(57)【要約】【課題】光学的にディジタル振動検出を行う際に検出感度を向上させることが可能な振動検出装置を提供することが可能な振動検出装置を提供する。【解決手段】レーザ光源１０からのレーザ光Ｌoutを、２光束干渉計内で２つの光路ＯＰ１，ＯＰ２に分離して進行させる。また、光路ＯＰ１を進行して振動膜１４上の回折素子１５１により回折された回折光Ｌｄ１と、光路ＯＰ２を進行して回折素子１５１により回折された回折光Ｌｄ２とを互いに干渉させ、干渉縞を形成する。そしてこの干渉縞に基づき、振動膜１４の振動を量子化して検出する。これにより、振動膜１４の振動が光学的にディジタル検される。また、回折素子１５１の回折ピッチが、振動膜１４が静止状態のときの干渉縞Ｆ１のピッチと略同一の長さとなるように設定する。回折光Ｌｄ１，Ｌｄ２の回折方向がほぼ一致するようになり、振動膜１４の変位が増幅されて検出される。【選択図】図１
2008261684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発する光源と、
前記レーザ光を回折可能な回折素子を有する振動体を含んで構成され、前記光源から発せられたレーザ光を第１および第２の光路に分離して進行させると共に、前記第１の光路を進行して前記回折素子により回折された第１の回折光と前記第２の光路を進行して前記回折素子により回折された第２の回折光とを互いに干渉させて干渉縞を形成する干渉計と、
形成された干渉縞に基づき、前記振動体の振動を量子化して検出する検出手段と
を備え、
前記回折素子の回折ピッチが、前記振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチと同一または整数倍の長さとなるように設定されている
ことを特徴とする振動検出装置。
【請求項２】
前記干渉計は、
前記レーザ光を第１および第２の光路に分離させるビームスプリッタと、
前記第１の光路上に配置された第１の反射体と、
前記第２の光路上に配置された第２の反射体とを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項３】
前記回折素子の回折ピッチが、前記振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチと同一の長さであると共に前記振動体が静止状態のときの干渉縞の延在方向と平行となるように設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項４】
前記検出手段が、
前記干渉縞を互いに位相が９０度ずれた状態で検出する２つの光電変換素子と、
前記２つの光電変換素子からの出力信号を信号点とみなして、平面上に円状または円弧状のリサージュ図形を生成する図形生成手段と、
生成されたリサージュ図形上において、信号点が所定の基準点を通過する回数をカウントするカウンタとを有し、
前記第１および第２の光路を進行する光の前記回折素子に対する入射角が互いに同一となるように前記振動体が配置され、
前記光電変換素子が、前記第１および第２の光路のうちの少なくとも一方側に配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の振動検出装置。
【請求項５】
前記回折素子の回折ピッチが、前記振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチの２倍の長さであると共に前記振動体が静止状態のときの干渉縞の延在方向と平行となるように設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項６】
前記検出手段が、
前記干渉縞を互いに位相が９０度ずれた状態で検出する２つの光電変換素子と、
前記２つの光電変換素子からの出力信号を信号点とみなして、平面上に円状または円弧状のリサージュ図形を生成する図形生成手段と、
生成されたリサージュ図形上において、信号点が所定の基準点を通過する回数をカウントするカウンタとを有し、
前記第１および第２の光路を進行する光の前記回折素子に対する入射角が互いに同一となるように前記振動体が配置され、
前記光電変換素子が、前記振動体の垂線方向に配置されている
ことを特徴とする請求項５に記載の振動検出装置。
【請求項７】
前記第１および第２の光路を進行する光の前記回折素子に対する入射角が互いに異なることとなるように、前記振動体が配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項８】
前記回折素子の回折ピッチが、前記振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチと同一の長さであると共に前記振動体が静止状態のときの干渉縞の延在方向と平行となるように設定され、
前記検出手段が、
前記干渉縞を互いに位相が９０度ずれた状態で検出する２つの光電変換素子と、
前記２つの光電変換素子からの出力信号を信号点とみなして、平面上に円状または円弧状のリサージュ図形を生成する図形生成手段と、
生成されたリサージュ図形上において、信号点が所定の基準点を通過する回数をカウントするカウンタとを有し、
前記光電変換素子が、前記第１および第２の光路上とは異なる方向に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項９】
前記回折素子が前記振動体の表面の一部分にのみ形成されると共に、前記振動体の表面の他の部分は黒色に塗布されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項１０】
前記振動体の表面に２つの前記回折素子が形成されると共に、各回折素子からの回折光により形成される干渉縞同士の位相が、互いに９０度異なっている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項１１】
