(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、マッハ・ツェンダ干渉計に準ずる構成の干渉計において、２つの光路ＯＰ１，ＯＰ２に分離する。光路ＯＰ２からの参照光と光路ＯＰ１からの反射光とを互いに干渉させ、ビームスプリッタ１２上に干渉縞を形成する。そしてこの干渉縞に基づき、振動膜１１の振動を量子化して検出する。また、２つの光路ＯＰ１，ＯＰ２のうちの一方の光路ＯＰ２（参照光路）において、参照光をビームスプリッタ１２および反射ミラー１３で反射させる。他方の光路ＯＰ１（反射光路）において、反射光を振動膜１１およびビームスプリッタ１２で多重反射させる。参照光と反射光との光路差が大きくなり、振動膜１１の変位が増幅されて検出される。【選択図】図１
2008128910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発する光源と、
前記レーザ光を反射可能な振動体およびビームスプリッタを含んで構成され、前記レーザ光を２つの光路に分けて進行させると共に、これら２つの光路のうちの一方の光路において反射された参照光と、前記２つの光路のうちの他方の光路において前記振動体および前記ビームスプリッタにより多重反射された反射光とを互いに干渉させて干渉縞を形成する干渉計と、
形成された前記干渉縞に基づき、前記振動体の振動を量子化して検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする振動検出装置。
【請求項２】
前記干渉計は、前記レーザ光を反射可能な反射体を有し、
前記ビームスプリッタが、前記振動体と前記反射体との間に配置され、
前記一方の光路が、前記反射体と前記ビームスプリッタとの間に形成され、
前記他方の光路が、前記振動体と前記ビームスプリッタとの間に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項３】
前記反射光が前記振動体により反射される回数をｍ１、前記参照光が前記反射体により反射される回数をｍ２、前記振動体と前記ビームスプリッタとの距離をｄ１、および前記反射体と前記ビームスプリッタとの距離をｄ２としたとき、以下の式を満たす
ことを特徴とする請求項２に記載の振動検出装置。
（ｍ１）×（ｄ１）＝（ｍ２）×（ｄ２）
【請求項４】
前記光源が、マルチモード型のレーザ光源である
ことを特徴とする請求項２に記載の振動検出装置。
【請求項５】
前記光源、前記干渉計および前記検出手段が、半導体基板上に集積化されている
ことを特徴とする請求項２に記載の振動検出装置。
【請求項６】
前記半導体基板がパッケージ部に収容されており、このパッケージ部に前記振動体が設けられている
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】
前記半導体基板上に、前記振動体を支持する支持部が設けられている
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８】
前記振動体が、前記半導体基板の表面に対して傾斜を持つと共に前記支持部ごとスライド可能なように支持されている
ことを特徴とする請求項７に記載の振動検出装置。
【請求項９】
前記振動体と前記ビームスプリッタとが互いに対向配置され、
前記一方の光路が、前記ビームスプリッタの内部に形成され、
前記他方の光路が、前記振動体と前記ビームスプリッタとの間に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項１０】
前記反射光が前記振動体により反射される回数をｍ３、前記参照光が前記ビームスプリッタの一端面で反射される回数をｍ４、前記振動体と前記ビームスプリッタとの距離をｄ３、前記ビームスプリッタの厚みをｄ４、前記ビームスプリッタの屈折率をｎ、前記レーザ光が前記ビームスプリッタから前記振動体の側へ出射する際の入射角を９０度から減じた角度をφ、および前記レーザ光が前記ビームスプリッタから前記振動体の側に出射する際の屈折角を９０度から減じた角度をθとしたとき、以下の（１）式および（２）式を満たす
ことを特徴とする請求項９に記載の振動検出装置。
（ｍ３）×（ｄ３）／ｔａｎθ＝（ｍ４）×（ｄ４）／ｔａｎφ  …（１）
ｃｏｓθ＝ｎ×ｃｏｓφ  …（２）
【請求項１１】
前記光源が、シングルモード型のレーザ光源である
ことを特徴とする請求項９に記載の振動検出装置。
【請求項１２】
前記光源、前記干渉計および前記検出手段が、半導体基板上に集積化されている
ことを特徴とする請求項１１に記載の振動検出装置。
【請求項１３】
前記干渉計は、前記レーザ光を反射可能な一対の反射体を有し、
前記振動体が、前記ビームスプリッタを兼ねると共に前記一対の反射体の間に配置され、
前記一方の光路が、前記一対の反射体のうちの一方の反射体と前記振動体との間に形成され、
前記他方の光路が、前記一対の反射体のうちの他方の反射体と前記振動体との間に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項１４】
前記参照光が前記一方の反射体により反射される回数をｍ５、前記反射光が前記他方の反射体により反射される回数をｍ６、前記一方の反射体と前記振動体との距離をｄ５、および前記他方の反射体と前記振動体との距離をｄ６としたとき、以下の式を満たす
ことを特徴とする請求項１３に記載の振動検出装置。
（ｍ５）×（ｄ５）＝（ｍ６）×（ｄ６）
【請求項１５】
前記光源が、マルチモード型のレーザ光源である
ことを特徴とする請求項１３に記載の振動検出装置。
【請求項１６】
前記光源、前記干渉計および前記検出手段が、半導体基板上に集積化されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の振動検出装置。
【請求項１７】
前記半導体基板上において、前記一対の反射体のうちの少なくとも一方側の面積が、前記振動体の面積よりも小さくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項１６に記載の振動検出装置。
【請求項１８】
前記検出手段は、
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する
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１９】
前記干渉計と前記光電変換素子との間に、集光レンズを備えた
ことを特徴とする請求項１８に記載の振動検出装置。
【請求項２０】
前記リサージュ図形上に、互いに異なる複数の前記基準点が設けられている
ことを特徴とする請求項１８に記載の振動検出装置。
【請求項２１】
前記光源、前記干渉計および前記検出手段が半導体基板上に集積化され、
前記半導体基板上において、前記図形生成手段および前記カウンタが、前記２つの光路が形成されている領域以外の領域に配置されている
ことを特徴とする請求項１８に記載の振動検出装置。
【請求項２２】
前記一方の光路において、前記参照光が前記ビームスプリッタにより多重反射される
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２３】
前記参照光および前記反射光のうちの少なくとも一方は、その入射角と反射角との和が鋭角となるように反射される
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２４】
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。
【請求項２５】
レーザ光を発する光源と、
前記レーザ光をその入射角と反射角との和が鋭角となるように反射可能な振動体およびビームスプリッタを含んで構成され、前記レーザ光を２つの光路に分けて進行させると共に、これら２つの光路のうちの一方の光路において前記ビームスプリッタにより反射された参照光と、前記２つの光路のうちの他方の光路において前記振動体および前記ビームスプリッタにより反射された反射光とを互いに干渉させて干渉縞を形成する干渉計と、
形成された前記干渉縞に基づき、前記振動体の振動を量子化して検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする振動検出装置。
【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・ツェンダ干渉計やマイケルソン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】
