JPS62242806A - 光変位センサ - Google Patents
光変位センサInfo
- Publication number
- JPS62242806A JPS62242806A JP61086042A JP8604286A JPS62242806A JP S62242806 A JPS62242806 A JP S62242806A JP 61086042 A JP61086042 A JP 61086042A JP 8604286 A JP8604286 A JP 8604286A JP S62242806 A JPS62242806 A JP S62242806A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- mirror
- substrate
- displacement sensor
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
この発明は、固定ミラーによって反射された参照光ビー
ムと被測定物によって反射された測定光ビームとを、光
ファイバまたは基板に形成された先導波路を利用して相
互に干渉させ、この干渉光の強度変化を計測することに
よって被測定物の変位量を測定する光変位センサに関す
る。
ムと被測定物によって反射された測定光ビームとを、光
ファイバまたは基板に形成された先導波路を利用して相
互に干渉させ、この干渉光の強度変化を計測することに
よって被測定物の変位量を測定する光変位センサに関す
る。
このような光変位センサにおいて、光ファイバまたは先
導波路から出射して被測定物に向う測定光が拡散するこ
とは避けられず、したがって被測定物の反射面で反射し
て光ファイバまたは先導波路に戻りかつ入射する光の量
が少なくなってしまうという問題がある。被測定物体の
変位量がきわめてわずか（たとえば数十μｍ程度）であ
ればかなりの反射光量が光ファイバまたは光導波路に戻
るが、被測定物の変位が大きくなるともはや測定可能な
量の信号光が得られなくなってしまう。
導波路から出射して被測定物に向う測定光が拡散するこ
とは避けられず、したがって被測定物の反射面で反射し
て光ファイバまたは先導波路に戻りかつ入射する光の量
が少なくなってしまうという問題がある。被測定物体の
変位量がきわめてわずか（たとえば数十μｍ程度）であ
ればかなりの反射光量が光ファイバまたは光導波路に戻
るが、被測定物の変位が大きくなるともはや測定可能な
量の信号光が得られなくなってしまう。
出願人は、このような問題点を解決し、変位測定距離の
長い導波型光変位センサを既に提案した（たとえば特願
昭６Ｏ−１４２６３７）。この導波型光変位センサは、
光干渉のための少なくとも１つの先導波路が形成された
基板、この基板の先導波路の出射端と被測定物体上の反
射面との間に設けられ、上記出射端から出力される信号
光をコリメートするためのおよび上記反射面での反射光
を集光するためのレンズ手段、ならびに参照光を得るた
めに、基板の光導波路端面に形成された反射手段を備え
ていることを特徴とする。
長い導波型光変位センサを既に提案した（たとえば特願
昭６Ｏ−１４２６３７）。この導波型光変位センサは、
光干渉のための少なくとも１つの先導波路が形成された
基板、この基板の先導波路の出射端と被測定物体上の反
射面との間に設けられ、上記出射端から出力される信号
光をコリメートするためのおよび上記反射面での反射光
を集光するためのレンズ手段、ならびに参照光を得るた
めに、基板の光導波路端面に形成された反射手段を備え
ていることを特徴とする。
信号光と参照光とが基板の先導波路を伝播する過程でこ
れらの２つの光が干渉し、これらの２つの光の位相差に
応じた強度の干渉光が得られる。
れらの２つの光が干渉し、これらの２つの光の位相差に
応じた強度の干渉光が得られる。
参照光の位相は常に一定であり、信号光の位相は被測定
物体の位置によって変化する。したがって干渉光の強度
変化により被測定物体の変位量が測定される。
物体の位置によって変化する。したがって干渉光の強度
変化により被測定物体の変位量が測定される。
上記レンズ手段により、基板の光導波路から出射する信
号光がコリメートされて被測定物体上の反射面にあたり
、この反射面からの反射光は上記レンズ手段により集光
されて基板の光導波路に入射する。基板の先導波路に入
射する信号光の光量は被測定物体が大きく変位してもほ
とんど変動しないので、長い測定距離を得ることができ
る。
号光がコリメートされて被測定物体上の反射面にあたり
、この反射面からの反射光は上記レンズ手段により集光
