JPH03181803A - 真空ピストン式光ファイバ測長器 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、用尺式の測長器に関し、更に詳しくは光の干
渉を利用した光ファイバセンサ装置を用尺式の測長器に
応用した装置に関するものである。

［従来技術］ 従来、光ファイバを介して光送受信部と光センサヘッド
部との間で光の送受信を行うとともに、参照光と計測光
を干渉させることによって得られる干渉光の位相変化に
基づいて測定を行う光ファイバセンサ装置を応用した用
尺式の測長器がある。

例えば本願出願人が先に出願した特願昭６２−３３５２
４２号、特願昭６２−３１６４９７号、特願昭６３−２
９３１３号の明細書に記載されている光ファイバセンサ
装置の実施例の中に用尺式の測長器があり、特に特願昭
６２−３３５２４２号に提案されたノギス型の測尺機構
を有する試作機では、分解能０．０８Ｊａを達成してい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、５桁以上の正確に測定値を得るには、測
定時の空気の屈折率を何らかの手段で求め、前記用尺式
の測長器から得られる測定値を空気の屈折率によって補
正しなければならず、更に空気の屈折率は気温、気圧、
湿度、ＣＯ，濃度によって時々刻々変化するので、空気
の屈折率測定は、測定期間中常時行なわれなければなら
ないというわずられしさがあった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、レーザ光源の真空中の波長さえ正確にわかっ
ていれば、空気の屈折率を求める必要のない、つまり空
気に影響されない真空ピストン式の光ファイバ測長器の
提供を目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明の真空ピストン式光フ
ァイバ測長器では、光ファイバを介して光送受信部と光
センサヘッド部との間で光の送受信を行うとともに、参
照光と計測光の位相変化に基づいて測定を行う光ファイ
バセンサ装置によって測尺機構のピストンの前進後退量
が測定される構成であって、前記ピストンはピストンの
前進後退に対して真空部の体積が変化しない構造を有す
る真空容器に取り付けられることを特徴とするとともに
、前記光センサヘッド部の計測光と参照光の光路が前記
真空容器におさめられている様に構成されている。

又、偏波面が互いに直交する２伝送モードにて光を伝送
する単一の伝送用定偏波光ファイバと、周波数が等しい
参照光及び計測光を取り出すための光を前記定偏波光フ
ァイバへ入射させるとともに、その定偏波光ファイバを
介して戻される２種類の干渉光をそれぞれ検出して電気
信号に変換する光送受信部と、前記定偏波光ファイバに
よって伝送された光に基づいて前記参照光及び計測光を
取り出すとともに、その計測光の位相が、測尺機構のピ
ストンの前進後退によって変化させられるのに伴って光
強度変化の位相が変化させられ、且つその光強度変化の
位相が互いに９０″ずらされた２種類の干渉光が前記定
偏波光ファイバの２伝送モードにて伝送されるようにそ
の定偏波光ファイバに光を入射させる光センサヘッド部
とを有するものであり、前記２種類の干渉光に対応して
位相が９０″ずらされた２柾類のＡ相及びＢ相の電気信
号に基づいてその干渉光の位相変化量を求めて前記測尺
機構のピストンの前進後退量を測定するように構成され
ている。

又、偏波面が互いに直交する２伝送モードにて光を伝送
する単一の伝送用定偏波光ファイバと、前記参照光及び
計測光を前記定偏波光ファイバへ入射させ、それ等の参
照光及び計測光を前記２伝送モードの一方及び他方にて
伝送させるとともに、その定偏波光ファイバを介して戻
されたそれ等の参照光及び計測光に基づいて干渉光を生
成し、その干渉光の光強度変化を検出して電気信号に変
換する光送受信部と、前記定偏波光ファイバによって伝
送された前記参照光及び計測光の内、計測光の位相を測
尺機構のピストンの前進後退によって変化させるととも
に、それ等の参照光及び計測光を往路とは反対の伝送モ
ードにて伝送されるように前記定偏波光ファイバに入射
させる光センサヘッド部とを有する構成されている。