本発明の第１の振動検出装置は、レーザ光を発する光源と、このレーザ光を反射可能な振動体およびビームスプリッタを含んで構成され、レーザ光を２つの光路に分けて進行させると共に、これら２つの光路のうちの一方の光路においてビームスプリッタにより反射された参照光と、上記２つの光路のうちの他方の光路において振動体およびビームスプリッタにより多重反射された反射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、振動体の振動を量子化して検出する検出手段とを備えたものである。
【００１２】
本発明の第１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において２つの光路に分離され、これら２つの光路のうちの一方の光路（参照光路）において、参照光がビームスプリッタにより反射され、他方の光路（反射光路）において、反射光が振動体およびビームスプリッタにより多重反射される。そして参照光と反射光とが互いに干渉して干渉縞が形成され、この形成された干渉縞に基づき、振動体の振動が量子化されて検出される。ここで、この干渉計では上記反射光が多重反射されるため、参照光と反射光との光路差が大きくなり、その結果、振動体の変位が増幅されて検出される。
【００１３】
本発明の第１の振動検出装置では、上記干渉計がレーザ光を反射可能な反射体を有すると共に上記ビームスプリッタを振動体と反射体との間に配置し、上記一方の光路が反射体とビームスプリッタとの間に形成されると共に上記他方の光路が振動体とビームスプリッタとの間に形成されているように構成することが可能である。このように構成した場合、一方の光路において、上記参照光がビームスプリッタおよび反射体により反射され、他方の光路において、上記反射光が振動体およびビームスプリッタにより多重反射される。
【００１４】
また、上記振動体とビームスプリッタとを互いに対向配置し、上記一方の光路がビームスプリッタの内部に形成されると共に上記他方の光路が振動体とビームスプリッタとの間に形成されているように構成することが可能である。このように構成した場合、一方の光路において、上記参照光がビームスプリッタ内でその端面により反射され、他方の光路において、上記反射光が振動体およびビームスプリッタにより多重反射される。
【００１５】
また、上記干渉計がレーザ光を反射可能な一対の反射体を有し、上記振動体がビームスプリッタを兼ねると共に一対の反射体の間に配置されるようにし、上記一方の光路が一対の反射体のうちの一方の反射体と前記振動体との間に形成されると共に上記他方の光路が一対の反射体のうちの他方の反射体と振動体との間に形成されているように構成することが可能である。このように構成した場合、一方の光路において、上記参照光が一方の反射体と振動体により反射され、他方の光路において、上記反射光が他方の反射体と振動体により反射される。
【００１６】
この場合において、上記光源、干渉計および検出手段を半導体基板上に集積化すると共にこの半導体基板上において、上記一対の反射体のうちの少なくとも一方側の面積が振動体の面積よりも小さくなるようにするのが好ましい。このように構成した場合、振動体へ向かう波の一部が反射体を介さずに、振動体へ到達可能となる。また、その反射体は、上記レーザ光の進行方向における基板面への投射成分に沿った方向に細長くなっているのがより好ましい。そのように構成した場合、振動体へ向かう波が反射体を介さずに、振動体へより到達しやすくなる。
【００１７】
本発明の第１の振動検出装置では、上記一方の光路において、参照光がビームスプリッタにより多重反射されるようにするのが好ましい。このように構成した場合、上記一方の光路（参照光路）の光路長を変化させずにビームスプリッタと振動体との距離を近づけることが可能となり、干渉計の小型化が図れる。また、上記参照光および反射光のうちの少なくとも一方を、その入射角と反射角との和が鋭角となるように反射するのが好ましい。このように構成した場合、参照光と反射光との光路差がより大きくなるため、振動の検出感度がより高まる。
【００１８】
本発明の第２の振動検出装置は、レーザ光を発する光源と、このレーザ光をその入射角と反射角との和が鋭角となるように反射可能な振動体およびビームスプリッタを含んで構成され、レーザ光を２つの光路に分けて進行させると共に、これら２つの光路のうちの一方の光路においてビームスプリッタにより反射された参照光と、上記２つの光路のうちの他方の光路において振動体およびビームスプリッタにより反射された反射光とを互いに干渉させて干渉縞を形成する干渉計と、形成された前記干渉縞に基づき振動体の振動を量子化して検出する検出手段とを備えたものである。
【００１９】
本発明の第２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において２つの光路に分離され、これら２つの光路のうちの一方の光路（参照光路）において、参照光がビームスプリッタにより反射され、他方の光路（反射光路）において、反射光が振動体およびビームスプリッタにより反射される。そして参照光と反射光とが互いに干渉して干渉縞が形成され、この形成された干渉縞に基づき、振動体の振動が量子化されて検出される。ここで、この干渉計では、上記レーザ光がその入射角と反射角との和が鋭角となるように振動体およびビームスプリッタで反射されるため、参照光と反射光との光路差が大きくなり、その結果、振動体の変位が増幅されて検出される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の振動検出装置によれば、光源からのレーザ光を干渉計において２つの光路に分離し、これら２つの光路のうちの一方の光路（参照光路）において参照光をビームスプリッタで反射させると共に他方の光路（反射光路）において反射光を振動体およびビームスプリッタで多重反射させるようにしたので、参照光と反射光との光路差を大きくし、振動体の変位を増幅して検出することができる。また、参照光と反射光とが互いに干渉して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。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。
【００２１】
また、本発明の第２の振動検出装置によれば、光源からのレーザ光を干渉計において２つの光路に分離し、これら２つの光路のうちの一方の光路（参照光路）において参照光をビームスプリッタで反射させると共に他方の光路（反射光路）において反射光を振動体およびビームスプリッタで反射させ、それらの反射の際に入射角と反射角との和が鋭角となるようにしたので、参照光と反射光との光路差を大きくし、振動体の変位を増幅して検出することができる。また、参照光と反射光とが互いに干渉して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。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】
【００２２】
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。
【００２３】
［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）の断面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１１）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、振動膜１１と、ビームスプリッタ１２と、反射ミラー１３と、一対の光電変換素子１４１，１４２と、ディジタルカウント部１５とを備えている。
【００２４】
レーザ光源１０は、振動膜１１に対してレーザ光Ｌoutを照射するものであり、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。
【００２５】
振動膜１１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１１は、レーザ光Ｌoutをほぼ１００％の反射率で反射可能となっている。
【００２６】
