrated. The opposite surface (sound receiving surface) of the sound receiving layer 4 in contact with the metal layer 3 is exposed to the environmental fluid 10 and is configured to receive the sound wave 11 (wave surface) propagating through the environmental fluid 10. Yes.

光源5は、照射光7aの照射位置や、角度を任意に変化できるよう図示していない移動ステージに接続されている。また受光器6も同様に反射光7bを柔軟に受光しうるよう、位置、角度を任意に設定できる図示していない移動ステージに接続されている。   The light source 5 is connected to a moving stage (not shown) so that the irradiation position and angle of the irradiation light 7a can be arbitrarily changed. Similarly, the light receiver 6 is connected to a moving stage (not shown) whose position and angle can be arbitrarily set so that the reflected light 7b can be received flexibly.

プリズム2はガラスなど、光ビームに対して透過性を有する材料から構成されており、ガラスのほか、アクリルなどの樹脂も用いることが出来る。   The prism 2 is made of a material having transparency to a light beam, such as glass. Resin such as acrylic can be used in addition to glass.

プリズム2の一面2aは、光ビーム7aをプリズム2と金属層の界面2cへ、全反射以上の角度で入射しうるよう界面2cに対してある角度を持って傾斜して形成されている。光ビーム7の入射面と、プリズム2と金属層3の界面が平行であると、屈折率の小さい空気などの環境流体10から、ガラスなど屈折率の大きいプリズムに光が入射した際に、屈折によって透過光のプリズム2と金属層3の界面に対する入射角が小さくなるため、全反射以上の角度で、プリズム2と金属層3の界面に光ビームを入射させることができない。   One surface 2a of the prism 2 is formed to be inclined at a certain angle with respect to the interface 2c so that the light beam 7a can be incident on the interface 2c between the prism 2 and the metal layer at an angle greater than the total reflection. If the incident surface of the light beam 7 and the interface between the prism 2 and the metal layer 3 are parallel, the light is refracted when light enters the prism having a high refractive index such as glass from an environmental fluid 10 such as air having a low refractive index. As a result, the incident angle of the transmitted light with respect to the interface between the prism 2 and the metal layer 3 is reduced, so that the light beam cannot enter the interface between the prism 2 and the metal layer 3 at an angle greater than the total reflection.

またプリズム2の反射光7bが通過するプリズム2の一面2bはY軸に対して、プリズム2の受光面2aと、ほぼ対称に形成されている。   The one surface 2b of the prism 2 through which the reflected light 7b of the prism 2 passes is formed substantially symmetrically with the light receiving surface 2a of the prism 2 with respect to the Y axis.

光源5から入射して、反射光7bを、効率よく反射面2bを通過させて受光器6で検出するには、以上のようなY軸に対して対称の形状が適するが、受光器6で反射光7bが検出できるような形状であれば、曲面形状など任意の形状としても良い。   In order to detect the reflected light 7b incident from the light source 5 and efficiently passing through the reflecting surface 2b and being detected by the light receiver 6, the above symmetrical shape with respect to the Y axis is suitable. Any shape such as a curved surface shape may be used as long as the reflected light 7b can be detected.

金属層3は、プリズム2の一面に直接に設けられており、Y方向の厚さを約50nmとしている。これは、表面プラズモン共鳴が観測しやすい厚さとしたものである。表面プラズモン共鳴は、金属層が薄い際に顕著に観測できる現象であり、マイクロメートルオーダー程度まで厚くなった場合には、バルクとしての性質が強くなるため、表面プラズモン共鳴の観測が困難になる。   The metal layer 3 is provided directly on one surface of the prism 2 and has a thickness in the Y direction of about 50 nm. This is a thickness at which surface plasmon resonance can be easily observed. The surface plasmon resonance is a phenomenon that can be observed remarkably when the metal layer is thin. When the thickness of the surface plasmon resonance is increased to the order of micrometers, the property as a bulk becomes strong, so that it is difficult to observe the surface plasmon resonance.

金属層3は酸化などによる劣化が無いよう金が主に用いられるが、表面プラズモンが励起される金属、又は合金であればよく、銀、銅、白金なども用いることができる。金属層3は、洗浄を行ったプリズムの一面2cにスパッタや蒸着などにより直接形成されている。   Gold is mainly used for the metal layer 3 so as not to be deteriorated by oxidation or the like, but it may be any metal or alloy that excites surface plasmons, and silver, copper, platinum, and the like can also be used. The metal layer 3 is directly formed on one surface 2c of the cleaned prism by sputtering or vapor deposition.

周囲流体10を伝搬してきた音波を屈折率変化へ変換する役割を果たす受音層4には、圧力に対する屈折率変化の大きいシリカ乾燥ゲルなどの多孔質材料が好適に用いられる。他に有機系の乾燥ゲルなどを用いることも出来る。   For the sound receiving layer 4 that plays a role of converting the sound wave propagating through the surrounding fluid 10 into a change in refractive index, a porous material such as a silica dry gel having a large change in refractive index with respect to pressure is suitably used. In addition, an organic dry gel can also be used.

シリカ乾燥ゲルは、製造方法によって様々に特性を変化させることが可能な材料である。本実施形態においては、ゾルゲル法で形成した湿潤ゲルから超臨界乾燥法により液体成分を除去したシリカ乾燥ゲルを用いた。そのシリカ乾燥ゲルの特性は、密度110kg/m、音速50m/s、屈折率1.022(−)、圧力に対する屈折率変化量1.0×10−7(Pa−1)であった。 Silica dry gel is a material whose properties can be changed in various ways depending on the production method. In this embodiment, a silica dry gel obtained by removing a liquid component from a wet gel formed by a sol-gel method by a supercritical drying method is used. The characteristics of the silica dry gel were a density of 110 kg / m 3 , a sound velocity of 50 m / s, a refractive index of 1.022 (−), and a refractive index variation with respect to pressure of 1.0 × 10 −7 (Pa −1 ).

このシリカ乾燥ゲルは、純粋なシリカ(SiO)のみではなく、多少の有機成分を含んでおり、可視領域において少し白濁した半透明となっている。本発明の光マイクロフォンにおいては、受音層には光を透過させる必要がないため高い透過率は必要ない。有機成分を含有させることにより、屈折率変化量が大きくなるように形成している。 This silica dry gel contains not only pure silica (SiO 2 ) but also some organic components, and is slightly translucent and translucent in the visible region. In the optical microphone of the present invention, it is not necessary to transmit light to the sound receiving layer, so that high transmittance is not necessary. By including an organic component, the refractive index change amount is increased.

本実施形態では、受音層4のXZ平面における形状を楕円形状としている。受音層は音波を受け体積変化を伴う変形をすることで屈折率変化を生じる。音波などの外力を受けた際には、音波に同期した形状変化とは別に、受音層の材質と、形状に起因する共振振動を生じることがある。このような共振振動がマイクロフォンの測定周波数範囲にあると、マイクロフォンのフラットな周波数特性を乱すため好ましくない。   In the present embodiment, the shape of the sound receiving layer 4 in the XZ plane is an elliptical shape. The sound receiving layer receives a sound wave and deforms with a volume change to generate a refractive index change. When an external force such as a sound wave is received, a resonance vibration caused by the material and shape of the sound receiving layer may occur separately from the shape change synchronized with the sound wave. When such resonance vibration is in the measurement frequency range of the microphone, the flat frequency characteristic of the microphone is disturbed, which is not preferable.

