JPS6085318A - 光ロ−タリ−センサ - Google Patents

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、液面の変化等を含む物体の変位量を回転角度
変化として検出する光ロータリ−センサに関する。

（発明の技術的背景とその問題点） 従来、物体の・変位量検出装置として、ビットを示す複
数の透明部を有する円板を物体の変位量に対応させて回
転させ、この円板に出射用光ファイバから光パルスを当
て、前記透明部を透過してくる光を受光用光ファイバに
て受光するＡ−Ｄ変換式のエンコーダが知られている。

しかし、かかる構造のエンコーダでは、円板の両面側に
複数ビットのディジタル光信号を得るためにそれぞれ複
数の出ＱＪ　Ｉ１１光ファイバと受光用光ファイバとを
対向して配置することから、多数の光ファイバを用いな
ければならず、従って、その分だけエンコータが高価と
なり、又構造が複雑化する。

そこで、最近では、例えば、第１図に示すように、複数
の透明部（又は穴）を有する円板ｌの下面に反射板２を
固定すると共に光ファイバ３に光カプラ４を介して複数
の光遅延線５を接続し、光ファイバ３から人力した光パ
ルスを各光遅延線５に分配して出力し、各分配光を反射
板２の反射により再び各光遅ｆｌｌ１５に戻し、時分割
的なディジタル信号として光パルスを伝送する反射式の
エンコーダが提案されている。この反射式のエンコーダ
によれば従来の半分の本数、の光８延線５を用いればよ
いので、構造が簡単化され、又その分だけ安価になる。

しかし、かかる構造のエンコーダでは、−個の光パルス
を分配して反射し、再度受光することから、得られるデ
ィジタル信号のパワーレベルが著しく低下すること、各
分配光にある程度の遅延時間を持たせて時分割的に伝送
するため信号処理に高速化が要求されること及び光起延
線５自体に特＋’Ｌ−にの問題を有していることの他の
欠点が免れない。

（発明の目的） 未発り１の１−１的は、簡単な構造でありながら高感度
で安定しそ信号を効率的に処理することができる光ロー
タリ−センサを提供することにある。

（発明の概要） 未発１！１１は、物体の変位量に対応して回転する偏光
板に、それぞれ特定の波長の光のみを通過させる−・対
のフィルタを取付け、２本又は３木の出射用光ファイバ
から偏光板に前記両持定波長の光を出射し、通過してく
る光を各受光用光ファイバにて受光することを特徴とす
る。

（発明の実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

本発明に係る光ロータリ−センサ６は、第２図及び第３
図に示すように、円板状の偏光板７を備える。この偏光
板７の一方の面には、矢印で示す偏光方向と直交し、中
心を通る線分を境界として二つの半円形の干渉フィルタ
８．９が固着されている。一方の干渉フィルタ８は入、
（７８Ｏｒ＋ｍ）の波長の光のみを通過させ、又他方の
干渉フィルタ９は入、（８８０ｎｍ）の波長の光のみを
通過させる。

偏光板７の他方の面には偏波面保存ファイバから成る一
対の出Ｑ４川光ファ・イノへ１０．１０゛が対向して配
され、偏光板７の干渉フィルタを有する一力の面にはや
はり偏波面保存ファイノくから成る一対の受光用光ファ
イバ１１．１１’が前記各出射用光ファイバ１Ｏ１１０
’と対応した位置に配されている。これら出射用及び受
光用光ファイ／く１０．１０’、１１．１１’の先端に
は、第４図に示すように、集束性ロフトレンズ１２が取
付けられ、出射用光ファイバ１Ｏ１１０“は光分岐器１
３に接続されている。光分岐器１３には通常の尤ファイ
バから成る伝送用光ファイ／く１４の一端か接続され、
この光ファイバ１４の他端には光分岐器１３゛を介して
入管及び入２の波長の光を出力するレーザダイオード１
５．１６がそれぞれ接続されている。受光用光ファイ／
く１１．１１゛１こは光分岐器１７を介して通常の光フ
ァイ／へから成るイｌ、送用光ファイバ１４′の一端が
接続され、この光ファイバ１４°の他端には光分岐器１
７°を介して干渉フィルタ１８．１９がそれぞれ接続さ
れている。一方の干渉フィルタ１８は入電の波長の光の
みを通し、又他方の干渉フィルタ１９は入２め波長の光
のみを通す。

