특허청구의범위청구항 1 음향신호를전기신호로변환하는장치에있어서, 두개의미러 (two mirrors) 사이의공간에결합된전자기방사선을적어도부분적으로반사시키는상기두개의미러를포함하는간섭계- 상기음향신호는상기공간에결합되어상기음향신호에따라상기전자기방사선에영향을줌 -와, 영향받은상기

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1 (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) H04R 23/00 ( ) G06F 9/44 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 ( 국제 ) 2009 년 09 월 10 일 심사청구일자 2011 년 04 월 11 일 (85) 번역문제출일자 2011 년 04 월 11 일 (65) 공개번호 (43) 공개일자 2011 년 06 월 02 일 (86) 국제출원번호 PCT/IB2009/ (87) 국제공개번호 WO 2010/ 국제공개일자 (30) 우선권주장 2010 년 03 월 18 일 년 09 월 12 일유럽특허청 (EPO)(EP) (56) 선행기술조사문헌 JP A* JP A* * 는심사관에의하여인용된문헌 (45) 공고일자 2013년08월13일 (11) 등록번호 (24) 등록일자 2013년08월06일 (73) 특허권자 놀레스일렉트로닉스아시아피티이리미티드 싱가포르 # 헤이브록로드 50 (72) 발명자 피셔발타자르 영국알에이치 1 1 디엘레드힐서레이베치워스하우스 스테이션로드엔엑스피세미컨덕터스 (74) 대리인 제일특허법인 전체청구항수 : 총 24 항심사관 : 송근배 (54) 발명의명칭음향신호를전기신호로변환하는방법, 장치및컴퓨터판독가능한저장매체 (57) 요약 음향신호 (102) 를전기신호 (104) 로변환하는장치 (100) 에있어서, 두개의미러 (108) 사이의공간 (110) 에결합된전자기방사선 (112) 을반사시키는상기두개의미러 (108) 로이루어진간섭계 (106) 와, 상기음향신호 (102) 는상기음향신호 (102) 에따라상기전자기방사선 (112) 에영향을주는상기공간 (110) 과결합되며, 상기영향받은전자기방사선 (112) 을검출하고, 검출된전자기방사선 (112) 을상기음향신호 (102) 를나타내는상기전기신호 (104) 로변환하는전자기방사선검출기 (114) 와, 상기장치 (100) 의동작점을안정화시키는동작점안정화유닛을포함하는장치 (100) 가제공된다. 대표도 - 1 -

2 특허청구의범위청구항 1 음향신호를전기신호로변환하는장치에있어서, 두개의미러 (two mirrors) 사이의공간에결합된전자기방사선을적어도부분적으로반사시키는상기두개의미러를포함하는간섭계- 상기음향신호는상기공간에결합되어상기음향신호에따라상기전자기방사선에영향을줌 -와, 영향받은상기전자기방사선을검출하고, 상기검출된영향받은전자기방사선을, 상기음향신호와상기장치의현재동작점을나타내는전기신호로변환하는전자기방사선검출기와, 상기장치의동작점을안정화시키는동작점안정화유닛을포함하되, 상기동작점안정화유닛은상기전자기방사선검출기에의해제공되는상기전기신호를직류성분과교류성분으로분리하는전기신호분리기를포함하고, 상기교류성분은상기음향신호를나타내는것으로간주되는장치. 청구항 2 상기동작점안정화유닛은상기장치의현재동작점을나타내는전기신호를포함하는적어도하나이상의파라미터를모니터링하고, 미리정의된목표동작점으로부터상기현재동작점의편차를구하여, 상기동작점이상기목표동작점으로되돌아가도록상기장치를제어함으로써상기장치의동작점을안정화시키는장치. 청구항 3 상기간섭계는페브리페롯 (Fabry-Perot) 간섭계, 에탈론또는지레스투르노이스 (Gires-Tournois) 간섭계인장치. 청구항 4 상기두개의미러는상기두개의미러사이의상기공간에결합된가시광선 (optical light) 을반사하는장치. 청구항 5 상기전자기방사선검출기는포토다이오드를포함하는 - 2 -

3 장치. 청구항 6 상기전자기방사선검출기는기계적으로상기두개의미러의어느한쪽에직접부착되어있는장치. 청구항 7 상기두개의미러사이의상기공간에결합된상기전자기방사선을발생시키는전자기방사원을포함하는장치. 청구항 8 제 7 항에있어서, 상기전자기방사원은고주파영역의반송파로변조되는상기전자기방사선를발생시키는장치. 청구항 9 제 7 항에있어서, 상기전자기방사원은기계적으로상기두개의미러의어느한쪽에직접부착되어있는장치. 청구항 10 제 7 항에있어서, 상기전자기방사원은레이저를포함하되, 상기레이저는수직공진표면발광레이저 (vertical cavity surface emitting laser) 와분산피드백레이저 (distributed feedback laser) 를포함하는레이저의그룹으로부터선택되는장치. 청구항 11 제 7 항에있어서, 상기전자기방사원은상기두개의미러사이에서어느한쪽을향해서분기 (divergent) 하는전자기방사선을발생시키는장치. 청구항

4 제 7 항에있어서, 상기전자기방사원은상기전자기방사원에집적되거나부착된추가전자기방사선검출기를포함하는 장치. 청구항 13 상기동작점안정화유닛은상기전자기방사선검출기와연결된입력과, 상기음향신호를나타내는전기신호를제공하는출력을갖는증폭기를포함하는장치. 청구항 14 제 12 항에있어서, 상기전자기방사선검출기에연결된제 1 입력, 상기추가전자기방사선검출기에연결된제 2 입력, 및상기음향신호를나타내는전기신호를제공하는출력을가진차동증폭기를포함하는장치. 청구항 15 상기두개의미러를서로고정되게연결하고상기두개의미러사이의공간의범위를정하는고정연결요소를포함하는장치. 청구항 16 삭제청구항 17 제 7 항에있어서, 상기동작점안정화유닛은상기전자기방사원을작동시키는전기구동전류를조절하여상기전자기방사선의파장을조절함으로써동작점을조절하는장치. 청구항 18 제 7 항에있어서, 상기동작점안정화유닛은상기직류성분을공급받는피드백회로를포함하고, 상기피드백회로는상기직류성분에기초하여상기장치의실제동작점을결정하고상기전자기방사원을제어하여미리정의된기준동작점으로상기장치를구동하는 - 4 -

5 장치. 청구항 19 상기장치는모놀리식으로 (monolithically) 기판에집적된장치. 청구항 20 상기두개의미러는평행하게배열된고정미러인장치. 청구항 21 상기두개의미러의각각은상기두개의미러의다른것의반사면과마주보는반사면을가지고, 해당하는반사면의반대편에는반사방지코팅을입힌비반사면 (non-reflective surface) 을가지는장치. 청구항 22 상기장치는마이크로폰, 오디오서라운드시스템, 이동전화, 헤드셋, 헤드폰재생기, 스피커재생기, 보청기, TV, 비디오녹화기, 모니터, 게임기, 랩탑, 오디오재생기, DVD 플레이어, CD 플레이어, 하드디스크기반미디어재생기, 라디오기기, 인터넷라디오기기, 공연장비 (public entertainment device), MP3 플레이어, 하이파이시스템, 운송수단 (vehicle) 용미디어기기, 차량용 (car) 미디어기기, 의료통신기기, 의료장치, 혈액탐침, 신체착용기기, 통화기기, 홈시네마시스템, 홈씨어터시스템, 평면 TV, 음장감생성장치 (ambiance creation device), 서브우퍼, 음향계측시스템, 사운드레벨미터, 스튜디오녹음시스템, 압력센서, 초음파센서또는뮤직홀 (hall) 시스템으로구성되는그룹중의적어도어느하나이상으로서실현되는장치. 청구항 23 상기장치는소프트웨어기반장치, 하나이상의하드웨어전자회로를사용하는장치, 소프트웨어요소와하드웨어요소를포함하는하이브리드장치, 집적화된하드웨어칩및 ASIC으로구성되는그룹중의어느하나로서실현되는장치. 청구항

