JP3576915B2 - Mobile phone equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯電話装置に係り、特に周囲雑音の影響を低減することのできるマイクロフォンを備えた携帯電話装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常の携帯電話装置では、本体の下端部あるいは本体に取付けられたフラッパの下側にエレクトロレットマイクを装着し使用している。
携帯電話装置の小型化に伴って、これらのマイクロフォンも小型化されてきている。
近年、小型マイクロフォン素子として光マイクロフォン素子が注目されており、特に発光素子として垂直空洞表面発光型レーザー(以下VCSELという)を用いたものは、より一層の小型化が実現できる。
また、通常の携帯電話装置の使用においては、マイクロフォンと話者の口との関係は近接しているが、近年のカメラを内蔵し画像を伝送できる携帯電話装置にあっては、画像送信時に携帯電話装置と話者との間の距離が遠ざかり、従って話者とマイクロフォンとの距離が遠ざかる場合がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の携帯電話装置にあっては、このような携帯電話装置を通話者の口から遠ざけて使用する場合にも、内蔵されるマイクロフォンについては特別な工夫はなされていなかった。
したがって話者から遠ざけて携帯電話装置を使用する場合、周囲雑音の影響で音声が十分に収音され難いという問題があった。
またディスプレイの表示を見ながら送受信を行う等の操作時に、マイクロフォンが口元から離れるため感度が低下するという問題もあった。
本発明は上述した課題を解決し、内蔵マイクロフォンが話者の口元から離れた距離で使用される場合であっても感度低下を起こすことなく、しかも騒音の混入を極力排除することのできる超小型マイクロフォン素子を用いた携帯電話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】
上記目的を達成するための本発明の携帯電話装置は、顔に密着させて使用する第1の使用状態と、顔から離間させて使用する第2の使用状態とを有する携帯電話装置において、顔からの離間距離を検出するセンサを前記装置に取付け、内蔵マイクロフォンとして、発光強度分布が同心円状にほぼ均一な垂直空洞表面発光型レーザー発光素子を配置し、前記発光素子の放射光を受光する為の受光素子を配置した基板と、前記基板に対向する位置にほぼ平行に、かつ近接して設置され、音圧により振動するとともに、前記発光素子からの光を反射させて前記受光素子に放射する振動板と、前記発光素子に駆動電流を供給する光源駆動回路と、前記受光素子から出力される信号の一部を負帰還信号として前記光源駆動回路に供給する負帰還回路とを具備する光マイクロフォンを用い、前記離間距離を示すセンサ信号により前記負帰還信号の大きさを変化させることにより前記光マイクロフォンの指向特性を制御する。
【0005】
また本発明の携帯電話装置は、顔に密着させて使用する第1の使用状態と、顔から離間させて使用する第2の使用状態とを有する携帯電話装置において、前記第1の使用状態にある時はオフとなり前記第2の使用状態にある時はオンとなる検出信号を出力する近接センサを前記装置に取付け、内蔵マイクロフォンとして、発光強度分布が同心円状にほぼ均一な垂直空洞表面発光型レーザー発光素子を配置し、前記発光素子の放射光を受光する為の受光素子を配置した基板と、前記基板に対向する位置にほぼ平行に、かつ近接して設置され、音圧により振動するとともに、前記発光素子からの光を反射させて前記受光素子に放射する振動板と、前記発光素子に駆動電流を供給する光源駆動回路と、前記受光素子から出力される信号の一部を負帰還信号として前記光源駆動回路に供給する負帰還回路とを具備する光マイクロフォンを用い、前記検出信号に応答して前記負帰還信号の大きさを2段階に切り替えることにより前記光マイクロフォンの指向特性を制御する。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の携帯電話装置では内蔵マイクロフォンとしてVCSELを用いた光マイクロフォンを用いている。
光マイクロフォンは指向特性を可変することができ、所定の方向にシャープな指向性ビームパターンを形成することができる。
このため、マイクロフォンと口元までの距離が離れても感度の低下を防ぐことができ騒音の混入も排除することができる。
まず、本発明の携帯電話装置の実施の形態の説明に先立って、本発明に用いられるVCSELを用いた光マイクロフォンの基本原理及びその構造について説明する。
【0007】
図11は光マイクロフォン素子50のヘッド部の構造を示す図である。
マイクロフォンヘッド(容器)1には音波が当たることにより振動する振動板2が張設されている。音波が当たる側の面2aは外部に露出されている。
従ってこの面2aに音波7が到達してこの振動板2を振動させる。