前記振動体が音波に応じて振動する振動膜であり、この振動膜の振動を量子化された音声信号として検出する光学式マイクロホン装置として構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体の変位を光学的に検出する振動検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳＡＣＤ（Super Audio Compact Disc）や２４ｂｉｔ−９６ｋＨｚのサンプリングを利用した録音方式等が用いられ、高音質化が主流になりつつある。このような流れの中、従来のアナログ方式のマイクロホン装置は、特に２０ｋＨｚ以上の高域の音声の収録に限界があるため、上記録音方式の特徴である高域の再生を生かしてコンテンツを収録しようとする場合に、ボトルネックになっていた。
【０００３】
また、ダイナミックレンジに関しても、上記録音方式の特徴である２４ｂｉｔビット録音により可能な１４４ｄＢまで及ばず、広範なダイナミックレンジを十分に生かしきれていなかった。
【０００４】
さらに、録音現場においては、従来のアナログ方式のマイクロホン装置では、アナログケーブルでの長距離の引き回しに起因してノイズが増加してしまったり、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・制作システムにおける全ディジタル化の障害となっていた。
【０００５】
そこで、近年、ディジタル方式のマイクロホン装置がいくつか提案されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０８９９８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７８０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１では、レーザ光源とマッハ・ツェンダ干渉計とを用いて振動板の振動を検出することにより、ディジタルの音声信号を出力するようになっている。
【０００８】
一方、上記特許文献２では、レーザ光源および振動板を含むΔΣ（デルタ・シグマ）変調器を構成するようにしている。よって、ΔΣ変調器の作用により、簡易な構成で１ｂｉｔのディジタル音声信号を得ることができると共に、ノイズシェービング効果を利用して可聴帯域内の音声信号の低ノイズ化を図ることができると考えられる。
【０００９】
しかしながら、これら特許文献１，２では、レーザ光の波長が０．６μｍ程度であるため、検出感度をあまり高めることができないという問題があった。よって、振動板の振動が大きい場合には有効であるが、数ｐｍ程度の振動検出が要求される高感度マイクに適用するような場合では、振動板の振動を検出するのが困難であり、改善の余地があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光学的にディジタル振動検出を行う際に検出感度を向上させることが可能な振動検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の振動検出装置は、レーザ光を発する光源と、干渉計と、検出手段とを備えたものである。ここで、上記干渉計は、レーザ光を回折可能な回折素子を有する振動体を含んで構成され、光源から発せられたレーザ光を第１および第２の光路に分離して進行させると共に、第１の光路を進行して回折素子により回折された第１の回折光と第２の光路を進行して回折素子により回折された第２の回折光とを互いに干渉させて干渉縞を形成するものである。また、上記検出手段は、形成された干渉縞に基づき、振動体の振動を量子化して検出するものである。また、上記回折素子の回折ピッチは、振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチと同一または整数倍の長さとなるように設定されている。なお、「同一」および「整数倍」とは、文字通り同一や整数倍の場合には限られず、製造ばらつき等に起因した略同一や略整数倍の場合をも意味するものである。
【００１２】
本発明の振動検出装置では、光源から発せられたレーザ光が、干渉計内で２つの光路（第１および第２の光路）に分離されて進行する。この際、第１の光路を進行して振動体が有する回折素子により回折された第１の回折光と、第２の光路を進行して上記回折素子により回折された第２の回折光とが互いに干渉し、干渉縞が形成される。そしてこの干渉縞に基づき、振動体の振動が量子化されて検出される。また、上記回折素子の回折ピッチが、振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチと同一または整数倍の長さとなるように設定されているため、振動体の変位が増幅されて検出される。
【００１３】
本発明の振動検出装置では、上記回折素子の回折ピッチが、振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチと同一の長さであると共に振動体が静止状態のときの干渉縞の延在方向と平行となるように設定してもよい。このように構成した場合、第１の回折光の０次回折光および第２の回折光の１次回折光がそれぞれ第２の光路側に進行すると共に、第１の回折光の１次回折光および第２の回折光の０次回折光がそれぞれ第１の光路側に進行する。また、第１および第２の回折光において０次回折光および１次回折光のみが発生するため、これらの回折光の強度が高まり、検出精度が向上する。なお、「平行」とは、文字通り平行の場合には限られず、製造ばらつき等に起因した略平行の場合をも意味するものである。
【００１４】
本発明の振動検出装置では、上記回折素子の回折ピッチが、振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチの２倍の長さであると共に振動体が静止状態のときの干渉縞の延在方向と平行となるように設定してもよい。このように構成した場合、第１の回折光の１次回折光および第２の回折光の１次回折光がそれぞれ、振動体の垂線方向に進行する。したがって、第１および第２の回折光がそれぞれ第１または第２の光路側に進行しないように構成可能となり、レーザ光源に対する戻り光の発生が回避されると共に、第１および第２の光路上の光線が検出手段によって妨げられるおそれもなくなる。なお、「２倍」とは、文字通り２倍の場合には限られず、製造ばらつき等に起因した略２倍の場合をも意味するものである。「垂線方向」とは、文字通りの垂線方向には限られず、略垂線方向のことをも意味するものである。
