專利名稱：光學(xué)麥克風(fēng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種接收在空氣等氣體中傳播的聲波，并利用光波將所接收到的聲波變換成電信號的光學(xué)麥克風(fēng)。
背景技術(shù)：
一直以來，麥克風(fēng)作為接收聲波并變換成電信號的裝置為人所知。以電動式麥克風(fēng)或電容麥克風(fēng)為代表的眾多麥克風(fēng)具有振動板。在這些麥克風(fēng)中，通過使振動板振動而接收聲波，將該振動作為電信號取出。由于這種麥克風(fēng)具有機(jī)械性振動部分，因此，在多次反復(fù)使用后，機(jī)械性振動部的特性可能發(fā)生變化。另外，如果想用麥克風(fēng)檢測非常強(qiáng)的聲波，則可能破壞振動部。為了解決這種以往的具有機(jī)械性振動部的麥克風(fēng)的問題，例如，在專利文獻(xiàn)I以及專利文獻(xiàn)2中公開了不具有機(jī)械性振動部，而通過使用光波來檢測聲波的光學(xué)麥克風(fēng)。例如，專利文獻(xiàn)I公開了用聲波來調(diào)制光并檢測光的調(diào)制分量，由此檢測聲波的方法。具體而言，如圖29所示，使利用射出系統(tǒng)光學(xué)部件111整形的激光作用于在空氣中傳播的聲波I，產(chǎn)生衍射光。此時，生成相位相互反相的兩個衍射光分量。在用光接收系統(tǒng)光學(xué)部件112調(diào)整了衍射光之后，用光二極管113只接收兩個衍射光分量中的任意一個，并變換成電信號，由此，檢測聲波I。另外，專利文獻(xiàn)2公開了一種通過將聲波傳播到介質(zhì)中并檢測介質(zhì)的光學(xué)特性的變化從而檢測聲波的方法。如圖30所示，在空氣中傳播的聲波I被從開口部201導(dǎo)入，并在壁面的至少一部分由光聲傳播介質(zhì)部203形成的聲波導(dǎo)路徑202中前進(jìn)。在聲波導(dǎo)路徑202中前進(jìn)的聲波被導(dǎo)入到光聲傳播介質(zhì)部203，并在其內(nèi)部傳播。在光聲傳播介質(zhì)部203中，隨著聲波的傳播，衍射率發(fā)生變化。通過使用激光多普勒測振儀204將該衍射率變化作為光調(diào)制而取出，從而檢測聲波I。專利文獻(xiàn)2公開了 能夠通過使用二氧化硅干凝膠作為光聲傳播介質(zhì)部203，從而將波導(dǎo)路徑中的聲波高效地導(dǎo)入光聲傳播介質(zhì)部203的內(nèi)部。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP特開平8-265262號公報專利文獻(xiàn)2 JP特開2009-085868號公報
發(fā)明概要發(fā)明要解決的技術(shù)課題在專利文獻(xiàn)I的光學(xué)麥克風(fēng)中，需要檢測由于聲波產(chǎn)生的衍射光。但是，由于衍射光所產(chǎn)生的角度依賴于聲波的頻率，因此，存在根據(jù)所檢測的聲波的頻率，麥克風(fēng)的靈敏度會發(fā)生變化的技術(shù)問題題。另外，在專利文獻(xiàn)2的方法中使用激光多普勒測振儀。激光多普勒測振儀需要由聲光學(xué)元件等的光頻移器或多個反射鏡、分束器和透鏡等構(gòu)成的復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，所以呈大型化。因此，存在專利文獻(xiàn)2中公開的整個測定裝置變大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的目的是解決這種現(xiàn)有技術(shù)課題中的至少一個，并提供一種使靈敏度對聲波的頻率的依賴性得到抑制的光學(xué)麥克風(fēng)。解決技術(shù)問題的手段本申請中公開的光學(xué)麥克風(fēng)是使用光波來檢測在環(huán)境流體中傳播的聲波的光學(xué)麥克風(fēng)，具有傳播上述聲波的傳播介質(zhì)部；光源，射出橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波并透過上述傳播介質(zhì)部的光波；反射部，使透過上述傳播介質(zhì)部的光波進(jìn)行回復(fù)反射；以及光電變換部，接收由上述反射部反射且透過上述傳播介質(zhì)部的上述光波，并輸出電信號，在從上述光源射出的上述光波透過上述傳播介質(zhì)部的入射路徑中，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-I次衍射光波，在上述入射路徑中所生成的上述O次衍射光波通過上述反射部的反射而透過上述傳播介質(zhì)部的反射路徑中，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-I次衍射光波，上述光電變換部檢測在上述入射路徑生成的+1次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述-I次衍射光波的干涉光、以及在上述入射路徑生成的-I次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述+1次衍射光波的干涉光當(dāng)中的至少一方。發(fā)明效果根據(jù)本申請公開的一個實(shí)施方式，由于不使用激光多普勒測振儀等特別的測量儀器或光學(xué)干涉儀，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)小型并以簡單的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的光學(xué)麥克風(fēng)。另外，通過使透過傳播介質(zhì)部的光波回復(fù)反射，光波在入射路徑(去程)以及反射路徑(回程)中透過傳播介質(zhì)，能夠使在入射路徑生成的+1次衍射光波和在反射路徑生成的-I次衍射光波、或者在入射路徑生成的-I次衍射光波和在反射路徑生成的+1次衍射光波的衍射方向相同。因此，兩個衍射光波重合，能夠使干涉部分的面積成為恒定，從而能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏度難以隨頻率的不同而變動的光學(xué)麥克風(fēng)。


圖IA是表不本發(fā)明的光學(xué)麥克風(fēng)的第一實(shí)施方式的構(gòu)成的圖。圖IB是表不本發(fā)明的光學(xué)麥克風(fēng)的第一實(shí)施方式的其他構(gòu)成的圖。圖2(a)到(d)是表示在圖IA所示的光學(xué)麥克風(fēng)中，當(dāng)光波透過傳播介質(zhì)部時生成衍射光波的情況的圖。圖3是表示在圖IA所示的光學(xué)麥克風(fēng)中使用直角反射鏡作為反射部的例子的圖。圖4是表示在由直角反射鏡構(gòu)成的反射部中，光波被反射的情況的圖。圖5是表示在圖IA所示的光學(xué)麥克風(fēng)中使用反相鏡作為反射部的例子的圖。圖6是表示圖IA所示的光學(xué)麥克風(fēng)中的衍射光波的位置關(guān)系的圖。圖7是表示在圖IA所示的光學(xué)麥克風(fēng)中，使光電變換部相對于O次衍射光移動而配置的例子的圖。圖8是表示在圖IA所示的光學(xué)麥克風(fēng)中，阻擋O次衍射光波，使光電變換部接收衍射光波的例子的圖。