共振振動は、四角形状や、円形状などでの形態で特に強く影響が出るため、本実施形態では形状に起因する周波数成分が出にくい楕円形状としている。また図2(a)に示すようにXZ面方向の形状を不定形にする方法や、図2(b)に示すように五辺の長さが異なる五角形などにすることにより、形状に起因する共振振動を抑制することが出来る。   Resonance vibration has a particularly strong influence in the form of a square shape or a circular shape. Therefore, in this embodiment, an elliptical shape in which a frequency component due to the shape is difficult to occur is used. Also, as shown in FIG. 2 (a), the shape in the XZ plane direction is indeterminate, or as shown in FIG. Resonance vibration can be suppressed.

本実施形態では、プリズム2、および金属膜3は長方形とし、受音層4のみ異なる形状としたが、プリズム、金属膜を受音層と同形状としても良い。   In the present embodiment, the prism 2 and the metal film 3 are rectangular, and only the sound receiving layer 4 has a different shape. However, the prism and the metal film may have the same shape as the sound receiving layer.

以上のように共振振動を抑制しうる形状とする方法のほかに、マイクロフォンのフラットな周波数特性を維持する方法として、受音層を極めて微小にし、共振周波数を計測周波数よりも高く設定する方法も可能である。   As described above, in addition to the method of making the shape capable of suppressing the resonance vibration, as a method of maintaining the flat frequency characteristics of the microphone, there is also a method of setting the resonance frequency higher than the measurement frequency by making the sound receiving layer very small. Is possible.

上述した音速50m/sのシリカ乾燥ゲルを用いた場合には、受音層の音波受波面を約20μm角程度の大きさにまで十分小さくすることにより、1.2MHz以上に共振を有するようになるため、1MHzまでのフラットな周波数特性を得ることができる。   When the above-mentioned silica dry gel with a sound velocity of 50 m / s is used, the sound wave receiving surface of the sound receiving layer is sufficiently reduced to a size of about 20 μm square so as to have resonance at 1.2 MHz or higher. Therefore, a flat frequency characteristic up to 1 MHz can be obtained.

しかしながら、このように極めて微細な大きさのマイクロフォン部材は、取扱いが難しく、表面プラズモン共鳴により屈折率変化を検出するための、光ビームを適当な位置に正確に照射させることが困難であるため、通常は受音層のXZ面方向サイズを1mm以上程度の大きさとして形成する。   However, the microphone member having such a very fine size is difficult to handle, and it is difficult to accurately irradiate a light beam at an appropriate position for detecting a refractive index change by surface plasmon resonance. Usually, the sound receiving layer is formed with a size in the XZ plane direction of about 1 mm or more.

受音膜を1mm程度の大きさとした場合にも、受音層をXZ面方向において多数に分割し、その最大サイズを20μm以下とすれば、共振周波数を高周波数に位置させることが出来るため、高い周波数までフラットな周波数特性を持つマイクロフォンを実現することが出来る。   Even when the sound receiving film is about 1 mm in size, if the sound receiving layer is divided into a large number in the XZ plane direction and the maximum size is 20 μm or less, the resonance frequency can be located at a high frequency. A microphone having a flat frequency characteristic up to a high frequency can be realized.

(受音層の厚さ)
本実施形態において受音層4のY方向厚さは約10μmとしている。次に受音層4の厚さを10μmとしている理由について記載する。光マイクロフォンの特性からは、高周波数領域に共振周波数を持つよう、薄く設定することが好ましいことは、XZ面方向における形状で先に述べた通りである。
(Thickness of sound receiving layer)
In the present embodiment, the thickness of the sound receiving layer 4 in the Y direction is about 10 μm. Next, the reason why the thickness of the sound receiving layer 4 is 10 μm will be described. From the characteristics of the optical microphone, it is preferable to set it thin so as to have a resonance frequency in the high frequency region, as described above in the shape in the XZ plane direction.

シリカ乾燥ゲルとして音速50m/sを用いた場合の、受音層4のY方向の共振周波数を算出すると、Y方向に関しては、波長の1/4の厚さの時に発生するため(XZ方向においては波長の1/2)、厚さ10μmにおける共振周波数が約1.25MHzとなる。   When the resonance frequency in the Y direction of the sound receiving layer 4 is calculated using a sound velocity of 50 m / s as the silica dry gel, the Y direction is generated when the thickness is ¼ of the wavelength (in the XZ direction). Is 1/2 of the wavelength), and the resonance frequency at a thickness of 10 μm is about 1.25 MHz.

すなわち、10μmより受音層4が薄い範囲では、測定領域より高い周波数領域に共振周波数が設定されているため、測定周波数範囲においてはフラットな特性が得られる。   That is, in the range where the sound receiving layer 4 is thinner than 10 μm, the resonance frequency is set in a frequency region higher than the measurement region, so that flat characteristics are obtained in the measurement frequency range.

一方、受音層4の薄層化の制約について記載する。   On the other hand, restrictions on the thinning of the sound receiving layer 4 will be described.

一つは表面プラズモン共鳴による計測法における制約である。表面プラズモン共鳴は受音層4と、金属層3との界面から、使用する光の1波長程度の変化のみを検出する検出方式である。この領域における屈折率の変化を、表面プラズモン共鳴の変化として十分に得るためには、屈折率が変化する部分を1波長程度、確保しておくことが好ましい。1波長より厚さが、薄い場合には、表面プラズモン共鳴で検出する領域が小さくなるため、検出感度が低下する。本実施形態においては可視領域のレーザ光源を用いているため、800nm以上の膜厚が必要である。   One is a limitation in the measurement method by surface plasmon resonance. Surface plasmon resonance is a detection method in which only a change of about one wavelength of light to be used is detected from the interface between the sound receiving layer 4 and the metal layer 3. In order to sufficiently obtain a change in the refractive index in this region as a change in surface plasmon resonance, it is preferable to secure a portion where the refractive index changes by about one wavelength. When the thickness is thinner than one wavelength, the detection area is decreased because the area detected by surface plasmon resonance is reduced. In this embodiment, since a visible region laser light source is used, a film thickness of 800 nm or more is required.

次に、シリカ乾燥ゲルの製造プロセス上からの薄層化の制約を述べる。受音層4として設けているシリカ乾燥ゲルは、プリズム上にスパッタや、蒸着によって金属層を形成した後に、更に金属層3上に、ウェットプロセスによって形成されるものである。   Next, restrictions on thinning the silica dry gel from the manufacturing process will be described. The silica dry gel provided as the sound receiving layer 4 is formed on the metal layer 3 by a wet process after a metal layer is formed on the prism by sputtering or vapor deposition.