【００１５】
本発明の振動検出装置では、上記第１および第２の光路を進行する光の回折素子に対する入射角が互いに異なることとなるように振動体を配置してもよい。このように構成した場合、それぞれの入射角の大きさに応じて第１および第２の回折光の進行方向が調整可能となるため、レーザ光源に対する戻り光の発生が回避可能となると共に、検出手段の配置の自由度が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の振動検出装置によれば、光源からのレーザ光を干渉計内で２つの光路（第１および第２の光路）に分離し、第１の光路を進行して振動体が有する回折素子により回折された第１の回折光と第２の光路を進行して上記回折素子により回折された第２の回折光とを互いに干渉させて干渉縞を形成すると共に、この干渉縞に基づいて振動体の振動を量子化して検出するようにしたので、振動体の振動を光学的にディジタル検出することができる。また、回折素子の回折ピッチが、振動体が静止状態のときの干渉縞のピッチと同一または整数倍の長さとなるようにしたので、振動体の変位を増幅して検出することができる。よって、光学的にディジタル振動検出を行う際に検出感度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る振動検出装置（光学式のマイクロホン装置１）の構成を表すものである。このマイクロホン装置１は、音波Ｓｗに応じて振動する振動膜（後述する振動膜１４）を利用して２値化された音声信号Ｓoutを出力するものであり、レーザ光源１０と、表面に回折格子１５１が形成された振動膜１４を含む２光束干渉計と、ディジタル信号である出力信号（音声信号Ｓout）を出力する検出部とを備えている。
【００１９】
レーザ光源１０はレーザ光Ｌoutを射出するものであり、例えばマルチモード（ファブリペロー型）のレーザ光源（例えば、端面発光型の半導体レーザ光源）や、シングルモードのレーザ光源（例えば、面発光型の半導体レーザ光源やＤＦＢ（Distributed FeedBack）レーザなど）などにより構成される。
【００２０】
＜干渉計の構成＞
干渉計（２光束干渉計）は、ビームスプリッタ１１と、２つのレンズ１２１，１２２と、２つの反射ミラー１３１，１３２と、上記した表面に回折格子１５１が形成された振動膜１４とから構成されている。
【００２１】
ビームスプリッタ１１は、レーザ光源１０から発せられたレーザ光Ｌoutを、２つの光路、すなわち反射ミラー１３１側の光路ＯＰ１（第１の光路）と、反射ミラー１３２側の光路ＯＰ２（第２の光路）とに分離して進行させるためのものである。
【００２２】
レンズ１２１，１２２は、光路ＯＰ１，ＯＰ２を進行する光を集光するコリメータレンズである。これらレンズ１２１，１２２の焦点はそれぞれ、反射ミラー１３１，１３２上に設定されている。
【００２３】
反射ミラー１３１は、光路ＯＰ１を進行する光を反射し、振動膜１４（回折格子１５１）の方向へと導くためのミラーである。同様に反射ミラー１３２は、光路ＯＰ２を進行する光を反射し、振動膜１４（回折格子１５１）の方向へと導くためのミラーである。なお、これら反射ミラー１３１，１３２により反射された光はそれぞれ、図１中の点線で示したように、その後拡散しながら振動膜１４（回折格子１５１）へ向かうようになっている。
【００２４】
振動膜１４は音波Ｓｗに応じて変位するものであり、例えばコンデンサマイクに使用されるものと同様に、表面が金蒸着された振動膜などにより構成される。この振動膜１４は、静止状態において、光路ＯＰ１，ＯＰ２を進行する光束のうちの中心光線（図１中の実線で示したもの）同士の交差点を含む仮想平面上に配置されている。振動膜１４の表面のうちの光路ＯＰ１，ＯＰ２からの光が入射する側には、所定の回折パターンを有する回折格子（グレーティング）１５１が形成されている。
【００２５】
回折格子１５１は、その回折ピッチが、振動膜１４が静止状態のとき（上記仮想平面上にあるとき）の後述する干渉縞のピッチと略同一の長さである（１次グレーティング（ＧＲＴ）である）と共に、そのときの干渉縞の延在方向と略平行となるように設定されているものである。この回折格子１５１に対する光路ＯＰ１，ＯＰ２を進行する光の入射角は、図中に示したように互いに略同一（入射角θ）となるように振動膜１４が配置されている。また、振動膜１４が図中の矢印のように変位した場合であっても、回折格子１５１へは、常に光路ＯＰ１，ＯＰ２からの光束のうちの光線が入射されるようになっている。
【００２６】
このような構成により本実施の形態の干渉計では、レーザ光源１０から発せられたレーザ光Ｌoutが２つの光路（第１および第２の光路）に分離されて進行する。具体的には、ビームスプリッタ１１から反射ミラー１３１を経て回折格子１５１へと至る光路ＯＰ１（第１の光路）と、ビームスプリッタ１１から反射ミラー１３２を経て回折格子１５１へと至る光路ＯＰ２（第２の光路）とに分離されて進行する。この際、光路ＯＰ１，ＯＰ２を進行してきた光はそれぞれ回折格子１５１により回折され、光路ＯＰ２側に回折光Ｌｄ１（第１の回折光），Ｌｄ２（第２の回折光）が生じる。そしてこれら回折光Ｌｄ１，Ｌｄ２が互いに干渉し、干渉縞が形成されるようになっている。なお、回折光Ｌｄ１，Ｌｄ２の詳細については、後述する。
【００２７】
＜検出部の構成＞
検出部は、２つの光電変換素子１６１，１６２と、ディジタルカウント部１７とから構成されている。
【００２８】
光電変換素子１６１，１６２は、回折光Ｌｄ１，Ｌｄ２同士の干渉により形成された干渉縞を検出して光電変換し、それぞれ出力信号Ｓｘ，Ｓｙを出力するものであり、本実施の形態では光路ＯＰ２側に配置されている。これら光電変換素子１６１，１６２は、例えばＰＤ（Photo Diode）などにより構成される。
【００２９】
