專利名稱：光學聲電換能器的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用光將振動片的振動位移轉換為電信號的光學聲電換能器。
對于過去廣泛使用的動態麥克風，它具有這樣的配置，其中為了檢測振動片產生的聲波，將線圈安裝在振動片上，因此線圈等承受從后面進入的聲波，以致振動板不能始終象只入射在前部那樣振動。然而，難以提供這樣的配置，即振動片的前部和后部均全部打開以承受從前部和后部入射的聲波。
此外，對于電容式麥克風，它具有這樣的配置，其中在通過檢測因為振動片的振動引起的電容變化來檢測聲波時，從結構上說，不能打開后部，以阻止從后部入射的聲波。因此，理想的情況是，諸如麥克風的聲電換能器在其后部像在其前部那樣，什么也沒有。
此外，采用光學器件的光學麥克風裝置是一種眾所周知的麥克風。
例如，第8-297011號日本專利申請未決公開披露了一種采用一對光纖的光纖傳感器，在其配置中，光從與光源相連的一條光纖輻照到振動介質，并利用另一條光纖檢測該光，指出它適用于麥克風。
用作光學麥克風裝置的光學麥克風器件包括振動片，因為聲壓產生振動；發光器件，用于將光束輻照到此振動片上；以及光接收單元，用于接收振動片反射的反射光并輸出對應于振動片的振動位移的信號。
因此，可以檢測因為聲波沖擊振動片引起的振動片振動位移，而無需接觸此振動片，并且可以將檢測的振動位移轉換為電信號，所以不再需要在振動片上設置振動檢測系統，振動部分的重量可以更輕，并且可以有效跟蹤聲波的微弱振動。
本發明的第一個目的是，為了解決上述第一個問題，提供一種作為其方向特性的僅在垂直于振動片的方向具有方向性的聲電換能器。
此外，對于現有技術的麥克風，利用一個光學麥克風器件配置此麥克風裝置，使一個振動片覆蓋從低頻到高頻的頻率特性。
通常將這種麥克風特性稱為單音特性，其中頻率范圍實際上大致限制在50Hz至20KHz，如

圖11所示。
因此，由于現有技術光學麥克風裝置使用只用一個振動片的一個光學麥克風器件，所以難以利用一個振動片對從低頻到高頻進行控制使其靈敏度(振幅)平坦。總之，通過增加振動片的厚度，可以相關地提高低頻帶靈敏度，而通過降低其厚度，可以提高高頻帶靈敏度。
因此，因為振動片具有這種物理特性，所以難以實現在寬頻帶范圍內其靈敏度(振幅)頻率特性平坦的光學麥克風裝置。
本發明的第二個目的是，為了解決現有技術中的此第二問題，提供一種類似于在寬頻帶范圍內其靈敏度(振幅)特性平坦的光學麥克風裝置的聲電換能器。
此外，如果通過設置多個現有技術光學麥克風器件配置寬頻帶光學麥克風裝置，則存在的缺陷是，振動片不能閉合，或者其形狀會變大。因為此原因，所以難以實現小型寬頻帶定向麥克風裝置。
此外，由于麥克風裝置的振動片的大小是固定的，所以難以設置具有特征的頻率特性，并且難以實現在寬頻帶內有效的麥克風裝置。
本發明的第三個目的是，為了解決上述第三個問題，提供一種具有寬頻帶頻率特性的小型定向聲電換能器。
可以設置多個上述第一開口。此外，還可以在上述聲電換能器的上述支撐側板上設置其尺寸允許聲波入射第二開口。不僅如此，還可以設置多個上述第二開口。
為了實現上述第二目的，根據本發明的聲電換能器具有這樣的配置，其中對聲電換能器設置振動片，因為聲壓產生振動；發光器件，用于將光束輻照到上述振動片上；光接收單元，用于接收輻照到上述振動片上的上述光束的反射光并輸出對應于上述振動片振動位移的信號；支架，用于放置并固定多個上述聲電換能器件以將上述各振動片大致定位到同一個平面上；光源驅動電路，通過將預定電流送到上述多個聲電換能器件的每個發光器件來驅動上述發光器件；以及混合電路，用于混合上述多個聲電換能器件的每個光接收單元產生的輸出信號，上述多個聲電換能器件的每個振動片的厚度不同，以致在互相不同頻率范圍內具有大致一致的接收靈敏度。
