JP3673992B2 - 音響電気変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光を用いて振動板の振動変位を電気信号に変換する音響電気変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音響電気変換装置の代表的なものとして光マイクロフォン装置が知られている。
図３は本発明の発明者らの別途出願に係る光マイクロフォン装置のヘッド部の構成を示す断面図である。
基板５に発光素子３と受光素子４とを角度を持たせることなく発光面と受光面とが平行でほぼ同一平面となるように基板５に設置する。そして発光素子３から発光面に対してほぼ垂直に光ビームを振動板２に対して出射する。
ここで振動板２は支点７，８によりヘッド１内に所定の角度θだけ基板５に対して傾けて張設されている。また発光素子３からの光ビームが振動板２により反射されて受光素子４に到達する入射光と反射光とのなす角度を振動板２の傾斜角度θと同一となるように設定されている。
【０００３】
このように発光素子３と受光素子４とを基板５に平面的に取り付けることにより量産性を向上させることができる。
ここで通常発光素子３としては垂直表面発光型発光素子（ＶＣＳＥＬ）を用いると発光面に垂直な方向の放射光が得られる。
また受光素子４はこれに入射する反射光が傾斜するが、一般に受光素子は発光素子に比べて受光する光の入射角度に対しては感度はそれほど劣化せず、入射角度は必ずしも受光面に垂直になっていなくても受光効率は著しく劣化することはない。
【０００４】
図４は図３に示した光マイクロフォン装置のヘッド部の動作を説明するための図である。
発光素子３から出射した光ビームの光束Ｌ１が、基板５に対してθだけ傾いた角度で張設された振動板２の所定領域に当たり、ここで反射して反射光束Ｌ２となって受光素子４に入射する。このとき振動板２が音波６により振動することにより、反射光束Ｌ２は図中に実線、破線及び鎖線で示すように振動変位の大きさによって変化し、受光素子４の異なる受光面に入射する。
従ってこの受光位置での光信号の大きさ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。
このように図３及び図４に示す光マイクロフォン装置においては、基板５に平面状に搭載された一つの発光素子３と一つの受光素子４とにより光の受発光を行うものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように図３及び図４に示すような構造の光マイクロフォン装置においては、通常、振動板２に照射される発光素子３からの光束が５〜１０度程度広がって照射され振動板２において反射されるため、反射光が受光素子４の受光面以外のところにも拡大して照射されることがある。
また、振動板２の振動により反射光の焦点が必ずしも一つの受光素子４の受光面に定まらず受光効率が低下することがあった。
また、発光素子３から放射される光ビームの光軸は必ずしも放射面に垂直に立ち上がらない場合もあった。
このため、反射光を受光する受光素子４を基板５に対して一つだけ固定位置に設けただけでは、反射光全てを効率的に受光できないという問題点があった。
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、振動板からの反射光を効率的に受光し、音響電気変換効率を高めることのできる音響電気変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の音響電気変換装置は、音圧により振動する振動板と、前記振動板に光ビームを照射する発光素子と、前記振動板に照射された前記光ビームの反射光を受光し、前記振動板の振動変位に対応する信号を出力する受光素子と、前記発光素子と前記受光素子とを設置する基板とを備えた音響電気変換装置において、前記発光素子の発光面と前記受光素子の受光面とが平行で、かつほぼ同一平面となるように前記発光素子と複数の前記受光素子とを前記基板上に設置し、前記振動板の前記入射光が照射される領域を略平面とし、前記振動板を前記基板に対して所定角度だけ傾斜させ、前記発光素子から前記発光面に対してほぼ垂直に出射される前記光ビームを前記振動板へ照射し、前記振動板での前記反射光を前記複数の受光素子により受光することを特徴とする。
【０００７】
前記音響電気変換装置において、前記複数の受光素子を前記発光素子に対して直線状に配列することが出来る。
また、前記音響電気変換装置において、前記複数の受光素子を円形状又は矩形状に配列することが出来る。
さらに、前記音響電気変換装置において、前記発光素子を複数個配置することが出来る。
また、前記音響電気変換装置において、前記振動板の前記入射光が照射される領域を鏡面とすることが出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、本発明の音響電気変換装置は光マイクロフォン装置に適用可能であるが、必ずしもこれに限定されるものではなく音響センサ等にも利用可能である。
ただし、以下に説明する実施の形態は本発明を光マイクロフォン装置に適用した場合について述べる。
図１は本発明の実施の形態の１例である光マイクロフォン装置のヘッド部の構成を示す図である。なお図３及び図４に示したと同一部分には同一符号を付し、その詳細構成は説明を省略する。
本発明においては図３あるいは図４において示される受光素子４を複数に分割し、この分割された受光素子４1，４2，４3，…４nを所定の形状に配列している。
