CN214070119U - 光学麦克风 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光学麦克风，包括外壳和设置于所述外壳内的振动组件，所述外壳包括相对的第一侧端和第二侧端，所述第一侧端形成有声孔、所述第二侧端设置有电路板，所述电路板上设置光电组件，所述光电组件包括朝向所述振动组件发射光线的光源和接收经过所述振动组件后的光线的光感测器；所述振动组件包括振膜和与所述振膜一体连接的垫圈，所述垫圈设置于所述振膜和所述外壳的第一侧端之间，本实用新型光学麦克风既能沿用现有ECM成熟的制程，又能有效地简化结构，成本低且效果好。

Description

光学麦克风

技术领域

本实用新型涉及麦克风技术领域，特别是涉及一种光学麦克风。

背景技术

MEMS麦克风已广泛应用于手机、笔记本等电子产品中，但MEMS麦克风受限于电容感测的物理瓶颈如频响范围窄、底噪音大、线性输出范围小等，难以满足应用端的需求。

光学麦克风的基本原理是利用光学模块向膜片发射光线并接收由膜片反射的光线，声波振动膜片时改变膜片所反射光线的强度和相位，并据此产生相应的电信号，实现声信号到光信号再到电信号的转换，可以提供更大的频响范围、线性度及感度等特性。但现有光学麦克风仍存在结构复杂、组装不便、成本高昂等问题。

发明内容

有鉴于此，提供一种结构简单、组装方便的光学麦克风。

本实用新型提供一种光学麦克风，包括外壳和设置于所述外壳内的振动组件，所述外壳包括相对的第一侧端和第二侧端，所述第一侧端形成有声孔、所述第二侧端设置有电路板，所述电路板上设置光电组件，所述光电组件包括朝向所述振动组件发射光线的光源和接收经过所述振动组件后的光线的光感测器；所述振动组件包括振膜和与所述振膜一体连接的垫圈，所述垫圈设置于所述振膜和所述外壳的第一侧端之间。

进一步地，所述电路板和所述振膜之间设置有支撑件，所述支撑件和所述垫圈至少其中之一的内壁面形成反射面，所述反射面相对于所述振膜的中心轴线倾斜设置，所述反射面所环绕的空间构成光通道。

进一步地，所述反射面为锥面，其母线为直线或曲线。

进一步地，所述振膜的中央朝向所述光通道内突出形成有遮蔽件，所述反射面的母线为椭圆曲线，所述椭圆曲线是以所述光源和遮蔽件为两焦点所构成。

进一步地，所述反射面相对于所述振膜的中心轴线的倾斜角度为45度。

进一步地，所述振膜为透明或半透明结构，所述反射面形成于所述垫圈的内壁面，所述振膜朝向所述外壳的第一侧端的方向突出设置有遮蔽件；或者，所述振膜为不透光结构，所述反射面形成于所述支撑件的内壁面，所述振膜朝向所述外壳的第二侧端的方向突出设置有遮蔽件。

进一步地，所述振膜为透明或半透明结构，所述反射面包括形成于所述垫圈的内壁面的第一反射面和形成于所述支撑件的内壁面的第二反射面，所述第一反射面和第二反射面位于一共同的锥面上。

进一步地，所述振膜朝向所述外壳的第一侧端的方向突出设置有遮蔽件；或者，所述振膜朝向所述外壳的第二侧端的方向突出设置有遮蔽件；或者，所述振膜的两侧分别突出设置有遮蔽件。

进一步地，所述电路板上还设置有所述光源的驱动模块以及放大器，所述放大器用于放大所述光感测器的信号。

进一步地，所述外壳在其第一侧端还设置有防尘布遮挡所述声孔。

相较于现有技术，本实用新型光学麦克风既能沿用现有ECM成熟的制程，又能有效地简化结构，成本低且效果好。

附图说明

图1为本实用新型光学麦克风第一实施例的结构示意图。

图2为本实用新型光学麦克风第二实施例的结构示意图。

图3为本实用新型光学麦克风第三实施例的结构示意图。

图4为本实用新型光学麦克风第四实施例的结构示意图。

附图标号说明：

10--外壳，12--声孔，14--开口，16--防尘布；

20--振动组件，22、22a、22b--振膜，24、24a、24b、24c--垫圈，26、26a--反射面，26b、26c--第一反射面，27b、27c--第二反射面，28、28a--光通道，29、29a、29b、29c--遮蔽件；

