(57)【要約】【課題】半導体レーザを用いた簡単な構成で高感度に音波を検出可能なレーザマイクロホンを提供する。【解決手段】レーザマイクロホン１は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子１０と、半導体レーザ素子１とは音波が伝播する媒質である空気を介して離隔配置され且つ半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光を反射してその一部分を半導体レーザ素子１０内へ導入する反射板５０と、半導体レーザ素子１０内のレーザ光と反射板５０からの反射光との自己結合効果により生じた出力光を受光して電気信号に変換する受光手段としてのフォトダイオード３０とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子とは音波が伝播する媒質を介して離隔配置され且つ前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を反射してその一部分を前記半導体レーザ素子内へ導入する反射体と、
前記半導体レーザ素子内のレーザ光と前記反射体からの反射光との自己結合効果により生じた出力光を受光して電気信号に変換する受光手段と
を備えたことを特徴とするレーザマイクロホン。
【請求項２】
レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子とは音波が伝播する媒質を介して離隔配置され且つ前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を反射してその一部分を前記半導体レーザ素子内へ導入する反射体と、
前記半導体レーザ素子内のレーザ光と前記反射体からの反射光との自己結合効果により生じた前記半導体レーザ素子の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と
を備えたことを特徴とするレーザマイクロホン。
【請求項３】
前記反射体は、回帰型反射体からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザマイクロホン。
【請求項４】
前記回帰型反射体は、コーナキューブからなることを特徴とする請求項３に記載のレーザマイクロホン。
【請求項５】
前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光して平行ビームに変換する集光光学系を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のレーザマイクロホン。
【請求項６】
前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を反射して前記反射体へ到達させると共に、前記反射体からの反射光を反射して前記半導体レーザ素子へ導入する反射光学系を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載のレーザマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロホンに関し、より詳細には、半導体レーザを用いて音波を検出するレーザマイクロホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、機械的な振動を電気信号に変換しているため、検出可能な周波数が制限されるという問題がある。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った。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という問題がある。
【０００３】
一方、上述したような問題点に鑑みて、従来、レーザ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が提案されている（例えば、特許文献１等参照。）。
【特許文献１】特開２００７−１９４６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の光マイクロホンには、音波による光の回折効率が１０−４レベルと低く、感度が悪いという欠点がある。また、音波検出のために用いるフーリエ変換光学系を光学ベンチ上に設置する必要があるため光軸調整が困難であり、外部振動に弱い等実用的でないという問題がある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体レーザを用いた簡単な構成で高感度に音波を検出可能なレーザ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】
【０００６】
