JP3481177B2 - 光マイクロフォン素子及び光マイクロフォン装置 - Google Patents
光マイクロフォン素子及び光マイクロフォン装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光マイクロフォン素
子及びこの光マイクロフォン素子を用いた光マイクロフ
ォン装置に関する。
子及びこの光マイクロフォン素子を用いた光マイクロフ
ォン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は従来の光マイクロフォン素子１０
の概略構成を示す図である。容器１の入口近傍に振動板
２を張架する。そして発光ダイオード３と、フォトトラ
ンジスタあるいはフォトダイオード５とを容器１内に設
置し、発光ダイオード３からの入射光Ｌ１を振動板２の
内側面２ｂで反射させ、この反射光Ｌ２をフォトトラン
ジスタあるいはフォトダイオード等の受光素子５により
受光する。この光マイクロフォン素子１０への入射音波
７は振動板２の外側面２ａから入射し、この振動板２を
振動させる。振動板２が振動することにより反射光Ｌ２
の方向が変化し、受光素子５の異なる受光面５ａに入射
するようになる。この受光面５ａの変化を検出すること
により振動板２の変位を検出することができる。また入
射光Ｌ１及び反射光Ｌ２の位置合わせのためにレンズ４
あるいは６を使用することもある。このように従来の光
マイクロフォン素子では発光素子３から一定の角度を付
けて入射光Ｌ１を振動板２に対して放射し、その入射角
に対応した反射角で反射光Ｌ２を受光し反射光Ｌ２の反
射角度の変化に応じて振動板２の変位を検出し音波の再
生を行っていた。
の概略構成を示す図である。容器１の入口近傍に振動板
２を張架する。そして発光ダイオード３と、フォトトラ
ンジスタあるいはフォトダイオード５とを容器１内に設
置し、発光ダイオード３からの入射光Ｌ１を振動板２の
内側面２ｂで反射させ、この反射光Ｌ２をフォトトラン
ジスタあるいはフォトダイオード等の受光素子５により
受光する。この光マイクロフォン素子１０への入射音波
７は振動板２の外側面２ａから入射し、この振動板２を
振動させる。振動板２が振動することにより反射光Ｌ２
の方向が変化し、受光素子５の異なる受光面５ａに入射
するようになる。この受光面５ａの変化を検出すること
により振動板２の変位を検出することができる。また入
射光Ｌ１及び反射光Ｌ２の位置合わせのためにレンズ４
あるいは６を使用することもある。このように従来の光
マイクロフォン素子では発光素子３から一定の角度を付
けて入射光Ｌ１を振動板２に対して放射し、その入射角
に対応した反射角で反射光Ｌ２を受光し反射光Ｌ２の反
射角度の変化に応じて振動板２の変位を検出し音波の再
生を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の光マ
イクロフォン素子の構造では、発光ダイオード等の発光
素子３とフォトトランジスタやフォトダイオードなどの
受光素子５との位置合わせに数十ミクロン以下の高い精
度が必要となる。このため発光素子３や受光素子５及び
振動板２等を個別部品で構成する場合、製品を製造する
上で高い精度での位置合わせが困難なため、歩留まりの
悪化を招いてしまうという問題点があった。また光マイ
クロフォン素子を小型化する上で限界があった。本発明
は上述した課題を解決するために成されたもので、装置
の小型化が簡単でしかも高精度に受発光素子と振動板と
の位置合わせが可能な光マイクロフォン素子及びこれを
用いた光マイクロフォン装置を提供することを目的とす
る。
イクロフォン素子の構造では、発光ダイオード等の発光
素子３とフォトトランジスタやフォトダイオードなどの
受光素子５との位置合わせに数十ミクロン以下の高い精
度が必要となる。このため発光素子３や受光素子５及び
振動板２等を個別部品で構成する場合、製品を製造する
上で高い精度での位置合わせが困難なため、歩留まりの
悪化を招いてしまうという問題点があった。また光マイ
クロフォン素子を小型化する上で限界があった。本発明
は上述した課題を解決するために成されたもので、装置
の小型化が簡単でしかも高精度に受発光素子と振動板と
の位置合わせが可能な光マイクロフォン素子及びこれを
用いた光マイクロフォン装置を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の光マイクロフォ
ン素子は、同一基板上に発光素子と受光素子とを配置
し、前記基板に対向する位置に設置された振動板に前記
発光素子から光を放射し、前記振動板からの反射光を前
記受光素子で受光して前記振動板の変位を検出する光マ
イクロフォン素子において、前記発光素子として発光強
度分布が同心円状にほぼ均一な垂直表面発光型発光素子
を前記基板の中心部に配置し、前記発光素子を取囲込む
ように同心円状に前記受光素子を配置したことを特徴と
する。
ン素子は、同一基板上に発光素子と受光素子とを配置
