(57)【要約】【課題】音響に関わる振動の検出を高感度に行えるマイクロフォンを提供する。【解決手段】本発明のマイクロフォン１Ａは、音圧を受けて振動する振動板２と、振動板２の裏側に一体化されたボビン２１に取り付けられ、振動板２が振動する方向に沿って移動する回折格子片３０Ａと、可干渉光が出射される光源からの光が回折格子片３０Ａに入射され、回折格子片３０Ａで回折された２つの回折光を干渉させ、振動板２の振動で移動する回折格子片３０Ａの移動量に応じて変化される干渉光の位相変化から、振動板２の変位量を検出する回折格子干渉計３Ａとを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波を受けて振動する振動板と、
前記振動板の裏側に設けられた支持部材に取り付けられ、前記振動板が振動する方向に沿って移動する回折格子と、
可干渉光が出射される光源からの光が前記回折格子に入射され、前記回折格子で回折された２つの回折光を干渉させ、前記振動板の振動で移動する前記回折格子の移動量に応じて変化される干渉光の位相変化から、前記振動板の変位量を検出する格子干渉計と
を備えたことを特徴とするマイクロフォン。
【請求項２】
前記振動板の振動方向に対して、前記回折格子が直角に配置される
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロフォン。
【請求項３】
前記格子干渉計は、前記光源から出射された光を、偏光成分が異なる２つの光に分割して前記回折格子に入射させると共に、前記回折格子で回折された２つの光を重ね合わせる第１の偏光手段と、
前記第１の偏光手段で重ね合わされた光を分割する光分割手段と、
前記光分割手段で分割されたそれぞれの光を、偏光成分が異なる２つの光に分割する第２の偏光手段と、
前記第２の偏光手段で分割されたそれぞれの光を光電変換して干渉信号を生成する受光手段とを備え、
一方の前記第２の偏光手段に対して他方の前記第２の偏光手段が４５°傾けられ、前記光分割手段での反射光と透過光の位相差が約９０°になるように配置されて、前記受光手段の出力波形のリサージュ図形上の位置を算出することにより、前記振動板の変位量が算出される
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロフォン。
【請求項４】
前記受光手段から出力される干渉信号を差動増幅する差動増幅手段を備え、１８０°位相の異なる２つの出力の直流成分が除去される
ことを特徴とする請求項３記載のマイクロフォン。
【請求項５】
前記格子干渉計は、前記光源、前記第１の偏光手段、前記光分割手段、前記第２の偏光手段及び前記受光手段を含む構成部品が、基板に集積形成される
ことを特徴とする請求項３記載のマイクロフォン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動板で音波を受けて音声信号を出力するマイクロフォンに関する。詳しくは、振動板の振動で移動する回折格子を備え、可干渉光源から出射され、回折格子で回折された光の光学的干渉を利用して、音波による振動板の変位量を検出できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、従来のマイクロフォンの一例を示す構成図で、図１３では、ダイナミックマイクロフォンの構成の概要を側断面図で図示している。
【０００３】
従来のマイクロフォン１０１は、音波を受ける振動板１０２と、振動板１０２に取り付けられたボイスコイル１０３と、ボイスコイル１０３の外側に対向配置されるヨークプレート１０４と、マグネット１０５を備える。
【０００４】
マイクロフォン１０１は、ボイスコイル１０３の内側に対向配置されるセンターポール１０６がマグネット１０５に取り付けられ、マグネット１０５とヨークプレート１０４とボイスコイル１０３により磁気回路が構成される。
【０００５】
また、マイクロフォン１０１は、バッフルプレート等の音響抵抗素子１０８と、振動板１０２の振動に伴って空気が通る音波導入口１０９を備える。
【０００６】
上述した従来のダイナミックマイクロフォンでは、振動板と一体化したボイスコイルの質量が振動系の質量の大半を占め、高域の特性を悪化させている。また、微小ではあるが、電磁誘導による制動が自由な振動板の動きを鈍らせ、特性を劣化させている可能性がある。
【０００７】
また、コンデンサマイクにおいてもファンタム電圧が掛かることで静電力による振動板の撓みによって振動が制限される。また、電極を形成するために振動板への金属蒸着が必要であり、ここでも振動系の質量を増やす要因となっている。
【０００８】
このため、ＳＡＣＤ（Ｓｕｐｅｒ  ＡｕｄｉｏＣＤ）や２４ｂｉｔ−９６ｋＨｚのサンプリングによる高音質化が主流になりつつある中で、上述した従来方式のアナログマイクロフォンに関しては、特に２０ｋＨｚ以上の高域の音声の収録に限界があり、上述した録音方式の特徴である高域の再生を生かしきるコンテンツを収録する場合のボトルネックになっている。
【０００９】
また、ダイナミックレンジに関しても同様に、２４ｂｉｔ録音で可能な１４４ｄＢにまで及ぶダイナミックレンジを十分に生かしきれていない。
【００１０】
更に、マイクロフォンを使用する録音現場においては、従来のマイクロフォンでは、アナログ信号が流れるケーブルでの長距離の引き回しによるノイズの増加や、コンデンサマイクに対してミキシングコンソールからファンタム電源を供給しなければならず、録音・製作システムの全デジタル化の障害となっている。
【００１１】
一方、振動板を回折格子で構成し、振動板に照射されて回折された回折光から音響波に応じた信号を出力するようにしたマイクロフォンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−３１８４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来のアナログ方式のマイクロフォンでは、ボイスコイルが振動系の質量の大半を占め、高域の特性が悪化するという問題があった。
【００１４】
また、従来の回折格子を利用したマイクロフォンでは、振動板の音圧を受ける面に回折格子が形成されるので、特殊な振動板が必要とされコストが高くなると共に、振動板の特性が悪化するという問題があった。
【００１５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、音響に関わる振動の検出を高感度に行えるマイクロフォ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】
【００１６】
上述した課題を解決するため、本発明のマイクロフォンは、音波を受けて振動する振動板と、振動板の裏側に設けられた支持部材に取り付けられ、振動板が振動する方向に沿って移動する回折格子と、可干渉光が出射される光源からの光が回折格子に入射され、回折格子で回折された２つの回折光を干渉させ、振動板の振動で移動する回折格子の移動量に応じて変化される干渉光の位相変化から、振動板の変位量を検出する格子干渉計とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明のマイクロフォンでは、光源から出射された光が所定の光路を通って回折格子で回折され、回折格子で回折された２つの回折光が干渉されて、回折格子の移動量に応じて位相が変化する干渉信号が得られる。
【００１８】
