(57)【要約】【課題】  雑音に強く伝送品質の高い信号を出力する変位計を提供する。【解決手段】変位する物体に対して光を照射し、当該物体において反射された光に基づき、当該物体の変位量を計測する変位計であって、上記物体に上記光を照射する発光手段と、上記光の反射光を受光し、当該反射光の光強度変化に比例した発振周波数からなる矩形波を出力する照度−周波数変換器と、上記矩形波と位相を比較する基準周波数からなる基準信号を出力する発振器と、上記矩形波と、上記基準信号とを入力とし、上記矩形波と上記基準信号とを比較し、上記基準信号に対して上記矩形波の位相が進んでいるときに第１信号を出力し、上記基準信号に対して上記矩形波の位相が遅れているときに第２信号を出力する、位相比較器と、上記位相比較器からの第１信号と第２信号に基づいて、デジタル信号を出力するデジタルデータ出力器と、を有する変位計による。【選択図】図１
2015012354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位する物体に対して光を照射し、当該物体において反射された光に基づき、当該物体の変位量を計測する変位計であって、
上記物体に上記光を照射する発光手段と、
上記光の反射光を受光し、当該反射光の光強度変化に比例した発振周波数からなる矩形波を出力する照度−周波数変換器と、
上記矩形波と位相を比較する基準周波数からなる基準信号を出力する発振器と、
上記矩形波と、上記基準信号とを入力とし、上記矩形波と上記基準信号とを比較し、上記基準信号に対して上記矩形波の位相が進んでいるときに第１信号を出力し、上記基準信号に対して上記矩形波の位相が遅れているときに第２信号を出力する、位相比較器と、
上記位相比較器からの第１信号または第２信号に基づいて、デジタル信号を出力するデジタルデータ出力器と、
を有することを特徴とする変位計。
【請求項２】
音声により振動する振動板に対して光を照射し、当該振動板において反射された光に基づき、当該振動板の変位量をデジタル信号として出力する光デジタルマイクロホンであって、
上記振動板に上記光を照射する発光手段と、
上記光の反射光を受光し、当該反射光の光強度変化に比例した発振周波数からなる矩形波を出力する照度−周波数変換器と、
上記矩形波と位相を比較する基準周波数からなる基準信号を出力する発振器と、
上記矩形波と、上記基準信号とを入力とし、上記矩形波と上記基準信号とを比較し、上記基準信号に対して上記矩形波の位相が進んでいるときに第１信号を出力し、上記基準信号に対して上記矩形波の位相が遅れているときに第２信号を出力する、位相比較器と、
上記位相比較器からの第１信号または第２信号に基づいて、デジタル信号を出力するデジタルデータ出力器と、
を有することを特徴とする光デジタルマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雑音に強く伝送品質の高い信号を出力する変位計及び、同変位計を応用してなる光デジタルマイクロホンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物体の振動（変位）を検出して出力する機構を応用するものとしてマイクロホンが知られている。マイクロホンには、種々の方式のものがある。例えば、振動板とこれに対向する固定極により形成されるコンデンサを備えるコンデンサマイクロホンが知られている。ＤＣバイアス型のコンデンサマイクロホンは、振動板と固定極との間に電荷を蓄えて、この電荷が移動しない状態で振動板を固定極に対して相対的に変位させる構成を有している。この変位は、振動板が受ける音波の影響による振動であって、この変位に応答してコンデンサの静電容量が変化する。この静電容量の変化によって振動板の変位に応答した電圧出力を得ることができる。
【０００３】
コンデンサマイクロホンの場合、信号源がコンデンサであることから、電気的インピーダンスが高い。そこで、コンデンサマイクロホンの出力端には、電子回路で形成されるインピーダンス変換器が配置される。なお、その他の形式のマイクロホンにおいても、出力端には、出力を増幅するアンプなどを搭載した電子回路が配置される。
【０００４】
マイクロホンの出力端に配置されている電子回路に対して、強い電磁界の影響が与えられると、マイクロホンの出力信号に雑音が混入する。このような雑音を防止するためには、マイクロホンの出力端近傍や電子回路に対して電磁シールドを設ければよい。特に、放電で点火する発動機や、ＭＲＩ装置の近傍でマイクロホンを用いるときには、より強い電界あるいは磁界を遮断する電磁シールドを設ける必要がある。
【０００５】
電磁シールドを設けることなく外部の磁界または電界の影響を防止可能なマイクロホンとして、光マイクロホンが知られている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１の光マイクロホンは、振動板の振動を「光」を用いて検出するものである。すなわち、投光器からの光を振動板に向けて出射し、この光が振動板において反射される。振動板の振動に応じて光の反射度合いは異なる。この反射された光を受光器にて受光し、電気信号に変換する。変換された電気信号は、振動板の変位に応答する電圧出力として得ることができる。このように、光の反射を利用した光マイクロホンにおいては、振動板の変位を検出する機構が電界または磁界からの影響を受けにくい。
【０００６】
しかし、特許文献１のマイクロホンは、受光器から出力される信号がアナログ信号であるから、その伝送品質はデジタル信号に劣る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２８７２８６号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで本発明は、外来雑音に強く、かつ、伝送品質の高い出力を得ることができる変位計を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は、変位する物体に対して光を照射し、当該物体において反射された光に基づき、当該物体の変位量を計測する変位計であって、上記物体に上記光を照射する発光手段と、上記光の反射光を受光し、当該反射光の光強度変化に比例した発振周波数からなる矩形波を出力する照度−周波数変換器と、上記矩形波と位相を比較する基準周波数からなる基準信号を出力する発振器と、上記矩形波と、上記基準信号とを入力とし、上記矩形波と上記基準信号とを比較し、上記基準信号に対して上記矩形波の位相が進んでいるときに第１信号を出力し、上記基準信号に対して上記矩形波の位相が遅れているときに第２信号を出力する、位相比較器と、上記位相比較器からの第１信号またはと第２信号に基づいて、デジタル信号を出力するデジタルデータ出力器と、を有することを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、外来雑音に強く、かつ、伝送品質の高い信号を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る変位計の実施形態を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る変位計の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る変位計１０の構成を示す構成図である。