JPH05187824A - 微少変位センサ - Google Patents
微少変位センサInfo
- Publication number
- JPH05187824A JPH05187824A JP400192A JP400192A JPH05187824A JP H05187824 A JPH05187824 A JP H05187824A JP 400192 A JP400192 A JP 400192A JP 400192 A JP400192 A JP 400192A JP H05187824 A JPH05187824 A JP H05187824A
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- Japan
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- optical waveguide
- coherent light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡潔な構成で、遠距離から微少変位を検出で
きる微少変位センサを実現すること。 【構成】 微少変位を測定すべき可動物体１０から発す
るコヒーレント光は、複数のモードを同時に伝送可能な
多モード光導波路１に入射される。この導波路１と検出
器アレイ２の間に画像情報を伝送する可能なバンドルフ
ァイバ４が挿入されている。検出器アレイ２の出力電気
信号はニューラルネットワーク３に入力して、可動物体
１０の微少変位量が検出される。
きる微少変位センサを実現すること。 【構成】 微少変位を測定すべき可動物体１０から発す
るコヒーレント光は、複数のモードを同時に伝送可能な
多モード光導波路１に入射される。この導波路１と検出
器アレイ２の間に画像情報を伝送する可能なバンドルフ
ァイバ４が挿入されている。検出器アレイ２の出力電気
信号はニューラルネットワーク３に入力して、可動物体
１０の微少変位量が検出される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多モード光導波路を用
いて微少変位量を検出する微少変位センサに関するもの
である。
いて微少変位量を検出する微少変位センサに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来の多モード光導波路を用いた微少変
位センサについて図２を用いて説明する。このようなセ
ンサは、相澤他、“ニューラル処理を用いたセンシング
技術”、レーザ学会、第１１回年次大会講演予稿集（９
１年１月）に示されている。図２において、可動物体１
０からの光情報は多モード光導波路１に入射される。こ
れにより多モード光導波路１中には、複数のモードが励
振され、多モード光導波路１を伝搬していく。可動物体
１０からの光情報によって励振される多モード光導波路
中のモード分布は、可動物体１０の変位によって変化す
る。多モード光導波路１からの出力光分布は光検出器ア
レイ２によって受光され、ここで、光−電気変換が行わ
れ、この電気信号がニューラルネットワーク３に入力さ
れる。ニューラルネットワーク３では、その電気信号の
強度分布に従って、可動物体１０の変位量を求める。ニ
ューラルネットワーク３は学習機能を有しているので、
予め、変位量と多モード導波路の出射パターンの関係を
学習させておけば、変位センサを構成することができ
る。
位センサについて図２を用いて説明する。このようなセ
ンサは、相澤他、“ニューラル処理を用いたセンシング
技術”、レーザ学会、第１１回年次大会講演予稿集（９
１年１月）に示されている。図２において、可動物体１
０からの光情報は多モード光導波路１に入射される。こ
れにより多モード光導波路１中には、複数のモードが励
振され、多モード光導波路１を伝搬していく。可動物体
１０からの光情報によって励振される多モード光導波路
中のモード分布は、可動物体１０の変位によって変化す
る。多モード光導波路１からの出力光分布は光検出器ア
レイ２によって受光され、ここで、光−電気変換が行わ
れ、この電気信号がニューラルネットワーク３に入力さ
れる。ニューラルネットワーク３では、その電気信号の
強度分布に従って、可動物体１０の変位量を求める。ニ
ューラルネットワーク３は学習機能を有しているので、
予め、変位量と多モード導波路の出射パターンの関係を
学習させておけば、変位センサを構成することができ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の変位センサでは、多モード光導波路の出力光
分布を光検出器アレイで直接受光していた。そのため、
多モード光導波路を伝搬する光の分布は、長距離伝搬す
るに従って、定常状態に漸近するため、多モード光導波
路への光の入射条件が変化しても、出力される光の分布
がまったく同じになり、入射条件の相関を識別できなく
