JPH08261713A - 光導波路型変位センサ - Google Patents
光導波路型変位センサInfo
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- JPH08261713A JPH08261713A JP7062783A JP6278395A JPH08261713A JP H08261713 A JPH08261713 A JP H08261713A JP 7062783 A JP7062783 A JP 7062783A JP 6278395 A JP6278395 A JP 6278395A JP H08261713 A JPH08261713 A JP H08261713A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】光導波路基板と屈折率分布型レンズを備える光
導波路型変位センサにおいて、測定光の集光特性に優
れ、かつ、前記基板とレンズとの境界面に反射防止膜を
施すことなく、測定光の減衰低減を可能にする。 【構成】光導波路基板Ａの一端面は斜面１ｄとして形成
され、該斜面には測定光用入出力端が形成されている。
光軸中心線が光導波路基板Ａの長手方向Ｘと一致するよ
うに配置されている屈折率分布型レンズ６の一端面６ａ
は斜面１ｄに平行に、他方の端面６ｂは光軸中心線に対
して垂直に形成されている。屈折率分布型レンズの端面
６ｂには反射防止膜７が形成されている。
導波路型変位センサにおいて、測定光の集光特性に優
れ、かつ、前記基板とレンズとの境界面に反射防止膜を
施すことなく、測定光の減衰低減を可能にする。 【構成】光導波路基板Ａの一端面は斜面１ｄとして形成
され、該斜面には測定光用入出力端が形成されている。
光軸中心線が光導波路基板Ａの長手方向Ｘと一致するよ
うに配置されている屈折率分布型レンズ６の一端面６ａ
は斜面１ｄに平行に、他方の端面６ｂは光軸中心線に対
して垂直に形成されている。屈折率分布型レンズの端面
６ｂには反射防止膜７が形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学的干渉により被測定
物の変位を測定する光導波路型変位センサに関する。
物の変位を測定する光導波路型変位センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】光学的干渉計を用いて被測定物の変位を
測定する方法の一つとして、マイケルソン干渉計の原理
を利用した光導波路型変位センサがある。ニオブ酸リチ
ウム(LiNbO3)やタンタル酸リチウム(LiTaO3)などの電気
光学結晶基板上にマイケルソン干渉計を形成すると、複
雑な光学系の位置合わせが不要であり、かつ、小型の変
形計を実現することができる。マイケルソン干渉計で
は、測定光の光軸と直角な境界面が存在すると、境界面
からの反射光が被測定物からの反射光に混入し、測定精
度を低下させる。
測定する方法の一つとして、マイケルソン干渉計の原理
を利用した光導波路型変位センサがある。ニオブ酸リチ
ウム(LiNbO3)やタンタル酸リチウム(LiTaO3)などの電気
光学結晶基板上にマイケルソン干渉計を形成すると、複
雑な光学系の位置合わせが不要であり、かつ、小型の変
形計を実現することができる。マイケルソン干渉計で
は、測定光の光軸と直角な境界面が存在すると、境界面
からの反射光が被測定物からの反射光に混入し、測定精
度を低下させる。
【０００３】そこで、光導波路型変位センサにおいて
は、測定光用入出力端面を斜面にして境界面からの反射
光を十分に抑制する必要が生じる。しかし、光導波路か
らの出射光は屈折のため光導波路基板の長手方向と平行
にはならず、集光レンズを該出射光の光軸に一致させる
と、測定光の被測定物への入射方向が光導波路基板の長
手方向と一致しなくなり、組み立てが困難になるととも
に、被測定物に対する光導波路型変位センサの位置決め
が困難になるという問題を生じる。
は、測定光用入出力端面を斜面にして境界面からの反射
光を十分に抑制する必要が生じる。しかし、光導波路か
らの出射光は屈折のため光導波路基板の長手方向と平行
にはならず、集光レンズを該出射光の光軸に一致させる
と、測定光の被測定物への入射方向が光導波路基板の長
手方向と一致しなくなり、組み立てが困難になるととも
に、被測定物に対する光導波路型変位センサの位置決め
が困難になるという問題を生じる。
【０００４】この問題を解決するために、屈折率分布型
レンズの一方の端面を斜めに研磨する方法がある。この
ような技術としては、例えば、本出願人が特願平６−１
６５４４において提案したものがある。
レンズの一方の端面を斜めに研磨する方法がある。この
ような技術としては、例えば、本出願人が特願平６−１
６５４４において提案したものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法においては、屈折率分布型レンズの斜面とする端面
が被測定物に相対する面である場合には、レンズの収差
が大きくなり、測定光の集光特性が低下するという問題
