JP6117639B2 - Sound pressure distribution measuring device - Google Patents

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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

本発明は、音圧分布測定装置に関するものである。   The present invention relates to a sound pressure distribution measuring apparatus.

ファブリペロー干渉計の構成を有する音圧分布測定装置が非特許文献１に記載されている。このような音圧分布測定装置は生体計測の分野で使われている。特に、音圧分布測定と光音響効果測定とを併用して、生体において皮下血管が張り巡らされている様子を可視化する試みがなされている。   Non-Patent Document 1 describes a sound pressure distribution measuring device having a Fabry-Perot interferometer configuration. Such a sound pressure distribution measuring apparatus is used in the field of biological measurement. In particular, an attempt has been made to visualize a state in which a subcutaneous blood vessel is stretched in a living body by using both sound pressure distribution measurement and photoacoustic effect measurement.

非特許文献１に記載された音圧分布測定装置は、パリレンと呼ばれる弾性を有する透明薄膜の両面にミラーが形成されてファブリペロー干渉計が構成された検出部を備える。この検出部に音圧が加えられると、その音圧分布に応じて透明薄膜の厚み分布が形成され、その厚み分布に応じてファブリペロー干渉計の反射率分布が形成される。このファブリペロー干渉計の反射率分布を光学的に測定することで、音圧分布を測定することができる。   The sound pressure distribution measuring apparatus described in Non-Patent Document 1 includes a detection unit in which mirrors are formed on both sides of an elastic transparent thin film called parylene to form a Fabry-Perot interferometer. When sound pressure is applied to the detection unit, a thickness distribution of the transparent thin film is formed according to the sound pressure distribution, and a reflectance distribution of the Fabry-Perot interferometer is formed according to the thickness distribution. The sound pressure distribution can be measured by optically measuring the reflectance distribution of the Fabry-Perot interferometer.

PC Beard, and TN Mills, “A 2Doptical ultrasound array using a polymer film sensing interferometer,” 2000IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings, pp1183-1186, (2000).PC Beard, and TN Mills, “A 2D optical ultrasound array using a polymer film sensing interferometer,” 2000 IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings, pp1183-1186, (2000).

ファブリペロー干渉計の構成を有する音圧分布測定装置では、そのファブリペロー干渉計を構成する２つのミラーの間隔を高精度に設定することが必要である。しかし、一般に大面積のファブリペロー干渉計において２つのミラーの間隔を高精度に設定することは困難である。   In a sound pressure distribution measuring apparatus having a Fabry-Perot interferometer configuration, it is necessary to set the interval between two mirrors constituting the Fabry-Perot interferometer with high accuracy. However, it is generally difficult to set the distance between two mirrors with high accuracy in a large-area Fabry-Perot interferometer.

非特許文献１に記載された音圧分布測定装置でも、ファブリペロー干渉計において２つのミラーの間隔を高精度に設定した上で大面積にすることに限界があることから、生体計測において皮下の大きな体積を一度に可視化することができなかったり、空間に広がる回折音波を十分な広さの面積で受波することができなかったりして、得られる音圧分布の空間分解能が不足している。   Even in the sound pressure distribution measuring apparatus described in Non-Patent Document 1, since there is a limit to the large area after setting the interval between the two mirrors with high accuracy in the Fabry-Perot interferometer, The spatial resolution of the obtained sound pressure distribution is insufficient because a large volume cannot be visualized at once, or a diffracted sound wave that spreads in space cannot be received in a sufficiently large area. .

なお、２次元の音圧分布を測定する場合だけでなく、１次元の音圧分布を測定する場合にも同様の問題が存在する。   Similar problems exist not only when measuring a two-dimensional sound pressure distribution but also when measuring a one-dimensional sound pressure distribution.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、大面積または長尺であっても音圧分布を高精度に測定することができる音圧分布測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a sound pressure distribution measuring device capable of measuring a sound pressure distribution with high accuracy even when the area is large or long. And

本発明の音圧分布測定装置は、(1) レーザ光を出力するレーザ光源と、(2) アレイ配置された複数の検出素子を有し、レーザ光源から出力されるレーザ光を複数の検出素子それぞれに入力して、複数の検出素子それぞれから音圧に応じた強度の光を出力する検出素子アレイ部と、(3) 複数の検出素子それぞれから出力される光の強度を検出する光検出器と、(4) 複数の検出素子それぞれにおける音圧変化量に対する出力光強度変化量の比である感度を調整する感度調整部と、を備えることを特徴とする。さらに、複数の検出素子それぞれは、透明媒質を挟んで互いに対向して配置されてファブリペロー干渉計を構成する第１ミラーおよび第２ミラーを含み、音圧によって第１ミラーと第２ミラーとの間の光路長が変化してファブリペロー干渉計の透過率または反射率が変化し、この透過率または反射率に応じた強度の光を出力することを特徴とする。 The sound pressure distribution measuring apparatus of the present invention includes (1) a laser light source that outputs laser light, and (2) a plurality of detection elements arranged in an array, and the laser light output from the laser light source is a plurality of detection elements. A detection element array unit that outputs light having an intensity corresponding to sound pressure from each of the plurality of detection elements, and (3) a photodetector that detects the intensity of light output from each of the plurality of detection elements. And (4) a sensitivity adjustment unit that adjusts a sensitivity that is a ratio of an output light intensity change amount to a sound pressure change amount in each of the plurality of detection elements . Furthermore, each of the plurality of detection elements includes a first mirror and a second mirror that are arranged to face each other with a transparent medium interposed therebetween, and constitute a Fabry-Perot interferometer. The optical path length is changed to change the transmittance or reflectance of the Fabry-Perot interferometer, and light having an intensity corresponding to the transmittance or reflectance is output.

