JP3037639B2 - 光学的マイクロフォン - Google Patents

光学的マイクロフォン

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JP3037639B2
JP3037639B2 JP9156614A JP15661497A JP3037639B2 JP 3037639 B2 JP3037639 B2 JP 3037639B2 JP 9156614 A JP9156614 A JP 9156614A JP 15661497 A JP15661497 A JP 15661497A JP 3037639 B2 JP3037639 B2 JP 3037639B2
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ユングブルート ヴェルナー
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ドイッチェ フォルシュングスアンシュタルト フュール ルフト− ウント ラウムファールト エー ファウ
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/06—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
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    • G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
    • H—ELECTRICITY
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/42—Combinations of transducers with fluid-pressure or other non-electrical amplifying means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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  • Details Of Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源（１４）と、
光ファイバ線路（１）と、２つの反射器を備えたファブ
リー−ペロー干渉計とを備えた光学的マイクロフォンに
関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの適用領域において、マイクロフォ
ンを所属のオーディオ増幅器から遠く離して配置する必
要がある。この場合、増幅されない電気マイクロフォン
信号が長い区間を橋絡しなければならない。電力損失と
キャパシタンス並びに線路への漂遊電磁界によって、増
幅電子回路への接続ケーブルの長さが制限される。例え
ば交通監視のためにキロメータ領域の距離を橋絡すべき
場合はしばしば電気信号がまずデジタル化され、光信号
として光電変換された後、グラスファイバを介して離れ
た受信器に伝送される。これは理想的な伝送品質を保証
するためである。欠点は、光電変換がマイクロフォンで
ないしマイクロフォンの近傍で面倒な電気信号処理を必
要とすることである。そのためマイクロフォンでは光学
的測定信号線路の他に電流供給部が必要である。そこに
存在する電子回路はノイズに弱く、保守管理しなければ
ならない。
【０００３】しかし音響励振された音圧変動は光波の位
相変調に直接入り込むことができ、重畳によって、強度
変調された光学的信号に変換される。この種の光学的マ
イクロフォンは従って測定信号を光電変換なしでグラス
ファイバ線路を介して伝送することができる。光学的信
号は光電変換の後、測定評価箇所で従来の電子回路によ
って増幅され、さらに処理することができる。光学的マ
イクロフォンは従って電磁ノイズに対して頑強である。
さらに電気的取り付けの際、例えば大きな伝送設備で発
生する大地ループの問題も除去される。
【０００４】この種の光学的マイクロフォンは、H.Nan
o,M.Matsumoto,K.Fujimura,K.Hattoriによって、“Fibe
r-Optic Microphon using a Fabry-Perot Interferomet
er”in Proc. 9th Int.Conf. on Optical Fiber Sensor
s (OFS-9), Florenz 1993,155-158pp.に記載されてい
る。ここに記載された光学的マイクロフォンは検知素子
として小型ファブリー−ペロー−干渉計を有する。光源
として高コヒーレント・レーザーダイオードが使用され
る。モノモードグラスファイバから発した光束は、数１
０μｍから１００μｍの距離に配置された反射性ダイヤ
フラムシートによって反射され、ファイバに入力結合さ
れる。音響励振された音圧変動は同相でグラスファイバ
−ダイヤフラム間隔を変化させる。相応に位相変調され
（ΔΦ（Ｌ）、Ｌ＝ファブリー−ペロー長）反射された
光波は、グラスファイバ−空気境界面で部分的に反射さ
れた光波と重畳され、干渉信号となる（強度Ｉ＝２Ｒ
（１−cosΔΦ、ミラー反射係数Ｒ≪１）。この干渉信
号は音響周波数によって強度変調された光波としてグラ
スファイバを介してフォト検知器に光電変換のために供
給される。これは引き続き従来の手法で処理できるよう
にするためである。光学的マイクロフォンは、測定箇所
と評価箇所との間を接続するための往復の光波の重畳が
ノイズの影響を受けないので、ただ１つのモノモードグ