ビームスプリッタ１２は、振動膜１１と反射ミラー１３との間に配置され、ビームスプリッタ１２の上面および下面の中央部分には、それぞれ、レーザ光Ｌoutをほぼ１００％の反射率で反射可能な全反射膜１２Ａ，１２Ｂが形成されている。一方、ビームスプリッタ１２の上面および下面の両端部には、それぞれ、レーザ光Ｌoutを約５０％の反射率で反射すると共に残りの光を透過可能な半透過膜（図示せず）が形成されている。このような構成によりビームスプリッタ１２は、レーザ光源１０から発せられ振動膜１１で反射されたレーザ光Ｌoutを、例えば図中の点Ｐ１１において、振動膜１１側（反射光側）の光路ＯＰ１（反射光路）と、反射ミラー１３側（参照光側）の光路ＯＰ２（透過光路）とに分離すると共に、例えば図中の点Ｐ２２において、上記反射光路ＯＰ１からの光（反射光）と上記透過光路ＯＰ２からの光（参照光）とを再び重ね合わせて互いに干渉させるための光学素子として機能しており、例えば石英ガラスなどにより構成される。なお、詳細は後述するが、ビームスプリッタ１２におけるそのような干渉によって、参照光と反射光との位相差に応じて干渉縞が点Ｐ２２に形成されるようになっている。
【００２７】
反射ミラー１３は、レーザ光Ｌoutをほぼ１００％の反射率で反射可能なように構成されたミラーである。
【００２８】
なお、これら反射ミラー１３、ビームスプリッタ１２および振動膜１１によって、詳細は後述するが、いわゆるマッハ・ツェンダ干渉計に準ずる干渉計が構成されるようになっている。
【００２９】
光電変換素子１４１，１４２は、ビームスプリッタ１２上（具体的には、点Ｐ２２）に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る。これら光電変換素子１４１，１４２は、例えばＰＤ（Photo Diode）などにより構成される。
【００３０】
ディジタルカウント部１５は、光電変換素子１４１，１４２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。
【００３１】
次に、図３〜図６を参照して、本実施の形態のマイクロホン装置１を半導体基板上に集積化した場合の構成例について説明する。ここで、図３は、図１に示したマイクロホン装置１を半導体基板上に集積化した場合の断面構成を表したものであり、図４は、図３に示したマイクロホン装置１を、図３中のＩＩ部分から見た場合における平面構成で表したものであり、図５は、ビームスプリッタ１２上で形成される干渉縞の態様を模式的に表したものであり、図６は、図３および図４に示したマイクロホン装置１をパッケージ部（以下説明するパッケージ１８）で収納した場合の平面構成（図４に示した平面構成に対応）を表している。
【００３２】
図３および図４に示したマイクロホン装置１では、シリコン（Ｓｉ）基板１６上に、レーザ光源である面発光型レーザ光源１０Ａおよびピンホール部１４０が形成されると共に、Ｓｉ基板１６内に、光電変換素子１４１，１４２および上記ディジタルカウント部１５として機能する演算用ＩＣ（Integrated Circuit）１５０が形成されている。このＳｉ基板１６の表面は鏡面処理がなされており、反射ミラー１３として機能するようになっている。なお、ビームスプリッタ１２は、一対のビームスプリッタ支持柱１２１，１２２によってその両端部が支持されるようになっている。
【００３３】
面発光型レーザ光源１０Ａは、いわゆる垂直共振器型（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting Laser）のレーザ光源であり、シングルモードのものである。この面発光型レーザ光源１０Ａの上方には、レーザ光Ｌoutを集光するためのコリメータレンズ１０Ｂが配置され、このコリメータレンズ１０Ｂは、その周辺部がレンズ支持部１０Ｃによって支持されるようになっている。
【００３４】
ピンホール部１４０は、光電変換素子１４１，１４２の上方に形成されており、例えばビームスプリッタ１２上に形成される干渉縞が図５に示したように構成（明線Ｆｗと暗線Ｆｂとが交互に並んでいる）されている場合に、図中の点Ｐ１４０Ａ，１４０Ｂのように、干渉縞の位相が互いに９０°異なる状態で光電変換素子１４１，１４２に検出されるように配置されている。なお、このようなピンホール部の代わりに、干渉縞に沿った方向に延在するスリット部を設けるようにしてもよい。
【００３５】
演算用ＩＣ１５０は、上記のようにディジタルカウント部１５として機能するＩＣであり、レーザ光Ｌoutの光路が形成される領域からはずれた領域（光路が形成されている領域以外の領域）、具体的には例えば図４に示したように、後述する電極パッド１７Ａとビームスプリッタ支持柱１２１との間の領域（または後述する電極パッド１７Ｂとビームスプリッタ支持柱１２２との間の領域）に形成するのが好ましい。レーザ光ＬoutがＳｉ基板１６の表面で反射される際に、演算用ＩＣ１５０の存在による反射の乱れのおそれが回避されるからである。
【００３６】
このマイクロホン装置１はまた、例えば図６に示したように所定のパッケージ１８に収容されるようになっている。具体的には、Ｓｉ基板１６上の両端に形成された複数の電極パッド１７Ａ，１７Ｂは、それぞれ金属配線１９を介してパッケージ１８のリードフレーム１８Ａ，１８Ｂと電気的に接続されると共に、例えば振動膜１１がパッケージ１８の上面部分に設けられるようになっている。
【００３７】
なお、このように構成した場合、パッケージ１８に設けられた振動膜１１と、このパッケージ１８に収容されたＳｉ基板１６（具体的には、例えばビームスプリッタ１２）との距離（例えば、図１に示した振動膜１１とビームスプリッタ１２との距離ｄ１）は、微調整が可能なように構成するのが好ましい。その場合の具体的な構成としては、例えば、パッケージ１８を円柱状に形成すると共に、カメラレンズの場合における焦点合わせの調整用ネジ切りリングのように、このパッケージ１８の回転によって高さの微調整ができるようにしたものが挙げられる。このように構成した場合、干渉縞を検知しつつ、リングの回転によって振動膜１１とＳｉ基板１６との距離の微調整を行うことが可能となる。
【００３８】
ここで、振動膜１１が本発明における「振動体」の一具体例に対応し、反射ミラー１３が本発明における「反射体」の一具体例に対応し、光電変換素子１４１，１４２およびディジタルカウント部１５が本発明における「検出手段」の一具体例に対応する。また、このディジタルカウント部１５は、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。また、光路ＯＰ２が本発明における「２つの光路のうちの一方の光路」の一具体例に対応し、この光路ＯＰ２側を進行するレーザ光Ｌoutが本発明における「参照光」の一具体例に対応する。また、光路ＯＰ１が本発明における「２つの光路のうちの他方の光路」の一具体例に対応し、この光路ＯＰ１側を進行するレーザ光Ｌoutが本発明における「反射光」の一具体例に対応する。
【００３９】
次に、図１〜図８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。ここで、図７は、従来の一般的なマッハ・ツェンダ干渉計の断面構成を模式的に表したものであり、図８（Ａ）〜（Ｃ）は、図７に示したマッハ・ツェンダ干渉計を基に変形した本実施の形態に係るマイクロホン装置における干渉計（マッハ・ツェンダ干渉計に順ずる構成の干渉計）の断面構成を模式的に表したものである。
【００４０】
まず、図１〜図６を参照して、本実施の形態のマイクロホン装置１の全体動作について説明する。
【００４１】
このマイクロホン装置１では、図１および図３に示したように、レーザ光源１０からレーザ光Ｌoutが出射されて振動膜１１へ入射角θで入射すると、この振動膜１１で反射され、ビームスプリッタ１２へ到達する。するとレーザ光Ｌoutは、ビームスプリッタ１２上の点Ｐ１１において、図示しない半透過膜の作用により反射光と透過光とに分離し、その結果、レーザ光Ｌoutは、振動膜１１側の光路ＯＰ１（反射光路：点Ｐ１１〜Ｐ１２〜Ｐ２２の光路）と、反射ミラー１３側の光路（透過光路：点Ｐ１１〜Ｐ２１〜Ｐ２２の光路）とに分けられる。そして反射光路ＯＰ１側のレーザ光Ｌoutは、振動膜１１およびビームスプリッタ１２上の全反射膜１２Ａにおいて多重反射され、反射光としてビームスプリッタ１２上の点Ｐ２２へ到達する。一方、透過光路ＯＰ２側のレーザ光Ｌout（参照光）は、反射ミラー１３およびビームスプリッタ１２上の全反射膜１２Ｂにおいて多重反射され、ビームスプリッタ１２上の点Ｐ２２へ到達する。したがって、この点Ｐ２２において、透過光路ＯＰ２からの参照光と反射光路ＯＰ１からの反射光とが互いに干渉し、例えば図５に示したように、明線Ｆｗと暗線Ｆｂとが交互に並ぶ干渉縞が形成される。
【００４２】
ここで、ビームスプリッタ１２の終端部である点Ｐ２２において、参照光と反射光とが重なり合うための条件式は、例えば図１に示したように、ビームスプリッタ１２上における点Ｐ１１，Ｐ１２間の距離（光路ＯＰ１側のＬ長）をＬ１、ビームスプリッタ１２上における点Ｐ２１，Ｐ２２間の距離（光路ＯＰ２側のＬ長）をＬ２、光路ＯＰ１の光路長を｜ＯＰ１｜、光路ＯＰ２の光路長を｜ＯＰ２｜、光路ＯＰ１側の反射光が振動膜１１により反射される回数をｍ１、光路ＯＰ２側の参照光が反射ミラー１３により反射される回数をｍ２、振動膜１１とビームスプリッタ１２との距離をｄ１、反射ミラー１３とビームスプリッタ１２との距離をｄ２、ならびに参照光および干渉光が振動膜１１または反射ミラー１３へ入射する際の入射角をθとすると、以下の（１１）式〜（１４）式を基にして、以下の（１５）式のように求められる。
