JP6178285B2 - 光マイクロフォン、そのプログラム、制御方法、および補聴器 - Google Patents

Description

本発明は、光マイクロフォン、そのプログラム、制御方法、および補聴器に関するものである。

音波により発生する機械的変位を光学的に検出し、音声として復調する光マイクロフォンが知られている。光マイクロフォンは一般的には、音圧によって振動する振動板に光波を照射し、当該振動板の振動変位を反射光の光強度の変化として検出するものである。このような光マイクロフォンは、高い指向特性や耐ノイズ性を有するという特性から、広く応用が期待されている。

しかしながら、振動板の微小な振動変位の差分を検出する為には、振動板への入射光、及びその反射光の光路安定性が確保されていることが不可欠である。光学系に生じたずれによる光信号の変調は、全て振動板の変位として復調音声に影響するからである。従って、各光学系は常に高い光学精度が維持されていなければならない。そのため、光マイクロフォンには、様々な光学部品が導入されてきた。

特開２００２−１８６０９９号公報 特開２００５−３１８４６２号公報

特許文献１には、振動板への入射光、及びその反射光を伝達するための光ガイドを設けた光マイクロフォンが開示されている。また、特許文献２には、振動板への入射光を伝達するための光導波路と、特定方向に光波を集光する回折格子と、を有する光マイクロフォンが開示されている。

しかし当然ながら、これらの光学部品にも、光路安定性のために精度の高い設置技術や調整機構が求められる。特に小型化した製品においては電子顕微鏡レベルでの調整が必要とされ、その場合には高コスト化や、さらなる歩留まりの悪化が問題となる。また、外部衝撃や保持機構の劣化等により、製造後に位置ずれが生じる場合もあり、光学系に安定した精度を保つことは難しかった。

そこで本発明は、光学系の状態に応じた正確な音声復調が可能な光マイクロフォンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光マイクロフォンは、光波を放射する光源と、音圧によって変調する前記光波を受光する光検出器と、前記光検出器の出力信号から、前記光波の受光パターンを生成するパターン生成部と、前記受光パターンを、特定の音圧に応じた標準の受光パターンと比較し、前記受光パターンに対応する前記標準の受光パターンを特定して、当該標準の受光パターンに応じた音圧を出力させるパターン比較部と、を有する制御装置と、を備えることを特徴とする。

また、前記特定の音圧を発生させる音源を、さらに有し、前記パターン生成部は、前記音源の発生する音圧に応じた標準の受光パターンを生成することを特徴とする。

また、前記音圧を受けて振動し、前記光波を変調させる振動板を、さらに有し、前記光波は、前記振動板によって反射し、前記光検出器へと入射することを特徴とする。

また、前記光検出器上に、回折格子を有することを特徴とする。

また、前記振動板は、光透過性を有し、前記光波は、前記振動板を透過して、前記光検出器へと入射することを特徴とする。

また、前記振動板には、前記光波を変調する障害が形成されていることを特徴とする。

また、前記光検出器は、フォトダイオードを含むことを特徴とする。

また、前記光源を、複数含むことを特徴とする。

また、光マイクロフォンを制御するための制御装置のプログラムであって、前記プログラムは、光検出器の出力信号から、光波の受光パターンを生成するパターン生成ステップと、前記受光パターンを、特定の音圧に応じた標準の受光パターンと比較し、前記受光パターンに対応する前記標準の受光パターンを特定して、当該標準の受光パターンに応じた音圧を出力させるパターン比較ステップと、を前記制御装置に実行させることを特徴とする。

また、光マイクロフォンを制御するための制御方法であって、光検出器の出力信号から、光波の受光パターンを生成するパターン生成ステップと、前記受光パターンを、特定の音圧に応じた標準の受光パターンと比較し、前記受光パターンに対応する前記標準の受光パターンを特定して、当該標準の受光パターンに応じた音圧を出力させるパターン比較ステップと、を含むことを特徴とする。

