JPH01162104A - 光ファイバセンサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光送受信部と光センサヘッド部との間におい
て光を伝送するために光ファイバを用いる形式の光ファ
イバセンサ装置に関するものである。

従来技術 参照光および計測光を発生させるための光源と作用変化
を計測するためにそれら参照光および計測光を受ける受
光部とを有する光送受信部と、外部条件に関連して前記
計測光の伝送パラメータを変化させる光センサヘッド部
と、前記光送受信部と該光センサヘッド部との間で前記
参照光および計測光を伝送する光ファイバとを備えた形
式の光ファイバセンサ装置が知られている。

たとえば、光ホモダイン方式では、第１１図に示すよう
に、光源１２０から出力したｙ方向の偏光１２２は、ｙ
方向の偏光を通過させるがＸ方向の偏光を反射させる偏
光ビームスプリッタ１２４を通過させられた後、レンズ
１２６により伝送用の定偏波光ファイバ１２８の端面に
集光させられる。この定偏波光フアイバ１２８内では、
偏波面が互いに直交する２つの伝送モードＨＥ＋＋”　
、ＨＥ１１’のうちの一方のモード、たとえばＨＥＩＩ
Ｘモードにて光センサヘッド部まで伝送される。この光
センサヘッド部は音圧の変化によって伝送光を位相変調
させる受圧用の定偏波光ファイバ１３２にて構成されて
おり、この受圧用の定偏波光ファイバ１３２は伝送用の
定偏波光ファイバ１２８と光軸まわりに４５度回転した
状態にて接続されている。これにより、定偏波光フアイ
バ１２８内を１つの伝送モードにて伝送された往路の光
が受圧用の定偏波光フアイバ１３２内において２つの伝
送モードにて伝送されるとともに、受圧用の定偏波光フ
ァイバ１３２の端面の反射膜１３４により反射された２
つの伝送モードの光が前記２つのモードにて伝送用の定
偏波光ファイバ１２８の２つのモードにそれぞれ分配さ
れて、受圧用の定偏波光フアイバ１３２内を伝播した２
つの伝送モードの光が合波され相互に干渉させられる。

この場合には、定偏波光ファイバ１２８は偏光子の機能
を備えている。この干渉光は、ＨＥ１１”モード光とＨ
Ｅ、、、’モード光とのいずれからでも取り出され得る
が、第１１図では偏光ビームスプリンタ１２４によりＨ
Ｅｌ、’モード光が取り出され、それが検出器１３６に
より電気信号に変換されて出力されるようになっている
。この電気信号が、受圧用の定偏波光ファイバ１３２に
おいて音圧に対応して計測光が受けた伝送パラメータ、
たとえば位相の変化を表すものである。

しかし、上記のような光ホモダイン方式の光ファイバセ
ンサにおいては、最大の検出感度を得るために位相の自
動調整をする必要がある。このため、たとえば第１１図
の例では、受圧用の定偏波光ファイバ１３２に機械的外
力を加えてＨＥ、、”モード光とＨＥ、、Ｆモード光と
の間にπ／２の位相差を自動的に発生させる必要があっ
た。それ故、光センサヘッド部の定偏波光ファイバ１３
２に機械的な外力を加えるための電歪素子を設けると、
光センサヘッド部が大型となり、しかも光センサヘッド
部へ給電しなければならない欠点があった。

