(57)【要約】【課題】  マイクヘッド部の小型薄型化が可能であるとともに、高い指向特性を保持しつつ、指向特性を任意に設定することができる光マイクロフォンシステムを提供する。【解決手段】  光マイクロフォンシステムに適用されるマイクヘッド部１１０は、一面側で音波を受波する振動板１３と、複数の受光素子（フォトセンサ）１１が２次元配列され、上記振動板１３の他面側に所定の空間１５を介して配置された、光透過性を有するフォトセンサアレイ１１Ａと、振動板１３とフォトセンサアレイ１１Ａとの間に設けられ、隣接する受光素子１１との空間１５を分離、遮断して、各受光素子１１ごとの受光領域を区画する隔壁１４と、該フォトセンサアレイ１１Ａの背面側に配置され、上記フォトセンサアレイ１１Ａの略全域を透過して、上記振動板１３の他面側に光を照射する面光源２０と、を備えた構成を有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波の振動を光を用いて検出し、前記音波の振動振幅に応じた電気信号に変換して出力する光マイクロフォンシステムにおいて、
少なくとも、一面側で前記音波を受波する振動板と、前記振動板の他面側に検出面が対向し、該振動板と離間して配置されるとともに、前記検知面側と背面側との間で光を透過する受光手段と、前記受光手段の前記背面側に配置され、前記受光手段を介して、前記振動板の他面側に光を照射する光源と、を備えたことを特徴とする光マイクロフォンシステム。
【請求項２】
前記受光手段は、光透過性を有する受光素子を、２次元配列したアレイ状に構成されていることを特徴とする請求項１記載の光マイクロフォンシステム。
【請求項３】
前記受光手段は、前記２次元配列された前記受光素子の各々に対応する受光領域を、相互に分離するための隔壁が設けられていることを特徴とする請求項２記載の光マイクロフォンシステム。
【請求項４】
前記受光手段は、前記２次元配列された前記受光素子の各々が、個別に受光感度が設定されることを特徴とする請求項２又は３記載の光マイクロフォンシステム。
【請求項５】
前記受光素子は、半導体層からなるチャネル領域の両端に設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記チャネル領域の上方に透明な絶縁膜を介して設けられた、透明な第１のゲート電極と、前記半導体層の下方に、透明な絶縁膜を介して設けられた不透明な第２のゲート電極と、を備えたダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有し、
第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記受光素子を初期化し、前記ソース電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に読み出しパルスを印加することにより、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に、前記第１のゲート電極側から前記チャネル領域に入射した光の量に応じて蓄積された電荷の量に対応する電圧を検出信号として出力することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の光マイクロフォンシステム。
【請求項６】
前記振動板は、前記他面側が前記光源から照射された前記光を反射、拡散する特性を有する薄膜であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光マイクロフォンシステム。
【請求項７】
前記光源は、前記受光素子が２次元配列された前記受光手段の前記背面側に対向するように設けられ、前記受光素子の全てに対応して、前記光を面状に放射する面光源であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の光マイクロフォンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音（音波）の振動振幅を、光を用いて検出し、電気信号に変換する光マイクロフォンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、音響技術の分野において、ダイナミック型やコンデンサ型の周知のマイクロフォンに変わる新たな技術として、例えば、特許文献１、特許文献２等に記載されているように、音の振動を光を用いて検出し、電気信号に変換する光マイクロフォンが知られている。
【０００３】
図１１は、従来技術における光マイクロフォンシステムのマイクヘッド部を示す概略構成図である。
光マイクロフォンシステムのマイクヘッド部は、概略、図１１に示すように、外部からの到達する音を受け取る（音波を受波する）振動板３１０と、該振動板３１０の内部側に配置され、振動板３１０に対して斜め方向から（振動板３１０の板面に対して、所定の傾斜角（９０°以外の角度）を有して）、振動板３１０の内面側に光ビームＬｐを照射する光源（例えば、レーザー光を発光するレーザーダイオード等）３２０と、振動板３１０の内面に反射した上記光ビームを受光して、電気信号に変換して出力する光検出器（フォトセンサ）３３０と、を備えた構成を有している。
【０００４】
このような構成を有する光マイクロフォンにおいて、外部から振動板３１０の一面側に音波ＳＷが当たることにより振動板３１０が振動（図中、矢印vibで表記）すると、光源３２０から振動板３１０の他面側（内部側）に照射された光ビームＬｐの反射光Ｌｒの光強度が変化する。この光強度の変化を光検出器３３０により検出することにより、上記音波ＳＷの振動振幅に応じた電気信号が生成、出力される。
