JP3907413B2 - 音響検出装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は音響検出装置に係り、特に光学式マイクロホン装置のように外部音響によって振動する振動板の振動変位を光学的に検出することのできる音響検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の音響検出装置の一例として、特開平11−355893号に開示されている光学式マイクロホン装置の構成図を図7に示す。
音響によって振動する振動板1に対向して設けられた半導体レーザ9からレーザ光を放射し、この放射光を対物レンズ2を介して振動板1に照射する。振動板1からの反射光は対物レンズ2を介して振動板変位検出フォトダイオード6により検出され、振動変位の検出が行われるように構成されている。
また、半導体レーザ9からのレーザ発光量は振動板変位検出フォトダイオード6の近傍に設けられたモニタフォトダイオード7によりモニタされ、このモニタフォトダイオード7からの電気信号はレーザAPC(発光安定化回路)8を介して半導体レーザ9に戻され、レーザ発光量が一定になるような制御が行われる。
【0003】
なお半導体レーザ9、フォトダイオード6,7は筐体10内に内蔵され、この筐体10に対物レンズ2が取り付けられている。
このような構造を有する音響検出装置では振動板1の振動による移動量(変位量)は光ピックアップでいうところのフォーカスエラー信号(FES信号)として検出される。
筐体10に内蔵される光学素子の構成によりフーコーナイフエッジ法、非点収差法等の種々の方法が用いられる。
【0004】
図8は振動板1の反射面の変位信号の取出し回路を示したものである。
振動板変位検出フォトダイオード6を異なる位置に2つ用意し、これらのフォトダイオード6a,6bからの差信号を差動アンプ13を介して取出し、振動板反射面の変位信号14として取出すことを示している。
このようにフォトダイオード6aからの光電変換出力Aとフォトダイオード6bからの光電変換出力Bとの差信号を取り出して変位信号とする場合はフーコーナイフエッジ法を用いる。
非点収差法を用いる場合にはa,b,c,dの4つの検出器(フォトダイオード)を2つずつ並べて正方形状に設け、それらの対角和信号(a+c)と(b+d)とを作り、これらの差信号を差動アンプ13を用いて取出すようにする。差信号の生成方法はフーコーナイフエッジ法と同様である。
【0005】
このように振動板1からの反射光を振動板変位検出フォトダイオード6などのフォーカスサーボ検出手段に導き、振動板1の移動をフォーカスエラー検出信号として取出すことにより直線性の良い出力が得られる。
この場合、振動板1の振動範囲をフォーカスエラー検出信号の直線域に収めることで安定な検出出力を得ることができる。
このような従来の装置では、振動板1の振動に制約は無く、振動板1の振幅を非接触で検出できるところから直線性の良い音響出力を得ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の音響検出装置において振動板の変位信号を安定に取出すためには、図7に示すようなモニタフォトダイオード7を検出部筐体10内に設け、このモニタフォトダイオード7から得られた発光モニタ信号をフィードバックして半導体レーザ9の発光を安定化させるために発光安定化回路8を必要とした。
従って、検出部筐体10の内部構造が複雑化する上外部に発光安定化回路8などの半導体レーザ9の駆動回路を備えなければならないという問題があった。
本発明は検出部筐体内にモニタフォトダイオードを必要とせず、しかもAPC回路の代わりに単純な構成の定電流回路を設けることにより半導体レーザを駆動し、これにより大幅に部品点数を省略した安価な音響検出装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の音響検出装置は、音響によって振動する振動板と、前記振動板に対向して設置され、時間経過と共に出力が変動する発光素子及び受光素子を同一面上に配置した発光受光素子基板と、前記振動板と前記発光受光素子基板との間の光路上に設置され、前記発光素子からの放射光および/又は前記振動板からの反射光の最適焦点位置を調整する対物レンズと、前記対物レンズを前記光路上で微小移動させるアクチエータとを備え、前記振動板からの反射光を前記受光素子で受光して電気信号として取出すことにより前記振動板の音響による振動変位を検出する音響検出装置において、2つの受光素子からの電気信号の和信号で差信号を除し、正規化して変位信号として取出す変位信号取出し手段と、前記変位信号の可聴帯域の信号を分離して振動変位の検出信号として取出し、前記変位信号の可聴帯域以下の信号を分離して前記アクチエータに対しフォーカスエラーを制御するサーボ制御信号として供給する変位信号分離手段とを設けたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
