JP2001292498A - Acoustoelectric transducer - Google Patents
Acoustoelectric transducerInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は音響電気変換装置に
係り、特に発光素子として垂直空洞表面発光型レーザー
ダイオード(VCSEL)を用いた音響電気変換装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acoustoelectric converter, and more particularly to an acoustoelectric converter using a vertical cavity surface emitting laser diode (VCSEL) as a light emitting element.
【0002】[0002]
【従来の技術】VCSELを用いた超小型音響電気変換
装置として光マイクロフォン装置が知られており、その
一例が本願の発明者らによって先願として特願平11−
345438号に提案されている。このような光マイク
ロフォン素子を複数個組み合わせて周波数帯域幅の広い
指向性マイクロフォン装置を構成することも提案されて
いる。しかし、従来の光マイクロフォン装置では複数の
素子を組み合わせて装置を構成する場合においても発光
素子と振動板とは1:1の関係で用いられており、した
がって複数の光マイクロフォン素子を組み合わせる場合
も複数対の振動板と発光素子との組み合わせが必要であ
った。2. Description of the Related Art An optical microphone device is known as a miniature acoustoelectric conversion device using a VCSEL.
345438. It has also been proposed to construct a directional microphone device having a wide frequency bandwidth by combining a plurality of such optical microphone elements. However, in a conventional optical microphone device, even when a device is configured by combining a plurality of elements, a light-emitting element and a diaphragm are used in a one-to-one relationship, and thus a plurality of optical microphone devices may be combined. A combination of a pair of diaphragms and a light emitting element was required.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このように振動板と発
光素子との関係が1:1となるような装置においては、
振動板を近接して配置することができなかったり、ある
いは形状が大きくなってしまう等の欠点があった。その
ため小型で広帯域な周波数特性を持つ指向性光マイクロ
フォン装置を実現することが困難であった。またVCS
ELの発光素子は高価であるため、発光素子を振動板の
数だけ用いることはコストアップにつながり好ましいこ
とではなかった。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、発光素子1つに対して複数の振動板
が対応できるような構成とすることにより発光素子の数
を削減し、小型で周波数帯域幅の広い指向性を持つ音響
電気変換装置を提供することを目的とする。In such an apparatus in which the relationship between the diaphragm and the light emitting element is 1: 1 as described above,
There were drawbacks such as that the diaphragm could not be arranged close to or that the shape became large. Therefore, it has been difficult to realize a small directional optical microphone device having a wide frequency characteristic. Also VCS
Since the EL light emitting element is expensive, using the same number of light emitting elements as the number of diaphragms is not preferable since it leads to an increase in cost. SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve the above-described problem, and to reduce the number of light-emitting elements by using a configuration in which a plurality of diaphragms can correspond to one light-emitting element. An object is to provide an acoustoelectric conversion device having a wide directivity.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明の音響電気変換装
置は、筐体内に互いに独立して固定され、音圧により振
動する複数の振動板と、前記振動板に光ビームを照射す
る光源と、前記それぞれの振動板からの反射光を受光
し、前記それぞれの振動板の振動に対応する信号を出力
する複数の受光素子とを備える。前記複数の振動板は音
響共振周波数がそれぞれ異なるようその形状を規定する
ことが出来る。また、前記複数の振動板は異なる平面上
に配置することも、同一平面上に配置することも出来
る。さらに、前記光源と前記複数の受光素子とを同一平
面上に配置することも出来る。An acoustoelectric transducer according to the present invention comprises a plurality of diaphragms fixed independently of each other in a housing and vibrating by sound pressure, and a light source for irradiating the diaphragm with a light beam. And a plurality of light receiving elements that receive reflected light from the respective diaphragms and output signals corresponding to the vibrations of the respective diaphragms. The shapes of the plurality of diaphragms can be defined so that acoustic resonance frequencies are different from each other. Further, the plurality of diaphragms can be arranged on different planes or on the same plane. Further, the light source and the plurality of light receiving elements can be arranged on the same plane.