感度調整部は、複数の検出素子それぞれにおける第１ミラーと第２ミラーとの間の間隔を調整することで感度を調整してもよいし、複数の検出素子それぞれにおける透明媒質の屈折率を調整することで感度を調整してもよいし、また、レーザ光源から出力されて複数の検出素子それぞれに入力されるレーザ光の波長を調整することで感度を調整してもよい。   The sensitivity adjustment unit may adjust the sensitivity by adjusting the distance between the first mirror and the second mirror in each of the plurality of detection elements, or adjust the refractive index of the transparent medium in each of the plurality of detection elements. Thus, the sensitivity may be adjusted, or the sensitivity may be adjusted by adjusting the wavelength of the laser beam output from the laser light source and input to each of the plurality of detection elements.

本発明の音圧分布測定装置では、複数の検出素子それぞれは、透明媒質を挟んで互いに対向して配置された第１電極および第２電極を含み、感度調整部は、複数の検出素子それぞれにおける第１電極と第２電極との間に印加する電圧値によって感度を調整してもよい。或いは、複数の検出素子それぞれは、透明媒質の一方の側に並列して配置された第１電極および第２電極を含み、感度調整部は、複数の検出素子それぞれにおける第１電極と第２電極との間に印加する電圧値によって感度を調整してもよい。   In the sound pressure distribution measuring apparatus of the present invention, each of the plurality of detection elements includes a first electrode and a second electrode that are disposed to face each other with the transparent medium interposed therebetween, and the sensitivity adjustment unit is provided in each of the plurality of detection elements. Sensitivity may be adjusted by a voltage value applied between the first electrode and the second electrode. Alternatively, each of the plurality of detection elements includes a first electrode and a second electrode arranged in parallel on one side of the transparent medium, and the sensitivity adjustment unit includes the first electrode and the second electrode in each of the plurality of detection elements. The sensitivity may be adjusted by the voltage value applied between the two.

本発明の音圧分布測定装置は、大面積または長尺であっても音圧分布を高精度に測定することができる。   The sound pressure distribution measuring apparatus of the present invention can measure the sound pressure distribution with high accuracy even if the sound pressure distribution is large or long.

本実施形態の音圧分布測定装置１の要部構成を示す図である。It is a figure which shows the principal part structure of the sound pressure distribution measuring apparatus 1 of this embodiment. 本実施形態の音圧分布測定装置１の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the sound pressure distribution measuring apparatus 1 of this embodiment. 各検出素子１１においてミラー１３Ａ，１３Ｂにより構成されるファブリペロー干渉計を説明する図である。It is a figure explaining the Fabry-Perot interferometer comprised by mirror 13A, 13B in each detection element 11. FIG. 各検出素子１１においてミラー１３Ａ，１３Ｂにより構成されるファブリペロー干渉計の透過率または反射率（光検出器４０からの出力値）の特性を説明する図である。It is a figure explaining the characteristic of the transmittance | permeability or reflectance (output value from the photodetector 40) of the Fabry-Perot interferometer comprised by mirror 13A, 13B in each detection element 11. FIG. 検出素子アレイ部１０の構成例を示す断面図である。3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a detection element array unit 10. FIG. 検出素子アレイ部１０の構成例を示す断面図である。3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a detection element array unit 10. FIG. 検出素子アレイ部１０の構成例を示す断面図である。3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a detection element array unit 10. FIG. 検出素子アレイ部１０の構成例を示す断面図である。3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a detection element array unit 10. FIG. 検出素子アレイ部１０の各検出素子１１の電極１４Ａ，１４Ｂへの電圧印加の構成例を示す図である。4 is a diagram illustrating a configuration example of voltage application to electrodes 14A and 14B of each detection element 11 of the detection element array unit 10. FIG. 検出素子アレイ部１０の各検出素子１１の電極１４Ａ，１４Ｂへの電圧印加の構成例を示す図である。4 is a diagram illustrating a configuration example of voltage application to electrodes 14A and 14B of each detection element 11 of the detection element array unit 10. FIG. 検出素子アレイ部１０の平面図である。3 is a plan view of a detection element array unit 10. FIG. 個々の検出素子１１の斜視図である。2 is a perspective view of each detection element 11. FIG. 個々の検出素子１１の断面図である。3 is a cross-sectional view of each detection element 11. FIG. 個々の検出素子１１の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of each detection element.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１は、本実施形態の音圧分布測定装置１の要部構成を示す図である。音圧分布測定装置１は、１次元または２次元にアレイ配置された複数の検出素子１１を有する検出素子アレイ部１０を備える。検出素子アレイ部１０においてアレイ配置された複数の検出素子１１は共通の構成を有する。同図は、１個の検出素子１１の構成を示している。各検出素子１１は、レーザ光源から出力されるレーザ光を入力して、音圧に応じた強度の光を出力することができる。   FIG. 1 is a diagram illustrating a main configuration of a sound pressure distribution measuring apparatus 1 according to the present embodiment. The sound pressure distribution measuring apparatus 1 includes a detection element array unit 10 having a plurality of detection elements 11 arranged in a one-dimensional or two-dimensional array. The plurality of detection elements 11 arranged in an array in the detection element array unit 10 have a common configuration. The figure shows the configuration of one detection element 11. Each detection element 11 can input laser light output from a laser light source and output light having an intensity corresponding to sound pressure.