圖9是表示在圖1A所示的光學(xué)麥克風(fēng)中，在光電變換部的光接收面上配置具有使光發(fā)散的功能的光接收透鏡系統(tǒng)的例子的圖。圖10是表示在圖1A所示的光學(xué)麥克風(fēng)中，在光電變換部的光接收面上配置具有放大率分布的光接收透鏡系統(tǒng)的例子的圖。圖11是表示在圖1A所示的光學(xué)麥克風(fēng)中，在光波的入射路徑生成的衍射光波的圖。圖12是表示在圖1A所示的光學(xué)麥克風(fēng)中，在光波的反射路徑生成或觀測到的衍射光波的圖。圖13是表示O次衍射光波和I次衍射光波進(jìn)行干涉的情況下的位置關(guān)系的圖。圖14(a)到(C)分別是表示在圖1A所示的光學(xué)麥克風(fēng)中，入射的聲波、在光電檢測部檢測的光波、從光電檢測部輸出的電信號和從頻率變換部輸出的電信號的波形的圖，且是表示在光波中包含大小不同的直流分量的情況下的波形的圖。圖15是表不本發(fā)明的光學(xué)麥克風(fēng)的第二實(shí)施方式的構(gòu)成的圖。圖16(a)到⑷是表示在圖15所示的光學(xué)麥克風(fēng)中，當(dāng)光波透過傳播介質(zhì)部時生成衍射光波的情況的圖。圖17是說明圖15所示的光學(xué)麥克風(fēng)的入射路徑中的衍射光波的產(chǎn)生的圖。圖18是表不圖15所不的光學(xué)麥克風(fēng)的反射部的反射的情況的圖。圖19是說明圖15所示的光學(xué)麥克風(fēng)的反射路徑中的衍射光波的產(chǎn)生的圖。圖20是表示由分束器反射的衍射光波的位置關(guān)系的圖。圖21是表示光電變換元件陣列的光接收面上的衍射光波的位置關(guān)系的圖。圖22(a)以及(b)是表不聲波的傳播方向和光波的衍射方向的關(guān)系的圖。圖23是表示聲波的傳播方向受到限制的傳播介質(zhì)部的圖。圖24是表不本發(fā)明的光學(xué)麥克風(fēng)的第三實(shí)施方式的構(gòu)成的圖。圖25是表不本發(fā)明的光學(xué)麥克風(fēng)的第三實(shí)施方式的其他構(gòu)成的圖。圖26(a)是表不本發(fā)明的光學(xué)麥克風(fēng)的第四實(shí)施方式的構(gòu)成的圖；(b)是表不光電變換元件陣列的其他方式的示意圖。圖27是說明使用第四實(shí)施方式的光學(xué)麥克風(fēng)的音源定位的圖。圖28是表示本發(fā)明的探傷裝置的實(shí)施方式的構(gòu)成的圖。圖29是表不以往的光學(xué)麥克風(fēng)的構(gòu)成的概略圖。圖30是表示以往的其他光學(xué)麥克風(fēng)的構(gòu)成的圖。
具體實(shí)施例方式本申請公開的光學(xué)麥克風(fēng)是使用光波來檢測在環(huán)境流體中傳播的聲波的光學(xué)麥克風(fēng)，具有:傳播上述聲波的傳播介質(zhì)部；光源，射出橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波并透過上述傳播介質(zhì)部的光波；反射部，使透過上述傳播介質(zhì)部的光波進(jìn)行回復(fù)反射；以及光電變換部，接收由上述反射部反射且透過上述傳播介質(zhì)部的上述光波，并輸出電信號，在從上述光源射出的上述光波透過上述傳播介質(zhì)部的入射路徑中，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波，在上述入射路徑中所生成的上述O次衍射光波通過上述反射部的反射而透過上述傳播介質(zhì)部的反射路徑中，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波，上述光電變換部檢測:在上述入射路徑生成的+1次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述-1次衍射光波的干涉光、以及在上述入射路徑生成的-1次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述+1次衍射光波的干涉光當(dāng)中的至少一方。在某一實(shí)施方式中，光學(xué)麥克風(fēng)還具有位于上述光源與上述傳播介質(zhì)部之間的分束器，上述分束器使上述入射路徑以及上述反射路徑生成的上述+1次衍射光波以及-1次衍射光波向與上述光源不同的方向射出。在某一實(shí)施方式中，上述反射部至少在包括上述傳播介質(zhì)部的上述聲波的傳播方向以及從上述光源射出的上述光波的傳播方向的平面上具有回復(fù)反射性。在某一實(shí)施方式中，上述反射部為反相鏡，上述反相鏡的對稱軸與上述聲波的傳播方向以及上述光波的傳播方向垂直。在某一實(shí)施方式中，上述反射部為直角反射鏡。在某一實(shí)施方式中，上述光電變換部具有光接收面，上述光電變換部是以相對于在上述反射路徑生成的上述O次衍射光波向規(guī)定方向移動的方式配置，以使在上述反射路徑生成的上述O次衍射光波不會入射到上述光接收面。在某一實(shí)施方式中，上述光電變換部具有光接收面，光學(xué)麥克風(fēng)還具有用于阻擋在上述反射路徑生成的上述O次衍射光波向上述光接收面入射的遮光部，以使上述O次衍射光波不會入射到上述光接收面上。在某一實(shí)施方式中，光學(xué)麥克風(fēng)在上述反射路徑的光路上還具有被配置在比上述遮光部更靠上述傳播介質(zhì)側(cè)、且具有發(fā)散作用的光接收透鏡系統(tǒng)。在某一實(shí)施方式中，光學(xué)麥克風(fēng)在上述反射路徑的光路上還具有被配置在比上述遮光部更靠傳播介質(zhì)側(cè)、且具有放大率從中心向外側(cè)變小的分布的光接收透鏡系統(tǒng)。在某一實(shí)施方式中，上述傳播介質(zhì)部由二氧化硅干凝膠構(gòu)成。在某一實(shí)施方式中，上述光波是激光。在某一實(shí)施方式中，光學(xué)麥克風(fēng)還具有將由上述光電變換部獲得的電信號的頻率變換成1/2倍的頻率變換部。本申請公開的聲波的檢測方法是使用光波來檢測在環(huán)境流體中傳播的聲波的聲波檢測方法，包括:步驟(A)，使聲波在傳播介質(zhì)部中傳播；步驟(B)，使光波以橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波的方式透過，并根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波；步驟
(C)，使在上述步驟(B)生成的O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波進(jìn)行回復(fù)反射；步驟(D)，上述回復(fù)反射的O次衍射光波以橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波的方式透過，由此，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成+1次衍射光波以及-1次衍射光波；以及步驟(E)，檢測:在上述步驟(B)生成并回復(fù)反射的+1次衍射光波與在上述步驟(D)生成的-1次衍射光波的干涉光、以及在上述步驟(B)生成并回復(fù)反射的-1次衍射光波與在上述步驟(D)生成的+1次衍射光波的干涉光當(dāng)中的至少一方。本申請公開的光學(xué)麥克風(fēng)是使用光波來檢測聲波的光學(xué)麥克風(fēng)，具有:傳播上述聲波的傳播介質(zhì)部；光源，射出橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波并透過上述傳播介質(zhì)部的光波；反射部，使透過上述傳播介質(zhì)部的光波進(jìn)行回復(fù)反射；光電變換元件陣列，具有多個光電變換元件，上述光電變換元件接收由上述反射部反射并透過上述傳播介質(zhì)部的上述光波，且輸出電信號，在由上述光源射出的上述光波透過上述傳播介質(zhì)部的入射路徑中，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，由上述光波分別生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-I次衍射光波，在上述入射路徑中所生成的上述O次衍射光波通過上述反射部的反射而透過上述傳播介質(zhì)部的反射路徑中，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，由上述入射路徑的O次衍射光生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-I次衍射光波，上述光電變換元件陣列利用上述多個光電變換元件的一部分來檢測通過在上述入射路徑生成的+1次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述-I次衍射光波進(jìn)行干涉而獲得的第一干涉光波、以及通過在上述入射路徑生成的-I次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述+1次衍射光波進(jìn)行干涉而獲得的第二干涉光波當(dāng)中的至少一方。在某一實(shí)施方式中，根據(jù)檢測出上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波的至少一方的上述一部分的光電變換元件在上述光電變換元件陣列中的位置，來確定上述聲波的傳播方向。