在上述聲電換能器中，可以設置上述聲電換能器件使其具有發光與光接收器件，其中將上述發光器件和光接收單元設置在同一個襯底上，并且上述發光器件是將其設置在上述襯底的中心的、其發射光光強分布大致同心均勻的垂直空腔表面發射發光器件，圍繞上述發光器件同心設置上述光接收單元。
此外，可以近乎平行于上述襯底并靠近上述襯底設置上述振動片。
這樣設置上述聲電換能器件，以使上述振動片曝露在形成在上述支架的支架的架表面上的開口內。
此外，還可以在1Hz至100KHz頻率范圍內使上述混合電路的輸出信號的靈敏度的頻率特性大致平坦。
為了實現上述第三目的，根據本發明的光學聲電換能器在其外殼內具有振動片，因為聲壓產生振動；發光器件，用于將光束輻照到上述振動片上；以及光接收單元，用于接收上述振動片反射的反射光并通過將上述振動片的聲位移轉換為電信號的變化，輸出上述振動片的聲位移，其中設置多個振動片并對應每個振動片設置多個上述光接收單元。并且在此第一實施例中，設置多個光接收單元以使所述多個光接收單元與多個振動片中的每個振動片和光接收單元相對應。此外，第二實施例具有這樣的配置，其中設置一個發光器件，并且通過對應于多個振動片中的每個振動片的反射路徑，多個光接收單元接收此單個發光器件發出的光束。此外，通過保持預定間隔，將多個振動片平行設置在不同平面上，或者將它們互相分離設置在同一個平面上。不僅如此，例如，這些振動片包括同樣厚度但不同大小的振動片的組合以分別具有不同基頻。此外，根據本發明的第一實施例還將多個發光器件中的每個發光器件和與其對應的光接收單元設置在同一個平面上，而第二實施例將一個發光器件與多個光接收單元設置在同一個平面上。優先將垂直空腔表面發光激光器(VCSEL)用作發光器件，并采用如下配置和類似配置。
(i)同心地圍繞其發射光大致具有均勻光強分布的VCSEL設置光接收單元。(ii)對外殼設置多個開口，以致通過這些開口，聲音可以到達上述振動片。(iii)多個振動片中的一些振動片具有半透明反射鏡效果。或者(iv)通過設置在外殼內的半透明反射鏡裝置分布光束從而使其輻照到每個振動片上。
圖2示出根據本發明I的光學麥克風裝置的側視圖；圖3示出根據本發明I的光學麥克風裝置的側剖視圖；圖4示出根據本發明I另一個實施例的光學麥克風裝置配置的側剖視圖和平面圖；圖5示出根據本發明I的光學麥克風裝置的基本原理圖；圖6示出麥克風裝置的方向特性圖；圖7示出作為本發明II實施例的光學麥克風裝置配置的電路框圖；圖8示出用于本發明II的光學麥克風器件配置的平面圖和側剖視圖
圖9示出用于本發明II的光學麥克風器件的振動片的厚度與振幅之間相對于頻率的關系的示意圖；圖10示出用于本發明II的復合光學麥克風器件的頻率振幅特性；圖11示出現有技術的單音型麥克風的頻率振幅特性；圖12示出根據本發明III第一實施例的聲電換能器配置的示意圖；圖13示出根據本發明III第二實施例的示意圖；圖14示出根據本發明III第三實施例的示意圖；圖15示出根據本發明III第四實施例的示意圖；圖16示出根據本發明III的聲電換能器的方向性示意圖；圖17示出根據本發明III的聲電換能器的頻率和靈敏度特性示意圖；圖18示出根據本發明III第五實施例的示意圖；以及圖19示出根據本發明III第六實施例的示意圖。
將因為聲波的聲壓產生振動的振動片3大致設置在外殼5的中心。在振動片3的后部設置發光器件2和光接收單元4，因此發光器件2發出的入射光束L1被振動片3反射為反射光L2，并被光接收單元4接收。因此，在反射光L2的光接收位置發生變化時，就可以利用光接收單元4檢測振動片3的振動位移。
在這種情況下，聲波6從振動片3的前部入射，聲波7從其后部入射，其中如果相應聲壓相位相同，則振動片3不發生振動，并且光接收單元4不產生輸出。
相反，如果a+b的聲波6從振動片3的前部入射，而a聲波7從其后部入射，則聲波a互相抵銷，并且只有聲波b被振動片3檢測到。
在此，在一般環境噪聲情況下，麥克風的前部和后部的噪聲等輸入具有相同相位和振幅。因此將其稱為聲波a。
