KR100629048B1

KR100629048B1 - 광학소자를 이용한 음향전기 변환장치

Info

Publication number: KR100629048B1
Application number: KR1020027007087A
Authority: KR
Inventors: 오키히로 코바야시; 노부히로 미야하라; 타미오 타케다; 히로시 미야자와; 유타카 핫토리
Original assignee: 가부시키가이샤 캔우드
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2006-09-26
Also published as: EP1235463A1; KR20020070451A; CN1203727C; CN1402955A; DE1235463T1; EP1235463A4; WO2001041502A1; US20050163509A1

Abstract

진동판으로부터의 반사광을 수광하여 상기 진동판의 변위를 검출하는 광하식 음향전기 변환장치에 있어서, 발광강도 분포가 동심 원형상으로 거의 균일한 표면 발광형 발광소자를 공통 기판의 중심부에 배치하고, 상기 발광소자의 주위를 둘러싸도록 수광소자를 배치한다. 또한 상기 기판과 진동판과의 광로상에 상기 진동판의 입사, 반사광을 수속하는 렌즈소자를 배치한다.

Description

광학소자를 이용한 음향전기 변환장치{ACOUSTOELECTRIC TRANSDUCER USING OPTICAL DEVICE}

본 발명은 광학소자를 이용하여 진동판의 진동 변위를 전기 신호로 변환하는 광학식 음향전기 변환장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 발광소자로서 수직표면 발광형 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting laser(VCSEL))를 이용하는 경우에 유효한 장치를 제공하는 것이다.

광학소자를 이용한 음향전기 변환장치로서는, 종래부터 다양한 것이 개발되어 실현되는 데 이르렀다. 예를 들면, 일본 특허공개 평8--297011호 공보는, 한 쌍의 광 파이버를 이용하고, 광원에 접속된 한쪽의 광 파이버로부터 광을 진동 매체에 조사하고, 다른 쪽의 광 파이버로 이 광을 검출하도록 구성된 광 파이버 센서를 개시하고, 마이크로폰에 응용할 수 있는 것을 나타내고 있다. 또한 미국특허 제6,055,080호도 광 파이버를 이용한 광 마이크로폰의 구성을 개시하고 있다. 이에 대하여, 광 파이버를 이용한 광 마이크로폰 구조의 문제점(특성이 진동면에의 광 입사각과 위치 정밀도에 크게 의존한다)을 해소하기 위해, 발광소자와 수광소자를 동일 평면상에 격벽으로 광학적으로 완전히 분리하여 배치하는 구조를 채용한 광 마이크로폰이 제안되어 있다(일본 특허공개 평11-252696호 공보). 또한 일본 특허공개 소61-121373호 공보 및 일본 특허공개 소61-121374호 공보는, 반도체면 발광소자의 구조 및 그 제조방법을 개시하고 있다. 또한 일본 특허공개 평11-30503호 공보(미국특허 제5,771,091호에 대응)는, 발광소자와 수광소자의 각각의 고체 광 가이드를 진동판에 대하여 각도를 갖게 하여 마련된 광 파이버 센서를, 또한 일본특허공개 제2000-88520호 공보(미국특허 제6,091,497호에 대응)는, 상기 광 파이버 센서의 개량판으로서의, 발광소자측의 광 가이드의 출력 단부와 수광소자측의 광 가이드의 입력 단부를 서로 접하는 구조로 한 광 파이버 센서를 개시하고 있다. 기타, 일본 특허공개 소61-280686호 공보는 반도체면 발광소자에 있어서, 광 추출면측에 집광용의 매립 렌즈를 마련한 구조를 개시하고, 또한 미국특허 제5,262,884호는 진동판의 발광소자측의 면에 직접 집광렌즈를 마련하여 감도와 광변조 폭을 개선시키도록 한 광 마이크로폰을 개시하고 있다.

도 14는 종래의 광 마이크로폰 장치(10)의 개략 구성을 도시한 도면이다.

용기(1)의 입구 부근에 진동판(2)을 팽팽하게 걸어 놓는다. 그리고 발광다이오드(3) 와, 포토트랜지스터 또는 포토다이오드(5)를 용기(1) 내에 설치하고, 발광다이오드(3)로부터의 입사광(L1)을 진동판(2)의 내측면(2b)에서 반사시키고, 이 반사광(L2)을 포토트랜지스터 또는 포토다이오드 등의 수광소자(5)에 의해 수광 한다. 이 광 마이크로폰 장치(10)에의 입사 음파(7)는 진동판(2)의 외측면(2a)에서 입사되어 이 진동판(2)을 진동시킨다.

진동판(2)이 진동됨으로써 반사광(L2)의 방향이 변화되고, 수광소자(5)의 다른 수광면(5a)에 입사되게 된다. 이 수광면(5a)의 변화를 검출함으로써 진동판(2)의 변위를 검출할 수 있다. 또한 입사광(L1) 및 반사광(L2)의 위치맞춤을 위해 렌즈(4 또는 6)를 이용하기도 한다.

이와 같이 종래의 광 마이크로폰 장치에서는 발광소자(3)로부터 일정한 각도를 두고 입사광(L1)을 진동판(2)에 대하여 방사하고, 그 입사각에 대응한 반사각으로 반사광(L2)을 수광하여 반사광(L2)의 반사 각도의 변화에 따라 진동판(2)의 변위를 검출하여 음파의 재생을 행하고 있다.

도 15는 별도의 종래의 광 마이크로폰 장치 헤드부의 주요부 구성을 도시한 단면도이다.

이 종래 예에서도, 도 14와 같이 진동판(72)의 진동을 이 진동판(72)에 비접촉으로 검출하여 전기 신호로 변환할 수 있고, 진동 검출계를 진동판(72)에 마련할 필요가 없게 되어, 진동부분의 중량을 경량화 할 수 있고, 더구나 미약한 음파의 변동에도 충분히 추종할 수 있다.

여기서 발광소자(73)와 수광소자(74)는 기판(75)에 각각 소정의 각도(Ψ1, Ψ2)로 장착되어 기판(75)과 진동판과는 근접하여 거의 평행하게 되도록 배치되어 있다.

이 때문에 발광소자(73)로부터의 입사광과 진동판에서의 반사광 사이에서 입사각(Ψ1)과 반사각(Ψ2)은 같아지게 된다.