6 음향신호를전기신호로변환하는방법으로서, 간섭계의두개의미러사이의공간에결합된전자기방사선의적어도일부분을반사시키는단계와, 상기음향신호에따라상기전자기방사선에영향을주기위해상기음향신호를상기공간에결합시키는단계와, 전자기방사선검출기에의해, 영향받은상기전자기방사선을검출하고, 상기검출된영향받은전자기방사선을, 음향신호를전기신호로변환하는장치의현재동작점과상기음향신호를나타내는전기신호로변환하는단계와, 동작점안정화유닛에의해, 상기장치의현재의동작점을안정화시키는단계를포함하고, 상기동작점안정화유닛은상기전자기방사선검출기에의해제공되는상기전기신호를직류성분과교류성분으로분리하는전기신호분리기를포함하고, 상기교류성분은상기음향신호를나타내는것으로간주되는방법. 청구항 25 컴퓨터판독가능한매체에있어서, 음향신호를전기신호로변환하는컴퓨터프로그램이저장되고, 프로세서에의해실행될때상기컴퓨터프로그램은제 24 항의방법을실행하는컴퓨터판독가능한매체. 청구항 26 삭제 명세서 [0001] [0002] [0003] [0004] 기술분야본발명은음향신호 (acoustic signal) 를전기신호 (electric signal) 로변환하는장치에관한것이다. 또한본발명은음향신호를전기신호로변환하는방법에관한것이다. 또한본발명은프로그램요소 (program element) 에관한것이다. 나아가본발명은컴퓨터판독가능한매체 (computer-readable medium) 에관한것이다. [0005] [0006] [0007] 배경기술녹음장치는점점더중요해지고있다. 특히더많은사용자들이통신기기, 헤드폰기반녹음기및모바일컴퓨팅시스템을구매한다. 마이크로폰 (microphone) 은음 / 전변환기 (acoustic-to-electric transducer) 또는소리를전기신호로바꾸는센서를말한다. 마이크로폰은전화기, 테이프레코더, 보청기, 영화제작, 실황및녹음음향기술, 라디오및 TV 방송과음성녹음용컴퓨터등의다양한어플리케이션에사용되고, 초음파검사와같은비음향적인목적으로도사용된다. 통상적으로음압에따라진동하는얇은막 (membrane) 을사용하여설계된다. 이러한진동은그후전기신호로변환된다. 종래의음향용마이크로폰 (audio microphone) 은전자기발생 ( 다이내믹마이크로폰 ), 축전용량변화 ( 콘덴서마이크로폰 ) 또는압전 (piezoelectric) 생성을이용하여기계적인진동으로부터신호를생성한다

7 [0008] [0009] [0010] JP 은마이크로폰을구성하는, 레이저광을음파 (sound wave) 의전파매질에조사하는수단및레이저광검출수단을이용하여, 전파매질의밀도변화를직접탐지하는것에대해기재하고있다. 레이저발광수단으로부터전달되는레이저광선은광분리기 (beam splitter) 에의해두개의경로로나뉜다. 첫번째광선은고체매질을통해전파되고, 두번째광선은음파의전파매질을통해전파된다. 양광선은반사기 (reflector) 와광분리기에의해합성되고, 이합성된광선의강도 (intensity) 는광검출수단 (photo detecting means) 에의해검출된다. 매질의밀도는음압의변화에따라변한다. 이에의해광선의전파속도및위상의변화가생긴다. 음압은광선들의체계화 (systemization) 및간섭을통해합성광선의강도의변화의형태로검출된다. US 은음파에의해야기되는매질의광학적특성의변화를검출하여, 광학적으로투명한또는반투명한매질에서의음파를원격으로탐지하는방법을기술한다. 예를들면, 음원으로부터멀리떨어진소리를탐지할수있는마이크로폰을구현하는것이다. 음파를통과하여수신되는광선의감쇠나위상의변화가감지되고, 전기신호또는다른신호로변환된다. 감쇠방법으로, 감지된광선의파장은매질의구성성분에의해크게감쇠된것을선택하여, 음압파에의한매질의순간압력의변화를광도파로 (light path) 의공기의밀도변화에기인한광감쇠의변화를통해탐지한다. 위상이동법의경우, 광속즉그위상이음파에의한공기밀도의변화에의해변하므로, 이를간섭계로검출할수있다. JP 에서는저왜곡, 광대역및넓은다이내믹레인지 (dynamic range) 를갖는마이크로폰을얻기위해음파를수신하는격막 (diaphragm) 을제외시킨다. 음파는공개되어공기를포함한음향입력부에입력된다. 레이저빔은음파를교차시키도록페브리페롯레이저빔간섭계 (Fabry-Perot laser beam interferometer) 를구성하는한쌍의반사경사이에서앞뒤로움직인다. 레이저빔의광행로 (optical path) 길이는매번음파의음압에대응하는공기의조도 / 미세도 (roughness/fineness) 의변화에따라광학적으로또한동등하게변하고, 광수신장치에서이를수신한다. [0011] 발명의내용 [0012] [0013] 해결하려는과제그러나, 종래의광마이크로폰 (optical microphone) 은여전히, 특히환경조건이변할때, 음향신호탐지시정확도가떨어진다. 본발명은음파를충분히정확하게탐지하는변화기를제공하는것을목적으로한다. [0014] [0015] [0016] 과제의해결수단상기과제를해결하기위해, 본발명은음향신호를전기신호로변환하는장치및방법, 프로그램요소및컴퓨터판독가능한매체를제공한다. 본발명의일실시예에따르면, 음향신호를전기신호로변환하는장치 ( 마이크로폰과같은음 / 전변환기 ) 가제공되고, 이장치는두개 ( 특히정확하게두개 ) 의예컨대평행배열된 ( 특히서로마주보며평행하게배열된반사면으로배치된 ) 고정 ( 예컨대, 구부러지거나움직이지않음 ) 미러를포함하며, 이미러는미러사이의공간과결합한전자기방사선 (electromagnetic radiation, 예컨대, 빛 ) 의적어도일부를반사시킨다 ( 특히, 미러들사이에서수차례전자기방사선을반사시킨다 ). 여기서, 음향신호는음향신호에따라전자기방사선에영향을주는 ( 또는조절하는 ), 특히음향신호의컨텐트를특징짓는음향신호의물리적인특성의결과로써전자기방사선의적어도하나이상의특성을변경시키는, 공간과결합되어 ( 또는접해 ) 있다. 또한이장치는영향받은 ( 또는조절된 ) 전자기방사선을검출하고, 검출된전자기방사선을음향신호를나타내는전기신호로변환하는 ( 예컨대, 음향신호내에포함된정보를나르는 ) 전자기방사선검출기와, ( 예컨대, 공기압 (air pressure) 과같은환경조건의변화등의장치외부요인의변화에따라, 또는예컨대전자기방사선검출기및 / 또는전자기방사원 (electromagnetic radiation source) 등의장치의부품의지속적인변화와같이장치내부요인의변화에따라 ) 장치의동작점을안정화시키는동작점안정화유닛을포함한다. 본발명의다른실시예에따르면, 음향신호를전기신호로변환하는방법이제공되고, 이방법은간섭계의양미러사이의공간에결합된전자기방사선을반사시키는단계와, 음향신호에따라전자기방사선에영향이미치는공간에음향신호를 ( 특히전자기방사선뿐만아니라음파도평행한두개의미러로정의되는볼륨을통해 - 7 -

