JP6502410B2 - 光マイクロフォンシステム - Google Patents

Description

本発明は、概してセンサシステムに関し、特に光マイクロフォンシステムに関する。

音響入力信号に関連する音響圧力振動に対応するマイクロフォン信号を生成するために様々な異なるマイクロフォンが実現されている。マイクロフォンは、音響入力信号をデジタル信号に変更して、例えば、増幅、データとして送信、および／または映像データ（例えば、テキストなど）への変換などを行う様々な任意のアプリケーションで実装することができる。マイクロフォンのタイプの例としては、圧電マイクロフォンや、電磁マイクロフォンや、干渉マイクロフォンなどが挙げられ、これらは音響入力信号を検出するために典型的には振幅変調（ＡＭ）信号を利用する。先行技術として、例えば特許文献１〜４等が知られている。

米国特許第７，３５５，７２０号明細書 米国特許第７，７１１，１３０号明細書 米国特許第７，８２６，６２９号明細書 米国特許第７，８８０，８９４号明細書

しかしながら、ＡＭ信号は、振幅ノイズおよび位相ノイズの影響を受け得る。関連する電子機器は、振幅ノイズおよび／または位相ノイズを低減するように実装することができるが、そのようなノイズ源、特に振幅ノイズは管理することが困難な場合がある。

一実施形態は、光マイクロフォンシステムを含む。光マイクロフォンシステムは、直線偏光の光ビームを放射するように構成されたレーザと、前記光ビームを反射するとともに音響入力信号に応答して振動するように構成された膜状ミラーを備える光キャビティシステムとを含む。前記光キャビティシステムは、前記光ビームの少なくとも一部を受信し、前記音響入力信号により生じる前記膜状ミラーの振動を示すマイクロフォン信号を前記光ビームの反射に基づいて生成するように構成された少なくとも１つの光検出器を含む。光マイクロフォンシステムはさらに、前記マイクロフォン信号を処理して前記音響入力信号の周波数を計算するように構成された音響プロセッサを含む。

別の実施形態は、音響入力信号を測定するための方法を含む。方法は、レーザにより直線偏光の光ビームを生成すること、および、前記レーザと前記光ビームを反射するように構成された膜状ミラーとを含む光キャビティシステムに前記光ビームを供給することを含む。また、方法は、前記光ビームの少なくとも一部を受信するように構成された少なくとも１つの光検出器により、マイクロフォン信号を生成することを含む。前記マイクロフォン信号は、前記音響入力信号により生じる前記膜状ミラーの動きを、前記光ビームの反射に基づいて示し得る。方法はさらに、基準周波数信号によって前記マイクロフォン信号を復調して前記音響入力信号の特性を決定することを含む。

別の実施形態は、光マイクロフォンシステムを含む。光マイクロフォンシステムは、光音響検出システムを含む。光音響検出システムは、基準周波数信号を生成するように構成された局部発振器と、光ビームの反射部分に応答して第１直線偏光と第２直線偏光との間を周期的に遷移する直線偏光の光ビームを放射するように構成されたレーザと、光キャビティシステムとを含む。前記光キャビティシステムは、１／４波長板と、膜状ミラーと、少なくとも１つの光検出器とを含む。前記１／４波長板は、前記レーザと前記膜状ミラーとの間に配置され、前記光ビームを前記第１および第２直線偏光のうちの一方から円偏光に変換し、前記反射された光ビームを前記円偏光から前記第１および第２直線偏光のうちの他方へ変換するように構成されている。前記膜状ミラーは、前記光ビームを反射して、前記反射された光ビームを提供するように構成されている。前記少なくとも１つの光検出器は、前記光ビームの少なくとも一部を受信し、前記音響入力信号により生じる前記膜状ミラーの振動を示すマイクロフォン信号を前記反射された光ビームに基づいて生成するように構成されている。光マイクロフォンシステムはさらに、前記基準周波数信号に対する前記マイクロフォン信号に基づいて、前記音響入力信号の周波数および振幅のうちの少なくとも一方を決定するように構成された音響プロセッサを含む。

光マイクロフォンシステムの一例を示す図。 光音響検出システムの一例を示す図。 タイミングチャートの一例を示す図。 光音響検出システムの別の例を示す図。 タイミングチャートの別の例を示す図。 光音響検出システムの上面視の一例を示す図。 光音響検出システムのさらに別の例を示す図。 タイミングチャートのさらに別の例を示す図。 音響入力信号の特性を判定する方法の一例を示す図。

本発明は、概してセンサシステムに関し、特に光マイクロフォンシステムに関する。光マイクロフォンシステムは、基準周波数信号を生成するように構成された局部発振器と、レーザとを含む。レーザは、第１直線偏光（つまり、平行または垂直）の光ビームを生成するように構成された垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）として構成することができる。また、光マイクロフォンシステムは、膜状ミラーと少なくとも１つの光検出器とを含む光キャビティシステムを含む。膜状ミラーは、光ビームをレーザに向けて反射するように構成することができ、また、音響入力信号に応答して振動するように構成することができる。光検出器は、レーザに関連する利得媒質を実質的に囲むものとすることができる。また、光検出器は、利得媒質とともに実質的に平面上に配置することができる。反射された光ビームは、第１直線偏光とは反対の第２直線偏光（つまり、垂直または平行）で受信され得る。例えば、光キャビティシステムは、レーザと膜状ミラーとの間に配置された１／４波長板を含むことができる。これにより、１／４波長板は、光ビームを第１直線偏光から円偏光に変換し、反射された光ビームを円偏光から第２直線偏光へ変換することができ、その逆も同様に可能となる。

反射された光ビームは、このようにレーザの利得媒質を誘導することで、第１直線偏光の光ビームの照射と、第２直線偏光の光ビームの放射とを行うべく周期的に発振させることができる。このため、光検出器は、光ビームの第１および第２直線偏光間の遷移に基づいて周期的な発振を検出するように構成され得る。光検出器は、この周期的な発振および音響入力信号により生じる膜状ミラーの振動に関連する周波数を有するマイクロフォン信号を生成するように構成することができる。光マイクロフォンシステムはさらに、マイクロフォン信号に基づいて音響入力信号の特性を決定するように構成された音響プロセッサを含むことができる。基準周波数信号は、例えば光ビームの直線偏光の周期的遷移に関連する周波数を有するものとすることができ、周期的遷移に関連する周波数に位相ロックされ得る（例えば、より低い周波数振幅に予めスケーリングされる）。このため、音響プロセッサは、マイクロフォン信号を復調することにより、音響入力信号の周波数および振幅のうちの少なくとも一方を決定することができる。

図１は、光マイクロフォンシステム１０の一例を示す。光マイクロフォンシステム１０は、無線通信デバイスなどのような様々な用途で実施することができる。光マイクロフォンシステム１０は、この光マイクロフォンシステム１０に供給される音響入力信号の特性を決定するように構成することができる。これにより、音響入力信号の特性を様々な方法で処理することができる（例えば、増幅したり、デジタル化したりするなど）。図１の例では、音響入力信号は信号ＡＩＳとして示されている。

