JPH0376845B2 - - Google Patents

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JPH0376845B2
JPH0376845B2 JP60167287A JP16728785A JPH0376845B2 JP H0376845 B2 JPH0376845 B2 JP H0376845B2 JP 60167287 A JP60167287 A JP 60167287A JP 16728785 A JP16728785 A JP 16728785A JP H0376845 B2 JPH0376845 B2 JP H0376845B2
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JP
Japan
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light
measured
polarization
electro
optical fiber
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JP60167287A
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Toshio Akatsu
Sadao Mori
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication of JPS6227603A publication Critical patent/JPS6227603A/ja
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は測定対象物に光を当ててその測定対象
物の移動変位量を光学的に測定する装置に係り、
特に光フアイバによつて光を被測定物まで導くよ
うにした光学的測定装置に関する。
〔従来の技術〕
この種の従来の技術は、第4図に示されてお
り、レーザ発振器1から出射したレーザ光bをビ
ームスプリツタ2によつて2つの光b1とb2とに分
け、光b1は反射面3で反射されて光検出器4に入
射し、一方ビームスプリツタ2を透過した光b2
レンズ5、光フアイバ6、レンズ7を経て被測定
物8の表面で反射して再びレンズ7、光フアイバ
6、レンズ5を経てビームスプリツタ2によつて
光検出器4に入射されるようになつている。光検
出器4では光b1とb2とが干渉し、干渉光の明るさ
は被測定物8の変位量によつて変化するので、こ
の干渉光の明るさを光検出器4によつて電気信号
に変換したのち、測定回路9で測定し、これによ
つて被測定物8の変位量を知ることができるよう
になつている。なお符号10はデイスプレーで、
第5図に示されるような信号が表示され、この信
号の波の数nから被測定物8の変位量δ(δ=
nλ)が測定されるようになつている。
また特開昭58−151509号公報に示されるよう
に、表面粗さの光学的測定方法であつて、光路途
中に1/4波長板を複数備えた技術も知られている。
〔発明の解決しようとする問題点〕
前記した2つの従来の技術では、光路を異にす
る二つの光の一方の光だけが光フアイバ内を通る
ようになつている。そのため光フアイバの周囲の
温度変化、気圧変化あるいは光フアイバに与えら
れる振動などによつて光フアイバの屈折率が変化
し、このため測定回路9によつて検出される被測
定物8の変位量に測定誤差として表われるという
問題点があつた。
また第4図に示す従来の技術では、被測定物8
の変位に応じて第5図に示すような信号が表われ
るが、被測定物8の変位方向までも判別できるよ
うにはなつておらず、これがため変位量は知れて
もどちらの方向に変位したかを検出することはで
きなかつた。
この種の従来例を示すものとしては、さらに、
特開昭59−72005号および特開昭60−100002号が
ある。
特開昭59−72005号においては、伝送用光フア
イバの種類を開示していない。かりにマルチモー
ドフアイバとすると、半透鏡に入射する光は可干
渉光ではなくなる。したがつて、半透鏡と反射鏡
とからの反射光同士は干渉しない。
そこで、シングルモードフアイバとすれば、半
透鏡と反射鏡とからの反射光同士は干渉するが、
センサ用光フアイバ内で発生する位相変化の符号
を求めることはできず、変位の方向までも測定す
ることが不可能であつた。
また、干渉光の強度は、半透鏡と反射鏡とから
の反射光強度によつても変化するから、測定精度
が低下する問題があつた。
さらに、伝送用光フアイバに温度変化や力等の
外乱が加わると、この伝送用光フアイバを伝播中
のレーザ光の偏波面が変化する。したがつて、セ
ンサ用フアイバ内で本来の検出対象の電流により
光の偏波面が変化したのか、伝送用フアイバ内で
外乱により偏波面が変化したのか、区別できなか
つた。
一方、特開昭60−100002号においては、伝送用
光フアイバの先端に設ける検出部が複雑になると
ともに、受光・表示器と検出部との間をさらに別
のフアイバで連結しなければならない欠点があつ
た。
また、直線偏光の光を入射させても、光フアイ
バを伝播中にこの光フアイバに外乱が作用する
と、出射するときは楕円偏光となる。すなわち、
光フアイバからの出射光は、偏光面が直交し位相
差の異なる2つの直線偏光が合成された光とな