図6は本発明に係る音響検出装置の一例としての光学式マイクロホン装置のヘッド部の構成を示す図である。
開口部を有する筐体12の一端に音響振動板1が取り付けられ、他端部が検出部筐体10に取り付けられている。検出部筐体10内には振動板1に対向して設置され、発光素子4aと受光素子4bとを同一面上に配置した受光発光素子基板4が設置されている。
【0009】
発光受光素子基板4の中心部に配置された発光素子4aからの放射光は、光路上に設置された対物レンズ2を介して振動板1に集光するように構成されている。対物レンズ2と振動板1との間には光透過性音圧遮断板5が検出部筐体10の一端を閉塞するように設けられており、この遮断板5によって外部からの音響によって対物レンズ2が振動しないように構成されている。
振動板1からの反射光は対物レンズ2を介して反射光束分割素子3により回折または屈折させられ、発光受光素子基板4の受光素子4bに集光する。
【0010】
対物レンズ2には対物レンズ用一軸アクチエータ11が設けられ、このアクチエータ11を駆動することにより対物レンズ2を光路上で微小移動させ、放射光或いは反射光を最適焦点位置に集光するように調整が行われる。
アクチエータ11には図示しない回路により対物レンズ2を最適焦点位置に調整するようなアクチエータ制御目標値信号が印加されている。
【0011】
本発明においては受光素子4bからの電気信号を所定の処理を施すことによりアクチエータ11に対するサーボ制御信号として供給するようにしている。
図1は本発明の音響検出装置に用いられる制御回路の構成を示す回路図である。
このような回路構成を採用することにより図7に示す従来の装置で必要とされていたモニタフォトダイオード7とAPC回路8とを省略することができる。
本発明では受光素子4bとして2つのフォトダイオードを用意する。
この2つのフォトダイオードの差出力「A−B」21と和出力「A+B」22とをそれぞれ対数アンプ23,24を介して微小電流部分を拡大した上差動アンプ25の入力に供給する。
【0012】
音響振動板1は光ディスクと違って凹凸が無いため反射が安定な部分を使うことができる。したがって、信号検出フォトダイオードから検出される全信号光は発光素子4aのレーザ発光そのものである。
差動アンプ25の出力には2つの受光素子4bからの電気信号の和信号で差信号を除した信号が得られる。この差動アンプ25の出力を逆対数アンプ26を介して取出すことにより正規化した変位信号を取出すことができる。
取り出された変位信号はハイパスフィルタ(HPF)27により可聴帯域の20Hz以上の信号が分離され、マイクアンプ28を介してオーディオ出力400として取り出される。このオーディオ出力400が振動変位の検出信号となる。また、逆対数アンプ26の出力である正規化された変位信号の可聴帯域以下の信号はローパスフィルタ(LPF)29により分離され、サーボ制御信号200として取り出される。
【0013】
このようにして取り出されたサーボ制御信号200と、予め図示しない回路により生成されたアクチエータ制御目標値信号100とがサーボ回路30に入力され、その出力信号としてアクチエータ制御信号300が得られる。
このアクチエータ制御信号300を用いてアクチエータ11を駆動制御することにより、対物レンズ2の位置を振動板1の検出に最適な距離となるように制御することができる。
【0014】
図2はサーボ回路30の開ループ特性を示したものである。
図2に示すようにサーボ利得特性は周波数fが0から一定の周波数まで均一で、その後徐々に減少しカットオフ周波数fcで利得は0となるように変化する。本実施の形態においては、利得が0となるカットオフ周波数fcが20Hzに設定されているが、これはハイパスフィルタ27およびローパスフィルタ29のフィルタ係数を連動して変更することにより任意に設定することができる。
【0015】
図3はサーボ回路30の構成を示すブロック図である。
サーボ回路30は誤差信号生成回路32、補償回路34、駆動回路36およびフィードバック回路38から構成されている。
