专利名称：光超声波麦克风的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用了光的麦克风(microphone)，特别是涉及一种接收在空气等 气体中传播的超声波，利用光将接收到的超声波转换成电信号的光超声波麦克风。
背景技术：
作为收集声波将其转换成电信号的设备，在可听频带范围动态麦克风(dynamic microphone)或电容麦克风被广泛利用，在超声波区域压电传感器被广泛利用。这些设备利 用声波是空气的细微振动这一原理，将声波向振动片入射，将由声音在振动片上激励的细 微振动转换成导电型、静电型或压电型电信号。另一方面，利用以激光为代表的光测量细微且高速振动的激光多普勒振动仪(以 下，简称为“LDV”。)等光学系统被广泛利用，尝试着收集利用这种装置产生的声波。专利文献1所述的声压转换装置中，揭示了一种光麦克风，其是应用了普通麦克 风常用的振动片和利用光三角法进行光测量。专利文献2中还揭示了一种激光多普勒麦克风，其是在声场中直接传播激光，利 用LDV直接捕捉因声波而在空气中产生的折射率变化，从而测量声压。以下，关于专利文献2中的激光多普勒麦克风的结构、工作参照图11进行说明。图 11中，121是LDV，122、123是一对反射镜，124是立体反光镜，125是激光路径，126是声场， 127是运算部。图11所示的构成中，一对反射镜122及123平行配置，LDV121和立体反光镜124 设置在一个反射镜123的上下两端。从LDV121朝向反射镜122以适当的角度照射激光。照 射的激光在反射镜122及123上伴随着多次反射沿着激光路径125传播，到达设置在反射 镜123终端的立体反光镜124。入射到立体反光镜124的激光在立体反光镜124内部多次 反射后，朝向激光往立体反光镜124入射的方向，从立体反光镜124释放出，再经由一对反 射镜122及123进行多次反射，沿着激光路径125反方向传播，到达LDV121。到达了 LDV121 的激光在LDV121内部受到光学及电处理，并且由运算部127换算振动速度成分。图11的构成中，由于没有振动的部分，因此通常振动速度成分为0。当在反射镜 122及123工作的空间存在声音时，由于声波而在空气的密度上产生疏密。这些密度的变化 造成空气中的折射率的变化，使激光的传播速度发生变化，因此，像在反射镜122、123或立 体反光镜124上发生振动那样，测量与声压对应的速度成分。另外，本发明者在专利文献3中揭示的发明涉及了一种气体用超声波收发器，可 以在气体中利用超声波的折射，高灵敏、宽频带地收发超声波。另外，非专利文献1中报告 了 500kHz的超高频率区域下的收发特性。图12表示专利文献3及专利文献4所揭示的发明的超声波收发器的模式图。图12所示，专利文献3的发明的超声波收发器101至少具有超声波振动元件102、 设置在超声波振动元件102前面填埋环境流体104和超声波振动元件102之间的传播介质 部103。105表示超声波的行进方向。将这种方式的超声波收发器特别称为折射传播型超
4声波收发器(或倾斜传播型超声波收发器本体)。在此，将超声波振动元件102和传播介质部103的界面定义为第1表面区域111， 将传播介质部103和环境流体104的界面定义为第2表面区域112。专利文献3的折射传播型超声波收发器能够高效地从空气等声阻极小的介质向 传播介质的传播介质内收发超声波，从而高灵敏地收发超声波。通常，在像气体和固体这样声阻有很大不同的介质的界面，超声波几乎不能进行 反射、不能高灵敏地发送或接收。这样一来，为了实现超声波在气体中的高效透过，而在折 射传播型超声波收发器101中，利用由特殊材料构成的传播介质部103构成超声波收发器 101。传播介质部103必须有声速比环境流体104慢、密度大于环境流体104的特性，专利 文献3中采用由二氧化硅骨架构成的干燥凝胶材料作为这种材料。干燥硅凝胶是能够经过 制造流程而具有各种声速和密度的材料，作为一例，材料可以取作的值如密度200kg/m3、声 速150m/s这样满足可高效透过超声波的传播介质部103的条件。使用这样的材料作为传播介质部103，如图12所示，通过分别适当选择传播介质 部103内部的第2表面区域112的法线与超声波传播方向所成的角度θ i、与环境流体104 内的超声波传播方向所成的角度θ 2，从而能够使第2表面区域112上超声波的反射大致为 0，实现具有高收发灵敏度的超声波收发器。另外，声波的频率与第2表面区域112的透过 效率无关，从而在原理上能够实现宽频带特性，能够高效地测量各种频率。具体地说，当收发超声波时，超声波振动元件102通过没有图示的驱动电路被加 载电信号，发生超声波。在此，如图12那样设定XYZ方向。在超声波振动元件102上发生 的超声波从第1表面区域111向第2表面区域112，在传播介质部103中沿Y轴正方向传 播。并且，到达第2表面区域112的超声波依照折射定律改变传播方向，朝向超声波传播路 径105的方向(这种情况是箭头的相反方向)向流体104传播下去。接收超声波的情况与发送的情况相反，在周围空间的流体104中传播来的超声波 一到达第2表面区域112就发生折射，透过到传播介质部103，朝着Y轴的负方向在传播介 质部103内部传播，到达超声波振动元件102。到达超声波振动元件102的超声波使超声波 振动元件102变形，从而在电极间发生电位差，利用没有图示的发送电路进行检测。在倾斜传播型超声波收发器本体101中，即使流体104是空气等声阻(材质的声 速X材质的密度)极小的介质时，超声波也能够高效地从流体104入射到传播介质部103 或者高效地从传播介质部103向流体104入射超声波。倾斜传播型超声波收发器本体101中，为了提高超声波的透过效率，设定成超声 波在传播介质部103的声速C1、超声波在流体104中的声速C2、传播介质部103的密度P ^ 流体104的密度P 2满足下式(2)。(p2/p i) < (CVC1) <1 .....(2)另夕卜，θ工用Q、C2, P1, P2设定满足下式(3)。(tan O1)2= [(P2/Pl)2- (C1ZC2)2] / [ (C1ZC2) 2_1] · · · · · (3)另外，θ工和θ 2之间存在下式(4)所示的关系。sin θ /C1 = sin θ 2/C2 .....(4)如专利文献4所示，当满足所述式(2)、式(3)和式(4)时，第2表面区域112中超 声波的透过效率大致为1。从而，能够提供可高效率接收及发送超声波的作为倾斜传播型超声波收发器本体101的倾斜传播型超声波传感器。