在某一實(shí)施方式中，通過利用上述多個光電變換元件獨(dú)立地檢測上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方，從而根據(jù)頻率來分離并檢測上述聲波。在某一實(shí)施方式中，上述多個光電變換元件分別具有扇形的光接收部，上述光接收部在以上述反射路徑的O次衍射光波照射的位置為中心的圓內(nèi)被配置在不同的方位上，根據(jù)檢測出上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方的上述一部分的光電變換兀件的光接收部在上述圓中的方位，來確定上述聲波的傳播方向。在某一實(shí)施方式中，上述傳播介質(zhì)部具有隔音部，其用于阻擋在與從上述光源射出的上述光波的傳播方向垂直的面內(nèi)上述聲波從以光波與上述垂直的面相交的點(diǎn)為中心的180°以上的方位向上述傳播介質(zhì)部內(nèi)入射。在某一實(shí)施方式中，上述多個光電變換元件分別具有內(nèi)徑以及外徑彼此不相同的環(huán)形光接收部，上述多個光電變換元件的上述光接收部以上述反射路徑的O次衍射光波照射的位置為中心而配置成同心圓狀，利用上述多個光電變換元件獨(dú)立地檢測上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方。在某一實(shí)施方式中，上述多個光電變換兀件分別具有光接收部，上述光接收部以上述反射路徑的O次衍射光波照射的位置為中心而至少一維地配置，利用上述多個光電變換元件獨(dú)立地檢測上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方。在某一實(shí)施方式中，根據(jù)上述多個光電變換元件的光接收部的大小以及距上述中心的距離，利用不同的頻帶來分離并檢測上述聲波。在某一實(shí)施方式中，上述光接收部在上述一維的配置方向以及與上述一維的配置方向非平行的方向上二維地配置，根據(jù)檢測出上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方的上述一部分的光電變換元件的光接收部的上述中心周圍的方位，進(jìn)一步確定上述聲波的傳播方向。在某一實(shí)施方式中，上述多個光電變換元件分別具有局部呈環(huán)狀的光接收部，上述光接收部在以上述反射路徑的O次衍射光波照射的位置為中心的圓內(nèi)，在半徑方向以及圓周方向上二維地配置，針對上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方，利用位于與上述圓周方向呈相同的方位而在半徑方向上不同的位置處的兩個以上的光電變換元件，根據(jù)頻率來分離并檢測上述聲波，在上述中心周圍根據(jù)上述圓周方向的方位來確定上述聲波的傳播方向。在某一實(shí)施方式中，光學(xué)麥克風(fēng)還具有設(shè)置在比上述光電變換兀件陣列更靠上述傳播介質(zhì)部一側(cè)且具有發(fā)散作用的光接收透鏡系統(tǒng)。在某一實(shí)施方式中，光學(xué)麥克風(fēng)還具有光接收透鏡系統(tǒng)，該光接收透鏡系統(tǒng)被配置在上述反射路徑的光路上的比上述遮光部更靠傳播介質(zhì)側(cè)，且具有放大率從中心向外側(cè)變小的分布。在某一實(shí)施方式中，上述傳播介質(zhì)部由二氧化硅干凝膠構(gòu)成。在某一實(shí)施方式中，上述光波為激光。在某一實(shí)施方式中，光學(xué)麥克風(fēng)還具有將由上述光電變換兀件陣列獲得的電信號的頻率變換成1/2倍的頻率變換部。本申請公開的探傷裝置具有:在被檢測體內(nèi)激發(fā)聲波的聲源；光源，射出橫穿由于上述被檢測體中的缺陷而生成的上述聲波的反射波并透過上述被檢測體的光波；反射部，使透過上述被檢測體的光波進(jìn)行回復(fù)反射；以及光電變換元件陣列，具有多個光電變換元件，各個上述光電變換元件接收由上述反射部反射并透過上述被檢測體的上述光波，且輸出電信號，在從上述光源射出的上述光波透過上述被檢測體的入射路徑中，根據(jù)伴隨著上述反射波的傳播而產(chǎn)生的上述被檢測體的折射率分布，由上述光波分別生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波，在上述入射路徑中所生成的上述O次衍射光波通過上述反射部的反射而透過上述被檢測體的反射路徑中，根據(jù)伴隨著上述反射波的傳播而產(chǎn)生的上述被檢測體的折射率分布，由上述入射路徑的O次衍射光生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波，上述光電變換元件陣列利用上述多個光電變換元件的一部分來檢測:通過在上述入射路徑生成的+1次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述-1次衍射光波進(jìn)行干涉而獲得的第一干涉光波、以及通過在上述入射路徑生成的-1次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述+1次衍射光波進(jìn)行干涉而獲得的第二干涉光波當(dāng)中的至少一方，根據(jù)檢測出上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方的上述一部分的光電變換兀件在上述光電變換兀件陣列中的位置，來確定上述反射波的傳播方向，根據(jù)上述光電變換元件陣列的檢測出上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方的時刻以及上述被檢測體內(nèi)的聲波的激發(fā)時刻，來計(jì)算上述反射波在上述被檢測體中傳播的距離，根據(jù)所確定的上述傳播方向以及計(jì)算出的上述距離來推斷上述被檢測體內(nèi)的缺陷的位置。本申請公開的聲波的檢測方法是使用光波來檢測聲波的聲波檢測方法，包括:步驟(A)，使聲波在傳播介質(zhì)部中傳播；步驟(B)，使光波以橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波的方式透過，并根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波；步驟(C)，使在上述步驟(B)生成的O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波進(jìn)行回復(fù)反射；步驟(D)，上述回復(fù)反射的O次衍射光波以橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波的方式透過，由此，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成+1次衍射光波以及-1次衍射光波；以及步驟(E)，利用具有多個光電變換元件的光電變換元件陣列來檢測在上述步驟(B)生成并回復(fù)反射的+1次衍射光波與在上述步驟(D)生成的-1次衍射光波的第一干涉光波、以及在上述步驟(B)生成并回復(fù)反射的-1次衍射光波與在上述步驟
