(57)【要約】【課題】  所定の領域内における音波の分布の違いを検出可能とする。【解決手段】  同一平面上にある反射リング２０−１〜２０−３の内周面と外周面との間でレーザ光を複数回反射させる。そして、反射リング２０−３内の円形領域と、反射リング２０−３と反射リング２０−２との間のドーナツ状領域、および反射リング２０−２と反射リング２０−１との間のドーナツ状領域を通過する音波を、これらの領域を通過するレーザ光で検出する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する反射面を内周面に有した環状の部材であって、周方向の長さが各々異なる複数の環状部材と、
前記複数の環状部材毎に設けられ、所定のビーム径のコヒーレント光を前記環状部材の内周面より内側の空間へ向けて出力する光源と、
前記複数の環状部材毎に設けられ、前記光源から出力されて前記反射面で反射したコヒーレント光を受光し、受光したコヒーレント光のビーム位置を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出されたビーム位置に対応した信号を出力する信号出力手段と、
前記環状部材の内周面で形成される開口部の方向が略同一となるように前記複数の環状部材を支持する支持手段と
を有するマイクロホン。
【請求項２】
前記複数の環状部材は円環状の部材であり、前記支持手段は前記複数の環状部材が同心円状に位置するように支持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】
前記複数の環状部材は、光を反射する反射面を外周面にも有することを特徴とする請求項２に記載のマイクロホン。
【請求項４】
前記支持手段は、前記複数の環状部材が、前記環状部材の内周面で形成される開口部の方向で前後に位置するように支持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５】
前記支持手段は、前記複数の環状部材の位置を、前記複数の環状部材の位置が同心円状となる第１の位置と、前記複数の環状部材が前記環状部材の内周面で形成される開口部の方向で前後となる第２の位置とに切換可能であ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６】
前記光源から出力される光の角度を、前記環状部材の位置に応じて変更する制御手段を有することを特徴とする請求項５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、所定の領域内を通過した音波を検知することができる。しかしながら、特許文献１においては、レーザ光が通過した領域内における音波の分布を測定することについては開示がなく、分布の違いを検出することができない。
【０００４】
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、所定の領域内における音波の分布の違いを検出可能とする技術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、光を反射する反射面を内周面に有した環状の部材であって、周方向の長さが各々異なる複数の環状部材と、前記複数の環状部材毎に設けられ、所定のビーム径のコヒーレント光を前記環状部材の内周面より内側の空間へ向けて出力する光源と、前記複数の環状部材毎に設けられ、前記光源から出力されて前記反射面で反射したコヒーレント光を受光し、受光したコヒーレント光のビーム位置を検出する検出手段と、前記検出手段により検出されたビーム位置に対応した信号を出力する信号出力手段と、前記環状部材の内周面で形成される開口部の方向が略同一となるように前記複数の環状部材を支持する支持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、前記複数の環状部材を円環状の部材とし、前記支持手段は前記複数の環状部材が同心円状に位置するように支持してもよい。また、前記環状部材は、外周面にも光を反射する反射面を備えるようにしてもよい。また、前記支持手段は、前記複数の環状部材が、前記環状部材の内周面で形成される開口部の方向で前後に位置するように支持するようにしてもよい。また、前記支持手段は、前記複数の環状部材の位置を、前記複数の環状部材の位置が同心円状となる第１の位置と、前記複数の環状部材が前記環状部材の内周面で形成される開口部の方向で前後となる第２の位置とに切換可能であるようにしてもよい。また、前記光源から出力される光の角度を、前記環状部材の位置に応じて変更する制御手段を有するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、所定の領域内における音波の分布の違い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】