そして、振動板が音波を受けて振動すると、干渉信号の位相変化から振動板の変位量に応じた音声信号が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のマイクロフォンによれば、ダイナミックマイクロフォンで用いられるボイスコイルに代えて、回折格子を備えることで、従来のダイナミックマイクロフォンと同等の構成を有して、振動系の質量を低減できる。また、振動板の変位量の検出を、光（レーザ光）を利用して非接触で行うことで、電界や磁界の影響を受けなくすることができる。これにより、感度と周波数応答を改善することができる。また、従来と同等の構成で実現できるので、感度と周波数応答が改善されたマイクロフォンを低コストで提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明のマイクロフォンの実施の形態について説明する。
【００２１】
＜第１の実施の形態のマイクロフォンの構成例＞
図１は、第１の実施の形態のマイクロフォンの一例を示す構成図で、図１では、第１の実施の形態のマイクロフォンの構成の概要を側断面図で図示している。
【００２２】
第１の実施の形態のマイクロフォン１Ａは、音圧を受ける振動板２と、振動板２の移動量を測定する回折格子干渉計３Ａを構成する光学ブロック４を備える。また、マイクロフォン１Ａは、バッフルプレート等の音響抵抗素子５ａと、振動板２の振動に伴って空気が通る音波導入口５ｂを備える。
【００２３】
振動板２は、外周部がプレート２０に支持されると共に、内周部の裏側に支持部材の一例としての円筒状のボビン２１が例えば一体化され、振動板２が音圧を受けると、ボビン２１は音波の進行方向に沿って平行に往復移動する。
【００２４】
回折格子干渉計３Ａは、ボビン２１の内側に回折格子片３０Ａを備える。回折格子片３０Ａは、反射型の回折格子が形成された小片が、振動板２の振動方向に対して回折格子が直角となる向きで、ボビン２１に接着固定される。なお、回折格子をボビン２１に直接一体成形しても良い。
【００２５】
ここで、回折格子片３０Ａの振動板２の振動方向に沿った長さは、振動板２の最大移動距離と同等もしくは若干長く、数ｍｍ程度の長さがあれば良いので、回折格子片３０Ａを取り付けたことによる振動系の質量の増加を最小限にできる。
【００２６】
図１３に示すような、従来のダイナミックマイクロフォンでは、樹脂にて融着された空芯コイルが使用されるが、コイルが金属でできているため、振動系の質量の大半を占めている。
【００２７】
これに対して、本実施の形態のマイクロフォン１Ａでは、ボビン２１は回折格子片３０Ａを固定するための構成要素で、回折格子片３０Ａの支持に必要な剛性を確保できれば良いので、軽い材料を使うことができ、切り欠きや穴を開ける等して最小の形状にすることで、振動系の質量を減らすことができる。
【００２８】
＜第１の実施の形態における回折格子干渉計の構成例＞
図２は、第１の実施の形態における回折格子干渉計の一例を示す構成図で、次に、第１の実施の形態のマイクロフォン１Ａを構成する回折格子干渉計３Ａの構成について説明する。
【００２９】
回折格子干渉計３Ａは格子干渉計の一例で、可干渉光源の一例である半導体レーザ（ＬＤ）３１と、半導体レーザ３１から所定の放射角で出射された光を絞るレンズ３２と、半導体レーザ３１から出射された光を偏光成分が異なる２つの光に分割すると共に、偏光成分が異なる２つの光を重ね合わせる偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３３を備える。
【００３０】
偏光ビームスプリッタ３３は第１の偏光手段の一例で、半導体レーザ３１から出射され、レンズ３２で絞られた光が入射され、半導体レーザ３１からの入射光がＰ成分とＳ成分に分割され、Ｓ偏光の光は反射され、Ｐ偏光の光は透過される。ここで、半導体レーザ３１からの光が直線偏光であれば、偏光方向を４５°傾けて偏光ビームスプリッタ３３に入射させれば、分割される光の強度は等しくなる。
【００３１】
また、偏光ビームスプリッタ３３へ戻ったＳ偏光の回折光は反射され、Ｐ偏光の回折光は透過されて、２つの回折光が重ね合わされる。
【００３２】
回折格子干渉計３Ａは、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３で反射されたＳ偏光の光を反射して回折格子片３０Ａに入射させると共に、所定の光路を通って回折格子片３０Ａに戻り回折された光を反射して偏光ビームスプリッタ３３に入射させるミラー３４ａを備える。
【００３３】
また、回折格子干渉計３Ａは、偏光ビームスプリッタ３３及びミラー３４ａで反射され、回折格子片３０Ａに入射して回折されたＳ偏光の光を反射して回折格子片３０Ａに戻すミラー３５ａと、回折格子片３０Ａで回折された光及びミラー３５ａで反射された光を絞るレンズ３６ａと、ミラー３５ａで反射される光の偏光状態を変換する１／４波長板３７ａを備える。
【００３４】
ミラー３５ａは、偏光ビームスプリッタ３３及びミラー３４ａで反射されて回折格子片３０Ａの点Ｐに入射され、回折格子片３０Ａで回折されたＳ偏光の光が垂直に反射され、ミラー３５ａで反射された光は回折格子片３０Ａの点Ｐに戻される。
【００３５】
１／４波長板３７ａの光学軸は、光の偏光方向に対して４５°傾けて配置され、ミラー３５ａで反射されて回折格子片３０Ａに戻るＳ偏光の光がＰ偏光に変換される。
【００３６】
これにより、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３で反射されたＳ偏光の光は、所定の光路を往復して回折格子片３０Ａで２回回折されると共に、１／４波長板３７ａを２回通過することでＰ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ３３に戻り、偏光ビームスプリッタ３３を透過する。
【００３７】
同様に、回折格子干渉計３Ａは、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３を透過したＰ偏光の光を反射して回折格子片３０Ａに入射させると共に、所定の光路を通って回折格子片３０Ａに戻り回折された光を反射して偏光ビームスプリッタ３３に入射させるミラー３４ｂを備える。
【００３８】
また、回折格子干渉計３Ａは、偏光ビームスプリッタ３３を透過してミラー３４ｂで反射され、回折格子片３０Ａに入射して回折されたＰ偏光の光を反射して回折格子片３０Ａに戻すミラー３５ｂと、回折格子片３０Ａで回折された光及びミラー３５ｂで反射された光を絞るレンズ３６ｂと、ミラー３５ｂで反射される光の偏光状態を変換する１／４波長板３７ｂを備える。
【００３９】
ミラー３５ｂは、偏光ビームスプリッタ３３を透過してミラー３４ｂで反射されて回折格子片３０Ａの点Ｐに入射され、回折格子片３０Ａで回折されたＰ偏光の光が垂直に反射され、ミラー３５ｂで反射された光は回折格子片３０Ａの点Ｐに戻される。
【００４０】
１／４波長板３７ｂの光学軸は、光の偏光方向に対して４５°傾けて配置され、ミラー３５ｂで反射されて回折格子片３０Ａに戻るＰ偏光の光がＳ偏光に変換される。
【００４１】
これにより、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３を透過したＰ偏光の光は、所定の光路を往復して回折格子片３０Ａで２回回折されると共に、１／４波長板３７ｂを２回通過することでＳ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ３３に戻り、偏光ビームスプリッタ３３で反射される。
【００４２】
従って、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３で分割されたＳ偏光の光とＰ偏光の光は、それぞれ所定の光路を通り回折格子片３０Ａで回折され、偏光ビームスプリッタ３３に戻って重ね合わされる。