【０００５】
すなわち、このような光マイクロフォンによれば、音波を受波する振動板と、当該振動板の振動を検出する振動検出系（光源、光検出器等）と、を離間させて配置することにより、振動板の表裏両面側を開放した構成を有しているので、振動板に振動検出系が直接付設された周知のマイクロフォンに比較して、振動板を軽くできるとともに、音波の受波方向以外（横方向）からの雑音を相殺して、鋭い指向特性を実現することができる、等の優位な特徴を有している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１１９７８４号公報（第２頁、図８）
【特許文献２】特開２００１−２６８６９６号公報（第２頁〜第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような従来技術に示した画像読取装置においては、以下に示すような課題を有していた。
すなわち、上述した従来技術に示した光マイクロフォンにおいては、光検出器に適用されるフォトセンサが、一般に不透明な部材や素材を用いて構成されていたため、必然的に光源及び光検出器を、振動板に対して相互に離間する位置に個別に配置しなければならず、かつ、振動板に対して所定の角度を有して斜め方向に光ビームを照射するように光源を配置し、また、該光ビームの反射光が到達する位置に斜めに光検出器（フォトセンサ）を配置する必要があった。そのため、光マクロフォンの装置構成が大型化するという問題を有していた。
また、特許文献１等に記載されているように、光源としてレーザダイオードを適用し、レーザービームを照射する構成にあっては、製品コストの高騰を招くという問題も有している。
【０００８】
さらに、従来技術における光マイクロフォンにおいては、ダイナミック型やコンデンサ型の周知のマイクロフォンに比較して、高い指向特性を実現することができるものの、光源から振動板に照射された光ビームが、振動板表面における反射により、ある程度の広がりを有して光検出器に到達するため、振動板の微小な振動変位を光強度の差分として高い検出精度で検出することが困難であるとともに、指向特性が特定の方向に固定されているため、電子機器等への搭載に際して応用範囲が限られてしまうという問題も有していた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、マイクヘッド部の小型薄型化が可能であるとともに、高い指向特性を保持しつつ、指向特性を任意に設定することができる光マイクロフォンシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明は、音波の振動を光を用いて検出し、前記音波の振動振幅に応じた電気信号に変換して出力する光マイクロフォンシステムにおいて、少なくとも、一面側で前記音波を受波する振動板と、前記振動板の他面側に検出面が対向し、該振動板と離間して配置されるとともに、前記検知面側と背面側との間で光を透過する受光手段と、前記受光手段の前記背面側に配置され、前記受光手段を介して、前記振動板の他面側に光を照射する光源と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光マイクロフォンシステムにおいて、前記受光手段は、光透過性を有する受光素子を、２次元配列したアレイ状に構成されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の光マイクロフォンシステムにおいて、前記受光手段は、前記２次元配列された前記受光素子の各々に対応する受光領域を、相互に分離するための隔壁が設けられていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の光マイクロフォンシステムにおいて、前記受光手段は、前記２次元配列された前記受光素子の各々が、個別に受光感度が設定されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載の光マイクロフォンシステムにおいて、前記受光素子は、半導体層からなるチャネル領域の両端に設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記チャネル領域の上方に透明な絶縁膜を介して設けられた、透明な第１のゲート電極と、前記半導体層の下方に、透明な絶縁膜を介して設けられた不透明な第２のゲート電極と、を備えたダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有し、第１のゲート電極にリセットパルスを印加して前記受光素子を初期化し、前記ソース電極にプリチャージパルスを印加した後、前記第２のゲート電極に読み出しパルスを印加することにより、前記初期化終了から前記読み出しパルスの印加までの電荷蓄積期間に、前記第１のゲート電極側から前記チャネル領域に入射した光の量に応じて蓄積された電荷の量に対応する電圧を検出信号として出力することを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光マイクロフォンシステムにおいて、前記振動板は、前記他面側が前記光源から照射された前記光を反射、拡散する特性を有する薄膜であることを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項２乃至６のいずれかに記載の光マイクロフォンシステムにおいて、前記光源は、前記受光素子が２次元配列された前記受光手段の前記背面側に対向するように設けられ、前記受光素子の全てに対応して、前記光を面状に放射する面光源であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