【００４３】
すなわち、光路ＯＰ１側のＬ長Ｌ１、光路ＯＰ１の光路長｜ＯＰ１｜、光路ＯＰ２側のＬ長Ｌ２および光路ＯＰ２の光路長｜ＯＰ２｜は、それぞれ（１１）式〜（１４）式のように表され、点Ｐ２２において参照光と反射光とが重なり合うための条件は、Ｌ１＝Ｌ２であることから、その条件式は（１５）式のようになる。
【００４４】
【数１】
2008128910.tif 000003
【００４５】
したがって、この条件式は入射角θには依存しないことから、光学上の調整を簡単に行うことができる。また、Ｌ長の大きさと入射角θの大きさが予め決まっていれば、（ｍ１，ｄ１）と（ｍ２，ｄ２）との組み合わせを適切に選んで設定することにより、条件式（１５）を満たすことができる。なお、例えばＬ１＝Ｌ２≒１０ｍｍ、θ≒６０°の場合、（ｍ１，ｄ１）と（ｍ２，ｄ２）との組み合わせは、以下の表１から選択するようにすればよい。
【００４６】
【表１】
2008128910.tif 000004
【００４７】
次に、ビームスプリッタ１２上の点Ｐ２２において形成された干渉縞は、光電変換素子１４１，１４２で検出される。このとき、図３および図４に示したようなピンホール部１４０によって、光電変換素子１４１，１４２でそれぞれ検出される干渉縞の位相が調整され、例えば図６に示した２つの検出点Ｐ１４０Ａ，１４０Ｂのように、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１４１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１４２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。
【００４８】
次に、ディジタルカウント部１５では、光電変換素子１４１，１４２からの出力信号Ｓｘ，Ｓｙをそれぞれ、Ｘ信号およびＹ信号とみなし、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（１６），（１７）式の演算を行うことにより、（Ｘ，Ｙ）信号を（ｘ，ｙ）信号に変換する。
ｘ＝Ｘ−ＣＸ  …（１６）
ｙ＝Ｙ−ＣＹ  …（１７）
【００４９】
すると、上記（１６），（１７）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１４１，１４２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１１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１１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。
【００５０】
次に、図８（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、本実施の形態のマイクロホン装置の干渉計における光路差を拡大させる作用を、図７に示した従来の一般的な干渉計（マッハ・ツェンダ干渉計）と比較しつつ説明する。
【００５１】
まず、図７に示した従来の一般的なマッハ・ツェンダ干渉計では、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタＢＳ１０１において、反射ミラーＭ１０１側（光路ＯＰ１０２側）の参照光と、振動膜を兼ねる反射ミラーＭ１０２側（光路ＯＰ１０１側）の反射光とに分離され、これら反射ミラーＭ１０１，Ｍ１０２において参照光および反射光が反射されたのち、ビームスプリッタＢＳ１０２において参照光および反射光が再び重ね合わされ、このビームスプリッタＢＳ１０２において、例えば符号Ｆ１０１，Ｆ１０２で示したような干渉縞が形成される。この際、反射ミラーＭ１０１，Ｍ１０２において、参照光および反射光はそれぞれ、直角に（入射角と反射角との和が９０°となるように）反射されるようになっている。
【００５２】
これに対して、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示した本実施の形態のマイクロホン装置の干渉計（マッハ・ツェンダ干渉計に順ずる構成の干渉計）では、レーザ光源１１から出射されたレーザ光が、ビームスプリッタＢＳにおいて、反射ミラーＭ１側（光路ＯＰ１２側）の参照光と、振動膜を兼ねる反射ミラーＭ２側（光路ＯＰ１１側）の反射光とに分離され、これら反射ミラーＭ１，Ｍ２において参照光および反射光が反射されたのち、ビームスプリッタＢＳにおいて参照光および反射光が再び重ね合わされ、このビームスプリッタＢＳにおいて、例えば符号Ｆ１，Ｆ２で示したような干渉縞が形成される。また、反射ミラーＭ１，Ｍ２において、参照光および反射光はそれぞれ、鋭角に（入射角と反射角との和が鋭角となるように）反射されるようになっている。すなわち、この干渉計では、反射ミラーＭ１，Ｍ２において参照光および反射光がそれぞれ鋭角に反射されるため、単一のビームスプリッタＢＳで構成可能となっている。
【００５３】
具体的には、図８（Ａ）に示した干渉計は、図７に示したマッハ・ツェンダ干渉計において、上記のように、参照光および反射光がそれぞれビームスプリッタＢＳによって鋭角に（入射角と反射角との和β１，Ｂ２がそれぞれ鋭角（０＜β１＜９０°、０＜β２＜９０°）となるように）反射されるようにすると共に、これにより単一のビームスプリッタＢＳで構成するようにしたものである。ここで、振動膜を兼ねる反射ミラーＭ２がΔｄだけ変位したときの光路ＯＰ１１，ＯＰ１２間の光路差の変化量（具体的には、光路ＯＰ１１の光路長の変化量）は以下の（１９）式のように表される。よって、以下の（１８）式で表される図７のマッハ・ツェンダ干渉計における光路ＯＰ１０１，ＯＰ１０２間の光路差の変化量（具体的には、光路ＯＰ１０１の光路長の変化量）と比べて値が大きくなり、その結果、反射ミラーＭ２の変位Δｄがより増幅されて検出されることになる。
【００５４】
【数２】
2008128910.tif 000005
【００５５】
また、図８（Ｂ）に示した干渉計は、図８（Ａ）に示した干渉計において、反射ミラーＭ２の位置をビームスプリッタＢＳ側に近づけ、反射ミラーＭ２側（光路ＯＰ２１側）の反射光が、反射ミラーＭ２およびビームスプリッタＢＳによって多重反射されるようにしたものである。ここで、図１に示した構成で考えると、光路ＯＰ１１，ＯＰ１２のＬ長の差の変化量ΔＬ、および光路ＯＰ１１，ＯＰ１２間の光路差の変化量ΔＯＰ（図８（Ｂ）における光路ＯＰ２１，２２間の光路差の変化量に対応）は、それぞれ、以下の（２０）式および（２１）式のように表されることから、振動膜１１（図８（Ｂ）における振動膜を兼ねる反射ミラーＭ２に対応）がΔｄだけ変位したとき（振動膜１１とビームスプリッタ１２との距離ｄ１が微小に変化したとき）のΔＬおよびΔＯＰの変化量は、以下の（２２）式および（２３）式のように表される。よって、（２３）式から、振動膜１１や反射ミラーＭ２が微小に変位したときの参照光と反射光との光路差の変化量は、これら振動膜１１や反射ミラーＭ２において反射光が反射される回数ｍ１に比例して大きくなり、その結果、振動膜１１や反射ミラーＭ２の変位Δｄがさらに増幅されて検出されることが分かる。また、この図８（Ｂ）の干渉計では、反射ミラーＭ２の位置が図８（Ａ）の干渉計と比べてビームスプリッタＢＳ側に近づいていることから、干渉計の大きさが小さくなり、マイクロホン装置全体としても小型化することになる。
【００５６】
【数３】
2008128910.tif 000006
【００５７】
なお、例えば、音波Ｓｗの最大音圧を１２０ｄＢ、そのときの振動膜１１の変位Δｄを１μｍ、入射角θ＝６０°、反射光が振動膜１１で反射される回数ｍ１＝１０とした場合、（２２）式および（２３）式から、｜ｄ（ΔＬ）｜＝１１．５μｍ、｜ｄ（ΔＯＰ）｜＝２３．１μｍとなり、これらの変化量の値は干渉縞の形成にはまったく影響がない程度のものであることが分かる。
【００５８】