30--光电组件，32--光源，34--光感测器，36--信号放大模块；

40--电路板；

50、50a、50b、50c--支撑件。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中示例性地给出了本实用新型的一个或多个实施例，以使得本实用新型所公开的技术方案的理解更为准确、透彻。但是，应当理解的是，本实用新型所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件/组件”时，本实用新型并不限定该元件/组件的数量为一个，也可以包括多个。

图1所示为本实用新型光学麦克风第一实施例的结构示意图，所示光学麦克风包括外壳10以及设置于外壳10内的振动组件20、光电组件30和电路板40。

外壳10为筒状结构，其轴向第一侧端的中央开设声孔12以接收声波信号，轴向第二侧端开设开口14以方便将振动组件20、光电组件30和电路板40安装至外壳10中。其中，振动组件20靠近外壳10的第一侧端设置，电路板40位于外壳10的第二侧端并将开口14封闭。外壳10和电路板40构成光学麦克风的保护结构，将振动组件20和光电组件30封装在外壳10内。较佳地，外壳10的第一侧端的外侧面上罩设有防尘布16，避免灰尘等通过声孔12进入外壳10内而影响本实用新型光学麦克风的效果。

振动组件20与电路板40大致平行间隔设置，两者之间设置有支撑件50。光电组件30设置于电路板40上，朝向振动组件20并在径向上位于支撑件50的内侧。光电组件30包括用于发射光线的光源32和用于接收光线的光感测器34，光源32和光感测器34分别靠近电路板40的相对两侧边设置并与电路板40电性连接。较佳地，光源32和光感测器34通过贴片工艺连接至电路板40上，电路板40的内侧还设置有光源32的驱动模块和信号放大模块36、外侧还设置有多个电极用于与外部电路连接。光源32优选地为镭射二极管（LD），所发出的光线为平行光束，大致垂直地朝向振动组件20射出。

振动组件20包括振膜22以及一体连接于振膜22上的垫圈24，其中，垫圈24设置于振膜22的外侧，位于振膜22与外壳10的第一侧端之间。

振膜22为弹性薄膜，用于接收环境压力，如声压、气压等，并根据环境压力的变化相应地产生沿其轴向的往复振动，即按图1所示上下方向振动。振膜22的外形可以是圆形、椭圆形、多边形如方形或六边形等。本实施例中，振膜22采用高分子材料制成，为透明或半透明结构，光源32产生的光线可以穿过振膜22射向振膜22外侧的垫圈24。振膜22可通过半导体工艺一体成型于垫圈24上，即简化了后续的组装制程，也避免了振膜22与垫圈24组装带来的误差，确保两者能够同轴设置，保证产品的精度。

垫圈24的外径与振膜22的外径相当、内径沿远离振膜22的方向逐渐减小，使得垫圈24的内壁面呈锥面状，构成反射面26用于反射光源32的光线。较佳地，反射面26上形成有反射层。垫圈24的内部空间，即反射面26所环绕的空间构成光通道28。较佳地，垫圈24的反射面26相对于其中心轴线的倾斜角度为45度。光源32的光线垂直地穿过振膜22后以45度的入射角射向反射面26对应光源32的一侧（即图示的左侧），被反射后平行于振膜22射出并通过光通道28射向反射面26的另一侧（即图示的右侧），再次被反射后垂直地穿过振膜22射向光感测器34。