点がある。集光特性が低下するということは、被測定物
の変位を測定する際の横分解能が得られないことを意味
する。また、屈折率分布型レンズの斜面とする端面が光
導波路基板に相対する面である場合には、屈折率分布型
レンズの収差を押さえ、集光特性を良好に保つために
は、測定光の光軸と屈折率分布型レンズの光軸中心線と
を一致させる必要がある。
方法においては、屈折率分布型レンズの斜面とする端面
が被測定物に相対する面である場合には、レンズの収差
が大きくなり、測定光の集光特性が低下するという問題
点がある。集光特性が低下するということは、被測定物
の変位を測定する際の横分解能が得られないことを意味
する。また、屈折率分布型レンズの斜面とする端面が光
導波路基板に相対する面である場合には、屈折率分布型
レンズの収差を押さえ、集光特性を良好に保つために
は、測定光の光軸と屈折率分布型レンズの光軸中心線と
を一致させる必要がある。
【０００６】そのためには、光導波路基板と屈折率分布
型レンズとを光導波路基板の長手方向とそれに垂直な方
向及び両者の回転方向の三方向に精密に位置合わせを行
うことができるケースを作製しなければならず、ケース
の製造コストを上昇させるという問題点を有していた。
型レンズとを光導波路基板の長手方向とそれに垂直な方
向及び両者の回転方向の三方向に精密に位置合わせを行
うことができるケースを作製しなければならず、ケース
の製造コストを上昇させるという問題点を有していた。
【０００７】また、従来、測定光の減衰を低減させるた
めには、光導波路端面と屈折率分布型レンズの両斜面に
も反射防止膜を施す必要があったが、細密な光学部品端
面への反射防止膜の形成は製品のコストを高くするとい
う問題点があった。
めには、光導波路端面と屈折率分布型レンズの両斜面に
も反射防止膜を施す必要があったが、細密な光学部品端
面への反射防止膜の形成は製品のコストを高くするとい
う問題点があった。
【０００８】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、本発明の目的は、光導波路基板と屈折率
分布型レンズとを備えた光導波路型変位センサにおい
て、屈折率分布型レンズによる測定光の集光特性に優
れ、かつ、光導波路基板と屈折率分布型レンズの両斜面
に反射防止膜を施すことなく、測定光の減衰を低減する
ことができる製造コストの安価な光導波路型変位センサ
を提供することにある。
たものであり、本発明の目的は、光導波路基板と屈折率
分布型レンズとを備えた光導波路型変位センサにおい
て、屈折率分布型レンズによる測定光の集光特性に優
れ、かつ、光導波路基板と屈折率分布型レンズの両斜面
に反射防止膜を施すことなく、測定光の減衰を低減する
ことができる製造コストの安価な光導波路型変位センサ
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明に係る光導波路型変位センサは、長手方向の
両端面のうち少なくとも一方の端面を該長手方向に対し
て斜面とし、該斜面に測定光用入出力端を形成した光導
波路基板と、前記光導波路基板の前記測定光用入出力端
との間で光の伝達が行えるように配置された屈折率分布
型レンズとを備える。前記屈折率分布型レンズはその光
軸中心線が前記光導波路基板の長手方向と一致するよう
に配置されている。また、前記屈折率分布型レンズの端
面のうち前記光導波路基板に相対する端面は前記光導波
路基板の斜面と平行に、かつ、他方の端面は該屈折率分
布型レンズの光軸中心線に対して垂直に形成されてお
り、前記屈折率分布型レンズの他方の端面には反射防止
膜が形成されている。
め、本発明に係る光導波路型変位センサは、長手方向の
両端面のうち少なくとも一方の端面を該長手方向に対し
て斜面とし、該斜面に測定光用入出力端を形成した光導
波路基板と、前記光導波路基板の前記測定光用入出力端
との間で光の伝達が行えるように配置された屈折率分布
型レンズとを備える。前記屈折率分布型レンズはその光
軸中心線が前記光導波路基板の長手方向と一致するよう
に配置されている。また、前記屈折率分布型レンズの端
面のうち前記光導波路基板に相対する端面は前記光導波
路基板の斜面と平行に、かつ、他方の端面は該屈折率分
布型レンズの光軸中心線に対して垂直に形成されてお
り、前記屈折率分布型レンズの他方の端面には反射防止
膜が形成されている。
【００１０】本発明の好ましい実施態様においては、測
定光の入出力用光導波路が前記光導波路基板の斜面とし
て形成されている端面の法線に対して式（１）を満たす
角度θW をなすように形成される。 ｎW ｓｉｎ（θW ）＝ｎ1 ｓｉｎ（θt ） （１）
定光の入出力用光導波路が前記光導波路基板の斜面とし
て形成されている端面の法線に対して式（１）を満たす
角度θW をなすように形成される。 ｎW ｓｉｎ（θW ）＝ｎ1 ｓｉｎ（θt ） （１）
【００１１】ただし、式（１）において、ｎ1 は屈折率
分布型レンズの屈折率、ｎW は光導波路基板の屈折率、
θt は光導波路基板の斜面として形成されている端面の