各検出素子１１は、透明媒質１２，第１ミラー１３Ａ，第２ミラー１３Ｂ，第１電極１４Ａおよび第２電極１４Ｂを含む。透明媒質１２は、入力されるレーザ光に対して透明な媒質であり、気体（例えば空気），液体，液晶および固体の何れであってもよい。透明媒質１２は、パラキシリレン系ポリマー（パリレン）などの樹脂であってもよいし、ＢＢＯ結晶，ＬｉＴａＯ３結晶，ＫＴＢ結晶およびＬｉＮｂＯ３結晶などの電気光学結晶であってもよい。なお、電気光学結晶は、印加された電界に応じて屈折率が変化する結晶である。 Each detection element 11 includes a transparent medium 12, a first mirror 13A, a second mirror 13B, a first electrode 14A, and a second electrode 14B. The transparent medium 12 is a medium that is transparent to input laser light, and may be any of gas (for example, air), liquid, liquid crystal, and solid. The transparent medium 12 may be a resin such as a paraxylylene polymer (parylene), or an electro-optic crystal such as a BBO crystal, a LiTaO 3 crystal, a KTB crystal, and a LiNbO 3 crystal. An electro-optic crystal is a crystal whose refractive index changes according to an applied electric field.

ミラー１３Ａおよびミラー１３Ｂは、透明媒質１２を挟んで互いに対向して配置されており、ファブリペロー干渉計を構成している。音圧によってミラー１３Ａとミラー１３Ｂとの間の光路長が変化してファブリペロー干渉計の透過率または反射率が変化する。各検出素子１１は、このファブリペロー干渉計の透過率または反射率に応じた強度の光を出力することができる。   The mirror 13A and the mirror 13B are arranged to face each other with the transparent medium 12 interposed therebetween, and constitute a Fabry-Perot interferometer. The optical path length between the mirror 13A and the mirror 13B is changed by the sound pressure, and the transmittance or reflectance of the Fabry-Perot interferometer is changed. Each detection element 11 can output light having an intensity corresponding to the transmittance or reflectance of the Fabry-Perot interferometer.

電極１４Ａおよび電極１４Ｂは、透明媒質１２，ミラー１３Ａおよびミラー１３Ｂを挟んで互いに対向して配置されている。電極１４Ａはミラー１３Ａの外側に設けられ、電極１４Ｂはミラー１３Ｂの外側に設けられている。電圧源２０は、電極１４Ａと電極１４Ｂとの間に電圧を印加する。電圧源２０により電極１４Ａ，１４Ｂに印加される電圧値は可変である。電極１４Ａと電極１４Ｂとの間に印加する電圧値に応じて、ミラー１３Ａとミラー１３Ｂとの間の光路長を調整することができる。なお、光路長は幾何学的距離と屈折率との積であるから、透明媒質１２の幾何学的距離（厚み）および屈折率の双方または何れか一方を調整することで、ミラー１３Ａとミラー１３Ｂとの間の光路長を調整することができる。なお、ミラー１３Ａおよびミラー１３Ｂが電極１４Ａおよび電極１４Ｂを挟む配置であってもよい。   The electrode 14A and the electrode 14B are disposed to face each other across the transparent medium 12, the mirror 13A, and the mirror 13B. The electrode 14A is provided outside the mirror 13A, and the electrode 14B is provided outside the mirror 13B. The voltage source 20 applies a voltage between the electrode 14A and the electrode 14B. The voltage value applied to the electrodes 14A and 14B by the voltage source 20 is variable. The optical path length between the mirror 13A and the mirror 13B can be adjusted according to the voltage value applied between the electrode 14A and the electrode 14B. Since the optical path length is the product of the geometric distance and the refractive index, the mirror 13A and the mirror 13B can be adjusted by adjusting either the geometric distance (thickness) and / or the refractive index of the transparent medium 12. The optical path length between the two can be adjusted. The mirror 13A and the mirror 13B may be disposed with the electrode 14A and the electrode 14B interposed therebetween.

図２は、本実施形態の音圧分布測定装置１の構成を示す図である。同図でも、１個の検出素子１１の構成を示している。音圧分布測定装置１は、１次元または２次元にアレイ配置された複数の検出素子１１を有する検出素子アレイ部１０を備える他、レーザ光源３０，光検出器４０およびハーフミラー５０を備える。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the sound pressure distribution measuring apparatus 1 according to the present embodiment. Also in this figure, the configuration of one detection element 11 is shown. The sound pressure distribution measuring apparatus 1 includes a detection element array unit 10 having a plurality of detection elements 11 arranged in a one-dimensional or two-dimensional array, and further includes a laser light source 30, a photodetector 40, and a half mirror 50.

レーザ光源３０は、レーザ光を出力する。レーザ光源３０は例えばＨｅ-Ｎｅレーザ光源である。レーザ光源３０として任意のものが用いられ得る。ハーフミラー５０は、レーザ光源３０から出力されて到達したレーザ光を検出素子１１へ透過させるとともに、検出素子１１から出力されて到達したレーザ光を光検出器４０へ反射させる。光検出器４０は、検出素子１１から出力されハーフミラー５０により反射されて到達した光の強度を検出する。電極１４Ａ，１４Ｂのうちレーザ光が通過する位置にあるものは、レーザ光の波長において透明である材料（例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide））からなるのが好適である。   The laser light source 30 outputs laser light. The laser light source 30 is, for example, a He—Ne laser light source. Any laser light source 30 can be used. The half mirror 50 transmits the laser beam that is output from the laser light source 30 and reaches the detection element 11, and reflects the laser beam that is output from the detection element 11 and reaches the photodetector 40. The light detector 40 detects the intensity of the light output from the detection element 11 and reflected by the half mirror 50. Of the electrodes 14A and 14B, the electrode at the position where the laser beam passes is preferably made of a material that is transparent at the wavelength of the laser beam (for example, ITO (Indium Tin Oxide)).

