(57)【要約】  本願に開示された光マイクロホンは、環境流体を伝搬する音響波を、光波を用いて検出する光マイクロホンであって、固体の伝搬媒質によって構成されており、音響波が入射する入射面を有し、入射面から入射した音響波が伝搬する伝搬媒質部７、および、音響波用の開口を有しており、開口において入射面が露出するように、伝搬媒質部を支持する第１支持部８を含む音響受波部２と、光波３を出射する光源４であって、光波が伝搬媒質部中を伝搬する音響波を横切って、伝搬媒質部を透過する光源４と、前記伝搬媒質部を透過した前記光波を遮蔽する部分と遮蔽しない部分とに分割する、前記伝搬媒質部の前記入射面と平行な稜線を有する遮光部６と、伝搬媒質部７を透過した光波の、前記遮光部によって遮蔽されなかった部分を受光し、電気信号を出力する光電変換部５とを備える。
2013027373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境流体を伝搬する音響波を、光波を用いて検出する光マイクロホンであって、
固体の伝搬媒質によって構成されており、前記音響波が入射する入射面を有し、前記入射面から入射した前記音響波が伝搬する伝搬媒質部、および、音響波用の開口を有しており、前記開口において前記入射面が露出するように、前記伝搬媒質部を支持する第１支持部を含む音響受波部と、
光波を出射する光源であって、前記光波が前記伝搬媒質部中を伝搬する前記音響波を横切って、前記伝搬媒質部を透過する光源と、
前記伝搬媒質部を透過した前記光波を遮蔽する部分と遮蔽しない部分とに分割する、前記伝搬媒質部の前記入射面と平行な稜線を有する遮光部と、
前記伝搬媒質部を透過した前記光波の、前記遮光部によって遮蔽されなかった部分を受光し、電気信号を出力する光電変換部と、を備える、光マイクロホン。
【請求項２】
前記遮光部の前記稜線は、前記伝搬媒質部を透過した前記光波の光軸と交差している請求項１に記載の光マイクロホン。
【請求項３】
前記遮光部の前記稜線と前記伝搬媒質部の前記入射面とがなす角度を調整可能に前記遮光部を支持する第２支持部をさらに備える請求項１に記載の光マイクロホン。
【請求項４】
環境流体を伝搬する音響波を、光波を用いて検出する光マイクロホンであって、
固体の伝搬媒質によって構成されており、前記音響波が入射する入射面を有し、前記入射面から入射した前記音響波が伝搬する伝搬媒質部、および、音響波用の開口を有しており、前記開口において前記入射面が露出するように、前記伝搬媒質部を支持する第１支持部を含む音響受波部と、
光波を出射する光源であって、前記光波が前記伝搬媒質部中を伝搬する前記音響波を横切って、前記伝搬媒質部を透過する光源と、
受光面を有し、前記伝搬媒質部を透過した前記光波の一部を受光して、電気信号を出力する光電変換部と
を備え、
前記光電変換部は、前記受光面の少なくとも一部を規定しており、前記伝搬媒質部を透過した前記光波を前記受光面に入射する部分と入射しない部分とに分割する辺であって、前記伝搬媒質部を透過した前記光波の光軸に最も近接し、かつ、前記伝搬媒質部の前記入射面と平行な辺を有する、光マイクロホン。
【請求項５】
前記第１支持部は、前記伝搬媒質部を挟む一対の側壁を有し、一対の側壁にはそれぞれ光波用の孔を有し、前記光波は、前記一対の側壁の一方の孔から前記伝搬媒質部へ入射し、前記一対の側壁の他方の孔から出射する請求項１から４のいずれかに記載の光マイクロホン。
【請求項６】
前記伝搬媒質を伝搬する音響波の音速は、空気を伝搬する音響波の音速より小さい請求項１から４のいずれかに記載の光マイクロホン。
【請求項７】
前記伝搬媒質の音響インピーダンスが、空気の音響インピーダンスの１００倍以下である請求項１から４のいずれかに記載の光マイクロホン。
【請求項８】
前記伝搬媒質はシリカ乾燥ゲルである請求項１から４のいずれかに記載の光マイクロホン。
【請求項９】
前記光波はコヒーレント光である請求項１から４のいずれかに記載の光マイクロホン。
【請求項１０】
前記光波の波長は６００ｎｍ以上である請求項１から４のいずれかに記載の光マイクロホン。
【請求項１１】
少なくとも１つの光ファイバをさらに備え、前記少なくとも１つの光ファイバは、前記光源と前記受光部および前記受光部と前記光電変換部の一方の間に配置されている請求項１から４のいずれかに記載の光マイクロホン。
【請求項１２】
前記開口に設けられたホーンをさらに備える請求項１から４のいずれかに記載の光マイクロホン。
【請求項１３】
ビームスプリッタとミラーとをさらに備え、
前記ビームスプリッタは前記光源と音響受波部との間に位置し、
前記音響受波部は前記ビームスプリッタと前記ミラーとの間に位置し、
前記光源から出射した光波は、ビームスプリッタおよび前記伝搬媒質部を透過して前記ミラーで反射し、
前記ミラーで反射した光波は、前記伝搬媒質部を再度透過し、前記ビームスプリッタで反射され前記光電変換部へ入射する請求項１から４のいずれかに記載の光マイクロホン。
【請求項１４】
前記光電変換部から前記電気信号を受け取り、前記電気信号を、前記電気信号の周波数の−１、−２または−３乗に応じて補正する信号処理部をさらに備える請求項１から４のいずれかに記載の光マイクロホン。
【請求項１５】
前記光電変換部から得られる前記電気信号を、予め測定した周波数特性に応じて補正する信号処理部をさらに備える請求項１から４のいずれかに記載の光マイクロホン。
【請求項１６】
前記音響波の伝搬に伴って生じる前記伝搬媒質部を構成する伝搬媒質の屈折率分布により、前記光波の＋１次回折光波および−１次回折光波が前記伝搬媒質部において生成し、
前記光電変換部は、前記伝搬媒質部において回折せずに透過した０次回折光波のうち、前記＋１次回折光波と重なった領域、および、前記−１次回折光波と重なった領域のうちのいずれか一方のみの少なくとも一部、または、異なる光量のこれら両方を検出する請求項１から４にいずれかに記載の光マイクロホン。
【請求項１７】
環境流体を伝搬する音響波を、光波を用いて検出する音響波の検出方法であって、
音響波を、固体の伝搬媒質によって構成された伝搬媒質部に入射面から入射させ、内部へ伝搬させるステップと、
前記伝搬媒質部中を伝搬する前記音響波を横切って、前記伝搬媒質部を透過するように光源から前記伝搬媒質部に光波を出射するステップと、
遮蔽部の、前記入射面と平行な稜線によって、前記伝搬媒質部を透過した光波を遮蔽された部分と遮蔽されない部分とに分割し、前記光波の前記遮光されない部分を光電変換部で受光し、電気信号に変換するステップと
を包含する、音響波の検出方法。
【請求項１８】
前記電気信号に変換するステップは、
前記遮光部の前記光波の遮蔽された部分と遮蔽されない部分の間に位置する稜線を前記伝搬媒質部を透過した光波の光軸を中心として回転させながら前記電気信号を測定するステップと、
前記電気信号が最大となる角度で前記稜線の位置を固定し、前記電気信号を取得するステップと、
を含む請求項１７に記載の音響波の検出方法。
【請求項１９】
環境流体を伝搬する音響波を、光波を用いて検出する音響波の検出方法であって、
音響波を、固体の伝搬媒質によって構成された伝搬媒質部に入射面から入射させ、内部へ伝搬させるステップと、
前記伝搬媒質部中を伝搬する前記音響波を横切って、前記伝搬媒質部を透過するように光源から前記伝搬媒質部に光波を出射するステップと、
前記伝搬媒質部を透過した前記光波の一部を受光面を有する光電変換部で受光して、電気信号を出力するステップと
を包含し、
前記光電変換部は、前記受光面の少なくとも一部を規定しており、前記伝搬媒質部を透過した前記光波を前記受光面に入射する部分と入射しない部分とに分割する辺であって、前記伝搬媒質部を透過した前記光波の光軸に最も近接し、かつ、前記伝搬媒質部の前記入射面と平行な辺を有する、音響波の検出方法。
【請求項２０】
前記電気信号に変換するステップは、
前記受光面に入射する部分と入射しない部分との間に位置する辺を前記伝搬媒質部を透過した光波の光軸を中心として回転させながら前記電気信号を測定するステップと、
前記電気信号が最大となる角度で前記辺の位置を固定し、前記電気信号を取得するステップと、
を含む請求項１９に記載の音響波の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、空気などの気体を伝搬する音響波を受波し、光を利用して、受波した音響波を電気信号に変換する光マイクロホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
音響波を受波し、電気信号に変換する装置として、従来からマイクロホンが知られている。ダイナミックマイクロホンやコンデンサマイクロホンに代表される多くのマイクロホンは、振動板を備えている。これらのマイクロホンでは、音波が振動板を振動させることによって受波し、その振動を電気信号として取り出す。この種のマイクロホンは、振動板などの機械的振動部を有しているため、多数回、繰り返して使用することにより、機械的振動部の特性が変化する可能性がある。また、非常に強力な音波をマイクロホンで検出しようとすると、機械的振動部が破壊する可能性がある。【０００３】