又、真空ピストン式光ファイバ測長器は、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伝送用定偏波
光ファイバと、偏波面が互いに直交し且つ周波数が異な
る２種類の直線偏光を前記定偏波光ファイバへ入射させ
、その２種類の直線偏光を前記２伝送モードの一方及び
他方にて伝送させるとともに、その定偏波光ファイバの
前記２伝送モードにて戻された２種類の干渉光をそれぞ
れ検出して電気信号に変換する光送受信部と、前記定偏
波光ファイバによって伝送された前記２種類の直線偏光
をそれぞれ前記参照光と計測光とに分配し、その計測光
の周波数を測尺機構のピストンの前進後退によって変化
させるとともに、それ等の参照光及び計測光の何れか一
方に含まれる前記２種類の直線偏光の偏波面をそれぞれ
反対方向へ９０’回転させた後、それ等の参照光と計測
光とを合波させて前記定偏波光ファイバに入射させる光
センサヘッド部とを有するものであり、前記２種類の干
渉光に対応する２種類の電気信号の周波数差に基づいて
前記測尺機構のピストンの前進後退量を測定するように
構成される。

［作用］ 上記の構成を有する本発明の真空ピストン式光ファイバ
１１１１　ｇｃ器においては、光の干渉を利用して測定
を行う光ファイバセンサ装置の光センサヘッド部の計測
光と参照光の光路が真空容器内におさめられているため
空気に影響されず測尺機構のピストンの前進後退量が測
定される。

また、ピストンの前進後退に対して真空部の体積が変化
しないので、ピストンを前進後退させるときに大気圧が
加わらない。

更に定偏波光ファイバ内において、往路では参照光及び
計測光を取り出すための光が２伝送モードのうちの一方
のモードにて伝送され、復路では光強度変化の位相が互
いに９０″ずらされた２種類の干渉光が互いに異なる２
伝送モードによりそれぞれ伝送される形式の光ファイバ
センサ装置が用いられているため、定偏波光ファイバの
温度変化や振動等に起因する干渉光の位相変化が互いに
相殺され、高い測定精度が得られる。

又、定偏波光ファイバ内において伝送される参照光及び
計測光が、往路と復路とで互いに反対の伝送モードによ
り伝送される形式の光ファイバセンサ装置が用いてられ
ているため、上記請求項、（２）の真空ピストン式光フ
ァイバ測長器と同様に、定偏波光ファイバの温度変化や
振動等に起因する参照光及び計測光の位相変化が相殺さ
れ、高い精度が得られる。

又、定偏波光ファイバを通して伝送された偏波面が直交
し且つ周波数が異なる２種類の直線偏光が光センサヘッ
ド部においてそれぞれ参照光と計１１１Ｆ＋光とに分配
され、それ等参照光及び計測光の何れか一方に含まれる
前記２種類の直線偏光の偏波面がそれぞれ反対方向へ９
０″ずつ回転させられる。その後、それ等の参照光と計
測光とが合波されることにより２種類の干渉光が得られ
、定偏波光ファイバの２種類の伝送モードで光送受信部
まで戻されて電気信号に変換されることにより、その２
種類の電気信号の周波数差に基づいてピストンの前進後
退量がｎ１定される。したがって、この場合にも、定偏
波光ファイバ内を伝送中に直線偏光に与えられる周波数
シフトが相殺され、高い測定精度が得られる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