상술한 바와 같은 종래의 광 마이크로폰 장치의 구조에서는, 발광다이오드 등의 발광소자와 포토트랜지스터나 포토다이오드 등의 수광소자와의 위치맞춤에 몇십미크론 이하의 높은 정밀도가 필요하게 된다. 이 때문에 발광소자나 수광소자 및 진동판 등을 개별 부품으로 구성하는 경우, 제품을 제조하는데 있어서 높은 정밀도로서의 위치맞춤이 곤란하므로, 수율의 악화를 초래하여 버린다는 문제점이 있다. 또한 광 마이크로폰 장치를 소형화 하는데 있어서 한계가 있다.

이 종래 기술의 광 마이크로폰 장치에 있어서는, 상술한 바와 같이 입사광과 진동판에서의 반사광 사이에서 입사각(Ψ1)과 반사각(Ψ2)이 같아지게 된다. 이와 같이 입사각과 반사각을 같게 하기 위해서는 발광소자와 수광소자를 각각 소정의 각도(Ψ1, Ψ2 (Ψ1=Ψ2))를 갖게 하여 기판에 장착할 필요가 있다.

그러나 광 마이크로폰의 헤드부의 구조가 소형화 하면 헤드부를 구성하는 부품의 편차에 의해 소정의 각도를 가지고 발광소자 및 수광소자를 기판에 장착시키며, 더구나 입사각과 반사각을 맞추는 것은 반드시 용이하지 않다.

또한 소정의 각도를 갖게 하여 발광소자와 수광소자를 기판에 장착시키기 위해서는 다대한 공수를 요하며, 더구나 반사광의 초점이 수광소자의 수광면에 정확하게 맞도록 조정하는 것은 매우 곤란한 작업을 수반한다.

본 발명은 이상과 같은 종래의 광 마이크로폰 장치의 결점을 해소하고, 장치의 소형화가 간단하며 게다가 고정밀도로 수광소자와 진동판과의 위치맞춤이 가능하며 또한 양산성이 우수하며 더구나 균일한 반사를 얻을 수 있는 광 마이크로폰 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서는, 마이크로폰 장치에 구비되는 증폭기의 증폭율을 높이지 않고 S/N비가 높은 신호를 얻기 위해, 수광소자에서 반사광을 받을 때의 반사광의 이동 폭의 변화를 크게 하거나, 또는 진동판으로부터의 반사광을 효율적으로 수광 시킴으로써, 음향전기 변환 효율을 높일 수 있는 광 마이크로폰 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 국면에 있어서는, 동일 기판상에 발광소자와 수광소자를 배치하고, 상기 기판에 대향하는 위치에 설치된 진동판으로 상기 발광소자로부터 광을 방사하고, 상기 진동판으로부터의 반사광을 상기 수광소자에서 수광하여 상기 진동판의 변위를 검출하는 광학식 음향전기 변환장치에 있어서, 발광강도 분포가 발광영역의 중심점 주위로 거의 균일한 수직표면 발광형 발광소자를 상기 기판의 중심부에 배치하고, 상기 발광소자의 주위를 둘러싸도록 상기 수광소자를 배치하도록 한다. 그리고, 전형적으로는, 수광소자는 동심 원형상으로 배치되는 복수개의 소자로 구성된다. 또한 다른 동심원에 속하는 수광소자가 검출한 신호의 차동(差動) 신호를 검출하는 차동 검출기를 구비하고, 상기 차동 검출기의 출력으로부터 상기 진동판의 변위를 검출하도록 한다. 또한 알맞게는 발광소자와 수광소자는 기판상에 같은 형으로 형성되고, 기판은 갈륨비소 웨이퍼로 이루어지고, 또한 진동판은 기판과 거의 평행하며 또한 근접하여 설치된다. 또한 본 발명에 있어서는, 수광소자에서 반사광을 받을 때의 반사광의 이동 폭의 변화를 크게하는 것을 목적으로 하며, 상기 기판과 상기 진동판과의 광로상에, 상기 발광소자로 부터의 입사광을 수속(收束)하여 상기 진동판에 이끌고, 상기 진동판으로부터의 발산 반사광을 수속시켜 상기 수광소자에 이끄는 렌즈소자를 그 광축상에 상기 발광소자를 갖도록 배치한다.

그리고, 알맞게는, 상기 렌즈소자는 마이크로 렌즈 또는 홀로그램이며, 이 렌즈소자의 초점 위치보다 약간 먼 위치에 진동판이 위치하도록 배치된다.

다음에, 본 발명의 제2 국면에 있어서는, 음압에 의해 진동되는 진동판과, 상기 진동판에 광 빔을 조사하는 발광소자와, 상기 진동판에 조사된 상기 광 빔의 반사광을 수광하여 상기 진동판의 진동 변위에 대응하는 신호를 출력하는 수광소자와, 상기 발광소자와 상기 수광소자를 설치하는 기판을 구비한 광학식 음향전기 변환장치에 있어서, 상기 발광소자의 발광면과 상기 수광소자의 수광면이 평행하고, 또한 거의 동일 평면이 되도록 상기 발광소자와 상기 수광소자를 상기 기판상에 설치하고, 상기 진동판을 상기 기판에 대하여 소정 각도만큼 경사시키고, 상기 발광소자로부터 상기 발광면에 대하여 거의 수직으로 출사되는 상기 광 빔을 상기 진동판으로 조사하고, 상기 진동판으로부터의 상기 반사광을 상기 수광소자에 의해 수광하도록 한다.

그리고, 알맞게는, 진동판의 면 내에서 입사광이 조사되는 영역을 경면으로 하고, 이 영역은 원 환형상 또는 원형 스폿 형상으로 형성된다. 또한 수광소자는, 발광소자에 대하여 직선 형상, 원형 형상 또는 사각형 형상으로 복수개 배열되는 동시에 발광소자도 복수개 배열된다.

도 1은 본 발명의 제1의 국면에 관한 광학식 음향전기 변환장치의 기본 원리를 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명에 이용되는 수직 표면 발광형 레이저의 발광강도 분포를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 이용되는 발광소자의 2차원 발광강도 분포를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 제1의 국면에 관한 광학식 음향전기 변환장치의 제1의 수광량 변조 원리를 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명의 광학식 음향전기 변환장치의 전기적 등가회로의 한 구성예를 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 광학식 음향전기 변환장치의 전기적 등가회로의 다른 구성예를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 제1의 국면에 관한 광학식 음향전기 변환장치의 제2의 수광량 변조 원리를 설명하기 위한 도면.

