振動検出装置
【課題】光学的にディジタル振動検出を行う振動検出装置において装置の小型化を図ることが可能な振動検出装置を提供する。
【解決手段】光源１０からのレーザ光Ｌoutを、偏光ビームスプリッタ１３０によって２つの光路（第１および第２の光路）に分離して進行させる。この際、第１の光路（反射光路）においてλ／４板１６１を介して振動膜１５１により反射されたＳ波成分ｓ１（反射光）と、第２の光路（参照光路）においてλ／４板１６２を介して反射板１５２により反射されたＰ波成分ｐ１（参照光）とを、互いに干渉させて干渉縞を形成する。そしてこの干渉縞に基づき、振動膜１５１の振動を量子化して検出する。従来と比べてよりコンパクトな構成によって、振動膜１５１の振動が光学的にディジタル検出される。
【解決手段】光源１０からのレーザ光Ｌoutを、偏光ビームスプリッタ１３０によって２つの光路（第１および第２の光路）に分離して進行させる。この際、第１の光路（反射光路）においてλ／４板１６１を介して振動膜１５１により反射されたＳ波成分ｓ１（反射光）と、第２の光路（参照光路）においてλ／４板１６２を介して反射板１５２により反射されたＰ波成分ｐ１（参照光）とを、互いに干渉させて干渉縞を形成する。そしてこの干渉縞に基づき、振動膜１５１の振動を量子化して検出する。従来と比べてよりコンパクトな構成によって、振動膜１５１の振動が光学的にディジタル検出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体の変位を光学的に検出する振動検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳＡＣＤ（Super Audio Compact Disc）や２４ｂｉｔ−９６ｋＨｚのサンプリングを利用した録音方式等が用いられ、高音質化が主流になりつつある。このような流れの中、従来のアナログ方式のマイクロホン装置は、特に２０ｋＨｚ以上の高域の音声の収録に限界があるため、上記録音方式の特徴である高域の再生を生かしてコンテンツを収録しようとする場合に、ボトルネックになっていた。
【０００３】
また、ダイナミックレンジに関しても、上記録音方式の特徴である２４ｂｉｔビット録音により可能な１４４ｄＢまで及ばず、広範なダイナミックレンジを十分に生かしきれていなかった。
【０００４】
さらに、録音現場においては、従来のアナログ方式のマイクロホン装置では、アナログケーブルでの長距離の引き回しに起因してノイズが増加してしまったり、コンデンサマイクに対してミキシングコンソールからファンタム電源を供給しなければならず、録音・制作システムにおける全ディジタル化の障害となっていた。
【０００５】
そこで、近年、ディジタル方式のマイクロホン装置がいくつか提案されている（例えば、特許文献１，２）。また、これらに関連する技術として、例えば特許文献３に開示されたような変位検出装置が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０８９９８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７８０９９号公報
【特許文献３】特開２００３−３２２５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１では、レーザ光源とマッハ・ツェンダ干渉計とを用いて振動板の振動を検出することにより、ディジタルの音声信号を出力するようになっている。
【０００８】
一方、上記特許文献２では、レーザ光源および振動板を含むΔΣ（デルタ・シグマ）変調器を構成するようにしている。よって、ΔΣ変調器の作用により、簡易な構成で１ｂｉｔのディジタル音声信号を得ることができると共に、ノイズシェービング効果を利用して可聴帯域内の音声信号の低ノイズ化を図ることができると考えられる。
【０００９】
ところが、これら特許文献１，２に記載されたものを含め、従来のレーザ光を利用したディジタル方式のマイクロホン装置（より一般的には、振動検出装置）は、いずれも構成が複雑なものであることから、装置の小型化を図るのが困難であり改善の余地があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光学的にディジタル振動検出を行う振動検出装置において装置の小型化を図ることが可能な振動検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の振動検出装置は、レーザ光を発する光源と、干渉計と、検出手段とを備えたものである。ここで、上記干渉計は、レーザ光を反射可能な振動体および反射体と、偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタと振動板との間に配設された第１の１／４波長板と、偏光ビームスプリッタと反射体との間に配設された第２の１／４波長板とを含んで構成され、光源から発せられたレーザ光を偏光ビームスプリッタによって第１および第２の光路に分離して進行させると共に、第１の光路において振動体により反射された反射光と第２の光路において反射体により反射された参照光とを互いに干渉させて干渉縞を形成するものである。また、上記検出手段は、形成された干渉縞に基づき振動体の振動を量子化して検出するものである。
【００１２】
本発明の振動検出装置では、光源から発せられたレーザ光が、干渉計に含まれる偏光ビームスプリッタによって２つの光路（第１および第２の光路）に分離されて進行する。この際、第１の光路（反射光路）では、反射光が第１の１／４波長板を介して振動体により反射され、第２の光路（参照光路）では、参照光が第２の１／４板を介して反射体により反射され、これら反射光と参照光とが互いに干渉して干渉縞が形成される。そしてこの干渉縞に基づき、振動体の振動が量子化されて検出される。また、このような干渉計の構成により、従来と比べて装置構成がよりコンパクトとなる。
【００１３】
本発明の振動検出装置では、上記反射光の偏光方向と参照光の偏光方向とが互いに直交するものである場合には、上記干渉計が偏光ビームスプリッタと検出手段との間に第１の偏光板を有するようにするのが好ましい。ここで、上記第１の偏光板は、反射光の偏光方向および参照光の偏光方向からそれぞれ４５度傾いた方向に偏光軸が設定されたものである。このように構成した場合、第１の偏光板の作用によって互いに直交する偏光方向の光同士の干渉が可能となり、これにより干渉縞が形成される。
【００１４】
本発明の振動検出装置では、上記検出手段が、４つの光電変換素子と、演算手段と、図形生成手段と、カウンタとを有するようにするのが好ましい。ここで、上記４つの光電変換素子は、干渉縞を互いに位相が９０度ずれた状態で検出するものである。また、上記演算手段は、４つの光電変換素子からの出力信号のうちの互いに位相が１８０度異なる出力信号同士の差分をとって２つの差分信号を生成するものである。また、上記図形生成手段は、２つの差分信号をそれぞれ信号点とみなして平面上に円状または円弧状のリサージュ図形を生成するものである。また、上記カウンタは、生成されたリサージュ図形上において、信号点が所定の基準点を通過する回数をカウントするものである。このように構成した場合、カウンタによってリサージュ図形上での信号点の通過回数がカウントされることで、振動体の振動の変位が量子化されて検出される。また、互いに位相が９０度異なる４つの光電変換素子からの４つの出力信号のうちの互いに位相が１８０度異なる出力信号同士の差分から２つの差分信号が生成されると共にこれら２つの差分信号に基づいてリサージュ図形が生成されるため、光電変換素子からの出力信号にＤＣ（直流）オフセット成分が生じていた場合でもこのＤＣオフセット成分取り除かれ、これにより振動体の振動の変位を安定して検出することが可能となる。
【００１５】
この場合において、上記４つの光電変換素子がそれぞれ単一の基板面上に形成されると共に、上記干渉計が、光分岐部と、第３の１／４波長板と、第２の偏光板とを有するようにするのがより好ましい。ここで、上記光分岐部は、基板面の上方において第１および第２の光路のうちの同一光軸上の光路部分に沿って延在すると共に、この光路部分を進行する反射光および参照光をそれぞれ４つに等分して４つの分岐光を生成しつつ光電変換素子の方向へと導くものである。また、上記第３の１／４波長板は、光分岐部の延在面と基板面との間において、各々に対し対向配置されたものである。また、上記第２の偏光板は、第３の１／４波長板の形成面と基板面との間において各々に対して対向配置されると共に、第３の１／４波長板を介して入射した４つの分岐光の偏光方向が互いに４５度ずつ異なることとなるように偏光軸が設定されたものである。このように構成した場合、４つの光電変換素子が形成された基板面の上方において、第１および第２の光路のうちの同一光軸上の光路部分を進行する反射光および参照光が、光分岐部によってそれぞれ４つに等分されて４つの分岐光となり、光電変換素子の方向（基板面の方向）へと導かれる。そしてこれら４つの分岐光は、第３の１／４波長板を通過してそれぞれ円偏光となったのち、第２の偏光板を通過することで各々の偏光方向が互いに４５度ずつ異なるようになり、これにより４つの光電変換素子において、干渉縞の位相が互いに９０度ずれた状態で検出される。また、光電変換素子が形成された基板面の上方に第２の偏光板、第３の１／４波長板および光分岐部がこの順に積層された積層構造であるため、干渉計の構成がコンパクトとなり、装置構成がより小型化する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の振動検出装置によれば、光源からのレーザ光を偏光ビームスプリッタによって２つの光路（第１および第２の光路）に分離して進行させると共に、第１の光路（反射光路）において第１の１／４波長板を介して振動体により反射された反射光と、第２の光路（参照光路）において第２の１／４板を介して反射体により反射された参照光とを互いに干渉させて干渉縞を形成し、この干渉縞に基づき振動体の振動を量子化して検出するようにしたので、従来と比べてよりコンパクトな構成によって、振動体の振動を光学的にディジタル検出することができる。よって、光学的にディジタル振動検出を行う振動検出装置において装置の小型化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る振動検出装置（光学式のマイクロホン装置１）の構成を表すものである。このマイクロホン装置１は、音波Ｓｗに応じて振動する振動膜（後述する振動膜１５１）を利用して２値化された音声信号Ｓoutを出力するものであり、レーザ光源１０と、偏光板１１０と、振動膜１５１、反射板（後述する反射板１５２）、偏光ビームスプリッタ（後述する偏光ビームスプリッタ１３０）および２つのλ／４板（後述するλ／４板１６１，１６２）を含むマイケルソン干渉計に準ずる構成の干渉計と、ディジタル信号である出力信号（音声信号Ｓout）を出力する検出部とを備えている。
【００１９】
レーザ光源１０はレーザ光Ｌoutを射出するものであり、例えばマルチモード（ファブリペロー型）のレーザ光源（例えば、端面発光型の半導体レーザ光源）や、シングルモードのレーザ光源（例えば、面発光型の半導体レーザ光源やＤＦＢ（Distributed FeedBack）レーザなど）などにより構成される。
【００２０】
偏光板１１０は、レーザ光源１０から射出されたレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向を変えるためのものである。具体的には、この偏光板１１０を通過したレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向が後述する偏光ビームスプリッタ１３０の有する２つの偏光軸に対してそれぞれ４５度ずつ異なる方向となるように、偏光軸が設定されている。なお、レーザ光源１０自体を回転させることで射出されるレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向をそのような方向に設定可能なのであれば、偏光板１１０を必ずしも設けなくともよい。ただし、本実施の形態のように偏光板１１０を設けた場合には、レーザ光源１０自体の回転位置の精度によらず、偏光ビームスプリッタ１３０への入射光の直線偏光の方向を上記のように設定することができる。
【００２１】
＜干渉計の構成＞
干渉計は、偏光ビームスプリッタ１３０と、振動膜１５１と、反射板１５２と、３つのλ／４板１６１〜１６３と、ビームスプリッタ１２０と、２つの偏光板１１１，１１２とから構成されている。
【００２２】