ラスファイバしか必要としない。このグラスファイバは
同時に給電および信号線路としても使用される。
【０００５】さらに公知の構成はいくつかの欠点を有す
る。干渉信号のcos特性（反射係数Ｒが小さい場合の
み；Ｒが大きい場合にはcos特性はエアリ関数に移行す
る）がファブリー−ペロー−レゾネータの熱的膨張のた
め温度に依存する“信号フェーディング”を引き起こす
ことがある。小信号感度（cosΔΦ特性の傾き）がcos関
数の最大または最小で０に近付く。小信号感度を安定さ
せるためには、ホモダインおよびヘテロダイン技術とし
て知られる面倒な復調および安定化法が必要である。援
用した刊行物では、動作点がＤＦＢレーザーダイオード
の波長のアクティブな離調によって安定化される。レー
ザーダイオードを干渉計で通常使用される高コヒーレン
トな光源として使用するためには面倒な温度および電流
安定化が必要である。さらにセンサからダイオードに戻
り反射する光に対して、装置全体に対して相応の高いコ
ストにより効率的に絶縁しなければならない。援用され
た構成での別の問題は、周辺領域において所要の非常に
薄い（３μｍ）、そして脆弱なダイヤフラムシートが音
響励振された位相変調のために使用される場合に発生す
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、構成
が簡単で同時に温度安定性が十分である光学的マイクロ
フォンを実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明の第１
の発明では、第１の反射器として光ファイバ線路の端面
が形成されており、第２の反射器は、グラスファイバ区
間の端面であり、該グラスファイバ区間は、これと結合
された別個のダイヤフラムにより音圧励振されて変位さ
れ、前記第２の反射器は第１の反射器に対して傾斜して
対向しており、該第２の反射器は、音圧励振により第１
の反射器に対する傾斜角を変化する用に構成して解決さ
れる。また第２の発明では、第１の反射器として光ファ
イバ線路の端面が形成されており、第２の反射器は、グ
ラスファイバ区間の端面であり、該グラスファイバ区間
は、これと結合された別個のダイヤフラムにより音圧励
振されて変位され、第１の反射器は第２の反射器に対し
て平行に対向しており、エラスティックな間隔ホルダが
前記反射器を相互に分離し、該エラスティックな間隔ホ
ルダは、前記第２の反射器の音圧励振により変形するよ
うに構成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】干渉計にそれぞれグラスファイバ
の端面として間隔を置いて配置された２つの反射器を同
種に構成することによって、相対的に小さなミラー反射
率が両方のグラス−空気面で調整される。マイクロフォ
ンの動作点の調整はこれにより非常に容易になる。さら
にコヒーレンシーが小さく、比較的安価な光源を光学的
マイクロフォンに使用することができる。この種の光源
では、センサからダイオードに戻り反射する光に対する
光学的絶縁が必要ない。センサの動作点の温度安定性も
波長離調によって省略される。
【０００９】２つの反射器の間の間隔（レゾネータスリ
ット）を０〜２０μｍとし、変位に起因する間隔の長さ
変化を１００ｎｍ以下にすることによって、装置の温度
不感性はさらに改善される。反射器表面の間隔が極端に
小さいことにより、すなわちファブリー−ペロー−レゾ
ネータ長が非常に小さいことにより、位相ノイズが低減
され、わずか数ｎｍの非常に小さな反射器表面の間隔変
化を検出することができる。しかしこの領域は相応に調
整された際には、干渉計のcos伝送特性の線形伝送領域
にあり、このことは歪みのない信号画像につながる。
【００１０】反射器の端面が研磨され、丸みを持たされ
ているか、または平坦な面として切断され、グラス−空
気境界面の反射率が約４％であれば、干渉計の動作点の
調整はノイズに対して頑強である。ここで干渉信号の強
度変調はcos関数による一次近似で近似することができ
る。
【００１１】干渉計で、反射器側のファイバ端面をフェ
ルールに、またファイバ部分を反射器フェルールに収容
し、フェルールが中空円筒状の接続要素によって同心に
取り囲まれるようにして案内すれば、導通ファイバおよ
びファイバ部分の反射器端面を高精度に相互に配向する
ことができる。フェルールは有利には、ファイバを収容
する高精度孔部を有するセラミック体からなる。円筒状
に構成されたセラミックコアないしフェルールは中空円
筒状の接続要素によって同一線上に配向され保持されて
いる。しかし反射器フェルールはここでは小さな変位の
ために可動に保持されている。
【００１２】従って第２の反射器はこの場合、セラミッ
ク製の高精度ファイバ案内部（フェルール）に接着され
たグラスファイバ部分である。ファイバ案内部はわずか
な圧力によって第１の反射器の案内部に対して押圧され
ている。
【００１３】マイクロフォンの動作点の調整は、相互に
当接するフェルールのわずかな初期傾斜によってグラス
ファイバと共に行われる。フェルールが反射器の端面と
わずかな角度で相互に押圧していれば、干渉計の動作点
の調整はノイズに対して頑強であり、特に温度安定性が
高い。
【００１４】２つの反射器の研磨された反射器ファイバ
端部および／または研磨された同津ファイバ端部、すな
わち第１の反射器は所定の角度で研磨することができ
る。この角度は、垂直反射器の場合は有利には８０゜か
ら９０゜の間である。反射器をファイバ軸を中心にして
回転することにより、初期間隔（動作点）を非常に正確
に調整することができる。
【００１５】本発明のマイクロフォンに対してはコヒー