도 8은 본 발명에 이용되는 수직표면 발광형 레이저의 발광강도 분포를 도시한 도면.

도 9는 본 발명의 제2의 국면에 관한 광학식 음향전기 변환장치에 이용되는 헤드부의 구조를 도시한 단면도.

도 10은 본 발명의 제2의 국면에 관한 장치로 이용되는 진동판의 한 예를 도시한 평면도.

도 11은 본 발명의 제2의 국면에 관한 광학식 음향전기 변환장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.

도 12는 본 발명의 제2의 국면에 관한 광학식 음향전기 변환장치에 이용되는 헤드부의 더욱 개량된 구조를 도시한 단면도.

도 13은 본 발명의 제2의 국면에 관한 장치에 있어서 이용되는 수발광소자의 배열을 도시한 도면.

도 14는 종래의 광 마이크로폰 장치의 기본 구조를 도시한 도면.

도 15는 종래의 광 마이크로폰 장치 헤드부의 구조를 도시한 단면도.

이하에 있어서, 본 발명의 광학식 음향전기 변환장치에 관해 그 실시의 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한 이하의 설명에 있어서는, 광학식 음향전기 변조장치로서 전형적인 광 마이크로폰 장치를 예로하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 국면에 있어서의 광 마이크로폰 장치의 기본 구조를 도시한 도면이다.

도 1(a)는 단면 형상을 도시한 것으로 용기(1)의 바닥면(8)에 전자회로 기판(12)을 설치하고, 이 기판(12)상에 발광소자와 수광소자를 배치한 기판(9)을 장착시킨다. 장착은, 기판(9)과 기판(12)을 예를 들면 플립칩 본딩으로 전기적으로 접속함으로써 행할 수 있다. 또한 바닥면(8)을 실리콘 등의 반도체 기판으로 구성하면, 이 위에 전자회로를 구성할 수 있기 때문에 전자회로 기판(12)을 생략할 수 도 있다. 또한 도 1에 도시한 실시의 형태에서는 발광소자로서 수직표면 발광형 레이저(VCSEL)(LD)를, 수광소자로서 포토다이오드(PD)를 이용하고 있다. 기판(9)의 중앙에 원형 형상의 수직표면 발광형 레이저 다이오드(LD)를 배치하고, 이 수직표면 발광형 레이저(LD)를 둘러 싸도록 동심 원형상으로 수광소자(PD)를 배치한다.

도 1(b)는 도 1(a)중에 점선으로 둘러싸 도시한 수발광소자가 탑재된 기판(9)의 수발광부를 확대하여 도시한 평면도이다.

도면에 도시한 바와 같이 중심부에 원형 형상의 발광소자(LD)를 배치하고, 이것을 둘러싸도록 동심 원형상으로 수광소자(PD1, PD2, … PDn)를 배치한다.

이 발광소자(LD)와 수광소자(PD)는 갈륨비소 웨이퍼상에 동시에 반도체 제조공정에 의해 제작할 수 있다.

따라서 발광소자(LD)와 수광소자(PD)의 위치 맞춤 정밀도는 반도체 제조공정에 이용되는 마스크의 정밀도에 의해서 결정되기 때문에, 그 맞춤 정밀도를 1㎛ 이하로 할 수 있고, 종래의 광 마이크로폰 소자의 수발광소자의 위치 맞춤 정밀도에 비해 백분의 1 이하의 고정밀도로 실현이 가능하다.

일반적으로, 수직표면 발광형 발광소자는 발광강도 분포가 동심 원형상으로 거의 균일한 특성을 가지고 있다. 따라서, 중심부에 설치된 발광소자(LD)로부터 소정의 각도로 진동판(2)을 향하여 방사된 방사광은 동심 원형상으로 동일 강도를 가지고 반사되고, 음파(7)의 수파(受波)에 의해 진동판(2)이 진동됨으로써 반사 각도가 변화되어 수광소자(PD)에 동심 원형상으로 도달된다.

따라서, 동심 원형상으로 배열된 수광소자(PD1 내지 PDn)의 수광 광량의 변 화를 검출함으로써 진동판(2)의 진동 변위를 검출할 수 있다. 이로써 입사 음파(7)의 강약을 검지할 수 있기 때문에, 광 마이크로폰 소자로서 이용 가능하게 된다.

또한 발광소자(LD)나 수광소자(PD)를 구동, 또는 입사광량의 검출을 위해 전극(11)이 형성되어 있다.

다음에 본 발명에서 이용되는 발광소자인 수직표면 발광형 레이저(이하 VCSEL이라 한다)에 관해 설명한다.

도 2에는 VCSEL의 발광강도 분포를 도시한 것으로, 도면에 도시한 바와 같이 방사강도 분포는 핵 내에 대한 가우스 분포로서 주어진다.

발광강도 분포 PO(θ)는 (1)식으로 표시된다.

PO(θ)= exp(-α²θ²) …(1)

θ: 발광면에 세운 수선으로부터의 각도 변위(단위 라디안)

α: 발광 퍼짐각을 규정하는 계수(원래는「1/α²」 계산상 간략화)

이 발광분포 계수(α)의 산출을 일차원의 경우에 관해 계산하면 (2)식과 같이 표시된다.

α²= -[ln(h)]/(FAHM/2)² …(2)

h: 레이저의 발광 분포를 실측하여 주어지는 상대 강도

방사의 각도는 수직이며 1. 반치(半値)= 0.51/e= 0.3183.

1/e²= 0.135335.

FAHM: 통상 메이커로부터는 반치전각(半値全角)(FAHM) 값이 제공된다.

h= 05, FAHM= 9도라면

rad(9/2)= 0.O7854

α²= -[ln(0.5)]/(0.07854)²= 112.369

그리고 이것을 이용하여 발광강도 분포를 지정된 방향마다 계산하면 도 3에 도시한 바와 같은 분포가 얻어진다. 도 3은 발광강도 분포를 2차원에 관해 계산하여 도시한 경우의 도면이다. 이 경우, 2차원의 발광강도 분포 PO(θ)는 (3)식으로 주어진다.

PO(θ)= exp(-α²θ²)·exp(-β²Ψ²) …(3)

θ방향과 Ψ방향에 관하여 분포 산출계수(α와 β)를 같은 방법으로 산출한다. 발광분포계수(α)는 (4)식으로 주어지고, 발광 분포계수(β)는 (5)식으로 주어진다.

