(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長のレーザー光線を発射するレーザー光源部と、
前記レーザー光線を所定の幅にビーム整形する出射系光学部品と、
前記出射系光学部品から出射され、空中伝搬路の空気中を伝播した前記レーザー光線を受光し整形されたビームを出射するフーリエ光学系を構成する受光系光学部品と、
前記出射系光学部品から出射されたレーザー光線から、当該レーザー光線が空気中を伝播する際に、音波または超音波と接触することで発生する回折波又は偏向波を検出して電気信号に変換する、前記レーザー光源から出射されるレーザー光線の光軸を中心とした円周上に前記光軸からオフセットして前記ビーム内に配置されたｎ個（ｎは４以上の自然数）の光電変換素子とを備える光マイクロホンを複数備え、
前記複数の光マイクロホンそれぞれのレーザー光源部から出射されるレーザー光線をそれぞれが直交し前記レーザー光線の空中伝搬路が共通部分を有するように配置した光マイクロホン。
【請求項２】
前記複数の光マイクロホンは、２つ又は３つである請求項１に記載の光マイクロホン。
【請求項３】
前記円周上に配置されたｎ個の光電変換素子のうち、前記円周の中心軸に対して１８０°回転した位置に配置される２つの光電変換素子のうち、一方の光電変換素子の出力信号の位相を反転させて他方の光電変換素子の出力と合成する請求項１又は２に記載の光マイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光マイクロホンに関し、特に、レーザー光線が音波と接触することにより発生する回折波ないしは偏向波を利用した光マイクロホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
音波及び超音波の検出もしくは測定には、電磁型マイクロホン、静電型マイクロホン、圧電素子などのように、電気機械的な原理に基づくものが良く知られている。これらのマイクロホン類は、危険な場所や高電磁界環境下、あるいは、防爆地域などへ適用することが困難であつた。また、この種のマイクロホンは、固定された物体を集音場所に設置しなければならないので、音場を乱したり、設置条件に制約を受けたりすることも多い。
【０００３】
さらに、この種のマイクロホンは、機械的振動部分を有しているので、多数回の繰り返し使用で、その特性が変化したり、あるいは、非常に強力な音波が入力すると、振動部分が破壊したりする恐れもあった。そこで、このような従来の電気機械的なマイクロホンの欠点を解消するための手段として、例えば、平成６年度の応用物理学会九州支部講演会の講演予稿集（1993年10月発行）（非特許文献１）には、レーザー光線が音波と接触した際に発生する回折波ないしは偏向波を利用することで、音波を検出しようとする「光マイクロホン」の可能性が示唆されている。
【０００４】
しかし、この方法においては、検出された信号の処理には、トラッキングスコープないしはロックインアンプが使用されている。しかし、このようなロックインアンプを使用するには、音波発生源からの参照波を入力しなければならないが、自然発生波のように参照波を採ることができない場合もあり、その構成をそのまま光マイクロホンとして採用することはできなかった。また、レーザー光線が音波と接触することによって発生する回折波ないしは偏向波には、相互に位相が反転している２つの成分が存在しており、これらをそのまま受光、検出すると検出信号が非常に微弱になるため、実用的な光マイクロホンの提供には技術的な問題があった。
【０００５】
そこで、本発明者は、上述の問題を解決するために、回折波ないしは偏向波を検出して電気信号に変換する光電変換素子を用いた振動板のない光マイクロホンを開発した（特開平８−２６５２６２号公報、特許文献１）。これにより実用的な光マイクロホンを提供することができた。
【０００６】
ここで、本発明者が開発した特許文献１に開示された従来の光マイクロホンの動作・計測原理について説明する。この光マイクロホンは、レーザー光線を測定用ビームとして用い、空中を伝搬する音波の位相変調作用によって生じる極微弱回折光を観測面（受光レンズの後方焦点面）で光検出器によって受光し、音信号を電気信号に変換するものである。
【０００７】
図１５に、光マイクロホンの動作・計測原理を示す。光マイクロホンにおいて、音波検出用光ビーム部（レーザービーム（レーザー光線））に音波が入射した場合、観測面では音波伝搬方向と平行な軸上に２つの山形回折光分布（回折像）が生じる。この２つの山形の回折光分布（回折像）の片方に光検出を置くか、またはそれら２つの山形の回折光分布（回折像）にそれぞれの検出器を置き両者の出力信号を差動増幅することで、音信号を電気信号に変換する。