なる。また、こうした問題を解決する方法として、短距
離多モード光導波路の直後に光検出器アレイを配置し、
このアレイからの出力を電気信号として長距離伝搬させ
る方法が考えられる。しかし、このような方法では、電
気信号が微弱かつ多数であるため、検出器アレイの間近
で、増幅あるいはＡ／Ｄ変換，シリアル／パラレル変換
等の処理を行う必要があり、構成が複雑になるという問
題が生ずる。
うな従来の変位センサでは、多モード光導波路の出力光
分布を光検出器アレイで直接受光していた。そのため、
多モード光導波路を伝搬する光の分布は、長距離伝搬す
るに従って、定常状態に漸近するため、多モード光導波
路への光の入射条件が変化しても、出力される光の分布
がまったく同じになり、入射条件の相関を識別できなく
なる。また、こうした問題を解決する方法として、短距
離多モード光導波路の直後に光検出器アレイを配置し、
このアレイからの出力を電気信号として長距離伝搬させ
る方法が考えられる。しかし、このような方法では、電
気信号が微弱かつ多数であるため、検出器アレイの間近
で、増幅あるいはＡ／Ｄ変換，シリアル／パラレル変換
等の処理を行う必要があり、構成が複雑になるという問
題が生ずる。
【０００４】本発明の目的は、上記のような従来の問題
点に鑑み、簡潔な構成で遠距離から微少変位を検出でき
る微少変位センサを提供することにある。
点に鑑み、簡潔な構成で遠距離から微少変位を検出でき
る微少変位センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、請求項１として、被測定可動部分から
発するコヒーレント光を受光して、複数のモードを同時
に伝送可能な多モード光導波路と、該多モード光導波路
内において励振される各モード間の干渉により生ずるモ
ード間干渉パターンを画像情報として伝送するバンドル
ファイバと、該バンドルファイバから出力する光信号の
光強度分布を検出可能な光検出素子アレイと、入力信号
に対して認識や学習機能を有し、前記光検出素子アレイ
からの出力電気信号を処理して前記被測定可動部分の微
少変位量を検出するニューラルネットワークとを具えた
ことを特徴とする微少変位センサを提供する。
めに、本発明は、請求項１として、被測定可動部分から
発するコヒーレント光を受光して、複数のモードを同時
に伝送可能な多モード光導波路と、該多モード光導波路
内において励振される各モード間の干渉により生ずるモ
ード間干渉パターンを画像情報として伝送するバンドル
ファイバと、該バンドルファイバから出力する光信号の
光強度分布を検出可能な光検出素子アレイと、入力信号
に対して認識や学習機能を有し、前記光検出素子アレイ
からの出力電気信号を処理して前記被測定可動部分の微
少変位量を検出するニューラルネットワークとを具えた
ことを特徴とする微少変位センサを提供する。
【０００６】さらに本発明は、請求項２として、コヒー
レントな光を発するコヒーレント光源と、該コヒーレン
ト光源からの出力光を導く第１の光導波手段と、被測定
可動物体に装着されて該可動物体に伴って移動し、かつ
前記第１の光導波手段からの出力光を導波する第２の光
導波手段とを有し、該第２の光導波手段の出力端を、前
記被測定可動部分から発するコヒーレントの受光に置き
換えて、前記多モード光導波路の入力端に結合し、さら
に前記コヒーレント光源と前記光検出素子アレイとをほ
ぼ同一位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載
の微少変位センサを提供する。
レントな光を発するコヒーレント光源と、該コヒーレン
ト光源からの出力光を導く第１の光導波手段と、被測定
可動物体に装着されて該可動物体に伴って移動し、かつ
前記第１の光導波手段からの出力光を導波する第２の光
導波手段とを有し、該第２の光導波手段の出力端を、前
記被測定可動部分から発するコヒーレントの受光に置き
換えて、前記多モード光導波路の入力端に結合し、さら
に前記コヒーレント光源と前記光検出素子アレイとをほ
ぼ同一位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載
の微少変位センサを提供する。
【０００７】
【作用】本発明では、多モード光導波路を用い、多モー
ド光導波路にコヒーレント光を入射し、多モード光導波
路内にモード間干渉パターン（モードスペックルパター
ン）を発生させ、微少変位センシング部における微少変
位量をモードスペックルパターンの変化に変換し、その
多モード光導波路の出力光から得られる信号をバンドル
ファイバにより遠隔にある受光素子アレイに導き、受光
素子アレイで光−電気変換を行い、受光素子アレイの出
力をニューラル・ネットワークに接続し、ニューラル・
ネットワークの処理により微少変位量を求める。
ド光導波路にコヒーレント光を入射し、多モード光導波
路内にモード間干渉パターン（モードスペックルパター
ン）を発生させ、微少変位センシング部における微少変