【００４３】
回折格子干渉計３Ａは、偏光ビームスプリッタ３３で重ね合わされた光を絞るレンズ３８と、偏光ビームスプリッタ３３で重ね合わされ、レンズ３８で絞られた光を分割するビームスプリッタ（ＢＳ）３９を備える。ビームスプリッタ３９は光分割手段の一例で、所定の透過率（反射率）を有したハーフミラー等で構成され、偏光ビームスプリッタ３３で重ね合わされた光が２分割される。
【００４４】
更に、回折格子干渉計３Ａは、ビームスプリッタ３９で反射されて入射する光の偏光方向に対して４５°傾けられ、入射された光を偏光成分が異なる２つの光に分割する第２の偏光手段である偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４０と、偏光ビームスプリッタ４０で反射された光が入射する受光手段としての光電変換器（ＰＤ）４１ａと、偏光ビームスプリッタ４０を透過した光が入射する受光手段としての光電変換器（ＰＤ）４１ｂを備える。
【００４５】
また、回折格子干渉計３Ａは、ビームスプリッタ３９を透過した光の偏光方向に対して光学軸が４５°傾けられ、入射した光の偏光状態を変換する１／４波長板４２を備える。更に、回折格子干渉計３Ａは、偏光ビームスプリッタ４０に対して４５°傾けられ、ビームスプリッタ３９を透過し１／４波長板４２で偏光状態が変換された光を偏光成分が異なる２つの光に分割する第２の偏光手段としての偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４３と、偏光ビームスプリッタ４３で反射された光が入射する受光手段としての光電変換器（ＰＤ）４４ａと、偏光ビームスプリッタ４３を透過した光が入射する受光手段としての光電変換器（ＰＤ）４４ｂを備える。
【００４６】
＜第１の実施の形態における回折格子干渉計の動作例＞
次に、第１の実施の形態における回折格子干渉計３Ａの動作の一例について説明する。
【００４７】
半導体レーザ３１から出射された光は、レンズ３２によって適当なビームに絞られ、偏光ビームスプリッタ３３で２つの光に分割される。偏光ビームスプリッタ３３で反射された光はＳ偏光、透過した光はＰ偏光である。半導体レーザ３１からの光が直線偏光の光であれば、偏光方向を４５°傾けた偏光ビームスプリッタ３３に入射させることで、分割される光の強度は等しくなる。
【００４８】
偏光ビームスプリッタ３３で反射された光（Ｓ偏光）は、ミラー３４ａによって反射され、回折格子片３０Ａの点Ｐに入射する。偏光ビームスプリッタ３３を透過した光（Ｐ偏光）も同様に、ミラー３４ｂで反射し回折格子片３０Ａの点Ｐに入射する。
【００４９】
回折格子片３０Ａに入射した光は、以下の（１）式で示される方向に回折される。
ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2＝ｎ・λ／Λ・・・（１）
ここで、
θ1：入射角、
θ2：回折角、
Λ：格子ピッチ、
λ：光の波長、
ｎ：回折次数
である。
なお、２つの光路での回折次数は同次である。
【００５０】
このように、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３で反射されたＳ偏光の光は、ミラー３４ａで反射され回折格子片３０Ａの点Ｐに入射して回折される。回折格子片３０Ａで回折されたＳ偏光の光（１次回折光）は、レンズ３６ａと１／４波長板３７ａを通り、ミラー３５ａで垂直に反射されて同じ光路を戻り、１／４波長板３７ａとレンズ３６ａを通って回折格子片３０Ａの点Ｐに入射して回折される。
【００５１】
ここで、１／４波長板３７ａの光学軸は光の偏光方向に対して４５°傾けてあるので、１／４波長板３７ａを２回通過して回折格子片３０Ａの点Ｐに戻った光はＰ偏光となっている。
【００５２】
そして、回折格子片３０Ａで回折されたＰ偏光の光（２次回折光）は、再びミラー３４ａで反射され偏光ビームスプリッタ３３に戻り、Ｐ偏光になっているので偏光ビームスプリッタ３３を透過する。
【００５３】
一方、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３を透過したＰ偏光の光も同様に、ミラー３４ｂで反射され回折格子片３０Ａの点Ｐに入射して回折される。回折格子片３０Ａで回折されたＰ偏光の光（１次回折光）は、レンズ３６ｂと１／４波長板３７ｂを通り、ミラー３５ｂで垂直に反射されて同じ光路を戻り、１／４波長板３７ｂとレンズ３６ｂを通って回折格子片３０Ａの点Ｐに入射して回折される。
【００５４】
１／４波長板３７ｂの光学軸も光の偏光方向に対して４５°傾けてあるので、１／４波長板３７ｂを２回通過して回折格子片３０Ａの点Ｐに戻った光はＳ偏光となっている。
【００５５】
そして、回折格子片３０Ａで回折されたＳ偏光の光（２次回折光）は、再びミラー３４ｂで反射され偏光ビームスプリッタ３３に戻り、Ｓ偏光になっているので偏光ビームスプリッタ３３で反射される。
【００５６】
これにより、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３でＳ偏光とＰ偏光に分割された光は、それぞれ所定の光路を通り回折格子片３０Ａで回折され、偏光ビームスプリッタ３３に戻った回折光が重ね合わされる。
【００５７】
偏光ビームスプリッタ３３で重ね合わされた光は、レンズ３８を通り、ビームスプリッタ３９で２つに分割される。
【００５８】
ビームスプリッタ３９で反射されたＳ偏光とＰ偏光の光は、偏光方向に対して４５°傾けられた偏光ビームスプリッタ４０に入射する。偏光ビームスプリッタ４０で反射された光は光電変換器４１ａに入射され、偏光ビームスプリッタ４０を透過した光は光電変換器４１ｂに入射される。
【００５９】
光電変換器４１ａ及び光電変換器４１ｂでは、以下の（２）式に示す干渉信号が得られる。
Ａｃｏｓ（４・Ｋ・ｘ＋δ）・・・（２）
ここで、
Ｋ＝２π／Λであり、
ｘ：回折格子片（振動板）の移動量、
δ：初期位相
である。
【００６０】
これにより、光電変換器４１ａと光電変換器４１ｂでは、１８０°位相の異なる信号が得られる。
【００６１】
一方、ビームスプリッタ３９を透過したＳ偏光とＰ偏光の光は、光学軸が偏光方向に対して４５°傾けられた１／４波長板４２を通過することで互いに逆回りの円偏光となる。互いに逆回りの円偏光の光は重ね合わされて直線偏光の光になり、偏光ビームスプリッタ４３に入射して、偏光ビームスプリッタ４３で反射された光は光電変換器４４ａに入射され、偏光ビームスプリッタ４３を透過した光は光電変換器４４ｂに入射される。
【００６２】
偏光ビームスプリッタ４３に入射する直線偏光の光の偏光方向は、回折格子片３０Ａが図１に示す振動板２の振動でＸ方向にΛ／２だけ移動すると１回転する。従って、光電変換器４４ａ及び光電変換器４４ｂでは、（２）式と同様な干渉信号を得ることができる。
【００６３】
光電変換器４４ａと光電変換器４４ｂでは１８０°位相が異なっており、また、偏光ビームスプリッタ４３は偏光ビームスプリッタ４０に対して４５°傾けてあるため、光電変換器４４ａ，４４ｂで得られる信号は、光電変換器４１ａ，４１ｂで得られる信号に対して９０°位相が異なっている。
【００６４】
ここで、上述した回折格子干渉計３Ａによる検出光学系では、回折格子片３０Ａの点Ｐを通る垂線Ｈに対して対称な光学系になっているため、ボビン２１の振動方向に直交するＹ方向に回折格子片３０Ａが移動しても、位置計測の誤差を生じない。また、点Ｐに入射する２経路の光路の光路長を等しくすることにより、光源の波長変動の影響を受けなくなる。
【００６５】
