JPH10185523A - 光導波路型変位センサ - Google Patents
光導波路型変位センサInfo
- Publication number
- JPH10185523A JPH10185523A JP34753596A JP34753596A JPH10185523A JP H10185523 A JPH10185523 A JP H10185523A JP 34753596 A JP34753596 A JP 34753596A JP 34753596 A JP34753596 A JP 34753596A JP H10185523 A JPH10185523 A JP H10185523A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical waveguide
- measurement
- displacement sensor
- narrow band
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定かつ広い測定レンジが得られる光導波路
型変位センサを提供する。 【解決手段】 方向性結合型光導波路素子を用いた光導
波路型変位センサにおいて、広帯域光源３と、光束分離
手段２４と透過波長の異なる複数の狭帯域選別手段２
５，２７を備えた受光手段２１と、参照光と測定光の行
路差が該狭帯域選別手段２５，２７の帯域幅で決まる干
渉長以下となるように長さの調整された参照光延長用導
波路１４’を有するように構成されている。
型変位センサを提供する。 【解決手段】 方向性結合型光導波路素子を用いた光導
波路型変位センサにおいて、広帯域光源３と、光束分離
手段２４と透過波長の異なる複数の狭帯域選別手段２
５，２７を備えた受光手段２１と、参照光と測定光の行
路差が該狭帯域選別手段２５，２７の帯域幅で決まる干
渉長以下となるように長さの調整された参照光延長用導
波路１４’を有するように構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学的干渉により
被測定物の変位測定を行う光導波路型変位センサに関す
る。
被測定物の変位測定を行う光導波路型変位センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の光学的干渉計においては、マイケ
ルソン干渉計、マッハツェンダー干渉計等の原理を利用
する方法がある。これらの干渉計をニオブ酸リチウム
（LiNbO3）やタンタル酸リチウム（LiTaO3）等の電気光
学結晶基板上に構成すれば、複雑な光学系の位置合わせ
が不要で且つ小型な変位計が実現できる。ところが、通
常の干渉計は、非測定物の変位に応じて、周期的な位相
信号を出力する。即ち、非測定物の変位がλ／２を越え
る場合、位相信号はλ／２の整数倍の不定性を有し、変
位量を特定できない。これを解決し、測定レンジを拡大
するための方法として、波長の異なる二種類以上の波長
で不定の整数値を求める方法が知られている。
ルソン干渉計、マッハツェンダー干渉計等の原理を利用
する方法がある。これらの干渉計をニオブ酸リチウム
（LiNbO3）やタンタル酸リチウム（LiTaO3）等の電気光
学結晶基板上に構成すれば、複雑な光学系の位置合わせ
が不要で且つ小型な変位計が実現できる。ところが、通
常の干渉計は、非測定物の変位に応じて、周期的な位相
信号を出力する。即ち、非測定物の変位がλ／２を越え
る場合、位相信号はλ／２の整数倍の不定性を有し、変
位量を特定できない。これを解決し、測定レンジを拡大
するための方法として、波長の異なる二種類以上の波長
で不定の整数値を求める方法が知られている。
【０００３】図２は、従来の光導波路を用いた二波長変
位センサの全体構成図である。図２において、１は光源
モジュール、２はレーザ光を照射する半導体レーザ、１
１は光導波路素子、１２は光源から導かれた光波を該光
導波路素子１１に入射するための光源入射用ポート、１
３は光を二分する３ｄＢカプラー、１４は参照光が通過
する光導波路、１５は参照光を反射するミラー、１６は
測定光が通過する光導波路、１７は測定光を被測定物へ
集光させるレンズ、１８は受光器へ向かう測定光と参照
光が入射する信号出力ポート、１９は変調器、２１は測
定光と参照光を受光する受光器、２２は受光素子、Ｆ１
