JPH0124604Y2

JPH0124604Y2 -

Info

Publication number: JPH0124604Y2
Application number: JP10839083U
Authority: JP
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1989-07-25
Also published as: JPS6015640U

Description

[Detailed explanation of the idea]

〈考案の属する技術分野〉本考案は、光信号を利用して温度を検出する温
度検出装置に関するものである。更に詳しくは、
本考案は、所定ピツチで配列する溝を形成させた
PLZT基盤を温度検出手段とし、そのリターデー
シヨンが温度に応じて変化することを利用した温
度検出装置に関するものである。ここでPLZTのリターデーシヨンについて説明
する。例えばガラスなどは屈折率が一様であるのに対
して、方解石などは、光の進む方向、より厳密に
は光の振動方向により屈折率が異なつている。即
ち、光学材料への入射光の進む方向をＺ方向とし
たとき、Ｘ偏光及びＹ偏向に対する屈折率をそれ
ぞれnx，nyとおけば、 nx≠ny であり、これらの差Δn＝｜nx−ny｜を「複屈折」と呼んでいる。また、光学材料に外
力（電界、磁界等）を与えないときの複屈折を特
に「自然複屈折」と呼んでいる。光学材料において、結晶方向によつて屈折率が
異なると、Ｘ偏向、Ｙ偏向が長さＬの光学材料
（結晶）を通過する間に、 ΔT＝｜Tx−Ty｜＝（Ｌ／ｃ）｜nx−ny｜＝（Ｌ／ｃ）Δn の時間のずれを生ずる。ただし、ｃは光の真空中での速度 Tx＝Ｌ／（ｃ／nx） Ty＝Ｌ／（ｃ／ny）この時間のずれを「位相のずれ」として表した
のが「リターデーシヨン」であり、このリターデ
ーシヨンΓは次式で表される。 Γ＝ΔT・ω ＝（Ｌ／ｃ）Δn・（2π／λ）ｃ＝（2π／λ）Δn・ＬリターデーシヨンΓの変化は、光学材料（結
晶）を偏光子と検光子（直交ニコル）の間に配置
すると共に、Ｘ軸に対して45゜の方向に振動する
直線偏光を入射し、透過光（この透過光はsin²
（Γ／２）に比例する）の強度変化を観測するこ
とで知ることができる。 PLZTは、単結晶の集合体であり、個々の単結
晶は、前記した自然複屈折を持つが、その集合体
では多数の単結晶がランダムに配置されているた
めに、個々の自然複屈折は相殺されて「０」にな
る。本考案においては、所定ピツチで配列する溝を
形成させたPLZT基盤を用いるものであつて、こ
のPLZT基盤は、溝の形成により特定方向に応力
が加わつており、屈折率が方向によつて異なつて
いて異方性結晶と同様に自然複屈折を生じるよう
になつている。〈従来技術の説明〉従来、温度検出用の複屈折結晶としてLiNbO₃.
LiTaO₂.SiO₂等を用いたものがある（例えば電気
学会研究報告OQD81−69（1981）谷内．辻本「服
屈折結晶を用いた光フアイバ型温度センサー」）。しかしながら、このような複屈折結晶を温度検
出手段とする温度計においては、自然複屈折Δn
が比較的大きいため、測定感度が低く、又温度測
定範囲が−10〜40℃程度と狭いという欠点があつ
た。〈本考案の目的〉本考案は、従来技術におけるこれらの欠点に鑑
がみてなされたもので測定範囲が広く、且つ測定
感度の高い温度検出装置を実現しようとするもの
である。〈本考案の構成〉本考案に係る装置は、PLZT基盤上に所定ピツ
チで配列する溝を形成すると、加工歪によつて電
圧を印加しなくてもリターデーシヨンが生じ、こ
のリターデーシヨンが温度に応じて変化する点に
着目してなされたもので、所定ピツチで配列する
溝を形成したPLZT基盤と、このPLZT基盤に光
を照射する手段と、前記PLZT基盤を透過した光
の量を検出する手段とを具備し、前記透過光の量
から温度を検出するようにした点に特徴がある。〈実施例の説明〉第１図は、本考案の一例を示す構成図である。
図において、１は光源で、たとえばLED・レー
ザ等が用いられている。２１，２２はレンズ、３
は溝型PLZT基盤で、温度検出手段としての役目
をなしている。４１，４２はPLZT基盤３をサウ
ンドウイツチ状に挟んでいる偏光子と、検光子
で、その偏波面は、互いに90゜となるように配置
されている。５は偏光子・溝型PLZT基盤・検光
子をそれぞれ通つた光を検出する光検出手段であ
る。第２図は、溝型PLZTの一例を示す構成斜視図
である。PLZT基盤３０は組成９／65／35のもの
を用い、ピツチ100μｍ、溝幅40μｍ、深さ300μｍ
程度の溝３１が形成されている。ここで、PLZT
基盤３０の組成式は、次式で与えられる。 Pb₁−Ｘ／100LaＸ／100(ZrY/100TiZ/100)₁ −Ｘ／100Ｏそして、通常その組成を表すのに上記の式の
Ｘ／Ｙ／Ｚが用いられる。これらのＸ，Ｙ，Ｚは、Ｙ＋Ｚ＝100 Ｏ≦Ｘ≦100 を満足する任意の整数であればよい。上記において組成９／65／35とは、上式におい
て、Ｘ／Ｙ／Ｚ＝９／65／35ということである。
この溝は、例えばダイシングソーによつて形成さ
れるもので、これにより加工歪が生じて、電圧を
印加しなくともリターデーシヨンが生じることと
なる。第１図において、光源１から出た光は、レンズ
２１によつて平行光となり、偏光子・溝型
PLZT・検光子を通つてレンズ２２で集光され、
光検出器で検出される。第３図は、温度検出手段であるところのPLZT
基盤の温度と、光検出器で検出される光の透過量
との関係を示す特性線図である。光の透過量は、
20℃で330μW、80℃では100μWとほぼ直線的に
変化する。従つて、光検出器からの信号の大きさ
から、周囲温度を知ることが出来る。第４図は、本考案の他の実施例を示す構成図で
ある。この実施例では、光源１からの光をハーフ
ミラー６を通して光フアイバー７に導き、この光
フアイバーから出た光を偏光子４１、レンズ２２
を介して溝型PLZT３に照射させるようにしたも
のである。溝型PLZT３は反射面３３が設けられ
ており、ここで反射した光は、再び光フアイバー
７を介して導かれ、ハーフミラー６で反射し光検
出器５で検出される。この実施例に依れば、温度
検出部を小型に構成させることができる。次の表は、温度検出手段として用いられる各材
料と、本考案に用いられている溝型PLZT基盤の
自然複屈折Δnを、比較の為に示したものである。 <Technical field to which the invention pertains> The present invention relates to a temperature detection device that detects temperature using an optical signal. For more details,
The present invention forms grooves arranged at a predetermined pitch.
This invention relates to a temperature detection device that uses a PLZT substrate as a temperature detection means and utilizes the fact that its retardation changes depending on the temperature. Here we will explain the retardation of PLZT. For example, glass and the like have a uniform refractive index, whereas calcite and the like have a refractive index that varies depending on the direction in which light travels, or more precisely, the direction in which the light vibrates. That is, when the direction of propagation of incident light on an optical material is the Z direction, and the refractive index for X polarization and Y polarization is set as nx and ny, respectively, nx≠ny, and the difference between these Δn=|nx−ny | is called "birefringence". Furthermore, birefringence when no external force (electric field, magnetic field, etc.) is applied to an optical material is particularly called "natural birefringence." In an optical material, when the refractive index differs depending on the crystal direction, while the X and Y deflections pass through the optical material (crystal) of length L, ΔT=|Tx−Ty| = (L/c)| A time lag of nx−ny|=(L/c)Δn occurs. However, c is the speed of light in vacuum Tx = L/(c/nx) Ty = L/(c/ny) "Retardation" expresses this time shift as "phase shift". This retardation Γ is expressed by the following formula. Γ = ΔT・ω = (L/c) Δn・(2π/λ) c = (2π/λ) Δn・L The change in retardation Γ is determined by comparing the optical material (crystal) with a polarizer and an analyzer (orthogonal Nicols). ), and linearly polarized light vibrating in the direction of 45° with respect to the X axis is incident, and the transmitted light (this transmitted light is sin ²