アクチエータ制御目標値信号100とフィードバック回路38から出力されるサーボ制御信号200とを誤差信号生成回路32に入力することにより誤差信号500を得、この誤差信号500を補償回路34と駆動回路36とを介して取出すことによりアクチエータ制御信号300を得ることができる。
【0016】
図4は図3に示す補償回路34と駆動回路36との具体的回路構成を示す図である。
なお図3および図4に示すサーボ回路30、補償回路34および駆動回路36の構成自体は周知であって、光ピックアップ等でフォーカスエラ信号を用いてサーボ制御をする場合によく用いられている。従って、図4の具体的回路構成の詳細についての説明は省略する。
図4の補償回路34においてAで示す部分は微分回路を示しており、この微分回路により誤差信号500の位相を進める。また、Bの部分は積分回路を示しており、この積分回路により誤差信号500の位相を遅らせる。
図5は誤差信号500の位相補償を説明するための図で、周波数f1〜f2の間で積分回路による位相遅れ補償がなされ、周波数f3とf4との間において微分回路により位相進み補償がなされることを示している。
【0017】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では2つの受光素子からの電気信号の和信号で差信号を除し、これを正規化して変位信号として取出すと共に、この変位信号の可聴帯域の信号を分離して振動変位の検出信号として取出し、変位信号の可聴帯域以下の信号を分離してアクチエータに対するサーボ制御信号として供給するようにしているため、発光のゆらぎを消去して振動板の変位信号を安定に取出すことができる。
また、従来必要とされていたモニタフォトダイオードやAPC回路を不要としたため回路構成を簡素化できるという利点がある。
さらに、変位信号の可聴帯域以下の信号を分離してアクチエータに対するサーボ制御信号として用いているため、可聴帯域外の信号をS/N比良く取出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の音響検出装置に用いられる制御回路の回路図。
【図2】本発明に用いられるサーボ回路の開ループ特性。
【図3】サーボ回路の基本構成を示すブロック図。
【図4】サーボ回路中の補償回路と駆動回路の具体的構成を示す回路図。
【図5】微分回路および積分回路による位相調整を説明するための図。
【図6】本発明の一実施形態に係る音響検出装置のヘッド部の構造を示す図。
【図7】従来の光マイクロホン装置の概略構成を示す図。
【図8】従来の変位信号の検出回路の構成を示す図。
【符号の説明】
1 音響振動板
2 対物レンズ
4 発光受光素子基板
4a 発光素子
4b 受光素子
11 アクチエータ
21 フォトダイオード差出力
22 フォトダイオード和出力
25 差動アンプ
27 ハイパスフィルタ
29 ローパスフィルタ
30 サーボ回路
32 誤差信号生成回路
34 補償回路
36 駆動回路
38 フィードバック回路
100 アクチエータ制御目標値信号
200 サーボ制御信号
300 アクチエータ制御信号
400 オーディオ出力
500 誤差信号

Claims (2)

  1. 音響によって振動する振動板と、
    前記振動板に対向して設置され、時間経過と共に出力が変動する発光素子及び受光素子を同一面上に配置した発光受光素子基板と、
    前記振動板と前記発光受光素子基板との間の光路上に設置され、前記発光素子からの放射光および/又は前記振動板からの反射光の最適焦点位置を調整する対物レンズと、
    前記対物レンズを前記光路上で微小移動させるアクチエータとを備え、
    前記振動板からの反射光を前記受光素子で受光して電気信号として取出すことにより前記振動板の音響による振動変位を検出する音響検出装置において、
    2つの受光素子からの電気信号の和信号で差信号を除し、正規化して変位信号として取出す変位信号取出し手段と、
    前記変位信号の可聴帯域の信号を分離して振動変位の検出信号として取出し、前記変位信号の可聴帯域以下の信号を分離して前記アクチエータに対しフォーカスエラーを制御するサーボ制御信号として供給する変位信号分離手段とを設けたことを特徴とする音響検出装置。
  2. 請求項1に記載の音響検出装置において、
    前記可聴帯域が20Hz以上であることを特徴とする音響検出装置。
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