本実施形態の音圧分布測定装置１は以下のように動作する。１次元または２次元にアレイ配置された複数の検出素子１１を有する検出素子アレイ部１０の受波面に、測定したい音波を入力させる。レーザ光源３０から出力されたレーザ光は、ハーフミラー５０を透過して、検出素子アレイ部１０の各検出素子１１に入力される。各検出素子１１の透過率または反射率は音圧に応じて変化しているので、各検出素子１１において透過または反射されて出力されたレーザ光の強度も音圧に応じて変化する。各検出素子１１から出力されたレーザ光は、ハーフミラー５０で反射されて、光検出器４０により強度が検出される。各検出素子１１から出力されたレーザ光の強度が検出されることで、各検出素子１１における音圧が検知されて音圧分布が測定される。複数の検出素子１１が１次元にアレイ配置されている場合には、１次元の音圧分布が測定される。複数の検出素子１１が２次元にアレイ配置されている場合には、２次元の音圧分布が測定される。   The sound pressure distribution measuring apparatus 1 according to this embodiment operates as follows. A sound wave to be measured is input to a wave receiving surface of a detection element array unit 10 having a plurality of detection elements 11 arranged in a one-dimensional or two-dimensional array. The laser light output from the laser light source 30 passes through the half mirror 50 and is input to each detection element 11 of the detection element array unit 10. Since the transmittance or reflectance of each detection element 11 changes in accordance with the sound pressure, the intensity of the laser light transmitted through or reflected by each detection element 11 also changes in accordance with the sound pressure. The laser light output from each detection element 11 is reflected by the half mirror 50 and the intensity is detected by the photodetector 40. By detecting the intensity of the laser beam output from each detection element 11, the sound pressure in each detection element 11 is detected and the sound pressure distribution is measured. When the plurality of detection elements 11 are arranged in a one-dimensional array, a one-dimensional sound pressure distribution is measured. When a plurality of detection elements 11 are arranged in a two-dimensional array, a two-dimensional sound pressure distribution is measured.

本実施形態の音圧分布測定装置１は、各々ファブリペロー干渉計の構成を有する複数の検出素子１１がアレイ配置された検出素子アレイ部１０を用いて音圧分布を測定するので、個々の小面積の検出素子１１においてファブリペロー干渉計を構成する２つのミラーの間隔を高精度に設定することが可能となり、大面積または長尺であっても音圧分布を高精度に測定することができる。   Since the sound pressure distribution measuring apparatus 1 of this embodiment measures the sound pressure distribution using the detection element array unit 10 in which a plurality of detection elements 11 each having a Fabry-Perot interferometer configuration are arranged in an array, It is possible to set the distance between two mirrors constituting the Fabry-Perot interferometer in the area detection element 11 with high accuracy, and it is possible to measure the sound pressure distribution with high accuracy even when the area is large or long. .

各検出素子１１に対する光入力方向と光出力方向とは、図１および図２に示されるように互いに同一側であってもよいし、互いに反対側であってもよい。各検出素子１１に対する光入力方向と光出力方向とが互いに同一側である場合には、ハーフミラー５０が用いられて、各検出素子１１の反射率に応じた光強度が光検出器４０により測定される。各検出素子１１に対する光入力方向と光出力方向とが互いに反対側である場合には、ハーフミラー５０が用いられる必要はなく、各検出素子１１の透過率に応じた光強度が光検出器４０により測定される。何れの場合にも、検出素子アレイ部１０，レーザ光源３０または光検出器４０の配置によっては、ミラー等の光学素子が設けられてもよく、また、検出素子アレイ部１０の光出力面を光検出器４０の受光面に結像する為のレンズ等が設けられてもよい。   The light input direction and the light output direction with respect to each detection element 11 may be on the same side as shown in FIGS. 1 and 2 or on the opposite sides. When the light input direction and the light output direction with respect to each detection element 11 are on the same side, the half mirror 50 is used, and the light intensity corresponding to the reflectance of each detection element 11 is measured by the photodetector 40. Is done. When the light input direction and the light output direction with respect to each detection element 11 are opposite to each other, the half mirror 50 does not need to be used, and the light intensity corresponding to the transmittance of each detection element 11 is the light detector 40. Measured by In either case, depending on the arrangement of the detection element array unit 10, the laser light source 30, or the photodetector 40, an optical element such as a mirror may be provided, and the light output surface of the detection element array unit 10 A lens or the like for forming an image on the light receiving surface of the detector 40 may be provided.

図３は、各検出素子１１においてミラー１３Ａ，１３Ｂにより構成されるファブリペロー干渉計を説明する図である。図４は、各検出素子１１においてミラー１３Ａ，１３Ｂにより構成されるファブリペロー干渉計の透過率または反射率（光検出器４０からの出力値）の特性を説明する図である。ミラー１３Ａ，１３Ｂは高い反射率（例えば９９％以上の反射率）を有している。   FIG. 3 is a diagram for explaining a Fabry-Perot interferometer constituted by mirrors 13A and 13B in each detection element 11. FIG. 4 is a diagram for explaining the characteristics of the transmittance or reflectance (output value from the photodetector 40) of the Fabry-Perot interferometer constituted by the mirrors 13A and 13B in each detection element 11. In FIG. The mirrors 13A and 13B have a high reflectance (for example, a reflectance of 99% or more).