また、図８（Ｃ）に示した干渉計は、図８（Ｂ）に示した干渉計と比べて反射ミラーＭ２をよりビームスプリッタＢＳ側に近づけて配置し、反射ミラーＭ２の変位Δｄをさらに増幅して検出するようにすると共に、参照光側の反射ミラーＭ１もビームスプリッタＢＳ側に近づけて配置するようにしたものである。ここで、上記（２２）式および（２３）式により、振動膜１１や反射ミラーＭ２が微小に変位したとき（ｄ１が微小に変化したとき）のΔＬやΔＯＰの変化量は、反射ミラー１３や反射ミラーＭ１での参照光の反射回数ｍ２には依存しないことから、参照光側の反射ミラーＭ１もビームスプリッタＢＳ側に近づけて配置した場合、光路差の変化量には影響を与えずに、干渉計、ひいてはマイクロホン装置全体がより小型化することが分かる。
【００５９】
このようにして図８（Ａ）〜（Ｃ）に示した本発明のマイクロホン装置における干渉計（マッハ・ツェンダ干渉計に準ずる干渉計）では、振動膜として機能する反射ミラーＭ２（図１における振動膜１１に対応）側の反射光がビームスプリッタＢＳにおいて鋭角に反射されるため、反射ミラーＭ２がΔｄだけ変位したときの光路ＯＰ１１，ＯＰ１２間の光路差の変化量が、図７のマッハ・ツェンダ干渉計における光路ＯＰ１０１，ＯＰ１０２間の光路差の変化量と比べて値が大きくなり、その結果、反射ミラーＭ２の変位Δｄがより増幅されて検出される。
【００６０】
特に、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）に示した干渉計では、反射ミラーＭ２側の反射光がビームスプリッタＢＳおよび反射ミラーＭ２において多重反射されるため、反射ミラーＭ２がΔｄだけ変位したときの光路ＯＰ１１，ＯＰ１２間の光路差の変化量が、図８（Ａ）に示した干渉計と比べてさらに大きくなり、その結果、反射ミラーＭ２の変位Δｄもさらに増幅されて検出される。
【００６１】
なお、図１、図３、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）に示したように、振動膜１１や反射ミラーＭ２側の反射光が多重反射される場合、それだけで光路差の変化量が大きくなるため、例えば直角で反射されるなど、必ずしも鋭角で反射されていなくてもよい。
【００６２】
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、マッハ・ツェンダ干渉計に準ずる構成の干渉計において２つの光路ＯＰ１，ＯＰ２に分離し、これら２つの光路ＯＰ１，ＯＰ２のうちの一方の光路ＯＰ２（参照光路）において参照光をビームスプリッタ１２および反射ミラー１３で反射させると共に、他方の光路ＯＰ１（反射光路）において反射光を振動膜１１およびビームスプリッタ１２で多重反射させるようにしたので、参照光と反射光との光路差を大きくし、振動膜１１の変位を増幅して検出することができる。また、参照光と反射光とが互いに干渉してビームスプリッタ１２上に形成された干渉縞に基づき、振動膜１１の振動を量子化して検出するようにしたので、振動膜１１の振動を光学的にディジタル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。
【００６３】
また、ディジタル振動検出を行う際の検出感度を向上させることができるので、マイクロホン装置においてディジタル検出可能な音域を広げることが可能となる。
【００６４】
また、反射光側の反射ミラー（反射ミラー１３や反射ミラーＭ２）を、ビームスプリッタ（ビームスプリッタ１２やビームスプリッタＢＳ）側に近づけて配置しているため、干渉計の大きさが小さくなり、マイクロホン装置全体としても小型化を図ることが可能となる。
【００６５】
また、反射ミラー１３側の参照光がビームスプリッタ１２および反射ミラー１３において多重反射されるようにしたので、参照光と反射光との光路差をより大きくし、振動膜１１の変位をより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の検出感度もより向上させることが可能となる。また、参照光側の振動膜１１もビームスプリッタ１２側に近づけて配置するようにしたので、光路差の変化量には影響を与えずに、干渉計、ひいてはマイクロホン装置全体をより小型化することが可能となる。
【００６６】
また、振動膜１１側の反射光がビームスプリッタ１２において鋭角に反射されるようにした場合、参照光と反射光との光路差をさらに大きくし、振動膜１１の変位をさらに増幅して検出することができる。よって、そのように構成した場合、光学的にディジタル振動検出を行う際の検出感度をさらに向上させることが可能となる。
【００６７】
また、所定の条件式（（１５）式）を満たすように構成すれば、振動膜１１の静止状態において、２つの光路ＯＰ１，ＯＰ２の光路差が予め０となるように設定することができる。よって、干渉縞の明瞭度（ビジビリティ）を容易に向上させることが可能となる。
【００６８】
また、干渉計としてマッハ・ツェンダに準ずる構成の干渉計を用いるようにしたので、マッハ・ツェンダ干渉計の場合と同様に、レーザ光源１０に対するレーザ光Ｌoutの戻り光が生じないようにすることができ、レーザ光源１０でのノイズ発生を回避することが可能となる。
【００６９】
また、光による非接触センシングを行うことができるので、振動膜１１の大きさや軽さを自由に選択することができ、ダイナミックレンジおよび周波数特性を、従来のダイナミック方式やコンデンサ方式等のアナログ方式に対して、無限に近く拡大することができる。
【００７０】
また、干渉縞のカウントにより、直接ディジタル信号を取り出すことができるため、Ｓ／Ｎ比を低減し、出力する音声信号Ｓoutの低ノイズ化を実現することができる。よって、微小振動を取り出すことができるようになるため、マイクロホン装置１から長いラインの引き回すような場合であっても、ノイズ等の影響をなくすことができる。
【００７１】
また、干渉縞の検出を２つの光電変換素子１４１，１４２を用いて行うと共に、これら２つの光電変換素子で検出する干渉縞の位相差が互いにほぼ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。
【００７２】
さらに、２つの光電変換素子１４１，１４２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振動膜１１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１１の変位をディジタルで検知することが可能となる。
【００７３】
なお、本実施の形態では、図６に示したようにパッケージ部１８に振動膜１１を設けるようにした場合について説明したが、例えば図９に示したマイクロホン装置１Ａのように、Ｓｉ基板１６上に振動膜１１を支持する振動膜支持柱１１０を設け、この振動膜支持柱１１０上に振動膜１１を設けるようにしてもよい。このように構成した場合、例えば図１０（Ａ），（Ｂ）（図９におけるＩＩＩ−ＩＩＩ部分の矢視断面図に対応）に示したように、振動膜１１がＳｉ基板１６の表面に対して傾斜を持つと共に振動膜支持柱１１０Ａ，１１０Ｂごとにスライド可能となるようにすることができ、その場合、Ｓｉ基板１６と振動膜１１との距離（図１における距離ｄ１に対応）を、例えば図１０（Ｂ）に示したようにＤ１からＤ２へと変更することができ、容易に高さを調整することが可能となる。
【００７４】
また、本実施の形態では、光路ＯＰ１と光路ＯＰ２との光路差を予め０に設定することができるので、図３，図４および図６に示したような面発光型レーザ光源１０Ａの代わりに、例えば図１１に示したマイクロホン装置１Ｂのように、面発光型レーザ光源やＤＦＢレーザ光源等のシングルモードのレーザ光源と比べてコヒーレンス長の短いレーザ光を発するマルチモードのレーザ光源である、端面発光型レーザ光源１０Ｄを用いることができる。なお、このマイクロホン装置１Ｂでは、端面発光型レーザ光源１０Ｄがマウント部１０Ｇ上に形成され、この端面発光型レーザ光源１０Ｄから出射されたレーザ光Ｌoutは、レンズ支持部１０Ｈによって支持されたコリメータレンズ１０Ｅにより集光されると共に反射ミラー１０Ｆで反射され、ビームスプリッタ１２を介して振動膜１２へ到達するようになっている。このように構成した場合、面発光型レーザ光源を用いた場合と比べ、集積化した場合の構成を簡単にすることができ、特にＤＦＢレーザ光源を用いた場合と比べて安価な構成とすることができる。
【００７５】
［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。
【００７６】
図１２は、本実施の形態に係る振動検出装置（マイクロホン装置２）の断面構成を表したものである。このマイクロホン装置２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、反射ミラー１３を設けないようにすると共に、参照光側の光路をビームスプリッタ１２の内部に形成するようにしたものである。
【００７７】