また、上記に記載の光マイクロフォンを含む補聴器であることを特徴とする。

また、前記補聴器は、前記光マイクロフォンを、複数含んでいることを特徴とする。

本発明によれば、光学系の状態に応じた正確な音声復調が可能な光マイクロフォンを提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第一の実施形態に係る光マイクロフォン１０の断面図。 光マイクロフォン１０の機能構成図。 音源制御部１５１１、及びパターン生成部１５１２の実行する処理の一例を示すフロー図。 標準音波の一例を示す波形図。 フォトダイオードアレイの受光パターンを概念的に説明する説明図。 パターンテーブル１５２１の一例を示す図。 パターン生成部１５１２、及びパターン比較部１５１３の実行する処理の一例を示すフロー図。 スピーカ１６に印加される電気信号による復調音声の一例を示す波形図。 コンピューター９００のハードウェア構成の一例を示す構成図。 本発明の第二の実施形態に係る光マイクロフォン２０の斜視図。 本発明の第三の実施形態に係る光マイクロフォン３０の斜視図。 本発明の第四の実施形態に係る光マイクロフォン４０の斜視図。 本発明の第五の実施形態に係る光マイクロフォン５０の斜視図。 本発明の第六の実施形態に係る光マイクロフォン６０の斜視図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながらより具体的に説明する。

＜第一の実施形態＞
まず、本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る光マイクロフォン１０の断面図である。また図２は、光マイクロフォン１０の機能構成図である。

図１に示すように、光マイクロフォン１０は、標準音波を発生させるための音源１１と、振動板１２と、振動板１２に光を照射する光源１３と、振動板１２からの反射光を受光する光検出器１４と、制御装置１５と、スピーカ１６と、筐体１７と、を有している。なお、音源１１、振動板１２、光源１３、光検出器１４、制御装置１５、及びスピーカ１６の一部は、筐体１７内に収められている。

音源１１は、振動板１２に向けて音波を発生する機構である。この音源１１の発生する音波によって得られる光信号は、後述の制御装置１５において実行される処理に用いられる。以下、音源１１の発する音波を標準音波と称する。標準音波については、後述する。なお、音源１１は筐体１７の外部に設けられていてもよく、一定の距離を隔てて設置される出力端子を有していてもよい。

振動板１２は、機械振動により音波を光信号に変換する音光変換系の機構である。具体的に、振動板１２は、例えばダイアフラム状の膜であり、図示しない保持機構によって筐体１７に懸架されている。このような機構によって振動板１２は、外部からの音圧によって振動する。また、振動板１２には後述の光源１３からの放射光が照射されており、振動板１２の振動によって放射光の光路は変化する。即ち、振動板１２の変位に応じて放射光が変調されることとなり、当該放射光の反射光には、振動している振動板１２の変位が表れる。この反射光は、光信号として後述の光電変換系（光検出器１４）へと入射する。

光源１３は、振動板１２に向けて光を放射する機構である。具体的に、光源１３は、例えば発光素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ）等を備えている。ＬＥＤの放射光は振動板１２へと入射し、振動板１２に反射されて光検出器１４へと至る。

光検出器１４は、光を電気信号に変換する光電変換系の機構である。具体的に、光検出器１４は、例えば受光素子として二次元方向に配列された複数のフォトダイオードを有している。ここではフォトダイオード群は、モノシリックに集積されたフォトダイオードアレイであるものとする。当該フォトダイオードアレイの各フォトダイオードは、その受光面に入射した光を、受光量に応じた電流に変換する。このようにして生じる電気信号により、反射光がフォトダイオードアレイ上に結像してもたらされる２次元像（以下、受光パターンと称する）を得ることができる。この受光パターンは、振動板１２の変位に応じて変化するため、これを解析することにより振動板１２を振動させている音波に関する情報を得ることができる。なお、フォトダイオードアレイの各フォトダイオードは、図示しない電流電圧変換回路によって上記得られた電流信号を電圧に変換し、増幅することが可能であるものとする。もちろん、電流電圧変換回路とは別に、増幅回路を設ける構成としてもよい。このように各受光セルにおいて得られた電気信号は、後述の制御装置１５へと伝達される。

制御装置１５は、音源１１から出力される標準音波に基づき、入力音声に対する補正を行う。具体的に、制御装置１５は、制御部１５１と、記憶部１５２と、出力部１５３と、を備えている。