このように、本実施の形態のマイクロフォン１Ａでは、ダイナミックマイクロフォンに使用されるボイスコイルが不要となるため、振動系の質量を低減でき、感度と周波数応答が改善される。また、大きな体積を有するマグネットを含む磁気回路が不要となるので、音響設計の自由度が増す。
【００６６】
更に、レーザによる非接触検出で電界や磁界の影響を受けず、電界や磁界の影響を受けないことから、振動板の可動範囲を大きくとることができ、広いダイナミックレンジが得られる。
【００６７】
＜本実施の形態のマイクロフォンの信号処理部の構成例＞
図３は、本実施の形態のマイクロフォンの信号処理部の一例を示す機能ブロック図である。信号処理部１０Ａは、図２に示す光電変換器４１ａ及び光電変換器４１ｂから出力される電気信号が差動増幅手段である差動増幅器５０ａに入力され、差動増幅器５０ａでは、光電変換器４１ａ，４１ｂからの電気信号が差動増幅され、干渉信号のＤＣ成分がキャンセルされた信号が出力される。
【００６８】
また、図２に示す光電変換器４４ａ及び光電変換器４４ｂから出力される電気信号が差動増幅手段である差動増幅器５０ｂに入力され、差動増幅器５０ｂでは、光電変換器４４ａ，４４ｂからの電気信号が差動増幅され、干渉信号のＤＣ成分がキャンセルされた信号が出力される。
【００６９】
従って、光電変換器４１ａと光電変換器４１ｂ、及び光電変換器４４ａと光電変換器４４ｂのそれぞれで、１８０°位相が異なる２つの出力のＤＣ成分がキャンセルされて、差動増幅器５０ａと差動増幅器５０ｂからＡ相信号とＢ相信号が得られ、Ａ／Ｂ相信号がデジタル信号処理部（インクリメンタル信号発生器）５１に入力される。
【００７０】
図４は、本実施の形態におけるデジタル信号処理部の一例を示す機能ブロック図である。デジタル信号処理部５１では、図３に示す差動増幅器５０ａと差動増幅器５０ｂからの９０°位相が異なる２つの出力信号が、それぞれＡ／Ｄコンバータ５２ａ，５２ｂに入力され、デジタル信号に変換される。
【００７１】
Ａ／Ｄコンバータ５２ａ，５２ｂで変換されたデジタル信号は、補正回路５３でＤＣオフセットが除去され、ゲインと位相を調整することでそれぞれｓｉｎ波の信号とｃｏｓ波の信号に相当させる。
【００７２】
そして、角度θが以下の（３）式で一義的に求められ、図５に示すような出力波形のリサージュ図形上での位置（角度）が割り出される。
θ＝ｔａｎ-1（ｙ／ｘ）・・・（３）
ここで、θの範囲は、
−（π／２）＜θ＜（π／２）
である。
【００７３】
なお、θの演算は、近似式を用いても良いが、ルックアップテーブル５４を用いれば、高速に求めることができる。
【００７４】
求められた角度θは、アキュムレータ（累算器）５５により積算され、積分された変位量が求められる。更に、この変位量のデータはオーディオ用のＤ／Ａコンバータ５６ａに入力され、アナログ音声信号が得られる。または、変位量のデータはデジタルオーディオインターフェース５６ｂに入力され、デジタル音声信号が得られる。
【００７５】
このように、本実施の形態のマイクロフォン１Ａでは、デジタルで直接出力が得られ、デジタル信号による光伝送等にも対応が容易である。また、デジタル出力は高速サンプリングが可能で、オーバーサンプリング、ノイズシェービングによるノイズ低減が期待できる。
【００７６】
＜第２の実施の形態のマイクロフォンの構成例＞
図６は、第２の実施の形態のマイクロフォンの一例を示す構成図で、図６では、透過型の回折格子を利用したマイクロフォンの構成の概要を側断面図で図示している。
【００７７】
第２の実施の形態のマイクロフォン１Ｂは、音圧を受ける振動板２と、振動板２の移動量を測定する回折格子干渉計３Ｂを備える。
【００７８】
振動板２は、外周部がプレート２０に支持されると共に、内周部の裏側に円筒状のボビン２１が例えば一体化され、振動板２が音圧を受けると、ボビン２１は音波の進行方向に沿って平行に往復移動する。
【００７９】
回折格子干渉計３Ｂは、ボビン２１に回折格子片３０Ｂを備える。回折格子片３０Ｂは、透過型の回折格子が形成された小片が、振動板２の振動方向に対して回折格子が直角となる向きで、ボビン２１に接着固定される。なお、回折格子をボビン２１に直接一体成形しても良い。
【００８０】
＜第２の実施の形態における回折格子干渉計の構成例＞
図７は、第２の実施の形態における回折格子干渉計の一例を示す構成図で、次に、第２の実施の形態のマイクロフォン１Ｂを構成する回折格子干渉計３Ｂの構成について説明する。
【００８１】
回折格子干渉計３Ｂは、可干渉光源の一例である半導体レーザ３１と、半導体レーザ３１から所定の放射角で出射された光を絞るレンズ３２を備える。また、回折格子干渉計３Ｂは、半導体レーザ３１から出射された光をＳ偏光とＰ偏光の２つの光に分割して回折格子片３０Ｂに入射させると共に、回折格子片３０Ｂで回折されて戻るＳ偏光とＰ偏光の２つの光を重ね合わせる偏光ビームスプリッタ３３を備える。
【００８２】
更に、回折格子干渉計３Ｂは、回折格子片３０Ｂを透過して回折されたＳ偏光の光を反射して回折格子片３０Ｂに戻すと共に、回折格子片３０Ｂを透過して回折されたＰ偏光の光を反射して回折格子片３０Ｂに戻す反射プリズム４５と、反射プリズム４５で反射される光の偏光状態を変換する１／４波長板４６ａ，４６ｂを備える。
【００８３】
反射プリズム４５は、偏光ビームスプリッタ３３で反射されて回折格子片３０Ｂに入射され、回折格子片３０Ｂを透過して回折されたＳ偏光の光が一方の面で反射され、同じ光路で回折格子片３０Ｂに戻される。
【００８４】
１／４波長板４６ａの光学軸は、光の偏光方向に対して４５°傾けて配置されており、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３で反射されたＳ偏光の光は、所定の光路を往復して回折格子片３０Ｂで２回回折されると共に、１／４波長板４６ａを２回通過することでＰ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ３３に戻り、偏光ビームスプリッタ３３を透過する。
【００８５】
同様に、反射プリズム４５は、偏光ビームスプリッタ３３を透過して回折格子片３０Ｂに入射され、回折格子片３０Ｂを透過して回折されたＰ偏光の光が他方の面で反射され、同じ光路で回折格子片３０Ｂに戻される。
【００８６】
１／４波長板４６ｂの光学軸は、光の偏光方向に対して４５°傾けて配置されており、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３を透過したＰ偏光の光は、所定の光路を往復して回折格子片３０Ｂで２回回折されると共に、１／４波長板４６ｂを２回通過することでＳ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ３３に戻り、偏光ビームスプリッタ３３で反射される。
【００８７】
従って、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３で分割されたＳ偏光の光とＰ偏光の光は、それぞれ所定の光路を通り回折格子片３０Ｂで回折され、偏光ビームスプリッタ３３に戻って重ね合わされる。
【００８８】
回折格子干渉計３Ｂの以下の構成は、第１の実施の形態と同様で、偏光ビームスプリッタ３３で重ね合わされた光を絞るレンズ３８と、偏光ビームスプリッタ３３で重ね合わされ、レンズ３８で絞られた光を分割するビームスプリッタ３９を備える。ビームスプリッタ３９は、所定の透過率（反射率）を有したハーフミラー等で構成され、偏光ビームスプリッタ３３で重ね合わされた光が２分割される。
【００８９】