図11(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8に示す例では発光素子として垂直空洞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11(b)は図11(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としては垂直空洞表面発光型レーザを用いることができる。
この発光素子LD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、垂直空洞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。
【0010】
次に本発明で用いられる発光素子である垂直空洞表面発光型レーザ(以下VCSELという)について説明する。
図12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】
Po(θ)=exp(−α2 θ2 ) …(1)
θ:発光面に立てた垂線からの角度変位
(単位ラジアン)
α:発光広がり角を規定する係数
(本来は「1/α2 」計算上簡略化)
【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。
【数2】
α2 =−[ln(h)]/(FAHM/2)2 …(2)
h:レーザーの発光分布を実測して与えられる相対強度
垂直で1。半値=0.5。1/e=0.3183。1/e2=0.135335
FAHM:通常メーカーからは半値全角(FAHM)値が提供される。
h=0.5、FAHM=9度(角度入)なら
rad(9/2)=0.07854
α2 =−[(ln(0.5)]/(0.07854)2 =112.369
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12に示すような分布が得られる。
【0012】
図13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。
【数3】
Po(θ)=exp(−α2 θ2 )・exp(−β2 ψ2 ) …(3)
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。
【数4】
α2 =−[ln(h)]/(FAHM/2)2 …(4)
h=0.5、FAHM=9度なら
rad(9/2)=0.07854
α2 =−[(ln(0.5)]/(0.07854)2 =112.369
【数5】
β2 =−[ln(h)]/(FAHM/2)2 …(5)
h=0.5、FAHM=9度なら
rad(9/2)=0.07854
β2 =−[(ln(0.5)]/(0.07854)2 =112.369
【0013】
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、垂直空洞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。
しかし、図11に示す光マイクロフォンでは騒音低減効果はさほど期待できない。
すなわち振動板2に到達する騒音によっても振動板2は振動し、これが雑音信号として通常の音波7による振動に重畳されてしまうからである。
【0014】
この騒音の影響を低減させ、更に騒音低減効果を図った光マイクロフォンとして図3に示すような構造のものが知られている。
図3に示す構造では音波7によって振動する振動板2を容器1のほぼ中央部分に張設している。そして容器1の両側に振動板2に対して互いに対象位置となるように第1開口部15及び第2開口部16を設ける。
このように構成することにより音波7はいずれの開口部15,16から容器1内に侵入し振動板2を振動させる。
なお図3においては説明の都合上発光素子LDと受光素子PDとを分離した構造を示しているが、実際には、発光素子LDと受光素子PDとを一体として基板9上に形成した図11に示す構造のものを用いる。
【0015】
図3に示す光マイクロフォン素子50において第1開口部15から侵入する音波と第2開口部16から侵入する音波のそれぞれの振幅と位相とが等しい場合、これらの2つの音波は振動板2の両面2a,2bにおいて互いに打ち消しあって振動板2を振動させることはない。
2つの受波感度の等しいマイクロフォン素子を近接して配置し、遠距離で発生した音波を受波した場合、2つのマイクロフォン素子は到来音波を等しく検出することが知られている。
【0016】
一般に、音波はマイクロフォン素子から近距離だけ離れた人の口から発生する、即ち、音声はこのマイクロフォン素子から近距離の所で発生する。この近距離の人の音声は円形曲線により示されるように球形場特性を有している。
これに対して遠距離で発生する、例えば、騒音音響による音波は平面場の特性を有している。
球状波の音響強度はその球面又は包絡線に沿ってほぼ同一であって、その球の半径に沿って変化するが、平面波の場合には音響強度は平面の全ての点でほぼ同一となる。
【0017】
従って、図3に示すような光マイクロフォン素子は2つのマイクロフォン素子を結合したものと考えることができるため、これが遠距離場に置かれた場合には第1開口部15と第2開口部16とからほぼ同一の振幅と位相特性とを持った音波が振動板2に到来することになり、前述したように互いに打ち消しあってその影響は低減される。