制御部１５１は、音源制御部１５１１と、パターン生成部１５１２と、パターン比較部１５１３と、を有する。

音源制御部１５１１は、音源１１を駆動する所定の電気信号を当該音源１１に出力し、音源１１に標準音波を発生させる。

パターン生成部１５１２は、フォトダイオードアレイの受光パターンを生成するパターン生成処理を実行する。具体的に、パターン生成部１５１２は、光検出器１４から出力される電気信号を所定のサンプリング周期毎に取得し、当該光検出器１４の各セルにおける受光量に応じた受光パターン生成する。なお、標準音波から得られた受光パターンは標準サンプルとして利用されるため、以下、特に標準パターンと称する。

また、パターン生成部１５１２は、得られた標準パターンの音圧に対応する電圧値を特定し、標準パターンと対応付けたパターンテーブル１５２１を、記憶部１５２に記憶させる。図６に、パターンテーブル１５２１の一例を示す。

パターン比較部１５１３は、受光パターンを標準パターンと比較するパターン比較処理を実行する。具体的には、パターン比較部１５１３は、得られた受光パターンをパターンテーブル１５２１に記憶される標準パターンと比較し、一致或いは近似する標準パターンを特定する。

また、パターン比較部１５１３は、特定された標準パターンに応じた電圧値をパターンテーブル１５２１から取得して、当該電圧値を出力部１５３へと出力する。

記憶部１５２には、パターンテーブル１５２１が含まれる。

出力部１５３は、例えばＤ／Ａ変換器を含み、パターン比較部１５１３から取得した電圧値をアナログ信号へと変換し、スピーカ１６へと出力する。

スピーカ１６は、電気信号を音波に変換する電音変換系の機構である。具体的に、スピーカ１６は、パターン比較部１５１３から出力された電気信号を音声に変換し、出力する。なお、音声信号や、後述するパターン変換信号値を外部に出力する出力端子を有していてもよい。

上述した制御装置１５は、例えば、図９（コンピューター９００のハードウェア構成の一例を示す構成図）に示すような、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１０と、メモリー９２０と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の外部記憶装置９３０と、を備えるコンピューター９００で実現できる。

例えば、制御部１５１は、外部記憶装置９３０に記憶されている所定のプログラムをメモリー９２０にロードしてＣＰＵ９１０で実行することで実現可能である。記憶部１５２は、ＣＰＵ９１０がメモリー９２０又は外部記憶装置９３０を利用することにより実現可能である。

また、コンピューター９００は別途通信装置を備えていてもよい。その場合、上記の所定のプログラムは、通信装置を介してネットワークから、外部記憶装置９３０にダウンロードされ、それから、メモリー９２０上にロードされてＣＰＵ９１０により実行されるようにしてもよい。また、通信装置を介してネットワークから、メモリー９２０上に直接ロードされ、ＣＰＵ９１０により実行されるようにしてもよい。また、コンピューター９００が、記憶媒体から上記の所定のプログラムを、外部記憶装置９３０あるいはメモリー９２０にロードするようにしてもよい。

上記の図２の制御装置１５の構成は、理解を容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。構成要素の分類の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。制御装置１５の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、１つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。また、各構成要素の処理は、１つのプログラムで実現されてもよいし、複数のプログラムで実現されてもよい。

また、後述する各情報のテーブルは一例であり、図示する例に限られない。また、各情報は、テーブル構造に限られず、他のデータ構造であってもよい。

次に、上記の制御装置１５で実現される動作について説明する。

図３は、音源制御部１５１１、及びパターン生成部１５１２の実行する処理の一例を示すフロー図である。なお、音源制御部１５１１は、電源がオンに切り替わり制御装置１５が起動した場合、図示しない操作部を介して処理の開始指示が入力された場合等に、本フローを開始する。

本フローが開始されると、音源制御部１５１１は、音源１１を駆動させる（ステップＳ１１）。具体的に、音源制御部１５１１は、音源１１を駆動するための所定の電気信号を出力し、音源１１に標準音波を発生させる。そして、音源制御部１５１１は、パターン生成部１５１２に標準パターン生成要求を出力する。

