(57)【要約】チャンバを規定し、かつ、開口を有するハウジングと、一対の光導波路であって、そのそれぞれが、入力端部および出力端部を有し、第１の導波路の入力端部が、光源に光学的に結合され、第２の導波路の出力端部が、光強度検出器に光学的に結合された、一対の光導波路と、開口全体に広がる２つの表面を有し、ハウジング内部に密閉されたチャンバを形成する膜と、お互いに近接して固定して配置された第２の光導波路の入力端部と第１の光導波路の出力端部とを含むヘッドと、を含むマイクロホン／センサを提供する。このマイクロホン／センサは、膜の２つの表面上における圧力を等しくするための圧力等化手段をさらに含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバを規定し、かつ、開口を有するハウジングと、
少なくとも１つの一対の光導波路であって、そのそれぞれが、入力端部および出力端部を有し、第１の導波路の入力端部が、光源に光学的に結合され、第２の導波路の出力端部が、光強度検出器に光学的に結合された、少なくとも１つの一対の光導波路と、
前記開口全体に広がる２つの背中合わせの表面を有し、前記ハウジング内部にシールされたチャンバを形成する膜と、
少なくともお互いに近接してしっかりと固定して配置された前記第２の光導波路の入力端部と前記第１の光導波路の出力端部とを含むヘッドであって、前記第１の導波路の出力端部および前記第２の導波路の入力端部のそれぞれが、光軸および出力面を有し、前記出力面が、前記光軸に対して角度θで切断され、前記光軸は、それらがお互いに角度αをなし、動作中には、前記第１の導波路の出力端部から出射する光が、入射角βで前記膜の表面に突き当たり、ここで、β＝ｆ（α，θ）である、ヘッドと、
を備えたマイクロホン／センサであって、
前記マイクロホン／センサが、前記膜の２つの表面上における圧力を等しくするための圧力等化手段をさらに含むことを特徴とするマイクロホン／センサ。
【請求項２】
前記膜が、前記開口全体に張られた請求項１に記載のマイクロホン／センサ。
【請求項３】
前記膜が、前記出力面から所定の間隔だけ離れた状態で、前記ハウジングの内部に取り付けられた請求項１に記載のマイクロホン／センサ。
【請求項４】
前記膜が、その膜が取り付けられたリングを用いて、前記ハウジングの内部に取り付けられた請求項１に記載のマイクロホン／センサ。
【請求項５】
前記圧力等化手段が、前記チャンバを大気と接続するアパーチャーである請求項１に記載のマイクロホン／センサ。
【請求項６】
前記アパーチャーが、毛細管のような管の形態を有する請求項５に記載のマイクロホン／センサ。
【請求項７】
前記毛細管のような管の直径および長さが、大気圧の予想変動に基づいて決定される請求項６に記載のマイクロホン／センサ。
【請求項８】
前記アパーチャーが、前記ヘッドに近接するハウジングの外面に沿って延びる請求項５に記載のマイクロホン／センサ。
【請求項９】
前記アパーチャーが、毛細管のような管の形態を有する請求項８に記載のマイクロホン／センサ。
【請求項１０】
前記ヘッドが、前記チャンバから前記膜の一方の表面へ通じる１つかまたはそれ以上の孔を備えた請求項１に記載のマイクロホン／センサ。
【請求項１１】
前記ハウジングが、前記膜を覆うアパーチャー付きカバー部分を含む請求項１に記載のマイクロホン／センサ。
【請求項１２】
前記カバーのアパーチャーが、管を取り付けられ、あるいは、管によって構成される請求項１１に記載のマイクロホン／センサ。
【請求項１３】
前記膜の上方に所定の間隔だけ離れた状態で配置された音響フィルタをさらに備えた請求項１に記載のマイクロホン／センサ。
【請求項１４】
前記光強度検出器に接続された前置増幅器をさらに備えた請求項１に記載のマイクロホン／センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、光マイクロホン／センサに関する。より詳細には、本発明は、米国特許第５，７７７，０９１号および米国特許出願第０９／０３７，１３７号に記載の、可聴音領域、超音波領域、および、超低周波音領域における音を感知し、かつ、媒体までの距離および／または媒体の物理的特性を測定するための光ファイバーおよびソリッド体導波路マイクロホン／センサに関し、それらの公知技術の開示内容は、この明細書に援用される。
【０００２】
（背景技術）