レンシーの低い光源しか必要でないから、安価なスーパ
ールミネンスツェナーダイオードまたはそれどころか通
常の発光ダイオードを光源として使用することができ
る。ここで光源はＬｃ＜５０μｍのコヒーレンス長の光
を放射する。
【００１６】機械的結合部は、音響励振されたダイヤフ
ラムの線形機械的運動を、反射器フェルールにより保持
されたファイバ部分に伝送する。ダイヤフラムがその運
動軸と共にファブリー−ペロー干渉計の軸に対して垂直
に配置されており、機械的結合部が角度部材として構成
されており、その際に接続要素が反射器フェルールのエ
ラスティックな傾斜を許容すれば、接続要素はばね要素
として反射器フェルールの非常に小さな角度だけのエラ
スティックな変位に作用する。その際動作点の高い温度
安定性を得るために、反射器フェルールはわずかな圧力
で導通ファイバを有するフェルールに対して押圧されて
いる。ここから生じるレゾネータスリット変化は変位に
相応して位相変調された光波を形成する。
【００１７】択一的に、ダイヤフラムをその運動軸と共
にファブリー−ペロー干渉計の軸に対して同一線上に配
置し、機械的結合部を反射器フェルールの延長部にロッ
ド状に構成することができる。その際、２つのフェルー
ルの間のレゾネータスリットにはエラスティックな間隔
ホルダ（有利には３つの接着点の形態、）をフェルール
表面に配置し、共線的なレゾネータスリット変化を形成
する。この変化も同じように位相変調された光波を形成
する。レゾネータスリットに設けるべきエラスティック
な間隔ホルダは有利には１０から２０μｍの厚さを有
し、この厚さは干渉計の２つの反射器の相応の静止状態
間隔を相互に定める。音響励振された変位の際に間隔ホ
ルダはエラスティックに変形する。すなわち共に圧縮ま
たは伸張する。この場合も有利には、反射器フェルール
の動作点の高い温度安定性を得るためにわずかな力で導
通ファイバを有するフェルールに対して押圧する。
【００１８】グラスファイバベースでファーブル−ペロ
ー・マイクロ干渉計の形態で実現されたこの光学的マイ
クロフォンの信号は電磁ノイズの影響をまったく受け
ず、キロメータ領域のグラスファイバ区間を介して中間
増幅なしで読み出すことができる。純粋に光学的に動作
する音響センサは交通領域での適用に対して開発され、
相応に屋外使用に対して頑強に構成された。マイクロ干
渉計はセンサのさらなる小型化にｍｍ領域まで良好に適
する。従って光学的マクロフォンは、従来の例えばコン
デンサ型マイクロフォンが使用されている他の多くの領
域で使用することができる。もちろん電気マイクロフォ
ンの使用が強い電磁ノイズのためおよび／または長い伝
送区間のため問題であるような適用領域では特に有利で
ある。
【００１９】センサ装置は本来のセンサ素子の他に、ス
ーパールミナンスツェナーダイオード（ＳＬＤ）を光源
として有し、その光は光ファイバ導通カプラを介して、
配線された（モノモード）導通ファイバへセンサ素子ま
で供給される。センサから導通ファイバへ逆入力結合さ
れた光は、フォトダイオードへのカプラでカプラの第２
の入力アームに分岐される。これはそこでさらに電気処
理するために電気信号に変換するためである。
【００２０】本来のセンサ素子は光ファイバ外部ファブ
リー−ペロー・マイクロ干渉計（ＥＦＰＩ）である。音
響源によって励振されたダイヤフラムの並進運動は適切
な機構を介して、これに比例するファブリー−ペロー・
レゾネータの長さ変化に変換される。このレゾネータは
エアギャップ（数１０μｍまでの）により分離された２
つの扁平な、モノモードグラスファイバの端面からな
る。この端面は約４％の反射率を有し、精密案内部に接
着されている。十分にコヒーレンシーの高い適切な波長
の光とミラー反射率の低いことによって、ファイバ端部
とミラーとの間隔変化の際に位相ないしミラー間隔に依
存するcos２状の出力強度が干渉信号として、約１６％
のＦＰ最大反射率において理想例ではほぼ１００％の干
渉コントラストにより得られる。ミラー間隔は、通常は
干渉振幅に比較して小さな測定信号振幅がcos２特性
（二乗条件）の線形領域で移動するように調整する。屋
外使用に対して設計されたプロトタイプの、４．５ｃｍ
のケーシング直径は実質的に使用されるダイヤフラムに
よって決められる。ダイヤフラム運動を光波の位相変調
に変換し、到来する音響信号に比例する干渉信号を形成
するための本来のマイクロフォン干渉計は１ｃｍ×５ｍ
ｍの寸法を有する。
【００２１】本発明の光学的マイクロフォンの利点は次
のとおりである。
【００２２】＊本質的なＥＭＶ安全性（センサの箇所に
電気要素がない） ＊パッシブ型光学的センサによるセンサ網に電気要素が
なく、大地ループが生じない。
【００２３】＊センサ素子としてのファブリー−ペロー
・マイクロ干渉計による高感度 ＊送信／受信ユニットとセンサ素子との間隔を大きくで
きる（ｋｍ領域）。
【００２４】＊ただ１つの導通ファイバで往復光による
ノイズのない重畳 ＊複数のセンサに対してただ１つの光源を使用すること
が、光ファイバ１×Ｎ導通カプラの使用によって可能。
【００２５】＊マイクロフォン干渉計原理により、別の
適用領域に対してさらに小型化することが可能。
【００２６】以下本発明を、図面に基づき２つの実施例
で説明する。
【００２７】
【実施例】図１は、本発明の光学的マイクロフォンの第
１実施例におけるセンサユニット１７の実施形態を示
す。光学的マイクロフォンの中央センサ素子は外部ファ
ブリー−ペロー・マイクロ干渉計（ＥＦＰＩ）である。
干渉計は、ＦＣタイプ（フェースコンタクト）の光ファ
イバモノモードプラグから構成される。いわゆるＦＣプ