このような従来の機械的振動部を有するマイクロホンの課題を解消するために、例えば、特許文献１および特許文献２は機械的振動部を有しておらず、光波を利用することで音響波を検出する光マイクロホンを開示している。【０００４】
例えば特許文献１は、光を音響波によって変調し、光の変調成分を検出することによって音響波を検出する方法を開示している。具体的には、図３６に示すように、空気中を伝搬する音響波１に、出射系光学部品１１１を用いて整形されたレーザー光を作用させ、回折光を生じさせる。この際、位相が互いに反転した２つの回折光成分が生じる。回折光を受光系光学部品１１２で調整した後に、２つの回折光成分のどちらか一方のみを光ダイオード１１３で受光し、電気信号に変換することにより音響波１を検出する。【０００５】
また、特許文献２は、音響波を媒質中に伝搬させ、媒質の光学的特性の変化を検出することにより、音響波を検出する方法を開示している。図３７に示すように、空気中を伝搬する音響波５は、開口部２０１から取り込まれ、壁面の少なくとも一部が光音響伝搬媒質２０３から形成されている音響導波路２０２中を進行する。音響導波路２０２を進行する音波は光音響伝搬媒質２０３に取り込まれて、その内部を伝搬する。光音響伝搬媒質２０３では、音波の伝搬に伴い、屈折率変化が生じる。この屈折率変化をレーザードップラー振動計２０４を用いて光変調として取り出すことにより、音響波５を検出する。特許文献２は光音響伝搬媒質２０３として、シリカ乾燥ゲルを用いることで、導波路中の音響波を光音響伝搬媒質２０３の内部へ高効率に取り込むことができると開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２６５２６２号公報
【特許文献２】特開２００９−０８５８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来技術では、装置が大型であったり、検出感度が十分に高くはなかった。本願の限定的ではない例示的なある実施形態は、小型で検出感度の高い光マイクロホンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、環境流体を伝搬する音響波を、光波を用いて検出する光マイクロホンであって、固体の伝搬媒質によって構成されており、前記音響波が入射する入射面を有し、前記入射面から入射した前記音響波が伝搬する伝搬媒質部、および、音響波用の開口を有しており、前記開口において前記入射面が露出するように、前記伝搬媒質部を支持する第１支持部を含む音響受波部と、光波を出射する光源であって、前記光波が前記伝搬媒質部中を伝搬する前記音響波を横切って、前記伝搬媒質部を透過する光源と、前記伝搬媒質部を透過した前記光波を遮蔽する部分と遮蔽しない部分とに分割する、前記伝搬媒質部の前記入射面と平行な稜線を有する遮光部と、前記伝搬媒質部を透過した前記光波の、前記遮光部によって遮蔽されなかった部分を受光し、電気信号を出力する光電変換部とを備える。【０００９】
上述の一般的かつ特定の態様は、システム、方法およびコンピュータプログラムを用いて実装され、またはシステム、方法およびコンピュータプログラムの組み合わせを用いて実現され得る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様にかかる光マイクロホンによれば、固体の伝搬媒質中に音響波を入射させ、光波と音響波とを作用させることによって音響波を検出するため、空気の対流などの影響を抑制することができる。また、伝搬媒質が固体であるため、音響波が伝搬媒質部を伝搬することによって生じる屈折率変化が大きくなり、高い感度で音響波を検出することができる。【００１１】
また、音響波による変調成分を０次回折光波と＋１次回折光波または−１次回折光波との干渉成分として検出するため、干渉成分の光量変化が検出すべき音響波に対応する。したがって、レーザードップラー振動計のように大掛かりな光学系を用いなくても、簡単な光電変換素子を用いれば干渉成分を検出することが可能となる。このため、光マイクロホンの構成を小型かつ簡単にすることができる。【００１２】
また、音響波による光波の回折を利用し、遮光部または光電変換部の配置により遮蔽方向を規定することによって、所望の伝搬方向の音響波を取得することが可能となり、これにより音の回折や漏れ波による影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による光マイクロホンの第１の実施形態を示す概略的な斜視図である。
【図２】空気と伝搬媒質部との界面における音響波の反射を示す図である。
【図３】第１の実施形態において、支持部に孔を設けた例を示す図である。
【図４】シリカ乾燥ゲルの透過光スペクトルを示す図である。
【図５】遮光部６による光波３の遮蔽の仕方を説明する図である。
【図６】（ａ）から（ｃ）は、遮光部６による光波３の遮蔽の別の仕方を説明する図である。
【図７】第１の実施形態において、光ファイバを用いた例を示す図である。
【図８】第１の実施形態において、ホーンを用いた例を示す図である。
【図９】伝搬媒質部７中の音響波１による光波３の回折を表す図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は０次回折光波と±１次回折光波との重なりを示す図である。
【図１１】第１の実施形態において、光電変換部５をシフトさせた例を示す図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、第１の実施形態の光マイクロホンに音響波１を入力していない場合およびしている場合の状態を示す図であり、（ｃ）および（ｄ）は、光マイクロホンに音響波１を入力していない場合およびしている場合に光電変換部から得られる電気信号を示す図である。
【図１３】（ａ）から（ｃ）は、シリカ乾燥ゲルによって構成される伝搬媒質部の形状および発生する不良を模式的に示す図である。
【図１４】（ａ）から（ｄ）は、音響受波部２内部での音響波１の伝搬の様子を示す図である。
【図１５】（ａ）から（ｅ）は、音響波の伝搬方向に対する遮光部の向きを変えた場合における、音響波１の伝搬方向と回折光波および光電変換部から得られる電気信号を示す図である。
【図１６】（ａ）から（ｅ）は、音響波の伝搬方向に対する遮光部の向きを変えた場合における、音響波１の伝搬方向と回折光波および光電変換部から得られる電気信号を示す他の図である。
【図１７】（ａ）から（ｅ）は、音響波の伝搬方向に対する遮光部の向きを変えた場合における、音響波１の伝搬方向と回折光波および光電変換部から得られる電気信号を示す他の図である。
【図１８】（ａ）から（ｅ）は、音響波の伝搬方向に対する光電変換部の受光面の向きを変えた場合における、音響波１の伝搬方向と回折光波および光電変換部から得られる電気信号を示す図である。（ｆ）は、光電変換部の受光面の形状の別の一例を示す図である。
【図１９】試作した光マイクロホンにおける光波３の光強度分布の測定結果を示す図である。
【図２０】試作した光マイクロホンにおける測定時の遮光部６による光波３の遮蔽の様子を示す図である。
【図２１】試作した光マイクロホンにおける出力波形を示す図である。
【図２２】試作した光マイクロホンにおける、遮光部６の位置と光マイクロホンの出力振幅の関係を示す図である。
【図２３】試作した光マイクロホンにおいて、遮蔽方向を変えて測定を行った際の光波３の遮蔽の様子を示す図である。
【図２４】試作した光マイクロホンにおける遮蔽の方向の変化による出力波形の変化を示す図である。
【図２５】試作した光マイクロホンにおいて、遮光部６を除去し、測定した場合の出力波形を示す図である。
【図２６】試作した光マイクロホンの周波数特性を示す図である。
【図２７】（ａ）および（ｂ）は、空気／シリカ乾燥ゲル界面での音圧の伝搬シミュレーション結果を示す図である。
【図２８】入力音響波の時間波形を示す図である。
【図２９】シリカ乾燥ゲルのＸ＝２，Ｙ＝０における変位量の波形を示す図である。
【図３０】シリカ乾燥ゲルのＸ＝２，Ｙ＝０におけるＸ方向変位量の波形を示す図である。
【図３１】（ａ）および（ｂ）は、メイン／不要波比の計算結果を示す図である。
【図３２】本発明による光マイクロホンの第２の実施形態を示す概略的な斜視図である。
【図３３】本発明による光マイクロホンの第３の実施形態を示す概略的な斜視図である。
【図３４】第２の実施形態における遮光部および支持部示す図である。
【図３５】遮光部の他の形態を示す図である。
【図３６】従来の光マイクロホンを示す図である。
【図３７】従来の他の光マイクロホンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本願発明者は、従来技術の課題を詳細に検討した。特許文献１の光マイクロホンは、空気中を伝搬する音響波にレーザー光を作用させる。空気中で音響波による回折を生じさせるため、空気の対流による影響が大きく、耐環境性に課題がある。また、空気中では音響波による光の回折効果が小さい。このため、検出可能な程度に光が変調されるために、光と音響波とが作用する距離を十分大きくとる必要がある。その結果、音響波の空中伝搬路を１０ｃｍ程度以下とするのは困難であり、局所的な音響波を検出することが困難であるという課題がある。また、装置自体が大型になるという課題もある。