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３は、マイクロホン１の側面図である。また、図２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。図１に示したように、このマイクロホン１は、筐体１０と、筐体１０を支持するスタンド５０と、反射リング２０−１〜２０−３と、反射リング２０−１〜２０−３を支持する支持部６０とを有している。
【０００９】
支持部６０には、支持棒６１と、反射リング２０−１とが取り付けられており、支持棒６１には、反射リング２０−２と反射リング２０−３とが取り付けられている。支持棒６１は、支持部６０に内蔵された図示せぬモータおよび歯車装置により図３（ｂ）に示したように、マイクロホン１の前方側へ回動するようになっている。また、反射リング２０−２と反射リング２０−３は、図示せぬモータおよび歯車装置により、支持棒６１への取付部６２−１，６２−２を中心に回動する。このように図示せぬモータと歯車装置により支持棒６１と、反射リング２０−２，２０−３を回動させることにより、図１および図３（ａ）に示したように反射リング２０−１〜２０−３を同心円状に配置したり、図３（ｂ）に示したようにマイクロホン１の前方側へ引き出して前後に配置したりすることが可能となっている。
【００１０】
反射リング２０−１は、環状の部材であり、その外周面および内周面は、例えばアルミ蒸着処理などによって鏡面となっている。反射リング２０−１の内周面の一部には、レーザ光を発射するための発射口３１−１が設けられており、発射口３１−１の内部には、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（図示略）と、モータおよび歯車装置とにより光源の傾き角度を可変する傾斜装置（図示略）とを備えたレーザ発射部３０−１が埋設されている。なお、光源が出力するレーザ光の波長は、可視領域や赤外領域の中から任意に選択することができる。また、反射リング２０−１の内周面の一部であって、発射口３１−１に隣接する部分には、レーザ発射部３０−１から出力されて外周面または内周面で反射したレーザ光が入射する入射口４１−１が設けられており、この入射口４１−１の内部には、図４に示したように光電変換素子をアレイ状に配設したレーザ受光部４０−１が埋設されている。このレーザ受光部４０−１にレーザ光が入光すると、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し、生成した電気信号を出力する。
【００１１】
反射リング２０−２および反射リング２０−３の構成は、リングの直径以外は反射リング２０−１と同じ構成であり、反射リング２０−２は、発射口３１−２、レーザ発射部３０−２、入射口４１−２およびレーザ受光部４０−２を有し、反射リング２０−３は、発射口３１−３、レーザ発射部３０−３、入射口４１−３およびレーザ受光部４０−３を有している。各反射リング、レーザ発射部およびレーザ受光部の構成は同様であるため、以下、各反射リング、レーザ発射部およびレーザ受光部を区別する必要のない場合には、枝番を付すのを省略する。
【００１２】
反射リング２０の内側の領域においては、空気中に音波が生じていない場合、光源から出力されたレーザ光は空気中を直進し、反射リング２０の外周面または内周面で反射してレーザ受光部４０の中心に入光する。一方、人間が音声を発す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反射リング２０の内側を通過する。そして、反射リング２０で反射しているレーザ光は、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、音声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。レーザ光が屈折すると、レーザ受光部４０においてはレーザ光の入射位置が中心から変位することとなり、粗密波の周期（即ち、音声の周波数）に応じて変位量が変化し、粗密波の振幅（即ち、音声の音圧レベル）に応じて変位量が大きくなる。即ち、レーザ光の入射位置の変位は音声を表すこととなる。
【００１３】
図２に示したように各音声信号出力部１１０−１〜１１０−３は、各枝番に対応したレーザ受光部４０−１〜４０−３に接続されている。各音声信号出力部は、レーザ受光部４０の光電変換素子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４０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。