外部からレーザ光を入射させたときのファブリペロー干渉計の透過率または反射率は、ミラー１３Ａとミラー１３Ｂとの間に存在する透明媒質１２の屈折率ｎ、ミラー１３Ａとミラー１３Ｂとの間隔（幾何学的距離）ｄ、レーザ光の波長λおよび入射角θｉに依存する。また、検出素子１１における音圧変化量（すなわち、ミラー１３Ａとミラー１３Ｂとの間の光路長の変化量）に対する出力光強度変化量の比である感度は、透明媒質１２の屈折率ｎ、間隔（幾何学的距離）ｄ、波長λおよび入射角θｉに依存しており、図４に示されるように場合によって最大感度または最小感度となる。 The transmittance or reflectance of the Fabry-Perot interferometer when a laser beam is incident from the outside is the refractive index n of the transparent medium 12 existing between the mirror 13A and the mirror 13B, and the distance between the mirror 13A and the mirror 13B ( Depends on the geometric distance d), the wavelength λ and the incident angle θ i of the laser beam. Further, the sensitivity, which is the ratio of the output light intensity change amount to the sound pressure change amount (that is, the change amount of the optical path length between the mirror 13A and the mirror 13B) in the detection element 11, is the refractive index n and the interval of the transparent medium 12. (Geometric distance) It depends on d, wavelength λ, and incident angle θ i , and as shown in FIG. 4, maximum sensitivity or minimum sensitivity is obtained in some cases.

光検出器４０は、各検出素子１１においてミラー１３Ａ，１３Ｂにより構成されるファブリペロー干渉計の透過率または反射率に応じた値ＩＲを出力する。この出力値ＩＲに基づいて音圧または音圧分布が求められる。したがって、透明媒質１２の屈折率ｎ、間隔（幾何学的距離）ｄ、波長λおよび入射角θｉは、最大感度が得られるように設定されることが望まれる。最大感度であれば、光検出器４０からの出力値ＩＲの変化量は、音圧変化量に対して略比例関係にある。 Photodetector 40 outputs a value I R corresponding to the transmittance or reflectance of the configured Fabry-Perot interferometer in each detector element 11 mirror 13A, the 13B. Sound pressure or sound pressure distribution is determined on the basis of the output value I R. Therefore, it is desirable that the refractive index n, the interval (geometric distance) d, the wavelength λ, and the incident angle θ i of the transparent medium 12 are set so as to obtain the maximum sensitivity. If maximum sensitivity, variation of the output value I R from the photodetector 40 is in a substantially proportional relationship with respect to the sound pressure variation.

そこで、電極１４Ａ，１４Ｂおよび電圧源２０は、検出素子１１における音圧変化量に対する出力光強度変化量の比である感度を調整する感度調整部として用いられる。すなわち、電圧源２０により電極１４Ａ，１４Ｂに電圧を印加することで、電極１４Ａ，１４Ｂの間の静電作用によって、ミラー１３Ａ，１３Ｂの間の間隔（幾何学的距離）ｄを、最大感度が得られるｄMAXとなるように調整する。或いは、電圧源２０により電極１４Ａ，１４Ｂに電圧を印加することで、最大感度が得られるように透明媒質１２の屈折率ｎを調整する。 Therefore, the electrodes 14A and 14B and the voltage source 20 are used as a sensitivity adjustment unit that adjusts the sensitivity, which is the ratio of the output light intensity change amount to the sound pressure change amount in the detection element 11. That is, by applying a voltage to the electrodes 14A and 14B from the voltage source 20, the distance (geometric distance) d between the mirrors 13A and 13B can be increased by the electrostatic action between the electrodes 14A and 14B. Adjust so that d MAX is obtained. Alternatively, the refractive index n of the transparent medium 12 is adjusted so that the maximum sensitivity is obtained by applying a voltage to the electrodes 14A and 14B from the voltage source 20.

また、レーザ光源３０から出力されて各検出素子１１に入力されるレーザ光の波長λを調整することで感度を調整してもよい。ファブリペロー干渉計の透過率または反射率は、レーザ光の波長λに直接的に依存する他、波長λに応じて透明媒質１２の屈折率ｎが変化する場合に該屈折率変化を介して波長λに間接的に依存する。そこで、検出素子１１において最大感度が得られるように該検出素子１１に入力されるレーザ光の波長λを調整する。このとき、レーザ光源３０は、出力波長が可変のものであるのが好ましい。または、互いに異なる波長のレーザ光を出力する複数のレーザ光源を用いて、これら複数のレーザ光源のうちの何れかのレーザ光源を選択してレーザ光を出力するようにしてもよい。各検出素子１１において最大感度が得られるレーザ光波長λを予め求めておくのが好ましい。   Alternatively, the sensitivity may be adjusted by adjusting the wavelength λ of the laser light output from the laser light source 30 and input to each detection element 11. The transmittance or reflectivity of the Fabry-Perot interferometer depends directly on the wavelength λ of the laser light, and the wavelength through the change in the refractive index when the refractive index n of the transparent medium 12 changes according to the wavelength λ. It depends indirectly on λ. Therefore, the wavelength λ of the laser beam input to the detection element 11 is adjusted so that the maximum sensitivity is obtained in the detection element 11. At this time, it is preferable that the laser light source 30 has a variable output wavelength. Alternatively, a plurality of laser light sources that output laser beams having different wavelengths may be used, and any one of the plurality of laser light sources may be selected to output the laser light. It is preferable to obtain in advance the laser light wavelength λ at which the maximum sensitivity is obtained in each detection element 11.

