JPH07112318B2 - マイクロフォン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音波を捕え、光信号ま
たは電気信号に変換するためのマイクロフォンに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】音波を電気信号に変換するマイクロフォ
ンの歴史は古く、特性的にも徐々に進歩はしてきたが、
長い間に亙り、革新的な改良というものは見られなかっ
た。ちなみに、従来のマイクロフォンをその動作原理に
基づいて分類してみると、マグネティック型ないしダイ
ナミック型と呼ばれる電磁誘導型のもの、エレクトレッ
トコンデンサ型等、静電効果を利用したもの、そしてク
リスタル型とかセラミック型等と呼ばれる、圧電効果を
利用したものに限られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のマ
イクロフォンは、それぞれの動作原理ごとに一長一短が
あるが、共通した欠点は、いずれもアナログ電気信号し
か取り出せず、しかもその大きさが、代表的に数ｍＶ程
度と微弱なことである。そのため、良好なＳ／Ｎ（信号
対雑音）比を取ることが難しく、マイクロフォン回路全
体として高い変換性能を得ようとすれば、後続の増幅器
にも極めて低雑音のものを要求し、増幅器までの配線に
も大いに気を使わねばならなかった。また、電界や磁界
の非一様性に伴う非直線歪みから逃れ得ず、相当に優秀
なる特性のものでも、数％オーダの歪みの発生を避け得
なかった。これは、後続の増幅器における増幅歪みに比
し、三桁も四桁も劣る値である。極く簡単な増幅器でも
コンマ数％オーダの歪みのものは容易に得られるし、高
級な増幅器では、最早％オーダではなく、ｐｐｍオーダ
で歪みを計らねばならない程、低雑音、低歪みのものさ
えあることを考えると、入力におけるマイクロフォンの
歪みこそ、大いに低減せねばならない問題である。さら
に、浮遊容量やインダクタンスの影響により、周波数特
性も余り伸びず、高級なエレクトレットコンデンサ型で
は、可聴帯域上限とされている２０ＫＨ_Zを余裕を持っ
てクリアする周波数特性を持つものもありはしたが、大
方は狭い周波数帯域を甘受せざるを得なかった。したが
って当然のことながら、可聴帯域のみを検出すれば良い
という、これまでのマイクロフォンの概念を越え、例え
ば超音波帯域を検出し得るような要求がなされても、こ
れに応え得るものはほとんどなかった。さらに、もっと
根本的な問題として、これまでに提供されているマイク
ロフォンは、いずれも、音波によって振動する機械的な
振動板を必須としている点が挙げられる。確かに、振動
板の振動系だけを考えるならば、振動板に用いる材質や
質量、成形精度や弾性支持方法を最適化することによ
り、入力音波に対して相当にリニアリティの良い振動系
を得ることはできる。しかし、それでも歪みが零になる
訳ではないし、振動系の機械的な共振周波数により周波
数特性にも制限が生まれ、ダイナミックレンジにもおの
ずと限界がある。機械造的にも複雑にならざるを得な
い。本発明は、このような実情に鑑みてなされたもの
で、全くにして新たなる動作原理に従い、そもそも振動
板の存在を排斥することにより、既存のマイクロフォン
の持つ上述の欠点を解消ないし大いに緩和し、さらには
昨今の高精度なデジタル記録技術や光伝送方式、光回路
技術にも真にふさわしいマイクロフォンを提供せんとす
るものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、まず、入力してくる音波に対して開放された
空間であり、空気の存在する音波入力部を設ける。この
音波入力部にはまた、空気と屈折率の異なるレーザ光透
過部材も設ける。さらに、このレーザ光透過部材に対
し、レーザ光を照射する手段と、音波入力部に入力して
きた音波による、当該音波入力部内の空気の密度変化に
伴う当該空気の屈折率変化により、レーザ光透過部材か
ら出射したレーザ光に生ずる角度的な変化を当該レーザ
光の入射位置の変化として直接に検出する受光装置とを
設ける。

【０００５】

【実施例】図１には、本発明に従って構成されたマイク
ロフォンの一実施例の概略構成が示されている。まず、
検出すべき音波Ｓの入力する音波入力部１がある。この
音波入力部１は、入力してくる音波に対し、開放された
空間を形成している（つまり、何らかの振動部材や遮蔽
部材等を経ることなく、直接に音波が入力してくる空間
部分である）必要があり、したがって実用環境下では当
然に、ここには空気が存在する。