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。
【０００７】
１．レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子とは音波が伝播する媒質を介して離隔配置され且つ前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を反射してその一部分を前記半導体レーザ素子内へ導入する反射体と、
前記半導体レーザ素子内のレーザ光と前記反射体からの反射光との自己結合効果により生じた出力光を受光して電気信号に変換する受光手段と
を備えたことを特徴とするレーザマイクロホン。
【０００８】
手段１によれば、半導体レーザ素子がレーザ光を出射すると、半導体レーザ素子とは音波（超音波を含む）が伝播する気体、液体又は固体等の媒質を介して離隔配置された反射体が、半導体レーザ素子からのレーザ光を反射してその一部を半導体レーザ素子内へ導入する。
【０００９】
ここで、半導体レーザ素子と反射体との間に存在する媒質を音波が伝播すると、粗密波である音波によって媒質の屈折率が変化するため、反射光は、媒質を通過することによって位相が変化する。この反射光の一部分が半導体レーザ素子内に導入されると、半導体レーザ素子内で発生したレーザ光と干渉する自己結合効果により出力光に変化が生じる。そして、受光手段は、この出力光を受光して電気信号に変換し、音波検出信号として出力する。
【００１０】
従って、本発明のレーザマイクロホンによれば、簡単且つ安価な構成で、半導体レーザ素子の自己結合効果を利用して高感度に音波を検出することができる。すなわち、従来のマイクロホンのように機械的振動板が不要なので、測定回路の周波数特性が満たされれば、１Ｈｚ以下の極低周波から、数百ＭＨｚの高周波まで一つのレーザマイクロホンにより周波数特性のないフラットな音波検出を行うことができる。また、振動板が不要であるので、衝撃波が加わるジェット気流中や、高電界、高磁界中等の悪環境下の場所であっても使用可能である。
【００１１】
また、音場と非接触で音波を検出できるので、音場を乱すことがない。すなわち、レーザ光を透過させる空間部があれば、半導体レーザ素子や反射板体を音場の外に配置することが可能である。
【００１２】
また、本手段のレーザマイクロホンは指向性を有しないので、レーザ光の光軸と直角方向をなす平面内で３６０度の指向性を持たせることが可能である。
【００１３】
２．レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子とは音波が伝播する媒質を介して離隔配置され且つ前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を反射してその一部分を前記半導体レーザ素子内へ導入する反射体と、
前記半導体レーザ素子内のレーザ光と前記反射体からの反射光との自己結合効果により生じた前記半導体レーザ素子の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と
を備えたことを特徴とするレーザマイクロホン。
【００１４】
手段２によれば、半導体レーザ素子がレーザ光を出射すると、半導体レーザ素子とは音波（超音波を含む）が伝播する気体、液体又は固体等の媒質を介して離隔配置された反射体が、半導体レーザ素子からのレーザ光を反射してその一部を半導体レーザ素子内へ導入する。
【００１５】
ここで、半導体レーザ素子と反射体との間に存在する媒質を音波が伝播すると、粗密波である音波によって媒質の屈折率が変化するため、反射光は、媒質を通過することによって位相が変化する。この反射光の一部分が半導体レーザ素子内に導入されると、半導体レーザ素子内で発生したレーザ光と干渉して生じる自己結合効果により半導体レーザ素子の端子電圧が変化する。そして、端子電圧検出手段は、この半導体レーザ素子における端子電圧の変化を検出し、音波検出信号として出力する。
【００１６】
従って、本発明のレーザマイクロホンによれば、簡単且つ安価な構成で、半導体レーザ素子の自己結合効果を利用して高感度に音波を検出することができる。すなわち、従来のマイクロホンのように機械的振動板が不要なので、測定回路の周波数特性が満たされれば、１Ｈｚ以下の極低周波から、数百ＭＨｚの高周波まで一つのレーザマイクロホンにより周波数特性のないフラットな音波検出を行うことができる。また、振動板が不要であるので、衝撃波が加わるジェット気流中や、高電界、高磁界中等の悪環境下の場所であっても使用可能である。
【００１７】
また、音場と非接触で音波を検出できるので、音場を乱すことがない。すなわち、レーザ光を透過させる空間部があれば、半導体レーザ素子や反射板体を音場の外に配置することが可能である。
【００１８】
また、本手段のレーザマイクロホンは指向性を有しないので、レーザ光の光軸と直角方向をなす平面内で３６０度の指向性を持たせることが可能である。