し、前記基板に対向する位置に設置された振動板に前記
発光素子から光を放射し、前記振動板からの反射光を前
記受光素子で受光して前記振動板の変位を検出する光マ
イクロフォン素子において、前記発光素子として発光強
度分布が同心円状にほぼ均一な垂直表面発光型発光素子
を前記基板の中心部に配置し、前記発光素子を取囲込む
ように同心円状に前記受光素子を配置したことを特徴と
する。
【０００５】前記光マイクロフォン素子において、前記
受光素子を複数個の素子で構成することが出来る。さら
に、前記光マイクロフォン素子において、前記同心円を
複数個形成することが出来る。また、前記光マイクロフ
ォン素子において、前記発光素子と受光素子とを前記基
板上に同時に形成することが出来る。さらに本発明の光
マイクロフォン素子において、前記基板をガリウム砒素
ウェファとすることが出来る。また、前記光マイクロフ
ォン素子において、前記振動板は前記基板とほぼ平行
に、かつ近接して設置することが出来る。
受光素子を複数個の素子で構成することが出来る。さら
に、前記光マイクロフォン素子において、前記同心円を
複数個形成することが出来る。また、前記光マイクロフ
ォン素子において、前記発光素子と受光素子とを前記基
板上に同時に形成することが出来る。さらに本発明の光
マイクロフォン素子において、前記基板をガリウム砒素
ウェファとすることが出来る。また、前記光マイクロフ
ォン素子において、前記振動板は前記基板とほぼ平行
に、かつ近接して設置することが出来る。
【０００６】さらに、本発明の光マイクロフォン装置
は、発光強度分布が同心円状にほぼ均一な垂直表面発光
型発光素子を基板の中心部に配置し、前記発光素子を取
囲込むように同心円状に受光素子を配置し、前記基板に
対向する位置に設置された振動板に前記発光素子から光
を放射し、前記振動板からの反射光を前記受光素子で受
光する光マイクロフォン素子と、異なる同心円に属する
受光素子が検出した信号の差動信号を検出する差動検出
器とを備え、前記差動検出器の出力から前記振動板の変
位を検出することを特徴とする。前記光マイクロフォン
装置において、前記振動板は前記基板とほぼ平行に、か
つ近接して設置することが出来る。
は、発光強度分布が同心円状にほぼ均一な垂直表面発光
型発光素子を基板の中心部に配置し、前記発光素子を取
囲込むように同心円状に受光素子を配置し、前記基板に
対向する位置に設置された振動板に前記発光素子から光
を放射し、前記振動板からの反射光を前記受光素子で受
光する光マイクロフォン素子と、異なる同心円に属する
受光素子が検出した信号の差動信号を検出する差動検出
器とを備え、前記差動検出器の出力から前記振動板の変
位を検出することを特徴とする。前記光マイクロフォン
装置において、前記振動板は前記基板とほぼ平行に、か
つ近接して設置することが出来る。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は本発明による光マイクロフ
ォン素子の基本構造を示す図である。図１（ａ）は断面
形状を示したもので容器１の底面８に電子回路基板１２
を設置し、この基板１２上に発光素子と受光素子とを配
置した基板９を取り付ける。取り付けは、基板９と基板
１２とを例えばフリップチップボンディングで電気的に
接続することにより行うことも出来る。また底面８をシ
リコンなどの半導体基板で構成すれば、この上に電子回
路を構成できるので電子回路基板１２を省略することも
出来る。なお、図１に示す実施の形態では発光素子とし
て面発光レーザダイオードＬＤを受光素子としてフォト
ダイオードＰＤを用いている。基板９の中央に円形形状
の面発光レーザダイオードＬＤを配置し、この面発光レ
ーザダイオードＬＤを取り巻くように同心円状に受光素
子ＰＤを配置する。
ォン素子の基本構造を示す図である。図１（ａ）は断面
形状を示したもので容器１の底面８に電子回路基板１２
を設置し、この基板１２上に発光素子と受光素子とを配
置した基板９を取り付ける。取り付けは、基板９と基板
１２とを例えばフリップチップボンディングで電気的に
接続することにより行うことも出来る。また底面８をシ
リコンなどの半導体基板で構成すれば、この上に電子回
路を構成できるので電子回路基板１２を省略することも
出来る。なお、図１に示す実施の形態では発光素子とし
て面発光レーザダイオードＬＤを受光素子としてフォト
ダイオードＰＤを用いている。基板９の中央に円形形状
の面発光レーザダイオードＬＤを配置し、この面発光レ
ーザダイオードＬＤを取り巻くように同心円状に受光素
子ＰＤを配置する。
【０００８】図１（ｂ）は図１（ａ）中に点線で囲んで
示した受発光素子が搭載された基板９の受発光部を拡大
して示した平面図である。図に示すように中心部に円形
形状の発光素子ＬＤを配置し、これを取り囲むように同
心円状に受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，…ＰＤｎを配置す
