JP2003227749A - 小型光学式マイクロホン／センサ - Google Patents

小型光学式マイクロホン／センサ

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JP2003227749A
JP2003227749A JP2001091260A JP2001091260A JP2003227749A JP 2003227749 A JP2003227749 A JP 2003227749A JP 2001091260 A JP2001091260 A JP 2001091260A JP 2001091260 A JP2001091260 A JP 2001091260A JP 2003227749 A JP2003227749 A JP 2003227749A
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sensor
optical
waveguide
optical microphone
light
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Alexander Paritzky
パリツキー アレキサンダー
Alexander Kots
コッツ アレキサンダー
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Phone Or Ltd
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Phone Or Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】反射面までの距離および／または反射面の物理
的性質を測定するための小型光学式マイクロホン／セン
サを提供する。 【解決手段】小型光学式マイクロホン／センサ２は、光
導波管６を通して光ビームを伝送するための前記導波管
に結合された光源４と、前記反射面からの反射光を受光
するように配設された光検出器１８とを備える。前記導
波管６は、その一方の端部に、次のスネルの屈折の法
則、 によって決定される角度を有する先端が尖った面１２を
備える。反射面は、角度α２によって決定される、先端
が尖った面１２からの最適な距離に配設される。導波管
は、その外面に、少なくとも先端が尖った面に隣接し
て、前記表面に衝突する光波が反射して導波管に戻るの
を防止するための手段１９を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学式マイクロホ
ンおよびセンサに関する。より詳しくは、本発明は、米
国特許第５，７７１，０９１号の理論に従って、媒体へ
の距離および／または媒体の物理的性質を測定するため
の光学式マイクロホンに関する。
【０００２】米国特許第５，７７１，０９１に開示され
た装置は、媒体への距離および／または媒体の物理的性
質を測定するための非常に感度の高い、またコンパクト
な装置である。同時に、異なった装置で、ごく小さな利
用可能空間において、測定の実施を可能にするより小型
で、よりコンパクトな装置の必要性がしばしばある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
主要な目的は、マイクロホンの音圧、例えば圧力センサ
内の静圧、加速度（加速度計）、温度（温度計）、およ
び他の異なったパラメータの測定であって、センサのか
なり大きな寸法のゆえに任意の他の既知センサを収容す
ることが非常に困難である位置における測定をするため
の、小型光学式マイクロホン／センサを提供することで
ある。
【０００４】本発明の小型光学センサの直径は、光ファ
イバのような既存の光導波管の直径によって制限かつ規
定され、１ｍｍ未満の範囲か、あるいは１〜２ｍｍの間
にあり得る。
【０００５】本発明の追加の目的は、低コストの小型光
学式マイクロホン／センサを提供することである。
【０００６】本発明の他の目的は、最高数百℃までの広
範囲の温度で動作する能力のある小型光学式マイクロホ
ン／センサを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
反射面までの距離および／または反射面の物理的性質を
測定するための小型光学式マイクロホン／センサを提供
し、この小型光学式マイクロホン／センサは、光導波管
を通して光ビームを伝送するための前記導波管に結合さ
れた光源を備える。前記導波管は、その一方の端部に、
次のスネルの屈折の法則、
【数２】 によって決定される角度を有する先端が尖った面を備