【００１５】
特許文献２の方法は、レーザードップラー振動計を用いる。レーザードップラー振動計は、音響光学素子などの光周波数シフタや、多数のミラー、ビームスプリッタ、レンズなどからなる複雑な光学系が必要であるため、大型である。このため、特許文献２に開示される測定装置全体が大きくなってしまうという課題がある。また、本願発明者が検討したところ、シリカ乾燥ゲルを伝搬媒質として用いる場合、その形状不良または収縮が生じ、音響波の回折や漏れ波によって、音響波の検出に影響が生じる場合があることが分かった。
【００１６】
このような課題に鑑み、本願発明者は新規な光マイクロホンを想到した。本発明の一態様の概要は以下のとおりである。
【００１７】
本発明の一態様である光マイクロホンは、環境流体を伝搬する音響波を、光波を用いて検出する光マイクロホンであって、固体の伝搬媒質によって構成されており、前記音響波が入射する入射面を有し、前記入射面から入射した前記音響波が伝搬する伝搬媒質部、および、音響波用の開口を有しており、前記開口において前記入射面が露出するように、前記伝搬媒質部を支持する第１支持部を含む音響受波部と、光波を出射する光源であって、前記光波が前記伝搬媒質部中を伝搬する前記音響波を横切って、前記伝搬媒質部を透過する光源と、前記伝搬媒質部を透過した前記光波を遮蔽する部分と遮蔽しない部分とに分割する、前記伝搬媒質部の前記入射面と平行な稜線を有する遮光部と、前記伝搬媒質部を透過した前記光波の、前記遮光部によって遮蔽されなかった部分の一部を受光し、電気信号を出力する光電変換部とを備える。
【００１８】
前記遮光部の前記稜線は、前記伝搬媒質部を透過した前記光波の光軸と交差していてもよい。
【００１９】
光マイクロホンは、前記遮光部の前記稜線と前記伝搬媒質部の前記入射面とがなす角度を調整可能に前記遮光部を支持する第２支持部をさらに備える。
【００２０】
本発明の他の一態様である光マイクロホンは、環境流体を伝搬する音響波を、光波を用いて検出する光マイクロホンであって、固体の伝搬媒質によって構成されており、前記音響波が入射する入射面を有し、前記入射面から入射した前記音響波が伝搬する伝搬媒質部、および、音響波用の開口を有しており、前記開口において前記入射面が露出するように、前記伝搬媒質部を支持する第１支持部を含む音響受波部と、光波を出射する光源であって、前記光波が前記伝搬媒質部中を伝搬する前記音響波を横切って、前記伝搬媒質部を透過する光源と、受光面を有し、前記伝搬媒質部を透過した前記光波の一部を受光して、電気信号を出力する光電変換部とを備え、前記光電変換部は、前記受光面の少なくとも一部を規定しており、前記伝搬媒質部を透過した前記光波を前記受光面に入射する部分と入射しない部分とに分割する辺であって、前記伝搬媒質部を透過した前記光波の光軸に最も近接し、かつ、前記伝搬媒質部の前記入射面と平行な辺を有する。
【００２１】
前記第１支持部は、前記伝搬媒質部を挟む一対の側壁を有し、前記一対の側壁にはそれぞれ光波用の孔を有し、前記光波は、前記一対の側壁の一方の孔から前記伝搬媒質部へ入射し、前記一対の側壁の他方の孔から出射してもよい。
【００２２】
前記伝搬媒質を伝搬する音響波の音速は、空気を伝搬する音響波の音速より小さくてもよい。
【００２３】
前記伝搬媒質の音響インピーダンスが、空気の音響インピーダンスの１００倍以下であってもよい。
【００２４】
前記伝搬媒質はシリカ乾燥ゲルであってもよい。
【００２５】
前記光波はコヒーレント光であってもよい。
【００２６】
前記光波の波長は６００ｎｍ以上であってもよい。
【００２７】
光マイクロホンは、少なくとも１つの光ファイバをさらに備え、前記少なくとも１つの光ファイバは、前記光源と前記受光部および前記受光部と前記光電変換部の一方の間に配置されていてもよい。
【００２８】
光マイクロホンは、前記開口に設けられたホーンをさらに備えていてもよい。
【００２９】
光マイクロホンは、ビームスプリッタとミラーとをさらに備え、前記ビームスプリッタは前記光源と音響受波部との間に位置し、前記音響受波部は前記ビームスプリッタと前記ミラーとの間に位置し、前記光源から出射した光波は、ビームスプリッタおよび前記伝搬媒質部を透過して前記ミラーで反射し、前記ミラーで反射した光波は、前記伝搬媒質部を再度透過し、前記ビームスプリッタで反射され前記光電変換部へ入射してもよい。
【００３０】
光マイクロホンは、前記光電変換部から前記電気信号を受け取り、前記電気信号を、前記電気信号の周波数の−１、−２または−３乗に応じて補正する信号処理部をさらに備えていてもよい。
【００３１】
光マイクロホンは、前記光電変換部から得られる前記電気信号を、予め測定した周波数特性に応じて補正する信号処理部をさらに備えていてもよい。
【００３２】
前記音響波の伝搬に伴って生じる前記伝搬媒質部を構成する伝搬媒質の屈折率分布により、前記光波の＋１次回折光波および−１次回折光波が前記伝搬媒質部において生成し、前記光電変換部は、前記伝搬媒質部において回折せずに透過した０次回折光波のうち、前記＋１次回折光波と重なった領域、および、前記−１次回折光波と重なった領域のうちのいずれか一方のみの少なくとも一部、または、異なる光量のこれら両方を検出してもよい。
【００３３】
本発明の一態様である音響波の検出方法は、環境流体を伝搬する音響波を、光波を用いて検出する音響波の検出方法であって、音響波を、固体の伝搬媒質によって構成された伝搬媒質部に入射面から入射させ、内部へ伝搬させるステップと、前記伝搬媒質部中を伝搬する前記音響波を横切って、前記伝搬媒質部を透過するように光源から前記伝搬媒質部に光波を出射するステップと、遮蔽部の、前記入射面と平行な稜線によって、前記伝搬媒質部を透過した光波を遮蔽された部分と遮蔽されない部分とに分割し、前記光波の前記遮光されない部分を光電変換部で受光し、電気信号に変換するステップとを包含する。
【００３４】
前記電気信号に変換するステップは、前記遮光部の前記光波の遮蔽された部分と遮蔽されない部分の間に位置する稜線を前記伝搬媒質部を透過した光波の光軸を中心として回転させながら前記電気信号を測定するステップと、前記電気信号が最大となる角度で前記稜線の位置を固定し、前記電気信号を取得するステップとを含んでいてもよい。
【００３５】
本発明の一態様である音響波の検出方法は、環境流体を伝搬する音響波を、光波を用いて検出する音響波の検出方法であって、音響波を、固体の伝搬媒質によって構成された伝搬媒質部に入射面から入射させ、内部へ伝搬させるステップと、前記伝搬媒質部中を伝搬する前記音響波を横切って、前記伝搬媒質部を透過するように光源から前記伝搬媒質部に光波を出射するステップと、前記伝搬媒質部を透過した前記光波の一部を受光面を有する光電変換部で受光して、電気信号を出力するステップとを包含し、前記光電変換部は、前記受光面の少なくとも一部を規定しており、前記伝搬媒質部を透過した前記光波を前記受光面に入射する部分と入射しない部分とに分割する辺であって、前記伝搬媒質部を透過した前記光波の光軸に最も近接し、かつ、前記伝搬媒質部の前記入射面と平行な辺を有する。
【００３６】
前記電気信号に変換するステップは、前記受光面に入射する部分と入射しない部分との間に位置する辺を前記伝搬媒質部を透過した光波の光軸を中心として回転させながら前記電気信号を測定するステップと、前記電気信号が最大となる角度で前記辺の位置を固定し、前記電気信号を取得するステップとを含んでいてもよい。
【００３７】
（第１の実施形態）
以下、本発明による光マイクロホンの第１の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態の光マイクロホン１０１の構成を概略的に示す斜視図である。
【００３８】
１．光マイクロホン１０１の構成
光マイクロホン１０１は、その外部を音響波１が伝搬する環境流体で囲まれている。環境流体は、たとえば空気であるが、他の気体であってもよいし、水などの液体であってもよい。光マイクロホン１０１は、音響受波部２と、光源４と、光電変換部５とを備える。伝搬する音響波１は、音響受波部２に受波され、音響受波部２内を伝搬する。光源４から出射する光波３は、音響受波部２を透過することによって、音響受波部２を伝搬する音響波１と作用する。音響受波部２を透過した光波３は光電変換部５によって検出される。本実施形態では、光電変換部５が、音響受波部２を透過した光波３の一部を検出するために、光マイクロホン１０１は、遮光部６をさらに備える。また、光電変換部５が検出した音響波１の電気信号を処理するための信号処理部５１をさらに備える。
【００３９】
以下、各構成要素を詳細に説明する。なお、図１に示すように、音響波１が伝搬する方向をｘ軸とし、光波３が伝搬する方向をｚ軸とし、ｘ軸とｚ軸とに直交する軸をｙ軸とする。
