JPH06258019A - 光ic化アブソリュート測長器 - Google Patents
光ic化アブソリュート測長器Info
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- JPH06258019A JPH06258019A JP5046544A JP4654493A JPH06258019A JP H06258019 A JPH06258019 A JP H06258019A JP 5046544 A JP5046544 A JP 5046544A JP 4654493 A JP4654493 A JP 4654493A JP H06258019 A JPH06258019 A JP H06258019A
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- JP
- Japan
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- optical waveguide
- light
- measurement
- optical
- coupling
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型で高精度な絶対距離測定を可能とした光
IC化アブソリュート測長器を実現する。 【構成】 波長可変LDと、この波長可変LDの片面に
取り付けられ前記波長可変LDの出力光をコリメートす
るコリメータレンズと、このコリメータレンズからの光
が入射される測定対象物と、この測定対象物からの反射
光をレンズを介して導波する測定光導波路と、前記波長
可変LDの他方の出射面からの光を導波する参照光導波
路と、前記測定光導波路と参照光導波路を結合する結合
用光導波路と、この結合用光導波路で結合された光が入
射される受光素子とを備えた構成の光IC化干渉計部を
備え、前記受光素子で検出された干渉信号をI/V変換
回路で増幅した後、干渉位相の変化を演算装置で計算す
ることにより前記測定対象物までの絶対距離を求めるよ
うにしたことを特徴とする。
IC化アブソリュート測長器を実現する。 【構成】 波長可変LDと、この波長可変LDの片面に
取り付けられ前記波長可変LDの出力光をコリメートす
るコリメータレンズと、このコリメータレンズからの光
が入射される測定対象物と、この測定対象物からの反射
光をレンズを介して導波する測定光導波路と、前記波長
可変LDの他方の出射面からの光を導波する参照光導波
路と、前記測定光導波路と参照光導波路を結合する結合
用光導波路と、この結合用光導波路で結合された光が入
射される受光素子とを備えた構成の光IC化干渉計部を
備え、前記受光素子で検出された干渉信号をI/V変換
回路で増幅した後、干渉位相の変化を演算装置で計算す
ることにより前記測定対象物までの絶対距離を求めるよ
うにしたことを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、測定対象物までの絶対
距離を測定する光IC化干渉計を用いたアブソリュート
測長器に関し、小型で高精度な測定を可能とするもので
ある。
距離を測定する光IC化干渉計を用いたアブソリュート
測長器に関し、小型で高精度な測定を可能とするもので
ある。
【0002】
【従来の技術】このような光IC化干渉計の従来例とし
て、特開昭64−12204号『光IC干渉計』があ
る。図2は、その実施例の構成図である。図2におい
て、基板21に光導波路22と、参照光導波路31,3
2,33,34と、干渉導波路41,42,43,44
と、分岐導波路23とを形成し、参照光導波路32,3
3,34の光路長を参照光導波路31,32,33の光
路長よりもそれぞれλ/8長く形成したものである。な
お、24は発光素子、25,26,27,28はミラ
ー、29はパワー分配器、35は光導波路22を伝搬す
る光束をコーナーキューブ30に向けて射出する光ファ
イバ、36はコーナーキューブ30で反射した光束を分
岐導波路23に導入させる光ファイバ、37,38,3
9,40は受光素子である。
て、特開昭64−12204号『光IC干渉計』があ
る。図2は、その実施例の構成図である。図2におい
て、基板21に光導波路22と、参照光導波路31,3
2,33,34と、干渉導波路41,42,43,44
と、分岐導波路23とを形成し、参照光導波路32,3
3,34の光路長を参照光導波路31,32,33の光
路長よりもそれぞれλ/8長く形成したものである。な
お、24は発光素子、25,26,27,28はミラ
ー、29はパワー分配器、35は光導波路22を伝搬す
る光束をコーナーキューブ30に向けて射出する光ファ
イバ、36はコーナーキューブ30で反射した光束を分
岐導波路23に導入させる光ファイバ、37,38,3
9,40は受光素子である。
【0003】このような構成において、図3は上記光I
C干渉計を利用してコーナーキューブ30の移動距離な
どを求める信号処理回路を示したものであり、図4に示
