CN101940004A - 光超声波麦克风 - Google Patents

Abstract

一种光超声波麦克风，由传递从开口部(4)接收的声波的声波导路(6)、形成声波导路(6)壁面至少一部分的光声传播介质(2)、LDV头(8)构成，光声传播介质(2)中接收沿声波导路(6)行进的声波，在光声传播介质(2)内高效地随着声波行进而产生折射率变化，利用LDV头(8)以光调制的形式提取，从而构成极宽频带的光超声波麦克风。

Description

光超声波麦克风

技术领域

本发明涉及一种利用了光的麦克风(microphone)，特别是涉及一种接收在空气等气体中传播的超声波，利用光将接收到的超声波转换成电信号的光超声波麦克风。

背景技术

作为收集声波将其转换成电信号的设备，在可听频带范围动态麦克风(dynamic microphone)或电容麦克风被广泛利用，在超声波区域压电传感器被广泛利用。这些设备利用声波是空气的细微振动这一原理，将声波向振动片入射，将由声音在振动片上激励的细微振动转换成导电型、静电型或压电型电信号。

另一方面，利用以激光为代表的光测量细微且高速振动的激光多普勒振动仪(以下，简称为“LDV”。)等光学系统被广泛利用，尝试着收集利用这种装置产生的声波。

专利文献1所述的声压转换装置中，揭示了一种光麦克风，其是应用了普通麦克风常用的振动片和利用光三角法进行光测量。

专利文献2中还揭示了一种激光多普勒麦克风，其是在声场中直接传播激光，利用LDV直接捕捉因声波而在空气中产生的折射率变化，从而测量声压。

以下，关于专利文献2中的激光多普勒麦克风的结构、工作参照图11进行说明。图11中，121是LDV，122、123是一对反射镜，124是立体反光镜，125是激光路径，126是声场，127是运算部。

图11所示的构成中，一对反射镜122及123平行配置，LDV121和立体反光镜124设置在一个反射镜123的上下两端。从LDV121朝向反射镜122以适当的角度照射激光。照射的激光在反射镜122及123上伴随着多次反射沿着激光路径125传播，到达设置在反射镜123终端的立体反光镜124。入射到立体反光镜124的激光在立体反光镜124内部多次反射后，朝向激光往立体反光镜124入射的方向，从立体反光镜124释放出，再经由一对反射镜122及123进行多次反射，沿着激光路径125反方向传播，到达LDV121。到达了LDV121的激光在LDV121内部受到光学及电处理，并且由运算部127换算振动速度成分。

图11的构成中，由于没有振动的部分，因此通常振动速度成分为0。当在反射镜122及123工作的空间存在声音时，由于声波而在空气的密度上产生疏密。这些密度的变化造成空气中的折射率的变化，使激光的传播速度发生变化，因此，像在反射镜122、123或立体反光镜124上发生振动那样，测量与声压对应的速度成分。

另外，本发明者在专利文献3中揭示的发明涉及了一种气体用超声波收发器，可以在气体中利用超声波的折射，高灵敏、宽频带地收发超声波。另外，非专利文献1中报告了500kHz的超高频率区域下的收发特性。

图12表示专利文献3及专利文献4所揭示的发明的超声波收发器的模式图。

图12所示，专利文献3的发明的超声波收发器101至少具有超声波振动元件102、设置在超声波振动元件102前面填埋环境流体104和超声波振动元件102之间的传播介质部103。105表示超声波的行进方向。将这种方式的超声波收发器特别称为折射传播型超声波收发器(或倾斜传播型超声波收发器本体)。

在此，将超声波振动元件102和传播介质部103的界面定义为第1表面区域111，将传播介质部103和环境流体104的界面定义为第2表面区域112。

专利文献3的折射传播型超声波收发器能够高效地从空气等声阻极小的介质向传播介质的传播介质内收发超声波，从而高灵敏地收发超声波。

通常，在像气体和固体这样声阻有很大不同的介质的界面，超声波几乎不能进行反射、不能高灵敏地发送或接收。这样一来，为了实现超声波在气体中的高效透过，而在折射传播型超声波收发器101中，利用由特殊材料构成的传播介质部103构成超声波收发器101。传播介质部103必须有声速比环境流体104慢、密度大于环境流体104的特性，专利文献3中采用由二氧化硅骨架构成的干燥凝胶材料作为这种材料。干燥硅凝胶是能够经过制造流程而具有各种声速和密度的材料，作为一例，材料可以取作的值如密度200kg/m³、声速150m/s这样满足可高效透过超声波的传播介质部103的条件。

使用这样的材料作为传播介质部103，如图12所示，通过分别适当选择传播介质部103内部的第2表面区域112的法线与超声波传播方向所成的角度θ₁、与环境流体104内的超声波传播方向所成的角度θ₂，从而能够使第2表面区域112上超声波的反射大致为0，实现具有高收发灵敏度的超声波收发器。另外，声波的频率与第2表面区域112的透过效率无关，从而在原理上能够实现宽频带特性，能够高效地测量各种频率。

具体地说，当收发超声波时，超声波振动元件102通过没有图示的驱动电路被加载电信号，发生超声波。在此，如图12那样设定XYZ方向。在超声波振动元件102上发生的超声波从第1表面区域111向第2表面区域112，在传播介质部103中沿Y轴正方向传播。并且，到达第2表面区域112的超声波依照折射定律改变传播方向，朝向超声波传播路径105的方向(这种情况是箭头的相反方向)向流体104传播下去。

接收超声波的情况与发送的情况相反，在周围空间的流体104中传播来的超声波一到达第2表面区域112就发生折射，透过到传播介质部103，朝着Y轴的负方向在传播介质部103内部传播，到达超声波振动元件102。到达超声波振动元件102的超声波使超声波振动元件102变形，从而在电极间发生电位差，利用没有图示的发送电路进行检测。

在倾斜传播型超声波收发器本体101中，即使流体104是空气等声阻(材质的声速×材质的密度)极小的介质时，超声波也能够高效地从流体104入射到传播介质部103或者高效地从传播介质部103向流体104入射超声波。

倾斜传播型超声波收发器本体101中，为了提高超声波的透过效率，设定成超声波在传播介质部103的声速C₁、超声波在流体104中的声速C₂、传播介质部103的密度ρ₁、流体104的密度ρ₂满足下式(2)。

(ρ₂/ρ₁)＜(C₂/C₁)＜1    .....(2)

另外，θ₁用C₁、C₂、ρ₁、ρ₂设定满足下式(3)。

(tanθ₁)²＝[(ρ₂/ρ₁)²-(C₁/C₂)²]/[(C₁/C₂)²-1].....(3)

另外，θ₁和θ₂之间存在下式(4)所示的关系。

sinθ₁/C₁＝sinθ₂/C₂    .....(4)

如专利文献4所示，当满足所述式(2)、式(3)和式(4)时，第2表面区域112中超声波的透过效率大致为1。从而，能够提供可高效率接收及发送超声波的作为倾斜传播型超声波收发器本体101的倾斜传播型超声波传感器。

专利文献1：JP特开2004-12421号公报

专利文献2：JP特开2004-279259号公报

专利文献3：WO2004/098234号公报

专利文献4：美国专利申请公开第2005/0139013号说明书

非专利文献1：“纳米发泡材料的声特性和在超声波传感器上的应用(一般/声学影像)(Acoustic Properties of Nanofoam Material and itsApplied Ultrasonic Sensors)”桥本雅彦、永原英知、杉之内刚彦(HASHIMOTO Masahiko，NAGAHARA Hidetomo，SUGINOUCHITakehiko)、社团法人电子信息通信学会发行、电子信息通信学会技术研究报告、Vol.105，No.619、US2005-127(P.29-34)

专利文献1所揭示的光麦克风与普通的麦克风同样，振动片的机械共振特性对频带有很大影响。即，在低于振动片的机械共振频率的频率上具有比较平坦的频率特性，不过，在共振频率以上，由于灵敏度急剧降低，从而作为麦克风的上限被限定到共振频率附近。从而，采用振动片的现状的电容麦克风的高频带特性被限制到100kHz左右，在其以上的情况下采用压电型。因而，构成一种具有既保持足够的灵敏度且频带特性延伸到100kHz以上的振动片的麦克风是极其困难的。

另外，专利文献2中揭示的激光多普勒麦克风没有振动片，因此不存在由于机械共振产生的高频频带的限制。另外，使用的LDV其振动测量的高频带界限容易超过1MHz。而与空气声压有关的折射率变化小，确保充分灵敏度需要极长的光路径。专利文献2所示的例子中，为了获得足够的S/N，需要10m以上的光路长。因而，对应的测量区域的小型化极困难。从而，高频带区域中，在测量区域内容易发生声波干扰，很难进行准确的声压测量。这种现象相当于振动片型时的机械共振，被称为“空穴共振”。即，测量范围的尺寸决定麦克风的高频带界限，空气的声速比普通振动片的弹性波速度慢，因而，当测量区域与振动片面积相同时，激光多谱勒麦克风的高频带界限较低。

现有的光麦克风中存在的问题是，尽管光测量的频带幅度足够宽，但是由于利用的机械共振或空穴共振而使高频频带受到限制，特别是很难在100kHz以上的超高频区域下工作。

另外，专利文献3的超声波收发器101中，声波向由干燥硅凝胶构成的传播介质部103的接收没有频率特性，因而可在宽的频率区域中接收声波，不过，为了将接收的声波转换成电信号，需要压电陶瓷等超声波振动元件102。干燥硅凝胶103和压电陶瓷102的声阻值存在2个～3个数量级的差异，沿干燥硅凝胶103传播进入压电陶瓷102的声波在干燥凝胶103和压电陶瓷102的界面(第1表面区域111)大部分被反射。被反射的声波在干燥硅凝胶103内反向传播，一部分被释放到空气中，而其余的一边在干燥硅凝胶103内的边界(第2表面区域112)反复进行反射，一边在干燥硅凝胶103内传播，成为混响。