【００１９】
３．前記反射体は、回帰型反射体からなることを特徴とする手段１に記載のレーザマイクロホン。
【００２０】
手段２によれば、反射体が回帰型反射体からなり、±４５°以内で入射された光に対しても入射方向へ反射光が戻るので、光軸調整が容易である。また、半導体レーザ素子内へ導入される反射光の量が多くなるので、自己結合効果によって生じる出力光及び端子電圧の変化が大きくなり、信号処理を行うことなく高感度に音波を検出することが可能となる。例えば、普通の会話程度で数十ｍＶの出力を得ることができ、通常のオーディオ用アンプに接続することにより簡単に音声を聞くことが出来る。
【００２１】
４．前記回帰型反射体は、コーナキューブからなることを特徴とする手段３に記載のレーザマイクロホン。
【００２２】
手段４によれば、回帰型反射体がコーナキューブからなるので、簡単且つ安価な構成で半導体レーザ素子内へ導入される反射光の量を多くすることができる。
【００２３】
５．前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光して平行ビームに変換する集光光学系を備えたことを特徴とする手段１乃至４のいずれか１つに記載のレーザマイクロホン。
【００２４】
手段５によれば、集光光学系は、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を集光して平行ビームに変換するので、反射体によって半導体レーザ素子内へ導入される反射光の量が多くなって、自己結合効果によって生じる出力光及び端子電圧の変化が大きくなることにより、一層高感度に音波を検出することが可能となる。
【００２５】
６．前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を反射して前記反射体へ到達させると共に、前記反射体からの反射光を反射して前記半導体レーザ素子へ戻す反射光学系を備えたことを特徴とする手段１乃至５のいずれか１つに記載のレーザマイクロホン。
【００２６】
手段６によれば、反射光学系が、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を反射して反射体へ到達させると共に、反射体からの反射光を反射して半導体レーザ素子内へ導入するので、一つの半導体レーザ素子を用いた簡単且つ安価な構成で、広い場所で音源からの距離によることなく高感度に音波を検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、簡単且つ安価な構成で、半導体レーザ素子の自己結合効果を利用して高感度に音波を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明のレーザマイクロホンを具体化した各実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第一の実施形態のレーザマイクロホン１の概略構成を示す図である。図２は、回帰型反射体の反射作用を説明するための模式図である。
【００２９】
レーザマイクロホン１は、図１に示すように、半導体レーザ素子１０と、駆動回路２０と、フォトダイオード３０と、レンズ４０と、反射板５０と、測定回路６０とを備えて構成されている。尚、フォトダイオード３０が、本発明の受光手段を、レンズ４０が集光光学系を、反射板５０が反射体をそれぞれ構成するものである。
【００３０】
半導体レーザ素子１０は、発光層である活性層をＮ型とＰ型のクラッド層ではさんで接合してなる半導体ヘテロ構造によってレーザ光を誘導放出する公知のレーザ素子である。半導体レーザ素子１０として、任意の出力及び波長のレーザ光を出射するものを採用可能であるが、例えば、出力１０ｍＷ、波長７８０ｎｍのものを用いてもよい。尚、半導体レーザ素子１０では、活性層の両側の端面からレーザ光が出射される。
【００３１】
レーザ駆動回路２０は、半導体レーザ素子１０を駆動するための定電流源回路である。
【００３２】
フォトダイオード３０は、受光した光の強度によって電流が変化する公知の光電変換素子である。フォトダイオード３０は、半導体レーザ素子１０の活性層（発光層）に対してレンズ４０側とは反対側の端面に隣接して配置され、半導体レーザ素子１０における後述する自己結合効果による出力光を受光する。
【００３３】
レンズ４０は、半導体レーザ素子１０から出射されるレーザ光を集光して所定のスポット径の平行ビームに変換する集光光学系である。
【００３４】
反射板５０は、±４５°以内で入射された光に対しても、入射方向へ反射光が戻る回帰型反射体（再帰性反射体とも称される）である。反射板５０としては、例えば、回帰型反射体の一種であって、三角反射板等の道路や車両の反射板として広く用いられるプラスチック製のコーナキューブ型反射体を好適に用いることができる。コーナキューブ型反射体は、プラスチック製の３枚の平面板を互いに直角に組み合わせて立方体の半分を形成したものであり、図２に示すように、レーザ光である入射光は平面板で２回の反射を繰り返した結果、反射光は入射方向へ戻る。