法線と光導波路基板の長手方向とのなす角度である。
分布型レンズの屈折率、ｎW は光導波路基板の屈折率、
θt は光導波路基板の斜面として形成されている端面の
法線と光導波路基板の長手方向とのなす角度である。
【００１２】また、前記光導波路基板と前記屈折率分布
型レンズとは透明な接着剤で接着されることが好まし
い。また、前記光導波路基板の表面には少なくとも光導
波路と方向性結合器が形成されており、前記光導波路基
板の長手方向の両端面のうち、測定光入出力端が形成さ
れている斜面である端面には参照光用反射鏡が形成さ
れ、他方の端面には光源光用入力端と干渉信号光用出力
端とが形成されている。
型レンズとは透明な接着剤で接着されることが好まし
い。また、前記光導波路基板の表面には少なくとも光導
波路と方向性結合器が形成されており、前記光導波路基
板の長手方向の両端面のうち、測定光入出力端が形成さ
れている斜面である端面には参照光用反射鏡が形成さ
れ、他方の端面には光源光用入力端と干渉信号光用出力
端とが形成されている。
【００１３】
【作用】光源から出射された光は、光導波路基板内の方
向性結合器で二つの光導波路に分岐され、光導波路基板
の長手方向に対して斜面として形成されている端面に導
かれる。一方の光はこの端面に設けられている参照光用
反射鏡により反射され、参照光として再び方向性結合器
に戻る。他方の光は斜面として形成されている端面で屈
折し、屈折率分布型レンズに入射する。
向性結合器で二つの光導波路に分岐され、光導波路基板
の長手方向に対して斜面として形成されている端面に導
かれる。一方の光はこの端面に設けられている参照光用
反射鏡により反射され、参照光として再び方向性結合器
に戻る。他方の光は斜面として形成されている端面で屈
折し、屈折率分布型レンズに入射する。
【００１４】このとき、前記光導波路基板の斜面として
形成されている端面の法線と光導波路基板の長手方向と
のなす角度θt と、測定光の入出力用光導波路が前記光
導波路基板の斜面として形成されている端面の法線とな
す角度θW が式（１）を満たすように形成されており、
且つ屈折率分布型レンズの端面のうち前記光導波路基板
端面に相対する端面の法線と屈折率分布型レンズの長手
方向のなす角度が前記角度θt と等しくなっていると、
光導波路基板の長手方向から斜めに出射された測定光
を、屈折率分布型レンズ端面において屈折させ、測定光
の進行方向を光導波路基板の長手方向に平行な方向に変
えることができるようになる。
形成されている端面の法線と光導波路基板の長手方向と
のなす角度θt と、測定光の入出力用光導波路が前記光
導波路基板の斜面として形成されている端面の法線とな
す角度θW が式（１）を満たすように形成されており、
且つ屈折率分布型レンズの端面のうち前記光導波路基板
端面に相対する端面の法線と屈折率分布型レンズの長手
方向のなす角度が前記角度θt と等しくなっていると、
光導波路基板の長手方向から斜めに出射された測定光
を、屈折率分布型レンズ端面において屈折させ、測定光
の進行方向を光導波路基板の長手方向に平行な方向に変
えることができるようになる。
【００１５】さらに、光導波路基板の長手方向と光導波
路基板端面（斜面）の法線とがなす角度は、屈折率分布
型レンズの長手方向と屈折率分布型レンズ端面（斜面）
の法線とがなす角度と同じであるため、光導波路基板と
屈折率分布型レンズとを密着させて接着することができ
る。この場合、接着剤として紫外線硬化樹脂等の透明な
樹脂を使用すれば、接着剤自身の屈折率が屈折率分布型
レンズに近いため、反射が抑制され、光導波路基板と屈
折率分布型レンズ双方の斜面の反射防止膜を省略しても
透過率を高く保つことができる。
路基板端面（斜面）の法線とがなす角度は、屈折率分布
型レンズの長手方向と屈折率分布型レンズ端面（斜面）
の法線とがなす角度と同じであるため、光導波路基板と
屈折率分布型レンズとを密着させて接着することができ
る。この場合、接着剤として紫外線硬化樹脂等の透明な
樹脂を使用すれば、接着剤自身の屈折率が屈折率分布型
レンズに近いため、反射が抑制され、光導波路基板と屈
折率分布型レンズ双方の斜面の反射防止膜を省略しても
透過率を高く保つことができる。
【００１６】ここで、変位測定精度に悪影響を与える光
導波路基板端面からの反射戻り光強度は、光導波路と光
導波路基板端面（斜面）とのなす角度θW に大きく依存
し、角度θW を大きくするほど、反射戻り光が有効に減
衰される。ニオブ酸リチウム基板にプロトン交換法によ
って形成した光導波路で角度θW を変化させて反射戻り
光の強度を測定すると、図３のような関係が得られる。
図３からわかるように、角度θW は反射戻り光強度が変
位測定精度に悪影響を及ぼさない−５０ｄＢ以下に抑制
できる５度以上であることが望ましい。
導波路基板端面からの反射戻り光強度は、光導波路と光
導波路基板端面（斜面）とのなす角度θW に大きく依存
し、角度θW を大きくするほど、反射戻り光が有効に減
衰される。ニオブ酸リチウム基板にプロトン交換法によ
って形成した光導波路で角度θW を変化させて反射戻り