具体的には、振動膜１１とビームスプリッタ１２との間に反射光の光路ＯＰ３が形成され、ビームスプリッタ１２の内部に参照光の光路ＯＰ４が形成される。また、光路ＯＰ３側のレーザ光Ｌoutは、振動膜１１およびビームスプリッタ１２上の全反射膜１２Ａにおいて多重反射され、光路ＯＰ４側のレーザ光Ｌoutは、ビームスプリッタ１２内部において全反射膜１２Ａ，１２Ｂにより多重反射されるようになっている。
【００７８】
なお、本実施の形態のマイクロホン装置２を半導体基板上に集積化した場合、第１の実施の形態と同様に、例えば図１３に示したマイクロホン装置２のように端面発光型レーザ１０Ｄを用いたものや、図１４に示したマイクロホン装置２Ａのように面発光型レーザ１０Ａを用いたもののように構成することができる。なお、図１４に示したマイクロホン装置２Ａでは、Ｓｉ基板１６１上に、面発光型レーザ光源１０Ａが形成されると共に、光電変換素子１４１，１４２や演算用ＩＣ１５０を形成するためのＳｉ基板１６２が設けられるようになっている。
【００７９】
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では、レーザ光源１０からレーザ光Ｌoutが出射されると、ビームスプリッタ１２上の点Ｐ４１で屈折され、同じくビームスプリッタ１２上の点Ｐ３１において、図示しない半透過膜の作用により反射光と透過光とに分離し、その結果、レーザ光Ｌoutが、上記したように振動膜１１側の光路ＯＰ３と、ビームスプリッタ１２内部の光路ＯＰ４とに分けられる。そして光路ＯＰ１側のレーザ光Ｌoutは、振動膜１１およびビームスプリッタ１２上の全反射膜１２Ａにおいて多重反射され、反射光としてビームスプリッタ１２上の点Ｐ３２へ到達する。一方、光路ＯＰ４側のレーザ光Ｌout（参照光）は、ビームスプリッタ１２内部において全反射膜１２Ａ，１２Ｂにより多重反射され、ビームスプリッタ１２上の点Ｐ３２へ到達する。したがって、この点Ｐ３２およびその後の点Ｐ４２において、光路ＯＰ４からの参照光と光路ＯＰ３からの反射光とが互いに干渉し、第１の実施の形態と同様に干渉縞が形成される。
【００８０】
なお、その後も第１の実施の形態と同様に、ビームスプリッタ１２上の点Ｐ４２において形成された干渉縞は、光電変換素子１４１，１４２において、互いに位相が９０度ずれた状態で検出され、それぞれ出力信号Ｓｘ，Ｓｙとして出力される。そしてディジタルカウント部１５において、これら出力信号Ｓｘ，Ｓｙに基づくリサージュ図形が生成され、その結果、振動膜１１の変位がディジタルで検知され、ディジタル信号である音声信号Ｓoutとして出力される。
【００８１】
ここで、第１の実施の形態と同様に、ビームスプリッタ１２上の点Ｐ３２において、参照光と反射光とが重なり合うための条件式は、例えば、ビームスプリッタ１２上における点Ｐ３１，Ｐ３２間の光路ＯＰ３側のＬ長をＬ３、ビームスプリッタ１２上における点Ｐ３１，Ｐ３２間の光路ＯＰ４側のＬ長をＬ４、光路ＯＰ３の光路長を｜ＯＰ３｜、光路ＯＰ４の光路長を｜ＯＰ４｜、光路ＯＰ３側の反射光が振動膜１１により反射される回数をｍ３、光路ＯＰ４側の参照光がビームスプリッタ１２内部の一端面（全反射膜１２Ｂ）で反射される回数をｍ４、ビームスプリッタ１２の屈折率をｎ、振動膜１１とビームスプリッタ１２との距離をｄ３、ビームスプリッタ１２の厚みをｄ４、レーザ光Ｌoutがビームスプリッタ１２から振動膜１１の側へ反射光として出射する際の入射角を９０度から減じた角度をφ、およびその際の屈折角を９０度から減じた角度をθとすると、以下の（２４）式〜（２７）式を基にして、以下の（２８）式および（２９）式のように求められる。
【００８２】
すなわち、光路ＯＰ３側のＬ長Ｌ３、光路ＯＰ３の光路長｜ＯＰ３｜、光路ＯＰ４側のＬ長Ｌ４および光路ＯＰ４の光路長｜ＯＰ４｜は、それぞれ（２４）式〜（２７）式のように表され、点Ｐ４２において参照光と反射光とが重なり合うための条件は、Ｌ３＝Ｌ４であることから、その条件式は（２８）式および（２９）式のようになる。なお、（２９）式は、スネルの法則を表している。
【００８３】
【数４】
2008128910.tif 000007
【００８４】
なお、本実施の形態の干渉計では、反射光は空気中を伝播する一方、参照光はビームスプリッタ内を伝播するため、第１の実施の形態とは異なり、上記（２８）式および（２９）式を満たしたとしても、参照光と反射光との光路差を０とすることはできない。また、角度θと屈折率ｎの大きさが予め決まっていれば、（２９）式により角度φの大きさが決定され、これにさらにＬ長の大きさを予め設定しておけば、（ｍ３，ｄ３）と（ｍ４，ｄ４）との組み合わせを適切に選んで設定することにより、条件式（２８）を満たすことができる。なお、例えば、θ≒６０°、ｎ＝１．５、φ≒７０．５°、Ｌ３＝Ｌ４≒１０ｍｍの場合、（ｍ３，ｄ３）と（ｍ４，ｄ４）との組み合わせは、以下の表２から選択するようにすればよく、（ｍ３，ｄ３）と（ｍ４，ｄ４）との組み合わせは、同一列以外にも任意の組み合わせが可能である。
【００８５】
【表２】
2008128910.tif 000008
【００８６】
なお、本実施の形態の干渉計では、上記のように参照光と反射光との光路差を予め０とすることができないので、コヒーレンス長の長いレーザ光を用いるのが好ましい。したがって、例えば図１３に示した端面発光型レーザ光源１０Ｄのようにマルチモードのレーザ光源により構成するよりも、例えば図１４に示したような面発光型レーザ光源１０ＡやＤＦＢレーザ光源など、シングルモードのレーザ光源により構成するのが好ましい。このようにシングルモードで構成した場合、レーザ光のコヒーレンス長が長いため、参照光と反射光との光路差が予め０になっていない場合でも、干渉縞の位相差を大きくし、明瞭度を高めやすくすることができる。
【００８７】
以上のように本実施の形態においても、レーザ光源１０からのレーザ光Ｌoutを、マッハ・ツェンダ干渉計に準ずる構成の干渉計において２つの光路ＯＰ３，ＯＰ４に分離し、これら２つの光路ＯＰ３，ＯＰ４のうちの一方の光路ＯＰ４（参照光路）において参照光をビームスプリッタ１２内部で反射させると共に、他方の光路ＯＰ３（反射光路）において反射光を振動膜１１およびビームスプリッタ１２で多重反射させるようにしたので、参照光と反射光との光路差を大きくし、振動膜１１の変位を増幅して検出することができる。よって、第１の実施の形態と同様に、光学的にディジタル振動検出を行う際の検出感度を向上させることが可能となる。
【００８８】
また、反射ミラー１３を設けなくてもよいので、図１に示した第１の実施の形態のマイクロホン装置１と比べ、装置構成をより簡単にすると共により小型化を図ることが可能となる。
【００８９】
また、参照光がビームスプリッタ１２内部において多重反射されるようにしたので、第１の実施の形態と同様に参照光と反射光との光路差をより大きくし、振動膜１１の変位をより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の検出感度もより向上させることが可能となる。
【００９０】
また、振動膜１１側の反射光がビームスプリッタ１２において鋭角に反射されるようにした場合、第１の実施の形態と同様に参照光と反射光との光路差をさらに大きくし、振動膜１１の変位をさらに増幅して検出することができる。よって、そのように構成した場合、光学的にディジタル振動検出を行う際の検出感度をさらに向上させることが可能となる。
【００９１】
また、所定の条件式（（２８）式および（２９）式）を満たすように構成すれば、第１の実施の形態とは異なり、振動膜１１の静止状態における２つの光路ＯＰ３，ＯＰ４の光路差を予め０となるように設定することはできないものの、光路ＯＰ３，ＯＰ４からの光をビームスプリッタ１２上の点Ｐ３２，Ｐ４２上に重ね合わせることができる。よって、これらの条件式を満たすようにすれば、実際に干渉縞を形成することが可能となる。
【００９２】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１または第２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。
【００９３】
図１５は、本実施の形態に係る振動検出装置（マイクロホン装置３）の断面構成を表したものである。このマイクロホン装置３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、ビームスプリッタ１２の代わりに厚みがほとんど無視できるくらい薄いビームスプリッタ兼用振動膜１１２を設けると共に振動膜１１を設けないようにし、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２を、レーザ光Ｌoutを反射可能な一対の反射ミラー１３１，１３２で挟むような構成としたものである。なお、これら反射ミラー１３１，１３２が本発明における「一対の反射体」の一具体例に対応し、このうち、反射ミラー１３２が本発明における「一方の反射体」の一具体例に対応し、反射ミラー１３１が本発明における「他方の反射体」の一具体例に対応する。