なお標準音波はここでは、所定の正弦波で表される純音であるものとする。この標準音波はどのような周波数を有していても良く、例えば一般的な人間の可聴周波数（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ程度）の最少可聴周波数未満、即ち超低周波音を利用してもよい。超低周波音であれば、出力時に人の聴覚により認識されることが無い上、標準パターンを生成する際のサンプリング精度を向上させることができる。また標準音波の最大音圧値Ｖｍは、光マイクロフォン１０の使用時における入力音声の音圧の最大値にあわせることが望ましい。これはその用途にもよるため一概に決定されるものでは無いが、例えば日常生活においては音圧レベルで７０〜１２０ｄＢ程度（実効値）における最大音圧値（瞬時値）である。しかしながら、超低周波音であっても音圧によっては共鳴等の現象が発生する可能性があるため、標準音波による障害が起こらない程度の音圧に抑えることが望ましい。

パターン生成部１５１２は、光検出器１４による受光パターンを取得する（ステップＳ１２）。具体的に、パターン生成部１５１２は、音源制御部１５１１からの標準パターン生成要求を受け付けると、標準音波の周波数に同期して光検出器１４からの出力のサンプリングを開始する。なお、サンプリング周波数は、標準音波の有する周波数成分の帯域幅に対し、少なくとも２倍より高い周波数で行う。

図４に、標準音波の波形図の一例を示す。本例においては、標準音波はＴ０−Ｔ１までを１周期とし、サンプリングは標準音波の帯域幅に対し１６倍の周波数で、ｔ０−ｔ１５の各時点で行われる。具体的には、１周期が１６秒の０．０６２５Ｈｚの標準音波を利用する場合、サンプリング周波数は１Ｈｚとなり、サンプリング周期は１秒となる。なお、サンプリング周波数が大きいほど、後述の補正精度は高まる。

なお、サンプリング間隔は、均等でなくてもよい。これは本来、光マイクロフォンは、小さな音（例えば、遠くの音や、小さな虫の音）を雑音がなく鮮明に再生するのに優れているが、小さな音を鮮明に再生するためには、小さな音の領域のパターンテーブルを綿密に作る必要がある。しかし、小さな音を再現するためにサンプリング間隔を小さくした場合に、そのサンプリング間隔のまま、大きな音の領域までのテーブルを作るとすると、膨大なデータを含むテーブルとなってしまうからである。また、後述のパターン比較処理にも時間が掛かり、変換処理に時間が掛かってしまう。

さらに、小さな音を対象にしていることにより、繊細な振動板の構造となり大きな音の場合は歪みが出やすくなる。これを改善する為に、コンデンサーマイクロフォンを備えていても良い。これにより、所定の音圧（例えば６０ｄｂ）より大きな音については、光マイクロフォンからの信号を遮断し、コンデンサーマイクロフォンにより取得した音声（音圧）を、再生に用いることができる。一方、所定の音圧以下の小さな音については、コンデンサーマイクロフォンからの信号を遮断して、光マイクロフォンで取得した音声（音圧）を、再生に用いる。

サンプリングについて具体的に説明する。パターン生成部１５１２は、ｔ０−ｔ１５の各時点において、光検出器１４のフォトダイオードアレイの各セルにおける受光量に応じた電圧値（受光パターン）を取得する。図５に、フォトダイオードアレイの受光パターンを概念的に説明する説明図を示す。図５は、ｔ０−ｔ１５の各時点における各セルの受光量を模式的に表している。なお、図５では便宜上、フォトダイオードアレイは７×７のセルで表し、その色が濃いほど大きな受光量を感知しているものとする。

図４に示すように、ｔ＝ｔ０の場合、音圧は０の状態である。ここからｔ＝ｔ４に向けて音圧が大きくなると、振動板１２は光検出器１４側に沈み込む。その後、ｔ＝ｔ１２に向けて音圧が小さくなると、振動板１２は反発して光検出器１４とは逆側に撓む。このような音圧に応じた振動板１２の変位によって反射光が変調すると、図５に示すように、フォトダイオードアレイ上の２次元像もシフトする。パターン生成部１５１２は、このような各時点における二次元像をパターン化（例えば、図５におけるパターンＡ〜Ｅ）した、受光パターンを取得する。