【００４０】
（音響受波部２）
音響受波部２は、伝搬媒質部７と支持部（第１支持部）８とを含む。
【００４１】
・伝搬媒質部７
伝搬媒質部７は、音響波１が入射する入射面７ａを有し、入射面７ａから入射した音響波１を伝搬させる。伝搬媒質部７は固体の伝搬媒質によって構成されている。図２に、環境流体である空気と伝搬媒質部７との界面を示す。音響波１が伝搬媒質部７に取り込まれる際、図に示すように環境流体と伝搬媒質部７との界面において反射が生じる。このため、伝搬媒質部７の伝搬媒質としては、伝搬媒質部７と環境流体との界面において音響波１の反射がなるべく小さくなるように、環境流体と伝搬媒質との音響インピーダンス差を小さくしてもよい。
【００４２】
音響インピーダンスＺは、密度ρおよび音速Ｃを用い、以下の式（１）で表される。
Ｚ＝ρ・Ｃ  ・・・（１）
【００４３】
音響インピーダンスがそれぞれＺa、Ｚbである２つの物質の界面での反射Ｒは、以下の式（２）で表される。
Ｒ＝（（Ｚb−Ｚa）／（Ｚb＋Ｚa））  ・・・（２）
【００４４】
式（１）および（２）から、空気と伝搬媒質との界面での反射Ｒを小さくするためには、伝搬媒質部７を構成する固体の伝搬媒質は小さい密度および小さい音速を有することが有利である。例えば、環境流体として密度がおよそ１．３ｋｇ／ｍ3であり、音速が３４０ｍ／ｓｅｃである空気を考え、伝搬媒質として密度が２２００ｋｇ／ｍ3、音速が５９００ｍ／ｓｅｃである石英ガラスを用いる場合を考える。石英ガラスの音響インピーダンスは、空気の音響インピーダンスの約２．９×１０4倍であり、空気中から石英ガラスへと伝搬しようとする音響波のエネルギーの９９．９８６％が、空気と石英ガラスとの界面で反射される。このため、石英ガラスを用いて空気を伝搬する音響波１を取り込む場合、界面において音響波エネルギーの殆どが反射され、効率よく音響波１を内部に取り込むことができない。つまり、石英ガラスは、伝搬媒質部７の伝搬媒質としては好ましくない材料である。
【００４５】
通常の固体の密度は、空気と比べて桁違いに大きい。また、通常の固体を伝搬する音響波の音速は空気を伝搬する音響波の音速よりも大きい。このため、一般的な固体は、石英ガラスと同様、伝搬媒質部７の材料として好ましくない。
【００４６】
一方、シリカ乾燥ゲルの密度は、７０ｋｇ／ｍ3以上２８０ｋｇ／ｍ3以下であり、シリカ乾燥ゲルの音速は空気中の音速よりも小さく、５０ｍ／ｓｅｃ以上１５０ｍ／ｓｅｃ以下程度である。このため、シリカ乾燥ゲルの音響インピーダンスは、空気の音響インピーダンスの１００倍以下である。より具体的には、例えば、１００ｋｇ／ｍ3の密度および５０ｍ／ｓｅｃの音速を有するシリカ乾燥ゲルを用いた場合、音響インピーダンスは、空気の音響インピーダンスの１１．３倍程度となる。このため、界面での音響波１の反射は７０％にとどまり、音響波１のエネルギーの３０％程度が界面で反射されずに、シリカ乾燥ゲルの内部へ取り込まれる。つまり、空気中の音響波を効率よくシリカ乾燥ゲル内部に取り込むことができる。こうした理由から、伝搬媒質部７を構成する伝搬媒質には、シリカ乾燥ゲルを用いてもよい。
【００４７】
・支持部８
支持部８は、伝搬媒質部７を支持する。このために支持部８は、開口８ａおよび開口８ａにつながる内空間を有し、内空間に伝搬媒質部７が配置され、支持される。伝搬媒質部７の入射面７ａは開口８ａにおいて露出しており、環境流体と接している。環境流体を伝搬する音響波１は開口８ａ中の入射面７ａから伝搬媒質部７に取り込まれる。
【００４８】
また、光源４より出射される光波３は音響受波部２を透過する。このため、支持部８は光波３に対して透明な材料によって構成されていてもよい。支持部８を光波３に対して不透明な材料によって構成する場合には、支持部８に光波３が入射する領域および支持部８から光波３が出射する領域に孔１０を設けてもよい。
【００４９】
（光源４）
光源４は、光波３を出射する。光波３はコヒーレントな光であってもよいし、インコヒーレントな光であってもよい。ただし、レーザー光のようなコヒーレントな光であるほうが、回折光波の干渉が生じやすく、音響波１を検出しやすい。
【００５０】
図４は、厚さ５ｍｍのシリカ乾燥ゲルに対する光波の透過率の波長特性を測定した結果を示している。光波３は伝搬媒質部７を透過する必要があるため、伝搬媒質部７での光伝搬ロスが大きくならないように、光源４から出射する光波３の波長を選ぶ必要がある。図４に示すように、波長が６００ｎｍ以上であれば８０％程度の透過率が得られ、伝搬媒質部７を透過した光波３を十分な検出感度で検出することが可能である。したがって、光波３の波長は６００ｎｍ以上であってもよい。図４からわかるように、波長が６００ｎｍ以上であれば、２０００ｎｍまで８０％以上の透過率が得られる。
【００５１】
（光電変換部５）
光電変換部５は、音響受波部２を透過して出射する光波３の一部を受光し、光電変換によって、光量に応じた振幅を有する電気信号を出力する。光電変換部５は、光波３の波長に対して検出感度を有している。
【００５２】
（信号処理部５１）
以下において説明するように、光電変換部から得られる電気信号は、その周波数に応じた振幅強度を有している。このため、一定の感度で音響波を検出したい場合には、電気信号を、その周波数の−１、−２または−３乗に応じて補正する信号処理部５１をさらに備えていてもよい。
【００５３】
（遮光部６）
以下において詳細に説明するように、光マイクロホン１０１において、光電変換部５が音響受波部２を透過して出射する光波３の一部を受光することが重要である。このために、光マイクロホン１０１は、遮光部６を備えている。遮光部６は、光波３に対して不透明な材料によって構成される。ここで、不透明とは、たとえば、透過率が、１０％以下であることをいう。遮光部６は、音響受波部２と光電変換部５との間に配置され、音響受波部２を透過した光波３の一部を遮蔽し、光電変換部５へ入射するのを防ぐ。
【００５４】
図５は、音響受波部２から光電変換部５に向かう方向に見た遮光部６の配置を示している。以下、遮光部６が光波３を遮蔽する面を遮蔽面と呼ぶ。図５に示すように、遮光部６が音響受波部２を透過した光波３の一部を遮蔽するように、遮光部６の稜線６ｅが遮蔽面における光波３の照射領域を横切っていてもよい。これにより、稜線６ｅが光波３を遮蔽する部分と遮蔽しない部分とに分割する。図５では、遮光部６の稜線６ｅが光波３の照射領域の中心つまり、光波３の光軸を通り、交差しているが、図６（ａ）に示すように、稜線６ｅは照射領域の中心つまり光波３の光軸からずれており、交差していなくてもよい。また、図５では遮光部６は、光波３の照射領域のｘ軸において正側の部分を覆っているが、負側の領域を覆っていてもよい。以下において、詳細に説明するように、稜線６ｅは、音響波１の伝搬方向に対して垂直となるように配置されることが最も好ましい。図６（ｂ）に示すように、稜線６ｅは、音響波１の伝搬方向と非垂直であってもよい。ただし、以下において説明するように、図６（ｃ）に示すように、稜線６ｅが音響波１の伝搬方向と平行となる配置は好ましくない。
【００５５】
（補助的な構成要素）
・光ファイバ１１、１１’
なお、光マイクロホン１０１において、光源４と音響受波部２との間および音響受波部２と光電変換部５との間の光波３の光路の少なくとも１か所に光ファイバを用いてもよい。図７に示すように、光源４に光ファイバ１１の一端を接続し、他端１１ａを音響受波部２に近接させて光波３を音響受波部２に入射させる。音響受波部２を透過した光波３は、一部が遮光部６で遮蔽されたのち、端部１１ｂより光ファイバ１１’に結合される。光ファイバ１１’の他端は光電変換部５に接続されている。
【００５６】
光波３の光路に光ファイバ１１、１１’を用いることによって、光源４および光電変換部５と、音響受波部２とを、離間させて配置することが可能となる。電磁ノイズが大きい場所で音響波１を検出する場合、音響波１を受波する音響受波部２だけを測定箇所に配置し、光源４および光電変換部５を電磁ノイズの影響が届かない場所に配置すれば、電磁ノイズの影響を受けずに音響波１を検出することができる。また、光ファイバ１１、１１’を用いることによって光源４の出射面と光電変換部５の受光面とを対向させずに配置することが可能となるため、光マイクロホン１０１における構成要素の配置の自由度が高められ、より小型の光マイクロホン１０１を実現することも可能となる。
【００５７】
・ホーン１２
光マイクロホン１０１は、集音のためのホーン１２をさらに備えていてもよい。図８に示すように、ホーン１２は、第１開口１２ａおよび第１開口１２ａよりも小さい第２開口１２ｂを有しており、第２開口１２ｂが音響受波部２の開口８ａに接続されている。ホーン１２の通路の断面積が、第１開口１２ａから第２開口１２ｂにかけて小さくなっていることにより、第１開口１２ａから入射した音響波１の音圧がホーン１２を通過することにより高められる。これにより、光マイクロホン１０１の感度をより高めることができる。
【００５８】
２．光マイクロホン１０１の動作