乾燥ゲルを形成するプロセスをより具体的に説明する。最初に乾燥ゲルの原料となる原料液を調合し、これをディッピングや、スピンコートで、プリズムの金属層上に塗膜を形成する。この後、ゲル化、溶媒置換、撥水処理、洗浄等のプロセスを経た後、超臨界乾燥を行うものである。   The process for forming a dry gel will be described more specifically. First, a raw material liquid as a raw material for the dried gel is prepared, and this is dipped or spin coated to form a coating film on the metal layer of the prism. Thereafter, after undergoing processes such as gelation, solvent replacement, water repellent treatment, and washing, supercritical drying is performed.

このウェットプロセス工程、すなわち超臨界乾燥の前工程においては、常にウェットの状態を保たなくてはならない。形成した塗膜や、ゲル化後のゲル膜が乾燥すると、構造破壊が起こって、所望の特性が得られない。   In this wet process step, that is, before the supercritical drying, it is necessary to always maintain a wet state. When the formed coating film or the gel film after gelation is dried, structural destruction occurs and desired characteristics cannot be obtained.

超臨界乾燥前の工程における乾燥を防止するためには、ある程度の湿潤ゲルの膜厚が必要になる。より具体的には乾燥後の膜厚で、およそ3μm以上あるとほぼ安定的にシリカ乾燥ゲル層の形成が可能である。   In order to prevent drying in the process before supercritical drying, a certain film thickness of the wet gel is required. More specifically, when the film thickness after drying is about 3 μm or more, a silica dry gel layer can be formed almost stably.

受音層となる乾燥ゲル膜は、このように十分薄くするほかに図2に示すように膜厚に傾斜、分布を持たせても良い。これは不定形状による効果で、共振が強く出ないようにする方法である。   In addition to making the dried gel film as the sound receiving layer sufficiently thin as described above, the film thickness may be inclined and distributed as shown in FIG. This is an effect due to the indefinite shape, and is a method of preventing strong resonance.

膜厚が一定でない場合にも、表面プラズモン共鳴では、金属膜から1μm以下の変化しか観測していないため、音波の測定精度等には影響はない。   Even when the film thickness is not constant, the surface plasmon resonance observes only a change of 1 μm or less from the metal film, so that the measurement accuracy of the sound wave is not affected.

光源5は、単一波長の光を出射できるものであり、ガスレーザや、半導体レーザなどを用いることができる。レーザ光の波長分散が大きいと、プラズモン共鳴の励起される角度に分散が出るため測定精度の面から好ましくない。光源5は光駆動回路8に接続されており、光駆動回路の入力信号に応じたレーザ光を出射する。   The light source 5 can emit light having a single wavelength, and a gas laser, a semiconductor laser, or the like can be used. If the wavelength dispersion of the laser light is large, dispersion occurs at the angle at which plasmon resonance is excited, which is not preferable from the viewpoint of measurement accuracy. The light source 5 is connected to the light driving circuit 8 and emits laser light corresponding to the input signal of the light driving circuit.

また光源5から出射される光は金属層と平行なXZ平面に対して垂直な電界成分を有するs偏光である。p偏光(XZ平面に平行)では表面プラズモン共鳴は励起されないため、p偏光が含まれていると、表面プラズモン共鳴が励起されている状態でも反射光が観測されるため、測定精度の点から好ましくない。   The light emitted from the light source 5 is s-polarized light having an electric field component perpendicular to the XZ plane parallel to the metal layer. Since surface plasmon resonance is not excited in p-polarized light (parallel to the XZ plane), reflected light is observed when p-polarized light is included even in a state where surface plasmon resonance is excited, which is preferable from the viewpoint of measurement accuracy. Absent.

受光器6は、プリズム2と金属層3の界面で反射した光を検出可能なように構成されている。光源5に用いた光の周波数に感度を有するタイプの受光器を選択する。可視領域の光を用いた場合には、シリコン系フォトダイオードなどを用いることができる受光器6は、反射光を検出し、検出回路9へと送る。   The light receiver 6 is configured to detect light reflected at the interface between the prism 2 and the metal layer 3. A type of light receiver having sensitivity to the frequency of light used for the light source 5 is selected. When light in the visible region is used, the light receiver 6, which can use a silicon photodiode or the like, detects the reflected light and sends it to the detection circuit 9.

検出回路9では、受光器からの信号に基づいて受音層に用いているシリカ乾燥ゲルなどの屈折率の変化を算出し、更に受音部の屈折率変化と音圧の相関関係により、音圧へと変換する。検出回路9は、図示していないコンピュータなどに接続されており、音響信号として保存される。   The detection circuit 9 calculates a change in the refractive index of the silica dry gel or the like used for the sound receiving layer based on the signal from the light receiver, and further calculates the sound from the correlation between the change in the refractive index of the sound receiving unit and the sound pressure. Convert to pressure. The detection circuit 9 is connected to a computer (not shown) and is stored as an acoustic signal.

(光マイクロフォン1の動作)
以上のように構成された、光マイクロフォン1の動作について説明する。より理解しやすいように、ここでは図3を用いて説明する。図3は図1に示した光マイクロフォンのZ方向における、XY平面の断面図である。
(Operation of optical microphone 1)
The operation of the optical microphone 1 configured as described above will be described. For easier understanding, description will be made here with reference to FIG. 3 is a cross-sectional view of the XY plane in the Z direction of the optical microphone shown in FIG.

まず光マイクロフォンの初期設定として、受音層に音が届いていない条件にて、プリズムと金属膜の界面からの反射光がほぼ検出されない、すなわち表面プラズモン共鳴が励起されている状態を設定する。   First, as an initial setting of the optical microphone, a state is set in which reflected light from the interface between the prism and the metal film is hardly detected, that is, surface plasmon resonance is excited under the condition that no sound reaches the sound receiving layer.

より具体的には、光源に波長633nmのHe−Neレーザ、プリズムに屈折率1.5(−)のガラス、金属層に厚さ50nmの金、受音層に密度110kg/m、音速50m/s、屈折率1.022(−)のシリカ乾燥ゲルを用いた場合には、表面プラズモン共鳴の励起される角度は45.6度である。 More specifically, the light source has a He—Ne laser with a wavelength of 633 nm, the prism has a glass with a refractive index of 1.5 (−), the metal layer has a thickness of 50 nm, the sound receiving layer has a density of 110 kg / m 3 , and the sound velocity is 50 m. When a silica dry gel having a refractive index of 1.0 / (s) is used, the angle at which surface plasmon resonance is excited is 45.6 degrees.

よって、図3に示すレーザ光7aと、プリズムと金属層の界面の垂直方向とのなす角度θSPRが、45.6度になるように配置している。光源5と受光器6とは、レーザ光7a,7bが常に角度θSPRが同一となるように位置制御する、いわゆるθ−2θステージを移動ステージとして用いている。 Therefore, the angle θ SPR formed by the laser beam 7a shown in FIG. 3 and the vertical direction of the interface between the prism and the metal layer is arranged to be 45.6 degrees. The light source 5 and the light receiver 6 use a so-called θ-2θ stage that controls the positions of the laser beams 7a and 7b so that the angle θ SPR is always the same as the moving stage.

