JPS59122902A - 光応用センサ装置 - Google Patents

光応用センサ装置

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JPS59122902A
JPS59122902A JP57233505A JP23350582A JPS59122902A JP S59122902 A JPS59122902 A JP S59122902A JP 57233505 A JP57233505 A JP 57233505A JP 23350582 A JP23350582 A JP 23350582A JP S59122902 A JPS59122902 A JP S59122902A
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optical
optical signal
optical waveguide
waveguide
sensor device
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Yukio Sai
行雄 佐井
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/268Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres

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  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光信号を用いて物理量の測定を行なう光応用
センサ装置の改良に関する。
〔考案の技術的背景とその問題点〕
第1図および第2図は従来における光応用センサ装置の
構成図である。先ず第1図に示す光応用センサ装置につ
いて説明する。1は光信号発信部であシ、この発光素子
1&の発光によシ光信号が送り側光導波路2を伝送して
検出部3へ送られる。この検出部3では、光信号を被測
定物理量(例えば圧力)によシ(イ)方向に変位する反
射板3aにより物理量に対応した光強度にして反射し、
その1部を受は側光導波路4に入射する。ここで、受は
側光導波路4に入射する光信号は検出部3における送シ
側および受は側光導波路2,4の端面と反射板3aとの
距離の関数の光量となる。受は側光導波路4に入射した
光信号は光信号受信部5に送られ、光信号受信部5は受
光素子5aによって電気信号に変換し光信号の光量を測
定し、この光量は反射板3aの変位(イ)の関数となっ
ているため、光量によシ物理量が求められる0次に第2
図に示す光応用センサ装置について説明する。この光応
用センサ装置は、検出部6が被測定物理量によって←)
方向に変位するじゃ元板6a、送シ側光導波路7からの
光信号をしゃ元板6aに当てる第1の光学レンズ6bお
よびしゃ元板6aを介して送られてくる光信号を受は側
光導波路8へ入射する第2の光学レンズ6cから構成さ
れ、第1図に示すセンサ装置と同様光信号の光量によっ
て物理量を測定するものである◎このような光応用セン
サ装置においては、光信号発信部1の発光・9ワーの安
定化、また送シ側および受は側光導波路2,4,7.8
の損失変化の補償を行い光信号の安定化をはかつている
。しかし、発光パワーの安定化と損失変化の補償だけで
は常に安定した光信号が得られない場合があシ、特に光
導波路の湾曲あるいは発光源と光導波路とを接続するコ
ネクタの着脱により光信号に大きな変動が生じてしまう
そこで、光導波路の湾曲および着脱により光信号が変動
する原因について説明する。第3図(a)(b)は光導
波路の構造およびこの光導波路からの出射パターンを示
した図である。ここで、9が光導波路のクラッドであり
、10がコアであシ、その屈折率分布はステップ状でコ
ア10の屈折率がクラッド9のそれよシ少し大きく設定
されている0このため、光信号はコア10からクラッド
9へ向う時に全反射し、コア10内に導波モードが存在
するようになる。
このような光信号が光導波路27から出射されると第3
図(b)のような出射ノ9ターンSとなる。この出射パ
ターンSは、光導波路2,7における複数の導波モード
が一様に励起された場合のものである。
そして光導波路出射端面におけるi4ターン(アフィー
ルドパターン)は屈折率分布と同じステップ状分布とな
るが、端面かられずかに離れた位置rでの出射パターン
Sは第3図(b)に示すようにほぼ台形に近似される。
ここで、光信号の光導波路端面における出射角θは低次
モードから高次モードになるに従って大きくなる。また
、この出射パターンSは、光導波路の複数の導波モード
から構成されておシ、導波モードの状態、モード間のパ
ワー比の影響を大きく受ける。周知のように光導波路を
所定の曲率半径以上に曲げた場合には、高次の導波モー
ドが放射モードとなってリークしたり、またモード変換
が起こるので、出射角θが小さくなシ出射・ぐターンS
が変化することになる。第4図は光導波路を曲げた場合
における出射パターン変化図を示す。
第4図に示すように高次モードがリークすると出射A?
メタ−Sは出射パターンS1から出射パターンS2にな
る。このように、光導波路2゜4 s 7 t 8の曲
げの度合に応じて光信号の光量が変化し、特に受は側光
導波路4,8に入射する光量が減少するので、反射板3
aおよびしや元板6aが変位せずとも見かけ上の変位と
して測定されてしまう。
また、光導波路2,4.7.8の曲がシによる影響は光
量の減少だけではなく、光信号における出力特性にも影