相反，只有作為b的語音信號僅從麥克風的前部進入，并且因此只有噪聲a被振動片抵銷，而只獲取語音b。
因此，通過實現允許聲波從前部和后部到達振動片的配置，可以獲取語音信號，從而降低噪聲。此外，通過實現這種配置，可以實現完全方向特性，如圖6中的虛線所示。
圖1至圖3示出作為根據本發明I的實施例的光學麥克風裝置配置的示意圖，其中圖1示出分解透視圖，圖2示出側視圖，圖3示出側剖視圖。
如圖1和圖3所示，本發明I具有作為一件式發光與光接收器件10形成的并安裝在襯底9上的發光器件和光接收單元。靠近底板12的中心安裝襯底9。大致平行于振動片3并靠近振動片3設置底板12。
形成用于耦合底板12和振動片3的支撐側板30，如圖2所示。此外，形成此支撐側板30來全部圍繞底板12和振動片3并非總是必要的，但是例如，如圖1所示，通過在底板12周邊上安裝支柱35來配置它，并將振動片3的周邊8連接到這些支柱35的下端卻是實際的。
它具有這樣的配置，其中其上安裝了發光與光接收器件10的襯底9與端子11相連，并通過此端子11向發光與光接收器件10及其外圍電路提供電能并發送所需信號。此外，本發明I具有設置在底板12上的開口20以接收振動片3的后部入射的聲波。
如圖1所示，還可以通過在圍繞發光與光接收器件10的周邊設置多個圓孔來形成這些開口20。通過在底板12上形成這種開口20，可以使噪聲從后部進入振動片3。
此外，除了在底板12上設置開口20之外，還可以對支撐側板30設置開口25以允許聲波進入，如圖2所示。然而，如果在支撐側板30上提供開口25具有非常大的開口面積，則振動片3的前部產生的語音會通過這些開口25衍射進入到其后部，從而將語音抵消，因此最好設置足夠大小的開口。
圖4示出根據本發明I的另一個實施例的示意圖，即示出光學麥克風器件的頭部配置的示意圖。
圖4(a)示出剖視圖形狀，其中在外殼51的底部58上設置電子電路板62，并將在其上設置發光器件和光接收單元的襯底59安裝在此電路板62上。例如，還可以利用倒裝片接合法，通過電連接襯底59和電路板62，來安裝它。此外，如果為底部58配置諸如硅的半導體襯底，可以省略電子電路板62，因為可以將電子電路設置在半導體襯底上。此外，圖4所示的實施例將垂直空腔表面發光激光二極管LD用作發光器件，并將光電二極管PD用作光接收單元。將圓形垂直空腔表面發光激光二極管LD設置在襯底59的中部，并圍繞LD同心設置光接收單元PD。
圖4(b)示出在其上安裝圖4(a)虛線包圍區域所示發光器件和光接收單元的襯底59的光接收部分和發光部分的放大平面圖。
如圖所示，將圓形發光器件LD設置在中心，并圍繞它設置光接收單元PD1、PD2、...PDn。此外，還可以將垂直空腔表面發光激光器用作在此使用的發光器件LD。
利用半導體制造方法，可以在砷化鎵晶片上同時制造這些發光器件LD和光接收單元PD。
因此，發光器件LD與光接收單元PD之間的對準精度由半導體制造過程中使用的掩模精度確定，因此由于其對準精度為1μm甚至更低，所以與現有技術的光學麥克風器件的發光器件與光接收單元的對準精度相比，可以使其實現百萬分之一甚或更低的高精度。
總之，垂直空腔表面發光器件的特征在于，其發射光的光強分布大致同心均勻。因此，設置在中心的發光器件LD以預定角度對振動片52輻照的輻射光以同樣光強被同心反射，并且因為收到聲波57，振動片52發生振動，改變了其反射角，以致它同心地到達光接收單元PD。
因此，通過檢測同心設置的光接收單元PD1、...PDn接收的光量的變化，可以檢測振動片52的振動位移。由于它可以檢測入射聲波57的強度，所以它可以用作光學麥克風器件。
此外，為了驅動發光器件LD和光電檢測單元PD，或者為了檢測入射光量，形成電極61。
此外，與圖1至圖3所示的實施例相同，將未示出的開口設置在外殼51的側壁和底部58。
