JPH0221273A

JPH0221273A - 光学装置

Info

Publication number: JPH0221273A
Application number: JP63171324A
Authority: JP
Inventors: Shogo Kawaguchi; 川口　省吾; Yoshinari Kozuka; 小塚　義成
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-07-09
Filing date: 1988-07-09
Publication date: 1990-01-24
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPH0670652B2

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、電気乃至は磁気光学効果を有する光学素子を
備えた光学装置に係り、特に温度変化による測定誤差が
有利に低減され得る、光学装置の改良された構造に関す
るものである。

（従来技術）従来から、リチウム・ナイオベート（ＬｉＮｂ０ｚ　）
の如き結晶の有する電気乃至は磁気光学効果を利用した
、光変調器、光電圧センサ等の光学装置が知られている
。そして、これらの電気乃至は磁気光学効果を利用した
光学装置は、光を信号の媒体としているところから、信
号を電気的に絶縁することが出来、しかも光信号伝送線
においては、静電誘導や電磁誘導の影響を受は難いとい
う特徴を有していることが、認められている。なお、こ
の電気乃至は磁気光学効果とは、加えられた電界乃至は
磁界の強さに応じて素子の屈折率が変化し、透過光を変
調する現象であって、上記の装置は、この現象を利用し
て、光を変調したり、電圧を測定したりしているのであ
る。

因みに、かかる電気光学効果を利用した装置として、例
えば、第１図に示される如き光電圧センサが知られてい
るのである。なお、この第１図において、１は光源、２
は光ファイバー、３はし１ＮｂＯ３等の電気光学結晶、
４ａは偏光子、４ｂは検光子、５はλ／４板、６はファ
イバーコリメータ、７は受光器、８は電気光学結晶３の
対向面にそれぞれ設けられた電極であり、それらの光学
部品３〜６によって、測定部位たるセンサヘッドが構成
されている。

そして、電気光学結晶３としてし１Ｎｂ０３等のポッケ
ルス素子を用いた場合において、光源１から放射された
光は、偏光子４ａを通過して直線偏光となり、更に電気
光学結晶３を通過して楕円偏光となる。また、この楕円
偏光となった光は、λ／４板５及び検光子４ｂを通過し
、その楕円率に応じて光量が変化せしめられるのである
。そして、この光量は、電気光学結晶３に設けた電極８
に印加される電圧に対応しており、この光量を測定する
ことによって、被測定電圧を図ることが出来るのである
。

また、かかる光電圧センサにあっては、水分や塵、ごみ
等が光路上に介在することによる測定誤差の発生を防ぎ
、信顛性を確保する上において、一般に、そのセンサヘ
ッドが、気密及び液密に密閉された容器１０内に、収容
されてなる構造とされている。

ところが、このような電気（磁気）光学効果を有する光
学素子、例えばＬｉＮｂ０ｚやＬｉＴａＯ３等の結晶を
備えたセンサヘッドが、密閉容器内に収容されてなる構
造の光学装置においては、該センサヘッドが配される環
境温度の変化により、出力特性が著しく不安定となり、
大きな測定誤差が生ぜしめられるといった欠点を有して
いたのであり、特に、このような光学装置は、耐絶縁性
及び耐ノイズ特性が優れていることから、電力分野にお
いて好適に用いられ、−２０〜８０°Ｃ程度の広い温度
範囲に亘って使用されるものであることから、かかる環
境温度の変化による出力特性変化が大きな問題となって
いたのである。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として
為されたものであって、その解決課題とするところは、
電気乃至は磁気光学効果を有する光学素子を備えた光学
装置において、周囲の温度変化による測定誤差が有利に
低減され得る、改良された光学装置を提供することにあ
る。

（解決手段）そして、かかる課題を解決すべく、本発明にあっては、
外部から加えられた電磁界の強さに応じて透過光を変調
する光学素子を備えた光学装置において、該光学素子を
少なくとも含む測定部位を、密閉された容器内に収容配
置すると共に、かかる容器内の容積変化を許容すること
により、該容器内の圧力変化を吸収する圧力吸収機構を
設けたことを、その特徴とするものである。

（発明の具体的構成・効果）すなわち、本発明は、前述の如き、光学素子を含む測定
部位が密閉容器内に収容されてなるセンサヘッドを有す
る光学装置について、本発明者が、実験を行ない、検討
を加えたところ、かかる装置の出力特性、即ち光学素子
の特性変化は、単に温度因子だけの影響によるものでは
ないことが、明らかとなったのである。