このように複数の受光素子４1，４2，４3，…４nを用いることにより振動板２により反射される反射光Ｌ２の光束の広がりを全て吸収して受光することができる。
【０００９】
図１に示す実施の形態では発光素子３を一つとし、受光素子４を複数個設けているため、この発光素子３からの放射ビームの反射光Ｌ２を全て吸収して受光することが可能となる。
なお受光素子４の配列は発光素子３に対して図２（Ａ）に示すように直線状に配列することも可能であるが、例えば図２（Ｂ）に示すように複数の受光素子４1〜４nを円形状に配列することも可能でありまた図２（Ｃ）に示すように矩形状に配列することも可能である。
また受光素子４だけではなく発光素子３に関してもこれを分割して配列することができる。
【００１０】
図２（Ｄ）は発光素子３を分割して受光素子４と同様に直線状に配列した場合を示している。また図２（Ｅ）は円形状に、図２（Ｆ）は矩形状に発光素子３を分割して配置している。
このように発光素子３を分割して複数設けることにより更に発光効率を上昇させることができる。
【００１１】
図５は振動板２の表面形状を示した図である。
発光素子３として垂直表面発光型発光素子（ＶＣＳＥＬ）を用いた場合には発光面からの光は同心円状に均一の発光強度をもって放射されるため、振動板２の受光面を円環状に鏡面仕上げしておけば、そこでの反射効率が向上する。
図５に斜線で示す領域２ａはこのように鏡面仕上げをした領域を示している。
また図５（ｂ）に示すように光ビームの当たるスポット状の領域２ｂのみを鏡面仕上げすることも可能である。領域２ｃは振動板２を支点７，８に張設する際の位置決めポイントを表わしている。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の音響電気変換装置では少なくとも複数の受光素子が基板に対して平面的に設置され、発光素子からの反射光を過不足なく受光することができる。
このため受光効率の高い音響電気変換装置を実現することができる。
また受光素子を細分化して複数設けることにより各素子の熱雑音を抑えることができるため、総合的にＳＮ比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である光マイクロフォン装置のヘッド部の構成を示す図。
【図２】本発明で用いられる受発光素子の配列を示す図。
【図３】光マイクロフォン装置のヘッド部の構造を示す断面図。
【図４】図３に示す装置の動作原理を説明するための図。
【図５】本発明に用いられる振動板の一例を示す平面図。
【符号の説明】
１ ヘッド
２ 振動板
３ 発光素子
４ 受光素子
５ 基板
６ 音波
７，８ 支点
θ 傾斜角度
【発明の属する技術分野】
本発明は光を用いて振動板の振動変位を電気信号に変換する音響電気変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音響電気変換装置の代表的なものとして光マイクロフォン装置が知られている。
図３は本発明の発明者らの別途出願に係る光マイクロフォン装置のヘッド部の構成を示す断面図である。
基板５に発光素子３と受光素子４とを角度を持たせることなく発光面と受光面とが平行でほぼ同一平面となるように基板５に設置する。そして発光素子３から発光面に対してほぼ垂直に光ビームを振動板２に対して出射する。
ここで振動板２は支点７，８によりヘッド１内に所定の角度θだけ基板５に対して傾けて張設されている。また発光素子３からの光ビームが振動板２により反射されて受光素子４に到達する入射光と反射光とのなす角度を振動板２の傾斜角度θと同一となるように設定されている。
【０００３】
このように発光素子３と受光素子４とを基板５に平面的に取り付けることにより量産性を向上させることができる。
ここで通常発光素子３としては垂直表面発光型発光素子（ＶＣＳＥＬ）を用いると発光面に垂直な方向の放射光が得られる。
また受光素子４はこれに入射する反射光が傾斜するが、一般に受光素子は発光素子に比べて受光する光の入射角度に対しては感度はそれほど劣化せず、入射角度は必ずしも受光面に垂直になっていなくても受光効率は著しく劣化することはない。
【０００４】
図４は図３に示した光マイクロフォン装置のヘッド部の動作を説明するための図である。
発光素子３から出射した光ビームの光束Ｌ１が、基板５に対してθだけ傾いた角度で張設された振動板２の所定領域に当たり、ここで反射して反射光束Ｌ２となって受光素子４に入射する。このとき振動板２が音波６により振動することにより、反射光束Ｌ２は図中に実線、破線及び鎖線で示すように振動変位の大きさによって変化し、受光素子４の異なる受光面に入射する。
従ってこの受光位置での光信号の大きさ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。
このように図３及び図４に示す光マイクロフォン装置においては、基板５に平面状に搭載された一つの発光素子３と一つの受光素子４とにより光の受発光を行うものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように図３及び図４に示すような構造の光マイクロフォン装置においては、通常、振動板２に照射される発光素子３からの光束が５〜１０度程度広がって照射され振動板２において反射されるため、反射光が受光素子４の受光面以外のところにも拡大して照射されることがある。
また、振動板２の振動により反射光の焦点が必ずしも一つの受光素子４の受光面に定まらず受光効率が低下することがあった。