また、光源の波長制御によりπ／２の位相差゛を自動的
に発生させる方式もあるが、技術的には比較的困難であ
る。

一方、光ヘテロダイン方式の光ファイバセンサにおいて
は、たとえば第１２図に示されるように、Ｈｅ−Ｎｅ横
ゼーマン・レーザなどの光源１４０から出力された、偏
波面が互いに直交し且つ周波数が僅かに異なる２種類の
偏光、たとえば周波数ｆ２の参照ビームおよび周波数ｆ
、の計測ビームは、定偏波光ファイバ１４２により導か
れ、一部がビームスプリッタ１４４を透過させられるが
、他の一部がビームスプリッタ１４４により反射され且
つ偏光板１４６および受光ファイバ１４８を介して光セ
ンサ１５０により検出されるようになっている。この先
センサ１５０においては、参照光ビー）　（ｒｔ　　ｆ
＋　）が検出される。上記ビームスプリッタ１４４を透
過させられた２種類の偏光は、偏光ビームスプリンタ１
５２において一方の偏光ｆ２が反射されて１７４波長板
１５４を通った後、ミラー１５６により反射されて再び
１／４波長板１５４を通過させられることにより偏波面
が回転させられるので偏光ビームスプリンタ１５２を通
過し、且つ偏光板１５７および受光ファイバ１６４を通
過して光センサ１５Ｂに検出される。ビームスプリンタ
１４４を通過した光のうちの他方の光ｆ、は、そのまま
偏光ビームスプリッタ１５２および１／４波長板１６０
を通過して被測定物１６２に反射させられ、再び１７４
波長板１６０を通過させられることにより偏波面が回転
させられて偏光ビームスプリッタ１５２により反射され
、偏光板１５７および受光ファイバ１６４を通過して光
センサ１５８に検出される。この光は被測定物１６２の
変位により周波数がｆ、±Δｆ、にシフトさせられてい
る。これにより、光センサ１５８では、被測定物１６２
を経ない光と被測定物１６２により反射された光との２
種類の光が入射されるので、周波数がｆ、−ｆ、±Δｆ
１である計測光のビートが検出される。位相差検出回路
１６６では、光センサ１５０および１５８により検出さ
れた参照光ビートと計測光ビートとの位相差Δｆ、が検
出され、この位相差Δｆ、に基づいて計測光に含まれる
情報、すなわち被測定物１６２の変位が求められる。

しかし、上記のような光ヘテロゲイン方式の光ファイバ
センサでは、光ホモダイン方式のように位相の自動調節
を必要としないが、光センサヘッド部において合成した
参照光ビートと計測光ビートとを光受信部まで伝送する
ために２本の受光ファイバ１４８および１６４が必要と
なる欠点があった。

発明が解決すべき問題点 上記のような光ファイバセンサに対し、光送受信部と光
センサヘッド部とを、偏波面が互いに直交する２伝送モ
ードにて光を伝送する１本の定偏波光ファイバにて連結
し、且つ光送受信部において参照光と計測光とを干渉さ
せることにより、計測光の伝送パラメータの変化を高い
精度にて検出し、もって小型且つ安価な光ファイバセン
サ装置を提供することが考えられる。しかしながら、そ
のような光ファイバセンサ装置では、伝送用の定偏波光
フアイバ内においてモード間の漏れ、すなわちクロスト
ークによる迷光が発生するため、伝送距離が長くなると
Ｓ／Ｎ比が低下する。たとえば、現在市販されている定
偏波光ファイバでは３０ｄＢ／１００＋＋＋程度である
ため、往復１１伝送させた場合には入射光エネルギの一
２０ｄＢＯ迷光が発生し、光の振幅が一１０ｄＢとなる
ので、光を干渉させて信号を取り出す場合にはＳ／Ｎ比
が１０ｄＢ低下することになる。

斯る目的を達成するため、本発明の要旨とするところは
、（ａ）光を伝送するための一対の伝送用の光ファイバ
と、（ｂ）参照光および計測光を前記光ファイバの一方
および他方へ出力し、それら参照光および計測光を前記
一対の光ファイバを通して伝送させるとともに、それら
一対の光ファイバを通して戻された参照光および計測光
を受け、参照光および計測光に基づいてその計測光の伝
送パラメータの変化を検出する光送受信部と、（Ｃ）前
記一対の光ファイバにより伝送された参照光および計測
光を導き且つそれら一対の光ファイバへ戻すとともに、
外部条件に関連して少なくともその計測光の伝送パラメ
ータを変化させる光センサヘッド部と、（ｄ）その光セ
ンサヘッド部から前記光送受信部へ戻される参照光およ
び計測光を、往路とは反対側の光ファイバにて伝送され
るように配分する配分手段とを、含むことにある。