図１において、変位計１０は、発光器１と、振動板２と、照度−周波数変換器３と、光ファイバ４と、位相比較器５と、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）６と、デジタルデータ出力器７と、を備えている。
【００１３】
変位計１０は、振動する物体である振動板２の変位量を検出し、この検出された変位量を測定することで計測器として機能する。また変位計１０は、音声によって振動板２が変位する場合、この変位に応答した信号を電圧変動に変換することで、光デジタルマイクロホンとして機能する。
【００１４】
発光器１は発光手段であって、ＬＥＤなどの発光素子を備えてなる。発光器１から、所定の波長の光が発光されると、その光は、光ファイバ４を介して振動板２の振動面へと導光される。
【００１５】
振動板２は、円形の振動板リングに薄膜が張設された部材であって、振動する物体である。図面上方が音源方向であって、その音源からの音波により、薄膜が振動する。この振動による変位に応答して、振動板２の背面側（音波が到来する反対側）に照射された光が反射される。すなわち、振動板２の振動面は、光を反射する反射面になっている。
【００１６】
照度−周波数変換器３は、照度−周波数変換フォトＩＣである。照度−周波数変換フォトＩＣは、入射光強度に比例した発振周波数の矩形波を出力する素子である。振動板２で反射された光は、光ファイバ４を介して照度−周波数変換器３へと導光される。照度−周波数変換器３において、導光された反射光の光強度変化に応答する周波数の信号が出力される。すなわち、照度−周波数変換器３によって振動板２の変位に応じて周波数が変化する信号が出力される。
【００１７】
光ファイバ４は、発光器１と振動板２の間、及び、振動板２と照度−周波数変換器３との間に配置される導光手段である。光ファイバ４は、発光器１から出射された光を、振動板２の背面側に導光する。また、光ファイバ４は、振動板２の背面に照射され反射された光を照度−周波数変換器３へと導光する。すなわち、２つの光ファイバのうちの一本は、一端が発光器１の出射端に接続されて、他端が振動板２の背面に配置される。また、もう一本は、一端が振動板２の背面に配置され、他端が照度−周波数変換器３の入力端に接続される。なお、光ファイバ４は、シングルモードファイバを用いることが望ましい。
【００１８】
位相比較器５は、照度−周波数変換器３から出力された信号と、ＶＣＯ６から出力された信号の位相を比較する。ＶＣＯ６から供給される基準となる周波数に基づく信号（基準信号）に対して、位相比較器５は、照度−周波数変換器３からの信号の位相が「進み」または「遅れ」であるかを検出する。この検出結果に応じた信号を出力する。
【００１９】
ＶＣＯ６は、位相比較器５において照度−周波数変換器３から出力された信号の位相の進みまたは遅れを検出するための基準周波数に基づく信号を供給する発振器である。
【００２０】
デジタルデータ出力器７は、位相比較器５から出力された信号をＰＮＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｎｕｍｂｅｒ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により変調したデジタル信号に変換する。このデジタルデータ出力器７の出力は、振動板２の変位を示すデジタルデータである。このデジタルデータを必要に応じてＤ／Ａ変換することで、変位量を測ることができる。
【００２１】
次に、上記構成を備える変位計１０の動作について説明する。まず発光器１から、所定の波長を一定に保たれた光が、継続的に出射される。発光器１から出射された光は光ファイバ４によって振動板２の薄膜へと照射される。振動板２の薄膜は、光を反射する素材からなる。例えば、金属を蒸着して反射面が形成されている。
【００２２】
振動板２は、不図示の音源（図１において上方）からの音波によって振動する。この振動板２の振動によって、光の反射面の位置が変位する。したがって、振動板２において反射される光は、振動板２の振動に応じて光の強度が微細に変化する。
【００２３】
この振動板２で反射された反射光（強度は振動板２の振動に応じて変化している）は、光ファイバ４を介して照度−周波数変換器３へと入射される。照度−周波数変換器３からは、入射された反射光に比例した発振周波数の矩形波が出力される。この矩形波は、振動板２の振動に応じて周波数が変化しているデジタル信号である。
【００２４】
照度−周波数変換器３から出力された矩形波は、位相比較器５へと入力される。位相比較器５には、ＶＣＯ６から供給される基準信号も入力されている。位相比較器５において、照度−周波数変換器３からの矩形波と、ＶＣＯ６からの基準信号が比較されて、基準信号に対して矩形波が位相進みを持つときは「Ｕ」端子から第１信号を出力する。基準信号に対して矩形波外位相遅れを持つときは「Ｄ」端子から第２信号を出力する。
【００２５】
位相比較器５から出力された第１信号と第２信号に基づいて、デジタルデータ出力器７から、ＰＮＭ信号が出力される。このＰＮＭ信号を適宜アナログ信号へと変換することで、振動板２の振動に応じたアナログ信号を得ることが出来る。
【００２６】
以上説明したとおり、変位計１０によれば、振動板２の変位を光によって行うので、電磁的ノイズの影響を受けることがない。また、変位に応じた周波数に変換し、これをデジタルデータに変換することで、外来ノイズによる伝送品質の劣化を防止することもできる。
【符号の説明】
【００２７】
１    発光器
２    振動板
３    照度−周波数変換器
４    光ファイバ
５    位相比較器
６    ＶＣＯ
７    デジタルデータ出力器
【図１】
2015012354.tif 000003