図５〜図８は、検出素子アレイ部１０の構成例を示す断面図である。図５（ａ），図６（ａ）は、複数の検出素子１１それぞれの電極１４Ａと電極１４Ｂとの間に電圧が印加されていない場合を示す。図５（ｂ），図６（ｂ）は、複数の検出素子１１それぞれの電極１４Ａと電極１４Ｂとの間に一様でない電圧が印加されている場合を示す。これらの図に示される構成例では何れも複数の検出素子１１それぞれの透明媒質１２は一体化されているが、複数の検出素子１１それぞれに個別に透明媒質１２が設けられてもよい。   5 to 8 are cross-sectional views illustrating configuration examples of the detection element array unit 10. 5A and 6A show a case where no voltage is applied between the electrodes 14A and 14B of each of the plurality of detection elements 11. FIG. FIGS. 5B and 6B show a case where a non-uniform voltage is applied between the electrodes 14A and 14B of each of the plurality of detection elements 11. FIG. In any of the configuration examples shown in these drawings, the transparent medium 12 of each of the plurality of detection elements 11 is integrated, but the transparent medium 12 may be provided individually for each of the plurality of detection elements 11.

図５に示される構成例では、複数の検出素子１１それぞれのミラー１３Ａ，１３Ｂおよび電極１４Ａ，１４Ｂは個別に設けられている。   In the configuration example shown in FIG. 5, the mirrors 13A and 13B and the electrodes 14A and 14B of each of the plurality of detection elements 11 are individually provided.

図６に示される構成例では、複数の検出素子１１それぞれのミラー１３Ａは一体化されており、複数の検出素子１１それぞれのミラー１３Ｂも一体化されている。複数の検出素子１１それぞれの電極１４Ａ，１４Ｂは個別に設けられている。複数の検出素子１１それぞれの電極１４Ａは互いに電気的に接続されていてもよい。   In the configuration example shown in FIG. 6, the mirrors 13A of the plurality of detection elements 11 are integrated, and the mirrors 13B of the plurality of detection elements 11 are also integrated. The electrodes 14A and 14B of each of the plurality of detection elements 11 are individually provided. The electrodes 14A of the plurality of detection elements 11 may be electrically connected to each other.

図７に示される構成例では、複数の検出素子１１それぞれのミラー１３Ａは一体化されており、複数の検出素子１１それぞれのミラー１３Ｂも一体化されている。複数の検出素子１１それぞれの電極１４Ａ，１４Ｂは個別に設けられている。複数の検出素子１１それぞれの電極１４Ａは互いに電気的に分離されており、複数の検出素子１１それぞれの電極１４Ｂも互いに電気的に分離されている。   In the configuration example shown in FIG. 7, the mirrors 13A of the plurality of detection elements 11 are integrated, and the mirrors 13B of the plurality of detection elements 11 are also integrated. The electrodes 14A and 14B of each of the plurality of detection elements 11 are individually provided. The electrodes 14A of each of the plurality of detection elements 11 are electrically separated from each other, and the electrodes 14B of each of the plurality of detection elements 11 are also electrically separated from each other.

図５〜図７に示される構成例では、各検出素子１１において、透明媒質１２を挟んで互いに対向して電極１４Ａおよび電極１４Ｂが配置されている。このように設けられた電極１４Ａ，１４Ｂに電圧を印加することにより、各検出素子１１において、ミラー１３Ａ，１３Ｂの間の間隔（幾何学的距離）ｄを調整することができ、或いは、透明媒質１２の屈折率ｎを調整することができる。   In the configuration example shown in FIGS. 5 to 7, in each detection element 11, the electrode 14 </ b> A and the electrode 14 </ b> B are arranged to face each other with the transparent medium 12 interposed therebetween. By applying a voltage to the electrodes 14A and 14B thus provided, the distance (geometric distance) d between the mirrors 13A and 13B can be adjusted in each detection element 11, or a transparent medium. The refractive index n of 12 can be adjusted.

これに対して、図８に示される構成例では、透明媒質１２の一方の側に並列して電極１４Ａおよび電極１４Ｂが配置されている。透明媒質１２が例えば電気光学結晶である場合には、このように設けられた電極１４Ａ，１４Ｂに電圧を印加することにより、各検出素子１１において、透明媒質１２の屈折率ｎを調整することができる。   On the other hand, in the configuration example shown in FIG. 8, the electrode 14 </ b> A and the electrode 14 </ b> B are arranged in parallel on one side of the transparent medium 12. When the transparent medium 12 is, for example, an electro-optic crystal, the refractive index n of the transparent medium 12 can be adjusted in each detection element 11 by applying a voltage to the electrodes 14A and 14B thus provided. it can.

図５〜図８に示される構成例の何れの場合においても、電極１４Ａ，１４Ｂに電圧を印加することにより、最大感度となるように調整することができる。このように感度調整を行った後に、複数の検出素子１１を有する検出素子アレイ部１０の受波面に測定対象の音波を入力させるとともに、レーザ光源３０からレーザ光を出力させ、各検出素子１１から出力されたレーザ光の強度を光検出器４０により検出することで、検出素子アレイ部１０の受波面における音圧分布を高感度に測定することができる。   In any case of the configuration examples shown in FIGS. 5 to 8, the maximum sensitivity can be adjusted by applying a voltage to the electrodes 14 </ b> A and 14 </ b> B. After the sensitivity adjustment is performed in this manner, the sound wave to be measured is input to the wave receiving surface of the detection element array unit 10 including the plurality of detection elements 11, and the laser light is output from the laser light source 30. By detecting the intensity of the output laser beam by the photodetector 40, the sound pressure distribution on the wave receiving surface of the detection element array unit 10 can be measured with high sensitivity.