在由干燥硅凝胶构成的传播介质部103内作为用于向电信号转换的元件而配置压电陶瓷102等声阻不同的物质这种构成中，本质上而言，这种在传播介质部103和超声波振动元件102的界面(第1表面区域111)上的反射现象是不可避免的。伴随着该反射形成的混响，与后面到达的声波信号重叠，成为降低S/N的主要原因，另外，还存在不必要的共振现象等恶化频率特性的课题。

再有，专利文献3的超声波收发器101中，具有接收灵敏度低这样的问题。下面，关于该问题的原因进行说明。

沿流体104传播来的超声波的能量密度被接收到倾斜传播型超声波收发器本体101时降低。这是接收灵敏度低的原因。利用图12说明接收灵敏度低的原因。图12中，实线箭头表示超声波传播路径105。如上所述，为了使倾斜传播型超声波收发器本体101高效地接收超声波，必须满足式(2)、式(3)和式(4)。此时，沿液体104传播来的超声波的路径与第2表面区域112的法线所成的角度满足θ₂。

从而，在图12中，超声波沿着流体104的长度(L₂+L₃+L₄)范围朝着倾斜传播超声波收发器本体101传播，再有，超声波的传播路径和第2表面区域112的法线所成的角度满足θ₂。在此，所谓长度L₂的范围，是平行于超声波行进方向105的范围，意思是超声波没有完全到达第2表面区域112的范围。所谓长度L₃的范围是与长度L₂的范围相邻、且平行于超声波行进方向105的范围，意思是超声波能够完全到达第2表面区域112的范围。所谓长度L₄的范围是与长度L₃的范围相邻、且平行于超声波行进方向105的范围，意思是超声波没有完全到达第2表面区域112的范围。

如图12所示，沿流体104的长度(L₂+L₃+L₄)范围传播来的所有超声波不会完全被倾斜传播型超声波收发器本体101接收。沿长度L₃范围传播来的超声波到达第2表面区域112，被倾斜传播型收发器本体101接收。可是，沿长度L₂的范围及长度L₄的范围传播来的超声波无法到达第2表面区域112，不能被倾斜传播型超声波收发器本体101接收。

也就是说，沿流体104传播来的超声波(在长度L₂+L₃+L₄的范围内传播来的超声波)中一部分超声波(沿长度L₃的范围传播来的超声波)被倾斜传播型超声波收发器本体101接收。

并且，沿流体104的长度L₃的范围传播来的超声波透过第2表面区域112，被长度L₁范围的超声波振动元件102检测到。此时，由于L₃＜L₁，因而，由倾斜传播型超声波收发器本体101接收的超声波在第2表面区域112扩散，到达超声波振动元件102。从而，当超声波被倾斜传播型收发器本体101接收时，其能量密度降低。随着该超声波具有的能量密度降低，倾斜传播型超声波收发器本体101的接收灵敏度降低。

基于以上理由，倾斜传播型超声波收发器本体101的接收灵敏度低。即，在第2表面区域112能够接收的超声波的传播范围的长度L₃小于超声波振动元件102的长度L₁，从而倾斜传播型超声波收发器本体101的接收灵敏度低。

发明内容

本发明即是鉴于上述问题而产生的，其目的在于提供一种直到大大超过现有麦克风的高频带界限的超声波区域都能够进行声压测量且高灵敏度的光超声波麦克风。

为了实现上述目的，本发明如下构成。

根据本发明的第1方式，提供一种对充满气体的周围空间进行声波接收的麦克风，这种光超声波麦克风，包括

基座，其具有从所述周围空间接收所述声波的开口部、传递经由所述开口部接收的所述声波的声波导路，并且，保持光声传播介质部，该光声传播介质部构成所述声波导路至少一部分且传播从所述声波导路来的所述声波和光，

光源，其对所述光声传播介质部照射所述光，

光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，检测由所述声波产生的所述光的调制，和

运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；

所述光声传播介质部的光声传播介质的密度ρ_n及声速C_n，与充满所述声波导路的气体密度ρ_a及声速C_a之间满足下式。

(ρ_a/ρ_n)＜(C_n/C_a)＜1

根据本发明的第8方式，提供一种光超声波麦克风，包括：

声波导构件，其具有第1开口，规定使从所述第1开口入射的声波向声波传播方向传播的声波导路；

光声传播介质部，其具有透过面，所述透过面设于所述声波导路并沿着所述声波的传播方向构成所述声波导路的一个面，所述透过面的构成是随着在所述声波导路中传播而分别使所述声波的一部分从所述透过面向所述光声传播介质部透过，会聚在会聚点上，该光声传播介质部与所述声波导路相对配置，

光源，其是对所述光声传播介质部的所述会聚点照射光，

光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，并对因会聚在所述会聚点的所述声波产生的所述光调制进行检测，和

运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；

所述光声传播介质部含有充满所述透过面和所述会聚点之间的传播介质，

所述声波导路由环境流体充满，所述光声传播介质部的光声传播介质的密度ρ_n及声速C_n，在与充满所述声波导路的所述环境流体的密度ρ_a及声速C_a之间，满足

(ρ_a/ρ_n)＜(C_n/C_a)＜1

的关系，

以从所述波导的所述第1开口到所述透过面上沿所述声波传播方向的任意点P_k的所述声波导路的长度为L_ak、从所述任意点P_k到所述会聚点的长度为L_nk时，相对于任意k满足

(L_ak/C_a)+(L_nk/C_n)＝const.

的关系。

发明效果

根据本发明的光超声波麦克风，沿周围空间的气体传播来的声波从开口部接收到声波导路，利用光测量从声波导路内沿光声传播介质部内行进的声波，从而，能够测量到大大超出现有由振动片的机械共振等形成的界限的高频区域，且能够避免现有由于压电陶瓷等的电声转换器对声波反射造成的影响，可进行更高灵敏且精密的声压测量。

附图说明

本发明的上述内容及其他目的、特征，基于以下与附图所列的优选实施方式对应的阐述能够进一步明确。在这些图中，

图1A是本发明的第1实施方式的光超声波麦克风的立体图。

图1B是本发明的第1实施方式的光超声波麦克风的局部剖开的主视图。

图2是本发明的第1实施方式的光超声波麦克风的X-Z截面图。

图3是本发明的第1实施方式的光超声波麦克风的LDV输出波形一例的图。

图4是表示本发明的第1实施方式的光超声波麦克风的光声传播介质部的声波传播的等相位面的测量结果的图。

图5A是本发明的第2实施方式的光超声波麦克风的立体图。

图5B是图5A所示的光超声波麦克风的截面图。

图5C是表示图5A所示光超声波麦克风的基座一部分的立体图。

图5D是表示图5A所示光超声波麦克风的声波导构件一部分的立体图。

图5E是说明图5A所示光超声波麦克风的声波传播、折射的图。

图6A是说明本发明的第2实施方式的光超声波麦克风的声波会聚的图。

图6B是具体表示图5A所示光超声波麦克风的声波传播状况的计算实验结果的图。

图6C是具体表示图5A所示光超声波麦克风的声波传播状况的计算实验结果的图。

图6D是具体表示图5A所示光超声波麦克风的声波传播状况的计算实验结果的图。

图6E是具体表示图5A所示光超声波麦克风的声波传播状况的计算实验结果的图。

图6F是具体表示图5A所示光超声波麦克风的声波传播状况的计算实验结果的图。

图6G是具体表示图5A所示光超声波麦克风的声波传播状况的计算实验结果的图。

图6H是表示在图6B～图6G所示实验中采用的声波波形的图。

图6I是表示本发明的第2实施方式的变形例的截面图。

图7是表示本发明的第2实施方式的光超声波麦克风的光声传播介质部的声波传播的等相位面的测量结果的图。

图8是本发明的第2实施方式的光超声波麦克风的LDV输出波形一例的图。

图9是本发明第3实施方式的光超声波麦克风的YZ截面图。

图10是本发明的第3实施方式的变形例的光超声波麦克风局部透视状态的立体图。

图11是专利文献2的现有超声波收发器的截面图。

图12是专利文献3的现有光麦克风的构成图。

具体实施方式

本发明者着眼于所述干燥硅凝胶在光学上具有近似透明的性质，发现光声传播介质部的光声传播介质例如干燥硅凝胶中声压和折射率的变化率相对于空气中的变化率高1个数量级左右。由声压造成的折射率变化率通常以固体、液体、气体的顺序增大，这是在通常的材料中所看不见的极特异的性质。

本发明的本质在于，利用能够从气体等声阻极低的物体向固体高效地传播超声波这种折射传播型超声波收发器的界面现象的基本原理，并且，使用满足这些条件的固体材料由于声波而发生极大的折射率变化的这种现象，构成频带特性延长到极高频区域的光超声波麦克风。

以下根据附图详细说明本发明的实施方式。

以下，在参照附图详细说明本发明的实施方式以前，关于本发明的各种方式进行说明。

根据本发明的第1方式，提供一种对充满气体的周围空间进行声波接收的光超声波麦克风，包括：

基座，其具有从所述周围空间接收所述声波的开口部、传递经由所述开口部接收的所述声波的声波导路，并且，保持光声传播介质部，该光声传播介质部构成所述声波导路至少一部分且传播从所述声波导路来的所述声波和光，

