JPH0680412B2 - 音響センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光学現象を利用して音響信号を光の強度変化
に置換して検出する音響センサに関するものである。

従来の技術 近年、半導体レーザや光ファイバが実用期に入ったこと
により、光学現象を利用した種々の音響センサが開発さ
れつつある。

以下、図面を参照しながら、上述した従来の音響センサ
の一例について説明する。

第２図は従来の音響センサの構成を示すブロック図を示
すものである。

第２図において、１は半導体レーザ、２は第１のロッド
レンズ、３は光アイソレータ、４は無偏光ビームスプリ
ッタ、５は第２のロッドレンズ、６はシングルモード光
ファイバである。７はセンサヘッド、８はセンサヘッド
７を構成する部分反射コート付の第３のロッドレンズ、
8rは第３のロッドレンズ８の部分反射コート端面であ
る。

９はセンサヘッド７を構成する受音振動板、9rは受音振
動板９の部分反射コート端面である。第３のロッドレン
ズ８の部分反射コート端面8rと受音振動板９の部分反射
コート端面9rとによっていわゆるファブリ・ペローの干
渉系を形成している。10は受光素子である。

a,b,c,eおよびｆは半導体レーザ１からセンサヘッド７
に向けて進行する光ビーム、ｄは光ビームｃの無偏光ビ
ームスプリッタ４において回折した光ビーム、ｇは第３
のロッドレンズ８の部分反射コート端面8rと受音振動板
９の部分反射コート端面9rとの間で繰り返し反射干渉す
る光ビーム、ｈは受音振動板９を透過した光ビーム、ｉ
およびｊはセンサヘッド７から帰還した光ビーム、ｋは
光ビームｊの無偏光ビームスプリッタ４において透過し
た光ビーム、１は光ビームｊの無偏光ビームスプリッタ
４において回折した光ビームである。

以上のように構成された従来の音響センサについて、以
下その動作について説明する。

まず、半導体レーザ１から出射した光ビームａは第１の
ロッドレンズ２により平行光ビームｂになる。次に、光
ビームｂは光アイソレータ３を通過して光ビームｃにな
る。さらに、光ビームｃは無偏光ビームスプリッタ４に
よって回折光ビームｄと透過光ビームｅとに二分され、
その内、透過光ビームｅは第２のロッドレンズ５によっ
て偏光され、シングルモード光ファイバ６の内部を伝搬
する光ビームｆになる。次に、光ビームｆは第３のロッ
ドレンズ８によって平行光にされ、第３のロッドレンズ
８の部分反射コート端面8rと受音振動板９の部分反射コ
ート端面9rとで形成されたファブリ・ペローの干渉系で
繰り返し反射干渉する光ビームｇとなる。

反射を繰り返す毎に、第３のロッドレンズ８の部分反射
コート端面8rと受音振動板９の部分反射コート端面9rに
おいて、その時のこれら両者の距離に比例した光が透過
する。その内、受音振動板９の部分反射コート端面9rを
透過した光は光ビームｈとなり、また一方、第３のロッ
ドレンズ８の部分反射コート端面8rを透過した光は第３
のロッドレンズ８によって集光され、再びシングルモー
ド光ファイバ６に帰還されて光ビームｉになる。

次に、光ビームｉは無偏光ビームスプリッタ４によって
回折光ビームｌと透過光ビームｋとに二分され、その
内、回折光ビームｌは受光素子10に入射し検出される。
ここで、光ビームｋは上述の光ビームｄと同様、計測に
寄与しない無効光となる。

いま、センサヘッド７に音波が加わると、受音振動板９
は変位し、第３のロッドレンズ８の部分反射コート端面
8rと受音振動板９の部分反射コート端面9rとの距離が変
わり、センサヘッド７からの帰還光ビームｉは受音振動
板９の変位に比例した強度変調された光ビームとなる。
その一部の光ビームｌが信号光として受光素子10に入射
し検出される。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成では第３のロッドレン
ズがシングルモード光ファイバとの光学的な結合、すな
わち、シングルモード光ファイバからの出射光を平行光
ビームに整形し、さらに再び信号光として取り出す光を
集光しシングルモード光ファイバ内に入射させる機能
と、その端面を部分反射コートすることによって光学的
なファブリ・ペローの干渉系を形成する機能を兼ね備え
ているため、シングルモード光ファイバと第３のロッド
レンズとの光軸調心がX,Y,Zの３軸の位置調整と、θ，
δの２軸のあおり角度調整、合計５軸の微調整を同時に
行わなければならず極めて困難であるという問題点を有
していた。

また、無偏光ビームスプリッタが半導体レーザの出射光
を半減し、さらにセンサヘッドからの信号光を半減する
ため、効率的にも、信号対雑音比（以下、SN比とい
う。）の面でも問題点を有していた。