由于此實施例使用在同一個平面上以單片結構配置的垂直空腔表面發光器件(VCSEL)和光電二極管(PD)作為發光器件和光接收單元，所以它非常小，可以確保在振動片的后部具有較大空間并且可以消除聲阻。
此外，本發明I并不局限于光學麥克風裝置，還可以應用于光學傳感器。[本發明II]圖7示出作為本發明II實施例的光學麥克風裝置配置的電路框圖。
根據本發明II，形成光學麥克風器件，該光學麥克風器件是通過分別組合多個其振動片厚度相互不同的光接收單元M1、M2、...M6構成的，它具有這樣的配置，其中將其每個光接收單元的輸出輸入到混合電路71進行混合并產生輸出信號72。以這樣的方式對它進行配置，以致將預定驅動電流從光源驅動電路70送到每個光學麥克風器件M1至M6的發光器件。
圖8示出通過組合多個光學麥克風器件M1至M6配置的復合光學麥克風器件的配置，其中(a)示出頂視圖，圖(b)示出側視圖。
如圖8(b)所示，通過利用屏蔽板85將每個光學麥克風器件M1至M6截斷，配置光學麥克風器件M1至M6，并放置和固定它們，從而將多個光學麥克風器件M1至M6的振動片82大致與支架84和86定位在同一個平面上。每個光學麥克風器件均包括安裝在襯底(未示出)上的發光器件81和光接收單元83，以及大致平行于在其上安裝了發光器件81和光接收單元83的襯底并靠近襯底設置的振動片82，每個光學麥克風器件分別具有這樣的配置，其中發光器件81發出的光束被振動片82反射，并被光接收單元83接收，因此可以獲取對應于振動片82的振動位移的信號。
如圖8(a)所示，設置振動片82，以使振動片82在形成在支架84和86的支架表面86上的開口內暴露。
將這些振動片82設置在與支架表面86位于同一個平面內，并固定在支架84和86上。
圖4(b)示出用于本發明II的光學麥克風器件M1至M6的發光器件和光接收單元的配置。
將垂直空腔表面發光激光二極管LD和諸如光電二極管的光接收單元PD設置在砷化鎵襯底59上。將激光二極管LD形成在襯底59的中心，并圍繞它同心地形成多個光接收單元PD。激光二極管LD和光接收單元PD伸出電極8。
垂直空腔表面發光激光二極管LD的特征在于，其發射光的光強分布大致同心均勻，其中激光二極管LD同心地輻照的激光束被振動片同心反射，并且被光接收單元PD作為接收信號接收。
此外，對于圖4(b)所示的發光與光接收器件，利用差分輸出來設置光接收單元，因為它們同心設置在多個圓上，因此，可以消除諸如激光二極管LD的溫度變化產生的誤差。
在此，將說明用于本發明II的光學麥克風器件振動片。
圖9示出振動片的厚度t與振幅特性之間關系。
更具體地說，在接收波聲波的頻率f低的情況下，振動片的厚度t越薄，則振幅越大。如果頻率高，厚度t越厚，則振幅越小。
由于本發明II采用此特性，所以多個光學麥克風器件M1至M6的相應振動片的厚度的不同就可以在互相不同頻率范圍內具有大致均勻的接收靈敏度。
更具體地說，對于每個光學麥克風器件的振動片，聲波的再現頻率范圍受到限制，因此將振動片的厚度設置得與頻率范圍一致。
圖10示出在改變每個光學麥克風器件M1至M6振動片的厚度并分別指定每個振動片的再現頻率情況下的振幅特性。
例如，指定光學麥克風器件M1可以在最低頻范圍內再現聲波，指定光學麥克風器件M6在最高頻范圍內再現聲波。在這種情況下，需要將光學麥克風器件M1的振動片厚度設置為最厚，而將光學麥克風器件M6的振動片厚度設置為最薄。
因此，通過以這樣的方式選擇振動片的厚度，以致根據對每個光學麥克風器件指定的頻率范圍使其振幅特性大致變平，可以實現圖10所示的振幅特性。
此外，光學麥克風器件M1至M6的振幅特性分別對應于圖10所示的A1至A6。
通過將多個光學麥克風器件的振幅特性輸入到圖7所示的混合電路71并使它們同步，可以實現在整個頻率范圍內具有平坦振幅特性(如圖10所示)的復合光學麥克風器件。