光の強度を測定すると、図３のような関係が得られる。
図３からわかるように、角度θW は反射戻り光強度が変
位測定精度に悪影響を及ぼさない−５０ｄＢ以下に抑制
できる５度以上であることが望ましい。
【００１７】しかしながら、式（１）によれば、角度θ
W が大きくなるとともに、光導波路基板の長手方向と光
導波路基板端面（斜面）の法線のなす角度θt も大きく
なる。角度θt が極端に大きくなると収差が顕著にな
り、測定光Ｌの集光特性が悪化し、横方向の分解能の劣
化につながる。このため、角度θt は必要最低限の角度
にすることが望ましい。角度θW と式（１）を満たす角
度θt を与えるプリズム（屈折率分布型レンズと同一の
形状を有し、屈折率の分布が付いていないもの）と、プ
リズムから出射された測定光を集光するための収差のな
いレンズを仮定したときの焦点のボケから、屈折率分布
型レンズのプリズム硬化による収差を評価することがで
きる。そこで、このような光学系を想定して光線追跡法
による計算機シュミレーションを行ったところ、図４の
ような結果を得た。ただし、光導波路基板端面から出射
される測定光の広がり角を実測値に照らして半角で０．
０５ｒａｄ、光導波路基板端面からプリズムまでの距離
を１ｍｍ、プリズムの屈折率を１．５５７とした。例え
ば、このような条件下でボケを１μｍ以下とするために
は、角度θt は１３度以下でなければならない。また、
ここで光導波路基板端面（斜面）からプリズムまでの距
離は小さいほど収差が小さくなる。従って、光導波路基
板と屈折率分布型レンズの接着は収差の観点からも有効
である。
W が大きくなるとともに、光導波路基板の長手方向と光
導波路基板端面（斜面）の法線のなす角度θt も大きく
なる。角度θt が極端に大きくなると収差が顕著にな
り、測定光Ｌの集光特性が悪化し、横方向の分解能の劣
化につながる。このため、角度θt は必要最低限の角度
にすることが望ましい。角度θW と式（１）を満たす角
度θt を与えるプリズム（屈折率分布型レンズと同一の
形状を有し、屈折率の分布が付いていないもの）と、プ
リズムから出射された測定光を集光するための収差のな
いレンズを仮定したときの焦点のボケから、屈折率分布
型レンズのプリズム硬化による収差を評価することがで
きる。そこで、このような光学系を想定して光線追跡法
による計算機シュミレーションを行ったところ、図４の
ような結果を得た。ただし、光導波路基板端面から出射
される測定光の広がり角を実測値に照らして半角で０．
０５ｒａｄ、光導波路基板端面からプリズムまでの距離
を１ｍｍ、プリズムの屈折率を１．５５７とした。例え
ば、このような条件下でボケを１μｍ以下とするために
は、角度θt は１３度以下でなければならない。また、
ここで光導波路基板端面（斜面）からプリズムまでの距
離は小さいほど収差が小さくなる。従って、光導波路基
板と屈折率分布型レンズの接着は収差の観点からも有効
である。
【００１８】屈折率分布型レンズの他方の端面に達した
測定光は被測定物に向けて出射され、被測定物から反射
された光は前述の経路とは逆の経路を経て光導波路基板
に入射する。光導波路基板に戻った測定光は参照光と干
渉し、その干渉光は受光素子に向けて光導波路基板から
出射される。この干渉光の強度変化を検出することによ
り、被測定物の変位を測定することができる。
測定光は被測定物に向けて出射され、被測定物から反射
された光は前述の経路とは逆の経路を経て光導波路基板
に入射する。光導波路基板に戻った測定光は参照光と干
渉し、その干渉光は受光素子に向けて光導波路基板から
出射される。この干渉光の強度変化を検出することによ
り、被測定物の変位を測定することができる。
【００１９】
【実施例】図１及び２は本発明に係る光導波路型変位セ
ンサの一実施例を示す。本実施例における光導波路基板
Ａはニオブ酸リチウム(LiNbO3)やタンタル酸リチウム(L
iTaO3)などの電気光学結晶基板１からなり、基板１には
光導波路２，３が形成されている。光導波路３には変調
用電極８が設けられている。光導波路基板Ａは長手方向
Ｘに平行な二つの端面１ａ，１ｂと、長手方向Ｘに対し
て斜めに研磨加工された二つの端面１ｃ，１ｄとを有し
ている。光導波路３は端面１ｄに対して直角の角度をな
して端面１ｄに達しており、端面１ｄには光導波路３の
光を効率よく反射できる金属又は誘電体からなる反射鏡
５が形成されている。光導波路２は端面１ｄに対して角
度をなして形成されている。また、光導波路２，３には
方向性結合器４が配置されている。
ンサの一実施例を示す。本実施例における光導波路基板
Ａはニオブ酸リチウム(LiNbO3)やタンタル酸リチウム(L
iTaO3)などの電気光学結晶基板１からなり、基板１には
光導波路２，３が形成されている。光導波路３には変調
用電極８が設けられている。光導波路基板Ａは長手方向
Ｘに平行な二つの端面１ａ，１ｂと、長手方向Ｘに対し
て斜めに研磨加工された二つの端面１ｃ，１ｄとを有し
ている。光導波路３は端面１ｄに対して直角の角度をな
して端面１ｄに達しており、端面１ｄには光導波路３の