る。なおここで用いられる発光素子ＬＤとしては垂直表
面発光型レーザを用いることができる。この発光素子Ｌ
Ｄと受光素子ＰＤとはガリウム砒素ウェファ上に同時に
半導体製造工程により作製することができる。従って発
光素子ＬＤと受光素子ＰＤとの位置合わせ精度は半導体
製造工程に用いられるマスクの精度によって決められる
ため、その合わせ精度を１μｍ以下とすることができ、
従来の光マイクロフォン素子の受発光素子の位置合わせ
精度に比べて百分の１以下の高精度で実現が可能であ
る。
示した受発光素子が搭載された基板９の受発光部を拡大
して示した平面図である。図に示すように中心部に円形
形状の発光素子ＬＤを配置し、これを取り囲むように同
心円状に受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，…ＰＤｎを配置す
る。なおここで用いられる発光素子ＬＤとしては垂直表
面発光型レーザを用いることができる。この発光素子Ｌ
Ｄと受光素子ＰＤとはガリウム砒素ウェファ上に同時に
半導体製造工程により作製することができる。従って発
光素子ＬＤと受光素子ＰＤとの位置合わせ精度は半導体
製造工程に用いられるマスクの精度によって決められる
ため、その合わせ精度を１μｍ以下とすることができ、
従来の光マイクロフォン素子の受発光素子の位置合わせ
精度に比べて百分の１以下の高精度で実現が可能であ
る。
【０００９】一般に、垂直表面発光型発光素子は発光強
度分布が同心円状にほぼ均一な特性を持っている。従っ
て、中心部に設置された発光素子ＬＤから所定の角度で
振動板２に向かって放射された放射光は同心円状に同一
強度を持って反射し、音波７の受波により振動板２が振
動することにより反射角度が変化し受光素子ＰＤに同心
円状に到達する。従って、同心円状に配列された受光素
子ＰＤ１〜ＰＤｎの受光光量の変化を検出することによ
り振動板２の振動変位を検出することができる。これに
より入射音波７の強弱を検知することができるため、光
マイクロフォン素子として使用可能となる。なお発光素
子ＬＤや受光素子ＰＤを駆動、もしくは入射光量の検出
のために電極１１が形成されている。
度分布が同心円状にほぼ均一な特性を持っている。従っ
て、中心部に設置された発光素子ＬＤから所定の角度で
振動板２に向かって放射された放射光は同心円状に同一
強度を持って反射し、音波７の受波により振動板２が振
動することにより反射角度が変化し受光素子ＰＤに同心
円状に到達する。従って、同心円状に配列された受光素
子ＰＤ１〜ＰＤｎの受光光量の変化を検出することによ
り振動板２の振動変位を検出することができる。これに
より入射音波７の強弱を検知することができるため、光
マイクロフォン素子として使用可能となる。なお発光素
子ＬＤや受光素子ＰＤを駆動、もしくは入射光量の検出
のために電極１１が形成されている。
【００１０】次に本発明で用いられる発光素子である垂
直表面発光型レーザ（以下ＶＣＳＥＬという）について
説明する。図２にはＶＣＳＥＬの発光強度分布を示した
もので、図に示すように放射強度分布は核内に対するガ
ウス分布として与えられる。発光強度分布Ｐ０（θ）は
（１）式で示される。
直表面発光型レーザ（以下ＶＣＳＥＬという）について
説明する。図２にはＶＣＳＥＬの発光強度分布を示した
もので、図に示すように放射強度分布は核内に対するガ
ウス分布として与えられる。発光強度分布Ｐ０（θ）は
（１）式で示される。
【数１】
【００１１】この発光分布係数αの算出を１次元の場合
について計算すると（２）式のように表わされる。
について計算すると（２）式のように表わされる。
【数２】
そしてこれを使って発光強度分布を指定された方位につ
いて計算すると図２に示すような分布が得られる。
いて計算すると図２に示すような分布が得られる。
【００１２】図３は発光強度分布を２次元について計算
して図示した場合の図である。この場合、２次元の発光
強度分布Ｐ０（θ）は（３）式で与えられる。
して図示した場合の図である。この場合、２次元の発光
強度分布Ｐ０（θ）は（３）式で与えられる。
【数３】
【００１３】θ方向とψ方向につき分布算出係数αとβ
と同様な方法で算出する。発光分布係数αは（４）式で
与えられ、発光分布係数βは（５）式で与えられる。
と同様な方法で算出する。発光分布係数αは（４）式で
与えられ、発光分布係数βは（５）式で与えられる。
【数４】
【数５】
【００１４】このようにして得られた２次元の発光強度
分布から明らかなように、垂直表面発光型レーザでは発
光素子の強度分布が同心円状にほぼ均一となっている。
このことからレーザ発光を振動板２の偏倚（変位）とし
て効率的に受光するためには、受光素子を同心円状に配
置するのが最適となる。そして同心円状に配置された異
なる同心円に属する受光素子が検出した信号の差動信号
が音圧変化を与える信号となる。ここで受波信号のダイ
ナミックレンジを制限したり、選別したりするためには