次に、光マイクロホン１０１の動作を説明する。図１に示すように、空気中を伝搬する音響波１は、開口８ａに露出した伝搬媒質部７の入射面７ａから伝搬媒質部７に取り込まれ、伝搬媒質部７の内部を伝搬する。光源４より出射した光波３は、伝搬媒質部７に入射し、伝搬媒質部７中で音響波１と接触する。
【００５９】
図９は、伝搬媒質部７中で音響波１と光波３が接触する様子を示している。伝搬媒質部７中での音響波１の波長をΛとし、周波数をｆとする。また、光源４から出射される光波３の波長をλとし、周波数をｆ0とする。伝搬媒質部７中を音響波１が伝搬することにより、伝搬媒質部７の伝搬媒質の密度が変化し、それに応じて屈折率が変化する。つまり、音響波１の伝搬に伴い、波長Λに相当する周期で屈折率が変化する屈折率分布パターンが、音響波１の伝搬方向に伝搬する。これに、光波３が接触すると、音響波１による屈折率分布パターンは回折格子のようにふるまう。このため、音響波１と接触した後に伝搬媒質部７から出射する光波３には、回折光波が含まれる。音響波１が伝搬する方向に回折する光波を＋１次回折光波３ａ、音響波１が伝搬する方向と逆向きに回折する光波を−１次回折光波３ｃと呼び、また、回折されずにそのまま出射する光波を０次回折光波３ｂと呼ぶ。音響波１の音圧が大きい場合には、２次以上の高次の回折光波も出力する。以下では、高次回折光波が無視できる場合を考え、図３に示す３つの回折光波を用いて説明する。
【００６０】
音響波１は伝搬媒質部７中をｘ方向に伝搬するため、屈折率分布パターンによる回折格子も運動量を持ってｘ方向に伝搬する。このため、屈折率分布パターンによる回折光はドップラーシフトを受ける。具体的には、＋１次回折光波３ａの周波数はｆ0＋ｆとなり、−１次回折光波３ｃの周波数はｆ0−ｆとなる。０次回折光波３ｂは回折されないため、０次回折光波３ｂの周波数は伝搬媒質部７に入射される前と同じくｆ0のままである。また、＋１次回折光波３ａと−１次回折光波３ｃの位相は互いに反転しており、１８０°位相が異なっている。
【００６１】
０次回折光波３ｂと＋１次回折光波３ａ、または、０次回折光波３ｂと−１次回折光波３ｃを干渉させると、周波数がｆである差周波光成分が発生する。これを光電変換部５において光電変換すると、周波数ｆの電気信号が得られる。この電気信号は音響波１を電気信号に変換したものである。なお、音響波１の音圧が大きく、高次の回折光波が生じる場合には、光電変換部５から出力される電気信号には高調波が重畳する。
【００６２】
図１０は、伝搬媒質部７を透過した光波３の回折光を、光波３の伝搬方向に垂直な面において、光電変換部から音響受波部２に向かう向き（光波３の出射方向とは逆の方向）から見た図である。＋１次回折光波３ａおよび−１次回折光波３ｂの回折角が大きい場合や音響受波部２からの距離が大きい場合、図１０（ｂ）に示すように＋１次回折光波３ａと−１次回折光波３ｃとは互いに重ならず分離している。しかし、＋１次回折光波３ａおよび−１次回折光波３ｂの回折角が小さい場合や音響受波部２からの距離が小さい場合には、図１０（ａ）に示すように、＋１次回折光波３ａと−１次回折光波３ｃとは互いに一部が重なる。
【００６３】
＋１次回折光波３ａと０次回折光波３ｂとの干渉光、および、−１次回折光波３ｃと０次回折光波３ｂとの干渉光を同時に光電変換部５で受光すると、二組の干渉光の位相が１８０°ずれているため、互いに相殺して信号を検出することができない。このため、図１０（ａ）に示すように、＋１次回折光波３ａと−１次回折光波３ｃとが互いに重なり、かつ０次回折光波３ｂと重なる領域３ｆでは、干渉光が検出できない。図１０（ａ）および図１０（ｂ）のいずれの場合も、図中に示した領域３ｄ、３ｅにおいては、音響波に応じて強度が変化する干渉光が得られる。
【００６４】
しかし、領域３ｄおよび領域３ｅの干渉光を同時に検出すると、位相が互いに１８０°シフトしているため、２つの領域の干渉光が互いに相殺し、検出できない。このため、領域３ｄおよび領域３ｅのいずれか一方の干渉光のみを光電変換部５で検出するか、あるいは、何らかの手段によって、領域３ｄおよび領域３ｅの干渉光の光量のバランスを崩す必要がある。
【００６５】
図１０（ａ）および（ｂ）からわかるように、０次回折光波３ｂと＋１次回折光波３ａまたは−１次回折光波３ｃとが重なる領域３ｄおよび領域３ｅは、０次回折光波３ｂの光軸３ｈに垂直な面において、光軸３ｈと交わり、音響波１の伝搬方向に垂直な線Ｌ１に対して互いに線対称である。また、領域３ｄおよび領域３ｅは０次回折光波３ｂのスポット内に位置している。このため、０次回折光波３ｂの全部を光電変換部５で検出すれば、検出する光波には、領域３ｄおよび領域３ｅの干渉光が同時に同じ強度で含まれるため、２つの干渉光はほぼ完全に相殺される。これに対し、０次回折光波３ｂの光軸３ｈに垂直な面において、光電変換部５に入射する０次回折光波３ｂが、線Ｌ１に対して非対称であれば、検出する光波には領域３ｄの干渉光および領域３ｅの干渉光が異なる光量で含まれる。ここで、「０次回折光波３ｂが線Ｌ１に対して非対称」とは、光電変換部５に入射する０次回折光波３ｂの光軸に垂直な断面の形状が線Ｌ１に対して非対称である場合、および、断面の形状は線Ｌ１に対して対称であるが、領域３ｄおよび領域３ｅの干渉光の強度が互いに異なる場合をいう。
【００６６】
このような条件で、光電変換部５が０次回折光波３ｂを検出するために、光マイクロホン１０１は遮光部６を備えており、０次回折光波３ｂの一部を遮光部６によって遮蔽するこることにより、光電変換部５が０次回折光波３ｂの残りの部分を検出する。より具体的には、０次回折光波３ｂのうち、＋１次回折光波３ａと重なった領域３ｄ、および、−１次回折光波３ｂと重なった領域３ｅのうちのいずれか一方のみの少なくとも一部、または、異なる光量のこれら両方を検出する。
【００６７】
図１１に示すように、遮光部６を備える代わりに、光電変換部５の受光面５ａの中心５ｃを、音響受波部２を透過した光波３の光軸３ｈに対してシフトさせてもよい。
【００６８】
図１２に本実施形態による光マイクロホンで検出される信号を模式的に示す。図１２（ａ）および（ｃ）に示すように、音響波１を入力していない場合、検出する０次回折光波３ｂには上述した干渉光が含まれないため、光電変換部５から得られる電気信号は、音響波１によって変調されておらず、一定の強度の０次回折光波３ｂに基づく直流成分のみを含む。これに対して、音響波１を入力した場合、図１２（ｂ）および（ｄ）に示すように、光電変換部５から得られる電気信号は、一定の強度の０次回折光波３ｂによる直流成分および直流成分に重畳した音響波１の成分を含む。音響波１の成分のみが必要な場合には、ハイパスフィルターなどを用いて、電気的に直流成分を除去すればよい。
【００６９】
次に、干渉成分を生成する＋１次回折光波３ａおよび−１次回折光波３ｃの回折角および光強度について説明する。
【００７０】
図９に示すように、＋１次回折光波３ａおよび−１次回折光波３ｃの回折角をθとし、＋１次回折光波３ａおよび−１次回折光波３ｃの光強度をＩ1とする。回折角θおよび光強度Ｉ１は、以下の式（３）および（４）で表される。
ｓｉｎθ＝λ／Λ      ・・・（３）
Ｉ1＝Ｉin・Ｊ12（２πΔｎｌ／λ）      ・・・（４）
ここで、Iinは光波の入射強度、Δｎは伝搬媒質部７の屈折率変化量、ｌは伝搬媒質部７中を光波３が伝搬する長さを表している。
【００７１】
式（３）から、回折角θは音響波１の波長Λが小さいほど大きくなることがわかる。音響波１の波長Λと周波数ｆ、伝搬媒質部７中の音速Ｃの関係は、Ｃ＝ｆ・Λで表せるので、音速Ｃが小さいほど波長Λは小さくなる。例えば、光波３のスポット径を０．６ｍｍとし、波長６３３ｎｍの光波３が伝搬媒質部７中で周波数４０ｋＨｚの音響波により回折され、これを伝搬媒質部７から２５ｃｍ離れた場所において、＋１次回折光波３ａおよび−１次回折光波３ｃを観察する場合を考える。伝搬媒質部７が石英ガラスの場合、空気の場合、音速５０ｍ／ｓｅｃのシリカ乾燥ゲルの場合では、それぞれ回折角θは４．３×１０-6ｒａｄ、７．４５×１０-5ｒａｄ、５．１×１０-4となる。この時、０次回折光波３ｂと、＋１次回折光波３ａ（および−１次回折光波３ｃ）との中心間距離は、それぞれ１．１μｍ、１９μｍ、１３０μｍとなる。このため、これらの条件では、図１０（ａ）に示すように、＋１次回折光波３ａと−１次回折光波３ｃとは互いに分離せず重なる。＋１次回折光波３ａと−１次回折光波３ｃとが互いに重なる領域３ｆが小さいほど、領域３ｄおよび領域３ｅの面積が大きくなるため、検出される光波中の干渉光の強度は強くなる。このことから、伝搬媒質部７の伝搬媒質としては、音速の遅い材料を用いることができる。この点においても、シリカ乾燥ゲルは伝搬媒質部７の伝搬媒質としてとして適していると言える。
【００７２】