α²= -[ln(h)]/(FAHM/2)² …(4)

h= O.5, FAHM= 9도라면

rad(9/2)= 0.07854

α²= -[ln(0.5)]/(0.07854)²= 112.369

β²= -[ln(h)]/(FAHM/2)² …(5)

h= 0.5, FAHM= 9도라면

rad(9/2)= O.07854

β²= -[ln(0.5)]/(0.07854)²= 112.369

이렇게 하여 얻어진 2차원의 발광강도 분포로부터 분명한 바와 같이, 수직표면 발광형 레이저에서는 발광소자의 강도 분포가 동심 원형상으로 거의 균일하게 되어 있다.

이 때문에 레이저 발광을 진동판(2)의 편의(변위)로서 효율적으로 수광하기 위해서는, 수광소자를 동심 원형상으로 배치하는 것이 최적이 된다. 그리고 동심 원형상으로 배치된 다른 동심원에 속하는 수광소자가 검출한 신호의 차동 신호가 음압 변화를 주는 신호가 된다.

여기서 수파 신호의 다이나믹 레인지를 제한하거나, 선별하기도 하기 위해서는 수광소자를 동심 원형상으로 2개 이상 마련함으로써 그것이 가능하게 된다.

도 1에 도시한 광 마이크로폰 소자에 있어서는 진동판(2)이 용기(1)의 단부에서 고정되어 있기 때문에 음압에 의해 진동판(2)이 중심부에서 크고, 단부에서는 진동하지 않는다, 즉 렌즈 형상으로 진동한다고 고려된다. 그러나 이와 같이 렌즈 형상으로 진동하는 경우는 상당한 음압이 필요하고, 또한 진동판(2)의 크기가 큰 경우로서, 지름 3mm 정도의 진동판의 경우에는 이러한 렌즈 형상의 진동은 실제상 고려할 필요는 없고, 진동판(2)은 그 중심부에서 평행하게 기판(9)에 대하여 대향하여 진동하고 있다고 고려하여도 좋다.

도 4는 본 발명의 광 마이크로폰 소자에 의한 수광량 변조 원리를 설명하기 위한 도면이다.

발광소자(LD)로부터 소정의 각도로 방사된 방사광은 1/2반치전각 상당이 최대 감도가 되도록 진동판(2)에서 반사하여 수광소자(PD)에 입사한다. 또한 진동판(2)이 당초 2c의 위치에 있고, 진동에 의해 편이량(δ)만큼 진동하여 2d의 위치로 이동한 것으로 한다. 또한 수발광소자(LD, PD)와 진동판(2) 사이의 거리를 L로 하고 발광소자(LD)에서의 1/2반치전각을 θ라고 한다.

진동판(2)이 정지하고 있을 때의 반사광의 수광부 사이의 지름을 A, 진동판(2)이 편이량(δ)만큼 이동하였을 때의 반사광의 도달 거리의 지름을 B라고 한다.

여기서, θ, L, δ, A, B를 각각 변화시키고, 반사광의 이동 폭(r)을 (6)식에 의해 계산하고, 그 결과를 표 1에 나타낸다.

r= B/2- A/2

≒ tan(θ/2)·2·(L+ δ)- tan(θ/2)·2·(L- δ) …(6)

이와 같이 발광소자의 방사 각도에 따라 원주 형상 수광소자상의 이동 폭이 결정된다.

목적으로 하는 음압과 진동판(2)의 편이량(δ)에 의해 적당한 PD 폭(3미크론 보다 크다)을 확보한다. 이 경우 A, B를 너무 크게 하면 갈륨비소 웨이퍼상에 발광소자 및 수광소자를 형성하는 경우의 전유 면적이 크게 되어, 1웨이퍼당 꺼낼 수 있는 수발광소자의 수가 적어지기 때문에 주의가 필요하다.

또한 도 1(b)에 도시한 바와 같이 수발광소자로부터의 전극(11)이나 그것에 접속되는 와이어 본딩용의 패드 등의 면적을 필요로 하기 때문에 그들을 고려하여 설계하여야 한다. 또한 와이어 본딩용의 패드의 면적으로서는 각 100미크론각 이하면 충분하다. 또한 플립칩 본딩이면 패드의 면적은 50미크론각 이하면 좋다.

또한 동심 원형상으로 형성되는 수광소자는 동일 동심 원형상으로 단일한 것으로도 형성할 수 있지만, 복수의 수광소자로 분할하여 형성하는 것도 가능하다. 또한 동심원의 수가, 후에 설명하는 바와 같이, 2개의 다른 동심 원형상의 수광소자로부터 차동 신호를 꺼내기 위해 적어도 2개 필요하지만, 2개에 한정되는 것이 아니라 복수 형성할 수도 있다.

일반적으로 수직표면 발광형 발광소자로서 이용되는 레이저 다이오드는 온도 의존성이 크고 그 발광 출력은 시간에 따라 변화된다. 또한 레이저 다이오드의 구동전류의 변화 등에 의해서도 광량의 변화가 발생된다.

그 때문에 그대로 아무런 조치를 취하지 않고 직접 또는 간접으로 발광 신호를 수광소자에 입력하면 수광소자로부터 꺼내지는 출력이 그대로 레이저 다이오드의 광량 변화에 따라 변화되게 된다.

이러한 상태에서는 수광소자로부터의 출력 신호에 온도 의존성 및 구동전류 변화에 의한 오차가 발생하여 버리게 된다.

본 발명에 의한 광 마이크로폰 소자에 있어서 반사광 신호를 수광소자에서 꺼낸 경우, 이 발광 레이저 신호의 온도 의존성이나 구동전류 변화 등에 의한 광량 변화가 일어날 가능성이 있다.

이 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 수광소자를 복수 배치하고, 그로부터 수광한 신호의 차분을 꺼내도록 구성되어 있다.

또한 본 발명에서는 이들 복수의 수광소자가 동일한 제조공정에서 만들어지기 때문에, 그 상호간의 편차는 극히 작고 그 차분을 취함에 따라 문제가 되는 상쇄 오차를 극소로 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 광 마이크로폰 장치의 전기적 등가회로의 한 예를 도시한 것이다.

여기서 VCSEL은 수직표면 발광형 레이저다이오드를 PD1, PD2는 이 VCSEL의 주위에 이것을 둘러 싸도록 배치된 포토다이오드 등의 수광소자를 나타내고 있다.