米国特許第５，７７７，０９１号および米国特許出願第０９／０３７，１３７号の示唆によれば、光センサは、測定に使用される光を発生する光源を備える。一方の光ファイバーまたは導波路が、この光をセンサの光ヘッドへ伝送し、その光が、測定媒体から反射された後、他方の光ファイバーまたは導波路を通って光強度測定手段に到達し、その光強度測定手段が、戻ってきた光の強度を測定する。
【０００３】
マイクロホン／センサ、とりわけ、ここで問題にしているような種類のマイクロホン／センサは、大気圧の変動にきわめて敏感である。そのような変動は、マイクロホン／センサの感度および精度に影響を及ぼす。
【０００４】
（発明の開示）
したがって、本発明の大きな目的は、良く知られているような種類の光マイクロホン／センサの欠点を克服し、大気圧の変動に影響されにくいマイクロホン／センサを提供することである。
【０００５】
本発明のさらなる目的は、金属でない部品からなる光マイクロホン／センサを提供し、そのマイクロホン／センサを電磁界から影響されないものにすることである。
【０００６】
したがって、本発明によれば、チャンバを規定し、かつ、開口を有するハウジングと、少なくとも１つの一対の光導波路であって、そのそれぞれが、入力端部および出力端部を有し、第１の導波路の入力端部が、光源に光学的に結合され、第２の導波路の出力端部が、光強度検出器に光学的に結合された、少なくとも１つの一対の光導波路と、前記開口全体に広がる２つの背中合わせの表面を有し、前記ハウジング内部に密閉されたチャンバを形成する膜と、少なくともお互いに近接してしっかりと固定して配置された前記第２の光導波路の入力端部と前記第１の光導波路の出力端部とを含むヘッドであって、前記第１の導波路の出力端部および前記第２の導波路の入力端部のそれぞれが、光軸および出力面を有し、前記出力面が、前記光軸に対して角度θで切断され、前記光軸は、それらがお互いに角度αをなし、動作中には、前記第１の導波路の出力端部から出射する光が、入射角βで前記膜の表面に突き当たり、ここで、β＝ｆ（α，θ）である、ヘッドと、を備えたマイクロホン／センサが提供され、前記マイクロホン／センサが、前記膜の２つの表面上における圧力を等しくするための圧力等化手段をさらに含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明をより良く理解できるように、以下、説明のための図面を参照して、いくつかの好ましい実施形態に関連して本発明を説明する。
【０００８】
ここで、図面を具体的に詳しく参照するにあたって、それらの図面は、ただ単に、例として示されたものであり、また、本発明の好ましい実施形態を例として説明するためのものであることに注意されたい。また、それらの図面は、本発明の原理および概念的構成に関する説明を容易に理解するのにもっとも役立つと考えられるものを提供するためのものである。この点に関して、本発明の詳細な構造については、本発明を基本的に理解するのに必要なことしか図示していない。また、図面に関する説明は、本発明のいくつかの形態をどのようにしたら実際に実施できるかをこの分野に精通する者に明らかにするものである。
【０００９】
（発明の実施の形態）
図１には、本発明による非金属材料からなるマイクロホン／センサ２が示され、ハウジング４と、ハウジングの内面に沿って延びる一対の光ファイバー６および８とを備え、それぞれのファイバーは、入力端および出力端を有する。ファイバー６の入力端１０は、光源１２から光を受け取るように接続される。ファイバー８の出力端１４は、光検出器１６に接続される。光源１２は、なんらかの適切な電源１８から電力を受け取り、そして、光検出器１６の出力は、前置増幅器２０に接続される。ファイバー６の出力端部２２とファイバー８の入力端部２４とのリムは、米国特許第５，７７１，０９１号に示唆されるように、所定の角度で切断され、それらがお互いに所定の角度をなすように配置される。端部２２および２４は、１つかまたはそれ以上の貫通孔２７を有する凝固材料２６の中に埋め込まれるか、さもなければ、ハウジング４内部にしっかりと保持され、それによって、マイクロホン／センサ・ヘッドを構成する。
【００１０】