光源，其对所述光声传播介质部照射所述光，

光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，检测所述声波对所述光的调制，和

运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；

所述光声传播介质部的光声传播介质的密度ρ_n及声速C_n，与充满所述声波导路的气体密度ρ_a及声速C_a之间，满足下式。

(ρ_a/ρ_n)＜(C_n/C_a)＜1

根据本发明的第2方式，在第1方式的光超声波麦克风中，所述光声传播介质部由无机氧化物或有机高分子的干燥凝胶构成。

根据本发明的第3方式，在第2方式的光超声波麦克风中，所述干燥凝胶具有密度100kg/m³以上、声速300m/s以下的物性。

根据本发明的第4方式，在第2或3方式的光超声波麦克风中，所述干燥凝胶的固体骨架部进行了疏水化处理。

根据本发明的第5方式，在第1～4任意一种方式的光超声波麦克风中，所述光源为激光光源。

根据本发明的第6方式，在第5方式的光超声波麦克风中，所述光检测装置检测来自所述激光光源的激光的频率调制。

根据本发明的第7方式，在第6方式的光超声波麦克风中，所述光源和所述光检测装置采用由激光多普勒检测装置兼用的构成。

根据本发明的第8方式，提供一种光超声波麦克风，包括

声波导构件，其具有第1开口、规定使从所述第1开口入射的声波向声波传播方向传播的声波导路；

光声传播介质部，其具有透过面，所述透过面设置在所述声波导路上并沿着所述声波的传播方向构成所述声波导路的一个面，所述透过面的构成是随着在所述声波导路上传播而使所述声波的一部分分别从所述透过面向所述光声传播介质部透过，会聚在会聚点上，该光声传播介质部与所述声波导路相对配置，

光源，其是对所述光声传播介质部的所述会聚点照射光，

光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，并对由于会聚在所述会聚点的所述声波产生的所述光调制进行检测，和

运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；

所述光声传播介质部含有充满所述透过面和所述会聚点之间的传播介质，

所述声波导路由环境流体充满，所述光声传播介质部的光声传播介质的密度ρ_n及声速C_n，与充满所述声波导路的所述环境流体的密度ρ_a及声速C_a之间，满足

(ρ_a/ρ_n)＜(C_n/C_a)＜1

的关系，

以从所述声波导路的所述第1开口到所述透过面上沿所述声波传播方向的任意点P_k的所述声波导路的长度为L_ak、从所述任意点P_k到所述会聚点的长度为L_n k时，相对于任意k满足

(L_ak/C_a)+(L_nk/C_n)＝const.

的关系。

根据本发明的第9方式，在第8方式的光超声波麦克风中，在所述声波导路的所述第1开口前端连接着音响喇叭。

根据本发明的第10方式，在第1～9任意一种方式的光超声波麦克风中，所述声波导路的高度及宽度是由所述麦克风接收的超声波波长的1/2以下。

根据本发明的第11方式，在第1～10任意一种方式的光超声波麦克风中，所述声波导路由所述基座和所述光声传播介质部构成，所述声波导路的高度朝向所述声波导路的终端侧减小。

根据本发明的第12方式，在第1～11任意一种方式的光超声波麦克风中，所述周围的气体是空气。

根据本发明的第13方式，在第1～6任意一种方式的光超声波麦克风中，所述光源和所述光检测装置采用由激光多普勒检测装置兼用的构成，沿着与所述声波从所述光声传播介质部的一个面进入所述光声传播介质部内时的声波传播方向正交的方向，配置所述激光多普勒检测装置的光轴，还具备沿着所述激光多普勒检测装置的光轴且与所述激光多普勒检测装置相对配置的反光镜，在所述激光多普勒检测装置和所述反光镜之间且所述光声传播介质部内构成光路径。

以下，参照附图说明本发明的超声波收发器的各种实施方式。

(第1实施方式)

以下，参照图1A～图4关于本发明的第1实施方式进行说明。

图1A及图1B是该第1实施方式的光超声波麦克风1构成的立体图及局部剖开的主视图。如图1A及图1B所示，以高度方向为Z方向，与高度方向相互正交的2方向为XY方向，如此设定XYZ方向。光超声波麦克风1沿Y方向配置，光超声波麦克风1的厚度方向成为X方向。

图1A及图1B中，光超声波麦克风1是对充满气体(例如空气)14的光超声波麦克风1的周围空间进行声波(例如超声波)接收的麦克风，具有从所述周围空间接收所述声波的开口部4、传播经由所述开口部4接收的所述声波的声波导路6，同时，还包括基座3，其保持由光声传播介质构成的光声传播介质部2，光声传播介质部2构成所述声波导路6至少一部分、且传播从所述声波导路6来的所述声波和光；光源8，其对所述光声传播介质部照射所述光(例如激光10)，光检测装置8，其检测从所述光源8照射到所述声传播介质部2内且从光声传播介质部2射出的所述光，检测随着所述声波产生的所述光的调制，运算部9，其根据所述光检测装置8的检测结果求出用于声压换算的输出信号；所述光声传播介质部2的光声传播介质的密度ρ_n及声速C_n，在充满所述声波导路6的气体密度ρ_a及声速C_a之间，满足后述式(6)[其中，式(6)中，光声传播介质的密度ρ_n及声速C_n分别用密度ρ_NF及声速C_NF表示。]。该第1实施方式中，作为所述光源及光检测装置的一例，具有所述光源及光检测装置双方功能的激光多普勒检测装置，其具备利用以激光为代表的光，测量细微且高速振动的激光多普勒振动仪(以下，简称为“LDV”。)，兼用所述光源及光检测装置双方，同时作为运算部的一例具备LDV运算处理部9。作为所述光源及光检测装置的一例，由激光多普勒振动仪(LDV)构成时，以其激光10的发光及受光部分作为LDV头8a，将其从具有激光光源或干扰仪的本体部8b分离，能够只将LDV头8a对干燥硅凝胶2进行二维扫描。

LDV头8相对于干燥硅凝胶2的表面(严格地讲，是透明支撑板7的表面)即ZY平面，在ZY方向上分别进行二维移动、二维扫描，从而能够进行测量。为了二维扫描LDV头8，而如图2所示具备LDV头移动装置88。LDV头移动装置88能够用例如XY工作台构成。

所述构成中，利用光声传播介质部2、基座3及透明支撑板7构成声波导路6及开口部4。声波导路6设计成随着从开口部4沿Y方向朝向声波导路6终端部，Z方向的尺寸逐渐变小。此时，作为一例，声波导路6的X方向尺寸(宽度尺寸)从开口部4到终端部取作一定的宽度尺寸，不过也可以不取作一定的宽度尺寸，而使宽度尺寸逐渐变小。

更具体地说，光声传播介质部2由厚度一定的四边形平板状构件构成，以便能够收纳保持在基座3的凹部3a内。

基座3由大致板状构件构成，一个面上具有能够收纳光声传播介质部2且深度一定的凹部3a。该凹部3a的平面形状为梯形，从而构成声波导路6一部分(上面)的基座3的凹部3a内面3b，随着从声波导路6的一个开口端部的开口部4沿Y方向(声波导路6的纵向)朝向声波导路6的终端部而接近光声传播介质部2的上面2a。由于采用这样的构成，声波导路6的Z方向尺寸随着从开口部4朝向声波导路6的终端部而逐渐变小。声波导路6在图1A中，形成为大致长方体形状的空间，使其左右侧面由基座3的凹部3a底面3c和透明支撑板7内面构成，声波导路6的上面由基座3的凹部3a侧面3b构成，声波导路6的下面由光声传播介质部2的上面2a构成。另外，基座3的凹部3a的底面3c形成能够反射以激光为代表的光的镜面。作为一例，基座3能够用铝材、或在凹部底面3c形成反射膜的树脂材料构成。作为基座3的材料能够用普通的金属材料或塑料材料构成。还有，从光声传播介质部2或声波导路6进入这些构件的声波是几乎可以忽略的程度。这是因为与空气或纳米多孔体相比，这些材料的声阻极大。

透明支撑板7是透光性优异的透明薄板状构件，至少覆盖基座3的凹部3a的整个面、优选覆盖基座3的形成凹部3a的整个面，从而支撑收纳在基座3的凹部3a内的光声传播介质部2。另外，透明支撑板7除了支撑光声传播介质部2以外，还构成反射激光10的光路径的一部分，该激光10从利用以激光为代表的光测量细微且高速振动的激光多普勒振动仪即LDV头8照射，透过光声传播介质部2，并且，透过了光声传播介质部2的激光10在基座3的凹部3a底面(镜面)3c进行反射，之后再透过光声传播介质部2。透明支撑板7用普通的玻璃材料或丙烯酸树脂等树脂材料就能够获得足够的性能。还有，从光声传播介质部2或声波导路6进入这些构件的声波、及通过透明支撑板7的声波泄漏是几乎能够忽视的程度。这是因为与空气或纳米多孔体相比，这些材料的声阻极大。

从而，在基座3的凹部3a中收纳光声传播介质部2后，用透明支撑板7覆盖基座3的凹部3a及光声传播介质部2进行固定，其结果是形成只有开口部4向外部开口，基座3的凹部3a的其他部分不开口的构成。