本発明は上記問題点に鑑み、光ファイバとの光軸調心が
容易にでき、かつ低損失で高SN比を実現する音響センサ
を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明の音響センサは、半導
体レーザと、上記半導体レーザの光出射端に配置されそ
の出射光を平行光に整形する第１のロッドレンズと、上
記第１のロッドレンズの光出射端にその出射光と偏光面
を一致させて配置された偏光ビームスプリッタと、上記
偏光ビームスプリッタの上記半導体レーザからの光出射
端に配置された第２のロッドレンズと、上記第２のロッ
ドレンズの上記半導体レーザからの光出射端にその出射
光と偏光面を一致させて配置された光学的に結合された
偏波面保存光ファイバと、上記偏波面保存光ファイバの
上記半導体レーザからの光出射端に配置されその出射光
を平行光に整形する第３のロッドレンズと、上記第３の
ロッドレンズの上記半導体レーザからの光出射端に配置
されてその出射光を円偏光に変換しかつ部分反射コート
された光出射端を有する４分の１波長板と、部分反射コ
ートされた面を有しその部分反射コート面を上記４分の
１波長板に対向して配置された受音振動板とを具備し、
上記受音振動板と上記４分の１波長板とで形成されたフ
ァブリ・ペローの干渉系からの帰還光を上記４分の１波
長板により直線偏光に再変換し、さらに上記第３のロッ
ドレンズ、上記偏波面保存光ファイバ、上記偏光ビーム
スプリッタを順次介してその強度変化を検出するよう構
成されている。

作用 本発明は上記した構成によって、センサヘッドと光ファ
イバとの光学的な結合における２部品間の５軸の同時光
軸調心が、２部品間の３軸の同時光軸調心と２部品間の
２軸の同時光軸調心とに分離でき、それぞれ独立に光軸
調心が可能となり、極めて容易に光軸調心ができるばか
りでなく、さらに低損失で高SN比に光軸調心ができるこ
とになる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例における音響センサの構成を
示すブロック図を示すものである。第１図において、１
は半導体レーザ、２は半導体レーザ１の光出射端に配置
されその出射光を平行光に整形する第１のロッドレン
ズ、20は第１のロッドレンズ２の光出射端にその出射光
と偏光面を一致させて配置された偏光ビームスプリッ
タ、５は偏光ビームスプリッタ20の半導体レーザ１から
の光出射端に配置された第２のロッドレンズ、21は第２
のロッドレンズ５の半導体レーザ１からの光出射端にそ
の出射光と偏光面を一致させて配置された光学的に結合
された偏波面保存光ファイバ、22はセンサヘッド、23は
偏波面保存光ファイバ21の半導体レーザ１からの光出射
端に配置されその出射光を平行光に整形する第３のロッ
ドレンズ、24は第３のロッドレンズ23の半導体レーザ１
からの光出射端に配置されてその出射光を円偏光に変換
しかつ部分反射コートされた光出射端を有する４分の１
波長板、24rはその部分反射コート端面、９は部分反射
コートされた面を有しその部分反射コート面を上記４分
の１波長板に対向して配置された受音振動板、9rはその
部分反射コート端面である。４分の１波長板24の部分反
射コート端面24rと受音振動板９の部分反射コート端面9
rとによってファブリ・ペローの干渉系を形成してい
る。10は受光素子である。a,b,eおよびｆは半導体レー
ザ１からセンサヘッド22に向けて進行する光ビーム、ｇ
は４分の１波長板24の部分反射コート端面24rと受音振
動板９の部分反射コート端面9rとの間で繰り返し反射干
渉する光ビーム、ｈは受音振動板９を透過した光ビー
ム、i,j,lはセンサヘッド７から帰還した光ビームであ
る。なお、第２図に示す従来例と同じ部分は同一番号を
付している。

以上のように構成された音響センサについて、以下その
動作について説明する。

まず、半導体レーザ１から出射した光ビームａは第１の
ロッドレンズ２により平行光ビームｂになる。次に、光
ビームｂは、直線偏光を保持しながら、そのほとんど全
部が偏光ビームスプリッタ20を透過し第２のロッドレン
ズ５によって集光され偏波面保存光ファイバ21の内部を
伝搬する光ビームｆになる。次に、光ビームｆは第３の
ロッドレンズ23によって平行光にされ、４分の１波長板
24に入射し、ここで直線偏光が円偏光に変換され、４分
の１波長板24の部分反射コート端面24rと受音振動板９
の部分反射コート端面9rとで形成されたファブリ・ペロ
ーの干渉系で繰り返し反射干渉する光ビームｇとなる。

反射を繰り返す毎に、４分の１波長板24の部分反射コー
ト端面24rと受音振動板９の部分反射コート端面9rにお
いて、その時のこれら両者の距離に比例した光が透過す
る。その内、受音振動板９の部分反射コート端面9rを透
過した光は光ビームｈとなる。また、一方、４分の１波
長板24の部分反射コート端面24rを透過した光は４分の
１波長板24によって再び円偏光から入射光と直交する直
線偏光に変換された後、第３のロッドレンズ23によって
集光され再び偏波面保存光ファイバ21に帰還されて光ビ
ームｉになる。次に、光ビームｉは偏光ビームスプリッ
タ20によって回折され、回折光ビームｌは受光素子10に
入射し検出される。