이들의 VCSEL 및 수광소자(PD1, PD2)는 각각 저항(R3, R1, R2)을 통하여 전원(20)과 접지(30) 사이에 직렬 접속되고, 각각 소정의 구동전류가 흐르도록 구성되어 있다.

저항(R1)과 수광소자(PD1)와의 접속점은 차동증폭기(IC1)의 반전 입력단자에 접속된다. 또한 저항(R2)과 수광소자(PD2)와의 접속점은 비반전 입력단자에 접속된다. 차동증폭기(IC1)의 출력은 버퍼용의 차동증폭기(IC2)에서 꺼내져 출력(40)이 얻어진다. 또한 전원(20)과 접지(30) 사이에는 잡음 신호의 소거를 행하기 위한 바이패스 커패시터(C11)가 접속된다.

VCSEL로부터 방사된 입사광은 진동판(2)에서 동심 원형상으로 반사되어 수광소자(PD1, PD2)에 각각 입력된다. 또한 진동판(2)은 기판(9)에 거의 평행하게 배치되고 또한 극히 근접하여 설치되어 있다.

또한 진동판(2)의 편의량(이동량)은 1미크론 정도이기 때문에 거의 기판(9)에 대하여 평행 이동하고 있다고 고려할 수 있다.

또한 도 5에 도시한 예에서는 내측에 동심 원형상으로 배치된 수광소자(PD1)를 반전 입력단자에, 외측에 배치된 수광소자(PD2)를 비반전 입력단자에 접속하고 있지만, 반드시 이와 같이 접속할 필요는 없고, 실제의 회로의 설계 상황에 의해 최적 단자에 접속할 수 있다.

또한 차동증폭기(IC1)의 출력전류(iout)와 차동입력전류(i1, i2) 사이에는 iout= i1- i2의 관계가 있다.

여기서 차동입력(i1와 i2)과 동립적으로 δi1 및 δi2의 변화가 있는 경우 iout= ((i1+ δi1)- (i2+ δi2))가 된다.

여기서 수광소자(PD1와 PD2)가 동시에 변화되는 경우, 이 변화량(δi1와 δi2)은 δi1= δi2가 되어 iout= i1- i2로 된다.

따라서 가령 VCSEL에 온도 변화나 구동전류 변화에 의해 발광에 변화가 생긴 경우에도, 그 변화는 수광소자(PD1과 PD2)에 동시에 전달되고, 그것이 상쇄되기 때문에 차동 출력(iout)에는 VCSEL의 변동은 나타나지 않는다.

또한 독립된 변화로서 전류의 크기가 다를 때는 iout= [(i1- i2)+(δi1- δi2)]로 되어 그 차분이 출력의 변화로 되어 나타나게 된다.

이것은 반사되는 광 신호가 진동판의 변화 예를 들면 진동이나 변위에 의해 변화되고, 그 때문에 동심 원형상으로 수광되는 반사광에 변화가 생겨 각각의 수광소자에 개개의 입력 변화가 있는 것을 나타낸다.

도 6은 본 발명의 광 마이크로폰 장치의 전기적 등가회로의 다른 구성을 도시한 회로도이다. 이 실시의 형태에서는, 입력전류(i1, i2)를 각각 저항(R)을 통하여 가산회로(IC3) 및 감산회로(IC4)에 입력되어 있다. 그리고 가산회로(IC3)의 출력전류(i1+ i2)와, 감산회로(IC4)의 출력전류(i1- i2)를 회로(50)에 입력한다. 회로(5O)의 출력으로부터 출력전류(i1+ i2)에 역비례하는 출력이 얻어진다. 회로(50)의 출력은 연산기(IC5)를 통하여 출력(40)에 (i1-i2)/(i1+ i2)로서 꺼내진다. 이와 같이 회로(50)와 연산기(IC5)로서 제산(除算)회로가 구성되어 있다.

이러한 회로 구성을 채용하면, 입력전류(i1 , i2)가 모두 증가 또는 감소된 경우에, 도 5의 회로 구성에 비하여 보다 안정된 출력을 얻을 수 있다.

상술한 본 발명은 광 마이크로폰 장치의 구성에 있어서는, 지름 3mm 정도의 작은 지름의 진동판(멤브레인)을 이용하면, 외래 음파의 음압에 대하여 진동판의 이동 변위는 ±0.5㎛ 정도가 된다. 그리고 수광부에서의 광의 이동 폭(변위 폭)은 레이저의 방사각이 12°이면 반치 폭으로 0.21㎛ 정도가 된다.

따라서 반치각 위치로 0.21㎛, 반치전각의 폭으로 0.42㎛ 정도의 이동 폭에 있어서의 수광소자에서의 전기 신호의 변화를 차동 증폭기 또는, 제산기 등의 증폭기로 증폭하게 된다. 여기서, 증폭기의 출력을 실용적인 레벨까지 크게 하려고 하면, 증폭기의 증폭율을 크게 할 필요가 있고, 증폭기의 설계가 복잡하게 되어 버린다.

또한 증폭율을 크게 하면, 이에 따라 전자회로상에서 발생되는 잡음도 함께 크게 되어 버려, 신호·잡음(S/N) 비를 높게 하기 어렵게 된다.

그래서, 본 발명에 있어서는 더한층의 개량이 가하여진다. 즉, 음향 변환 효율을 증대시키기 위해, 반사광의 이동 폭을 증가시키기 위한 기술적 수법이 취해진다. 이하, 그 개량 발명에 관해 그 실시의 형태에 관해 설명한다.

이 개량 발명에서는, 기판(9)과 진동판(2)과의 광로상에, 렌즈소자(60)를 도 7에 도시한 바와 같이 배치한다.

또한 도 7에 있어서, 렌즈소자(60) 이외의 구성은 도 4에 도시한 것과 동일 하기 때문에 동일 부호를 붙여 도시하고 그 상세 설명은 생략한다.

광로상에 배치된 렌즈소자자(60)는 발광소자(LD)로부터의 입사광을 수속(收束)하여 진동판(2)으로 이끌고, 진동판(2)으로부터의 발산 반사광을 수속시켜 수광소자(PD)로 이끈다.

렌즈소자(60)로서는, 마이크로 렌즈 또는 홀로그램을 이용할 수 있다. 마이크로 렌즈인 경우에는 단품이라도 이용 가능하지만, 이온 교환으로 슬라브[Slab] 유리에 렌즈를 형성하고 수발광소자를 이것에 밀착시켜 이용할 수 있다.