受光素子を同心円状に２つ以上設けることによりそれが
可能となる。
分布から明らかなように、垂直表面発光型レーザでは発
光素子の強度分布が同心円状にほぼ均一となっている。
このことからレーザ発光を振動板２の偏倚（変位）とし
て効率的に受光するためには、受光素子を同心円状に配
置するのが最適となる。そして同心円状に配置された異
なる同心円に属する受光素子が検出した信号の差動信号
が音圧変化を与える信号となる。ここで受波信号のダイ
ナミックレンジを制限したり、選別したりするためには
受光素子を同心円状に２つ以上設けることによりそれが
可能となる。
【００１５】図１に示す光マイクロフォン素子において
は振動板２が容器１の端部で固定されているため音圧に
よって振動板２が中心部で大きく、端部で振動しない、
すなわちレンズ状に振動すると考えられる。しかしこの
ようにレンズ状に振動する場合はかなりの音圧が必要
で、かつ振動板２の大きさが大きい場合であって、直径
３ｍｍ程度の振動板の場合にはこのようなレンズ状の振
動は実際上考える必要はなく、振動板２はその中心部で
平行に基板９に対して対向して振動していると考えても
よい。
は振動板２が容器１の端部で固定されているため音圧に
よって振動板２が中心部で大きく、端部で振動しない、
すなわちレンズ状に振動すると考えられる。しかしこの
ようにレンズ状に振動する場合はかなりの音圧が必要
で、かつ振動板２の大きさが大きい場合であって、直径
３ｍｍ程度の振動板の場合にはこのようなレンズ状の振
動は実際上考える必要はなく、振動板２はその中心部で
平行に基板９に対して対向して振動していると考えても
よい。
【００１６】図４は本発明の光マイクロフォン素子によ
る受光量変調原理を説明するための図である。発光素子
ＬＤから所定の角度で放射された放射光は１／２半値全
角相当が最大感度となるように振動板２で反射し、受光
素子ＰＤに入射する。なお振動板２が当初２ｃの位置に
あり、振動により偏倚量δだけ振動して２ｄの位置に移
動したものとする。また受発光素子ＬＤ，ＰＤと振動板
２との間の距離をＬとし発光素子ＬＤからの１／２半値
全角をθとする。振動板２が静止していた時の反射光の
受光部間の直径をＡ、振動板２が偏倚量δだけ移動した
時の反射光の到達距離の直径をＢとする。
る受光量変調原理を説明するための図である。発光素子
ＬＤから所定の角度で放射された放射光は１／２半値全
角相当が最大感度となるように振動板２で反射し、受光
素子ＰＤに入射する。なお振動板２が当初２ｃの位置に
あり、振動により偏倚量δだけ振動して２ｄの位置に移
動したものとする。また受発光素子ＬＤ，ＰＤと振動板
２との間の距離をＬとし発光素子ＬＤからの１／２半値
全角をθとする。振動板２が静止していた時の反射光の
受光部間の直径をＡ、振動板２が偏倚量δだけ移動した
時の反射光の到達距離の直径をＢとする。
【００１７】ここで、θ、Ｌ、δ、Ａ、Ｂをそれぞれ変
化させ、反射光の移動幅ｒを（６）式により計算し、そ
の結果を表１に示す。
化させ、反射光の移動幅ｒを（６）式により計算し、そ
の結果を表１に示す。
【数６】
【００１８】
【表１】
【００１９】このように発光素子の放射角度によって円
周状受光素子上の移動幅が決定される。目的とする音圧
と振動板２の偏倚量δにより適当なＰＤ幅（３ミクロン
より大）を確保する。この場合Ａ，Ｂをあまり大きくす
るとガリウム砒素ウェファ上に発光素子及び受光素子を
形成する場合の専有面積が大きくなり、１ウェファ当り
から取り出せる受発光素子の数が少なくなるため注意が
必要である。また図１（ｂ）に示すように受発光素子か
らの電極１１やそれに接続されるワイヤーボンディン用
のパッド等の面積を必要とするのでそれらを考慮して設
計する必要がある。なおワイヤーボンディング用のパッ
ドの面積としては各１００ミクロン角以下であれば十分
である。また、フリップチップボンディングであればパ
ッドの面積は５０ミクロン角以下でよい。
周状受光素子上の移動幅が決定される。目的とする音圧
と振動板２の偏倚量δにより適当なＰＤ幅（３ミクロン
より大）を確保する。この場合Ａ，Ｂをあまり大きくす
るとガリウム砒素ウェファ上に発光素子及び受光素子を
形成する場合の専有面積が大きくなり、１ウェファ当り
から取り出せる受発光素子の数が少なくなるため注意が
必要である。また図１（ｂ）に示すように受発光素子か
らの電極１１やそれに接続されるワイヤーボンディン用
のパッド等の面積を必要とするのでそれらを考慮して設
計する必要がある。なおワイヤーボンディング用のパッ
ドの面積としては各１００ミクロン角以下であれば十分
である。また、フリップチップボンディングであればパ
ッドの面積は５０ミクロン角以下でよい。
【００２０】なお同心円状に形成される受光素子は同一
同心円状に単一のものとしても形成することができる
が、複数の受光素子に分割して形成することも可能であ
る。また同心円の数が、後に説明するように、２つの異
なる同心円状の受光素子から差動信号を取り出すため少
