DE10314731A1 - Sensor bzw. Mikrofon mit einem solchen Sensor - Google Patents

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Vladimir Dr. Gorelik
André Michaelis
Manfred Dipl.-Phys. Hibbing
Wolfgang Dr. Niehoff
Gerd Prof. Dr. Marowsky
Ruth Dr. Weichenhain
Jürgen Dr. Ihlemann
Marco Dipl.-Ing. Feldmann
Stephanus Prof. Dr. rer. nat. Büttgenbach
Segrey Dr.-Ing. Kudaev
Peter Dr. Schreiber
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Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R23/00—Transducers other than those covered by groups H04R9/00 - H04R21/00
    • H04R23/008—Transducers other than those covered by groups H04R9/00 - H04R21/00 using optical signals for detecting or generating sound

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor bzw. ein Mikrofon mit einem solchen Sensor. DOLLAR A Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Entwicklungsgrad des Sensors bzw. eines optischen Mikrofons als Luftschallsensor zu verbessern. DOLLAR A Sensor, bestehend aus einer Membran, wobei die Membran wenigstens auf einer Seite eine Oberfläche aufweist, die einen Lichtstrahl reflektiert, wobei auf dieser Seite ein erster Lichtwellenleiter als Sendewellenleiter ausgebildet ist, durch den ein Lichtstrahl tritt und auf die Membran trifft, wobei ein zweiter in einem bestimmten Winkelverhältnis zum ersten Lichtwellenleiter ausgebildeter Lichtwellenleiter angeordnet ist, der die Funktion eines Empfangswellenleiters aufweist und in den von der Membran reflektiertes Licht eintritt, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, dass im Lichtweg zwischen dem Sendewellenleiter und dem Empfangswellenleiter optische Mittel ausgebildet sind, mittels denen der Lichtstrahl gebündelt bzw. fokussiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Sensor bzw. ein Mikrofon mit einem solchen Sensor. Solche Sensoren bzw. optischen Mikrofone sind bereits bekannt aus DE 198 35 947 A1 und „ACUSTICA", International Journal on Acoustics, Vol. 73, 1991, Seiten 72 bis 89 sowie US 36 22 791 , GARTH, D.: Ein rein optisches Mikrofon. In: Acustica, Bd. 73, 1991, S. 72–89.
  • Die Wandlung eines Schallsignals in ein elektromagnetisches Signal ist bekanntlich durch verschiedenste Verfahren möglich. Neben den bekannten dynamischen Mikrofonen und Kondensatormikrofonen (Elektrikmikrofone) zeichnet sich das aus dem Stand der Technik bekannte optische Mikrofon durch eine Unempfindlichkeit gegenüber elektrischen und magnetischen Feldern und somit auch durch eine besonders störsichere Übertragung aus.
  • Ein optisches Mikrofon ist ein Luftschallsensor, bei dem in Glasfasern geführtes Licht von einfallendem Schall moduliert wird. Bei den intensitätsmodulierenden Membranabtastern erfolgt die Kopplung zwischen zwei optischen Wellenleitern, einem Sendewellenleiter und einem Empfangswellenleiter. Licht aus dem Sendewellenleiter trifft auf die Membranfläche, die bevorzugt eine reflektierende Oberfläche aufweist. Von dort trifft das reflektierte Licht auf den Empfangswellenleiter und je nach Membranauslenkung wird die einfallende Lichtmenge beim Empfangswellenleiter eingestellt. Bei der intensitätsmodulierenden Membranabtastung erfolgt die Kopplung zwischen zwei optischen Wellenleitern. Mit der Membranauslenkung ändert sich der Kupplungsgrad und die eingekoppelte (Licht-)Leistung. Dieser Modulator kann auf verschiedene Weise realisiert werden, z.B. als Multimodefaser, Monomodefaser usw..
  • Die Anordnung des Sendewellenleiters und des Empfangswellenleiters, die z.B. aus einer üblichen Glasfaser oder SU8 bestehen, ist unter beliebigen Winkeln relativ zur Membran möglich.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Entwicklungsgrad des Sensors bzw. eines optischen Mikrofons als Luftschallsensor zu verbessern.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird nach Anspruch 1 gelöst. Die folgende Weiterentwicklung ist in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Effizienz des erfindungsgemäßen Mikrofons wird aufgrund der Fokussierung der Strahlung durch optische Elemente, die im Strahlengang vor bzw. hinter der Membran positioniert, sind, gesteigert. Mittels fokussierender Optiken z. B. durch Aufschmelzen der Wellenleiterenden wird der Strahlquerschnitt am Ort des Empfangswellenleiters verkleinert, wie auch in den 1 und 2 dargestellt ist.
  • Der Einsatz von Blenden im Strahlengang führt zu einer Reduzierung der Abbildungsfehler und damit zu einer Verkleinerung des Strahldurchmessers. Die Größe der Blenden und die Position im Strahlengang ist durch die Anordnungsgeometrie und die Strahleigenschaften vorgegeben (s. auch 3).
  • Neben der Verwendung von Glasfasern und einer Optik aus Glas, die in eine Halterung aus SU8 eingebettet werden kann, können die Wellenleiter und die Optik ebenfalls aus einem Fotolack (SU8) bestehen und somit direkt auf der Halterung vor der schwingenden Membran positioniert werden.

Claims (6)

  1. Sensor bestehend aus einer Membran, wobei die Membran wenigstens auf einer Seite eine Oberfläche aufweist, die einen Lichtstrahl reflektiert, wobei auf dieser Seite ein erster Lichtwellenleiter als Sendewellenleiter ausgebildet ist, durch den ein Lichtstrahl tritt und auf die Membran trifft, wobei ein zweiter in einem bestimmten Winkelverhältnis zum ersten Lichtwellenleiter ausgebildeter Lichtwellenleiter angeordnet ist, der die Funktion eines Empfangswellenleiters aufweist und in den von der Membran reflektiertes Licht eintritt, dadurch gekennzeichnet, dass im Lichtweg zwischen dem Sendewellenleiter und dem Empfangswellenleiter optische Mittel ausgebildet sind, mittels denen der Lichtstrahl gebündelt bzw. fokussiert wird.
  2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Mikrofon ist.
  3. Sensor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Strahlfokussierung aus einer fokussierenden Optik bestehen, die auf den Ausgang des Sendewellenleiters aufgeschmolzen ist.
  4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierungsoptik ein Glaskörper ist.
  5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierungsoptik eine Kugellinse, eine Bikonvex- bzw. eine Plankonvexlinse, eine Zylinderlinse oder eine Linse aus SU8 ist.
  6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fokussierende Optik eine Tropfenform oder eine querschnittige Kreisform hat.
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