一方、近距離場からの音波は第1開口部15又は第2開口部16から不均一に入射するため振動板2を振動させ、受光素子PDから信号として取り出される。このようにして、騒音の影響をより低減させることのできる光マイクロフォン素子が図3の構造により得られる。
【0018】
図6は図11および図3に示す光マイクロフォン素子の指向性パターンを示す図である。
(A)は図11に示す光マイクロフォン素子50の指向性パターンを示したもので、開口部(図の左側方向)に向かって振動板2に垂直な方向に最大感度を有するほぼ円形状の指向性パターンを有する。
(B)は図3に示す光マイクロフォン素子50の指向性パターンを示したもので、開口部15及び16の両方向に最大感度を有するほぼ8の字状の指向性パターンを有する。
ここで図11及び図3に示す光マイクロフォン素子50の指向性パターンを、図2または図5に示すように最大感度を示す軸方向に伸長させ、または軸に直交する方向で絞り込むように変化させることができる。
【0019】
このように指向性のパターンを変化させるためには、受光素子PDからの検出出力の一部を負帰還回路を用いて発光素子LDを駆動する光源駆動回路へネガティブフィードバック(負帰還)させればよい。図4はビームパターンを図2又は図5のように変化させるための帰還回路100を用いた光マイクロフォン装置の概略構成を示す図である。
受光素子PDからの出力はフィルタ回路18を介して取り出され、増幅器19により増幅されてマイク出力となる。
フィルタ回路18は希望周波数範囲の信号成分のみを取り出すために用いられる。
【0020】
ここで、図4に示す光マイクロフォン装置では、この受光素子PDから取り出される出力信号の一部を負帰還(ネガティブフィードバック:NFB)回路100を介して、発光素子LDに所定電流を供給してこの発光素子LDを駆動している光源駆動回路13に負帰還信号として供給するように構成している。
負帰還回路100は小信号増幅回路10と、その出力から希望周波数範囲の信号成分のみを取り出すフィルタ回路15と、比較器16とから構成される。
比較器16の非反転入力端子には基準電圧となる基準電源14が接続される。
フィルタ回路15を介して取り出された信号は比較器16の反転入力端子に供給される。
【0021】
このように構成すると比較器16はフィルタ回路15の出力が大きいほど小さな出力レベルを出力し、これにより光源駆動回路13は発光素子LDに供給する電流を減らすように動作する。
ここで、小信号増幅回路10は入力信号レベルが所定レベル以下の場合のみその信号を増幅し、あるレベル以上の信号は増幅しない。
従って入力信号レベルがあるレベル以上の場合には出力信号レベルは変化せず増幅度(利得)は0となる。また入力信号が所定の信号レベル以下の時には、信号レベルが小さいほど増幅度が大きくなるように増幅する。
更に、入力信号に対する出力信号の増加率は入力信号レベルが小さいほど高くなる。
ここで受光素子PDからの出力は受波音量に比例しているため、小信号増幅回路10の出力は小音量ほど大きく増幅されて出力される。
【0022】
この出力はフィルタ回路15を介して比較器16の反転入力端子に入力されているため、比較器16の出力は逆に小音量ほどその出力レベルは低下する。
その結果、発光素子LDに供給される電流は小音量ほど発光素子LDの光出力を低下させるように動作する。
すなわち小音量ほどマイクロフォンの感度は低下することになる。
また所定レベル以上の信号は増幅されないため、その信号レベルでは光出力は制限されない。
そのためマイクロフォンの感度も低下することはない。
振動板に直交する軸方向から来た音でマイクロフォンの感度低下が発生しないような大きさの音に対して、その音を軸方向からずらして行くと本来の指向性パターン曲線に沿って感度は徐々に低下していく。
そしてあるレベル以下になると小信号増幅回路10が増幅度を持つようになり、光源駆動回路13の供給電流制御が働いて更にマイクロフォンの感度は低下する。
この結果、負帰還回路100を有する光マイクロフォン装置では図2あるいは図5に示すように感度の指向性パターンよりも指向性ビームの幅がより絞られたパターンとなる。
【0023】
図2及び図5は負帰還量を変化させたことによる指向性のパターン変化を示している。
(A)は負帰還をかけない場合の指向性パターンを示しており、この場合にはほぼ円形の指向性パターンとなる。
次に、負帰還をかけた場合の指向性パターンを(B)および(C)に示している。
(B)の場合には負帰還量が小さく、(C)の場合には負帰還量が大きい。このように小信号増幅回路10の増幅度を可変することにより負帰還量を変化させて感度の指向性パターンを最大感度の軸方向に伸長させ、または軸に直交する方向に絞り込むように変化させることができる。
このようにして光マイクロフォンの感度の指向特性を変化させることができる。
本発明に係る収音装置ではこのような指向性のビームパターンを変化させることのできる超小型のVCSELによる光マイクロフォンを用いて、選択されたマイクロフォンの指向特性を変化させるようにしている。
【0024】
次に本発明の携帯電話装置の実施の形態を説明する。