【００３５】
測定回路６０は、フォトダイオード３０における電流の変化を電圧に変換する電流−電圧変換回路である。
【００３６】
次に、レーザマイクロホン１の作用について説明する。レーザマイクロホン１は、半導体レーザの自己結合効果を用いて気体、液体又は固体中における粗密波である音波（超音波を含む）を直接、レーザ光により検出するように構成したものである。
【００３７】
ここで、まず、半導体レーザの自己結合効果について、図３を参照しつつ説明する。図３は、半導体レーザの自己結合効果を説明するための模式図である。半導体レーザの自己結合効果とは、半導体レーザ共振器（図１の半導体レーザ素子１０に相当する）から出射したレーザ光が外部反射面（図１の反射板５０に相当する）で散乱し、その一部がレーザ共振器内に戻り共振器内のレーザ光と干渉し、出力光が僅かに増減することである。尚、半導体レーザ共振器において、活性層の両端面が反射ミラーの役割を果たし、光は活性層内を往復して誘導放出により光増幅が行われる。
【００３８】
図３に示されるように、半導体レーザ共振器の出射面と外部反射面との距離Ｌがレーザの発振波長λの半波長の整数倍の時に出力が増加する。そして、外部反射面が微小振動した場合、出力光も同じ周期で振動するため、出力光を検出することによって振動を検出することができる。尚、本発明者らは、この原理を利用して波長λの数百分の一である数ｎｍの微小振動の検出に成功している。
【００３９】
続いて、半導体レーザの自己結合効果を用いた音波の検出原理について説明する。図３で距離Ｌが一定の場合でも、外部共振器内の空気の屈折率ｎが変化すれば、実効的な波長が１／ｎに比例して変化するので、光出力が変化する。周知のように、音波は粗密波であり、音波が伝播している空間では、その粗密の程度に応じて媒質である空気の屈折率が変化する。ここで、１ａｔｍの空気の屈折率ｎ−１＝３×１０−４は、１に比べて非常に小さく、普通の会話程度の音圧０．１Ｐａ＝１０−６ａｔｍにおける屈折率変化は、３×１０−１０  程度と極めて小さいが、外部共振器内に立つ定在波の数はＬ＝１ｍのとき、３×１０６と非常に多いので、全体としての位相変化は、３×１０−１０×３×１０６＝１０−３となり、自己結合効果を用いて十分検出できる量となる。
【００４０】
次に、レーザマイクロホン１において音波を検出する際の各部の作用について説明する。尚、以下の説明では、レーザマイクロホン１が空気中に設置されているものとする。
【００４１】
レーザ駆動回路２０により半導体レーザ素子１０を駆動すると、半導体レーザ素子１０からレーザ光が出射される。レーザ光は、レンズ４０によって集光されて平行ビームに変換され、音波入力空間Ｓを通過して反射板５０に到達し、反射板５０による反射光は、再び音波入力空間Ｓを通過してビーム入射方向へ戻る。ここで、音波入力空間Ｓでは粗密波である音波によって空気の屈折率が変化するため、反射光は、音波入力空間Ｓを通過することによって位相が変化する。そして、反射光の一部分がレンズ４０を介して半導体レーザ素子１０内に導入されると、半導体レーザ素子１０内で発生するレーザ光と干渉する自己結合効果によって出力光に変化が生じる。
【００４２】
フォトダイオード３０によって自己結合効果による出力光が受光されると、出力光の位相変化に伴う受光強度の変化に応じて電流が変化する。そして、測定回路６０によって電流が電圧に変換されることにより音波検出信号が出力される。よって、測定回路６０の出力側に市販のオーディオ用アンプ（図示せず）を接続して音波検出信号を送出することにより、音声を聞くことが可能となる。
【００４３】
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態のレーザマイクロホン１は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子１０と、半導体レーザ素子１とは音波が伝播する媒質である空気を介して離隔配置され且つ半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光を反射してその一部分を半導体レーザ素子１０内へ導入する反射板５０と、半導体レーザ素子１０内のレーザ光と反射板５０からの反射光との自己結合効果により生じた出力光を受光して電気信号に変換する受光手段としてのフォトダイオード３０とを備えたことを特徴とする。
【００４４】