ラグでは、接続すべき２つのファイバ端部が研磨され、
有利には丸みを持たされている。これら端部が、グラス
−空気境界面、ひいてはこの箇所での反射が十分に抑圧
されるように当接される。
【００２８】図１の実施例では、光ファイバ線路１がモ
ノモードグラスファイバケーブルとして構成されてお
り、ＦＣプラグ２がファイバ１の端部に配置されてい
る。ＦＣプラグ２はＦＣアダプタ３にねじ込まれてい
る。アダプタは通常、２つのモノモードケーブルの接続
に使用される。モノモードグラスファイバケーブル１は
ＦＣプラグ２で、研磨され、または平坦の切断された端
面を以て終端している。ファイバ１のこの端部は精密孔
部で、グラスファイバ１を収容するセラミックコア５
（以下、フェルールと称する）に接着されている。グラ
スファイバ１の研磨された端面４は干渉計の第１の反射
器を形成する。ファブリー−ペロー・レゾネータを構成
するために必要な第２の反射器は、ファイバ１と同種の
グラスファイバ区間８の端面６として構成されており、
この端面６は光ファイバ線路１の端面４に対向してい
る。グラスファイバ区間８も同様に別のセラミックコア
または反射器フェルール７の精密孔部に接着されてい
る。
【００２９】同一線上に配置された２つのフェルール
５，７は、中空円筒状の接続要素またはばね要素９に収
容され、導かれている。ここでＦＣアダプタ３の側のフ
ェルール案内部は反射器フェルール７によって適切に拡
張されており、これにより反射器フェルール７は可動で
あり、第１の実施例ではわずかに傾けることができる。
フェルール７はレゾネータ長を安定させるために、わず
かな力でフェルール５に対して押圧されている。
【００３０】ＦＣプラグ／アダプタ結合体はファブリー
−ペロー干渉計を形成する。ＦＣアダプタ３は小さなケ
ーシング１２の底部にねじ込まれており、ケーシングの
側ではダイヤフラム１１を有するホルダが固定されてい
る。ダイヤフラムは音響信号Ｓの音圧変動を線形な機械
的運動に変換する。ダイヤフラム１１は例えば小型スピ
ーカの形式で構成されており、ここで可動のダイヤフラ
ムの中心は機械的結合部１０により、可動に保持された
反射器フェルール７と、ひいては第２の反射器と結合さ
れている。
【００３１】ダイヤフラム１１の運動軸は第１の実施例
では、ファブリー−ペロー干渉計の軸に対して垂直に配
置されている。機械的結合は角度部材１０を介して行わ
れる。角度部材は一方ではダイヤフラム１１に、他方で
は反射器フェルール７に固定されており、これにより音
響励振されたダイヤフラム並進運動をフェルールの傾き
運動に変換する。反射器として対向する２つのファイバ
端面４，６の間には空隙が発生し、その長さΔＬ（＝フ
ァブリー−ペローレゾネータの長さ）は音圧変動に相応
して変化する。
【００３２】図２に示された光学的マイクロフォンのセ
ンサユニット１７の第２の実施例では、機能的に同じ部
材には同じ参照符号が付されている。第１の実施例との
相違点は、ここではダイヤフラム１１がセンサのケーシ
ング１２内でＦＣアダプタ３に対向して組み込まれてい
ることである。ダイヤフラム１１に到来する音響信号Ｓ
によって発生した線形の機械的運動は機械的結合部１０
を介して反射器フェルール７に伝達される。ここでは機
械的結合部はロッド状に構成されている。従ってダイヤ
フラム１１の運動軸は、ファブリー−ペロー干渉計の軸
に対して同一線上に配置されており、これにより反射器
フェルール７はダイヤフラムの変位に相応して、第１の
フェルール５に対して共線的に運動する。ここで反射器
フェルール７は、両方のフェルールを取り囲む中空円筒
状の接続要素９により可動に案内されている。フェルー
ル５と７の対向する端面はエラスティックな間隔ホルダ
１３によって相互に分離して保持されており、温度安定
性のためにわずかな力で相互に押圧されている。
【００３３】図３には、反射率の小さなミラー（Ｒ＝４
％）を有するファブリー−ペロー干渉計の干渉信号が、
平均波長λ＝８２０ｎｍ、ミラー間隔Ｌ＝０〜５μｍに
対してスペクトル半値幅δλ＝２０ｎｍの光源を使用し
た場合で示されてる。縦軸には入力側光出力に正規化さ
れた出力側光出力ｉＲ＝ＩＲ/Ｉ０が示されている。干
渉信号の相対的最大振幅は、ミラー反射率が４％の場合
（グラス−空気境界面）、ｉＲ ｍａｘ＝４Ｒ＝１６％で
ある。出力信号のこの最大変調は、位相変化ΔΦ＝４π
Ｌ/４＝πにおいて、ΔＬ＝λ/４＝０．２０５μｍの反
射器表面の間隔変化に相応して、Ｌ＝０μｍであるとき
に生じる。図３には、典型的な値（Ｌ＝０〜５μｍ、Ｒ
＝４％、λ＝８２０ｎｍ、δλ＝２０ｎｍ）に対する干
渉信号が示されている。干渉コントラストは、最終的コ
ヒーレンス長Ｌｃ＝λ２/δλに基づき常に減少する。
【００３４】図４には、本発明の光学的マイクロフォン
の全体構成が概略的に示されている。光学的マイクロフ
ォンは光源１４を有する。光源１４は有利にはコヒーレ
ンシーの小さなスーパールミナンスツェナーダイオード
（ＳＬＤ）または通常の発光ダイオード（ＬＥＤ）であ
り、結合されたファイバ“ピッグテール”を有する。発
光ダイオード１４の光波は光ファイバビームスプリッタ
１５で回折され、ここからすでに説明したセンサユニッ
ト１７への光ファイバ線路１に導かれる。センサユニッ
ト１７により戻り反射され、ファブリー−ペローレゾネ
ータでの干渉によって変調された光が光ファイバビーム
スプリッタ１５を介して受信ユニット１６に供給され
る。この受信ユニットは光電変換器、例えばフォトダイ
オードＰＤ、増幅器、およびさらなる信号処理のための
装置を有する。例えば増幅器により出力されたアナログ
電気信号はアナログ／デジタル変換器ＡＤＣに供給し