专利文献1 JP特开2004-12421号公报专利文献2 JP特开2004-279259号公报专利文献3 :W02004/098234号公报专利文献4 美国专利申请公开第2005/0139013号说明书非专利文献1 “纳米发泡材料的声特性和在超声波传感器上的应用(一般/声 学影像)(Acoustic Properties of Nanofoam Material and itsApplied Ultrasonic Sensors) ”桥本雅彦、永原英知、杉之内刚彦(HASHIMOTO Masahiko, NAGAHARA Hidetomo, SUGINOUCHITakehiko)、社团法人电子信息通信学会发行、电子信息通信学会技术研究报 告、Vol. 105，No. 619、US2005-127 (P. 29-34)专利文献1所揭示的光麦克风与普通的麦克风同样，振动片的机械共振特性对 频带有很大影响。即，在低于振动片的机械共振频率的频率上具有比较平坦的频率特性， 不过，在共振频率以上，由于灵敏度急剧降低，从而作为麦克风的上限被限定到共振频率附 近。从而，采用振动片的现状的电容麦克风的高频带特性被限制到IOOkHz左右，在其以上 的情况下采用压电型。因而，构成一种具有既保持足够的灵敏度且频带特性延伸到IOOkHz 以上的振动片的麦克风是极其困难的。另外，专利文献2中揭示的激光多普勒麦克风没有振动片，因此不存在由于机械 共振产生的高频频带的限制。另外，使用的LDV其振动测量的高频带界限容易超过1MHz。 而与空气声压有关的折射率变化小，确保充分灵敏度需要极长的光路径。专利文献2所示 的例子中，为了获得足够的S/N，需要IOm以上的光路长。因而，对应的测量区域的小型化 极困难。从而，高频带区域中，在测量区域内容易发生声波干扰，很难进行准确的声压测量。 这种现象相当于振动片型时的机械共振，被称为“空穴共振”。即，测量范围的尺寸决定麦克 风的高频带界限，空气的声速比普通振动片的弹性波速度慢，因而，当测量区域与振动片面 积相同时，激光多谱勒麦克风的高频带界限较低。现有的光麦克风中存在的问题是，尽管光测量的频带幅度足够宽，但是由于利用 的机械共振或空穴共振而使高频频带受到限制，特别是很难在IOOkHz以上的超高频区域 下工作。另外，专利文献3的超声波收发器101中，声波向由干燥硅凝胶构成的传播介质部 103的接收没有频率特性，因而可在宽的频率区域中接收声波，不过，为了将接收的声波转 换成电信号，需要压电陶瓷等超声波振动元件102。干燥硅凝胶103和压电陶瓷102的声阻 值存在2个 3个数量级的差异，沿干燥硅凝胶103传播进入压电陶瓷102的声波在干燥 凝胶103和压电陶瓷102的界面(第1表面区域111)大部分被反射。被反射的声波在干 燥硅凝胶103内反向传播，一部分被释放到空气中，而其余的一边在干燥硅凝胶103内的边 界(第2表面区域112)反复进行反射，一边在干燥硅凝胶103内传播，成为混响。在由干燥硅凝胶构成的传播介质部103内作为用于向电信号转换的元件而配置 压电陶瓷102等声阻不同的物质这种构成中，本质上而言，这种在传播介质部103和超声波 振动元件102的界面(第1表面区域111)上的反射现象是不可避免的。伴随着该反射形 成的混响，与后面到达的声波信号重叠，成为降低S/N的主要原因，另外，还存在不必要的 共振现象等恶化频率特性的课题。
再有，专利文献3的超声波收发器101中，具有接收灵敏度低这样的问题。下面， 关于该问题的原因进行说明。沿流体104传播来的超声波的能量密度被接收到倾斜传播型超声波收发器本体 101时降低。这是接收灵敏度低的原因。利用图12说明接收灵敏度低的原因。图12中，实 线箭头表示超声波传播路径105。如上所述，为了使倾斜传播型超声波收发器本体101高效 地接收超声波，必须满足式(2)、式(3)和式(4)。此时，沿液体104传播来的超声波的路径 与第2表面区域112的法线所成的角度满足θ 2。从而，在图12中，超声波沿着流体104的长度(L2+L3+L4)范围朝着倾斜传播超声 波收发器本体101传播，再有，超声波的传播路径和第2表面区域112的法线所成的角度满 足θ2。在此，所谓长度L2的范围，是平行于超声波行进方向105的范围，意思是超声波没 有完全到达第2表面区域112的范围。所谓长度L3的范围是与长度L2的范围相邻、且平行 于超声波行进方向105的范围，意思是超声波能够完全到达第2表面区域112的范围。所 谓长度L4的范围是与长度L3的范围相邻、且平行于超声波行进方向105的范围，意思是超 声波没有完全到达第2表面区域112的范围。如图12所示，沿流体104的长度(L2+L3+L4)范围传播来的所有超声波不会完全被 倾斜传播型超声波收发器本体101接收。沿长度L3范围传播来的超声波到达第2表面区域 112，被倾斜传播型收发器本体101接收。可是，沿长度L2的范围及长度L4的范围传播来的 超声波无法到达第2表面区域112，不能被倾斜传播型超声波收发器本体101接收。也就是说，沿流体104传播来的超声波(在长度L2+L3+L4的范围内传播来的超声 波)中一部分超声波(沿长度L3的范围传播来的超声波)被倾斜传播型超声波收发器本 体101接收。并且，沿流体104的长度L3的范围传播来的超声波透过第2表面区域112，被长度 L1范围的超声波振动元件102检测到。此时，由于L3 < L1,因而，由倾斜传播型超声波收发 器本体101接收的超声波在第2表面区域112扩散，到达超声波振动元件102。从而，当超 声波被倾斜传播型收发器本体101接收时，其能量密度降低。随着该超声波具有的能量密 度降低，倾斜传播型超声波收发器本体101的接收灵敏度降低。基于以上理由，倾斜传播型超声波收发器本体101的接收灵敏度低。S卩，在第2表 面区域112能够接收的超声波的传播范围的长度L3小于超声波振动元件102的长度L1，从 而倾斜传播型超声波收发器本体101的接收灵敏度低。

发明内容
本发明即是鉴于上述问题而产生的，其目的在于提供一种直到大大超过现有麦克 风的高频带界限的超声波区域都能够进行声压测量且高灵敏度的光超声波麦克风。为了实现上述目的，本发明如下构成。根据本发明的第1方式，提供一种对充满气体的周围空间进行声波接收的麦克 风，这种光超声波麦克风，包括基座，其具有从所述周围空间接收所述声波的开口部、传递经由所述开口部接收 的所述声波的声波导路，并且，保持光声传播介质部，该光声传播介质部构成所述声波导路 至少一部分且传播从所述声波导路来的所述声波和光，