より具体的には、このような光学装置にあっては、密閉
容器内に収容されたセンサヘッドに対して、温度変化に
伴う容器内空気の膨張／収縮に基づいて、圧力変化が及
ぼされることとなり、その値は、−２０〜８０°Ｃの温
度変化に対して、０．８〜１．２ａｔｍ程度の変化にま
で達することが認められた。また一方、例えば、第２図
に示されているように、前記第１図に示されている如き
光学装置におけるセンサヘッドの密閉容器１０に連通孔
を設け、該連通孔を通じて、シリンダ式ピストンから成
る加圧装置１２にて、空気を容器１０内に注入、或いは
容器１０内から吸出することにより、該容器ｌＯ内の圧
力を変化せしめたところ、その出力特性が、第３図に示
されている如（変化すること、即ち電気光学結晶（３）
の特性が、圧力因子による影響を受けて大きく変化する
ことが見い出され得たのである。なお、第２図中、１４
．１４は、それぞれ、電極（８，８）間に、被測定電圧
を印加せしめるリード線である。

そして、本発明は、このような知見に基づいて為された
ものであって、かかる本発明に従う光学装置においては
、容器内の容積変化を許容し得る圧力吸収機構を備えて
おり、該圧力吸収機構にて容器内の圧力変動が吸収され
得て、該容器内の圧力が略一定に保たれ得ることとなる
のである。

従って、かかる本発明に係る光学装置にあっては、温度
変化による空気の膨張及び収縮に伴う容器内の圧力変化
が解消され得るところから、温度変化に起因するセンサ
の出力特性の変化のうち、圧力因子によるものが略完全
に回避され得るのであり、その測定精度及び信鎖性が有
利に向上され得ることとなるのである。

（実施例）以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の実施例について、図面を参照しつつ、詳細に説明す
ることとする。

先ず、第４図には、本発明に係る光学装置の一具体例と
しての光電圧センサが示されている。なお、この第４図
に示される光電圧センサにおいて、測定系を構成する部
品は、前記第１図に示された光電圧センサのものと同様
であるので、同様な部品に対して、それぞれ同一の符号
を付することにより、その詳細な説明は省略することと
する。

すなわち、本実施例における光電圧センサにあっては、
光学部品３〜６によって構成された、測定部位としての
センサヘッドが内部に収容された、密閉容器ＩＯに対し
て、連通孔２２が、その壁部を内外に貫通して設けられ
ている。そして、かかる貫通孔２２の外側開口部位にお
いて、ベローズ２４が取り付けられて、容器１０の内部
空間が、該ベローズ２４内に連通されており、それによ
ってかかる容器１０の内部空間が、ベローズ２４内空間
をも含んで構成せしめられている。

ここにおいて、かかるベローズ２４は、フッ素樹脂等の
耐熱性に優れた弾性乃至は可撓性材料にて形成されてお
り、容易に伸縮変形可能とされている。そして、このベ
ローズ２４が、連通孔２２の外側開口部位に取り付けら
れていることにより、該ベローズ２４の伸縮変形に基づ
いて、センサヘッドが収容された容器１０の内部空間の
容積変化が許容され得るようになっているのであり、換
言すれば、容器１０内の圧力変化に応じて、外部空間と
の圧力差に基づき、ベローズ２４が伸縮変形せしめられ
ることにより、かかる容器ｌｏ内の圧力が外部圧力と路
間−に保たれ、その変化が吸収され得ることとなるので
ある。

また、本実施例における光電圧センサにあっては、容器
１０に対して、ベローズ２４の回りを覆うカバ一部２６
が一体的に設けられており、該カバ一部２６にてベロー
ズ２４が保護されている。

尤も、かかるカバ一部２６には、外部空間と連通ずる通
孔２７が設けられており、かかるベローズ２４の外周面
に対して、外部空間の圧力が及ぼされ得るようになって
いる。

そして、このような構造とされた光電圧センサを用い、
第５図に示されているように、そのセンサヘッド（容器
１０）を、恒温槽２８内に収容せしめて、該恒温槽２８
内の温度を一２０〜８０°Ｃまで変化させたときの光電
圧センサ出力を測定した。なお、かかる光電圧センサ出
力は、良く知られているように、受光器７から出力され
る電気信号を、交流成分検出器３０及び直流成分検出器
３２にそれぞれ導き、そこで目的とする信号成分を取り
出した後、割算回路３４にて行なわれる演算にて、光伝
送路における光量変動を補償した結果の出力信号として
得られるものである。

