WO1993018628A1 - Miniature optoacoustic transducer - Google Patents

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Jamal Housni
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Societe Industrielle De Liaisons Electriques
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  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)

Abstract

Transducer comprising a wall (1) delimiting a cavity (3), an output channel (5) crossing the wall (1) and opening into the cavity (3), a light-transmitting member (6) extending through the wall and opening into the cavity (3), the output channel having a diameter and lenght in a ratio forming with the cavity (3) a resonating circuit having a cutoff frequency in the audible sound pass-band.

Description

Transducteur optoacoustique miniature La présente invention concerne un transducteur optoacoustique miniature. The present invention relates to a miniature optoacoustic transducer.
On utilise de plus en plus des fibres optiques pour la transmission de communications vocales, les fibres optiques ayant l'avantage d'être insensibles aux perturba¬ tions électromagnétiques et pouvant en outre être utilisée en toute sécurité dans des milieux présentant un risque de déflagration.Optical fibers are used more and more for the transmission of voice communications, optical fibers having the advantage of being insensitive to electromagnetic disturbances and being able moreover to be used in complete safety in environments presenting a risk of deflagration.
L'usage des fibres optiques pour les communications vocales restent toutefois limitées par la possibilité de transformer le signal lumineux convoyé par la fibre optique en un signal acoustique pouvant être perçu par l'utilisateur.The use of optical fibers for voice communications remains however limited by the possibility of transforming the light signal conveyed by the optical fiber into an acoustic signal which can be perceived by the user.
On connaît notamment du document US-A-4,002, 897 un transducteur optoacoustique comportant une paroi délimitant une cavité, un canal de sortie traversant la paroi de l'écouteur et débouchant dans la cavité, un organe de transmission de lumière s 'étendant à travers -la paroi de l'écouteur et débouchant dans la cavité. Toutefois, les dimensions respectives de la cavité et du canal de sortie sont telles qu'il est nécessaire de prévoir un pavillon de dimensions importantes fixé dans le prolongement du canal de sortie pour que les sons produits par le transducteur optoacoustique soient audibles.Particularly known from document US-A-4,002, 897 is an optoacoustic transducer comprising a wall delimiting a cavity, an outlet channel passing through the wall of the earpiece and opening into the cavity, a light transmitting member extending through -the wall of the earpiece and opening into the cavity. However, the respective dimensions of the cavity and of the outlet channel are such that it is necessary to provide a pavilion of large dimensions fixed in the extension of the outlet channel so that the sounds produced by the optoacoustic transducer are audible.
Un but de 1 ' invention est de proposer un transduc- teur optoacoustique miniature produisant des sons audibles sans qu'il soit nécessaire de lui adjoindre un pavillon.An object of the invention is to propose a miniature optoacoustic transducer producing audible sounds without the need to add a flag to it.
En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention un transducteur optoacoustique du type décrit ci-dessus dans lequel le canal de sortie a un diamètre et une longueur dans un rapport réalisant avec la cavité un circuit résonnant ayant une fréquence de coupure dans la bande passante des sons audibles.With a view to achieving this goal, an optoacoustic transducer of the type described above is provided according to the invention in which the outlet channel has a diameter and a length in a relationship producing with the cavity a resonant circuit having a frequency of cut in the bandwidth of audible sounds.
Selon un version avantageuse de l'invention,According to an advantageous version of the invention,
1 ' écouteur comporte un organe conducteur de la chaleur traversant la paroi de 1 ' écouteur et débouchant dans la cavité. Ainsi, cet organe conducteur de la chaleur évacue la chaleur statique qui s 'accumule dans la cavité de sorte que l'air contenu dans la cavité reste sensible aux variations de températures résultant de la modulation de la lumière transmise par l'organe de transmission de lumière.1 earpiece comprises a heat conducting member passing through the wall of one earpiece and opening into the cavity. Thus, this heat conducting member dissipates the static heat which accumulates in the cavity so that the air contained in the cavity remains sensitive to temperature variations resulting from the modulation of the light transmitted by the transmission member of light.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la cavité comporte un revêtement interne réfléchissant et un matériau d'absorption de la lumière de faible densité est réparti de façon sensiblement homogène à l'intérieur de la cavité. De préférence, le matériau d'absorption de lumière occupe un volume inférieur à 1 % du volume interne de la cavité et est constitué d'une pelote de fibres de carbone entremêlées. Ainsi, on obtient un transducteur optoacoustique d'une très grande sensibilité ayant non seulement un bon rendement optoacoustique global mais également un bon rendement dynamique.According to another advantageous aspect of the invention, the cavity has an internal reflective coating and a low density light absorption material is distributed in a substantially homogeneous manner inside the cavity. Preferably, the light-absorbing material occupies a volume of less than 1% of the internal volume of the cavity and consists of a ball of intertwined carbon fibers. Thus, an optoacoustic transducer of very high sensitivity is obtained, having not only good overall optoacoustic performance but also good dynamic performance.