すなわち、本発明に係る光マイクロフォンシステムによれば、マイクヘッド部を構成する受光素子として、光透過性を有するフォトセンサを適用することにより、音波を受波する振動板に対向するようにフォトセンサの受光面を配置することができるとともに、当該フォトセンサの背面側（振動板とは反対側）に、平面的に重なるように面光源を配置することができるので、光源及びフォトセンサを相互に離間して配置するとともに、振動板に対して傾斜させて（斜め方向に）配置した従来の構成に比較して、装置構成を小型、薄型化した光マイクロフォンシステムを実現することができる。
特に、受光素子として、単一の半導体層の上方及び下方にゲート電極が設けられたダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサを適用することにより、装置構成を一層薄型化することができる。
【００１５】
また、上述した光透過性を有する受光素子を、２次元配列してアレイ状に構成することにより、受波した音波についての検出信号を２次元的な分布として取得することができるので、その分布状態を検証することにより、音波の到達方向を判定（音源探査）することができるとともに、各受光素子（ダブルゲート型フォトセンサ）の検出感度を個別に設定することができるので、特定方向に指向性を高めることができ、雑音が除去された明瞭な音データを取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る光マイクロフォンシステムについて、実施の形態を示して詳しく説明する。
＜マイクヘッド部＞
まず、本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用されるマイクヘッド部について説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る光マイクロフォンシステムのマイクヘッド部の一例を示す概略構成図である。また、図２は、本構成例に係るマイクヘッド部における概略動作を説明するための概念図である。なお、図２においては、説明の都合上、各層のハッチングを省略して示す。
図１に示すように、本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用されるマイクヘッド部１１０は、少なくとも、一面側（図面上面側）で音波を受波する振動板１３と、複数の受光素子（フォトセンサ）１１が２次元配列（例えば、マトリクス配列）され、上記振動板１３の他面側（図面下方側）に所定の空間１５を介して配置されたフォトセンサアレイ（受光手段）１１Ａと、振動板１３とフォトセンサアレイ１１Ａとの間に設けられ、隣接する受光素子１１との空間１５を分離、遮断して、各受光素子１１ごとの受光領域を区画する隔壁１４と、該フォトセンサアレイ１１Ａの背面側（図面下方側）に配置され、上記フォトセンサアレイ１１Ａの略全域を透過して、上記振動板１３の他面側に光を照射する面光源（光源）２０と、を備えた構成を有している。
【００１８】
ここで、フォトセンサアレイ１１Ａは、図１に示すように、概略、ガラス基板等の透明な基板１０の一面側に、複数の受光素子１１が２次元配列され、該受光素子１１を含む基板１０の一面側全域に透明な絶縁膜１２が形成された構成を有し、少なくとも、受光素子１１の形成領域以外の領域において、面光源２０から放射された光（照射光）が透明な基板１０及び絶縁膜１２を介して、振動板１３側に透過するように構成されている。すなわち、本発明に適用されるフォトセンサアレイ１１Ａは、光透過性を有するように構成されている。
また、フォトセンサアレイ１１Ａを構成する各受光素子１１は、各受光面（光検出面）が振動板１３の他面側に対向するように配置され、振動板１３側から入射する光のみを検出するように構成されている。
【００１９】
また、振動板１３の他面側は、光を反射、拡散する特性を有する薄膜であって、例えば、テフロン（登録商標）等を良好に適用することができる。このような振動板１３は、フォトセンサアレイ１１Ａの受光面側に形成された隔壁１４の上部に、フォトセンサアレイ１１Ａの全域を被覆する薄膜を接着することにより形成することができる。なお、振動板１３の形成方法はこれに限定されるものではなく、例えば、フォトセンサアレイ１１Ａの受光面側の全域に隔壁１４となる材料層を形成し、さらに、スパッタリングにより薄膜材料を積層形成した後、隔壁部分のみを残すように上記材料層をエッチング除去することにより、隔壁１４上に薄膜からなる振動板１３を形成するものであってもよい。
【００２０】
また、隔壁１４は、上記振動板１３からの反射光が隣接する受光素子１１により受光、検出されないように、隣接する受光領域間での光の漏出を防止することが可能な、遮光性の部材（例えば、アルミニウム等）により構成されている。なお、フォトセンサアレイ１１Ａ上に、各受光素子１１に対応して形成された隔壁１４と振動板１３により形成される空間１５は、振動板１３の一面側に当たる音波に追随して振動する必要があるので、完全な密封状態ではなく、例えば、フォトセンサアレイ１１Ａや振動板１３に形成された微細な通気孔を介して外気と連通していることが望ましい。