は偏波面保持光ファイバー、Ｇ１はマルチモード光ファ
イバーである。なお、一桁番台の符号は光源モジュール
１の構成要素を、１０番台の符号は光導波路素子１１の
構成要素を、２０番台の符号は受光器２１の構成要素を
夫々示し、以後の説明で統一的に用いる。
位センサの全体構成図である。図２において、１は光源
モジュール、２はレーザ光を照射する半導体レーザ、１
１は光導波路素子、１２は光源から導かれた光波を該光
導波路素子１１に入射するための光源入射用ポート、１
３は光を二分する３ｄＢカプラー、１４は参照光が通過
する光導波路、１５は参照光を反射するミラー、１６は
測定光が通過する光導波路、１７は測定光を被測定物へ
集光させるレンズ、１８は受光器へ向かう測定光と参照
光が入射する信号出力ポート、１９は変調器、２１は測
定光と参照光を受光する受光器、２２は受光素子、Ｆ１
は偏波面保持光ファイバー、Ｇ１はマルチモード光ファ
イバーである。なお、一桁番台の符号は光源モジュール
１の構成要素を、１０番台の符号は光導波路素子１１の
構成要素を、２０番台の符号は受光器２１の構成要素を
夫々示し、以後の説明で統一的に用いる。
【０００４】以下、図２を用いて、従来の光導波路を用
いた二波長変位センサの動作原理について述べる。図２
において、半導体レーザ２から出た光波は、偏波面保持
光ファイバーＦ１で光導波路素子１１に形成された光源
入射用ポート１２に導かれ、光導波路素子１１内に作り
込まれた３ｄＢカプラー１３で二分される。光導波路１
４に導かれた光は、ミラー１５で反射され、再度、３ｄ
Ｂカプラー１３を経て参照光となる。光導波路１６に導
かれた光波は、測定光としてレンズ１７で被測定物に集
光され、被測定物からの反射光は、再度、レンズ１７を
経て光導波路素子端に戻り３ｄＢカプラー１３に至る。
このとき３ｄＢカプラー１３は、参照光と測定光の位相
差に応じて、光波を光源入射用ポート１２と、信号出力
ポート１８とに振り分ける。
いた二波長変位センサの動作原理について述べる。図２
において、半導体レーザ２から出た光波は、偏波面保持
光ファイバーＦ１で光導波路素子１１に形成された光源
入射用ポート１２に導かれ、光導波路素子１１内に作り
込まれた３ｄＢカプラー１３で二分される。光導波路１
４に導かれた光は、ミラー１５で反射され、再度、３ｄ
Ｂカプラー１３を経て参照光となる。光導波路１６に導
かれた光波は、測定光としてレンズ１７で被測定物に集
光され、被測定物からの反射光は、再度、レンズ１７を
経て光導波路素子端に戻り３ｄＢカプラー１３に至る。
このとき３ｄＢカプラー１３は、参照光と測定光の位相
差に応じて、光波を光源入射用ポート１２と、信号出力
ポート１８とに振り分ける。
【０００５】信号出力ポート１８に振り分けられた光波
は、マルチモード光ファイバーＧ１に導かれ、受光器２
１に入射するようになっている。一方、光源入射用ポー
ト１２に振り分けられた光波は、光ファイバーＦ１を経
て半導体レーザ２に戻る。光導波路１４には、参照光と
測定光の位相差を正確に計測するために変調器１９が設
けられている。干渉計の測定安定性を高めるためには、
半導体レーザ２の波長安定化が重要な要素となり、その
ために戻り光をカットするためのアイソレータを偏波面
保持光ファイバーＦ１と半導体レーザ２の間に設けられ
ている。さて、半導体レーザ２の発振波長は、僅かな駆
動電流及び温度変化で変動する。これは、共振器の熱膨
張及び半導体材料の屈折率変動に依存するものである。
また、駆動電流及び温度を大きく変化させると、発振の
共振モードが変化し、発振波長は大きく変化する。これ
をモードホッピングと呼ぶ。このモードホッピングを利
用すれば、一個の半導体レーザで時間的に波長を切り換
え、二波長測定を行うことが可能である。
は、マルチモード光ファイバーＧ１に導かれ、受光器２
１に入射するようになっている。一方、光源入射用ポー
ト１２に振り分けられた光波は、光ファイバーＦ１を経
て半導体レーザ２に戻る。光導波路１４には、参照光と
測定光の位相差を正確に計測するために変調器１９が設
けられている。干渉計の測定安定性を高めるためには、
半導体レーザ２の波長安定化が重要な要素となり、その
ために戻り光をカットするためのアイソレータを偏波面
保持光ファイバーＦ１と半導体レーザ２の間に設けられ
ている。さて、半導体レーザ２の発振波長は、僅かな駆