作用および発明の効果 このようにすれば、参照光および計測光が、光送受信部
と光センサヘッド部との間において、往路と復路とでは
互いに異なる光ファイバにてそれぞれ伝送されるので、
一方の光が他方へ漏れず、クロストークによる迷光に起
因してＳ／Ｎ比が低下することが解消される。このため
、伝送距離が長くなっても光センサヘッド部において付
与された伝送パラメータの変化が高い精度にて検出され
る。

ここで、前記一対の光ファイバは、互いに偏波面が直交
する２伝送モードにて偏波面を保存しつつ光を伝送させ
る定偏波光ファイバ、その２伝送モードの一方の損失を
積極的に大きくすることにより単一の偏波面にて光を伝
送させる形式の単一偏光シングルモード光ファイバなど
が、好適に用いられる。また、外部環境の安定している
状況下では、通常のシングルモード光ファイバも適用可
能である。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は光ホモダイン方式に適用された実施例を示して
いる。

図において、Ｈｅ−Ｎｅレーザなどのレーザ光源１０か
ら発射された単色のレーザ光は、光軸まわりに４５゛回
転させて配置された偏光ビームスプリッタ１２、ファラ
デー回転子１４、偏光ビームスプリッタ１６、無偏光ビ
ームスプリフタ１８、λ／４波長板２０を通過した後、
偏光ビームスプリッタ２２により分岐され、偏光ビーム
スプリンタ２４を透過した一方の直線偏光が集光レンズ
２６により一方の定偏波光ファイバ２８の端面に入射さ
せられるが、偏光ビームスプリッタ３０を透過した他方
の直線偏光が集光レンズ３２により他方の定偏波光ファ
イバ３４の端面に入射させられる。上記偏光ビームスプ
リッタ１２、ファラデー回転子１４、および偏光ビーム
スプリッタ１６は、光アイソレータとして機能するもの
であり、反射光をレーザ光源１０へ入射させないように
する。

また、偏光ビームスプリッタ１６は反射光に含まれる信
号成分を取り出す機能をも備えており、偏光ビームスプ
リンタ１６により取り出された光は、集光レンズ３６に
より第１光センサ３８に入射させられる。また、無偏光
ビームスプリンタ１８は、分岐比が偏光成分に依存しな
いで反射光の一部を取り出すものであり、その無偏光ビ
ームスプリッタ１８により取り出された光は、光軸まわ
りに４５゛回転して配置された信号成分取り出し用の偏
光ビームスプリンタ４０を透過させられて信号成分だけ
とされるとともに、集光レンズ４２により第２光センサ
４４に入射させられる。さらに、上記λ／４波長板２０
は、直線偏光を円偏光に変換するものである。本実施例
では、以上の光学素子および光センサが、光送受信部１
００を構成している。定偏波光ファイバ２８および３４
の一端は、この光送受信部１００の図示しないハウジン
グに固定されている。

上記定偏波光ファイバ２８および３４は、第２図に示す
ように、コア４６とこのコア４６を挟む一対の応力付与
部４日と、それらを覆うクラッド５０とから構成されて
おり、たとえば互いに直交する偏波面にて光を伝送する
ＨＥ、、”モードおよびＨＥ　ＩＩ’モードの２伝送モ
ードにて偏波面を保存しつつ偏光を伝送する。しかし、
本実施例では、前述のように定偏波光ファイバ２８およ
び３４には２つある伝送モードの一方に直線偏光がそれ
ぞれ入射させられるので、定偏波光ファイバ２８ではた
とえばＨＥＩＩｘモードにて、定偏波光ファイバ３４で
はたとえば１（Ｅ、、’モードにて光が伝送され、２つ
ある伝送モードの片方を使用する。このため、定偏波光
ファイバ２８および３４に替えて、定偏波光ファイバの
２伝送モードの一方の損失を積極的に大きくすることに
より単一の偏波面にて光を伝送させる形式の単一偏光シ
ングルモード光ファイバや、外部環境が安定している状
況下であれば通常のシングルモード光ファイバなどを用
いることができる。