されて基板の光導波路に入射する。基板の先導波路に入
射する信号光の光量は被測定物体が大きく変位してもほ
とんど変動しないので、長い測定距離を得ることができ
る。
この先願発明の明細書にはレンズ手段としてロッド・レ
ンズ（屈折率分布タイプのレンズ）が示されている。ロ
ッド・レンズは形状が大きいので光変位センサ全体の形
状も大型化せざるを得ないという問題がある。とくに光
ファイバを利用した光変位センサでは、光ファイバが小
径のために、形状の大きなロッド・レンズは光ファイバ
と不釣合となる。また、ロッド・レンズを用いると被測
定物における照射面積が大きくなるために。
ンズ（屈折率分布タイプのレンズ）が示されている。ロ
ッド・レンズは形状が大きいので光変位センサ全体の形
状も大型化せざるを得ないという問題がある。とくに光
ファイバを利用した光変位センサでは、光ファイバが小
径のために、形状の大きなロッド・レンズは光ファイバ
と不釣合となる。また、ロッド・レンズを用いると被測
定物における照射面積が大きくなるために。
小さい被測定物や微小面積位置の変位量を測定すること
が困難となる。さらに、光の干渉路を２つ並べて設けた
ツイン・タイプの光変位センサ、たとえば特願昭６０−
１４２６３８に開示されているような被測定物の変位量
の測定のみならず変位方向をも検知するような光変位セ
ンサでは、形状の大きなロッド・レンズを２つ並べて配
置しなければならず、−届先変位センサ、が大型化する
という問題がある。
が困難となる。さらに、光の干渉路を２つ並べて設けた
ツイン・タイプの光変位センサ、たとえば特願昭６０−
１４２６３８に開示されているような被測定物の変位量
の測定のみならず変位方向をも検知するような光変位セ
ンサでは、形状の大きなロッド・レンズを２つ並べて配
置しなければならず、−届先変位センサ、が大型化する
という問題がある。
発明の目的
この発明は、小型化の可能なレンズ手段をもつ光変位セ
ンサを提供することを目的とする。
ンサを提供することを目的とする。
発明の構成と作用
この発明は、固定ミラーによって反射された参照光ビー
ムと被測定物によって反射された測定光ビームとを、光
ファイバまたは基板に形成された先導波路を利用して相
互に干渉させ、この干渉光の強度変化を計測することに
よって被測定物の変位量を測定する光変位センサにおい
て、レンズ手段として、平板に形成されたフレネル争レ
ンズを用い、このフレネル争レンズによって測定光ビー
ムを平行化して被測定物に照射することを特徴とする。
ムと被測定物によって反射された測定光ビームとを、光
ファイバまたは基板に形成された先導波路を利用して相
互に干渉させ、この干渉光の強度変化を計測することに
よって被測定物の変位量を測定する光変位センサにおい
て、レンズ手段として、平板に形成されたフレネル争レ
ンズを用い、このフレネル争レンズによって測定光ビー
ムを平行化して被測定物に照射することを特徴とする。
第１図に示すように、ガラスまたはプラスチック基板２
の一面にフレネル・レンズ２ａが形成され、他面には金
属膜等たとえばＡｕの蒸着によってハーフ舎ミラー２ｂ
が形成されている。このようなフレネル・レンズは、電
子ビーム描画等で作製されたフレネル・レンズ・パター
ンを金型として成形または紫外線硬化法を用いて、ガラ
ス、プラスチック等をパターン化することによりつくる
ことができる。
の一面にフレネル・レンズ２ａが形成され、他面には金
属膜等たとえばＡｕの蒸着によってハーフ舎ミラー２ｂ
が形成されている。このようなフレネル・レンズは、電
子ビーム描画等で作製されたフレネル・レンズ・パター
ンを金型として成形または紫外線硬化法を用いて、ガラ
ス、プラスチック等をパターン化することによりつくる
ことができる。
フレネル・レンズのより詳細な作製方法は、出願人によ
る先願、特願昭６１−３４１９や特願昭６１−３４２０
に詳述されている。
る先願、特願昭６１−３４１９や特願昭６１−３４２０
に詳述されている。
特［ｆｆ昭６１−３４１９に開示されたフレネル・レン
ズの作製法は、基板上に電子線レジストを塗布し、電子
線描画法によりレジスト上にフレネル・レンズのパター
ンを描画し、その後レジストを現像し、さらに基板上の
残膜レジスト・パターンをドライφエツチングによって
基板に転写し、このようにしてフレネル・レンズのパタ
ーンが形成された基板を雌型として射出成形その他の方
法によりフレネル・レンズを作製するものである。
ズの作製法は、基板上に電子線レジストを塗布し、電子
線描画法によりレジスト上にフレネル・レンズのパター
ンを描画し、その後レジストを現像し、さらに基板上の