動電流及び温度変化で変動する。これは、共振器の熱膨
張及び半導体材料の屈折率変動に依存するものである。
また、駆動電流及び温度を大きく変化させると、発振の
共振モードが変化し、発振波長は大きく変化する。これ
をモードホッピングと呼ぶ。このモードホッピングを利
用すれば、一個の半導体レーザで時間的に波長を切り換
え、二波長測定を行うことが可能である。
【０００６】高速に波長を切り換えるためには、駆動電
流値を切り換える方法が有効である。即ち、異なる発振
モードとなるような特定の駆動電流値Ｉ1 ，Ｉ2 を選
び、電流Ｉ1 で半導体レーザ２を駆動し、発振波長λ1
で変調器１９を駆動して位相測定を行った後、電流Ｉ2
で半導体レーザ２を駆動し、発振波長λ2 で変調器１９
を駆動して同じように位相測定を行えば良い。各々の波
長で測定された位相Ψ1 ，Ψ2 を用いると、被測定物ま
での距離は、 ｄ＝λ1 ・λ2 ／｛（λ1 −λ2 ）・［（ΔΨ／４π）
＋１／（２・ｎ）］｝ と求められる。但し、ΔΨ＝（Ψ1 ＋Ψ2 ）、ｎは測定
の不定性を示す整数である。ここで、ΔΨは±πの範囲
で変化する。従って、測定レンジはλ1 ・λ2 ／｛２
（λ2 −λ1 ）｝となる。波長λ1 の光源で測定した場
合、一波長の測定レンジはλ1 ／２であるから、二波長
測定でレンジはλ2 ／（λ2 −λ1 ）倍に拡大する事に
なり、二波長の測定差を小さく取るほどレンジが大きく
なることが分かる。
流値を切り換える方法が有効である。即ち、異なる発振
モードとなるような特定の駆動電流値Ｉ1 ，Ｉ2 を選
び、電流Ｉ1 で半導体レーザ２を駆動し、発振波長λ1
で変調器１９を駆動して位相測定を行った後、電流Ｉ2
で半導体レーザ２を駆動し、発振波長λ2 で変調器１９
を駆動して同じように位相測定を行えば良い。各々の波
長で測定された位相Ψ1 ，Ψ2 を用いると、被測定物ま
での距離は、 ｄ＝λ1 ・λ2 ／｛（λ1 −λ2 ）・［（ΔΨ／４π）
＋１／（２・ｎ）］｝ と求められる。但し、ΔΨ＝（Ψ1 ＋Ψ2 ）、ｎは測定
の不定性を示す整数である。ここで、ΔΨは±πの範囲
で変化する。従って、測定レンジはλ1 ・λ2 ／｛２
（λ2 −λ1 ）｝となる。波長λ1 の光源で測定した場
合、一波長の測定レンジはλ1 ／２であるから、二波長
測定でレンジはλ2 ／（λ2 −λ1 ）倍に拡大する事に
なり、二波長の測定差を小さく取るほどレンジが大きく
なることが分かる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の二波
長測定方法を実現するためには、以下のような問題があ
る。第一に、半導体レーザの共振モードの特性が一つ一
つ異なり、同じ電流値で駆動しても、安定な発振状態が
得られない。また、通常の半導体レーザが単一モードで
発振する条件は制約があり、大きく電流値を切り換えて
動作させた場合、二つの電流値で確実に単一モード発振
することが期待できない。さらに、半導体レーザの波長
安定性は変位測定精度に直接影響するが、半導体レーザ
の発振波長は駆動電流と温度の変化に応じて変動するた
め、厳密な電流と温度の制御が必要となる。
長測定方法を実現するためには、以下のような問題があ
る。第一に、半導体レーザの共振モードの特性が一つ一
つ異なり、同じ電流値で駆動しても、安定な発振状態が
得られない。また、通常の半導体レーザが単一モードで
発振する条件は制約があり、大きく電流値を切り換えて
動作させた場合、二つの電流値で確実に単一モード発振
することが期待できない。さらに、半導体レーザの波長
安定性は変位測定精度に直接影響するが、半導体レーザ
の発振波長は駆動電流と温度の変化に応じて変動するた
め、厳密な電流と温度の制御が必要となる。
【０００８】第二に、電流値を大きく変化させて半導体
レーザの発振波長を切り換えると、同時にパワーも大き
く変化してしまうことである。ニオブ酸リチウム結晶基
板に作製した光導波路には光の強度に応じて屈折率が変
化する特性があり、波長切り換え直後は光の強度変動に
より光導波路自体の屈折率変化で参照光と測定光の位相
差が経時的に変動してしまうため、安定するのを待って
から位相測定を行う必要がある。このため、測定時間が
長くなるという問題を生じる。また二つの波長での位相
測定が時間的に異なるため、試料の動きが早くなるほど