て、引き続きＦＦＴスペクトル分析器により評価するこ
とができる。交通監視の領域では、これにより例えば車
両分類を特徴的スペクトルに基づいて行うことができ
る。
【００３５】以下本発明の光学的マイクロフォンの作用
を説明する。
【００３６】コヒーレンシーの小さな光が有利にはスー
パールミナンスツェナーダイオードとして構成された光
源１４から放射される。この光はビームスプリッタ１５
とモノモードグラスファイバ１を介してセンサユニット
１７に供給される。センサユニット１７では、到来した
光波がまずモノモードグラスファイバケーブル１の端面
４で反射される。光出力の大部分はレゾネータ空隙を介
して第２の反射器６に伝達される。そこで到来した光波
は反射され、音響励振された反射器フェルール７と、そ
こに保持されたグラスファイバ区間８の変位によってレ
ゾネータ空隙の間隔変化が生じ、これにより第２の反射
器で反射された光波が周期的に位相変調される。
【００３７】この位相変化δΦは、導通ファイバ１の端
部で反射された光波との重畳の後、干渉信号を発生させ
る。この干渉信号は、Ｒの小さな同じミラーで反射され
るファブリー−ペロー干渉計に対し、次式により一次近
似される。
【００３８】 （１） ｉＲ＝２Ｒ（１−μ（λ）cos（４πＬ/λ）） ここで、関数μ（λ）は光源のスペクトル幅によって影
響を受けた干渉コントラストを表し、ここでは減衰され
たハーモニックレゾネータのスペクトル関数の零に対し
て：
【００３９】
【数１】
【００４０】ｉＲは、入力側光出力に正規化された出力
側光出力ｉＲ＝ＩＲ/ｉ０である。
【００４１】機械的バイアスにより動作点は干渉縞の線
形領域で安定する。これは図３に示された関数の側部に
相応する。第１の実施例では、プラグアダプタ対称軸と
反射器フェルール軸との間の静止角は、レゾネータ空隙
の相応の静止間隔Ｌｏによって次のように調整される。
すなわち、干渉信号がほぼ直角点［ΔΦ＝４πＬ/λ≒
（２Ｎ＋１）π/２；Ｎ＝０，１，２］にあるように調
整する。この直角点は動作点として干渉信号振幅の中央
で小信号に対する感度領域を表す。微分によって（１）
からΔΦ＝π/２の時に間隔変化δＬについての感度が
得られる：
【００４２】
【数２】
【００４３】λ＝０．８２とＲ＝４％に対して、ｄｉＲ
/ｄＬ≒１．２μｍ−１が得られる。音響励振された位
相変化δΦ（および相応する間隔変化δＬ）はcos伝送
特性のため、伝送すべき音圧領域（ダイナミック領域）
にわたって、ΔΦ＝πと比較して小さくなければならな
い。上記のことから次式が得られる： δｉＲ≪４Ｒ 例えばδｉＲ＝０．１（４Ｒ）を選択すれば、（３）か
らδＬ≒２０ｎｍについて相応の波長変化が得られる。
ダイヤフラムによって運動される反射器の傾斜角は、δ
Θ＝δＬ/ａ＝８μradについてフェルール半径がａ＝
２．５ｍｍの場合、相応に５・１０−４Gradが得られ
る。式（３）は、グラスファイバ表面が付加的に反射さ
れた場合、Ｒが比較的に大きいと当てはまらない。なぜ
なら、この場合は（１）の代わりに完全なエアリー関数
をファブリー−ペロー干渉信号の特性に対して使用しな
ければならないからである。感度はこの場合、反射器Ｑ
が増大すると任意に上昇することができるが、その際に
動作点の調整がますます困難になる。
【００４４】音響励振された音圧変動に対する感度、な
いしダイナミック領域は理論推定のため（２）を別の因
数により乗算しなければならない。
【００４５】
【数３】
【００４６】式（４）の右側の第１の因数は、相対的干
渉信号（強度）変化の傾斜角感度（実施例１）を表す
（３/mrad＝１８．７５（４Ｒ）/mrad）；第２の因数は
音圧による傾斜角変化を表し、この音圧はダイヤフラム
運動を反射器フェルール傾斜に変換するための機械的構
造の変位に依存する。ｄｗａ/ｄｐａは音圧ｐａによっ
て生じたダイヤフラムの線形並進運動である。
【００４７】実施例２では、強度変化ｄｉＲ/ｄｐａの
圧力依存性が式（３）とｄＬ/ｄｐａとの乗算によって
得られる。この因数もまたエラスティックな特性と機構
の減衰によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学的マイクロフォンの第１実施例に
よるセンサユニットの部分断面図である。
【図２】本発明の光学的マイクロフォンの第２実施例に
よるセンサユニットの部分断面図である。
【図３】ファブリー−ペローレゾネータ長に依存する干
渉信号の線図である。
【図４】光源と受信ユニットを有する本発明の光学的マ
イクロフォンの概略図である。
【符号の説明】
１ 光ファイバ線路（モノモードグラスファイバケーブ
ル） ２ ＦＣプラグ ３ ＦＣアダプタ ４ 第１の研磨端面、第１の反射器 ５ 第１のセラミックコア、またはフェルール ６ 第２の研磨端面、第２の反射器 ７ 第２のセラミックコア、または反射器フェルール ８ グラスファイバ区間 ９ 接続またはばね要素 １０ 機械的結合部、角度部材、ないしロッド状要素 １１ ダイヤフラム １２ ケーシング １３ 間隔ホルダ（エラスティック） １４ 光源 １５ 光ファイバビームスプリッタ １６ 受信ユニット １７ センサユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−18300（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−229817（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−162700（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 23/00 320 G02B 26/02 H04R 1/06 320