光源，其对所述光声传播介质部照射所述光，光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，检测由所述声波产生 的所述光的调制，和运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；所述光声传播介质部的光声传播介质的密度P n及声速Cn，与充满所述声波导路 的气体密度Pa及声速Ca之间满足下式。(Pa/Pn) < (Cn/Ca) < 1根据本发明的第8方式，提供一种光超声波麦克风，包括声波导构件，其具有第1开口，规定使从所述第1开口入射的声波向声波传播方向 传播的声波导路；光声传播介质部，其具有透过面，所述透过面设于所述声波导路并沿着所述声波 的传播方向构成所述声波导路的一个面，所述透过面的构成是随着在所述声波导路中传播 而分别使所述声波的一部分从所述透过面向所述光声传播介质部透过，会聚在会聚点上， 该光声传播介质部与所述声波导路相对配置，光源，其是对所述光声传播介质部的所述会聚点照射光，光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，并对因会聚在所述会 聚点的所述声波产生的所述光调制进行检测，和运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；所述光声传播介质部含有充满所述透过面和所述会聚点之间的传播介质，所述声波导路由环境流体充满，所述光声传播介质部的光声传播介质的密度P n 及声速Cn，在与充满所述声波导路的所述环境流体的密度P a及声速Ca之间，满足(Pa/Pn) < (Cn/Ca) < 1的关系，以从所述波导的所述第1开口到所述透过面上沿所述声波传播方向的任意点Pk 的所述声波导路的长度为Lak、从所述任意点Pk到所述会聚点的长度为Lnk时，相对于任意k 两足(Lak/Ca) +(LnkZCn) = const.的关系。发明效果根据本发明的光超声波麦克风，沿周围空间的气体传播来的声波从开口部接收到 声波导路，利用光测量从声波导路内沿光声传播介质部内行进的声波，从而，能够测量到大 大超出现有由振动片的机械共振等形成的界限的高频区域，且能够避免现有由于压电陶瓷 等的电声转换器对声波反射造成的影响，可进行更高灵敏且精密的声压测量。


本发明的上述内容及其他目的、特征，基于以下与附图所列的优选实施方式对应 的阐述能够进一步明确。在这些图中，图IA是本发明的第1实施方式的光超声波麦克风的立体图。图IB是本发明的第1实施方式的光超声波麦克风的局部剖开的主视图。
8
图2是本发明的第1实施方式的光超声波麦克风的X-Z截面图。图3是本发明的第1实施方式的光超声波麦克风的LDV输出波形一例的图。图4是表示本发明的第1实施方式的光超声波麦克风的光声传播介质部的声波传 播的等相位面的测量结果的图。图5A是本发明的第2实施方式的光超声波麦克风的立体图。图5B是图5A所示的光超声波麦克风的截面图。图5C是表示图5A所示光超声波麦克风的基座一部分的立体图。图5D是表示图5A所示光超声波麦克风的声波导构件一部分的立体图。图5E是说明图5A所示光超声波麦克风的声波传播、折射的图。图6A是说明本发明的第2实施方式的光超声波麦克风的声波会聚的图。图6B是具体表示图5A所示光超声波麦克风的声波传播状况的计算实验结果的 图。图6C是具体表示图5A所示光超声波麦克风的声波传播状况的计算实验结果的 图。图6D是具体表示图5A所示光超声波麦克风的声波传播状况的计算实验结果的 图。图6E是具体表示图5A所示光超声波麦克风的声波传播状况的计算实验结果的 图。图6F是具体表示图5A所示光超声波麦克风的声波传播状况的计算实验结果的 图。图6G是具体表示图5A所示光超声波麦克风的声波传播状况的计算实验结果的 图。图6H是表示在图6B 图6G所示实验中采用的声波波形的图。图61是表示本发明的第2实施方式的变形例的截面图。图7是表示本发明的第2实施方式的光超声波麦克风的光声传播介质部的声波传 播的等相位面的测量结果的图。图8是本发明的第2实施方式的光超声波麦克风的LDV输出波形一例的图。图9是本发明第3实施方式的光超声波麦克风的YZ截面图。图10是本发明的第3实施方式的变形例的光超声波麦克风局部透视状态的立体 图。图11是专利文献2的现有超声波收发器的截面图。图12是专利文献3的现有光麦克风的构成图。
具体实施例方式本发明者着眼于所述干燥硅凝胶在光学上具有近似透明的性质，发现光声传播介 质部的光声传播介质例如干燥硅凝胶中声压和折射率的变化率相对于空气中的变化率高1 个数量级左右。由声压造成的折射率变化率通常以固体、液体、气体的顺序增大，这是在通 常的材料中所看不见的极特异的性质。本发明的本质在于，利用能够从气体等声阻极低的物体向固体高效地传播超声波
9这种折射传播型超声波收发器的界面现象的基本原理，并且，使用满足这些条件的固体材 料由于声波而发生极大的折射率变化的这种现象，构成频带特性延长到极高频区域的光超 声波麦克风。以下根据附图详细说明本发明的实施方式。以下，在参照附图详细说明本发明的实施方式以前，关于本发明的各种方式进行 说明。根据本发明的第1方式，提供一种对充满气体的周围空间进行声波接收的光超声 波麦克风，包括基座，其具有从所述周围空间接收所述声波的开口部、传递经由所述开口部接收 的所述声波的声波导路，并且，保持光声传播介质部，该光声传播介质部构成所述声波导路 至少一部分且传播从所述声波导路来的所述声波和光，光源，其对所述光声传播介质部照射所述光，光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，检测所述声波对所述 光的调制，和运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；所述光声传播介质部的光声传播介质的密度P n及声速Cn，与充满所述声波导路 的气体密度Pa及声速Ca之间，满足下式。(Pa/Pn) < (Cn/Ca) < 1根据本发明的第2方式，在第1方式的光超声波麦克风中，所述光声传播介质部由 无机氧化物或有机高分子的干燥凝胶构成。根据本发明的第3方式，在第2方式的光超声波麦克风中，所述干燥凝胶具有密度 100kg/m3以上、声速300m/s以下的物性。根据本发明的第4方式，在第2或3方式的光超声波麦克风中，所述干燥凝胶的固 体骨架部进行了疏水化处理。根据本发明的第5方式，在第1 4任意一种方式的光超声波麦克风中，所述光源 为激光光源。根据本发明的第6方式，在第5方式的光超声波麦克风中，所述光检测装置检测来 自所述激光光源的激光的频率调制。根据本发明的第7方式，在第6方式的光超声波麦克风中，所述光源和所述光检测 装置采用由激光多普勒检测装置兼用的构成。