光を効率よく反射できる金属又は誘電体からなる反射鏡
５が形成されている。光導波路２は端面１ｄに対して角
度をなして形成されている。また、光導波路２，３には
方向性結合器４が配置されている。
【００２０】本実施例においては、屈折率分布型レンズ
としてセルフォックスレンズ（商品名）６を用いてい
る。セルフォックスレンズ６はその光軸中心線が光導波
路基板Ａの長手方向Ｘと一致するように配置され、さら
に、セルフォックスレンズ６は透明接着剤で光導波路基
板Ａに接着されている。セルフォックスレンズ６は光導
波路基板Ａの端面１ｄ（斜面）と同一傾斜角度を有する
端面６ａと光軸に対して直角をなす端面６ｂとを有して
いる。セルフォックスレンズ６の端面６ｂには反射防止
膜７が形成されている。なお、本実施例におけるセルフ
ォックスレンズ６の光軸上屈折率は１．５５７、屈折率
分布定数は０．０５９０４９である。
としてセルフォックスレンズ（商品名）６を用いてい
る。セルフォックスレンズ６はその光軸中心線が光導波
路基板Ａの長手方向Ｘと一致するように配置され、さら
に、セルフォックスレンズ６は透明接着剤で光導波路基
板Ａに接着されている。セルフォックスレンズ６は光導
波路基板Ａの端面１ｄ（斜面）と同一傾斜角度を有する
端面６ａと光軸に対して直角をなす端面６ｂとを有して
いる。セルフォックスレンズ６の端面６ｂには反射防止
膜７が形成されている。なお、本実施例におけるセルフ
ォックスレンズ６の光軸上屈折率は１．５５７、屈折率
分布定数は０．０５９０４９である。
【００２１】ニオブ酸リチウム基板の屈折率は約２．２
であり、屈折率分布型レンズの一種であるセルフォック
レンズ６の屈折率は約１．６である。式（１）に従え
ば、角度θW を５度以上とすると角度θt は６．８８度
以上、角度θt を１３度以下とすると角度θW は９．４
２度以下とすればよいことになるが、光導波路基板Ａ及
びセルフォックレンズ６の端面１ｄ，端面６ａの加工の
容易さを考慮して、角度θt は８度、角度θW は５．８
度に設定した。このように設定された端面１ｄを有する
光導波路基板Ａから測定光Ｌが出射したとき、セルフォ
ックレンズ６で屈折及び集光を行った場合の集光特性を
光線追跡法による計算機シュミレーションで検討した。
であり、屈折率分布型レンズの一種であるセルフォック
レンズ６の屈折率は約１．６である。式（１）に従え
ば、角度θW を５度以上とすると角度θt は６．８８度
以上、角度θt を１３度以下とすると角度θW は９．４
２度以下とすればよいことになるが、光導波路基板Ａ及
びセルフォックレンズ６の端面１ｄ，端面６ａの加工の
容易さを考慮して、角度θt は８度、角度θW は５．８
度に設定した。このように設定された端面１ｄを有する
光導波路基板Ａから測定光Ｌが出射したとき、セルフォ
ックレンズ６で屈折及び集光を行った場合の集光特性を
光線追跡法による計算機シュミレーションで検討した。
【００２２】図５はセルフォックレンズ６の光導波路基
板側端面である入射側端面６ａの角度を０度、被測定物
側である出射側端面６ｂの角度を８度とした場合の焦点
付近の光線を示しており、図６は入射側端面６ａの角度
を８度、出射側端面６ｂの角度を０度とした場合の焦点
付近の光線を示したものである。ただし、このシュミレ
ーションでは、光導波路端面から出射される測定光Ｌの
広がり角を計算の容易さから実測値の０．０５ｒａｄで
はなく、０．２ｒａｄとしたが、前述の操作によるシュ
ミレーション結果の傾向は変わるものではない。図６の
最良像面のずれが光軸方向で５０μｍ以下、測定光が最
も集光されるビームウェストの大きさが３μｍ以下であ
るのに対して、図５では最良像面のずれが光軸方向で３
００μｍ程度ばらついており、ビームウェストの大きさ
も１０μｍ以上に広がっている。この結果は屈折率分布
型レンズの入射側端面を斜面に加工する方法の有用性を
示している。
板側端面である入射側端面６ａの角度を０度、被測定物
側である出射側端面６ｂの角度を８度とした場合の焦点
付近の光線を示しており、図６は入射側端面６ａの角度
を８度、出射側端面６ｂの角度を０度とした場合の焦点
付近の光線を示したものである。ただし、このシュミレ
ーションでは、光導波路端面から出射される測定光Ｌの
広がり角を計算の容易さから実測値の０．０５ｒａｄで
はなく、０．２ｒａｄとしたが、前述の操作によるシュ
ミレーション結果の傾向は変わるものではない。図６の
最良像面のずれが光軸方向で５０μｍ以下、測定光が最
も集光されるビームウェストの大きさが３μｍ以下であ
るのに対して、図５では最良像面のずれが光軸方向で３
００μｍ程度ばらついており、ビームウェストの大きさ
も１０μｍ以上に広がっている。この結果は屈折率分布
型レンズの入射側端面を斜面に加工する方法の有用性を
示している。
【００２３】前述したように、セルフォックスレンズ６
の出射側端面６ｂは光軸と垂直に形成されているため、
出射側端面６ｂには反射防止膜７が形成されている。出
射側端面６ｂからは反射防止膜７の特性の限界により
０．２％（−２７ｄＢ）程度の反射戻り光を生じる。信