第１図に示す様に定偏波光ファイバ２０を介して光送受
信部１０２と光センサヘッド部１０４との間でレーザ光
の送受信を行うとともに、光センサヘッド部１０４内を
出ない、図示されていない、参照光Ｌ３と計測光ＬＭと
を干渉させることによって得られる干渉光の位相変化に
基づいて、副尺機構のピストンの前進後退量が測定され
る構成である。前記計測光ＬＭは光センサヘッド部１０
４から出射され、副尺機構のピストン１０８に取り付け
られたルーフプリズム１１６内で２回反射され、向きを
反転されてコーナーキューブミラー等の反射器１１２に
向けられ、反射器１１２で方向を反転され、光路を逆進
して再び光センサヘッド部１０４に戻されるので、ピス
トン１０８の前進後退量の４倍の光路変化が加えられる
。一方、光センサヘッド１０４内部の参照光ＬＲの光路
は一定であるので、干渉光の位相変化は、ピストンの前
進後退量に対応するのである。上述のように計測光ＬＭ
及び参照光ＬＲは、真空容器１１４内にあるので大気に
影響されないのである。また、副尺機構のピストン１０
８には、片端を真空容器１１４の外側に向かって伸びる
金属ベローズ１０６ａと、もう片端を真空容器１１４の
内側に向かって伸びる金属ベローズ１０６ｂが取り付け
られ、それら２つの金属ベローズ１０６ａ、ｂは同じも
のであるので、図に点線で示したように、ピストン１０
８と金属ベローズ１０６ａ、ｂが伸び縮みしても真空容
器１１４の真空部の体積が変化しない。したがってピス
トンの前進後退に対して大気圧による力が加わらないの
である。尚、図では見やすいように真空容器１１４の外
側にある金属ベローズ１．０６　ａとピストン１０８に
ついてのみ、ピストン１０８が前進した場合の様子を示
しである。

以下の実施例において前記第１実施例と実質的に共通す
る部分には同一の符号を付して説明を省略する。

第２図は、ピストンの前進後退に対して真空部の体積が
変化しない第１図とは別の構造を有する真空ピストン式
光ファイバ測長器であり、真空容器１１４の真空部と大
気の絶縁を２重の０リング５８で行う方式である。この
場合もピストン１０８の前進後退に対して真空部の体積
が変化しないので、ピストン１０８の前進後退に対して
大気圧による力は加わらない。

第３図は、別の実施例の光ファイバセンサ装置の構成を
示すもので、半導体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を通過した後、
集光レンズ１８により定偏波光ファイバ２０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、及び偏光ビームスプリッタ１６は、光
アイソレータとしても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は反射光を偏波面に従って分割する
機能をも備えており、偏光ビームスプリッタ１６により
反射された光は、集光レンス２２により第１光センサ２
４に入射させられる。また、偏光ビームスプリッタ１６
を通過した反射光は、ファラデー回転子１４により偏波
面が光軸まわりに４５＠回転させられるので偏光ビーム
スプリッタ１２により反射されて、集光レンズ２６によ
り第２光センサ２８に入射させられる。本実施例では、
以上の光学素子及び光センサによって光ファイバセンサ
装置の光送受信部３０が構成されており、この光送受信
部３０の図示しない機枠に定偏波光ファイバ２０の一端
部が固定されている。

上記定偏波光ファイバ２０は、コア３２とこのコア３２
を挾む一対の応力付与部３４と、それらを覆うクラッド
３６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ＨＥ７．′モードおよびＨＥ、、
ゞモードの２伝送モードにて偏波面を保存しつつ光を伝
送する。前記のように定偏波光ファイバ２０の一端部に
入射させられる光は偏光ビームスプリッタ１６を通過し
た直線偏光であるから、定偏波光ファイバ２０内におい
ては２伝送モードのうちの一方のモードにて伝送される
ように、定偏波光ファイバ２０は光軸まわりの方位が調
整されて固定される。

上記定偏波光ファイバ２０の他端部は真空容器１１４に
固定されており、真空容器１１４は真空窓５６と０リン
グ５８によって大気と絶縁されており、真空容器１１４
の内に光センサヘッド部３８の機枠４０が固定されてい
る。前記定偏波光ファイバ２０の２種類の伝送モードの
うちの一方の伝送モードにて伝送された直線偏光は、集
光レンズ４６を通って平行光に変換された後、真空窓５
６を通されて、無偏光ビームスプリッタ４８により参照
光ＬＲと計測光ＬＭとに分離される。無偏光ビームスプ
リッタ４８を通過して計測光Ｌ８は、１７４波長板５４
を通過させられた後に第１図あるいは第２図のルーフプ
リズム１１６内で２回反射されて向きを変えられ、コー
ナーキューブ・ミラーやキャッツアイ等の反射器１１２
に入射される一方、無偏光ビームスプリッタ４８で反射
された参照光り、は、１／８波長板６２を通過させられ
た後にミラー６０によって方向変換させられ、集光レン
ズ６４によってミラー６６上に集光される。