【０００８】
図１６を参照する。図１６には、特許文献１に開示されている従来の光マイクロホンの構成が示されている。図１６に示すとおり、従来の光マイクロホンは、レーザー光源部１０１と、出射系光学部品１０２を構成するレンズ１２１及び１２２と、受光系光学部品１０３を構成するレンズ１３１、１３２及び１３３と、検出器を構成する光ダイオード１４１とを有しており、出射系光学部品１０２と受光系光学部品１０３との間がレーザー光線Ｌの空気中伝播路１０５となっていて、この伝播路１０５中で、レーザー光線Ｌに外部から音波または超音波が接触させられる。
【０００９】
また、光ダイオード１４１で電気信号に変換された出力信号は、信号処理部（図示せず）に入力されて、必要な信号処理が施され、その後、解析機器やスピーカなどに送出される。
【００１０】
レーザー光源部１０１から発射されたレーザー光線Ｌは、レンズ１２１及び１２２により集光、拡散されて所定径のビームに整形され、受光系光学部品１０３のレンズ１３１に入射する。この受光系光学部品１０３は、フーリエ光学系を構成しており、この光学部品１０３を通過したレーザー光線Ｌは、フーリエ変換されて光ダイオード１４１に入射する。
【００１１】
受光系光学部品１０３の第１番目のレンズ１３１によりレーザー光線Ｌがフーリエ変換され、それ以後のレンズ１３２及び１３３によりレーザー光線Ｌのビームサイズが光ダイオード１４１の受光面積よりも十分大きくなるように調整される。回折波ないしは偏向波は、レーザー光線Ｌの透過ビームの中心軸を対称軸としてレッドシフト波とブルーシフト波とが左右に１個ずつ存在し、両者がお互いに位相が反転しており、両者を光ダイオード１４１で取り込むと、相殺されて非常に微弱な出力しか得られない。
【００１２】
そこで、図１６に示す従来の光マイクロホンでは、いずれか一方の成分のみを取り込むようにするために、透過ビームの中心軸からオフセットした位置に光ダイオード１４１を設置している。回折波ないしは偏向波の成分を抽出するには、例えば、光ダイオード１４１で透過レーザー光線を局部成分として、ホモダイン検波すると、被測定波動の周波数で振動する電気信号が得られる。
【００１３】
また、特許文献１に開示されている従来の光マイクロホンの別の例を図１７に示す。図１７に示す従来の光マイクロホンでは、検出器１０４として２個の光ダイオード１４１及び１４２を使用している。一方の光ダイオード１４１は、図１６に示す例と同じ位置に設置され、回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分のうちの一方を検出する。
【００１４】
また、他方の光ダイオード１４２は、透過ビームの中心軸から逆の方向にオフセットした位置にあって、他方の成分のみを検出するようになっており、この光ダイオード１４２には、検出した信号を１８０°位相転換する位相変換器１４３が接続されていて、位相変換された出力信号が光ダイオード１４１の出力信号と合成されるようになっている。
【００１５】
図１７のように構成された光マイクロホンによれば、検出器１０４は、回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分を個別に受光する一対の光ダイオード１４１、１４２から構成され、一方の光ダイオード１４２の出力信号の位相を逆位相に位相変換器１４２で変換して、他方の光ダイオード１４１の出力信号と合成するので、検出信号の出力が大きくなる。
【非特許文献１】平成６年度の応用物理学会九州支部講演会の講演予稿集（1993年10月発行）
【特許文献１】特開平８−２６５２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献１に開示された従来の光マイクロホンでは、音が到来する方向を正確に直接検出したり、音の到来方向により分離検出・分離録音したりすることは出来なかった。
【００１７】
また、特許文献１に開示された従来の光マイクロホンでは、光マイクロホンに、多種多様の指向性を持たせることは可能であったが、光マイクロホンの指向性をマイクロホンの光検出器部で変化させたり、光マイクロホンの指向性をマイクロホン本体で制御したりすることはできなかった。
【００１８】
