EP0629334B1 - Transducteur optoacoustique miniature - Google Patents

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EP0629334B1
EP0629334B1 EP93905404A EP93905404A EP0629334B1 EP 0629334 B1 EP0629334 B1 EP 0629334B1 EP 93905404 A EP93905404 A EP 93905404A EP 93905404 A EP93905404 A EP 93905404A EP 0629334 B1 EP0629334 B1 EP 0629334B1
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EP
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cavity
wall
light
optoacoustic transducer
transducer according
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EP93905404A
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Jamal Housni
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Societe Industrielle de Liaisons Electriques SA
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Societe Industrielle de Liaisons Electriques SA
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    • H—ELECTRICITY
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a miniature optoacoustic transducer.
  • Optical fibers are being 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 explosion.
  • 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.
  • 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 transmission member extending through the wall from the earpiece and opening into the cavity.
  • 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.
  • An object of the invention is to provide a miniature optoacoustic transducer producing audible sounds without the need to add a flag.
  • an optoacoustic transducer of the type described above 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.
  • the earpiece comprises a heat conducting member passing through the wall of the earpiece and opening into the cavity.
  • 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.
  • the cavity has an internal reflective coating and a low density light absorption material is distributed in a substantially homogeneous manner inside the cavity.
  • 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.
  • the optoacoustic transducer comprises a wall 1 preferably formed from two half-shells molded from rigid plastic 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 whose internal surface 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 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.
  • 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 disposed in the conduit passage of the 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.
  • 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.
  • 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.
  • the optoacoustic transducer comprises a heat conducting member 10 passing through the wall of the earpiece and opening into the cavity 3.
  • 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 a side opposite the 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.
  • 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, the output channel then behaving like an acoustic self while the cavity behaves like a capacity.
  • 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.
  • these dimensions are not critical and can be adapted to the size of the transducer that one wishes to produce.
  • 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.
  • the optoacoustic 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.
  • the transducer according to the invention has been illustrated with an outlet duct and a light transmission arranged radially and offset by 90 °, which allows to obtain an optimum efficiency of transformation of light into heat, we can adopt another arrangement of the light transmission member relative to the outlet channel to obtain optimum user comfort when fitting the optoacoustic transducer into the ear.
  • the static heat extraction member can be a small diameter rod passing through the wall 1.

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Abstract

Il comporte une paroi (1) délimitant une cavité (3), un canal de sortie (5) traversant la paroi (1) et débouchant dans la cavité (3), un organe de transmission de lumière (6) s'étendant à travers la paroi et débouchant dans la cavité (3), le canal de sortie ayant 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.

Description

  • La présente invention concerne un transducteur optoacoustique miniature.
  • 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 perturbations électromagnétiques et pouvant en outre être utilisée en toute sécurité dans des milieux présentant un risque de déflagration.
  • 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.
  • 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.
  • Un but de l'invention est de proposer un transducteur optoacoustique miniature produisant des sons audibles sans qu'il soit nécessaire de lui adjoindre un pavillon.
  • 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.
  • Selon un version avantageuse de l'invention, l'écouteur comporte un organe conducteur de la chaleur traversant la paroi de l'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.
  • 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.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier 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.
  • En référence à la figure, le transducteur optoacoustique selon l'invention comporte une paroi 1 formée de préférence de deux demi-coquilles moulées en matière plastique rigide telle que du polycarbonate. Les deux demi-coquilles 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 radialement dans la cavité 3. Un organe de transmission de lumière 6, par exemple une fibre optique transmettant une lumière proche de l'infrarouge modulée en intensité s'étend également à travers la paroi de l'écouteur et débouche radialement dans la cavité 3 dans une position décalée à 90° par rapport au canal de sortie 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 d'un manchon élastomère 8 disposé 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.
  • 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.
  • Par ailleurs, le transducteur optoacoustique comporte un organe conducteur de la chaleur 10 traversant la paroi de l'écouteur et débouchant dans la cavité 3.
  • Selon le mode de réalisation préféré illustré, l'organe conducteur de la chaleur 10 est réalisé en prolongeant 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 l'évacuation de chaleur à travers l'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 l'air contenu dans la cavité 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.
  • A titre d'exemple, un transducteur optoacoustique ayant un très bon rendement optoacoustique et un très bon rendement dynamique a été obtenu avec une cavité sphérique 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 l'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.
  • Bien entendu l'invention n'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 optoacoustique selon l'invention ait été décrit en liaison avec un mode de réalisation comportant une cavité sphérique, on pourra le réaliser avec une cavité de forme quelconque.
  • 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 transformation 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.
  • L'organe d'extraction de la chaleur statique peut être une tige de faible diamètre traversant la paroi 1.

Claims (8)

  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'étendant 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.
  2. Transducteur optoacoustique selon la revendication 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).
  3. Transducteur optoacoustique selon la revendication 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).
  4. Transducteur optoacoustique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau d'absorption de lumière occupe un volume inférieur à 1 % du volume interne de la cavité.
  5. Transducteur optoacoustique selon la revendication 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.
  6. Transducteur optoacoustique selon la revendication 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).
  7. Transducteur optoacoustique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux parties de paroi délimitent chacune sensiblement la moitié de la cavité (3).
  8. Transducteur optoacoustique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la cavité (3) est sphérique, 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°.
EP93905404A 1992-03-03 1993-02-18 Transducteur optoacoustique miniature Expired - Lifetime EP0629334B1 (fr)

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EP0629334A1 (fr) 1994-12-21
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