す信号処理回路の各回路の出力信号の説明図を用いて簡
単に説明する。
C干渉計を利用してコーナーキューブ30の移動距離な
どを求める信号処理回路を示したものであり、図4に示
す信号処理回路の各回路の出力信号の説明図を用いて簡
単に説明する。
【0004】コーナーキューブ30のX方向の移動によ
り、各シュミット回路52〜55から方形波信号S1 〜
S4 が出力される。ところで、参照光導波路32〜34
の光路長が参照光導波路31〜33の光路長よりもそれ
ぞれλ/8長く形成されているので、方形波信号S1 と
S3 、方形波信号S2 とS4 はそれぞれλ/4の位相差
がある。また、方形波信号S1 〜S3 と方形波信号S2
〜S4 はそれぞれλ/8の位相差がある。
り、各シュミット回路52〜55から方形波信号S1 〜
S4 が出力される。ところで、参照光導波路32〜34
の光路長が参照光導波路31〜33の光路長よりもそれ
ぞれλ/8長く形成されているので、方形波信号S1 と
S3 、方形波信号S2 とS4 はそれぞれλ/4の位相差
がある。また、方形波信号S1 〜S3 と方形波信号S2
〜S4 はそれぞれλ/8の位相差がある。
【0005】そして、各方形波信号S1 〜S4 の立ち上
がり時および立ち下がり時にワンショット回路57〜6
0,61〜64からカウントパルスが発生し、このカウ
ントパルスはアンド回路65〜68,70〜73を介し
てオア回路69,74から出力される。このオア回路6
9,74から出力されるカウントパルスはコーナーキュ
ーブ30がλ/4移動する毎に発生し、また、オア回路
69から出力されるカウントパルスとオア回路74から
出力されるカウントパルスとはλ/8の位相差がある。
したがって、オア回路85からコーナーキューブ30が
λ/8移動する毎にカウントパルスが出力されることに
なり、コーナーキューブ30の移動距離をλ/8のオー
ダで求めることができる。
がり時および立ち下がり時にワンショット回路57〜6
0,61〜64からカウントパルスが発生し、このカウ
ントパルスはアンド回路65〜68,70〜73を介し
てオア回路69,74から出力される。このオア回路6
9,74から出力されるカウントパルスはコーナーキュ
ーブ30がλ/4移動する毎に発生し、また、オア回路
69から出力されるカウントパルスとオア回路74から
出力されるカウントパルスとはλ/8の位相差がある。
したがって、オア回路85からコーナーキューブ30が
λ/8移動する毎にカウントパルスが出力されることに
なり、コーナーキューブ30の移動距離をλ/8のオー
ダで求めることができる。
【0006】コーナーキューブ30が−X方向に移動し
た場合も、同様に、コーナーキューブ30のλ/4の移
動毎にカウントパルスがワンショット回路57〜60,
61〜64から発生し、そのカウントパルスがアンド回
路75〜78,80〜83を介してオア回路79,84
から出力される。そして、上記と同様にオア回路79か
ら出力されるカウントパルスとオア回路84から出力さ
れるカウントパルスとはλ/8の位相差があるので、オ
ア回路86から出力されるカウントパルスをカウントす
ることによりコーナーキューブ30の移動距離をλ/8
のオーダで求めることができる。
た場合も、同様に、コーナーキューブ30のλ/4の移
動毎にカウントパルスがワンショット回路57〜60,
61〜64から発生し、そのカウントパルスがアンド回
路75〜78,80〜83を介してオア回路79,84
から出力される。そして、上記と同様にオア回路79か
ら出力されるカウントパルスとオア回路84から出力さ
れるカウントパルスとはλ/8の位相差があるので、オ
ア回路86から出力されるカウントパルスをカウントす
ることによりコーナーキューブ30の移動距離をλ/8
のオーダで求めることができる。
【0007】このように、上記従来例では、対象物の移
動距離をλ/2以上のオーダで求めることができ、ま
た、対象物の移動方向を判断することもできる。
動距離をλ/2以上のオーダで求めることができ、ま
た、対象物の移動方向を判断することもできる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術に示す『光IC干渉計』においては、 (1)測定対象の変位しか計れず、測定対象物までの絶
対距離の測定ができない。 (2)方向性結合器やY分波・結合器やクロス導波路な
ど多くの素子で構成されているため、複雑であり、小型
・低価格化が難しい。また、各素子でのパワーロス(散
乱)が積算されるため、S/Nの良い信号を得にくい。 (3)ミラー25〜28やクロス導波路で反射光が発生
し、その反射光が発光素子24に戻ると発振波長が不安
定となるため、装置の動作が不安定となってしまう。ま
た、反射光が受光素子37〜40に入るとコヒーレント
ノイズとなり、測定値に周期的な誤差が発生する。 (4)位相シフタをニオブ酸リチウムの電気光学効果を
利用して実現しているが、DCドリフトがあるので、安