ディジタルカウント部１８は、光電変換素子１６１，１６２からそれぞれ出力される出力信号Ｓｘ，Ｓｙを、例えば図２に示したようなリサージュ図形を用いて後述する所定のカウントタイミングでカウントすることで量子化し、ディジタル信号である出力信号（音声信号Ｓout）を出力するものである。なお、このようなリサージュ図形を用いたディジタルカウント方法については、後ほど詳述する。
【００３０】
ここで、振動膜１４が本発明における「振動体」の一具体例に対応し、回折格子１５１が本発明における「回折素子」の一具体例に対応する。また、反射ミラー１３１が本発明における「第１の反射体」の一具体例に対応し、反射ミラー１３２が本発明における「第２の反射体」の一具体例に対応する。また、光電変換素子１６１，１６２が本発明における「２つの光電変換素子」の一具体例に対応し、これら光電変換素子１６１，１６２およびディジタルカウント部１７が本発明における「検出手段」の一具体例に対応し、ディジタルカウント部１７が本発明における「図形生成手段」および「カウンタ」の一具体例に対応する。
【００３１】
次に、図１および図２に加えて図３および図４を参照して、本実施の形態のマイクロホン装置１の動作について詳細に説明する。
【００３２】
このマイクロホン装置１では、図１に示したように、レーザ光源１０からレーザ光Ｌoutが射出され、ビームスプリッタ１１へ入射する。すると、入射したレーザ光Ｌoutは、ビームスプリッタ１１により、反射ミラー１３１側の光路ＯＰ１（第１の光路）と、反射ミラー１３２側の光路ＯＰ２（第２の光路）とに約５０％ずつ分離され進行する。
【００３３】
次に、光路ＯＰ１，ＯＰ２を進行する光がレンズ１２１，１２２により集光され、反射ミラー１３１，１３２上で焦点を結ぶと共に、これら反射ミラー１３１，１３２により反射され、拡散しながら回折格子１５１へ向かって進行する。
【００３４】
次に、光路ＯＰ１，ＯＰ２において反射ミラー１３１，１３２により反射された光はそれぞれ、入射角θで振動膜１４上の回折格子１５１へ入射する。すると、この回折格子１５１が上記したように１次グレーティングであることから、例えば図３に示したように、光路ＯＰ１からの入射光線Ｌ１１（入射角θ）により、０次回折光として、入射角と同一の回折角φによる回折光線Ｌ１２（回折光Ｌｄ１に相当）が生じる一方、光路ＯＰ２からの入射光線Ｌ２１（入射角θ）により、１次回折光として、そのまま入射方向へと戻る（回折角がθである）回折光線Ｌ２２（回折光Ｌｄ２に相当）が生じる。そしてこれら回折光Ｌｄ１，Ｌｄ２同士の干渉により、干渉縞が形成される。このとき、回折光線Ｌ１２，Ｌ２２の進行方向が略同一であることから、図中に示したようにピッチの粗い（ヌルフレンジに近い）干渉縞Ｆ１となる。なお、このような静止状態における干渉縞のピッチＰは、光路ＯＰ１，ＯＰ２からの光の波長をλ、静止状態におけるこれらの光の回折格子１５１への入射角をθとすると、以下の（１）式により表される。
Ｐ＝λ／（２×ｓｉｎθ）  …（１）
【００３５】
また、音波Ｓｗに応じて振動膜１４が変位し、これにより回折格子１５１も例えば図４に示したように上方へΔｘだけ変位すると、図中に示したように、光路ＯＰ１からの入射光線の入射角が入射光線Ｌ１３のように入射角θ’と変化すると共に、これによりその０次回折光線の回折角も、回折光線Ｌ１４のように回折角φ’へと変化する。また、光路ＯＰ２からの入射光線Ｌ２３に対する１次回折光線の回折角も、回折光線Ｌ２４のように変化する。すなわち、回折光線Ｌ１４，Ｌ２４の間に角度が生じるため、図中に示したように干渉縞のピッチも変化し、ピッチの細かい干渉縞Ｆ２となる。
【００３６】
次に、形成された干渉縞（の明暗のパターン）は、図示しないピンホール等を介して、光電変換素子１６１，１６２により互いに位相が９０度ずれた状態で検出される。そして光電変換素子１６１で検出された干渉縞は電気信号に変換され、出力信号Ｓｘとして出力される一方、光電変換素子１６２で検出された干渉縞も電気信号に変換され、出力信号Ｓｙとして出力される。
【００３７】
次に、ディジタルカウント部１７では、光電変換素子１６１，１６２からの出力信号Ｓｘ，Ｓｙがそれぞれ、Ｘ信号およびＹ信号とみなされ、例えば図２に示したような円状または円弧状のリサージュ図形が生成される。具体的には、まず、（Ｘ，Ｙ）信号による干渉縞の強度の中央値を中心点Ｃ（ＣＸ，ＣＹ）として、以下の（２），（３）式の演算を行うことにより、（Ｘ，Ｙ）信号が（ｘ，ｙ）信号に変換される。
ｘ＝Ｘ−ＣＸ  …（２）
ｙ＝Ｙ−ＣＹ  …（３）
【００３８】
すると、上記（２），（３）式の演算により、信号点（ｘ，ｙ）の動きから、図２に示したように中心点Ｃを中心とする円周上を運動するリサージュ図形が得られる。このとき、光電変換素子１６１，１６２で検出された検知ポイント（例えば、図中の信号点Ｐ０）はこの円周上の１点であり、振動膜１４の変位に従って円周上を変位することになる。したがって、このような信号点Ｐ０が所定の基準点（例えば、ｘ軸およびｙ軸上の４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄ）を通過する回数をカウントすれば、干渉縞の強度が一義的に決まるため、振動膜１４の変位をディジタルで検知したこととなり、そのカウントされた回数が角度αの情報であるディジタル信号の音声信号Ｓoutとして出力される。なお、このように４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄを基準点としてカウントした場合、干渉縞が９０度（１／４波長）変動する度にカウントすることを意味することになる。
【００３９】
このようにして本実施の形態のマイクロホン装置１では、レーザ光源１０から発せられたレーザ光Ｌoutが、２光束干渉計内で２つの光路ＯＰ１，ＯＰ２に分離されて進行する。この際、光路ＯＰ１を進行して振動膜１４上の回折素子１５１により回折された回折光Ｌｄ１と、光路ＯＰ２を進行して回折素子１５１により回折された回折光Ｌｄ２とが互いに干渉し、干渉縞が形成される。そしてこの干渉縞に基づき、振動膜１４の振動が量子化されて検出される。また、回折素子１５１の回折ピッチが、振動膜１４が静止状態のとき（仮想平面上にあるとき）の干渉縞Ｆ１のピッチと略同一の長さとなるように設定されているため、回折光Ｌｄ１，Ｌｄ２の回折方向がほぼ一致するようになり、これにより振動膜１４の変位が増幅されて検出される。