图1A及图1B的构成中，作为光声传播介质部2的光声传播介质材料的一例，采用的是固体骨架部被疏水化了的干燥硅凝胶。即，光声传播介质由无机氧化物或有机高分子的纳米多孔体、例如硅纳米多孔体构成。从操作的容易度及强度上的观点而言，光声传播介质部2的厚度至少为1mm以上。作为一例，其大小为20mm×20mm。所述干燥硅凝胶如上所述通过调整制造工艺，而能够使光声传播介质部2的光声传播介质的密度为100kg/m³以上、光声传播介质部2内部的声速为300m/s以下。这种干燥硅凝胶与作为周围环境气体14的空气的关系满足下式(6)。

(ρ_a/ρ_NF)＜(C_NF/C_a)＜1    ......(6)

在此，所述式(6)中，ρ_a、C_a及ρ_NF、C_NF分别表示空气的密度和声速、还有干燥硅凝胶的密度和声速。专利文献3示出在所述式(6)成立的条件下，在空气和干燥硅凝胶的临界面存在反射系数为0的折射角。即，这意味着存在从空气中到达了临界面的声波能量无损失地被干燥硅凝胶摄入的角度。

另外，所述干燥硅凝胶的固体骨架部进行了疏水化，其密度为500kg/m³以下。该干燥凝胶是平均细孔直径为100nm以下的纳米多孔体干燥凝胶(纳米多孔质干燥凝胶)。

还有，优选无机氧化物的干燥凝胶的固体骨架部至少以氧化硅(二氧化硅)或氧化铝为成分。另外，有机高分子的干燥凝胶的固定骨架部能够由一般性的热硬化性树脂、热塑性树脂构成。能够采用例如，聚氨酯、脲醛树脂、苯酚硬化树脂、聚丙烯酰胺、或聚甲基丙烯酸甲酯等。

光声传播介质部2由例如以二氧化硅为主成分的纳米多孔体干燥凝胶形成时，如果其密度ρ₁为200kg/m³，则能够设定声速C₁为100m/s～180m/s程度的范围。当充满周围空间的流体为空气时，空气的密度ρ₂为1.22kg/m³、声速C₂为340m/s，因此，采用所述光声传播介质部2，从而能够同时满足ρ₂＜ρ₁及C₁＜C₂的关系，且满足(ρ₂/ρ₁)＜(C₁/C₂)的关系。

根据所述构成，在空气中传播来的声波沿着声波传播方向5向开口部4入射，从开口部4向声波导路6内入射。在声波导路6中传播的声波随着其传播而从光声传播介质部2的上面2a进入构成光声传播介质部2的干燥硅凝胶中，沿声波传播方向94(参照图1B)传播。93模拟性表示声波传播的等相位面(波面)。另一方面，从LDV头8向干燥硅凝胶2照射的激光10，通过干燥硅凝胶2中，经由基座3凹部3a的底面3c进行反射，被反射的激光10再通过干燥硅凝胶2中，从干燥硅凝胶2射出，再由LDV头8受光。此时，激光10通过干燥硅凝胶2中之际，由于所述进入的声波而使激光被调制。该激光10的调制，由随着声波在干燥硅凝胶2中的传播而产生的干燥硅凝胶2内部的密度变化及折射率变化而引起。从LDV头8照射并通过干燥硅凝胶2的激光10、或暂时通过干燥硅凝胶2后再被基座3凹部3a的底面3c反射并通过干燥硅凝胶的激光10，不管是否被进入所述干燥硅凝胶2的声波进行调制，最终都从干燥硅凝胶2射出，再由LDV头8受光，经由LDV运算处理部9进行光学及电学解调。被所述声波调制的激光10经由LDV运算处理部9进行光学及电学解调，以调制的信号形式生成。该调制的信号以作为用于声压换算的输出信号一例的LDV测量速度信号(或积分的位移信号)形式从LDV运算处理部9输出，根据该输出信号，经与LDV运算处理部9连接的声压换算用运算部90能够换算在干燥硅凝胶2内部传播的声波的声压。

在此，在干燥硅凝胶2内部利用激光10进行的声波测量点，声波完全成为行进波。另外，在通常的LDV记录程度的激光输出中，由激光造成的声波影响能够被忽视。另外，该第1实施方式的光超声波麦克风1因为是没有现有的麦克风或超声波传感器那样的振动片或压电元件等电气机械转换机构的结构，所以不存在这些电气机械转换机构带来的声波反射现象成为原因的混响或无用共振等，从而在所述光超声波麦克风1中，能够进行极其忠于原音的声波测量。再有，在所述光超声波麦克风1中，关于测量点以后的部分，没有结构上的制约，从而，能够在测量点以后的光声传播介质部2的端部构成声波吸收机构或声波散射机构，能够抑制光声传播介质部2内的无用的声波传播。

图2是本发明的第1实施方式的所述超声波麦克风的X-Z方向的截面图。以下，参照图2，说明本发明的声压测量的原理。图2中，声波导路6从图2的纸面表侧向里侧方向传播声平面波。声平面波的一部分被作为光声传播介质部2的干燥硅凝胶摄入，沿声波传播方向21(只对应于声波传播方向94的向下成分94)传播。声波传播方向21简单表示成向下，而实际上还同时具有朝向空气和干燥硅凝胶2的图2纸面里侧的成分。

在干燥硅凝胶2内传播的声波，在此以浓淡表示为脉冲上的波束22。波束22的黑的部分是声压为0的部分，白的部分表示声压的峰值(包括正负)。在波束22的白的部分，由于声压而产生干燥硅凝胶2的体积V的伸缩、即体积变化ΔV。基于这些体积变化ΔV，干燥硅凝胶2的折射率n变化Δn。这些关系成为式(7)。

ΔV/V＝-(Δn/(n-1))    ......(7)

本发明的第1实施方式中，如上所述，在干燥硅凝胶2内部，声波以声平面波形式传播。从而，所述体积变化ΔV只限定为声波行进方向的位移，从而，式(8)成立。

ΔV/V＝Δl/l＝S    ......(8)

在此，l表示干燥硅凝胶2上伴随着声波的声波传播方向的长度、Δl表示干燥硅凝胶2上伴随着声波的声波传播方向的位移、S表示声波传播方向上干燥硅凝胶2的变形。干燥硅凝胶2内部的声压P由变形S和干燥硅凝胶2的弹性常数E _NF用式(9)表现。

P＝-S×E_NF    ......(9)

另外，弹性常数E_NF由干燥硅凝胶2的密度ρ_NF、声速C_NF利用下式(10)求出。

E_NF＝C_NF ²×ρ_NF    ......(10)

根据式(6)～式(10)，利用干燥硅凝胶2内部的声压P干燥硅凝胶2的密度ρ_NF、声速C_NF、折射率n、折射率变化Δn、还有声波和激光10干扰的距离L、测量中使用的LDV头8的位移输出ΔL或速度输出v，形成式(11)。

$\stackrel{\·}{\·\·}P={{-C}^2}_{\mathrm{NF}}\×{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{NF}}\×\frac{\mathrm{\Δn}}{n-1}$

$=-{C^2}_{\mathrm{NF}}\×{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{NF}}\×\frac{n}{n-1}\frac{\mathrm{\ΔL}}{L},(\stackrel{\·}{\·\·}\mathrm{\Δn}\·L=n\·\mathrm{\ΔL})$

$={{-C}^2}_{\mathrm{NF}}\×{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{NF}}\×\frac{n}{n-1}\frac{1}{L}\∫\mathrm{vdt}$

                       ......(11)

从而，利用输出的速度输出v或位移输出ΔL，就能够测量声压P。

所述第1实施方式的1个实施例中，干燥硅凝胶2密度为160kg/m³、声速90m/s。折射率n＝1.07。根据专利文献3揭示的理论，在从空气入射的入射角89.5度下反射率为0，此时的折射角约16度。如上所述，从空气入射的入射角与临界界面几乎平行，因此，当在声波导路6上传播声平面波时，声压值与声平面波具有的声压值相同的声平面波向干燥硅凝胶2内部传送。第1实施方式的声波导路6随着远离开口部4(随着从开口部4朝向终端部)，其高度逐渐降低(Z方向的尺寸逐渐变小)。根据该效果，形成一种结构是即使干燥硅凝胶2内部摄入声能量，声波导路6内部的声压也不会降低，声压保持不变的声平面波向干燥硅凝胶2内。

以下，从原理评价系统的关系，对用100kHz以下声波进行的原理验证结果进行阐述。作为测量声波，表示在中心频率40kHz、驱动信号1波長下从宽频带高频扬声器放射时的结果。考虑中心频率40kHz，设定声波导路6的宽度和初始高度(开口部4上的高度)都为4mm。作为光声传播介质部2一例的干燥硅凝胶的厚度也是4mm。测量在干燥硅凝胶2中往返的激光10，采用使用了波长633nm的He-Ne激光器的外差式的激光多普勒振动仪(LDV头8)作为光源及光检测装置的一例。由声波产生的光的调制为频率调制。基座3采用铝材，透明支撑板7使用厚度1mm的丙烯酸板。从He-Ne激光器照射的激光10通过了透明支撑板7的丙烯酸板之后向干燥硅凝胶2入射，经由基座3凹部3a的底面3c进行反射，沿光路径反向传播，回到LDV头8。从而，用于声波测量的光路径是干燥硅凝胶2厚度4mm的2倍，为8mm。