上記定偏波光ファイバ２８および３４の他端部は光セン
サヘッド部１０２の図示しない機枠に固定されている。

定偏波光ファイバ２８により伝送され且つその他端部か
ら放射された計測光は、集光レンズ５２を通って平行光
とされるとともに偏光ビームスプリッタ５４を通過させ
られる。この偏光ビームスプリッタ５４は、定偏波光フ
ァイバ２８により伝送された計測光と同じ偏波面の直線
偏光のみを通過させるものである。同様に、定偏波光フ
ァイバ３４により伝送され且つその他端部から放射され
た参照先は、集光レンズ５６を通って平行光とされると
ともに偏光ビームスプリッタ５８を反射された後、偏光
ビームスプリッタ５４に反射されることにより計測光と
合成される。偏光ビームスブリック５８は、定偏波光フ
ァイバ３４により伝送された参照光と同じ偏波面の直線
偏光のみを反射させるものである。

このようにして合成された計測光および参照光はλ／２
波長板５９によりそれぞれ偏波面が４５″回転させられ
、さらに４５゛回転のファラデー回転子６０によりそれ
ぞれの偏波面が４５゛回転させられた後、偏光ビームス
プリッタ６２により分離される。この偏光ビームスプリ
ッタ６２により反射された参照光がミラー６４により方
向変換されることにより、偏光ビームスプリッタ６２を
通過する計測光と互いに平行とされ、被測定物６６上に
取り付けられた一対の第１コーナキューブプリズム６８
および第２コーナキユーブプリズム７０へ向かって投射
される。本実施例では、上記偏光ビームスプリッタ６２
およびミラー６４などが光センサヘッド部１０２に対応
する。ここで、本実施例では、定偏波光ファイバ２８に
おいてＨＥ１１’モードにて伝送された計測光の偏波面
には図において１ｂを付し、定偏波光ファイバ３４にお
いてＨＥ　１１Ｘモードにて伝送された参照先の偏波面
には１ａを付す。

以下、本実施例の作動をさらに詳しく説明する。

第２図に示すように、レーザ光源１０から発射されたレ
ーザ光のうちの一部は偏光ビームスプリッタ１２により
外部へ放射されるが、それと直角な偏波面を備えた直線
偏光は偏光ビームスプリンタ１２を通過させられる。第
２図における破線の矢印はその直線偏光の偏波面を示し
ている。この直線偏光は、ファラデー回転子１４により
偏波面が右廻りに４５°回転させられた後、偏光ビーム
スプリッタ１６および無偏光ビームスプリッタ１８を通
過させられるとともに、λ／４波長板２０により円偏光
に変換される。この円偏光は、位相が９０°ずれた直交
直線偏光の組と等価であるため、偏光ビームスプリッタ
２２において互いに偏波面が直交する直線偏光に位相差
９０”にて分離され、定偏波光ファイバ２８および３４
においてＨＥＩＩｘモードおよびＨＥＩＩＦモードの一
方および他方にてそれぞれ伝送される。このようにして
分離されたのが前記計測光および参照光である。

なお、上記無偏光ビームスプリッタ１８により外部へ出
された光はレーザ光源１０の出力光のモニタとして利用
される。

第３図に詳しく示すように、定偏波光ファイバ２８およ
び３４から出た計測光および参照光は、集光レンズ５２
および５６により平行光とされた後、偏光ビームスプリ
ッタ５４において合波されるとともに、λ／２波長板５
９により左まわりに４５°回転させられ、さらにファラ
デー回転子６０により右まわりに４５°回転させられ且
つ偏光ビームスプリンタ６２により分離されることによ
り、互いに平行を成して第１コーナキユーブプリズム６
８および第２コーナキユーブプリズム７０へ向かって投
光される。