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源（１４）と、光ファイバ線路（１）
    と、２つの反射器を備えたファブリー−ペロー干渉計と
    を備えた光学的マイクロフォンにおいて、 第１の反射器（４）として光ファイバ線路（１）の端面
    が形成されており、第２の反射器（６）は、グラスファ
    イバ区間（８）の端面であり、 該グラスファイバ区間（８）は、これと結合された別個
    のダイヤフラム（１１）により音圧励振されて変位さ
    れ、 前記第２の反射器（６）は第１の反射器（４）に対して
    傾斜して対向しており、 該第２の反射器（６）は、音圧励振により第１の反射器
    に対する傾斜角を変化する、 ことを特徴とする光学的マイクロフォン。
  2. 【請求項２】 光源（１４）と、光ファイバ線路（１）
    と、２つの反射器を備えたファブリー−ペロー干渉計と
    を備えた光学的マイクロフォンにおいて、 第１の反射器（４）として光ファイバ線路（１）の端面
    が形成されており、第２の反射器（６）は、グラスファ
    イバ区間（８）の端面であり、 該グラスファイバ区間（８）は、これと結合された別個
    のダイヤフラム（１１）により音圧励振されて変位さ
    れ、 第１の反射器（４）は第２の反射器（６）に対して平行
    に対向しており、 エラスティックな間隔ホルダ（１３）が前記反射器
    （４，６）を相互に分離し、 該エラスティックな間隔ホルダは、前記第２の反射器
    （６）の音圧励振により変形する、 ことを特徴とする光学的マイクロフォン。
  3. 【請求項３】 反射器ファイバ案内部はわずかなバイア
    ス力で線路ファイバ案内部に押圧されている、請求項１
    または２記載の光学的マイクロフォン。
  4. 【請求項４】 ２つの反射器（４，６）の間隔（レゾネ
    ータスリット）は０〜２０μｍであり、 変位に起因する、間隔の長さ変化は１００ｎｍ以下であ
    る、請求項１から３ま でのいずれか１項記載の光学的マ
    イクロフォン。
  5. 【請求項５】 反射器（４，６）の端面は研磨されてお
    り、グラス−空気境界面での反射率は約４％である、請
    求項１から４までのいずれか１項記載の光学的マイクロ
    フォン。
  6. 【請求項６】 干渉計では、反射器側（４）のファイバ
    （１）端部はフェルール（５）に収容されており、ファ
    イバ区間（８）は反射器フェルール（７）に収容されて
    おり、 前記フェルール（５，７）は中空円筒状の接続要素
    （９）によって同心に取り囲まれて案内されている、請
    求項１から５までのいずれか１項記載の光学的マイクロ
    フォン。
  7. 【請求項７】 光源（１４）は、スーパールミナンスツ
    ェナーダイオード（ＳＬＤ）または通常の発光ダイオー
    ド（ＬＥＤ）である、請求項１から６までのいずれか１
    項記載の光学的マイクロフォン。
  8. 【請求項８】 ダイヤフラム（１１）と、ファイバ区間
    （８）を保持する反射器フェルール（７）との間には、
    機械的結合部（１０）が設けられている、請求項６また
    は７記載の光学的マイクロフォン。
  9. 【請求項９】 ダイヤフラム（１１）は、その運動軸が
    ファブリー−ペロー干渉計の軸に対して垂直であるよう
    に配置されており、 機械的結合部は角度部材（１０）として構成されてお
    り、 接続要素（９）により反射器フェルール（７）のエラス
    ティックな傾斜が可能である、請求項８記載の光学的マ
    イクロフォン。
  10. 【請求項１０】 ダイヤフラム（１１）は、その運動軸
    がファブリー−ペロー干渉計の軸に対して同一線上にな
    るように配置されており、 機械的結合部は、反射器フェルール（７）の延長部にロ
    ッド状に構成されており、 ２つのフェルール（５，７）間のレゾネータスリットに
    は、エラスティックな間隔ホルダ（１３）が配置されて
    いる、請求項８記載の光学的マイクロフォン。
  11. 【請求項１１】 間隔ホルダ（１３）は、１０〜２０μ
    ｍの厚さを有する、請求項１０記載の光学的マイクロフ
    ォン。
  12. 【請求項１２】 間隔ホルダ（１３）は、設けられた接
    着点により形成される、請求項１１記載の光学的マイク
    ロフォン。
  13. 【請求項１３】 第１および／または第２の反射器
    （４，６）のファイバ端部はファイバ軸に対して、垂直
    反射器の場合有利には８０゜から９０゜の間の角度で研
    磨されている、請求項１から１２までのいずれか１項記
    載の光学的マイクロフォン。
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2360900B (en) * 2000-03-30 2004-01-28 Roke Manor Research Apparatus and method for reducing noise
US6349791B1 (en) * 2000-04-03 2002-02-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Submarine bow dome acoustic sensor assembly
