(57)【要約】【課題】  複数の光源を設置する必要がなく、容易に複数エリアの音波検出が可能な、光を利用したマイクロホンを提供する。【解決手段】  レーザ発射部３０から出力され、ビームスプリッタにより矢印Ｂの方向へ分けられたレーザ光は、筐体１０の内周面１１Ａに設けられている孔５０−１〜孔５０−５と、内周面１１Ａと内周面１１Ｂとの間の空間部分（エリアＡ〜エリアＥ）と、筐体１０の内周面１１Ｂに設けられている孔５１−１〜孔５１−５とを通過し、レーザ受光部４０−１〜レーザ受光部４０−５に入射する。レーザ受光部では、レーザ光が音波を通過した時に屈折して変化するレーザ光の受光位置を検出し、音声信号出力部は、検出した位置に対応した信号を音声信号として出力する。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を第１方向へ出力する光源と、
前記光源から前記第１方向へ出力されるコヒーレント光の経路上に複数配置され、前記光源から出力されて入射したコヒーレント光を、前記第１方向と、前記第１方向とは異なる第２方向とに分割する複数のスプリッタと、
前記複数のスプリッタにより前記第２方向へ分割されてから媒質中を通過したコヒーレント光を受光し、音による前記媒質の密度変化に伴って屈折した前記コヒーレント光の受光位置を検出する複数の検出手段と、
前記検出手段により検出された受光位置に対応した信号を出力する信号出力手段と
を有するマイクロホン。
【請求項２】
前記複数のスプリッタにより前記第２方向へ分割された各コヒーレント光の経路上に配置され、前記スプリッタにより前記第２方向へ分割された光を反射する複数の第１反射部材と、
前記複数の第１反射部材毎に前記第１反射部材に対向して配置され、前記第１反射部材により反射された光を前記第１部材の方向へ反射する複数の第２反射部材とを備え、
前記複数の検出手段は、前記第１反射部材と前記第２反射部材とにより複数回反射されたコヒーレント光を受光し、受光したコヒーレント光の受光位置を検出すること
を特徴とする請求項１に記載のマイクロホン。
【請求項３】
内部が中空の筐体であって、前記光源と、前記複数のスプリッタとを収納し、前記スプリッタにより第２方向へ分割されたコヒーレント光を該筐体の外部へ出す開口部を備えた筐体を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン。
【請求項４】
前記筐体は矩形をした環状の筐体であり、
該矩形の一方の長辺に沿って、その内部に前記光源と前記複数のスプリッタを収納すると共に、もう一方の長辺に沿って、前記複数の検出手段を収納し、
前記複数のスプリッタにより前記第２方向へ分割されたコヒーレント光が通過する開口部を内周面に備えていること
を特徴とする請求項３に記載のマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を利用して音声を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のダイナミック型やコンデンサー型に替わるマイクロホンとして、特許文献１に開示されているマイクロホンがある。このマイクロホンは、空気中にレーザ光を出射し、レーザ光が音波に接触したことにより生じるレーザ光の屈折量の変化を電気信号に変換する。このマイクロホンによれば、ダイナミック型やコンデンサー型のように機械的な振動部を必要としないため、長期の使用による振動部の劣化や過大な入力による振動部の破損を防ぐことが可能となっている。
【特許文献１】特開平５−２２７５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
さて、特許文献１に開示されたマイクロホンにおいては、空気中においてレーザ光が通過する領域を広げることにより、所定のエリア内を通過した音波を検知することができる。また、マイクロホンを複数台設置することにより、複数のエリア毎に各エリアを通過する音波をレーザ光によって検知することができる。しかしながら、複数のエリアで音波を検出するために、レーザ光を出力する光源を複数設置するのは、ユーザにとって煩雑な作業であり、手間がかかるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、複数の光源を設置する必要がなく、容易に複数エリアの音波検出が可能な、光を利用したマイクロホン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】
【０００５】