測定誤差が大きくなる欠点を持つ。本発明は、上記の問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、安定かつ広い測定レンジが得られる光導波路型変
位センサを実現することにある。
レーザの発振波長を切り換えると、同時にパワーも大き
く変化してしまうことである。ニオブ酸リチウム結晶基
板に作製した光導波路には光の強度に応じて屈折率が変
化する特性があり、波長切り換え直後は光の強度変動に
より光導波路自体の屈折率変化で参照光と測定光の位相
差が経時的に変動してしまうため、安定するのを待って
から位相測定を行う必要がある。このため、測定時間が
長くなるという問題を生じる。また二つの波長での位相
測定が時間的に異なるため、試料の動きが早くなるほど
測定誤差が大きくなる欠点を持つ。本発明は、上記の問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、安定かつ広い測定レンジが得られる光導波路型変
位センサを実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る光導波路型変位センサは、方向性結合
型光導波路素子を用いた光導波路型変位センサにおい
て、広帯域光源と、光束分離手段と透過波長の異なる複
数の狭帯域選別手段を備えた受光手段と、参照光と測定
光の行路差が該狭帯域選別手段の帯域幅で決まる干渉長
以下となるように長さの調整された参照光延長用導波路
を有するようにしたことを特徴としている。
に、本発明に係る光導波路型変位センサは、方向性結合
型光導波路素子を用いた光導波路型変位センサにおい
て、広帯域光源と、光束分離手段と透過波長の異なる複
数の狭帯域選別手段を備えた受光手段と、参照光と測定
光の行路差が該狭帯域選別手段の帯域幅で決まる干渉長
以下となるように長さの調整された参照光延長用導波路
を有するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明する
に先立ち、本発明に係る光導波路型変位センサにおける
作用について図１を用いて説明する。図１は、本発明に
係る光導波路型変位センサの全体構成図である。図１に
おいて、３は広帯域光源、１４’は参照光延長用導波
路、２３は光を平行にするレンズ、２４はハーフミラ
ー、２５は狭帯域フィルター、２６は受光素子、２７は
狭帯域フィルターである。なお、図２を参照して説明し
たのと同一の素子には同一符号を用い説明は省略する。
に先立ち、本発明に係る光導波路型変位センサにおける
作用について図１を用いて説明する。図１は、本発明に
係る光導波路型変位センサの全体構成図である。図１に
おいて、３は広帯域光源、１４’は参照光延長用導波
路、２３は光を平行にするレンズ、２４はハーフミラ
ー、２５は狭帯域フィルター、２６は受光素子、２７は
狭帯域フィルターである。なお、図２を参照して説明し
たのと同一の素子には同一符号を用い説明は省略する。
【００１１】図１において、広帯域光源３から出射され
た光波は偏波面保持光ファイバーＦ１に入射し、偏光面
を保ったまま光導波路素子１１に形成された光源入射用
ポート１２に導かれ、素子内に作り込まれた３ｄＢカプ
ラー１３で二分される。光導波路１４に導かれた光は、
参照光延長用導波路１４’に入射し、ミラー１５で反射
され、再度、３ｄＢカプラー１３を経て参照光となる。
光導波路１６に導かれた光波は、測定光として光導波路
素子端から出射し、レンズ１７で被測定物に集光され、
被測定物からの反射光は、再度、レンズ１７を経て光導
波路素子端にもどり３ｄＢカプラー１３にいたる。この
とき３ｄＢカプラー１３は、参照光と測定光の位相差に
応じて、光波を光源入射用ポート１４と、信号出力ポー
ト１８とに振り分ける。信号出力ポート１８に振り分け
られた光波は、マルチモード光ファイバーＧ１を介して
信号光として受光器に入射するようになっている。光導
波路１４には、参照光と測定光の位相差を正確に計るた
めに変調器１９が設けられている。
た光波は偏波面保持光ファイバーＦ１に入射し、偏光面
を保ったまま光導波路素子１１に形成された光源入射用
ポート１２に導かれ、素子内に作り込まれた３ｄＢカプ
ラー１３で二分される。光導波路１４に導かれた光は、
参照光延長用導波路１４’に入射し、ミラー１５で反射
され、再度、３ｄＢカプラー１３を経て参照光となる。