プリズム2は、光をほぼ屈折させずに透過させるよう、図2における金属膜と対向する角2dが90度である二等辺三角形のものを用いている。プリズム形状は上述のようにプリズム2と金属膜3の界面2cに全反射以上の角度で入射させることができるものであればどのようなものでも良いが、本実施形態の形状とすると、プリズムと金属界面への入射角度がほぼ同じとなるため、角度および位置の調整が直感的に合わせやすくなるため好ましい。   The prism 2 is an isosceles triangle whose angle 2d facing the metal film in FIG. 2 is 90 degrees so as to transmit light without being refracted. The prism shape may be any shape as long as it can be incident on the interface 2c between the prism 2 and the metal film 3 at an angle greater than or equal to total reflection as described above. Since the incident angles on the metal interface are substantially the same, it is preferable because the adjustment of the angle and position can be easily adjusted intuitively.

実際には受光器6の受光信号を観測しながら、光源5、受光器6の位置(図3における角度θSPR)を変化させ、受光信号強度が最低(ほぼ0)となる位置で、光源、受光器を固定する。この際、プリズム2、金属層3、受音層4からなる一体部分も固定して移動しないようにする。すなわち初期に音波が受音層に到達していない状態では、受光信号強度はほぼ0の状態となっている。 In practice, the position of the light source 5 and the light receiver 6 (angle θ SPR in FIG. 3) is changed while observing the light reception signal of the light receiver 6, and the light source, Fix the receiver. At this time, the integral part composed of the prism 2, the metal layer 3, and the sound receiving layer 4 is also fixed so as not to move. That is, in the state where the sound wave does not reach the sound receiving layer in the initial stage, the received light signal intensity is almost zero.

こうした初期設定を行った光マイクロフォンに対して、スピーカ、ツイータ、超音波層送波器などを用いて受音層の周囲流体へ露出している部分へ音を送信する。   A sound is transmitted to the portion of the sound receiving layer exposed to the surrounding fluid using a speaker, a tweeter, an ultrasonic layer transmitter, or the like to the optical microphone that has been initially set.

音波を受けた受音層は変形、体積変化を起こして、更に屈折率変化を生じる。受音層の屈折率が変化すると、表面プラズモン共鳴角度が変化するため、受光器で検出される受光信号強度が増加する。   The sound receiving layer that has received the sound wave undergoes deformation and volume change, and further changes the refractive index. When the refractive index of the sound receiving layer changes, the surface plasmon resonance angle changes, so that the received light signal intensity detected by the light receiver increases.

初期状態で受光強度がほぼ0だった状態から、音が受音層に入ることで、表面プラズモン共鳴の条件が変化し、受光器6での受光強度が増加する。この受光強度から、受音層であるシリカ乾燥ゲルの屈折率変化量が算出でき、更に音圧と屈折率変化量の関係から音圧へと変換することによって、音波の計測が可能となるものである。   When sound enters the sound receiving layer from a state where the light receiving intensity is substantially 0 in the initial state, the surface plasmon resonance condition changes, and the light receiving intensity at the light receiver 6 increases. From this received light intensity, the refractive index change amount of the silica dry gel, which is the sound receiving layer, can be calculated, and furthermore, the sound wave can be measured by converting the relationship between the sound pressure and the refractive index change amount to the sound pressure. It is.

上述したように本実施形態の光マイクロフォン1の構成である、光源5に波長633nmのHe−Neレーザ、プリズム2に屈折率1.5のガラス、金属層3に厚さ50nmの金、受音層4に屈折率1.022(−)のシリカ乾燥ゲルを用いた場合、表面プラズモン共鳴が励起される45.6度近傍において、受音層4の屈折率が1.0×10−4(−)程度変化すると、表面プラズモン共鳴吸収の励起される角度が約0.01度変化し、光ビームの反射率が約1%程度変化する。 As described above, the configuration of the optical microphone 1 of the present embodiment is that the light source 5 is a He—Ne laser with a wavelength of 633 nm, the prism 2 is glass with a refractive index of 1.5, the metal layer 3 is gold with a thickness of 50 nm, and the sound is received. When a silica dry gel having a refractive index of 1.022 (−) is used for the layer 4, the refractive index of the sound receiving layer 4 is 1.0 × 10 −4 (in the vicinity of 45.6 degrees where the surface plasmon resonance is excited. -) When the degree changes, the angle at which surface plasmon resonance absorption is excited changes by about 0.01 degree, and the reflectivity of the light beam changes by about 1%.

ここで受音層4として用いている、シリカ乾燥ゲルの屈折率変化量は1.0×10−7(Pa−1)であるので、1000Pa程度の音圧を受けると、表面プラズモン共鳴吸収の角度が0.01度変化し、光ビームの反射率が1%程度変化する。この光ビームの強度変化を受光器6で検出することにより環境流体10を伝搬する音波11の検出が可能となる。受光器6で検出した光強度信号の直流分を、ハイパスフィルタで除去することにより、音波の周波数に応じた交流成分がより明確に検出できる。 Since the silica dry gel used as the sound receiving layer 4 has a refractive index variation of 1.0 × 10 −7 (Pa −1 ), when it receives a sound pressure of about 1000 Pa, it exhibits surface plasmon resonance absorption. The angle changes by 0.01 degrees, and the reflectivity of the light beam changes by about 1%. By detecting the change in the intensity of the light beam with the light receiver 6, the sound wave 11 propagating through the environmental fluid 10 can be detected. By removing the direct current component of the light intensity signal detected by the light receiver 6 with a high-pass filter, the alternating current component corresponding to the frequency of the sound wave can be detected more clearly.

本実施形態では、初期設定として表面プラズモン共鳴が励起されている状態を取ったが、初期設定を角度θSPRより、わずかに大きく、あるいは小さく設定しても良い。   In the present embodiment, the surface plasmon resonance is excited as an initial setting, but the initial setting may be set slightly larger or smaller than the angle θSPR.

受光信号強度が0の位置を初期設定とすると、原点の安定性は良いものの、音圧が高い場合にも、低い場合にも受光信号強度が増加するため、音圧の正負が不明な測定となる。   If the position where the received light signal intensity is 0 is set as the initial setting, the stability of the origin is good, but the received light signal intensity increases both when the sound pressure is high and when the sound pressure is low. Become.

一方、初期設定を角度θSPRから、ずらした設定とすると、原点の安定性に課題があるが、音圧の正負が判別できるため、適用アプリケーションによっては初期設定を、受光信号強度が最低ではない位置を設定することも有効である。   On the other hand, if the initial setting is shifted from the angle θSPR, there is a problem with the stability of the origin, but the sound pressure can be determined positively or negatively. It is also effective to set

本発明の光マイクロフォンは、局所的な屈折率変化を検出する表面プラズモン共鳴を用いた方式であるので、小型化しても感度が低下しないという有利な効果を持つものであり、また光マイクロフォン本体が振動板などを持たず、単純で、安定な構造であるため、小型化が容易で、高周波数領域までフラットな周波数特性を有する光マイクロフォンを実現することができる。     Since the optical microphone of the present invention is a system using surface plasmon resonance that detects a local refractive index change, it has an advantageous effect that the sensitivity does not decrease even if it is reduced in size. Since it has a diaphragm and has a simple and stable structure, it is easy to miniaturize and an optical microphone having a flat frequency characteristic up to a high frequency region can be realized.