图3表示本发明的第1实施方式的光超声波麦克风1的LDV输出波形(位移振幅测量波形)31的一例，是图4中Y＝8mm、Z＝3mm的位置上的波形。利用图3忠实再现由高频扬声器形成的发送声压，表示可进行极宽频带的声压测量。即，根据本发明的第1实施方式，能够进行之前很难实现的高频区域且宽频带的超声波接收，能够实现具有100kHz以上实效频带的标准麦克风。

图4是根据用LDV头8对干燥硅凝胶2内部的声波传播进行2维扫描检测的传播时间结果，表示声波传播的等相位面(波面)42的状况。能够观察到，声波传播方向41与设计值大致一致，在约16度折射角下在干燥硅凝胶2中以平面波形式进行传播，确认了与理论设计相符的动作。

根据图3的波形31，峰值位移约22nm。从式(11)换算的声压P约54.5Pa左右，比输入换算声压38Pa稍高。其原因是所述光超声波麦克风1和用于声压校正的标准麦克风的衍射效果。所述测量并换算的声压和所述输入换算声压在数量级上十分一致，通过将所述测量并换算的声压适当校正，从而能够进行极准确的声压测量。每1Pa声压的折射率变化率约为5.4×10^-8，与空中的折射率变化(2.0×10^-9)或水的折射率变化(1.5×10^-10)相比大1个数量级以上。基于这么大的折射率变化，从而能够在用于声波测量的光路长为8mm这样极短的光路径中进行声压测量。

还有，在此，采用干燥硅凝胶2作为光声传播介质部的一例，而在原理上只要用有机干燥凝胶满足式(6)，就能够使用。这种情况下，需要选择吸收少的波长频带的LDV头8使用。另外，作为透明支撑板7，只要相对于使用的激光10吸收少即可，另外，如果利用基座3等结构就能够充分保持光声传播介质部2，则没有透明支撑板7也没关系。

(第2实施方式)

图5A表示本发明的第2实施方式的光超声波麦克风51的立体图。以下，关于与第1实施方式相同功能、类型的构成要件，使用相同号码。

图5A中，51表示光超声波麦克风，52表示与第1实施方式的声传播介质部2具有相同功能、且由作为光声传播介质一例的干燥硅凝胶构成的光声传播介质部，53表示与第1实施方式的基座3具有相同功能的基座，71表示音响喇叭(会聚部)的开口，55表示声波(例如超声波)的声波传播方向，56表示用以形成与第1实施方式的声波导路6具有相同功能的声波导路60的声波导构件，57表示干燥硅凝胶52的声波会聚点，58表示与第1实施方式的激光10同样的激光。

图5A所示第2实施方式的光超声波麦克风51的特征在于，具有音响喇叭及其开口71，干燥硅凝胶52及声波导路60形成为曲线形状。图5A中，为了便于理解，将位于干燥硅凝胶52表面侧的基座53的一部分剖开，露出干燥硅凝胶52进行图示，而实际上，干燥硅凝胶52表面除了后述的测量用通孔53a以外，全部被基座53覆盖。即，用基座53支撑干燥硅凝胶52的图5A表面、里面、左侧面及底面，且用声波导构件56覆盖剩下的右侧面构成为声波导路60的一部分，从而，干燥硅凝胶56由基座53和声波导构件56充分保持，不用设置相当于所述第1实施方式的透明支撑板7的透明支撑体。为了方便起见，激光58只记载空中的路径。LDV头8及LDV运算处理部9与第1实施方式相同。

本发明第2实施方式的光超声波麦克风51能够从气体等声阻极小的环境流体14向固体高效地传播声波，并将透过固体的声波在固体内部会聚，从而能够提高声波的能量密度，据此能够高灵敏度地接收声波。

沿环境流体传播的声波，从连结在声波导构件56前端的作为音响喇叭的会聚部77的开口部71入射，通过会聚部77，声波的声压得到提高。经会聚部77提高了声压的声波，被导向与会聚部77连结的声波导构件56的声波导路60。声波导路60将声波向规定方向传播。作为光声传播介质部一部分的干燥硅凝胶52，与声波导构件56相邻，构成声波导路60一部分，随着声波在声波导路60内传播，声波从与声波导路60相接的界面一点一点地向光声传播介质部52透过。此时，声波的传播方向在界面发生折射。

向光声传播介质部52透过的声波，向传播介质部52内入射，以使向设置LDV头8的位置即会聚点57会聚，从而，LDV头8利用激光58与第1实施方式同样地对向光声传播介质部52一点一点透过且在会聚点57会聚的声波进行检测。基座53的设置是为了保持传播介质部52。基座53实际上也设置在光声传播介质部52的X方向上的面前一侧及里面一侧，不过，图5A中为了显示光声传播介质部52而被省略。

以下，详细说明各部分的结构。

图5B表示图5A所示光超声波麦克风51一部分在X方向上的会聚部77及声波导构件56的中央，用与YZ平面平行的平面剖开的截面图。

会聚部77是一种音响喇叭，规定了内空间70，该内空间70具有与声波导构件56开口(第1开口)63连接的端部72及开口(第2的开口)71。开口71比开口63大。从开口71沿声波传播方向55入射的声波，经由内空间70而控制传播方向并且被压缩。从而，内空间70的构成是从开口71沿着声波传播的传播方向g₇，其垂直于传播方向g₇的截面积a₇逐渐变小。

更优选是，限制内空间70的会聚部70内侧面沿着传播方向g₇具有曲面形状，使截面积a₇相对于从开口71朝向声波导路60开口63的传播方向g₇呈指数函数性减小。会聚部77的X方向的横向尺寸可以是一定的，也可以是宽度尺寸逐渐减小。当会聚部77的X方向宽度尺寸为一定时，Z方向的宽度尺寸优选是相对于传播方向g₇呈指数函数性减小这样构成。另外，也可以将会聚部77的X方向的宽度尺寸及Z方向的宽度尺寸相对于传播方向g₇呈

比例减小，从而使截面积a₇呈指数函数性减小。像这样，截面积a₇呈指数函数性减小，从而能够将声波在会聚部77的反射抑制到最小程度，能够保持相位不乱地压缩声波，提高声压。

会聚部77是例如Y方向具有100mm长度、开口71在Z方向及X方向分别具有50mm长度的正方形状。另外，端部72是X方向及Z方向具有2mm长度的正方形状。该第2实施方式中，使长度沿Z方向及X方向两个方向上变化。在以喇叭开口71的位置作为Y方向的原点(0)时，从原点起Y方向位置＝0mm/20mm/40mm/60mm/80mm/100mm的各个位置的内空间70的X方向及Z方向长度(X方向长度和Z方向长度在各个位置上相同。)为50.0mm/26.3mm/13.8mm/7.2mm/3.8mm/2.0mm。

根据具备上述尺寸的会聚部77，与不设置会聚部77的情况相比，可获得约10dB左右的声压上升效果。另外，声压随着时间变化形成的声压波形的形状，在开口71和端部72的测定结果几乎没有发现变化，不会扰乱沿环境流体(例如空气)14传播的声波，在端部72，声波能量被压缩。

会聚部77能够通过机械加工将例如金属的壁厚5mm的铝板加工成规定形状从而构成。只要是几乎不会透过沿内空间70传播的声波、利用形状的效果能够提高声波能量的密度，也可以利用铝以外的材料形成会聚部77。例如，可以采用树脂或陶瓷等材料构成会聚部77。另外，会聚部77也可不具有喇叭型的外形，只要内空间70具有如上所述的喇叭形状即可。

声波导构件56规定将声波向规定方向传播的声波导路60。该第2实施方式中，波导路60如图5B所示，在ZY平面上，传播方向g₆发生弯曲，ZY平面上的宽度尺寸也根据位置的不同而发生变化。传播方向g₆与ZY平面平行。波导路60的X方向的宽度尺寸也一定，例如为2mm。不过，也可以设计成X方向的宽度尺寸也变化。

声波导路60包括与光声传播介质部52相接且受与光声传播介质部52的界面限制的透过面61和受声波导构件56限制的波导路外面62。另外，波导路60的X方向的面前一侧及里面一侧也受到声波导构件56限制。

如以下所作详细说明，随着声波沿波导路60传播，声波的一部分从透过面61向光声传播介质部52透过，沿波导路60传播的声波能量降低。因而，为了压缩声波以补偿能量降低，而减小波导路60的截面积。具体地说，透过面61和波导路外面62在YZ平面上垂直于传播方向g₆的宽度相对于传播方向单调减小，波导路60在波导终端64被封闭。从而，能够保持沿波导路60传播的声波能量密度为一定并且将声波有效地向传播介质部52折射透过。

如上所述，透过面61受光声传播介质部52限制，透过面61成为向光声传播介质部52透过声波的透过面。光声传播介质部52具备声波传播速度比环境流体14慢的特征，由传播介质构成。也就是说，将传播介质及环境流体14中的声波声速作为C_n及C_a时，满足以下的关系式(12)。

(C_n/C_a)＜1    ......(12)

作为这种传播介质，可举出无机氧化物或有机高分子的干燥凝胶。作为无机氧化物的干燥凝胶，优选采用干燥硅凝胶。干燥硅凝胶例如通过以下方法获得。

首先，制作混合了四乙氧基硅烷(以下，简称TEOS)、乙醇及氨水的溶液，使其凝胶化，制作湿润凝胶。所谓湿润凝胶是指在干燥凝胶的空孔部分充满液体的状态。将该湿润凝胶的液体部分用液体二氧化碳置换，通过使用了二氧化碳的超临界干燥法去除，从而获得干燥硅凝胶。干燥硅凝胶的密度能够通过改变TEOS、乙醇及氨水的混合比来调整，声速对应于密度而变化。