図９および図１０は、検出素子アレイ部１０の各検出素子１１の電極１４Ａ，１４Ｂへの電圧印加の構成例を示す図である。図９に示される構成例では、複数の検出素子１１に対して個々に設定された電圧を同時に印加することができる。図１０に示される構成例では、複数の検出素子１１に対して個々に設定された電圧を順次に印加することができる。図９に示される構成例と比較して、図１０に示される構成例では、配線の本数を低減することができる。   9 and 10 are diagrams showing a configuration example of voltage application to the electrodes 14A and 14B of each detection element 11 of the detection element array unit 10. FIG. In the configuration example shown in FIG. 9, individually set voltages can be simultaneously applied to the plurality of detection elements 11. In the configuration example shown in FIG. 10, individually set voltages can be sequentially applied to the plurality of detection elements 11. Compared with the configuration example shown in FIG. 9, the configuration example shown in FIG. 10 can reduce the number of wirings.

検出素子アレイ部１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro MechanicalSystems）技術を用いて作製され得る。図１１は、検出素子アレイ部１０の平面図である。図１２は、個々の検出素子１１の斜視図である。図１３は、個々の検出素子１１の断面図である。図１１に示されるように、検出素子アレイ部１０は、アレイ配置された複数の検出素子１１を有する。図１２および図１３に示されるように、ＭＥＭＳ技術により作製される各検出素子１１は、全体の概略形状としては透明媒質１２を内部に容れた箱形状を有しており、その箱の底面にミラー１３Ａが形成され、その箱の上面にミラー１３Ｂが形成されている。ミラー１３Ｂの４隅が梁１５によって箱の側壁に支持されている。このような梁構造によってミラー１３Ｂが側壁に支持されていることにより、音圧に応じて梁１５が撓んで、ミラー１３Ａとミラー１３Ｂとの間隔が変化する。   The detection element array unit 10 can be manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. FIG. 11 is a plan view of the detection element array unit 10. FIG. 12 is a perspective view of each detection element 11. FIG. 13 is a cross-sectional view of each detection element 11. As shown in FIG. 11, the detection element array unit 10 includes a plurality of detection elements 11 arranged in an array. As shown in FIG. 12 and FIG. 13, each detection element 11 manufactured by the MEMS technology has a box shape in which a transparent medium 12 is contained as an overall schematic shape, and is formed on the bottom surface of the box. A mirror 13A is formed, and a mirror 13B is formed on the upper surface of the box. Four corners of the mirror 13B are supported on the side wall of the box by beams 15. Since the mirror 13B is supported on the side wall by such a beam structure, the beam 15 is bent according to the sound pressure, and the distance between the mirror 13A and the mirror 13B is changed.

図１４は、個々の検出素子１１の他の構成例を示す図である。同図（ａ）は平面図を示し、同図（ｂ）は断面図を示す。同図に示される検出素子１１は、透明媒質１２が気体または液体であって、その透明媒質１２が待避することができる媒質待避部１６を有する。電極１４Ａ，１４Ｂに電圧が印加されることでミラー１３Ａ，１３Ｂの間の間隔ｄが変化したとき（間隔ｄの変化とともに透明媒質１２の屈折率も変化する場合を含む）、その間隔ｄの変化に応じて透明媒質１２が媒質待避部１６内に出入りすることができる。   FIG. 14 is a diagram illustrating another configuration example of each detection element 11. FIG. 4A shows a plan view, and FIG. 4B shows a cross-sectional view. The detection element 11 shown in the figure has a medium retracting portion 16 in which the transparent medium 12 is gas or liquid and the transparent medium 12 can be retracted. When the distance d between the mirrors 13A and 13B is changed by applying a voltage to the electrodes 14A and 14B (including the case where the refractive index of the transparent medium 12 is changed as the distance d is changed), the change in the distance d is changed. In response to this, the transparent medium 12 can enter and exit from the medium escape portion 16.

複数の検出素子１１それぞれに個別に透明媒質１２が設けられる場合（すなわち、互いに隣り合う２つの検出素子１１それぞれの透明媒質１２が隔離されている場会）には、複数の検出素子１１それぞれに個別に媒質待避部１６が設けられる。複数の検出素子１１それぞれの透明媒質１２が一体化されている場合には、複数の検出素子１１それぞれに共通に１または複数の媒質待避部１６が設けられてもよい。   When the transparent medium 12 is individually provided for each of the plurality of detection elements 11 (that is, when the transparent media 12 of the two adjacent detection elements 11 are isolated from each other), each of the plurality of detection elements 11 is provided. A medium escape unit 16 is provided individually. When the transparent media 12 of each of the plurality of detection elements 11 are integrated, one or a plurality of medium withdrawal portions 16 may be provided in common to each of the plurality of detection elements 11.

光検出器４０は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの２次元光検出器でもよい。この場合、レーザ光源３０から出力されるレーザ光のビーム径は、検出素子アレイ部１０の光出力面を光検出器４０の受光面に結像する為のレンズまたはビームエクスパンダ等により拡大されて、２次元光検出器の受光面と同じ程度かそれ以上であることが好ましい。   The photodetector 40 may be a two-dimensional photodetector such as a CCD or CMOS sensor. In this case, the beam diameter of the laser light output from the laser light source 30 is expanded by a lens or a beam expander for imaging the light output surface of the detection element array unit 10 on the light receiving surface of the photodetector 40. It is preferable that the size is equal to or more than the light receiving surface of the two-dimensional photodetector.