そこで、本発明は、従来の光マイクロホンにおける上述の課題を鑑みてなされてものであり、光マイクロホン単体で、音が到来する方向を正確に直接検出でき、音の到来方向により分離検出・分離録音が可能となる光マイクロホンを提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、光マイクロホンの指向性をマイクロホンの光検出器部で変化させたり、光マイクロホンの指向性をマイクロホン本体で制御したりすることを可能とする光マイクロホ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】
【００２０】
本発明の一実施態様によると、
所定波長のレーザー光線を発射するレーザー光源部と、
前記レーザー光線を所定の幅にビーム整形する出射系光学部品と、
前記出射系光学部品から出射され、空中伝搬路の空気中を伝播した前記レーザー光線を受光する受光系光学部品と、
前記出射系光学部品から出射されたレーザー光線から、当該レーザー光線が空気中を伝播する際に、音波または超音波と接触することで発生する回折波又は偏向波を検出して電気信号に変換する、前記レーザー光源から出射されるレーザー光線の光軸を中心とした円周上に配置されたｎ個（ｎは４以上の自然数）の光電変換素子とを備える光マイクロホンが提供される。 
【００２１】
また、前記円周上に配置されたｎ個の光電変換素子のうち、前記円周の中心軸に対して１８０°回転した位置に配置される２つの光電変換素子のうち、一方の光電変換素子の出力信号の位相を反転させて他方の光電変換素子の出力と合成するようにしてもよい。
【００２２】
また、前記ｎ個の光電変換素子のうち任意の数の光電変換素子からの出力を選択するようにしてもよい。
【００２３】
また、前記ｎ個の光電変換素子のうち任意の数の光電変換素子からの出力を選択し、合成するようにしてもよい。
【００２４】
また、本発明の一実施態様によると、
所定波長のレーザー光線を発射するレーザー光源部と、
前記レーザー光線を所定の幅にビーム整形する出射系光学部品と、
前記出射系光学部品から出射され、空中伝搬路の空気中を伝播した前記レーザー光線を受光し整形されたビームを出射するフーリエ光学系を構成する受光系光学部品と、
前記出射系光学部品から出射されたレーザー光線から、当該レーザー光線が空気中を伝播する際に、音波または超音波と接触することで発生する回折波又は偏向波を検出して電気信号に変換する、前記レーザー光源から出射されるレーザー光線の光軸を中心とした円周上に前記光軸からオフセットして前記ビーム内に配置されたｎ個（ｎは４以上の自然数）の光電変換素子とを備える光マイクロホンを複数備え、
前記複数の光マイクロホンそれぞれのレーザー光源部から出射されるレーザー光線をそれぞれが直交し前記レーザー光線の空中伝搬路が共通部分を有するように配置した光マイクロホンが提供される。
【００２５】
また、前記複数の光マイクロホンは、２つ又は３つである。
【００２６】
また、前記円周上に配置されたｎ個の光電変換素子のうち、前記円周の中心軸に対して１８０°回転した位置に配置される２つの光電変換素子のうち、一方の光電変換素子の出力信号の位相を反転させて他方の光電変換素子の出力と合成するようにしてもよい。
【００２７】
また、前記複数の光マイクロホンのｎ個の光電変換素子からの出力の大きさを比較することにより、前記音波または前記超音波の入射方向を測定することができる。
【００２８】
また、前記複数の光マイクロホンのｎ個の光電変換素子のうち任意の２つの光電変換素子からの出力を差動増幅し、前記音波または前記超音波の入射方向を測定することができる。
【００２９】
また、前記複数の光マイクロホンのｎ個の光電変換素子のうち任意の２つの光電変換素子からの出力の比を求めることにより、前記音波または前記超音波の入射方向を測定することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の光マイクロホンは、従来のマイクロホンのような振動膜はなく、音が到来する方向を正確に直接検出でき、音の到来方向により分離検出・分離録音が可能である。
【００３１】
また、本発明の光マイクロホンは、光マイクロホンの指向性をマイクロホンの光検出器部で変化させたり、光マイクロホンの指向性をマイクロホン本体で制御したりすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の光マイクロホンの動作・検出原理について図１を参照しながら説明する。本発明者は、レーザービーム（レーザー光線）の光軸に垂直な音波入射面内で音波入射方向がθだけ回転変化する場合、２つの山形回折光分布（回折像）のそれぞれの中心点を結ぶ中心軸もθだけ回転変化することを見出した。そして、本発明者は、観測面で検出器を円周上に多数並べれば、音波の入射方向毎に分離して音を検出することが可能であることに気づき、本発明の光マイクロホンを想到するに至った。