そして、反射器１１２とミラー６６で反射された計測光
ＬＭ％参照光ＬＲは、それぞれ往路と逆の光路を辿って
定偏波光ファイバ２０に入射させられ、ピストン１０８
の前進後退による位相変化に応じて干渉させられる。す
なわち、この干渉光の光強度は、計測光Ｌ％Ａの光路長
が一定であれば変化しないが、ピストン１０８が前進あ
るいは後退して光路長が変化すると、それに伴う計測光
Ｌ□の位相変化量に応じて変化する。

一方、前記１／４波長板５４の光軸は往路の計測光ＬＭ
の偏波面に対して２２．５°傾斜させられているため、
その１／４波長板５４を２回通過させられた復路の計測
光りいの偏波面は４５°傾斜させられる。また、前記１
７８波長板６２の光軸は往路の参照光ＬＲの偏波面に対
して４５＠傾斜させられているため、その１７８波長板
６２を２回通過させられた復路の参照光ＬＲは円偏光に
変換される。このため、計測光ＬＭは、定偏波光ファイ
バ２０の２種類の伝送モードＨＥ、、ｘおよびＨＥ、、
Ｙに対して偏波面が４５″傾斜させられ、それ等２ｔｌ
ｉ類の伝送モードＨＥ、、ｘおよびＨＥ、。

ゞに同じ位相で等分配されるが、円偏光の参照光ＬＲは
、伝送モ）’ＨＥＢ　ｘオヨヒＨＥ、ｌ　Ｙｌ：分配さ
れる際にその位相が互いに９０’ずらされる。

したがって、伝送モードＨＥ、、Ｘで伝送される干渉光
の光強度変化の位相と伝送モードＨＥ、、Ｙで伝送され
る干渉光の光強度変化の位相は互いに９０″ずらされる
こととなる。

上記２ａ類の干渉光は、光強度変化の位相が９０″ずら
されたまま定偏波光ファイバ２０によって光送受信部３
０まで伝送され、それぞれ集光レンズ１８により平行光
とされた後、偏光ビームスプリッタ１６において分離さ
れ、前記第１光センサ２４．第２光センサ２８に入射さ
せられる。第１光センサ２４及び第２光センサ２８は、
２粍類の干渉光の光強度変化に対応して位相が９０’ず
らされた２ＦＪ類の電気信号、すなわち計測信号ＭＳｌ
、ＭＳ２を出力する。これ等の計測信号ＭＳ１、、ＭＳ
２はそれぞれｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号として取り扱わ
れ、測定回路７０において、直流成分が除去された後電
圧Ｏｖを閾値とするコンパレータによって干渉光の位相
が１／２位相πだけ変化する毎にパルスの発生、消滅を
繰り返し、且つ互いに位相が９０″ずらされたＡ相及び
Ｂ相のパルス信号に変換され、可逆のアップダウンカウ
ンタによってその干渉光の位相変化量が高精度にδｐ１
定される。この位相変化量は、ピストン１０ｇの前進後
退量に対応するもので、これによってピストンの動いた
距離が高い精度で測定されるのである。

一方、この実施例では、往路においては参照光り、及び
計測光ＬＭを取り出すための直線偏光が一つの伝送モー
ドで定偏波光ファイバ２０内を伝送され、後詰において
は２種類の干渉光が定偏波光ファイバ２０の２つの伝送
モードでそれぞれ伝送されるようになっているため、温
度変動、歪、振動等の外部刺激に起因する定偏波光ファ
イバ２０内における位相変化が相殺され、高い測定精度
が得られる。

また、真空容器１１４及び光センサヘッド部３８は１本
の定偏波光ファイバ２０によって光送受信部３０に連結
されているため、真空容器１１４及び光センサヘッド部
がコンパクトに構成される利点がある。

第４図は、請求項（３）に記載された真空ピストン式光
ファイバ測長器に利用されている光ファイバセンサ装置
の構成を示すもので、レーザ光源１０から発射されたレ
ーザ光は、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、無偏光ビームスプ
リッタ７４．１７４波長板７６を通過した後、集光レン
ズ１８により定偏波光ファイバ２０に入射させられる。