第１コーナキユーブプリズム６８および第２コーナキユ
ーブプリズム７０からそれぞれ反射された参照光および
計測光は、往路と同様の光路にて伝送されるが、反射に
より偏波面が１８０°反転させられているため、ファラ
デー回転子６０の通過により左まわりに４５°回転させ
られるとともにλ／２波長板５９により左まわりに４５
°回転させられた後には、第４図に詳しく示すように、
往路に比較して偏波面が更に９０°回転させられる。こ
のため、反射光（参照光および計測光）の偏波面が往路
とは９０”回転させられるので、偏光ビームスプリッタ
５４により往路とは反対の光路へ分岐されて、往路と反
対側の定偏波光ファイバ２８および３４によって光送受
信部１００側へ伝送される。したがって、本実施例では
、上記ファラデー回転子６０および偏光ビームスプリッ
タ５４などが、光センサヘッド部１０２から光送受信部
１００へ戻される参照光および計測光を、往路とは反対
側の光ファイバにて伝送されるように配分する配分手段
として機能する。

定偏波光ファイバ２８および３４から出た反射光は、第
５図に示すように、集光レンズ２６および３２により平
行光とされた後、λ／４波長板２０により右回転円偏光
および左回転円偏光に変換されるが、参照光１ａおよび
計測光１ｂの振幅が等しいので、左右円偏光による干渉
にて、直線偏光となり、その偏光面の向きは参照光１ａ
および計測光ｉｂの位相差により決定される。たとえば
、参照光１ａおよび計測光１ｂの位相差が２π変化する
と、直線偏光は１回転する。このような直線偏光は、無
偏光ビームスプリッタ１８により２分され、方位が互い
に４５°ずれた２つの偏光ビームスプリッタ１６および
４０を通して第１光センサ３８および第２光センサ４４
によりそれぞれ検出される。

位相差検出回路７６は、上記第１光センサ３８および第
２光センサ４４から出力される信号の位相差を検出する
。この位相差は、光センサヘッド部１０２から投射され
る参照光と計測光との光路長差に関連するので、計測光
に付与された作用変化が参照光との比較において検出さ
れる。すなわち、第１コーナキユーブプリズム６８およ
び第２コーナキユーブプリズム７０の入射光或いは反射
光の光軸を含む平面内において被測定物６６が回転すれ
ば、上記位相差によってその被測定物６６の回転角が高
い精度で検出されるのである。

ここで、本実施例の偏光ビームスプリンタ２２．２４．
３０，５４．５８は、計測光および参照光の伝送中に発
生するクロストーク成分、迷光成分を除去する機能も備
えている。たとえば、参照光が光送受信部１００から光
センサヘッド部１０２へ定偏波光フアイバ３４中をＨＥ
、にモードにて伝送される過程で発生するクロストーク
成分（ＨＥｌｌγモードの成分）は、偏光ビームスプリ
ッタ５８を殆ど透過して除去される。そして、この偏光
ビームスプリッタ５８を反射した僅かなりロストーク成
分も偏光ビームスプリッタ５４において。

透過させられることにより除去される。往路における計
測光、復路における参照光および計測光についてそれぞ
れ発生するクロストーク成分も同様に除去される。なお
、上記偏光ビームスプリッタ２４．３０．５８は、上記
クロストーク成分の除去を一層確実にするためのもので
あるので、偏光ビームスプリッタ５８に替えてミラーを
配置し且つ偏光ビームスプリッタ２４．３０を除去して
も差支えない。また、定偏波光ファイバ２８および３４
においては、伝送可能な２モードのうちの一方しか使用
されないので、定偏波光ファイバの２伝送モードの一方
の損失を積極的に大きくすることにより単一の偏波面に
て光を伝送させる形式の単一偏光シングルモード光ファ
イバに換えることができる。