【００９４】
マイクロホン装置３の構成をより具体的に説明すると、反射ミラー１３１とビームスプリッタ兼用振動膜１１２との間に反射光の光路ＯＰ５が形成され、反射ミラー１３２とビームスプリッタ兼用振動膜１１２との間に参照光の光路ＯＰ６が形成される。また、光路ＯＰ５側のレーザ光Ｌoutは、反射ミラー１３２およびビームスプリッタ兼用振動膜１１２上の全反射膜１１２Ａにおいて多重反射され、光路ＯＰ６側のレーザ光Ｌoutは、反射ミラー１３２およびビームスプリッタ兼用振動膜１１２上の全反射膜１１２Ｂにより多重反射されるようになっている。
【００９５】
なお、本実施の形態のマイクロホン装置３も、第１および第２の実施の形態と同様に、例えば図１６に示したマイクロホン装置３のように端面発光型レーザ１０Ｄを用いたものや、図１７に示したマイクロホン装置３Ａのように面発光型レーザ１０Ａを用いたもののように構成することができる。なお、図１７に示したマイクロホン装置３Ａでは、コリメータレンズ１０Ｂ上に、レンズ支持部１０Ｃに支持されたプリズム１０Ｉが設けられると共に、このプリズム１０Ｉで屈折されたレーザ光Ｌoutが反射ミラー１３１で反射され（入射角：θ）、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２上の点Ｐ５１へ到達するようになっている。
【００９６】
また、このようにマイクロホン装置を半導体基板上に集積化した場合、反射ミラー１３１，１３２のうちの少なくとも一方の面積が、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２の面積よりも小さくなっているのが好ましい。このように構成した場合、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２へ向かう音波Ｓｗの一部が、例えば反射ミラー１３１を介さずにビームスプリッタ兼用振動膜１１２へ到達可能となる。また、その場合に反射ミラー１３１は、例えば図１８において示したようにレーザ光Ｌoutの進行方向（光路ＯＰ５，ＯＰ６の進行方向）におけるＳｉ基板１６面への投射成分に沿った方向に細長くなっているのがより好ましい。そのように構成した場合、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２へ向かう音波Ｓｗが反射ミラー１３１を介さずにビームスプリッタ兼用振動膜１１２へより到達しやすくなる。
【００９７】
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３では、レーザ光源１０からレーザ光Ｌoutが出射されると、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２上の点Ｐ５１に到達する。そしてこの点Ｐ５１において、図示しない半透過膜の作用により反射光と透過光とに分離し、その結果、レーザ光Ｌoutが、上記したように反射ミラー１３１側の光路ＯＰ５と、反射ミラー１３２側の光路ＯＰ６とに分けられる。そして光路ＯＰ５側のレーザ光Ｌoutは、反射ミラー１３１およびビームスプリッタ兼用振動膜１１２上の全反射膜１１２Ａにおいて多重反射され、反射光としてビームスプリッタ兼用振動膜１１２上の点Ｐ５２へ到達する。一方、光路ＯＰ６側のレーザ光Ｌout（参照光）は、反射ミラー１３２およびビームスプリッタ兼用振動膜１１２上の全反射膜１１２Ｂにより多重反射され、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２上の点Ｐ５２へ到達する。したがって、この点Ｐ５２において、光路ＯＰ６からの参照光と光路ＯＰ５からの反射光とが互いに干渉し、第１および第２の実施の形態と同様に干渉縞が形成される。
【００９８】
ここで、本実施の形態では、上記のように振動膜として機能するビームスプリッタ兼用振動膜１１２が反射ミラー１３１，１３２間に設けられ、２つの光路ＯＰ５，ＯＰ６間に挟まれるような構成となっているので、例えばビームスプリッタ兼用振動膜１１２が上方に変位した場合、光路ＯＰ５の光路長が短くなると共に光路ＯＰ６の光路長が長くなり、これによりそれらの光路差がより増大するようになっている。よって、第１および第２の実施の形態と比べて参照光と反射光との光路差がより大きくなり、振動膜の変位がより増幅して検出される。
【００９９】
なお、その後は第１および第２の実施の形態と同様に、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２上の点Ｐ５２において形成された干渉縞は、光電変換素子１４１，１４２において、互いに位相が９０度ずれた状態で検出され、それぞれ出力信号Ｓｘ，Ｓｙとして出力される。そしてディジタルカウント部１５において、これら出力信号Ｓｘ，Ｓｙに基づくリサージュ図形が生成され、その結果、振動膜１１の変位がディジタルで検知され、ディジタル信号である音声信号Ｓoutとして出力される。
【０１００】
また、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２の終端部である点Ｐ５２において、参照光と反射光とが重なり合うための条件式は、例えば、光路ＯＰ５側の反射光が反射ミラー１３１により反射される回数をｍ５、光路ＯＰ６側の参照光が反射ミラー１３２により反射される回数をｍ６、反射ミラー１３１とビームスプリッタ兼用振動膜１１２との距離をｄ５、および反射ミラー１３２とビームスプリッタ兼用振動膜１１２との距離をｄ６とすると、第１の実施の形態と同様に、以下の（３０）式のように求められる。
（ｍ５）×（ｄ５）＝（ｍ６）×（ｄ６）  ……（３０）
【０１０１】
したがって、この条件式は入射角θには依存しないことから、第１の実施の形態と同様に、光学上の調整を簡単に行うことができる。また、Ｌ長（ビームスプリッタ兼用振動膜１１２上の点Ｐ５１，Ｐ５２間の距離）の大きさと入射角θの大きさが予め決まっていれば、第１の実施の形態と同様に、（ｍ５，ｄ５）と（ｍ６，ｄ６）との組み合わせを適切に選んで設定することにより、条件式（３０）を満たすことができる。なお、厳密には、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２の厚みの分だけ、光路ＯＰ５の光路長よりも光路ＯＰ６の光路長のほうが大きくなるが、上記のようにビームスプリッタ兼用振動膜１１２の厚みはほとんど無視できるくらい薄い（例えば、数μｍ程度）ので、その分の光路差によって干渉縞の明瞭度にはほとんど影響がない。
【０１０２】
以上のように本実施の形態においても、レーザ光源１０からのレーザ光Ｌoutを、マッハ・ツェンダ干渉計に準ずる構成の干渉計において２つの光路ＯＰ５，ＯＰ６に分離し、これら２つの光路ＯＰ５，ＯＰ６のうちの一方の光路ＯＰ６（参照光路）において参照光を反射ミラー１３２およびビームスプリッタ兼用振動膜１１２上の全反射膜１１２Ｂにおいて反射させると共に、他方の光路ＯＰ５（反射光路）において反射光を反射ミラー１３２およびビームスプリッタ兼用振動膜１１２上の全反射膜１１２Ａにおいて多重反射させるようにしたので、参照光と反射光との光路差を大きくし、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２の変位を増幅して検出することができる。よって、第１および第２の実施の形態と同様に、光学的にディジタル振動検出を行う際の検出感度を向上させることが可能となる。
【０１０３】
また、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２が２つの光路ＯＰ５，ＯＰ６間に挟まれるような構成としたので、光路ＯＰ５，ＯＰ６間の光路差をより増大することができる。よって、第１および第２の実施の形態と比べて参照光と反射光との光路差をより大きくしてビームスプリッタ兼用振動膜１１２の変位をより増幅して検出することができ、光学的にディジタル振動検出を行う際の検出感度をより向上させることが可能となる。
【０１０４】
また、光路ＯＰ６側の参照光が反射ミラー１３２とビームスプリッタ兼用振動膜１１２において多重反射されるようにしたので、第１および第２の実施の形態と同様に参照光と反射光との光路差をより大きくし、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２の変位をより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の検出感度もより向上させることが可能となる。