根据本发明的第8方式，提供一种光超声波麦克风，包括声波导构件，其具有第1开口、规定使从所述第1开口入射的声波向声波传播方向 传播的声波导路；光声传播介质部，其具有透过面，所述透过面设置在所述声波导路上并沿着所述 声波的传播方向构成所述声波导路的一个面，所述透过面的构成是随着在所述声波导路上 传播而使所述声波的一部分分别从所述透过面向所述光声传播介质部透过，会聚在会聚点 上，该光声传播介质部与所述声波导路相对配置，光源，其是对所述光声传播介质部的所述会聚点照射光，光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，并对由于会聚在所述会聚点的所述声波产生的所述光调制进行检测，和运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；所述光声传播介质部含有充满所述透过面和所述会聚点之间的传播介质，所述声波导路由环境流体充满，所述光声传播介质部的光声传播介质的密度Pn 及声速cn，与充满所述声波导路的所述环境流体的密度P a及声速Ca之间，满足(Pa/Pn) < (Cn/Ca) < 1的关系，以从所述声波导路的所述第1开口到所述透过面上沿所述声波传播方向的任意 点Pk的所述声波导路的长度为Lak、从所述任意点Pk到所述会聚点的长度为Ln k时，相对于 任意k满足(Lak/Ca) +(LnkZCn) = const.的关系。根据本发明的第9方式，在第8方式的光超声波麦克风中，在所述声波导路的所述 第1开口前端连接着音响喇叭。根据本发明的第10方式，在第1 9任意一种方式的光超声波麦克风中，所述声 波导路的高度及宽度是由所述麦克风接收的超声波波长的1/2以下。根据本发明的第11方式，在第1 10任意一种方式的光超声波麦克风中，所述声 波导路由所述基座和所述光声传播介质部构成，所述声波导路的高度朝向所述声波导路的 终端侧减小。根据本发明的第12方式，在第1 11任意一种方式的光超声波麦克风中，所述周 围的气体是空气。根据本发明的第13方式，在第1 6任意一种方式的光超声波麦克风中，所述光 源和所述光检测装置采用由激光多普勒检测装置兼用的构成，沿着与所述声波从所述光声 传播介质部的一个面进入所述光声传播介质部内时的声波传播方向正交的方向，配置所述 激光多普勒检测装置的光轴，还具备沿着所述激光多普勒检测装置的光轴且与所述激光多 普勒检测装置相对配置的反光镜，在所述激光多普勒检测装置和所述反光镜之间且所述光 声传播介质部内构成光路径。以下，参照

本发明的超声波收发器的各种实施方式。(第1实施方式)以下，参照图IA 图4关于本发明的第1实施方式进行说明。图IA及图IB是该第1实施方式的光超声波麦克风1构成的立体图及局部剖开的 主视图。如图IA及图IB所示，以高度方向为Z方向，与高度方向相互正交的2方向为XY 方向，如此设定XYZ方向。光超声波麦克风1沿Y方向配置，光超声波麦克风1的厚度方向 成为X方向。图IA及图IB中，光超声波麦克风1是对充满气体(例如空气)14的光超声波麦 克风1的周围空间进行声波(例如超声波)接收的麦克风，具有从所述周围空间接收所述 声波的开口部4、传播经由所述开口部4接收的所述声波的声波导路6，同时，还包括基座3， 其保持由光声传播介质构成的光声传播介质部2，光声传播介质部2构成所述声波导路6至 少一部分、且传播从所述声波导路6来的所述声波和光；光源8，其对所述光声传播介质部
11照射所述光(例如激光10)，光检测装置8，其检测从所述光源8照射到所述声传播介质部 2内且从光声传播介质部2射出的所述光，检测随着所述声波产生的所述光的调制，运算部 9，其根据所述光检测装置8的检测结果求出用于声压换算的输出信号；所述光声传播介质 部2的光声传播介质的密度Pn及声速Cn，在充满所述声波导路6的气体密度Pa及声速Ca 之间，满足后述式(6)[其中，式(6)中，光声传播介质的密度Pn及声速Cn分别用密度Pnf 及声速Cnf表示。]。该第1实施方式中，作为所述光源及光检测装置的一例，具有所述光源 及光检测装置双方功能的激光多普勒检测装置，其具备利用以激光为代表的光，测量细微 且高速振动的激光多普勒振动仪(以下，简称为“LDV”。)，兼用所述光源及光检测装置双 方，同时作为运算部的一例具备LDV运算处理部9。作为所述光源及光检测装置的一例，由 激光多普勒振动仪(LDV)构成时，以其激光10的发光及受光部分作为LDV头8a，将其从具 有激光光源或干扰仪的本体部8b分离，能够只将LDV头8a对干燥硅凝胶2进行二维扫描。LDV头8相对于干燥硅凝胶2的表面(严格地讲，是透明支撑板7的表面)即ZY 平面，在ZY方向上分别进行二维移动、二维扫描，从而能够进行测量。为了二维扫描LDV头 8，而如图2所示具备LDV头移动装置88。LDV头移动装置88能够用例如XY工作台构成。所述构成中，利用光声传播介质部2、基座3及透明支撑板7构成声波导路6及开 口部4。声波导路6设计成随着从开口部4沿Y方向朝向声波导路6终端部，Z方向的尺寸 逐渐变小。此时，作为一例，声波导路6的X方向尺寸(宽度尺寸)从开口部4到终端部取 作一定的宽度尺寸，不过也可以不取作一定的宽度尺寸，而使宽度尺寸逐渐变小。更具体地说，光声传播介质部2由厚度一定的四边形平板状构件构成，以便能够 收纳保持在基座3的凹部3a内。基座3由大致板状构件构成，一个面上具有能够收纳光声传播介质部2且深度一 定的凹部3a。该凹部3a的平面形状为梯形，从而构成声波导路6—部分(上面)的基座 3的凹部3a内面3b，随着从声波导路6的一个开口端部的开口部4沿Y方向(声波导路6 的纵向)朝向声波导路6的终端部而接近光声传播介质部2的上面2a。由于采用这样的构 成，声波导路6的Z方向尺寸随着从开口部4朝向声波导路6的终端部而逐渐变小。声波 导路6在图IA中，形成为大致长方体形状的空间，使其左右侧面由基座3的凹部3a底面3c 和透明支撑板7内面构成，声波导路6的上面由基座3的凹部3a侧面3b构成，声波导路6 的下面由光声传播介质部2的上面2a构成。另外，基座3的凹部3a的底面3c形成能够反 射以激光为代表的光的镜面。作为一例，基座3能够用铝材、或在凹部底面3c形成反射膜 的树脂材料构成。作为基座3的材料能够用普通的金属材料或塑料材料构成。还有，从光 声传播介质部2或声波导路6进入这些构件的声波是几乎可以忽略的程度。这是因为与空 气或纳米多孔体相比，这些材料的声阻极大。透明支撑板7是透光性优异的透明薄板状构件，至少覆盖基座3的凹部3a的整个 面、优选覆盖基座3的形成凹部3a的整个面，从而支撑收纳在基座3的凹部3a内的光声传 播介质部2。