JPH0670652B2

JPH0670652B2 - 光学装置

Info

Publication number: JPH0670652B2
Application number: JP63171324A
Authority: JP
Inventors: 省吾川口; 義成小塚
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-07-09
Filing date: 1988-07-09
Publication date: 1994-09-07
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPH0221273A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、電気乃至は磁気光学効果を有する光学素子を
備えた光学装置に係り、特に温度変化による測定誤差が
有利に低減され得る、光学装置の改良された構造に関す
るものである。

（従来技術）従来から、リチウム・ナイオベート（LiNbO₃）の如き結
晶の有する電気乃至は磁気光学効果を利用した、光変調
器、光電圧センサ等の光学装置が知られている。そし
て、これらの電気乃至は磁気光学効果を利用した光学装
置は、光を信号の媒体としているところから、信号を電
気的に絶縁することが出来、しかも光信号伝送線におい
ては、静電誘導や電磁誘導の影響を受け難いという特徴
を有していることが、認められている。なお、この電気
乃至は磁気光学効果とは、加えられた電界乃至は磁界の
強さに応じて素子の屈折率が変化し、透過光を変調する
現象であって、上記の装置は、この現象を利用して、光
を変調したり、電圧を測定したりしているのである。

因みに、かかる電気光学効果を利用した装置として、例
えば、第１図に示される如き光電圧センサが知られてい
るのである。なお、この第１図において、１は光源、２
は光ファイバー、３はLiNbO₃等の電気光学結晶、4aは偏
光子、4bは検光子、５はλ/4板、６はファイバーコリメ
ータ、７は受光器、８は電気光学結晶３の対向面にそれ
ぞれ設けられた電極であり、それらの光学部品３〜６に
よって、測定部位たるセンサヘッドが構成されている。

そして、電気光学結晶３としてLiNbO₃等のポッケルス素
子を用いた場合において、光源１から放射された光は、
偏光子4aを通過して直線偏光となり、更に電気光学結晶
３を通過して楕円偏光となる。また、この楕円偏光とな
った光は、λ/4板５及び検光子4bを通過し、その楕円率
に応じて光量が変化せしめられるのである。そして、こ
の光量は、電気光学結晶３に設けた電極８に印加される
電圧に対応しており、この光量を測定することによっ
て、被測定電圧を図ることが出来るのである。

また、かかる光電圧センサにあっては、水分や塵、ごみ
等が光路上に介在することによる測定誤差の発生を防
ぎ、信頼性を確保する上において、一般に、そのセンサ
ヘッドが、機密及び液密に密閉された容器10内に、収容
されてなる構造とされている。

ところが、このような電気（磁気）光学効果を有する光
学素子、例えばLiNbO₃やLiTaO₃等の結晶を備えたセンサ
ヘッドが、密閉容器内に収容されてなる構造の光学装置
においては、該センサヘッドが配される環境温度の変化
により、出力特性が著しく不安定となり、大きな測定誤
差が生ぜしめられるといった欠点を有していたのであ
り、特に、このような光学装置は、耐絶縁性及び耐ノイ
ズ特性が優れていることから、電力分野において好適に
用いられ、−20〜80℃程度の広い温度範囲に亘って使用
されるものであることから、かかる環境温度の変化によ
る出力特性変化が大きな問題となっていたのである。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として
為されたものであって、その解決課題とするところは、
電気乃至は磁気光学効果を有する光学素子を備えた光学
装置において、周囲の温度変化による測定誤差が有利に
低減され得る、改良された光学装置を提供することにあ
る。

（解決手段）そして、かかる課題を解決すべく、本発明にあっては、
外部から加えられた電磁界の強さに応じて透過光を変調
する光学素子を備えた光学装置において、該光学素子を
少なくとも含む測定部位を、密閉された容器内に収容配
置すると共に、かかる容器内の容積変化を許容すること
により、該容器内の圧力変化を吸収する圧力吸収機構を
設けたことを、その特徴とするものである。

（発明の具体的構成・効果）すなわち、本発明は、前述の如き、光学素子を含む測定
部位が密閉容器内に収容されてなるセンサヘッドを有す
る光学装置について、本発明者が、実験を行ない、検討
を加えたところ、かかる装置の出力特性、即ち光学素子
の特性変化は、単に温度因子だけの影響によるものでは
ないことが、明らかとなったのである。