光マイクロフォンシステム１０は、光音響検出システム１２と、局部発振器１４と、音響プロセッサ１６とを含む。光音響検出システム１２は、音響入力信号ＡＩＳを検出するように構成されている。光音響検出システム１２は、レーザ１８および光キャビティシステム２０を含む。レーザ１８は、例えば複数の直交誘導軸を含む利得媒質などを含む垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）として構成することができる。レーザ１８は、以下で詳しく説明するように複数の直線偏光間で切り替わる光ビームを生成するように構成されている。例えば、レーザ１８は、レーザ１８の利得媒質の第１誘導軸に対して平行な偏光（すなわち、ｐ偏光）であり得る第１直線偏光と、レーザ１８の利得媒質の第１誘導軸に対して垂直な偏光（すなわち、ｓ偏光）であり得る第２直線偏光との間で切り替わるものとすることができる。

図１の例では、光キャビティシステム２０は、膜状ミラー２２と、１つ以上の光検出器２４とを含む。膜状ミラー２２は、光キャビティシステム２０のハウジングに取り付けられ、音響入力信号ＡＩＳに応答して振動するように構成することができる。一例として、膜状ミラー２２は、音響入力信号ＡＩＳが光マイクロフォンシステム１０のいずれの構成要素によっても実質的に妨げられることがないように、光マイクロフォンシステム１０の入力部分に配置することができる。この膜状ミラー２２は、レーザ１８から放射された光ビームを光検出器２４に向かって反射して、レーザ１８から放射された光ビームの偏光とは反対の偏光（例えば、平行偏光または垂直偏光）で光ビームが光検出器２４にて受光されるように構成されている。あるいは、以下で詳しく説明するように、膜状ミラー２２は部分反射型のものであってもよく、光検出器２４が光ビームの透過部分を受光するように構成されていてもよい。一例として、膜状ミラー２２は、光ビームを反射してレーザ１８に戻すことで、レーザ１８の利得媒質の直交誘導軸を誘導し、平行偏光および垂直偏光のうちの一方の放射と、平行偏光および垂直偏光のうちの他方の放射との間でレーザ１８を周期的に発振させることができる。このため、光キャビティシステム２０の光キャビティのキャビティ長が膜状ミラー２２の振動によって変調されるように、レーザ１８と膜状ミラー２２とは光キャビティシステム２０の光キャビティの両端部に配置され得る。

光検出器２４は、光ビームの少なくとも一部（例えば、光ビームの反射部分および／または部分反射型の膜状ミラー２２を透過する光ビームの一部分）の強度を測定して少なくとも１つのマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣを生成するように構成することができる。一例として、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣは、レーザ１８による平行偏光の放射と垂直偏光の放射との周期的な発振に対応する周波数を有することができる。したがって、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣの周波数は、音響入力信号ＡＩＳに応答した膜状ミラー２２の振動に応じて変化し得るものとなり、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣは、光ビームの直線偏光の周期的発振に対応するキャリア周波数と、音響入力信号ＡＩＳに対応するベースバンド周波数とを有する周波数変調（ＦＭ）信号とすることができる。このため、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣは、音響入力信号ＡＩＳの存在を示すことができる。マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣは音響プロセッサ１６に供給される。音響プロセッサ１６は、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣと局部発振器１４によって生成された基準周波数信号Ｆ＿ＲＥＦとに基づいて音響入力信号ＡＩＳの特性を決定するように構成されている。例えば、基準周波数信号Ｆ＿ＲＥＦは、光ビームの複数の直線偏光間の周期的遷移に対応する周波数を有することができる。このため、音響プロセッサ１６は、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣを復調することにより、このマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣからキャリア信号を除去することに基づいて、音響入力信号ＡＩＳの周波数および振幅のうちの少なくとも一方を決定することができる。

このように、光マイクロフォンシステム１０は、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣを音響入力信号ＡＩＳによって変調されたＦＭ信号として供給するように構成されている。このため、光マイクロフォンシステム１０は、典型的なマイクロフォンシステムよりも、より正確かつ単純な方法で動作することができる。一例として、振幅変調を実行する典型的なマイクロフォンシステムは、振幅ノイズによる影響を大きく受けやすく、したがって誤差が生じやすく、および／または振幅ノイズを実質的に低減するためには追加の電子機器が必要となり得る。しかしながら、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣをＦＭ信号として与えることにより、光マイクロフォンシステム１０は振幅ノイズによる影響を実質的になくし、その結果、振幅変調を行う典型的なマイクロフォンシステムに比べて、光マイクロフォンシステム１０のノイズ限界が実質的に改善される。さらに、光マイクロフォンシステム１０は、より特定の音響検出目的のために個々に製造された光ファイバ音響センサのような他のタイプの音響検出センサとは対照的に、簡単な方法で一括製造することができる。

また、図１の例では、音響プロセッサ１６は、基準周波数信号Ｆ＿ＲＥＦを位相ロックするように構成された位相ロックループ（ＰＬＬ）２６を含む。一例として、局部発振器１４は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または他の任意の様々な調整可能基準周波数源として構成することができる。例えば、ＰＬＬ２６は、光ビームの直線偏光間の周期的遷移の周波数を低周波数に予めスケーリングすることなどに基づいて、基準周波数信号Ｆ＿ＲＥＦを、光ビームの直線偏光間の周期的遷移に関連する周波数に位相ロックするように構成することができる。例えば、ＰＬＬ２６が基準周波数信号Ｆ＿ＲＥＦを位相ロックする周波数は、光マイクロフォンシステム１０の較正期間中やリアルタイム動作中などにおけるマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣに基づくものとすることができる。ＰＬＬ２６の更新周波数は、音響入力信号ＡＩＳの最小可聴検出周波数よりも低い周波数（例えば、１０Ｈｚ未満の周波数）などの極めて低い周波数とすることができる。

基準周波数信号Ｆ＿ＲＥＦを周期的遷移に関連する周波数に位相ロックすることに基づいて、光マイクロフォンシステム１０は、多数の潜在的な悪影響を実質的に低減することができる。一例として、光キャビティシステム２０のキャビティ長を変化させ得る何らかの外部要因、すなわちマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣの周波数を変化させ得る外部要因によって、光キャビティシステム２０の固有周波数がシフトし、基準信号Ｆ＿ＲＥＦの必要な周波数や位相が変化することがある。レーザ１８の固有周波数を変化させ得るこのような外部要因としては、例えば、温度変化、加速、静圧などが挙げられる。レーザ１８を流れる電流ドリフトなどの影響、レーザ１８および／またはキャビティの経年劣化の影響、その他の要因などもまた、光キャビティシステム２０のキャビティの固有周波数を変更し得る。しかし、こうした影響は低周波数の影響であり、ＰＬＬ２６がマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣに対するハイパスフィルタとして動作することで、ＰＬＬ２６により実質的に低減することができる。一方で、音響入力信号ＡＩＳは光キャビティシステム２０のキャビティ長の急激な変化を引き起こすが、基準周波数信号Ｆ＿ＲＥＦに対する周波数変調を行うことで、信頼性が高く低ノイズで音響入力信号ＡＩＳの正確な検出が可能となる。