This can be determined by observing the change in intensity (proportional to Γ/2). PLZT is an aggregate of single crystals, and each single crystal has the above-mentioned natural birefringence, but since many single crystals are randomly arranged in the aggregate, the individual natural birefringence is They cancel each other out and become "0". The present invention uses a PLZT substrate on which grooves are formed at a predetermined pitch, and stress is applied to the PLZT substrate in a specific direction due to the formation of the grooves, so that the refractive index differs depending on the direction. It is designed to exhibit natural birefringence, similar to anisotropic crystals. <Description of Prior Art> Conventionally, LiNbO ₃ was used as a birefringent crystal for temperature detection.
There are some that use LiTaO ₂ .SiO ₂ and the like (for example, IEEJ Research Report OQD81-69 (1981), Taniuchi and Tsujimoto, "Optical fiber temperature sensor using a bending crystal"). However, in a thermometer that uses such a birefringent crystal as a temperature detection means, the natural birefringence Δn
Since the temperature is relatively large, the measurement sensitivity is low, and the temperature measurement range is narrow, about -10 to 40°C. <Purpose of the Present Invention> The present invention has been made in view of these shortcomings in the prior art, and aims to realize a temperature detection device with a wide measurement range and high measurement sensitivity. <Structure of the present invention> In the device according to the present invention, when grooves arranged at a predetermined pitch are formed on a PLZT substrate, retardation occurs due to processing strain even without applying a voltage, and this retardation occurs. It was developed by focusing on the fact that it changes depending on the temperature, and consists of a PLZT substrate with grooves arranged at a predetermined pitch, a means for irradiating light onto the PLZT substrate, and a method for controlling the amount of light that passes through the PLZT substrate. The present invention is characterized in that the temperature is detected from the amount of transmitted light. <Description of Embodiments> FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of the present invention.
In the figure, 1 is a light source, for example, an LED, laser, or the like is used. 21 and 22 are lenses, 3
is a groove-shaped PLZT substrate, which serves as a temperature detection means. Reference numerals 41 and 42 denote a polarizer and an analyzer which sandwich the PLZT substrate 3 like a sound switch, and are arranged so that their planes of polarization are at 90 degrees to each other. 5 is a light detection means for detecting the light that has passed through the polarizer, groove-type PLZT substrate, and analyzer, respectively. FIG. 2 is a structural perspective view showing an example of a groove-type PLZT. The PLZT substrate 30 has a composition of 9/65/35, pitch is 100 μm, groove width is 40 μm, and depth is 300 μm.
A groove 31 of approximately 100 mm is formed. Here, PLZT
The compositional formula of the base 30 is given by the following formula. Pb ₁ -X/100LaX/100(ZrY/100TiZ/100) ₁ -X/100O And the above formula X/Y/Z is usually used to represent the composition. These X, Y, and Z may be arbitrary integers that satisfy the following: Y+Z=100 O≦X≦100. In the above, the composition 9/65/35 means that X/Y/Z=9/65/35 in the above formula.
This groove is formed by, for example, a dicing saw, and this causes processing distortion, resulting in retardation even when no voltage is applied. In Fig. 1, the light emitted from the light source 1 is turned into parallel light by the lens 21, and the polarizer/groove type
The light passes through the PLZT analyzer and is focused by the lens 22,
Detected by a photodetector. Figure 3 shows the PLZT which is the temperature detection means.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the substrate and the amount of light transmitted by a photodetector. The amount of light transmitted is
It changes almost linearly from 330μW at 20℃ to 100μW at 80℃. Therefore, the ambient temperature can be determined from the magnitude of the signal from the photodetector. FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, light from a light source 1 is guided through a half mirror 6 to an optical fiber 7, and the light emitted from this optical fiber is passed through a polarizer 41 and a lens 22.
The groove type PLZT 3 is irradiated through the rays. The groove type PLZT 3 is provided with a reflective surface 33, and the light reflected here is guided again via the optical fiber 7, reflected by the half mirror 6, and detected by the photodetector 5. According to this embodiment, the temperature detection section can be configured in a small size. The following table shows, for comparison, the natural birefringence Δn of each material used as the temperature detection means and the groove-shaped PLZT substrate used in the present invention.