る。その後偏光ビームスプリツタで反射光と透過
光とに2分割されるが、反射光の中では前記2つ
の直線偏光の成分が干渉して光の強度が変化す
る。同様に、透過光の強度も変化する。したがつ
て、参照光と測定光とを干渉させても、その強度
は外乱によつても変化するから、測定精度が低下
する。
この場合も、被測定量の符号を求めることがで
きず、変位の方向までも測定することが不可能で
あつた。
本発明の目的は、光フアイバの屈折率が各種外
乱によつて変化したとしても、その影響を受ける
ことがなく、被測定物の変位量とともに変位の方
向も測定可能な変位の光学的測定装置を提供する
ことである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を達成するために、直線偏
光を発するレーザ発振器と、電圧によつて駆動さ
れレーザ発振器から出た光の位相を変調する電気
光学結晶と、電気光学結晶から入射された光の偏
光面を保持しつつ被測定物側に出射するととも
に、被測定物側から戻つてきた反射光の偏光面を
保持しつつ電気光学結晶側に出射する偏光面保存
光フアイバと、偏光面保存光フアイバの被測定物
側端部と被測定物との間に位置し、測定基準面と
なる入射表面上で透過光と反射光とに分離し、透
過光が偏光方向を変えずに逆方向から入射すると
光の偏光方向を90゜変える1/4波長板と、偏光面保
存光フアイバの電気光学結晶側端部から出射され
た反射光を偏光面によつて2分割する偏光ビーム
スプリツタと、偏光ビームスプリツタで分割され
たそれぞれの光の明るさが最大又は最小となると
きの電気光学結晶への印加電圧を検出し、この印
加電圧およびその差から被測定物の変位方向およ
び変位量を算出する測定部とを備えた変位の光学
的測定装置を提案するものである。
〔作用〕
次に、本発明の実施例の全体構成を示す第1図
を参照して、本発明の作用を説明する。
偏光面保存光フアイバ16の出射端であるフア
イバ端部16Fの前方に測定基準面22を設け
る。この基準面22での反射光も被測定物18の
表面での反射光と同様に光フアイバ16内を通る
ので、偏光ビームスプリツタ26で分離された二
つの光I1、I2の光路差に光フアイバ16の存在が
影響を与えなくなる。その結果、光フアイバ16
の屈折率の変化によつて測定誤差が生ずることが
なくなる。
また、測定部においては、偏光ビームスプリツ
タで分割されたそれぞれの光の明るさが最大又は
最小となるときの電気光学結晶への印加電圧を検
出し、この印加電圧およびその差から被測定物の
変位方向および変位量を算出することから、変位
量のみならず、変位の方向も正確に把握できる。
〔実施例〕
次に本発明の実施例を説明する。
第1図は本発明の実施例の全体概要図であり、
この図において、符号11はレーザ発振器で、こ
のレーザ発振器11によつて出射されるレーザ光
の光軸上には、高周波電源13によつて駆動さ
れ、入射光の位相を変調するための電気光学結晶
12が設置されている。電気光学結晶12を経た
光の光軸上には光の一部を反射し、一部を透過さ
せるビームスプリツタ14が配置されている。ビ
ームスプリツタ14の透過光Bの光軸上には、入
射光の偏光面をそのままの状態で光を導く偏光面
保存光フアイバ16の一端16Eが配置され、透
過光Bはこの光フアイバ16に導かれてフアイバ
他端部16Fから被測定物18に向つて出射され
るようになつている。偏光面保存光フアイバ16
は、第3図に示されるように、中央のコア16
A、その外周にあるクラツド16B、その外周の
楕円ジヤケツト16C、最外周にあるサポート管
16Dから構成されており、コア16Aに集光さ
れた光はクラツド16Bとの境界面で全反射をく
り返しながらコア16Aの中を進行するようにな
つている。
光フアイバ16の両端部16E,16F近傍に
はレンズ20(20A,20B)が配置されてお
り、光フアイバ16の入射端への集光および光フ
アイバ16からの出射光の平行化をおこなうよう
になつている。レンズ20Bの前方には測定基準
面22となる表面上で入射光Bを反射光B1と透
過光B2とに分離し、透過光B2が偏光方向を変え
ずに逆方向から入射すると光の偏波面を入射した
時点と90゜変える作用のある1/4波長板24が設置
されており、この1/4波長板24表面の測定基準
面22で反射した光B1および1/4波長板24を透
過して被測定物18表面で反射し、1/4波長板を
透過した光B2は光フアイバ16を通つて再びビ
ームスプリツタ14に入射されるようになつてい
る。
ビームスプリツタ14によつて分離される反射
光Iの光軸上には偏光面の違いによつて二つの光
I1、I2に分離する偏光ビームスプリツタ26が設
けられており、この偏光ビームスプリツタ26で
分離された光I1、I2のそれぞれの光軸上には光電
変換によつて光を電気信号に変換する光検出器2
8,29、これらの光検出器28,29によつて
検出される電気信号の最大値(又は最小値)を検
出する極大(又は極小)検出回路30,31、こ
れらの検出回路30,31によつて検出された極
大(又は極小)値を示すときの電気光学結晶12
への印加電圧を捕捉し、そのときの電圧値を記憶
するサンプルホールド回路32,33が順次設け
られており、サンプルホールド回路32,33は
引算回路34に続されて、サンプルホールド回路
32,33でそれぞれ記憶された電圧V1,V2