図２は、光音響検出システム５０の一例を示す。光音響検出システム５０は、図１の例における光音響検出システム１２に対応し得る。このため、以下の図２の例の説明では、図１の例における符号を参照する。

光音響検出システム５０は、複数の光検出器５４と実質的に同一平面上に配置されたＶＣＳＥＬ５２を含む。一例として、光検出器５４は、デカルト座標系５５で示される略ＸＺ平面内においてＶＣＳＥＬ５２を実質的に囲むフォトダイオードとして構成することができる。ＶＣＳＥＬ５２は、直線偏光（すなわち、平行または垂直）を有する光ビーム５６を略Ｙ軸の方向において開口から放射するように構成されている。図２の例では、光音響検出システム５０はまた、ＶＣＳＥＬ５２から放射された光ビーム５６の光路内に１／４波長板５８を含む。１／４波長板５８は、光ビーム５６に１／４波長の遅延特性を与えて、光ビーム５６を直線偏光から円偏光に変換するように構成されている。

また、光音響検出システム５０は膜状ミラー６０を含む。例えば、膜状ミラー６０は、光マイクロフォンシステム１０のハウジングに対して入力部分に取り付けられる。このため、膜状ミラー６０は、音響入力信号ＡＩＳに応答して振動することができる。ＶＣＳＥＬ５２と膜状ミラー６０との間のＹ軸に沿った距離は、光キャビティ６２を規定する。したがって、１／４波長板５８によって円偏光に変換された光ビーム５６は、膜状ミラー６０により反射されて反射ビーム６４として１／４波長板５８に戻される。そして、１／４波長板５８は、反射ビーム６４を直線偏光に再度変換する。この際、１／４波長板５８によって与えられる追加の１／４波長の遅延特性に基づいて、反射ビーム６４の直線偏光はＶＣＳＥＬ５２から放射された光ビーム５６の偏光と直交する。このため、光ビーム５６が垂直偏光を有する場合には反射ビーム５８は平行偏光を有し、光ビーム５６が平行偏光を有する場合には反射ビーム５８は垂直偏光を有するものとなる。

反射ビーム６４は、ＶＣＳＥＬ５２および光検出器５４に戻される。そして、光検出器５４は、反射ビーム６４の強度を監視するように構成されている。上記したように、ＶＣＳＥＬ５２は、互いに略直交する複数の誘導軸を含んだ利得媒質を有し得る。このため、反射ビーム６４がＶＣＳＥＬ５２に供給されると、反射ビーム６４は、その反射ビーム６４の偏光に対応する誘導軸、すなわちＶＣＳＥＬ５２から放射された光ビーム５６に対して直交する誘導軸を誘導する。この直交する誘導軸が誘導されることで、ＶＣＳＥＬ５２は、光ビーム５６の直線偏光を反射ビーム６４によって誘導された誘導軸に対応するものに切り替える。したがって、反射ビーム６４の直線偏光は、光ビーム５６と反射ビーム６４の双方が１／４波長板を通過することに基づいて、光ビーム５６に対して直交する偏光に変化する。このように、ＶＣＳＥＬ５２は、光ビーム５６を供給する際に直線偏光（例えば、垂直および平行）間で発振する。

各光検出器５４は、図２の例ではマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１，ＡＣＳＴＣ_２として示される、反射ビーム６４の強度に対応したマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣを生成するように構成されている。垂直直線偏光と平行直線偏光との間の光ビーム５６の各遷移において、光ビーム５６や反射ビーム６４の強度はほぼゼロに低下する。このため、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣは、各遷移時の強度低下に基づく直線偏光間の遷移に対応する周波数を有することができる。

図３は、タイミングチャート１００の一例を示す。このタイミングチャート１００は、各光検出器５４によって測定された、時間に対する反射ビーム６４の強度プロファイル、すなわち信号ＡＣＳＴＣに対応する強度プロファイルを示す。時刻Ｔ_０において、反射ビーム６４は強度Ｉ_１を有する平行直線偏光で光検出器５４に供給され、光ビーム５６は垂直偏光で供給される。したがって、時刻Ｔ_０から時間が進行する間、反射ビーム６４は、ＶＣＳＥＬ５２の利得媒質の平行誘導軸を誘導する。その結果、ほぼ時刻Ｔ_１において、ＶＣＳＥＬ５２は、光ビーム５６の放射を垂直直線偏光から平行直線偏光に切り替える。このため、反射ビーム６４は垂直直線偏光に変化する。ほぼ時刻Ｔ_１において、ＶＣＳＥＬ５２が光ビーム５６の放射を垂直直線偏光から平行直線偏光に切り替えると、反射ビーム６４の強度はほぼゼロに低下する。そして、光ビーム５６が平行直線偏光で放射されると、反射ビーム６４の強度はほぼ強度Ｉ_１まで再度増加する。

時刻Ｔ_１から時間が進むと、反射ビーム６４は、ＶＣＳＥＬ５２の利得媒質の垂直誘導軸を誘導する。その結果、ほぼ時刻Ｔ_２において、ＶＣＳＥＬ５２は、光ビーム５６の放射を平行直線偏光から垂直直線偏光に切り替える。このため、反射ビーム６４は平行直線偏光に変化する。ほぼ時刻Ｔ_２において、ＶＣＳＥＬ５２が光ビーム５６の放射を平行直線偏光から垂直直線偏光に切り替えると、反射ビーム６４の強度はほぼゼロに低下する。そして、光ビーム５６が垂直直線偏光で放射されると、反射ビーム６４の強度はほぼ強度Ｉ_１まで再度増加する。

その後も、反射ビームの発振は直線偏光間で継続される。図３の例では、光ビーム５６の放射は、ほぼ時刻Ｔ_３において垂直直線偏光から平行直線偏光に切り替わる。その結果、反射ビーム６４は、ほぼ時刻Ｔ_３において平行直線偏光から垂直直線偏光に切り替わる。このため、ほぼ時刻Ｔ_３で反射ビーム６４の強度はほぼゼロに低下する。したがって、各マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣは、直線偏光間の反射ビーム６４の発振に基づく周波数を有する。このため、光マイクロフォンシステム１０を、既知の安定した周波数が定常状態（すなわち、音響入力信号ＡＩＳが存在しない状態）に対応するように較正することができる。

図２の例に戻ると、上記したように、膜状ミラー６０は、図２の例では、概略的に６６で示される音響入力信号に応答して振動することができる。図２の例では、音響入力信号６６は、Ｙ軸に沿った膜状ミラー６０の振動をもたらす。その結果、光キャビティ６２の長さは音響入力信号６６の周波数で変調され、これにより光ビーム５６および反射ビーム６４が光キャビティ６２を横切る時間が同様に音響入力信号６６の周波数で変調される。したがって、反射ビーム６４の直線偏光間の振動の周波数、すなわちマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣの周波数が音響入力信号６６の周波数で変調される。これにより、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣの周波数が音響入力信号６６の特性（例えば、周波数および振幅）に直接対応するものとなる。