IL138460A0 (en) * 2000-09-14 2001-10-31 Phone Or Ltd Directional optical microphones
CA2324572A1 (en) * 2000-10-26 2002-04-26 Gerry M. Kane Digital vibration transducer
JP3951613B2 (ja) * 2001-02-09 2007-08-01 株式会社ケンウッド マイクロホン
WO2002103935A1 (en) * 2001-06-15 2002-12-27 Al-Chalabi Salah A Optical communication device and system
US6917309B2 (en) * 2002-10-28 2005-07-12 Integritech System Engineering Ltd. Foreign object detection system and method
US7394547B2 (en) * 2003-11-06 2008-07-01 Fortebio, Inc. Fiber-optic assay apparatus based on phase-shift interferometry
US7319525B2 (en) * 2003-11-06 2008-01-15 Fortebio, Inc. Fiber-optic assay apparatus based on phase-shift interferometry
US7217913B2 (en) * 2003-12-18 2007-05-15 Micron Technology, Inc. Method and system for wavelength-dependent imaging and detection using a hybrid filter
JP4296122B2 (ja) * 2004-04-27 2009-07-15 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ データ配信装置およびデータ配信方法
SE528004C2 (sv) * 2004-12-17 2006-08-01 Totalfoersvarets Forskningsins Anordning för optisk fjärravlyssning samt system innefattande sådan anordning
US7511823B2 (en) * 2004-12-21 2009-03-31 Halliburton Energy Services, Inc. Fiber optic sensor
US7445887B2 (en) * 2005-01-07 2008-11-04 Fortebio, Inc. Enzyme activity measurements using bio-layer interferometry
US7580533B2 (en) * 2005-02-16 2009-08-25 Schwartz David M Particulate flow detection microphone
US20100261288A1 (en) 2005-06-13 2010-10-14 Fortebio, Inc. Tip tray assembly for optical sensors
WO2008100266A2 (en) * 2006-05-19 2008-08-21 New Jersey Institute Of Technology Mems fiber optic microphone
US20080075404A1 (en) * 2006-05-19 2008-03-27 New Jersey Institute Of Technology Aligned embossed diaphragm based fiber optic sensor
US7561277B2 (en) * 2006-05-19 2009-07-14 New Jersey Institute Of Technology MEMS fiber optic microphone
AT505021B1 (de) * 2006-06-27 2008-10-15 Nxp Semiconductors Austria Gmb Membranloses mikrophon mit hilfe von lichtinterferenz
US20100093106A1 (en) * 2006-09-14 2010-04-15 Fortebio, Inc. Amine-Reactive Biosensor
WO2009008010A2 (en) * 2007-07-12 2009-01-15 Defence Research And Development Organisation Method and apparatus for the simultaneous generation and detection of optical diffraction interference pattern on a detector
EP2338287B1 (en) 2008-09-12 2013-07-03 Knowles Electronics Asia PTE. Ltd. Transducer system
US8558994B2 (en) * 2010-01-12 2013-10-15 Baker Hughes Incorporated EFPI sensor
US8793102B2 (en) * 2010-01-12 2014-07-29 Baker Hughes Incorporated Multi-gap interferometric sensors