以上のように、本実施例によれば、参照光と計測光との
２種類の光は、一対の定偏波光ファイバ２８および３４
を介して独立に伝送されるため、相互に干渉しない。ま
た、一対の定偏波光ファイバ２８および３４のうち、往
路と復路とにおいて互いに異なる側にて伝送される参照
光および計測光は、一対の定偏波光ファイバ２８および
３４が通常並列した状態で光送受信部１００と光センサ
ヘッド部１０２との間に接続されるため、温度変動、歪
、振動などの外部刺激に対する定偏波光ファイバ２Ｂお
よび３４からの影響（伝送パラメータの変化）、たとえ
ば位相変動が好適に打ち消される。したがって、第１コ
ーナキエーププリズム６８および第２コーナキユーブプ
リズム７０の変位のみが位相差に表されｔ、被測定物６
６の回転角度の高い精度の測定、が可能となるのである
。

また、本実施例のように単色の光源を用いる光ホモダイ
ン方式を採用しても、光送受信部において最大感度の位
相差９０”を有する参照光および計測光を発生させるこ
とができる。このため、それら２種類の光波間にπ／２
の位相を形成するように光センサヘッド部に機械的な外
力を加えるための電歪素子を設ける必要がなく、しかも
光センサヘッド部へ給電する必要がないし、あるいは光
源の波長制御によりπ／２の位相差を形成することも不
要となる。また、光センサヘッド部と光送受信部との間
には、２本の光ファイバを設けるだけでよいので、光セ
ンサヘッド部１０２が光学素子だけで構成されることに
より小型かつ安価となって、他の精密計測装置、精密加
工装置、精密検査装置などへ容易に組み込み得る。また
、本実施例によれば、計測光および参照光を光送受信部
１００と光センサヘッド部１０２との間で一対の定偏波
光ファイバ２８および３４を通して独立に伝送するとき
に発生するクロストーク成分が偏光ビームスプリッタ２
４．３０．５４．５８により除去されるので、第１光セ
ンサ３８および第２光センサ４４により検出される信号
のＳ／Ｎ比が高められ、伝送距離が長くても高い精度の
検出が可能となる。

なお、第６図に示すように、２個のコーナキューブプリ
ズム６８．７０を有する被測定物６６を定盤７８上に載
置すれば、位相差検出回路７６から出力される位相差に
基づいて定盤７８の真直度を高い精度で検出することが
できる。

また、第７図に示すように、一方の第１コーナキューブ
プリズム６８を光センサヘッド部１０２に固定するとと
もに他方の第２コーナキユーブプリズム７０を移動テー
ブル８０に固定すれば、位相差検出回路７６によって検
出された位相差に基づいて移動テーブル８０の光センサ
ヘッド部１０２に対する変位量が高い精度で検出される
。

また、上記と同様に、他方の第２コーナキユーブプリズ
ム７０を摺動可能に設は且つノギスやマイクロメータの
ような接触式の測長器の移動体と連結すれば、前記位相
検出回路７６によって検出された位相差に基づいて長さ
を高い精度にて測定できる。第８図にその一例を示す。

ここで、上記各実施例では、偏光ビームスプリッタ１２
、ファラデー回転子１４、偏光ビームスプリッタ１６が
光アイソレータとして機能するように設けられているが
、光源が戻り光の影響を受ケ難いＬＥＤ、ＳＬＤ　Ｃス
パールミネッセンスダイオード）などの光源を利用する
場合には、上記偏光ビームスプリッタ１２およびファラ
デー回転子１４が除去されてもよい。また、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザを用いる場合において超音波変調器の周波数を２
ＧＨｚにすれば、２ＧＨｚシフトさせることができるた
め、Ｈｅ−Ｎｅレーザの利得帯域外となってアイソレー
タなしでもよい。さらに、半導体レーザのように直接変
調可能な素子を用いる場合には、定偏波光ファイバ２８
．３４による遅延時間を利用して戻り光が来る間はレー
ザ発振を止めるようにスイッチングさせることにより、
アイソレータを除去できる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説
明において、前述の実施例と共通する部分には同一の符
号を付して説明を省略する。