より具体的には、このような光学装置にあっては、密閉
容器内に収容されたセンサヘッドに対して、温度変化に
伴う容器内空気の膨脹／収縮に基づいて、圧力変化が及
ぼされることとなり、その値は、−20〜80℃の温度変化
に対して、0.8〜1.2atm程度の変化にまで達することが
認められた。また一方、例えば、第２図に示されている
ように、前記第１図に示されている如き光学装置におけ
るセンサヘッドの密閉容器10に連通孔を設け、該連通孔
を通じて、シリンダ式ピストンから成る加圧装置12に
て、空気を容器10内に注入、或いは容器10内から吸出す
ることにより、該容器10内の圧力を変化せしめたとこ
ろ、その出力特性が、第３図に示されている如く変化す
ること、即ち電気光学結晶（３）の特性が、圧力因子に
よる影響を受けて大きく変化することが見い出され得た
のである。なお、第２図中、14、14は、それぞれ、電極
（８、８）間に、被測定電圧を印加せしめるリード線で
ある。

そして、本発明は、このような知見に基づいて為された
ものであって、かかる本発明に従う光学装置において
は、容器内の容積変化を許容し得る圧力吸収機構を備え
ており、該圧力吸収機構にて容器内の圧力変動が吸収さ
れ得て、該容器内の圧力が略一定に保たれ得ることとな
るのである。

従って、かかる本発明に係る光学装置にあっては、温度
変化による空気の膨脹及び収縮に伴う容器内の圧力変化
が解消され得るところから、温度変化に起因するセンサ
の出力特性の変化のうち、圧力因子によるものが略完全
に回避され得るのであり、その測定精度及び信頼性が有
利に向上され得ることとなるのである。

（実施例）以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の実施例について、図面を参照しつつ、詳細に説明す
ることとする。

先ず、第４図には、本発明に係る光学装置の一具体例と
しての光電圧センサが示されている。なお、この第４図
に示される光電圧センサにおいて、測定系を構成する部
品は、前記第１図に示された光電圧セントのものと同様
であるので、同様な部品に対して、それぞれ同一の符号
を付することにより、その詳細な説明は省略することと
する。

すなわち、本実施例における光電圧センサにあっては、
光学部品３〜６によって構成された、測定部位としての
センサヘッドが内部に収容された、密閉容器10に対し
て、連通孔22が、その壁部を内外に貫通して設けられて
いる。そして、かかる貫通孔22の外側開口部位におい
て、ベローズ24が取り付けられて、容器10の内部空間
が、該ベローズ24内に連通されており、それによってか
かる容器10の内部空間が、ベローズ24内空間をも含んで
構成せしめられている。

ここにおいて、かかるベローズ24は、フッ素樹脂等の耐
熱性に優れた弾性乃至は可撓性材料にて形成されてお
り、容易に伸縮変形可能とされている。そして、このベ
ローズ24が、連通孔22の外側開口部位に取り付けられて
いることにより、該ベローズ24の伸縮変形に基づいて、
センサヘッドが収容された容器10の内部空間の容積変化
が許容され得るようになっているのであり、換言すれ
ば、容器10内の圧力変化に応じて、外部空間との圧力差
に基づき、ベローズ24が伸縮変形せしめられることによ
り、かかる容器10内の圧力が外部圧力と略同一に保た
れ、その変化が吸収され得ることとなるのである。

また、本実施例における光電圧センサにあっては、容器
10に対して、ベローズ24の回りを覆うカバー部26が一体
的に設けられており、該カバー部26にてベローズ24が保
護されている。尤も、かかるカバー部26には、外部空間
と連通する通孔27が設けられており、かかるベローズ24
の外周面に対して、外部空間の圧力が及ぼされ得るよう
になっている。

そして、このような構造とされた光電圧センサを用い、
第５図に示されているように、そのセンサヘッド（容器
10）を、恒温槽28内に収容せしめて、該恒温槽28内の温
度を−20〜80℃まで変化させたときの光電圧センサ出力
を測定した。なお、かかる光電圧センサ出力は、良く知
られているように、受光器７から出力される電気信号
を、交流成分検出器30及び直流成分検出器32にそれぞれ
導き、そこで目的とする信号成分を取り出した後、割算
回路34にて行なわれる演算にて、光伝送路における光量
変動を補償した結果の出力信号として得られるものであ
る。

