(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響によって振動する振動板と、
前記振動板に対向して設置され、時間経過と共に出力が変動する発光素子及び受光素子を同一面上に配置した発光受光素子基板と、
前記振動板と前記発光受光素子基板との間の光路上に設置され、前記発光素子からの放射光および／又は前記振動板からの反射光の最適焦点位置を調整する対物レンズと、
前記対物レンズを前記光路上で微小移動させるアクチエータとを備え、
前記振動板からの反射光を前記受光素子で受光して電気信号として取出すことにより前記振動板の音響による振動変位を検出する音響検出装置において、
２つの受光素子からの電気信号の和信号で差信号を除し、正規化して変位信号として取出す変位信号取出し手段と、
前記変位信号の可聴帯域の信号を分離して振動変位の検出信号として取出し、前記変位信号の可聴帯域以下の信号を分離して、前記アクチエータに対しフォーカスエラーを制御するサーボ制御信号として供給する変位信号分離手段とを設けたことを特徴とする音響検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の音響検出装置において、
前記可聴帯域が２０Ｈｚ以上であることを特徴とする音響検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音響検出装置に係り、特に光学式マイクロホン装置のように外部音響によって振動する振動板の振動変位を光学的に検出することのできる音響検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の音響検出装置の一例として、特開平１１−３５５８９３号に開示されている光学式マイクロホン装置の構成図を図７に示す。
音響によって振動する振動板１に対向して設けられた半導体レーザ９からレーザ光を放射し、この放射光を対物レンズ２を介して振動板１に照射する。振動板１からの反射光は対物レンズ２を介して振動板変位検出フォトダイオード６により検出され、振動変位の検出が行われるように構成されている。
また、半導体レーザ９からのレーザ発光量は振動板変位検出フォトダイオード６の近傍に設けられたモニタフォトダイオード７によりモニタされ、このモニタフォトダイオード７からの電気信号はレーザＡＰＣ（発光安定化回路）８を介して半導体レーザ９に戻され、レーザ発光量が一定になるような制御が行われる。
【０００３】
なお半導体レーザ９、フォトダイオード６，７は筐体１０内に内蔵され、この筐体１０に対物レンズ２が取り付けられている。
このような構造を有する音響検出装置では振動板１の振動による移動量（変位量）は光ピックアップでいうところのフォーカスエラー信号（ＦＥＳ信号）として検出される。
筐体１０に内蔵される光学素子の構成によりフーコーナイフエッジ法、非点収差法等の種々の方法が用いられる。
【０００４】
図８は振動板１の反射面の変位信号の取出し回路を示したものである。
振動板変位検出フォトダイオード６を異なる位置に２つ用意し、これらのフォトダイオード６ａ，６ｂからの差信号を差動アンプ１３を介して取出し、振動板反射面の変位信号１４として取出すことを示している。
このようにフォトダイオード６ａからの光電変換出力Ａとフォトダイオード６ｂからの光電変換出力Ｂとの差信号を取り出して変位信号とする場合はフーコーナイフエッジ法を用いる。
非点収差法を用いる場合にはａ，ｂ，ｃ，ｄの４つの検出器（フォトダイオード）を２つずつ並べて正方形状に設け、それらの対角和信号（ａ＋ｃ）と（ｂ＋ｄ）とを作り、これらの差信号を差動アンプ１３を用いて取出すようにする。差信号の生成方法はフーコーナイフエッジ法と同様である。
【０００５】
このように振動板１からの反射光を振動板変位検出フォトダイオード６などのフォーカスサーボ検出手段に導き、振動板１の移動をフォーカスエラー検出信号として取出すことにより直線性の良い出力が得られる。
この場合、振動板１の振動範囲をフォーカスエラー検出信号の直線域に収めることで安定な検出出力を得ることができる。
このような従来の装置では、振動板１の振動に制約は無く、振動板１の振幅を非接触で検出できるところから直線性の良い音響出力を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の音響検出装置において振動板の変位信号を安定に取出すためには、図７に示すようなモニタフォトダイオード７を検出部筐体１０内に設け、このモニタフォトダイオード７から得られた発光モニタ信号をフィードバックして半導体レーザ９の発光を安定化させるために発光安定化回路８を必要とした。