【００２１】
さらに、面光源２０は、上述したフォトセンサアレイ１１Ａの略全域に対して、均一な面状の光を放射することができるものであればよく、例えば、周知の液晶表示装置等に適用されている冷陰極線管や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源と導光板からなる構成を適用するものであってもよいし、有機エレクトロルミネッセント素子や発光ダイオード等の発光素子を２次元配列したものであってもよい。また、面光源２０と基板１０との間には、面光源２０から放射された光を拡散する拡散板等の光学部材を備えるものであってもよい。
【００２２】
このような構成を有するマイクヘッド部１１０によれば、隔壁１４により各受光素子１１ごとに受光領域が区画された個別の光マイクロフォンが２次元配列されたマイクロフォンアレイが構成されることになり、各光マイクロフォンを独立して動作制御することができる。
【００２３】
そして、上述したような構成を有するマイクヘッド部における音の検出動作は、まず、図２（ａ）に示すように、フォトセンサアレイ１１Ａ（受光素子１１）の背面側に設けられた面光源２０から放射された光がフォトセンサアレイ１１Ａを構成する透明な基板１０、及び、受光素子１１の周囲の透明な絶縁膜１２を介して透過し、振動板１３の他面側に照射される。振動板１３の他面側に照射された光は、図２（ｂ）に示すように、該表面で反射、拡散して、フォトセンサアレイ１１Ａ方向に放射され、その一部が各受光素子１１の受光部（受光面）に入射する。
【００２４】
このとき、振動板１３の一面側に音波ＳＷが当たると、当該音波ＳＷの振動振幅（音圧）に応じて、振動板１３と受光素子１１間の距離が変化するように振動板１３が振動する（図中、矢印vibで表記）ことにより、受光素子１１により検出される反射光の強度が変化する。したがって、従来技術における場合と同様に、振動板１３に当たった（受波された）音波ＳＷの振動振幅が光の強度に変換されて受光素子１１により検出され、電気信号に変換されて出力される。
【００２５】
なお、上述した構成例に示した振動板１３は、極力外光（振動板１３の一面側からの光）が透過しない膜質であることが望ましいが、外光が透過する膜質を適用した場合であっても、例えば、外光による光の強度を一定と仮定して、上述したフォトセンサアレイ１１Ａ（受光素子１１）から出力される電気信号に対して、信号処理により上記外光に対応するバックグランドノイズを除去する手法を適用することにより、振動板１３に当たった音波の振動振幅に対応する信号成分のみを取り出す（検出する）ことができる。
【００２６】
＜受光素子の具体例＞
次に、本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用可能な受光素子（フォトセンサ）の具体的な構成について説明する。
図３は、本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用可能な受光素子の一具体例を示す概略断面図である。なお、ここでは、受光素子の一例として、ダブルゲート型フォトセンサを示して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述したように、背面側に配置された面光源から放射される光を、受光面側に配置された振動板方向に透過することができる素子構造を有するものであれば、他の受光素子（フォトセンサ）であってもよい。
【００２７】
本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用可能な受光素子は、図３（ａ）に示すように、概略、励起光（すなわち、上記振動板１３で反射、拡散した光）が入射されると、電子−正孔対が生成されるアモルファスシリコン等からなる半導体層（チャネル領域）ＳＭと、該半導体層ＳＭの両端に、各々ｎ＋シリコンからなる不純物層（オーミックコンタクト層）ＯＭｓ、ＯＭｄを介して形成され、クロム、クロム合金、アルミニウム、アルミニウム合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なソース電極Ｓｘ（ソース端子Ｓ）及びドレイン電極Ｄｘ（ドレイン端子Ｄ）と、半導体層ＳＭの上方（図面上方）にブロック絶縁膜（ストッパ膜）ＢＬ及び上部ゲート絶縁膜１２ｔを介して形成され、酸化スズ膜やＩＴＯ膜（インジウム−スズ酸化膜）等の透明電極層からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極ＴＧｘ（第１のゲート電極；トップゲート端子ＴＧ）と、半導体層ＳＭの下方（図面下方）に下部ゲート絶縁膜１２ｂを介して形成され、クロム、クロム合金、アルミニウム、アルミニウム合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なボトムゲート電極ＢＧｘ（第２のゲート電極；ボトムゲート端子ＢＧ）と、を備えた素子構造を有している。
【００２８】
そして、このような構成を有する受光素子は、図３（ａ）に示すように、ガラス基板等の透明な基板１０上に形成されている。また、該受光素子を含む基板１０の一面側全体には保護絶縁膜（パッシベーション膜）１２ｐが被覆形成されている。ここで、トップゲート絶縁膜１２ｔ、ボトムゲート絶縁膜１２ｂ及び保護絶縁膜１２ｐは、図１及び図２に示した絶縁膜１２を構成している。
【００２９】