【００１４】
筐体１０の表面には、図示せぬ電源からの電力をマイクロホン１の各部へ供給するための電源スイッチ１１と、切換スイッチ１２とが配設されている。また、筐体１０の内部には、マイクロコンピュータ１００が埋設されている。切換スイッチ１２は、反射リング２０−１〜２０−３の配置と、光源から出力されるレーザ光の軌跡を切り替えるためのスイッチであり、スライダの位置を表す信号をマイクロコンピュータ１００へ供給する。本実施形態においては、反射リング２０の配置と、レーザ光の軌跡は二通りに切り替えることが可能となっており、マイクロコンピュータ１００は、切換スイッチ１２から供給された信号に応じてレーザ発射部３０のモータを制御し、光源を所定の角度に傾ける。
【００１５】
切換スイッチ１２におけるスライダの位置毎のレーザ光の出力角度と軌跡とを図６に示す。切換スイッチ１２のスライダが左端の「１」の位置にある場合には、反射リング２０−１〜２０−３が同心円状に配置され（図６（ａ）、図３（ａ））、レーザ光が図６（ａ）に示した角度でレーザ発射部から出力される。レーザ発射部３０−１から出力されたレーザ光は、反射リング２０−１の内周面と反射リング２０−２の外周面とで反射し、図６（ａ）に示した軌跡でレーザ受光部４０−１に入光する。またレーザ発射部３０−２から出力されたレーザ光は、反射リング２０−２の内周面と反射リング２０−３の外周面とで反射し、図６（ａ）に示した軌跡でレーザ受光部４０−２に入光する。またレーザ発射部３０−３から出力されたレーザ光は、反射リング２０−３の内周面で反射し、図６（ａ）に示した軌跡でレーザ受光部４０−３に入光する。
【００１６】
このように、切換スイッチ１２のスライダ位置を「１」の位置にすると、レーザ光が同一平面上にある反射リング２０−１〜２０−３の内周面と外周面との間で複数回反射し、反射リング２０を通過する音波を、反射リング２０−３内の円形領域と、反射リング２０−３と反射リング２０−２との間のドーナツ状領域、および反射リング２０−２と反射リング２０−１との間のドーナツ状領域で検出することができる。そして、音声信号出力部１１０−１〜１１０−３から出力された信号を比較することにより、同一平面状における音圧レベルの違いを検出することが可能となり、例えば、人間が言語音を発した際、口を中心とした音波の音圧レベルの分布を検出するといったことが可能となる。
【００１７】
一方、切換スイッチ１２のスライダが「２」の位置にある場合には、図３（ｂ）に示したように支持棒６１が回動して反射リング２０−１〜２０−３が前後に配置され、レーザ光が図６（ｂ）に示した角度でレーザ発射部から出力される。レーザ発射部３０−１から出力されたレーザ光は、反射リング２０−１の内周面で反射し、図６（ｂ）に示した軌跡でレーザ受光部４０−１に入光する。またレーザ発射部３０−２から出力されたレーザ光は、反射リング２０−２の内周面で反射し、図６（ｂ）に示した軌跡でレーザ受光部４０−２に入光する。またレーザ発射部３０−３から出力されたレーザ光は、反射リング２０−３の内周面で反射し、図６（ｂ）に示した軌跡でレーザ受光部４０−３に入光する。
【００１８】
このように、切換スイッチ１２のスライダ位置を「２」にすると、反射リング２０を通過する音波を、反射リング２０−３内の円形領域と、反射リング２０−２の内周面付近の領域と、反射リング２０−１の内周面付近の領域とで検出することが可能となる。そして、音声信号出力部１１０−１〜１１０−３から出力された信号を比較し、各信号間の位相差を求めることにより、音波の出力方向を検出することができる。例えば、人間がマイクロホン１の前方で音声を発すると、まず音波は反射リング２０−３を通過した後、反射リング２０−２を通過して最後に反射リング２０−１を通過する。このため、同じ音声を表す信号が音声信号出力部１１０−３、１１０−２、１１０−１という順番で出力され、音声信号出力部１１０−３から出力された信号の位相が他の信号と比較して進むこととなる。一方、人間がマイクロホン１の後方で音声を発すると、まず音波は反射リング２０−１を通過した後、反射リング２０−２を通過して最後に反射リング２０−３を通過する。このため、同じ音声を表す信号が音声信号出力部１１０−１、１１０−２、１１０−３という順番で出力され、音声信号出力部１１０−１から出力された信号の位相が他の信号と比較して進むこととなる。よって、音声信号出力部１１０−１〜１１０−３から出力される信号を比較し、音声信号出力部１１０−３から出力される信号の位相が進んでいる場合には、音波はマイクロホン１の前方から出力され、音声信号出力部１１０−１から出力される信号の位相が進んでいる場合には、音波はマイクロホン１の後方から出力されているということを検知することができる。