そしてパターン生成部１５１２は、パターンテーブル１５２１を生成する（ステップＳ１３）。具体的に、パターン生成部１５１２は、得られた受光パターンを標準パターンとしてパターンテーブル１５２１に格納する。また、パターン生成部１５１２は、標準パターンに対応付けて各時点における電圧の瞬時値ｖ（ｔ）をパターンテーブル１５２１に格納する。電圧ｖ（ｔ）は、標準音波のｖ（ｔ）＝Ｖｍｓiｎ（ωｔ）＝Ｖｍｓiｎ（２πｆｔ）として求められる（標準音波の減衰については、本例では無視する）。なお、既にパターンテーブル１５２１が存在する場合には、これを更新する。

なお、パターンテーブル１５２１の形式は必ずしもこの限りではない。例えば、パターンの特徴ごとに各パターンをグループ化しても良い。その場合、後述するマッチング処理では、グループの中の予め定められた代表パターンに対するマッチングを行い、マッチングした場合に、そのグループ内での各パターンとマッチングを行うことになる。

次に、パターン比較部１５１３の実行する処理について説明する。図７は、パターン生成部１５１２、及びパターン比較部１５１３の実行する処理の一例を示すフロー図である。

まず、パターン生成部１５１２は、外部音声から受光パターンを生成する（ステップＳ２１）。具体的に、パターン生成部１５１２は、標準パターンの生成処理の実行中以外の状態（標準音波が発生していない状態）においては、所定の間隔で外部音声から受光パターンを生成するマイクロフォンとしての処理を、常に実行している。なお、受光パターンの生成については、上記した標準音波が外部音声に代わるだけでほぼ同様の処理であるため省略する。生成された外部音声の受光パターンは、パターン比較部１５１３へと送られる。

パターン比較部１５１３は、受光パターンを標準パターンと比較するパターン比較処理を実行する（ステップＳ２２）。具体的に、パターン比較部１５１３は、パターン生成部１５１２の生成した外部音声の受光パターンを取得すると、当該受光パターンをパターンテーブル１５２１に格納される標準パターンと比較する。なお、パターンマッチングはどのような方法を用いてもよい。また、全てのセルの画像を一括して比較してもよいし、特定のセルどうし（例えば、最も受光量の多いセル等）を比較してもよい。そして、パターン比較部１５１３は、一致、或いは最も類似する標準パターンを特定する。

なお、上記のマッチング手法は一例であり、どのような方法によって標準パターンを特定してもよい。例えば、前後のデータから近似値や平均値、あるいは、変化のパターンを算出しておき、パターン予測によって標準パターンを予測してもよい。

次に、パターン比較部１５１３は、パターンテーブル１５２１から、特定した標準パターンに応じた電圧ｖ（ｔ）を取得する（ステップＳ２３）。

そして、パターン比較部１５１３は、取得した電圧ｖ（ｔ）を、出力部１５３へと出力して（ステップＳ２４）、処理を終了する。なお、出力部１５３は、この電圧ｖ（ｔ）を印加するための電気信号を生成し、スピーカ１６へと出力する。なおここでは、電圧ｖ（ｔ）はデジタル値であるため、Ｄ／Ａ変換して出力されるものとする。

図８に、スピーカ１６に印加される電気信号による復調音声の一例を示す波形図を示す。図８に示すように、上記の処理を所定の周期で連続して行うことで、復調音波が形成される。もちろん、受光パターンの取得を短い周期で実行するほど、より再現性の良い外部音声を復調することができる。

また、受光パターンからの音圧の特定は更新された標準パターンに基づいて行われるため、常に光学系のずれが補正された精度の高い復調音声の出力が可能となる。従って、光学系を原因とする復調不良が発生することがない。これにより、外部衝撃や経年劣化に強く、調整等を必要としない光マイクロフォンが実現できる。

＜第二の実施形態＞
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第二の実施形態に係る光マイクロフォン２０の斜視図である。以下、上述の実施形態と同様の構成を有するものについては同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、光マイクロフォン２０は、スリットマスク２１を有している点で、第一の実施形態とは異なる。具体的に、光マイクロフォン２０は、光検出器１４上にスリットマスク２１を有している。スリットマスク２１は、矩形のスリットが等間隔に並ぶ透過型の回折格子であり、このようなスリットマスク２１は振動板１２による反射光を回折して自己結像させ、光検出器１４の受光面に回折像を形成させる。