8 동시에전파되도록전자기방사선과동시에 ) 결합시키는단계와, 영향받은전자기방사선을검출하고검출된전 자기방사선을음향신호를나타내는전기신호로변환하는단계와, 현재의동작점에서이방법을안정화시키는 단계를포함한다. [0017] [0018] [0019] [0020] [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] 본발명의또다른실시예에따르면, 프로그램요소 ( 예컨대, 소스코드나실행코드의소프트웨어루틴 (software routine)) 가제공되며, 프로세서로실행될때, 앞서언급한특징을갖는작동포인트 (working point) 안정화방법을제어또는실행한다. 본발명의또다른실시예에따르면, 컴퓨터판독가능한매체 ( 예컨대, CD, DVD, USB 스틱, 플로피디스크, 하드디스크등 ) 가제공되고, 이는컴퓨터프로그램을저장하며, 이컴퓨터프로그램은프로세서로실행될때앞서언급한특징을가진데이터처리방법을제어하거나실행한다. 본발명의실시예에따라실행되는변환목적의데이터처리는컴퓨터프로그램과같은소프트웨어, 하나이상의특수한최적화전자회로와같은하드웨어, 또는소프트웨어와하드웨어의하이브리드형태를사용하여실현될수있다. 예를들어, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 마이크로컨트롤러, 마이크로컴퓨터또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 등을사용하여본발명의실시예를실현할수있다. 음향신호 는특히음성 (speech), 음악이나그외의소리등의음향정보를전달하는기계파를의미한다. 음파는발성에따른작은압력변화로간주된다. 이러한음향신호의주파수범위는인간이감지할수있는주파수범위를포함하고, 나아가적외선및자외선음향신호까지도포함할수있다. 전자기방사선 이란소망하는파장을갖는광자 (photon) 를나타낸다. 전자기방사선은빛의속도로전파되고, 그정확한전파속도는전자기방사선이전파되는매질에따라결정된다. 이전자기방사선은특히가시광선 ( 예컨대, 400 nm와 800 nm 사이의파장 ) 이나, 적외선, 자외선혹은엑스레이 (X-ray) 와같은파장범위에있다. 전기신호 는특히유선전파로를따라이동하는전류혹은다른전하캐리어에의해인코딩된신호를의미한다. 예를들어, 전자는전기신호의캐리어가될수있다. 간섭계 는전자파, 특히광파 (light waves) 의간섭을이용하여전자기방사선이전파되는매질의특성을측정하는기기를말한다. 즉, 전자기방사선의간섭 ( 및이에관련된현상 ) 을측정하는장치를나타낸다. 보다상세하게는, 파형의간섭이이러한목적을위해이용된다. 따라서, 간섭법 (interferometry) 이란둘이상의파동을겹쳐서 ( 간섭하여 ) 파동의차를관측하는기술을말한다. 두개의평행배열된고정미러 는서로일정간격으로떨어져공간적으로고정된두개의, 특히정확히두개의미러를가리킨다. 이미러는서로평행한평판형태로배열되어, 한쪽미러의표면에서반사된전자기방사선이두미러사이에서여러번전파되어간섭효과를증대시키며, 그결과전자기방사선이양미러사이의공간에서음파 ( 따라서, 압력 ) 특성에포함된정보를반사시키게된다. 이미러의반사면은, 이반사면에충돌 (impinging) 하는빛의대부분, 예컨대 95% 를반사한다. 평면의 ( 즉, 평평한 ) 또는곡선의 ( 예컨대, 오목한 ) 미러가사용될수있다. 두미러는, ( ), ), ( 등의형태를가질수있다. 동작점 은장치의작동특성, 즉장치가입력신호에어떻게대응하는지를나타낸다. 동일한광학및음향입력신호로다른출력, 즉변화된전기신호가출력되면, 동작모드가바뀌었다고볼수있다. 안정화 는시스템이, 바뀐실제동작점을확인하여시스템이소망하거나조정된대로동작하는목표 (target) 동작모드나기준 (reference) 동작모드로시스템을되돌리는데필요한과정을거치는것을의미한다. 본발명의또다른실시예로, 두개의반사미러로구성되는간섭계는미러사이에서수차례전파되는전자기방사선에의해활성화된다. 음향컨텐트또는음향정보를전달하는음파가두미러에의해구획된샘플링공간에도입되면, 샘플링공간 ( 이는동시에전자기방사선이전파되는매질임 ) 의실제압력특성이시간에따라변화하여음파의컨텐트에따라그특성이변화한다. 음향신호와의상호작용결과인간섭계내의전자기방사선을샘플링함으로써음향신호의컨텐트에관한특성을나타내는출력검출신호를얻을수있다. 따라서, 특히광마이크로폰은평행배열된두개의고정미러로이루어진간섭계의구현으로인해고도의정확도를제공하게된다. 이러한배치는기계적으로움직이는부분을사용할필요가없으므로, 빔분리기와같은복잡하고무거운광학요소나분리된전자기방사선이이동하는기준경로를생략할수있다. 따라서제작이용이하고기계적인안정도는증가하게된다. 또한조절기능 (adjustability) 과 SNR(signal-to-noise ratio) 에장점이있고, 간편하게마이크로폰을제작될수있다. 종래의마이크로폰에서와는달리, 자기장이장치의성능에부정적인영향을 - 8 -