另外，透明支撑板7除了支撑光声传播介质部2以外，还构成反射激光10的光 路径的一部分，该激光10从利用以激光为代表的光测量细微且高速振动的激光多普勒振 动仪即LDV头8照射，透过光声传播介质部2，并且，透过了光声传播介质部2的激光10在 基座3的凹部3a底面(镜面)3c进行反射，之后再透过光声传播介质部2。透明支撑板7 用普通的玻璃材料或丙烯酸树脂等树脂材料就能够获得足够的性能。还有，从光声传播介质部2或声波导路6进入这些构件的声波、及通过透明支撑板7的声波泄漏是几乎能够忽 视的程度。这是因为与空气或纳米多孔体相比，这些材料的声阻极大。从而，在基座3的凹部3a中收纳光声传播介质部2后，用透明支撑板7覆盖基座 3的凹部3a及光声传播介质部2进行固定，其结果是形成只有开口部4向外部开口，基座3 的凹部3a的其他部分不开口的构成。图IA及图IB的构成中，作为光声传播介质部2的光声传播介质材料的一例，采用 的是固体骨架部被疏水化了的干燥硅凝胶。即，光声传播介质由无机氧化物或有机高分子 的纳米多孔体、例如硅纳米多孔体构成。从操作的容易度及强度上的观点而言，光声传播 介质部2的厚度至少为Imm以上。作为一例，其大小为20mmX20mm。所述干燥硅凝胶如上 所述通过调整制造工艺，而能够使光声传播介质部2的光声传播介质的密度为100kg/m3以 上、光声传播介质部2内部的声速为300m/s以下。这种干燥硅凝胶与作为周围环境气体14 的空气的关系满足下式(6)。( ρ a/ ρ NF) < (CNF/Ca) < 1 ......(6)在此，所述式(6)中，Pa、CaR PNF、Cnf分别表示空气的密度和声速、还有干燥硅 凝胶的密度和声速。专利文献3示出在所述式(6)成立的条件下，在空气和干燥硅凝胶的 临界面存在反射系数为0的折射角。即，这意味着存在从空气中到达了临界面的声波能量 无损失地被干燥硅凝胶摄入的角度。另外，所述干燥硅凝胶的固体骨架部进行了疏水化，其密度为500kg/m3以下。该 干燥凝胶是平均细孔直径为IOOnm以下的纳米多孔体干燥凝胶(纳米多孔质干燥凝胶)。还有，优选无机氧化物的干燥凝胶的固体骨架部至少以氧化硅(二氧化硅)或氧 化铝为成分。另外，有机高分子的干燥凝胶的固定骨架部能够由一般性的热硬化性树脂、热 塑性树脂构成。能够采用例如，聚氨酯、脲醛树脂、苯酚硬化树脂、聚丙烯酰胺、或聚甲基丙 烯酸甲酯等。光声传播介质部2由例如以二氧化硅为主成分的纳米多孔体干燥凝胶形成时，如 果其密度P1SZOOkgAi3,则能够设定声速QSlOOm/s 180m/s程度的范围。当充满周 围空间的流体为空气时，空气的密度口2为1.22kg/m3、声速C2* 340m/s，因此，采用所述光 声传播介质部2，从而能够同时满足P2 < P 1及(1 < C2的关系，且满足(P2ZiP1) < (C1/ C2)的关系。根据所述构成，在空气中传播来的声波沿着声波传播方向5向开口部4入射，从开 口部4向声波导路6内入射。在声波导路6中传播的声波随着其传播而从光声传播介质部 2的上面2a进入构成光声传播介质部2的干燥硅凝胶中，沿声波传播方向94 (参照图1B) 传播。93模拟性表示声波传播的等相位面(波面)。另一方面，从LDV头8向干燥硅凝胶2 照射的激光10，通过干燥硅凝胶2中，经由基座3凹部3a的底面3c进行反射，被反射的激 光10再通过干燥硅凝胶2中，从干燥硅凝胶2射出，再由LDV头8受光。此时，激光10通过 干燥硅凝胶2中之际，由于所述进入的声波而使激光被调制。该激光10的调制，由随着声 波在干燥硅凝胶2中的传播而产生的干燥硅凝胶2内部的密度变化及折射率变化而引起。 从LDV头8照射并通过干燥硅凝胶2的激光10、或暂时通过干燥硅凝胶2后再被基座3凹 部3a的底面3c反射并通过干燥硅凝胶的激光10，不管是否被进入所述干燥硅凝胶2的声 波进行调制，最终都从干燥硅凝胶2射出，再由LDV头8受光，经由LDV运算处理部9进行光学及电学解调。被所述声波调制的激光10经由LDV运算处理部9进行光学及电学解调， 以调制的信号形式生成。该调制的信号以作为用于声压换算的输出信号一例的LDV测量速 度信号(或积分的位移信号)形式从LDV运算处理部9输出，根据该输出信号，经与LDV运 算处理部9连接的声压换算用运算部90能够换算在干燥硅凝胶2内部传播的声波的声压。在此，在干燥硅凝胶2内部利用激光10进行的声波测量点，声波完全成为行进波。 另外，在通常的LDV记录程度的激光输出中，由激光造成的声波影响能够被忽视。另外，该 第1实施方式的光超声波麦克风1因为是没有现有的麦克风或超声波传感器那样的振动片 或压电元件等电气机械转换机构的结构，所以不存在这些电气机械转换机构带来的声波反 射现象成为原因的混响或无用共振等，从而在所述光超声波麦克风1中，能够进行极其忠 于原音的声波测量。再有，在所述光超声波麦克风1中，关于测量点以后的部分，没有结构 上的制约，从而，能够在测量点以后的光声传播介质部2的端部构成声波吸收机构或声波 散射机构，能够抑制光声传播介质部2内的无用的声波传播。图2是本发明的第1实施方式的所述超声波麦克风的X-Z方向的截面图。以下， 参照图2，说明本发明的声压测量的原理。图2中，声波导路6从图2的纸面表侧向里侧方 向传播声平面波。声平面波的一部分被作为光声传播介质部2的干燥硅凝胶摄入，沿声波 传播方向21 (只对应于声波传播方向94的向下成分94)传播。声波传播方向21简单表示 成向下，而实际上还同时具有朝向空气和干燥硅凝胶2的图2纸面里侧的成分。在干燥硅凝胶2内传播的声波，在此以浓淡表示为脉冲上的波束22。波束22的黑 的部分是声压为0的部分，白的部分表示声压的峰值(包括正负)。在波束22的白的部分， 由于声压而产生干燥硅凝胶2的体积V的伸缩、即体积变化AV。基于这些体积变化Μ, 干燥硅凝胶2的折射率η变化Δη。这些关系成为式(7)。Δ V/V = - ( Δ η/ (η-1)) ......(7)本发明的第1实施方式中，如上所述，在干燥硅凝胶2内部，声波以声平面波形式 传播。从而，所述体积变化Δν只限定为声波行进方向的位移，从而，式(8)成立。AV/V = Δ 1/1 = S ......(8)在此，1表示干燥硅凝胶2上伴随着声波的声波传播方向的长度、Δ 1表示干燥硅 凝胶2上伴随着声波的声波传播方向的位移、S表示声波传播方向上干燥硅凝胶2的变形。 干燥硅凝胶2内部的声压P由变形S和干燥硅凝胶2的弹性常数E NF用式(9)表现。P = -SXEnf ......(9)另外，弹性常数Enf由干燥硅凝胶2的密度P NF、声速Cnf利用下式(10)求出。Enf = CNF2X PNF ......(10)根据式(6) 式(10)，禾Ij用干燥硅凝胶2内部的声压P干燥硅凝胶2的密度P NF、 声速Cnf、折射率η、折射率变化Δη、还有声波和激光10干扰的距离L、测量中使用的LDV头 8的位移输出AL或速度输出ν，形成式(11)。