定して動作させるのが難しい。また、 (5)アブソリュート測長器としては、本願出願人によ
る特願平3−94056号『光源に3電極波長可変レー
ザダイオードを用いたアブソリュート測長器』がある
が、干渉計をディスクリート部品で構成しているため、
小型・低価格化が難しいことと、調整や組立が困難であ
った。などの欠点があった。
来技術に示す『光IC干渉計』においては、 (1)測定対象の変位しか計れず、測定対象物までの絶
対距離の測定ができない。 (2)方向性結合器やY分波・結合器やクロス導波路な
ど多くの素子で構成されているため、複雑であり、小型
・低価格化が難しい。また、各素子でのパワーロス(散
乱)が積算されるため、S/Nの良い信号を得にくい。 (3)ミラー25〜28やクロス導波路で反射光が発生
し、その反射光が発光素子24に戻ると発振波長が不安
定となるため、装置の動作が不安定となってしまう。ま
た、反射光が受光素子37〜40に入るとコヒーレント
ノイズとなり、測定値に周期的な誤差が発生する。 (4)位相シフタをニオブ酸リチウムの電気光学効果を
利用して実現しているが、DCドリフトがあるので、安
定して動作させるのが難しい。また、 (5)アブソリュート測長器としては、本願出願人によ
る特願平3−94056号『光源に3電極波長可変レー
ザダイオードを用いたアブソリュート測長器』がある
が、干渉計をディスクリート部品で構成しているため、
小型・低価格化が難しいことと、調整や組立が困難であ
った。などの欠点があった。
【0009】本発明は上記従来技術の課題を踏まえて成
されたものであり、小型で高精度な絶対距離測定を可能
とした光IC化アブソリュート測長器を提供することを
目的としたものである。
されたものであり、小型で高精度な絶対距離測定を可能
とした光IC化アブソリュート測長器を提供することを
目的としたものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、波長可変レーザダイオード(以下、
単に波長可変LDという)と、この波長可変LDの片面
に取り付けられ前記波長可変LDの出力光をコリメート
するコリメータレンズと、このコリメータレンズからの
光が入射される測定対象物と、この測定対象物からの反
射光をレンズを介して導波する測定光導波路と、前記波
長可変LDの他方の出射面からの光を導波する参照光導
波路と、前記測定光導波路と参照光導波路を結合する結
合用光導波路と、この結合用光導波路で結合された光が
入射される受光素子とを備えた構成の光IC化干渉計部
を備え、前記受光素子で検出された干渉信号をI/V変
換回路で増幅した後、干渉位相の変化を演算装置で計算
することにより前記測定対象物までの絶対距離を求める
ようにしたことを特徴とする。また、前記参照光導波
路、測定光導波路および結合用光導波路は、火炎堆積法
で製作したガラス導波路で構成したことを特徴とする。
また、前記参照光導波路、測定光導波路および結合用光
導波路の端面を斜めに加工したことを特徴とする。
の本発明の構成は、波長可変レーザダイオード(以下、
単に波長可変LDという)と、この波長可変LDの片面
に取り付けられ前記波長可変LDの出力光をコリメート
するコリメータレンズと、このコリメータレンズからの
光が入射される測定対象物と、この測定対象物からの反
射光をレンズを介して導波する測定光導波路と、前記波
長可変LDの他方の出射面からの光を導波する参照光導
波路と、前記測定光導波路と参照光導波路を結合する結
合用光導波路と、この結合用光導波路で結合された光が
入射される受光素子とを備えた構成の光IC化干渉計部
を備え、前記受光素子で検出された干渉信号をI/V変
換回路で増幅した後、干渉位相の変化を演算装置で計算
することにより前記測定対象物までの絶対距離を求める
ようにしたことを特徴とする。また、前記参照光導波
路、測定光導波路および結合用光導波路は、火炎堆積法
で製作したガラス導波路で構成したことを特徴とする。
また、前記参照光導波路、測定光導波路および結合用光
導波路の端面を斜めに加工したことを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明によると、 (1)光IC干渉計部を、一つの結合用光導波路で構成
し、小型・低価格化を実現している。 (2)波長可変LDの両面から出射される光の一方を参
照光、他方を測定光として利用する構成を取ることによ
り、波長可変LDへの戻り光およびコヒーレントノイズ
の発生を本質的になくしている。 (3)干渉位相の測定法として、光源の周波数を連続的
に変化させるFM変調法(ホモダイン法)を用いること
により、光路の位相を変調するための位相変調器や複数
の光導波路を不要としている。
し、小型・低価格化を実現している。 (2)波長可変LDの両面から出射される光の一方を参
照光、他方を測定光として利用する構成を取ることによ
り、波長可変LDへの戻り光およびコヒーレントノイズ
の発生を本質的になくしている。 (3)干渉位相の測定法として、光源の周波数を連続的
に変化させるFM変調法(ホモダイン法)を用いること