従って、検出部筐体１０の内部構造が複雑化する上外部に発光安定化回路８などの半導体レーザ９の駆動回路を備えなければならないという問題があった。
本発明は検出部筐体内にモニタフォトダイオードを必要とせず、しかもＡＰＣ回路の代わりに単純な構成の定電流回路を設けることにより半導体レーザを駆動し、これにより大幅に部品点数を省略した安価な音響検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の音響検出装置は、音響によって振動する振動板と、前記振動板に対向して設置され、時間経過と共に出力が変動する発光素子及び受光素子を同一面上に配置した発光受光素子基板と、前記振動板と前記発光受光素子基板との間の光路上に設置され、前記発光素子からの放射光および／又は前記振動板からの反射光の最適焦点位置を調整する対物レンズと、前記対物レンズを前記光路上で微小移動させるアクチエータとを備え、前記振動板からの反射光を前記受光素子で受光して電気信号として取出すことにより前記振動板の音響による振動変位を検出する音響検出装置において、２つの受光素子からの電気信号の和信号で差信号を除し、正規化して変位信号として取出す変位信号取出し手段と、前記変位信号の可聴帯域の信号を分離して振動変位の検出信号として取出し、前記変位信号の可聴帯域以下の信号を分離して、前記アクチエータに対しフォーカスエラーを制御するサーボ制御信号として供給する変位信号分離手段とを設けたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図６は本発明に係る音響検出装置の一例としての光学式マイクロホン装置のヘッド部の構成を示す図である。
開口部を有する筐体１２の一端に音響振動板１が取り付けられ、他端部が検出部筐体１０に取り付けられている。検出部筐体１０内には振動板１に対向して設置され、発光素子４ａと受光素子４ｂとを同一面上に配置した受光発光素子基板４が設置されている。
【０００９】
発光受光素子基板４の中心部に配置された発光素子４ａからの放射光は、光路上に設置された対物レンズ２を介して振動板１に集光するように構成されている。対物レンズ２と振動板１との間には光透過性音圧遮断板５が検出部筐体１０の一端を閉塞するように設けられており、この遮断板５によって外部からの音響によって対物レンズ２が振動しないように構成されている。
振動板１からの反射光は対物レンズ２を介して反射光束分割素子３により回折または屈折させられ、発光受光素子基板４の受光素子４ｂに集光する。
【００１０】
対物レンズ２には対物レンズ用一軸アクチエータ１１が設けられ、このアクチエータ１１を駆動することにより対物レンズ２を光路上で微小移動させ、放射光或いは反射光を最適焦点位置に集光するように調整が行われる。
アクチエータ１１には図示しない回路により対物レンズ２を最適焦点位置に調整するようなアクチエータ制御目標値信号が印加されている。
【００１１】
本発明においては受光素子４ｂからの電気信号を所定の処理を施すことによりアクチエータ１１に対するサーボ制御信号として供給するようにしている。
図１は本発明の音響検出装置に用いられる制御回路の構成を示す回路図である。
このような回路構成を採用することにより図７に示す従来の装置で必要とされていたモニタフォトダイオード７とＡＰＣ回路８とを省略することができる。
本発明では受光素子４ｂとして２つのフォトダイオードを用意する。
この２つのフォトダイオードの差出力「Ａ−Ｂ」２１と和出力「Ａ＋Ｂ」２２とをそれぞれ対数アンプ２３，２４を介して微小電流部分を拡大した上差動アンプ２５の入力に供給する。
【００１２】
音響振動板１は光ディスクと違って凹凸が無いため反射が安定な部分を使うことができる。したがって、信号検出フォトダイオードから検出される全信号光は発光素子４ａのレーザ発光そのものである。
差動アンプ２５の出力には２つの受光素子４ｂからの電気信号の和信号で差信号を除した信号が得られる。この差動アンプ２５の出力を逆対数アンプ２６を介して取出すことにより正規化した変位信号を取出すことができる。
取り出された変位信号はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２７により可聴帯域の２０Ｈｚ以上の信号が分離され、マイクアンプ２８を介してオーディオ出力４００として取り出される。このオーディオ出力４００が振動変位の検出信号となる。また、逆対数アンプ２６の出力である正規化された変位信号の可聴帯域以下の信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）２９により分離され、サーボ制御信号２００として取り出される。