更に、回折格子干渉計３Ｂは、ビームスプリッタ３９で反射されて入射する光の偏光方向に対して４５°傾けられ、入射された光を偏光成分が異なる２つの光に分割する偏光ビームスプリッタ４０と、偏光ビームスプリッタ４０で反射された光が入射する光電変換器４１ａと、偏光ビームスプリッタ４０を透過した光が入射する光電変換器４１ｂを備える。
【００９０】
また、回折格子干渉計３Ｂは、ビームスプリッタ３９を透過した光の偏光方向に対して光学軸が４５°傾けられ、入射した光の偏光状態を変換する１／４波長板４２を備える。更に、回折格子干渉計３Ｂは、偏光ビームスプリッタ４０に対して４５°傾けられ、ビームスプリッタ３９を透過し１／４波長板４２で偏光状態が変換された光を偏光成分が異なる２つの光に分割する偏光ビームスプリッタ４３と、偏光ビームスプリッタ４３で反射された光が入射する光電変換器４４ａと、偏光ビームスプリッタ４３を透過した光が入射する光電変換器４４ｂを備える。
【００９１】
＜第２の実施の形態における回折格子干渉計の動作例＞
次に、第２の実施の形態における回折格子干渉計３Ｂの動作の一例について説明する。
【００９２】
半導体レーザ３１から出射された光は、レンズ３２によって適当なビームに絞られ、偏光ビームスプリッタ３３で２つの光に分割される。偏光ビームスプリッタ３３で反射された光はＳ偏光、透過した光はＰ偏光である。
【００９３】
偏光ビームスプリッタ３３で反射されたＳ偏光の光と、偏光ビームスプリッタ３３を透過したＰ偏光の光は、それぞれ回折格子片３０Ｂに入射する。
【００９４】
回折格子片３０Ｂに入射した光は、上述した（１）式で示される方向に回折されることで、回折格子片３０Ｂを透過して回折されたＳ偏光の光（１次回折光）は、１／４波長板４６ａを通り、反射プリズム４５の一方の面で反射されて同じ光路を戻り、１／４波長板４６ａを通って回折格子片３０Ｂに入射して回折される。
【００９５】
ここで、１／４波長板４６ａの光学軸は光の偏光方向に対して４５°傾けてあるので、１／４波長板４６ａを２回通過して回折格子片３０Ｂに戻った光はＰ偏光となっている。
【００９６】
そして、回折格子片３０Ｂを透過して回折されたＰ偏光の光（２次回折光）は偏光ビームスプリッタ３３に戻り、Ｐ偏光になっているので偏光ビームスプリッタ３３を透過する。
【００９７】
一方、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３を透過したＰ偏光の光も同様に、回折格子片３０Ｂに入射して回折される。回折格子片３０Ｂを透過して回折されたＰ偏光の光（１次回折光）は、１／４波長板４６ｂを通り、反射プリズム４５の他方の面で反射されて同じ光路を戻り、１／４波長板４６ｂを通って回折格子片３０Ｂに入射して回折される。
【００９８】
１／４波長板４６ｂの光学軸も光の偏光方向に対して４５°傾けてあるので、１／４波長板４６ｂを２回通過して回折格子片３０Ｂに戻った光はＳ偏光となっている。
【００９９】
そして、回折格子片３０Ｂを透過して回折されたＳ偏光の光（２次回折光）は偏光ビームスプリッタ３３に戻り、Ｓ偏光になっているので偏光ビームスプリッタ３３で反射される。
【０１００】
これにより、半導体レーザ３１から出射され、偏光ビームスプリッタ３３でＳ偏光とＰ偏光に分割された光は、それぞれ所定の光路を通り回折格子片３０Ｂで回折され、偏光ビームスプリッタ３３に戻った回折光が重ね合わされる。
【０１０１】
偏光ビームスプリッタ３３で重ね合わされた光は、レンズ３８を通り、ビームスプリッタ３９で２つに分割される。
【０１０２】
ビームスプリッタ３９で反射されたＳ偏光とＰ偏光の光は、偏光方向に対して４５°傾けられた偏光ビームスプリッタ４０に入射する。偏光ビームスプリッタ４０で反射された光は光電変換器４１ａに入射され、偏光ビームスプリッタ４０を透過した光は光電変換器４１ｂに入射される。
【０１０３】
光電変換器４１ａ及び光電変換器４１ｂでは、上述した（２）式に示す干渉信号が得られ、光電変換器４１ａと光電変換器４１ｂでは、１８０°位相の異なる信号が得られる。
【０１０４】
一方、ビームスプリッタ３９を透過したＳ偏光とＰ偏光の光は、光学軸が偏光方向に対して４５°傾けられた１／４波長板４２を通過することで互いに逆回りの円偏光となる。互いに逆回りの円偏光の光は重ね合わされて直線偏光の光になり、偏光ビームスプリッタ４３に入射して、偏光ビームスプリッタ４３で反射された光は光電変換器４４ａに入射され、偏光ビームスプリッタ４３を透過した光は光電変換器４４ｂに入射される。
【０１０５】
偏光ビームスプリッタ４３に入射する直線偏光の光の偏光方向は、回折格子片３０Ｂが図６に示す振動板２の振動でＸ方向にΛ／２だけ移動すると１回転する。従って、光電変換器４４ａ及び光電変換器４４ｂでは、（２）式と同様な干渉信号を得ることができる。
【０１０６】
光電変換器４４ａと光電変換器４４ｂでは１８０°位相が異なっており、また、偏光ビームスプリッタ４３は偏光ビームスプリッタ４０に対して４５°傾けてあるため、光電変換器４４ａ，４４ｂで得られる信号は、光電変換器４１ａ，４１ｂで得られる信号に対して９０°位相が異なっている。
【０１０７】
なお、光電変換器４１ａ，４１ｂと、光電変換器４４ａ，４４ｂで出力される信号を処理する信号処理部の構成及び動作は、図３及び図４で説明した技術と同じである。
【０１０８】
このように、透過型の回折格子を利用しても、反射型の回折格子を利用したマイクロフォンと同じ原理で音声信号を得ることができ、回折格子の構成の違いによる質量の差や、組み込める光路の構成を考慮してマイクロフォンを設計することができる。
【０１０９】
なお、第２の実施の形態のマイクロフォン１Ｂでは、反射プリズム４５をボビン２１の内側に配置し、回折格子干渉計３Ｂを構成する光学ブロック４をボビン２１の外側に配置した構成としても良い。
【０１１０】
＜第３の実施の形態のマイクロフォンの構成例＞
図８は、第３の実施の形態のマイクロフォンの一例を示す構成図で、図８では、透過型の回折格子を利用すると共に、受発光部やビームスプリッタ等をユニット化したマイクロフォンの構成の概要を側断面図で図示している。
【０１１１】
第３の実施の形態のマイクロフォン１Ｃは、音圧を受ける振動板２と、振動板２の移動量を測定する回折格子干渉計３Ｃを構成する受発光複合ユニット６を備える。
【０１１２】
振動板２は、外周部がプレート２０に支持されると共に、内周部の裏側に円筒状のボビン２１が例えば一体化され、振動板２が音圧を受けると、ボビン２１は音波の進行方向に沿って平行に往復移動する。
【０１１３】
回折格子干渉計３Ｃは、ボビン２１に回折格子片３０Ｂを備える。回折格子片３０Ｂは、透過型の回折格子が形成された小片が、振動板２の振動方向に対して回折格子が直角となる向きで、ボビン２１に接着固定される。なお、回折格子をボビン２１に直接一体成形しても良い。
【０１１４】
＜第３の実施の形態における受発光複合ユニットの構成例＞
図９は、第３の実施の形態における受発光複合ユニットの一例を示す構成図で、次に、第３の実施の形態のマイクロフォン１Ｃにおける回折格子干渉計３Ｃを構成する受発光複合ユニット６の構成について説明する。
【０１１５】
受発光複合ユニット６は、発光素子や受光素子を収容する基板としての収容部材６０と、レンズ部６１と、所定の偏光成分のみを透過させる偏光部６２（６２ａ、６２ｂ、６２ｃ及び６２ｄ）と、光の偏光状態を変換する位相板６３と、回折格子片３０Ｂに照射する光を分割し、かつ回折格子片３０Ｂで回折されることにより得られる２次回折光を分割するための光分岐部６４とを備える。
【０１１６】
収容部材６０は、光を出射する可干渉光源の一例である半導体レーザ７１と、干渉光を光電変換して干渉信号を生成する光電変換器であるフォトディテクタ７２（７２ａ、７２ｂ、７２ｃ及び７２ｄ）と、半導体レーザ７１を設置して電気信号を印加する半導体基板７３と、各フォトディテクタを設置して電気信号を取り出すための半導体基板７４とを有する。