響を与える。第5図(a) (b)は光信号の出力特性
を示し、(&)は正常な場合の出力特性図、(b)はリ
ークが生じた場合の特性図である。第5図(a) (b
)に示すように光導波路にリークが生じると、その出力
特性における信号の立ち上がシ位置および最大ピーク位
置が変化してしまう。このため特に最初の立ち上がシ特
性を使用して物理量の測定を行なう場合、感度が変化し
たり、ゼロ点ドリフトが生じてしまう。したがって、物
理量の測定において正確な測定値が得られなくなってし
まう。このことは、光導波路2,4,7.8がステップ
インデックスでない例えば屈折率分布が放物線状をした
グレーテッドインデックス光導波路でも同様である。
さらに、第2図に示す光応用センサ装置においても感度
の変化およびゼロ点ドリフトが生じる。
〔発明の目的〕
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、光導波路の
曲げあるいは光信号の伝送路上の接続部の着脱によって
も安定した出射パターンの光信号を得、感度の変化およ
びゼロ点ドリフトの生じない光応用センサ装置を提供す
ることを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、光通信を用いて物理量の測定を行なう光応用
センサ装置において、前記光応用センサ装置における信
号発信部および光信号受信部と検出部との間の光信号を
伝送する光導波路に次のような出射パター/安定手段す
なわち■前記光導波路を所定の曲率半径をもって曲ける
■屈折率の異なる複数の光導波路を交互に設けて上記目
的を達成しようとする光応用センサ装置である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の第1の実施例について第6図を参照して
説明する。なお、第1図と同一部分には同一符号を封し
て詳しい説明は省略する。
第1図は本発明に係る光応用センサ装置の構成図である
。この光応用センサ装置は送シ側および受は側光導波路
2,4と検出部3との接続部分に近接した光導波路2,
4部分を所定の半径(例えば3 cm以下程度)で数タ
ーンないし数十ター7巻いた出射・ぞターン安定手段2
0を設けたものである。
次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
。光信号発信部1の発光素子1aが発光して、光信号が
送シ側光導波路2に入射する。これによシ、送シ側光導
波路2に光信号が伝送する。そして光信号は、出射・ぞ
ターン安定手段20に達すると、次のように伝送する。
すなわち、光信号における高次モードは、前述した如く
光導波路の曲iによって放射したシまたモード変換が行
なわれるため、所定の曲率半径(本実施例では半径3 
cm以下)の出射パターン安定手段20を伝送すると光
導波路の外部へ放射される。これにより、検出部3にお
ける反射板3aに出射される光信号は曲がりの影響の少
ない低次モードからなるものとなる。
また、反射板3aから送り側光導波路4に入射し伝送す
る光信号は、上述した作用と同様に出射・母ターン安定
手段20によって低次モードからなる光信号となって光
信号受信部5に入射する。そして、光信号受信部5の受
光素子5aによシ光信号が電光変換されて光信号の光量
が測定され、この光量がら検出部3によって測定された
物理量が求められる。
このように本装置によれば、検出部3に近接した部分の
光導波路2.4を所定の半径で数ター7〜数士ターン巻
いた出射ノ4ターン安定手段20を設けたので、たとえ
送り側および受は側光導波路2,4が曲がって光信号に
おける高次モードが放射あるいはモード変換したとして
も、いずれにせよ出射パターン安定手段20において高
次モードは送り側および受は側光導波路、。
4の外部へ放射され、その出射パターン、詩ニ反射板3
aにおける出射ノ々ターンは曲がりの影響の少ない低次
モードからなる安定したものとする。したがって、高次
モードが光導波路2.4の外部へ放射されても、これに
影響されることなく物理量の測定が行なえる。
ここで、出射ノ々ターン安定手段20は次のような手段
を用いて高次モードを放射させても良い。たとえば凹凸
部を多数設けた安定化部材21で光導波路2.41を挾
む手段である。群7図はこの手段の構成図を示す。この
ような1段によって光導波路2,4を所定の曲率半径1
もって曲げることによシ第1の実施例と同様に、光信号
における高次モードが外部へ放射され低次モードからな
る安定した出射・ぐターンが有られる。
次に本発明の第2の実施例について第8図および第9図
を参照して説明する。なか、第1の実施例と同様に第1
図と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略す
る。第8図は第2の実施例における構成図である。第8
図に示す光応用センサ装置は、第1の実施例と同様に検
出部3と光導波路2,4との接続部分に出射A?ターン
安定手段3oを設けたものである。この出射パターン安
定手段3oは、屈折率分布が放物線状をしたグレーテッ
ドインデックス光導波路31.32および屈折率分布が
ステップ上のステップインデックス光導波路33.34
を交互に例えば融着によって接続したものである。
次に上記の如く構成された装置の動作について説明する
。第9図は出射パターン安定手段30における光信号の
伝送を示す図である。第9図において33にはステップ
インデックス光導波路33のコアであシ、31にはグレ
ーテッドインデックス光導波路31のコアである。ここ