また、かかる測定に際しては、電気光学結晶３としてポ
ッケルス素子（ＬｉＮｂ０ｚ結晶）を、光源１としてＬ
ＥＤを、また受光器７としてＰＩＮフォトダイオードを
、それぞれ用い、電極８．８間に対して、交流安定化電
源３６にて、６０Ｖ（５０１（ｚ）の電圧を印加せしめ
た場合について測定した。

さらに、かかる測定に際しては、比較例として、第１図
に示されている如き構造の、容積不変の容器１０を備え
た光電圧センサについても、同様な出力測定を行なった
。なお、かかる従来構造の光電圧センサにあっては、前
述の如き測定に際して、容器１０が配される恒温槽２８
内の−２０〜８゜°Ｃまでの温度変化に伴い、かかる容
器１０内において、０．８〜１．２ａｔｍまでの圧力変
動が認められた。

そして、それら本実施例及び従来例についての測定結果
が、第６図に併せ示されている。なお、かかる第６図に
おいては、光電圧センサの出力値を、本実施例装置では
２５°Ｃの温度下での出力値を、また比較例装置では２
５°Ｃの温度下での出力値を、それぞれ基準とする出力
変動率として表した。

かかる第６図からも、本実施例装置における光電圧セン
サにあっては、温度変化に伴う出力変動が改善され、測
定誤差が有効に低減され得ることが、明らかなところで
ある。

従って、このような構造とされた光電圧センサにあって
は、容器１０の密閉性を確保しつつ、その内圧変動を回
避し得るようにしたことから、センサヘッド部における
水分や塵、ごみ等による悪影響の防止効果を充分に確保
しつつ、環境温度変化に伴って生ぜしめられる測定誤差
が有効に低減され得るのであり、以て装置の使用性及び
信頼性が有利に向上され得ることとなるのである。

以上、本発明の一実施例について詳述してきたが、これ
は文字通りの例示であって、本発明は、かかる具体例に
のみ限定して解釈されるものではない。

例えば、ベローズ２４を保護するカバ一部２６は、必ず
しも必要なものではない。

また、圧力吸収機構としては、容器ｌＯ内の圧力変動を
吸収し得るものであれば良く、例えば平膜状や袋状等の
ダイヤフラム（弾性薄膜）にて構成することも可能であ
り、また弾性変形によるものではなく、ピストン構造等
によって構成することも可能である。

さらに、前記実施例においては、本発明を、電気光学素
子たるポッケルス素子を用いた光電圧センサに対して適
用したものの一例を示したが、その他の各種の電気乃至
は磁気光学効果を有する素子、例えばファラデー素子等
においても、圧力変動に伴う光学特性の変化が生ぜしめ
られることが、本発明者によって確認されており、従っ
て、そのような電気乃至は磁気光学効果を有する素子を
備えた、光変調器や電圧センサ、磁気センサ等の各種の
光学装置に対しても、本発明が有利に適用され得るもの
である。

その他、−々列挙はしないが、本発明は当業者の知識に
基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様に
おいて実施され得るものであり、またそのような実施態
様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも本発明の
範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないと
ころである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の光電圧センサの一例の構造を示す説明
図である。第２図は、容器内圧力の変化に伴うセンサの
出力変動を測定すべく行った実験手法を説明するための
斜視図であり、第３図は、かかる実験にて得られた測定
結果を示すグラフである。また、第４図は、本発明の実
施例たる光電圧センサの構造を示す説明図であり、第５
図は、かかる光電圧センサの温度変化に伴う出力変動を
測定すべく行なった実験手法を説明するための説明図で
あり、第６図は、かかる実験にて得られた測定結果を示
すグラフである。３：電気光学結晶　　４ａ：偏光子４ｂ二検光子　　　　　　５：λ／４板６：フアイバー
コリメータ７：受光器　　　　　　８：電極ｌＯ：容器　　　　　　２２：連通孔２４：ベローズ

Claims

【特許請求の範囲】

外部から加えられた電磁界の強さに応じて透過光を変調
する光学素子を備えた光学装置において、該光学素子を
少なくとも含む測定部位を、密閉された容器内に収容配
置すると共に、かかる容器内の容積変化を許容すること
により、該容器内の圧力変化を吸収する圧力吸収機構を
設けたことを特徴とする光学装置。