因此，根據本發明，可以實現其混合電路71輸出的靈敏度頻率特性在1Hz至100KHz范圍內大致是平坦的光學麥克風裝置。此外，通過為光學麥克風器件配置以單片結構設置的垂直空腔表面發光激光(VCSEL)二極管和光電二極管(PD)，還可以實現小型化。因為此原因，即使組合多個光學麥克風器件，也可以實現小型化。[本發明III]圖12示出根據本發明III的聲電換能器的第一實施例，其中(a)示出其剖視圖，(b)示出其外形圖。
在圖12所示的實施例中，將振動片2-1至2-5以預定間隔平行設置在不同平面上，對應于相應振動片2-1至2-5，設置發光器件LD1至LD5和光接收單元PD1至PD5。振動片2-1至2-5是同樣厚度、不同大小的圓盤結構。將相應振動片2-1至2-5分別安裝到在外殼91內形成的振動片固定件4-1至4-5上。此外，將發光器件LD1至LD5和光接收單元PD1至PD5分別安裝到發光與光接收器件固定件5-1至5-5上。通過電子電路板99，將驅動電流送到發光器件LD1至LD5，并從光接收單元PD1至PD5獲取光接收電流。此外，為了確保進入的聲波到達振動片2-1至2-5并具有到其前部和后部的方向性，對外殼91和固定件4-1至4-5和5-1至5-5設置大量開口3。在聚焦位于相應振動片2-1至2-4中心的發光器件LD1至LD4輻照的光時，靠近的振動片2-2至2-5成為障礙。因此，為了通過入射光和反射光，在較近振動片上設置小孔6，如圖12(c)所示。在此，如下表達式給出圖12所示的振動片2-1至2-5的基本諧振頻率F。F0=(.467t/R2{Q/ρ(1-σ2)}]]>其中，t＝振動片的厚度(cm)R＝振動片到外圍固定位置的半徑(cm)
p＝密度(g/cm3)σ＝泊松比Q＝楊氏模量(dyne/cm2)更具體地說，由于基本諧振頻率F0與振動片半徑的平方成反比，所以如果將半徑除2，就可以獲得四倍頻。此外，對于基本諧振頻率或其偶數倍的諧振頻率，它就變成除法模式，其中繞著其中心振幅最大，并且在光聚焦在其上時，諧振頻率附近的靈敏度極高。因此，在此實施例中，將振動片2-1至2-5的半徑設置為，1:3:5:9:20]]>其中相應諧振頻率被疊加以覆蓋寬頻帶。在此，由于話音頻帶被加強，將最高振動片2-5的基本諧振頻率設置為100Hz。因此，在接近100Hz至3,000Hz的頻率范圍內，可以實現極高靈敏度，如圖17所示。
此外，如果各振動片之間的間隔大，則即使在低頻情況下，方向性仍會進一步變壞，因為存在相位差，因此最好使振動片之間的間隔盡可能小。在此，將間隔約設置為2mm，以致在20kHz的頻率特性以下可以實現穩定靈敏度。
圖13示出根據本發明III第二實施例的聲電換能器的斷面結構。此實施例與第一實施例的不同之處在于，將發光器件LD和光接收單元PD安裝在同一個固定件97上。與第一實施例相比，采用這種配置可以使聲電換能器的外形實現小型化。
圖14示出根據本發明III第三實施例的聲電換能器的斷面結構。
根據本發明III，將發光器件和光接收單元安裝在與圖13所示的實施例相同的固定件97上。盡管對于圖12和圖13所示的實施例，需要在靠近的振動片上設置小孔6以剛好通過入射光和反射光，但是通過分別設置振動片2來改變側面，對它進行配置，以避免由于設置孔106并使小孔位于固定件4-2和4-3以通過光而改變振動片(2-1至2-5)的形狀和頻率特性。這樣就不必在振動片上設置小孔。此外，對于如圖14所示的聲電換能器，可以將垂直空腔表面發光激光二極管(VCSEL)用作發光器件并使用如圖4所示同心圍繞發光器件設置的發光與光接收器件。
圖15示出根據本發明III第四實施例的聲電換能器的原理框圖，其中(a)示出其剖視圖，(b)示出其外形圖。此實施例將所有振動片(2-1至2-5)安裝在位于同一個平面上的固定件94上。此外，對應于每個振動片，將發光器件和光接收單元類似地安裝在同一個固定件97上。采用這種配置，可以減小垂直厚度，而加大水平厚度。在此實施例中，還可以使用如圖4所示的發光與光接收器件。