により、光路の位相を変調するための位相変調器や複数
の光導波路を不要としている。
【0012】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1は本発明の光IC化アブソリュート測長器の一実施例
を示す構成図である。図1において、参照光導波路1、
測定光導波路2、Y形光導波路3は、特公昭62−48
806号『光導波路用薄膜の製造方法』で開示されてい
る火炎堆積法を用いて製作されたガラス導波路で構成さ
れている。
1は本発明の光IC化アブソリュート測長器の一実施例
を示す構成図である。図1において、参照光導波路1、
測定光導波路2、Y形光導波路3は、特公昭62−48
806号『光導波路用薄膜の製造方法』で開示されてい
る火炎堆積法を用いて製作されたガラス導波路で構成さ
れている。
【0013】波長可変LD4からの出射光は、波長可変
LD4の片面に取り付けられたセルフォックレンズ5で
コリメートされ、測定点に設置された測定対象物である
コーナーキューブ(以下、単にCCという)7で反射さ
れる。反射光は、セルフォックレンズ6で集光され、測
定光導波路2に入射する。一方、波長可変LD4の他方
の面から出射された光は、参照光導波路1に入射し、Y
形光導波路3で測定光導波路2からの光と合波され、干
渉する。干渉波は、Y形光導波路3を伝搬し、受光素子
8で受光され、電気信号に変換される。
LD4の片面に取り付けられたセルフォックレンズ5で
コリメートされ、測定点に設置された測定対象物である
コーナーキューブ(以下、単にCCという)7で反射さ
れる。反射光は、セルフォックレンズ6で集光され、測
定光導波路2に入射する。一方、波長可変LD4の他方
の面から出射された光は、参照光導波路1に入射し、Y
形光導波路3で測定光導波路2からの光と合波され、干
渉する。干渉波は、Y形光導波路3を伝搬し、受光素子
8で受光され、電気信号に変換される。
【0014】受光素子8で検出されたフォト電流(干渉
信号)は、I/V変換回路9で増幅した後、干渉位相の
変化を演算装置10で計算することにより、CC7まで
の絶対距離の測定を行う。
信号)は、I/V変換回路9で増幅した後、干渉位相の
変化を演算装置10で計算することにより、CC7まで
の絶対距離の測定を行う。
【0015】このような構成において、波長可変LD4
から出射し、セルフォックレンズ5→CC7→セルフォ
ックレンズ6→測定光導波路2を通って、Y形光導波路
3の合波点まできた測定光の光路をLm 、波長可変LD
4の他端から出射し、参照光導波路1を通って、Y形光
導波路3の合波点まできた参照光の光路をLr とする
と、Y形光導波路3を通り、受光素子8で検出され、I
/V変換回路9で増幅される干渉位相の変化Δθは、次
式で表される。なお、式中のΔfは周波数可変幅、cは
光の速度である。 Δθ=2・π・Δf(Lm −Lr )/c
から出射し、セルフォックレンズ5→CC7→セルフォ
ックレンズ6→測定光導波路2を通って、Y形光導波路
3の合波点まできた測定光の光路をLm 、波長可変LD
4の他端から出射し、参照光導波路1を通って、Y形光
導波路3の合波点まできた参照光の光路をLr とする
と、Y形光導波路3を通り、受光素子8で検出され、I
/V変換回路9で増幅される干渉位相の変化Δθは、次
式で表される。なお、式中のΔfは周波数可変幅、cは
光の速度である。 Δθ=2・π・Δf(Lm −Lr )/c
【0016】ここで、波長可変LD4の周波数可変幅Δ
fをΔtの時間で直線的に可変すると、受光素子8で得
られる干渉信号強度は、次式で示される。 IFM=A・cos(Δθ/Δt・t)
fをΔtの時間で直線的に可変すると、受光素子8で得
られる干渉信号強度は、次式で示される。 IFM=A・cos(Δθ/Δt・t)
【0017】干渉信号強度IFMは、正弦波状に変化する
ので、その干渉信号変化を演算装置10で積算すること
により、CC7までの絶対距離を測定できる。
ので、その干渉信号変化を演算装置10で積算すること
により、CC7までの絶対距離を測定できる。
【0018】なお、上記実施例において、光導波路部の
端面を斜めに加工することにより、波長可変LDや受光
素子への戻り光を低減することができ、LDの出力損失
や受光素子へのノイズの混入を防止できる。また、Y形
光導波路ではなく、方向性結合器を用いた構成としても
良い。
端面を斜めに加工することにより、波長可変LDや受光
素子への戻り光を低減することができ、LDの出力損失
や受光素子へのノイズの混入を防止できる。また、Y形
光導波路ではなく、方向性結合器を用いた構成としても
良い。
【0019】さらに、上記実施例では、波長可変LD4
からの出射光をセルフォックレンズ5を用いて平行光と
し、空間伝搬させる例を示したが、波長可変LD4から
の光をファイバなどの光導波路に入射させ、測定対象ま
で導き、反射光もファイバなどの光導波路に入射させて
検出することも可能である。
からの出射光をセルフォックレンズ5を用いて平行光と