도 7에 도시한 실시의 형태에서는, 발광소자(LD)와 진동판(2) 사이의 거리를 1.3mm으로 하고, 렌즈 지름을 0.25mm, 확대 배율을 6.5로 하는 렌즈소자(60)를 광로상에 배치하였다.

이 렌즈소자(60)의 초점 위치 부근에 진동판(2)을 배치하고, 이것을 기준 위치로 한다. 도 7의 a점은 결상 위치를 도시한다. 또한 b점은 진동판(2)에서 반사되고, 되돌린 위치에서의 결상점을 도시한다. 또한 도 7에 도시한 상태는, 진동판(2)이 고압에 의해 오목하게 된 상태이다. 각(θ)은 렌즈소자(60)의 수속각으로 정해지고, 본 실시형태에서는 θ≒ 12°이다. △은 광축상에서의 결상 위치의 기준 위치로부터의 편위(偏位)를 나타내고, M을 렌즈소자(3)의 배율이라고 하면, (7)식에 의해 계산된다.

△= 2×δ× M²= 2×8×6.5² …(7)

수발광소자(LD, PD)와 진동판(2) 사이의 기준 거리를 렌즈의 기준 물상간(物像間) 거리(L₀)로 하면, 렌즈와 수발광소자(LD, PD)와의 거리(L)는 근사치로서

L= L₀×M/(1+ M) …(8)

로 주어진다.

또한 도 7의 경우에는, 발광소자(LD)로부터 A/2 만큼 떨어진 위치가 진동판(2)의 변위(2δ)에서 B/2가 되는 경우를 도시한다.

변위 + δ의 B/2는 (9)식, 변위 -δ의 A/2는 (10)식에 의해 각각 근사 계산된다.

B/2= -(Hap)·[L- {L+ (2d·M²)- (2δ·M²)}]/

{L+ (2d.M²)- (2δ·M²)} …(9)

A/2= -(Hap)·[L- {L+ (2d·M²)- (2δ·M²)}]/

{L+ (2d.M²)- (2δ·M²)} …(10)

또한 진동판(반사판)(2)의 편위(d)는 기준 위치로부터의 오프셋량이다. 또한 (Hap)= 되돌림 광의 광속 높이라고 정의하면, 수광부에의 투영 반경의 변화는, 진동판 진폭 +δ에서의 투영 반경을 B/2, 진동판 진폭 δ에서는 A/2라고 하면, d가 마이너스일 때, 진동판이 렌즈로부터 멀어지고, 이 경우는 광속은 렌즈 지름 전부를 이용하여 되돌아가기 때문에 되돌림 광속 높이(Hap)는 φ/2을 취한다. 한편, 진동판이 렌즈에 가까울 때, d는 플러스가 되고, 되돌림 광의 광속 높이는 2d 상당비 분만큼 작아지는 점이 되기 때문에, 되돌림 광속 높이(Hap)는 축소된다. 여기서, 진동판(2)의 진동을 ±0.5㎛으로 하고, L₀= 1.39mm, 렌즈 지름(φ) 0.25mm, M= 6.5로 하여, 오프셋량(d)을 변화시켰을 때의, △, L, A/2, B/2, 이동 폭의 변화를 계산하여 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타낸 예에서는, 렌즈소자(3)의 초점 위치에 진동판(2)을 배치한 경우를 기준 위치(= 0)로 하고, 이 기준 위치로부터 d (표 2중에서는 ±5㎛)만큼 오프셋시키고, 진동판의 진폭을 ±0.5㎛ 변화시켜 산출하고 있다.

표 2의 결과에서, 수 ㎛만큼 진동판(2)을 렌즈소자(3)의 초점위치로부터 멀어지도록 떨어진 쪽이 이동 폭이 커진다, 즉 수광 감도가 높아짐을 것을 알 수 있다.

또한 렌즈의 확대 효과를 비교하기 위해, 도 4에 도시한 렌즈소자가 없는 경 우와 비교한다.

표 1에 나타낸 개량 수법인 렌즈를 이용하지 않은 구성의 경우, 발광소자(LD)로부터의 광의 방사각이 12°일때 이동 폭인 0.21㎛와 비교하면 대폭으로 증대하고 있다.

이와 같이 렌즈소자(3)를 광로상에 설치함으로써, 진동판(2)으로부터의 반사광은 진동판(2)의 변위량(δ)의 2배로 광학 배율(M)의 2승을 곱한 분만큼 변화된다.

즉, 진동판(2)의 변위량(δ)의 84배의 이동 폭이 얻어진다. 또한 본 발명은 광 마이크로폰 장치에 한정되는 것이 아니라, 광 센서에도 적용되는 것은 물론이다.

다음에, 본 발명의 제2의 국면에 관한 실시의 형태에 관해 설명한다.

도 9는 본 발명의 제2의 국면에 관한 실시의 형태의 한 예로서의 광 마이크로폰 장치 헤드부의 구성을 도시한 단면도이다.

본 발명에 있어서는 기판(75)에 탑재되는 발광소자(73)와 수광소자(74)를 각도를 갖게 하지 않고 발광면과 수광면이 평행으로 거의 동일 평면이 되도록 기판(75)에 설치한다. 그리고 발광소자(73)로부터 발광면에 대하여 거의 수직으로 광 빔을 진동판(72)에 대하여 출사한다.

다음에 본 발명에 있어서는 진동판(72)을 지점(77, 78)에 의해 팽팽하게 걸 때에 소정의 각도(θ)만큼 기판(75)에 대하여 기울여 팽팽하게 건다. 그리고 발광소자(73)로부터의 광 빔이 진동판(72)에 의해 반사되어 수광소자(74)에 도달되는 입사광과 반사광이 이루는 각도를 진동판(72)의 경사각도(θ)와 동일하게 되도록 한다.

이와 같이 발광소자(73)와 수광소자(74)를 기판(75)에 평면적으로 장착시킴으로써 양산성을 향상시킬 수 있다.

여기서 발광소자로서 수직표면 발광형 발광소자를 이용하면 발광소자(73)의 발광면에 수직 방향으로 입사광이 얻어진다.

또한 수광소자(74)에 대해서는 이에 입사되는 반사광은 수광면에 대하여 경사되지만, 일반적으로 수광소자는 발광소자에 비하여 수광하는 광의 입사 각도에 대해서는 감도는 그 그다지 열화되지 않고, 입사 각도가 반드시 수광면에 수직으로 되어 있지 않아도 수광 효율은 현저하게 열화되지 않는다.