残膜レジスト・パターンをドライφエツチングによって
基板に転写し、このようにしてフレネル・レンズのパタ
ーンが形成された基板を雌型として射出成形その他の方
法によりフレネル・レンズを作製するものである。
特願昭６１−３４２０に開示されたフレネル・レンズの
作製法は、基板上に電子線レジストを塗布し、電子線描
画法によりレジスト上にフレネル・レンズのパターンを
描画し、その後レジストを現像し、この基板上の残膜レ
ジスト・パターンを雄型として電鋳法によって雌型を形
成し、この雌型を用いてフレネル・レンズを製造するも
のである。
作製法は、基板上に電子線レジストを塗布し、電子線描
画法によりレジスト上にフレネル・レンズのパターンを
描画し、その後レジストを現像し、この基板上の残膜レ
ジスト・パターンを雄型として電鋳法によって雌型を形
成し、この雌型を用いてフレネル・レンズを製造するも
のである。
第２図は、フレネル・レンズ２ａとハーフ・ミラー２ｂ
とをもつ円形基板２が、光ファイバ・タイプの光変位セ
ンサに取付けられた様子を示している。たとえば、光フ
ァイバ１の径が１２５μ、基板２の径が２００μｍであ
る。光ファイバ１の端面に、この端面とハーフ・ミラー
２ｂとが密着するようにして基板２が取付けられている
。
とをもつ円形基板２が、光ファイバ・タイプの光変位セ
ンサに取付けられた様子を示している。たとえば、光フ
ァイバ１の径が１２５μ、基板２の径が２００μｍであ
る。光ファイバ１の端面に、この端面とハーフ・ミラー
２ｂとが密着するようにして基板２が取付けられている
。
光ファイバ１に導入され、この光ファイバ１を伝搬して
きた光の一部はハーフ・ミラー２ｂで反射して、参照光
として光フアイバ１内を戻る。
きた光の一部はハーフ・ミラー２ｂで反射して、参照光
として光フアイバ１内を戻る。
ハーフ・ミラー２ｂを透過した光は１回折効果によって
発散しながら基板２内を進むが、フレネル・レンズ２ａ
によって平行化されてこのレンズから出射し、被測定物
またはそれに取付けられたミラー３に向う。ミラー３の
反射光もまた平行光であり、この平行光はフレネル・レ
ンズ２ａによって集光され、光ファイバ１に入射する。
発散しながら基板２内を進むが、フレネル・レンズ２ａ
によって平行化されてこのレンズから出射し、被測定物
またはそれに取付けられたミラー３に向う。ミラー３の
反射光もまた平行光であり、この平行光はフレネル・レ
ンズ２ａによって集光され、光ファイバ１に入射する。
この光が測定光である。
参照先と測定光とは光フアイバ１内を戻る過程で相互に
干渉し、光ファイバ１の他端からはミラー３の位置によ
って強度変調された干渉光が得られ、この干渉光の解析
によってミラー３の変位量が測定される。
干渉し、光ファイバ１の他端からはミラー３の位置によ
って強度変調された干渉光が得られ、この干渉光の解析
によってミラー３の変位量が測定される。
第３図は、基板２０に形成されたいわゆる非対称Ｘ分岐
型光導波路１０を利用した光変位センサの例を示してい
る。このＸ分岐光導波路１０は、中央で相互に交わる４
つの光導波路１１〜１４を有している。基板２にはフレ
ネル・レンズ２ａのみが形成され、」二連のハーフ・ミ
ラーは設けられていない。この基板２は光導波路４の端
面に接着されている。光導波路１３の端面には金属反射
膜２１が蒸着されている。
型光導波路１０を利用した光変位センサの例を示してい
る。このＸ分岐光導波路１０は、中央で相互に交わる４
つの光導波路１１〜１４を有している。基板２にはフレ
ネル・レンズ２ａのみが形成され、」二連のハーフ・ミ
ラーは設けられていない。この基板２は光導波路４の端
面に接着されている。光導波路１３の端面には金属反射
膜２１が蒸着されている。
光ファイバ３１から光が光導波路１１に導入され。
２つの先導波路１３と１４に等しく分れて進む。先導波
路１３の光は反射膜２１で反射して参照光となり。
路１３の光は反射膜２１で反射して参照光となり。
光導波路１３を戻る。
先導波路１４に進んだ光は、その端面から出射し、フレ
ネル・レンズ２ａで平行化され、ミラー３で反射し、再
びフレネル・レンズ２ａから光導波路１４に戻る。これ
が測定光である。
ネル・レンズ２ａで平行化され、ミラー３で反射し、再
びフレネル・レンズ２ａから光導波路１４に戻る。これ
が測定光である。
先導波路１３を戻る参照光と光導波路１４を戻る測定光
との位相差に応じた強度の光が光導波路１２に得られ、
光ファイバ３２を経て測定装置に送られる。
との位相差に応じた強度の光が光導波路１２に得られ、
光ファイバ３２を経て測定装置に送られる。
発明の効果