また、光マイクロホン１０１の感度は、０次回折光波３ｂと＋１次回折光波３ａまたは−１次回折光波３ｃとの干渉光の光量に依存する。干渉光の光量は、＋１次回折光波３ａまたは−１次回折光波３ｃの強度に応じて変化するため、＋１次回折光波３ａまたは−１次回折光波３ｃの強度が大きい方が光マイクロホン１０１の感度は高くなる。式（４）から屈折率変化Δｎが大きいほど、＋１次回折光波３ａおよび−１次回折光波３ｃの強度Ｉ１は大きくなるため、伝搬媒質部７の材料としては、屈折率変化Δｎが大きい材料を用いてもよい。空気の屈折率変化Δｎは、１Ｐａの音圧変化に対して２．０×１０-9であるのに対して、シリカ乾燥ゲルの１Ｐａの音圧変化に対する屈折率変化量Δｎは１.０×１０-7程度であり、空気の５０倍である。そのため、この点からもシリカ乾燥ゲルは伝搬媒質部７の材料として適していると言える。
【００７３】
このように本実施形態の光マイクロホンによれば、固体であり、かつ、空気より小さい音速を有する伝搬媒質によって伝搬媒質部が構成されているため、環境流体中を伝搬する音響波を、界面での反射を抑制し、高効率で伝搬媒質部へ入射させることができる。また、伝搬媒質が固体であるため、音響波が伝搬媒質部を伝搬することによって生じる屈折率変化が大きく、強い強度の＋１次回折光波および−１次回折光波が生成する。特に、伝搬媒質としてシリカ乾燥ゲルを用いることによって、干渉光が生成する領域を大きくすることができ、かつ、干渉光の強度を高めることができる。したがって、音響波を高いＳ／Ｎで感度良く検出することができる。
【００７４】
また、音響波による変調成分を０次回折光波と＋１次回折光波または−１次回折光波との干渉成分として検出するため、干渉成分の光量変化が検出すべき音響波に対応する。したがって、レーザードップラー振動計のように大掛かりな光学系を用いなくても、簡単な光電変換素子を用いれば干渉成分を検出することが可能となる。このため、光マイクロホンの構成を小型かつ簡単にすることができる。
【００７５】
上述したように本実施形態の光マイクロホンにおいて、伝搬媒質部７としてシリカ乾燥ゲルを用いる場合、特に、検出感度の高い光マイクロホンを実現することができる。しかし、シリカ乾燥ゲルの物理強度が弱いため、たとえば、図１３（ａ）に示すように、矩形に設計された伝搬媒質部７において、図１３（ｂ）に示すように、角や稜に欠けが生じたり、図１３（ｃ）に示すように、伝搬媒質部７の製造時に、全体が設計形状以上に収縮する場合がある。本願発明者が検討したところ、このような、欠けや収縮によって、支持部と伝搬媒質部７との間に空隙が形成される場合、音響波１の回折や漏れ波によるゴーストが生成し、音響波１の検出に影響を与え得ることが分かった。
【００７６】
図１４（ａ）から（ｄ）は、図１の音響受波部２のｘ−ｙ断面であって、伝搬媒質部７の入射面７ａに対して垂直方向に伝搬する平面波の音響波１が入射面７ａから伝搬媒質部７の内部に入射し、内部を伝搬する様子を模式的に示している。図１４（ａ）に示すように、伝搬媒質部７に欠けなどの形状不良や収縮により生じる空隙などが存在しない場合、音響波１は、メインウェーブ１ａが支配的となって伝搬媒質部７を伝搬する。これに対して、図１４（ｂ）および（ｃ）に示すように、伝搬媒質部７に欠けなどの形状不良が生じている場合、形成不良が生じている部分を起点とする不要波（ゴースト）１ｂが発生する。また、図１４（ｄ）に示すように、伝搬媒質部７が設計形状よりも収縮している場合、伝搬媒質部７と支持部８との空間に音響波１が伝搬し、この空間を伝搬する音響波１が伝搬媒質部７の側面から伝搬媒質部７へ入射し、不要波（ゴースト）１ｃが発生する。これらの不要波１ｂ、１ｃは、メインウェーブ１ａよりも時間的な遅れが生じていたり、音響波１の波形を正確に反映して伝搬しない可能性があるため、これらの不要波１ｂ、１ｃによる信号は光電変換部５から出力される電気信号に含まれないことが好ましい。以下、このような不要波１ｂ、１ｃを抑制する方法を説明する。
【００７７】
図１４（ａ）から（ｄ）に示すように、メインウェーブ１ａの伝搬方向は、伝搬媒質部７の入射面７ａに垂直な方向であるのに対し、不要波１ｂ、１ｃは入射面７ａに垂直な方向には伝搬しない。このため、入射面７ａに対して非垂直な方向に伝搬する音響波１の不要波による影響を低減すれば、光電変換部５から出力される電気信号に含まれる不要波の成分を抑制することができる。
【００７８】
入射面７ａに対して非垂直な方向に伝搬する不要波の抑制は、光波３を遮蔽する遮光部６や光電変換部５の配置により行う。例えば、図１に示すように、伝搬媒質部７の入射面７ａがｙｚ平面に平行である場合、遮光部６の稜線６ｅをｙｚ平面に平行、つまりｙ軸と平行となるように遮光部６を配置する。音響波１は入射面７ａに垂直に入射するため、音響波１の伝搬方向（ｘ軸）に対して遮光部６の稜線６ｅは垂直である。
【００７９】
図１５（ａ）から（ｅ）は、遮光部６の稜線６ｅと音響波１の伝搬方向とが種々の角度をなす場合において、生成する０次回折光波３ｂ、＋１次回折光波３ａ、−１次回折光波３ｃの配置と光電変換部５から出力される電気信号の波形を模式的に示している。遮光部６の稜線６ｅは０次回折光波３ｂの光軸を通っている。
【００８０】
図１５（ａ）から（ｅ）に示すように、＋１次回折光波３ａおよび−１次回折光波３ｃは０次回折光波３ｂに対して音響波１の伝搬方向の正側および負側に生成する。これらの回折光波は、メインウェーブ１ａによるものである。遮光部６の稜線６ｅと音響波１の伝搬方向とのなす角度が変化すると０次回折光波３ｂと＋１次回折光波３ａとが重なる領域３ｄ、および、０次回折光波３ｂと−１次回折光波３ｃとが重なる領域３ｅが遮光部６によって遮られる部分の大きさが変化する。
【００８１】
図１５（ａ）に示すように、遮光部６の稜線６ｅと音響波１の伝搬方向と垂直である場合、０次回折光波３ｂと＋１次回折光波３ａとが重なる領域３ｄは遮光部６によって完全に遮られるが、０次回折光波３ｂと−１次回折光波３ｃとが重なる領域３ｅはまったく遮られない。このため、領域３ｅの干渉光は、位相の異なる領域３ｄの干渉光と相殺されず、検出される音響波１のメインウェーブ１ａによる信号の振幅は、最も大きくなる。
【００８２】
図１５（ｂ）から(ｄ)に示すように、遮光部６の稜線６ｅと音響波１の伝搬方向と非垂直である場合、領域３ｅの一部が遮光部６によって遮られるとともに、領域３ｄの一部が遮光部６によって遮られなくなる。このため、領域３ｅの干渉光の光量が低下するとともに、領域３ｄの位相が反転した干渉光の光量が増加する。これにより、検出される信号の振幅は小さくなる。
【００８３】
図１５（ｅ）に示すように、遮光部６の稜線６ｅと音響波１の伝搬方向と平行になる場合、領域３ｅおよび領域３ｄの面積は等しくなる。このため、音響波１のメインウェーブ１ａによる信号の振幅はゼロとなる。
【００８４】
これに対し、不要波１ｂ、１ｃは、音響波１の伝搬方向と異なる方向に伝搬するため、図１５（ａ）に示すように、遮光部６の稜線６ｅと音響波１の伝搬方向と垂直である場合、不要波１ｂ、１ｃによる＋１次回折光波３ａ’および−１次回折光波３ｃ’は、音響波１の伝搬方向、つまり、ｘ軸方向とは異なる方向に生じる。このため、不要波１ｂ、１ｃによる＋１次回折光波３ａ’と０次回折光波３ｂとが重なる領域の一部は遮光部６によって遮られず、−１次回折光波３ｃ’と０次回折光波３ｂとが重なる領域の一部は、遮光部６によって遮られる。このため、遮光部６の稜線６ｅと音響波１の伝搬方向と垂直である場合、不要波１ｂ、１ｃによる２つの干渉光の一部は互いに相殺し、検出される不要波による信号の振幅は最大値から減少する。
【００８５】
このように、遮光部６の稜線６ｅと音響波１の伝搬方向と垂直である場合、メインウェーブ１ａによる信号の振幅は最も大きくなり、不要波による信号の振幅は抑制される。しがたって、光電変換部５から出力される電気信号において、不要波１ｂ、１ｃによる成分が抑制される。
【００８６】
遮光部６の稜線６ｅが０次回折光波３ｂの光軸からずれている場合も同様である。図１６（ａ）から（ｅ）に示すように、音響波１のメインウェーブ１ａによる信号の振幅は遮光部６の稜線６ｅと音響波１の伝搬方向と垂直である場合に最も大きくなり（図１６（ａ））、遮光部６の稜線６ｅと音響波１の伝搬方向と平行である場合にゼロとなる（図１６（ｅ））。不要波１ｂ、１ｃによる影響も、上述したように、音響波１の伝搬方向と垂直である場合に抑制されている。
【００８７】
また、図１０（ｂ）に示すように、＋１次回折光波３ａと−１次回折光波３ｃとが分離している場合にも同様に音響波１のメインウェーブ１ａによる信号強度を高め、不要波１ｂ、１ｃによる影響を抑制することができる。ただし、図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、＋１次回折光波３ａと−１次回折光波３ｃとが分離しているため、遮光部６の稜線６ｅと音響波１の伝搬方向と垂直である場合（図１７（ａ））のみならず、遮光部６の稜線６ｅが音響波１の伝搬方向と垂直な方向から多少ずれた角度をなしている場合でも、＋１次回折光波３ａと０次回折光波３ｂとが重なる領域は遮光部６によって遮蔽されるため、メインウェーブ１ａによる信号の振幅は最大値を維持する。図１７（ｃ）および（ｄ）に示すように、遮光部６の稜線６ｅが音響波１の伝搬方向と垂直な方向から大きくずれた角度をなす場合、メインウェーブ１ａによる信号の振幅は減少する。図１７（ｅ）に示すように遮光部６の稜線６ｅが音響波１の伝搬方向とが平行となる場合、音響波１のメインウェーブ１ａによる信号の振幅はゼロとなる。