従って、本発明のレーザマイクロホン１によれば、簡単且つ安価な構成で、半導体レーザ素子１０の自己結合効果を利用して高感度に音波を検出することができる。すなわち、従来のマイクロホンのように機械的振動板が不要なので、測定回路の周波数特性が満たされれば、１Ｈｚ以下の極低周波から、数百ＭＨｚの高周波まで一つのレーザマイクロホンにより周波数特性のないフラットな音波検出を行うことができる。また、振動板が不要であるので、衝撃波が加わるジェット気流中や、高電界、高磁界中等の悪環境下の場所であっても使用可能である。
【００４５】
また、音場と非接触で音波を検出できるので、音場を乱すことがない。すなわち、レーザ光を透過させる空間部があれば、半導体レーザ素子１０や反射板５０を音場の外に配置することが可能である。
【００４６】
また、レーザマイクロホン１は指向性を有しないので、レーザ光の光軸と直角方向をなす平面内で３６０度の指向性を持たせることが可能である。
【００４７】
また、反射板５０として回帰型反射体を用いたので、光軸調整が容易であり、半導体レーザ素子１０への戻り光が強く、音波の検出感度が高い。従って、普通の会話程度で数十ｍＶの出力を得ることができ、信号処理の必要もなく、通常のオーディオ用アンプに接続すれば簡単に音声を聞くことが出来る。
【００４８】
また、集光光学系としてのレンズ４０は、半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光を集光して平行ビームに変換するので、反射板５０によって半導体レーザ素子１０内へ導入される反射光の量が多くなって、自己結合効果によって生じる出力光の変化が大きくなることにより、一層高感度に音波を検出することが可能となる。
【００４９】
また、ミラーを用いてレーザ光を張り巡らすことで、広い範囲の音を音源からの距離によらずに検出することも可能である。例えば、大きなホールの音や建物の周りの音を一つのマイクロホンで拾うことができる。
【００５０】
さらに、レーザ光を空間走査することにより、ミクロな音源の検出や、コンピュータトモグラフィとを組み合わせ音場の三次元分布を得ることも可能である。次に、上述した第一の実施形態に基づく第１実施例のレーザマイクロホン１００について、図４を参照しつつ説明する。図４（ａ）は、第１実施例のレーザマイクロホン１の外観を示す側面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【００５１】
第１実施例のレーザマイクロホン１００は、図４（ａ）に示すように、持ち運びの容易なハンディタイプのマイクロホンであって、本体１１０と、反射板支持部材１２０とを備えている。
【００５２】
本体１１０は、図４（ｂ）に示すように、円筒状のケース１１１内に、半導体レーザ素子１０と、駆動回路２０と、フォトダイオード３０と、測定回路６０とを収容して構成されている。ケース１１１の先端部１１１ａにはレンズ４０が嵌め込まれており、半導体レーザ素子１０のレーザ光はレンズ４０を介して集光されるようになっている。尚、本体１１０（ケース１１１）の長さは、例えば数ｃｍ程度とすることができる。
【００５３】
反射板支持部材１２０は、細長い矩形板状のフレーム部１２１と、フレーム部１２１の先端に直角に設けられた矩形板状の反射板取付け部１２２とを備えている。尚、反射板支持部材１２０の長さは、例えば数ｃｍ程度とすることができる。
【００５４】
反射板支持部材１２０は、フレーム部１２１基端部においてケース１１１先端近傍の外周面に固定される。反射板取付け部１２２の内側、すなわちケース１１１の先端部１１１ａに対向する面には、反射板５０が、その反射面を先端部１１１ａ側に向けて取り付けられる。ここで、反射板５０と先端部１１１ａとの距離は、任意に設定可能であるが、例えば数ｃｍ程度に設定することができる。尚、本実施例において、反射板５０と先端部１１１ａとの間の空間が音波入力空間Ｓとなっている。
【００５５】
続いて、レーザマイクロホン１００により音波検出を行う際の各部の作用について、図４（ｂ）を参照しつつ説明する。
【００５６】
レーザ駆動回路２０（図４において図示せず）により円筒状のケース１１１内に収容された半導体レーザ素子１０を駆動すると、半導体レーザ素子１０からレーザ光が出射される。レーザ光は、ケース先端部１１１ａのレンズ４０によって集光されて平行ビームに変換され、音波入力空間Ｓを通過して反射板５０に到達し、反射板５０による反射光は、再び音波入力空間Ｓを通過してビーム入射方向へ戻る。このとき、音源から発生される音波によって空気の屈折率が変化するため、反射光は、音波入力空間Ｓを通過することによって位相が変化する。
【００５７】
そして、反射光の一部分がレンズ４０を介してケース１１１内に戻り半導体レーザ素子１０内に導入されると、半導体レーザ素子１０内で発生するレーザ光と干渉して自己結合効果による出力光が発生する。フォトダイオード３０によって自己結合効果による出力光が受光されると、光強度の変化に応じて電流が変化し、測定回路６０（図４において図示せず）によって電流が電圧に変換されて音波検出信号がアンプへ出力され、音声を聞くことが可能となる。