【0005】前記音響電気変換装置において、前記複数
の振動板のいくつかはハーフミラー効果を発揮する。ま
た、前記音響電気変換装置において、前記光ビームが前
記筐体内に配置されたハーフミラー素子を介して分配さ
れ、前記それぞれの振動板に照射されるように構成する
ことも出来る。さらに、前記光源は垂直空洞表面発光レ
ーザー素子とすることが好ましい。In the acoustoelectric conversion device, some of the plurality of diaphragms exhibit a half mirror effect. Further, in the acoustoelectric conversion device, the light beam may be distributed via a half mirror element disposed in the housing, and may be applied to the respective diaphragms. Further, the light source is preferably a vertical cavity surface emitting laser device.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施の形態を示
す音響電気変換装置の断面図である。筐体1内には複数
個の振動板2a,2b,2cが階段状に縦方向に配置さ
れて取り付けられている。発光素子3はこれら縦方向に
配列された振動板の下部に載置されている。また発光素
子3の載置された同一平面上に受光素子4a,4b,4
cがそれぞれ配列されて載置されている。なお筐体1の
外壁面及び振動板2a,2b,2cの取り付け部材及び
発光素子3や受光素子4a〜4cの取り付け板には外部
からの音波を入射するための開口5が設けられている。
このような開口5を設けることによって、各振動板2a
〜2bの前面及び裏面から音波が入射されるように構成
されている。これにより光マイクロフォン装置は振動板
の前面及び裏面に双指向性を有するようになる。FIG. 1 is a cross-sectional view of an acoustoelectric converter according to an embodiment of the present invention. A plurality of diaphragms 2a, 2b, 2c are arranged in the vertical direction in a stepwise manner in the housing 1. The light emitting element 3 is mounted below the vibration plates arranged in the vertical direction. The light receiving elements 4a, 4b, 4 are placed on the same plane on which the light emitting element 3 is mounted.
c are arranged and mounted respectively. An opening 5 through which sound waves from the outside are incident is provided on the outer wall surface of the housing 1, the mounting members of the vibration plates 2a, 2b, 2c and the mounting plates of the light emitting element 3 and the light receiving elements 4a to 4c.
By providing such an opening 5, each diaphragm 2a
2b are configured to receive sound waves from the front and back surfaces. As a result, the optical microphone device has bidirectionality on the front and back surfaces of the diaphragm.
【0007】また発光素子3としてはVCSELを用い
るのが望ましい。発光素子3から放射されたレーザー光
は振動板2aに入射し、一部は反射して受光素子4aに
入射する。また、その一部はこの振動板2aを透過して
振動板2bに入射される。振動板2bに入射した光は、
ここでも一部が反射されて受光素子4bに入射する。ま
た振動板2bを透過した光は振動板2cに入射し、ここ
で反射して受光素子4cに入射する。したがって振動板
2aと2bとはハーフミラー効果を発揮する材質を使用
する必要がある。振動板2a,2b,2cは音響共振周
波数がそれぞれ異なるようにその形状を規定する。It is desirable to use a VCSEL as the light emitting element 3. The laser light emitted from the light emitting element 3 enters the diaphragm 2a, and a part of the laser light is reflected and enters the light receiving element 4a. A part of the light passes through the diaphragm 2a and is incident on the diaphragm 2b. The light incident on the diaphragm 2b is
Here also, a part of the light is reflected and enters the light receiving element 4b. The light transmitted through the diaphragm 2b is incident on the diaphragm 2c, reflected there, and incident on the light receiving element 4c. Therefore, it is necessary to use a material exhibiting a half mirror effect for the diaphragms 2a and 2b. The shapes of the diaphragms 2a, 2b, 2c are defined so that the acoustic resonance frequencies are different from each other.
【0008】図1に示す例では振動板のサイズをそれぞ
れ変化させている。したがってサイズの小さい振動板2
cはより高い共振周波数を持ち、サイズの大きい振動板
2aは低い共振周波数を有する。このようにそれぞれ形
状が異なる振動板を用いて3つの振動板からの出力を積
算して得られる周波数特性は広帯域周波数特性となる。
すなわち、受音特性が3つの振動板2a,2b,2cの
ピーク特性を合成した形になるため、所望の周波数範囲
においてゲイン(利得)を高くすることができるのであ
る。In the example shown in FIG. 1, the size of the diaphragm is changed. Therefore, the diaphragm 2 having a small size
c has a higher resonance frequency, and the large-sized diaphragm 2a has a lower resonance frequency. As described above, the frequency characteristics obtained by integrating outputs from the three diaphragms using the diaphragms having different shapes are broadband frequency characteristics.
That is, since the sound receiving characteristic has a form in which the peak characteristics of the three diaphragms 2a, 2b, and 2c are combined, the gain can be increased in a desired frequency range.