【００８８】
また、遮光部６を設ける代わりに、光電変換部５の受光面５ａを０次回折光波３ｂの光軸に対してシフトさせて配置しても同様に音響波１のメインウェーブ１ａによる信号強度を高め、不要波１ｂ、１ｃによる影響を抑制することができる。図１８（ａ）から（ｅ）に示すように、音響波１のメインウェーブ１ａによる信号の振幅は、０次回折光波３ｂの光軸３ｈに最も近い受光面５ａの１つの辺５ｅと音響波１の伝搬方向と垂直である場合に最も大きくなり（図１８（ａ））、受光面５ａの１つの辺５ｅと音響波１の伝搬方向と平行である場合にゼロとなる（図１８（ｅ））。不要波１ｂ、１ｃによる影響も、上述したように、音響波１の伝搬方向と垂直である場合（辺５ｅが入射面に平行である場合）に抑制されている。なお図１８（ａ）から（ｅ）では受光面５ａの形状として四角形を例示しているが、受光面５ａの形状四角形でなくてもよい。例えば、図１８（ｆ）に示すように、受光面５ａは三角形の形状を有していてもよい。受光面５ａを規定する複数の辺のうち、最も０次回折光波３ｂの光軸３ｈに最も近い辺が音響波１の伝搬方向と垂直であれば、不要波１ｂ、１ｃによる影響が抑制される。
【００８９】
このように本実施形態の光マイクロホン１０１において、遮光部の稜線または光電変換部の受光面の一辺を音響波の伝搬方向と垂直、つまり音響伝搬部の入射面と平行にすることによって、音響波のメインウェーブによる信号の振幅を最大にし、伝搬媒質部の形状不良に起因ずる回折波や漏れ波による影響を抑制することができ、優れたＳ／Ｎで音響波を検出することができる。特に、レーザードップラー振動計などにより、音響波１による光路長変化を検出した場合では、音響波１の伝搬方向によらず音響波１の音圧に対応した信号が検出されるため、メインウェーブ１ａだけでなく、回折波１ｂや漏れ波１ｃがゴーストとして検出される。これに対して、上記方法では音響波１の伝搬方向に応じて得られる信号の強度が変化するため、所望するメインウェーブ１ａの信号に比較して、ゴースト信号１ｂ、１ｃの強度を抑制して音響波１を検出することができる。
【００９０】
（光マイクロホンの実験結果）
図３に示す本実施形態の光マイクロホンを試作し、特性を評価した。
【００９１】
伝搬媒質部７としては、１０８ｋｇ／ｍ3の密度および５１ｍ／ｓｅｃの音速を有するシリカ乾燥ゲルを用いた。シリカ乾燥ゲルはゾルーゲル法により作製した。具体的には、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）をエタノールなどの溶媒と混合したゾル液に触媒水を加え、加水分解および縮重合反応によって湿潤ゲルを生成し、得られた湿潤ゲルに疎水化処理を施した。湿潤ゲルを２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍの直方体形状の内空間を有する型に充填し、超臨界乾燥により乾燥させ、２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍの直方体形状の伝搬媒質部７を得た。
【００９２】
支持部８は厚さ３ｍｍの透明なアクリル板によって形成した。支持部８は２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍの直方体形状の内空間を有し、側面に、５ｍｍ×２０ｍｍの音響波１が入射する開口８ａおよび光波３が入射および出射する孔１０を設けた。
【００９３】
光源４には、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを用いた。光電変換部５には、シリコンダイオードによるフォトディテクタを用いた。遮光部６には、カッターナイフの刃を用いた。
【００９４】
まず、光波３のスポット径を測定した。スポット径は、光波３が音響受波部２から出射し、光電変換部５に向かって２５ｃｍ伝搬した地点で測定した。光波３のｘ軸方向の強度分布をナイフエッジ法で測定した結果を図１９に示す。測定はナイフの刃を微動ステージにｘ軸に対して垂直となるように取り付けて行い、ｘ方向の位置と光波３の強度の分布を記録することで測定した。光強度を示すピークの半値幅をスポット径とした。スポット系は約０．６ｍｍであった。なお、ｘ軸の値は０次回折光波３ｂの中心位置を０としているが、以後もこの位置をｘ軸のゼロ点として説明する。
【００９５】
光電変換部５の出力をオシロスコープに入力し、実際に音響波１を入力して波形の観察を行った。４０ｋＨｚの周波数を有し、１５波の正弦波からなるバースト信号をツイータに入力し、音響波１を環境流体である空気に出射させた。
【００９６】
遮光部６は、光波３が音響受波部２を出射して光電変換部５に向かって２５ｃｍ伝搬した地点で、図２０に示すように、光波３を遮光部６で遮蔽した。遮光部６は、遮光部６の稜線６ｅがｙ軸と平行になるように微動ステージに固定し、図１９に示す強度分布測定結果をもとに、稜線６ｅが光波３の光軸であるｘ＝０の点に位置するように調整した。これにより、遮光部６は、ｘ≧０の部分、つまり回折光波３ｂの中心に対して音響波１の伝搬方向の向きに位置する光波３だけを遮蔽する。
【００９７】
光電変換部５の出力波形をオシロスコープで観察した結果を図２１に示す。これより、入力した音響波５に対応する波形が得られることが確認できた。
【００９８】
次に、遮光部６の稜線６ｅをｙ軸と平行に保ったまま、稜線６ｅのｘ軸方向の位置を変化させて、光電変換部５の出力信号の強度を測定した。結果を図２２に示す。図２２より、遮光部６の稜線が折光波３の中心位置であるｘ＝０にある場合に最も大きな信号が得られ、その位置からずれると徐々に信号強度が弱くなり、中心から大きく外れると、信号が検出できなくなることが確認できた。
【００９９】
次に、遮光部６による光波３の遮蔽の位置を変更し測定を行った。図２３に示すように遮光部６の稜線６ｅをｙ軸と平行に保ったまま、ｘ≦０の部分、つまり透過光６ｂの中心線に対して音響波１の伝搬方向の逆向きに位置する部分だけを遮蔽した。これにより、−１次回折光３ｃの方が、＋１次回折光３ａよりも多く遮蔽される。配置の変更前後の波形を図２４に示す。図２４において、実線は、図２０に示す配置における信号を示し、破線は図２３に示す配置における信号を示している。これより、２つの信号の位相が互いに反転していることが確認できた。
【０１００】
次に、遮光部６を取った状態で光電変換部５から得られる信号の波形を図２５に示す。これより、遮光部３を取り除くと、互いに位相が反転した２つの干渉光が相殺し合うため、音響波５を十分な強度で検出することができないことが確認できた。
【０１０１】
また、式（３）からわかるように、回折角θは、音響波１の波長Λに依存する。このため、＋１次回折光波３ａおよび−１次回折光波３ｃの位置は、音響波１の波長Λに依存することになり、遮光部６の位置が一定であれば、＋１次回折光波３ａおよび−１次回折光波３ｃの位置の変化に伴い、光電変換部５が検出する干渉光の光量も変化する。つまり、音響波１の検出感度は、音響波１の周波数に対して依存性がある。作成した光マイクロホンの周波数特性を図２６に示す。図２６からわかるように、周波数が高くなるにつれて、検出感度も高まる傾向にある。
【０１０２】
したがって、フラットな帯域特性を得るためには、たとえば、光電変換部５から得られる電気信号の周波数特性を測定し、電気信号をその電気信号の周波数の逆数などで補正することができる。簡便な補正の方法として、例えば、周波数成分ｆに対して、１／ｆ、１／ｆ2、１／ｆ3で、つまり、周波数の−１、−２または−３乗に応じて電気信号を補正してもよい。どのような次数を用いるかは、あらかじめ、電気信号の周波数と検出感度との関係を測定によって求め、得られる周波数特性から決定してもよい。
【０１０３】
本実施形態の光マイクロホンを試作中、伝搬媒質部７を支持部８に配置する際のハンドリングにより、伝搬媒質部７に欠けが生じたり、伝搬媒質部７の作製工程における超臨界乾燥時に設計値よりも伝搬媒質部７が縮んでしまうことがあった。このような伝搬媒質部７を用いた光マイクロホンでは、伝搬媒質部７と支持部８のとの間に空隙が生じていた。
【０１０４】
伝搬媒質部７と支持部８の間に空隙が発生すると、空隙に音響波１が漏れこみ、意図しない音響波１による不要波を検出してしまうと考えられる。図２７（ａ）および（ｂ）は、伝搬媒質部７と支持部８との間に空隙のない場合とある場合とにおける、音響波１が伝搬媒質部７に取り込まれる際の音圧の伝搬をシミュレーションした結果を示している。音響波１とし、図２８に示すように周波数４０ｋＨｚのウェーブレット波形の平面波を、伝搬媒質部の入射面に対して伝搬方向が垂直となるように入射させた。伝搬媒質部７にはシリカ乾燥ゲル（密度：１５０ｋｇ／ｍ3、音速：７０ｍ／ｓｅｃ）を用い、支持部８はアクリル（密度：１１９０ｋｇ／ｍ3、音速：２７３０ｍ／ｓｅｃ）によって構成した。以下、伝搬媒質部７において、入射面に垂直な方向をＸ軸方向とし、入射面に水平な方向をＹ軸方向とし、入射面におけるｙ軸方向の中心を原点と定める。