【０００６】音波入力部１には、レーザ光透過部材とし
てこの実施例で選択されたプリズム１２も設けられてい
る。レーザ光源２から発せられたレーザ光Ｂは、このプ
リズム１２に入射した後、再度、空気中に出る。このと
きの屈折角は、プリズム１２を構成している材質（例え
ばガラス）と空気との屈折率比によって決定され、一
方、空気の屈折率は、そのときどきの当該空気の密度に
よって変化する。そこで上記のように、レーザ光Ｂがこ
のプリズム１２から再度空気中に出る部分を音波Ｓの入
力部１とすれば、当該プリズム１２から空気中に出ると
きのレーザ光Ｂのそのときどきの屈折角は、そのときど
きの音波Ｓの音圧に応じて変化するので、これを受光装
置５で捕えれば、当該レーザ光のそのときどきの受光装
置５に対する入射位置の変化により、音波Ｓを検出した
光検出信号または変換電気信号を得ることができる。簡
単かつ代表的な構成例として、受光装置５には、例えば
フォトダイオード等の光検出素子をレーザ光Ｂの入射位
置変位の方向に沿ってアレイ状に並べたもの等を使用で
きる。

【０００７】もちろん、上記によるレーザ光Ｂの一回の
屈折角の変化は小さいが、図示の通り、適当なる反射鏡
手段１０,・・・・・・ を用い、繰り返し、レーザ光Ｂがプリ
ズム１２中を通るように構成すれば、積分された屈折角
変化を得ることができ、検出に十分となる。なお、レー
ザ光源２からの当初のレーザ光Ｂは、例えば図面紙面に
直交する方向の手前側、やや斜め上から照射し、最初の
反射鏡１０には掛らないようにしてプリズム１２に入射
させるようにし、こうして入射されたレーザ光Ｂが、複
数の反射鏡１０,・・・・・・ の間を所定回数往復した後、最
初の反射鏡１０の部分を、これに触れないように、図面
紙面に直交する裏側方向に抜けて受光装置５に至るよう
にすれば、装置構成も簡単になり、特に半透鏡構成等は
不要になる。

【０００８】なお、上記のプリズム１２ないしレーザ光
透過部材１２の材質は、ガラスに限らず、空気とは異な
る屈折率を有する材質であれば良いが（ただし、レーザ
光の減衰を起こし難いものが望ましい）、その相違の程
度が大きいものの方が有利である。

【０００９】

【発明の効果】本発明により提供されるマイクロフォン
は、振動板等、音波の振動を機械的な振動に変換する部
分を全く持たないので、構成自体が極めて至便になり、
保守性も高まることはもとより、従来技術で問題となっ
ていた変換系における歪みを劇的に低減（原理的にはゼ
ロに）することができる。さらに、周囲の電界、磁界の
影響がなく、浮遊容量やインダクタンスの影響もないた
め、極めて広大な周波数特性を持ち、かつ、ダイナミッ
クレンジも十分広く、設計自由度も高いマイクロフォン
を提供することができる。また、受光装置も、フォトダ
イオードアレイのような、簡単な装置で構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された一実施例としてのマ
イクロフォンの概略構成図である。

【符号の説明】

１ 音波入力部， ２ レーザ光源， ５ 受光装置， １０ 反射鏡手段， Ｓ 入力音波， Ｂ レーザ光．

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力してくる音波に対して開放された空
   間であり、空気と、該空気とは屈折率の異なるレーザ光
   透過部材の存在する音波入力部と； 該音波入力部中の該レーザ光透過部材に対し、レーザ光
   を照射する手段と； 該音波入力部に入力してきた上記音波による、該音波入
   力部内の上記空気の密度変化に伴う上記空気の屈折率の
   変化により、上記レーザ光透過部材から出射した該レー
   ザ光に生ずる角度的な変化を該レーザ光の入射位置の変
   化として直接に検出する受光装置と； を有して成るマイクロフォン。
2. 【請求項２】 請求項１記載のマイクロフォンであっ
   て；上記レーザ光透過部材はプリズムであること； を特徴とするマイクロフォン。