또한 도 9에 도시한 구성에 있어서 발광소자(73)로서 도 1에 도시한 것과 같은 VCSEL을 이용할 수 있다.

이 경우, 기판(75)으로서 갈륨비소 웨이퍼 등을 이용하고, 그 기판(75)상에 VCSEL(3)과 PD(4)를 형성한다. 또한 PD(4)는 복수개 배치하여도 좋고, PD(4)를 VCSEL(3)을 둘러싸도록 동심 원형상으로 형성할 필요는 없다. 이와 같이 형성함으로써, VCSEL(3)로부터의 발광강도의 최대의 부분을 PD(4)로 수광할 수 있다. 또한 PD(4)를 복수개 배치한 경우, 이 PD(4)로부터의 신호를 받는 도시하지 않은 차동증폭기 등의 전자회로를 플립칩 본딩 등으로 기판(5)에 장착시킴으로써 소형화를 실현할 수 있다.

도 10은 진동판(72)의 표면 형상을 도시한 것이다.

상술한 바와 같이 발광소자(73)로서 수직표면 발광형 발광소자(VCSEL)를 이용한 경우에는 발광면으로부터의 광은 동심 원형상으로 균일한 발광강도를 가지고 방사되기 때문에, 진동판(72)의 수광면을 원 형상으로 경면 마무리하여 두면 그곳에서의 반사 효율이 향상된다.

도 10에 사선으로 도시한 영역(72a)은 이와 같이 경면 마무리를 한 영역을 도시하고 있다. 또한 도 10(b)에 도시한 바와 같이 광 빔이 닫는 스폿 형상의 영역(72b)만을 경면 마무리하는 것도 가능하다. 영역(72c)은 진동판(72)을 지점(77, 78)으로 팽팽하게 걸 때의 위치 결정 포인트를 나타내고 있다.

도 11은 본 발명에 의한 광 마이크로폰 장치 헤드부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

발광소자(73)로부터 출사된 광 빔의 광속(L1)은 기판(75)에 대하여 θ만큼 기울어진 각도로 팽팽하게 걸린 진동판(72)의 소정 영역에 있어서, 여기서 반사되여 반사광속(L2)이 되어 수광소자(74)에 입사된다. 이 때, 진동판(72)이 음파에 의해 진동됨으로써 반사광속(L2)은 도면 중에 실선, 파선 및 쇄선으로 도시한 바와 같이 진동 변위의 크기에 따라 변화되고, 수광소자(74)의 다른 수광면에 입사된다.

따라서 이 수광 위치에서의 광신호의 크기를 검출함으로써 진동판(72)의 진동 변위를 검출할 수 있다.

상술한 본 발명의 제2의 국면에 관한 구성은 종래 기술에 비하여 매우 유용하기는 하지만, 이하와 같은 문제점이 내재한다.

(i) 보통, 진동판에 조사되는 발광소자(73)로부터의 광속이 5 내지 10도 정 도 퍼져서 조사되어 진동판(2)에서 반사되기 때문에, 반사광이 수광소자의 수광면 이외의 곳에도 확대되어 조사되는 경우가 있다.

(ⅱ) 진동판의 진동에 의해 반사광의 초점이 반드시 1개의 수광소자의 수광면에 정해지지 않아 수광 효률이 저하되는 경우가 있다.

(ⅲ) 발광소자로부터 방사되는 광 빔의 광축은 반드시 방사면에 수직으로 일어서지 않는 경우도 있다.

이 때문에, 반사광을 수광하는 수광소자를 기판에 대하여 하나만 고정 위치에 마련한 것만으로는, 반사광 모두를 효율적으로 수광할 수 없다는 문제점이 있다.

그래서, 본 발명의 제2의 국면에 있어서는, 상기 문제점을 해소하기 위해 더한층의 개량 수법이 강구된다.

도 12는 그와 같은 개량 발명의 실시의 형태의 한 예인 광 마이크로폰 장치 헤드부의 구성을 도시한 도면이다. 또한 도 9 및 도 11에 도시한 것과 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 상세 구성은 설명을 생략한다.

본 개량 발명에 있어서는 도 9 또는 도 11에서 도시되는 수광소자(74)를 복수로 분할하고, 이 분할된 수광소자(74₁, 74₂, 74₃, …74_n)를 소정의 형상으로 배열하고 있다.

이와 같이 복수의 수광소자(74₁, 74₂, 74₃, …74_n)를 이용함으로써 진동판(72)에 의해 반사되는 반사광(L2)의 광속의 퍼짐을 모두 흡수하여 수광할 수 있다.

도 12에 도시한 실시의 형태에서는 발광소자(73)를 하나로 하고, 수광소자(74)를 복수개 마련하고 있으므로, 이 발광소자(73)로부터의 방사 빔의 반사광(L2)을 모두 흡수하여 수광하는 것이 가능하게 된다.

또한 수광소자(74)의 배열은 발광소자(73)에 대하여 도 13(A)에 도시한 바와 같이 직선 형상으로 배열하는 것도 가능하지만, 예를 들면 도 13(B)에 도시한 바와 같이 복수의 수광소자(74₁ 내지 74_n)를 원 형상으로 배열하는 것도 가능하고 또한 도 13(C)에 도시한 바와 같이 사각형 형상으로 배열하는 것도 가능하다.

또한 수광소자(74)뿐만이 아니라 발광소자(73)에 관해서도 이것을 분할하여 배열할 수 있다.

도 13(D)는 발광소자(73)를 분할하여 수광소자(74)와 같이 직선 형상으로 배열한 경우를 도시하고 있다. 또한 도 13(E)는 원형 형상으로, 제13도(F)는 사각형 형상으로 발광소자(73)를 분할하여 배치하고 있다.

이와 같이 발광소자(73)를 분할하여 복수 마련함으로써 더욱 발광 효율을 상승시킬 수 있다.

도 10은 진동판(72)의 표면 형상을 도시한 도면이다.

발광소자(73)로서 수직표면 발광형 발광소자(VCSEL)를 이용한 경우에는 발광면에서의 광은 동심 원형상으로 균일한 발광강도를 가지고 방사되기 때문에, 진동판(72)의 수광면을 원 환형상으로 경면 마무리하여 두면, 거기서부터 반사 효율이 향상된다.

도 10에 사선으로 도시한 영역(72a)은 이와 같이 경면 마무리를 한 영역을 도시하고 있다.