本实施例中，振膜22朝向垫圈24的一侧设置有遮蔽件29，遮蔽件29可以是朝向光通道28外凸的凸点、凸块、凸柱、凸环、凸台、凸条等，外形可以是圆点、方块、圆柱、方柱、棱柱、圆环、方环、多角环、长条、不规则状等，数量可以是单个也可以是多个。遮蔽件29与振膜22可以是一体结构，也可以单独成型后通过压合等方式连接至振膜22上。遮蔽件29可由任意可遮光、吸收及导引光线的材料制成，对光线在光通道28内的传播形成阻碍，所述阻碍包括吸收、反射、或者折射射向遮蔽件29的光线。较佳地，遮蔽件29位于振膜22的中央，可以有最大的行程，灵敏度、信噪比更高。

振膜22在环境压力，如声压的作用下振动时，遮蔽件29在光通道28内的位置随着振膜22的振动而不断变化，随着其位置的变化所阻碍的光线的多少不同，如此最终到达光感测器34的光线的光通量不同，光感测器34根据光通量的变化产生相应的电信号，实现压力到电信号的转换。如，振膜22向上运动时，遮蔽件29深入光通道28内遮挡更多光线，到达光感测器34的光线的光通量减小；反之，振膜22向下运动时，遮蔽件29抽离光通道28对光线的遮挡变少，到达光感测器34的光线的光通量增大。

本实用新型光学麦克风可以延续ECM成型工艺的成熟技术，相对于ECM，本实用新型光学麦克风增加了光学组件30，减少了背极板、背极板与振膜间的垫片、背极板与电路板的导通环等结构，也就是说外壳10、振动组件20、电路板40是可以通用的。本实用新型光学麦克风在制造时，其振动组件20可以藉由现有的半导体工艺在垫圈24上一体形成振膜22，然后将光学组件30通过表面贴装工艺安装至电路板40上，最后通过电路板40与外壳10的封装完成振动组件20、光学组件30的组装，使得光源32和光感测器34能够对正振动组件20的反射面26。相对于传统ECM，本实用新型光学麦克风既能沿用现有ECM成熟的制程，又能有效地简化结构。

本实用新型光学麦克风在使用时，光源32光线朝向振膜22垂直射出，穿过振膜22之后被反射面26反射，沿着光通道28以平行于振膜22的方向朝向反射面26的另一侧传播，之后再次被反射面26反射后垂直地穿过振膜22并到达光感器器34。光线每经过反射面26的一次反射其方向转过90度，经过反射面26的两次反射后转向180度射向光感测器34。振膜22在振动的过程中会使光通道28变宽或变窄，同时其遮蔽件29会深入或退出光通道28，两者均会影响最终到达光感器器34的光线的光通量，光感测器34根据光通量的变化产生不同的电信号，信号放大模块36将电信号放大处理后向外部电路输出，实现光电信号的转换。

图2所示为本实用新型光学麦克风第二实施例的结构示意图，其与第一实施例的不同之处主要在于振膜22a与支撑件50a。

本实施例中，振膜22a为不透光结构，在朝向电路板40的一侧突出形成遮蔽件29a。支撑件50a在其顶端，即靠近振膜22a的侧端的内壁面形成倾斜的反射面26a，反射面26a在振膜22a的下方围成光通道28a。本实施例中，垫圈24a的内壁面不再与光线相作用，可以是任意结构，如图示的柱面结构等。光源32的光线在射向振膜22a的过程中被支撑件50a的反射面26a反射，之后以平行于振膜22a的方向沿着光通道28a传播，在传播的过程中部分光线受到遮蔽件29a的阻碍，部分不受遮蔽件29a阻碍的光线经过反射面26a的二次反射后到达光感测器34，进而产生相应的电信号。