また、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１，ＡＣＳＴＣ_２は各光検出器５４によって個別に生成されるため、Ｘ軸およびＺ軸の少なくとも一方における膜状ミラー６０の不均一振動が存在する場合でも、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１，ＡＣＳＴＣ_２は音響入力信号６６の特性を示すことができる。その結果、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_２を生成する光検出器５４よりもマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１を生成する光検出器５４に対してより大きな表面積に反射ビーム６４を提供したり、またはその逆にマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１を生成する光検出器５４よりもマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_２を生成する光検出器５４に対してより大きな表面積に反射ビーム６４を提供したりすることが可能となる。したがって、複数の光検出器５４を使用することで、より信頼性の高い光マイクロフォンシステム１０を提供することが可能となり、音響入力信号６６のベクトル成分が光マイクロフォンシステム１０の動作に悪影響を及ぼすことが抑制される。なお、図２の例は２つの光検出器５４を示しているが、光音響検出システム５０は単一の光検出器５４または３つ以上の光検出器５４を含むこともできる。すなわち、光音響検出システム５０は、任意の種々の方法で構成することができる。

図４は、光音響検出システム１５０の別の例を示す。光音響検出システム１５０は、図１の例における光音響検出システム１２に対応し得る。このため、以下の図４の例の説明では、図１の例における符号を参照する。

光音響検出システム１５０は、図２の例における光音響検出システム５０と実質的に同様に構成されている。図４の例では、光音響検出システム１５０は、複数の光検出器１５４と実質的に同一平面上に配置されたＶＣＳＥＬ１５２を含む。ＶＣＳＥＬ１５２は、デカルト座標系１５５に従った略Ｙ軸方向に、図２の例にて説明した方法と同様、直線偏光間で振動する光ビーム１５６を開口から放射するように構成されている。具体的には、光音響検出システム１５０は、光ビーム１５６の直線偏光を反射ビーム１６０において直交する直線偏光に変換する１／４波長板１５８を含む。さらに、光音響検出システム１５０は、光マイクロフォンシステム１０のハウジングに取り付けられた膜状ミラー１６２を含む。ＶＣＳＥＬ１５２と膜状ミラー１６２との間のＹ軸に沿った距離は光キャビティ１６４を規定する。したがって、膜状ミラー１６２は、図４の例では１６６で概略的に示された音響入力信号に応じて振動することができる。

また、光音響検出システム１５０は、複数の光検出器１５４を覆う複数の偏光フィルタ１７０を含む。一例として、偏光フィルタ１７０は、特定の直線偏光をフィルタリングすることで、反射ビーム１６０がその特定の直線偏光で供給されているときに光検出器１５４がその反射ビーム１６０を受信することを防止するように構成することができる。このため、反射ビーム１６０がその特定の直線偏光で供給されている間、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣの大きさはほぼゼロとなり得る。

図５は、別のタイミングチャート２００の例を示す。タイミングチャート２００は、各光検出器１５４によって測定された、時間に対する反射ビーム１６０の強度プロファイル、すなわち信号ＡＣＳＴＣに対応する強度プロファイルを示す。一例として、偏光フィルタ１６８は、垂直直線偏光をフィルタリングするように構成することができる。時刻Ｔ_０において、反射ビーム１６０は強度Ｉ_１を有する平行直線偏光で光検出器１５４に供給され、光ビーム１５６は垂直偏光で提供される。したがって、時刻Ｔ_０から時間が進行する間、反射ビーム１６０は、ＶＣＳＥＬ１５２の利得媒質の平行誘導軸を誘導する。その結果、ほぼ時刻Ｔ_１において、ＶＣＳＥＬ１５２は、光ビーム１５６の放射を垂直直線偏光から平行直線偏光に切り替える。このため、反射ビーム１６０は垂直直線偏光に変化する。ほぼ時刻Ｔ_１において、ＶＣＳＥＬ１５２が光ビーム１５６の放射を垂直直線偏光から平行直線偏光に切り替えると、反射ビーム１６０の強度はほぼゼロに低下する。そして、偏光フィルタ１６８が反射ビーム１６０の垂直直線偏光をフィルタリングするため、光検出器１５４によって測定される反射ビーム１６０の強度はほぼゼロのままとなる。

時刻Ｔ_１から時間が進むと、反射ビーム１６０は、ＶＣＳＥＬ１５２の利得媒質の垂直誘導軸を誘導する。その結果、ほぼ時刻Ｔ_２において、ＶＣＳＥＬ１５２は、光ビーム１５６の放射を平行直線偏光から垂直直線偏光に切り替える。このため、反射ビーム１６０は平行直線偏光に変化する。光ビーム１５６の放射が垂直直線偏光となり、反射ビーム１６０が平行直線偏光で供給されると、光検出器１５４によって測定される反射ビーム１６０の強度はほぼ強度Ｉ_１まで再度増加する。

その後も、反射ビームの発振は直線偏光間で継続される。図５の例では、光ビーム１５６の放射は、ほぼ時刻Ｔ_３において垂直直線偏光から平行直線偏光に切り替わる。その結果、反射ビーム１６０は、ほぼ時刻Ｔ_３において平行直線偏光から垂直直線偏光に切り替わる。このため、光検出器１５４によって測定される反射ビーム１６０の強度は、ほぼ時刻Ｔ_３においてほぼゼロに低下し、光ビーム１５６が垂直直線偏光で再度供給されるまでほぼゼロのままとなる。したがって、上記と同様、各マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣは、直線偏光間の反射ビーム１６０の発振に基づく周波数を有する。図４および図５の例においては、直線偏光の各変化時におけるゼロと強度Ｉ_１との間の強度変化に基づいてマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣの周波数をより容易に測定することができる。

図６は、光音響検出システム２５０の上面視の一例を示す。光音響検出システム２５０は、図２の例における光音響検出システム５０または図４の例における光音響検出システム１５０に対応し得る。光音響検出システム２５０はＶＣＳＥＬ２５２を含み、このＶＣＳＥＬ２５２は、基板２５４と開口２５６を有する利得媒質とを含む。また、光音響検出システム２５０は、デカルト座標系２６０に基づいて示されるＸＺ平面内でＶＣＳＥＬ２５２を実質的に囲む複数の光検出器２５８を含む。

図６の例では、ＶＣＳＥＬ２５２は、開口２５６から＋Ｙ方向に光ビームを放射するように構成されている。その後、その光ビームは、膜状ミラーで反射して戻され、利得媒質２５６および光検出器２５８によって、直交する偏光を有する反射ビームとして受信される。このため、利得媒質２５６で受信される反射ビームの直交する偏光に基づいて、上記したように、光ビームは直交する直線偏光間で振動することができる。各光検出器２５８は、音響入力信号ＡＩＳに対応する周波数を有するマイクロフォン信号を個別に生成するように構成することができる。

各光検出器２５８はマイクロフォン信号を個別に生成するため、Ｘ軸およびＺ軸の少なくとも一方において、膜状ミラーの不均一性などによる、反射光ビームのベクトル成分が存在する場合でも、マイクロフォン信号は音響入力信号ＡＩＳの大きさを示すことができる。一例として、図６の例では、複数の光検出器２５８のうちの１つ以上に対して、他の光検出器２５８よりも大きな表面積に反射ビームを供給することができる。このため、光音響検出システム２５０が含まれる光マイクロフォンシステムは、音響入力信号ＡＩＳのベクトル成分が、関連する光マイクロフォンシステムの動作に悪影響を与えないように、より高い信頼性で動作することができる。