D'autres caractéristiques et avantages de 1'inven¬ tion apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention en liaison avec la figure unique ci-jointe qui est une vue en coupe du transducteur optoacoustique selon un plan axial du canal de sortie.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of a particular non-limiting embodiment of the invention in conjunction with the attached single figure which is a sectional view of the optoacoustic transducer along an axial plane of the outlet channel.
En référence à la figure, le transducteur optoa¬ coustique selon l'invention comporte une paroi 1 formée de préférence de deux demi-coquilles moulées en matière plasti¬ que rigide telle que du polycarbonate. Les deux demi-coquil¬ les sont assemblées par tous moyens appropriés, notamment par collage le long de leur plan de joint 2, et délimitent chacune la moitié d'une cavité sphérique 3 dont la surface interne est de préférence recouverte d'un revêtement 4 réfléchissant la lumière utilisée, par exemple une couche d'or lorsque la lumière utilisée est proche de l'infrarouge. Le revêtement 4 est par exemple déposé par évaporation sous vide selon une couche ayant une épaisseur de quelques microns. Un canal de sortie 5 traverse la paroi de l'écouteur et débouche radiale ent dans la cavité 3. Un organe de transmission de lumière 6, par exemple une fibre optique transmettant une lumière proche de 1'infrarouge modulée en intensité s'étend également à travers la paroi de 1'écouteur et débouche radialement dans la cavité 3 dans une position décalée à 90° par rapport au canal de sortie 5.Referring to the figure, the optoa¬ acoustic transducer according to the invention comprises a wall 1 preferably formed from two half-shells molded from rigid plasti¬ material such as polycarbonate. The two half-shells are assembled by any appropriate means, in particular by bonding along their joint plane 2, and each delimit half of a spherical cavity 3, the internal surface of which is preferably covered with a coating 4 reflecting the light used, for example a layer of gold when the light used is close to infrared. The coating 4 is for example deposited by vacuum evaporation in a layer having a thickness of a few microns. An outlet channel 5 crosses the wall of the earpiece and opens radially into the cavity 3. A light-transmitting member 6, for example an optical fiber transmitting light close to the infrared modulated in intensity also extends through the wall of the earpiece and opens radially into the cavity 3 in a position offset by 90 ° relative to the outlet channel 5.
De préférence, un organe 7 diffusant la lumière, telle qu'une lentille cylindrique ou une lentille sphérique, est disposé entre l'extrémité de l'organe de transmission de lumière 6 et la cavité 3. La diffusion de lumière dans la cavité 3 peut également être obtenue par un épanouissement de l'extrémité de la fibre optique 6. L'organe de transmission de lumière 6 est fixé à l'écouteur par tout moyen approprié, par exemple au moyen J un manchon élastomère 8 dispoeé dans le conduit de passage de la fibre optique 6. Un matériau d'absorption de lumière 9 est disposé dans la cavité 3 et est constitué d'un matériau de faible densité réparti de façon sensiblement homogène à l'intérieur de la cavité. Par matériau de faible densité, on entend un matériau qui occupe un volume faible par rapport au volume interne de la cavité 3, par exemple moins de 1 % du volume de la cavité 3.Preferably, a light diffusing member 7, such as a cylindrical lens or a spherical lens, is arranged between the end of the light transmitting member 6 and the cavity 3. The light scattering in the cavity 3 can also be obtained by a development of the end of the optical fiber 6. The light transmission member 6 is fixed to the earpiece by any suitable means, for example by means of an elastomer sleeve 8 available in the passage duct optical fiber 6. A light absorption material 9 is placed in the cavity 3 and consists of a low density material distributed in a substantially homogeneous manner inside the cavity. By low density material is meant a material which occupies a small volume relative to the internal volume of the cavity 3, for example less than 1% of the volume of the cavity 3.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le matériau d'absorption de la lumière est constitué d'une pelote de fibres de graphite entremêlées de façon très aérée, occupant un volume à 0,2% du volume de la cavité 3.In a preferred embodiment of the invention, the light absorption material consists of a ball of graphite fibers intermingled in a very airy manner, occupying a volume of 0.2% of the volume of the cavity 3.
Par ailleurs, le transducteur optoacoustique comporte un organe conducteur de la chaleur 10 traversant la paroi de 1'écouteur et débouchant dans la cavité 3.Furthermore, the optoacoustic transducer comprises a heat conducting member 10 passing through the wall of the earpiece and opening into the cavity 3.