スリットマスク２１により形成される回折像は、振動板１２の僅かな変位によって大きく変動する。従ってパターンテーブル１５２１には、僅かな電圧（音圧）の差も受光パターンに大きく表れ、これが標準パターンとして記憶されることとなる。従って、制御装置１５が受光パターンから標準パターンを特定する際、振動板１２の微小な振動変位の差分を受光パターンから明確、かつ容易に識別でき、その結果高感度な音声復元が可能となる。

なお、このようなスリットマスク２１は、必ずしもスリットマスク形状でなくともよく、どのような形状の回折格子であってもよい。また、光検出器１４とスリットマスク２１は、周知の半導体製造プロセスにより、一体的に製造することができる。

＜第三の実施形態＞
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。図１１は、本発明の第三の実施形態に係る光マイクロフォン３０の斜視図である。

図１１に示すように、光マイクロフォン３０は、光導波板３１を有している点で、上記実施形態とは異なる。具体的に、光マイクロフォン３０は、振動板３２と接続される光導波路としての光導波板３１を備えている。このような光導波板３１は例えば、透明金属やガラス基板、透明度の高い半導体基板などをレーザー加工や腐食するなどにより形成することができる。入光部や出光部の断面においてここでは長方形で各一個を示しているが、楕円形や三角形状でもよく、また複数であってもよい。

光源１３は、この光導波板３１に接して、或いはその内部に設けられており、光源１３からの放射光は、光導波板３１を通って振動板３２へと至る。なお、振動板３２も光導波板３１と同様に光透過性を有し、光導波路として機能する。即ち、光導波板３１から振動板３２へと入射した光は、その振動により光路を変化させながら光検出器１４へと出射される。

このようにして、光マイクロフォン３０では、光源１３からの入射光が振動板３２中を透過することによって、その振動変位によって変調された出射光を得ることができる。よって、この出射光が光検出器１４の受光面に形成する２次元像を受光パターンとして解析することによって、音声を復調することができる。

このような光マイクロフォン３０によれば、光学系の位置を厳密に定めなくとも、光源１３、光導波板３１、振動板３２を、一体に形成することで一定の位置に固定されるため、ずれが生じにくく、組み立て作業が大幅に容易になる。また、小さなスペースに部材を纏めることが可能となるため、装置の小型化が可能となる。

＜第四の実施形態＞
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。図１２は、本発明の第四の実施形態に係る光マイクロフォン４０の斜視図である。

図１２に示すように、光マイクロフォン４０は、導波障害４３を備えた振動板４２を有している点で、上記実施形態とは異なる。具体的に、光マイクロフォン４０は、振動板４２の出射面側に、凹型の溝である導波障害４３を複数備えている。

導波障害４３は、光導波路を透過する光波を反射させてその光路を変化させる。このように、透過光に複雑な光路を取らせることにより、僅かな電圧（音圧）の差が受光パターンに大きく表れる。従って振動板４２の微小な振動変位の差分を受光パターンから明確、かつ容易に識別でき、その結果高感度な音声復元が可能となる。

＜第五の実施形態＞
次に、本発明の第五の実施形態について説明する。図１３は、本発明の第五の実施形態に係る光マイクロフォン５０の斜視図である。

図１３に示すように、光マイクロフォン５０は、光源１３からの放射光を、光透過性を有する振動板５２に照射する点において上記実施形態とは異なる。具体的に、光マイクロフォン５０は、光透過性の振動板５２の一方の面に、光源１３からの放射光を照射する。放射光は振動板５２を透過する際、当該振動板５２の振動変位により変調させられて、光検出器１４の受光面に到達する。このような放射光が光検出器１４に形成する２次元像を受光パターンとして解析することによって、音声を復調することができる。

＜第六の実施形態＞
次に、本発明の第六の実施形態について説明する。図１４は、本発明の第六の実施形態に係る光マイクロフォン６０の斜視図である。

図１４に示すように、光マイクロフォン６０は、導波障害６３を備えた振動板６２を有している点で、上記実施形態とは異なる。具体的に、光マイクロフォン６０は、振動板６２の出射面側に、凸型の導波障害６３を複数備えている。