号光の検出限界が参照光に対して−５０ｄＢとすると、
この反射戻り光光量が全て光導波路に結合した場合に
は、測定精度を大きく劣化させることになるが、出射側
端面６ｂから０．６〜１．４ｍｍ程度のワーキングディ
スタンスで測定光Ｌが集光されるピッチ（レンズ内の光
の蛇行周期）が０．４〜０．４５のセルフォックスレン
ズ６を集光系に用いると、図７に示すように、反射戻り
光はセルフォックスレンズ６内で一度集光された後、拡
散光として光導波路端面に到達するため、光導波路２，
３に結合する反射戻り光光量は測定に影響を与えない程
度に抑制される。
の出射側端面６ｂは光軸と垂直に形成されているため、
出射側端面６ｂには反射防止膜７が形成されている。出
射側端面６ｂからは反射防止膜７の特性の限界により
０．２％（−２７ｄＢ）程度の反射戻り光を生じる。信
号光の検出限界が参照光に対して−５０ｄＢとすると、
この反射戻り光光量が全て光導波路に結合した場合に
は、測定精度を大きく劣化させることになるが、出射側
端面６ｂから０．６〜１．４ｍｍ程度のワーキングディ
スタンスで測定光Ｌが集光されるピッチ（レンズ内の光
の蛇行周期）が０．４〜０．４５のセルフォックスレン
ズ６を集光系に用いると、図７に示すように、反射戻り
光はセルフォックスレンズ６内で一度集光された後、拡
散光として光導波路端面に到達するため、光導波路２，
３に結合する反射戻り光光量は測定に影響を与えない程
度に抑制される。
【００２４】光導波路基板Ａの長手方向Ｘの両端面１
ｃ，１ｄには端面ブロックと呼ばれる端面保護用の部品
を装荷して両端面１ｃ，１ｄの傾斜角度が８度になるよ
うに研磨した。端面１ｃには光信号の入出力用光ファイ
バーを接続した。この入力用光ファイバーにＬＤ光源を
入射し、傾斜角度８度の端面１ｄから出射する光強度を
測定したところ、５０μＷ程度の測定光出力が確認でき
た。
ｃ，１ｄには端面ブロックと呼ばれる端面保護用の部品
を装荷して両端面１ｃ，１ｄの傾斜角度が８度になるよ
うに研磨した。端面１ｃには光信号の入出力用光ファイ
バーを接続した。この入力用光ファイバーにＬＤ光源を
入射し、傾斜角度８度の端面１ｄから出射する光強度を
測定したところ、５０μＷ程度の測定光出力が確認でき
た。
【００２５】次に、長さ１１ｍｍ（ピッチ０．４２）の
セルフォックスレンズ６を光導波路基板Ａの端面１ｄ
（傾斜角度８度）に接着した。セルフォックスレンズ６
の位置合わせは顕微鏡で観察して行ったが、光導波路基
板Ａとセルフォックスレンズ６とを密着させるためには
長手方向Ｘに垂直な方向の位置合わせだけで十分であ
る。接着剤には紫外線硬化樹脂を用いた。紫外線硬化樹
脂の屈折率は１．５程度であり、接着剤とレンズの境界
面での反射は屈折率差が小さいため、ほとんど無視する
ことができる。光導波路基板Ａと接着剤の境界面での透
過率Ｔは理論的には式（２）で計算でき、約９６．４％
となる。 Ｔ＝１−（ｎw −ｎa )2／（ｎw ＋ｎa )2 （２） 式（２）において、ｎw は光導波路基板の屈折率、ｎa
は紫外線硬化樹脂の屈折率である。反射防止膜７を設け
ないニオブ酸リチウム基板端面における透過率は約８６
％であるから、光導波路基板Ａとセルフォックスレンズ
６とを密着させ、透明な接着剤で接着することにより、
約１０％の改善が図れる。実際には、測定光Ｌは往復で
光導波路基板Ａと接着剤との境界面を透過するため、約
２０％の改善を図ることができることになる。
セルフォックスレンズ６を光導波路基板Ａの端面１ｄ
（傾斜角度８度）に接着した。セルフォックスレンズ６
の位置合わせは顕微鏡で観察して行ったが、光導波路基
板Ａとセルフォックスレンズ６とを密着させるためには
長手方向Ｘに垂直な方向の位置合わせだけで十分であ
る。接着剤には紫外線硬化樹脂を用いた。紫外線硬化樹
脂の屈折率は１．５程度であり、接着剤とレンズの境界
面での反射は屈折率差が小さいため、ほとんど無視する
ことができる。光導波路基板Ａと接着剤の境界面での透
過率Ｔは理論的には式（２）で計算でき、約９６．４％
となる。 Ｔ＝１−（ｎw −ｎa )2／（ｎw ＋ｎa )2 （２） 式（２）において、ｎw は光導波路基板の屈折率、ｎa
は紫外線硬化樹脂の屈折率である。反射防止膜７を設け
ないニオブ酸リチウム基板端面における透過率は約８６
％であるから、光導波路基板Ａとセルフォックスレンズ
６とを密着させ、透明な接着剤で接着することにより、
約１０％の改善が図れる。実際には、測定光Ｌは往復で
光導波路基板Ａと接着剤との境界面を透過するため、約
２０％の改善を図ることができることになる。
【００２６】光導波路基板Ａの端面１ｃに望む光導波路
２には光ファイバーによりレーザ光が入力され、他方、
光導波路３からは干渉光が光ファイバーにより測定装置
に導かれるようにした。次いで、ボンディングで変調用
電極８に電気的結線を行った。さらに、光導波路基板Ａ
及びセルフォックスレンズ６を機械的な衝撃から保護す
るために光導波路基板Ａ及びセルフォックスレンズ６の
全体をステンレス製ケースに収納した。この場合、両者
を密着させるため位置合わせの方向は一方向のみでよい