Selon le mode de réalisation préféré illustré, l'organe conducteur de la chaleur 10 est réalisé en prolon¬ geant le revêtement interne réfléchissant 4 de la cavité sur les surfaces en regard des deux demi-coquilles formant la paroi du transducteur, sur un côté opposé au canal de sortie 5. On notera à ce propos que la très faible quantité de chaleur statique qui est introduite dans la cavité par la lumière modulée est aisément,évacuée par un organe conducteur ayant une très faible section. Il est même nécessaire que la section de l'organe conducteur reste très faible pour que 1'évacuation de chaleur à travers 1'organe conducteur de la chaleur soit lente par rapport aux variations de températures résultant des modulations de la lumière transformée en chaleur de façon à ne pas perturber la mise en vibration de 1'air contenu dans la cavité 3.According to the preferred embodiment illustrated, the heat conducting member 10 is produced by extending the internal reflective coating 4 of the cavity on the facing surfaces of the two half-shells forming the wall of the transducer, on an opposite side at the outlet channel 5. It will be noted in this connection that the very small amount of static heat which is introduced into the cavity by the modulated light is easily evacuated by a conductive member having a very small section. It is even necessary that the cross section of the conductive member remains very small so that the evacuation of heat through the heat conductive member is slow compared to the temperature variations resulting from the modulations of the light transformed into heat so not to disturb the vibration of the air contained in the cavity 3.
Afin qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser un pavillon associé au transducteur optoacoustique selon l'invention, le canal de sortie 5 a un diamètre et une longueur dans un rapport réalisant avec la cavité 3 un circuit résonnant ayant une fréquence de coupure dans la bande passante des sons audibles, le canal de sortie se comportant alors comme une self acoustique tandis que la cavité se comporte comme une capacité.So that it is not necessary to use a horn associated with the optoacoustic transducer according to the invention, the outlet channel 5 has a diameter and a length in a relationship producing with the cavity 3 a resonant circuit having a cut-off frequency in the bandwidth of audible sounds, the output channel then behaving like an acoustic self while the cavity behaves like a capacity.
A titre d'exemple non limitatif, un transducteur optoacoustique ayant un très bon rendement optoacoustique et un très bon rendement dynamique a été obtenu avec une cavité spherique 3 ayant un diamètre de 4 mm et un canal de sortie ayant un diamètre de 0,8 mm et une longueur de 7 mm. Bien entendu ces dimensions ne sont pas critiques et peuvent être adaptées à la taille du transducteur que 1'on souhaite réaliser. On remarquera que le transducteur optoacoustique selon l'invention est de très faible dimension, ce qui permet de le disposer aisément dans l'oreille d'un utilisateur.By way of nonlimiting example, an optoacoustic transducer having a very good optoacoustic efficiency and a very good dynamic performance was obtained with a spherical cavity 3 having a diameter of 4 mm and an outlet channel having a diameter of 0.8 mm and a length of 7 mm. Of course these dimensions are not critical and can be adapted to the size of the transducer that one wishes to achieve. It will be noted that the optoacoustic transducer according to the invention is of very small size, which makes it easy to place it in the ear of a user.
Bien entendu 1'invention 'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, bien que le transducteur optoacous¬ tique selon 1'invention ait été décrit en liaison avec un mode de réalisation comportant une cavité spherique, on pourra le réaliser avec une cavité de forme quelconque.Of course, the invention is not limited to the embodiment described and it is possible to make variant embodiments without departing from the scope of the invention. In particular, although the optoacous¬ tick transducer according to the invention has been described in connection with an embodiment comprising a spherical cavity, it can be produced with a cavity of any shape.
De même, bien que le transducteur selon l'invention ait été illustré avec un conduit de sortie et un organe de transmission de lumière disposés radialement et décalés de 90°, ce qui permet d'obtenir un rendement optimum de trans¬ formation de la lumière en chaleur, on pourra adopter une autre disposition de l'organe de transmission de lumière par rapport au canal de sortie pour obtenir un confort optimum de l'utilisateur lors de la mise en place du transducteur optoacoustique dans l'oreille.Likewise, although the transducer according to the invention has been illustrated with an outlet duct and a light transmission arranged radially and offset by 90 °, which makes it possible to obtain an optimum efficiency of transforming light into heat, it is possible to adopt another arrangement of the light transmitting member with respect to the outlet channel to obtain optimum user comfort when fitting the optoacoustic transducer into the ear.
L'organe d'extraction de la chaleur statique peut être une tige de faible diamètre traversant la paroi 1. The static heat extraction member can be a small diameter rod passing through the wall 1.