9 미치지않기때문에, 다른기구에용이하게통합될수있다. [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] [0037] [0038] [0039] 변환기의간섭계는복수의부분빔들의간섭의증대로인해검출의정확도가매우높아지는것에기초하여구현된다. 이러한기술적인관측으로인하여, 마이크로폰은고주음파 (20 KHz 이상 ) 도매우정확하게검출할수있으며, 또한간편하게제작 ( 예컨대, 반도체기술에서모놀리식으로집적 (monolithically integrated)) 될수있다. 안정화기능으로, 대기압과같은환경조건의변화로인해마이크로폰이소망하는작동점에서멀어지지않도록보장한다. 따라서본실시예를따른장치는아주열악한상황에서도사용될수있다. 다음은상기장치의또다른실시예에대해설명한다. 이러한실시예들은방법, 프로그램요소및컴퓨터판독가능한매체에도적용될수있다. 동작점안정화유닛은적어도하나의파라미터, 특히장치의현재동작점을나타내는전기신호 ( 또는그일부, 예컨대직류전기부분 ) 를모니터하고, 미리정의된목표동작점과현재의동작점의편차를구하여동작점이목표동작점으로돌아가도록장치를제어하여동작점을안정화시킨다. 본실시예의장치는변환시스템의작동점을안정화시키는데에관한것이다. 이는여러번의측정을통해, 특히변환기의전기출력을희망하거나필요한경우시스템의동작점또는동작파라미터 ( 예컨대, 광원을작동시키는구동전류 ) 를보정할수있는회로로피드백시키는것을통해외부요인의변화에대한보정을포함하여, 상기장치의작동점을안정화시킨다. 상기간섭계로페브리페롯간섭계를사용한다. 이러한페브리페롯간섭계또는에탈론 (etalon) 은두개의평행한고반사미러로이루어진다. 상기미러사이에는, 공기와같은매질이존재하며이는측정될음파를발생하는음원과음향적으로결합될수있다. 공기대신에음파를전파할수있는다른많은매질도가능하다. 이러한매질로써기체, 물, 피 ( 예컨대, 의료용프로브 (medical probes) 와같은의료기기용장치의경우 ), 액체, 젤라틴또는고체들이있다. 페브리페롯간섭계의전송스펙트럼은파장의함수로써, 에탈론의공진에해당하는대용량전송의피크점을나타낸다. 본실시예에따른변화기의페브리페롯간섭계의구현은작고간단하고로버스트한배치로적절한성능을제공한다는점에큰장점이있다. 상기두개의평행한고정미러는미러사이의공간에결합된가시광선을수차례반사시킨다. 따라서, 이시스템은가시광선으로동작할수있으며, 따라서광소자뿐만아니라가시광원및가시광검출기를이용하여본발명의실시예에서간단하게구현될수있기때문에간단하게제작될수있다. 기본적으로코히어런트단색광 (coherent basically monochromatic light) 을사용하여간섭효과를증진시키는것이바람직하다. 또는, 간섭계로색분산 (chromatic dispersion) 을유발하는정재파광공진기 (optical standing-wave resonator) 인지레스투르노이스간섭계 (Gires-Tournois interferometer) 를채택할수도있다. 앞쪽미러는부분적으로반사하는한편, 뒤쪽미러는높은반사율 (reflectivity) 을가진다. 여기서방사원과검출기는같은편에정렬되어있다. 상기장치에사용되는전자기방사선검출기는예컨대, 포토다이오드 (photodiode) 로이루어진다. 포토다이오드는빛에의해그전기특성이변하는반도체다이오드를말한다. 특히, 포토다이오드는광민감성전기특성을가지는두개의단자를가진반도체소자이다. 전자기방사선검출기는어느한쪽의미러에 ( 예컨대, 그사이에어떤막이나부품도없이 ) 직접부착되어있다. 즉, 빛의잘못된배열 (optical misalignment) 을문제없이방지할수있으므로, 검출기, 예를들면포토다이오드가어느한쪽미러의표면에실장또는결합되어아주컴팩트한배열과높은정확도를제공하는것이가능하다. 또다른실시예로, 미러와검출기사이에반사방지막 (anti reflection layer) 과같은막또는코팅이있는것도가능하다. 상기장치는미러사이의공간에결합된전자기방사선을발생시키는전자기방사원을포함한다. 이러한전자기방사원은예를들어전류를사용하여여기 (excitation) 에따라빛과같은전자기방사선을제공하는구성요소이다. 전자기방사선을발생시키는전기메커니즘은전기여기신호 ( 예컨대, 전류 ) 를조절함으로써전자기방사원의방사특성을제어할수있다는점에서특히장점이갖는다. 전자기방사원은고주파의반송파 (carrier wave) 를갖는전자기방사선을생성한다. 전자기방사선이고주파의반송파 ( 예컨대, 20 MHz) 로변조되면, 대응하는검출시스템의 SNR을크게증가시킬수있다. 따라서, 이러한계측을통해, 광마이크로폰은높은정밀도 (high precision) 로작동할수있다. 전자기방사원은어느한쪽의미러에 ( 예컨대, 그사이에어떤부품이나막이없이 ) 직접부착되어있다

10 특히, 전자기방사선검출기와전자기방사원중어느하나가두개의미러중어느한쪽에부착되고, 다른하나는다른쪽의미러에부착된다. 이로써빛의도입과빛의검출이공간적으로서로가깝게실행되기때문에, 짧은전파경로를갖는아주컴팩트하고정확한광마이크로폰을얻을수있다. 또다른실시예로, 미러와광원사이에반사방지막과같은막또는코팅이있는것도가능하다. [0040] [0041] [0042] [0043] [0044] [0045] [0046] [0047] 그렇지않으면, 광원, 미러및광검출기를하나의공통블록으로, 예를들어이구성요소들을통합시켜실리콘블록과같은반도체블록으로구현할수도있다. 전자기방사원은레이저로구성되어있고, 특히수직공진표면발광레이저 (vertical cavity surface emitting laser, VCSEL) 로이루어진다. VCSEL은상면에수직인발광레이저빔을갖는반도체레이저다이오드의일종이다. 반면다른실시예로, 웨이퍼로부터개별칩을쪼개어형성되고표면발광되는단면발광반도체레이저 (edge emitting semiconductor laser) 를사용하는것도가능하다. VCSEL은제조비용이적게들고, 넓은범위의파장에서조절가능하며, 그사이즈도작아바람직하다. 레이저를사용함으로써코히어런트단색광의사용이보장된다. 그대신에, 전자기방사원은레이저장치의활성영역이회절격자 (diffraction grating) 로구성된분산피드백레이저 (distributed feedback laser) 로이루어질수있다. 분포브래그반사기 (distributed Bragg reflector) 로알려진격자는분포브래그산란중레이저에광피드백을제공하므로, 광공동 (optical cavity) 을생성하기위한별개의거울을사용하지않는다. 전자기방사원은전자기방사원에집적되거나부착된, 즉, 기능면에서추가된또다른전자기방사선검출기를포함한다. 예를들어, 추가된포토다이오드는전자기방사원에매립되어결합된 " 소스및보조검출기멤버 " 를형성할수있다. 메인검출기로부터제공되는제 1 차동증폭기입력 (differential amplifier input)d에더하여, 보조검출기의신호는제 2 차동증폭기입력으로사용되고이신호는전자기방사원의위치에서의방사특성을나타낸다. 이러한차동신호분석 (differential signal analysis) 에의해정확도는더욱증가하게된다. 상기장치는또한전자기방사선검출기에연결된제 1 입력, 추가된전자기방사선검출기에연결된제 2 입력및음향신호를나타내는전기신호가제공되는출력을가진차동증폭기를포함한다. 얻어진차동신호는전자기방사원이나이를작동시키는전원으로부터의교란노이즈 (disturbing noise) 에영향을받지않는다. 상기장치는두개의평행배열된고정미러 (108) 를움직이지않게연결시키고미러사이의공간을구획하는고정연결요소를더포함한다. 막대와같은고정연결요소는두미러를정의된거리로연결하고, 이러한거리는의도치않게바뀌는경우는없다. 이러한고정연결요소로구비함으로써, 기계적인충격을받을수있는이동전화나또다른휴대기기와같은열악한상황에서도광마이크로폰을사용하는것이가능하게된다. 두개의평행배열된미러를그사이에공기갭을두고고정함으로써, 기계적인충격의영향으로인한광시스템의바람직하지않는잘못된배열을문제없이방지할수있다. 상기장치는나아가전기신호를직류 (direct current, DC) 성분과교류 (alternating current, AC) 성분으로분리하는전기신호분리기 (electric signal separator) 를포함한다. 여기서교류성분은음향신호를가리키는것으로본다. 예를들면, 이러한전기신호분리기로써전기형태의음향정보를얻기위한분석회로에교류성분을공급하는바이어스티 (bias tee, AC 커플링 ) 가사용된다. 이와는달리, DC 성분은전류를공급하여광원을구동하는전원을제어하는피드백회로에서분석된다. 바이어스티는세개의포트를가진다중화기 (multiplexer) 를말하며, 세개의포트는 "T" 자형태로배치되고고주파 ( 예컨대, 20 Hz에서 100kHz) 는 T를수평으로통과하고저주파는 90도회전을한다. 이러한바이어스티는하나의캐패시터와하나의코일로간단하게구성된다. 상기장치는앞서얻은직류성분을공급받는피드백회로 ( 피드백루프에연결된하나이상의전자멤버를포함 ) 로이루어진다. 피드백은직류성분으로부터구해지는장치의동작점 ( 또는작동점 ) 을결정하고, 동작점이미리정의된기준 ( 또는목표 ) 동작점이되도록전자기방사원을제어한다. 이러한피드백회로는전기신호분리기의출력을다시전자기방사원의전원공급에연결하는전기회로이다. 이피드백회로에는많은능동및 / 또는수동전자부품또는집적회로 (ASIC이나 FPGA 등 ) 가배치되어있고, 이는 " 진짜 " 실제동작점이 " 소망하는 " 목표또는기준동작점에서멀어졌는지를결정하는직류성분을분석하며, 이에따라구동변수 (actuating variable) 를조절한다. 이러한회로가비례적분미분제어기 (Proportional Integral Differential regulation circuit, PID 제어기 ) 이다. 이러한시나리오에서, 시스템은, 예컨대전자기방사원의전원의전기구동신호 ( 특