ため、高い加工精度を必要としない安価なケースで十分
であった。
２には光ファイバーによりレーザ光が入力され、他方、
光導波路３からは干渉光が光ファイバーにより測定装置
に導かれるようにした。次いで、ボンディングで変調用
電極８に電気的結線を行った。さらに、光導波路基板Ａ
及びセルフォックスレンズ６を機械的な衝撃から保護す
るために光導波路基板Ａ及びセルフォックスレンズ６の
全体をステンレス製ケースに収納した。この場合、両者
を密着させるため位置合わせの方向は一方向のみでよい
ため、高い加工精度を必要としない安価なケースで十分
であった。
【００２７】このように作製した光導波路型変位センサ
で位相変調を行い、被測定物の変位を測定したところ、
測定精度が数ｎｍ以下と良好なものであった。このこと
は実験的にも、不要な反射戻り光が十分に抑制されてい
ることを示唆するものである。さらに、集光特性を評価
するために、ニオブ酸リチウム基板上に形成したライン
／スペースを測定し、４μｍ以下の横分解能があること
を確認した。これは、測定光が４μｍ程度に効果的に集
光されており、本発明により４μｍ以下の横分解能特性
が実現されたことを示している。
で位相変調を行い、被測定物の変位を測定したところ、
測定精度が数ｎｍ以下と良好なものであった。このこと
は実験的にも、不要な反射戻り光が十分に抑制されてい
ることを示唆するものである。さらに、集光特性を評価
するために、ニオブ酸リチウム基板上に形成したライン
／スペースを測定し、４μｍ以下の横分解能があること
を確認した。これは、測定光が４μｍ程度に効果的に集
光されており、本発明により４μｍ以下の横分解能特性
が実現されたことを示している。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によって、集
光特性すなわち横分解能に優れた高精度の光導波路型変
位センサを提供することができる。さらに、本発明に係
る光導波路型変位センサにおいては、光導波路基板と屈
折率分布型レンズの両斜面に反射防止膜を施す必要はな
く、安価な製造コストで測定光の減衰を低減することが
できる。
光特性すなわち横分解能に優れた高精度の光導波路型変
位センサを提供することができる。さらに、本発明に係
る光導波路型変位センサにおいては、光導波路基板と屈
折率分布型レンズの両斜面に反射防止膜を施す必要はな
く、安価な製造コストで測定光の減衰を低減することが
できる。
【図１】本発明に係る光導波路型変位センサの一実施例
の概略的な断面図である。
の概略的な断面図である。
【図２】図１における光導波路基板と屈折率分布型レン
ズとの接合部分の拡大説明図である。
ズとの接合部分の拡大説明図である。
【図３】光導波路基板端面（斜面）の法線に対する光導
波路の角度θW を変化させたときの反射戻り光の変化を
示すグラフである。
波路の角度θW を変化させたときの反射戻り光の変化を
示すグラフである。
【図４】屈折率分布型レンズのプリズム効果による収差
を表すグラフである。
を表すグラフである。
【図５】セルフォックスレンズの出射面を８度に研磨し
た場合において、光導波路から斜めに出射する光線のセ
ルフォックスレンズによる集光特性の光線追跡法による
計算機シュミレーションを示すグラフである。
た場合において、光導波路から斜めに出射する光線のセ
ルフォックスレンズによる集光特性の光線追跡法による
計算機シュミレーションを示すグラフである。
【図６】セルフォックスレンズの入射面を８度に研磨し
た場合において、光導波路から斜めに出射する光線のセ
ルフォックスレンズによる集光特性の光線追跡法による
計算機シュミレーションを示すグラフである。
た場合において、光導波路から斜めに出射する光線のセ
ルフォックスレンズによる集光特性の光線追跡法による
計算機シュミレーションを示すグラフである。
【図７】光軸に対して垂直なセルフォックスレンズ端面
からの反射戻り光の光線追跡法による計算機シュミレー
ションを示したグラフである。
からの反射戻り光の光線追跡法による計算機シュミレー
ションを示したグラフである。
Ａ 光導波路基板 １ 電気光学結晶基板 １ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 光導波路基板端面 ２，３ 光導波路 ４ 方向性結合器 ５ 反射鏡 ６ セルフォックスレンズ ６ａ，６ｂ セルフォックスレンズ ７ 反射防止膜 Ｌ 測定光
Claims (4)
- 【請求項１】 長手方向の両端面のうち少なくとも一方
の端面を該長手方向に対して斜面とし、該斜面に測定光
用入出力端を形成した光導波路基板と、 前記光導波路基板の前記測定光用入出力端との間で光の
伝達が行えるように配置された屈折率分布型レンズとを
備え、 前記屈折率分布型レンズはその光軸中心線が前記光導波
路基板の長手方向と一致するように配置され、 前記屈折率分布型レンズの端面のうち前記光導波路基板
に相対する端面は前記光導波路基板の斜面と平行に、か
つ、他方の端面は該屈折率分布型レンズの光軸中心線に
対して垂直に形成されており、 前記屈折率分布型レンズの他方の端面には反射防止膜が