偏光ビームスプリッタ１３０は、レーザ光源１０から発せられ偏光板１１０を通過したレーザ光Ｌoutを、２つの光路、すなわち振動膜１５１側の反射光路（第１の光路）と、反射板１５２側の参照光路（第２の光路）とに分離して進行させるためのものである。具体的には、詳細は後述するが、この偏光ビームスプリッタ１３０では、反射光路側にレーザ光のＰ偏光成分ｐ０が、参照光路側にレーザ光のＳ偏光成分ｓ０がそれぞれ進行するように設定されている。なお、前述のように、この偏光ビームスプリッタ１３０へ入射するレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向は、偏光ビームスプリッタ１３０の有する２つの偏光軸（Ｓ偏光軸およびＰ偏光軸）に対してそれぞれ４５度ずつ異なる方向となるように設定されているため、入射するレーザ光Ｌoutは、Ｐ偏光成分ｐ０とＳ偏光成分ｓ０とでほぼ５０％ずつに分離されるようになっている。
【００２３】
振動膜１５１は音波Ｓｗに応じて変位するものであり、例えばコンデンサマイクに使用されるものと同様に、表面が金蒸着された振動膜などにより構成される。この振動膜１５１は、レーザ光Ｌoutをほぼ１００％の反射率で反射可能となっている。反射板１５２は、参照光であるレーザ光Ｌoutをほぼ１００％の反射率で反射可能なように構成されたものである。
【００２４】
λ／４板１６１は、偏光ビームスプリッタ１３０と振動板１５１との間の光路上に配設され、λ／４板１６２は、偏光ビームスプリッタ１３０と反射板１５２との間の光路上に配設されている。
【００２５】
ビームスプリッタ１２０は、ビームスプリッタ１３０を介して入射するレーザ光ＬoutのＳ偏光成分ｓ１（反射光）およびＰ偏光成分ｐ１（参照光）をそれぞれ、偏光板１１１側の光路と偏光板１１２側の光路とに約５０％ずつに分離して進行させるものである。
【００２６】
偏光板１１１，１１２はそれぞれ、入射するＳ偏光成分ｓ１（反射光）の偏光方向およびＰ偏光成分ｐ１（参照光）の偏光方向からそれぞれ４５度傾いた方向に偏光軸を有する偏光板である。このような構成により詳細は後述するが、これら偏光板１１１，１１２において、Ｓ偏光成分ｓ１とＰ偏光成分ｐ１とが互いに干渉して干渉縞が形成されるようになっている。なお、λ／４板１６３は、ビームスプリッタ１２０と偏光板１１１との間の光路上に配設されている。
【００２７】
このような構成により本実施の形態の干渉計では、レーザ光源１０から発せられたレーザ光Ｌoutが２つの光路（第１および第２の光路）に分離されて進行する。具体的には、偏光ビームスプリッタ１３０、λ／４板１６１、振動膜１５１、λ／４板１６１、偏光ビームスプリッタ１３０、ビームスプリッタ１２０、偏光板１１１，１１２およびλ／４板１６３を通る第１の光路（反射光路）と、偏光ビームスプリッタ１３０、λ／４板１６２、反射板１５２、λ／４板１６２、偏光ビームスプリッタ１３０、ビームスプリッタ１２０、偏光板１１１，１１２およびλ／４板１６３を通る第２の光路（参照光路）とに分離されて進行する。この際、反射光路においてλ／４板１６１を介して振動膜１５１により反射された光（Ｓ偏光成分ｓ１、反射光）と、参照光路においてλ／４板１６２を介して反射板１５２により反射された光（Ｐ偏光成分ｐ１、参照光）とが偏光板１１１，１１２において互いに干渉し、干渉縞が形成されるようになっている。
【００２８】
＜検出部の構成＞
検出部は、２つの光電変換素子１７１，１７２と、ディジタルカウント部１８１とから構成されている。
【００２９】
光電変換素子１７１，１７２は、偏光板１１１，１１２上に形成された干渉縞を検出して光電変換し、それぞれ出力信号Ｓｘ，Ｓｙを出力するものである。これら光電変換素子１７１，１７２は、例えばＰＤ（Photo Diode）などにより構成される。
【００３０】
ディジタルカウント部１８１は、光電変換素子１７１，１７２からそれぞれ出力される出力信号Ｓｘ，Ｓｙを、例えば図２に示したようなリサージュ図形を用いて後述する所定のカウントタイミングでカウントすることで量子化し、ディジタル信号である出力信号（音声信号Ｓout）を出力するものである。なお、このようなリサージュ図形を用いたディジタルカウント方法については、後ほど詳述する。
【００３１】
次に、図３を参照して、本実施の形態のマイクロホン装置１を単一の基体上で形成した場合の構成例について説明する。ここで図３は、図１に示したマイクロホン装置１を単一の基体１００上で形成した場合の平面構成を表したものである。
【００３２】
図３に示したマイクロホン装置１では、アルミダイキャスト等のベース（基体１００Ａ）上に、レーザ光源１０、このレーザ光Ｌoutを集光するためのコリメータレンズ１０Ａ、偏光ビームスプリッタ１３０、振動膜１５１、この振動膜１５１を両端から支持する支持部１５１Ａ、反射板１５２、偏光板１１１，１１２、ビームスプリッタ１２０、反射ミラーＭ１、λ／４板１６１〜１６３および光電変換素子１７１，１７２がそれぞれ配設されている。このうち、偏光ビームスプリッタ１３０、反射板１５２、λ／４板１６１，１６２および反射ミラーＭ１が互いに張り合わせられ一体化して配置されると共に、ビームスプリッタ１２０およびλ／４板１６３も互いに張り合わせられ一体化して配置されている。なお、図３のマイクロホン装置１には偏光板１１０が設けられていないが、この偏光板１１０を設けるようにしてもよい。このようにディスクリート光学部材を用いて構成されることで、図３に示したマイクロホン装置１では、小型（コンパクト）かつ堅固な構成となっている。なお、この場合の装置の幅Ｌ１，Ｗ１（図３参照）としては、例えば、Ｌ１＝２０ｍｍ程度以下、Ｗ１＝１２ｍｍ程度以下にすることが可能である。
【００３３】
次に、図４を参照して、本実施の形態のマイクロホン装置１を半導体基板上に集積化した場合の構成例について説明する。ここで図４は、図１に示したマイクロホン装置１をＳｉ（シリコン）基体１００Ｂ上に集積化した場合の断面構成を表したものである。
【００３４】
図４に示したマイクロホン装置１では、シリコン（Ｓｉ）基板１００Ｂ内に、光電変換素子１７１，１７２および上記ディジタルカウント部１８１として機能する演算用ＩＣ（Integrated Circuit）１８０が形成されると共に、Ｓｉ基板１００Ｂ上にこの順に形成されたＳｉ基板１００Ｃおよび支持部１０Ｄの上に、レーザ光源である端面発光型レーザ光源１０Ｃが形成されている。また、この端面発光型レーザ光源１０Ｃの前方には、射出されたレーザ光Ｌoutを集光するためのコリメータレンズ１０ＡがＳｉ基板１００Ｃ上で支持部１０Ｅによって支持されると共に、これらコリメータレンズ１０Ａおよび支持部１０Ｅと偏光板１１０とが互いに張り合わせられ一体化して配置されている。また、光電変換素子１７１，１７２上には、偏光板１１０Ａ、ビームスプリッタ１２０、反射ミラーＭ２およびλ／４板１６３、偏光ビームスプリッタ１３０、λ／４板１６２および反射板１５２、ならびにλ／４板１６１がこの順に互いに張り合わせられ一体化して配置されている。さらに、端面発光型レーザ光源１０Ｃ、コリメータレンズ１０Ａおよびλ／４板１６１の上方には、支持部（図示せず）によって支持された振動膜１５１が配置されている。なお、図４のマイクロホン装置１にも偏光板１１０が設けられていないが、この偏光板１１０を設けるようにしてもよい。このように半導体基板上に集積化することで、図４に示したマイクロホン装置１では、図３に示したものと比べてもより小型（コンパクト）な構成となっている。なお、この場合の装置の幅Ｌ２（図４参照）としては、例えば、Ｌ２＝５ｍｍ程度以下（断面の奥行き方向の幅（図示せず）も、５ｍｍ程度以下）にすることが可能である。
【００３５】
ここで、振動膜１５１が本発明における「振動板」の一具体例に対応し、反射板１５２が本発明における「反射体」の一具体例に対応する。また、偏光ビームスプリッタ１３０が本発明における「偏光ビームスプリッタ」の一具体例に対応し、λ／４板１６１が本発明における「第１の１／４波長板」の一具体例に対応し、λ／４板１６２が本発明における「第２の１／４波長板」の一具体例に対応する。また、光電変換素子１７１，１７２が本発明における「２つの光電変換素子」の一具体例に対応し、これら光電変換素子１７１，１７２およびディジタルカウント部１８１が本発明における「検出手段」の一具体例に対応し、ディジタルカウント部１８１が本発明における「図形生成手段」および「カウンタ」の一具体例に対応する。また、偏光板１１１，１１２が本発明における「第１の偏光板」の一具体例に対応する。
【００３６】
次に、図１および図２を参照して、本実施の形態のマイクロホン装置１の動作について詳細に説明する。
【００３７】
このマイクロホン装置１では、図１に示したように、レーザ光源１０からレーザ光Ｌoutが射出されて偏光板１１０を通過すると、このレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向が変更され、偏光ビームスプリッタ１３０の有する２つの偏光軸（Ｓ偏光軸およびＰ偏光軸）に対してそれぞれ４５度ずつ異なる方向となる。
【００３８】
次に、偏光板１１０を通過したレーザ光Ｌoutは、偏光ビームスプリッタ１３０により、振動膜１５１側の反射光路（第１の光路）と、反射板１５２側の参照光路（第２の光路）とに約５０％ずつ分離され進行する。これにより、レーザ光Ｌoutは、反射光路を進行するＰ偏光成分ｐ０と、参照光路を進行するＳ偏光成分ｓ０（参照光）とに分離される。すなわち、偏光ビームスプリッタ１３０では、Ｓ偏光成分の光が反射されると共に、Ｐ偏光成分の光が透過するようになっている。
【００３９】
ここで、Ｐ偏光成分ｐ０は、λ／４板１６１を通過すると直線偏光から円偏光となり、その後振動膜１５１で反射されると逆向きの円偏光となり、再びλ／４板１６１を通過することで、Ｓ偏光成分ｓ１（反射光）に変換される。そしてこのＳ偏光成分ｓ１は上記のように偏光ビームスプリッタ１３０において反射されるため、反射光路上をビームスプリッタ１２０の方向へ進行する。一方、参照光であるＳ偏光成分ｓ０は、λ／４板１６２を通過すると直線偏光から円偏光となり、その後反射板１５２で反射されると逆向きの円偏光となり、再びλ／４板１６２を通過することで、Ｐ偏光成分ｐ１に変換される。そしてこのＰ偏光成分ｐ１は上記のように偏光ビームスプリッタ１３０を透過するため、参照光路上をビームスプリッタ１２０の方向へ進行する。なお、この際、同じ光路（反射光路および参照光路）を進行するＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１は、互いに偏光方向が９０度異なるため、干渉し合うことはない。
【００４０】
次に、反射光路および参照光路を進行するＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１はそれぞれ、ビームスプリッタ１２０により、偏光板１１１側の光路と偏光板１１２側の光路とに約５０％ずつに分離されて進行し、偏光板１１１，１１２へそれぞれ到達する。その際、偏光板１１１側の光路では途中にλ／４板１６３が挿入配置されているため、振動板１１１へ到達したＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１と、振動板１１２へ到達したＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１とでは、位相が互いに９０度異なることになる。そして偏光板１１１，１１２はそれぞれ、Ｓ偏光成分ｓ１の偏光方向およびＰ偏光成分ｐ１の偏光方向からそれぞれ４５度傾いた方向に偏光軸を有するため、これらＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１の位相が互いに９０度異なっている本実施の形態の場合でも、偏光板１１１，１１２においてＳ偏光成分ｓ１と参照光のＰ偏光成分ｐ１とが互いに干渉し合い、干渉縞が形成される。
【００４１】
次に、偏光板１１１，１１２上に形成された干渉縞は、それぞれ光電変換素子１７１，１７２により検出される。ここで、上記のように振動板１１１へ到達したＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１と振動板１１２へ到達したＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１とでは位相が互いに９０度異なるため、光電変換素子１７１，１７２では互いに位相が９０度ずれた状態で干渉縞が検出されることになる。そして光電変換素子１７１で検出された干渉縞は電気信号に変換され、出力信号Ｓｘとして出力される一方、光電変換素子１７２で検出された干渉縞も電気信号に変換され、出力信号Ｓｙとして出力される。
【００４２】
次に、ディジタルカウント部１８１では、光電変換素子１７１，１７２からの出力信号Ｓｘ，Ｓｙがそれぞれ、Ｘ信号およびＹ信号とみなされ、例えば図２に示したような円状または円弧状のリサージュ図形が生成される。具体的には、まず、（Ｘ，Ｙ）信号による干渉縞の強度の中央値を中心点Ｃ（ＣＸ，ＣＹ）として、以下の（１），（２）式の演算を行うことにより、（Ｘ，Ｙ）信号が（ｘ，ｙ）信号に変換される。
ｘ＝Ｘ−ＣＸ …（１）
ｙ＝Ｙ−ＣＹ …（２）
【００４３】