図7は従来の携帯電話装置の概略構成を示す図で、携帯電話装置200は本体の上端部にスピーカ201を、下端部にマイクロフォン204を備え、その表面には電話番号やファックスの情報を入力するための各種キー203と表示部202とが設けられている。
図8は本発明に係る携帯電話装置の一例を示す図で、従来のマイクロフォン204に代えて前述した光マイクロフォン素子50を用いる。
また携帯電話装置200のマイクロフォン素子50と話者との位置を検出するための近接センサ55が携帯電話装置200の所定の位置に設けられている。
【0025】
図9は本発明による携帯電話装置の使用方法を示す図で、通常の使用方法においては携帯電話装置200は話者に密着して使用され、この状態で近接センサ55が話者と携帯電話機の距離を近接したものと認識する。
また携帯電話装置200を話者から遠ざけて操作する場合、例えば表示器202の表示を見ながら送受信を行うための操作をする場合には、携帯電話装置200は図9に示す使用状態とは異なり話者から離れた位置に置かれる。
この場合、近接センサ55は話者と携帯電話装置200との間の距離を遠距離であると認識する。
なお近接センサ55による距離認識の具体的な方法については周知であるためその詳細説明は省略する。
【0026】
本発明では携帯電話機本体に取付けられた近接センサ55により、話者と携帯電話装置との間の距離を認識し、その認識結果に基づいて光マイクロフォン素子50の負帰還信号の大きさを変化させることにより、この光マイクロフォン素子50の指向特性を制御するようにしている。
図1は本発明の携帯電話装置において、マイクロフォンの指向性を変化させる回路を示した図である。
近接センサ55からのセンサ信号により負帰還回路100の負帰還量を変化させる。
即ち、近接センサ55により携帯電話装置200と話者の口との距離が遠ざかっていると認識された場合には、近接センサ55の出力信号により負帰還回路100の負帰還量を大きくし、光マイクロフォン素子50の指向性パターンを絞り込んでシャープにし、話者の口からの音声を感度よく受波するようにする。
なお負帰還回路100の負帰還量の調整は、前述したように、図4に示す小信号増幅回路10の増幅度を大きくすることにより負帰還量を増大することができる。
【0027】
図10は本発明の携帯電話装置に用いられる他の回路を示したもので、この場合近接センサ55の出力により負帰還回路100を接続又は切断するスイッチ56を設ける。
近接センサ55が話者に近接していると認識した場合、スイッチ56をオフし負帰還回路100による負帰還を停止する。これにより通常の受波状態となる。
また近接センサ55が遠距離と判断した場合、このスイッチ56をオンさせる。
すると負帰還回路100が動作するため、光マイクロフォン素子50の指向性パターンは図2または図5に示すようにシャープになり、話者に対して感度が上がるため距離が離れても良好な通話が可能となる。また、周囲雑音の影響も前述したように少なくすることができる。
【0028】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明では携帯電話装置に用いられるマイクロフォンとしてVCSELを用いた光マイクロフォンを用い、携帯電話機の使用状態に基づいてこの光マイクロフォンの指向性を変化させ、あるいは切り替えるようにしたため、携帯電話装置の使用状態に関わらず良好な受波特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に用いられる光マイクロフォンの周辺回路を示す回路図。
【図2】本発明に用いる光マイクロフォン素子の指向性パターンの変化を示す図。
【図3】本発明に用いる光マイクロフォン素子の構造を示す図。
【図4】本発明に用いる光マイクロフォン装置の概略構成を示す回路図。
【図5】図3の光マイクロフォン素子の指向性パターンの変化図。
【図6】本発明に用いられる光マイクロフォン素子の指向特性パターン図。
【図7】従来の携帯電話装置の概略構成を示す外観図。
【図8】本発明による携帯電話装置の概略構成を示す外観図。
【図9】本発明による携帯電話装置の使用状態を示す図。
【図10】本発明の他の実施の形態で用いられる光マイクロフォンの周辺回路を示す回路図。
【図11】本発明に用いられる光マイクロフォン素子の基本構造を示す図。
【図12】本発明に用いられるVCSELの発光強度分布を示す図。
【図13】本発明に用いられるVCSELの発光強度分布を2次元について計算して示した図。
【符号の説明】
2 振動板
LD 発光素子
PD 受光素子
7 音波
13 光源駆動回路
50 光マイクロフォン素子
55 近接センサ
56 スイッチ
100 負帰還回路
200 携帯電話装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mobile phone device, and more particularly to a mobile phone device provided with a microphone that can reduce the influence of ambient noise.