通過使用上述配置，通過合成多個振動片輸出的靈敏度特性最終獲得的方向性具有圖16所示的形式。盡管由于在背面存在其它振動片、發光器件、光接收單元以及其它部件會少許降低增益，但是仍可以實現具有前向和后向尖銳方向性的聲電換能器。
此外，對于如圖15所示水平設置的振動片情況，與垂直設置相比，會惡化高頻特性，前向和后向方向特性與圖16所示的垂直情況大致相同。
如上所述，通過組合多個光學麥克風裝置，可以配置寬頻帶定向麥克風裝置。
然而，在這種配置的裝置中，在組合多個器件時，以1∶1的比例使用發光器件和振動片，因此需要多對振動片與發光器件組合。
因此，振動片與發光器件之間為1∶1關系的此裝置的問題在于，不能靠近設置振動片，或者說它們的形狀變大了。因此，作為進一步改進，本發明具有這樣的配置，其中為了實現具有寬頻帶特性的小尺寸定向光學麥克風裝置，并為了通過減少所使用的較昂貴發光器件數量來降低成本，使多個振動片與一個發光器件相連。因此，可以減少發光器件的數量，從而實現具有寬頻帶方向性的小尺寸光學聲電換能器。
以下將對其具體配置進行說明。
圖18示出根據進一步改進本發明III的第五實施例的聲電換能器剖視圖。
在外殼101內垂直設置并逐步安裝多個振動片2a、2b和2c。
并且將一個發光器件103安裝在這些垂直設置振動片的下部。
此外，在安裝發光器件103的同一個平面上分別設置并安裝光接收單元4a、4b和4c。
此外，在外殼101的外壁表面、振動片2a、2b和2c的固定件以及發光器件103和光接收單元4a至4c的固定板上設置從外部入射聲波的開口5。
通過設置這種開口105，對它進行配置以從相應振動片2a和2b的正面和背面都能入射聲波。
因此，光學麥克風裝置在振動片的正面和背面具有雙方向性。
此外，最好將VCSEL用作發光器件103。
發光器件103輻照的激光束入射到振動片2a上并被部分反射，然后入射到光接收單元4a。
此外，其一部分通過此振動片2a，然后入射到振動片2b。
在此反射入射到振動片2b的光，然后入射到光接收單元4b。
此外，通過振動片2b的光入射到振動片2c，并被振動片2c反射，然后入射到光接收單元4c。
因此，需要對振動片2a和2b采用具有半透明反射鏡效果的材料。
這樣分別確定振動片2a、2b和2c的形狀，以致它們具有不同聲諧振頻率。
在圖18所示的例子中，各振動片具有不同尺寸。
因此，小尺寸振動片2c具有高諧振頻率，而大尺寸振動片2a具有低諧振頻率。
于是，利用不同形狀振動片并對3個振動片的輸出求和獲得的頻率特性為寬頻帶頻率特性。
也就是說，為了在要求的頻率范圍內獲得高增益，可以通過合成3個振動片2a、2b和2c的峰值特性形成聲音接收特性。
此外，盡管通過對3個光接收單元4a至4b的輸出求和獲得的輸出特性會受到位于背面的其它振動片、發光器件103以及光接收單元4a至4c的影響，并且降低少量增益，但是因為開口105允許振動片自由振動，所以可以具有前向和后向尖銳方向性。
此外，盡管具有圖18所示的布局，也無需始終將發光器件103和光接收單元104設置在同一個平面上。
此外，通過分別確定多個振動片2a至2c的形狀足以使它們具有不同聲諧振頻率，而不必使它們只具有不同大小，并且還可以通過分別改變它們的厚度來使它們具有不同聲諧振頻率。
圖19示出根據進一步改進的本發明III的第六實施例的聲電換能器的剖視圖。
此實施例將振動片2a和2b設置在同一個平面上。
不僅如此，還將發光器件103和光接收單元4a和4b設置在同一個平面上。
此外，將半透明反射鏡106設置在外殼101內的預定位置。
發光器件103輻照的光被半透明反射鏡106部分反射、投射到振動片2a，并被振動片2a反射，從而入射到光接收單元4a。
另一方面，通過半透明反射鏡106的部分光入射到振動片2b，并被振動片2b反射，從而入射到光接收單元4b。
因此，發光器件103輻照的光被半透明反射鏡106分配，并分別被振動片2a和2b反射從而入射到光接收單元4a和4b。