干燥硅凝胶是由氧化硅的细微多孔质结构组成的材料，骨架部分被疏水化。空孔及骨架部分的大小为几nm左右。若从这种结构体的空孔部分中含有液体的状态直接将溶剂干燥，则溶剂挥发时由于毛细管现象产生较大的作用力，容易破坏骨架部分的结构。为了防止这种破损，采用没有表面张力作用的超临界干燥法，从而能够不破坏骨架部分地获得干燥凝胶体。

如以下所作详细说明，光声传播介质部52的传播介质更优选是以传播介质及环境流体14的密度分别作为ρ_n及ρ_a时，满足以下的条件式(13)。

(ρ_a/ρ_n)＜(C_n/C_a)＜1    .....(13)

光声传播介质部52的传播介质更优选是具有100kg/m³以上的密度ρ_n及300m/s以下的声速C_n。

构成该第2实施方式中采用的光声传播介质部52的干燥硅凝胶的密度ρ_n及声速C_n分别是200kg/m³及150m/s。这些值是满足专利文献1所示折射传播现象的材料。还有，空气的密度ρ_a、声速C_a在室温附近分别是1.12kg/m³、340m/s。

另外，光声传播介质部52由于实现将从环境流体14接收的声波传播到会聚点57的作用，所以若内部损失大，则到达会聚点57的声波减弱。因而，光声传播介质部52优选是采用内部损失少的材料。干燥硅凝胶是满足上述声速及密度的条件、内部损失小的。

这种干燥硅凝胶密度低，因而机械强度也低，从而，操作困难。该第2实施方式中，为了支撑光声传播介质部52设计了基座53。

声波导构件56及基座53能够以例如图5C及图5D所示的形状构成。如图5C所示，采用铝构件成形声波导构件56，以限制包括波导路外面62在内的波导路60。

另一方面，如图5D所示，准备保持光声传播介质部52的基座53。由基座53保持的光声传播介质部52的露出面限制透过面61。首先成形的是由例如多孔质陶瓷构成的基座53，将基座53镶嵌入限制透过面61的面由氟类树脂等构成的模具中，往空气内导入湿润凝胶。然后，将液体部分用液体二氧化碳置换进行干燥，从而获得光声传播介质部52和基座53被一体化的构件。

如图5D所示，使保持光声传播介质部52的基座53的A及B两端部分、图5C所示声波导构件56的C及D两端部分分别对应，利用环氧树脂等粘合材料等接合在一起，从而能够构成透过面61受光声传播介质部52限制的波导路60。

接下来，对声波导构件56所限制的波导路60及光声传播介质部52的几何学形状和声波的传播进行详细说明。

图5E放大表示波导路60的一部分。图5E中用虚线表示透过面61及波导路外面62，单点划线表示透过面61任意点上的切线的垂直线。另外，箭头55a表示声波的传播方向。

如图5E所示，在波导路60内行进的声波一边随着波导路60的形状而变化行进方向，一边在充满波导路60的环境流体14中传播。其中，向作为波导路60和光声传播介质部52界面的透过面61接触的声波成分，相对于透过面61的法线以角度θ_a入射到透过面61，以满足斯涅耳折射定律的方式，与透过面61的法线呈一定角度θ_n向光声传播介质部52折射透过，。

光声传播介质部52内部的声波传播方向的角度θ_n用下式(14)表示。在此，满足所述式(12)关系时，由式(14)求出的角度θ_n为正值，向光声传播介质部52内折射透过声波。

${\mathrm{\θ}}_n={\tan }^{-1}\sqrt{\frac{{({\mathrm{\ρ}}_n/{\mathrm{\ρ}}_a)}^2-{(C_a/C_n)}^2}{{(C_a/C_n)}^2-1}}.....\left(14\right)$

在此，式(14)中，ρ_a、C_a分别是环境流体的密度及声速，ρ_n、C_n分别是光声传播介质部52的传播介质的密度及声速。各值分别如上所述。

另一方面，波导路60和光声传播介质部52的界面上反射率R用下述式(15)表示。

$R=\frac{\frac{{\mathrm{\ρ}}_n}{{\mathrm{\ρ}}_a}-\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_a}{\tan {\mathrm{\θ}}_n}}{\frac{{\mathrm{\ρ}}_n}{{\mathrm{\ρ}}_a}+\frac{\tan {\mathrm{\θ}}_a}{\tan {\mathrm{\θ}}_n}}.....\left(15\right)$

为了使声波尽可能高效地从声波导路60向光声传播介质部52折射透过，优选反射率R小。C_n、C_a、ρ_n、ρ_a满足所述式(13)时，式(15)的分子为0的角度θ_a、θ_n必定存在。也就是说，反射率R为0。

该第2实施方式中，环境流体14及光声传播介质部52为上述的空气及干燥硅凝胶，ρ_a、C_a、ρ_n、C_n具有上述的值。若将这些值代入式(14)中，则角度θ_n约为26度。此时，如果角度θ_a为约89度，反射率R就大致为0。从而，在该第2实施方式的条件下，相对于透过面61的法线以约89度向透过面61入射声波，从而声波向角度θ_n约为26度的方向以高透过效率向光声传播介质部52的内部透过。

反射率R大致为0时的折射角度θ_n一定，约为26度，不过，通过将透過面61设计成曲面，从而能够使从透过面61的不同位置向光声传播介质部52透过的声波朝向规定点传播，并使声波会聚。另外，使波导路60沿着透过面61弯曲，从而随着声波沿波导路60传播，能够使声波一部分始终以一定的角度θ_a向透过面61入射。该第2实施方式中，基于此，可使沿波导路60传播的声波一点点向光声传播介质部52折射透过，将声波会聚在光声传播介质部52内的一点，从而实现高的接收灵敏度。

另外，式(14)所示的折射角度θ_n或式(15)所示的反射率R与声波的频率没有依赖关系，从而，不管传播的声波频率如何，都能够以高透过效率向光声传播介质部52透过声波。从而，该第2实施方式的光超声波麦克风51可高灵敏度地检测宽频带的声波。即，根据本发明的第2实施方式，能够高灵敏度地进行现有技术很难实现的高频率区域且宽频带的超声波接收，能够实现具有100kHz以上实效性频带及高灵敏度的标准麦克风。

还有，在光学透镜领域，例如日本专利第2731389号，提示了一种对从光波导侧面释放的光进行会聚的结构。不过，一般而言，在光波导路中，在金属包层和波导路的临界，光一边反复反射一边传播，与之相对，该第2实施方式的波导路60中，在波导路60的外面或侧面不反射声波。对于在光波导路60中传播的光相位不一致的情形，在该第2实施方式中传播相位一致的声波这一点很重要。如此一来，在光学领域中的这种技术被看作与该第2实施方式的构思完全不同的技术。

图6A是对波导路60和光声传播介质部52进行放大并用实线箭头表示声波传播路径的图。在此，将会聚声波的会聚点57设定在光声传播介质部52内。会聚点57如第1实施方式所述，使LDV头8对置，利用激光58，用LDV头8及LDV运算处理部9检测声波。

图6A中，以透过面61开口63上的点作为起点P₀，从靠近透过面61开口63起依次设为点P₁、P₂、P₃、····、P_n。另外，以点P₀到点P₁的距离作为L_a1，以点P₁到点P₂的距离作为L_a2，以点P_n-1到点P_n的距离作为L_an。再有，以点P₁、P₂、····P_n和会聚点57的距离分别作为L_n1、L_n2、····、L_nn。

为了使声波从开口63入射，沿波导路60内传播，再向光声传播介质部52折射透过，在会聚点57聚集，需要满足下式(16)。

$\frac{L_{a1}}{C_a}+\frac{L_{n1}}{C_n}=\frac{L_{a1}+L_{a2}}{C_a}+\frac{L_{n2}}{C_n}=\frac{L_{a1}+L_{a2}+L_{a3}}{C_a}+\frac{L_{n3}}{C_n}=...=\frac{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{ak}}}{C_a}+\frac{L_{\mathrm{nn}}}{C_n}---\left(16\right)$

声波在光声传播介质部52内的会聚点57聚集，意味着在会聚点57声波的相位取齐(一致)。即、声波从开口63到会聚点57的到达时间不管通过哪条路径时都一样。具体地说，式(16)中，最左面等号的左边表示声波在环境流体14中传播距离L_a1、在光声传播介质部52中传播距离L_n1，据此到达会聚点57的时间。另外，最左面等号的右边表示声波在环境流体14中传播距离(L_a1+L_a2)、在光声传播介质部52中传播距离L_n2，据此到达会聚点57的时间。按照同样的顺序，能够在各点P_k求出从波导路60向光声传播介质部52透过的声波到达会聚点57的时间。

将式(16)一般化，以从波导路60开口63到透过面61上沿声波传播方向的任意点P_k的波导路的距离为L_ak，从点P_k到光声传播介质部52中与点P_k不同的会聚点F(57)的距离为L_nk时，式(16)相对于1～n中任意k表示为满足下式(17)的条件。

(L_ak/C_a)+(L_nk/C_n)＝const    .......(17)

式(17)如上所述，显示从透过面61任意位置的开口63到会聚点57需要的时间不管选取哪一点都为一定。换言之，意味着，满足所述式(17)，从而在光声传播介质52内接收到的声波会聚在声波会聚点57。图5A的构成中，光声传播介质部52的声波导路60侧的形状满足式(17)。