上記無偏光ビームスプリッタ７４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、その無
偏光ビームスプリッタ７４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出用の偏
光ビームスプリッタ７８を透過させられて信号成分だけ
とされ、集光レンズ２２により第１光センサ２４に入射
させられる。また、偏光ビームスプリッタ１６によって
反射された反射光は、集光レンズ２６により第２光セン
サ２８に入射させられる。更に、１７４波長板７６は図
に示す破線の矢印の方向に結晶軸を備えていて、直線偏
光を円偏光に変換する。このため、定偏波光ファイバ２
０の２種類の伝送モードＨＥ　ＩＩ　ｘ及ヒＨＥ　１１
ゞテハ、互イニ位相カ９０″異なる２８類の直線偏光が
伝送される。この２種類の直線偏光が計測光ＬＭ及び参
照光Ｌ□である。

この実施例では、以上の光学素子及び光センサによって
光ファイバセンサ装置の光送受信部８０が構成されてい
る。尚、無偏光ビームスプリッタ７４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。

上記定偏波光ファイバ２０の他端部は、真空容器１１４
に固定されており、真空容器１１４は真空窓５６とＯリ
ング５８によって大気と絶縁されており、真空容器１１
４の内に光センサヘッド部８２の機枠８３が固定されて
いる。前記定偏波光ファイバ２０の他端部から出射され
た計測光り。

及び参照光ＬＲは、集光レンズ４６によって平行光とさ
れた後、ファラデー回転子８４により偏波面が４５’回
転させられる。その後、かかる計測光り、及び参照光Ｌ
Ｒは偏光ビームスプリッタ８６により分離され、この偏
光ビームスプリッタ８６を透過した計測光ＬＭは第１図
あるいは第２図のルーフプリズム１１６内で２回反射さ
れて向きを変えられ、コーナーキューブ・ミラーやキャ
ッツアイ等の反射器１１２に入射される一方、偏光ビー
ムスプリッタ８６により反射された参照光Ｌ８は、ミラ
ー６０により方向変換された後集光レンズ６４によって
ミラー６６上に集光される。

反射器１１２とミラー６６で反射された計Ａｌ先ＬＭｓ
参照光ＬＲは、それぞれ往路と逆の光路を辿って定偏波
光ファイバ２０に入射させられるが、それ等の偏波面は
反射によりそれぞれ１８０’反転させられているととも
に、ファラデー回転子８４により４５°回転させられる
ため、それぞれ往路と反対の伝送モードに入射させられ
る。そして、定偏波光ファイバ２０により光送受信部８
０まで伝送された計測光ＬＭ及び参照光ＬＲは、集光レ
ンズ１８により平行光とされた後、１／４波長板７６に
より右回転円偏光及び左回転円偏光に変換されるが、計
測光ＬＭ及び参照光ＬＲの振幅は略等しいため、左右円
偏光による干渉により直線偏光となり、その偏波面はの
向きは計測光り、と参照光ＬＲとの位相差により決定さ
れる。たとえば、計測光ＬＭと参照光ＬＲとの位相差が
２πであると、直線偏光は１回転する。この直線偏光は
、計１１ｐ１光ＬＭと参照光ＬＲとを干渉させることに
よって得られる干渉光である。

このような直線偏光は、無偏光ビームスプリッタ７４に
より２分され、偏光ビームスプリッタ７８および１６を
通して第１光センサ２４および第２光センサ２８により
検出される。偏光ビームスプリッタ７８および１６の偏
波面は互いに４５″傾斜させられているため、第１光セ
ンサ２４および第２光センサ２８によって検出される直
線偏光の光強度の位相は互いに９０″ずらされる。この
ため、測定回路７０では、剪記第３図に示した実施例と
同様にして、ピストン１０８の動いた距離が高い精度で
測定されるのである。

この実施例では、参照光ＬＲ及び計測光ＬＭが、定偏波
光ファイバ２０内において往路と復路とでそれぞれ反対
の伝送モードにて伝送されるようになっているため、温
度変動、歪、振動等の外部刺激に起因する定偏波光ファ
イバ２ｏ内における位相変化が相殺され、前記第３図に
示した実施例と同様な効果が得られる。