【００４０】
次に、図５を参照して、回折光の進行方向および振動膜１４の変位の増幅作用についてより詳細に（定量的に）説明する。
【００４１】
図５に示したように、光路ＯＰ２上の点Ｓ２から入射光線Ｌｂが入射角θで回折格子１５１へと入射すると共に、ピッチＰｇを有するこの回折格子１５１によって回折角φで回折され、回折光線Ｌｃとなる場合、以下の（４）式で表される回折条件が成立する。
Ｐｇ×（ｓｉｎθ＋ｓｉｎφ）＝ｍ×λ  （ｍ：回折次数）  …（４）
【００４２】
また、本実施の形態では、回折格子１５１の回折ピッチＰｇが干渉縞のピッチＰと略同一の長さとなるように設定されているため、（１）式により以下の（５）式が成り立つ。したがって、この（５）式による回折ピッチＰｇを（４）式に入れると、以下の（６）式が成り立つため、ｍ＝１（１次回折）のときには上記したように回折角φ＝入射角θである回折光線が生じることが分かる。
Ｐｇ＝Ｐ＝λ／（２×ｓｉｎθ）    …（５）
ｓｉｎφ＝（２ｍ−１）×ｓｉｎθ  …（６）
【００４３】
また、図５において、光路ＯＰ１，ＯＰ２上の点Ｓ１，Ｓ２から入射光線Ｌａ，Ｌｂ（入射角θ）による回折光線Ｌｃ，Ｌｄ同士の干渉により形成される干渉縞のピッチをΛとすると、この干渉縞のピッチΛは、以下の（７）式のように表される。さらに、図５において、点Ｓ１，Ｓ２の中点をＰ１、入射光線Ｌａ，Ｌｂの回折格子１５１での交点をＰ２、点Ｓ１，Ｐ２間の距離をｌ、点Ｐ１，Ｐ２間の距離をｘ、点Ｐ１，Ｓ１間の距離をｙとすると、幾何学的に以下の（８）式が成り立つ。
【００４４】
【数１】
2008261684.tif 000003
【００４５】
ここで、振動膜１４の位置ｘの変位に対し、干渉縞のピッチΛがどのくらい変化するかは、以下の（９）式により表される。
【００４６】
【数２】
2008261684.tif 000004
【００４７】
上記（７）式により、以下の（１０）式および（１１）式が導かれる。また、上記（５）式より、以下の（１２）式が導かれる（なお、ここではθが増加する場合に回折角φが減少するため、式（１２）中の復号はマイナスのみを考える（プラスは透過型の回折の場合に生じる））。さらに、上記（８）式により、以下の（１３）式が導かれる。
【００４８】
【数３】
2008261684.tif 000005
【００４９】
このようにして導かれた上記（１０）式〜（１３）式を上記（９）式中に代入して計算すると、以下の（１４）式が導かれる。
【００５０】
【数４】
2008261684.tif 000006
【００５１】
ここで、上記（１４）式により、入射角θ≒回折角φの場合、すなわち本実施の形態のように、回折格子１５１の回折ピッチＰｇが干渉縞のピッチＰと略同一の長さとなるように設定されている場合、右辺第２の積項が無限大に発散すると共に、右辺第３の積項は２に収束することが分かる。したがって、（１４）式により振動膜１４の位置ｘの変位に対する干渉縞のピッチΛの変化の割合も無限大となるため、この条件下で、振動膜１４の微小変位に対する干渉縞のピッチΛの感度が無限大に向上することが分かる。また、逆に入射角θと回折角φとの差が大きくなると、（１４）式により、振動膜１４の微小変位に対する干渉縞のピッチΛの感度は低下することも分かる。
【００５２】
さらに、右辺第１の積項における（ｌ２−ｘ２）１／２の値、つまり図５中の距離ｙの値が小さくなった場合も、（１４）式により振動膜１４の位置ｘの変位に対する干渉縞のピッチΛの変化の割合が増加するため、振動膜１４の微小変位に対する干渉縞のピッチΛの感度が向上することが分かる。すなわち、干渉計全体の大きさを小さくすることができれば、振動膜１４の微小変位に対する干渉縞のピッチΛの感度が向上することが分かる。これは、振動膜１４の変位ｘの微小な変位に対し、入射角θの変化が大きくなるためである。
【００５３】
以上のように本実施の形態では、レーザ光源１０からのレーザ光Ｌoutを２光束干渉計内で２つの光路ＯＰ１，ＯＰ２に分離し、光路ＯＰ１を進行して振動膜１４上の回折素子１５１により回折された回折光Ｌｄ１と光路ＯＰ２を進行して回折素子１５１により回折された回折光Ｌｄ２とを互いに干渉させて干渉縞を形成すると共に、この干渉縞に基づいて振動膜１４の振動を量子化して検出するようにしたので、振動膜１４の振動を光学的にディジタル検出することができる。また、回折素子１５１の回折ピッチが、振動膜１４が静止状態のとき（仮想平面上にあるとき）の干渉縞Ｆ１のピッチと略同一の長さとなるようにしたので、回折光Ｌｄ１，Ｌｄ２の回折方向をほぼ一致させ、これにより振動膜１４の変位を増幅して検出することができる。よって、光学的にディジタル振動検出を行う際に検出感度を向上させることが可能となる。
【００５４】
また、干渉縞の検出を２つの光電変換素子１６１，１６２を用いて行うと共に、これら光電変換素子１６１，１６２で検出する干渉縞の位相差がそれぞれ互いにほぼ９０度になるように設定したので、円形状のリサージュ図形を以下のように形成させることができ、検出を容易に行うことができる。
【００５５】
また、２つの光電変換素子１６１，１６２からの出力信号Ｓｘ，ＳｙをそれぞれＸ信号およびＹ信号とし、これらＸ，Ｙ信号に基づく円状または円弧状のリサージュ図形を生成するようにしたので、干渉縞の検知ポイントがそれぞれ振動膜１４の変位に従って円周上を変位するようになり、所定の基準点を通過する回数をカウントすることにより、振動膜１４の変位をディジタルで検知することが可能となる。
【００５６】
さらに、回折格子１５１の回折ピッチが、振動膜１４が静止状態のときの干渉縞Ｆ１のピッチと略同一の長さであると共に振動膜１４が静止状態のときの干渉縞の延在方向と略平行となるようにしたので、回折光Ｌｄ１，Ｌｄ２において０次回折光および１次回折光のみを発生させるようにし、以下説明する第２の実施の形態と比べて回折光Ｌｄ１，Ｌｄ２の強度を高めることができる。よって、干渉縞の明暗の区別を明瞭化させて干渉縞の検出精度を向上させることができ、振動膜１４の検出精度も向上させることが可能となる。
【００５７】