【００１３】
このようにして取り出されたサーボ制御信号２００と、予め図示しない回路により生成されたアクチエータ制御目標値信号１００とがサーボ回路３０に入力され、その出力信号としてアクチエータ制御信号３００が得られる。
このアクチエータ制御信号３００を用いてアクチエータ１１を駆動制御することにより、対物レンズ２の位置を振動板１の検出に最適な距離となるように制御することができる。
【００１４】
図２はサーボ回路３０の開ループ特性を示したものである。
図２に示すようにサーボ利得特性は周波数ｆが０から一定の周波数まで均一で、その後徐々に減少しカットオフ周波数ｆｃで利得は０となるように変化する。本実施の形態においては、利得が０となるカットオフ周波数ｆｃが２０Ｈｚに設定されているが、これはハイパスフィルタ２７およびローパスフィルタ２９のフィルタ係数を連動して変更することにより任意に設定することができる。
【００１５】
図３はサーボ回路３０の構成を示すブロック図である。
サーボ回路３０は誤差信号生成回路３２、補償回路３４、駆動回路３６およびフィードバック回路３８から構成されている。
アクチエータ制御目標値信号１００とフィードバック回路３８から出力されるサーボ制御信号２００とを誤差信号生成回路３２に入力することにより誤差信号５００を得、この誤差信号５００を補償回路３４と駆動回路３６とを介して取出すことによりアクチエータ制御信号３００を得ることができる。
【００１６】
図４は図３に示す補償回路３４と駆動回路３６との具体的回路構成を示す図である。
なお図３および図４に示すサーボ回路３０、補償回路３４および駆動回路３６の構成自体は周知であって、光ピックアップ等でフォーカスエラー信号を用いてサーボ制御をする場合によく用いられている。従って、図４の具体的回路構成の詳細についての説明は省略する。
図４の補償回路３４においてＡで示す部分は微分回路を示しており、この微分回路により誤差信号５００の位相を進める。また、Ｂの部分は積分回路を示しており、この積分回路により誤差信号５００の位相を遅らせる。
図５は誤差信号５００の位相補償を説明するための図で、周波数ｆ１〜ｆ２の間で積分回路による位相遅れ補償がなされ、周波数ｆ３とｆ４との間において微分回路により位相進み補償がなされることを示している。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では２つの受光素子からの電気信号の和信号で差信号を除し、これを正規化して変位信号として取出すと共に、この変位信号の可聴帯域の信号を分離して振動変位の検出信号として取出し、変位信号の可聴帯域以下の信号を分離してアクチエータに対するサーボ制御信号として供給するようにしているため、発光のゆらぎを消去して振動板の変位信号を安定に取出すことができる。
また、従来必要とされていたモニタフォトダイオードやＡＰＣ回路を不要としたため回路構成を簡素化できるという利点がある。
さらに、変位信号の可聴帯域以下の信号を分離してアクチエータに対するサーボ制御信号として用いているため、可聴帯域外の信号をＳ／Ｎ比良く取出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の音響検出装置に用いられる制御回路の回路図。
【図２】本発明に用いられるサーボ回路の開ループ特性。
【図３】サーボ回路の基本構成を示すブロック図。
【図４】サーボ回路中の補償回路と駆動回路の具体的構成を示す回路図。
【図５】微分回路および積分回路による位相調整を説明するための図。
【図６】本発明の一実施形態に係る音響検出装置のヘッド部の構造を示す図。
【図７】従来の光マイクロホン装置の概略構成を示す図。
【図８】従来の変位信号の検出回路の構成を示す図。
【符号の説明】
１    音響振動板
２    対物レンズ
４    発光受光素子基板
４ａ    発光素子
４ｂ    受光素子
１１    アクチエータ
２１    フォトダイオード差出力
２２    フォトダイオード和出力
２５    差動アンプ
２７    ハイパスフィルタ
２９    ローパスフィルタ
３０    サーボ回路
３２    誤差信号生成回路
３４    補償回路
３６    駆動回路
３８    フィードバック回路
１００    アクチエータ制御目標値信号
２００    サーボ制御信号
３００    アクチエータ制御信号
４００    オーディオ出力
５００    誤差信号
【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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