[0002]
[Prior art]
In an ordinary mobile phone device, an electrolet microphone is mounted and used at a lower end of a main body or a lower side of a flapper attached to the main body.
With the miniaturization of mobile telephone devices, these microphones have also been miniaturized.
In recent years, optical microphone elements have attracted attention as small microphone elements, and in particular, those using a vertical cavity surface emitting laser (hereinafter, referred to as VCSEL) as light emitting elements can achieve further miniaturization.
Further, in the use of a normal mobile phone device, the relationship between the microphone and the mouth of the speaker is close to each other. In some cases, the distance between the telephone device and the speaker increases, and thus the distance between the speaker and the microphone increases.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional mobile phone device, even when such a mobile phone device is used away from the mouth of a caller, no special measures are taken for the built-in microphone.
Therefore, when using the portable telephone device away from the speaker, there is a problem that it is difficult to sufficiently collect voice due to the influence of ambient noise.
In addition, there is another problem that the sensitivity is reduced because the microphone moves away from the mouth when performing operations such as transmission and reception while watching the display on the display.
The present invention solves the above-described problem, and does not cause a decrease in sensitivity even when the built-in microphone is used at a distance from the speaker's mouth, and furthermore minimizes noise contamination as much as possible. It is an object to provide a mobile phone device using a microphone element.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a mobile phone device according to the present invention has a first usage state in which the mobile phone device is used in close contact with the face and a second usage state in which the mobile phone device is used away from the face. A sensor for detecting the separation distance from the device is attached to the device, and a vertical cavity surface emitting laser light emitting device having a light emission intensity distribution substantially uniform in a concentric circle is arranged as a built-in microphone to receive the light emitted from the light emitting device. A substrate on which the light-receiving element is disposed, and installed substantially parallel to and close to a position facing the substrate, vibrates by sound pressure, reflects light from the light-emitting element, and radiates the light to the light-receiving element. A diaphragm, a light source driving circuit that supplies a driving current to the light emitting element, and a negative feedback circuit that supplies a part of a signal output from the light receiving element to the light source driving circuit as a negative feedback signal. Using light microphone for Bei, controls the directional characteristics of the optical microphone by changing the magnitude of the negative feedback signal by a sensor signal indicative of the distance.
[0005]
Further, the mobile phone device of the present invention is a mobile phone device having a first use state in which the mobile phone device is used in close contact with the face and a second use state in which the mobile phone device is used while being separated from the face. A proximity sensor that outputs a detection signal that is turned off at one time and turned on at the time of the second use state is attached to the device, and as a built-in microphone, a vertical cavity surface emission type in which the emission intensity distribution is substantially uniform concentrically. A laser light-emitting element is arranged, and a substrate on which a light-receiving element for receiving radiation light of the light-emitting element is arranged, is installed substantially parallel to and close to a position facing the substrate, and vibrates by sound pressure. A diaphragm that reflects light from the light emitting element and emits the light to the light receiving element, a light source driving circuit that supplies a driving current to the light emitting element, and a part of a signal output from the light receiving element. A directional characteristic of the optical microphone is controlled by switching the magnitude of the negative feedback signal in two stages in response to the detection signal using an optical microphone having a negative feedback circuit that supplies the signal to the light source driving circuit. I do.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the portable telephone device of the present invention, an optical microphone using a VCSEL is used as a built-in microphone.
The optical microphone can change directional characteristics and can form a sharp directional beam pattern in a predetermined direction.
For this reason, even if the distance between the microphone and the mouth is large, a decrease in sensitivity can be prevented, and noise contamination can be eliminated.
First, prior to the description of the embodiment of the mobile phone device of the present invention, the basic principle and structure of an optical microphone using a VCSEL used in the present invention will be described.
[0007]
FIG. 11 is a diagram showing the structure of the head portion of the
A
Accordingly, the
FIG. 11A shows a cross-sectional shape. An
[0008]
FIG. 11B is an enlarged plan view showing a light emitting / receiving section of the
As shown in the figure, a circular light emitting element LD is arranged at the center, and light receiving elements PD1, PD2,... PDn are arranged concentrically so as to surround the light emitting element LD. Note that a vertical cavity surface emitting laser can be used as the light emitting element LD used here.
