FR2775775A1 - Detecteur optique, en particulier opto-acoustique, et microphone optique - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un détecteur optique, en particulier opto-acoustique, avec une source lumineuse (3) et un photodétecteur (4), un corps sensible au son (2), par exemple une membrane, avec une surface de réflexion, un premier guide d'ondes lumineuses d'émission (5), dont une première extrémité libre (7) est orientée sur la source lumineuse (3) et dont l'autre extrémité libre (6) est orientée de façon oblique sur la surface de réflexion, et un premier guide d'ondes lumineuses de réception (10), dont une première extrémité libre (11) est orientée de façon oblique sur la surface de réflexion et dont l'autre extrémité libre (12) est orientée sur le photodétecteur (4). Le détecteur selon l'invention se distingue en prévoyant au moins un deuxième guide d'ondes lumineuses d'émission (5), avec une orientation essentiellement identique ou similaire à celle du premier guide d'ondes lumineuses d'émission (5), de sorte que la lumière sortant d'un des guides d'ondes lumineuses d'émission (5), après réflexion sur la surface de réflexion, est reçue au moins partiellement par le premier guide d'ondes lumineuses de réception (10). En outre, l'invention concerne un microphone optique muni d'un tel détecteur.
Description
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DETECTEUR OPTIQUE, EN PARTICULIER OPTO-ACOUSTIQUE,
ET MICROPHONE OPTIQOUE
La présente invention concerne un détecteur optique, en particulier opto-
acoustique, avec une source lumineuse et un photodétecteur, un corps sensible au son, par exemple une membrane, avec une surface de réflexion, un premier guide d'ondes lumineuses d'émission, dont une première extrémité libre est orientée sur la source lumineuse et dont l'autre extrémité libre est orientée de façon oblique sur la surface de réflexion, et un premier guide d'ondes lumineuses de réception, dont une première extrémité libre est orientée de façon oblique sur la surface de
réflexion et dont l'autre extrémité libre est orientée sur le photodétecteur.
La figure 1 représente une coupe transversale à travers un détecteur optique connu, ou un microphone optique connu, comme présenté par exemple dans ACUSTICA, vol. 73 (181), pages 72-89. Lors du balayage de la membrane représenté sur la figure 1, la lumière provenant d'une source lumineuse (non représentée) est injectée dans un guide d'ondes lumineuses d'émission 5, qui guide la lumière jusqu'à son autre extrémité libre. Ici, la lumière quitte le guide d'ondes lumineuses d'émission 5 et tombe de façon oblique sur une membrane 2 (dans un souci de clarification, seul est dessiné le rayon axial 14 quittant le guide d'ondes lumineuses d'émission 5). La membrane plane 2 présente une surface de réflexion, dirigée vers le guide d'ondes lumineuses d'émission 5, sur laquelle la lumière du guide d'ondes lumineuses d'émission 5 est réfléchie et pénètre au moins partiellement dans un guide d'ondes lumineuses de réception 10 (ici aussi, seul le
rayon axial 16 de la lumière réfléchie est représenté).
Si la membrane 2 est déviée (ligne pointillée) de sa position de repos (ligne continue) par des signaux sonores, la surface, qui couvre la face du guide d'ondes lumineuses de réception, du faisceau lumineux tombant sur la face diminue ou augmente. Ceci est représenté de façon schématique sur la figure 2, la figure 2A représentant la surface partielle commune 18 (hachurée) de la face 17 du guide d'ondes lumineuses de réception 10 et du faisceau lumineux présentant le rayon axial 16 quand la membrane 2 n'est pas déviée. La figure 2B démontre que quand
la membrane 2 est déviée selon la figure 1, la surface commune 18 est plus petite.