すなわち、本具体例に示した受光素子は、単一の半導体層（チャネル領域）ＳＭの上方及び下方に、各々絶縁膜１２ｔ、１２ｂを介してトップゲート電極ＴＧｘ及びボトムゲート電極ＢＧｘが設けられたダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有している。以下、このような素子構造を有する受光素子を「ダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗ」と記す。
【００３０】
なお、図３（ａ）において、トップゲート絶縁膜１２ｔ、ブロック絶縁膜ＢＬ、ボトムゲート絶縁膜１２ｂを構成する絶縁膜、及び、トップゲート電極ＴＧｘ上に設けられる保護絶縁膜１２ｐは、いずれも半導体層１１を励起する可視光に対して高い透過率を有する材質、例えば、窒化シリコンや酸化シリコン等により構成されていることにより、図２に示した場合と同様に、図面下方に設けられた面光源２０からの照射光を図面上方に透過させるとともに、振動膜１３に反射、拡散して、図面上方側からダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗの半導体層ＳＭに入射する光のみを検知する構造を有している。そして、このような素子構造を有するダブルゲート型フォトセンサは、一般に、図３（ｂ）に示すような等価回路により表される。
【００３１】
＜ダブルゲート型フォトセンサの駆動制御動作＞
次いで、上述したダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆動制御動作について説明する。
図４は、本発明に適用可能なダブルゲート型フォトセンサにおける基本的な駆動制御方法を示すタイミングチャートである。図５は、本発明に係る光マイクロフォンシステムにダブルゲート型フォトセンサを適用した場合の音波の検出状態を示す概念図である。なお、図５においては、説明の都合上、各層のハッチングを省略して示す。
【００３２】
上述したダブルゲート型フォトセンサの基本的な駆動制御方法は、図４に示すように、所定の処理動作期間（１処理サイクル）に、リセット期間Ｔrst、電荷蓄積期間Ｔａ、プリチャージ期間Ｔprch及び読み出し期間Ｔreadを設定することにより実現される。
まず、リセット期間Ｔrstにおいては、ダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗのトップゲート端子ＴＧ（トップゲート電極ＴＧｘ）にリセットパルスとして、ハイレベル（例えば、＋１５Ｖ）のトップゲートパルスφＴを印加して、半導体層ＳＭに蓄積されているキャリヤ（ここでは、正孔）を放出するリセット動作（初期化動作）を実行する。
【００３３】
次いで、電荷蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲート端子ＴＧにバイアス電圧として、ローレベル（例えば、＝−１５Ｖ）のトップゲートパルスφＴを印加することにより、上記リセット動作を終了し、電荷蓄積動作（キャリヤ蓄積動作）をスタートする。
ここで、電荷蓄積期間Ｔａにおいては、図５（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗが形成された透明な基板１０の下方に設けられた面光源２０から、ダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗが形成されていない領域の基板１０及び各絶縁膜１２ｂ、１２ｔ、１２ｐを透過して、ダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗの上方に設けられた振動板１３に光が照射され、その反射光が透明電極層からなるトップゲート電極ＴＧｘを通過して半導体層ＳＭに入射する。
【００３４】
これにより、電荷蓄積期間Ｔａ中に半導体層ＳＭに入射した光量に応じて、半導体層ＳＭの入射有効領域（キャリヤ発生領域）で電子−正孔対が生成され、半導体層ＳＭとブロック絶縁膜ＢＬとの界面近傍（チャネル領域周辺）に正孔が蓄積される。なお、ダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗの直下の面光源２０から照射された光は、不透明な電極層からなるボトムゲート電極ＢＧｘにより遮光されるので、面光源２０からの光が直接半導体層ＳＭに入射することはない。
【００３５】
そして、プリチャージ期間Ｔprchにおいては、上記電荷蓄積期間Ｔａに並行して、ソース端子Ｓにハイレベルのプリチャージ電圧Ｖpgを印加して、ソース電極Ｓｘに電荷を保持させるプリチャージ動作を実行する。なお、図４中、φｐｇは、プリチャージ電圧Ｖpgの印加タイミングを制御するためのプリチャージ制御信号である。
【００３６】
次いで、読み出し期間Ｔreadにおいては、上記プリチャージ期間Ｔprchを経過した後、ボトムゲート端子ＢＧに読み出しパルスとして、ハイレベル（例えば、＋１０Ｖ）のボトムゲートパルスφＢを印加することにより、電荷蓄積期間Ｔａにチャネル領域に蓄積されたキャリヤ（正孔）に応じたドレイン電圧ＶＤ（読み出し電圧Ｖrd）を読み出す動作（読み出し動作）が実行される。
【００３７】