また、発光素子３から放射される光ビームの光軸は必ずしも放射面に垂直に立ち上がらない場合もあった。
このため、反射光を受光する受光素子４を基板５に対して一つだけ固定位置に設けただけでは、反射光全てを効率的に受光できないという問題点があった。
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、振動板からの反射光を効率的に受光し、音響電気変換効率を高めることのできる音響電気変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の音響電気変換装置は、音圧により振動する振動板と、前記振動板に光ビームを照射する発光素子と、前記振動板に照射された前記光ビームの反射光を受光し、前記振動板の振動変位に対応する信号を出力する受光素子と、前記発光素子と前記受光素子とを設置する基板とを備えた音響電気変換装置において、前記発光素子の発光面と前記受光素子の受光面とが平行で、かつほぼ同一平面となるように前記発光素子と複数の前記受光素子とを前記基板上に設置し、前記振動板の前記入射光が照射される領域を略平面とし、前記振動板を前記基板に対して所定角度だけ傾斜させ、前記発光素子から前記発光面に対してほぼ垂直に出射される前記光ビームを前記振動板へ照射し、前記振動板での前記反射光を前記複数の受光素子により受光することを特徴とする。
【０００７】
前記音響電気変換装置において、前記複数の受光素子を前記発光素子に対して直線状に配列することが出来る。
また、前記音響電気変換装置において、前記複数の受光素子を円形状又は矩形状に配列することが出来る。
さらに、前記音響電気変換装置において、前記発光素子を複数個配置することが出来る。
また、前記音響電気変換装置において、前記振動板の前記入射光が照射される領域を鏡面とすることが出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、本発明の音響電気変換装置は光マイクロフォン装置に適用可能であるが、必ずしもこれに限定されるものではなく音響センサ等にも利用可能である。
ただし、以下に説明する実施の形態は本発明を光マイクロフォン装置に適用した場合について述べる。
図１は本発明の実施の形態の１例である光マイクロフォン装置のヘッド部の構成を示す図である。なお図３及び図４に示したと同一部分には同一符号を付し、その詳細構成は説明を省略する。
本発明においては図３あるいは図４において示される受光素子４を複数に分割し、この分割された受光素子４1，４2，４3，…４nを所定の形状に配列している。
このように複数の受光素子４1，４2，４3，…４nを用いることにより振動板２により反射される反射光Ｌ２の光束の広がりを全て吸収して受光することができる。
【０００９】
図１に示す実施の形態では発光素子３を一つとし、受光素子４を複数個設けているため、この発光素子３からの放射ビームの反射光Ｌ２を全て吸収して受光することが可能となる。
なお受光素子４の配列は発光素子３に対して図２（Ａ）に示すように直線状に配列することも可能であるが、例えば図２（Ｂ）に示すように複数の受光素子４1〜４nを円形状に配列することも可能でありまた図２（Ｃ）に示すように矩形状に配列することも可能である。
また受光素子４だけではなく発光素子３に関してもこれを分割して配列することができる。
【００１０】
図２（Ｄ）は発光素子３を分割して受光素子４と同様に直線状に配列した場合を示している。また図２（Ｅ）は円形状に、図２（Ｆ）は矩形状に発光素子３を分割して配置している。
このように発光素子３を分割して複数設けることにより更に発光効率を上昇させることができる。
【００１１】
図５は振動板２の表面形状を示した図である。
発光素子３として垂直表面発光型発光素子（ＶＣＳＥＬ）を用いた場合には発光面からの光は同心円状に均一の発光強度をもって放射されるため、振動板２の受光面を円環状に鏡面仕上げしておけば、そこでの反射効率が向上する。
図５に斜線で示す領域２ａはこのように鏡面仕上げをした領域を示している。
また図５（ｂ）に示すように光ビームの当たるスポット状の領域２ｂのみを鏡面仕上げすることも可能である。領域２ｃは振動板２を支点７，８に張設する際の位置決めポイントを表わしている。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の音響電気変換装置では少なくとも複数の受光素子が基板に対して平面的に設置され、発光素子からの反射光を過不足なく受光することができる。
このため受光効率の高い音響電気変換装置を実現することができる。
また受光素子を細分化して複数設けることにより各素子の熱雑音を抑えることができるため、総合的にＳＮ比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である光マイクロフォン装置のヘッド部の構成を示す図。
【図２】本発明で用いられる受発光素子の配列を示す図。
【図３】光マイクロフォン装置のヘッド部の構造を示す断面図。
【図４】図３に示す装置の動作原理を説明するための図。
【図５】本発明に用いられる振動板の一例を示す平面図。
【符号の説明】
１ ヘッド
２ 振動板
３ 発光素子
４ 受光素子
５ 基板
６ 音波
７，８ 支点
θ 傾斜角度
Claims (6)
- 音圧により振動する振動板と、前記振動板に光ビームを照射する発光素子と、前記振動板に照射された前記光ビームの反射光を受光し、前記振動板の振動変位に対応する信号を出力する受光素子と、前記発光素子と前記受光素子とを設置する基板とを備えた音響電気変換装置において、