根據圖19所示的配置，可以進一步小型化聲電換能器，因為與圖18所示配置相比，垂直長度可以更短。
此外，在圖19所示的配置中，還可以使振動片2a和2b分別具有不同形狀從而使它們具有不同聲諧振頻率。
這樣合成的聲特性即使在寬頻帶范圍內也具有此增益。
此外，通過將VCSEL用作發光器件103，還可以使發光光束具有極小的直徑，并且可以自由設置足以對振動片與發光器件之間的距離提供自由度的焦距。
因此，根據本發明III的上述改進裝置，可以互相靠近設置振動片，此外還可以具有這樣的配置，即在它們之間沒有障礙，從而通過對其相應振動片的雙方向性求和，實現具有極尖銳方向性并使其頻率特性擴展到高頻的麥克風裝置。
盡管以上以光學麥克風裝置為例對本發明I至III的配置進行了說明，但是，顯然，本發明并不局限于此光學麥克風裝置，本發明還可以應用于聲傳感器等。工業應用正如以上根據實施例詳細說明的那樣，根據本發明I，可以在其上對著振動片設置發光與光接收器件的底板上設置開口，從而主要使噪聲入射到振動片上并因此降低噪聲。并且還可以使方向圖形接近8字型理想形狀。
此外，根據本發明II，可以實現其振幅特性在寬頻帶范圍內大致均勻的聲電換能器，因為配置了通過組合多個聲電換能器件構成的聲電換能器件并且組合多個聲電換能器件的相應振動片的厚度以使接收靈敏度在不同頻率范圍內大致一致。
因此，可以將根據本發明的聲電換能器廣泛用作適于未來的數字時代，音樂的麥克風裝置。此外，它不僅可以用作麥克風裝置，而且可以用作聲傳感器。
不僅如此，根據本發明III，通過采用這樣的配置，其中將多個振動片設置在同一個平面上或不同平面上，并與其對應設置發光與光接收器件，可以實現尺寸小、具有寬頻帶特性的良好方向性聲電換能器。此外，還可以實現通過改變相應振動片的大小來改變頻率特性并在寬頻帶范圍內有效采集聲音的聲電換能器。
此外，通過將VCSEL用作發光器件，可以使發光光束的直徑極小，從而相對自由地設置焦距。
因此，可以對振動片與發光器件之間的距離提供自由度。
可以互相靠近地設置多個振動片，而且在它們之間沒有障礙，從而通過對各振動片的雙方向性求和實現具有極尖銳方向性和擴展到寬頻帶的特性的聲電換能器。
不僅如此，如果使用不同直徑的振動片，則利用各振動片直徑確定的諧振頻率差值，可以任意改變頻率特性。因此，利用最有效頻帶，可以實現極高靈敏度定向聲電換能器。此外，通過對一個發光器件設置多個振動片對它進行進一步改進，可以實現具有成本優勢的定向聲電換能器。
權利要求
1.一種光學聲電換能器，所述換能器包括振動片，因為聲壓產生振動；發光器件，用于將光束輻照到所述振動片上；光接收單元，用于接收輻照到所述振動片上的所述光束的反射光并輸出對應于所述振動片振動位移的信號；底板，其上具有對著所述振動片設置的所述發光器件和所述光接收單元；以及支撐側板，用于連接大致平行并靠近安裝的所述振動片和所述底板，其中將所述發光器件和光接收單元大致設置在所述底板的中心，該底板周邊設置有第一開口，其尺寸允許聲波進入。
2.根據權利要求1所述的光學聲電換能器，其中設置多個所述第一開口。
3.根據權利要求1或2所述的光學聲電換能器，其中在上述支撐側板上設置其尺寸允許聲波入射的第二開口。
4.根據權利要求3所述的光學聲電換能器，其中設置多個所述第二開口。
5.一種光學聲電換能器，所述換能器包括光學聲電換能器件，具有振動片，因為聲壓產生振動；發光器件，用于將光束輻照到所述振動片上；以及光接收單元，用于接收輻照到所述振動片上的光束的反射光并輸出對應于所述振動片的振動位移的信號；支架，用于放置并固定多個所述光學聲電換能器件以將所述各振動片大致定位到同一個平面上；光源驅動電路，通過將預定電流送到所述多個光學聲電換能器件的每個發光器件來驅動所述發光器件；以及混合電路，用于混合所述多個光學聲電換能器件的每個光接收單元產生的輸出信號，其中所述多個光學聲電換能器件的各振動片的厚度不同，以致在互相不同頻率范圍內具有大致一致的接收靈敏度。