即，如上所述，图6A是说明该原理的图，以声波导路开口63作为起点、光声传播介质部52的声波导路60内侧面61的任意点进入干燥硅凝胶52内的声波，只要在满足式(17)的声波导路内侧面61，就能会聚在声波会聚点57。这是因为光声传播介质部52内，形成构成以声波会聚点57为中心的圆筒形(部分圆筒形)波面的形状。

还有，严格地说，沿波导路60传播的声波传播距离用波导路60中央的路径算出被认为是更准确的。不过，如以下所作说明，波导路60的宽度尺寸与其长度相比非常小，从而，基于上述的近似的原因在实用上具有足够的精度。

接下来，说明限制波导路60的透过面61及波导路外面62的形状设计。透过面61及波导路外面62的形状按照如下步骤设计。

首先，波导路60开口63的大小，决定在光声传播介质部52效率良好地接收声波的波导路60的长度。根据波导路60的长度，透过面61被设计成会聚声波的形状。其后，考虑决定好的透过面61的形状和波导路60所需要的宽度，设计透过面61的形状。

波导路60开口63的大小，优选是接收的声波波长的1/2以下。这是因为当波导的宽度大于传播的声波波长的1/2时，在波导路60的内部声波容易反射，扰乱声波的传播，而很难进行准确的声波测量。

该第2实施方式中，作为一例出于接收达到频率80kHz的声波考虑，设为2.0mm，其小于频率80kHz的1/2波长2.1mm，开口63具有边长为2.0mm的正方形状。会聚部77的端部72设计成与开口63相等的尺寸。

波导路60的长度优选是，具备足够的长度，使沿波导路60内传播的声波的尽可能大的部分向光声传播介质部52折射透过。参照图12进行说明，采用折射传播型声波时，在长度L₃的范围内传播来的声波经由第2表面区域112向光声传播介质部103内部透过。图12的长度L₃及长度L₅对应于图6A所示波导路60的YZ平面上的开口63的Z方向长度及透过面61的YZ平面上的长度。如果透过面61的YZ平面上的长度、也就是波导路60的声波传播方向g₆的长度不足够长，就不能使声波充分向光声传播介质部52透过，由于接收灵敏度降低或没有接收的声波反射的影响等，而造成测量精度降低等不良影响。

该第2实施方式中，环境流体14中光声传播介质部52的法线与声波传播方向55a所成的角度θa(图5E)约为89.3度，因而，长度L₂和长度L₁的比约为L₁/L₂＝88。因此，理想上优选波导路60具有开口63约90倍以上的长度。该第2实施方式中，波导路60的开口63为2mm，设定波导路60的长度是开口63的100倍即200mm。

像这样决定开口63及波导路60的长度，根据波导路60的长度设计透过面61的形状，进而设计波导路外面的形状。

声波沿如以上构成的第2实施方式的光超声波麦克风51的波导路60传播，向光声传播介质部52透过，会聚在会聚点57，对该过程进行计算实验，用图6B～图6G表示计算求出的结果。图6B～图6G中，为了清楚地表示声波的位置或相位，只显示光超声波麦克风51的波导路60和光声传播介质部52。

图6B～图6G按时间表示声波传播的形态，图6B表示时间上最早的状态，图6G表示最晚的状态。限制图6B～图6G所示波导路60的透过面61及波导路外面62按照上述顺序设计，以使沿波导路60传播的声波会聚在会聚点57。波导路60的开口63位于上方，堵塞的终端位于下方。波导路60内由环境流体14、在此是空气充满。

图6H表示从开口63入射的声波波形。声波的中心频率约为40kHz，声波具有约5个波长的长度。图6B～图6G中，通过颜色浓淡表示光声传播介质部52内部及波导路60内部的声波的声压等级。颜色浓的部分以大气压为基准表示更高的声压，颜色淡的部分表示比大气压低的声压。相同颜色、例如黑与黑、或白与白之间相当于40kHz、也就是声波的1个波长。图6B～图6G中，波导路60非常狭窄，从而很难确认，不过，在波导路60的内部，由于空气的声速为340m/s，因此，相同颜色之间的距离、即1个波长的距离约为8.5mm。另一方面，在光声传播介质部52的内部，构成光声传播介质部52的干燥凝胶的声速为150m/s，因而同色间的距离、即1个波长的距离约为3.75mm。

图6B表示声波由开口63向波导路60传播3个波长量，正好第4个波的振幅波峰从开口63向波导路60内部传播的瞬间。在声波在波导路60内部传播的部分从与波导路60相接的透过面61向光声传播介质部52传播。在光声传播介质部52内部用浓淡表示的部分是从透过面61向光声传播介质部52折射透过的声波成分。

图6C是表示从图6B所示状态时间上稍微前进的状态，在波导路60的内部，声波沿着波导路60的形状传播。另外，还表示在波导路60内部传播的声波逐渐向光声传播介质部52折射透过、在光声传播介质部52内部传播的状态。如图6B及图6C所示，以黑白浓淡表示的声波，在波导路60内比在光声传播介质部52内，传播距开口63更长的距离。这表示波导路60内作为环境流体14的空气的声速比作为传播介质的干燥凝胶的声速快。

图6D也同样表示一部分声波随着在波导路60中传播，向光声传播介质部52折射透过、在光声传播介质部52内部传播下去的形态。由于是折射透过，因而在透过面61上以黑白浓淡表示的图形是弯折的，而在光声传播介质部52内，以黑白浓淡表示的图形一直描绘漂亮的曲线。这表示在光声传播介质部52内传播的声波相位一致。

图6E表示在波导路60的大致终端附近传播的声波和在光声传播介质部52内部朝向会聚点57逐渐会聚的声波的形态。

图6F表示声波再继续进行传播，在波导路60内部传播的声波到达波导终端，全部向光声传播介质部52折射透过，在光声传播介质部52内部的声波再朝向会聚点57会聚的形态。

图6G是在光声传播介质部52内部传播的声波的最初波面到达会聚点57。如图6G所示，黑的浓淡更浓，这表示在会聚点57，声波会聚、声压升高。

图6B～图6G中没有示出具体的数值，不过，由实验结果可知，波导路60内部由大气压中的声波产生的声压变化约为4Pa时，在会聚点57附近由大气压产生的声压变化约为34Pa。这表示声波的声压提高到8倍以上，根据该第2实施方式，可知能够高灵敏度地测量环境流体中的声波。

像这样，根据第2实施方式，通过将声波折射，从环境流体14向光声传播介质部52透过，从而，可抑制在声阻不同的界面上的声波反射，能够将声波高效地向光声传播介质部52透过。另外，配置光声传播介质部52以构成由环境流体14充满的波导路60的一面，对与波导路60相接的面的形状进行设计，以使随着在波导路60中传播，声波的一部分向光声传播介质部52透过，并会聚在规定的会聚点57，从而，能够使一点点向光声传播介质部52透过的声波的相位一致地会聚在会聚点57。因此，能够利用从波导路60开口63入射的声波的大部分使声波会聚，可提高接收的声波声压。据此，能够高灵敏度地检测声波。

还有，该第2实施方式的光超声波麦克风51中，波导路60的终端封闭。可是，波导路60也可以开放其终端。图6I所示第2实施方式变形例的光超声波麦克风51A中，波导路60的终端64A被开放。当沿波导路60传播的声波能量比较高，无须摄取全部能量时，沿波导路60传播的声波中没有透过传播介质部52的那部分在终端反射，从波导路60去除，不会造成不良影响。根据声波接收器103，由于波导路60的终端64被开放，因而能够去除没有透过光声传播介质部52的声波。从而，能够不扰乱接收的声波，准确地对目标声波进行检测。这种情况下，波导路60的长度也可以比如上所述由其与开口的关系决定的最佳长度短。

图7是在所述光超声波麦克风51中，根据用LDV头8对干燥硅凝胶52内部的声波传播进行2维扫描测量所得的传播时间的结果，表示声波传播的等相位面(波面)72的状况。在此，作为光传播介质部52的一例，使用密度270kg/m³、声速145m/s的干燥硅凝胶。此时各点上的入射角为89.5度，折射角为26度。依据该声速值设计曲面。声传播方向71、等相位面72能够观察到声波沿干燥硅凝胶52以圆筒波形式朝向声波会聚点57传播，确认了符合理论设计的动作。

图8是表示声波会聚点57附近光超声波麦克风51的LDV输出波形(振幅测量波形)81一例的图。与第1实施方式同样，是检测声波在中心频率40kHz、驱动信号1波长下从宽频带高频扬声器放射的结果。考虑中心频率40kHz，设定声波导路60的宽度和初始高度(开口部54上的高度)都为4mm。作为光声传播介质部52的光声传播介质一例的干燥硅凝胶的厚度也是4mm。对在干燥硅凝胶52中往返的激光58进行测量时，采用使用了波长633nm的He-Ne激光器的外差方式的激光多普勒振动仪(LDV头8)作为光源及光检测装置的一例。由声波产生的光的调制为频率调制。基座3采用铝材。从He-Ne激光器照射的激光58，经由位于干燥硅凝胶52表面侧的基座53的测量用通孔(在会聚点57形成的通孔)53a向干燥硅凝胶52入射，沿厚度方向贯通干燥硅凝胶52后，沿光路径反向传播，在干燥硅凝胶52里面侧的基座53内面反射，之后，再沿厚度方向贯通干燥硅凝胶52，从位于干燥硅凝胶52表面侧的所述基座53的通孔53a射出，回到LDV头8。从而，用于声波测量的光路径是干燥硅凝胶52厚度4mm的2倍，为8mm。