Ainsi, avec la déviation de membrane représentée, une quantité de lumière inférieure entre dans le guide d'ondes lumineuses de réception 10, et un photodétecteur (non représenté), disposé à l'autre extrémité de celui-ci, sort un
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signal électrique inférieur. Ainsi, le signal de sortie électrique est modulé en intensité par la réflexion de lumière au niveau d'une membrane sensible au son et
pouvant être déviée.
Etant donné que le degré de la modulation optique détermine la sensibilité du microphone, pour les détecteurs optiques connus, on utilise autant que possible un guide d'ondes lumineuses d'émission et de réception mince. Dans ce cas, même un faible décalage de la tache lumineuse, dû à une petite déviation de la membrane, provoque une modification de signal relativement forte au niveau du photodétecteur. Dans ce cas, une sensibilité du microphone relativement grande
est souhaitable.
Cependant, un guide d'ondes lumineuses d'émission d'un diamètre inférieur présente l'inconvénient que seule une partie de la lumière produite par une source lumineuse plus grande peut être injectée dans le guide. Une intensité lumineuse injectée inférieure détériore cependant le rapport signal/ bruit au niveau du s5 photodétecteur. D'autre part, il est désavantageux qu'en raison du diamètre inférieur, le mouvement de la membrane peut seulement être détecté par endroits de façon approximative, c'est-à-dire la lumière balaye seulement une zone étroitement limitée de la membrane. Il en résulte des variations de sensibilité erratiques et par la suite des altérations d'enregistrement gênantes, au cas o la tache lumineuse tombe sur un noeud de vibration ou un ventre de vibration de la
membrane excitée.
Il est l'objet de la présente invention de développer un détecteur optique du type mentionné au départ de telle sorte qu'une surface de membrane relativement
grande peut être balayée avec en même temps un rapport signal/ bruit élevé.
Cet objet est atteint selon l'invention avec le détecteur optique du type mentionné au départ en ce qu'au moins un deuxième guide d'ondes lumineuses d'émission, avec une orientation essentiellement identique ou similaire à celle du premier guide d'ondes lumineuses d'émission, est prévu de sorte que la lumière sortant d'un des guides d'ondes lumineuses d'émission, après réflexion sur la surface de réflexion, est reçue au moins partiellement par le premier guide d'ondes
lumineuses de réception.
Les avantages de l'invention consistent en particulier en ce qu'une part plus importante de la lumière émise par la source lumineuse peut être exploitée, et par conséquent que le rapport signal/ bruit augmente. Au lieu d'un seul guide d'ondes lumineuses d'émission habituel jusqu'à présent, selon l'invention, un deuxième
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guide d'ondes lumineuses d'émission, avec une orientation essentiellement identique ou similaire, est utilisé, de sorte que l'on dispose maintenant d'au moins deux faisceaux lumineux pour balayer la membrane sensible au son - d'une manière générale le corps sensible au son. Quand les deux extrémités libres du guide d'ondes lumineuses d'émission orientées vers la membrane balaient des zones indifférentes de la surface de réflexion, la probabilité que les deux balaient des noeuds ou des ventres de vibration est nettement réduite. Il en résulte une
sensibilité plus grande du microphone ainsi qu'une prise de son plus précise.
Cependant, même quand les deux guides d'ondes lumineuses d'émission sont orientés sur la même zone de membrane, un rapport signal/ bruit plus élevé peut
être réalisé.
Un mode de réalisation particulièrement préféré se distingue en prévoyant au moins un deuxième guide d'ondes lumineuses de réception avec une orientation essentiellement identique à celle du premier guide d'ondes lumineuses de réception. Les guides d'ondes lumineuses de réception sont disposés de telle sorte qu'au moins l'un d'eux reçoit de la lumière des guides d'ondes lumineuses
d'émission après réflexion sur la membrane.
Afin de pouvoir guider autant de lumière que possible de la source lumineuse sur la membrane, les extrémités libres du guide d'ondes lumineuses d'émission, tournées vers la source lumineuse, sont concentrées. Ici, il est avantageux que la superficie de la section des extrémités libres du guide d'ondes lumineuses d'émission, concentrées et tournées vers la source lumineuse, correspond essentiellement à la superficie de la section du faisceau lumineux
produit par la source lumineuse.