次に、本発明の光ロータリ−センサ６の動作を説明する
。

先ず、光源であるレーザダイオード１５と１６からレー
ザ光を出力すると、これら入、と入２の光は光分岐器１
３°により入、十人２の合波光となり、伝送用光ファイ
バ１４にて伝送される。この合波光は次に光分岐器１３
にて分岐されるので、各出射用光ファイバ１０．１０’
からは入１　と入２の合波光がそのままロッドレンズ１
２を介し−〔偏光板７に出射される。

ところで、偏光板７の光通過量は、第５図に示すように
、偏光板７の偏光方向を矢印Ａ、山川用光ファイバ１０
．１０’の偏光方向を矢印Ｂでそれぞれ示すと、これら
偏光方向のなす角６によって−・つに決まる。即ち、偏
光板７の光通過６）Ｗはにて示すことができる。

従って、干渉フィルタ８及び９を有しない偏光板７が物
体（図示せず）の変化量に対応して回転した場合に光を
この偏光板７に出射すると、第６図に示すように、偏光
板７が１８０°何転する毎１こ光通過畢Ｗの増加及び減
少が繰り返される。尚、位相角０は、第２図に示すよう
に、一方の出射用光ファイバ１０と他方の出射用光ファ
イバ１０′との位相差を示している。

しかるに、このように巾に偏光板７のみを用いた場合に
は、第６（Ａから明らかなように、任意の回転角度χは
Ｏ〜１８０’の範囲に存在するのが又は１８００〜３６
０°の範［７１１（１８０’＋Ｘ）に存在するのかが不
明である。よって、偏光板７０回転角度の検出に用いる
のは不適当である。

ところが、本発明の光ロータリ−センサ６では、偏光板
７に干渉フィルタ８．９を取（＝Ｊけ、しかも上述した
ように出射用光ファイノヘ１０．ｌｏ。

からは入１　と入、の合波光が出射される。従って、偏
光板７が２Ｆ、２図に示す位置から９０’回転した場合
には出射用光ファイバ１０の合波光の通過ｊ、ｊ　ｗは
最高値からＯまで減少し、更に干渉フィルタ８にてλ２
の光が遮断される。よって、受光用光ファイバ１１には
、第７図でＣＯＳαにて示すように、λ１の光のみが受
光される。偏光板７が９０°から２７０°まで回転した
場合には、出１１４川光ファイバ１０の合波光り通過量
ＷはＯから徐々に最高値まで増加し、再び０まで減少す
る。そして、この回転角度の範囲内では他方の干渉フィ
ルタ９にて入、の光が遮断Ｘれるので、結局、受光用光
ファイバ１１には入、の光のみが受光される（第７図参
照）。２７０°から３６０°の回転では合波光の通過量
ＷがＯから最高値まで増加し、　ｉｌｒび一方の干渉フ
ィルタ８にて入、の光が遮断されるので、受光用光ファ
イバ１１には入、の光のみが受光される。尚、第７図で
は入、の光の受光ら）Ｗを＋（プラス）側に、又λ２の
光の受光量Ｗを−（マイナス）側に示している。従って
１位相がＯだけ進んでいる出射用光ファイバ１０’から
の出射光は、第７図に示すように、Ｃ０５（α十〇）の
コサインカーブに沿って受光用光ファイバ】ｌ′に受光
される。

このように、受光用光ファイバ１１及び１１゜にて受光
された入、と入２の光と位相差θを有する他のλ１　と
入２の光とは光分岐器１７、伝送出光ファイバ１４′及
び光分岐器１７’を介して伝送され、干渉フィルタ１８
により入１の光が又干渉フィルタ１９により入２の光が
それぞれ出力される。従って、入噂の光ど入２の光の伝
送順序及び同一・波長光の比を検知することにより偏光
板７０回転角度をＯ〜３６０°１ｉｌｉ囲であっても正
確にアナログ的に検出することができる。よって、物体
の変位昂を正確に測定することが可能である。