形成されていることを特徴とする光導波路型変位セン
サ。 - 【請求項２】 前記光導波路基板の斜面として形成され
ている端面の法線と光導波路基板の長手方向とのなす角
度θt と、測定光の入出力用光導波路が前記光導波路基
板の斜面として形成されている端面の法線となす角度θ
W が式（１）を満たすように形成されており、且つ、前
記屈折率分布型レンズの端面のうち前記光導波路基板端
面に相対する端面の法線と屈折率分布型レンズの長手方
向のなす角度が前記角度θt と等しいことを特徴とする
請求項１に記載の光導波路型変位センサ。 ｎW ｓｉｎ（θW ）＝ｎ1 ｓｉｎ（θt ） （１） ただし、ｎ1 は屈折率分布型レンズの屈折率、ｎW は光
導波路基板の屈折率である。 - 【請求項３】 前記光導波路基板と前記屈折率分布型レ
ンズとは透明な接着剤で接着されていることを特徴とす
る請求項１又は２に記載の光導波路型変位センサ。 - 【請求項４】 前記光導波路基板の表面には少なくとも
光導波路と方向性結合器が形成されており、前記光導波
路基板の長手方向の両端面のうち、測定光入出力端が形
成されている斜面である端面には参照光用反射鏡が形成
され、他方の端面には光源光用入力端と干渉信号光用出
力端とが形成されていることを特徴とする請求項１乃至
３の何れか一項に記載の光導波路型変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7062783A JPH08261713A (ja) | 1995-03-22 | 1995-03-22 | 光導波路型変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7062783A JPH08261713A (ja) | 1995-03-22 | 1995-03-22 | 光導波路型変位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08261713A true JPH08261713A (ja) | 1996-10-11 |
Family
ID=13210308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7062783A Pending JPH08261713A (ja) | 1995-03-22 | 1995-03-22 | 光導波路型変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08261713A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006001172A1 (ja) * | 2004-06-29 | 2006-01-05 | Anritsu Corporation | 導波路型光デバイス |
| CN101846491A (zh) * | 2010-05-31 | 2010-09-29 | 哈尔滨工程大学 | 双F-P腔与Michelson组合干涉仪 |
| JP2011175245A (ja) * | 2010-01-27 | 2011-09-08 | Citizen Holdings Co Ltd | レーザ光源 |
| KR20190115541A (ko) * | 2018-03-29 | 2019-10-14 | 주식회사 이스트포토닉스 | 입사 각도를 줄여주는 굴절률분포형렌즈를 구성한 양방향 광송수신장치 |
-
1995
- 1995-03-22 JP JP7062783A patent/JPH08261713A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006001172A1 (ja) * | 2004-06-29 | 2006-01-05 | Anritsu Corporation | 導波路型光デバイス |
| JP2006047956A (ja) * | 2004-06-29 | 2006-02-16 | Anritsu Corp | 導波路型光デバイス |
| US7330613B2 (en) | 2004-06-29 | 2008-02-12 | Anritsu Corporation | Waveguide type optical device |
| JP2011175245A (ja) * | 2010-01-27 | 2011-09-08 | Citizen Holdings Co Ltd | レーザ光源 |
| CN101846491A (zh) * | 2010-05-31 | 2010-09-29 | 哈尔滨工程大学 | 双F-P腔与Michelson组合干涉仪 |
| KR20190115541A (ko) * | 2018-03-29 | 2019-10-14 | 주식회사 이스트포토닉스 | 입사 각도를 줄여주는 굴절률분포형렌즈를 구성한 양방향 광송수신장치 |
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