第９図に示す実施例では、光送受信部１００において周
波数変調（光ヘテロゲイン）方式による位相差検出が行
われる。図において、レーザ光源８４は、横ゼーマン分
割型二周波方式の波長安定型Ｈｅ−Ｎｅレーザなどから
構成されることにより、互いに周波数が僅かに異なる直
交直線偏光（直交２周波直線偏光）が出力される。この
直交直線偏光は超音波により変調される光周波数変調器
８６において変調を受けた後、無偏光ビームスプリフタ
１８により分岐される。分岐された一方のビームは偏光
ビームスプリッタ１２および集光レンズ３６を通して第
１光センサ３８において検出される。この第１光センサ
３８においては、前記直交直線偏光である参照光１ａお
よび計測光１ｂの周波数差に起因してうなりの周波数を
有する参照ビート信号が検出される。一方、上記無偏光
ビームスプリッタ１８を透過した直交直線偏光は、前述
の実施例と同様に、偏光ビームスプリッタ２２により偏
波面に基づいて分岐された後、定偏波光ファイバ２８お
よび３４により光センサヘッド部１０２へ伝送される。

そして、前述の実施例と同様に反射された後、往路とは
反対側の定偏波光ファイバ２８および３４を通して戻さ
れた参照光１ａおよび計測光１ｂは、無偏光ビームスプ
リッタ１８によって反射された後、偏光ビームスプリッ
タ４０および集光レンズ４２を通して第２光センサ４４
により検出される。この第２光センサ４４においては、
前記直交直線偏光である参照光１ａおよび計測光１ｂの
周波数差に起因してうなりの周波数を有する計測ビート
信号が検出される。

このため、本実施例では、上記参照ビート信号と計測ビ
ート信号との位相差が図示しない位相差検出回路により
検出され、この位相差に基づいて計測光１ｂに含まれる
伝送パラメータの変化が検出される。なお、本実施例で
は、前記光周波数変調器８６はアイソレータとして機能
する。

本実施例でも、参照光および計測光が定偏波光ファイバ
２８および３４を通して往路と復路とでは異なる側によ
り伝送されるとともに、偏光ビームスプリッタ２２．２
４．３０．５４．５８によってクロストーク成分が排除
され、信号のＳ／Ｎ比が高められる。

前述の実施例、たとえば第１図の実施例においては、偏
光ビームスプリッタ２２、偏光ビームスプリ７タ２４、
集光レンズ２６、定偏波光ファイバ２８、集光レンズ５
２、（１ｇ光ビームスプリンタ５４、偏光ビームスプリ
ッタ５８、集光レンズ５６、定偏波光ファイバ３４、集
光レンズ３２、偏光ビームスプリッタ３０、および偏光
ビームスプリッタ２２を順次径た光ループが形成される
とともに、偏光ビームスプリッタ２２、偏光ビームスプ
リッタ２４、集光レンズ２６、定偏波光ファイバ２８の
順で伝送される左まわりの光は光センサヘッド部１０２
において位相情報が与えられた後、再び左まわりのルー
プに戻される。また、偏光ビームスプリンタ２２、偏光
ビームスプリンタ３０、集光レンズ３２、定偏波光ファ
イバ３４の順で伝送される右まわりの光も、上記と同様
に光センサヘッド部１０２において位相情報が与えられ
た後、右まわりのループへ戻される。このため、前述の
実施例の光ファイバセンサ装置の構成は、右まわりの光
と左まわりの光との位相差に基づいて空間に対する回転
角速度を検出する所謂光フアイバジャイロの構成と類似
している。したがって、伝送パラメータの変化を検出す
る方式として位相差バイアス法、位相変調法、周波数変
化法、光ヘテロダイン法などの光フアイバジャイロに用
いられる各種の方式が適用され得る。

第１０図に示す実施例は、光フアイバジャイロの各種の
方式の内光ヘテロダイン法を、光送受信部１００に適用
した構成例を示している。

図において、レーザ光源８４から出力された光は、集光
レンズ９０により平行光とされた後、光アイソレータ９
２を透過し、回折格子素子９４による回折を受けて、１
０ｍｒａｄ　（ミリラジアン）程度の微小な角度を成す
２本のビームに分けられる。