すると、上記（１），（２）式の演算により、信号点（ｘ，ｙ）の動きから、図２に示したように中心点Ｃを中心とする円周上を運動するリサージュ図形が得られる。このとき、光電変換素子１７１，１７２で検出された検知ポイント（例えば、図中の信号点Ｐ０）はこの円周上の１点であり、振動膜１５１の変位に従って円周上を変位することになる。したがって、このような信号点Ｐ０が所定の基準点（例えば、ｘ軸およびｙ軸上の４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄ）を通過する回数をカウントすれば、干渉縞の強度が一義的に決まるため、振動膜１５１の変位をディジタルで検知したこととなり、そのカウントされた回数が角度αの情報であるディジタル信号の音声信号Ｓoutとして出力される。なお、このように４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄを基準点としてカウントした場合、干渉縞が９０度（１／４波長）変動する度にカウントすることを意味することになる。
【００４４】
以上のように本実施の形態では、光源１０からのレーザ光Ｌoutを偏光ビームスプリッタ１３０によって２つの光路（第１および第２の光路）に分離して進行させると共に、第１の光路（反射光路）においてλ／４板１６１を介して振動膜１５１により反射されたＳ波成分ｓ１（反射光）と、第２の光路（参照光路）においてλ／４板１６２を介して反射板１５２により反射されたＰ波成分ｐ１（参照光）とを互いに干渉させて干渉縞を形成し、この干渉縞に基づき振動膜１５１の振動を量子化して検出するようにしたので、従来と比べてよりコンパクトな構成によって、振動膜１５１の振動を光学的にディジタル検出することができる。具体的には、干渉計としてマイケルソン干渉計に準ずる構成の干渉計を用いるようにしたので、小型かつ簡易な構成で実現することができる。よって、光学的にディジタル振動検出を行う振動検出装置（マイクロホン装置）において装置の小型化を図ることが可能となる。
【００４５】
また、偏光ビームスプリッタ１３０およびλ／４板１６１，１６２を用いて干渉計を構成するようにしたので、純粋なマイケルソン干渉計の場合に生ずる、レーザ光源１０に対するレーザ光Ｌoutの戻り光を回避することができ、レーザ光源１０でのノイズ発生を回避することが可能となる。よって、純粋なマイケルソン干渉計を用いて構成した場合と比べて良好なＳ／Ｎ比を得ることができ、振動膜１５１の振動の検出精度を向上させることが可能となる。
【００４６】
また、干渉縞の検出を２つの光電変換素子１７１，１７２を用いて行うと共にこれら光電変換素子１７１，１７２で検出する干渉縞の位相差がそれぞれ互いにほぼ９０度になるように設定したので、円形状のリサージュ図形を以下のように形成させることができ、検出を容易に行うことができる。
【００４７】
さらに、２つの光電変換素子１７１，１７２からの出力信号Ｓｘ，ＳｙをそれぞれＸ信号およびＹ信号とし、これらＸ，Ｙ信号に基づく円状または円弧状のリサージュ図形を生成するようにしたので、干渉縞の検知ポイントがそれぞれ振動膜１５１の変位に従って円周上を変位するようになり、所定の基準点を通過する回数をカウントすることにより、振動膜１５１の変位をディジタルで検知することが可能となる。
【００４８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４９】
図５は、本実施の形態に係る振動検出装置（マイクロホン装置１Ａ）の構成を表したものである。このマイクロホン装置１Ｄは、図１に示した第１の実施の形態のマイクロホン装置１において、偏光板１１１，１１２の代わりに偏光ビームスプリッタ１３１，１３２をそれぞれ設けると共に、光電変換素子１７１，１７２の代わりにそれぞれ２つずつの光電変換素子（光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂ）を設け、さらにディジタルカウント部１８１の代わりにディジタルカウント部１８２を設けるようにしたものである。
【００５０】
偏光ビームスプリッタ１３１は、到達したＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１を分離して光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂへそれぞれ供給するものである。また、偏光ビームスプリッタ１３２は、到達したＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１を分離して光電変換素子１７２Ａ，１７２Ｂへそれぞれ供給するものである。このような構成により光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂでは、干渉縞が互いに位相が９０度ずつずれた状態で検出され、互いに位相が９０ずつ異なる４つの出力信号Ｓ１〜Ｓ４が得られる。ここで、４つの出力信号Ｓ１〜Ｓ４の信号値Ｉ（Ｓ１）〜Ｉ（Ｓ４）はそれぞれ、例えば以下の（３）式〜（６）式のように表される。なお、Ａ，Ｂはそれぞれ、干渉する光線同士の振幅を、λはレーザ光Ｌoutの波長を、ΔＬは参照光路と反射光路との光路差を、それぞれ表している。
Ｉ（Ｓ１）＝（Ａ２＋Ｂ２）＋２ＡＢ×ｓｉｎ（２πΔＬ／λ） …（３）
Ｉ（Ｓ２）＝（Ａ２＋Ｂ２）−２ＡＢ×ｓｉｎ（２πΔＬ／λ） …（４）
Ｉ（Ｓ３）＝（Ａ２＋Ｂ２）＋２ＡＢ×ｃｏｓ（２πΔＬ／λ） …（５）
Ｉ（Ｓ４）＝（Ａ２＋Ｂ２）−２ＡＢ×ｃｏｓ（２πΔＬ／λ） …（６）
【００５１】
ディジタルカウント部１８２は、第１の実施の形態で説明したディジタルカウント部１８１における機能に加え、光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂから得られる４つの出力信号Ｓ１〜Ｓ４のうちの互いに位相が１８０度異なる出力信号同士（Ｓ１，Ｓ２同士およびＳ３，Ｓ４同士）の差分をとって２つの差分信号ＳＡ，ＳＢ（Ｉ（ＳＡ）＝Ｉ（Ｓ１）−Ｉ（Ｓ２）、Ｉ（ＳＢ）＝Ｉ（Ｓ３）−Ｉ（Ｓ４））を生成するものである。また、このディジタルカウント部１８２は、２つの差分信号ＳＡ，ＳＢをそれぞれ信号点とみなしてリサージュ図形を生成するようになっている。
【００５２】
なお、本実施の形態のマイクロホン装置１Ａをディスクリート光学部材を用いて単一の基体１００Ａ上に形成した場合、第１の実施の形態と同様に、例えば図６に示したように構成することができる。
【００５３】
ここで、光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂが本発明における「４つの光電変換素子」の一具体例に対応する。また、これら光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂおよびディジタルカウント部１８２が、本発明における「検出手段」の一具体例に対応し、ディジタルカウント部１８２が、本発明における「演算手段」、「図形生成手段」および「カウンタ」の一具体例に対応する。
【００５４】
このような構成により本実施の形態のマイクロホン装置１Ａでは、互いに位相が９０度異なる４つの光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂからの４つの出力信号Ｓ１〜Ｓ４のうちの互いに位相が１８０度異なる出力信号同士の差分から２つの差分信号ＳＡ，ＳＢが生成されると共に、これら２つの差分信号ＳＡ，ＳＢに基づいてリサージュ図形が生成されるため、光電変換素子からの出力信号にレーザ光Ｌoutの強度揺らぎ等に起因するＤＣ（直流）オフセット成分（例えば、上記（３）〜（６）式における（Ａ２＋Ｂ２）の部分））が生じていた場合でも、このＤＣオフセット成分をキャンセルし、取り除くことができる。よって、第１の実施の形態における効果に加え、振動膜１５１の振動をより安定して検出することができ、検出精度をより向上させることが可能となる。
【００５５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１，第２の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５６】
図７は、本実施の形態に係る振動検出装置（マイクロホン装置１Ｂ）の断面構成を表したものである。このマイクロホン装置１Ｂは、図５に示した第２の実施の形態のマイクロホン装置１Ａを変形したものに対応し、レーザ光源（後述する面発光型レーザ光源１０Ｆ）および４つの光電変換素子（光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂ）をそれぞれ半導体基板（後述するＳｉ基板１０Ｇ，１０Ｈ）上に形成すると共に、干渉計を収容部材（後述する収容部材１００Ｄ）上、より具体的にはレーザ光源および光電変換素子の上方に形成するようにしたものである。
【００５７】
収容部材１００Ｄは、Ｓｉ基板１０Ｇ，１０Ｈ、面発光型レーザ光源１０Ｆおよび光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂをそれぞれ収容すると共に、後述するレンズ部１９を含む干渉計を支持するものである。この収容部材１００Ｄは、例えばセラミックなどの材料により構成される。
【００５８】
面発光型レーザ光源１０Ｆは、いわゆる垂直共振器型（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting Laser）のレーザ光源であり、シングルモードのものである。この面発光型レーザ光源１０Ｆの上方には、コリメータレンズ１９１を含むレンズ部１９が配置されている。
【００５９】
上記干渉計は、偏光ビームスプリッタ１３０、振動膜１５１、反射板１５２、４つのビームスプリッタ１２１〜１２４、３つのλ／４板１６０〜１６２、偏光板１４およびレンズ部１９により構成されている。
【００６０】
偏光ビームスプリッタ１３０は、レーザ光源１０から発せられ偏光板１４（具体的には、後述する偏光板１４０）およびλ／４板１６０を通過したレーザ光Ｌoutを、２つの光路、すなわち振動膜１５１側の反射光路（第１の光路）と、反射板１５２側の参照光路（第２の光路）とに分離して進行させるためのものである。具体的には、この偏光ビームスプリッタ１３０では、反射光路側にレーザ光のＰ偏光成分が、参照光路側にレーザ光のＳ偏光成分がそれぞれ進行するように設定されている。ここで、偏光板１４０を通過したレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向は、偏光ビームスプリッタ１３０の有する２つの偏光軸に対してそれぞれ４５度ずつ異なる方向となるように偏光軸が設定され、これにより入射するレーザ光Ｌoutは、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とでほぼ５０％ずつに分離されるようになっている。
【００６１】
λ／４板１６１は偏光ビームスプリッタ１３０の上方に配置され、λ／４板１６２は偏光ビームスプリッタ１３０の側方（図７では、左方）に配置されている。振動膜１５１は、λ／４板１６１の上方において支持部１５１Ａにより支持されており、反射板１５２は、λ／４板１６２の側方（図７では、左方）において支持部１５２Ａにより支持されている。
【００６２】
ビームスプリッタ１２１〜１２４はそれぞれ、光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂ（言い換えると、Ｓｉ基板１０Ｈの基板面）の上方において、偏光ビームスプリッタ１３０の側方（図７では、右方）に配置されている。具体的には、これらビームスプリッタ１２１〜１２４は、振動膜１５１および偏光ビームスプリッタ１３０により反射されて進行する反射光の光路（反射光路、第１の光路）、ならびに反射板１５２により反射されたのちに偏光ビームスプリッタ１３０を透過して進行する参照光の光路（参照光路、第２の光路）のうち、同一光軸上の光路部分（偏光ビームスプリッタ１３０からビームスプリッタ１２１〜１２４へと至る光路部分）に沿ってこの順に延在している。これらビームスプリッタ１２１〜１２４は、入射光の透過率がこの順に、約３／４、約２／３、約１／２、約０に設定（言い換えると、入射光の反射率がこの順に、約１／４、約１／３、約１／２、約１に設定）されており、これにより上記光路部分を進行する反射光および参照光をそれぞれ４つに等分して４つの分岐光Ｌ１〜Ｌ４を生成しつつ、それぞれ光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂの方向へと導くようになっている。
【００６３】
λ／４板１６０は、ビームスプリッタ１２１〜１２４の延在面と偏光板１４の形成面との間において各々に対向配置されており、入射する４つの分岐光Ｌ１〜Ｌ４をそれぞれ直線偏光から円偏光へと変換するものである。
【００６４】