또한 도 10(b)에 도시한 바와 같이 광 빔이 닫는 스폿 형상의 영역(72b)만을 경면 마무리하는 것도 가능하다. 영역(72c)은 진동판(72)을 지점(77, 78)으로 팽팽하게 걸 때의 위치 결정 포인트를 나타내고 있다.

이상, 본 발명의 광학식 음향전기 변환장치에 관해, 광 마이크로폰 장치를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것만으로 제한되는 것이 아니라, 널리 음향 센서 등에 적용 가능한 것은 말할 필요도 없다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1의 국면에 의하면, 동일 기판상에 발광소자와 수광소자를 동시에 형성할 수 있으므로 상호간의 위치 정밀도를 1미크론 이하로 할 수 있고, 종래의 수발광소자의 위치 정밀도에 비해 백분의 1 이하의 극히 고정밀도로 할 수 있다는 특징이 있다.

또한 발광강도 분포가 동심 원형상으로 거의 균일한 수직표면 발광형 발광소자와 그 주변에 동심 원형상으로 수광소자를 배치한 구조를 채용하고 있기 때문에, 복수의 수광소자로부터의 출력을 차동 신호로서 그 차분을 검출하여 출력으로 할 수 있다.

따라서 단일의 수광소자를 이용하여 출력 신호로 한 경우에 비하여 발광소자 의 온도 변화나 구동전류 변화 등에 의한 영향을 저감할 수 있고, 안정된 신호 출력을 얻을 수 있다.

또한 수발광소자가 탑재된 기판과 진동판과의 사이에 렌즈소자의 광축상에 수발광소자를 공축 배치함으로써, 반사광의 이동 폭을 대폭 증대시킬 수 있다.

따라서 증폭기의 증폭율을 증대시키지 않고, S/N비의 높은 재생음을 실현할 수 있다.

또한 본 발명의 제2의 국면에 의하면, 발광소자와 수광소자를 기판에 대하여 평면적으로 설치하고 있기 때문에 장착이 간단하고 양산성이 우수하다.

또한 진동판의 경사는 근소하기 때문에 진동판은 거의 수발광소자가 장착된 기판에 대하여 평행하게 건 것으로 고려할 수 있다. 이 때문에 본 발명에서는 음향전기 변환장치의 헤드부를 구성하는 부품에 편차가 있더라도 입사광과 반사광과의 초점맞춤이 용이하고 게다가 양산성이 우수한 광 마이크로폰 장치를 구성할 수 있다.

또한 적어도 복수의 수광소자가 기판에 대하여 평면적으로 설치되어, 발광소자로부터의 반사광을 과부족 없이 수광할 수 있다. 이 때문에 수광 효율이 높은 음향전기 변환장치를 실현할 수 있다.

또한 수광소자를 세분화 하여 복수 마련함으로써 각 소자의 열 잡음을 억제할 수 있으므로, 종합적으로 SN 비를 향상시킬 수 있다.

Claims

동일 기판상에 발광소자와 수광소자를 배치하고, 상기 기판에 대향하는 위치에 설치된 진동판에 상기 발광소자로부터 광을 방사하고, 상기 진동판으로부터의 반사광을 상기 수광소자에서 수광하여 상기 진동판의 변위를 검출하는 광학식 음향전기 변환장치에 있어서,

상기 발광소자로서, 발광강도 분포가 발광영역의 중심점의 주위에서 거의 균일한 수직표면 발광형 발광소자를 상기 기판의 중심부에 배치하고, 상기 발광소자의 주위를 둘러싸도록 상기 수광소자를 배치한 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 1항에 있어서,

상기 수광소자가, 동심 원형상으로 배치되는 복수개의 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
다른 동심원에 속하는 수광소자가 검출한 신호의 차동 신호를 검출하는 차동 검출기를 구비하고, 상기 차동 검출기의 출력으로부터 진동판의 변위를 검출하는 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 1항에 있어서,

상기 발광소자와 수광소자를 상기 기판상에 동시에 형성한 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 1항에 있어서,

상기 기판이 갈륨비소 웨이퍼로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 진동판은 상기 기판과 거의 평행하며 또한 근접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 1항에 있어서,

상기 기판과 상기 진동판과의 광로상에, 상기 발광소자로부터의 입사광을 수속(收束)하여 상기 진동판으로 인도하고, 상기 진동판으로부터의 발산 반사광을 수속시켜 상기 수광소자로 인도하는 렌즈소자를 그 광축상에 상기 발광소자를 갖도록 배치하는 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 7항에 있어서,

상기 렌즈소자가 마이크로 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 7항에 있어서,

상기 렌즈소자가 홀로그램인 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 7항 또는 제 8항에 있어서,

상기 렌즈소자의 초점 위치보다 약간 먼 위치에 상기 진동판이 위치하도록 상기 렌즈소자를 배치하는 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
음압에 의해 진동되는 진동판과, 상기 진동판에 광 빔을 조사하는 발광소자와, 상기 진동판에 조사된 상기 광 빔의 반사광을 수광하고, 상기 진동판의 진동 변위에 대응하는 신호를 출력하는 수광소자와, 상기 발광소자와 상기 수광소자를 설치하는 기판을 구비한 광학식 음향전기 변환장치에 있어서,

상기 발광소자의 발광면과 상기 수광소자의 수광면이 평행하며 또한 거의 동일 평면이 되도록 상기 발광소자와, 하나 또는 복수의 상기 수광소자를 상기 기판상에 설치하고,

상기 진동판을 상기 기판에 대하여 소정 각도만큼 경사시키고, 상기 발광소자로부터 상기 동일 평면에 대하여 거의 수직으로 출사되는 상기 광 빔을 상기 진동판에 조사하고,

상기 진동판에서의 상기 반사광을 상기 하나 또는 복수의 수광소자에 의해 수광하는 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 11항에 있어서,

상기 진동판의, 상기 입사광이 조사되는 영역을 경면(鏡面)으로 하는 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 12항에 있어서,

상기 영역이 원 환형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 12항에 있어서,

상기 영역이 원형 스폿 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 11항에 있어서,

상기 수광소자를 상기 발광소자에 대하여 직선 형상으로 복수개 배열한 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 11항에 있어서,

상기 수광소자를 원형 형상으로 복수개 배열한 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 11항에 있어서,

상기 수광소자를 사각형 형상으로 복수개 배열한 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.
제 11항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 발광소자를 복수개 배치한 것을 특징으로 하는 광학식 음향전기 변환장치.