なくとも２つ必要であるが、２つに限定されるものでは
なく複数形成することもできる。一般に垂直表面発光型
発光素子として用いられるレーザダイオードは温度依存
性が大きくその発光出力は時間に従って変化する。また
レーザダイオードの駆動電流の変化等によっても光量の
変化が発生する。そのためそのまま何らの処置を取らず
直接あるいは間接に発光信号を受光素子に入力すると受
光素子から取り出される出力がそのままレーザダイオー
ドの光量変化に従って変化することになる。このような
状態では受光素子からの出力信号に温度依存性及び駆動
電流変化による誤差が発生してしまうことになる。
同心円状に単一のものとしても形成することができる
が、複数の受光素子に分割して形成することも可能であ
る。また同心円の数が、後に説明するように、２つの異
なる同心円状の受光素子から差動信号を取り出すため少
なくとも２つ必要であるが、２つに限定されるものでは
なく複数形成することもできる。一般に垂直表面発光型
発光素子として用いられるレーザダイオードは温度依存
性が大きくその発光出力は時間に従って変化する。また
レーザダイオードの駆動電流の変化等によっても光量の
変化が発生する。そのためそのまま何らの処置を取らず
直接あるいは間接に発光信号を受光素子に入力すると受
光素子から取り出される出力がそのままレーザダイオー
ドの光量変化に従って変化することになる。このような
状態では受光素子からの出力信号に温度依存性及び駆動
電流変化による誤差が発生してしまうことになる。
【００２１】本発明による光マイクロフォン素子におい
て反射光信号を受光素子で取り出した場合、この発光レ
ーザ信号の温度依存性や駆動電流変化等による光量変化
が起きる可能性がある。この問題を解決するために本発
明では受光素子を複数配置し、それらが受光した信号の
差分を取り出すように構成している。また本発明ではこ
れらの複数の受光素子が同一の製造工程で作られるた
め、その相互のばらつきは極めて小さくその差分を取る
ことによって問題となる打ち消し誤差を極小にすること
ができる。
て反射光信号を受光素子で取り出した場合、この発光レ
ーザ信号の温度依存性や駆動電流変化等による光量変化
が起きる可能性がある。この問題を解決するために本発
明では受光素子を複数配置し、それらが受光した信号の
差分を取り出すように構成している。また本発明ではこ
れらの複数の受光素子が同一の製造工程で作られるた
め、その相互のばらつきは極めて小さくその差分を取る
ことによって問題となる打ち消し誤差を極小にすること
ができる。
【００２２】図５は本発明の光マイクロフォン素子を用
いた光マイクロフォン装置の回路図の一例を示すもので
ある。ここでＶＣＳＥＬは表面発光型レーザダイオード
を、ＰＤ１，ＰＤ２はこのＶＣＳＥＬの周囲にこれを取
り巻くように配置されたフォトダイオード等の受光素子
を表わしている。これらのＶＣＳＥＬ及び受光素子ＰＤ
１，ＰＤ２はそれぞれ抵抗Ｒ３，Ｒ１，Ｒ２を介して電
源２０と接地３０との間に直列接続され、それぞれ所定
の駆動電流が流れるように構成されている。抵抗Ｒ１と
受光素子ＰＤ１との接続点は差動増幅器ＩＣ１の反転入
力端子に接続される。また抵抗Ｒ２と受光素子ＰＤ２と
の接続点は非反転入力端子に接続される。差動増幅器Ｉ
Ｃ１の出力はバッファ用の差動増幅器ＩＣ２により取り
出されて出力４０が得られる。なお電源２０と接地３０
との間には雑音信号の消去を行うためのバイパスキャパ
シタＣ１１が接続される。
いた光マイクロフォン装置の回路図の一例を示すもので
ある。ここでＶＣＳＥＬは表面発光型レーザダイオード
を、ＰＤ１，ＰＤ２はこのＶＣＳＥＬの周囲にこれを取
り巻くように配置されたフォトダイオード等の受光素子
を表わしている。これらのＶＣＳＥＬ及び受光素子ＰＤ
１，ＰＤ２はそれぞれ抵抗Ｒ３，Ｒ１，Ｒ２を介して電
源２０と接地３０との間に直列接続され、それぞれ所定
の駆動電流が流れるように構成されている。抵抗Ｒ１と
受光素子ＰＤ１との接続点は差動増幅器ＩＣ１の反転入
力端子に接続される。また抵抗Ｒ２と受光素子ＰＤ２と
の接続点は非反転入力端子に接続される。差動増幅器Ｉ
Ｃ１の出力はバッファ用の差動増幅器ＩＣ２により取り
出されて出力４０が得られる。なお電源２０と接地３０
との間には雑音信号の消去を行うためのバイパスキャパ
シタＣ１１が接続される。
【００２３】ＶＣＳＥＬから放射された入射光は振動板
２で同心円状に反射されて受光素子ＰＤ１，ＰＤ２にそ
れぞれ入力される。なお振動板２は基板９にほぼ平行に
配置され、かつ極めて近接して設置されている。また振
動板２の偏倚量（移動量）は１ミクロン程度であるため
ほとんど基板９に対して平行移動していると考えること
ができる。なお図５に示す例では内側に同心円状に配置
された受光素子ＰＤ１を反転入力端子に、外側に配置さ
れた受光素子ＰＤ２を非反転入力端子に接続している
が、必ずしもこのように接続する必要はなく、実際の回