ここで、読み出しパルス（ボトムゲートパルスφＢ）の印加期間（読み出し期間）におけるソース電圧ＶＤ（読み出し電圧Ｖrd）の変化傾向は、電荷蓄積期間Ｔａに蓄積されたキャリヤが多い場合（すなわち、図５（ａ）に示すように、振動板１３とダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗとの距離が短く、当該振動板１３からの反射光の光強度が強い状態）には急峻に低下する傾向を示し、一方、蓄積されたキャリヤが少ない場合（すなわち、図５（ｂ）に示すように、振動板１３とダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗとの距離が長く、当該振動板１３からの反射光の光強度が弱い状態）には緩やかに低下する傾向を示すので、例えば、所定の読み出し期間Ｔreadの経過後のソース電圧ＶＤ（読み出し電圧Ｖrd）を読み出すことにより、ダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗに入射した光の量、すなわち、振動板１３の振動振幅に対応した電気信号を検出することができる。
【００３８】
したがって、上述したようなダブルゲート型フォトセンサ等の光透過性の受光素子を適用して、光マイクロフォンのマイクヘッド部を構成することにより、振動板に対向するように、受光素子の受光面と面光源の発光面を設定することができるとともに、透明な基板上に薄膜形成された受光素子と面光源を平面的に重なるように配置することができるので、光マイクロフォン（マイクヘッド部）の装置構成を大幅に小型、薄型化することができる。
【００３９】
＜光マイクロフォンシステム＞
次に、上述したダブルゲート型フォトセンサからなる受光素子を備えた光マイクロフォンシステムの全体構成について説明する。
図６は、本発明に係る光マイクロフォンシステムの概略構成を示すブロック図である。ここでは、上述したダブルゲート型フォトセンサの素子構造及び駆動制御方法を適宜参照しながら説明する。
【００４０】
図６に示すように、本発明に係る１００は、概略、図５（ａ）に示したようなダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗ（受光素子１１）をマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ１１Ａ、及び、振動板１３からなるマイクヘッド部１１０と、該マイクヘッド部１１０を構成するフォトセンサアレイ１１Ａの各行のダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗのトップゲート端子ＴＧに、所定のタイミングでトップゲートパルス（リセットパルス）φＴを個別に印加するトップゲートドライバ部１２０と、各行のダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗのボトムゲート端子ＢＧに、所定のタイミングでボトムゲートパルス（読み出しパルス）φＢを個別に印加するボトムゲートドライバ部１３０と、各ダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗのソース端子Ｓに、所定のタイミングでプリチャージ電圧Ｖpgを印加し、ソース電圧ＶＤ（読み出し電圧Ｖrd）を個別に読み出すソースドライバ部１４０と、該ソースドライバ部１４０を介して読み出されたアナログ信号からなる検出信号（読み出し電圧Ｖrd）を、デジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器１５０と、マイクヘッド部１１０による音波の検出動作を制御するための各種制御信号φtg、φbg、φsgを生成して出力する機能や、上記検出信号に基づいて音データの生成、補正等の各種の処理を行う機能、外部機能部２００との情報のやり取り（インターフェース）等を行う機能を備えたコントローラ１６０と、該コントローラ１６０のワークエリアとして用いられ、取得した検出信号や音データ等を一時的に保存（記憶）するＲＡＭ１７０と、コントローラ１６０の制御プログラムや制御用各種データを保持するＲＯＭ１８０と、マイクヘッド部１１０の背面側に配置され、振動板１３に所定の光を照射するバックライトＢＬ（上述した面光源２０に相当する）と、を有して構成されている。
【００４１】
以下、主要な構成について説明する。
図７は、本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用されるマイクヘッド部（フォトセンサアレイ）及びその周辺回路の一構成例を示す概略図である。図８は、本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用可能なトップゲートドライバ部及びボトムゲートドライバの一構成例を示す概略ブロック図であり、図９は、本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用可能なソースドライバ部の一構成例を示す概略ブロック図である。
【００４２】
（フォトセンサアレイ１１Ａ）
フォトセンサアレイ１１Ａは、具体的には、図７に示すように、ｎ行×ｍ列（ｎ、ｍは任意の正の整数）のマトリクス状に複数のダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗが配列され、各行のダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗのトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧが、各々、行方向に配設された各トップゲートラインＴＬ及び各ボトムゲートラインＢＬを介して、トップゲートドライバ部１２０及びボトムゲートドライバ部１３０に接続されるとともに、各列のダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗのソース端子Ｄが、列方向に配設された各ソースラインＳＬを介して、ソースドライバ部１４０に接続された構成を有している。ここで、フォトセンサアレイ１１Ａを構成する全てのダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗのドレイン端子Ｄは、共通のドレイン端子ＤＬを介して、所定の電源電圧Ｖss（例えば、接地電位）に接続されている。