光検出器４０は、ラインセンサなどの１次元光検出器であってもよい。この場合、検出素子アレイ部１０へのレーザ光入射位置または１次元光検出器を直線的に走査することで、２次元の音圧分布を測定することができる。   The photodetector 40 may be a one-dimensional photodetector such as a line sensor. In this case, the two-dimensional sound pressure distribution can be measured by linearly scanning the incident position of the laser beam on the detection element array unit 10 or the one-dimensional photodetector.

光検出器は、フォトダイオード，アバランシェフォトダイオードおよび光電子増倍管など０次元光検出器であってもよい。この場合、検出素子アレイ部１０へのレーザ光入射位置または０次元光検出器を２次元的にラスター走査することで、２次元の音圧分布を測定することができる。   The photodetector may be a zero-dimensional photodetector such as a photodiode, an avalanche photodiode, or a photomultiplier tube. In this case, a two-dimensional sound pressure distribution can be measured by two-dimensional raster scanning of the laser light incident position on the detection element array unit 10 or the zero-dimensional photodetector.

１…音圧分布測定装置、１０…検出素子アレイ部、１１…検出素子、１２…透明媒質、１３Ａ，１３Ｂ…ミラー、１４Ａ，１４Ｂ…電極、２０…電圧源、３０…レーザ光源、４０…光検出器、５０…ハーフミラー。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sound pressure distribution measuring apparatus, 10 ... Detection element array part, 11 ... Detection element, 12 ... Transparent medium, 13A, 13B ... Mirror, 14A, 14B ... Electrode, 20 ... Voltage source, 30 ... Laser light source, 40 ... Light Detector, 50 ... half mirror.

Claims (6)

レーザ光を出力するレーザ光源と、
アレイ配置された複数の検出素子を有し、前記レーザ光源から出力されるレーザ光を前記複数の検出素子それぞれに入力して、前記複数の検出素子それぞれから音圧に応じた強度の光を出力する検出素子アレイ部と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される光の強度を検出する光検出器と、
前記複数の検出素子それぞれにおける音圧変化量に対する出力光強度変化量の比である感度を調整する感度調整部と、
を備え、
前記複数の検出素子それぞれは、透明媒質を挟んで互いに対向して配置されてファブリペロー干渉計を構成する第１ミラーおよび第２ミラーを含み、音圧によって前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間の光路長が変化して前記ファブリペロー干渉計の透過率または反射率が変化し、この透過率または反射率に応じた強度の光を出力する、
ことを特徴とする音圧分布測定装置。 A laser light source for outputting laser light;
A plurality of detection elements arranged in an array, laser light output from the laser light source is input to each of the plurality of detection elements, and light having an intensity corresponding to sound pressure is output from each of the plurality of detection elements. A detecting element array unit,
A photodetector for detecting the intensity of light output from each of the plurality of detection elements;
A sensitivity adjustment unit that adjusts sensitivity, which is a ratio of an output light intensity change amount to a sound pressure change amount in each of the plurality of detection elements;
With
Each of the plurality of detection elements includes a first mirror and a second mirror that are arranged to face each other with a transparent medium interposed therebetween, and constitute a Fabry-Perot interferometer. The optical path length during the change, the transmittance or reflectance of the Fabry-Perot interferometer changes, and outputs light having an intensity corresponding to the transmittance or reflectance.
A sound pressure distribution measuring device. 前記感度調整部は、前記複数の検出素子それぞれにおける前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間の間隔を調整することで前記感度を調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の音圧分布測定装置。 Sound of claim 1 wherein the sensitivity adjusting unit, for adjusting the sensitivity by adjusting the spacing between the first mirror and the second mirror in each of the plurality of detector elements, characterized in that Pressure distribution measuring device. 前記感度調整部は、前記複数の検出素子それぞれにおける前記透明媒質の屈折率を調整することで前記感度を調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の音圧分布測定装置。 The sound pressure distribution measuring apparatus according to claim 1 , wherein the sensitivity adjustment unit adjusts the sensitivity by adjusting a refractive index of the transparent medium in each of the plurality of detection elements. 前記感度調整部は、前記レーザ光源から出力されて前記複数の検出素子それぞれに入力されるレーザ光の波長を調整することで前記感度を調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の音圧分布測定装置。 2. The sound according to claim 1 , wherein the sensitivity adjustment unit adjusts the sensitivity by adjusting a wavelength of laser light output from the laser light source and input to each of the plurality of detection elements. Pressure distribution measuring device. 前記複数の検出素子それぞれは、前記透明媒質を挟んで互いに対向して配置された第１電極および第２電極を含み、
前記感度調整部は、前記複数の検出素子それぞれにおける前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧値によって前記感度を調整する、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の音圧分布測定装置。 Each of the plurality of detection elements includes a first electrode and a second electrode disposed to face each other across the transparent medium,
The sensitivity adjustment unit adjusts the sensitivity according to a voltage value applied between the first electrode and the second electrode in each of the plurality of detection elements;
The sound pressure distribution measuring apparatus according to claim 2 or 3 , 前記複数の検出素子それぞれは、前記透明媒質の一方の側に並列して配置された第１電極および第２電極を含み、
前記感度調整部は、前記複数の検出素子それぞれにおける前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧値によって前記感度を調整する、
ことを特徴とする請求項３に記載の音圧分布測定装置。 Each of the plurality of detection elements includes a first electrode and a second electrode arranged in parallel on one side of the transparent medium,
The sensitivity adjustment unit adjusts the sensitivity according to a voltage value applied between the first electrode and the second electrode in each of the plurality of detection elements;
The sound pressure distribution measuring apparatus according to claim 3 .
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