また、かかる測定に際しては、電気光学結晶３としてポ
ッケルス素子（LiNbO₃結晶）を、光源１としてLEDを、
また受光器７としてPINフォトダイオードを、それぞれ
用い、電極８、８間に対して、交流安定化電源36にて、
60V（50Hz）の電圧を印加せしめた場合について測定し
た。

さらに、かかる測定に際しては、比較例として、第１図
に示されている如き構造の、容積不変の容器10を備えた
光電圧センサについても、同様な出力測定を行なった。
なお、かかる従来構造の光電圧センサにあっては、前述
の如き測定に際して、容器10が配される恒温槽28内の−
20〜80℃までの温度変化に伴い、かかる容器10内におい
て、0.8〜1.2atmまでの圧力変動が認められた。

そして、それら本実施例及び従来例についての測定結果
が、第６図に併せ示されている。なお、かかる第６図に
おいては、光電圧センサの出力値を、本実施例装置では
25℃の温度下での出力値を、また比較例装置では25℃の
温度下での出力値を、それぞれ基準とする出力変化率と
して表した。

かかる第６図からも、本実施例装置における光電圧セン
サにあっては、温度変化に伴う出力変動が改善され、測
定誤差が有効に低減され得ることが、明らかなところで
ある。

従って、このような構造とされた光電圧センサにあって
は、容器10の密閉性を確保しつつ、その内圧変動を回避
し得るようにしたことから、センサヘッド部における水
分や塵、ごみ等による悪影響の防止効果を充分に確保し
つつ、環境温度変化に伴って生ぜしめられる測定誤差が
有効に低減され得るのであり、以て装置の使用性及び信
頼性が有利に向上され得ることとなるのである。

以上、本発明の一実施例について詳述してきたが、これ
は文字通りの例示であって、本発明は、かかる具体例に
のみ限定して解釈されるものではない。

例えば、ベローズ24を保護するカバー部26は、必ずしも
必要なものではない。

また、圧力吸収機構としては、容器10内の圧力変動を吸
収し得るものであれば良く、例えば平膜状や袋状等のダ
イヤフラム（弾性薄膜）にて構成することも可能であ
り、また弾性変形によるものではなく、ピストン構造等
によって構成することも可能である。

さらに、前記実施例においては、本発明を、電気光学素
子たるポッケルス素子を用いた光電圧センサに対して適
用したものの一例を示したが、その他の各種の電気乃至
は磁気光学効果を有する素子、例えばファラデー素子等
においても、圧力変動に伴う光学特性の変化が生ぜしめ
られることが、本発明者によって確認されており、従っ
て、そのような電気乃至は磁気光学効果を有する素子を
備えた、光変調器や電圧センサ、磁気センサ等の各種の
光学装置に対しても、本発明が有利に適用され得るもの
である。

その他、一々列挙はしないが、本発明は当業者の知識に
基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様に
おいて実施され得るものであり、またそのような実施態
様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも本発明の
範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないと
ころである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の光電圧センサの一例の構造を示す説明
図である。第２図は、容器内圧力の変化に伴うセンサの
出力変動を測定すべく行った実験手法を説明するための
斜視図であり、第３図は、かかる実験にて得られた測定
結果を示すグラフである。また、第４図は、本発明の実
施例たる光電圧センサの構造を示す説明図であり、第５
図は、かかる光電圧センサの温度変化に伴う出力変化を
測定すべく行なった実験手法を説明するための説明図で
あり、第６図は、かかる実験にて得られた測定結果を示
すグラフである。 1:光源、2:光ファイバー 3:電気光学結晶、4a:偏光子 4b:検光子、5:λ/4板 6:ファイバーコリメータ 7:受光器、8:電極 10:容器、22:連通孔 24:ベローズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部から加えられた電磁界の強さに応じて
透過光を変調する光学素子を備えた光学装置において、該光学素子を少なくとも含む測定部位を、密閉された容
器内に収容配置すると共に、かかる容器内の容積変化を
許容することにより、該容器内の圧力変化を吸収する圧
力吸収機構を設けたことを特徴とする光学装置。