γ ι^bn... P = -C2Nf^Pnf Χ ——
n-l=-CV χPnf χ(Λ An*L = n*AL)
14
^-C2NF XPnf
n-\LJ......(11)从而，利用输出的速度输出ν或位移输出AL，就能够测量声压P。所述第1实施方式的1个实施例中，干燥硅凝胶2密度为160kg/m3、声速90m/s。 折射率η = 1.07。根据专利文献3揭示的理论，在从空气入射的入射角89. 5度下反射率为 0，此时的折射角约16度。如上所述，从空气入射的入射角与临界界面几乎平行，因此，当在 声波导路6上传播声平面波时，声压值与声平面波具有的声压值相同的声平面波向干燥硅 凝胶2内部传送。第1实施方式的声波导路6随着远离开口部4(随着从开口部4朝向终 端部)，其高度逐渐降低(Ζ方向的尺寸逐渐变小)。根据该效果，形成一种结构是即使干燥 硅凝胶2内部摄入声能量，声波导路6内部的声压也不会降低，声压保持不变的声平面波向 干燥硅凝胶2内。以下，从原理评价系统的关系，对用IOOkHz以下声波进行的原理验证结果进行阐 述。作为测量声波，表示在中心频率40kHz、驱动信号1波長下从宽频带高频扬声器放射时 的结果。考虑中心频率40kHz，设定声波导路6的宽度和初始高度(开口部4上的高度) 都为4mm。作为光声传播介质部2 —例的干燥硅凝胶的厚度也是4mm。测量在干燥硅凝胶 2中往返的激光10，采用使用了波长633nm的He-Ne激光器的外差式的激光多普勒振动仪 (LDV头8)作为光源及光检测装置的一例。由声波产生的光的调制为频率调制。基座3采 用铝材，透明支撑板7使用厚度Imm的丙烯酸板。从He-Ne激光器照射的激光10通过了透 明支撑板7的丙烯酸板之后向干燥硅凝胶2入射，经由基座3凹部3a的底面3c进行反射， 沿光路径反向传播，回到LDV头8。从而，用于声波测量的光路径是干燥硅凝胶2厚度4mm 的2倍，为8mm。图3表示本发明的第1实施方式的光超声波麦克风1的LDV输出波形(位移振幅 测量波形)31的一例，是图4中Y = 8mm、Z = 3mm的位置上的波形。利用图3忠实再现由 高频扬声器形成的发送声压，表示可进行极宽频带的声压测量。即，根据本发明的第1实施 方式，能够进行之前很难实现的高频区域且宽频带的超声波接收，能够实现具有IOOkHz以 上实效频带的标准麦克风。图4是根据用LDV头8对干燥硅凝胶2内部的声波传播进行2维扫描检测的传播 时间结果，表示声波传播的等相位面(波面)42的状况。能够观察到，声波传播方向41与 设计值大致一致，在约16度折射角下在干燥硅凝胶2中以平面波形式进行传播，确认了与 理论设计相符的动作。根据图3的波形31，峰值位移约22nm。从式(11)换算的声压P约54. 5Pa左右， 比输入换算声压38Pa稍高。其原因是所述光超声波麦克风1和用于声压校正的标准麦克 风的衍射效果。所述测量并换算的声压和所述输入换算声压在数量级上十分一致，通过将 所述测量并换算的声压适当校正，从而能够进行极准确的声压测量。每IPa声压的折射率 变化率约为5. 4X ΙΟ"8,与空中的折射率变化(2. OX 10_9)或水的折射率变化(1. 5X 10_1(1)相 比大1个数量级以上。基于这么大的折射率变化，从而能够在用于声波测量的光路长为8mm 这样极短的光路径中进行声压测量。还有，在此，采用干燥硅凝胶2作为光声传播介质部的一例，而在原理上只要用有
15机干燥凝胶满足式(6)，就能够使用。这种情况下，需要选择吸收少的波长频带的LDV头8 使用。另外，作为透明支撑板7，只要相对于使用的激光10吸收少即可，另外，如果利用基座 3等结构就能够充分保持光声传播介质部2，则没有透明支撑板7也没关系。(第2实施方式)图5A表示本发明的第2实施方式的光超声波麦克风51的立体图。以下，关于与 第1实施方式相同功能、类型的构成要件，使用相同号码。图5A中，51表示光超声波麦克风，52表示与第1实施方式的声传播介质部2具有 相同功能、且由作为光声传播介质一例的干燥硅凝胶构成的光声传播介质部，53表示与第 1实施方式的基座3具有相同功能的基座，71表示音响喇叭(会聚部)的开口，55表示声波 (例如超声波)的声波传播方向，56表示用以形成与第1实施方式的声波导路6具有相同 功能的声波导路60的声波导构件，57表示干燥硅凝胶52的声波会聚点，58表示与第1实 施方式的激光10同样的激光。图5A所示第2实施方式的光超声波麦克风51的特征在于，具有音响喇叭及其开 口 71，干燥硅凝胶52及声波导路60形成为曲线形状。图5A中，为了便于理解，将位于干燥 硅凝胶52表面侧的基座53的一部分剖开，露出干燥硅凝胶52进行图示，而实际上，干燥硅 凝胶52表面除了后述的测量用通孔53a以外，全部被基座53覆盖。S卩，用基座53支撑干 燥硅凝胶52的图5A表面、里面、左侧面及底面，且用声波导构件56覆盖剩下的右侧面构成 为声波导路60的一部分，从而，干燥硅凝胶56由基座53和声波导构件56充分保持，不用 设置相当于所述第1实施方式的透明支撑板7的透明支撑体。为了方便起见，激光58只记 载空中的路径。LDV头8及LDV运算处理部9与第1实施方式相同。本发明第2实施方式的光超声波麦克风51能够从气体等声阻极小的环境流体14 向固体高效地传播声波，并将透过固体的声波在固体内部会聚，从而能够提高声波的能量 密度，据此能够高灵敏度地接收声波。沿环境流体传播的声波，从连结在声波导构件56前端的作为音响喇叭的会聚部 77的开口部71入射，通过会聚部77，声波的声压得到提高。经会聚部77提高了声压的声 波，被导向与会聚部77连结的声波导构件56的声波导路60。声波导路60将声波向规定方 向传播。作为光声传播介质部一部分的干燥硅凝胶52，与声波导构件56相邻，构成声波导 路60 —部分，随着声波在声波导路60内传播，声波从与声波导路60相接的界面一点一点 地向光声传播介质部52透过。此时，声波的传播方向在界面发生折射。向光声传播介质部52透过的声波，向传播介质部52内入射，以使向设置LDV头8 的位置即会聚点57会聚，从而，LDV头8利用激光58与第1实施方式同样地对向光声传播 介质部52 —点一点透过且在会聚点57会聚的声波进行检测。基座53的设置是为了保持 传播介质部52。基座53实际上也设置在光声传播介质部52的X方向上的面前一侧及里面 一侧，不过，图5A中为了显示光声传播介质部52而被省略。以下，详细说明各部分的结构。