いま、センサヘッド22に音波が加わると、受音振動板９
が変位し、４分の１波長板24の部分反射コート端面24r
と受音振動板９の部分反射コート端面9rとの距離が変わ
り、センサヘッド22からの帰還光ビームｉは受音振動板
９の変位に比例した強度変調された光ビームとなる。そ
の回折光ビームｌが信号光として受光素子10に入射し検
出される。

以上のように本実施例によれば、センサヘッドに部分反
射コート付４分の１波長板を新たに加え、第３のロッド
レンズの機能を光ファイバとの結合の単一機能とし、光
学的なファブリ・ペローの干渉系を部分反射コート付４
分の１波長板と受音振動板とで構成し、さらに偏光ビー
ムスプリッタと偏波面保存光ファイバを用いて光の分岐
および伝送をすることにより、センサヘッドと光ファイ
バとの光軸調心が容易にでき、かつ低損失で高SN比を有
する音響センサを提供するもので、その実用的効果は大
なるものである。

発明の効果 以上のように本発明は、半導体レーザと、上記半導体レ
ーザの光出射端に配置されその出射光を平行光に整形す
る第１のロッドレンズと、上記第１のロッドレンズの光
出射端にその出射光と偏光面を一致させて配置された偏
光ビームスプリッタと、上記偏光ビームスプリッタの上
記半導体レーザからの光出射端に配置された第２のロッ
ドレンズと、上記第２のロッドレンズの上記半導体レー
ザからの光出射端にその出射光と偏光面を一致させて配
置され光学的に結合された偏波面保存光ファイバと、上
記偏波面保存光ファイバの上記半導体レーザからの光出
射端に配置されその出射光を平行光に整形する第３のロ
ッドレンズと、上記第３のロッドレンズの上記半導体レ
ーザからの光出射端に配置されてその出射光を円偏光に
変換しかつ部分反射コートされた光出射端を有する４分
の１波長板と、部分反射コートされた面を有しその部分
反射コート面を上記４分の１波長板に対向して配置され
た受音振動板とを設け、上記受音振動板と上記４分の１
波長板とで形成されたファブリ・ペローの干渉系からの
帰還光を上記４分の１波長板により直線偏光に再変換
し、さらに上記第３のロッドレンズ、上記偏波面保存光
ファイバ、上記偏光ビームスプリッタを順次介してその
強度変化を検出することにより、センサヘッドと光ファ
イバとの光学的な結合における２部品間の５軸の同時光
軸調心が、２部品間の３軸の同時光軸調心と２部品間の
２軸の同時光軸調心とに分離でき、それぞれ独立に光軸
調心が可能となり、極めて容易に光軸調心ができるばか
りでなく、さらに低損失で高SN比にできることになり、
その実用的効果は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における音響センサの構成を
示すブロック図、第２図は従来の音響センサの構成を示
すブロック図である。 １……半導体レーザ、２……第１のロッドレンズ、５…
…第２のロッドレンズ、９……受音振動板、9r……部分
反射コート端面、10……受光素子、20……偏光ビームス
プリッタ、21……偏波面保存光ファイバ、22……センサ
ヘッド、23……第３のロッドレンズ、24……４分の１波
長板、24r……部分反射コート端面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザと、上記半導体レーザの光出
   射端に配置され、その出射光を平行光に整形する第１の
   ロッドレンズと、上記第１のロッドレンズの光出射端
   に、その出射光と偏光面を一致させて配置された偏光ビ
   ームスプリッタと、上記偏光ビームスプリッタの上記半
   導体レーザからの光出射端に配置された第２のロッドレ
   ンズと、上記第２のロッドレンズの上記半導体レーザか
   らの光出射端にその出射光と偏光面を一致させて配置さ
   れ光学的に結合された偏波面保存光ファイバと、上記偏
   波面保存光ファイバの上記半導体レーザからの光出射端
   に配置され、その出射光を平行光に整形する第３のロッ
   ドレンズと、上記第３のロッドレンズの上記半導体レー
   ザからの光出射端に配置されてその出射光を円偏光に変
   換し、かつ部分反射コートされた光出射端を有する４分
   の１波長板と、部分反射コートされた面を有し、その部
   分反射コート面を上記４分の１波長板に対向して配置さ
   れた受音振動板とを具備し、上記受音振動板と上記４分
   の１波長板とで形成されたファブリ・ペローの干渉系か
   らの帰還光を上記４分の１波長板により直線偏光に再変
   換し、さらに上記第３のロッドレンズ、上記偏波面保存
   光ファイバ、上記偏光ビームスプリッタを順次介してそ
   の強度変化を検出するよう構成してなる音響センサ。