【００３３】
このように、本発明の光マイクロホンは、音波検出用光ビーム部（レーザービーム）に複数の方向から音波が入射した場合、観測面ではそれぞれの音波伝搬方向と平行な軸上にそれぞれ２つの山形回折光分布（回折像）が生じることを利用している。この２つの山形の回折光分布（回折像）の片方に光検出を置くか、またはそれら２つの山形の回折光分布（回折像）にそれぞれの検出器を置き両者の出力信号を差動増幅することで、音信号を電気信号に変換する。こうすることにより、光マイクロホン単体で、音が到来する方向（入射方向）を正確に直接検出でき、音の入射方向により分離検出・分離録音が可能となる。
【００３４】
以下、本発明の光マイクロホンの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の光マイクロホンの例を示しており、本発明の光マイクロホンは、それら実施形態に限定されるわけではない。
【００３５】
（実施形態１）
図２は、本実施形態に係る本発明の光マイクロホンの構成を示すブロック図である。図２に示す本実施形態に係る本発明の光マイクロホンは、レーザー光源部１と、出射系光学部品２と、受光系光学部品３と、検出部４とを有しており、出射系光学部品２と受光系光学部品３との間がレーザー光線Ｌの空中伝播路５となっている。この空中伝播路５中で、レーザー光線Ｌに外部から入射する音波または超音波が接触させられる。
【００３６】
レーザー光線Ｌの光軸に垂直な音波入射面内で音波入射方向がθだけ回転変化した音波又は超音波が入射する場合、観測面となる検出部４において２つの山形回折光分布（回折像）のそれぞれの中心点を結ぶ中心軸もθだけ回転変化することになる。よって、本実施形態に係る本発明の光マイクロホンにおいては、複数の入射方向から入射する音波又は超音波による山形回折光分布を検出するため、検出部は、複数の素子から構成されている。図２に示す本実施形態に係る本発明の光マイクロホンにおいては、レーザー光線を検出するための８つの素子を円周上に配列した検出部４を用いている。なお、検出部４は、これに限定されるわけではなく、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の素子を配列した検出部を適宜用いることができる。なお、検出部４に用いる素子は、レーザー光線を検出し電気信号を出力することのできる光電変換素子であれば如何なる素子を用いても良い。
【００３７】
また、検出部４で電気信号に変換された出力信号は、信号処理部６に入力されて、必要な信号処理が施され、その後、解析機器やスピーカなどに送出される。本発明の光マイクロホンで使用できるレーザー光線Ｌは、可視領域から赤外領域まで広範囲のものが使用でき、任意波長のレーザー光線Ｌを用途に合わせて選択する。
【００３８】
レーザー光源部１から発射されたレーザー光線Ｌは、出射系光学部品２にビーム整形されて、空中伝播路５に放出される。このときのレーザー光線Ｌのビーム径は、空間を伝播させる条件を考慮すると、空中伝播路５の長さによっても異なるが、例えば、直径が数ｍｍから数十ｍｍ程度の範囲が望ましい。出射系光学部品２から出射されたレーザー光線Ｌが、空中伝播路５中で音波または超音波と接触すると、その場所で回折波が発生する。この場合、レーザー光線Ｌのビーム径に対して、音波（超音波）の波長が非常に長い場合には、この回折波は、偏向波と呼ばれる状態に変化する。この回折波ないしは偏向波の周波数は、レーザー光線Ｌに比べて被測定波動の周波数分だけドップラーシフトしている。
【００３９】
本発明の光マイクロホンでは、この回折波ないしは偏向波を検出することにより音波（超音波）の情報を得ることができる。発生した回折波ないしは偏向波は、レーザー光線Ｌとともに伝播し、受光系光学部品３に受光されて、その後検出部４により電気信号に変換される。
【００４０】
図３は、本実施形態に係る本発明の光マイクロホンの具体的な構成例である。図３に示す本実施形態に係る光マイクロホンは、出射系光学部品２は、２つのレンズ２ａ及び２ｂから構成されている。また、受光系光学部品３は、３のレンズ３ａ、３ｂ及び３ｃから構成されている。さらに、検出部４は、８つの光ダイオード４ａ〜４ｈで構成されている。これらのレンズは、レーザー光源部１から発射されるレーザー光線Ｌと光軸がほぼ一致するように直線上に配置されている。また、８つの光ダイオード４ａ〜４ｈは、レーザー光源部１から発射されるレーザー光線Ｌの光軸を中心とした円周上に等間隔に配置されている。