路の設計状況により最適端子に接続することができる。
２で同心円状に反射されて受光素子ＰＤ１，ＰＤ２にそ
れぞれ入力される。なお振動板２は基板９にほぼ平行に
配置され、かつ極めて近接して設置されている。また振
動板２の偏倚量（移動量）は１ミクロン程度であるため
ほとんど基板９に対して平行移動していると考えること
ができる。なお図５に示す例では内側に同心円状に配置
された受光素子ＰＤ１を反転入力端子に、外側に配置さ
れた受光素子ＰＤ２を非反転入力端子に接続している
が、必ずしもこのように接続する必要はなく、実際の回
路の設計状況により最適端子に接続することができる。
【００２４】また差動増幅器ＩＣ１の出力電流ｉｏｕｔ
と差動入力電流ｉ１，ｉ２との間にはｉｏｕｔ＝ｉ１−
ｉ２の関係がある。ここで差動入力ｉ１とｉ２とに独立
してδｉ１及びδｉ２の変化があった場合ｉｏｕｔ＝
（（ｉ１＋δｉ１）−（ｉ２＋δｉ２））となる。ここ
でフォトダイオードＰＤ１とＰＤ２とが同時に変化する
場合、この変化量δｉ１とδｉ２とはδｉ１＝δｉ２と
なりｉｏｕｔ＝ｉ１−ｉ２となる。従って仮にＶＣＳＥ
Ｌに温度変化や駆動電流変化により発光に変化が生じた
場合にも、その変化は受光素子ＰＤ１とＰＤ２とに同時
に伝達され、それが打ち消されるため差動出力ｉｏｕｔ
にはＶＣＳＥＬの変動は現われない。また独立した変化
であって電流の大きさが異なる時はｉｏｕｔ＝［（ｉ１
−ｉ２）＋（δｉ１−δｉ２）］となってその差分が出
力の変化になって現われることになる。これは反射する
光信号が振動板の変化例えば振動や変位によって変化
し、そのために同心円状に受光される反射光に変化が生
じ各々の受光素子に別々の入力変化があることを表わ
す。
と差動入力電流ｉ１，ｉ２との間にはｉｏｕｔ＝ｉ１−
ｉ２の関係がある。ここで差動入力ｉ１とｉ２とに独立
してδｉ１及びδｉ２の変化があった場合ｉｏｕｔ＝
（（ｉ１＋δｉ１）−（ｉ２＋δｉ２））となる。ここ
でフォトダイオードＰＤ１とＰＤ２とが同時に変化する
場合、この変化量δｉ１とδｉ２とはδｉ１＝δｉ２と
なりｉｏｕｔ＝ｉ１−ｉ２となる。従って仮にＶＣＳＥ
Ｌに温度変化や駆動電流変化により発光に変化が生じた
場合にも、その変化は受光素子ＰＤ１とＰＤ２とに同時
に伝達され、それが打ち消されるため差動出力ｉｏｕｔ
にはＶＣＳＥＬの変動は現われない。また独立した変化
であって電流の大きさが異なる時はｉｏｕｔ＝［（ｉ１
−ｉ２）＋（δｉ１−δｉ２）］となってその差分が出
力の変化になって現われることになる。これは反射する
光信号が振動板の変化例えば振動や変位によって変化
し、そのために同心円状に受光される反射光に変化が生
じ各々の受光素子に別々の入力変化があることを表わ
す。
【００２５】図６は本発明の他の光マイクロフォン装置
の構成を示す回路図である。この実施の形態では、入力
電流ｉ１，ｉ２をそれぞれ抵抗Ｒを介して加算回路ＩＣ
３および減算回路ＩＣ４に入力している。そして加算回
路ＩＣ３の出力電流ｉ１＋ｉ２と、減算回路ＩＣ４の出
力電流ｉ１−ｉ２を回路５０に入力する。回路５０の出
力から出力電流ｉ１＋ｉ２に逆比例する出力が得られ
る。回路５０の出力は演算器ＩＣ５を介して出力４０に
（ｉ１−ｉ２）／（ｉ１＋ｉ２）として取り出される。
このように回路５０と演算器ＩＣ５とにより除算回路が
構成されている。このような回路構成を採用すれば、入
力電流ｉ１，ｉ２が共に増加又は、減少した場合に、図
５の回路構成に比較してより安定した出力を得ることが
出来る。
の構成を示す回路図である。この実施の形態では、入力
電流ｉ１，ｉ２をそれぞれ抵抗Ｒを介して加算回路ＩＣ
３および減算回路ＩＣ４に入力している。そして加算回
路ＩＣ３の出力電流ｉ１＋ｉ２と、減算回路ＩＣ４の出
力電流ｉ１−ｉ２を回路５０に入力する。回路５０の出
力から出力電流ｉ１＋ｉ２に逆比例する出力が得られ
る。回路５０の出力は演算器ＩＣ５を介して出力４０に
（ｉ１−ｉ２）／（ｉ１＋ｉ２）として取り出される。
このように回路５０と演算器ＩＣ５とにより除算回路が
構成されている。このような回路構成を採用すれば、入
力電流ｉ１，ｉ２が共に増加又は、減少した場合に、図
５の回路構成に比較してより安定した出力を得ることが
出来る。
【００２６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明では
同一基板上に発光素子と受光素子とを同時に形成するこ
とができるため相互の位置精度を１ミクロン以下とする
ことができ、従来の受発光素子の位置精度に比べて百分
の１以下の極めて高精度にできるという特徴がある。ま
た発光強度分布が同心円状にほぼ均一な垂直表面発光型
発光素子とその周辺に同心円状に受光素子とを配置した
構造を採用しているため、複数の受光素子からの出力を
差動信号としてその差分を検出して出力とすることがで
きる。従って単一の受光素子を用いて出力信号とした場
合に比べて発光素子の温度変化や駆動電流変化等による
影響を低減することができ、安定な信号出力を得ること
