JPH0355767B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、光信号を用いて物理量の測定を行な
う光応用センサ装置の改良に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 第１図および第２図は従来における光応用セン
サ装置の構成図である。先ず第１図に示す光応用
センサ装置について説明する。１は光信号発信部
であり、この発光素子１ａの発行により光信号が
送り側光導波路２を伝送して検出部３へ送られ
る。この検出部３では、光信号を被測定物理量
（例えば圧力）により(イ)方向に変位する反射板３
ａにより物理量に対応した光強度にして反射し、
その１部を受け側光導波路４に入射する。ここ
で、受け側光導波路４に入射する光信号は検出部
３における送り側および受け側光導波路２，４の
端面と反射板３ａとの距離の関数の光量となる。
受け側光導波路４に入射した光信号は光信号受信
部５に送られ、光信号受信部５は、受光素子５ａ
により電気信号に変換された光信号を測定する。
このようにして反射板３ａの変位(イ)の関数として
の電気信号が得られ、ひいては物理量が測定でき
るのである。次に第２図に示す光応用センサ装置
について説明する。この光応用センサ装置は、検
出部６が被測定物理量によつて(ロ)方向に変位する
しや光板６ａ、送り側光導波路７からの光信号を
しや光板６ａに当てる第１の光学レンズ６ｂおよ
びしや光板６ａを介して送られてくる光信号を受
け側光導波路８へ入射する第２の光学レンズ６ｃ
から構成されている。本第２図に示す光応用セン
サ装置には図示していないが第１図と同様に送り
側７には光信号発振部１、発光素子１ａ及び送り
側光導波路２が設けられ、また受け側８には光信
号受信部５、受光素子５ａ及び受け側光導波路４
が設けられており、受け側８で受光した光信号の
光量によつて物理量を測定するものである。

このような光応用センサ装置においては、光信
号発信部１の発光パワーの安定化、また送り側お
よび受け側光導波路２，４，７，８の損失変化の
補償を行い光信号の安定化をはかつている。しか
し、発光パワーの安定化と損失変化の補償だけで
は常に安定した光信号が得られない場合があり、
特に光導波路の湾曲あるいは発光源と光導波路と
を接続するコネクタの着脱により光信号に大きな
変動が生じてしまう。

そこで、光導波路の湾曲および着脱により光信
号が変動する原因について説明する。第３図ａ，
ｂは光導波路として光フアイバーを用いた場合の
光導波路の構造およびこの光導波路からの出射パ
ターンを示した図である。ここで、９が光導波路
のクラツドであり、１０がコアであり、その屈折
率分布はステツプ状でコア１０の屈折率がクラツ
ド９のそれより少し大きく設定されている。この
ため、光信号はコア１０からクラツド９へ向う時
に全反射し、コア１０内に導波モードが存在する
ようになる。このような光信号が送り側７の光導
波路２から出射されると第３図ｂのような出射パ
ターンＳとなる。この出射パターンＳは、送り側
光導波路２における複数の導波モードが一様に励
起された場合のものである。そして光導波路出射
端面におけるパターン（アフイールドパターン）
は屈折率分布と同じステツプ状分布となるが、端
面から距離ｒだけ離れた位置での出射パターンＳ
は第３図ｂに示すようにほぼ台形に近似される。
ここで、光信号の光導波路端面における出射角θ
は低次モードから高次モードになるに従つて大き
くなる。また、この出射パターンＳは、光導波路
の複数の導波モードから構成されており、導波モ
ードの状態、モード間のパワー比の影響を大きく
受ける。周知のように光導波路を所定の曲率半径
以上に曲げた場合には、高次の導波モードが放射
モードとなつてリークしたり、またモード変換が
起こるので、出射角θが小さくなり出射パターン
Ｓが変化することになる。第４図は光導波路を曲
げた場合における出射パターン変化図を示す。第
４図に示すように高次モードがリークすると出射
パターンＳは出射パターンＳ１から出射パターン
Ｓ２になる。このように送り側光導波路２及び受
け側光導波路４の曲げの度合いに応じて光信号受
信部５で測定する光信号の光量が変化するので、
反射板３ａおよびしや光板６ａが変位せずとも見
かけ上の変位として測定されてしまう。

また、送り側光導波路２及び受け側光導波路４
の曲りによる影響は光信号受信部５で測定する光
量の減少だけでなく、光信号における出力特性に
も影響を与える。第５図ａ，ｂは光信号の出力特
性を示し、ａは正常な場合の出力特性図、ｂはリ
ークが生じた場合の特性図である。第５図ａ，ｂ
に示すように光導波路にリークが生じると、その
出力特性における信号の立ち上がり位置および最
大ピーク位置が変化してしまう。このため特に最
初の立ち上がり特性を使用して物理量の測定を行
なう場合、感度が変化したり、ゼロ点ドリフトが
生じてしまう。したがつて、物理量の測定におい
て正確な測定値が得られなくなつてしまう。この
ことは、送り側光導波路２及び受け側光導波路４
がステツプインデツクスでない例えば屈折率分布
が放物線状をしたグレーテツドインデツクス光導
波路でも同様である。さらに、第２図に示す光応
用センサ装置においても感度の変化およびゼロ点
ドリフトが生じる。