11 히전류 ) 를보정하여레이저다이오드의방사파장과같은방사특성을변경함으로써, 소망하는동작점으로되 돌아가도록제어된다. 피드백루프의제어응답시간은상대적으로느리며, 예를들어밀리세컨드의범위 ( 예컨 대, 20 ms 에서 100 ms) 에있다. [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] [0053] [0054] [0055] 또다른실시예로써, 피드백루프는제어응답시간이빠르도록, 즉, 마이크로세컨드범위 ( 예컨대, 5us에서 50us) 로설계된다. 이러한계측을통해, 다른온도, 공기압과같은환경의변화가적어도부분적으로, 바람직하게는전부, 보상될수있다 ( 에탈론의전송함수는주기적임 ). 상기장치는기판에모놀리식으로집적된다. 예를들어, 장치는반도체기술, 특히실리콘기술이나세라믹기술로제조된다. 따라서, 이장치의일부또는전체부품은증착, 에칭, 리소그래피나그외의과정을통해반도체기판에모놀리식으로집적된다. 이로써아주컴팩트하게배치된장치를얻게된다. 상기장치는특히휴대기기에구현된음향시스템의일부를형성한다. 예를들어, 마이크로폰, 오디오서라운드시스템, 이동전화, 헤드셋, 헤드폰재생기, 스피커재생기, 보청기, TV, 비디오녹화기, 모니터, 게임기, 랩탑, 오디오재생기, DVD 플레이어, CD 플레이어, 하드디스크기반미디어재생기, 라디오, 인터넷라디오기기, 공연장비 (public entertainment device), MP3 플레이어, 하이파이시스템, 차량용미디어기기, 의료통신기기, 의료장치 ( 혈액탐침 ), 신체착용기기, 통화기기, 홈씨어터시스템, 평면 TV, 음장감생성장치 (ambiance creation device), 서브우퍼또는뮤직홀시스템등을또는그일부를구성한다. 따라서, 상기장치는소형의광마이크로폰이유용한시나리오에각각적용될수있다. 특히, 소형사이즈의저가장치는로버스트하고정확한저가의마이크로폰이요구되는이동전화와같은휴대장치에적합하다. 본발명의실시예에서, 막 (membrane) 이없는광마이크로폰이제공된다. 막을생략하는것은설계시막에의한제약을받지않는다는점에서장점을갖는다. 예를들어, 막기반시스템은막과후면전극과의거리, 후면볼륨 (back volume), 공진, 후면전극의천공 (perforation), 요구되는강성 (stiffness) 및광마이크로폰의표면특성등의물질특이성의제약또는기하학적인제약을고려해야한다. 본발명의실시예에따르면, 광마이크로폰의막의불균등한신장으로야기되는종래의신호평균화영향 (signal averaging effect) 을극복할수있다. 따라서, 음향신호 ( 예컨대, 음성, 음악이나기타노이즈 ) 을전압으로변환하는전광음향변환기 (electrooptical-acoustical transducer) 가제공되고, 이는높은동적범위 (dynamic range), 큰 SNR, 넓은주파수범위및높은선형거동특성 (linear behaviour) 범위를가진다. 이러한마이크로폰은막과같이기계적으로움직이는부품을가지지않는다. 따라서, 막의존재로부터야기되는많은문제, 특히몸통소리 (body sound) 에대한바람직하지않은민감도, 후면볼륨, 디자인제약및물질의제약과같은문제가사라진다. 본발명의실시예는몸통소리에덜민감하다. 본실시예는높은기계적인안정도를가지고, 교란윈드노이즈등에민감하지않다. 이러한광기능원리만의결과로써, 본발명의실시예에따르는광마이크로폰은교란전자기장에민감하지않게된다. 광가이드 (light guide) 가필요없는페브리페롯공진기를사용함으로써, 간단한구조를가질수있고, 기준신호도필요치않게된다. 반도체레이저다이오드, 특히 VCSEL을사용할때, 레이저를구동하는전류를지속적으로보정함으로써마이크로폰의동작점을조절할수있다. 따라서날씨, 고도, 압력이나온도와같은외부상태의변화가보상될수있다. 차동신호분석구조를구현함으로인해, 측정신호가레이저노이즈와같은바람직하지않은노이즈소스에영향을받지않거나덜영향받게된다. 이에더해서, SNR을향상시키기위해공급전류를고주파변조시킴으로써레이저다이오드의파장을변조하는것도가능하다. 본실시예에따른마이크로폰은반도체기반에모놀리식으로집적되어제작되므로, 상기시스템이소형화될수있다. 일실시예로, 페브레페롯에탈론, 광검출기 (photodetector) 및 VCSEL레이저다이오드를결합하여, 레이저의공급전류를변화시키는것으로시스템의목표동작점을유지하는막이없는마이크로폰을구축하게된다. 공급전류는레이저의방사파장에영향을미치므로, 파장을변화시킴으로써에탈론으로의전송을바뀌게하여상기장치의동작점을조절할수있다. 결국, 전자기방사원의공급전류는동작점을조절하는데사용된다. 이와동시에, 사용신호 ( 예컨대, 20Hz 에서 20kHz 사이의주파수범위내 ) 를측정하고동작점을안정화 ( 예컨대 20 Hz 이하 ) 시키는제어신호 (regulation signal) 를얻는검출기를사용할수있다. 집적형제어루프 (integrated regulation loop) 를통해최적의동작점을유지할수있다. 따라서, 바람직하지않는환경요인이더이상이러한장치에부정적인영향을미치지않ㄱㅔ된다. 차동신호분석을위해레이저다이오드의바로옆에기준검출기를사용하는것도가능하다. 기준검출기로써, 레이저다이오드에포토다이오드를구현할수도있다