Il est également préféré que les extrémités libres du guide d'ondes lumineuses de réception, tournées vers le photodétecteur, soient concentrées et disposées de façon avantageuse à une faible distance par rapport au photodétecteur afin de pouvoir injecter complètement dans le photodétecteur la lumière réfléchie sur la membrane et incidente sur le guide d'ondes lumineuses de réception. Ceci est obtenu de préférence en ce que la superficie de la section des extrémités libres du guide d'ondes lumineuses de réception, tournées vers le
photodétecteur, correspond essentiellement à la surface active du photodétecteur.
Ceci permet d'augmenter de façon simple le rapport signal/ bruit au niveau du photodétecteur.
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Dans un développement avantageux, un guide d'ondes lumineuses de réception spécifique, qui reçoit de la lumière du guide d'ondes lumineuses d'émission associé après réflexion sur la membrane, est attribué respectivement à un guide d'ondes lumineuses d'émission. Chaque paire, formée respectivement par un guide d'ondes lumineuses d'émission et un guide d'ondes lumineuses de réception, est prévue pour balayer une zone de membrane spécifique de sorte que globalement, la surface de balayage côté membrane augmente et un rapport signal/ bruit amélioré par le nombre de paires est obtenu. Par l'utilisation de guides d'ondes lumineuses individuels minces, il est ainsi possible d'obtenir une haute sensibilité optique et un rendement lumineux élevé. Si les guides d'ondes lumineuses sont réalisés de façon identique, il est également sans importance de savoir quel guide d'ondes lumineuses de réception est attribué à quel guide d'ondes lumineuses d'émission. Étant donné qu'aucun guide d'ondes lumineuses ne se distingue d'un autre, il est possible de disposer les guides d'ondes lumineuses de façon simple de sorte qu'il en résulte une fabrication relativement simple du
détecteur selon l'invention.
Un mode de réalisation particulièrement préféré se distingue en ce que les extrémités libres du guide d'ondes d'émission et de réception, tournées vers la surface de réflexion, sont placées en éventail. Ici, chaque guide d'ondes lumineuses de l'éventail côté émission correspond respectivement à un guide
d'ondes lumineuses de l'éventail côté réception.
Avec une forme d'éventail spéciale des guides d'ondes lumineuses d'émission et de réception, les extrémités libres correspondantes sont orientées sur la membrane de telle sorte que les taches lumineuses se trouvent essentiellement sur une ligne droite de la membrane. Cette disposition linéaire permet d'empêcher qu'un guide d'ondes lumineuses de réception ne reçoive de la
lumière d'un autre guide d'ondes lumineuses d'émission qui ne lui est pas attribué.
Les faisceaux lumineux émis par les guide d'ondes lumineuses d'émission peuvent être de forme cylindrique ou encore conique. Effectivement, les faisceaux cylindriques permettent d'atteindre un degré de modulation optique supérieur, comme expliqué ci-dessus, mais l'utilisation de sources lumineuses coniques peut être suffisante dans certains cas en raison de l'utilisation de plusieurs guides
d'ondes lumineuses d'émission ainsi que de réception.
De façon particulièrement préférée, le détecteur optique selon l'invention est appliqué dans un microphone optique. Ici, la source lumineuse, par exemple une
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diode électroluminescente, ainsi que le photodétecteur, par exemple et une photodiode, sont la plupart du temps prévus à l'extérieur du microphone, alors que le guide d'ondes lumineuses d'émission ainsi que le guide d'ondes lumineuses de
réception et la membrane sont disposés à l'intérieur du microphone.
Des perfectionnements avantageux de l'invention sont caractérisés dans les
sous-revendications.
Ci-après, l'invention est expliquée plus en détail à l'aide d'un mode de
réalisation exemplaire préféré.