【０１１７】
光分岐部６４は、半導体レーザ７１から出射された光を偏光成分が異なる２つの光に分割して出射するとともに、図８に示す回折格子片３０Ｂで回折された２次回折光を重ね合わせる偏光分離部７８と、偏光分離部７８で重ね合わされた光を分割する光分岐膜７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄとを有する。
【０１１８】
各フォトディテクタ７２により光電変換されて得られた光量に応じた干渉信号は、半導体基板７４を介して図示しない信号処理部により検出される。この図示しない信号処理部は、得られた干渉信号に基づいて位相差を求め、回折格子片３０Ｂの相対移動位置を示す位置信号を出力する。
【０１１９】
レンズ部６１は、所定の開口数を有するレンズ等の光学素子で、半導体レーザ７１から出射された光が入射されて絞られると共に、偏光部６２で分割されて出射された各光がそれぞれ入射されて絞られる。レンズ部６１では、外部に出射する光と受光する光のビーム径を共に制御するレンズを同一パッケージ内に配置することにより、集積度を高めることができ、また作製工程を簡略化でき、装置全体の信頼性を高めることができる。
【０１２０】
偏光部６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄは、位相板６３から入射された光Ｌｄ１，Ｌｄ２，Ｌｄ３，Ｌｄ４について所定の偏光成分のみを透過させ、レンズ部６１へ出射する。各偏光部６２は４５°間隔（例えば５°、５０°、９５°、１４０°）に配置されていれば良く、偏光部６２の取り付け時の姿勢について制約を受けずに配置することができる。なお、このような偏光部６２を位相板６３とレンズ部６１の間に設けることにより、ユニット全体をコンパクトな構成にすることができる利点もある。
【０１２１】
位相板６３は、偏光部６２と、光分岐部６４の間に挟み込まれるように積層される。この位相板６３は、例えば１／４波長板からなり、円偏光と直線偏光間の変換を行う。位相板６３は、半導体レーザ７１からレンズ部６１を介して光が入射される。位相板６３は、例えば直線偏光である半導体レーザ７１からの光を円偏光に変換して偏光分離部７８へ照射する。また、位相板６３は、光分岐膜７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄから出射された光Ｌｄ１，Ｌｄ２，Ｌｄ３，Ｌｄ４を受けて円偏光に変換し、上述した偏光部６２へ出射する。すなわち、半導体レーザ７１からの光の変換と光分岐膜７９からの光の変換とを１つの位相板６３により共用する構成を採用する。
【０１２２】
偏光分離部７８は、例えば偏光ビームスプリッタ等からなり、半導体レーザ７１から出射された光が位相板６３を介して入射される。偏光分離部７８では、Ｓ偏光の光は反射されると共にＰ偏光の光は透過して、入射された光が２分割される。また、偏光分離部７８には、回折格子片３０Ｂからの２次回折光が入射され、２つの２次回折光が重ね合わせられて光分岐膜７９へ出射される。
【０１２３】
光分岐膜７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄの各反射率は、それぞれ１／４，１／３，１／２，１に設定されている。すなわち、光分岐膜７９ｄは全反射面となっている。このため、入射された光をほぼ同一の光量で、光Ｌｄ１，Ｌｄ２，Ｌｄ３，Ｌｄ４に分割することが可能となる。
【０１２４】
なお、受発光複合ユニット６には、上述した収容部材６０と、レンズ部６１と、偏光部６２と、位相板６３と、光分岐部６４が、同一パッケージ内に配設され独立ユニットとして構成される。またこれらの各部材は、それぞれ積層されて一体となるように構成されている。
【０１２５】
すなわち、受発光複合ユニット６は、各部材をパッケージ化して一体構造とすることにより、精密な位置調整が容易になり、また部品の配置スペースを大きくとる必要がなくなり、マイクロフォンの小型化、軽量化を図ることができる。また、各部材を同一の収容部材内に収納することにより、環境変化や経時変化の影響を軽減させることができ、調整時のずれ等を最小限に抑えることができ、ひいては受発光複合ユニット６全体の信頼性を高めることができる。
【０１２６】
＜第３の実施の形態における受発光複合ユニットの動作例＞
次に、第３の実施の形態における受発光複合ユニットの動作の一例について説明する。
【０１２７】
半導体レーザ７１から出射された光は、レンズ部６１へ照射される。半導体レーザ７１から出射された光は、レンズ部６１により絞られ、１／４波長板からなる位相板６３へ入射される。
【０１２８】
位相板６３へ入射された光は、位相板６３を通り円偏光に変換される。すなわち、位相板６３を通して出射される直線偏光の光は、半導体レーザ７１から出射される光の偏光方向の如何によらず、円偏光に変換することができる。これにより、半導体レーザ７１から出射される光の偏光成分を、偏光分離部７８に対して４５°傾けることなく、自由に選択することも可能となる。
【０１２９】
位相板６３を通った光は、偏光分離部７８によりＳ偏光とＰ偏光の光に分割され、それぞれ回折格子片３０Ｂに入射する。
【０１３０】
回折格子片３０Ｂに入射した光は、上述した（１）式で示される方向に回折されることで、回折格子片３０Ｂを透過して回折されたＳ偏光の光（１次回折光）は、１／４波長板４６ａを通り、反射プリズム４５の一方の面で反射されて同じ光路を戻り、１／４波長板４６ａを通って回折格子片３０Ｂに入射して回折される。
【０１３１】
ここで、１／４波長板４６ａの光学軸は光の偏光方向に対して４５°傾けてあるので、１／４波長板４６ａを２回通過して回折格子片３０Ｂに戻った光はＰ偏光となっている。
【０１３２】
そして、回折格子片３０Ｂを透過して回折されたＰ偏光の光（２次回折光）は偏光分離部７８に戻り、Ｐ偏光になっているので偏光分離部７８を透過する。
【０１３３】
一方、半導体レーザ７１から出射され、偏光分離部７８を透過したＰ偏光の光も同様に、回折格子片３０Ｂに入射して回折される。回折格子片３０Ｂを透過して回折されたＰ偏光の光（１次回折光）は、１／４波長板４６ｂを通り、反射プリズム４５の他方の面で反射されて同じ光路を戻り、１／４波長板４６ｂを通って回折格子片３０Ｂに入射して回折される。
【０１３４】
１／４波長板４６ｂの光学軸も光の偏光方向に対して４５°傾けてあるので、１／４波長板４６ｂを２回通過して回折格子片３０Ｂに戻った光はＳ偏光となっている。
【０１３５】
そして、回折格子片３０Ｂを透過して回折されたＳ偏光の光（２次回折光）は偏光分離部７８に戻り、Ｓ偏光になっているので偏光分離部７８で反射される。
【０１３６】
これにより、半導体レーザ７１から出射され、偏光分離部７８でＳ偏光とＰ偏光に分割された光は、それぞれ所定の光路を通り回折格子片３０Ｂで回折され、偏光分離部７８に戻った２次回折光が重ね合わされる。
【０１３７】
偏光分離部７８で重ね合わされた光（２次回折光）は、光分岐膜７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄで光Ｌｄ１，Ｌｄ２，Ｌｄ３，Ｌｄ４に分割される。この分割された光Ｌｄ１，Ｌｄ２，Ｌｄ３，Ｌｄ４は、それぞれ位相板６３に入射される。このとき、各光は互いに逆周りの円偏光になる。
【０１３８】
この光を特定の偏光成分のみ透過する偏光板を通してフォトディテクタで受光すると、この光について、重ね合わせた２つの２次回折光の振幅をＡ１、Ａ２とし、回折格子片３０Ｂの格子に直交する方向（格子ベクトル方向）への移動量をｘ、初期位相をδとし、また、Ｋ＝２π／Λとして、１回目、２回目の回折でそれぞれ１次の回折光を利用した場合は、特定の偏光成分を取り出すと以下の（４）式のような干渉信号Ｉが得られる。