【０１０５】
また、光路ＯＰ５側の反射光がビームスプリッタ兼用振動膜１１２において鋭角に反射されるようにした場合、第１および第２の実施の形態と同様に参照光と反射光との光路差をさらに大きくし、ビームスプリッタ兼用振動膜１１２の変位をさらに増幅して検出することができる。よって、そのように構成した場合、光学的にディジタル振動検出を行う際の検出感度をさらに向上させることが可能となる。
【０１０６】
また、第１の実施の形態と同様に光路ＯＰ５と光路ＯＰ６との光路差を予めほぼ０に設定することができるので、面発光型レーザ光源やＤＦＢレーザ光源等のシングルモードのレーザ光源だけでなく、これらに比べてコヒーレンス長の短いレーザ光を発するマルチモードのレーザ光源（例えば、端面発光型レーザ光源）を用いることができる。このようにマルチモードのレーザ光源を用いて構成した場合、面発光型レーザ光源を用いた場合と比べ、半導体基板上に集積化した場合の構成を簡単にすることができ、特にＤＦＢレーザ光源を用いた場合と比べて安価な構成とすることができる。
【０１０７】
さらに、半導体基板上に集積化した場合において、反射ミラー１３１，１３２のうちの少なくとも一方の面積をビームスプリッタ兼用振動膜１１２の面積よりも小さくした場合、音波Ｓｗの一部を、例えば反射ミラー１３１を介さずにビームスプリッタ兼用振動膜１１２へ到達させることができる。よって、音波Ｓｗが反射ミラーに完全に遮られて音圧が低減してしまうのを防ぎ、検出感度をより向上させることが可能となる。また、さらに反射ミラー１３１が、例えば図１８に示したように、レーザ光Ｌoutの進行方向（光路ＯＰ５，ＯＰ６の進行方向）におけるＳｉ基板１６面への投射成分に沿った方向に細長くなるようにした場合には、音波Ｓｗが反射ミラー１３１を介さずにビームスプリッタ兼用振動膜１１２へより到達しやすくすることができる。よって、その場合には音波Ｓｗが反射ミラーに遮られる部分をより小さくすることができ、検出感度をさらに向上させることが可能となる。
【０１０８】
以上、第１〜第３の実施の形態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に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【０１０９】
例えば、上記実施の形態では、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１９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。
【０１１０】
また、上記実施の形態では、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。
【０１１１】
また、上記実施の形態では、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１１）であり、この振動膜１１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。
【０１１２】
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２０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９に示したマイクロホン装置１Ａ、図１１に示したマイクロホン装置１Ｂ、図１２に示したマイクロホン装置２、図１４に示したマイクロホン装置２Ａ、または図１５に示したマイクロホン装置３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４と、この伝送フォーマットエンコーダ４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５、１ビットストリーム方式レコーダ６およびＰＣＭ（Pulse Code Modulation）方式レコーダ８と、１ビット方式記録メディア７１と、ＰＣＭ方式記録メディア９１と、再生機器アンプスピーカ７２，９２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】
【０１１３】
【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断面図である。
【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】第１の実施の形態に係る振動検出装置を半導体基板上に集積化した場合の一例を表す断面図である。
【図４】図３に示した振動検出装置の要部構成を表す上面図である。
【図５】干渉縞における２つの光電変換素子による検出点を説明するための模式図である。
【図６】図４に示した振動検出装置をパッケージ化した場合の要部構成を表す上面図である。
【図７】従来の一般的なマッハ・ツェンダ干渉計の構成を表す断面図である。
【図８】第１の実施の形態に係るマッハ・ツェンダ干渉計に順ずる構成の干渉計の要部構成を表す断面図である。
【図９】第１の実施の形態の変形例に係る半導体基板上に集積化された振動体検出装置の構成を表す上面図である。
【図１０】図９に示した振動体検出装置における振動膜のスライド動作を説明するための断面図である。
【図１１】第１の実施の形態の変形例に係る半導体基板上に集積化された振動体検出装置の構成を表す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る振動検出装置の全体構成を表す断面図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る振動検出装置を半導体基板上に集積化した場合の一例を表す断面図である。
【図１４】第２の実施の形態の変形例に係る半導体基板上に集積化された振動検出装置の構成を表す断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る振動検出装置の全体構成を表す断面図である。
【図１６】第３の実施の形態に係る振動検出装置を半導体基板上に集積化した場合の一例を表す断面図である。
【図１７】第３の実施の形態の変形例に係る半導体基板上に集積化された振動検出装置の構成を表す断面図である。
【図１８】図１５に示した振動体検出装置における反射ミラーとビームスプリッタ兼用振動膜との配置関係の一例を表す上面模式図である。
【図１９】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２０】図１に示した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】
【０１１４】
１，１Ａ，１Ｂ，２，２Ａ，３，３Ａ…マイクロホン装置、１０…レーザ光源、１０Ａ…面発光型レーザ光源、１０Ｂ，１０Ｅ…コリメータレンズ、１０Ｃ，１０Ｈ…レンズ支持部、１０Ｄ…端面発光型レーザ光源、１０Ｆ…反射ミラー、１０Ｇ…Ｓｉサブマウント部、１０Ｉ…プリズム、１１…振動膜、１１０…振動膜支持柱、１１２…ビームスプリッタ兼用振動膜、１２…ビームスプリッタ、１２Ａ，１２Ｂ，１１２Ａ，１１２Ｂ…全反射膜、１２１，１２２…ビームスプリッタ支持柱、１３，１３１，１３２…反射ミラー、１４０…ピンホール部、１４１，１４２…光電変換素子、１５…ディジタルカウント部、１５０…演算用ＩＣ、１６，１６１，１６２…Ｓｉ基板、１７Ａ，１７Ｂ…電極パッド、１８…パッケージ、１８Ａ，１８Ｂ…リードフレーム、１９…金属配線、４…伝送フォーマットエンコーダ、５…編集機器、６…１ビットストリーム方式レコーダ、７１…１ビット方式記録メディア、７２，９２…再生機器アンプスピーカ、８…ＰＣＭ方式レコーダ、９１…ＰＣＭ方式記録メディア、Ｓｗ…音波、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、ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ１１，ＯＰ１２，ＯＰ２１，ＯＰ２２，ＯＰ３１，ＯＰ３２…光路、Ｃ…中心点、Ｐ０…信号点、Ｐａ〜Ｐｄ…基準点、Ｅ〜Ｈ…基準線、Ｆｂ…暗線、Ｆｗ…明線、Ｆ２，Ｆ２…干渉縞、Ｍ１，Ｍ２…反射ミラー、ＢＳ…ビームスプリッタ。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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