光導波路１６に導かれた光波は、測定光として光導波路
素子端から出射し、レンズ１７で被測定物に集光され、
被測定物からの反射光は、再度、レンズ１７を経て光導
波路素子端にもどり３ｄＢカプラー１３にいたる。この
とき３ｄＢカプラー１３は、参照光と測定光の位相差に
応じて、光波を光源入射用ポート１４と、信号出力ポー
ト１８とに振り分ける。信号出力ポート１８に振り分け
られた光波は、マルチモード光ファイバーＧ１を介して
信号光として受光器に入射するようになっている。光導
波路１４には、参照光と測定光の位相差を正確に計るた
めに変調器１９が設けられている。
【００１２】受光器２１では、マルチモード光ファイバ
ーＧ１からの出射光がレンズ２３で平行光にされ、ハー
フミラー２４に入射する。ハーフミラー２４で反射した
光波は狭帯域フィルター２５を経て受光素子２６に入射
する。ハーフミラー２４を透過した光波は、狭帯域フィ
ルター２７を経て受光素子２２に入射する。受光素子２
６及び２２に入射した光波から、参照光と測定光の位相
差に応じて変化する干渉信号が得られ、被測定物の変位
が測定される。この時、受光素子２６の干渉信号から狭
帯域フィルター２５の透過波長で測定した位相信号が得
られ、受光素子２２の干渉信号から狭帯域フィルター２
７の透過波長で測定した位相信号が得られる。そこで、
二つの狭帯域フィルターの透過波長をλ1 ，λ2 とすれ
ば、実質的に光源の発振波長を切り換えて測定した場合
と同様の測定結果が得られる。
ーＧ１からの出射光がレンズ２３で平行光にされ、ハー
フミラー２４に入射する。ハーフミラー２４で反射した
光波は狭帯域フィルター２５を経て受光素子２６に入射
する。ハーフミラー２４を透過した光波は、狭帯域フィ
ルター２７を経て受光素子２２に入射する。受光素子２
６及び２２に入射した光波から、参照光と測定光の位相
差に応じて変化する干渉信号が得られ、被測定物の変位
が測定される。この時、受光素子２６の干渉信号から狭
帯域フィルター２５の透過波長で測定した位相信号が得
られ、受光素子２２の干渉信号から狭帯域フィルター２
７の透過波長で測定した位相信号が得られる。そこで、
二つの狭帯域フィルターの透過波長をλ1 ，λ2 とすれ
ば、実質的に光源の発振波長を切り換えて測定した場合
と同様の測定結果が得られる。
【００１３】この方式では光源３の駆動が、単一電流で
行われるため、安定な動作が可能である。また、光源３
の波長が揺らいでも、変位測定波長は実質的に受動素子
である狭帯域フィルター２５，２７で固定されているた
め、厳密な電流と温度の制御は必要ない。また、光導波
路に入射する光波のパワーは全く変化しないため、光の
強度に応じて光導波路の屈折率が変化する問題が避けら
れる。また、二系統の位相計測が同時に行えるため、測
定時間が短くなる。また、同じ理由で、二つの波長での
位相測定が同時であるため、試料の動きが早くなるほど
測定誤差が大きくなる問題が避けられる。
行われるため、安定な動作が可能である。また、光源３
の波長が揺らいでも、変位測定波長は実質的に受動素子
である狭帯域フィルター２５，２７で固定されているた
め、厳密な電流と温度の制御は必要ない。また、光導波
路に入射する光波のパワーは全く変化しないため、光の
強度に応じて光導波路の屈折率が変化する問題が避けら
れる。また、二系統の位相計測が同時に行えるため、測
定時間が短くなる。また、同じ理由で、二つの波長での
位相測定が同時であるため、試料の動きが早くなるほど
測定誤差が大きくなる問題が避けられる。
【００１４】但し、この方式では、狭帯域フィルターの
帯域幅で可干渉長が制約され、帯域幅１ｎｍのフィルタ
ーでも可干渉長は数百μｍ程度である。従って、参照光
と測定光を干渉させて計測するためには、両光波の光路
長差を数百μｍ以内に調整する必要がある。そのために
参照光延長用導波路１４’は、レンズに比べて高い屈折
率を有する材料で作製する必要がある。レンズ材料とし
て通常の光学ガラス、参照光延長用導波路基板としてニ
オブ酸リチウムを用いれば後者の屈折率は前者に比べ十
分高く、光路長差０を達成する事が可能である。このよ
うに、広帯域光源３と、参照光と測定光の行路差が狭帯
域フィルターの帯域幅で決まる可干渉長以下となるよう
に長さの調整された参照光延長用導波路１４’を有する
光導波路型干渉計と、透過波長の異なる複数の狭帯域選
別手段２５，２７を使用する事で、光源の波長を超える