12 [0056] [0057] [0058] [0059] 본실시예에서는, SNR을증가시키기위해, 사용범위보다높은주파수로레이저를고주파변조하고선택적인분석을하는것이가능하다. 본실시예에따른시스템은매우민감하며작은내부노이즈와결합된높은다이내믹레인지를가진다. 보다높은음압을선형적으로전달하는것이가능하다. 이른바기계 / 열노이즈 (mechanical-thermal noise) 가줄어들거나최소화될수있다. 집적화된제조로인해, 상기장치는고비용효율로제작될수있다. 예컨대, 적외선또는자외선과같은가시광선이아닌다른음파샘플링프로브도가능하다. 본실시예에서는기준셀 (reference cel l) 이없어제조가간단하고간편하다. 본발명의이러한측면과그외의측면들은아래의바람직한실시예에대한설명으로명백해지며, 이러한실시예를참조하여설명된다. 본발명은실시예를참조하여보다상세하게설명될것이나, 이에의해본발명이제한되는것은아니다. [0060] 도면의간단한설명 도 1 은본발명의일실시예에따른광마이크로폰을도시한도면. 도 2 는본발명의일실시예에따른광마이크로폰을도시한도면. 도 3 은본발명의일실시예에따른광마이크로폰의동작점을도시한다이어그램. 도 4 는본발명의일실시예에따른광마이크로폰을도시한도면. [0061] [0062] [0063] [0064] [0065] [0066] [0067] 발명을실시하기위한구체적인내용도면은개략적으로도시된것이다. 다른도면에서, 유사하거나동일한요소에는동일한부호가부여된다. 도 1은음파 (102) 를전기신호 (104) 로변환하는장치 (100) 를도시한다. 장치 (100) 는이동전화구현시에소형광마이크로폰으로쓰인다. 이장치 (100) 는다른휴대기기 ( 예를들면, 팜 (palm), 랩탑, 헤드셋, 시계, 소형마이크로폰 (lavalier microphone) 및플레이스테이션 ) 에서도구현될수있다. 도 1에도시된바와같이, 광마이크로폰 (100) 은여러마이크로부품들이형성되어있는반도체기판 (12 2) 에모놀리식으로집적되어있다. 장치 (100) 는첫번째광반사면 (124) 을가진제 1 미러 (108) 와또다른광반사면 (124) 을가진제 2 미러 (108) 로구성되는페브리페롯간섭계 (106) 로이루어진다. 양미러 (108) 는서로 d=0.1 mm( 다른거리도가능, 예를들면1 mm) 떨어져있다. 이로인해주변환경과음향적으로결합된공간 (110) 이정의되고, 음향원 ( 도시되지않음, 예를들면장치 (100) 가마이크로폰으로써실장된이동전화를동작시키는사용자의음성 ) 으로부터의음파 (102) 가이공간 (110) 으로전파된다. 양미러 (108) 는서로평행한평판으로배치되며공간적으로고정되어, 음파 (102) 가발생하는경우에도늘어나지않는다. 즉, 장치 (100) 에는막이나다른움직이는구성요소가없어서기계적인교란에의한영향을받지않고제작될수있다. 미러 (108) 는적어도부분적으로광선 (112) 을반사하도록조정되며, 광선 (112) 은마주보는양쪽미러 (108) 사이에서수차례전파되고미러 (108) 의반사면 (124) 에서수차례반사된다. 도 1에도시된바와같이, 음파 (102) 는음파 (102) 의컨텐트에따라광선 (112) 에영향을미치는공간 ( 또는샘플링볼륨,110) 에음향적으로결합되어있다. 따라서, 소형시스템 (100) 은먼저음향신호 (102) 를처리된전파광선 (manipulated propagating light beam, 112) 의형태의광신호 (optical signal) 로변환한뒤, 이어서전기신호 (104) 로변환한다. 모놀리식집적장치 (100) 는전자기방사선 (112) 을발생시키고전자기방사선 (112) 을공간 (110) 에결합시키는광원으로써레이저 (116) 을포함한다. 도 1에도시된바와같이, 레이저 (116) 는도 1의좌측미러 (108) 에직접부착되어있다. 앞서설명된구성요소에더하여, 장치 (100) 는영향받은전자기방사선 (112) 을검출하고검출된전자기방사선 (112) 을음향신호 (102) 를나타내는전기신호 (104) 로변환하는포토다이오드 (114) 를포함한다. 포토다이오드 (114) 는광자 (112) 와의상호작용으로전류신호를생성한다. 음파 (102) 출현으로공간 (110) 내압력상태의영향을받아, 포토다이오드 (114) 에의해전기신호 (104) 로변환되는검출된광신호 (112) 는음파 (102) 에포함된정보나데이터를전달한다. 도 1에도시된바와같이, 도 1의우측미러 (108) 와포토다이오드 (114) 는직접기계적으