ができる。
同一基板上に発光素子と受光素子とを同時に形成するこ
とができるため相互の位置精度を１ミクロン以下とする
ことができ、従来の受発光素子の位置精度に比べて百分
の１以下の極めて高精度にできるという特徴がある。ま
た発光強度分布が同心円状にほぼ均一な垂直表面発光型
発光素子とその周辺に同心円状に受光素子とを配置した
構造を採用しているため、複数の受光素子からの出力を
差動信号としてその差分を検出して出力とすることがで
きる。従って単一の受光素子を用いて出力信号とした場
合に比べて発光素子の温度変化や駆動電流変化等による
影響を低減することができ、安定な信号出力を得ること
ができる。
【図１】本発明の光マイクロフォン素子の基本原理を説
明するための図。
明するための図。
【図２】本発明に用いられる垂直表面発光型レーザの発
光強度分布を示す図。
光強度分布を示す図。
【図３】本発明に用いられる発光素子の２次元発光強度
分布を示す図。
分布を示す図。
【図４】本発明による光マイクロフォン素子の受光量変
調原理を説明するための図。
調原理を説明するための図。
【図５】本発明の光マイクロフォン素子を用いた光マイ
クロフォン装置の回路構成を示す図。
クロフォン装置の回路構成を示す図。
【図６】本発明の光マイクロフォン素子を用いた光マイ
クロフォン装置の他の回路構成を示す図。
クロフォン装置の他の回路構成を示す図。
【図７】従来の光マイクロフォン素子の基本構造を示す
図。
図。
ＬＤ 発光素子
ＰＤ 受光素子
２ 振動板
９ 基板
１１ 電極
ＶＣＳＥＬ 垂直表面発光型レーザ
ＩＣ１，ＩＣ２ 差動増幅器
ＩＣ３ 加算回路
ＩＣ４ 減算回路
５０，ＩＣ５ 除算回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 宮澤 寛
東京都渋谷区道玄坂１丁目14番６号 株
式会社ケンウッド内
(72)発明者 武田 民主
東京都渋谷区道玄坂１丁目14番６号 株
式会社ケンウッド内
(56)参考文献 特開 昭63−260397（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−269632（ＪＰ，Ａ)
実開 昭57−149000（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04R 23/00 320
G01H 9/00
Claims (8)
- 【請求項１】 同一基板上に発光素子と受光素子とを配
置し、前記基板に対向する位置に設置された振動板に前
記発光素子から光を放射し、前記振動板からの反射光を
前記受光素子で受光して前記振動板の変位を検出する光
マイクロフォン素子において、 前記発光素子として発光強度分布が同心円状にほぼ均一
な垂直表面発光型発光素子を前記基板の中心部に配置
し、前記発光素子を取囲込むように同心円状に前記受光
素子を配置したことを特徴とする光マイクロフォン素
子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光マイクロフォン素子
において、 前記受光素子が複数個の素子で構成されることを特徴と
する光マイクロフォン素子。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の光マイクロフォ
ン素子において、 前記同心円が複数個形成されていることを特徴とする光
マイクロフォン素子。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
光マイクロフォン素子において、 前記発光素子と受光素子とを前記基板上に同時に形成し
たことを特徴とする光マイクロフォン素子。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
光マイクロフォン素子において、 前記基板がガリウム砒素ウェファであることを特徴とす
る光マイクロフォン素子。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
光マイクロフォン素子において、 前記振動板は前記基板とほぼ平行に、かつ近接して設置
されることを特徴とする光マイクロフォン素子。 - 【請求項７】 発光強度分布が同心円状にほぼ均一な垂
直表面発光型発光素子を基板の中心部に配置し、前記発
光素子を取囲込むように同心円状に受光素子を配置し、
前記基板に対向する位置に設置された振動板に前記発光
素子から光を放射し、前記振動板からの反射光を前記受
光素子で受光する光マイクロフォン素子と、 異なる同心円に属する受光素子が検出した信号の差動信
号を検出する差動検出器とを備え、 前記差動検出器の出力から前記振動板の変位を検出する
ことを特徴とする光マイクロフォン装置。 - 【請求項８】 請求項７に記載の光マイクロフォン装置
において、 前記振動板は前記基板とほぼ平行に、かつ近接して設置