なお、この実施例では光送受信部８ｏで計測光ＬＭと参
照光ＬＲとを干渉させるようになっているため、それ等
の計測光ＬＭと参照光ＬＲとの位相差を検出することが
できるものであれば、上記のように９０″位相のずれた
２種類の計測信号ＭＳ１及びＭＳ２から位相変化量を読
み取る方式以外にも種々の方°式を採用することができ
る。また、周波数が僅かに異なる２種類の光を参照光及
び計測光として用いて、それ等の干渉光のビート数の変
化から測定を行うヘテロダイン方式の光ファイバセンサ
装置を利用することもできる。

また、第５図は、更に別の実施例を示すもので、レーザ
光源１０から出力されたレーザ光は、光周波数変調器９
０により互いに偏波面が直交し且つ周波数が異なる２種
類の直線偏光に変換された後、無偏光ビームスプリッタ
７４、及び集光レンズ１８を通して定偏波光ファイバ２
０の端面に入射させられる。上記無偏光ビームスプリッ
タ７４は、直線偏光の一部を反射により分割し集光レン
ズ９２を通してモニタ用光センサ９４へ入射させる。

また、定偏波光ファイバ２０から戻された２種類の干渉
光は、集光レンズ１８により平行光とされるとともに無
偏光ビームスプリッタ７４により反射された後、偏光ビ
ームスプリッタ１６によって偏波面毎に分割され、一方
の干渉光が集光レンズ２２を通して第１光センサ２４に
よって受けられるとともに、他方の干渉光が集光レンズ
２６を通して第２光センサ２８によって受けられるよう
になっている。本実施例では、以上の光学素子及び光セ
ンサによって光ファイバセンサ装置の光送受信部９６が
構成されている。

定偏波光ファイバ２０の一端部に入射させられるレーザ
光は互いに直交する偏波面を有し且つ周波数が異なる直
線偏光であるから、定偏波光ファイバ２０内においては
前記２種類の伝送モードＨＥｌｌｘ及びＨＥ、、Ｙにて
伝送される。この定偏波光ファイバ２０の他端部は、真
空容器１１４に固定されており、真空容器１１４は真空
窓５６と０リング５８によって大気と絶縁されており、
真空容器１１４の内に光センサヘッド部９８の機枠８３
が固定されている。前記２伝送モードにて伝送され且つ
定偏波光ファイバ２０の他端部から放射された互いに直
交する直線偏光は集光レンズ４６を通って平行光に変換
された後、真空窓５６を通されて、無偏光ビームスプリ
ッタ４８により上記２種類の直線偏光をそれぞれ含む参
照光ＬＲと計測光り、とに分離される。無偏光ビームス
プリッタ４８を透過した計測光ＬＭは第１図あるいは第
２図のルーフプリズム１１６内で２回反射されて向きを
変えられ、コーナーキューブ・ミラーやキャッツアイ等
の反射器１１２に入射される一方、無偏光ビームスプリ
ッタ４８により反射された参照光ＬＲは、１／４波長板
５４を通過させられた後ミラー６０により方向変換され
、集光レンズ６４によってミラー６６に集光させられる
。

そして、反射器１１２とミラー６６によって反射された
計測光ＬＭ及び参照光り、は、それぞれ往路と逆の光路
を辿って無偏光ビームスプリッタ４８により合波される
が、参照光ＬＲを構成する２つの直線偏光は、往路にお
いて１／４波長板５４を通過させられることにより、進
行方向に対してそれぞれ右まわり及び左まわりの円偏光
に変換され、復路において再び１／４波長板５４を通過
させられることにより、往路の偏波面に対して偏波面が
それぞれ反対方向へ９０″回転した直線偏光とされる。

すなわち、参照光り、を構成する互いに偏波面が直交す
る２種類の直線偏光は、１／４波長板５４を往復透過さ
せられることにより、往路と復路とで偏波面が互いに反
対とされるのである。