【００４３】
（トップゲートドライバ部１２０／ボトムゲートドライバ部１３０）
図８に示すように、トップゲートドライバ１２０及びボトムゲートドライバ１３０は、少なくとも、上述したコントローラ１６０から制御信号φtg又はφbgとして供給されるスタート信号ＳＴtb、基準クロック信号ＣＫtb、出力イネーブル信号ＯＥtb等に基づいて、スタート信号ＳＴtbを順次シフトしつつ、各トップゲートラインＴＬ又はボトムゲートラインＢＬに対応するシフト信号Ｓtb1、Ｓtb2、・・・Ｓtbnを出力するシフトレジスタ回路部１２１と、該シフトレジスタ回路部１２１から順次出力されるシフト信号Ｓtb1、Ｓtb2、・・・Ｓtbnを、所定の信号レベルに増幅して、トップゲートパルスφＴｉ（φＴ）又はボトムゲートパルスφＢｉ（φＢ）として、各トップゲートラインＴＬ又はボトムゲートラインＢＬに出力するレベルシフト回路部（出力バッファ部）１２２と、を有して構成されている。
【００４４】
（ソースドライバ部１４０）
図９に示すように、ソースドライバ１４０は、少なくとも、コントローラ１６０から制御信号φsgとして供給されるスタート信号ＳＴｓ及び基準クロック信号ＣＫｓ、出力イネーブル信号ＯＥｓ等に基づいて、スタート信号ＳＴｓを順次シフトしつつ、各ソースライン１１３に対応するシフト信号Ｓs1、Ｓs2、・・・Ｓsmを出力するシフトレジスタ回路部１４１と、上述したプリチャージ期間に、コントローラ１６０から制御信号φsgとして供給されるプリチャージ信号φpgに基づくタイミングで、各ソースラインＳＬに所定のプリチャージパルス（プリチャージ電圧Ｖpg）を一斉に印加するプリチャージ回路部１４５と、上述した読み出し期間に、コントローラ１６０から制御信号φsgとして供給されるサンプリング信号φsrに基づくタイミングで、各ソースラインＳＬを介して各ダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗに蓄積されたキャリヤに対応するソース電圧ＶＤ（読み出し電圧Ｖrd）を並列的に読み出して個別に保持するサンプリング回路部１４４と、サンプリング回路部１４４に保持された各ソース電圧ＶＤを所定の信号レベルに増幅するソースフォロワ回路部１４３と、上記シフトレジスタ回路部１４１から順次出力されるシフト信号Ｓs1、Ｓs2、・・・Ｓsmに基づくタイミングで、ソースフォロワ回路部１４３から出力される信号電圧を時系列的に取り出してシリアル信号に変換して検出信号Ｖdataとして出力するパラレル−シリアル変換回路部１４２と、を有して構成されている。
【００４５】
（画像読取装置の駆動制御方法）
次いで、本発明に係る光マイクロフォンシステムの駆動制御方法について説明する。
図１０は、本発明に係る光マイクロフォンシステムの駆動制御方法の一例を示すフローチャートである。ここでは、図４に示したダブルゲート型フォトセンサの駆動制御方法を適宜参照しながら説明する。
【００４６】
図１０に示すように、まず、トップゲートドライバ部１２０から各トップゲートラインＴＬを介して、リセットパルスとしてのトップゲートパルスφＴｉを順次印加して、リセット期間Ｔrstをスタートし、各行ごとのダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗを順次初期化する。
【００４７】
ここで、リセット期間Ｔrstが終了した行のダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗから順に電荷蓄積期間Ｔａがスタートして、当該ダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗ（半導体層ＳＭ）に入射される光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が発生し、蓄積される。ここで、図１０に示すように、電荷蓄積期間Ｔａ内に並行して、プリチャージ期間Ｔprchをスタートし、ソースライバ部１４０から各ソースラインＳＬにプリチャージ電圧Ｖpgを一斉に印加して特定の行のダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗのソース電極に所定の電圧を保持させる。
【００４８】
次いで、電荷蓄積期間Ｔａ及びプリチャージ期間Ｔprchが終了した行のダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗに対して、他の行におけるリセット動作、プリチャージ動作及び読み出し動作と時間的に重ならないタイミングで、ボトムゲートドライバ部１３０から上記特定の行のボトムゲートラインＢＬを介して、読み出しパルスとしてのボトムゲートパルスφＢｉを印加して、読み出し期間Ｔreadをスタートし、当該行のダブルゲート型フォトセンサ１１Ｗに蓄積された電荷に対応するソース電圧ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３、…ＶＤｍの変化を、各列のソースライン１０３を介して、ソースドライバ部１４０により同時に検出した後、シリアル信号に変換して検出信号Ｖdataとして出力する。