え、ここで、α１は導波管媒体を通る光ビームの行程角
度（angle of travel）であり、α２は、先端が尖った
面から光ビームが出るときに、第２の媒体における光ビ
ームの行程角度であり、またｎ１とｎ２は光導波管媒体
および第２の媒体の光屈折率である。反射面は、角度α
２によって決定される、先端が尖った面から最適な距離
に配設される。導波管は、その外面に、少なくとも先端
が尖った面に隣接して、前記反射面に衝突する光波が反
射して導波管に戻るのを防止するための手段と、前記反
射面からの反射光を受光するように配設された光検出器
とを有する。
【０００８】本発明をより完全に理解し得るように、例
示目的の次の図面を参考にし、ある好適な実施形態に関
連して本発明について以下に説明する。
【０００９】詳細に図面を特に参照して説明するが、提
示する個別の説明は、一例であり、本発明の好適な実施
形態を例示して説明するためのものにすぎず、また本発
明の原理的および概念的な観点の最も有用かつ容易に理
解される説明であると思われるものを提供するために提
示されることを強調する。この点で、本発明の基本的な
理解に必要である程度を越えて、本発明の構造的な詳細
を詳しく示す試みは行われず、図面によって行われる説
明は、本発明の複数の形態が実際にどのように具体化さ
れ得るかについて、当業者に明らかにするであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１には、本発明による小型光学
式マイクロホン／センサ２の光学的図解が示され、この
小型光学式マイクロホン／センサ２は、光導波管６、例
えば光ファイバまたは固体導波管と光学的に接触した光
源４、例えばＬＥＤを備えている。光源４からの光はス
プリッタ８に伝送され、スプリッタを通過した後に光導
波管部分１０に沿って先端が尖った面１２に進む。面１
２は、水平に対する角度α１で傾斜し、光は、次のスネ
ルの屈折の法則、
【数３】 に従って角度α２で面１２から出る。ここで、α１とα
２は、それぞれ、屈折前の光導波管１０内の、また屈折
後の空気中の光ビームの角度であり、またｎ１とｎ
２は、それぞれ、光導波管媒体および空気の光屈折率で
ある。光は、反射面１４、例えば音響膜から反射され、
角度α２で面１２に衝突し、角度α１で光導波管部分１
０内に屈折させられ、また光導波管に沿って光導波管ス
プリッタ８に、光導波管部分１６に、次に、入射光の強
度変調を記録する光検出器１８に進む。光が光導波管の
面１２全体から放射され、同様に、表面１４からの反射
光は面１２全体を通して光導波管に入ることが重要であ
ることを指摘する。光が導波管の側面で反射し導波管の
ボディに戻るのを防止するために、少なくとも導波管の
上部の外面に光吸収手段１９が設けられる。このような
手段は、光吸収材料製の被覆によって、あるいは外面を
加工して、検出器１８の方向の光の反射を防止する表面
組織を前記外面に設けることによって形成することがで
きる。
【００１１】図２は、スプリッタを使用しない小型光学
式マイクロホン／センサ２の他の実施形態の光学的図解
を例示しており、この小型光学式マイクロホン／センサ
２は、光源４、例えばＬＥＤと、光源４と光検出器１８
との間の直接の光通信を防止する不透明な分離部２０に
よる分離された光検出器１８とを備えている。光源４、
光検出器１８および分離部２０は、図１について上述し
た面１２を有する光導波管２２の一方の端部に埋め込ま
れている。光源４によって生成される光は、角度α２で
面１２を出て、表面１４によって反射され、光導波管２
２に入り、必要に応じて利用される検出器１８によって
受光される。光吸収手段１９が導波管２２の上部の外面
にも設けられる。
【００１２】本発明による小型マイクロホン／センサの
第３の可能な実施形態を図３に示した。光吸収手段１９
を有する導波管２８が示され、光源４は、不透明なＵ字
状の分離部２６によって光検出器１８から分離されてい
る。光源４、光検出器１８および分離部２６は、反対側
に上面１２を有する光導波管２８の一方の端部に配置さ
れている。
【００１３】図１、図２および図３の３つすべての実施
形態には、広範囲の温度下の光の反射を改善するために
反射面１４の中心に形成された小さな金被覆箇所３０が
示されている。
【００１４】本発明が、前述の例示した実施形態の詳細
に限定されず、またその精神または本質的な属性から逸
脱することなしに、他の特定の形態で本発明を具体化し
得ることが、当業者には明白であろう。したがって、本
実施形態は、あらゆる観点で例示目的であり、限定的で
ないと考えるべきであり、本発明の範囲は、上述の説明
によるよりもむしろ添付請求項によって示され、したが