なお、上記実施の形態等では、光電変換素子１６１，１６２を光路ＯＰ２側に配置した場合について説明したが、本実施の形態の２光束干渉計では、回折光Ｌｄ１の０次回折光および回折光Ｌｄ２の１次回折光がそれぞれ光路ＯＰ２側に進行すると共に、回折光Ｌｄ１の１次回折光および回折光Ｌｄ２の０次回折光がそれぞれ光路ＯＰ１側に進行しているため、より一般的には、光電変換素子１６１，１６２を光路ＯＰ１，ＯＰ２のうちの少なくとも一方側に配置するようにすればよい。
【００５８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５９】
図６は、本実施の形態に係る振動検出装置（マイクロホン装置１Ａ）の構成を表したものである。このマイクロホン装置１Ａは、図１に示した第１の実施の形態のマイクロホン装置１において、振動膜１４の表面に回折格子１５１の代わりに回折格子１５２を設けると共に、光電変換素子１６１，１６２をそれぞれ振動膜１４（回折格子１５２）の略垂線方向に配置するようにしたものである。
【００６０】
回折格子１５２は、その回折ピッチが、振動膜１４が静止状態のとき（上記仮想平面上にあるとき）の干渉縞のピッチの略２倍の長さである（２次グレーティング（ＧＲＴ）である：回折格子１５２の回折ピッチＰｇ＝２×（干渉縞のピッチＰ））と共に、そのときの干渉縞の延在方向と略平行となるように設定されているものである。また、この回折格子１５２に対する光路ＯＰ１，ＯＰ２を進行する光の入射角は、図中に示したように互いに略同一（入射角θ）となるように振動膜１４が配置されている。さらに、振動膜１４が図中の矢印のように変位した場合であっても、回折格子１５２へは、常に光路ＯＰ１，ＯＰ２からの光束のうちの光線が入射されるようになっている。なお、この回折格子１５２は、本発明における「回折素子」の一具体例に対応する。
【００６１】
このような構成により本実施の形態のマイクロホン装置１Ａでは、回折格子１５２が上記したように２次グレーティングであることから、例えば図７に示したように、振動膜１４が静止状態のとき（仮想平面上にあるとき）には、光路ＯＰ１からの入射光線Ｌ１５（入射角θ）により、１次回折光として、回折角φ＝０°による回折光線Ｌ１６（図６中の回折光Ｌｄ３に相当）が生じると共に、光路ＯＰ２からの入射光線Ｌ２５（入射角θ）により、１次回折光として、回折角φ＝０°による回折光線Ｌ２６（図６中の回折光Ｌｄ４に相当）が生じる。そしてこれら回折光Ｌｄ３，Ｌｄ４同士の干渉により、回折光線Ｌ１６，Ｌ２６の進行方向が略同一であることから、図中に示したようにピッチの粗い（ヌルフレンジに近い）干渉縞Ｆ３が形成される。なお、入射光線Ｌ１５，Ｌ１６の１次回折光がそれぞれ回折角φ＝０°の方向（振動膜１４の垂線方向）に生じることは、前述の（４）式においてＰｇ＝２Ｐ＝２×（λ／（２×ｓｉｎθ））を代入することからも導かれる。
【００６２】
また、例えば図８に示したように、音波Ｓｗに応じて振動膜１４が変位し、これにより回折格子１５２も上方へΔｘだけ変位すると、第１の実施の形態と同様に光路ＯＰ１からの入射光線の入射角が入射光線Ｌ１７のように入射角θ’と変化すると共に、これによりその１次回折光線の回折角も、回折光線Ｌ１８のように回折角φ’へと変化する。また、光路ＯＰ２からの入射光線Ｌ２７に対する１次回折光線の回折角も、回折光線Ｌ２８のように回折角φ’へと変化する。すなわち、回折光線Ｌ１８，Ｌ２８の間に角度が生じるため、図中に示したように干渉縞のピッチも変化し、ピッチの細かい干渉縞Ｆ４となる。
【００６３】
なお、このようにして形成された干渉縞Ｆ３，Ｆ４は光電変換素子１６１，１６２により検出され、第１の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、回折光Ｌｄ３，Ｌｄ４が光路ＯＰ１，ＯＰ２側に進行しないようにすることができるため、上記第１の実施の形態のようにレーザ光源１０に対する戻り光の発生を回避することができると共に、第１の実施の形態のように光路ＯＰ１，ＯＰ２上の光線が光電変換素子１６１，１６２によって妨げられるおそれもなくすことができる。
【００６５】
［変形例］
次に、上記第１および第２の実施の形態の変形例について説明する。なお、本変形例において、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６６】
図９は、本変形例に係る振動検出装置（マイクロホン装置１Ｂ）の構成を表したものである。このマイクロホン装置１Ｂは、図１に示した第１の実施の形態のマイクロホン装置１において、振動膜１４を図中の矢印のように角度βだけ回転させて（仮想平面に対して傾けて配置して）光路ＯＰ１，ＯＰ２からの光の回折格子１５１に対する入射角を互いに異ならせると共に、光電変換素子１６１，１６２をそれぞれ光路ＯＰ１，ＯＰ２とは異なる方向に配置するようにしたものである。
【００６７】
このような構成により本変形例では、例えば図１０に示したように、振動膜１４の角度βの回転により、図９中の回折光Ｌｄ５，Ｌｄ６の回折角は以下のように変化する。なお、振動膜１４の回転により、前述の（１）式で表される干渉縞のピッチＰも変化する（大きくなる）ため、振動膜１４の回折ピッチもそれに応じて大きくなったものを利用するものとする。
【００６８】
このとき、干渉縞ピッチＰ’は以下の（１５）式により表され、回折格子１５１の回折ピッチＰｇ’もこれと略等しい長さであるものとすると、図１０に示した入射光線Ｌｂの入射角は（θ＋β）となるため、前述の（４）式の回折条件により、ｍ＝１（１次回折）の場合には以下の（１６）式が導かれる。
Ｐ’＝λ／（２×ｓｉｎθ×ｃｏｓβ）      …（１５）
Ｐ’×（ｓｉｎ（θ＋β）＋ｓｉｎφ）＝λ  …（１６）
【００６９】
ここで、上記（１６）式に上記（１５）式を代入して計算すると、以下の（１７）式が導かれる。これは、図５に示したもとのｘ座標からみると、入射光線Ｌｂが（θ−２β）の角度に回折される（１次回折光線Ｌｄ’（回折光Ｌｄ６に相当）となる）ことを意味しており、入射光線Ｌａの０次回折光線Ｌｃ’（回折光Ｌｄ５に相当）の回折角と等角で平行な光線となる。したがって、これら回折光Ｌｄ５，Ｌｄ６同士の干渉により、第１および第２の実施の形態と同様に、ピッチの粗い（ヌルフレンジに近い）干渉縞が形成される。