図７は、さらに別の光音響検出システム３００の例を示す。光音響検出システム３００は、図１の例における光音響検出システム１２に対応し得る。このため、以下の図７の例の説明では、図１の例における符号を参照する。

光音響検出システム３００は、デカルト座標系３０６によって示される略Ｙ軸方向に、直線偏光（すなわち、平行または垂直）を有する光ビーム３０４を開口から放射するように構成されたＶＣＳＥＬ３０２を含む。また、図７の例では、光音響検出システム３００は、光ビーム３０４の光路中に、光ビーム３０４を直線偏光から円偏光に変換する第１の１／４波長板３０８を含む。

また、光音響検出システム３００は膜状ミラー３１０および音響反射器３１２を含み、これらは例えば光マイクロフォンシステム１０のハウジングにおける入力部分に取り付けられている。音響反射器３１２は、図７の例において断面で示されるように、光音響検出システム３００の一部を実質的に取り囲む実質的に凹状の構造で配置することができる。したがって、音響反射器３１２は、音響入力信号３１４を膜状ミラー３１０に向けて反射することができる。このため、膜状ミラー３１０は、音響入力信号３１４に応答して振動することができる。ＶＣＳＥＬ３０２と膜状ミラー３１０との間のＹ軸に沿った距離は光キャビティ３１６を規定する。図７の例では、膜状ミラー３１０は、光ビーム３０４の第１部分を反射し、光ビーム３０４の第２部分を透過させる部分反射型（例えば、７０％〜９０％反射型）ミラーとして構成されている。したがって、第１の１／４波長板３０８によって円偏光に変換された透過光ビーム３０４の第１部分は、膜状ミラー３１０で反射され、反射ビーム３１８として第１の１／４波長板３０８に戻される。そして、第１の１／４波長板３０８は、その反射ビーム３１８を光ビーム３０８の直線偏光に対して直交する直線偏光に戻し、これにより、ＶＣＳＥＬ３０２は、図２の例において上記したように、光ビーム３０４を供給する際に直線偏光（例えば、垂直および平行）間で発振する。

また、光音響検出システム３００は、第２の１／４波長板３２０および偏光ビームスプリッタ３２２を含む。第２の１／４波長板３２０は、膜状ミラー３１０に対してＶＣＳＥＬ３０２とは反対側に配置される。上記したように、膜状ミラー３１０は部分的に銀色とされており、これにより、第１の１／４波長板３０８によって円偏光に変換された透過光ビーム３０４の第２部分は、膜状ミラー３１０を介して第２の１／４波長板３２０に透過ビーム３２４として伝搬される。第２の１／４波長板３２０は、透過ビーム３２４が第１直線偏光と第２直線偏光との間で発振するように、光ビーム３０４を円偏光から光ビーム３０８の直線偏光に直交する直線偏光に変換することができる。偏光ビームスプリッタ３２２は、透過ビーム３２４の第１直線偏光に対して透過性を有し、透過ビーム３２４の第２直線偏光に対して反射性を有するように構成されている。したがって、透過ビーム３２４の第１直線偏光は第１光検出器３２６に供給され、透過ビーム３２４の第２直線偏光は第２光検出器３２８に供給される。

各光検出器３２６，３２８は、図７の例ではマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１，ＡＣＳＴＣ_２として示されるマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣを生成するように構成されている。マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１，ＡＣＳＴＣ_２は、透過ビーム３２４の第１直線偏光および透過ビーム３２４の第２直線偏光の強度にそれぞれ対応する。垂直直線偏光と平行直線偏光との間の光ビーム３０４の各遷移において、透過ビーム３２４の第１直線偏光および透過ビーム３２４の第２直線偏光のうちの一方がほぼゼロ強度に低下する。このため、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１，ＡＣＳＴＣ_２は、各遷移時の強度変化に基づく直線偏光間の遷移に対応する周波数を有することができる。一例として、音響プロセッサ１６は、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１，ＡＣＳＴＣ_２のうちの一方を他方から減じることで、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１，ＡＣＳＴＣ_２の間の数学的差分を計算するように構成することができる。

図８は、タイミングチャート３５０の一例を示す。このタイミングチャート３５０は、各光検出器３２６，３２８によって測定された、時間に対する透過ビーム３２４の強度プロファイル、すなわちマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１，ＡＣＳＴＣ_２に対応する強度プロファイルを示す。時刻Ｔ_０において、透過ビーム３２４は、強度Ｉ_１を有する平行直線偏光で偏光ビームスプリッタ３２２に供給される。垂直偏光の強度はゼロとなる。偏光ビームスプリッタ３２２は、透過ビーム３２４を透過させて、その透過ビーム３２４を第１光検出器３２６に供給する。したがって、時刻Ｔ_０から時間が進行する間、反射ビーム３１８はＶＣＳＥＬ３０２の利得媒質の平行誘導軸を誘導する。音響プロセッサ１６は、第１マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１から第２マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_２を減算することによって、透過ビーム３２４の平行直線偏光の強度（強度Ｉ_１−０＝Ｉ_１）を監視することができる。

ほぼ時刻Ｔ_１において、ＶＣＳＥＬ３０２は、光信号３０６の放射を、垂直直線偏光から平行直線偏光に切り替える。このため、透過ビーム３２４は、強度Ｉ_１を有する垂直直線偏光で偏光ビームスプリッタ３２２に供給される。平行偏光の強度はゼロとなる。偏光ビームスプリッタ３２２は、透過ビーム３２４を反射して、その透過ビーム３２４を第２光検出器３２８に供給する。したがって、時刻Ｔ_１から時間が進行する間、反射ビーム３１８はＶＣＳＥＬ３０２の利得媒質の垂直誘導軸を誘導する。音響プロセッサ１６は、第１マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１から第２マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_２を減算することによって、透過ビーム３２４の垂直直線偏光の強度（強度０−Ｉ_１＝−Ｉ_１）を監視することができる。

その後も、反射ビームの発振は直線偏光間で継続される。図８の例では、光ビーム３０４の放射は、ほぼ時刻Ｔ_２において平行直線偏光から垂直直線偏光に切り替わる。その結果、透過ビーム３２４は、ほぼ時刻Ｔ_２において垂直直線偏光から平行直線偏光に切り替わる。このため、ほぼ時刻Ｔ_２において、透過ビーム３２４における第１直線偏光成分と第２直線偏光成分との数学的差分は、−Ｉ_１からＩ_１に増加する。したがって、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１，ＡＣＳＴＣ_２の数学的差分は、透過ビーム３２４の直線偏光間の発振に基づく周波数を有する。このため、光マイクロフォンシステム１０を、既知の安定した周波数が定常状態（すなわち、音響入力信号ＡＩＳが存在しない状態）に対応するように較正することができる。