【００４１】
ここで図４を参照する。図４に、本実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部４の回路構成を示す。図４（ａ）に示すとおり、本実施形態においては、光ダイオード４ａ〜４ｈが円周上に等間隔に配列されている。また、図４（ｂ）に示すとおり、光ダイオード４ａ〜４ｈは、それぞれのアノードは電源（Ｖｄｄ）に接続されており、それぞれのカソードは、信号処理部６に電気信号を出力するようになっている。
【００４２】
ここで、再度図３を参照する。レーザー光源部１から発射されたレーザー光線Ｌは、レンズ２ａ及び２ｂにより集光，拡散されて所定径のビームに整形され、受光系光学部品３のレンズ３ａに入射する。この実施例の受光系光学部品３は、フーリエ光学系を構成していて、この光学部品３を通過したレーザー光線Ｌは、フーリエ変換されて検出部４の光ダイオード４ａ〜４ｈに入射する。
【００４３】
受光系光学部品３の第１番目のレンズ３ａによりレーザー光線Ｌがフーリエ変換され、それ以後のレンズ３ｂ及び３ｃによりビームサイズが検出部４を構成する光ダイオード４ａ〜４ｈの総受光面積よりも十分大きくなるように調整される。
【００４４】
回折波ないしは偏向波は、レーザー光線Ｌの透過ビームの中心軸を対称軸としてレッドシフト波とブルーシフト波とが左右に１個ずつ存在し、両者がお互いに位相が反転している。レッドシフト波とブルーシフト波の両者を１個の光ダイオードで取り込むと、相殺されて非常に微弱な出力しか得られない。そこで、本実施形態において、１個の検出素子ではいずれか一方の成分のみを取り込むように、透過ビームの中心軸に検出器４の中心点即ち光ダイオード４ａ〜４ｈが配置される円周の中心点を合わせている。
【００４５】
レーザー光線に対し、例えば音波が下方から入射すると、上下に揺れる回折波が現れ、レンズを通して２つの回折像が発現する。このうち上の回折像分布はレッドシフト波（ωi−ω）、下の回折像分布はブル−シフト波（ωi＋ω）に対応している。本実施形態においては、レーザー中心軸と検出器４の中心点即ち光ダイオード４ａ〜４ｈが配置される中心点とを合わせ、対峙する２つの光ダイオードからの検出信号を用いるようにしている。
【００４６】
回折波ないしは偏向波の成分を抽出するには、例えば、光ダイオード４ａ〜４ｈで透過レーザー光線を局部成分として、ホモダイン検波すると、被測定波動の周波数で振動する電気信号が得られる。これら光ダイオード４ａ〜４ｈからの電気信号を信号処理部６で処理することにより、２つの山形回折光分布（回折像）のそれぞれの中心点を結ぶ中心軸の回転変化θ、即ち、音波入射方向θを算出することができる。
【００４７】
また、本実施形態に係る光マイクロホンの検出部４の別の例を図５（ａ）及び（ｂ）に示す。本実施形態に係る本発明の光マイクロホンにおいては、光ダイオード４ａ〜４ｈのうち中心軸に対して１８０°回転した位置に配置される２つの光ダイオードが、それぞれ、回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分を検出する。図５（ａ）に示す検出部４の例においては、８個の光ダイオード４ａ〜４ｈを用いているので、光ダイオード４ａと４ｅ、光ダイオード４ｂと４ｆ、光ダイオード４ｃと４ｇ、光ダイオード４ｄと４ｈが対になり、回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分を検出する。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す検出部４の回路図である。
【００４８】
また、図５（ａ）に示すとおり、光ダイオード４ｅ〜４ｈには、検出した信号を１８０°位相転換する位相変換器７が接続されていて、位相変換された出力信号が、それぞれ、光ダイオード４ａ〜４ｄの出力信号と合成されるようになっている。よって、検出部で検出される信号を大きくすることができる。
【００４９】
ここで図６及び図７を参照する。図６及び図７に、本実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部４の別の回路構成を示す。図４（ａ）に示す例においては、４個の光ダイオード４ａ〜４ｄが円周上に等間隔に配列されている。また、図４（ｂ）に示すとおり、光ダイオード４ａ〜４ｄは、それぞれのアノードは電源（Ｖｄｄ）に接続されており、それぞれのカソードは、信号処理部６に電気信号を出力するようになっている。また、図４（ａ）に示す例においては、１２個の光ダイオード４ａ〜４ｌが円周上に等間隔に配列されている。また、図４（ｂ）に示すとおり、光ダイオード４ａ〜４ｌは、それぞれのアノードは電源（Ｖｄｄ）に接続されており、それぞれのカソードは、信号処理部６に電気信号を出力するようになっている。