【0009】またこれら3つの受光素子4a〜4bの出
力を積算して得られる出力特性は振動板の後方において
は他の振動板や発光素子3、受光素子4a〜4cの影響
を受け、多少のゲインは損なわれるものの、開口5によ
って振動板が自由振動できるため前後方向に鋭い指向性
を持つことができる。なお、図1において発光素子3と
受光素子4とは同一平面上に配置されているが必ずしも
同一平面上に配置する必要はない。また、複数の振動板
2a〜2cは音響共振周波数がそれぞれ異なるようにそ
の形状を規定すればよく、必ずしもサイズのみを異なる
ように形成する必要はなく、厚さを変えることにより音
響共振周波数がそれぞれ異なるように形成することも可
能である。The output characteristics obtained by integrating the outputs of the three light receiving elements 4a to 4b are affected by other diaphragms, the light emitting element 3, and the light receiving elements 4a to 4c behind the diaphragm. Although the gain is impaired, the diaphragm can freely vibrate through the opening 5, so that it can have sharp directivity in the front-rear direction. Although the light emitting element 3 and the light receiving element 4 are arranged on the same plane in FIG. 1, they need not always be arranged on the same plane. Further, the shapes of the plurality of diaphragms 2a to 2c may be defined so that the acoustic resonance frequencies are different from each other, and it is not always necessary to form the plurality of vibration plates only in different sizes. It can also be formed differently.
【0010】図2は本発明の他の実施の形態に係る音響
電気変換装置の断面図である。本実施の形態では振動板
2a,2bを同一平面上に配置している。さらに、発光
素子3と受光素子4a,4bを同一平面上に配置してい
る。また筐体1内の所定位置にハーフミラー6を配置し
ている。発光素子3から放射された光はハーフミラー6
によりその一部が反射し、振動板2aに当たってそこで
反射し受光素子4aに入射する。一方ハーフミラー6を
透過した一部の光は振動板2bに入射してそこで反射し
受光素子4bに入射する。このように発光素子3から照
射された光はハーフミラー6によって分配され、それぞ
れ振動板2a,2bにより反射して受光素子4a,4b
に入射する。FIG. 2 is a sectional view of an acoustoelectric conversion device according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, diaphragms 2a and 2b are arranged on the same plane. Further, the light emitting element 3 and the light receiving elements 4a and 4b are arranged on the same plane. Further, a half mirror 6 is arranged at a predetermined position in the housing 1. The light emitted from the light emitting element 3 is a half mirror 6
A part of the light is reflected, hits the diaphragm 2a, reflects there, and enters the light receiving element 4a. On the other hand, part of the light transmitted through the half mirror 6 enters the diaphragm 2b, is reflected there, and enters the light receiving element 4b. The light emitted from the light emitting element 3 is distributed by the half mirror 6 and reflected by the diaphragms 2a and 2b, respectively, and is reflected by the light receiving elements 4a and 4b.
Incident on.
【0011】図2に示す構成では図1に示す構成と比べ
て縦方向の長さを短くすることができるためより小型化
された音響電気変換装置が実現できる。なお、図2に示
す実施の形態においても振動板2a,2bの形状を異な
らせることによりそれぞれの音響共振周波数が異なるよ
うにすることができる。これによって合成された音響特
性が広い周波数帯域においてゲインを均一にすることが
できる。また、発光素子3としてVCSELを用いると
発光ビームの径を極めて細くすることができ、しかも焦
点距離の設定がかなり自由にできるために振動板と発光
素子との距離に自由度を持たせることができる。In the configuration shown in FIG. 2, the length in the vertical direction can be reduced as compared with the configuration shown in FIG. 1, so that a more compact acoustoelectric converter can be realized. In the embodiment shown in FIG. 2, the acoustic resonance frequencies of the diaphragms 2a and 2b can be made different by making the shapes of the diaphragms 2a and 2b different. As a result, the combined acoustic characteristics can make the gain uniform in a wide frequency band. When a VCSEL is used as the light emitting element 3, the diameter of the light emitting beam can be made extremely small, and the focal length can be set quite freely, so that the degree of freedom between the diaphragm and the light emitting element can be increased. it can.
【0012】このように本発明では振動板を互いに近接
して配置することができ、しかも振動板と振動板との間
に障害物がないように構成することもできるため、各々
の振動板による双指向性を積算して指向性が極めて鋭く
周波数特性が高域まで延びた指向性マイクロフォン装置
を実現することができる。As described above, according to the present invention, the diaphragms can be arranged close to each other, and furthermore, the diaphragm can be configured so that there is no obstacle between the diaphragms. By integrating the bidirectional characteristics, it is possible to realize a directional microphone device in which the directivity is extremely sharp and the frequency characteristic extends to a high frequency range.
【0013】[0013]
【発明の効果】以上説明したように、本発明では発光素
子と分離して複数の振動板を1個の発光素子に対して複
数個配置するようにしたため、コスト的に優位な指向性
音響電気変換装置を実現することができる。またそれぞ
れの振動板の大きさを変えることにより極めて効率よく
小型で鋭い指向性を持った音響電気変換装置を実現する
ことができる。As described above, in the present invention, a plurality of diaphragms are arranged for one light emitting element separately from the light emitting element. A conversion device can be realized. In addition, by changing the size of each diaphragm, it is possible to realize a very small and efficient acoustoelectric transducer with sharp directivity.