Ｉ＝Ａ１2＋Ａ２2＋２・Ａ１・Ａ２ｃｏｓ（４・Ｋ・ｘ＋δ）・・・（４）
【０１３９】
この干渉信号Ｉは、回折格子片３０Ｂが格子ベクトル方向へΛ／４移動することにより１周期分変化する。
【０１４０】
位相板６３を通った各光Ｌｄ１，Ｌｄ２，Ｌｄ３，Ｌｄ４は、それぞれ偏光部６２により、所定の偏光成分のみ透過させられる。各偏光部６２は、それぞれ４５°間隔になるように設定されているが、本例では、偏光部６２ａは０°の偏光方向のみ透過させるようにし、また、偏光部６２ｂは４５°の偏光方向のみ透過させるようにし、また、偏光部６２ｃは、９０°の偏光方向のみ透過させるようにし、更に、偏光部６２ｄは、１３５°の偏光方向のみ透過させるようにする。このとき、各偏光部６２を透過した光Ｌｄ１、Ｌｄ２、Ｌｄ３、Ｌｄ４の強度は、それぞれ以下の式（５）〜（８）で表される。
【０１４１】
Ｂ＋Ａｃｏｓ（４・Ｋ・ｘ＋δ）・・・ （５）
Ｂ＋Ａｃｏｓ（４・Ｋ・ｘ＋９０°＋δ）・・・（６）
Ｂ＋Ａｃｏｓ（４・Ｋ・ｘ＋１８０°＋δ）・・・（７）
Ｂ＋Ａｃｏｓ（４・Ｋ・ｘ＋２７０°＋δ）・・・（８）
ここで、
Ｂ＝１／４（Ａ１2＋Ａ２2）、
Ａ＝１／２・Ａ１・Ａ２
である。
【０１４２】
式（５）は、偏光部６２ａを透過した光Ｌｄ１の強度を表し、式（６）は、偏光部６２ｂを透過した光Ｌｄ２の強度を表し、式（７）は、偏光部６２ｃを透過した光Ｌｄ３の強度を表し、式（８）は、偏光部６２ｄを透過した光Ｌｄ４の強度を表す。
【０１４３】
これらの式で表される各光は、レンズ６１部を通って、フォトディテクタ７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄに結像される。そして、各フォトディテクタ７２では、上述の式で表される光を光電変換して干渉信号を生成することとなる。
【０１４４】
ここで、式（５）と式（７）とを減算すると、干渉信号のＤＣ成分を除去することができる。また式（６）と式（８）とを減算すると、干渉信号のＤＣ成分を除去することができる。また減算された信号は、互いに位相が９０°異なるため、回折格子片３０Ｂの移動方向を検知するための信号を得ることができる。
【０１４５】
このように、第３の実施の形態のマイクロフォン１Ｃでは、回折格子干渉計を構成する半導体レーザ、４個の光電変換器、各種ビームスプリッタ及び１／４波長板を受発光複合ユニット６で置き換えることで、小型、軽量、低コストで構成することが可能となる。
【０１４６】
＜第４の実施の形態のマイクロフォンの構成例＞
図１０は、第４の実施の形態のマイクロフォンの一例を示す構成図で、図１０では、反射型の回折格子を２個利用したマイクロフォンの構成の概要を側断面図で図示している。
【０１４７】
第４の実施の形態のマイクロフォン１Ｄは、音圧を受ける振動板２と、図９で説明した受発光複合ユニット６を有し、振動板２の移動量を測定する回折格子干渉計３Ｄを備える。
【０１４８】
振動板２は、外周部がプレート２０に支持されると共に、内周部の裏側に円筒状のボビン２１が例えば一体化され、振動板２が音圧を受けると、ボビン２１は音波の進行方向に沿って平行に往復移動する。
【０１４９】
回折格子干渉計３Ｄは、ボビン２１の内側の２箇所に回折格子片３０Ａを備える。回折格子片３０Ａ１と回折格子片３０Ａ２は、反射型の回折格子が形成された小片が、振動板２の振動方向に対してそれぞれ回折格子が直角となる向きで、ボビン２１に接着固定される。回折格子片３０Ａ１と回折格子片３０Ａ２では、回折格子の向きが所定の高精度で平行となり、かつ、精度を維持できるように、ボビン２１に所定の剛性を持たせる。なお、回折格子をボビン２１に直接一体成形しても良い。
【０１５０】
受発光複合ユニット６は、図９で説明したように、半導体レーザ７１から出射された光が２分割されて、Ｓ偏光とＰ偏光の光が出射される。
【０１５１】
回折格子干渉計３Ｄは、受発光複合ユニット６から出射されるＳ偏光の光が一方の回折格子片３０Ａ１に入射して回折され、Ｐ偏光の光が他方の回折格子片３０Ａ２に入射して回折される光路が形成されるように、各部が配置される。本例では、受発光複合ユニット６から出射されるＳ偏光の光は直接回折格子片３０Ａ１に入射し、Ｐ偏光の光はミラー４７で反射して回折格子片３０Ａ２に入射する光路が形成される。
【０１５２】
また、回折格子干渉計３Ｄは、回折格子片３０Ａ１で回折されたＳ偏光の光を反射して回折格子片３０Ａ１に戻すミラー４８ａと、ミラー４８ａで反射される光の偏光状態を変換する１／４波長板４９ａを備える。
【０１５３】
更に、回折格子干渉計３Ｄは、回折格子片３０Ａ２で回折されたＰ偏光の光を反射して回折格子片３０Ａ２に戻すミラー４８ｂと、ミラー４８ｂで反射される光の偏光状態を変換する１／４波長板４９ｂを備える。
【０１５４】
ミラー４８ａは、回折格子片３０Ａ１で回折されたＳ偏光の光が垂直に反射され、同じ光路で回折格子片３０Ａ１に戻される。１／４波長板４９ａの光学軸は、光の偏光方向に対して４５°傾けて配置されており、Ｓ偏光の光がミラー４８ａで反射されて１／４波長板４９ａを２回通過することで、Ｐ偏光に変換される。
【０１５５】
同様に、ミラー４８ｂは、回折格子片３０Ａ２で回折されたＰ偏光の光が垂直に反射され、同じ光路で回折格子片３０Ａ２に戻される。１／４波長板４９ｂの光学軸は、光の偏光方向に対して４５°傾けて配置されており、Ｐ偏光の光がミラー４８ｂで反射されて１／４波長板４９ｂを２回通過することで、Ｓ偏光に変換される。
【０１５６】
これにより、図９で説明した受発光複合ユニット６の半導体レーザ７１から出射された光は、偏光分離部７８でＳ偏光とＰ偏光の光に分割されて出射し、受発光複合ユニット６から出射されたＳ偏光の光は、回折格子片３０Ａ１に入射して回折され、Ｐ偏光の光は、ミラー４７で反射して回折格子片３０Ａ２に入射し回折される。
【０１５７】
回折格子片３０Ａ１で回折されたＳ偏光の光は、１／４波長板４９ａを通り、ミラー４８ａで垂直に反射されて同じ光路を戻り、１／４波長板４９ａを通って回折格子片３０Ａ１に入射して回折される。
【０１５８】
ここで、１／４波長板４９ａの光学軸は光の偏光方向に対して４５°傾けてあるので、１／４波長板４９ａを２回通過して回折格子片３０Ａ１に戻った光はＰ偏光となっている。
【０１５９】
そして、回折格子片３０Ａ１で回折されたＰ偏光の光は、図９で説明した偏光分離部７８に戻り、Ｐ偏光になっているので偏光分離部７８を透過する。
【０１６０】
一方、回折格子片３０Ａ２で回折されたＰ偏光の光は、１／４波長板４９ｂを通り、ミラー４８ｂで垂直に反射されて同じ光路を戻り、１／４波長板４９ｂを通って回折格子片３０Ａ２に入射して回折される。
【０１６１】
ここで、１／４波長板４９ｂの光学軸も光の偏光方向に対して４５°傾けてあるので、１／４波長板４９ｂを２回通過して回折格子片３０Ａ２に戻った光はＳ偏光となっている。
【０１６２】
そして、回折格子片３０Ａ２で回折されたＳ偏光の光は、ミラー４７で反射して図９で説明した偏光分離部７８に戻り、Ｓ偏光になっているので偏光分離部７８で反射される。
【０１６３】
これにより、半導体レーザ７１から出射され、偏光分離部７８でＳ偏光とＰ偏光に分割された光は、それぞれ所定の光路を通り回折格子片３０Ａ１と回折格子片３０Ａ２で回折され、偏光分離部７８に戻った光が重ね合わされる。
【０１６４】