13 로연결되어있다. [0068] [0069] [0070] [0071] [0072] [0073] [0074] [0075] [0076] [0077] [0078] [0079] [0080] [0081] 도 1에서, 전기회로 (118) 는실리콘기판 (122)( 다른종류의기판도가능함 ) 에모놀리식으로집적되어있다. 모놀리식집적전기회로 (118) 는포토다이오드 (114) 로부터수신된전기신호를분석또는평가한다. 전기신호 (104) 는외부인터페이스 (126) 를통해주변기기나연결되어있는기기로공급된다. 도 1은포토다이오드 (114) 와회로 (118) 의전기적연결 (128) 을도시하고, 모놀리식집적회로 (118) 와광원 (116) 을연결하는피드백루프 (130) 을도시하고있다. 따라서, 광원 (116) 은피드백라인 (130) 을통해다시입력되는신호에의해구동하여장치 (100) 가바람직한동작점을조절하는것을가능하게한다. 특히광원 (116) 을작동시키는구동전류는광선 (112) 의파장을바꾸도록제어되어, 이로써에탈론 (106) 의전송특성을조정하며, 결과적으로장치 (100) 의동작점에도영향을미친다. 또다른실시예로, 광원 (116) 을작동시키는구동전류를피드백루프 (130) 의에러신호로사용할수있다. 즉, 패드백루프 (130) 는포토다이오드 (114)( 또한전기신호 (104)) 에연결되지않는대신구동전류를얻기위해광원 (116) 에연결된다. 다음은도 2를참조하여본발명의다른실시예에따르는광마이크로폰 (200) 을설명한다. 도 2의전자기방사원 (116) 은전자기방사원 (116) 안에집적되어있는추가포토다이오드 (202) 를포함한다. 이추가포토다이오드 (202) 는광원 (116) 의방사선의특성에관한신호를검출한다. 도 4에구체적으로도시되어있듯이, 이신호는정확도를더향상시키기위해차동증폭기분석에사용된다. 또한, 도 2는광원 (116) 에가변제어전류를공급하는전원 (204) 을도시한다. 전원 (204) 은또한다시제어회로 (118) 에의해제어되며, 이제어회로 (118) 는 ( 도 1에서집적된것과는달리 ) 도 2에도시된실시예에서는외부전자부품으로이루어진다. 도 2에서, 레이저빔 (112) 은 VCSEL 레이저다이오드 (116) 로부터완벽하게고정된두개의평행평판미러 (108) 로구성된페브리페롯에탈론 (106) 으로직접방사된다. 이러한미러 (108) 들의배치에의해보강및상쇄간섭이포토다이오드 (114) 에형성된다. 포토다이오드 (114) 는충돌광도 (impinging light intensity) 를, 음향신호 (102) 의오디오컨텐트를나타내는마이크로폰 (200) 의출력신호 (104) 의기초가되는비례전압으로변환한다. 페브리페롯에탈론 (106) 의전송특성은샘플볼륨 (110) 의압력에따라결정되어, 작은공기압에서는적은양의빛이큰공기압에서는많은양의빛이전송되게된다. 따라서출력전압은공기압에비례, 특히근사적으로정비례한다고볼수있다. 볼륨 (110) 내공기압의국지적이고일시적인변경으로간주될수있는음파 (102) 는, 또한출력전압 (104) 이입력음파 (102) 에비례하도록페브리페롯에탈론 (106) 의전송광도를변경한다. 또한고도나날씨와같은환경요인이페브리페롯에탈론 (106) 의전송특성에부정적인영향을미치기때문에, 이러한영향을적어도부분적으로라도보정하는것이좋다. 이는레이저광 (112) 의파장을조절하는것으로실행할수있다. 또한, 이러한조절은레이저다이오드 (116) 의공급전류를증가또는감소시키는것으로행할수있다. 이러한제어기 (regulation circuit) 는추가적인검출기를필요로하지않으므로, 오직사용신호검출기 (114) 에만근거한제어신호를생성하는것이가능하다. 레이저의바람직하지않은강도및위상노이즈의보정을위해, 차동신호분석을실행할수있다. 이러한시나리오의경우, 전송곡선 ( 도 3의도면부호 306 비교 ) 의하강에지나숄더뿐만아니라상승에지나숄더도분석될수있다. 두값의차동신호에서바람직하지않은노이즈는제거된다. 이러한분석은두개이상의검출기로동시에이용하여또는하나의검출기로순차적으로이용하여실행할수있다. 또한, 측정된가장큰음파주파수 ( 예를들어, 20 KHz) 와는현저히다른 ( 특히현저히큰 ) 주파수를가지는광파장을조절하는것도가능하다. 나아가적절한신호분석을통해, 광마이크로폰 (200) 의 SNR을증가시키는것도가능하다. 다음은물리적인관점에서시스템을설명한다. 페브리페롯에탈론 (106) 의전송함수 T는에어리함수 (Airy function) 로다음과같이나타낼수있다. [0082]

14 [0083] [0084] 여기서 T 는전송도 (degree of transmission), I 는강도, L 은레이저 (116)( 초기강도 ), P 는포토다이어드 (114) 의인덱스 ( 최종강도 ), 그리고 R 은미러 (108) 의반사율 (reflectance, 0 과 1 사이값 ) 을나타낸다. σ 는다음과같이정의된다. [0085] [0086] [0087] 식 (2) 에서, d 는미러 (108) 사이의거리, n 은볼륨 (110) 내공기압의함수로공기 ( 또는기체, 액체등의음향 전파매질 ) 의굴절율 (refraction index), 또한 λ 는레이저광 (112) 의파장을나타낸다. 굴절율 (refraction index) n 은상수가아니며, 음향전파매질의압력에따라변한다. [0088] [0089] [0090] 식 (3) 에서, Δn 은빛의굴절율 n 의변화량, Δp 는공기압의변화량이다. 레이저다이오드 (116) 의파장 λ 는공급전류값에따라변한다. 파장의변화 σλ 는아래와같이근사될수있 다. [0091] [0092] 식 4 에서, I 0 은레이저다이오드 (116) 의베이스전류를, I th 는레이저다이오드 (116) 의문턱전류 (threshold current) 를의미하며, 여기서 k 는비례상수이다. [0093] [0094] [0095] [0096] [0097] [0098] [0099] [0100] [0101] 공급전류에의한파장의변화 σλ는모드변화없이보통 +/- 100 pm의범위내에서 VCSEL(116) 에의해얻어진다. 파장의온도에대한의존도는대략 50pm/K이다. 도 3의다이어그램 (300) 에서가로축 (302) 은 σ를나타낸다. 세로축 (304) 에는전송함수 ( 에어리함수, 306) 와이함수의정규화된도함수 (308) 를도시한다. 도 3에서반사율 R은 0.7이다. 즉, 도 3은에어리함수를도시하고있다. 마이크로폰 (200) 의두개의동작점은각각미분계수 (308) 가최대값과최저값을가지는위치, 즉에어리함수의상승에지와하강에지에위치하고있다. 도 4는본발명의또다른실시예에따른광마이크로폰 (400) 을도시한다. 장치 (400) 는평행하게배열된두개의고정미러 (108) 를움직이지않게연결시켜, 미러 (108) 사이의공간 (110) 을정의하는동시에그범위를정하는연결요소 (410) 를포함한다. 도 4에서미러 (108) 는샘플링멤버로기능하는페브리페롯간섭계 (106) 를구성한다. 또한, 상기장치 (400) 는포토다이오드 (114) 의전기신호성분출력을직류 (DC) 성분과교류 (AC) 성분으로분리하는바이어스티와같은전기신호분리기 (412) 를포함한다. 교류성분은음향신호 (102) 의실제컨텐트라고여겨진다. 이교류신호성분은차동증폭기 (402)( 대신에예컨대, 기준검출기 (202) 가없는경우에는전류또는전압증폭기와같은통상의증폭기나전치증폭기 (preamplifier) 를사용가능 ) 의입력 (404) 으로공급되며이에관해서는아래에서보다상세히설명될것이다. 한편, 전류신호분리기 (412) 의직류성분출력은제어회로 (regulator circuitry, 420) 로입력된다. 제어회로 (420) 는직류성분이공급되는피드백루프 (414) 의일부분으로, 피드백루프 (414) 는직류성분에근거하여장치 (400) 의동작점을결정하고, 동작점이기준동작점, 특히소망하는동작점이되도록전자기방사원 (116) 을조절한다. 제어회로 (420) 의출력은레이저 (116) 에전류를공급하는전원 (204) 을제어하는제어신호로사용된다. 상기제어기 (regulator, 420) 로써장치 (400) 가소망하는동작모드로작동하도록보장해주는 PID 제어기가사용된다. 또다른실시예로, 동작점은교류전류신호에기초하여조절할수있다. 즉, 레이저전류로변조된교류전류가피드백루프 (414) 에공급된다. 변조신호의변조주파수가이에따라결정되게되고 ( 샘플링이론 ), 따라서검출된음향신호 (102) 에영향을주지않게된다. 상기장치 (400) 는광검출기 (114) 의출력 ( 정확하게는광검출기 (114) 의출력신호의 AC성분이제 1 입력 (404) 에공급되도록, 광검출기 (114) 다음에오는바이어스티 (412) 의출력 ) 에접속되어있는제 1 입력 (404) 을가진차동증폭기 (402) 를포함한다. 차동증폭기 (402) 는광원 (116) 에집적되어있는추가포토다이오드 (202) 의출력에