图3所示为本实用新型光学麦克风第三实施例的结构示意图，其与第一实施例的不同之处在于支撑件50b。

本实施例中，振膜22b为透光或半透光结构。垫圈24b的内壁面形成第一反射面26b，支撑件50b在其内壁面的顶端形成第二反射面27b，第一反射面26b和第二反射面27b均为锥面，且位于一共同的圆锥上。此时，遮蔽件29b可以形成于振膜22b朝向支撑件50b的一侧，也可以形成于振膜22b朝向垫圈24b的一侧，或者也可以在振膜22b的两侧均形成遮蔽件29b。图示中，遮蔽件29b形成于振膜22b朝向支撑件50b的一侧。光源32的光线部分在到达振膜22b之前被第二反射面27b反射，部分在穿过振膜22b之后被第一反射面26b反射，反射后的光线在振膜22b的两侧平行于振膜22b传播，最后再次被第一反射面26b、第二反射面27b反射后到达光感测器34，进而产生相应的电信号。

图4所示为本实用新型光学麦克风第三实施例的结构示意图，其与第三实施例的不同之处在于垫圈24c的第一反射面26c、支撑件50c的第二反射面27c的形状。第三实施例中第一反射面26b、第二反射面27b为标准的锥面，其母线为直线。本实施例中，第一反射面26c、第二反射面27c为锥面但其母线为外凸的曲线。优选地，第一反射面26c、第二反射面27c的母线均为椭圆曲线的一部分，椭圆曲线是以光源32和遮蔽件29c为两焦点所构成，能够有效增加光源32使用率，增加组件感度。应当理解地，在第一反射面26c与第二反射面27c也可以有不同的形状，如其中之一的母线为直线、另一的母线为曲线等。

需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种光学麦克风，包括外壳和设置于所述外壳内的振动组件，所述外壳包括相对的第一侧端和第二侧端，所述第一侧端形成有声孔、所述第二侧端设置有电路板，其特征在于，还包括设置于所述电路板上的光电组件，所述光电组件包括朝向所述振动组件发射光线的光源和接收经过所述振动组件后的光线的光感测器；所述振动组件包括振膜和与所述振膜一体连接的垫圈，所述垫圈设置于所述振膜和所述外壳的第一侧端之间。

2.如权利要求1所述的光学麦克风，其特征在于，所述电路板和所述振膜之间设置有支撑件，所述支撑件和所述垫圈至少其中之一的内壁面形成反射面，所述反射面相对于所述振膜的中心轴线倾斜设置，所述反射面所环绕的空间构成光通道。

3.如权利要求2所述的光学麦克风，其特征在于，所述反射面为锥面，其母线为直线或曲线。

4.如权利要求3所述的光学麦克风，其特征在于，所述振膜的中央朝向所述光通道内突出形成有遮蔽件，所述反射面的母线为椭圆曲线，所述椭圆曲线是以所述光源和遮蔽件为两焦点所构成。

5.如权利要求2所述的光学麦克风，其特征在于，所述反射面相对于所述振膜的中心轴线的倾斜角度为45度。

6.如权利要求2所述的光学麦克风，其特征在于，所述振膜为透明或半透明结构，所述反射面形成于所述垫圈的内壁面，所述振膜朝向所述外壳的第一侧端的方向突出设置有遮蔽件；或者，所述振膜为不透光结构，所述反射面形成于所述支撑件的内壁面，所述振膜朝向所述外壳的第二侧端的方向突出设置有遮蔽件。

7.如权利要求2所述的光学麦克风，其特征在于，所述振膜为透明或半透明结构，所述反射面包括形成于所述垫圈的内壁面的第一反射面和形成于所述支撑件的内壁面的第二反射面，所述第一反射面和第二反射面位于一共同的锥面上。

8.如权利要求7所述的光学麦克风，其特征在于，所述振膜朝向所述外壳的第一侧端的方向突出设置有遮蔽件；或者，所述振膜朝向所述外壳的第二侧端的方向突出设置有遮蔽件；或者，所述振膜的两侧分别突出设置有遮蔽件。

9.如权利要求1所述的光学麦克风，其特征在于，所述电路板上还设置有所述光源的驱动模块以及放大器，所述放大器用于放大所述光感测器的信号。

10.如权利要求1所述的光学麦克风，其特征在于，所述外壳在其第一侧端还设置有防尘布遮挡所述声孔。

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