上述した課題を解決するために本発明は、コヒーレント光を第１方向へ出力する光源と、前記光源から前記第１方向へ出力されるコヒーレント光の経路上に複数配置され、前記光源から出力されて入射したコヒーレント光を、前記第１方向と、前記第１方向とは異なる第２方向とに分割する複数のスプリッタと、前記複数のスプリッタにより前記第２方向へ分割されてから媒質中を通過したコヒーレント光を受光し、音による前記媒質の密度変化に伴って屈折した前記コヒーレント光の受光位置を検出する複数の検出手段と、前記検出手段により検出された受光位置に対応した信号を出力する信号出力手段とを有するマイクロホンを提供する。
【０００６】
好ましい態様においては、前記マイクロホンは、前記複数のスプリッタにより前記第２方向へ分割された各コヒーレント光の経路上に配置され、前記スプリッタにより前記第２方向へ分割された光を反射する複数の第１反射部材と、前記複数の第１反射部材毎に前記第１反射部材に対向して配置され、前記第１反射部材により反射された光を前記第１部材の方向へ反射する複数の第２反射部材とを備え、前記複数の検出手段は、前記第１反射部材と前記第２反射部材とにより複数回反射されたコヒーレント光を受光し、受光したコヒーレント光の受光位置を検出するようにしてもよい。また、内部が中空の筐体であって、前記光源と、前記複数のスプリッタとを収納し、前記スプリッタにより第２方向へ分割されたコヒーレント光を該筐体の外部へ出す開口部を備えた筐体を備えるようにしてもよい。また、前記筐体を、矩形をした環状の筐体とし、該矩形の一方の長辺に沿って、その内部に前記光源と前記複数のスプリッタを収納すると共に、もう一方の長辺に沿って、前記複数の検出手段を収納し、前記複数のスプリッタにより前記第２方向へ分割されたコヒーレント光が通過する開口部を前記筐体に設けるようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の光源を設置することなく、容易に複数エリアの音波を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
［第１実施形態］
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るマイクロホン１の外観図であり、図２は、マイクロホン１の内部を模式的に示した図である。また、図３は、マイクロホン１のハードウェア構成を示したブロック図である。
【０００９】
図１に示したように、マイクロホン１の筐体１０は、長方形の環状の形状をしており、その内部は中空になっている。また、筐体１０の長手方向に沿った一方の内周面１１Ａにおいては、内部へ貫通した孔５０−１〜孔５０−５が長手方向へ所定の間隔で設けられており、内周面１１Ａに対向する内周面１１Ｂにおいては、内部へ貫通した孔５１−１〜孔５１−５が長手方向へ所定の間隔で設けられている。そして筐体１０の内部には、図２に示したように、レーザ発射部３０と、ビームスプリッタ２０−１〜ビームスプリッタ２０−５と、レーザ受光部４０−１〜レーザ受光部４０−６と、音声信号出力部１００−１〜音声信号出力部１００−５とが配設されている。なお、レーザ発射部３０、ビームスプリッタ２０−１〜ビームスプリッタ２０−５、レーザ受光部４０−１〜レーザ受光部４０−６、および音声信号出力部１００−１〜音声信号出力部１００−５は、図示せぬ支持部材により、筐体１０の内部に固定されている。
【００１０】
レーザ発射部３０は、所定の波長および所定のビーム径のレーザ光（コヒーレント光）を出力する光源である。なお、レーザ発射部３０が出力するレーザ光の波長は、可視領域や赤外領域など任意の波長の中から選択することができる。レーザ発射部３０は、図２に示したように長方形をした筐体１０の四隅のうちの一角に配置されており、筐体１０の長辺に沿った方向（図２中の矢印Ａ方向）へレーザ光を出力する。
【００１１】
ビームスプリッタ２０−１〜ビームスプリッタ２０−５は、レーザ発射部３０から出力されたレーザ光の経路を２つの経路に分けるものであり、レーザ発射部３０から見てビームスプリッタ２０−１、ビームスプリッタ２０−２、・・・、ビームスプリッタ２０−５という順番で、レーザ光の出力方向に所定の間隔で配置されている。レーザ発射部３０から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタに入射すると、直進する光（矢印Ａ方向）と直進方向と直交する方向（図２中の矢印Ｂ方向）の光とに分けられる。そして、レーザ発射部３０から出力されて各ビームスプリッタの中を直進したレーザ光は、レーザ受光部４０−６に入射する。また、ビームスプリッタにより矢印Ｂの方向へ分けられたレーザ光は、筐体１０の内周面１１Ａに設けられている孔５０−１〜孔５０−５と、内周面１１Ａと内周面１１Ｂとの間の空間部分（エリアＡ〜エリアＥ）と、筐体１０の内周面１１Ｂに設けられている孔５１−１〜孔５１−５とを通過し、レーザ受光部４０−１〜レーザ受光部４０−５に入射する。