位量をモードスペックルパターンの変化に変換し、その
多モード光導波路の出力光から得られる信号をバンドル
ファイバにより遠隔にある受光素子アレイに導き、受光
素子アレイで光−電気変換を行い、受光素子アレイの出
力をニューラル・ネットワークに接続し、ニューラル・
ネットワークの処理により微少変位量を求める。
【０００８】さらに、光源からの光を導く光ファイバ
と、可動物体に装着されて光源部からの光を光受信部に
導くセンシング用光ファイバとを用いることにより、光
源部と受光部を一体化でき、システム全体を簡略化でき
る。
と、可動物体に装着されて光源部からの光を光受信部に
導くセンシング用光ファイバとを用いることにより、光
源部と受光部を一体化でき、システム全体を簡略化でき
る。
【０００９】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００１０】図１は本発明の第１実施例の微少変位セン
サの構成を示す。ここで、１は複数のモードを同時に伝
送可能な多モード光導波路、２は光の強度分布を検出可
能な光検出器アレイ、および３は光検出器アレイ２で得
られた電気信号を受け、入力信号に対して認識や学習機
能を有するニューラルネットワークである。４は多モー
ド光導波路１と光検出器アレイ２間に挿入されて画像情
報を伝送することができるバンドルファイバである。
サの構成を示す。ここで、１は複数のモードを同時に伝
送可能な多モード光導波路、２は光の強度分布を検出可
能な光検出器アレイ、および３は光検出器アレイ２で得
られた電気信号を受け、入力信号に対して認識や学習機
能を有するニューラルネットワークである。４は多モー
ド光導波路１と光検出器アレイ２間に挿入されて画像情
報を伝送することができるバンドルファイバである。
【００１１】微少変位を測定すべき可動物体１０からの
光情報（コヒーレント光）は多モード光導波路１の一方
の端部に入射される。多モード光導波路１中では、複数
のモードが励振され、各モード間の干渉により、モード
間干渉パターン（モードスペックルパターン）が生じ、
多モード光導波路１を伝搬していく。可動物体１０から
の光情報によって励振される多モード光導波路１中のモ
ード分布（モードスペックルパターン）は、可動物体１
０の変位によって変化する。多モード光導波路１からの
出射光はバンドルファイバ４に導かれる。バンドルファ
イバ４は多モード光導波路１からの出力光強度分布を保
存して、長距離伝送することが可能である。バンドルフ
ァイバ４からの出力光信号は光検出器アレイ２に導かれ
る。光検出器アレイ２では、光−電気変換が行われ、出
力電気信号がニューラルネットワーク３に入力される。
ニューラルネットワーク３では、その信号の強度分布に
従って、可動物体１０の変位量を求める。ニューラルネ
ットワーク３は学習機能を有するので、予め、正確な変
位量と多モード光導波路から出力されるモード分布との
関係を学習させておくことにより、変位センサを構成す
ることができる。
光情報（コヒーレント光）は多モード光導波路１の一方
の端部に入射される。多モード光導波路１中では、複数
のモードが励振され、各モード間の干渉により、モード
間干渉パターン（モードスペックルパターン）が生じ、
多モード光導波路１を伝搬していく。可動物体１０から
の光情報によって励振される多モード光導波路１中のモ
ード分布（モードスペックルパターン）は、可動物体１
０の変位によって変化する。多モード光導波路１からの
出射光はバンドルファイバ４に導かれる。バンドルファ
イバ４は多モード光導波路１からの出力光強度分布を保
存して、長距離伝送することが可能である。バンドルフ
ァイバ４からの出力光信号は光検出器アレイ２に導かれ
る。光検出器アレイ２では、光−電気変換が行われ、出
力電気信号がニューラルネットワーク３に入力される。
ニューラルネットワーク３では、その信号の強度分布に
従って、可動物体１０の変位量を求める。ニューラルネ
ットワーク３は学習機能を有するので、予め、正確な変
位量と多モード光導波路から出力されるモード分布との
関係を学習させておくことにより、変位センサを構成す
ることができる。
【００１２】図３は本発明の第２実施例の構成を示す。
ここで、１１はコヒーレントな光を発するコヒーレント
光源、１２は光源１１からの出力光を導波する第１の光
導波手段としての送信用光ファイバである。１３は送信
用光ファイバ１２の出力光を導波し、中間部分が可動物
体１４に装着され、かつ可動物体１４につれて移動可能
な第２の光導波手段としてのセンシング用光ファイバで
ある。１５はセンシング用光ファイバ１３の出力光を導
波し、複数のモードが伝送可能な受信用光ファイバ、１
６は受信用光ファイバ１５の出力端と受光素子アレイ１
７間に挿入されたバンドルファイバである。そして、コ
ヒーレント光源１１と受光素子アレイ１７はほぼ同一位
置に配置されている。受光素子アレイ１７の出力電気信
号はニューラルネットワーク１８により処理され、可動