The light emitting element LD and the light receiving element PD can be simultaneously manufactured on a gallium arsenide wafer by a semiconductor manufacturing process.
Therefore, since the alignment accuracy between the light emitting element LD and the light receiving element PD is determined by the accuracy of the mask used in the semiconductor manufacturing process, the alignment accuracy can be made 1 μm or less, and the conventional light receiving and emitting element of the optical microphone element can be used. It can be realized with a high accuracy of 1/100 or less as compared with the alignment accuracy.
[0009]
In general, a vertical cavity surface emitting type light emitting device has a characteristic in which a light emission intensity distribution is concentric and almost uniform. Therefore, the radiated light emitted from the light emitting element LD installed at the center toward the
Accordingly, the vibration displacement of the
An electrode 11 is formed for driving the light emitting element LD and the light receiving element PD or detecting the amount of incident light.
[0010]
Next, a vertical cavity surface emitting laser (hereinafter, referred to as VCSEL) which is a light emitting element used in the present invention will be described.
FIG. 12 shows the emission intensity distribution of the VCSEL. As shown in the figure, the emission intensity distribution is given as a Gaussian distribution with respect to the inside of the nucleus.
The emission intensity distribution P0 (θ) is represented by the following equation (1).
(Equation 1)
Po (θ) = exp (−α 2 θ 2 ) (1)
θ: angular displacement from a vertical line on the light emitting surface (unit radian)
α: Coefficient for defining the emission divergence angle (originally simplified in calculation of “1 / α 2 ”)
[0011]
When the calculation of the light emission distribution coefficient α is calculated for a one-dimensional case, it is expressed as in equation (2).
(Equation 2)
α 2 = − [ln (h)] / (FAHM / 2) 2 (2)
h: 1 at the relative intensity vertical given by actually measuring the laser emission distribution. Half value = 0.5.1 / e = 0.3183.1 / e2 = 0.135335.
FAHM: Normally, the manufacturer provides a full width at half maximum (FAHM) value.
If h = 0.5, FAHM = 9 degrees (with angle), rad (9/2) = 0.07854
α 2 = − [(ln (0.5)] / (0.07854) 2 = 112.369
Then, using this to calculate the emission intensity distribution for the specified azimuth, the distribution as shown in FIG. 12 is obtained.
[0012]
FIG. 13 is a diagram in a case where the emission intensity distribution is calculated and illustrated in two dimensions.
In this case, the two-dimensional emission intensity distribution P0 (θ) is given by equation (3).
(Equation 3)
Po (θ) = exp (−α 2 θ 2 ) · exp (−β 2 ψ 2 ) (3)
The distribution calculation coefficients α and β are calculated for the θ and ψ directions in the same manner. The light emission distribution coefficient α is given by equation (4), and the light emission distribution coefficient β is given by equation (5).
(Equation 4)
α 2 = − [ln (h)] / (FAHM / 2) 2 (4)
If h = 0.5 and FAHM = 9 degrees, rad (9/2) = 0.07854
α 2 = − [(ln (0.5)] / (0.07854) 2 = 112.369
(Equation 5)
β 2 = − [ln (h)] / (FAHM / 2) 2 (5)
If h = 0.5 and FAHM = 9 degrees, rad (9/2) = 0.07854
β 2 = − [(ln (0.5)] / (0.07854) 2 = 112.369
[0013]
As is apparent from the two-dimensional emission intensity distribution obtained in this way, in the vertical cavity surface emitting laser, the intensity distribution of the light emitting element is almost concentrically uniform.
Therefore, in order to efficiently receive the laser light as the displacement (displacement) of the
Here, in order to limit or select the dynamic range of the received signal, it becomes possible by providing two or more light receiving elements concentrically.
However, the optical microphone shown in FIG. 11 cannot expect much noise reduction effect.
That is, the
[0014]
An optical microphone having a structure as shown in FIG. 3 has been known as an optical microphone which has reduced the influence of this noise and has further improved the noise reduction effect.
In the structure shown in FIG. 3, the vibrating
With such a configuration, the
Note that FIG. 3 shows a structure in which the light emitting element LD and the light receiving element PD are separated for convenience of explanation. However, in actuality, FIG. 11 shows that the light emitting element LD and the light receiving element PD are integrally formed on the
[0015]
In the
It is known that when two microphone elements having the same receiving sensitivity are arranged close to each other and a sound wave generated at a long distance is received, the two microphone elements detect the incoming sound waves equally.