そして、計測光り、を構成する２種類の直線偏光と参照
光ＬＲを構成する２種類の直線偏光は、上記無偏光ビー
ムスプリッタ４８によりそれぞれ合波されて干渉させら
れ、かかる２種類の干渉光は定偏波光ファイバ２０の２
つの伝送モードＨＥ■８及びＨＥ、、Ｙにてそれぞれ伝
送され、光送受信部９６まで戻される。光送受信部９６
において、上記２種類の干渉光は無偏光ビームスプリッ
タ７４により反射された後、偏光ビームスプレツタ１６
によって偏波面の方向により２つに分割され、第１光セ
ンサ２４及び第２光センサ２８によってビート信号ＢＳ
Ｉ及びＢＳ２に変換される。

ここで、光周波数変調器９０から出力される２種類の直
線偏光の周波数をそれぞれｆｌｒ　　ｆ２、往路におい
て温度変化や振動等に起因して定偏波光ファイバ２０か
ら受ける周波数シフトをそれぞれΔｆｔ＋　Δｆ２．ピ
ストン１０８の前進後退に伴う位相変化により計測光Ｌ
Ｍに与えられる周波数シフトをΔｆａ、復路において温
度変化や振動等に起因して定偏波光ファイバ２０から受
ける周波数シフトをそれぞれΔｆｌ’＋　Δｆ２１　と
すると、計測光ＬＭに分配された元の周波数がｆ、の直
線偏光の最終的な周波数はｆ１＋Δｆ１＋Δｆａ＋Δｆ
、／で、その直線偏光と干渉させられる参照光ＬＲに分
配された元の周波数がｆ２の直線偏光の最終的な周波数
はｆ２＋Δｆ２＋Δｆ。

となり、それ等の干渉光のビート周波数、すなわち前記
ビート信号ＢＳＩ及びＢＳ２の一方の周波数ｆＢＩは次
式（３）で表される。また、参照光Ｌ８に分配された元
の周波数がｆ、の直線偏光の最終的な周波数はｆ１＋Δ
ｆ１＋Δ（、／で、その直線偏光と干渉させられる計測
光ｔ、、Ａに分配された元の周波数がｆ２の直線偏光の
最終的な周波数はｆ２＋Δｆ２＋Δｆａ＋Δ（、／　と
なり、それ等の干渉光のビート周波数、すなわち前記ビ
ート信号ＢＳＩ及びＢＳ２の他方の周波数ｆ８□は次式
％式％ ） ） ） （３） ） ） ） （４） 上記ビート信号ＢＳＩ及びＢＳ２は測定回路１００に供
給され、それ等の差動すなわち周波数差が検出されると
ともに、たとえばそれらの差動量に対応した時間だけ開
かれるゲートを介して一定周波数のクロック信号を計数
するカウンタにより、次式（５）で表される前記ビート
信号ＢＳＩとＢＳ２との差動量、すなわち、ピストンの
動いた距離が高い精度で測定されるのである。

Δｆａｄｔ＠・・　（５） この実施例では、１／４波長板５４によって参照光ＬＲ
を構成する２種類の直線偏光を反対向きに９０＠回転さ
せるとともに、その参照光り、と計測光ＬＭとを合波さ
せるとこによって得られる２種類の干渉光を表すビート
信号ＢＳＩとＢＳ２との周波数差を測定するようになっ
ているため、往路の定偏波光ファイバ２０において発生
するコア３２の歪などに起因する周波数シフトΔｆ、及
びΔｆ２が打ち消され、前記第１実施例、第２実施例と
同様に高い測定精度が得られる。