ｓｉｎφ＝ｓｉｎθ×ｃｏｓβ−ｃｏｓθ×ｓｉｎβ＝ｓｉｎ（θ−β）  …（１７）
【００７０】
このようにして本変形例では、振動板１４および回折格子１５１を回転させて（仮想平面に対して傾けて配置して）光路ＯＰ１，ＯＰ２からの光の回折格子１５１に対する入射角を互いに異ならせるようにした場合でも、上記第１の実施の形態におけるヌルフリンジの条件や最大感度条件は変化しないため、同様の作用により同様の効果を得ることが可能となる。
【００７１】
また、それぞれの入射角の大きさに応じて回折光Ｌｄ５，Ｌｄ６の進行方向が任意に調整可能となるため、上記第１の実施の形態のようなレーザ光源１０に対する戻り光の発生を回避することが可能となると共に、光電変換素子１６１，１６２の配置の自由度も向上させることが可能となる。
【００７２】
なお、本変形例では図１に示した第１の実施の形態のマイクロホン装置１に対する変形例を挙げて説明したが、図６に示した第２の実施の形態のマイクロホン装置１Ａに対して適用してもよい。例えば、図１１に示したマイクロホン装置１Ｃは、第２の実施の形態のマイクロホン装置１Ａに対して適用した場合のものであり、ビームスプリッタ１１の一部を図中の符号Ｐ３のように欠けさせることにより、振動膜１４および回折格子１５２を回転させて（仮想平面に対して傾けて配置して）光路ＯＰ１，ＯＰ２からの光の回折格子１５２に対する入射角を互いに異ならせるようにしている。なお、図中の１０Ａ，１０Ｂは所定のレンズを表している。
【００７３】
以上、第１および第２の実施の形態ならびにこれらの変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００７４】
例えば、上記実施の形態等において説明した振動検出装置においては、例えば図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）に示したような回折格子の形成パターンが考えられる。具体的には、例えば図１２（Ａ）に示した振動膜１４Ａでは、この振動膜１４Ａの全面に一様に回折格子１５Ａを形成するようにした基本的な例である。このような回折格子１５Ａを形成するには、例えば、感光剤を塗ったフィルム状の薄膜に回折格子の形状を露光し、現像するようにすればよい。なお、その回折ピッチは、例えばλ＝７８０ｎｍのレーザ光で入射角θ＝４５°の２光束光学系を考えると、前述の（１）式により、約０．５５μｍ（１次グレーティングの場合）や１．１μｍ（２次グレーティングの場合）となり、現在の半導体露光プロセスから考えて十分に形成することが可能である（また、ＥＢ（電子ビーム）露光法を使えば、全く問題のないレベルである）。
【００７５】
また、上記実施の形態等の振動検出装置では、振動膜全体にレーザ光線を当てる必要もないため、図１２（Ｂ）に示した振動膜１４Ｂでは、回折素子１５Ｂが振動膜１４Ｂの表面の一部分（レーザ光線が照射される領域付近であり、振動を検知する中心領域）にのみ形成されると共に、振動膜１４Ｂの表面の他の部分が黒色に塗布され、迷光を回避できるようになっている。また、この方法をさらに進めると、回折格子の形成領域をごく一部の領域に制限することで、光電変換素子側にあるピンホールをなくし、回折格子の形成微小領域のみからの回折光を検知するようにしてもよい。
【００７６】
また、例えば図１２（Ｃ）に示した振動膜１４Ｃでは、振動膜１４Ｃの表面に２種類の回折格子１５Ｃ１，１５Ｃ２が形成されると共に、これら回折格子１５Ｃ１，１５Ｃ２の回折ピッチもしくは位相が互いに異なるようになっている。このように構成した回折格子１５Ｃ１，１５Ｃ２に対してやや縦長に形成したレーザ光をあて、これら２つの回折格子により形成される干渉縞をそれぞれ検知すると共に、一方の回折格子により形成される干渉縞が明のときに他方の回折格子により形成される干渉縞がほぼ９０度位相ずれを起こした干渉縞を示すようにしておく。このようにすることで、各回折格子１５Ｃ１，１５Ｃ２により形成される干渉縞を２つの光電変換素子により検出した場合に、２つの光電変換素子による出力信号が互いに９０度位相差を保つことができ、検出誤差を低減することが可能となる。
【００７７】
また、図１２（Ｃ）では、振動膜の縦方向に２種類の回折格子を形成しているが、横方向での回折領域の分離によっても、位相ずれを生じさせ同様な効果を得ることができる。例えば図１２（Ｄ）に示した振動膜１４Ｄでは、回折格子１５Ｄにおいて回折格子の形成を面内の２次元方向とすると共に縦方向と横方向とで回折ピッチを互いに異ならせ、それらの回折ピッチの差を検知するようにしてもよい。この場合、干渉計の構成は、上記実施の形態等で説明した干渉計において紙面に垂直な方向の干渉計を加えたものとなり、３次元的な干渉計となる。
【００７８】
また、１種類の回折格子と波長が互いに異なる２種類のレーザ光線とを用いて２光束干渉を行い、それぞれの波長により生ずる２つの干渉縞を複数の光電変換素子により検出するようにしてもよい。このように構成した場合、最大感度ポイントを複数設けることができるため、回折格子位置の変位が増えることに伴う感度の低下を補うことが可能となる。
【００７９】
また、上記実施の形態等では、回折格子の回折ピッチが、振動膜が静止状態のときの干渉縞のピッチと略同一または略２倍の長さである場合について説明したが、より一般的には、回折格子の回折ピッチが、振動膜が静止状態のときの干渉縞のピッチと略同一または略整数倍の長さであるようにすればよい。
【００８０】
また、上記実施の形態等では、リサージュ図形上に４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄを設けてディジタルカウントを行う場合について説明したが、基準点の数はこれに限らず、例えば図１３に示したように、４つの基準点Ｐａ〜Ｐｄに加えて例えば基準線Ｅ〜Ｈを用い、さらに基準点を細かく設定して増やすようにしてもよい。このように構成した場合、カウント数を増やすことができるので、出力信号Ｓoutの値を大きくし、検出感度をより向上させることが可能となる。