大きさの段差が安定に測定できる光導波路型変位センサ
を提供することが可能となる。
帯域幅で可干渉長が制約され、帯域幅１ｎｍのフィルタ
ーでも可干渉長は数百μｍ程度である。従って、参照光
と測定光を干渉させて計測するためには、両光波の光路
長差を数百μｍ以内に調整する必要がある。そのために
参照光延長用導波路１４’は、レンズに比べて高い屈折
率を有する材料で作製する必要がある。レンズ材料とし
て通常の光学ガラス、参照光延長用導波路基板としてニ
オブ酸リチウムを用いれば後者の屈折率は前者に比べ十
分高く、光路長差０を達成する事が可能である。このよ
うに、広帯域光源３と、参照光と測定光の行路差が狭帯
域フィルターの帯域幅で決まる可干渉長以下となるよう
に長さの調整された参照光延長用導波路１４’を有する
光導波路型干渉計と、透過波長の異なる複数の狭帯域選
別手段２５，２７を使用する事で、光源の波長を超える
大きさの段差が安定に測定できる光導波路型変位センサ
を提供することが可能となる。
【００１５】実施例 以下、図１を用いて本発明に係る光導波路型変位センサ
の実施例について具体的に説明する。図１において、広
帯域光源３として、中心波長８４０ｎｍ、スペクトル幅
２０ｎｍのスーパールミネッセントダイオード（ＳＬ
Ｄ）を用いた。ＳＬＤから出射された光波は偏波面保持
光ファイバーＦ１に入射し、偏光面を保ったまま光導波
路素子１１に形成された光源入射用ポート１２に導か
れ、光導波路素子１１内に設けられた３ｄＢカプラー１
３で二分される。光導波路１４に導かれた光は、参照光
延長用導波路１４’に入射し、ミラー１５で反射され、
再度、３ｄＢカプラー１３を経て参照光となる。
の実施例について具体的に説明する。図１において、広
帯域光源３として、中心波長８４０ｎｍ、スペクトル幅
２０ｎｍのスーパールミネッセントダイオード（ＳＬ
Ｄ）を用いた。ＳＬＤから出射された光波は偏波面保持
光ファイバーＦ１に入射し、偏光面を保ったまま光導波
路素子１１に形成された光源入射用ポート１２に導か
れ、光導波路素子１１内に設けられた３ｄＢカプラー１
３で二分される。光導波路１４に導かれた光は、参照光
延長用導波路１４’に入射し、ミラー１５で反射され、
再度、３ｄＢカプラー１３を経て参照光となる。
【００１６】光導波路素子１１と参照光延長用導波路１
４’は共に、ニオブ酸リチウム結晶基板にプロトン交換
法で作製されている。参照光延長用導波路１４’は、測
定光の光学長に合わせて、８．１５ｍｍとした。ニオブ
酸リチウムの屈折率は波長８４０ｎｍで２．１７５であ
り、光路長は１７．７３ｍｍとなる。光導波路素子１１
の端面は８°に研磨されており、参照光と測定光の出射
端で前者は０．６１１ｍｍ長くなり、測定光出射端面を
基準とすると光路長は１８．３４ｍｍとなる。光導波路
素子１１と参照光延長用導波路１４’ともに導波路と導
波路端面のなす角は８°になっており、両者は紫外線硬
化樹脂で接着されている。
４’は共に、ニオブ酸リチウム結晶基板にプロトン交換
法で作製されている。参照光延長用導波路１４’は、測
定光の光学長に合わせて、８．１５ｍｍとした。ニオブ
酸リチウムの屈折率は波長８４０ｎｍで２．１７５であ
り、光路長は１７．７３ｍｍとなる。光導波路素子１１
の端面は８°に研磨されており、参照光と測定光の出射
端で前者は０．６１１ｍｍ長くなり、測定光出射端面を
基準とすると光路長は１８．３４ｍｍとなる。光導波路
素子１１と参照光延長用導波路１４’ともに導波路と導
波路端面のなす角は８°になっており、両者は紫外線硬
化樹脂で接着されている。
【００１７】一方、光導波路１６に導かれた光波は、測
定光として光導波路素子端から出射し、レンズ１７で被
測定物に集光され、反射光は再度レンズ１７を経て光導
波路素子端にもどり３ｄＢカプラー１３にいたる。レン
ズ１７には、端面を８°に研磨した屈折率分布型集光レ
ンズを用いた。レンズ端面から測定光の焦点までの距離
は１．３ｍｍとなる。従って、測定光の光路長は１８．
３５ｍｍとなり、参照光の光路長と一致する。
定光として光導波路素子端から出射し、レンズ１７で被
測定物に集光され、反射光は再度レンズ１７を経て光導
波路素子端にもどり３ｄＢカプラー１３にいたる。レン
ズ１７には、端面を８°に研磨した屈折率分布型集光レ
ンズを用いた。レンズ端面から測定光の焦点までの距離