以上のようにして、この発明によると小型のフレネル・
レンズを用いているので、小型の光変位センサをつくる
ことができる。また、基板に形成されたフレネル・レン
ズは、上述のように雌型を用いてつくることができるの
で、安価に提供できるとともに、電子ビーム描画法では
、ＣＰＵ制御により収差の少ないレンズをつくることが
可能である。小型のフレネル・レンズを用いているから
、〜数百μｍ程度の微小径の平行ビームを形成でき、被
測定物の被’ＩＪＩ定エリアを小さくすることができる
。
レンズを用いているので、小型の光変位センサをつくる
ことができる。また、基板に形成されたフレネル・レン
ズは、上述のように雌型を用いてつくることができるの
で、安価に提供できるとともに、電子ビーム描画法では
、ＣＰＵ制御により収差の少ないレンズをつくることが
可能である。小型のフレネル・レンズを用いているから
、〜数百μｍ程度の微小径の平行ビームを形成でき、被
測定物の被’ＩＪＩ定エリアを小さくすることができる
。
１つの基板上に２つ以上のフレネル争レンズを容易に作
製することができるので、上述したツイン型の光変位セ
ンサにも適用することが可能となり、しかもこの光変位
センサを小型化することができる。
製することができるので、上述したツイン型の光変位セ
ンサにも適用することが可能となり、しかもこの光変位
センサを小型化することができる。
°第１図は、フレネル・レンズの形成された基板を示す
断面図、第２図は基板に形成されたフレネル・レンズを
、光ファイバ・タイプの光変位センサに適用した様子を
示す構成図、第３図は同フレネル・レンズを導波路タイ
プの光変位センサに適用した様子を示す構成図である。 ２・・・基板。 ２ａ・・・フレネル・レンズ。 ２ｂ・・・ハーフ・ミラー。 ３・・・被測定物またはミラー。 ２１・・・反射膜。 以 上
断面図、第２図は基板に形成されたフレネル・レンズを
、光ファイバ・タイプの光変位センサに適用した様子を
示す構成図、第３図は同フレネル・レンズを導波路タイ
プの光変位センサに適用した様子を示す構成図である。 ２・・・基板。 ２ａ・・・フレネル・レンズ。 ２ｂ・・・ハーフ・ミラー。 ３・・・被測定物またはミラー。 ２１・・・反射膜。 以 上
Claims (1)
- 固定ミラーによって反射された参照光ビームと被測定物
によって反射された測定光ビームとの干渉による強度変
調信号を利用して被測定物の変位を測定する光変位セン
サにおいて、測定光ビームを平板に形成されたフレネル
・レンズによって平行化して被測定物に照射することを
特徴とする光変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61086042A JPS62242806A (ja) | 1986-04-16 | 1986-04-16 | 光変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61086042A JPS62242806A (ja) | 1986-04-16 | 1986-04-16 | 光変位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62242806A true JPS62242806A (ja) | 1987-10-23 |
Family
ID=13875619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61086042A Pending JPS62242806A (ja) | 1986-04-16 | 1986-04-16 | 光変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62242806A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0599375A1 (de) * | 1992-11-20 | 1994-06-01 | Ascom Tech Ag | Lichtmodulator |
-
1986
- 1986-04-16 JP JP61086042A patent/JPS62242806A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0599375A1 (de) * | 1992-11-20 | 1994-06-01 | Ascom Tech Ag | Lichtmodulator |
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