導波障害６３は、例えば表面に複数の凸レンズをアレイ状に並べたインテグレーターレンズ状のものであり、光源からの光束を複数に分割してその光路を変化させる。このように、透過光に複雑な光路を取らせることにより、僅かな電圧（音圧）の差が受光パターンに大きく表れる。従って振動板４２の微小な振動変位の差分を受光パターンから明確、かつ容易に識別でき、その結果、高感度な音声復元が可能となる。

なお、導波障害６３は、光源の光の広がりなどによって適宜より好適な形状としてもよい。例えば、複数の同心円を描く一個のリング状の突起とすることができる。

以上、本発明に係る光マイクロフォンについて説明した。上記のように、本発明に係る光マイクロフォンは、標準音波に基づく標準パターンの作成とこれを利用した補正を行う。従って、光学系のずれを音声に反映させることなく、常により正確な音声復元を行うことができる。また、製造工程やその後に発生する光学系の位置ずれをハード面から補正する必要がなくなるため、メンテナンスフリーな製品を提供することができる。

本発明は、上記のような実施形態には制限されない。本発明の要旨を例示することを意図し、本発明を限定するものではない。多くの代替物、修正、変形例は当業者にとって明らかである。なお、上記各実施形態や変形例における各特徴をそれぞれ組み合わせて用いることもできる。

例えば、補正処理の方法は、受光パターンと標準パターンとの比較に限られない。具体的には、初期の標準パターンを予め記憶させておき、これを所定の時点における標準パターンと比較し、光検出器のセルごとに差分をマッピングした差分マップを作成しておく。そして、得られた受光パターンの各セルにおける電圧値に、上記差分をそれぞれ加えることで、補正を行ってもよい。このような方法によれば、受光パターンの取得時点毎に比較処理を行う必要がないため、処理負荷を減らすことができる。

また、光マイクロフォンの基本構成は必ずしも上記に限定されず、例えば、振動板を介さず、光波に直接音圧をぶつけてこれを変調させる構成としてもよい。また、音源は必ずしも内蔵されている必要はなく、外部音源を用いても良い。光源についても、必ずしもＬＥＤである必要はなく、レーザー光を利用してもよい。受光素子についても、CCDやCMOSイメージセンサーを使用しても良い。

さらに、波長の異なる複数の光源を有していてもよく、またそれぞれの光をそれぞれのパターンテーブルとして有していてもよい。

さらに、本発明に係る光マイクロフォンは様々な分野に応用が可能であるが、例えば補聴器においてこれを使用することができる。本発明の光マイクロフォンを補聴器に応用する場合には、音の増幅について増幅器を用いないデジタルな制御が可能となる。例えば、パターンテーブル１５２１の電圧ｖの値を所望の増幅分だけ加算しておくことで、元の音声を増幅して復元することが可能となる。従って、従来のコンデンサーマイクで音を拾って増幅する際の、増幅器におけるＳ／Ｎ比の低下や熱雑音などの影響を排除することができる。

また、本発明の光マイクロフォンによれば、最大音量を制限したり、特定の音声を除去したりすることも可能となる。特定の音声の除去は、例えば、除去したい音声に応じた一連の標準パターンを登録しておき、この一連の標準パターンと一致或いは近似する一連の受光パターンが得られた際に、その音声は復元せずに排除するよう制御装置１５に処理を実行させればよい。これにより、例えば機械音のような繰り返し音声等を除去することができる。

さらに、光マイクロフォンを複数使用することで、ステレオ効果から音の鳴る方向を検知しやすくなり、指向性も高まる。

なお、本構成は、プログラマブルDSP（digital signal processor）ベース・システムと組み合わせてもよい。また、光検出部を分離してパターン信号をコンピュータ（例えば、タブレット、スマートフォン、携帯電話等）に取り込み、これらの機器を制御装置として利用し、処理を行わせてもよい。その際、各機器のマイクや出力端子を利用する事もできる。