(D)生成的+1次衍射光波的第二干涉光波的至少一方，根據(jù)檢測出上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方的上述一部分的光電變換元件在上述光電變換元件陣列中的位置，來確定上述聲波的傳播方向。本申請公開的其他的聲波的檢測方法是使用光波來檢測聲波的聲波檢測方法，包括:步驟(A)，使聲波在傳播介質(zhì)部中傳播；步驟(B)，使光波以橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波的方式透過，并根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波；步驟(C)，使在上述步驟(B)生成的O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波進(jìn)行回復(fù)反射；步驟(D)，上述回復(fù)反射的O次衍射光波以橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波的方式透過，由此，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成+1次衍射光波以及-1次衍射光波；以及步驟(E)，利用具有多個光電變換元件的光電變換元件陣列獨(dú)立地檢測在上述步驟(B)生成并回復(fù)反射的+1次衍射光波與在上述步驟(D)生成的-1次衍射光波的第一干涉光波、以及在上述步驟(B)生成并回復(fù)反射的-1次衍射光波與在上述步驟(D)生成的+1次衍射光波的第二干涉光波的至少一方，根據(jù)頻率來分離并檢測上述聲波。以下，參照附圖對本發(fā)明的光學(xué)麥克風(fēng)的第一實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1A表不本實(shí)施方式的光學(xué)麥克風(fēng)101的主要部分的構(gòu)成。光學(xué)麥克風(fēng)101是使用光波4將在環(huán)境流體中傳播的聲波I作為電信號進(jìn)行檢測的麥克風(fēng)。在此，“環(huán)境流體”是指存在于光學(xué)麥克風(fēng)101的外部空間的流體。例如，環(huán)境流體是空氣。光學(xué)麥克風(fēng)101具有傳播介質(zhì)部2、光源3、光電變換部5和反射部6。在環(huán)境流體中傳播的聲波I入射到傳播介質(zhì)部2。由光源3射出的光波4入射到傳播介質(zhì)部2。入射到傳播介質(zhì)部2的光波4在透過傳播介質(zhì)部2時與聲波I作用，而到達(dá)反射部6。光波4在反射部6被反射，再次入射到傳播介質(zhì)部2。再次入射到傳播介質(zhì)部2的光波4在透過傳播介質(zhì)部2時再次與聲波I作用，而朝向光源3。為了利用光電變換部5來檢測兩次透過傳播介質(zhì)部2的光波4，光學(xué)麥克風(fēng)101可以在光源3和傳播介質(zhì)部2之間具有分束器7。在這種情況下,光波4被分束器7從光源3入射到傳播介質(zhì)部2，并在反射部6被反射，然后，再次透過傳播介質(zhì)部2到達(dá)分束器7。到達(dá)分束器7的光波4被分束器7反射并入射到光電變換部5。如果使用分束器7，則能夠?qū)墓庠?射出的光波4到達(dá)傳播介質(zhì)部2的光路和使到達(dá)分束器7的光波4到達(dá)光電變換部5的光路調(diào)整為不同的方向。因此，能夠?qū)⒐怆娮儞Q部5配置在與光源3不同的方向上，使光波4的檢測變得容易。在不使用分束器7的情況下，例如，如圖1B所示，能夠在光源3的后方或周圍配置光電變換部5。在這種情況下，為了使光電變換部5能夠接收到光量充足的光波4，可以使光源3在光電變換部5的光接收面的投影面積變小，盡可能減小光波4被阻擋的面積。另夕卜，由于反射光入射到光源3，因此，為了抑制光源3的工作變得不穩(wěn)定，可以將隔離器設(shè)置在光源的傳播介質(zhì)部2 —側(cè)。光電變換部5輸出包括具有聲波I的兩倍的頻率的分量的電信號。因此，如圖IA所示，將光電變換部5與頻率變換部21連接，在頻率變換部21中，將所輸入的信號的頻率變換成1/2，由此，能夠獲得包括聲波I的分量的電信號。以下，首先，對光學(xué)麥克風(fēng)101的各構(gòu)成要素進(jìn)行具體說明，接下來，對光學(xué)麥克風(fēng)101的工作進(jìn)行說明。以下，為了便于理解，如圖IA所示設(shè)定坐標(biāo)。具體而言，將聲波I傳播的方向設(shè)為X軸，將光波4傳播的方向設(shè)為z軸。另外，將與X軸以及z軸正交的方向設(shè)為y軸。(聲波I)能夠用本實(shí)施方式的光學(xué)麥克風(fēng)101檢測出的聲波I大體上是20Hz以上且20MHz以下的可聽波或超聲波。聲波I既可以是聲音或音樂等的頻率隨著時間發(fā)生變化的連續(xù)波，也可以是由單一頻率的正弦波形成的連續(xù)波。另外，也可以是單一脈沖的突發(fā)脈沖(burst)信號這樣的時間上不連續(xù)的聲波。(傳播介質(zhì)部2)在環(huán)境流體中傳播的聲波I被入射到傳播介質(zhì)部2中，如圖2 (a)到(d)所示，在傳播介質(zhì)部2的內(nèi)部在X方向上傳播。伴隨著聲波I的傳播，構(gòu)成傳播介質(zhì)部2的物質(zhì)的密度發(fā)生變化，因此，折射率發(fā)生變化。由于聲波I為縱波，因此，在聲波I的傳播方向(X軸)產(chǎn)生折射率的分布。在與聲波I的傳播方向垂直的面上幾乎不產(chǎn)生分布。由于聲波I而產(chǎn)生的傳播介質(zhì)部2的折射率分布發(fā)揮衍射光柵的功能。傳播介質(zhì)部2可以由固體的傳播介質(zhì)構(gòu)成，并具有小于空氣的音速。另外，也可以針對從光源3射出的光波4具有透光性。具體而言，傳播介質(zhì)部2的音速可以小于空氣的音速即340m/sec。由于使用固體材料作為傳播介質(zhì)，因此,產(chǎn)生傳播介質(zhì)部2的較大的疏密分布、即折射率分布，能夠獲得較大的衍射效果。另外，一般來講，音速小的材料的密度比較小，因此，在空氣等環(huán)境流體與傳播介質(zhì)部2的邊界處的反射變小，能夠以比較高的效率將聲波導(dǎo)入傳播介質(zhì)部2。特別地，也可以使用二氧化硅干凝膠作為傳播介質(zhì)部2的傳播介質(zhì)。二氧化硅干凝膠具有與空氣的聲阻抗之差小的這一性質(zhì)，能夠高效地將在空氣中傳播的聲波I導(dǎo)入到由二氧化硅干凝膠構(gòu)成的傳播介質(zhì)部2的內(nèi)部。具體而言，二氧化硅干凝膠的音速為50m/sec以上且150m/sec以下,小于空氣中的音速340m/sec,另外,密度也小到大約70kg/m3以上280kg/m3。因此，與空氣的聲阻抗之差小，且在界面的反射小，所以，能夠高效地將空氣中的聲波導(dǎo)入到內(nèi)部。例如，如果使用音速50m/sec、密度100kg/m3的二氧化娃干凝膠,貝U在與空氣的界面的反射成為70%，聲波的能量的30%左右在界面不被反射，而被導(dǎo)入到內(nèi)部。另外，該二氧化硅干凝膠具有光波的折射率變化量Λη也較大的這一特征?？諝獾恼凵渎首兓喀?η相對于IPa的聲壓變化為2. O X 10_9，相比之下，相對于二氧化硅干凝膠的IPa的聲壓變化的折射率變化量Λη大到I. OX 10_7左右。因此，即使不準(zhǔn)備超過IOcm的這樣大的傳播介質(zhì)，也能夠獲得充分的靈敏度。(光源3)光源3射出光波4，射出的光波4如圖1Α、圖IB以及圖2(a)到(d)所示，透過傳播介質(zhì)部2。光波4的波長以及強(qiáng)度沒有特殊限制，選擇光電變換部5能夠以良好的靈敏度來檢測光波4的波長以及強(qiáng)度。不過，也可以選擇不太被傳播介質(zhì)部2吸收的波長。作為光波4，既可以使用相干性(coherent)的光，也可以使用非相干性的光。但是，在使用激光這種相干性的光的情況下，衍射光波容易進(jìn)行干涉，信號易于取出。光波4的直徑例如是0.01mm以上且20mm以下。(光波4的入射路徑)從光源3射出的光波4透過傳播介質(zhì)部2的光路被稱為入射路徑。從光源3射出的光波4入射到傳播介質(zhì)部2，如圖2 (a)所示，在傳播介質(zhì)部2中與聲波I相作用。具體而言，由于聲波I的傳播,在傳播介質(zhì)部2中產(chǎn)生傳播介質(zhì)的密度分布，由此產(chǎn)生傳播介質(zhì)的折射率分布。傳播介質(zhì)的折射率分布對光波4起到衍射光柵的功能，使光波4衍射。因此，如圖2(b)所示，生成由聲波I引起的光波4的+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c。另外，以不會因?yàn)槁暡↖而被衍射的方式，向入射時的方向直線前進(jìn)的O次衍射光波4a也從傳播介質(zhì)部2射出。如以下要說明的那樣，折射率分布隨著聲波I的傳播而移動，因此，衍射光波的頻率由于多普勒效應(yīng)的緣故而移動。+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c的傳播方向位于包括從光源3射出的光波4的傳播方向和聲波I的傳播方向的平面上。+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c的傳播方向在該平面上相對于O次衍射光波4a分別呈角度Θ以及-Θ。