【００５８】
本実施例のレーザマイクロホン１００によれば、上記実施形態で述べた効果に加えて、以下に示す種々の効果を有している。すなわち、反射板５０が取り付けられた反射板支持部材１２０が、半導体レーザ素子１０等を備えた本体部１１０に予め固定されているので、光軸調整等を行うことなく、音波の検出を行うことができる。
【００５９】
また、レーザマイクロホン１００は、全長が数ｃｍ乃至十数ｃｍのコンパクトなサイズとすることができるので、持ち運びが容易であり、簡単に音波の検出を行うことができる。
【００６０】
次に、上述した第一の実施形態に基づく他の実施例である第２実施例のレーザマイクロホン２００について、図５を参照しつつ説明する。図５は、第２実施例のレーザマイクロホン２００が設置された室内を示す上面図である。
【００６１】
レーザマイクロホン２００は、会議室やホール等の広い室内に設置される固定タイプのマイクロホンであって、本体部２１０と、反射板５０と、複数（本実施例では２枚）のミラー２３０とから構成される。本体部２１０は、第１実施例の本体部１１０と同一構成であるので、説明を省略する。
【００６２】
本体部２１０は、図５に示すように、例えば上面視矩形状の室内の四隅のうちの１箇所に設置される。
【００６３】
一方、反射板５０は、図５に示すように、例えば室内の四隅のうちの本体部２１０と離れた他の１箇所に設置される。
【００６４】
各ミラー２３０は、光を反射可能な鏡であって、例えば、室内の壁面に設置されることにより、本体部１１０の半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光を反射して反射板５０へ到達させると共に、反射板５０からの反射光を反射して本体部１１０の半導体レーザ素子１０へ導入する反射光学系を構成する。尚、半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光及び反射板５０からの反射光が、室内に存在する人や物によって遮られることのない高さ（例えば、床面から２ｍ以上）に設置されることが好ましい。
【００６５】
続いて、レーザマイクロホン２００により音波検出を行う際の各部の作用について説明する。
【００６６】
本体部２１０においてレーザ駆動回路２０（図５において図示せず）により半導体レーザ素子１０（図５において図示せず）を駆動すると、半導体レーザ素子１０からレーザ光が出射される。レーザ光は、レンズ４０（図５において図示せず）によって集光されて平行ビームに変換され、音波入力空間Ｓを通過しつつ、２枚のミラー２３０によって反射されて反射板５０に到達する。
【００６７】
また、反射板５０による反射光は、再び音波入力空間Ｓを通過しつつ、２枚のミラー２３０によって反射されてビーム入射方向へ戻る。このとき、音源から発生される音波によって空気の屈折率が変化するため、反射光は、音波入力空間Ｓを通過することによって位相が変化する。
【００６８】
そして、反射光の一部分がレンズ４０を介して半導体レーザ素子１０内に導入されると、半導体レーザ素子１０内で発生するレーザ光と干渉して自己結合効果による出力光が発生する。フォトダイオード３０によって自己結合効果による出力光が受光されると、光強度の変化に応じて電流が変化し、測定回路６０（図５において図示せず）によって電流が電圧に変換されて音波検出信号がアンプへ出力され、音声を聞くことが可能となる。
【００６９】
本実施例のレーザマイクロホン２００によれば、上記実施形態で述べた効果に加えて、以下に示す種々の効果を有している。すなわち、レーザマイクロホン２００によれば、広い場所においても、レーザ光を介して１つのマイクロホンで音波を簡単に検出することができるので、多数のマイクロホンを設置する必要がない。また、従来、複数の音源（例えば話者）がある場合に１つのマイクロホンで音波を検出しようとしたとき、音源の位置が変わる度にマイクロホンを当該音源の近くに移動させる必要があったが、レーザマイクロホン２００によれば、１箇所に設置したままの状態で、複数の音源から発せられる音波を高感度に検出することができる。
【００７０】
次に、本発明の第二の実施形態のレーザマイクロホン３００について説明する。図６は、第二の実施形態のレーザマイクロホン３００の概略構成を示す図である。尚、上述した第一の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、それらについての詳細な説明を省略する。
【００７１】
上記第一の実施形態では、半導体レーザ素子１０の自己結合効果に伴う出力光の変化をフォトダイオード３０により電流変化として検出し、測定回路６０によって電流を電圧に変換することにより音波検出信号を出力する構成とした。これに対し、本実施形態では、図６に示すように、フォトダイオード３０及び測定回路６０に代えて半導体レーザ素子１０の端子電圧を検出するための端子電圧検出回路７０を設けたことを特徴とする。尚、端子電圧検出回路７０が、本発明の端子電圧検出手段を構成するものである。