偏光板１４は、λ／４板１６０の形成面とレンズ部１９との間において各々に対向配置されており、面発光型レーザ光源１０Ｆから射出されたレーザ光Ｌoutが入射する偏光板１４０と、分岐光Ｌ１〜Ｌ４がそれぞれ入射する４つの偏光板１４１〜１４４とから構成されている。また、これら偏光板１４０〜１４４はそれぞれ、この順に水平方向に沿って延在している。このうち、偏光板１４１〜１４４はそれぞれ、入射した分岐光Ｌ１〜Ｌ４の偏光方向が互いに４５度ずつ異なることとなるように偏光軸が設定されている。具体的には、偏光板１４１〜１４４の偏光軸がそれぞれ、例えば４５度、９０度、１３５度、１８０度となるように設定されている。
【００６５】
レンズ部１９０は、コリメータレンズ１９１を含んで構成されている。このコリメータレンズ１９１は、分岐光Ｌ１〜Ｌ４をそれぞれ集光して光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂへと入射させるようになっている。
【００６６】
ここで、ビームスプリッタ１２１〜１２４が本発明における「光分岐部」の一具体例に対応し、λ／４板１６０が本発明における「第３の１／４波長板」の一具体例に対応し、偏光板１４が本発明における「第２の偏光板」の一具体例に対応する。
【００６７】
このような構成により本実施の形態のマイクロホン装置１Ｂでは、４つの光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂが形成された基板面（Ｓｉ基板１０Ｈの基板面）の上方において、反射光路および参照光路のうちの同一光軸上の光路部分を進行する反射光および参照光が、ビームスプリッタ１２１〜１２４によってそれぞれ４つに等分されて４つの分岐光Ｌ１〜Ｌ４となり、光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂの方向（基板面の方向）へと導かれる。そしてこれら４つの分岐光Ｌ１〜Ｌ４は、λ／４板１６０を通過してそれぞれ円偏光となったのち、偏光板１４１〜１４４を通過することで各々の偏光方向が互いに４５度ずつ異なるようになり、これにより４つの光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂにおいて、干渉縞の位相が互いに９０度ずれた状態で検出される。よって、上記第１および第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、光学的にディジタル振動検出を行う振動検出装置（マイクロホン装置）において装置の小型化を図ることが可能となる。
【００６８】
また、光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂが形成されたＳｉ基板１０Ｈの基板面の上方に偏光板１４、λ／４板１６０およびビームスプリッタ１２１〜１２４がこの順に積層された積層構造であるため、干渉計の構成がコンパクトとなる。よって、第２の実施の形態で説明したマイクロホン装置１Ａと比べ、装置構成をさらに小型化することが可能となる。
【００６９】
なお、図７に示したマイクロホン装置１Ｂでは、面発光型レーザ光源１０Ｆの上方にも偏光板１４（具体的には、偏光板１４０）およびλ／４板１６０を設けることにより、偏光ビームスプリッタ１３０へ入射するレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向を調整する場合について説明したが、面発光型レーザ光源１０Ｆ自体を回転させることによって射出されるレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向をそのような方向に設定可能なのであれば、偏光板１４およびλ／４板１６０のうちの図７中の符号Ｐ１で示した部分（偏光板１４０、およびλ／４板１６０の一部）を設けないようにしてもよい。設けないようにした場合、符号Ｐ１の部分によるレーザ光Ｌoutの光損失（ロス）が回避されるため、光出力を高めることができ、振動膜１５１の振動の検出精度をより向上させることが可能となる。逆に、図７に示したように構成した場合には、レーザ光源１０自体の回転位置の精度によらずに、偏光ビームスプリッタ１３０への入射光の直線偏光の方向を上記のように設定することができる。
【００７０】
また、光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂ上にそれぞれピンホールを設けるようにし、検出する干渉縞の位相を微調整できるようにしてもよい。そのように構成した場合、光電変換素子からの出力信号Ｓ１〜Ｓ４におけるＳ／Ｎ比を高めることができ、振動膜１５１の振動の検出精度をより向上させることが可能となる。
【００７１】
以上、第１〜第３の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００７２】
例えば、上記実施の形態では、リサージュ図形上に４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄを設けてディジタルカウントを行う場合について説明したが、基準点の数はこれに限らず、例えば図８に示したように、４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄに加えて例えば基準線Ｅ〜Ｈを用い、さらに基準点を細かく設定して増やすようにしてもよい。このように構成した場合、カウント数を増やすことができるので、出力信号Ｓoutの値を大きくし、検出感度をより向上させることが可能となる。
【００７３】
また、上記実施の形態では、レーザ光Ｌoutを発する光源として半導体レーザを挙げて説明したが、これ以外にも例えば、ガスレーザや固定レーザなどを用いるようにしてもよい。
【００７４】
また、上記実施の形態では、本発明の振動検出装置の一例として、振動体が音波に応じて振動する振動膜（振動膜１５１）であり、この振動膜１５１の振動を音声信号Ｓoutとして検出する光学式マイクロホン装置について説明したが、本発明の振動検出装置はこれには限られず、他の振動を検出するように構成してもよい。
【００７５】
さらに、本発明の振動検出装置（マイクロホン装置）は、例えば図９に示したように、図１に示したマイクロホン装置１（あるいは、図５に示したマイクロホン装置１Ａ、または図７に示したマイクロホン装置１Ｂなど）に加え、このマイクロホン装置１から出力される音声信号Ｓoutをエンコードする伝送フォーマットエンコーダ２と、この伝送フォーマットエンコーダ２とディジタル伝送経路（例えば、光ファイバなど）で接続された編集機器３、１ビットストリーム方式レコーダ４およびＰＣＭ（Pulse Code Modulation）方式レコーダ６と、１ビット方式記録メディア５１と、ＰＣＭ方式記録メディア７１と、再生機器アンプスピーカ５２，７２とから構成される音声信号記録再生システムに適用することが可能である。このような構成の音声信号記録再生システムでは、２値化された音声信号Ｓoutを伝送することができるため、アナログの音声信号を伝送する場合と比べ、容易に長距離伝送をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る振動検出装置の全体構成を表す図である。
【図２】図１に示したディジタルカウント部において作成されるリサージュ図形の一例を表す図である。
【図３】図１に示した振動検出装置を単一の基体上に配置した場合の構成例を表す平面図である。
【図４】図１に示した振動検出装置を半導体基板上に集積化した場合の構成例を表す断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る振動検出装置の全体構成を表す図である。
【図６】図５に示した振動検出装置を単一の基体上に配置した場合の構成例を表す平面図である。
【図７】第３の実施の形態に係る振動検出装置の構成を表す断面図である。
【図８】本発明の変形例に係るリサージュ図形の一例を表す図である。
【図９】本発明の振動検出装置を備えた音声記録再生システムの構成例を表すブロック図である。
【符号の説明】
【００７７】
１，１Ａ，１Ｂ…マイクロホン装置、１０…レーザ光源、１０Ａ，１０Ｂ…コリメータレンズ、１０Ｃ…端面発光型レーザ光源、１０Ｄ，１０Ｅ…支持部、１０Ｆ…面発光型レーザ光源、１０Ｇ，１０Ｈ…Ｓｉ基板、１００Ａ…基体、１００Ｂ，１００Ｃ…Ｓｉ基板、１００Ｄ…収容部材、１１０，１１０Ａ，１１１，１１２，１４，１４０〜１４４…偏光板、１２０〜１２４…ビームスプリッタ、１３０，１３１…偏光ビームスプリッタ、１５１…振動膜、１５２…反射板、１５１Ａ，１５２Ａ…支持部、１６０〜１６３…λ／４板、１７１，１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２，１７２Ａ，１７２Ｂ…光電変換素子、１８０…演算用ＩＣ、１８１，１８２…ディジタルカウント部、１９…レンズ部、１９０…コリメータレンズ、２…伝送フォーマットエンコーダ、３…編集機器、４…１ビットストリーム方式レコーダ、５１…１ビット方式記録メディア、５２，７２…再生機器アンプスピーカ、６…ＰＣＭ方式レコーダ、７１…ＰＣＭ方式記録メディア、Ｓｗ…音波、ｓ０，ｓ１…Ｓ偏光成分、ｐ０，ｐ１…Ｐ偏光成分、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓ１〜Ｓ４…光電変換素子からの出力信号、Ｓout…音声信号、Ｌout…レーザ光、Ｍ１，Ｍ２…反射ミラー、Ｃ…中心点、Ｐ０…信号点、Ｐａ〜Ｐｄ…基準点、Ｅ〜Ｈ…基準線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体の変位を光学的に検出する振動検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳＡＣＤ（Super Audio Compact Disc）や２４ｂｉｔ−９６ｋＨｚのサンプリングを利用した録音方式等が用いられ、高音質化が主流になりつつある。このような流れの中、従来のアナログ方式のマイクロホン装置は、特に２０ｋＨｚ以上の高域の音声の収録に限界があるため、上記録音方式の特徴である高域の再生を生かしてコンテンツを収録しようとする場合に、ボトルネックになっていた。
【０００３】
また、ダイナミックレンジに関しても、上記録音方式の特徴である２４ｂｉｔビット録音により可能な１４４ｄＢまで及ばず、広範なダイナミックレンジを十分に生かしきれていなかった。
【０００４】
さらに、録音現場においては、従来のアナログ方式のマイクロホン装置では、アナログケーブルでの長距離の引き回しに起因してノイズが増加してしまったり、コンデンサマイクに対してミキシングコンソールからファンタム電源を供給しなければならず、録音・制作システムにおける全ディジタル化の障害となっていた。
【０００５】
そこで、近年、ディジタル方式のマイクロホン装置がいくつか提案されている（例えば、特許文献１，２）。また、これらに関連する技術として、例えば特許文献３に開示されたような変位検出装置が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０８９９８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７８０９９号公報
【特許文献３】特開２００３−３２２５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１では、レーザ光源とマッハ・ツェンダ干渉計とを用いて振動板の振動を検出することにより、ディジタルの音声信号を出力するようになっている。
【０００８】
一方、上記特許文献２では、レーザ光源および振動板を含むΔΣ（デルタ・シグマ）変調器を構成するようにしている。よって、ΔΣ変調器の作用により、簡易な構成で１ｂｉｔのディジタル音声信号を得ることができると共に、ノイズシェービング効果を利用して可聴帯域内の音声信号の低ノイズ化を図ることができると考えられる。
【０００９】
ところが、これら特許文献１，２に記載されたものを含め、従来のレーザ光を利用したディジタル方式のマイクロホン装置（より一般的には、振動検出装置）は、いずれも構成が複雑なものであることから、装置の小型化を図るのが困難であり改善の余地があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光学的にディジタル振動検出を行う振動検出装置において装置の小型化を図ることが可能な振動検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の振動検出装置は、レーザ光を発する光源と、干渉計と、検出手段とを備えたものである。ここで、上記干渉計は、レーザ光を反射可能な振動体および反射体と、偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタと振動板との間に配設された第１の１／４波長板と、偏光ビームスプリッタと反射体との間に配設された第２の１／４波長板とを含んで構成され、光源から発せられたレーザ光を偏光ビームスプリッタによって第１および第２の光路に分離して進行させると共に、第１の光路において振動体により反射された反射光と第２の光路において反射体により反射された参照光とを互いに干渉させて干渉縞を形成するものである。また、上記検出手段は、形成された干渉縞に基づき振動体の振動を量子化して検出するものである。