另外，+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c的相位相互反相。角度以光波4射向反射部6的傳播方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，取朝向X軸的正方向的角度為正。如圖2 (b)所示，+1次衍射光波4b相對于O次衍射光波4a以角度Θ在x軸的正方向上衍射，-1次衍射光波4c相對于O次衍射光波4a以角度-Θ在X軸的負(fù)方向上衍射。在環(huán)境流體中傳播的聲波I的聲壓的大小如果是能夠用通常的麥克風(fēng)測定的程度，則在所產(chǎn)生的衍射光波中變成以+1次衍射光波4b和-1次衍射光波4c為主，能夠忽視2次以上的衍射光波。但是，在聲波I的聲壓大的情況下，也有可能產(chǎn)生2次以上的衍射光分量。在這種情況下，將2次以上的衍射光分量光學(xué)地或電學(xué)地除去即可。為了獲得光波4的衍射光波，可以使光波4的傳播方向與聲波I的傳播方向非平行，即聲波I可以以橫穿光波4的方式傳播。特別是在聲波I的傳播方向與光波4的傳播方向在Xz平面呈垂直的情況下，能過獲得最高的衍射效率，使作為麥克風(fēng)的靈敏度提高。(反射部6)包括透過傳播介質(zhì)部2的O次衍射光波4a、+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c的光波4到達(dá)反射部6。反射部6使光波4回復(fù)反射。回復(fù)反射是指入射的光向與入射方向相同的方向反射。即，入射到反射部6的光波4的入射方向與在反射部6反射射出的光波4的射出方向平行。通過使用回復(fù)反射的反射部6使光波4反射，能夠使光波4兩次透過傳播介質(zhì)部2。另外，能夠使在由于回復(fù)反射第一次透過傳播介質(zhì)部2時(入射路徑)生成的+1次衍射光波(或-1次衍射光波)反射到與入射方向相同的方向。因此，能夠使在入射路徑生成的+1次衍射光波(或-1次衍射光波)與第二次透過傳播介質(zhì)部2時(反射路徑)生成的-1次衍射光波(或+1次衍射光波)的衍射方向一致，兩個衍射光波與聲波的頻率變化無關(guān)，大體上能夠獲得具有一定強(qiáng)度的干涉光波。從反射部6射出的O次衍射光波4a的光軸透過傳播介質(zhì)部2，可以與入射到反射部6的O次衍射光波4a的光軸一致。如以下要說明的那樣，由此，入射路徑中的光波4以及反射路徑中的O次衍射光波4a能夠在相同的位置上受到傳播介質(zhì)部2中的聲波I的作用。因此，能夠抑制在入射路徑以及反射路徑接觸的聲波I的時差，從而使光波4和聲波I實(shí)質(zhì)上在相同時刻兩次接觸(作用)。如圖2 (b)以及圖2 (C)所示，從反射部6射出的+1次衍射光波4b以及-I次衍射光波4c的位置相對于從反射部6射出的O次衍射光波4a是反相的。具體而言，入射到反射部6的+1次衍射光波4b相對于入射到反射部6的光波4位于X軸的正的一側(cè)，相比之下，從反射部6射出的+1次衍射光波4b相對于從反射部6射出的O次衍射光波4a位于x軸的負(fù)的一側(cè)。同樣，入射到反射部6的-I次衍射光波4c相對于入射到反射部6的光波4位于X軸的負(fù)的一側(cè)，相比之下，從反射部6射出的-I次衍射光波4c相對于從反射部6射出的O次衍射光波4a位于X軸的正的一側(cè)。在O次衍射光波4a入射到X軸的原點(diǎn)的情況下，入射到反射部6的+1次衍射光波4b在X軸的正的區(qū)域傳播；從反射部6射出的+1次衍射光波4b在X軸的負(fù)的區(qū)域傳播。另外，入射到反射部6的-I次衍射光波4c在X軸的負(fù)的區(qū)域傳播；從反射部6射出的-I次衍射光波4c在X軸的正的區(qū)域傳播。如果光波4透過傳播介質(zhì)部2，則+1次衍射光波4b以及-I次衍射光波4c是以與O次衍射光波4a呈角度Θ被衍射而傳播的。如果將傳播介質(zhì)部2與反射部6的距離設(shè)為LI，則在反射部6所位于的x-y平面上，+1次衍射光波4b的位置為從O次衍射光波4a向X軸的正方向偏離LI X Θ ；-1次衍射光波4c的位置為從O次衍射光波4a向X軸的負(fù)方向偏離LlX Θ。這些距離與LI成比例。在光學(xué)麥克風(fēng)101的某一實(shí)施方式中，在反射部6反射的+1次衍射光波4b以及_1次衍射光波4c可以不與在反射部6反射的O次衍射光波4a相隔開。為此，LI可以很小。更具體講，LI可以是例如5_以下。另外，傳播介質(zhì)部的光波4的透過方向的厚度也可以很小。作為反射部6，例如能夠使用圖3所示的直角反射鏡8。直角反射鏡8是將3個平面鏡直角地進(jìn)行組合的反射鏡，入射的光波在平面鏡進(jìn)行三次反射，光波向與入射方向平行的方向射出。圖4表不的是利用直角反射鏡8在χ-ζ剖面將光波4反射的情況。圖4表示直角反射鏡8在x-z剖面具有兩個正交的反射面。入射到直角反射鏡8的O次衍射光波4a、+1次衍射光波4b以及-I次衍射光波4c在與入射方向平行的射出方向上被反射。即，如圖4所示，入射到直角反射鏡8的+1次衍射光波4b和O次衍射光波(z軸)呈角度Θ，從直角反射鏡8射出的+1次衍射光波4b也與z軸呈角度Θ。入射到直角反射鏡8的-I次衍射光波4c和z軸呈角度-Θ，從直角反射鏡8射出的-I次衍射光波4c也與z軸呈角度-Θ。另外，+1次衍射光波4b以及-I次衍射光波4c相對于O次衍射光波4a的位置關(guān)系在X軸方向上反相，光波4在X軸方向上被反相地反射。如圖4所示，在使用直角反射鏡8作為反射部6的情況下，O次衍射光波4a可以在直角反射鏡8的三個平面合并在一起的頂點(diǎn)6a以與集中在頂點(diǎn)6a的三個邊成45°的角度入射。這樣一來，能夠使入射到直角反射鏡8的O次衍射光波4a的光軸與從直角反射鏡8射出的O次衍射光波4a的光軸一致。在O次衍射光波4a入射到X軸的原點(diǎn)的情況下，入射到直角反射鏡8的+1次衍射光波4b在X軸的正的區(qū)域中傳播；從直角反射鏡8射出的+1次衍射光波4b在X軸的負(fù)的區(qū)域中傳播。另外，入射到直角反射鏡8的-I次衍射光波4c在X軸的負(fù)的區(qū)域中傳播；從直角反射鏡8射出的-1次衍射光波4c在X軸的正的區(qū)域中傳播。直角反射鏡8在以y-ζ剖面為首的所有剖面中與x-z剖面相同地具有兩個正交的反射面。因此，直角反射鏡8將從任意的方向入射的光波4向與入射方向平行的方向射出。另外，+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c的相對于O次衍射光波4a的位置關(guān)系反相。因此，在使用直角反射鏡8作為反射部6的情況下，不僅在聲波I向X方向上傳播時，而且在向χ-y平面的任何一個方向傳播時，都能夠在包括入射到反射部6的光波4的傳播方向和聲波I的傳播方向的平面上，使+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c以相對于O次衍射光波4a反相的關(guān)系進(jìn)行反射。其結(jié)果是，與聲波I的傳播方向無關(guān)，光學(xué)麥克風(fēng)101能夠檢測出聲波I。在事先決定了傳播介質(zhì)部2中的聲波I的傳播方向的情況下，如圖5所示，可以使用反相鏡12作為反射部6。反相鏡12具有以兩個平面鏡正交的方式接合的結(jié)構(gòu)，將兩個鏡面交叉的線作為對稱軸13以線對稱的方式使入射光反相。在這種情況下，對稱軸13可以以與聲波I的傳播方向以及光波4的傳播方向呈垂直的方式配置。另外，O次衍射光波4a可以在對稱軸13上入射到反相鏡12。由此，與參照圖4所說明的相同，入射到反相鏡12的O次衍射光波4a、+l次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c被反射到與入射方向平行的射出方向。另外，+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c的相對于O次衍射光波4a的位置關(guān)系在X軸方向上反相。在這種情況下，如圖5所示，可以在傳播介質(zhì)部2的聲波I入射的開口部10以外的區(qū)域設(shè)置隔音部9。由此，能夠抑制在X方向之外的方向上傳播的聲波I入射到傳播介質(zhì)部2。隔音部9在由丙烯或玻璃這種透明材料構(gòu)成或使用不透明材料的情況下，如圖5所示，可以在光波4的傳播部分進(jìn)行開孔等，來設(shè)置光透過部11。