[0016]
Generally, sound waves originate from the mouth of a person at a short distance from the microphone element, ie, sound is generated at a short distance from the microphone element. This short-range person's voice has a spherical field characteristic as shown by the circular curve.
On the other hand, sound waves generated at a long distance, for example, due to noise and acoustics have characteristics of a plane field.
The sound intensity of a spherical wave is approximately the same along its sphere or envelope and varies along the radius of the sphere, but for a plane wave the sound intensity is approximately the same at all points in the plane.
[0017]
Therefore, since the optical microphone element as shown in FIG. 3 can be considered to be a combination of two microphone elements, when it is placed in a far field, the
On the other hand, a sound wave from the near field is incident nonuniformly through the
[0018]
FIG. 6 is a diagram showing a directivity pattern of the optical microphone element shown in FIGS.
11A shows the directivity pattern of the
(B) shows the directivity pattern of the
Here, the directivity pattern of the
[0019]
In order to change the directivity pattern as described above, a part of the detection output from the light receiving element PD is negatively fed back (negative feedback) to the light source driving circuit that drives the light emitting element LD using a negative feedback circuit. Good. FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an optical microphone device using a
The output from the light receiving element PD is taken out through the filter circuit 18 and amplified by the
The filter circuit 18 is used to extract only a signal component in a desired frequency range.
[0020]
Here, in the optical microphone device shown in FIG. 4, a predetermined current is supplied to a light emitting element LD through a negative feedback (negative feedback: NFB)
The
A reference power supply 14 serving as a reference voltage is connected to a non-inverting input terminal of the
The signal extracted through the
[0021]
With this configuration, the
Here, the small
Therefore, when the input signal level is equal to or higher than a certain level, the output signal level does not change and the amplification (gain) becomes zero. When the input signal is lower than a predetermined signal level, the signal is amplified so that the smaller the signal level, the larger the amplification.
Further, the rate of increase of the output signal with respect to the input signal increases as the input signal level decreases.
Here, since the output from the light receiving element PD is proportional to the received sound volume, the output of the small
[0022]
Since this output is input to the inverting input terminal of the
As a result, the current supplied to the light emitting element LD operates so that the light output of the light emitting element LD decreases as the volume decreases.
That is, the lower the volume, the lower the sensitivity of the microphone.
Further, since a signal of a predetermined level or higher is not amplified, the light output is not limited at the signal level.
Therefore, the sensitivity of the microphone does not decrease.
For sounds that come from the axial direction perpendicular to the diaphragm and that do not cause a decrease in microphone sensitivity, if the sound is shifted from the axial direction, the sensitivity will follow the original directivity pattern curve. It gradually decreases.
When the level falls below a certain level, the small
As a result, in the optical microphone device having the
[0023]
2 and 5 show a change in the directivity pattern due to the change in the amount of negative feedback.
(A) shows the directivity pattern when no negative feedback is applied, and in this case, the directivity pattern is substantially circular.
Next, the directivity patterns when negative feedback is applied are shown in (B) and (C).
In the case of (B), the amount of negative feedback is small, and in the case of (C), the amount of negative feedback is large. By changing the amplification degree of the small
In this manner, the directional characteristics of the sensitivity of the optical microphone can be changed.
In the sound pickup device according to the present invention, the directivity of the selected microphone is changed by using an optical microphone of a very small VCSEL that can change the beam pattern of the directivity.
[0024]
Next, an embodiment of the portable telephone device of the present invention will be described.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional mobile phone device. A
FIG. 8 is a diagram showing an example of a mobile phone device according to the present invention, in which the above-described
Further, a
[0025]
FIG. 9 is a diagram showing a method of using the mobile phone device according to the present invention. In a normal usage method, the
When the
In this case, the
Since a specific method of distance recognition by the
[0026]
In the present invention, the
FIG. 1 is a diagram showing a circuit for changing the directivity of a microphone in a mobile phone device of the present invention.
The amount of negative feedback of the
That is, when the
As described above, the amount of negative feedback of the
[0027]
FIG. 10 shows another circuit used in the portable telephone device of the present invention. In this case, a
When the
When the
Then, since the
[0028]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the present invention, an optical microphone using a VCSEL is used as a microphone used in a mobile phone device, and the directivity of the optical microphone is changed or switched based on the usage state of the mobile phone. As a result, good wave receiving characteristics can be obtained regardless of the usage state of the mobile phone device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a peripheral circuit of an optical microphone used in the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a change in a directivity pattern of an optical microphone element used in the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a structure of an optical microphone element used in the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an optical microphone device used in the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a change in the directivity pattern of the optical microphone element shown in FIG. 3;
FIG. 6 is a directional pattern diagram of an optical microphone element used in the present invention.