［発明の目的］ 本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、光
導波路の曲げあるいは光信号の伝送路上の接続部
の着脱によつても安定した出射パターンの光信号
を得、感度の変化およびゼロ点ドリフトの生じな
い光応用センサ装置を提供することを目的とす
る。

［発明の概要］ 本発明は、光通信を用いて物理量の測定を行う
光応用センサ装置において、前記光応用センサ装
置に置ける信号発振部及び光信号受信部と検出部
との間の光信号を伝送する光導波路に、屈折率分
布が段階的に変化するステツプインデツクス光導
波路と、屈折率分布が連続的に変化するグレーテ
ツドインデツクス光導波路とを複数交互に設けて
上記目的を達成しようとする光応用センサ装置で
ある。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例について第６図および第
７図を参照して説明する。なお、第１図と同一部
分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
第６図は本実施例における構成図である。第６図
に示す光応用センサ装置は、第１の実施例と同様
に検出部３と光導波路２，４との接続部分に出射
パターン安定手段３０を設けたものである。この
出射パターン安定手段３０は、屈折率分布が放射
線状をしたグレーテツドインデツクス光導波路３
１，３２および屈折率分布がステツプ上のスタツ
プインデツクス光導波路３３，３４を交互に例え
ば融着によつて接続したものである。

次に示す如く構成された装置の動作について説
明する。第７図は出射パターン安定手段３０にお
ける光信号の伝送を示す図である。第７図におい
て３３Ｋはステツプインデツクス光導波路３３の
コアであり、３１Ｋはグレーテツドインデツクス
光導波路３１のコアである。ここで、光信号の導
波モードは、ステツプインデツクス光導波路３３
では光信号がいかなる角度で全反射を繰返してい
るかで決定し、グレーテツドインデツクス光導波
路３１ではいかなる位置でいかなる角度でもつて
入射されたかで決定される。このようなことか
ら、ステツプインデツクス光導波路３３において
は、光信号Ｃ１，Ｃ２は第７図に示すように平行
となる。つまり同じ導波モードとなつている。一
方、グレーテツドインデツクス光導波路３１にお
いては、光信号Ｃ１，Ｃ２の入射位置が異なるの
で光信号Ｃ１は高次モードで光信号Ｃ２は低次モ
ードで伝送するようになる。すなわち、グレーテ
ツドインデツクス光導波路３１では、光信号Ｃ
１，Ｃ２の入射角が等しくても入射位置が異なる
ことによりそれぞれ異なつた導波モードとなつて
伝送するようになる。したがつて、ステツプイン
デツクス光導波路３３において、同じ角度で反射
し伝送してきた１つの導波モードの光信号Ｃ１，
Ｃ２がグレーテツドインデツクス光導波路３１に
入射することによつて複数の導波モードに分散さ
れる。このような出射パターン安定手段３０を伝
送した光信号発信部１からの光信号は、検出部３
における反射板３ａに一様化された出射パターン
となつて出射される。

したがつて第６図に示すような装置によれば、
検出部３と光導波路２，４との接続部分に屈折率
分布の異なるグレーテツドインデツクス光導波路
３１，３２とステツプインデツクス光導波路３
３，３４とを設けたので、送り側光導波路２およ
び受け側光導波路４の曲がり等で導波モードの変
換またはかたよりが生じても、各導波モードが分
散され一様化されることにより安定化された出射
パターンを得ることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、検出部と光導波路との接続部
分の光導波路を所定の曲率半径をもつて曲げるあ
るいは屈折率分布の異なる光導波路を交互に設け
たので、光導波路の曲げあるいは光信号の伝送路
上の接続部の着脱によつても安定した出射パター
ンの光信号を得、感度の変化およびゼロ点ドリフ
トの生じない光応用センサ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来における光応用セン
サ装置の構成図、第３図ａ，ｂは光導波路の構成
とその出射パターンを示す図、第４図は出射パタ
ーンの変化を示す図、第５図ａ，ｂは従来におけ
る光応用センサ装置の出力特性図、第６図は本装
置における実施例を示す構成図、第７図は実施例
における作用を説明するための図である １……光信号発信部、２……送り側光導波路、
３……検出部、４……受け側光導波路、５……光
信号受信部、３０……出射パターン安定手段、３
１，３２……グレーテツドインデツクス光導波
路、３３，３４……ステツプインデツクス光導波
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光信号を発生する光信号発生手段と、この光
   信号発生手段からの光信号を光信号伝播媒体中に
   屈折させることにより伝送する光導波路と、この
   光導波路を伝送してきた光信号を前記物理量の変
   化に応じた光強度に変換して前記物理量を検出す
   る検出手段と、この検出手段により変換された前
   記光信号を再び前記光導波路に伝送させこの伝送
   してきた前記光信号の光量を測定して前記物理量
   を検出する光信号受信手段とを備えた光応用セン
   サ装置において、前記光信号発生手段と前記検出
   手段との間の前記光導波路に屈折率分布が段階的
   に変化するステツプインデツクス光導波路と屈折
   率分布が連続的に変化するグレーテツドインデツ
   クス光導波路とを複数交互に備えたことを特徴と
   する光応用センサ装置。