なお、この場合には、往路と復路とで異なる定偏波光フ
ァイバを用いるように構成することもできる。

以上、本発明の幾つかの実施例を図面に基づいて詳細に
説明したが、本発明はその他の態様で実施することもで
きる。

また、前述した各実施例の光ファイバセンサ装置はあく
までも一例で、他の種々の光ファイバセンサ装置を利用
することができる。

その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に褪
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、空気に影響されずに、高精度の測長が簡便に行える真
空ピストン威光ファバ測長器が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は真空ピストン式光ファイバ測長器の
構成を説明する図、第２図は他の実施例の構成を説明す
る図、第３図は別の実施例に利用された光ファイバセン
サ装置の構成を説明する図、第４図はさらに別の実施例
に利用された光ファイバセンサ装置の構成を説明する図
、第５図は更に別の実施例に利用された光ファイバセン
サ装置の構成を説明する図である。 図中、２０は（定偏波）光ファイバ、１０２は光送受信
部、１０４は光センサヘッド部、１０８はピストン、１
０８＋１０６ａ、ｂは真空部の体積が変化しない構造、
１１４は真空容器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバを介して光送受信部と光センサヘッド部
   との間で光の送受信を行うとともに、参照光と計測光と
   を干渉させることによって得られる干渉光の位相変化に
   基づいて測定を行う光ファイバセンサ手段によって前記
   測尺機構のピストンの前進後退量を測定する手段と、 前記ピストンは、該ピストンの前進後退に対して真空部
   の体積が変化しない手段を有する真空容器に取り付けら
   れ、かつ前記光センサヘッド部の計測光と参照光の光路
   が前記真空容器におさめられていることを特徴とする真
   空ピストン式光ファイバ測長器。 ２、偏波面が互いに直交する２伝送モードにて光を伝送
   する単一の伝送用定偏波光ファイバと、周波数が等しい
   参照光および計測光を取り出すための光を前記定偏波光
   ファイバへ入射させるとともに、該定偏波光ファイバを
   介して戻される２種類の干渉光をそれぞれ検出して電気
   信号に変換する光送受信部と、前記定偏波光ファイバに
   よって伝送された光に基づいて前記参照光および計測光
   を取り出すとともに、該計測光の位相が前記測尺機構の
   ピストンの前進後退によって変化させられるのに伴って
   光強度変化の位相が変化させられ、且つ該光強度変化の
   位相が互いに９０゜ずらされた２種類の干渉光が前記定
   偏波光ファイバの２伝送モードにて伝送されるように該
   定偏波光ファイバに光を入射させる光センサヘッド部と
   を有するもので、前記２種類の干渉光に対応して位相が
   ９０゜ずらされた２種類のＡ相及びＢ相の電気信号に基
   づいて該干渉光の位相変化量を求めて前記測尺機構のピ
   ストンの前進後退量が測定される請求項１記載の真空ピ
   ストン式光ファイバ測長器。 ３、偏波面が互いに直交する２伝送モードにて光を伝送
   する単一の伝送用定偏波光ファイバと、前記参照光及び
   計測光を前記定偏波光ファイバへ入射させ、該参照光及
   び計測光を前記２伝送モードの一方及び他方にて伝送さ
   せるとともに、該定偏波光ファイバを介して戻された該
   参照光及び計測光に基づいて干渉光を生成し、該干渉光
   の光強度変化を検出して電気信号に変換する光送受信部
   と、前記定偏波光ファイバによって伝送された前記参照
   光及び計測光の内、該計測光の位相を前記測尺機構のピ
   ストンの前進後退によって変化させるとともに、該参照
   光及び計測光を往路とは反対の伝送モードにて伝送され
   るように前記定偏波光ファイバに入射させる光センサヘ
   ッド部とを有するものである請求項１記載の真空ピスト
   ン式光ファイバ測長器。 ４、前記光ファイバセンサ装置は、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伝送用定偏波光ファ
   イバと、偏波面が互いに直交し且つ周波数が異なる２種
   類の直線偏光を前記定偏波光ファイバへ入射させ、該２
   種類の直線偏光を前記２伝送モードの一方及び他方にて
   伝送させるとともに、該定偏波光ファイバの前記２伝送
   モードにて戻された２種類の干渉光をそれぞれ検出して
   電気信号に変換する光送受信部と、前記定偏波光ファイ
   バによって伝送された前記２種類の直線偏光をそれぞれ
   前記参照光と計測光とに分配し、該計測光の周波数を前
   記測尺機構のピストンの前進後退によって変化させると
   ともに、該参照光及び計測光の何れか一方に含まれる前
   記２種類の直線偏光の偏波面をそれぞれ反対方向へ９０
   ゜回転させた後、該参照光と計測光とを合波させて前記
   定偏波光ファイバに入射させる光センサヘッド部とを有
   するもので、前記２種類の干渉光に対応する２種類の電
   気信号の周波数差に基づいて前記測尺機構のピストンの
   前進後退量が測定される請求項１記載の真空ピストン式
   光ファイバ測長器。