【０１０５】
図２７（ａ）に示すように、伝搬媒質部７と支持部８との間に空隙のない場合、空気中から取り込まれた音響波の音圧分布は、伝搬媒質部７中を入力した音響波と同じ方向に伝搬する一つの平面波として伝搬する。これに対し、図２７（ｂ）は、シリカ乾燥ゲルの収縮などを想定して、伝搬媒質部７と支持部８との間に３００μｍ程度の空隙がある場合における音響波の音圧伝搬を示している。図２７（ｂ）に示すように、入射面に入射する音響波と同じ方向に伝搬する音圧分布による平面波の他に、入力する音響波と異なる方向に伝搬する平面波が確認できる。これは空隙から漏れこんだ音響波によるものと考えられる。
【０１０６】
図２９は座標Ｘ＝２、Ｙ＝０における音響波による変位の時間波形を示している。メインウェーブよりも遅れて伝搬する不要波（ゴースト）が観測された。不要波ａ２は空隙から漏れこんだ音響波によるものであるが、これは本来検出したい音響波ではない。次に、同じ座標位置におけるＸ方向の変位量を計算した結果を図３０に示す。図２９と図３０との比較からを比較すると、Ｘ方向の変位量のみをとった場合、不要波が大きく低減されることがわかった。メインウェーブの振幅ａ１と不要波の振幅ａ２との比を座標毎に計算した結果を図３１に示す。図３１（ａ）は、全方向における変異量を示し図３１（ｂ）は、ｘ軸方向の変異量のみを示している。これらの図から、Ｘ方向のみの変位量から求めた振幅比の方はほとんどの位置において小さくなっている。
【０１０７】
このことから、不要波はメインウェーブと異なる方向に伝搬していることがわかる。したがって、本実施形態で説明したように、メインウェーブが伝搬する方向つまり、音響波が伝搬媒質部７へ入射する方向である入射面７ａに垂直な方向において、音響波を最も高い感度で検出するように遮光部６を配置することによって、不要波の影響を抑制し、高い感度で音響波を検出することのできる光マイクロホンが実現できることがわかる。
【０１０８】
（第２の実施形態）
以下、本発明による光マイクロホンの第２の実施形態を説明する。図３２は、第２の実施形態の光マイクロホン１０２の構成を概略的に示す斜視図である。光マイクロホン１０２は、音響受波部２と、光源４と、光電変換部５と、遮光部６と、ビームスプリッタ１３と、ミラー（反射鏡）１４とを備える。光マイクロホン１０２は、ミラー１４によって光波３が２回、音響受波部２を透過する点で第１の実施形態とは異なる。
【０１０９】
ビームスプリッタ１３は光源４と音響受波部２との間に設けられ、ミラー１４は、音響受波部２の光源４とは反対側に設けられる。このため音響受波部２はビームスプリッタ１３とミラー１４との間に位置している。ミラー１４は、音響受波部２の光源４とは反対側の面に密着して設けられていてもよい。
【０１１０】
光マイクロホン１０２では、第１の実施形態と同様に、空気中を伝搬する音響波１を、入射面７ａから伝搬媒質部７の内部に取り込む。光源４より出射された光波３は、ビームスプリッタ１３を透過し、音響受波部２の伝搬媒質部７に入射する。伝搬媒質部７中で光波３は音響波１と作用しながら音響受波部２から出射し、ミラー１４に到達する。
【０１１１】
光波３はミラー１４によって反射され、再び音響受波部２の伝搬媒質部７を透過する。このため、光波３は、作用長ｌ（図９）が２倍である伝搬媒質部７を透過しているように、ミラー１４に到達するまでの往路、および、ミラー１４からの反射による復路において一体的に音響波１と作用する。その結果、伝搬媒質部７からビームスプリッタ１３へ向けて出射する際に、作用長２ｌの伝搬媒質部を透過したのと同程度の回折効果で、０次回折光波、＋１次回折光波および−１次回折光波が生じる。これらの光波を含む光波３は、ビームスプリッタ１３に入射され、ビームスプリッタのハーフミラーによって光電変換部５へ向けて反射される。
【０１１２】
光電変換部５に到達する光波３には、第１の実施形態と同様、＋１次回折光波３ａ、０次回折光波３ｂ、−１次回折光波３ｃの３つの光波が存在する。ただし、＋１次回折光波３ａおよび−１次回折光波３ｃの強度は式（４）においてｌが２倍になることから、伝搬媒質部７を一度透過する際に得られる回折光波の強度の２倍になっている。
【０１１３】
遮光部６を用いて光電変換部５で光波３を検出する方法は第１の実施形態と同様である。また第１の実施形態で説明したように、遮光部３を用いずに光電変換部５の位置をシフトとさせてもよいし、第１および第２の光ファイバ１１ａ、１１ｂを用いたり、ホーン９を用いてもよい。
【０１１４】
本実施形態の光マイクロホンによれば、光波３がミラー１４で反射されることにより、伝搬媒質部７内を往復して伝搬し、作用長が２ｌとなる。したがって、より大きな回折効果が得られる。このため、伝搬媒質部７の厚さが同じである場合には、第１の実施形態よりも感度の高い光マイクロホンを提供することができる。本実施形態は、第１の実施形態や第３の実施形態と好適に組み合わせることができる。
【０１１５】
（第３の実施形態）
以下、本発明による光マイクロホンの第３の実施形態を説明する。図３３は、第３の実施形態の光マイクロホン１０３の構成を概略的に示す斜視図である。光マイクロホン１０３は、音響受波部２と、光源４と、光電変換部５と、遮光部６と、遮光部６を支持する支持部（第２支持部）１６と備える。光マイクロホン１０３は、支持部１６に支持された遮光部６の角度を調整し得る点で第１の実施形態とは異なる。
【０１１６】
図３４は支持部１６に支持された遮光部６の模式的な図である。支持部１６は、遮光部６を、軸１６ｃを中心にｘｙ平面内において回転可能に支持しており、ｙ軸に対して稜線６ｅが任意の角度をなした状態で遮光部６を固定し支持し得る。
【０１１７】
光マイクロホン１０３は、音響波１の伝搬方向が不明である場合に、好適に用いられる。光マイクロホン１０３を用いて音響波１を検出する場合、まず、ｙ軸に対する稜線６ｅの角度を変えながら音響波１を検出し、光電変換部５から得られる電気信号の振幅を測定する。第１の実施形態で説明したように、音響波の伝搬方向に対して稜線６ｅが垂直である場合、電気信号の振幅は最大になるため、電気信号の振幅最大となるときの稜線６ｅの角度で遮光部６を固定することによって、音響波１を高い感度で検出することができる。また、この時、第１の実施形態で説明した理由から、不要波による影響は抑制されている。このため、不要波の影響を抑制し、所望の音響波を高い感度で検出することが可能である。
【０１１８】
本実施形態では遮光部６を回転可能に支持する支持部によって稜線６ｅの方向の調整を行っているが、この機能を遮蔽自体に設けてもよい。たとえば、図３５に示す遮光部１７を遮光部６および支持部１６の代わりに用いてもよい。図３５に示す遮光部１７は、ベース部１７ａと稜線１７ｅを含む回転部１７ｂとを有している。回転部１７ｂはベース部１７ａに対して軸１７ｃを中心に回転可能に支持されており、任意の回転角度で回転部１７ｂを固定することが可能である。このような構造を有する遮光部１７を用いても、不要波の影響を抑制し、所望の音響波を高い感度で検出することができる。
【０１１９】
また、第１の実施形態で説明したように、光電変換部の受光面を光電変換部５の受光面５ａを０次回折光波３ｂの光軸に対してシフトさせることにより、不要波による影響を抑制する場合にも同様の構成を用いることができる。具体的には、受光面５ａに入射する部分と入射しない部分との間に位置する辺５ｅを０次回折光波３ｂの光軸を中心として回転させながら音波１を検出し、電気信号を測定する。電気信号が最大となる角度で前記辺５ｅの位置を固定し、電気信号を取得すれば、得られる電気信号における不要波の影響は最も抑制されている。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本願に開示された光マイクロホンは、小型の超音波センサ等あるいは可聴音マイクロホン等として有用である。また、超音波を用いた周囲環境システムに用いる超音波受波センサ等としても応用できる。
【符号の説明】
【０１２１】
１  音響波
１ａ  メインウェーブ
１ｂ  回折によるゴースト
１ｃ  漏れ波によるゴースト
２  音響受波部
３  光波
３ａ  ＋１次次回折光波
３ｂ  ０次回折光波
３ｃ  −１次次回折光波
３ｄ、３ｅ  検出領域
４  光源
５  光電変換部
６  遮光部
７  伝搬媒質
８  支持部
８ａ  開口
９  開口
１０  孔
１１  光ファイバ
１１ａ  １１ｂ  光ファイバ入出力端
１２  ホーン
１３  ビームスプリッタ
１４  ミラー
１１１  出射系光学部品
１１２  受光系光学部品
２０１  開口部
２０２  音響導波路
２０３  光音響伝搬媒質
２０４  レーザードップラー振動計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
2013027373.tif 000040
2013027373.tif 000041