また空気などの気体よりも、さらに大きな圧力に対する屈折率変化を有するシリカ乾燥ゲルを、音圧と屈折率変化の変換材料として用いていることにより、高感度化を実現している。   Further, high sensitivity is realized by using a silica dry gel having a refractive index change for a pressure larger than that of a gas such as air as a conversion material for changing sound pressure and refractive index.

以上のように、音圧を屈折率変化に変換する受音層に対して、空気などの気体よりも更に屈折率変化量の大きなシリカ乾燥ゲルを用い、発生した屈折率変化を、表面プラズモン共鳴により検出する本発明の光マイクロフォンは、小型化しても感度が低下せず、高周波数領域までのフラット周波数特性な特性を実現するという有利な効果を持つものである。   As described above, for the sound receiving layer that converts sound pressure into refractive index change, silica dry gel with a larger refractive index change amount than that of gas such as air is used, and the generated refractive index change is expressed by surface plasmon resonance. The optical microphone of the present invention that is detected by the above has an advantageous effect that the sensitivity does not decrease even if the size is reduced, and a flat frequency characteristic characteristic up to a high frequency region is realized.

本発明では、受音層としてシリカ乾燥ゲルを用いたが、そのほかにも、チタニア、チタン酸バリウム、アルミナなどの無機酸化物系の乾燥ゲル、あるいは一般的な熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など例えば、ポリウレタン、ポリウレア、フェノール硬化樹脂、ポリアクリルアミド、又は、ポリメタクリル酸メチルなどの有機乾燥ゲルを用いることもできる。   In the present invention, silica dry gel was used as the sound receiving layer. In addition, dry oxides of inorganic oxides such as titania, barium titanate, and alumina, or general thermosetting resins, thermoplastic resins, etc. For example, organic dry gels such as polyurethane, polyurea, phenol cured resin, polyacrylamide, or polymethyl methacrylate can also be used.

(実施の形態2)
図4を参照して、本発明、実施の形態2における光マイクフォンの構成、および動作について説明する。図4において図1〜3と同構成には同番号を付与している。
(Embodiment 2)
With reference to FIG. 4, the configuration and operation of the optical microphone according to the present invention and the second embodiment will be described. In FIG. 4, the same numbers are assigned to the same components as those in FIGS.

図4に示した本実施形態における光マイクロフォンは、図3に示した実施の形態1における光マイクロフォンとは以下の2点で異なる。1点は、光源5から出射された直線状の光ビームを発散させ、平行光化させるビームエキスパンダー12と、ビームエキスパンダーから出射された平行光をプリズムのXY平面内でのみ収束させる(Z方向には収束させない)シリンドリカルレンズ13とを、光源5とプリズム2の間に有している。   The optical microphone in the present embodiment shown in FIG. 4 differs from the optical microphone in the first embodiment shown in FIG. 3 in the following two points. One point is that a linear light beam emitted from the light source 5 is diverged to be collimated, and the parallel light emitted from the beam expander is converged only in the XY plane of the prism (in the Z direction). The cylindrical lens 13 is provided between the light source 5 and the prism 2.

2点目は、受光器6が複数の受光素子61からなることである。本実施形態の受光器は、反射光が透過するプリズム面2bとほぼ平行な方向に、複数の受光素子61が一次元に配列した構造となっている。   The second point is that the light receiver 6 includes a plurality of light receiving elements 61. The light receiver of this embodiment has a structure in which a plurality of light receiving elements 61 are arranged one-dimensionally in a direction substantially parallel to the prism surface 2b through which reflected light is transmitted.

このような光マイクロフォンの動作について説明する。はじめに初期設定、すなわち音波を受けていない状態での設定方法について説明する。   The operation of such an optical microphone will be described. First, an initial setting, that is, a setting method in a state where no sound wave is received will be described.

図4に示すように光源5から出射された光ビーム7が、ビームエキスパンダー12、シリンドリカルレンズ13を通過すると、プリズムと金属層の界面へある角度範囲(θ1〜θ2、θ1<θ2)を有する光ビームが入射することになる。   As shown in FIG. 4, when the light beam 7 emitted from the light source 5 passes through the beam expander 12 and the cylindrical lens 13, light having an angle range (θ1 to θ2, θ1 <θ2) to the interface between the prism and the metal layer. The beam will be incident.

この際、θ1とθ2は表面プラズモン共鳴を励起する角度θSPRとの間に、θ1<θSPR<θ2の関係を満たしている。 At this time, θ1 and θ2 satisfy the relationship of θ1 < θSPR <θ2 between the angle θSPR for exciting the surface plasmon resonance.

このような光ビームは、プリズムと金属層の界面へ、幅を持った入射角で入射し、入射角と同じ角度で反射される。反射光も幅を持った角度で得られることになり、1次元に多数配置した受光素子のうち、反射光の角度に対応する位置に存在する受光素子で検出される。   Such a light beam is incident on the interface between the prism and the metal layer at an incident angle having a width, and is reflected at the same angle as the incident angle. Reflected light is also obtained at an angle having a width, and is detected by a light receiving element that exists at a position corresponding to the angle of the reflected light among many light receiving elements arranged one-dimensionally.

表面プラズモン共鳴が励起される角度に相当する光ビームは反射光強度が低下し、ほぼ0になるため、この光ビームの角度に相当する位置に配置された受光素子61の受光信号強度はほぼ0にまで低下する。   The light beam corresponding to the angle at which the surface plasmon resonance is excited has a reflected light intensity that is reduced to almost zero, so that the light receiving signal intensity of the light receiving element 61 arranged at a position corresponding to the angle of the light beam is substantially zero. Drop to.

初期設定として受光強度がほぼ0となる受光素子が、1次元配列した受光器のほぼ中央となるように、位置を調整することが好ましい。こうすることで広い音圧域に渡る音波を検出することが可能となる。   As an initial setting, it is preferable to adjust the position so that the light receiving element having a light receiving intensity of approximately 0 is approximately at the center of the one-dimensionally arranged light receivers. This makes it possible to detect sound waves over a wide sound pressure range.

次に音波を受けた際の動作について説明する。受音層4が音波を受けると屈折率変化が生じて、表面プラズモン共鳴の励起される光ビームの角度が変化する。すなわち受光強度がほぼ0になる受光素子61の位置が変わる。この受光強度が低下した受光素子の位置から、受音層4の屈折率変化、更には音圧を検出することが可能となるものである。   Next, the operation when receiving a sound wave will be described. When the sound receiving layer 4 receives sound waves, a refractive index change occurs, and the angle of the light beam excited by surface plasmon resonance changes. In other words, the position of the light receiving element 61 where the light receiving intensity becomes almost zero changes. From the position of the light receiving element where the light receiving intensity is reduced, it is possible to detect a change in the refractive index of the sound receiving layer 4 and further a sound pressure.