【表】〈本考案の効果〉以上説明した様に、本考案に係わる装置は、測
定範囲が広く、又測定感度が高いという特徴があ
る。[Table] <Effects of the present invention> As explained above, the device according to the present invention is characterized by a wide measurement range and high measurement sensitivity.

[Brief explanation of drawings]

第１図は本考案に係わる装置の一例を示す構成
図、第２図は、本考案に用いられている溝型
PLZT基盤の一例を示す構成図、第３図はPLZT
基盤の温度と、光検出器で検出される光の透過量
との関係を示す特性線図、第４図は本考案の他の
実施例を示す構成図である。１……光源、２１，２２……レンズ、３……溝
型PLZT、５……光検出器。 Fig. 1 is a configuration diagram showing an example of the device related to the present invention, and Fig. 2 is a diagram showing the groove type used in the present invention.
A configuration diagram showing an example of PLZT platform, Figure 3 is PLZT
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the substrate and the amount of transmitted light detected by the photodetector. FIG. 4 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention. 1...Light source, 21, 22...Lens, 3...Groove type PLZT, 5...Photodetector.

Claims

[Scope of utility model registration request]

a PLZT substrate having grooves arranged at a predetermined pitch; a means for irradiating the PLZT substrate with light;
1. A temperature detection device comprising means for detecting the amount of light transmitted through a PLZT substrate, and detecting temperature from the amount of transmitted light.