されることを特徴とする光マイクロフォン装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34543899A JP3481177B2 (ja) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | 光マイクロフォン素子及び光マイクロフォン装置 |
| CNB008166153A CN1203727C (zh) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | 采用光学器件的声电换能器 |
| PCT/JP2000/008537 WO2001041502A1 (fr) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | Transducteur electroacoustique utilisant un dispositif optique |
| EP00978067A EP1235463A4 (en) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | ELECTROACOUSTIC TRANSDUCER USING AN OPTICAL DEVICE |
| US10/148,468 US20050163509A1 (en) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | Acoustoelectric transducer using optical device |
| KR1020027007087A KR100629048B1 (ko) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | 광학소자를 이용한 음향전기 변환장치 |
| DE1235463T DE1235463T1 (de) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | Elektroakustischer übertrager mit verwendung eines optischen geräts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34543899A JP3481177B2 (ja) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | 光マイクロフォン素子及び光マイクロフォン装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001169394A JP2001169394A (ja) | 2001-06-22 |
| JP3481177B2 true JP3481177B2 (ja) | 2003-12-22 |
Family
ID=18376604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34543899A Expired - Fee Related JP3481177B2 (ja) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | 光マイクロフォン素子及び光マイクロフォン装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3481177B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100437142B1 (ko) * | 2001-12-07 | 2004-06-25 | 에피밸리 주식회사 | 광 마이크로 폰 |
| US7134343B2 (en) | 2003-07-25 | 2006-11-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Opto-acoustoelectric device and methods for analyzing mechanical vibration and sound |
| JP5155966B2 (ja) * | 2009-08-12 | 2013-03-06 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 位置検出装置 |
| JPWO2024053381A1 (ja) * | 2022-09-07 | 2024-03-14 |
-
1999
- 1999-12-03 JP JP34543899A patent/JP3481177B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001169394A (ja) | 2001-06-22 |
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