この２本のビームの一方は、無偏光ビームスプリッタ１
０４により反射された後、偏光ビームスプリッタ２４お
よび集光レンズ２６を介して一方の定偏波光ファイバ２
８に入射させられ、左まわりの光とされる。また、上記
２本のビームの他方は、無偏光ビームスプリッタ１０４
を透過した後、偏光ビームスプリッタ３０および集光レ
ンズ３２を介して他方の定偏波光ファイバ３４に入射さ
せられ、右まわりの光とされる。それら右まわりの光お
よび左まわりの光は、被測定物に固定された第１コーナ
キユーブプリズム６８および第２コーナキユーブプリズ
ム７０に反射された後、往路とは反対側の定偏波光ファ
イバ２８および３４により伝送される。定偏波光ファイ
バ２８により伝送された反射光は集光レンズ２６および
偏光ビームスプリッタ２４を通過し、無偏光ビームスプ
リッタ１０４を透過してＡＯＭ　（音響光学素子）９６
に到達する。また、定偏波光ファイバ３４により伝送さ
れた反射光は集光レンズ３２および偏光ビームスプリン
タ３０を通過し、無偏光ビームスプリッタ１０４により
反射されてＡＯＭ９６に到達する。このＡＯＭ９６は、
光周波数シフタであるが、方向性結合器としても機能す
る。このため、上記２種類の反射光は、発振器９８で合
波されて干渉光となるが、上記２種類の光の一方は、周
波数変調されるため光センサ１１０からはビート信号が
得られる。光周波数シフタ９６を駆動する発振器９８か
らの基準信号と上記のビート信号から、位相検出回路１
１２においては、被測定物に固定されたコーナキューブ
プリズム６８．７０の変位による位相変化が得られる。

本実施例においても、光センサヘッド部１０２と光送受
信部１００との間が一対の定偏波光ファイバ２８および
３４により接続されて、往路と復路とでは異なる側にお
いて伝送されるので、前述の実施例と同様に、定偏波光
ファイバ２８および３４による伝送距離が長くなっても
、伝送光のクロストークに起因するＳ／Ｎ比の低下が好
適に解消される。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更
が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を説明する図である。 第２図、第３図、第４図、および第５図は、第１図の実
施例の作動を説明する図である。 第６図、第７図、第８図は、本発明の他の測定対象を説
明する図であって、第６図は真直度の測定、第７図は変
位の測定、第８図は長さの測定を示している。第９図お
よび第１０図は、本発明の他の実施例における第１図に
それぞれ相当する図である。第１１図は光ホモダイン方
式の従来の光ファイバセンサの構成を示す図であり、第
１２図は光ヘテロダイン方式の従来の光ファイバセンサ
の構成を示す図である。 ２８．３４：定偏波光ファイバ （一対の光ファイバ） １００：光送受信部 １０２：光センサヘッド部 出願人　　ブラザー工業株式会社 第１１図 １ｊｔ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光を伝送するための一対の伝送用の光ファイバと
   、 参照光および計測光を前記光ファイバの一方および他方
   へ出力し、該参照光および計測光を該一対の光ファイバ
   を通して伝送させるとともに、該一対の光ファイバを通
   して戻された参照光および計測光を受け、それら参照光
   および計測光に基づいて該計測光の伝送パラメータの変
   化を検出する光送受信部と、 前記一対の光ファイバにより伝送された参照光および計
   測光を導き且つ該一対の光ファイバへ戻すとともに、外
   部条件に関連して少なくとも該計測光の伝送パラメータ
   を変化させる光センサヘッド部と、 該光センサヘッド部から前記光送受信部へ戻される参照
   光および計測光を、往路とは反対側の光ファイバにて伝
   送されるように配分する配分手段と、 を含むことを特徴とする光ファイバセンサ装置。
2. （２）前記一対の光ファイバは、定偏波光ファイバ、単
   一偏光シングルモード光ファイバ、またはシングルモー
   ド光ファイバにてそれぞれ構成されたものである特許請
   求の範囲第１項に記載の光ファイバセンサ装置。