【００５０】
なお、図６及び図７に示す検出部４の例においても、光ダイオードのうち１８０°回転した位置に配置される２つの光ダイオードが、それぞれ、回折波ないしは偏向波の相互に位相が反転している２つの成分を検出する。よって、対となる光ダイオードのうち一方の光ダイオードで検出した信号を１８０°位相転換する位相変換器７を接続し、位相変換された出力信号が、それぞれ、もう一方の光ダイオードの出力信号と合成されるようにし、検出部で検出される信号を大きくするようにしてもよい。
【００５１】
また、本実施形態に係る本発明の光マイクロホンにおいては、図８に示すように、符号４０で示すように先の尖りを無くし、中心部を欠いた検出器４を用いても良い。
【００５２】
また、本実施形態に係る本発明の光マイクロホンにおいては、図９に示すように、観測面に設ける検出部４には、光ファイバ４ａ１〜４ｈ１を設け、これら光ファイバ４ａ１〜４ｈ１で受光した回折光を光ダイオード４ａ〜４ｈまで導光し、光ダイオード４ａ〜４ｇで受光するようにしてもよい。なお、図９には、光ファイバ４ａ１〜４ｈ１それぞれに対応した光ダイオード４ａ〜４ｈを用いた例を示したが、光ダイオードの数を少なくし、光ファイバ４ａ１〜４ｈ１からの取り込んだ回折光を時分割して光ダイオードで受光、検出するようにしてもよい。なお、光ファイバの数、光ダイオードの数は、図９に示すものに限定されるわけではない。
【００５３】
また、本実施形態に係る本発明の光マイクロホンは、レーザー光線の光軸に垂直な面内で、音波の入射方向毎に分離して（観測面の半円１８０°内に存在する検出素子の数だけ）、音を録音することができる。例えば、図４に示すような検出部が８個の光ダイオード４ａ〜４ｈでなる場合は、観測面の半円１８０°内に４個の光ダイオードが存在するので、４つの音波を入射方向毎に分離して、録音することができる。
【００５４】
なお、本実施形態においては、検出部４に光ダイオードを用いたが、本発明の光マイクロホンは、これに限定されるわけではなく、レーザー光線を検出し電気信号を出力することのできる光電変換素子であれば如何なる素子を用いても良い。例えば、検出部４には、フォトトランジスタ等を用いてもよい。また、ｎ個の光電変換素子が一つの基板上に一体形成された光電変換素子を用いても良い。
【００５５】
（実施形態２）
本実施形態においては、本発明の光マイクロホンを２個ないし３個用い、各光マイクロホンのレーザー光線を相互に直角に交差させて３次元的なレーザー光線配置を採用する。こうすることにより、音の３次元分解録音（立体マイクロホン）が可能となる。また、本実施形態の光マイクロホンは、音波伝搬方向計測器として用いることもできる。
【００５６】
図１０に、本実施形態に係る本発明の光マイクロホンにおける３つのレーザー光線（レーザービーム）の配置概念図を示す。３つの直交するレーザー光線で３次元的な立体録音（xy面、yz面、zx面）が可能となる。つまり、Ｘ軸方向のレーザービームでＹＺ面内の音波伝搬方向の分解を、Ｙ軸方向のレーザービームでＺＸ面内の音波伝搬方向の分解を、Ｚ軸方向のレーザービームでＸＹ面内の音波伝搬方向の分解を行う。
【００５７】
本実施形態においては、上述の実施形態１に係る光マイクロホンを３つ用い、
図１０に示すようなレーザー光線の配置を採用することによって、音の３次元分解録音（立体マイクロホン）が可能となる。
【００５８】
また、本実施形態に係る本発明の光マイクロホンは、音響録音でなく、音波の伝搬方向を計測する手段として用いることができる。つまり、一つの光マイクロホンのレーザー光線で各光検出素子の出力信号波形の大きさを比較し、音波伝搬方向を判定することができる。３本の直交する光ビームの各光検出素子の出力信号波形の比較で３次元的な方向の判定を行う。
【００５９】
また、任意の２素子の出力信号を差動増幅にかけ、出力信号の符号（±）で音の方向を判定することもできる。
【００６０】
また、任意の２素子の出力信号の比（０〜１）を求めることで、音の方向の判定を行うこともできる。
【００６１】
（実施形態３）
本実施形態においては、光マイクロホンの指向性を検出器の配置と組み合わせにより随時変えたり、測定中にこの切り替えを行ったりするより、指向性を目的に合わせ時々刻々変化させることができる光マイクロホンの例について説明する。
【００６２】