このように、音響入力信号ＡＩＳの特性を決定するためにマイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１，ＡＣＳＴＣ_２の数学的差分を計算することにより、すなわち一対の光検出器３２６，３２８に基づく差分検出法を実装することにより、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ_１，ＡＣＳＴＣ_２における周波数／位相ノイズをもたらし得る背景光／迷光などのコモンモードノイズ源を実質的に抑制することができる。また、図４の例における光音響検出システム１５０によって示される偏光感受性検出方式による光検出の利点を維持しつつ、透過ビーム３２４の差分検出によって、透過ビーム３２４の利用可能な検出光の実質全てを収集して使用することが可能となる。また、図４の例における光音響検出システム１５０の約２倍の光エネルギーを収集することにより、光子ショットノイズによる基本的なノイズ限界をほぼ２の平方根倍だけ実質的に低減することができる。

上記と同様、光音響検出システム３００は、図７の例に限定されることを意図しない。一例として、音響反射器３１２は、利用可能な音響パワー、すなわち膜状ミラー３１０に入射する音響信号３１４の量を増加させて、光音響検出システム３００の潜在的な感応性を上げる（例えば、検出に要求される最小の音響信号３１４を低くする）ように構成することができる。しかしながら、音響反射器３１２は、光音響検出システム３００の動作に必須ではない。逆に、音響反射器３１２は、図２および図４の例の光音響検出システム５０，１５０の一部として示されていないが、図２および図４の例の光音響検出システム５０，１５０に実装して音響入力信号ＡＩＳを膜状ミラー６０，１６２に向けて反射するようにしてもよい。また、本明細書に記載した所与の光音響検出システムは、図７に例示されるような、偏光ビームスプリッタに結合される光検出器を含むことができるとともに、図２および図４に例示されるような、ＶＣＳＥＬと実質的に同一平面上に配置されて対応するマイクロフォン信号を供給するために協働して動作することが可能な光検出器を含むことができる。したがって、本明細書に記載の光音響検出システムは種々の方法で構成することができる。

上述した構造的および機能的な特徴を考慮した本発明の種々の態様による方法は、図９を参照することによりさらに理解することができる。説明の簡略化のために、図９の方法は順番に実行されるものとして図示され説明されているが、本発明は図示された順序に限定されず、本発明に従って幾つかの処理は異なる順序でおよび／または図示され説明されたものとは異なる処理と同時に行うこともできる。また、図示された特徴の全てが本発明の一態様による方法を実施するために必要とされるわけではない。

図９は、音響入力信号（例えば、音響入力信号ＡＩＳ）の特性を決定するための方法４００の一例を示す。ステップ４０２において、レーザ（例えば、レーザ１８）により直線偏光の光ビーム（例えば、光ビーム５６）を生成する。ステップ４０４において、レーザと光ビームを反射するように構成された膜状ミラー（例えば、膜状ミラー２２）とを含む光キャビティシステム（例えば、光キャビティシステム２０）に光ビームを供給する。ステップ４０６において、反射された光ビーム（例えば、反射ビーム６４）の少なくとも一部を受信するように構成された少なくとも１つの光検出器（例えば、光検出器２４）によりマイクロフォン信号（例えば、マイクロフォン信号ＡＣＳＴＣ）を生成する。このマイクロフォン信号は、音響入力信号により生じる膜状ミラーの振動を示すことができる。ステップ４０８において、基準周波数信号（例えば、基準信号Ｆ＿ＲＥＦ）によりマイクロフォン信号を復調して音響入力信号の特性（例えば、周波数および振幅）を決定する。