本実施形態の光マイクロフォンによれば、受光素子を多数配置した受光器が必要となり、多少のコスト増をもたらすが、一方で、第一の実施形態より、測定の安定性と、音圧の正負の測定が同時に実現できるという利点がある。   According to the optical microphone of the present embodiment, a light receiver in which a large number of light receiving elements are arranged is required, resulting in a slight increase in cost. On the other hand, compared with the first embodiment, the measurement stability and the sign of sound pressure are positive and negative. There is an advantage that the measurement can be realized simultaneously.

更に1次元配列した受光器の位置を、プリズム2より遠くすることで、分解能を向上することができ、近づけることで受光量を高くすることができるなど測定上の自由度が高い。   Furthermore, the resolution can be improved by moving the positions of the one-dimensionally arranged light receivers away from the prism 2, and the degree of freedom in measurement is high, for example, the amount of received light can be increased by being closer.

実施の形態1と同様に、光源に波長633nmのHe−Neレーザ、プリズムに屈折率1.5(−)のガラス、金属層に厚さ50nmの金、受音層に屈折率1.022(−)のシリカ乾燥ゲルを用い、ビームエキスパンダー12、シリンドリカルレンズ13によりプリズム2と金属層3の界面に対する入射角度を45.3〜46.0度(θ1=45.3度、θ2=49.0度)に設定した光マイクロフォンの動作について説明する。本実施形態では、受光器6として、一次元(図4のXY平面内)に約1000個の受光素子61が配列した受光器を用いた。受光器6の受光素子61の配列方向の長さは約10mmであり、受光素子61の1素子あたりの配列方向の長さは約10μmである。   As in the first embodiment, the light source has a He—Ne laser with a wavelength of 633 nm, the prism has a refractive index of 1.5 (−) glass, the metal layer has a thickness of 50 nm, the sound receiving layer has a refractive index of 1.022 ( -) Using a silica dry gel, the incident angle with respect to the interface between the prism 2 and the metal layer 3 is 45.3 to 46.0 degrees (θ1 = 45.3 degrees, θ2 = 49.0) by the beam expander 12 and the cylindrical lens 13. The operation of the optical microphone set to (degree) will be described. In the present embodiment, a light receiver in which about 1000 light receiving elements 61 are arranged in one dimension (in the XY plane of FIG. 4) is used as the light receiver 6. The length in the arrangement direction of the light receiving elements 61 of the light receiver 6 is about 10 mm, and the length in the arrangement direction per one element of the light receiving elements 61 is about 10 μm.

受光素子61の1素子あたりに対応する反射光の角度範囲は、プリズム2と金属層3の界面から受光器6までの距離と、受光素子61の1素子あたりの配列方向の長さで決まる。   The angle range of the reflected light corresponding to one light receiving element 61 is determined by the distance from the interface between the prism 2 and the metal layer 3 to the light receiver 6 and the length of the light receiving element 61 in the arrangement direction per one element.

本実施形態では、プリズム2と金属層3の界面から受光器6までの距離が1mであり、受光素子61の幅が10μmであるので、受光素子61の1素子に対応する反射光の角度範囲は、5.7×10−4度となる。 In the present embodiment, since the distance from the interface between the prism 2 and the metal layer 3 to the light receiver 6 is 1 m and the width of the light receiving element 61 is 10 μm, the angle range of reflected light corresponding to one element of the light receiving element 61 Is 5.7 × 10 −4 degrees.

実施の形態1で述べたように、表面プラズモン共鳴が励起される45.6度近傍においては、受音層4の屈折率が約1.0×10−4(−)変化すると、表面プラズモン共鳴吸収の励起される角度が約0.01度変化する。 As described in the first embodiment, in the vicinity of 45.6 degrees where the surface plasmon resonance is excited, when the refractive index of the sound receiving layer 4 changes by about 1.0 × 10 −4 (−), the surface plasmon resonance The angle at which the absorption is excited varies by about 0.01 degrees.

本実施形態では、受音層4として用いている、シリカ乾燥ゲルの屈折率変化量が1.0×10−7(Pa−1)であるので、1000Pa程度の音圧を受けると、表面プラズモン共鳴吸収の角度が0.01度変化する。これは受光強度がほぼ0となる、すなわち暗線を検出する受光素子が約17個移動する。このように受光強度がほぼ0となる、受光素子61の位置から、環境流体10を伝搬する音波を検出することが可能となるものである。 In this embodiment, since the amount of change in the refractive index of the silica dry gel used as the sound receiving layer 4 is 1.0 × 10 −7 (Pa −1 ), when a sound pressure of about 1000 Pa is applied, the surface plasmon The angle of resonance absorption changes by 0.01 degrees. This is because the received light intensity is almost 0, that is, about 17 light receiving elements for detecting dark lines move. Thus, the sound wave propagating through the environmental fluid 10 can be detected from the position of the light receiving element 61 where the received light intensity is substantially zero.

本実施の形態では1次元に受光素子が配列したタイプの受光器を用いて説明したが、2次元に配列したタイプの受光器を用いてもよい。この場合には、同じ角度に相当する受光素子が複数存在するため、同じ角度に相当する受光素子の光強度の平均を取るなどの方法で、計測の安定度を更に高めることができる。   Although this embodiment has been described using a light receiver of a type in which light receiving elements are arranged one-dimensionally, a light receiver of a type arranged in two dimensions may be used. In this case, since there are a plurality of light receiving elements corresponding to the same angle, the measurement stability can be further increased by a method such as averaging the light intensities of the light receiving elements corresponding to the same angle.

また本実施形態における光マイクロフォンでの、シリカ乾燥ゲルを音圧と屈折率変化の変換材料として用いる利点について定量的に示す。ここでは図4において受音層4を設けない構造、すなわち空気の屈折率変化を直接計測した場合との感度比較を行う。   In addition, the advantages of using the silica dry gel as a sound pressure and refractive index change conversion material in the optical microphone in the present embodiment will be quantitatively shown. Here, the sensitivity comparison with the structure in which the sound receiving layer 4 is not provided in FIG. 4, that is, when the refractive index change of air is directly measured is performed.

空気の圧力に対する屈折率変化量は約2.0×10−9(Pa−1)である。光源としてHe−Neレーザ(波長633nm)、金属層として金を用いた場合には、シリカ乾燥ゲルを受音層に適用すると、空気の屈折率変化を検知する場合と比較して、感度が約50倍程度に向上する。 The amount of change in the refractive index with respect to the air pressure is about 2.0 × 10 −9 (Pa −1 ). When a He—Ne laser (wavelength: 633 nm) is used as the light source and gold is used as the metal layer, the sensitivity is approximately 30% more than when detecting a change in the refractive index of air when silica dry gel is applied to the sound receiving layer. It improves to about 50 times.