前記発光素子の発光面と前記受光素子の受光面とが平行で、かつほぼ同一平面となるように前記発光素子と複数の前記受光素子とを前記基板上に設置し、
前記振動板の前記入射光が照射される領域を略平面とし、
前記振動板を前記基板に対して所定角度だけ傾斜させ、前記発光素子から前記発光面に対してほぼ垂直に出射される前記光ビームを前記振動板へ照射し、
前記振動板での前記反射光を前記複数の受光素子により受光することを特徴とする音響電気変換装置。 - 請求項１に記載の音響電気変換装置において、
前記複数の受光素子を前記発光素子に対して直線状に配列したことを特徴とする音響電気変換装置。 - 請求項１に記載の音響電気変換装置において、
前記複数の受光素子を円形状に配列したことを特徴とする音響電気変換装置。 - 請求項１に記載の音響電気変換装置において、
前記複数の受光素子を矩形状に配列したことを特徴とする音響電気変換装置。 - 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の音響電気変換装置において、
前記発光素子を複数個配置したことを特徴とする音響電気変換装置。 - 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の音響電気変換装置において、
前記振動板の前記入射光が照射される領域を鏡面とすることを特徴とする音響電気変換装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35370099A JP3673992B2 (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 音響電気変換装置 |
| EP00978067A EP1235463A4 (en) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | ELECTROACOUSTIC TRANSDUCER USING AN OPTICAL DEVICE |
| CNB008166153A CN1203727C (zh) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | 采用光学器件的声电换能器 |
| KR1020027007087A KR100629048B1 (ko) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | 광학소자를 이용한 음향전기 변환장치 |
| US10/148,468 US20050163509A1 (en) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | Acoustoelectric transducer using optical device |
| DE1235463T DE1235463T1 (de) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | Elektroakustischer übertrager mit verwendung eines optischen geräts |
| PCT/JP2000/008537 WO2001041502A1 (fr) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | Transducteur electroacoustique utilisant un dispositif optique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35370099A JP3673992B2 (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 音響電気変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001169398A JP2001169398A (ja) | 2001-06-22 |
| JP3673992B2 true JP3673992B2 (ja) | 2005-07-20 |
Family
ID=18432636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35370099A Expired - Fee Related JP3673992B2 (ja) | 1999-12-03 | 1999-12-13 | 音響電気変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3673992B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001268696A (ja) * | 2000-03-17 | 2001-09-28 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 光マイクロフォン |
-
1999
- 1999-12-13 JP JP35370099A patent/JP3673992B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001169398A (ja) | 2001-06-22 |
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