6.根據權利要求1或5所述的光學聲電換能器，其中所述光學聲電換能器件具有發光/光接收器件，其中將所述發光器件和所述光接收單元設置在同一個襯底上，所述發光器件是將其設置在所述襯底的中心、其發射光光強分布大致同心均勻的垂直空腔表面發光發光器件，圍繞所述發光器件同心設置上述光接收單元。
7.根據權利要求2所述的光學聲電換能器，其中大致平行于所述襯底并靠近所述襯底設置所述振動片。
8.根據權利要求1至3之任一所述的光學聲電換能器，其中這樣設置所述光學聲電換能器件以使所述振動片曝露在形成在上述支架的支架表面上的開口內。
9.根據權利要求1至4之任一所述的光學聲電換能器，其中可以在1Hz至100KHz頻率范圍內使所述混合電路的輸出信號的靈敏度實現大致平坦的頻率特性。
10.一種光學聲電換能器，該光學聲電換能器在其外殼內具有振動片，因為聲壓產生振動；發光器件，用于將光束輻照到所述振動片上；以及光接收單元，用于接收所述振動片反射的反射光并將所述振動片的聲位移轉換為電信號來輸出轉換的電信號，其特征在于，設置多個振動片，并對應各振動片設置多個所述光接收單元。
11.根據權利要求10所述的光學聲電換能器，其中對應于所述多個光接收單元中各接收單元和振動片，設置多個發光器件。
12.根據權利要求10所述的光學聲電換能器，其中通過對應于所述多個振動片中各振動片的反射路徑，所述多個光接收單元接收一個發光器件發出的光束。
13.根據權利要求10所述的光學聲電換能器，其中在保持預定間隔設置的各不同平面上平行設置所述多個振動片。
14.根據權利要求10所述的光學聲電換能器，其中在同一個平面上互相分離設置所述多個振動片。
15.根據權利要求10所述的光學聲電換能器，其中所述多個振動片包括分別具有不同基礎頻率的各振動片的組合。
16.根據權利要求15所述的光學聲電換能器，其中所述多個振動片包括具有同樣厚度的各種不同尺寸振動片的組合。
17.根據權利要求11所述的光學聲電換能器，其中將所述多個發光器件中的每個發光器件設置在與其對應的光接收單元的同一個平面上。
18.根據權利要求12所述的光學聲電換能器，其中將一個發光器件和所述多個光接收單元設置在同一個平面上。
19.根據權利要求10至15之任一所述的光學聲電換能器，其中所述發光器件包括其發射光的光強分布大致同心均勻的垂直空腔表面發光激光器，并且圍繞所述激光器設置所述光接收單元。
20.根據權利要求10所述的光學聲電換能器，其中這樣對所述外殼設置多個開口，以致可以通過所述開口使聲音到達所述振動片。
21.根據權利要求12所述的光學聲電換能器，其中所述多個振動片中的一些振動片具有半透明反射鏡效果。根據權利要求12所述的光學聲電換能器，其中以這樣的方式通過設置在所述外殼內的半透明反射鏡裝置分配光束，以致將分配光束輻照到各所述振動片上。
22.根據權利要求12所述的光學聲電換能器，其中以這樣的方式通過設置在所述外殼內的半透明反射鏡裝置分配光束，以致將分配光束輻照到各所述振動片上。
全文摘要
一種通過利用光接收單元接收設置在底板中心的發光器件發出的光的反射部分，具有8字型方向圖形的光學聲電換能器，該底板平行于振動片、具有通過其可進入聲音的開口并與支撐側板相連。一種通過利用混合電路混合多個具有厚度互相不同振動片的光學麥克風的輸出，具有均勻振幅特性的光學聲電換能器，可以使接收靈敏度在不同頻率范圍均勻。一種通過對應于多個平行設置的多個振動片設置多個發光器件(LD)和多個光接收單元(PD)，具有寬帶特性的小尺寸定向光學聲電換能器。
文檔編號H04R23/00GK1433663SQ00817006
公開日2003年7月30日 申請日期2000年12月11日 優先權日1999年12月13日
發明者小林興弘, 宮原信弘, 服部裕, 宮澤寬, 早川純一 申請人:株式會社建伍