って、請求の範囲の同等の意味と範囲に含まれるすべて
の変更は、請求の範囲に包含されると意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるスプリッタを有する小型光学式
マイクロホン／センサの光学的図解である。
【図２】 分離部を有する小型光学式マイクロホン／セ
ンサの光学的図解である。
【図３】 分離部を有する小型光学式マイクロホン／セ
ンサの他の実施形態の光学的図解である。
【符号の説明】
６ 光導波管、４ 光源、２ 小型光学式マイクロホン
／センサ、８ スプリッタ、１０ 光導波管部分、１２
先端が尖った面、１４ 反射面、１６ 光導波管部
分、１８ 光検出器、１９ 光吸収手段、２０ 不透明
な分離部、２２ 光導波管、２６ 不透明なＵ字状の分
離部、２８ 光導波管、３０ 小さな金被覆箇所

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反射面までの距離および／または反射面
    の物理的性質を測定するための小型の光学式マイクロホ
    ン／センサであって、 光導波管を通して光ビームを伝送するための前記光導波
    管に結合された光源と、 前記反射面からの反射光を受光するように配設された光
    検出器と、を備え、 前記導波管は、その一方の端部に、次のスネルの屈折の
    法則、 【数１】 によって決定される角度を有する先端が尖った面を備
    え、 ここで、 α１は導波管媒体を通した光ビームの行程角度であり、 α２は、前記先端が尖った面から光ビームが出るとき
    に、第２の媒体における前記光ビームの行程角度であ
    り、 ｎ１とｎ２は前記光導波管媒体および前記第２の媒体の
    光屈折率であり、 前記反射面は、角度α２によって決定される、前記先端
    が尖った面からの最適な距離に配設され、 前記導波管は、その外面に、少なくとも先端が尖った面
    に隣接して、前記表面に衝突する光波が反射して導波管
    に戻るのを防止するための手段を有する、 小型の光学式マイクロホン／センサ。
  2. 【請求項２】 前記光導波管が、前記先端が尖った面に
    近い第１部分と、前記先端が尖った面と反対側の第２部
    分とを有し、前記光源と前記光検出器が前記第２部分に
    結合される、請求項１に記載の光学式マイクロホン／セ
    ンサ。
  3. 【請求項３】 前記光源および前記光検出器の少なくと
    も一方が、前記第２部分の中に埋められる、請求項２に
    記載の光学式マイクロホン／センサ。
  4. 【請求項４】 前記第２部分は分割された部分であり、
    前記光源が前記分割された部分の一方に結合され、前記
    光検出器が前記分割部分の他方に結合される、請求項２
    に記載の光学式マイクロホン／センサ。
  5. 【請求項５】 少なくとも前記第２部分が光ファイバに
    よって構成される、請求項４に記載の光学式マイクロホ
    ン／センサ。
  6. 【請求項６】 前記第１部分と第２部分の間に結合され
    たスプリッタをさらに備える、請求項４に記載の光学式
    マイクロホン／センサ。
  7. 【請求項７】 前記光源と前記光検出器との間に延在す
    る不透明な分離部をさらに備える、請求項２に記載の光
    学式マイクロホン／センサ。
  8. 【請求項８】 前記光源と前記光検出器とが互いに横方
    向に分離配置される、請求項６に記載の光学式マイクロ
    ホン／センサ。
  9. 【請求項９】 前記光源が前記第２の部分の中央に配置
    され、前記光検出器は、光源を検出器から分離する分離
    部の下に結合され、前記分離部の周囲の前記光導波管を
    通過する反射光を受光する、請求項２に記載の光学式マ
    イクロホン／センサ。
  10. 【請求項１０】 前記反射面がメンブラムである、請求
    項１に記載の光学式マイクロホン／センサ。
  11. 【請求項１１】 前記メンブラムの少なくともその中央
    の表面に、反射性の高い被覆が設けられる、請求項１０
    に記載の光学式マイクロホン／センサ。
  12. 【請求項１２】 光波の反射を防止するための前記手段
    が、前記導波管の外面に被覆される光吸収材料である、
    請求項１に記載の光学式マイクロホン／センサ。
  13. 【請求項１３】 光波の反射を防止するための前記手段
    が、前記導波管の外面を加工することによって獲得され
    る、請求項１に記載の光学式マイクロホン／センサ。
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