Claims

REVENDICATIONS
1. Transducteur optoacoustique comportant une paroi délimitant une cavité (3), un canal de sortie (5) traversant la paroi (1) de l'écouteur et débouchant dans la cavité (3), un organe de transmission de lumière (6) s'ètendant à travers la paroi de l'écouteur et débouchant dans la cavité (3), caractérisé en ce que le canal de sortie (5) a un diamètre et une longueur dans un rapport réalisant avec la cavité (3) un circuit résonnant ayant une fréquence de coupure dans la bande passante des sons audibles.1. Optoacoustic transducer comprising a wall delimiting a cavity (3), an outlet channel (5) passing through the wall (1) of the earpiece and opening into the cavity (3), a light transmission member (6) s 'extending through the wall of the earpiece and opening into the cavity (3), characterized in that the outlet channel (5) has a diameter and a length in a relationship producing with the cavity (3) a resonant circuit having a cutoff frequency in the bandwidth of audible sounds.
2. Transducteur optoacoustique selon la revendica¬ tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte un organe conducteur de la chaleur (10) traversant la paroi de l'écouteur et débouchant dans la cavité (3) .2. Optoacoustic transducer according to claim 1, characterized in that it comprises a heat conducting member (10) passing through the wall of the earpiece and opening into the cavity (3).
3. Transducteur optoacoustique selon la revendica¬ tion 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la cavité (3) comporte un revêtement réfléchissant (4) et en ce qu'un matériau d'absorption de lumière (9) de faible densité est réparti de façon sensiblement homogène à l'intérieur de la cavité (3) .3. Optoacoustic transducer according to claim 1 or claim 2, characterized in that the cavity (3) comprises a reflective coating (4) and in that a light density material (9) is distributed in a substantially homogeneous manner inside the cavity (3).
4. Transducteur optoacoustique selon la revendica¬ tion 3, caractérisé en ce que le matériau d'absorption de lumière occupe un volume inférieur à 1 % du volume interne de la cavité.4. Optoacoustic transducer according to claim 3, characterized in that the light absorption material occupies a volume of less than 1% of the internal volume of the cavity.
5. Transducteur optoacoustique selon la revendica¬ tion 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau d'absorption de la lumière est constitué d'une pelote de fibres de carbone entremêlées. 5. Optoacoustic transducer according to claim 3 or claim 4, characterized in that the light absorption material consists of a ball of intertwined carbon fibers.
6. Transducteur optoacoustique selon la revendica¬ tion 2 et l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi en deux parties et en ce que le revêtement interne réfléchissant de la cavité (3) s'étend sur des surfaces en regard des deux parties de paroi pour former l'organe conducteur de chaleur (10). 6. Optoacoustic transducer according to claim 2 and one of claims 3 to 5, characterized in that it comprises a wall in two parts and in that the internal reflective coating of the cavity (3) extends over facing surfaces of the two wall parts to form the heat conducting member (10).
7. Transducteur optoacoustique selon la revendica¬ tion 6, caractérisé en ce que les deux parties de paroi délimitent chacune sensiblement la moitié de la cavité (3).7. Optoacoustic transducer according to claim 6, characterized in that the two wall parts each delimit substantially half of the cavity (3).
8. Transducteur optoacoustique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la cavité (3) est spherique, et en ce que l'organe de transmission de lumière (6) et le canal de sortie (5) débouchent radialement dans la cavité (3) selon des rayons décalés de 90' 8. Optoacoustic transducer according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cavity (3) is spherical, and in that the light transmission member (6) and the outlet channel (5) open radially in the cavity (3) according to radii offset by 90 '
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