La figure 1 montre une coupe transversale à travers un détecteur optique connu; les figures 2A, 2B montrent une représentation de l'effet de modulation en cas de déviation de la membrane de la figure 1; et la figure 3 montre un détecteur optique avec plusieurs guides d'ondes
lumineuses d'émission et de réception.
La figure 3 montre dans une représentation schématique un détecteur optique selon l'invention qui fonctionne selon le principe de fonctionnement représenté sur les figures 1 et 2. Sur les figures, des numéros de référence identiques désignent des pièces identiques. Le détecteur selon la figure 3 présente plusieurs guides d'ondes lumineuses d'émission 5 orientés essentiellement de la même façon, une membrane 2 et plusieurs guides d'ondes lumineuses de réception , également avec une orientation approximativement identique. Les extrémités libres 7 des guides d'ondes lumineuses d'émission 5 sont disposées à proximité immédiate, sous forme concentrée, en face d'une source lumineuse 3, réalisée comme une diode électroluminescente, le faisceau étant de section approximativement circulaire et correspondant essentiellement à la superficie de
la section du faisceau lumineux produit par la source lumineuse 3.
Par la suite, les guides d'ondes lumineuses d'émission 5 s'écartent en éventail de telle sorte que les extrémités libres 6 éloignées de la source lumineuse 3 se trouvent essentiellement sur une droite et que les faisceaux lumineux provenant de ceux-ci tombent sous le même angle de façon oblique sur la membrane 2 essentiellement plane - dans ce mode de réalisation. Les guides d'ondes lumineuses d'émission 5, qui se trouvent côte à côte avec leurs extrémités libres 6, envoient des faisceaux lumineux respectivement séparés avec des rayons
axiaux 14 sur la membrane 2 et produisent des taches lumineuses 15 sur celle-ci.
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Dans le mode de réalisation montré, les guides d'ondes lumineuses de réception 10 sont disposés de façon inversée - par rapport au plan vertical traversant les taches lumineuses 15 de la membrane 2 - rapport aux guides d'ondes lumineuses d'émission 5. Dans cette disposition, un guide d'onde lumineuse d'émission 5 est respectivement attribué à un guide d'ondes lumineuses de réception 10, de sorte que la lumière - après réflexion sur la membrane - pénètre respectivement depuis un guide d'ondes lumineuses d'émission défini dans un guide d'ondes lumineuses de réception 10 respectivement (encore une fois, seuls
les rayons axiaux 16 des faisceaux lumineux réfléchis sont esquissés).
Les extrémités libres 12 des guides d'ondes lumineuses de réception, détournées de la membrane 2 ou de sa surface de réflexion, sont concentrées et orientées sur un photodétecteur 4, réalisé par exemple comme une photodiode, dans lequel sont créés, respectivement selon la quantité de lumière et donc respectivement selon la déviation de la membrane, des signaux électriques i5 correspondants qui sont ensuite transmis à un traitement ultérieur. La superficie de la section des extrémités libres 12 des guides d'ondes lumineuses de réception 10, concentrées et adjacentes au photodétecteur 4, correspond essentiellement à la
surface active du photodétecteur 4.
Il va de soi que les extrémités libres 6, 7, 11, 12 des guides d'ondes lumineuses d'émission 5 ainsi que des guides d'ondes lumineuses de réception 10, aussi bien quant au nombre de guides d'ondes lumineuses utilisés qu'à la disposition et à l'orientation, peuvent être adaptées aux conditions respectives, en particulier en ce qui concerne la réalisation de la source lumineuse 3, du photodétecteur 4 ainsi que de la membrane 2. Ainsi, une disposition inversée des guides d'ondes lumineuses d'émission 5 et des guides d'ondes lumineuses de réception 10 n'est pas du tout obligatoire. De plus, les taches lumineuses individuelles 15 peuvent aussi se chevaucher au moins partiellement dans certains modes de réalisation. Le nombre de guides d'ondes lumineuses d'émission et de réception 5, 10 n'est pas nécessairement identique. En outre, différentes formes de faisceaux lumineux, déterminées par la géométrie des guides d'ondes lumineuses
d'émission 5, conviennent.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-
dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et
d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir de la portée de l'invention.