【００４９】
なお、上述した特定の行の読み出し動作（読み出し期間Ｔread）が他の行におけるリセット動作、プリチャージ動作及び読み出し動作と時間的に重ならないようにするためには、例えば、各行ごとのトップゲートパルス（リセットパルス）φＴｉ相互、ボトムゲートパルス（読み出しパルス）φＢｉ相互、及び、プリチャージパルスφpg（プリチャージ電圧Ｖpg）相互の印加タイミングの間隔（Ｔdelay）を、次の（１）式に示すように、リセット期間Ｔrst、読み出し期間Ｔread及びプリチャージ期間Ｔprchの合計時間、又は、それ以上になるように設定する。
Ｔdelay≧Ｔrst＋Ｔprch＋Ｔread                ・・・（１）
【００５０】
これにより、リセット動作、プリチャージ動作、読み出し動作が時間的に重なって実行されることがなく、さらに、各行ごとの処理サイクルの一部を時間的にオーバーラップさせることができるので、図４に示したような１処理サイクルの期間内で「リセット動作→電荷蓄積動作→プリチャージ動作→読み出し動作」からなる一連の処理手順を、各行ごとに順次繰り返し実行する場合に比較して、全ての行におけるリセット動作が終了する前に読み出し動作を行うことができ、より短時間で、音波の受波に伴う振動板の振動振幅の２次元的な分布状態を検出することができる。
【００５１】
したがって、本発明に係る光マイクロフォンシステムによれば、マイクヘッド部として、個別の光マイクロフォンが２次元配列されたマイクロフォンアレイを備えた構成を有し、各光マイクロフォンごとに、受波した音波に応じた検出信号を検出、出力することができるので、当該検出信号の２次元的な分布状態を検証することにより、マイクヘッド部（振動板）への音波の到達方向を判定したり、特定の方向からの音波に対してのみ検出感度を高く設定したりすることができる。
【００５２】
すなわち、本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用されるマイクロフォンアレイにおいては、音波の到達方向によって、２次元配列された各ダブルゲート型フォトセンサにおける音波の検出タイミング（到達時刻）にずれが生じて、その遅延量が変化することに基づいて、各ダブルゲート型フォトセンサにおいて、当該遅延量を任意に設定することにより、指向特性を２次元方向の任意の方向に、任意の検出感度で設定することができる。
【００５３】
このような光マイクロフォンシステムを、例えば、携帯電話やビデオカメラ、デジタルカメラ、ボイスレコーダ等の音響機能を備えた電子機器に搭載することにより、音波の発生源（音源）を的確に検出して、当該音源に指向性を高めるように制御することができるので、雑音が除去された明瞭な音声で通話や録音、撮影等を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る光マイクロフォンシステムのマイクヘッド部の一例を示す概略構成図である。
【図２】本構成例に係るマイクヘッド部における概略動作を説明するための概念図である。
【図３】本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用可能な受光素子の一具体例を示す概略断面図である。
【図４】本発明に適用可能なダブルゲート型フォトセンサにおける基本的な駆動制御方法を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明に係る光マイクロフォンシステムにダブルゲート型フォトセンサを適用した場合の音波の検出状態を示す概念図である。
【図６】本発明に係る光マイクロフォンシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用されるマイクヘッド部（フォトセンサアレイ）及びその周辺回路の一構成例を示す概略図である。
【図８】本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用可能なトップゲートドライバ部及びボトムゲートドライバの一構成例を示す概略ブロック図である。
【図９】本発明に係る光マイクロフォンシステムに適用可能なソースドライバ部の一構成例を示す概略ブロック図である。
【図１０】本発明に係る光マイクロフォンシステムの駆動制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】従来技術における光マイクロフォンシステムのマイクヘッド部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０          基板
１１          受光素子
１１Ａ        フォトセンサアレイ
１３          振動板
１４          隔壁
２０          面光源
１１０        マイクヘッド部
１００        光マイクロフォンシステム
１２０        トップゲートドライバ部
１３０        ボトムゲートドライバ部
１４０        ソースドライバ部
１６０        コントローラ
【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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