図１１を参照する。図１１（ａ）及び（ｂ）には、本実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部の例を示している。図１１（ａ）は、検出部の構成図、図１１（ｂ）は、検出部の回路図である。本実施形態における検出部４は、８個の光ダイオード４ａ〜４ｈを有している。本実施形態に係る本発明の光マイクロホンは、これら光ダイオード４ａ〜４ｈのうち１個又は２個以上の光ダイオードをスイッチ部１０によって選択することによって、指向性を変更することができるようにしている。なお、本実施形態に係る光マイクロホンの他の構成要素については、上述の実施形態１と同様であるので、ここでは省略する。
【００６３】
また、検出部４の別の例として、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すものを用いても良い。図１２（ａ）に示す検出部４の例においては、全ての光ダイオード４ａ〜４ｈからの出力を足し合わせることによって、全指向性を有する光マイクロホンを実現することができる。
【００６４】
また、図１２（ｂ）に示す検出器４の例のように、光ダイオード４ａ〜４ｈからの出力を２つずつ足し合わせることによって、任意の指向性を有する光マイクロホンを実現することができる。なお、図１２（ｂ）には、光ダイオード４ａ〜４ｈからの出力を２つずつ足し合わせる例について説明したが、これに限定されるわけではなく、任意の数の光ダイオードからの出力を足し合わせ、任意の指向性を実現することが可能である。なお、光ダイオード４ａ〜４ｈからの出力を足し合わせる場合、スイッチによって出力を選択するようにしてよいし、信号処理部６で光ダイオード４ａ〜４ｈからの出力を選択するようにしてもよい。また、検出部４の１８０°内の全ての検出器出力を足し合わせることで、全指向性に変えることもできる。
【００６５】
図１３（ａ）及び（ｂ）並びに図１４（ａ）及び（ｂ）には、検出部４に用いる任意の数の光ダイオードからの出力を足し合わせ、任意の指向性を実現した場合の指向性パターン（２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ）の概略図を示す。図１３（ａ）及び（ｂ）並びに図１４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、１個の光ダイオードからの出力によって指向性を実現した場合、２個の光ダイオードからの出力によって指向性を実現した場合、３個の光ダイオードからの出力によって指向性を実現した場合、４個の光ダイオードからの出力によって指向性を実現した場合の指向性パターンを示している。
【００６６】
また、光ダイオード４ａ〜４ｈからの出力を足し合わせる場合、スイッチによって出力を選択するようにしてよいし、信号処理部６で光ダイオード４ａ〜４ｈからの出力を選択し、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサー）等によって、信号処理し、指向性を制御するようにしてもよい。
【００６７】
本実施形態に係る光マイクロホンは、その使用する素子（素子からの電気的出力）を必要に応じ選択・切り替え、又はそれらを合成して希望する指向性を随時実現することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の光マイクロホンは、音声を測定、録音することができるだけではなく、音圧が高いジェット流中に発生する騒音等の測定を行うことが可能である。
【００６９】
本発明の光マイクロホンとしては多様な形態が考えられる。本発明の光マイクロホンは、以下のような応用例、特徴がある。（１）音場を乱さない測定が可能である。（２）リモートセンシングにも利用できる。（３）防爆区域、高電圧（電界）中、高磁界中、極低温中などの特殊雰囲気を含めて、通常のマイクロホンが設置できない場所での音波検出に有効である。（４）密閉容器内や室内の音も数mm幅の光学窓があれば外部から検出可能である。（５）振動膜がないので、衝撃波などが入っても破壊されない。衝撃波測定も可能である。（６）可視域から近赤外域レーザーまで使用可能であり、用途により、可視あるいは不可視の検出部が作成できる。（７）広帯域の音波の同時計測が可能で可聴帯から高周波帯（低周波超音波）まで１本の光ビームで測定できる。（８）音波受信部（光ビームアンテナ）を任意の形に設定でき、いろいろな受信特性を持たせることが原理的には可能である。またこれらの光学系はコンパクトにまとめることも、室内外を這わせて音波検出用光アンテナやマクロホン（広領域音モニタリングシステム）を構成することも可能である。