【図1】本発明の一実施形態に係る音響電気変換装置の
構造を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a structure of an acoustoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の他の実施形態に係る音響電気変換装置
の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of an acoustoelectric conversion device according to another embodiment of the present invention.
1 筐体 2 振動板 3 発光素子 4 受光素子 5 開口 Reference Signs List 1 housing 2 diaphragm 3 light emitting element 4 light receiving element 5 opening
Claims (8)
により振動する複数の振動板と、 前記振動板に光ビームを照射する光源と、 前記それぞれの振動板からの反射光を受光し、前記それ
ぞれの振動板の振動に対応する信号を出力する複数の受
光素子と、を備えたことを特徴とする音響電気変換装
置。1. A plurality of diaphragms independently fixed in a housing and vibrating by sound pressure, a light source for irradiating the diaphragm with a light beam, and receiving reflected light from each of the diaphragms. And a plurality of light receiving elements for outputting signals corresponding to the vibrations of the respective diaphragms.
いて、 前記複数の振動板は音響共振周波数がそれぞれ異なるよ
うその形状が規定されていることを特徴とする音響電気
変換装置。2. The acoustoelectric transducer according to claim 1, wherein the plurality of diaphragms are defined in a shape such that acoustic resonance frequencies are different from each other.
置において、 前記複数の振動板が異なる平面上に配置されていること
を特徴とする音響電気変換装置。3. The acoustoelectric transducer according to claim 1, wherein the plurality of diaphragms are arranged on different planes.
置において、 前記複数の振動板が同一平面上に配置されていることを
特徴とする音響電気変換装置。4. The acoustoelectric transducer according to claim 1, wherein the plurality of diaphragms are arranged on the same plane.
音響電気変換装置において、 前記光源と前記複数の受光素子とが同一平面上に配置さ
れていることを特徴とする音響電気変換装置。5. The acoustoelectric conversion device according to claim 1, wherein the light source and the plurality of light receiving elements are arranged on the same plane. apparatus.
いて、 前記複数の振動板のいくつかがハーフミラー効果を発揮
することを特徴とする音響電気変換装置。6. The acousto-electric transducer according to claim 1, wherein some of the plurality of diaphragms exhibit a half-mirror effect.
いて、 前記光ビームを前記筐体内に配置されたハーフミラー素
子を介して分配し、前記それぞれの振動板に照射するこ
とを特徴とする音響電気変換装置。7. The acousto-electric conversion device according to claim 1, wherein the light beam is distributed via a half mirror element disposed in the housing, and is irradiated on the respective diaphragms. Acoustoelectric conversion device.
音響電気変換装置において、 前記光源が垂直空洞表面発光レーザー素子であることを
特徴とする音響電気変換装置。8. The acoustoelectric converter according to claim 1, wherein the light source is a vertical cavity surface emitting laser device.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000108471A JP2001292498A (en) | 2000-04-10 | 2000-04-10 | Acoustoelectric transducer |
| CNB008170061A CN1213635C (en) | 1999-12-13 | 2000-12-11 | Optical Acoustoelectric Transducer |
| PCT/JP2000/008743 WO2001043494A1 (en) | 1999-12-13 | 2000-12-11 | Optical acoustoelectric transducer |
| EP00981656A EP1239698A4 (en) | 1999-12-13 | 2000-12-11 | Optical acoustoelectric transducer |
| KR1020027007430A KR100637563B1 (en) | 1999-12-13 | 2000-12-11 | Optical acoustic-electric inverter |
| US10/149,011 US7391976B2 (en) | 1999-12-13 | 2000-12-11 | Optical acoustoelectric transducer |
| DE1239698T DE1239698T1 (en) | 1999-12-13 | 2000-12-11 | OPTICAL ELECTROACOUSTIC TRANSFORMER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000108471A JP2001292498A (en) | 2000-04-10 | 2000-04-10 | Acoustoelectric transducer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=18621303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000108471A Pending JP2001292498A (en) | 1999-12-13 | 2000-04-10 | Acoustoelectric transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001292498A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7134343B2 (en) | 2003-07-25 | 2006-11-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Opto-acoustoelectric device and methods for analyzing mechanical vibration and sound |
| JP2007195164A (en) * | 2005-12-22 | 2007-08-02 | General Electric Co <Ge> | Interconnect structure for transducer assembly |
| US7293463B2 (en) | 2004-04-30 | 2007-11-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Acoustoelectric conversion device |
-
2000
- 2000-04-10 JP JP2000108471A patent/JP2001292498A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7134343B2 (en) | 2003-07-25 | 2006-11-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Opto-acoustoelectric device and methods for analyzing mechanical vibration and sound |
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