图5B表示图5A所示光超声波麦克风51 —部分在X方向上的会聚部77及声波导 构件56的中央，用与YZ平面平行的平面剖开的截面图。会聚部77是一种音响喇叭，规定了内空间70，该内空间70具有与声波导构件56 开口(第1开口)63连接的端部72及开口(第2的开口)71。开口 71比开口 63大。从开口 71沿声波传播方向55入射的声波，经由内空间70而控制传播方向并且被压缩。从而， 内空间70的构成是从开口 71沿着声波传播的传播方向g7，其垂直于传播方向g7的截面积 a7逐渐变小。更优选是，限制内空间70的会聚部70内侧面沿着传播方向g7具有曲面形状，使 截面积a7相对于从开口 71朝向声波导路60开口 63的传播方向g7呈指数函数性减小。会 聚部77的X方向的横向尺寸可以是一定的，也可以是宽度尺寸逐渐减小。当会聚部77的 X方向宽度尺寸为一定时，Z方向的宽度尺寸优选是相对于传播方向g7呈指数函数性减小 这样构成。另外，也可以将会聚部77的X方向的宽度尺寸及Z方向的宽度尺寸相对于传播 方向^呈^ e比例减小，从而使截面积a7呈指数函数性减小。像这样，截面积^呈指数函 数性减小，从而能够将声波在会聚部77的反射抑制到最小程度，能够保持相位不乱地压缩 声波，提高声压。会聚部77是例如Y方向具有IOOmm长度、开口 71在Z方向及X方向分别具有50mm 长度的正方形状。另外，端部72是X方向及Z方向具有2mm长度的正方形状。该第2实施 方式中，使长度沿Z方向及X方向两个方向上变化。在以喇叭开口 71的位置作为Y方向的 原点(0)时，从原点起Y方向位置=0mm/20mm/40mm/60mm/80mm/100mm的各个位置的内空 间70的X方向及Z方向长度(X方向长度和Z方向长度在各个位置上相同。)为50.0mm/2 6. 3mm/13. 8mm/7. 2mm/3. 8mm/2. Omm0根据具备上述尺寸的会聚部77，与不设置会聚部77的情况相比，可获得约IOdB左 右的声压上升效果。另外，声压随着时间变化形成的声压波形的形状，在开口 71和端部72 的测定结果几乎没有发现变化，不会扰乱沿环境流体(例如空气)14传播的声波，在端部 72，声波能量被压缩。会聚部77能够通过机械加工将例如金属的壁厚5mm的铝板加工成规定形状从而 构成。只要是几乎不会透过沿内空间70传播的声波、利用形状的效果能够提高声波能量的 密度，也可以利用铝以外的材料形成会聚部77。例如，可以采用树脂或陶瓷等材料构成会聚 部77。另外，会聚部77也可不具有喇叭型的外形，只要内空间70具有如上所述的喇叭形状 即可。声波导构件56规定将声波向规定方向传播的声波导路60。该第2实施方式中，波 导路60如图5B所示，在ZY平面上，传播方向g6发生弯曲，ZY平面上的宽度尺寸也根据位 置的不同而发生变化。传播方向^与ZY平面平行。波导路60的X方向的宽度尺寸也一 定，例如为2mm。不过，也可以设计成X方向的宽度尺寸也变化。声波导路60包括与光声传播介质部52相接且受与光声传播介质部52的界面限 制的透过面61和受声波导构件56限制的波导路外面62。另外，波导路60的X方向的面前 一侧及里面一侧也受到声波导构件56限制。如以下所作详细说明，随着声波沿波导路60传播，声波的一部分从透过面61向光 声传播介质部52透过，沿波导路60传播的声波能量降低。因而，为了压缩声波以补偿能量 降低，而减小波导路60的截面积。具体地说，透过面61和波导路外面62在YZ平面上垂直 于传播方向g6的宽度相对于传播方向单调减小，波导路60在波导终端64被封闭。从而， 能够保持沿波导路60传播的声波能量密度为一定并且将声波有效地向传播介质部52折射 透过。
如上所述，透过面61受光声传播介质部52限制，透过面61成为向光声传播介质 部52透过声波的透过面。光声传播介质部52具备声波传播速度比环境流体14慢的特征， 由传播介质构成。也就是说，将传播介质及环境流体14中的声波声速作为(；及Ca时，满足 以下的关系式(12)。(CJCa) <1 ......(12)作为这种传播介质，可举出无机氧化物或有机高分子的干燥凝胶。作为无机氧化 物的干燥凝胶，优选采用干燥硅凝胶。干燥硅凝胶例如通过以下方法获得。首先，制作混合了四乙氧基硅烷(以下，简称TE0S)、乙醇及氨水的溶液，使其凝胶 化，制作湿润凝胶。所谓湿润凝胶是指在干燥凝胶的空孔部分充满液体的状态。将该湿润 凝胶的液体部分用液体二氧化碳置换，通过使用了二氧化碳的超临界干燥法去除，从而获 得干燥硅凝胶。干燥硅凝胶的密度能够通过改变TE0S、乙醇及氨水的混合比来调整，声速对 应于密度而变化。干燥硅凝胶是由氧化硅的细微多孔质结构组成的材料，骨架部分被疏水化。空孔 及骨架部分的大小为几nm左右。若从这种结构体的空孔部分中含有液体的状态直接将溶 剂干燥，则溶剂挥发时由于毛细管现象产生较大的作用力，容易破坏骨架部分的结构。为了 防止这种破损，采用没有表面张力作用的超临界干燥法，从而能够不破坏骨架部分地获得 干燥凝胶体。如以下所作详细说明，光声传播介质部52的传播介质更优选是以传播介质及环 境流体14的密度分别作为PnR P 3时，满足以下的条件式(13)。( ρ a/ ρ n) < (CJCa) < 1 ……(13)光声传播介质部52的传播介质更优选是具有100kg/m3以上的密度P n及300m/s 以下的声速Cn。构成该第2实施方式中采用的光声传播介质部52的干燥硅凝胶的密度Pn及声 速(；分别是200kg/m3及150m/s。这些值是满足专利文献1所示折射传播现象的材料。还 有，空气的密度P a、声速Ca在室温附近分别是1. 12kg/m3、340m/s。另外，光声传播介质部52由于实现将从环境流体14接收的声波传播到会聚点57 的作用，所以若内部损失大，则到达会聚点57的声波减弱。因而，光声传播介质部52优选 是采用内部损失少的材料。干燥硅凝胶是满足上述声速及密度的条件、内部损失小的。这种干燥硅凝胶密度低，因而机械强度也低，从而，操作困难。该第2实施方式中， 为了支撑光声传播介质部52设计了基座53。声波导构件56及基座53能够以例如图5C及图5D所示的形状构成。如图5C所 示，采用铝构件成形声波导构件56，以限制包括波导路外面62在内的波导路60。另一方面，如图5D所示，准备保持光声传播介质部52的基座53。由基座53保持 的光声传播介质部52的露出面限制透过面61。首先成形的是由例如多孔质陶瓷构成的基 座53，将基座53镶嵌入限制透过面61的面由氟类树脂等构成的模具中，往空气内导入湿润 凝胶。然后，将液体部分用液体二氧化碳置换进行干燥，从而获得光声传播介质部52和基 座53被一体化的构件。