US9135830B2 (en) 2010-02-18 2015-09-15 Xsight Systems Ltd. Airport travel surface edge lighting and foreign object detection system and method
US20110236911A1 (en) * 2010-03-18 2011-09-29 Fortebio, Inc. Precipitating Substrate for Bio-Layer Interferometry
CN103392136B (zh) * 2010-12-02 2018-02-02 Ofs飞泰尔公司 Dfb光纤激光弯曲传感器和光外差麦克风
US20120321322A1 (en) * 2011-06-16 2012-12-20 Honeywell International Inc. Optical microphone
US8594507B2 (en) * 2011-06-16 2013-11-26 Honeywell International Inc. Method and apparatus for measuring gas concentrations
CN105704630B (zh) * 2015-12-28 2018-04-24 盐城师范学院 光纤低频传声器
US9906870B2 (en) 2016-02-15 2018-02-27 Aalap Rajendra SHAH Apparatuses and methods for sound recording, manipulation, distribution and pressure wave creation through energy transfer between photons and media particles
IL253799B (en) 2017-08-02 2018-06-28 Igal Igor Zlochin Retroreflective interferometer
EP3557211A1 (en) 2018-04-16 2019-10-23 ams International AG Photonic device, method for operating a photonic device and method for manufacturing a photonic device
EP3628990B1 (en) 2018-09-26 2021-08-25 ams International AG Integrated optical transducer and method for detecting dynamic pressure changes
EP3742757B1 (en) 2019-05-22 2022-12-28 ams International AG Optical transducer and method for measuring displacement
CN112444503B (zh) * 2020-11-19 2021-09-24 哈尔滨理工大学 一种监测铜离子/细菌双参量光纤传感装置及实现方法
CN112444502B (zh) * 2020-11-19 2021-09-24 哈尔滨理工大学 一种监测铅离子/细菌双参量光纤传感装置及实现方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2050890A5 (ja) * 1969-06-27 1971-04-02 Bernard Patrice
US4344172A (en) * 1979-03-02 1982-08-10 Gerhard Busse System for measuring the radiation power of power-modulated transmitters, in particular of lasers
US4268116A (en) * 1979-10-26 1981-05-19 Optelecom Incorporated Method and apparatus for radiant energy modulation in optical fibers
US4412105A (en) * 1982-03-08 1983-10-25 Muscatell Ralph P Laser microphone
US4479265A (en) * 1982-11-26 1984-10-23 Muscatell Ralph P Laser microphone
JPS6118300A (ja) * 1984-07-04 1986-01-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光学的マイクロホン
US5073004A (en) * 1990-05-18 1991-12-17 At&T Bell Laboratories Tunable optical filter
US5262884A (en) * 1991-10-09 1993-11-16 Micro-Optics Technologies, Inc. Optical microphone with vibrating optical element

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Publication number Publication date
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