（９）気体中やプラズマ中の他、測定条件を選べば、水中（液体中）や透明固体中での測定にも適用可能である。（１０）光ビーム構成や光検出器構成により指向性のコントロールができるので、音波伝搬方向の測定や立体録音に利用できる可能性を有する。（１１）受信信号の伝送にレーザービーム空中伝搬方式または光ファイバ伝搬方式を用いることにより、電磁ノイズなどを低減できる。（１２）小出力の半導体レーザーが利用でき、検出器を含めて、装置が簡単で安価にできる。（１３）レーザービーム空間走査により、ミクロな音源・振動源の検出が可能である。（１４）１本の光ビームにより音圧の傾き（密度勾配）を検出できるので、光による音響インテンシティ計測法を実現可能である。（１５）コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）と組み合わせることで、音の空間分布の可視化法（レーザビームマイクロホンＣＴ）を実現できる。（１６）光情報処理を利用して、システムの最適化・高機能化が図れる。本発明の光マイクロホンは、この他にも、用途や使用対象に合わせていろいろな特徴を出すことができると期待される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の光マイクロホンの動作・検出原理について説明した図である。
【図２】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンの構成を示すブロック図である。
【図３】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンの具体的な構成例を示す図である。
【図４】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部４の回路構成を示す図である。
【図５】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部４の回路構成を示す図である。
【図６】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部４の回路構成を示す図である。
【図７】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部４の回路構成を示す図である。
【図８】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部４の回路構成を示す図である。
【図９】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部４の回路構成を示す図である。
【図１０】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンにおける３つのレーザー光線（レーザービーム）の配置概念図である。
【図１１】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部４の回路構成を示す図である。
【図１２】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部４の回路構成を示す図である。
【図１３】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部４の指向性パターンを示す図である。
【図１４】一実施形態に係る本発明の光マイクロホンに用いる検出部４の指向性パターンを示す図である。
【図１５】光マイクロホンの動作・計測原理を説明する図である。
【図１６】従来の光マイクロホンの構成を示す図である。
【図１７】従来の光マイクロホンの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  レーザー光源部
２  出射系光学部品
３  受光系光学部品
４  検出部
４ａ〜４ｈ  光ダイオード
４ａ１〜４ｈ１  光ファイバ
５  空中伝播路
６  信号処理部
７  位相変換器
１０  スイッチ部
Ｌ  レーザー光線
【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１１】
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【図１２】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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