如图5D所示，使保持光声传播介质部52的基座53的A及B两端部分、图5C所示 声波导构件56的C及D两端部分分别对应，利用环氧树脂等粘合材料等接合在一起，从而能够构成透过面61受光声传播介质部52限制的波导路60。接下来，对声波导构件56所限制的波导路60及光声传播介质部52的几何学形状 和声波的传播进行详细说明。图5E放大表示波导路60的一部分。图5E中用虚线表示透过面61及波导路外面 62，单点划线表示透过面61任意点上的切线的垂直线。另外，箭头55a表示声波的传播方 向。如图5E所示，在波导路60内行进的声波一边随着波导路60的形状而变化行进方 向，一边在充满波导路60的环境流体14中传播。其中，向作为波导路60和光声传播介质 部52界面的透过面61接触的声波成分，相对于透过面61的法线以角度θ a入射到透过面 61，以满足斯涅耳折射定律的方式，与透过面61的法线呈一定角度θ η向光声传播介质部 52折射透过，。光声传播介质部52内部的声波传播方向的角度θη用下式(14)表示。在此，满 足所述式(12)关系时，由式(14)求出的角度θ η为正值，向光声传播介质部52内折射透 过声波。
权利要求
一种光超声波麦克风，对充满气体的周围空间进行声波接收，其特征在于，包括基座，其具有从所述周围空间接收所述声波的开口部和传递经由所述开口部接收的所述声波的声波导路，并保持光声传播介质部，该光声传播介质部构成所述声波导路至少一部分并传播从所述声波导路来的所述声波和光，光源，其对所述光声传播介质部照射所述光，光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，检测所述声波对所述光的调制，和运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压；所述光声传播介质部的光声传播介质的密度ρn及声速Cn，与充满所述声波导路的气体密度ρa及声速Ca之间满足下式。(ρa/ρn)＜(Cn/Ca)＜1
2.根据权利要求1所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光声传播介质部由无机 氧化物或有机高分子的干燥凝胶构成。
3.根据权利要求2所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述干燥凝胶具有密度 100kg/m3以上、声速300m/s以下的物理性质。
4.根据权利要求2或3所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述干燥凝胶的固体骨架 部进行了疏水化处理。
5.根据权利要求1 3任意一项所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光源为激光 光源。
6.根据权利要求5所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光检测装置检测来自所 述激光光源的激光的频率调制。
7.根据权利要求6所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光源和所述光检测装置 由激光多普勒检测装置兼构成。
8.一种光超声波麦克风，其特征在于，包括声波导构件，其具有第1开口，该声波导构件规定使从所述第1开口入射的声波向声波 传播方向传播的声波导路；光声传播介质部，其与所述声波导路相对配置，具有设于所述声波导路的透过面，所述 透过面沿着所述声波的传播方向构成所述声波导路的一个面，所述透过面构成为，随着所 述声波在所述声波导路中传播而分别使所述声波的一部分从所述透过面向所述光声传播 介质部透过会聚在会聚点，光源，其对所述光声传播介质部的所述会聚点照射光，光检测装置，其检测从所述光声传播介质部射出的所述光，并对由于会聚在所述会聚 点的所述声波产生的所述光的调制进行检测，和运算部，其根据所述光检测装置的检测结果求出声压； 所述光声传播介质部含有充满所述透过面和所述会聚点之间的传播介质， 所述声波导路由环境流体充满，所述光声传播介质部的光声传播介质的密度Pn及声 速Cn，与充满所述声波导路的所述环境流体的密度P a及声速Ca之间，满足 (Pa/Pn) < (Cn/Ca) < 1 的关系，以从所述声波导路的所述第1开口到所述透过面上沿所述声波传播方向的任意点Pk 的所述声波导路的长度为Lak、从所述任意点Pk到所述会聚点的长度为Lnk时，相对于任意k 两足(Lak/Ca) + (Lnk/Cn) = const.的关系。
9.根据权利要求8所述的光超声波麦克风，其特征在于，在所述声波导路的所述第1开 口前端连接着音响喇叭。
10.根据权利要求1 3、8、9任意一项所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述声波 导路的高度及宽度是由所述麦克风接收的超声波波长的1/2以下。
11.根据权利要求1 3、8、9任意一项所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述声波 导路由所述基座和所述光声传播介质部构成，且使所述声波导路的高度越向所述声波导路 的终端侧越减小。
12.根据权利要求1 3、8、9任意一项所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述周围 空间中的气体是空气。
13.根据权利要求1 3任意一项所述的光超声波麦克风，其特征在于，所述光源和所 述光检测装置由激光多普勒检测装置兼构成，沿着与所述声波从所述光声传播介质部一个面进入所述光声传播介质部内时的所述 声波的声波传播方向正交的方向，配置所述激光多普勒检测装置的光轴，还具备反光镜，该反光镜沿着所述激光多普勒检测装置的光轴且与所述激光多普勒检 测装置相对配置，在所述激光多普勒检测装置和所述反光镜之间且所述光声传播介质部内构成光路径。
全文摘要
一种光超声波麦克风，由传递从开口部(4)接收的声波的声波导路(6)、形成声波导路(6)壁面至少一部分的光声传播介质(2)、LDV头(8)构成，光声传播介质(2)中接收沿声波导路(6)行进的声波，在光声传播介质(2)内高效地随着声波行进而产生折射率变化，利用LDV头(8)以光调制的形式提取，从而构成极宽频带的光超声波麦克风。
文档编号G01H9/00GK101940004SQ200980100100
公开日2011年1月5日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者杉之内刚彦, 桥本雅彦, 永原英知 申请人:松下电器产业株式会社