【００１２】
レーザ受光部４０−１〜レーザ受光部４０−６は、図４に示したように、アレイ状に配設された光電変換素子を備えている。レーザ受光部にレーザ光が入射すると、アレイ状に配設された光電変換素子のうち、光を検出した光電変換素子が光を電気信号に変換する。そして、生成された電気信号が、図３に示したように音声信号出力部へ出力される。
【００１３】
内周面１１Ａと内周面１１Ｂとの間の空間において、空気中に音波が生じていない場合、レーザ発射部から出力されてビームスプリッタで矢印Ｂの方向へ分けられたレーザ光は内周面１１Ａと内周面１１Ｂとの間の空間部分を直進し、各レーザ受光部の中心に入光する。一方、音源から音波が出力されると、空気中に粗密波が生じ、空気の密な部分と粗な部分とが空気中を伝播して内周面１１Ａと内周面１１Ｂとの間の空間部分を通過する。そして、レーザ光は、この空気の粗密の中を通過することとなる。図５は、粗密波の分布と、この粗密波によって屈折するレーザ光の様子とを模式化して示した図である。光は媒質中を進むと媒質の密度が高い方へ屈折するため、図５においては、レーザ光は空気が密な部分の方向へ屈折する。ここで、レーザ光の屈折量は、空気密度の変化量の大きなところ（即ち、粗密波の密な部分または粗な部分）をレーザ光が通過すると大きくなり、音波が生じていない時の空気密度と同じ密度のところを通過する際には小さくなる。内周面１１Ａと内周面１１Ｂとの間の空間部分において、エリアＡ〜エリアＥを通過したレーザ光が音波中を通過して屈折すると、レーザ受光部４０−１〜レーザ受光部４０−５においてはレーザ光の入射位置がレーザ受光部の中心から変位することとなり、粗密波の周期（音波の周波数）に応じて変位量が周期的に変化し、粗密波の振幅（音圧レベル）に応じて変位量が大きくなる。即ち、レーザ受光部におけるレーザ光の入射位置の変位は音声を表すこととなる。
【００１４】
音声信号出力部１００−１〜音声信号出力部１００−５は同じ枝番が付されたレーザ受光部に接続されており、レーザ受光部から出力された電気信号を解析し、光を受光した光電変換素子を特定する。そして、光を受光した光電変換素子の位置からレーザ受光部の中心点までの距離を求め、例えば、中心点では電圧値を０とし、中心点からの距離が遠い場合には距離に対応した電圧値となる信号を出力する。上述したように、レーザ受光部におけるレーザ光の位置の変位は音声を表しているため、検出したレーザ光の位置に対応して出力される信号は音声を表すこととなる。
【００１５】
本実施形態によれば、レーザ光が複数のエリアを通過するように分割され、分割されたレーザ光の屈折量を検知することにより各エリアを通過する音波が検出されるので、複数台のマイクロホンをエリア毎に設けることなく、複数エリアを通過する音波を検出することができる。また、音波を検出するために必要なレーザ発射部、ビームスプリッタおよびレーザ受光部は、筐体１０に全て収められているため、複数エリアの音波を検出する際には筐体１０を設置すればよく、複数台のマイクロホンを設置する場合と比較して、容易にマイクロホンの設置を行うことができる。また、レーザ発射部、ビームスプリッタ、およびレーザ受光部は、筐体１０の内部に収められており、音波がレーザ発射部、ビームスプリッタ、およびレーザ受光部に当たることがない。このため、音波によってビームスプリッタやレーザ受光部が振動することがなく、レーザ光の屈折量のみを検出することができる。また、レーザ発射部、ビームスプリッタおよびレーザ受光部が筐体１０の内部に収められているため、汚れや破損、配置位置のずれなどが生じる虞が少なく、長期に渡って、メンテナンスの手間を必要とせずに使用することができる。また、レーザ光は筐体１０の内周面より内側の空間部分のみを通過するので、レーザ光が人間の眼に入射することがなく、安全に音声を検出することができる。
【００１６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。なお、本実施形態の構成は第１実施形態とほぼ同様であるため、第１実施形態と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００１７】
本実施形態においては、図６に示したように、反射部材６０−１〜反射部材６０−５と、反射部材６１−１〜反射部材６１−５が筐体１０の内部に配設されている点が、第１実施形態と異なる。反射部材６０−１〜反射部材６０−５、および反射部材６１−１〜反射部材６１−５は、その表面がアルミ蒸着処理などによって鏡面となっており、反射部材６０−１〜反射部材６０−５は、孔５０−１〜孔５０−５の近傍に配設され、反射部材６１−１〜反射部材６１−５は、孔５１−１〜孔５１−５の近傍に配設されている。