以上のように、本発明実施の形態2における光マイクロフォンは、プリズムと金属層の界面にある角度幅を持った光ビームを入射し、一次元以上に配列した受光素子を持つ受光器を用いた構成とすることで、高周波数領域までのフラットな周波数特性を維持しながら、より安定度の高い測定を可能とした光マイクロフォンを提供することができる。   As described above, the optical microphone according to the second embodiment of the present invention uses a light receiver having a light receiving element that is incident in a light beam having an angular width at the interface between the prism and the metal layer and arranged in one dimension or more. By adopting the configuration, it is possible to provide an optical microphone that enables measurement with higher stability while maintaining a flat frequency characteristic up to a high frequency region.

(実施の形態3)
図5を用いて本発明実施の形態3における光マイクロフォンの構成、および動作について説明する。本実施形態における実施形態1および2との差異は、図5に示すように受音層の前方、周囲流体の側に音響ホーン14を有することにあり、他の構成は、実施形態1および2の場合と同じである。音響ホーン14は図示していないプリズム2との接続部材と結合しており、光マイクロフォン1として一体化している。
(Embodiment 3)
The configuration and operation of the optical microphone according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. The difference between the present embodiment and the first and second embodiments is that an acoustic horn 14 is provided in front of the sound receiving layer and on the side of the surrounding fluid, as shown in FIG. Is the same as The acoustic horn 14 is combined with a connection member to the prism 2 (not shown), and is integrated as the optical microphone 1.

音響ホーンの内部を伝搬する音波は、音響ホーンの入口14aが、音響ホーンと受音部との接する出口14bより大きいため、その形状効果によって音波が圧縮され、音圧が高められる。音波圧縮の効果により受音層に発生する屈折率変化が大きくなるため、より小さな音も検出可能となるという有利な効果がある。   Since the sound wave propagating through the acoustic horn is larger in the acoustic horn inlet 14a than the outlet 14b in contact with the acoustic horn and the sound receiving portion, the sound wave is compressed by the shape effect and the sound pressure is increased. Since the refractive index change generated in the sound receiving layer is increased by the effect of sound wave compression, there is an advantageous effect that even smaller sounds can be detected.

音響ホーンは図5のY方向に関して開口面積が指数関数的に変化するように設計すると、音響ホーン内部での音波の反射が少なくなるため好ましい。   It is preferable to design the acoustic horn so that the opening area changes exponentially with respect to the Y direction in FIG. 5 because reflection of sound waves inside the acoustic horn is reduced.

(実施の形態4)
また、本発明の光マイクロフォンは、水中用の光ハイドロフォンとしても利用可能である。水中用のハイドロフォンとして使用する際は、受音層として用いているシリカ乾燥ゲルに撥水処理が必須となる。本実施の形態における光マイクロフォンは実施の形態1〜3で示したいずれの構成でも適用可能である。
(Embodiment 4)
The optical microphone of the present invention can also be used as an underwater optical hydrophone. When used as an underwater hydrophone, a water repellent treatment is essential for the silica dry gel used as the sound receiving layer. The optical microphone in this embodiment can be applied to any configuration shown in the first to third embodiments.

撥水処理を行わないシリカ乾燥ゲルは水の毛管力によって、その内部に無数にある微細な空孔が破壊されてしまうため、大きな屈折率変化を有する材料としての特性が発揮できない。水中の音圧は通常、大気中に比較して極めて大きいため、感度は十分に確保できる。   Silica dry gel that is not subjected to water repellent treatment cannot exhibit the characteristics as a material having a large refractive index change, because countless fine pores are destroyed by the capillary force of water. Since the sound pressure in water is usually much higher than in the atmosphere, sufficient sensitivity can be ensured.

シリカ乾燥ゲルの撥水処理には、湿潤ゲルの状態で、触媒となるアンモニア水、ジメチルジメトキシシランなどのアルコキシシランを用いて、処理することによって達成できる。   The water-repellent treatment of the silica dry gel can be achieved by treating the catalyst in a wet gel state with ammonia water as a catalyst and alkoxysilane such as dimethyldimethoxysilane.

このような光マイクロフォンを、実施の形態2で比較したのと同様に、シリカ乾燥ゲルを設けないデバイス構成、すなわち水の屈折率変化を直接に検出する場合とを比較すると(水の屈折率変化量 1.5×10−10 Pa−1)、シリカ乾燥ゲルを受音層として用いた場合には約250倍程度の高感度化を実現できる。 Similar to the comparison in the second embodiment, such an optical microphone is compared with a device configuration in which silica dry gel is not provided, that is, when a change in the refractive index of water is directly detected (change in the refractive index of water). In the case of using an amount of 1.5 × 10 −10 Pa −1 ) and a silica dry gel as the sound receiving layer, a high sensitivity of about 250 times can be realized.

本発明においては、シリカ乾燥ゲルが、音圧を屈折率の変化とする変換材料としての大きな役割を果たしているため、本発明の実施形態で用いているシリカ乾燥ゲルの製造方法の一例を説明する。
1.原料調合
テトラエトキシシランに少量のトリエチルエトキシシランを添加し、更にエタノール、水を一定の割合で調合し、ビーカー中で約1分間混合したゲル原料液を、常温で保持した。
2.塗膜形成
ガラス製のプリズム上に金をスパッタで形成した基板を、プリズムが設置可能なV溝を持つアタッチメントに取り付け、スピンコーターへ設置した。調合した原料液を金膜上へ滴下した後、アタッチメントごと1500rpm、30sにて回転させて余分なゲル原料液を振り切って薄いゲル塗膜を形成した。
3.ゲル化
塗膜が乾燥しないよう、すぐにアンモニア水を入れた密閉容器中にアタッチメントごと、プリズム/金膜上にゲル原料液の塗膜が形成されたものを入れ、40℃、24hで保持して、ゲル化を完了させた。
4.洗浄
未反応の原料液や、触媒を除くため、十分な量のエタノール中に浸漬し、40℃で6h保持した。
5.疎水化
ジメチルジメトキシシランと、アンモニア水を混合した疎水化液に、洗浄後のプリズム/金/湿潤ゲル体を浸漬し、70℃、24時間保持した。
6.溶媒置換
疎水化の完了した、プリズム/金/湿潤ゲル体を再び、十分な量のエタノールに浸漬して、40℃、6時間保持した。
7.超臨界乾燥
70℃、12MPaにてエタノールを炭酸ガスに十分に置換し、その後、温度を保ったまま、ゆっくりと圧力を低下させることによって、超臨界状態から気体状態を経て乾燥を完了させた。
In the present invention, since the silica dry gel plays a major role as a conversion material for changing the sound pressure to change the refractive index, an example of a method for producing the silica dry gel used in the embodiment of the present invention will be described. .
1. Raw material preparation A small amount of triethylethoxysilane was added to tetraethoxysilane, ethanol and water were further mixed at a certain ratio, and the gel raw material solution mixed for about 1 minute in a beaker was kept at room temperature.
2. Coating Film Formation A substrate on which gold was sputtered on a glass prism was attached to an attachment having a V-groove on which the prism can be installed, and installed on a spin coater. After the prepared raw material liquid was dropped onto the gold film, the entire attachment was rotated at 1500 rpm for 30 seconds to shake off excess gel raw material liquid to form a thin gel coating film.
3. Gelation To prevent the coating film from drying, immediately place the attachment with the gel raw material film on the prism / gold film in a sealed container containing ammonia water and hold at 40 ° C for 24 hours. To complete the gelation.
4). Washing In order to remove unreacted raw material liquid and catalyst, the substrate was immersed in a sufficient amount of ethanol and held at 40 ° C. for 6 hours.
5). Hydrophobization The prism / gold / wet gel body after washing was dipped in a hydrophobization solution in which dimethyldimethoxysilane and aqueous ammonia were mixed, and the mixture was kept at 70 ° C. for 24 hours.
6). Solvent Replacement The prism / gold / wet gel body, which had been hydrophobized, was again immersed in a sufficient amount of ethanol and held at 40 ° C. for 6 hours.
7). Supercritical drying At 70 ° C. and 12 MPa, ethanol was fully substituted with carbon dioxide gas, and then the pressure was slowly decreased while maintaining the temperature, thereby completing the drying from the supercritical state to the gaseous state.