(光波4的反射路徑)在反射部6被反射的光波4再次入射到傳播介質(zhì)部2，在傳播介質(zhì)部2中與聲波I相作用，由此生成衍射光波。從反射部6射出的光波4包括O次衍射光波4a、+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c,這些光波分別與聲波I相作用而生成衍射光波。但是，由于+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c的強(qiáng)度很小，因此，+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c的衍射光波的強(qiáng)度非常小。因此，能夠忽略I次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c的衍射光波，而只考慮O次衍射光波4a的衍射光波即可。如圖2 (d)所示，在反射部6被反射的O次衍射光波4a在傳播介質(zhì)部2中與聲波I相作用，從而生成+1次衍射光波4d以及-1次衍射光波4e。+1次衍射光波4d在X軸的正的方向上被衍射；-1次衍射光波4e在X軸的負(fù)的方向上被衍射。另外，未衍射的O次衍射光波4a’從傳播介質(zhì)部2射出。(光電變換部5)光電變換部5檢測從光源3射出并兩次透過傳播介質(zhì)部2的光波4。圖6是在χ-y剖面上從z軸的正方向到負(fù)方向觀察剛再次透過傳播介質(zhì)部2并入射到分束器7上之前的光波4的剖面圖。相對于O次衍射光波4a’，入射路徑的-1次衍射光波4c以及反射路徑的+1次衍射光波4d位于X軸的正方向上；入射路徑的+1次衍射光波4b以及反射路徑的-1次衍射光波4e位于X軸的負(fù)方向上，分別相重合。在重合的區(qū)域14a和14b中，各光波進(jìn)行干涉，根據(jù)聲波I的信號，光強(qiáng)度產(chǎn)生變化。如果用光電變換部5接收該干涉光波，則能夠獲得與光強(qiáng)度的變化相應(yīng)的電信號，由此，能夠檢測出聲波I。此時，一般來講，衍射光柵導(dǎo)致的+1次衍射光波與-I次衍射光波的相位相互反相，因此，即使+1次衍射光波與-I次衍射光波重合，通常兩個光波也相互抵消，不會產(chǎn)生干涉。但是，入射到光電變換部5的入射路徑的-I次衍射光波4c是被反射部6反射的光，因此，在反射時相位反相，與反射路徑的+1次衍射光波4d成為同相。因此，由于入射路徑的-I次衍射光波4c和反射路徑的+1次衍射光波4d重合，從而在區(qū)域14a中生成干涉光波。同樣，入射路徑的+1次衍射光波4b的相位也在反射部6中反相，與反射路徑的-I次衍射光波4e成為同相，由于入射路徑的-I次衍射光波4c和反射路徑的+1次衍射光波4d重合，從而在區(qū)域14b中生成干涉光波。利用光電變換部5接收區(qū)域14a的干涉光波和區(qū)域14b的干涉光波中的任意一者或兩者，由此，能夠檢測出聲波I。從增加光接收量、提高檢測靈敏度這一觀點(diǎn)來看，只要檢測出兩者的干涉光波即可，但如果用光電變換部5接收至少一方的干涉光波，則能夠檢測出聲波I。另外，傳播介質(zhì)部2與反射部6的距離LI變得越大，在入射路徑生成并在反射部6反射的+1次衍射光波4b以及-I次衍射光波4c的位置就越移動至遠(yuǎn)離在反射路徑生成的+1次衍射光波4d以及-I次衍射光波4e的位置。因此，入射路徑的衍射光波和反射路徑的衍射光波重合的面積變小，檢測聲波I的靈敏度降低。相反，如果傳播介質(zhì)部2與反射部6的距離LI小，則入射路徑的衍射光波和反射路徑的衍射光波重合的面積變大，檢測聲波I的靈敏度提高。在光學(xué)麥克風(fēng)101中，O次衍射光波4a’對聲波I的檢測不起作用。因此，可以不在光電變換部5接收光。作為不接收O次衍射光波4a’的方法，如圖7所示，可以按照以下方式配置光電變換部5，即使其從O次衍射光波4a’向z軸的正方向移動，由此，O次衍射光波4a’不會入射到光接收面5a，而只有-I次衍射光波4c以及+1次衍射光波4d入射到光接收面5a?；蛘撸梢允构怆娮儞Q部5從O次衍射光波4a’向z軸的負(fù)方向移動，以便只有+1次衍射光波4b以及-I次衍射光波4e入射到光接收面5a而被檢測出。另外，也可以如圖8所示，利用遮光部14只阻擋O次衍射光波4a’，使光電變換部5檢測不出O次衍射光波4a’。另外，也可以如圖9所示，在光電變換部5的光接收面5a上配置包括凹透鏡等的具有使光發(fā)散的功能的光接收透鏡系統(tǒng)15。由此，能夠增大O次衍射光波4a’與+1次衍射光波4b、4d以及-I次衍射光波4c、4e的傳播角度之差，由此，變得很容易用遮光部14來阻擋O次衍射光波4a’。因此，即使從傳播介質(zhì)部2到光電變換部5的距離短，也能夠良好地分離O次衍射光波4a’與I次衍射光波4b、4d以及-I次衍射光波4c、4e，能夠提供小型的光學(xué)麥克風(fēng)。另外，如圖10所示，光接收透鏡系統(tǒng)15可以包含具有放大率從中心向外側(cè)變小的分布的透鏡。由此，在光波4中，只有對聲波I的檢測不起作用的O次衍射光波4a’附近被放大，O次衍射光波4a’的阻擋變得容易。另外，在衍射角度之差較大、且O次衍射光波4a’與+1次衍射光波4b、4d以及-I次衍射光波4c、4e充分相隔開的情況下，可以不設(shè)置光接收透鏡系統(tǒng)15。在這種情況下，由于應(yīng)該用光接收透鏡系統(tǒng)檢測出的光波不會擴(kuò)散，因此，光電變換部5的光接收面可以較小。
另外，如果使用二氧化硅干凝膠作為傳播介質(zhì)部2，則在傳播介質(zhì)部2的內(nèi)部傳播的聲波I的速度Vn變小，由此，能夠獲得大的衍射角度。為此,在進(jìn)行O次衍射光波4a’與+1次衍射光波4b、4d以及-1次衍射光波4c、4e的分離時，能夠縮短從傳播介質(zhì)部2到光電變換部5的距離。(頻率變換部21)由光電變換部5生成的電信號具有聲波I的兩倍的頻率。因此，在要獲得與聲波I具有相同頻率的電信號的情況下，利用頻率變換部21將從光電變換部5輸出的電信號的頻率變換為1/2。作為頻率變換部21，例如能夠使用由電路等構(gòu)成的分頻器等。(光學(xué)麥克風(fēng)101的工作方式)接下來，對光學(xué)麥克風(fēng)101的工作方式進(jìn)行說明。圖11是表示在入射路徑中光波4與傳播介質(zhì)部2中的聲波I作用的情況的示意圖。在圖11中，聲波I在箭頭所示的方向上傳播。代表聲波I的黑色部分表示由于聲波I導(dǎo)致傳播介質(zhì)變位的緣故而使傳播介質(zhì)變得稠密的部分；白色部分表示傳播介質(zhì)變得稀疏的部分。在圖11中，Λ表不在傳播介質(zhì)2中傳播的聲波I的波長；f表不聲波I的頻率；入表不光波4的波長；fQ表不光波4的頻率。光波4在Z軸方向上傳播，聲波I在X軸方向上傳播，將聲波I傳播的方向設(shè)為X軸的正方向。另外，將在傳輸介質(zhì)部2中光波4傳播的距離設(shè)為I。由于聲波I在傳播 介質(zhì)部2的內(nèi)部傳播，因此,傳播介質(zhì)部2的密度會變化。其結(jié)果是，傳播介質(zhì)部2中的光的折射率發(fā)生變化。例如，由于作為波長λ的平面波的聲波I進(jìn)行傳播，因此，形成周期Λ的折射率變化樣式(pattern)。即，傳播介質(zhì)部2成為具有周期Λ的折射率變化樣式的衍射光柵。如果使光波4入射到這種狀態(tài)下的傳播介質(zhì)部2，則產(chǎn)生衍射光波。此時，在具有能夠測定的范圍的聲壓的聲波I的情況下，由于兩次以上的衍射光分量小，所以能夠忽略。如圖11所示，通過光波4入射到傳播介質(zhì)部2，而射出以下三種衍射光波，即:不被衍射地向ζ軸方向傳播的O次衍射光波4a ;相對于O次衍射光波4a，向作為聲波I的傳播方向的X軸的正方向衍射的+1次衍射光波4b ；以及相對于O次衍射光波4a，向作為與聲波I的傳播相反方向的X軸的負(fù)方向衍射的-1次衍射光波4c。+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c的頻率通過聲波I來接收多普勒頻移。接收到多普勒頻移的+1次衍射光波4b的頻率成為4+6-1次衍射光波4c的頻率成為fQ-f.。O次衍射光波4a的頻率保持為fQ。+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c的衍射角Θ，O次衍射光波4a的強(qiáng)度I。、+1次衍射光波4b以及-1次衍射光波4c的強(qiáng)度II，用以下的公式(I)、⑵和(3)表不。[公式I].λ λ.fsmO = — =----(I)