【００１８】
ビームスプリッタ２０−１により、図６中の矢印Ｂ方向に分けられた光は、孔５０−１と、内周面１１Ａと内周面１１Ｂとの間の空間部分と、孔５１−１とを通過して反射部材６１−１で反射する。反射部材６１−１で反射した光は、孔５１−１と、内周面１１Ａと内周面１１Ｂとの間の空間部分と、孔５０−１とを通過して反射部材６０−１で反射する。そして、反射部材６０−１で反射した光は、図６に示したように、反射部材６０−１と反射部材６１−１との間で複数回反射し、レーザ受光部４０−１に入射する。また、反射部材６０−２と反射部材６１−２との間、反射部材６０−３と反射部材６１−３との間、反射部材６０−４と反射部材６１−４との間、および反射部材６０−５と反射部材６１−５との間においても、ビームスプリッタにより矢印Ｂ方向に分けられた光が反射部材の間で複数回反射してレーザ受光部に入射する。
【００１９】
本実施形態によれば、音波の中をレーザ光が複数回通過するため、音波中をレーザ光が一回だけ通過する第１実施形態と比較して光の屈折量が増える。そして、光の屈折量が増えるため、レーザ受光部における変位量が第１実施形態と比較して大となり、感度よく音波を検出することができる。
【００２０】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。
【００２１】
上述した実施形態においては、レーザ受光部は、筐体１０の中に配置されているが、図７に示したように、レーザ発射部３０と、ビームスプリッタ２０−１〜ビームスプリッタ２０−５、レーザ受光部４０−６とを円筒状の筐体１０Ａの内部に配置し、レーザ受光部４０−１〜レーザ受光部４０−５を筐体１０Ａの外部に配置するようにしてもよい。
【００２２】
上述した実施形態においては、ビームスプリッタおよびレーザ受光部の数が５つとなっているが、ビームスプリッタやレーザ受光部の数は、この数に限定されるものではなく、５つ以下であっても、５つ以上であってもよい。
【００２３】
上述した第２実施形態においては、レーザ受光部４０−１〜レーザ受光部４０−５は、反射部材６１−１〜反射部材６１−５の近傍に配置されているが、反射部材６０−１〜反射部材６０−５の近傍に配置し、反射部材６１−１〜反射部材６１−５で反射したレーザ光を受光するようにしてもよい。
【００２４】
上述した実施形態においては、筐体１０がねじれると、筐体１０の内部に固定されているビームスプリッタ２０−１〜ビームスプリッタ２０−５の位置が変化する。そして、ビームスプリッタの位置が変化すると、レーザ受光部４０−１〜レーザ受光部４０−５に入射するレーザ光の位置がずれてしまい、音波を正しく検出できなくなってしまう。このため、筐体１０がねじれていない時にレーザ受光部４０−６に入射したレーザ光の位置を、レーザ受光部４０−６から出力される信号に基づいて検知して記憶し、レーザ受光部４０−６におけるレーザ光の入射位置が、記憶している位置よりずれた場合には、筐体１０がねじれているとして、音や光によりユーザに警告を発するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るマイクロホン１の外観図である。
【図２】マイクロホン１の内部を模式的に示した図である。
【図３】マイクロホン１のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図４】レーザ受光部の模式図である。
【図５】音波の粗密によるレーザ光の屈折を模式的に表した図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るマイクロホン内部の模式図である。
【図７】本発明の変形例に係るマイクロホンの模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１・・・マイクロホン、１０，１０Ａ・・・筐体、１１Ａ，１１Ｂ・・・内周面、２０−１〜２０−５・・・ビームスプリッタ、３０・・・レーザ発射部、４０−１〜４０−６・・・レーザ受光部、５０−１〜５０−５，５１−１〜５１−５・・・孔、６０−１〜６０−５，６１−１〜６１−５・・・反射部材、１００−１〜１００−５・・・音声信号出力部。
【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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