【００１９】
このように本実施形態によれば、所定の領域内の音波を検出すると共に、音圧レベルの分布や音波の出力方向を検出することが可能となる。また、本実施形態によれば、レーザ光は反射リング２０内の閉じた領域をのみを通過するので、レーザ光が人間の眼球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。
【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、反射面が形成されている部材を円状ではなく多角形の環状にしてもよい。また、反射面が形成されている部材は、例えば、一つはリング状とし、一つは矩形にするというように、各々同じ形状ではなく、各部材で形状を異ならせるようにしてもよい。また、レーザ受光部４０の位置は、レーザ発射部３０の近傍に限定されるものではなく、反射リング２０の内周面の任意の位置に配置してもよい。また、内周面を複数のミラーで構成し、切換スイッチ１２の設定に応じて各々のミラーの角度を可変することによりレーザ光の光路長を可変するようにしてもよい。また、反射リングの数は上述した実施形態のように３個に限定されるものではなく、２個としたり、４個以上とするようにしてもよい。また、反射リング２０−１〜２０−３の内側のみを鏡面とし、反射リング２０−１〜２０−３を同心円状に配置した場合にも、図６（ｂ）に示したように、反射リング２０の外周面でレーザ光を反射させないようにしてもよい。
【００２２】
上述した実施形態においては、モータおよび歯車装置により支持棒６１および反射リング２０−２，２０−３を回動させているが、手動によりこれらを回動させるようにしてもよい。なお手動で回動させる場合には、支持棒６１の傾きを検知し、支持棒６１の傾き角度に応じて、レーザ光の出射角度を可変するようにしてもよい。
【００２３】
超音波を用いた距離センサを筐体１０に設け、この距離センサによってユーザとマイクロホン１との間の距離を測定し、測定された距離に応じてレーザの出射角度を可変するようにしてもよい。
【００２４】
また、音声信号出力部１１０−１〜音声信号出力部１１０−３から出力される信号の位相を合わせてから各信号を加算し、マイクロホン１から出力される音声信号の音声レベルを上げるようにしてもよい。図７は、この態様に係るマイクロホンのブロック図である。遅延部１２０−１は、音声信号出力部１１０−３から出力される音声信号を遅延させ、音声信号出力部１１０−３から出力される音声信号の位相が、音声信号出力部１１０−１から出力される信号の位相と一致するように音声信号を遅延させる。また、遅延部１２０−２は、音声信号出力部１１０−２から出力される音声信号を遅延させ、音声信号出力部１１０−２から出力される音声信号の位相が、音声信号出力部１１０−１から出力される信号の位相と一致するように音声信号を遅延させる。加算部１３０は、音声信号出力部１１０−１から出力された音声信号と、遅延部１２０−２から出力された音声信号と、遅延部１２０−３から出力された音声信号とを加算し、加算の結果得られた音声信号を出力する。この態様によれば、マイクロホン１の正面からの音波によって生成された音声信号の音声レベルが上がり、マイクロホン１の指向性が強まることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の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のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るマイクロホン１の側面図である。
【図４】レーザ受光部の外観図である。
【図５】音波の粗密を模式的に表した図である。
【図６】レーザ光の軌跡を示した図である。
【図７】本発明の変形例に係るマイクロホン１のブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
１・・・マイクロホン、１０・・・筐体、１１・・・電源スイッチ、１２・・・切換スイッチ、２０−１〜２０−３・・・反射リング、３０−１〜３０−３・・・レーザ発射部、３１−１〜３１−３・・・発射口、４０−１〜４０−３・・・レーザ受光部、４１−１〜４１−３・・・入射口、５０・・・スタンド、１００・・・マイクロコンピュータ、１１０−１〜１１０−３・・・音声信号出力部、１２０−１，１２０−２・・・遅延部、１３０・・・加算部。
【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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