Λ 廠
f η[公式2]
τ τ r 2 ^πΑηΡΓ、、1O = 4.(^^)(2)
Λ
[公式3]
權(quán)利要求
1.光學(xué)麥克風(fēng)，是使用光波來檢測在環(huán)境流體中傳播的聲波的光學(xué)麥克風(fēng)， 具有: 傳播上述聲波的傳播介質(zhì)部； 光源，射出橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波并透過上述傳播介質(zhì)部的光波； 反射部，使透過上述傳播介質(zhì)部的光波進(jìn)行回復(fù)反射；以及 光電變換部，接收由上述反射部反射且透過上述傳播介質(zhì)部的上述光波，并輸出電信號， 在從上述光源射出的上述光波透過上述傳播介質(zhì)部的入射路徑中，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波， 在上述入射路徑中所生成的上述O次衍射光波通過上述反射部的反射而透過上述傳播介質(zhì)部的反射路徑中，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波， 上述光電變換部檢測:在上述入射路徑生成的+1次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述-1次衍射光波的干涉光、以及在上述入射路徑生成的-1次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述+1次衍射光波的干涉光當(dāng)中的至少一方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)麥克風(fēng)，其中， 還具有位于上述光源與上述傳播介質(zhì)部之間的分束器， 上述分束器使上述入射路徑以及上述反射路徑生成的上述+1次衍射光波以及-1次衍射光波向與上述光源不同的方向射出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)麥克風(fēng),其中， 上述反射部至少在包括上述傳播介質(zhì)部的上述聲波的傳播方向以及從上述光源射出的上述光波的傳播方向的平面上具有回復(fù)反射性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)麥克風(fēng),其中， 上述反射部為反相鏡， 上述反相鏡的對稱軸與上述聲波的傳播方向以及上述光波的傳播方向垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)麥克風(fēng),其中， 上述反射部為直角反射鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光學(xué)麥克風(fēng),其中， 上述光電變換部具有光接收面， 上述光學(xué)麥克風(fēng)還具有遮光部，該遮光部用于阻擋在上述反射路徑生成的上述O次衍射光波向上述光接收面入射，以使上述O次衍射光波不會入射到上述光接收面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)麥克風(fēng),其中， 在上述反射路徑的光路上還具有光接收透鏡系統(tǒng)，該光接收透鏡系統(tǒng)被配置在比上述遮光部更靠上述傳播介質(zhì)側(cè)，且具有發(fā)散作用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)麥克風(fēng)，其中， 上述光電變換部是具有多個光電變換兀件的光電變換兀件陣列，各個上述光電變換兀件接收由上述反射部反射并透過上述傳播介質(zhì)部的上述光波，且輸出電信號， 上述光電變換元件陣列利用上述多個光電變換元件的一部分來檢測:通過在上述入射路徑生成的+1次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述-I次衍射光波進(jìn)行干涉而獲得的第一干涉光波、以及通過在上述入射路徑生成的-I次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述+1次衍射光波進(jìn)行干涉而獲得的第二干涉光波當(dāng)中的至少一方， 根據(jù)檢測出上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波的至少一方的上述一部分的光電變換兀件在上述光電變換兀件陣列中的位置，來確定上述聲波的傳播方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)麥克風(fēng)，其中， 上述光電變換部是具有多個光電變換兀件的光電變換兀件陣列，各個上述光電變換兀件接收由上述反射部反射并透過上述傳播介質(zhì)部的上述光波，且輸出電信號， 上述光電變換元件陣列利用上述多個光電變換元件的一部分來檢測通過在上述入射路徑生成的+1次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述-I次衍射光波進(jìn)行干涉而獲得的第一干涉光波、以及通過在上述入射路徑生成的-I次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述+1次衍射光波進(jìn)行干涉而獲得的第二干涉光波當(dāng)中的至少一方， 通過利用上述多個光電變換元件獨(dú)立地檢測上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方，從而根據(jù)頻率來分離并檢測上述聲波。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)麥克風(fēng),其中， 上述多個光電變換元件分別具有光接收部， 上述多個光電變換元件的上述光接收部以上述反射路徑的0次衍射光波照射的位置為中心而配置， 上述光學(xué)麥克風(fēng)根據(jù)上述多個光電變換元件的光接收部的大小以及距上述中心的距離，以不同的頻帶來分離并檢測上述聲波。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)麥克風(fēng),其中， 上述多個光電變換元件的光接收部在第一配置方向以及與上述第一配置方向非平行的第二方向上二維地配置， 上述光學(xué)麥克風(fēng)根據(jù)檢測出上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方的上述一部分的光電變換元件的光接收部的上述中心周圍的方位，來進(jìn)一步確定上述聲波的傳播方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的光學(xué)麥克風(fēng)，其中， 上述多個光電變換元件分別具有局部呈環(huán)狀的光接收部，上述光接收部在以上述反射路徑的0次衍射光波照射的位置為中心的圓內(nèi)，在半徑方向以及圓周方向上二維地配置，上述光學(xué)麥克風(fēng)， 針對上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方，利用位于與上述圓周方向呈相同的方位而在半徑方向上不同的位置處的兩個以上的光電變換元件，根據(jù)頻率來分離并檢測上述聲波， 在上述中心周圍根據(jù)上述圓周方向的方位來確定上述聲波的傳播方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的光學(xué)麥克風(fēng)，其中， 還具有光接收透鏡系統(tǒng)，該光接收透鏡系統(tǒng)被設(shè)置在比上述光電變換部更靠上述傳播介質(zhì)部側(cè)，且具有發(fā)散作用。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13的任意一項(xiàng)所述的光學(xué)麥克風(fēng),其中， 還包括光接收透鏡系統(tǒng)，該光接收透鏡系統(tǒng)被配置在上述反射路徑的光路上，且具有放大率從中心向外側(cè)變小的分布。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至14中任一項(xiàng)所述的光學(xué)麥克風(fēng),其中， 上述傳播介質(zhì)部由二氧化娃干凝膠構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求I至15中任一項(xiàng)所述的光學(xué)麥克風(fēng),其中， 還具有頻率變換部，該頻率變換部將由上述光電變換部獲得的電信號的頻率變換成1/2 倍。