以上のような製造プロセスにて、密度110kg/m3、音速50m/s、屈折率変化量1.0×10−7Pa−1のシリカ乾燥ゲル層が得られた。   Through the manufacturing process as described above, a silica dry gel layer having a density of 110 kg / m 3, a sound velocity of 50 m / s, and a refractive index variation of 1.0 × 10 −7 Pa −1 was obtained.

本発明の光マイクロフォンは、従来困難であった高周波数領域までフラットな周波数特性を持つマイクロフォンが実現でき、雑音の計測、音楽用途、音波を使った様々な計測(距離計測、速度計測、流量計測など)に好適に利用可能である。また計測部本体は電気を使用していないため、MRIなど電磁波環境で使用するマイクロフォンにも好適である。   The optical microphone of the present invention can realize a microphone having a flat frequency characteristic up to a high frequency range, which has been difficult in the past, and can be used for noise measurement, music use, various measurements using sound waves (distance measurement, velocity measurement, flow measurement) Etc.). Further, since the measuring unit main body does not use electricity, it is also suitable for a microphone used in an electromagnetic wave environment such as MRI.

1 光マイクロフォン
2 プリズム
3 金属層
4 受音層
5 光源
6 受光器
7 光ビーム
8 光源駆動回路
9 検出回路
10 周囲流体
11 音波(波面)
12 ビームエキスパンダー
13 シリンドリカルレンズ
14 音響ホーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical microphone 2 Prism 3 Metal layer 4 Sound receiving layer 5 Light source 6 Light receiver 7 Light beam 8 Light source drive circuit 9 Detection circuit 10 Ambient fluid 11 Sound wave (wavefront)
12 Beam expander 13 Cylindrical lens 14 Acoustic horn

Claims (10)

周囲流体を伝搬する音波を光によって検出する光マイクロフォンであって、
プリズムと、
前記プリズムの一面に設けられた金属層と、
前記金属層の前記プリズムと反対側の表面に設けられ周囲流体に露出した受音層と、
前記プリズムと前記金属層の界面に光ビームを全反射以上の角度で出射する光源と、
前記光源を駆動する光源駆動回路と、
前記プリズムと前記金属層の界面からの反射光を受光する受光器と、
前記受光器からの信号を音波信号へ変換する検出回路と、
からなる光マイクロフォン
An optical microphone for detecting sound waves propagating through an ambient fluid by light,
Prism,
A metal layer provided on one surface of the prism;
A sound receiving layer provided on the surface of the metal layer opposite to the prism and exposed to surrounding fluid;
A light source that emits a light beam at an angle greater than or equal to total reflection at the interface between the prism and the metal layer;
A light source driving circuit for driving the light source;
A light receiver that receives reflected light from an interface between the prism and the metal layer;
A detection circuit for converting a signal from the light receiver into a sound wave signal;
Optical microphone consisting of
前記受音層は、無機酸化物又は有機高分子の乾燥ゲルから構成されている請求項1記載の光マイクロフォン。 The optical microphone according to claim 1, wherein the sound receiving layer is made of a dry gel of an inorganic oxide or an organic polymer. 前記無機酸化物はシリカである請求項2記載の光マイクロフォン The optical microphone according to claim 2, wherein the inorganic oxide is silica. 前記乾燥ゲルの固体骨格部は疎水化されている請求項2又は3に記載の光マイクロフォン The optical microphone according to claim 2 or 3, wherein the solid skeleton of the dry gel is hydrophobized. 前記乾燥ゲルは、圧力に対する屈折率変化量が2.0×10−9Pa−1以上である、請求項2記載の光マイクロフォン The optical microphone according to claim 2, wherein the dry gel has a refractive index variation with respect to pressure of 2.0 × 10 −9 Pa −1 or more. 前記光源は、前記金属層と前記受音層の界面に垂直な電界成分を持つ直線偏光されたレーザ光を出射する請求項1に記載の光マイクロフォン The optical microphone according to claim 1, wherein the light source emits a linearly polarized laser beam having an electric field component perpendicular to an interface between the metal layer and the sound receiving layer. 前記検出回路は、反射光強度を音圧に変換する請求項1記載の光マイクロフォン 2. The optical microphone according to claim 1, wherein the detection circuit converts reflected light intensity into sound pressure. 前記光源は、前記光ビームを、前記プリズムと前記金属層の界面へ、一定以上の入射角範囲を持つ光束とする光学系を有する請求項1記載の光マイクロフォン 2. The optical microphone according to claim 1, wherein the light source includes an optical system that converts the light beam into a light beam having an incident angle range greater than or equal to a certain angle toward an interface between the prism and the metal layer. 前記受光器は複数の受光素子からなる請求項1記載の光マイクロフォン The optical microphone according to claim 1, wherein the light receiver includes a plurality of light receiving elements. 前記受音層の前記周囲流体側に音響ホーンを有する請求項1記載の光マイクロフォン The optical microphone according to claim 1, further comprising an acoustic horn on the ambient fluid side of the sound receiving layer.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012137482A1 (en) * 2011-04-05 2012-10-11 パナソニック株式会社 Optical microphone
KR20190070104A (en) * 2017-12-12 2019-06-20 한국산업기술대학교산학협력단 Apparatus for micro-phone and method for manufacturing the same
WO2024095808A1 (en) * 2022-11-02 2024-05-10 学校法人同志社 Spr ultrasonic sensor and ultrasonic measurement system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012137482A1 (en) * 2011-04-05 2012-10-11 パナソニック株式会社 Optical microphone
JP5108993B2 (en) * 2011-04-05 2012-12-26 パナソニック株式会社 Optical microphone
US9014565B2 (en) 2011-04-05 2015-04-21 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Optical microphone
KR20190070104A (en) * 2017-12-12 2019-06-20 한국산업기술대학교산학협력단 Apparatus for micro-phone and method for manufacturing the same
KR102079072B1 (en) * 2017-12-12 2020-02-19 한국산업기술대학교산학협력단 Apparatus for micro-phone and method for manufacturing the same
WO2024095808A1 (en) * 2022-11-02 2024-05-10 学校法人同志社 Spr ultrasonic sensor and ultrasonic measurement system

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