本開示は以下に付記する実施形態を包含する。
［付記１］
光マイクロフォンシステムであって、
直線偏光で光ビームを放射するように構成されたレーザと、
前記光ビームを反射するとともに、音響入力信号に応答して振動するように構成された膜状ミラーを備える光キャビティシステムと、
前記光ビームの少なくとも一部を受信し、前記音響入力信号により生じる前記膜状ミラーの振動を示すマイクロフォン信号を前記光ビームの反射に基づいて生成するように構成された少なくとも１つの光検出器と、
前記マイクロフォン信号を処理して前記音響入力信号の特性を決定するように構成された音響プロセッサと、
を備える光マイクロフォンシステム。
［付記２］
前記マイクロフォン信号は、前記光ビームの直線偏光に関連するキャリア信号と、前記音響入力信号に対応するベースバンド信号とを含む周波数変調（ＦＭ）信号であり、前記音響プロセッサは、前記キャリア信号に関連する基準周波数信号によってマイクロフォン信号を復調して、前記音響入力信号の振幅および周波数のうちの少なくとも一方を決定するように構成されている、付記１に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記３］
前記光キャビティシステムは、前記レーザと前記膜状ミラーとの間に配置されて、前記光ビームを第１直線偏光から円偏光に変換するとともに、前記反射された光ビームを前記円偏光から第２直線偏光に変換するように構成された１／４波長板をさらに備える、付記１に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記４］
前記レーザは、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）として構成されており、前記ＶＣＳＥＬは、前記反射された光ビームを受信することに応答して、前記第１直線偏光の光ビームの放射と前記第２直線偏光の光ビームの放射とを行うべく発振するように構成されている、付記３に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記５］
前記光キャビティシステムは、前記少なくとも１つの光検出器をそれぞれ覆い、それぞれの前記光検出器に対して前記第１および第２直線偏光のうちの一方を実質的にフィルタリングするように構成された少なくとも１つの偏光フィルタをさらに備える、付記４に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記６］
前記マイクロフォン信号は、前記反射された光ビームの前記第１および第２直線偏光間の発振に対応する周期的遷移を含み、前記音響プロセッサは、前記マイクロフォン信号の周期的遷移の周波数に基づいて前記音響入力信号の特性を決定するように構成されている、付記４に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記７］
前記反射された光ビームの前記第１および第２直線偏光間の前記周期的遷移に対応する固有周波数に関連する周波数に位相ロックされた基準周波数信号を生成するように構成された局部発振器をさらに備え、前記音響プロセッサは、前記基準周波数信号によって前記マイクロフォン信号を復調することにより前記音響入力信号の特性を決定するように構成されている、付記６に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記８］
前記光ビームの周期的な直線偏光の遷移に関連する周波数に位相ロックされた基準周波数信号を生成するように構成された局部発振器をさらに備え、前記音響プロセッサは、前記基準周波数信号によって前記マイクロフォン信号を復調することにより前記音響入力信号の特性を決定するように構成されている、付記１に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記９］
前記音響プロセッサは、前記音響入力信号の最小可聴検出周波数よりも低い更新周波数で前記基準周波数信号を前記光ビームの周期的な直線偏光の遷移に関連する周波数に位相ロックするように構成された位相ロックループを備える、付記８に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記１０］
前記少なくとも１つの光検出器は、前記レーザに関連する利得媒質を実質的に囲み前記利得媒質とともに実質的に平面上に位置して複数のマイクロフォン信号をそれぞれ生成するように構成された複数の光検出器を備え、前記音響プロセッサは、前記複数のマイクロフォン信号に基づいて前記音響入力信号の特性を決定するように構成されている、付記１に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記１１］
前記音響入力信号を前記膜状ミラーに向けて反射するように構成された音響反射器をさらに備える付記１に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記１２］
前記膜状ミラーは部分的に銀色であって、前記光ビームの第１部分を反射するとともに前記光ビームの第２部分を透過させるように構成されており、
前記光マイクロフォンシステムはさらに、前記光ビームの第２部分を、第１直線偏光と該第１直線偏光に対して直交する第２直線偏光とに分離するように構成された偏光ビームスプリッタを備え、前記少なくとも１つの光検出器は、前記第１および第２直線偏光のうちの少なくとも一方に関して前記光ビームの第２部分の強度を監視することにより、前記第１および第２直線偏光間の前記光ビームの第２部分の発振に対応する周波数を有するマイクロフォン信号を生成するように構成されており、前記音響プロセッサは、前記マイクロフォン信号の周波数に基づいて前記音響入力信号の特性を決定するように構成されている、付記１に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記１３］
前記少なくとも１つの光検出器は、
前記第１直線偏光に関して前記光ビームの前記第２部分の強度を監視して第１マイクロフォン信号を生成するように構成された第１光検出器と、
前記第２直線偏光に関して前記光ビームの前記第２部分の強度を監視して第２マイクロフォン信号を生成するように構成された第２光検出器と、を備え、
前記音響プロセッサは、前記第１マイクロフォン信号と前記第２マイクロフォン信号との間の数学的差分の周波数に基づいて前記音響入力信号の特性を決定するように構成されている、付記１２に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記１４］
音響入力信号の特性を決定するための方法であって、
レーザにより直線偏光の光ビームを生成すること、
前記レーザと前記光ビームを反射するように構成された膜状ミラーとを含む光キャビティシステムに前記光ビームを供給すること、
前記光ビームの少なくとも一部を受信するように構成された少なくとも１つの光検出器により、前記音響入力信号により生じる前記膜状ミラーの振動を示すマイクロフォン信号を前記光ビームの反射に基づいて生成すること、
基準周波数信号によって前記マイクロフォン信号を復調して前記音響入力信号の特性を決定すること、
を備える方法。
［付記１５］
前記光ビームを生成することは、前記光ビームの直線偏光を、第１直線偏光と第２直線偏光との間で周期的に切り替えることを含み、
前記マイクロフォン信号を生成することは、前記マイクロフォン信号の周波数が、前記光ビームの直線偏光における前記第１直線偏光と前記第２直線偏光との間の周期的な切り替えの周波数に基づき、且つ前記音響入力信号により生じる前記膜状ミラーの振動に基づくものとなるように、前記マイクロフォン信号を生成することを含む、付記１４に記載の方法。
［付記１６］
前記基準周波数信号を局部発振器によって生成することをさらに備え、前記基準周波数信号は、前記光ビームの前記第１直線偏光と前記第２直線偏光との間の周期的な切り替えに対応する固有周波数に関連する周波数を有しており、
前記マイクロフォン信号を復調することは、前記基準周波数信号によって前記マイクロフォン信号を復調することにより、前記光ビームの前記第１直線偏光と前記第２直線偏光との間の周期的な切り替えに関連するキャリア信号を前記マイクロフォン信号から除去することを含む、付記１５に記載の方法。
［付記１７］
前記音響入力信号の最小可聴検出周波数よりも低い更新周波数で前記基準周波数信号を前記光ビームの周期的な直線偏光の遷移に関連する周波数に位相ロックすることをさらに備える付記１４に記載の方法。
［付記１８］
光マイクロフォンシステムであって、
基準周波数信号を生成するように構成された局部発振器と、
光音響検出システムと、
音響プロセッサと、を備え、
前記光音響検出システムが、
光ビームの反射部分に応答して第１直線偏光と第２直線偏光との間を周期的に遷移する直線偏光の光ビームを放射するように構成されたレーザと、
１／４波長板と膜状ミラーと少なくとも１つの光検出器とを備える光キャビティシステムと、を備え、
前記１／４波長板は、前記レーザと前記膜状ミラーとの間に配置され、前記光ビームを前記第１および第２直線偏光のうちの一方から円偏光に変換し、前記反射された光ビームを前記円偏光から前記第１および第２直線偏光のうちの他方へ変換するように構成されており、
前記膜状ミラーは、前記光ビームを反射して、前記反射された光ビームを提供するように構成されており、
前記少なくとも１つの光検出器は、前記光ビームの少なくとも一部を受信し、音響入力信号により生じる前記膜状ミラーの振動を示すマイクロフォン信号を前記反射された光ビームに基づいて生成するように構成されており、
前記音響プロセッサは、前記基準周波数信号に対する前記マイクロフォン信号に基づいて、前記音響入力信号の周波数および振幅のうちの少なくとも一方を決定するように構成されている、光マイクロフォンシステム。
［付記１９］
前記マイクロフォン信号は、前記第１直線偏光と前記第２直線偏光との間の周期的遷移に関連するキャリア信号と、前記音響入力信号に対応するベースバンド信号とを含む周波数変調（ＦＭ）信号であり、前記音響プロセッサは、前記基準周波数信号によって前記マイクロフォン信号を復調することにより、前記音響入力信号の振幅および周波数のうちの少なくとも一方を決定するように構成されている、付記１８に記載の光マイクロフォンシステム。
［付記２０］
前記音響プロセッサは、前記音響入力信号の最小可聴検出周波数よりも低い更新周波数で、前記基準周波数信号を、前記反射された光ビームの前記第１および第２直線偏光間の周期的遷移に対応する固有周波数に関連する周波数に位相ロックし、前記基準周波数信号によって前記マイクロフォン信号を復調することにより、前記音響入力信号の周波数および振幅のうちの少なくとも一方を決定するように構成されている、付記１８に記載の光マイクロフォンシステム。
以上の説明は、本発明の一例である。本発明を説明する上で、構成または方法のあらゆる組み合わせを説明することは可能ではないが、当業者であれば、本発明の多くのさらなる組み合わせや置換が可能であることを認識し得る。したがって、本発明は、特許請求の範囲の思想および範囲内に含まれるそのような変更、修正、および変形をすべて包含することが意図される。

Claims (14)