【００１２】
本発明の振動検出装置では、光源から発せられたレーザ光が、干渉計に含まれる偏光ビームスプリッタによって２つの光路（第１および第２の光路）に分離されて進行する。この際、第１の光路（反射光路）では、反射光が第１の１／４波長板を介して振動体により反射され、第２の光路（参照光路）では、参照光が第２の１／４板を介して反射体により反射され、これら反射光と参照光とが互いに干渉して干渉縞が形成される。そしてこの干渉縞に基づき、振動体の振動が量子化されて検出される。また、このような干渉計の構成により、従来と比べて装置構成がよりコンパクトとなる。
【００１３】
本発明の振動検出装置では、上記反射光の偏光方向と参照光の偏光方向とが互いに直交するものである場合には、上記干渉計が偏光ビームスプリッタと検出手段との間に第１の偏光板を有するようにするのが好ましい。ここで、上記第１の偏光板は、反射光の偏光方向および参照光の偏光方向からそれぞれ４５度傾いた方向に偏光軸が設定されたものである。このように構成した場合、第１の偏光板の作用によって互いに直交する偏光方向の光同士の干渉が可能となり、これにより干渉縞が形成される。
【００１４】
本発明の振動検出装置では、上記検出手段が、４つの光電変換素子と、演算手段と、図形生成手段と、カウンタとを有するようにするのが好ましい。ここで、上記４つの光電変換素子は、干渉縞を互いに位相が９０度ずれた状態で検出するものである。また、上記演算手段は、４つの光電変換素子からの出力信号のうちの互いに位相が１８０度異なる出力信号同士の差分をとって２つの差分信号を生成するものである。また、上記図形生成手段は、２つの差分信号をそれぞれ信号点とみなして平面上に円状または円弧状のリサージュ図形を生成するものである。また、上記カウンタは、生成されたリサージュ図形上において、信号点が所定の基準点を通過する回数をカウントするものである。このように構成した場合、カウンタによってリサージュ図形上での信号点の通過回数がカウントされることで、振動体の振動の変位が量子化されて検出される。また、互いに位相が９０度異なる４つの光電変換素子からの４つの出力信号のうちの互いに位相が１８０度異なる出力信号同士の差分から２つの差分信号が生成されると共にこれら２つの差分信号に基づいてリサージュ図形が生成されるため、光電変換素子からの出力信号にＤＣ（直流）オフセット成分が生じていた場合でもこのＤＣオフセット成分取り除かれ、これにより振動体の振動の変位を安定して検出することが可能となる。
【００１５】
この場合において、上記４つの光電変換素子がそれぞれ単一の基板面上に形成されると共に、上記干渉計が、光分岐部と、第３の１／４波長板と、第２の偏光板とを有するようにするのがより好ましい。ここで、上記光分岐部は、基板面の上方において第１および第２の光路のうちの同一光軸上の光路部分に沿って延在すると共に、この光路部分を進行する反射光および参照光をそれぞれ４つに等分して４つの分岐光を生成しつつ光電変換素子の方向へと導くものである。また、上記第３の１／４波長板は、光分岐部の延在面と基板面との間において、各々に対し対向配置されたものである。また、上記第２の偏光板は、第３の１／４波長板の形成面と基板面との間において各々に対して対向配置されると共に、第３の１／４波長板を介して入射した４つの分岐光の偏光方向が互いに４５度ずつ異なることとなるように偏光軸が設定されたものである。このように構成した場合、４つの光電変換素子が形成された基板面の上方において、第１および第２の光路のうちの同一光軸上の光路部分を進行する反射光および参照光が、光分岐部によってそれぞれ４つに等分されて４つの分岐光となり、光電変換素子の方向（基板面の方向）へと導かれる。そしてこれら４つの分岐光は、第３の１／４波長板を通過してそれぞれ円偏光となったのち、第２の偏光板を通過することで各々の偏光方向が互いに４５度ずつ異なるようになり、これにより４つの光電変換素子において、干渉縞の位相が互いに９０度ずれた状態で検出される。また、光電変換素子が形成された基板面の上方に第２の偏光板、第３の１／４波長板および光分岐部がこの順に積層された積層構造であるため、干渉計の構成がコンパクトとなり、装置構成がより小型化する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の振動検出装置によれば、光源からのレーザ光を偏光ビームスプリッタによって２つの光路（第１および第２の光路）に分離して進行させると共に、第１の光路（反射光路）において第１の１／４波長板を介して振動体により反射された反射光と、第２の光路（参照光路）において第２の１／４板を介して反射体により反射された参照光とを互いに干渉させて干渉縞を形成し、この干渉縞に基づき振動体の振動を量子化して検出するようにしたので、従来と比べてよりコンパクトな構成によって、振動体の振動を光学的にディジタル検出することができる。よって、光学的にディジタル振動検出を行う振動検出装置において装置の小型化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る振動検出装置（光学式のマイクロホン装置１）の構成を表すものである。このマイクロホン装置１は、音波Ｓｗに応じて振動する振動膜（後述する振動膜１５１）を利用して２値化された音声信号Ｓoutを出力するものであり、レーザ光源１０と、偏光板１１０と、振動膜１５１、反射板（後述する反射板１５２）、偏光ビームスプリッタ（後述する偏光ビームスプリッタ１３０）および２つのλ／４板（後述するλ／４板１６１，１６２）を含むマイケルソン干渉計に準ずる構成の干渉計と、ディジタル信号である出力信号（音声信号Ｓout）を出力する検出部とを備えている。
【００１９】
レーザ光源１０はレーザ光Ｌoutを射出するものであり、例えばマルチモード（ファブリペロー型）のレーザ光源（例えば、端面発光型の半導体レーザ光源）や、シングルモードのレーザ光源（例えば、面発光型の半導体レーザ光源やＤＦＢ（Distributed FeedBack）レーザなど）などにより構成される。
【００２０】
偏光板１１０は、レーザ光源１０から射出されたレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向を変えるためのものである。具体的には、この偏光板１１０を通過したレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向が後述する偏光ビームスプリッタ１３０の有する２つの偏光軸に対してそれぞれ４５度ずつ異なる方向となるように、偏光軸が設定されている。なお、レーザ光源１０自体を回転させることで射出されるレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向をそのような方向に設定可能なのであれば、偏光板１１０を必ずしも設けなくともよい。ただし、本実施の形態のように偏光板１１０を設けた場合には、レーザ光源１０自体の回転位置の精度によらず、偏光ビームスプリッタ１３０への入射光の直線偏光の方向を上記のように設定することができる。
【００２１】
＜干渉計の構成＞
干渉計は、偏光ビームスプリッタ１３０と、振動膜１５１と、反射板１５２と、３つのλ／４板１６１〜１６３と、ビームスプリッタ１２０と、２つの偏光板１１１，１１２とから構成されている。
【００２２】
偏光ビームスプリッタ１３０は、レーザ光源１０から発せられ偏光板１１０を通過したレーザ光Ｌoutを、２つの光路、すなわち振動膜１５１側の反射光路（第１の光路）と、反射板１５２側の参照光路（第２の光路）とに分離して進行させるためのものである。具体的には、詳細は後述するが、この偏光ビームスプリッタ１３０では、反射光路側にレーザ光のＰ偏光成分ｐ０が、参照光路側にレーザ光のＳ偏光成分ｓ０がそれぞれ進行するように設定されている。なお、前述のように、この偏光ビームスプリッタ１３０へ入射するレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向は、偏光ビームスプリッタ１３０の有する２つの偏光軸（Ｓ偏光軸およびＰ偏光軸）に対してそれぞれ４５度ずつ異なる方向となるように設定されているため、入射するレーザ光Ｌoutは、Ｐ偏光成分ｐ０とＳ偏光成分ｓ０とでほぼ５０％ずつに分離されるようになっている。
【００２３】
振動膜１５１は音波Ｓｗに応じて変位するものであり、例えばコンデンサマイクに使用されるものと同様に、表面が金蒸着された振動膜などにより構成される。この振動膜１５１は、レーザ光Ｌoutをほぼ１００％の反射率で反射可能となっている。反射板１５２は、参照光であるレーザ光Ｌoutをほぼ１００％の反射率で反射可能なように構成されたものである。
【００２４】
λ／４板１６１は、偏光ビームスプリッタ１３０と振動板１５１との間の光路上に配設され、λ／４板１６２は、偏光ビームスプリッタ１３０と反射板１５２との間の光路上に配設されている。
【００２５】
ビームスプリッタ１２０は、ビームスプリッタ１３０を介して入射するレーザ光ＬoutのＳ偏光成分ｓ１（反射光）およびＰ偏光成分ｐ１（参照光）をそれぞれ、偏光板１１１側の光路と偏光板１１２側の光路とに約５０％ずつに分離して進行させるものである。
【００２６】
偏光板１１１，１１２はそれぞれ、入射するＳ偏光成分ｓ１（反射光）の偏光方向およびＰ偏光成分ｐ１（参照光）の偏光方向からそれぞれ４５度傾いた方向に偏光軸を有する偏光板である。このような構成により詳細は後述するが、これら偏光板１１１，１１２において、Ｓ偏光成分ｓ１とＰ偏光成分ｐ１とが互いに干渉して干渉縞が形成されるようになっている。なお、λ／４板１６３は、ビームスプリッタ１２０と偏光板１１１との間の光路上に配設されている。
【００２７】
このような構成により本実施の形態の干渉計では、レーザ光源１０から発せられたレーザ光Ｌoutが２つの光路（第１および第２の光路）に分離されて進行する。具体的には、偏光ビームスプリッタ１３０、λ／４板１６１、振動膜１５１、λ／４板１６１、偏光ビームスプリッタ１３０、ビームスプリッタ１２０、偏光板１１１，１１２およびλ／４板１６３を通る第１の光路（反射光路）と、偏光ビームスプリッタ１３０、λ／４板１６２、反射板１５２、λ／４板１６２、偏光ビームスプリッタ１３０、ビームスプリッタ１２０、偏光板１１１，１１２およびλ／４板１６３を通る第２の光路（参照光路）とに分離されて進行する。この際、反射光路においてλ／４板１６１を介して振動膜１５１により反射された光（Ｓ偏光成分ｓ１、反射光）と、参照光路においてλ／４板１６２を介して反射板１５２により反射された光（Ｐ偏光成分ｐ１、参照光）とが偏光板１１１，１１２において互いに干渉し、干渉縞が形成されるようになっている。
【００２８】
＜検出部の構成＞
検出部は、２つの光電変換素子１７１，１７２と、ディジタルカウント部１８１とから構成されている。
【００２９】
光電変換素子１７１，１７２は、偏光板１１１，１１２上に形成された干渉縞を検出して光電変換し、それぞれ出力信号Ｓｘ，Ｓｙを出力するものである。これら光電変換素子１７１，１７２は、例えばＰＤ（Photo Diode）などにより構成される。
【００３０】
ディジタルカウント部１８１は、光電変換素子１７１，１７２からそれぞれ出力される出力信号Ｓｘ，Ｓｙを、例えば図２に示したようなリサージュ図形を用いて後述する所定のカウントタイミングでカウントすることで量子化し、ディジタル信号である出力信号（音声信号Ｓout）を出力するものである。なお、このようなリサージュ図形を用いたディジタルカウント方法については、後ほど詳述する。
【００３１】
次に、図３を参照して、本実施の形態のマイクロホン装置１を単一の基体上で形成した場合の構成例について説明する。ここで図３は、図１に示したマイクロホン装置１を単一の基体１００上で形成した場合の平面構成を表したものである。
【００３２】
図３に示したマイクロホン装置１では、アルミダイキャスト等のベース（基体１００Ａ）上に、レーザ光源１０、このレーザ光Ｌoutを集光するためのコリメータレンズ１０Ａ、偏光ビームスプリッタ１３０、振動膜１５１、この振動膜１５１を両端から支持する支持部１５１Ａ、反射板１５２、偏光板１１１，１１２、ビームスプリッタ１２０、反射ミラーＭ１、λ／４板１６１〜１６３および光電変換素子１７１，１７２がそれぞれ配設されている。このうち、偏光ビームスプリッタ１３０、反射板１５２、λ／４板１６１，１６２および反射ミラーＭ１が互いに張り合わせられ一体化して配置されると共に、ビームスプリッタ１２０およびλ／４板１６３も互いに張り合わせられ一体化して配置されている。なお、図３のマイクロホン装置１には偏光板１１０が設けられていないが、この偏光板１１０を設けるようにしてもよい。このようにディスクリート光学部材を用いて構成されることで、図３に示したマイクロホン装置１では、小型（コンパクト）かつ堅固な構成となっている。なお、この場合の装置の幅Ｌ１，Ｗ１（図３参照）としては、例えば、Ｌ１＝２０ｍｍ程度以下、Ｗ１＝１２ｍｍ程度以下にすることが可能である。