Ｌ記実施例において、伝送用光ファイバ１４．１４°と
じて偏波面保存ファイバを用いると、外乱による光の偏
波面の回転を防１１−できるので、長距離伝送する場合
に好適となる。

第８図には本発明に係る光ロータリ−センサ６を水面検
出に応用した例が示されている。即ち、トラム２０から
ガイドプーリ２１を介して繰り出されているワイヤ２２
の先端には浮２３が数句けられている。ドラム２０には
その回転を受ける回転調節用の歯車機構２４（減速機）
が数句けられ、この歯車機構２４に回転棒２５を介して
本発明に係る偏光板７が連接されている。今、水面２６
が低下すると、ドラム２０が回転して浮２３がドがると
ノ（にトラム２０の回転が歯車機構２４、回転棒２５に
より偏光板７に伝達される。従って、偏光板７が水面２
６の変位に対応した量だけ回転することになるので、水
面２６の変位をアナログ的に正確に検出することができ
る。

第９図には本発明の変形例が示されている。この変形例
では偏光板７に３木の出射用光ファイバ１Ｏ１１０°、
１０′°が１２０’間隙を保持して対向配置されている
。従って、当然、受光用光ファイバも対応した位置に３
木配置されることになる。この変形例では３木の出射用
光ファイ／へを用いることで更に偏光板７０回転角度を
正確に検出することができる。

（発明の効果） 本発明によれば、物体の変位量に対応して回転する偏光
板に、特定の波長の光のみを通過させる一対のフィルタ
を取伺け、一対又はせいぜい３木の出射用光ファイバか
ら偏光板に両特定波長光を出射し、偏光板及びフィルタ
の二者を通過してくる光を一対又は３木の受光用光ファ
イバにて受光することで、部品点数が少な、く、また構
造が極めて簡単でありながら偏光板の回転角度を正確か
つ安定して検出するととができる小形で安価な光ロータ
リ−センサが得られる。従って、物体の変位量を高精度
に測定できる上にアナログ的に偏光板の回転を検出する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は反射式エンコーダを概略的に示す図、第２図及
び第３図は本発明に係る光ロータリ−センサの正面図と
側面図、第４図は本発明に係る光ロータリ−センサの使
用態様を示す概略図、第５図は本発明に係る偏光板の光
通過量を説明するための図、第６図は偏光板の回転角度
と光通過量との関係を示す線図、第７図は回転する偏光
板と干渉フィルタに合波光を通過させて得られる受光場
を示す線図、第８図は本発明に係る光ロータリ−センサ
の応用例を示す図、第９図は本発明の変形例を示す正面
図である。 ６−−〜−一一一一−−光ロータリーセンサ、７−−−
−−−−−−−偏光板、 ８．９−−一−−−−−干渉フィルタ、１０．１０’−
−−−一出射用光ファイバ、１１．１１°−−一−−受
光用光ファイバ。 １５．１６−−−−−−レーザダイオード、１８．１９
−−−−−一干渉フィルタ。 ２３−−−−−−一−−浮、 （他１名） 第１図 哨２図 第３図　、７６ 第４図 ２ 第５図 第６門 回転内皮 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物体の変位量に対応して回転する円板状の偏光板と
   、該偏光板にその偏光方向と直交し、中心を通る線分を
   境界として二分して取付けられ、それぞれが特定の波長
   の光のみを通過させる一対のフィルタと、前記偏光板の
   一方の面に対向して配され、前記Ｐｉｉ特定波長の光を
   前記偏光板に出射する少なくとも一対以七の出射用光フ
   ァイバと、前記偏光板の他方の面に前記出射用光ファイ
   バと対応した位置で対向して配され、前記偏光板及びフ
   ィルタを通過してくる光を受光する複数の受光用尤ファ
   イバとを備えることを特徴とする光ロータリ−センサ。 ２、前記出射及び受光用光ファイバは偏波面保存ファイ
   バであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の光ロータリ−センサ。