で、光信号の導波モードは、ステップインデックス光導
波路33では光信号がいがなる角度で全反射を繰返して
いるかで決定し、グレーテッドインデックス光導波路3
1ではいかなる位置でいかなる角度でもって入射された
かで決定される。このようなことから、ステップインデ
ックス光導波路334おいては、光信号CI。
C2は第9図に示すように平行となる。つまシ同じ導波
モードとなっている。一方、グレーテッドインデックス
光導波路31においては、光信号C1,C2の入射位置
が異なるので光信号C1は高次モードで光信号C2は低
次モードで伝送するようになる。すなわち、グレーテッ
ドインデックス光導波路31では、光信号CI。
C2の入射角が等しくても入射位置が異ることによシそ
れぞれ異なった導波モードとなって伝送するようになる
。したがって、ステップインデックス光導波路33にお
いて、同じ角度で反射し伝送してきた1つの導波モード
の光信号CI、C2がグレーテッドインデックス光導波
路31に入射することによって複数の導波モードに分散
される。このような出射ノ<?ターン安定手段30を伝
送した光信号発信部1からの光信号は、検出部3におけ
る反射板3&に一様化された出射パターンとなって出射
される。
したがって第8図に示すような装置によれば、検出部3
と光導波路2,4との接続部分に屈折率分布の異なるグ
レーテッドインデックス光導波路31.32とステップ
インデックス光導波路33.34とを設けたので、送9
側光導波路2および受は側光導波路4の曲がり等で導波
モードの変換またはかたよりが生じても、各導波モード
が分散され一様化されることによシ安定化された出射パ
ターンを得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、検出部と光導波路との接続部分の光導
波路を所定の曲率半径をもって曲げるあるいは屈折率分
布の異なる光導波路を交互に設けたので、光導波路の曲
げあるいは光信号の伝送路上の接続部の着脱によっても
安定した出射パターンの光信号を得、感度の変化および
ゼロ点ドリフトの生じない光応用センサ装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は従来における光応用センサ装置の
構成図、第3図(a) (b)は光導波路の構成とそQ
出射ツクターンを示す図、第4図は出射パターンの変化
を示す図、第5図(a) (b)は従来における光応用
センサ装置の出力特性図、第6図は本発明に係る光応用
センサ装置の第1の実施例を示す構成図、第7図は第1
の実施例における別の出射パターン安定手段の構成図、
第8図は本装置における第2の実施例を示す構成図、第
9図は第2の実施例における作用を説明するだめの図で
ある。 1・・・光信号発信部、2・・・送シ側光導波路、3・
・検出部、4・・・受は側光導波路、5・・・光信号受
信部、20.30・・・出射パターン安定手段、21・
・・安定化部材、31.32・・・ブレ4インデツクス
光導波路、33.34・・・ステップインデックス光導
波路。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第6図 第7図 第8図 第9図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光通信を用いて物理量の測定を行なう光応用セン
    サ装置において、前記光通信における光信号を発生する
    光信号発生手段と、この光信号発生手段からの光信号を
    伝送する複数の光導波路と、この光導波路を伝送してき
    た光信号を前記物理量の変化に応じた光強度に変換して
    前記物理量分検出する検出手段と、この検出手段によシ
    変換された前記光信号を再び前記光導波路に伝送させ、
    この伝送してきた前記光信号の光量を測定して前記物理
    量を検出する光信号受信手段と、前記光導波路と前記検
    出手段との接続部分の前記光導波路にこの光導波路から
    放射される前記光信号の出射ノやターンを安、定さ−せ
    る出射ノ4ターン安定手段とを具備したことを特徴とす
    る光応用センサ装置。
  2. (2)出射・臂ターン安定手段は前記光導波路を所定の
    曲率半径をもって曲げたものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第(1)項記載の光応用センサ装置。
  3. (3)  出射パターン安定手段は屈折率分布の異光応
    用センサ装置。
JP57233505A 1982-12-28 1982-12-28 光応用センサ装置 Granted JPS59122902A (ja)

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JPH0129410B2 JPH0129410B2 (ja) 1989-06-09

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6287813A (ja) * 1985-10-14 1987-04-22 Mitsubishi Cable Ind Ltd 2波長方式の光フアイバ利用の光センサ

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JPS5337438A (en) * 1976-09-18 1978-04-06 Nec Corp Optical mode filter
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