【００８１】
また、上記実施の形態等では、レーザ光Ｌoutを発する光源として半導体レーザを挙げて説明したが、これ以外にも例えば、ガスレーザや固定レーザなどを用いるようにしてもよい。
【００８２】
また、上記実施の形態等では、回折素子の一例として回折格子（グレーティング）を挙げて説明したが、これ以外にも他の回折素子を用いるようにしてもよい。
【００８３】
また、上記実施の形態等の振動検出装置では、高感度な光学的振動検知が可能となるが、逆に高感度であるがゆえに環境温度に対し敏感となってしまう。したがって、例えば、マイクロホン装置に適用する場合には音響にほぼ関係のない１０Ｈｚ程度以下の変動をカットしたり（ハイパスフィルターの利用）や、系全体をペルチェ素子等で温度制御して温度変動をカットしたりすることで、このような温度変動に起因するリサージュ図形のドリフトを抑制するようにしてもよい。なお、リサージュ図形の１０Ｈｚ程度以下の遅い変動を検知することで、これを補償するため、レーザ光源への注入電流制御によって波長変化を生じさせ、ドリフトを抑制する方法も考えられる。
【００８４】
また、上記実施の形態等では、本発明の振動検出装置の一例として、振動体が音波に応じて振動する振動膜（振動膜１４）であり、この振動膜１４の振動を音声信号Ｓoutとして検出する光学式マイクロホン装置について説明したが、本発明の振動検出装置はこれには限られず、他の振動を検出するように構成してもよい。具体的には、例えば図１４に示した振動センサ１Ｄのように、被検査部位８０の変位や振動を検出する振動センサとして構成することにより、例えば被検査部位８０が硬くて重いものであっても、非接触かつ正確に被検査部位８０変位や振動を検出することができる。また、図に示したように、この振動センサ１Ｄを配線８２を介してアクチュエータ８１と接続させれば、基準物に対する被検査部位８０の振動を抑制させることも可能となる。
【００８５】
さらに、本発明の振動検出装置（マイクロホン装置）は、例えば図１５に示したように、図１に示したマイクロホン装置１（あるいは、図６に示したマイクロホン装置１Ａ、図９に示したマイクロホン装置１Ｂまたは図１１に示したマイクロホン装置１Ｃなど）に加え、このマイクロホン装置１から出力される音声信号Ｓoutをエンコードする伝送フォーマットエンコーダ２と、この伝送フォーマットエンコーダ２とディジタル伝送経路（例えば、光ファイバなど）で接続された編集機器３、１ビットストリーム方式レコーダ４およびＰＣＭ（Pulse Code Modulation）方式レコーダ６と、１ビット方式記録メディア５１と、ＰＣＭ方式記録メディア７１と、再生機器アンプスピーカ５２，７２とから構成される音声信号記録再生システムに適用することが可能である。このような構成の音声信号記録再生システムでは、２値化された音声信号Ｓoutを伝送することができるため、アナログの音声信号を伝送する場合と比べ、容易に長距離伝送をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る振動検出装置の全体構成を表す図である。
【図２】図１に示したディジタルカウント部において作成されるリサージュ図形の一例を表す図である。
【図３】図１に示した回折格子により生じる回折光および干渉縞の一例を説明するための図である。
【図４】図３において振動膜が変位した場合の回折光および干渉縞の一例を説明するための図である。
【図５】第１の実施の形態における回折光の進行方向を説明するための図である。
【図６】第２の実施の形態に係る振動検出装置の全体構成を表す図である。
【図７】図６に示した回折格子により生じる回折光および干渉縞の一例を説明するための図である。
【図８】図７において振動膜が変位した場合の回折光および干渉縞の一例を説明するための図である。
【図９】本発明の変形例に係る振動検出装置の全体構成を表す図である。
【図１０】図９の変形例における回折光の進行方向を説明するための図である。
【図１１】本発明の他の変形例に係る振動検出装置の構成を表す断面図である。
【図１２】本発明の変形例に係る振動膜および回折格子を表す平面図である。
【図１３】本発明の変形例に係るリサージュ図形の一例を表す図である。
【図１４】本発明の他の変形例に係る振動検出装置の適用例を表す斜視図である。
【図１５】本発明の振動検出装置を備えた音声記録再生システムの構成例を表すブロック図である。
【符号の説明】
【００８７】
１，１Ａ〜１Ｃ…マイクロホン装置、１Ｄ…振動センサ、１０…レーザ光源、１０Ａ，１０Ｂ…レンズ、１１…ビームスプリッタ、１２１，１２２…レンズ、１３１，１３２…反射ミラー、１４，１４Ａ〜１４Ｄ…振動膜、１５１，１５２，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ１，１５Ｃ２，１５Ｄ…回折格子（グレーティング）、１６１，１６２…光電変換素子、１７…ディジタルカウント部、２…伝送フォーマットエンコーダ、３…編集機器、４…１ビットストリーム方式レコーダ、５１…１ビット方式記録メディア、５２，７２…再生機器アンプスピーカ、６…ＰＣＭ方式レコーダ、７１…ＰＣＭ方式記録メディア、８０…披検査部位、８１…アクチュエータ、８２…配線、Ｓｗ…音波、ＯＰ１，ＯＰ２…光路、Ｓｘ，Ｓｙ…光電変換素子からの出力信号、Ｓout…音声信号、Ｌout…レーザ光、Ｌｄ１〜Ｌｄ６…回折光、Ｌ１１〜Ｌ１８，Ｌ２１〜Ｌ２８，Ｌａ〜Ｌｄ，Ｌｃ’，Ｌｄ’…光線、Ｆ１〜Ｆ４…干渉縞、θ，θ’…入射角、φ，φ’…回折角、β…振動膜（回折格子）の変位（回転）角、Δｘ…回折格子の変位量、Ｃ…中心点、Ｐ０…信号点、Ｐａ〜Ｐｄ…基準点、Ｅ〜Ｈ…基準線。
【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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【図１４】
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【図１５】
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