１０・２０・３０・４０・５０・６０：光マイクロフォン、１１：音源、１２・３２・４２・５２・６２：振動板、１３：光源、１４：光検出器、１５：制御装置、１５１：制御部、１５１１：音源制御部、１５１２：パターン生成部、１５１３：パターン比較部、１５２：記憶部、１５２１：パターンテーブル、１５３：出力部、１６：スピーカ、１７：筐体、２１：スリットマスク、３１：光導波板、４３：導波障害、６３：導波障害、９００…コンピューター、９１０…ＣＰＵ、９２０…メモリー、９３０…外部記憶装置。

Claims (11)

1. 光マイクロフォンであって、
   光波を放射する光源と、
   音圧によって変調する前記光波を受光する光検出器と、
   前記光検出器の出力信号から、前記光波の受光パターンを生成するパターン生成部と、
   前記受光パターンを、特定の音圧に応じた標準の受光パターンと比較し、前記受光パターンに対応する前記標準の受光パターンを特定して、当該標準の受光パターンに応じた音圧を出力させるパターン比較部と、を有する制御装置と、を備え、
   前記光マイクロフォンは、さらに、前記特定の音圧を発生させる音源を有し、
   前記制御装置は、さらに、前記音源を駆動させるとともに、前記パターン生成部に前記標準の受光パターンの生成要求を出力する音源制御部を有し、
   前記パターン生成部は、前記標準の受光パターンの生成要求に応じて、前記音源の発生する前記特定の音圧に応じた前記標準の受光パターンを生成し、更新する
   ことを特徴とする光マイクロフォン。
2. 請求項１に記載の光マイクロフォンであって、
   前記音圧を受けて振動し、前記光波を変調させる振動板を、さらに有し、
   前記光波は、前記振動板によって反射し、前記光検出器へと入射する
   ことを特徴とする光マイクロフォン。
3. 請求項１又は２に記載の光マイクロフォンであって、
   前記光検出器上に、回折格子を有する
   ことを特徴とする光マイクロフォン。
4. 請求項２に記載の光マイクロフォンであって、
   前記振動板は、光透過性を有し、
   前記光波は、前記振動板を透過して、前記光検出器へと入射する
   ことを特徴とする光マイクロフォン。
5. 請求項４に記載の光マイクロフォンであって、
   前記振動板には、前記光波を変調する障害が形成されている
   ことを特徴とする光マイクロフォン。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の光マイクロフォンであって、
   前記光検出器は、フォトダイオードを含む
   ことを特徴とする光マイクロフォン。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の光マイクロフォンであって、
   前記光源を、複数含む
   ことを特徴とする光マイクロフォン。
8. 光マイクロフォンを制御するための制御装置のプログラムであって、
   前記プログラムは、
   光検出器の出力信号から、光波の受光パターンを生成するパターン生成ステップと、
   前記受光パターンを、特定の音圧に応じた標準の受光パターンと比較し、前記受光パターンに対応する前記標準の受光パターンを特定して、当該標準の受光パターンに応じた音圧を出力させるパターン比較ステップと、
   音源を駆動させるとともに、前記標準の受光パターンの生成要求を出力する音源制御ステップと、
   前記標準の受光パターンの生成要求に応じて、前記音源の発生する前記特定の音圧に応じた前記標準の受光パターンを生成し、更新する標準の受光パターン更新ステップと
   を前記制御装置に実行させる
   ことを特徴とするプログラム。
9. 光マイクロフォンを制御するための制御方法であって、
   光検出器の出力信号から、光波の受光パターンを生成するパターン生成ステップと、
   前記受光パターンを、特定の音圧に応じた標準の受光パターンと比較し、前記受光パターンに対応する前記標準の受光パターンを特定して、当該標準の受光パターンに応じた音圧を出力させるパターン比較ステップと、
   音源を駆動させるとともに、前記標準の受光パターンの生成要求を出力する音源制御ステップと、
   前記標準の受光パターンの生成要求に応じて、前記音源の発生する前記特定の音圧に応じた前記標準の受光パターンを生成し、更新する標準の受光パターン更新ステップと
   を含む
   ことを特徴とする制御方法。
10. 請求項１から７の何れか一項に記載の光マイクロフォンを含む補聴器。
11. 請求項１０に記載の補聴器であって、
    前記光マイクロフォンを、複数含んでいる
    ことを特徴とする補聴器。

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