そして、偏光分離部７８で重ね合わされた光は、図９で説明した光分岐膜７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄで４分割され、この分割された各光は、位相板６３と偏光部６２でそれぞれ特定の偏光成分のみが透過して所定のフォトディテクタ７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄに入射し、光電変換されて干渉信号が得られる。
【０１６５】
このように、第４の実施の形態のマイクロフォン１Ｄでは、２つの回折格子片３０Ａ１と回折格子片３０Ａ２は同方向に動くため、一方は１次回折光Ｌ（１）、他方は−１次回折光Ｌ（−１）を使用して、振動板２の変位量が求められる。
【０１６６】
＜第５の実施の形態のマイクロフォンの構成例＞
図１１は、第５の実施の形態のマイクロフォンの一例を示す構成図で、図１１では、反射型の回折格子を２個利用したマイクロフォンの構成の概要を側断面図で図示している。
【０１６７】
第５の実施の形態のマイクロフォン１Ｅは、音圧を受ける振動板２と、図９で説明した受発光複合ユニット６を有し、振動板２の移動量を測定する回折格子干渉計３Ｅを備える。
【０１６８】
回折格子干渉計３Ｅは、振動板２の裏側に例えば一体化されたボビン２１の内側の２箇所に回折格子片３０Ａを備える。回折格子片３０Ａ１と回折格子片３０Ａ２は、反射型の回折格子が形成された小片が、振動板２の振動方向に対してそれぞれ回折格子が直角となる向きで、ボビン２１に接着固定、または一体成形される。
【０１６９】
回折格子干渉計３Ｅでは、受発光複合ユニット６から出射されるＳ偏光の光はミラー４７ａで反射して回折格子片３０Ａ１に入射し、Ｐ偏光の光はミラー４７ｂで反射して回折格子片３０Ａ２に入射する光路が形成される。
【０１７０】
このように、ミラー４７ａとミラー４７ｂを利用して光路を曲げることで、光路の占める空間が最小限になるように減らされ、小型化を図ることが可能となる。
【０１７１】
なお、第５の実施の形態のマイクロフォン１Ｅの他の構成及び動作は、図１０で説明した第４の実施の形態のマイクロフォン１Ｄと同じである。
【０１７２】
＜第６の実施の形態のマイクロフォンの構成例＞
図１２は、第６の実施の形態のマイクロフォンの一例を示す構成図で、図１２では、回折格子の入射角と１次回折光の出射角が共にθで等しいリトロー配置になるようにしたマイクロフォンの構成の概要を側断面図で図示している。
【０１７３】
第６の実施の形態のマイクロフォン１Ｆは、音圧を受ける振動板２と、図９で説明した受発光複合ユニット６を有し、振動板２の移動量を測定する回折格子干渉計３Ｆを備える。
【０１７４】
回折格子干渉計３Ｆは、振動板２の裏側に例えば一体化されたボビン２１の内側の２箇所に回折格子片３０Ａを備える。回折格子片３０Ａ１と回折格子片３０Ａ２は、反射型の回折格子が形成された小片が、振動板２の振動方向に対してそれぞれ回折格子が直角となる向きで、ボビン２１に接着固定、または一体成形される。
【０１７５】
回折格子干渉計３Ｆでは、受発光複合ユニット６から出射されるＳ偏光の入射光Ｌ（ｓ）の回折格子片３０Ａ１に対する入射角θｓが、回折格子片３０Ａ１で回折された１次回折光Ｌ（１ｓ）の出射角と等しくなるように光路が形成される。かつ、受発光複合ユニット６から出射され、ミラー４７で反射されたＰ偏光の入射光Ｌ（ｐ）の回折格子片３０Ａ２に対する入射角θｐが、回折格子片３０Ａ２で回折された１次回折光Ｌ（１ｐ）の出射角と等しくなるように光路が形成される。
【０１７６】
また、回折格子干渉計３Ｆは、回折格子片３０Ａ１で回折されて戻るＳ偏光の光の偏光状態を変換する１／４波長板４９ａと、回折格子片３０Ａ２で回折されて戻るＰ偏光の光の偏光状態を変換する１／４波長板４９ｂを備える。
【０１７７】
１／４波長板４９ａの光学軸は、光の偏光方向に対して４５°傾けて配置されており、Ｓ偏光の光が回折格子片３０Ａ１で回折されて１／４波長板４９ａを２回通過することで、Ｐ偏光に変換される。
【０１７８】
同様に、１／４波長板４９ｂの光学軸も、光の偏光方向に対して４５°傾けて配置されており、Ｐ偏光の光が回折格子片３０Ａ２で回折されて１／４波長板４９ｂを２回通過することで、Ｓ偏光に変換される。
【０１７９】
なお、第６の実施の形態のマイクロフォン１Ｆの他の構成及び動作は、図１０で説明した第４の実施の形態のマイクロフォン１Ｄと同じである。
【０１８０】
ここで、一方の回折光の光路長Ａ−Ｂ、すなわち、受発光複合ユニット６から回折格子片３０Ａ１までの距離と、他方の回折光の光路長Ｃ−Ｄ−Ｅ、すなわち、受発光複合ユニット６からミラー４７を通り回折格子片３０Ａ２までの距離を等しくすることによって、２つの光路から１次回折光同士を干渉させるようにした。
【０１８１】
これにより、回折回数がそれぞれ１回になり、使用するミラーの個数が削減され、小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１８２】
本発明は、音声信号をデジタル信号で直接得ることができるマイクロフォンに適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１８３】
【図１】第１の実施の形態のマイクロフォンの一例を示す構成図である。
【図２】第１の実施の形態における回折格子干渉計の一例示す構成図である。
【図３】本実施の形態のマイクロフォンの信号処理部の一例を示す機能ブロック図である。
【図４】本実施の形態におけるデジタル信号処理部の一例を示す機能ブロック図である。
【図５】出力波形の一例を示すグラフである。
【図６】第２の実施の形態のマイクロフォンの一例を示す構成図である。
【図７】第２の実施の形態における回折格子干渉計の一例示す構成図である。
【図８】第３の実施の形態のマイクロフォンの一例を示す構成図である。
【図９】第３の実施の形態における受発光複合ユニットの一例示す構成図である。
【図１０】第４の実施の形態のマイクロフォンの一例を示す構成図である。
【図１１】第５の実施の形態のマイクロフォンの一例を示す構成図である。
【図１２】第６の実施の形態のマイクロフォンの一例を示す構成図である。
【図１３】従来のマイクロフォンの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１８４】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ・・・マイクロフォン、１０Ａ・・・信号処理部、２・・・振動板、２０・・・フレーム、２１・・・ボビン、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ・・・回折格子干渉計、３０Ａ，３０Ｂ・・・回折格子片、３１・・・半導体レーザ、３２・・・レンズ、３３・・・偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、３４ａ，３４ｂ・・・ミラー、３５ａ，３５ｂ・・・ミラー、３６ａ，３６ｂ・・・レンズ、３７ａ，３７ｂ・・・１／４波長板、３８・・・レンズ、３９・・・ビームスプリッタ、４０・・・偏光ビームスプリッタ、４１ａ，４１ｂ・・・光電変換器、４２・・・１／４波長板、４３・・・偏光ビームスプリッタ、４４ａ，４４ｂ・・・光電変換器、４５・・・反射プリズム、４６ａ，４６ｂ・・・１／４波長板、４７・・・ミラー、４８ａ，４８ｂ・・・ミラー、４９ａ，４９ｂ・・・１／４波長板、５０ａ，５０ｂ・・・差動増幅器、５１・・・デジタル信号処理部、６・・・受発光複合ユニット
【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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