15 접속된제 2 입력 (406) 과음향신호 (102) 를나타내는전기신호 (104) 가제공되는출력 (408) 을가진다. 차동증폭 기 (402) 는전치증폭기로기능하며, 락인 (lock-in) 증폭기가대신사용될수있다. 도 4 의도면부호 430 은마이 크로폰출력을나타낸다. [0102] [0103] [0104] [0105] [0106] [0107] [0108] [0109] [0110] [0111] [0112] [0113] [0114] VCSEL(116) 로부터의레이저광은도 4의좌측미러 (108) 에부딪히고, 그일부만이미러 (180) 를통과한다. 그결과인레이저빔 (112) 은양미러 (180) 사이에서반사되어공간 (110) 을왕복한다. 양미러 (108) 는고정연결요소 (410) 로서로동일평면상에결합되어있다. 음향장 (acoustic field)(102) 및장치 (400) 의조절된동작점에따라, 레이저광 (112) 의일부는포토다이오드 (114) 에부딪히며, 여기서동작점은제어기 (420) 와전류원 (204) 으로조절된다. 광도에비례하는전기신호는연결선 (128) 을통해바이어스티 (412) 에공급되며, 여기서전기신호는 AC 및 DC 성분으로분리되어있다. AC 성분은연결선 (450) 을통해증폭기 (402) 의입력 (404) 로전달되며, 이로써마이크로폰 (430) 의출력이정해진다. DC 성분은연결선 (414) 를거쳐제어기 (420) 로입력된다. 이에따라광원 (116) 을조절하기위한제어신호가연결선 (414) 를통해전류원 (204) 으로전달된다. 포토다이오드 (202) 는광원 (116) 에집적되어있고, VCSEL(116) 의발광강도 (emission intensity) 에비례하는전기신호를생성한다. 이신호는연결선 (470) 을통해증폭기 (402) 의제 2 입력 (406) 에제공된다. 차동증폭기 (402) 의차동신호 (104) 는 VCSEL(116) 또는전류원 (204) 의교란노이즈의영향을받지않는다. 전류원 (204) 는고주파변조를하도록설계된다. 이러한시나리오에서, 증폭기 (402) 는락인증폭기로사용될수있다. 락인절차는 SNR을증가시키도록동작한다. 동작점은온도변화, 날씨, 압력, 고도등과같은외부영향으로바람직하지않게변할수있어, 제어기 (420) 는동작점을지속적으로유지관리한다. 바이어스티 (412) 에서출력되는 DC 신호로부터, 제어기 (420) 는전류원 (20 4) 의다이오드전류를조금씩증가또는감소시키는제어신호를출력할수있다. 이를통해, 광원 (116) 의파장을조절함으로써시스템을최적의동작점에서지속적으로운영할수있다. 도 4에도시된바와같이, 광원 (116) 은도면의좌측미러 (108) 에직접부착되어있고, 검출기 (114) 는도면의우측미러 (108) 에직접부착되어있다. 미러 (108) 는유전체로피복되어있다. 광원 (116) 의파장에관한반사율은낮거나 ( 예컨대 10%) 높을 ( 예컨대 99.9%) 수있다. 일반적으로, 반사율은 90% 이다. 선택적으로, 쪼개짐 (cleaving) 에의해프레넬반사 (Fresnel reflection) 를발생시키는고굴절율을가지는물질 ( 예를들어, 비화갈륨 (gallium arsenide)) 로미러 (108) 를제작할수도있다. 선택적으로, 검출기 (114) 와광원 (116) 을동일한하우징에수납할수있다. VCSEL(116) 은단면발광레이저다이오드 ( 다른실시예에서도구현됨 ) 에비해넓은범위에서그파장을조절할수있다. VCSEL은전류소비가적고제작비가적게든다. 다이오드 (116) 의파장은가시광선 (VIS) 영역 ( 예컨대, 670 nm) 나적외선 (IR) 영역또는자외선 (UV) 영역에위치할수있다. 소형의부품들이사용되어마이크로폰 (400) 은아주작은크기 (mm 또는 sub-mm 단위 ) 로제조될수있다. 또한마이크로폰 (400) 은예컨대실리콘기반에모놀리식으로집적되는것도가능하다. 다이오드전류를제어하여동작점을안정화시킬수있다. 레이저다이오드 (116) 의전류가증가하면레이저다이오드 (116) 의파장이증가하며, 그반대의경우도성립한다. 피드백루프 (414) 를통해동작되는조절회로 (420) 도동작점을안정화시킬수있다. 이러한조절은사용범위보다낮은 ( 예를들면, 20Hz 또는 50Hz 보다낮음 ) 주파수에서행해지며, 또한환경적인영향을보상하게된다. 레이저다이오드 (116) 의바로뒤에서레이저광을전압으로변환하는선택적인검출기 (202) 는기준검출기 (202) 로사용되거나, 그렇지않으면생략될수있다. 기준검출기 (202) 가있는경우라면, 전류노이즈또는레이저다이오드 (116) 의노이즈 ( 즉, 상대강도노이즈나주파수노이즈 ) 를보정하기위해, 사용신호 ( 페브리페롯에탈론 (106) 뒤의검출기 (114)) 와기준신호사이의차이가형성된다. 또다른실시예로, 기생 (parasitic) 레이저광이레이저다이오드 (116) 에반사되어불안정한레이저동작을일으키는광피드백과같이소망하지않는광피드백을보정하기위해, 방사원을고주파변조한다. 변조주파수는메가헤르츠범위 ( 예컨대, 500MHz) 에있다. 본실시예에서는, 피드백루프의에러신호로써전자기방사원 (11 6) 을구동시키는전기구동전류를사용할수있다

16 [0115] [0116] [0117] [0118] 또다른실시예로는, 기준검출기 (202) 앞에 ( 각각전에 ) 기준에탈론을마련하고, 기준에탈론으로고체에탈론을사용한다. 본실시예에따르면, 레이저의방사주파수는안정된다. 페브리페롯에탈론 (106) 은 90% 의반사율을가지는평행평판의두개의고정미러 (108) 를배치한것이다. 거리 d는 5mm 또는 0.5 mm로할수있다. 또한더멀거나가까운거리로가능하다. 반사특성은기판을유전체로피복하거나은또는알루미늄층을입힘으로써얻을수있다. 또는, 예를들어실리콘기반의장치를제작하는경우에, 표면을쪼개는것이가능하다. " 포함 " 이라는용어가다른요소나특징을배제하는것은아니며, 단수로설명된것이복수를배제하는것도아니다. 또한다른실시예와관련하여설명된요소들은서로결합될수있다. 또한, 특허청구범위의부호는특허청구범위를제한하지않는다. 도면 도면

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