物体１４の変位量が検出される。
ここで、１１はコヒーレントな光を発するコヒーレント
光源、１２は光源１１からの出力光を導波する第１の光
導波手段としての送信用光ファイバである。１３は送信
用光ファイバ１２の出力光を導波し、中間部分が可動物
体１４に装着され、かつ可動物体１４につれて移動可能
な第２の光導波手段としてのセンシング用光ファイバで
ある。１５はセンシング用光ファイバ１３の出力光を導
波し、複数のモードが伝送可能な受信用光ファイバ、１
６は受信用光ファイバ１５の出力端と受光素子アレイ１
７間に挿入されたバンドルファイバである。そして、コ
ヒーレント光源１１と受光素子アレイ１７はほぼ同一位
置に配置されている。受光素子アレイ１７の出力電気信
号はニューラルネットワーク１８により処理され、可動
物体１４の変位量が検出される。
【００１３】コヒーレント光源１１からの出力光は送信
用光ファイバ１２に入力される。ここで、送信用光ファ
イバ１２は単一モード光ファイバであっても、多モード
光ファイバであってもよい。送信用光ファイバ１２から
の出力光はセンシング用光ファイバ１３に結合される。
この結合する手段としては、例えばレンズを用いた結合
や直接結合がある。また、センシング用光ファイバ１３
としては、単一モード光ファイバであっても多モード光
ファイバであってもよい。センシング用光ファイバ１３
からの出力光は受信用光ファイバ１５に結合される。こ
こでの結合の手段としては、例えばレンズを用いた結合
や直接結合がある。受信用光ファイバ１５は複数のモー
ドが伝搬可能な多モード光ファイバである。
用光ファイバ１２に入力される。ここで、送信用光ファ
イバ１２は単一モード光ファイバであっても、多モード
光ファイバであってもよい。送信用光ファイバ１２から
の出力光はセンシング用光ファイバ１３に結合される。
この結合する手段としては、例えばレンズを用いた結合
や直接結合がある。また、センシング用光ファイバ１３
としては、単一モード光ファイバであっても多モード光
ファイバであってもよい。センシング用光ファイバ１３
からの出力光は受信用光ファイバ１５に結合される。こ
こでの結合の手段としては、例えばレンズを用いた結合
や直接結合がある。受信用光ファイバ１５は複数のモー
ドが伝搬可能な多モード光ファイバである。
【００１４】以上の構成において、可動物体１４が移動
した場合には、送信用光ファイバ１２とセンシング用光
ファイバ１３の結合状態およびセンシング用光ファイバ
１３と受信用光ファイバ１５の結合状態が変化する。こ
れらの結合状態の変化により受信用光ファイバ１５は多
モードファイバであるので、ここで励振されるモード分
布が変化する。受信用光ファイバ１５からの出力光はバ
ンドルファイバ１６に入力され、すなわち受信用光ファ
イバ１５の出力端から画像情報がバンドルファイバ１６
を通って遠方へ伝送され得る。バンドルファイバ１６か
らの出力光分布は受光素子アレイ１７で受光され、光電
変換される。受光素子アレイ１７からの出力電気信号は
ニューラルネットワーク１８に入力される。ニューラル
ネットワーク１８では、その電気信号の強度分布に従っ
て可動物体１４の変位量を求める。ニューラルネットワ
ーク１８は学習機能を有するので、予め、正確な微少変
位量とバンドルファイバ１６からの出力との関係を学習
させておくことにより、変位センサを構成することがで
きる。センシング用光ファイバ１３は光源部と受光部を
一体化できるようにＵ字形の形状にしている。なお、上
記ファイバ１２，１５および１６は適当な固定器具や固
定部材により一体化できる。
した場合には、送信用光ファイバ１２とセンシング用光
ファイバ１３の結合状態およびセンシング用光ファイバ
１３と受信用光ファイバ１５の結合状態が変化する。こ
れらの結合状態の変化により受信用光ファイバ１５は多
モードファイバであるので、ここで励振されるモード分
布が変化する。受信用光ファイバ１５からの出力光はバ
ンドルファイバ１６に入力され、すなわち受信用光ファ
イバ１５の出力端から画像情報がバンドルファイバ１６
を通って遠方へ伝送され得る。バンドルファイバ１６か
らの出力光分布は受光素子アレイ１７で受光され、光電
変換される。受光素子アレイ１７からの出力電気信号は
ニューラルネットワーク１８に入力される。ニューラル
ネットワーク１８では、その電気信号の強度分布に従っ
て可動物体１４の変位量を求める。ニューラルネットワ
ーク１８は学習機能を有するので、予め、正確な微少変
位量とバンドルファイバ１６からの出力との関係を学習
させておくことにより、変位センサを構成することがで
きる。センシング用光ファイバ１３は光源部と受光部を
一体化できるようにＵ字形の形状にしている。なお、上
記ファイバ１２，１５および１６は適当な固定器具や固
定部材により一体化できる。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バンドルファイバを用いるようにしたので、微少変位に