1. 光マイクロフォンシステムであって、
   第１直線偏光の光ビームの放射と第２直線偏光の光ビームの放射との間で発振するように垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）として構成されたレーザと、
   前記光ビームを反射するとともに、音響入力信号に応答して振動するように構成された膜状ミラーを備える光キャビティシステムと、ここで、反射された光ビームの少なくとも一部が前記ＶＣＳＥＬに反射され、前記ＶＣＳＥＬは、前記反射された光ビームを受信することに応答して、前記第１直線偏光の光ビームの放射と前記第２直線偏光の光ビームの放射との間で発振し、
   前記光ビームの少なくとも一部を受信し、前記光ビームの反射に基づいて前記音響入力信号により生じる前記膜状ミラーの振動を示すベースバンド信号と、前記光ビームの直線偏光に関連するキャリア信号とを含む周波数変調（ＦＭ）マイクロフォン信号を生成するように構成された少なくとも１つの光検出器と、
   前記マイクロフォン信号を処理して前記音響入力信号の特性を決定するように構成された音響プロセッサと、を備える光マイクロフォンシステム。
2. 前記音響プロセッサは、前記キャリア信号に関連する基準周波数信号によってマイクロフォン信号を復調して、前記音響入力信号の振幅および周波数のうちの少なくとも一方を決定するように構成されている、請求項１に記載の光マイクロフォンシステム。
3. 前記光キャビティシステムは、前記レーザと前記膜状ミラーとの間に配置されて、前記光ビームを第１直線偏光から円偏光に変換するとともに、前記反射された光ビームを前記円偏光から第２直線偏光に変換するように構成された１／４波長板をさらに備える、請求項１に記載の光マイクロフォンシステム。
4. 前記光キャビティシステムは、前記少なくとも１つの光検出器をそれぞれ覆い、それぞれの前記光検出器に対して前記第１および第２直線偏光のうちの一方を実質的にフィルタリングするように構成された少なくとも１つの偏光フィルタをさらに備える、請求項１に記載の光マイクロフォンシステム。
5. 前記マイクロフォン信号は、前記反射された光ビームの前記第１および第２直線偏光間の発振に対応する周期的遷移を含み、
   前記光マイクロフォンシステムはさらに、前記反射された光ビームの前記第１および第２直線偏光間の前記周期的遷移に対応する固有周波数に関連する周波数に位相ロックされた基準周波数信号を生成するように構成された局部発振器をさらに備え、前記音響プロセッサは、前記基準周波数信号によって前記マイクロフォン信号を復調することにより前記音響入力信号の特性の少なくとも一部に対応する前記マイクロフォン信号の前記周期的遷移の周波数を決定するように構成されている、請求項１に記載の光マイクロフォンシステム。
6. 前記音響入力信号の最小可聴検出周波数よりも低い更新周波数で前記光ビームの周期的な直線偏光の遷移に関連する周波数に位相ロックループによって位相ロックされた基準周波数信号を生成するように構成された局部発振器をさらに備え、前記音響プロセッサは、前記基準周波数信号によって前記マイクロフォン信号を復調することにより前記音響入力信号の特性を決定するように構成されている、請求項１に記載の光マイクロフォンシステム。
7. 前記少なくとも１つの光検出器は、前記レーザに関連する利得媒質を実質的に囲み前記利得媒質とともに実質的に平面上に位置して複数のマイクロフォン信号をそれぞれ生成するように構成された複数の光検出器を備え、前記音響プロセッサは、前記複数のマイクロフォン信号に基づいて前記音響入力信号の特性を決定するように構成されている、請求項１に記載の光マイクロフォンシステム。
8. 前記音響入力信号を前記膜状ミラーに向けて反射するように構成された音響反射器をさらに備える請求項１に記載の光マイクロフォンシステム。
9. 前記膜状ミラーは部分的に銀色であって、前記光ビームの第１部分を反射するとともに前記光ビームの第２部分を透過させるように構成されており、
   前記光マイクロフォンシステムはさらに、前記光ビームの第２部分を、第１直線偏光と該第１直線偏光に対して直交する第２直線偏光とに分離するように構成された偏光ビームスプリッタを備え、前記少なくとも１つの光検出器は、前記第１および第２直線偏光のうちの少なくとも一方に関して前記光ビームの第２部分の強度を監視することにより、前記第１および第２直線偏光間の前記光ビームの第２部分の発振に対応する周波数を有するマイクロフォン信号を生成するように構成されており、前記音響プロセッサは、前記マイクロフォン信号の周波数に基づいて前記音響入力信号の特性を決定するように構成されている、請求項１に記載の光マイクロフォンシステム。
10. 前記少なくとも１つの光検出器は、
    前記第１直線偏光に関して前記光ビームの前記第２部分の強度を監視して第１マイクロフォン信号を生成するように構成された第１光検出器と、
    前記第２直線偏光に関して前記光ビームの前記第２部分の強度を監視して第２マイクロフォン信号を生成するように構成された第２光検出器と、を備え、
    前記音響プロセッサは、前記第１マイクロフォン信号と前記第２マイクロフォン信号との間の数学的差分の周波数に基づいて前記音響入力信号の特性を決定するように構成されている、請求項９に記載の光マイクロフォンシステム。
11. 音響入力信号の特性を決定するための方法であって、
    レーザにより直線偏光の光ビームを生成すること、ここで、光ビームの直線偏光は、第１直線偏光と第２直線偏光との間で周期的に切り替えられ、
    前記レーザと前記光ビームを反射するように構成された膜状ミラーとを含む光キャビティシステムに前記光ビームを供給すること、ここで、反射された光ビームの少なくとも一部が前記レーザに反射され、前記レーザは、前記反射された光ビームを受信することに応答して、前記第１直線偏光の光ビームの放射と前記第２直線偏光の光ビームの放射との間で発振するように構成され、
    前記光ビームの少なくとも一部を受信するように構成された少なくとも１つの光検出器により、前記光ビームの反射に基づいて前記音響入力信号により生じる前記膜状ミラーの振動を示すベースバンド信号と、前記光ビームの直線偏光に関連するキャリア信号とを含む周波数変調（ＦＭ）マイクロフォン信号を生成すること、
    基準周波数信号によって前記マイクロフォン信号を復調して前記音響入力信号の特性を決定すること、を備える方法。
12. 音響入力信号の特性を決定するための方法であって、
    レーザにより直線偏光の光ビームを生成すること、
    前記レーザと前記光ビームを反射するように構成された膜状ミラーとを含む光キャビティシステムに前記光ビームを供給すること、
    前記光ビームの少なくとも一部を受信するように構成された少なくとも１つの光検出器により、前記光ビームの反射に基づいて前記音響入力信号により生じる前記膜状ミラーの振動を示すベースバンド信号と、前記光ビームの直線偏光に関連するキャリア信号とを含む周波数変調（ＦＭ）マイクロフォン信号を生成すること、
    基準周波数信号によって前記マイクロフォン信号を復調して前記音響入力信号の特性を決定すること、を備え、
    前記光ビームを生成することは、前記光ビームの直線偏光を、第１直線偏光と第２直線偏光との間で周期的に切り替えることを含み、
    前記マイクロフォン信号を生成することは、前記マイクロフォン信号の周波数が、前記光ビームの直線偏光における前記第１直線偏光と前記第２直線偏光との間の周期的な切り替えの周波数に基づき、且つ前記音響入力信号により生じる前記膜状ミラーの振動に基づくものとなるように、前記マイクロフォン信号を生成することを含む、方法。
13. 前記基準周波数信号を局部発振器によって生成することをさらに備え、前記基準周波数信号は、前記光ビームの前記第１直線偏光と前記第２直線偏光との間の周期的な切り替えに対応する固有周波数に関連する周波数を有しており、
    前記マイクロフォン信号を復調することは、前記基準周波数信号によって前記マイクロフォン信号を復調することにより、前記光ビームの前記第１直線偏光と前記第２直線偏光との間の周期的な切り替えに関連するキャリア信号を前記マイクロフォン信号から除去することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記音響入力信号の最小可聴検出周波数よりも低い更新周波数で前記基準周波数信号を前記光ビームの周期的な直線偏光の遷移に関連する周波数に位相ロックすることをさらに備える請求項１１に記載の方法。