マイクロホン／センサ２は、さらに、ハウジング開口３０全体に張られた膜２８を含む。より好ましくは、音響フィルタ３２が、膜２８の上方に配置され、機械的損傷から膜を保護する。毛細管のような管３４が、好都合には、ハウジング２の底部において、ファイバー６および８に隣接して、そのハウジング２の壁を貫通する。管３４の長さおよび直径は、大気圧のきわめて小さな変動、例えば、０．０１Ｈｚ以下の周波数変動をもたらすような大気圧の変動しかハウジング４内部の圧力に影響を与えないように選択される。すなわち、管３４の役割は、マイクロホン／センサ２のハウジング内部の圧力を、マイクロホン／センサを取り巻く大気圧と実質的に等しくすることであり、それによって、膜の２つの表面上において、釣り合いのとれない圧力が形成されるのを防止する。これに関連して、膜２８は、そのマイクロホン／センサのために予め定められた動作周波数領域に基づいて選択されることに注意されたい。可聴音または音波に感応する膜は、約２０Ｈｚから２０ＫＨｚまでの領域で動作する。超低周波音周波数に使用されるマイクロホン／センサの膜は、約０．０１Ｈｚから５００Ｈｚまでの間にある周波数で動作することを意図したものであり、超音波周波数の場合には、約２０ＫＨｚから５００ＫＨｚまでの周波数で動作することを意図したものである。
【００１１】
図２は、図１に示されるマイクロホン／センサ２をわずかに変更したものを示し、この変形においては、膜３８は、材料２６の上方に配置されたリング４０に取り付けられている。ハウジング４は、環状の壁部分４２によって、開口３０を部分的に塞いでおり、保護カバーの役割をなす。オプションとして、音響フィルタ３２は、壁部分４２上に取り付けられる。圧力等化管４４が、ハウジング４の上部外周に沿って延び、材料２６の下方にあるハウジング４内部のチャンバ４６から膜３８の上方にあるチャンバ４８へ通じている。
【００１２】
ここで、図３を参照すると、図２に示されるものと同じ構造のマイクロホン／センサ２が示されており、壁部分４２の開口３０内に取り付けられた小さな管５０が付加されている。
【００１３】
図４は、音波進入開口５２が保護壁部分４２の外壁部分に配置されていることを除けば、図２に示されるものに類似した構造のマイクロホン／センサを示している。１つだけでなくそれよりも多い開口が、提供されてもよい。
【００１４】
図４の実施形態を改善したものが、図５に示されており、その図５においては、外壁に作られた開口５２に取り付けられた小さな管５０が、示されている。そのような管による音響受信は、管がない場合よりも効果的である。
【００１５】
図６には、図２に示されるものに類似した光センサ／マイクロホンの実施形態が示される。しかしながら、光ファイバー６および８の代わりに、光導波路は、ソリッド体５４によって構成される。ソリッド体５４は、不透明な隔壁６０によって分離された光ガイド５６および５８からなる。より好ましくは、光源６２および検出器６４は、ソリッド体５４の中に埋め込まれる。電気的な端子６６および６８は、それぞれ、光源６２および検出器６４へ通じている。ソリッド体５４は、なんらかの適切な材料７０によってハウジング４の内部に取り付けられてもよい。
【００１６】
本発明が、上述した実施形態の詳細な説明に限定されないこと、および、本発明の精神および本質的な特性から逸脱することなく、その他の特定の形態で実施できることは、この分野に精通する者には明らかなことである。したがって、上述の実施形態は、すべての点において、説明のためのものであり、限定するものではないと考えるべきであり、本発明の範囲は、上述した説明によってではなく、請求の範囲によって規定され、ゆえに、請求の範囲に記載されるものと同等の趣旨および範囲を有するあらゆる変更はそれに含まれる。
【００１７】
［図面の簡単な説明］
［図１］
本発明の一実施形態による光ファイバーマイクロホン／センサの断面図である。
［図２］〜［図５］
本発明による光ファイバーマイクロホン／センサのさらなる様々な実施形態の断面図である。
［図６］
ソリッド体導波路に基づいた実施形態の断面図である。
【国際公開パンフレット】
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2004502364.tif 000004
2004502364.tif 000005
2004502364.tif 000006
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2004502364.tif 000009
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2004502364.tif 000013
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004502364.tif 000015
【国際調査報告】
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