FIG. 7 is an external view showing a schematic configuration of a conventional mobile phone device.
FIG. 8 is an external view showing a schematic configuration of a mobile phone device according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a use state of the mobile phone device according to the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a peripheral circuit of an optical microphone used in another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a basic structure of an optical microphone element used in the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a light emission intensity distribution of a VCSEL used in the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a two-dimensionally calculated emission intensity distribution of a VCSEL used in the present invention.
[Explanation of symbols]
2 diaphragm LD light emitting element PD
Claims (2)
顔からの離間距離を検出するセンサを前記装置に取付け、
内蔵マイクロフォンとして、
発光強度分布が同心円状にほぼ均一な垂直空洞表面発光型レーザー発光素子を配置し、前記発光素子の放射光を受光する為の光素子を配置した基板と、
前記基板に対向する位置にほぼ平行に、かつ近接して設置され、音圧により振動するとともに、前記発光素子からの光を反射させて前記受光素子に放射する振動板と、
前記発光素子に駆動電流を供給する光源駆動回路と、
前記受光素子から出力される信号の一部を負帰還信号として前記光源駆動回路に供給する負帰還回路とを具備する光マイクロフォンを用い、
前記離間距離を示すセンサ信号により前記負帰還信号の大きさを変化させることにより前記光マイクロフォンの指向特性を制御することを特徴とする携帯電話装置。In a mobile phone device having a first use state in which it is used in close contact with the face and a second use state in which it is used while being separated from the face,
A sensor for detecting a separation distance from the face is attached to the device,
As a built-in microphone,
A substrate on which a vertical cavity surface emitting laser light emitting device in which the light emission intensity distribution is substantially uniform in a concentric manner is arranged, and an optical device for receiving radiation light of the light emitting device is arranged,
A diaphragm that is installed substantially in parallel and close to the position facing the substrate, vibrates by sound pressure, reflects light from the light emitting element and emits the light to the light receiving element,
A light source driving circuit that supplies a driving current to the light emitting element;
Using an optical microphone including a negative feedback circuit that supplies a part of the signal output from the light receiving element to the light source driving circuit as a negative feedback signal,
A portable telephone device, wherein the directivity of the optical microphone is controlled by changing the magnitude of the negative feedback signal according to the sensor signal indicating the separation distance.
前記第1の使用状態にある時はオフとなり前記第2の使用状態にある時はオンとなる検出信号を出力する近接センサを前記装置に取付け、
マイクロフォンとして、
発光強度分布が同心円状にほぼ均一な垂直空洞表面発光型レーザー発光素子を配置し、前記発光素子の放射光を受光する為の受光素子を配置した基板と、
前記基板に対向する位置にほぼ平行に、かつ近接して設置され、音圧により振動するとともに、前記発光素子からの光を反射させて前記受光素子に放射する振動板と、
前記発光素子に駆動電流を供給する光源駆動回路と、
前記受光素子から出力される信号の一部を負帰還信号として前記光源駆動回路に供給する負帰還回路とを具備する光マイクロフォンを用い、
前記検出信号に応答して前記負帰還信号の大きさを2段階に切り替えることにより前記光マイクロフォンの指向特性を制御することを特徴とする携帯電話装置。In a mobile phone device having a first use state in which it is used in close contact with the face and a second use state in which it is used while being separated from the face,
A proximity sensor that outputs a detection signal that is turned off when in the first use state and turned on when in the second use state is attached to the device,
As a microphone,
A substrate on which a vertical cavity surface emitting laser light emitting device in which the emission intensity distribution is substantially uniform concentrically is arranged, and a light receiving element for receiving emitted light of the light emitting device is arranged,
A diaphragm that is installed substantially in parallel and close to the position facing the substrate, vibrates by sound pressure, reflects light from the light emitting element and emits the light to the light receiving element,
A light source driving circuit that supplies a driving current to the light emitting element;
Using an optical microphone including a negative feedback circuit that supplies a part of the signal output from the light receiving element to the light source driving circuit as a negative feedback signal,
A portable telephone device, wherein the directivity of the optical microphone is controlled by switching the magnitude of the negative feedback signal in two stages in response to the detection signal.
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