し、空間伝搬させる例を示したが、波長可変LD4から
の光をファイバなどの光導波路に入射させ、測定対象ま
で導き、反射光もファイバなどの光導波路に入射させて
検出することも可能である。
【0020】
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、 (1)波長可変LDと一つの結合用光導波路で構成した
光IC化干渉計部だけでアブソリュート測長器を構成し
ているため、小型・低価格化が可能である。 (2)波長可変LDの両面から出射される光の一方を参
照光に、他方を測定光として利用する構成としているた
め、波長可変LDへの戻り光およびコヒーレントノイズ
の発生を本質的になくすことができる。 などの効果を有する光IC化アブソリュート測長器を実
現できる。
うに、本発明によれば、 (1)波長可変LDと一つの結合用光導波路で構成した
光IC化干渉計部だけでアブソリュート測長器を構成し
ているため、小型・低価格化が可能である。 (2)波長可変LDの両面から出射される光の一方を参
照光に、他方を測定光として利用する構成としているた
め、波長可変LDへの戻り光およびコヒーレントノイズ
の発生を本質的になくすことができる。 などの効果を有する光IC化アブソリュート測長器を実
現できる。
【図1】本発明の光IC化アブソリュート測長器の一実
施例を示す構成図である。
施例を示す構成図である。
【図2】光IC干渉計の従来例である。
【図3】図2の光IC干渉計の信号処理回路の回路構成
図である。
図である。
【図4】図3の信号処理回路の各回路の出力信号の説明
図である。
図である。
1 参照光導波路 2 測定光導波路 3 Y形光導波路(結合用光導波路) 4 波長可変レーザダイオード 5、6 セルフォックレンズ 7 コーナーキューブ(測定対象物) 8 受光素子 9 I/V変換回路 10 演算装置
Claims (3)
- 【請求項1】 波長可変レーザダイオード(4)と、 この波長可変レーザダイオード(4)の片面に取り付け
られ前記波長可変レーザダイオード(4)の出力光をコ
リメートするコリメータレンズ(5)と、 このコリメータレンズ(5)からの光が入射される測定
対象物(7)と、 この測定対象物(7)からの反射光をレンズ(6)を介
して導波する測定光導波路(2)と、 前記波長可変レーザダイオード(4)の他方の出射面か
らの光を導波する参照光導波路(1)と、 前記測定光導波路(2)と参照光導波路(1)を結合す
る結合用光導波路(3)と、 この結合用光導波路(3)で結合された光が入射される
受光素子(8)とを備えた構成の光IC化干渉計部を備
え、 前記受光素子(8)で検出された干渉信号をI/V変換
回路(9)で増幅した後、干渉位相の変化を演算装置
(10)で計算することにより前記測定対象物(7)ま
での絶対距離を求めるようにしたことを特徴とする光I
C化アブソリュート測長器。 - 【請求項2】 前記参照光導波路(1)、測定光導波路
(2)および結合用光導波路(3)は、火炎堆積法で製
作したガラス導波路で構成したことを特徴とする請求項
1記載の光IC化アブソリュート測長器。 - 【請求項3】 前記参照光導波路(1)、測定光導波路
(2)および結合用光導波路(3)の端面を斜めに加工
したことを特徴とする請求項1記載の光IC化アブソリ
ュート測長器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5046544A JPH06258019A (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 光ic化アブソリュート測長器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5046544A JPH06258019A (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 光ic化アブソリュート測長器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06258019A true JPH06258019A (ja) | 1994-09-16 |
Family
ID=12750255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5046544A Pending JPH06258019A (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 光ic化アブソリュート測長器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06258019A (ja) |
-
1993
- 1993-03-08 JP JP5046544A patent/JPH06258019A/ja active Pending
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