【００３３】
次に、図４を参照して、本実施の形態のマイクロホン装置１を半導体基板上に集積化した場合の構成例について説明する。ここで図４は、図１に示したマイクロホン装置１をＳｉ（シリコン）基体１００Ｂ上に集積化した場合の断面構成を表したものである。
【００３４】
図４に示したマイクロホン装置１では、シリコン（Ｓｉ）基板１００Ｂ内に、光電変換素子１７１，１７２および上記ディジタルカウント部１８１として機能する演算用ＩＣ（Integrated Circuit）１８０が形成されると共に、Ｓｉ基板１００Ｂ上にこの順に形成されたＳｉ基板１００Ｃおよび支持部１０Ｄの上に、レーザ光源である端面発光型レーザ光源１０Ｃが形成されている。また、この端面発光型レーザ光源１０Ｃの前方には、射出されたレーザ光Ｌoutを集光するためのコリメータレンズ１０ＡがＳｉ基板１００Ｃ上で支持部１０Ｅによって支持されると共に、これらコリメータレンズ１０Ａおよび支持部１０Ｅと偏光板１１０とが互いに張り合わせられ一体化して配置されている。また、光電変換素子１７１，１７２上には、偏光板１１０Ａ、ビームスプリッタ１２０、反射ミラーＭ２およびλ／４板１６３、偏光ビームスプリッタ１３０、λ／４板１６２および反射板１５２、ならびにλ／４板１６１がこの順に互いに張り合わせられ一体化して配置されている。さらに、端面発光型レーザ光源１０Ｃ、コリメータレンズ１０Ａおよびλ／４板１６１の上方には、支持部（図示せず）によって支持された振動膜１５１が配置されている。なお、図４のマイクロホン装置１にも偏光板１１０が設けられていないが、この偏光板１１０を設けるようにしてもよい。このように半導体基板上に集積化することで、図４に示したマイクロホン装置１では、図３に示したものと比べてもより小型（コンパクト）な構成となっている。なお、この場合の装置の幅Ｌ２（図４参照）としては、例えば、Ｌ２＝５ｍｍ程度以下（断面の奥行き方向の幅（図示せず）も、５ｍｍ程度以下）にすることが可能である。
【００３５】
ここで、振動膜１５１が本発明における「振動板」の一具体例に対応し、反射板１５２が本発明における「反射体」の一具体例に対応する。また、偏光ビームスプリッタ１３０が本発明における「偏光ビームスプリッタ」の一具体例に対応し、λ／４板１６１が本発明における「第１の１／４波長板」の一具体例に対応し、λ／４板１６２が本発明における「第２の１／４波長板」の一具体例に対応する。また、光電変換素子１７１，１７２が本発明における「２つの光電変換素子」の一具体例に対応し、これら光電変換素子１７１，１７２およびディジタルカウント部１８１が本発明における「検出手段」の一具体例に対応し、ディジタルカウント部１８１が本発明における「図形生成手段」および「カウンタ」の一具体例に対応する。また、偏光板１１１，１１２が本発明における「第１の偏光板」の一具体例に対応する。
【００３６】
次に、図１および図２を参照して、本実施の形態のマイクロホン装置１の動作について詳細に説明する。
【００３７】
このマイクロホン装置１では、図１に示したように、レーザ光源１０からレーザ光Ｌoutが射出されて偏光板１１０を通過すると、このレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向が変更され、偏光ビームスプリッタ１３０の有する２つの偏光軸（Ｓ偏光軸およびＰ偏光軸）に対してそれぞれ４５度ずつ異なる方向となる。
【００３８】
次に、偏光板１１０を通過したレーザ光Ｌoutは、偏光ビームスプリッタ１３０により、振動膜１５１側の反射光路（第１の光路）と、反射板１５２側の参照光路（第２の光路）とに約５０％ずつ分離され進行する。これにより、レーザ光Ｌoutは、反射光路を進行するＰ偏光成分ｐ０と、参照光路を進行するＳ偏光成分ｓ０（参照光）とに分離される。すなわち、偏光ビームスプリッタ１３０では、Ｓ偏光成分の光が反射されると共に、Ｐ偏光成分の光が透過するようになっている。
【００３９】
ここで、Ｐ偏光成分ｐ０は、λ／４板１６１を通過すると直線偏光から円偏光となり、その後振動膜１５１で反射されると逆向きの円偏光となり、再びλ／４板１６１を通過することで、Ｓ偏光成分ｓ１（反射光）に変換される。そしてこのＳ偏光成分ｓ１は上記のように偏光ビームスプリッタ１３０において反射されるため、反射光路上をビームスプリッタ１２０の方向へ進行する。一方、参照光であるＳ偏光成分ｓ０は、λ／４板１６２を通過すると直線偏光から円偏光となり、その後反射板１５２で反射されると逆向きの円偏光となり、再びλ／４板１６２を通過することで、Ｐ偏光成分ｐ１に変換される。そしてこのＰ偏光成分ｐ１は上記のように偏光ビームスプリッタ１３０を透過するため、参照光路上をビームスプリッタ１２０の方向へ進行する。なお、この際、同じ光路（反射光路および参照光路）を進行するＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１は、互いに偏光方向が９０度異なるため、干渉し合うことはない。
【００４０】
次に、反射光路および参照光路を進行するＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１はそれぞれ、ビームスプリッタ１２０により、偏光板１１１側の光路と偏光板１１２側の光路とに約５０％ずつに分離されて進行し、偏光板１１１，１１２へそれぞれ到達する。その際、偏光板１１１側の光路では途中にλ／４板１６３が挿入配置されているため、振動板１１１へ到達したＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１と、振動板１１２へ到達したＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１とでは、位相が互いに９０度異なることになる。そして偏光板１１１，１１２はそれぞれ、Ｓ偏光成分ｓ１の偏光方向およびＰ偏光成分ｐ１の偏光方向からそれぞれ４５度傾いた方向に偏光軸を有するため、これらＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１の位相が互いに９０度異なっている本実施の形態の場合でも、偏光板１１１，１１２においてＳ偏光成分ｓ１と参照光のＰ偏光成分ｐ１とが互いに干渉し合い、干渉縞が形成される。
【００４１】
次に、偏光板１１１，１１２上に形成された干渉縞は、それぞれ光電変換素子１７１，１７２により検出される。ここで、上記のように振動板１１１へ到達したＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１と振動板１１２へ到達したＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１とでは位相が互いに９０度異なるため、光電変換素子１７１，１７２では互いに位相が９０度ずれた状態で干渉縞が検出されることになる。そして光電変換素子１７１で検出された干渉縞は電気信号に変換され、出力信号Ｓｘとして出力される一方、光電変換素子１７２で検出された干渉縞も電気信号に変換され、出力信号Ｓｙとして出力される。
【００４２】
次に、ディジタルカウント部１８１では、光電変換素子１７１，１７２からの出力信号Ｓｘ，Ｓｙがそれぞれ、Ｘ信号およびＹ信号とみなされ、例えば図２に示したような円状または円弧状のリサージュ図形が生成される。具体的には、まず、（Ｘ，Ｙ）信号による干渉縞の強度の中央値を中心点Ｃ（ＣＸ，ＣＹ）として、以下の（１），（２）式の演算を行うことにより、（Ｘ，Ｙ）信号が（ｘ，ｙ）信号に変換される。
ｘ＝Ｘ−ＣＸ …（１）
ｙ＝Ｙ−ＣＹ …（２）
【００４３】
すると、上記（１），（２）式の演算により、信号点（ｘ，ｙ）の動きから、図２に示したように中心点Ｃを中心とする円周上を運動するリサージュ図形が得られる。このとき、光電変換素子１７１，１７２で検出された検知ポイント（例えば、図中の信号点Ｐ０）はこの円周上の１点であり、振動膜１５１の変位に従って円周上を変位することになる。したがって、このような信号点Ｐ０が所定の基準点（例えば、ｘ軸およびｙ軸上の４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄ）を通過する回数をカウントすれば、干渉縞の強度が一義的に決まるため、振動膜１５１の変位をディジタルで検知したこととなり、そのカウントされた回数が角度αの情報であるディジタル信号の音声信号Ｓoutとして出力される。なお、このように４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄを基準点としてカウントした場合、干渉縞が９０度（１／４波長）変動する度にカウントすることを意味することになる。
【００４４】
以上のように本実施の形態では、光源１０からのレーザ光Ｌoutを偏光ビームスプリッタ１３０によって２つの光路（第１および第２の光路）に分離して進行させると共に、第１の光路（反射光路）においてλ／４板１６１を介して振動膜１５１により反射されたＳ波成分ｓ１（反射光）と、第２の光路（参照光路）においてλ／４板１６２を介して反射板１５２により反射されたＰ波成分ｐ１（参照光）とを互いに干渉させて干渉縞を形成し、この干渉縞に基づき振動膜１５１の振動を量子化して検出するようにしたので、従来と比べてよりコンパクトな構成によって、振動膜１５１の振動を光学的にディジタル検出することができる。具体的には、干渉計としてマイケルソン干渉計に準ずる構成の干渉計を用いるようにしたので、小型かつ簡易な構成で実現することができる。よって、光学的にディジタル振動検出を行う振動検出装置（マイクロホン装置）において装置の小型化を図ることが可能となる。
【００４５】
また、偏光ビームスプリッタ１３０およびλ／４板１６１，１６２を用いて干渉計を構成するようにしたので、純粋なマイケルソン干渉計の場合に生ずる、レーザ光源１０に対するレーザ光Ｌoutの戻り光を回避することができ、レーザ光源１０でのノイズ発生を回避することが可能となる。よって、純粋なマイケルソン干渉計を用いて構成した場合と比べて良好なＳ／Ｎ比を得ることができ、振動膜１５１の振動の検出精度を向上させることが可能となる。
【００４６】
また、干渉縞の検出を２つの光電変換素子１７１，１７２を用いて行うと共にこれら光電変換素子１７１，１７２で検出する干渉縞の位相差がそれぞれ互いにほぼ９０度になるように設定したので、円形状のリサージュ図形を以下のように形成させることができ、検出を容易に行うことができる。
【００４７】
さらに、２つの光電変換素子１７１，１７２からの出力信号Ｓｘ，ＳｙをそれぞれＸ信号およびＹ信号とし、これらＸ，Ｙ信号に基づく円状または円弧状のリサージュ図形を生成するようにしたので、干渉縞の検知ポイントがそれぞれ振動膜１５１の変位に従って円周上を変位するようになり、所定の基準点を通過する回数をカウントすることにより、振動膜１５１の変位をディジタルで検知することが可能となる。
【００４８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４９】
図５は、本実施の形態に係る振動検出装置（マイクロホン装置１Ａ）の構成を表したものである。このマイクロホン装置１Ｄは、図１に示した第１の実施の形態のマイクロホン装置１において、偏光板１１１，１１２の代わりに偏光ビームスプリッタ１３１，１３２をそれぞれ設けると共に、光電変換素子１７１，１７２の代わりにそれぞれ２つずつの光電変換素子（光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂ）を設け、さらにディジタルカウント部１８１の代わりにディジタルカウント部１８２を設けるようにしたものである。
【００５０】
偏光ビームスプリッタ１３１は、到達したＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１を分離して光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂへそれぞれ供給するものである。また、偏光ビームスプリッタ１３２は、到達したＳ偏光成分ｓ１およびＰ偏光成分ｐ１を分離して光電変換素子１７２Ａ，１７２Ｂへそれぞれ供給するものである。このような構成により光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂでは、干渉縞が互いに位相が９０度ずつずれた状態で検出され、互いに位相が９０ずつ異なる４つの出力信号Ｓ１〜Ｓ４が得られる。ここで、４つの出力信号Ｓ１〜Ｓ４の信号値Ｉ（Ｓ１）〜Ｉ（Ｓ４）はそれぞれ、例えば以下の（３）式〜（６）式のように表される。なお、Ａ，Ｂはそれぞれ、干渉する光線同士の振幅を、λはレーザ光Ｌoutの波長を、ΔＬは参照光路と反射光路との光路差を、それぞれ表している。