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Claims (11)
1. Détecteur optique, en particulier opto-acoustique, avec une source lumineuse (3) et un photodétecteur (4), un corps sensible au son (2), par exemple une membrane (2), comprenant une surface de réflexion, un premier guide d'ondes lumineuses d'émission (5), dont une première extrémité libre (7) est orientée sur la source lumineuse (3) et dont l'autre extrémité libre (6) est orientée de façon oblique sur la surface de réflexion, et un premier guide d'ondes lumineuses de réception (10), dont une première extrémité libre (11) est orientée de façon oblique sur la surface de réflexion et dont l'autre extrémité libre (12) est orientée sur le photodétecteur (4), caractérisé en ce qu'au moins un deuxième guide d'ondes lumineuses d'émission (5) est prévu avec une orientation essentiellement identique ou similaire à celle du premier guide d'ondes lumineuses d'émission (5) de sorte que la lumière sortant d'un des guides d'ondes lumineuses d'émission (5), est reçue après réflexion sur la surface de réflexion au moins partiellement par le
premier guide d'ondes lumineuses de réception (10).
2. Détecteur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un deuxième guide d'ondes lumineuses de réception (10) avec une orientation essentiellement identique à celle du premier guide d'ondes lumineuses de réception (10) est prévu de sorte que la lumière sortant des guides d'ondes lumineuses d'émission (5), après réflexion sur la surface de réflexion, est reçue au
moins partiellement par les guides d'ondes lumineuses de réception (10).
3. Détecteur optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les extrémités libres (7, 12, 6, 11) des guides d'ondes lumineuses d'émission et/ou de réception (5, 10), tournées vers la source lumineuse (3) ou le photodétecteur (4),
sont concentrées.
4. Détecteur optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la superficie de la section des extrémités libres (7) des guides d'ondes lumineuses d'émission (5), tournées vers la source lumineuse (3), correspond essentiellement à la superficie de section du faisceau lumineux produit par la source lumineuse (3).
5. Détecteur optique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la superficie de la section des extrémités libres (12) des guides d'ondes lumineuses d'émission (10), concentrées et tournées vers le photodétecteur (4), correspond
essentiellement à la surface active du photodétecteur (4).
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6. Détecteur optique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5,
caractérisé en ce que respectivement à un guide d'ondes lumineuses d'émission (5) est attribué un guide d'ondes lumineuses de réception (10), dans lequel entre la lumière du guide d'ondes lumineuses d'émission (5) associé, après réflexion sur la surface de réflexion.
7. Détecteur optique selon au moins l'une quelconque des revendications 2 à
6, caractérisé en ce que les extrémités libres (6, 11) des guides d'ondes lumineuses d'émission et de réception (5, 10), tournées vers la surface de réflexion, sont
placées en éventail.
8. Détecteur optique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les extrémités libres (6) des guides d'ondes lumineuses d'émission (5) sont orientées sur la surface de réflexion de telle sorte que les taches lumineuses (15) tombant
sur la surface de réflexion se trouvent essentiellement sur une ligne droite.
9. Détecteur optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que des taches lumineuses (15) adjacentes, produites par les guides d'ondes lumineuses d'émission (5) sur la surface de réflexion, présentent respectivement
essentiellement la même distance mutuelle.
10. Détecteur optique selon au moins l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que les faisceaux lumineux sortant des guides
d'ondes lumineuses d'émission (5) sont de forme cylindrique ou conique.
11. Microphone optique, caractérisé par un détecteur optique, en particulier
opto-acoustique, selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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