由图8的结果可知，与第1实施方式同样具有极宽频带的接收特性。根据图8的波形，峰值位移约为5nm。由式(11)换算的声压P约为54.2Pa左右。音响喇叭终端的输入换算声压为25Pa左右，能够确认2倍左右的会聚效果。此时，所述测量换算的声压和所述输入换算声压，在数量级上非常一致，对所述测量换算的声压适当校正，从而能够进行极准确的声压测量。

第2实施方式中，将声波在干燥硅凝胶52内部会聚，从而能够更高灵敏度地进行宽频带接收。

(第3实施方式)

图9表示本发明第3实施方式的光超声波麦克风91的YZ截面图。图9所示构成中，与图1A及图1B所示第1实施方式的不同在于，LDV头8及作为光声传播介质部2一例的干燥硅凝胶的相对位置关系不同和存在反光镜92。94模拟表示干燥硅凝胶2中声波的声波传播方向，93模拟表示声波传播的等相位面(波面)。

即，LDV头8与反光镜92对置配置，且LDV头8的光轴不是沿光声传播介质部52的厚度方向、而是沿与厚度方向正交的方向。优选是如图9所示，LDV头8的光轴相对于形成矩形光声传播介质部2的声波导路6一部分的上面2a倾斜配置。更详细地说，沿着与声波从该上面2a进入光声传播介质部2内时的声波传播方向94正交的方向，配置在LDV头8和反光镜9之间形成的光路径。从LDV头8射出的激光10进入光声传播介质部2内，在光声传播介质部部2内沿着声波传播的等相位面(波面)93行进，经由与LDV头8对置配置的反光镜92反射，再沿相同光路径行进，在光声传播介质部2内沿着声波传播的等相位面93行进，从光声传播介质部2内出来，由LDV头8接收。LDV头8无需进行扫描而固定配置。

如第1实施方式的图4所示，干燥硅凝胶2内的声波传播为平面波状，很好地形成直线性波面42。第3实施方式正是利用了该现象，与波面93平行地长距离传播激光10。光与声波相比较，能够以压倒性高速进行传播，因此，不存在时间上的延迟，通过延长光路长从而能够提高灵敏度。因而，根据第3实施方式，作为一例，能够将第1实施方式中8mm的光路长延长到45mm左右，即使考虑声波和光重叠发生相互作用的实效路径长，也能够提高5倍左右的灵敏度。

图10是表示本发明第3实施方式的变形例的光超声波麦克风95的局部透视状态的立体图。图10所示构成中，与图9所示第3实施方式的不同在于，LDV头8及反光镜92与干燥硅凝胶2的相对位置关系，还在于设有反射面98及光透过窗96、97。

图10的光超声波麦克风95中，在透明支撑板7和干燥硅凝胶的光声传播介质部2的临界面形成光反射面98。光反射面98能够通过在透明支撑板7的一面上蒸镀铝等金属而容易形成。激光10经由设置在透明支撑板7一部分上的光透过窗96及97而生成。还有，图10中为了说明该第3实施方式的动作，方便起见，利用透视图表示光反射面98背面的结构。光透过窗96、97能够在往透明支撑板7上蒸镀金属之时采用密接掩模而作成。光透过窗96、97配置在沿着声波传播的等相位面93的方向。LDV头8及反光镜92分别配置在光透过窗96及97上，利用没有图示的保持机构保持规定的入射角、反射角。

从而，根据所述构成，从LDV头8射出的激光10，通过光透过窗96，向硅纳米多孔体的光声传播介质部2入射，一边经由硅纳米多孔体的光声传播介质部2的与基座3的临界面(基座3的凹部底面3c)及光反射面98以规定的角度进行反射，一边在等位相面93内传播。例如，从光透过窗96入射到光声传播介质部2的激光10，透过了光声传播介质部2后，经基座3的凹部底面3c反射，再透过光声传播介质部2后，经光反射面98进行反射。经光反射面98反射的激光10透过光声传播介质部2后，经基座3的凹部底面3c反射，再透过光声传播介质部2后，经光反射面98进行反射。经过反复如此，使激光10沿着等相位面93在光声传播介质部2内传播，之后，到达光透过窗97的激光10透过光透过窗97，经由反光镜92向入射方向反射，反向传播，通过光透过窗96，到达LDV头8。激光10的传播速度比硅纳米多孔体2内的声速高约6个数量级，因此，在等相位面93的传播方向94上的移动能够忽视。当以光透过窗96、97的间隔为D、以硅纳米多孔体2内的激光10反射角为θ、以硅纳米多孔体2的厚度为t时，式(18)的关系成立。在此，N是反复次数，L是从LDV头8到反光镜92的单程光路长。

D＝2Nt tanθ，L＝N(2t/cosθ)

                ......(18)

根据所述式(18)的关系，例如若以光透过窗96、97的间隔D为22mm、反射角θ为5度、硅纳米多孔体2的厚度t为4mm，则从LDV头8到反光镜92的单程来回反复次数N为31次。此时单程光路长L约为249mm，因此，整个光路长约为500mm，与第1实施方式相比能够实现约60倍的光路长，能够飞跃性地提高灵敏度。

第3实施方式中，除了第1实施方式的作用効果，还利用沿干燥硅凝胶传播的声波等相位面的空间上的广度，来谋求光路长的扩大，能够大幅度提高折射率变化检测的灵敏度。

还有，通过所述各种实施方式中任意实施方式进行适当组合，也能够达到它们具有的各自效果。

工业上的可利用性

根据本发明的光超声波麦克风，能够实现现有技术很难进行的高频率区域且宽频带的超声波接收，能够实现具有100kHz以上实效频带的标准麦克风。

本发明参照附图对优选实施方式进行了充分叙述，不过，对于熟悉了该技术的人们而言显然能够进行各种变形或修改，而这些变形或修改只要没有脱离根据附加的技术方案请求保护的本发明的范围，就应该被理解为包含在本发明的范围中。

Claims (13)

1.一种光超声波麦克风，对充满气体的周围空间进行声波接收，其特征在于，包括：

基座，其具有从所述周围空间接收所述声波的开口部和传递经由所述开口部接收的所述声波的声波导路，并保持光声传播介质部，该光声传播介质部构成所述声波导路至少一部分并传播从所述声波导路来的所述声波和光，

光源，其对所述光声传播介质部照射所述光，

光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，检测所述声波对所述光的调制，和

运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；

所述光声传播介质部的光声传播介质的密度ρ_n及声速C_n，与充满所述声波导路的气体密度ρ_a及声速C_a之间满足下式。

(ρ_a/ρ_n)＜(C_n/C_a)＜1

2.根据权利要求1所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光声传播介质部由无机氧化物或有机高分子的干燥凝胶构成。

3.根据权利要求2所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述干燥凝胶具有密度100kg/m³以上、声速300m/s以下的物理性质。

4.根据权利要求2或3所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述干燥凝胶的固体骨架部进行了疏水化处理。

5.根据权利要求1～3任意一项所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光源为激光光源。

6.根据权利要求5所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光检测装置检测来自所述激光光源的激光的频率调制。

7.根据权利要求6所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光源和所述光检测装置由激光多普勒检测装置兼构成。

8.一种光超声波麦克风，其特征在于，包括：

声波导构件，其具有第1开口，该声波导构件规定使从所述第1开口入射的声波向声波传播方向传播的声波导路；

光声传播介质部，其与所述声波导路相对配置，具有设于所述声波导路的透过面，所述透过面沿着所述声波的传播方向构成所述声波导路的一个面，所述透过面构成为，随着所述声波在所述声波导路中传播而分别使所述声波的一部分从所述透过面向所述光声传播介质部透过会聚在会聚点，

光源，其对所述光声传播介质部的所述会聚点照射光，

光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，并对由于会聚在所述会聚点的所述声波产生的所述光的调制进行检测，和

运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；

所述光声传播介质部含有充满所述透过面和所述会聚点之间的传播介质，

所述声波导路由环境流体充满，所述光声传播介质部的光声传播介质的密度ρ_n及声速C_n，与充满所述声波导路的所述环境流体的密度ρ_a及声速C_a之间，满足

(ρ_a/ρ_n)＜(C_n/C_a)＜1

的关系，

以从所述声波导路的所述第1开口到所述透过面上沿所述声波传播方向的任意点P_k的所述声波导路的长度为L_ak、从所述任意点P_k到所述会聚点的长度为L_nk时，相对于任意k满足

(L_ak/C_a)+(L_nk/C_n)＝const.

的关系。

9.根据权利要求8所述的光超声波麦克风，其特征在于，在所述声波导路的所述第1开口前端连接着音响喇叭。

10.根据权利要求1～3、8、9任意一项所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述声波导路的高度及宽度是由所述麦克风接收的超声波波长的1/2以下。

11.根据权利要求1～3、8、9任意一项所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述声波导路由所述基座和所述光声传播介质部构成，且使所述声波导路的高度越向所述声波导路的终端侧越减小。

12.根据权利要求1～3、8、9任意一项所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述周围空间中的气体是空气。

13.根据权利要求1～3任意一项所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光源和所述光检测装置由激光多普勒检测装置兼构成，

沿着与所述声波从所述光声传播介质部一个面进入所述光声传播介质部内时的所述声波的声波传播方向正交的方向，配置所述激光多普勒检测装置的光轴，

还具备反光镜，该反光镜沿着所述激光多普勒检测装置的光轴且与所述激光多普勒检测装置相对配置，

在所述激光多普勒检测装置和所述反光镜之间且所述光声传播介质部内构成光路径。

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