よる光導波路からの出力画像情報を複雑な処理を行うこ
となく、長距離伝送することができるので、遠隔から微
少変位を検出できる変位センサを単純な構成で実現する
ことができる。
バンドルファイバを用いるようにしたので、微少変位に
よる光導波路からの出力画像情報を複雑な処理を行うこ
となく、長距離伝送することができるので、遠隔から微
少変位を検出できる変位センサを単純な構成で実現する
ことができる。
【００１６】さらに、本発明において光源部からセンシ
ング部へ光を導く光導波路と、センシング部の光を受光
部に導く光導波路とを用いることにより光源部と受光部
を一体化することが可能となる。
ング部へ光を導く光導波路と、センシング部の光を受光
部に導く光導波路とを用いることにより光源部と受光部
を一体化することが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】従来の変位センサの構成図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す構成図である。
１ 多モード光導波路 ２ 光検出器アレイ ３ ニューラルネットワーク ４ バンドルファイバ １０ 可動物体 １１ コヒーレント光源 １２ 送信用光ファイバ １３ センシング用光ファイバ １４ 可動物体 １５ 受信用光ファイバ １６ バンドルファイバ １７ 受光素子アレイ １８ ニューラルネットワーク
Claims (2)
- 【請求項１】 被測定可動部分から発するコヒーレント
光を受光して、複数のモードを同時に伝送可能な多モー
ド光導波路と、 該多モード光導波路内において励振される各モード間の
干渉により生ずるモード間干渉パターンを画像情報とし
て伝送するバンドルファイバと、 該バンドルファイバから出力する光信号の光強度分布を
検出可能な光検出素子アレイと、 入力信号に対して認識や学習機能を有し、前記光検出素
子アレイからの出力電気信号を処理して前記被測定可動
部分の微少変位量を検出するニューラルネットワークと
を具えたことを特徴とする微少変位センサ。 - 【請求項２】 コヒーレントな光を発するコヒーレント
光源と、該コヒーレント光源からの出力光を導く第１の
光導波手段と、被測定可動物体に装着されて該可動物体
に伴って移動し、かつ前記第１の光導波手段からの出力
光を導波する第２の光導波手段とを有し、該第２の光導
波手段の出力端を、前記被測定可動部分から発するコヒ
ーレントの受光に置き換えて、前記多モード光導波路の
入力端に結合し、さらに前記コヒーレント光源と前記光
検出素子アレイとをほぼ同一位置に配置したことを特徴
とする請求項１に記載の微少変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP400192A JPH05187824A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 微少変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP400192A JPH05187824A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 微少変位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05187824A true JPH05187824A (ja) | 1993-07-27 |
Family
ID=11572764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP400192A Pending JPH05187824A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 微少変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05187824A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101536074B1 (ko) * | 2014-04-30 | 2015-07-13 | 성균관대학교산학협력단 | 광학구체를 갖는 광섬유 변위센서 및 이를 이용한 변위 센싱 시스템 |
-
1992
- 1992-01-13 JP JP400192A patent/JPH05187824A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101536074B1 (ko) * | 2014-04-30 | 2015-07-13 | 성균관대학교산학협력단 | 광학구체를 갖는 광섬유 변위센서 및 이를 이용한 변위 센싱 시스템 |
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