は１．３ｍｍとなる。従って、測定光の光路長は１８．
３５ｍｍとなり、参照光の光路長と一致する。
【００１８】このとき、３ｄＢカプラー１３は、参照光
と測定光の位相差に応じて、光波を光源入射用ポート１
２と信号出力ポート１８とに振り分ける。信号出力ポー
ト１８に振り分けられた光波は、マルチモード光ファイ
バーＧ１を介して信号光として受光器２１に入射するよ
うになっている。光導波路１４には、参照光と測定光の
位相差を正確に計るために変調器１９が設けられてい
る。受光部では、マルチモード光ファイバーＧ１からの
出射光がレンズ２３で平行光にされ、ハーフミラー２４
に入射する。ハーフミラー２４で反射した光波は中心波
長８４２ｎｍ、透過帯域幅１ｎｍの狭帯域フィルター２
５を経て受光素子２６に入射する。ハーフミラー２４を
透過した光波は、中心波長８４０ｎｍ、透過帯域幅１ｎ
ｍの狭帯域フィルター２７を経て受光素子２２に入射す
る。従って、受光素子２６によって得られる信号は、波
長８４２ｎｍの光源で測定した場合と同じ結果が得られ
る一方、受光素子２２によって得られる信号は、波長８
４０ｎｍの光源で測定した場合と同じ結果が得られる。
それぞれの受光素子の干渉信号から得られた位相情報か
ら、１７７μｍ（二波長の合成波長の１／２）の段差が
測定可能となる。
と測定光の位相差に応じて、光波を光源入射用ポート１
２と信号出力ポート１８とに振り分ける。信号出力ポー
ト１８に振り分けられた光波は、マルチモード光ファイ
バーＧ１を介して信号光として受光器２１に入射するよ
うになっている。光導波路１４には、参照光と測定光の
位相差を正確に計るために変調器１９が設けられてい
る。受光部では、マルチモード光ファイバーＧ１からの
出射光がレンズ２３で平行光にされ、ハーフミラー２４
に入射する。ハーフミラー２４で反射した光波は中心波
長８４２ｎｍ、透過帯域幅１ｎｍの狭帯域フィルター２
５を経て受光素子２６に入射する。ハーフミラー２４を
透過した光波は、中心波長８４０ｎｍ、透過帯域幅１ｎ
ｍの狭帯域フィルター２７を経て受光素子２２に入射す
る。従って、受光素子２６によって得られる信号は、波
長８４２ｎｍの光源で測定した場合と同じ結果が得られ
る一方、受光素子２２によって得られる信号は、波長８
４０ｎｍの光源で測定した場合と同じ結果が得られる。
それぞれの受光素子の干渉信号から得られた位相情報か
ら、１７７μｍ（二波長の合成波長の１／２）の段差が
測定可能となる。
【００１９】なお、一般に誘電体多層膜で作製される狭
帯域フィルターは、透過中心波長の入射角依存性がある
ので、この性質を利用して上記狭帯域フィルターを透明
基板に誘電体多層膜を形成して作製すれば、上記実施例
の受光器２１で、狭帯域フィルター２７の代わりに、狭
帯域フィルター２５と全く同じ特性の狭帯域フィルター
を傾けて設置することもできる。
帯域フィルターは、透過中心波長の入射角依存性がある
ので、この性質を利用して上記狭帯域フィルターを透明
基板に誘電体多層膜を形成して作製すれば、上記実施例
の受光器２１で、狭帯域フィルター２７の代わりに、狭
帯域フィルター２５と全く同じ特性の狭帯域フィルター
を傾けて設置することもできる。
【００２０】
【発明の効果】本発明に係る光導波路型変位センサは、
以上説明したように広帯域光源と、参照光と測定光の行
路差を狭帯域選別手段の帯域幅で決まる干渉長以下とな
るように長さの調整された参照光延長用導波路を備え、
光束分離手段と相互に透過波長の異なる複数の狭帯域選
別手段とを備えた受光手段を使用しているから、安定か
つ広い測定レンジで変位測定ができるという利点があ
る。
以上説明したように広帯域光源と、参照光と測定光の行
路差を狭帯域選別手段の帯域幅で決まる干渉長以下とな
るように長さの調整された参照光延長用導波路を備え、
光束分離手段と相互に透過波長の異なる複数の狭帯域選
別手段とを備えた受光手段を使用しているから、安定か
つ広い測定レンジで変位測定ができるという利点があ
る。
【図１】本発明に係る光導波路型変位センサの実施例を
示した概略構成図である。
示した概略構成図である。
【図２】従来の光導波路型干渉測定装置の実施例を示し
た概略構成図である。
た概略構成図である。