差を算出するようになつている。すなわち光検出
器28,29、極大(又は極小)検出回路30,
31、サンプルホールド回路32,33、引算回
路34によつて偏光ビームスプリツタ26で分離
された2つの光I1、I2の明るさの最大(又は最
小)値の差から被測定物18の変位量を測定する
測定部40が構成されている。
さらに、本実施例による被測定物18の変位測
定について説明する。
電気光学結晶12は第2図に示すような直交3
軸X、Y、Zを有し、光Iの入射方向にlcなる長
さを有している。いまXZ平面に平行な面を偏光
面とする直線偏光IxがZ方向に進行するときの結
晶の屈折率をnx、同様にYZ面に平行な面を偏光
面とする直線偏光IyがZ方向に進行するときの結
晶の屈折率をnyとすると、nx、nyは次式で示され
る。
nx=nx0+KxV ……(1) ny=ny0+KyV ……(2) 但し、Vは電気光学結晶12への印加電圧、
Kx、Kyは電気光学結晶の種類によつて定まる定
数、nx0、ny0は結晶への印加電圧が0のときの屈
折率である。
屈折率nxとnyとの差をΔnとすると、 Δn=ny−nx =ny0−nx0+(Ky−Kx)V ……(3) レーザ光の偏光面は電気光学結晶12のX軸に
対して45゜傾斜したX′Z面に平行となるように電気
光学結晶が設置されており、レーザ光は電気光学
結晶のXZ面に平行な偏光面を持つ光IxとYZ面に
平行な偏光面を持つ光Iyとに分解される。ここで
IX、IYがそれぞれ電気光学結晶12を出射すると
きの位相をφXC、φYCとすると次式が得られる。
φXC=2π/λnxlc ……(4) φYC=2π/λnylc ……(5) 但し、lcは電気光学結晶の長さ、λはレーザ発
振器11から発せられるレーザ光の波長である。
ビームスプリツタ12を通過した光IX、IYは偏
光面保存光フアイバ16に集光(符号Bで示す)
されるが、光フアイバ16は、第3図に示される
ように、第2図に示す電気光学結晶12のX軸と
光フアイバ16のX軸とが一致するように配置さ
れており、光フアイバ16に入射される光IXの偏
光面は第3図XZ面、光IYの偏光面は第3図YZ面
にそれぞれ平行な面となつている。このとき、光
IX、IYが光フアイバ16中を進行することによる
位相の変化φxF、φyFは次式で示される。ここで
φxF、φyFはそれぞれ光IX、IYが受ける位相の変化
である。
φxF=2πnxF/λlF ……(6) φyF=2πnyF/λlF ……(7) 但し、nxFは光フアイバ16の光IYに対する屈
折率、nxFは光フアイバ16の光IXに対する屈折
率、lFは光フアイバの長さである。
光フアイバ16を出射した光はレンズ20Bを
経て1/4波長板24表面に形成されている測定基
準面22に入射する。1/4波長板24と光フアイ
バ16の出射端16Aとの配置関係は、光フアイ
バ16のX−Y軸と1/4波長板24の結晶軸X−
Y軸とが相対的に45゜傾斜した状態となるように
配置されている。すなわち、光フアイバ16から
の出射光IXの偏光面が1/4波長板の結晶軸Xと45゜
傾斜した状態となるように光フアイバ16と1/4
波長板24とが配置されている。レンズ20Bを
出た光Bの一部は、第1図符号B1で示されるよ
うに、基準面24で反射され、残りは符号B2
示されるように1/4波長板24を透過して被測定
物18の表面で反射する。すなわち基準面22へ
の2種類の入射光IXとIYがそれぞれ基準面22と
被測定物18の表面で反射し、基準面22からレ
ンズ20Bに向う光は4種類の反射光となつてい
る。この4種類の反射光の偏光面を考えると、 (1) 光IXの一部は基準面22で反射するが、この
反射光の偏光面は変化せず、光IXの偏光面と同
じである。この光をI(X

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 直線偏光を発するレーザ発振器と、 電圧によつて駆動され前記レーザ発振器から出
    た光の位相を変調する電気光学結晶と、 前記電気光学結晶から入射された光の偏光面を
    保持しつつ被測定物側に出射するとともに、被測
    定物側から戻つてきた反射光の偏光面を保持しつ
    つ前記電気光学結晶側に出射する偏光面保存光フ
    アイバと、 前記偏光面保存光フアイバの被測定物側端部と
    被測定物との間に位置し、測定基準面となる入射
    表面上で透過光と反射光とに分離し、透過光が偏
    光方向を変えずに逆方向から入射すると光の偏光
    方向を90゜変える1/4波長板と、 前記偏光面保存光フアイバの前記電気光学結晶
    側端部から出射された反射光を偏光面によつて2
    分割する偏光ビームスプリツタと、 前記偏光ビームスプリツタで分割されたそれぞ
    れの光の明るさが最大又は最小となるときの前記
    電気光学結晶への印加電圧を検出し、この印加電
    圧およびその差から被測定物の変位方向および変
    位量を算出する測定部と を備えたことを特徴とする変位の光学的測定装
    置。
JP60167287A 1985-07-29 1985-07-29 変位の光学的測定装置 Granted JPS6227603A (ja)

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