Ｉ（Ｓ１）＝（Ａ２＋Ｂ２）＋２ＡＢ×ｓｉｎ（２πΔＬ／λ） …（３）
Ｉ（Ｓ２）＝（Ａ２＋Ｂ２）−２ＡＢ×ｓｉｎ（２πΔＬ／λ） …（４）
Ｉ（Ｓ３）＝（Ａ２＋Ｂ２）＋２ＡＢ×ｃｏｓ（２πΔＬ／λ） …（５）
Ｉ（Ｓ４）＝（Ａ２＋Ｂ２）−２ＡＢ×ｃｏｓ（２πΔＬ／λ） …（６）
【００５１】
ディジタルカウント部１８２は、第１の実施の形態で説明したディジタルカウント部１８１における機能に加え、光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂから得られる４つの出力信号Ｓ１〜Ｓ４のうちの互いに位相が１８０度異なる出力信号同士（Ｓ１，Ｓ２同士およびＳ３，Ｓ４同士）の差分をとって２つの差分信号ＳＡ，ＳＢ（Ｉ（ＳＡ）＝Ｉ（Ｓ１）−Ｉ（Ｓ２）、Ｉ（ＳＢ）＝Ｉ（Ｓ３）−Ｉ（Ｓ４））を生成するものである。また、このディジタルカウント部１８２は、２つの差分信号ＳＡ，ＳＢをそれぞれ信号点とみなしてリサージュ図形を生成するようになっている。
【００５２】
なお、本実施の形態のマイクロホン装置１Ａをディスクリート光学部材を用いて単一の基体１００Ａ上に形成した場合、第１の実施の形態と同様に、例えば図６に示したように構成することができる。
【００５３】
ここで、光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂが本発明における「４つの光電変換素子」の一具体例に対応する。また、これら光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂおよびディジタルカウント部１８２が、本発明における「検出手段」の一具体例に対応し、ディジタルカウント部１８２が、本発明における「演算手段」、「図形生成手段」および「カウンタ」の一具体例に対応する。
【００５４】
このような構成により本実施の形態のマイクロホン装置１Ａでは、互いに位相が９０度異なる４つの光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂからの４つの出力信号Ｓ１〜Ｓ４のうちの互いに位相が１８０度異なる出力信号同士の差分から２つの差分信号ＳＡ，ＳＢが生成されると共に、これら２つの差分信号ＳＡ，ＳＢに基づいてリサージュ図形が生成されるため、光電変換素子からの出力信号にレーザ光Ｌoutの強度揺らぎ等に起因するＤＣ（直流）オフセット成分（例えば、上記（３）〜（６）式における（Ａ２＋Ｂ２）の部分））が生じていた場合でも、このＤＣオフセット成分をキャンセルし、取り除くことができる。よって、第１の実施の形態における効果に加え、振動膜１５１の振動をより安定して検出することができ、検出精度をより向上させることが可能となる。
【００５５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１，第２の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５６】
図７は、本実施の形態に係る振動検出装置（マイクロホン装置１Ｂ）の断面構成を表したものである。このマイクロホン装置１Ｂは、図５に示した第２の実施の形態のマイクロホン装置１Ａを変形したものに対応し、レーザ光源（後述する面発光型レーザ光源１０Ｆ）および４つの光電変換素子（光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂ）をそれぞれ半導体基板（後述するＳｉ基板１０Ｇ，１０Ｈ）上に形成すると共に、干渉計を収容部材（後述する収容部材１００Ｄ）上、より具体的にはレーザ光源および光電変換素子の上方に形成するようにしたものである。
【００５７】
収容部材１００Ｄは、Ｓｉ基板１０Ｇ，１０Ｈ、面発光型レーザ光源１０Ｆおよび光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂをそれぞれ収容すると共に、後述するレンズ部１９を含む干渉計を支持するものである。この収容部材１００Ｄは、例えばセラミックなどの材料により構成される。
【００５８】
面発光型レーザ光源１０Ｆは、いわゆる垂直共振器型（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting Laser）のレーザ光源であり、シングルモードのものである。この面発光型レーザ光源１０Ｆの上方には、コリメータレンズ１９１を含むレンズ部１９が配置されている。
【００５９】
上記干渉計は、偏光ビームスプリッタ１３０、振動膜１５１、反射板１５２、４つのビームスプリッタ１２１〜１２４、３つのλ／４板１６０〜１６２、偏光板１４およびレンズ部１９により構成されている。
【００６０】
偏光ビームスプリッタ１３０は、レーザ光源１０から発せられ偏光板１４（具体的には、後述する偏光板１４０）およびλ／４板１６０を通過したレーザ光Ｌoutを、２つの光路、すなわち振動膜１５１側の反射光路（第１の光路）と、反射板１５２側の参照光路（第２の光路）とに分離して進行させるためのものである。具体的には、この偏光ビームスプリッタ１３０では、反射光路側にレーザ光のＰ偏光成分が、参照光路側にレーザ光のＳ偏光成分がそれぞれ進行するように設定されている。ここで、偏光板１４０を通過したレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向は、偏光ビームスプリッタ１３０の有する２つの偏光軸に対してそれぞれ４５度ずつ異なる方向となるように偏光軸が設定され、これにより入射するレーザ光Ｌoutは、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とでほぼ５０％ずつに分離されるようになっている。
【００６１】
λ／４板１６１は偏光ビームスプリッタ１３０の上方に配置され、λ／４板１６２は偏光ビームスプリッタ１３０の側方（図７では、左方）に配置されている。振動膜１５１は、λ／４板１６１の上方において支持部１５１Ａにより支持されており、反射板１５２は、λ／４板１６２の側方（図７では、左方）において支持部１５２Ａにより支持されている。
【００６２】
ビームスプリッタ１２１〜１２４はそれぞれ、光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂ（言い換えると、Ｓｉ基板１０Ｈの基板面）の上方において、偏光ビームスプリッタ１３０の側方（図７では、右方）に配置されている。具体的には、これらビームスプリッタ１２１〜１２４は、振動膜１５１および偏光ビームスプリッタ１３０により反射されて進行する反射光の光路（反射光路、第１の光路）、ならびに反射板１５２により反射されたのちに偏光ビームスプリッタ１３０を透過して進行する参照光の光路（参照光路、第２の光路）のうち、同一光軸上の光路部分（偏光ビームスプリッタ１３０からビームスプリッタ１２１〜１２４へと至る光路部分）に沿ってこの順に延在している。これらビームスプリッタ１２１〜１２４は、入射光の透過率がこの順に、約３／４、約２／３、約１／２、約０に設定（言い換えると、入射光の反射率がこの順に、約１／４、約１／３、約１／２、約１に設定）されており、これにより上記光路部分を進行する反射光および参照光をそれぞれ４つに等分して４つの分岐光Ｌ１〜Ｌ４を生成しつつ、それぞれ光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂの方向へと導くようになっている。
【００６３】
λ／４板１６０は、ビームスプリッタ１２１〜１２４の延在面と偏光板１４の形成面との間において各々に対向配置されており、入射する４つの分岐光Ｌ１〜Ｌ４をそれぞれ直線偏光から円偏光へと変換するものである。
【００６４】
偏光板１４は、λ／４板１６０の形成面とレンズ部１９との間において各々に対向配置されており、面発光型レーザ光源１０Ｆから射出されたレーザ光Ｌoutが入射する偏光板１４０と、分岐光Ｌ１〜Ｌ４がそれぞれ入射する４つの偏光板１４１〜１４４とから構成されている。また、これら偏光板１４０〜１４４はそれぞれ、この順に水平方向に沿って延在している。このうち、偏光板１４１〜１４４はそれぞれ、入射した分岐光Ｌ１〜Ｌ４の偏光方向が互いに４５度ずつ異なることとなるように偏光軸が設定されている。具体的には、偏光板１４１〜１４４の偏光軸がそれぞれ、例えば４５度、９０度、１３５度、１８０度となるように設定されている。
【００６５】
レンズ部１９０は、コリメータレンズ１９１を含んで構成されている。このコリメータレンズ１９１は、分岐光Ｌ１〜Ｌ４をそれぞれ集光して光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂへと入射させるようになっている。
【００６６】
ここで、ビームスプリッタ１２１〜１２４が本発明における「光分岐部」の一具体例に対応し、λ／４板１６０が本発明における「第３の１／４波長板」の一具体例に対応し、偏光板１４が本発明における「第２の偏光板」の一具体例に対応する。
【００６７】
このような構成により本実施の形態のマイクロホン装置１Ｂでは、４つの光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂが形成された基板面（Ｓｉ基板１０Ｈの基板面）の上方において、反射光路および参照光路のうちの同一光軸上の光路部分を進行する反射光および参照光が、ビームスプリッタ１２１〜１２４によってそれぞれ４つに等分されて４つの分岐光Ｌ１〜Ｌ４となり、光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂの方向（基板面の方向）へと導かれる。そしてこれら４つの分岐光Ｌ１〜Ｌ４は、λ／４板１６０を通過してそれぞれ円偏光となったのち、偏光板１４１〜１４４を通過することで各々の偏光方向が互いに４５度ずつ異なるようになり、これにより４つの光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂにおいて、干渉縞の位相が互いに９０度ずれた状態で検出される。よって、上記第１および第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、光学的にディジタル振動検出を行う振動検出装置（マイクロホン装置）において装置の小型化を図ることが可能となる。
【００６８】
また、光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂが形成されたＳｉ基板１０Ｈの基板面の上方に偏光板１４、λ／４板１６０およびビームスプリッタ１２１〜１２４がこの順に積層された積層構造であるため、干渉計の構成がコンパクトとなる。よって、第２の実施の形態で説明したマイクロホン装置１Ａと比べ、装置構成をさらに小型化することが可能となる。
【００６９】
なお、図７に示したマイクロホン装置１Ｂでは、面発光型レーザ光源１０Ｆの上方にも偏光板１４（具体的には、偏光板１４０）およびλ／４板１６０を設けることにより、偏光ビームスプリッタ１３０へ入射するレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向を調整する場合について説明したが、面発光型レーザ光源１０Ｆ自体を回転させることによって射出されるレーザ光Ｌoutの直線偏光の方向をそのような方向に設定可能なのであれば、偏光板１４およびλ／４板１６０のうちの図７中の符号Ｐ１で示した部分（偏光板１４０、およびλ／４板１６０の一部）を設けないようにしてもよい。設けないようにした場合、符号Ｐ１の部分によるレーザ光Ｌoutの光損失（ロス）が回避されるため、光出力を高めることができ、振動膜１５１の振動の検出精度をより向上させることが可能となる。逆に、図７に示したように構成した場合には、レーザ光源１０自体の回転位置の精度によらずに、偏光ビームスプリッタ１３０への入射光の直線偏光の方向を上記のように設定することができる。
【００７０】
また、光電変換素子１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２Ａ，１７２Ｂ上にそれぞれピンホールを設けるようにし、検出する干渉縞の位相を微調整できるようにしてもよい。そのように構成した場合、光電変換素子からの出力信号Ｓ１〜Ｓ４におけるＳ／Ｎ比を高めることができ、振動膜１５１の振動の検出精度をより向上させることが可能となる。
【００７１】
以上、第１〜第３の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００７２】