【００７２】
レーザマイクロホン３００において、レーザ駆動回路２０により半導体レーザ素子１０を駆動すると、半導体レーザ素子１０からレーザ光が出射される。レーザ光は、レンズ４０によって集光されて平行ビームに変換され、音波入力空間Ｓを通過して反射板５０に到達し、反射板５０による反射光は、再び音波入力空間Ｓを通過してビーム入射方向へ戻る。ここで、音波入力空間Ｓでは粗密波である音波によって空気の屈折率が変化するため、反射光は、音波入力空間Ｓを通過することによって位相が変化する。
【００７３】
そして、反射光の一部分がレンズ４０を介して半導体レーザ素子１０内に導入されると、半導体レーザ素子１０内で発生するレーザ光と干渉する自己結合効果によって半導体レーザ素子１０の端子電圧が変化する。そして、端子電圧検出回路７０は、この半導体レーザ素子１０における端子電圧の変化を検出し、音波検出信号として出力する。よって、端子電圧検出回路７０に市販のオーディオ用アンプ（図示せず）を接続して音波検出信号を送出することにより、音声を聞くことが可能となる。
【００７４】
従って、本実施形態のレーザマイクロホン３００によれば、簡単且つ安価な構成で、半導体レーザ素子１０の自己結合効果を利用して高感度に音波を検出することができる。また、半導体レーザ素子１０の出力光を受光する必要がないので、活性層の一方側の端面からのみレーザ光が出射されるタイプの半導体レーザ素子、例えば面発光型半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）を用いた構成においては、フォトダイオード３０で出力光を受光する第一の実施形態と比較して、構成が簡単になるという利点がある。その他、第一の実施形態と同様の種々の効果を奏する。
【００７５】
尚、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能であることは云うまでもない。
【００７６】
例えば、上記各実施形態では、反射板５０として回帰型反射体を用いた例を示したが、レーザ光を反射可能であれば、これ以外の反射体を用いてもよい。また、回帰型反射体として、コーナキューブ以外のものを採用してもよい。例えば、シート面に透明な球体を並べた構造を有するガラスビーズ式の反射体や、シート面に透明な三角錐（プリズム）を底面が上になるように配列した構造を有するマイクロプリズム式の反射体を採用してもよい。
【００７７】
また、上記各実施形態では、音波が伝播する媒質が空気である場合について説明したが、媒質が空気以外の気体であってもよく、水等の液体、或いは固体であってもよい。
【００７８】
さらに、第一の実施形態について第１実施例及び第２実施例を示したが、第二の実施形態についてもそれぞれ同様に実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、半導体レーザを用いた簡単な構成で高感度に音波を検出することが必要な場合に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第一の実施形態のレーザマイクロホンの概略構成を示す図である。
【図２】回帰型反射体の反射作用を説明するための模式図である。
【図３】半導体レーザの自己結合効果を説明するための模式図である。
【図４】（ａ）は第１実施例のレーザマイクロホンの外観を示す側面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図５】第２実施例のレーザマイクロホンが設置された室内を示す上面図である。
【図６】本発明の第二の実施形態のレーザマイクロホンの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１          レーザマイクロホン（第一の実施形態）
１０          半導体レーザ素子
３０          フォトダイオード（受光手段）
４０          レンズ（集光光学系）
５０          反射板（反射体、回帰型反射体、コーナキューブ）
７０          端子電圧検出回路（端子電圧検出手段）
１００          レーザマイクロホン（第１実施例）
２００          レーザマイクロホン（第２実施例）
２３０          ミラー（反射光学系）
３００          レーザマイクロホン（第二の実施形態）
Ｓ          音波入力空間
【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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