17.一種探傷裝置，具有 在被檢測體內(nèi)激發(fā)聲波的聲源； 光源，射出橫穿由于上述被檢測體中的缺陷而生成的上述聲波的反射波，并透過上述被檢測體的光波； 反射部，使透過上述被檢測體的光波進(jìn)行回復(fù)反射；以及 光電變換元件陣列，具有多個光電變換元件，各個上述光電變換元件接收由上述反射部反射并透過上述被檢測體的上述光波，且輸出電信號， 在從上述光源射出的上述光波透過上述被檢測體的入射路徑中，根據(jù)伴隨著上述反射波的傳播而產(chǎn)生的上述被檢測體的折射率分布，由上述光波分別生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-I次衍射光波， 在上述入射路徑中所生成的上述O次衍射光波通過上述反射部的反射而透過上述被檢測體的反射路徑中，根據(jù)伴隨著上述反射波的傳播而產(chǎn)生的上述被檢測體的折射率分布，由上述入射路徑的O次衍射光生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-I次衍射光波，上述光電變換元件陣列利用上述多個光電變換元件的一部分來檢測通過在上述入射路徑生成的+1次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述-I次衍射光波進(jìn)行干涉而獲得的第一干涉光波、以及通過在上述入射路徑生成的-I次衍射光波與在上述反射路徑生成的上述+1次衍射光波進(jìn)行干涉而獲得的第二干涉光波當(dāng)中的至少一方， 根據(jù)檢測出上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方的上述一部分的光電變換元件在上述光電變換元件陣列中的位置，來確定上述反射波的傳播方向， 根據(jù)上述光電變換元件陣列的檢測出上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方的時刻以及上述被檢測體內(nèi)的聲波的激發(fā)時刻，來計(jì)算上述反射波在上述被檢測體中傳播的距離， 根據(jù)所確定的上述傳播方向以及計(jì)算出的上述距離來推斷上述被檢測體內(nèi)的缺陷的位置。
18.—種聲波的檢測方法,使用光波來檢測在環(huán)境流體中傳播的聲波， 包括 步驟(A)，使聲波在傳播介質(zhì)部中傳播； 步驟(B)，使光波以橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波的方式透過，并根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-I次衍射光波； 步驟(C)，使在上述步驟(B)生成的O次衍射光波、+1次衍射光波以及-I次衍射光波進(jìn)行回復(fù)反射； 步驟(D)，上述回復(fù)反射的O次衍射光波以橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波的方式透過，由此，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成+1次衍射光波以及-1次衍射光波；以及 步驟(E)，檢測:在上述步驟(B)生成并回復(fù)反射的+1次衍射光波與在上述步驟(D)生成的-1次衍射光波的干涉光、以及在上述步驟(B)生成并回復(fù)反射的-1次衍射光波與在上述步驟(D)生成的+1次衍射光波的干涉光當(dāng)中的至少一方。
19.一種聲波的檢測方法，使用光波來檢測聲波， 包括: 步驟(A)，使聲波在傳播介質(zhì)部中傳播； 步驟(B)，使光波以橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波的方式透過，并根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波； 步驟(C)，使在上述步驟(B)生成的O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波進(jìn)行回復(fù)反射； 步驟(D)，上述回復(fù)反射的O次衍射光波以橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波的方式透過，由此，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成+1次衍射光波以及-1次衍射光波；以及 步驟(E)，利用具有多個光電變換元件的光電變換元件陣列來檢測:在上述步驟(B)生成并回復(fù)反射的+1次衍射光波與在上述步驟(D)生成的-1次衍射光波的第一干涉光波、以及在上述步驟(B)生成并回復(fù)反射的-1次衍射光波與在上述步驟(D)生成的+1次衍射光波的第二干涉光波當(dāng)中的至少一方，并根據(jù)檢測出上述第一干涉光波以及上述第二干涉光波當(dāng)中的至少一方的上述一部分的光電變換元件在上述光電變換元件陣列中的位置，來確定上述聲波的傳播方向。
20.一種聲波的檢測方法，使用光波來檢測聲波， 包括: 步驟(A)，使聲波在傳播介質(zhì)部中傳播； 步驟(B)，使光波以橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波的方式透過，并根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波； 步驟(C)，使在上述步驟(B)生成的O次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波進(jìn)行回復(fù)反射； 步驟(D)，上述回復(fù)反射的O次衍射光波以橫穿在上述傳播介質(zhì)部中傳播的上述聲波的方式透過，由此，根據(jù)伴隨著上述聲波的傳播而產(chǎn)生的上述傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成+1次衍射光波以及-1次衍射光波；以及 步驟(E)，利用具有多個光電變換元件的光電變換元件陣列獨(dú)立地檢測:在上述步驟(B)生成并回復(fù)反射的+1次衍射光波與在上述步驟(D)生成的-1次衍射光波的第一干涉光波、以及在上述步驟(B)生成并回復(fù)反射的-1次衍射光波與在上述步驟(D)生成的+1次衍射光波的第二干涉光波當(dāng)中的至少一方，根據(jù)頻率來分離并檢測上述聲波。
全文摘要
光學(xué)麥克風(fēng)具有傳播聲波的傳播介質(zhì)部；光源，射出橫穿在傳播介質(zhì)部中傳播的聲波并透過傳播介質(zhì)部的光波；反射部，使透過傳播介質(zhì)部的光波進(jìn)行回復(fù)反射；以及光電變換部，接收由反射部反射且透過傳播介質(zhì)部的光波，并輸出電信號。在由光源射出的光波透過傳播介質(zhì)部的入射路徑中，根據(jù)伴隨著聲波的傳播而產(chǎn)生的傳播介質(zhì)部的折射率分布，分別生成0次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波，在入射路徑中所生成的0次衍射光波通過反射部的反射而透過傳播介質(zhì)部的反射路徑中，根據(jù)伴隨著聲波的傳播而產(chǎn)生的傳播介質(zhì)部的折射率分布，生成0次衍射光波、+1次衍射光波以及-1次衍射光波。光電變換部檢測在入射路徑生成的+1次衍射光波與在反射路徑生成的-1次衍射光波的干涉光、以及在入射路徑生成的-1次衍射光波與在反射路徑生成的+1次衍射光波的干涉光當(dāng)中的至少一方。
文檔編號G01H9/00GK103154683SQ20128000319
公開日2013年6月12日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者巖本卓也, 橋本雅彥, 寒川潮, 金子由利子 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社