例えば、上記実施の形態では、リサージュ図形上に４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄを設けてディジタルカウントを行う場合について説明したが、基準点の数はこれに限らず、例えば図８に示したように、４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄに加えて例えば基準線Ｅ〜Ｈを用い、さらに基準点を細かく設定して増やすようにしてもよい。このように構成した場合、カウント数を増やすことができるので、出力信号Ｓoutの値を大きくし、検出感度をより向上させることが可能となる。
【００７３】
また、上記実施の形態では、レーザ光Ｌoutを発する光源として半導体レーザを挙げて説明したが、これ以外にも例えば、ガスレーザや固定レーザなどを用いるようにしてもよい。
【００７４】
また、上記実施の形態では、本発明の振動検出装置の一例として、振動体が音波に応じて振動する振動膜（振動膜１５１）であり、この振動膜１５１の振動を音声信号Ｓoutとして検出する光学式マイクロホン装置について説明したが、本発明の振動検出装置はこれには限られず、他の振動を検出するように構成してもよい。
【００７５】
さらに、本発明の振動検出装置（マイクロホン装置）は、例えば図９に示したように、図１に示したマイクロホン装置１（あるいは、図５に示したマイクロホン装置１Ａ、または図７に示したマイクロホン装置１Ｂなど）に加え、このマイクロホン装置１から出力される音声信号Ｓoutをエンコードする伝送フォーマットエンコーダ２と、この伝送フォーマットエンコーダ２とディジタル伝送経路（例えば、光ファイバなど）で接続された編集機器３、１ビットストリーム方式レコーダ４およびＰＣＭ（Pulse Code Modulation）方式レコーダ６と、１ビット方式記録メディア５１と、ＰＣＭ方式記録メディア７１と、再生機器アンプスピーカ５２，７２とから構成される音声信号記録再生システムに適用することが可能である。このような構成の音声信号記録再生システムでは、２値化された音声信号Ｓoutを伝送することができるため、アナログの音声信号を伝送する場合と比べ、容易に長距離伝送をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る振動検出装置の全体構成を表す図である。
【図２】図１に示したディジタルカウント部において作成されるリサージュ図形の一例を表す図である。
【図３】図１に示した振動検出装置を単一の基体上に配置した場合の構成例を表す平面図である。
【図４】図１に示した振動検出装置を半導体基板上に集積化した場合の構成例を表す断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る振動検出装置の全体構成を表す図である。
【図６】図５に示した振動検出装置を単一の基体上に配置した場合の構成例を表す平面図である。
【図７】第３の実施の形態に係る振動検出装置の構成を表す断面図である。
【図８】本発明の変形例に係るリサージュ図形の一例を表す図である。
【図９】本発明の振動検出装置を備えた音声記録再生システムの構成例を表すブロック図である。
【符号の説明】
【００７７】
１，１Ａ，１Ｂ…マイクロホン装置、１０…レーザ光源、１０Ａ，１０Ｂ…コリメータレンズ、１０Ｃ…端面発光型レーザ光源、１０Ｄ，１０Ｅ…支持部、１０Ｆ…面発光型レーザ光源、１０Ｇ，１０Ｈ…Ｓｉ基板、１００Ａ…基体、１００Ｂ，１００Ｃ…Ｓｉ基板、１００Ｄ…収容部材、１１０，１１０Ａ，１１１，１１２，１４，１４０〜１４４…偏光板、１２０〜１２４…ビームスプリッタ、１３０，１３１…偏光ビームスプリッタ、１５１…振動膜、１５２…反射板、１５１Ａ，１５２Ａ…支持部、１６０〜１６３…λ／４板、１７１，１７１Ａ，１７１Ｂ，１７２，１７２Ａ，１７２Ｂ…光電変換素子、１８０…演算用ＩＣ、１８１，１８２…ディジタルカウント部、１９…レンズ部、１９０…コリメータレンズ、２…伝送フォーマットエンコーダ、３…編集機器、４…１ビットストリーム方式レコーダ、５１…１ビット方式記録メディア、５２，７２…再生機器アンプスピーカ、６…ＰＣＭ方式レコーダ、７１…ＰＣＭ方式記録メディア、Ｓｗ…音波、ｓ０，ｓ１…Ｓ偏光成分、ｐ０，ｐ１…Ｐ偏光成分、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓ１〜Ｓ４…光電変換素子からの出力信号、Ｓout…音声信号、Ｌout…レーザ光、Ｍ１，Ｍ２…反射ミラー、Ｃ…中心点、Ｐ０…信号点、Ｐａ〜Ｐｄ…基準点、Ｅ〜Ｈ…基準線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発する光源と、
前記レーザ光を反射可能な振動体および反射体と、偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタと前記振動板との間に配設された第１の１／４波長板と、前記偏光ビームスプリッタと前記反射体との間に配設された第２の１／４波長板とを含んで構成され、前記光源から発せられたレーザ光を前記偏光ビームスプリッタによって第１および第２の光路に分離して進行させると共に、前記第１の光路において前記振動体により反射された反射光と前記第２の光路において前記反射体により反射された参照光とを互いに干渉させて干渉縞を形成する干渉計と、
形成された干渉縞に基づき、前記振動体の振動を量子化して検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする振動検出装置。
【請求項２】
前記反射光の偏光方向と前記参照光の偏光方向とが互いに直交しており、
前記干渉計は、前記偏光ビームスプリッタと前記検出手段との間に、前記反射光の偏光方向および前記参照光の偏光方向からそれぞれ４５度傾いた方向に偏光軸が設定された第１の偏光板を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項３】
前記検出手段は、
前記干渉縞を互いに位相が９０度ずれた状態で検出する２つの光電変換素子と、
前記２つの光電変換素子からの出力信号を信号点とみなして、平面上に円状または円弧状のリサージュ図形を生成する図形生成手段と、
生成されたリサージュ図形上において、信号点が所定の基準点を通過する回数をカウントするカウンタとを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項４】
前記検出手段は、
前記干渉縞を互いに位相が９０度ずれた状態で検出する４つの光電変換素子と、
前記４つの光電変換素子からの出力信号のうちの互いに位相が１８０度異なる出力信号同士の差分をとって２つの差分信号を生成する演算手段と、
前記２つの差分信号をそれぞれ信号点とみなして平面上に円状または円弧状のリサージュ図形を生成する図形生成手段と、
生成されたリサージュ図形上において、信号点が所定の基準点を通過する回数をカウントするカウンタとを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項５】
前記４つの光電変換素子がそれぞれ単一の基板面上に形成され、
前記干渉計は、
前記基板面の上方において前記第１および第２の光路のうちの同一光軸上の光路部分に沿って延在すると共に、この光路部分を進行する前記反射光および前記参照光をそれぞれ４つに等分して４つの分岐光を生成しつつ前記光電変換素子の方向へと導く光分岐部と、
前記光分岐部の延在面と前記基板面との間において各々に対し対向配置された第３の１／４波長板と、
前記第３の１／４波長板の形成面と前記基板面との間において各々に対して対向配置され、前記第３の１／４波長板を介して入射した前記４つの分岐光の偏光方向が互いに４５度ずつ異なることとなるように偏光軸が設定された第２の偏光板とを有する
ことを特徴とする請求項４に記載の振動検出装置。
【請求項６】
前記光源、前記干渉計および前記検出手段が、半導体基板上に集積化されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項７】
前記光源、前記干渉計および前記検出手段が、単一の基体上に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項８】
前記振動体が音波に応じて振動する振動膜であり、この振動膜の振動を量子化された音声信号として検出する光学式マイクロホン装置として構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項１】
レーザ光を発する光源と、
前記レーザ光を反射可能な振動体および反射体と、偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタと前記振動板との間に配設された第１の１／４波長板と、前記偏光ビームスプリッタと前記反射体との間に配設された第２の１／４波長板とを含んで構成され、前記光源から発せられたレーザ光を前記偏光ビームスプリッタによって第１および第２の光路に分離して進行させると共に、前記第１の光路において前記振動体により反射された反射光と前記第２の光路において前記反射体により反射された参照光とを互いに干渉させて干渉縞を形成する干渉計と、
形成された干渉縞に基づき、前記振動体の振動を量子化して検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする振動検出装置。
【請求項２】
前記反射光の偏光方向と前記参照光の偏光方向とが互いに直交しており、
前記干渉計は、前記偏光ビームスプリッタと前記検出手段との間に、前記反射光の偏光方向および前記参照光の偏光方向からそれぞれ４５度傾いた方向に偏光軸が設定された第１の偏光板を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項３】
前記検出手段は、
前記干渉縞を互いに位相が９０度ずれた状態で検出する２つの光電変換素子と、
前記２つの光電変換素子からの出力信号を信号点とみなして、平面上に円状または円弧状のリサージュ図形を生成する図形生成手段と、
生成されたリサージュ図形上において、信号点が所定の基準点を通過する回数をカウントするカウンタとを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項４】
前記検出手段は、
前記干渉縞を互いに位相が９０度ずれた状態で検出する４つの光電変換素子と、
前記４つの光電変換素子からの出力信号のうちの互いに位相が１８０度異なる出力信号同士の差分をとって２つの差分信号を生成する演算手段と、
前記２つの差分信号をそれぞれ信号点とみなして平面上に円状または円弧状のリサージュ図形を生成する図形生成手段と、
生成されたリサージュ図形上において、信号点が所定の基準点を通過する回数をカウントするカウンタとを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項５】
前記４つの光電変換素子がそれぞれ単一の基板面上に形成され、
前記干渉計は、
前記基板面の上方において前記第１および第２の光路のうちの同一光軸上の光路部分に沿って延在すると共に、この光路部分を進行する前記反射光および前記参照光をそれぞれ４つに等分して４つの分岐光を生成しつつ前記光電変換素子の方向へと導く光分岐部と、
前記光分岐部の延在面と前記基板面との間において各々に対し対向配置された第３の１／４波長板と、
前記第３の１／４波長板の形成面と前記基板面との間において各々に対して対向配置され、前記第３の１／４波長板を介して入射した前記４つの分岐光の偏光方向が互いに４５度ずつ異なることとなるように偏光軸が設定された第２の偏光板とを有する
ことを特徴とする請求項４に記載の振動検出装置。
【請求項６】
前記光源、前記干渉計および前記検出手段が、半導体基板上に集積化されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項７】
前記光源、前記干渉計および前記検出手段が、単一の基体上に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項８】
前記振動体が音波に応じて振動する振動膜であり、この振動膜の振動を量子化された音声信号として検出する光学式マイクロホン装置として構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２０２９５９（Ｐ２００８−２０２９５９Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３６４１１（Ｐ２００７−３６４１１）
【出願日】平成１９年２月１６日（２００７．２．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１６日（２００７．２．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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