１ 光源モジュール ２ 半導体レーザ ３ 広帯域光源 １１ 光導波路素子 １２ 光源入射用ポート １３ ３ｄＢカプラー １４ 光導波路 １４’ 参照光延長用導波路 １５ ミラー １６ 光導波路 １７ 集光用レンズ １８ 出射ポート １９ 変調器 ２１ 受光器 ２２ 受光素子 ２３ レンズ ２４ ハーフミラー ２５ 狭帯域フィルター ２６ 受光素子 ２７ 狭帯域フィルター Ｆ１ 偏波面保持光ファイバー Ｇ１ マルチモード光ファイバー
Claims (1)
- 【請求項１】 方向性結合型光導波路素子を用いた光導
波路型変位センサにおいて、広帯域光源と、光束分離手
段と透過波長の異なる複数の狭帯域選別手段を備えた受
光手段と、参照光と測定光の行路差が該狭帯域選別手段
の帯域幅で決まる干渉長以下となるように長さの調整さ
れた参照光延長用導波路を有することを特徴とする光導
波路型変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34753596A JPH10185523A (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | 光導波路型変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34753596A JPH10185523A (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | 光導波路型変位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10185523A true JPH10185523A (ja) | 1998-07-14 |
Family
ID=18390887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34753596A Pending JPH10185523A (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | 光導波路型変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10185523A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011514513A (ja) * | 2008-02-19 | 2011-05-06 | ライカ・ジオシステムズ・アクチェンゲゼルシャフト | 電気光学距離測定ユニット |
| CN107478157A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-12-15 | 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 | 一种数字编码的光位移传感器 |
| CN107478156A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-12-15 | 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 | 一种基于复合白光干涉器件的光位移传感器 |
-
1996
- 1996-12-26 JP JP34753596A patent/JPH10185523A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011514513A (ja) * | 2008-02-19 | 2011-05-06 | ライカ・ジオシステムズ・アクチェンゲゼルシャフト | 電気光学距離測定ユニット |
| CN107478157A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-12-15 | 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 | 一种数字编码的光位移传感器 |
| CN107478156A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-12-15 | 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 | 一种基于复合白光干涉器件的光位移传感器 |
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