JPS625104A - 導波型光変位センサ - Google Patents
導波型光変位センサInfo
- Publication number
- JPS625104A JPS625104A JP60142637A JP14263785A JPS625104A JP S625104 A JPS625104 A JP S625104A JP 60142637 A JP60142637 A JP 60142637A JP 14263785 A JP14263785 A JP 14263785A JP S625104 A JPS625104 A JP S625104A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical waveguide
- optical
- waveguide path
- reflected
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- Pending
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (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】
発明の要約
光干渉のための少なくとも１つの光導波路が基板に形成
されており、この基板の光導波路の出射端と被測定物体
上の反射面との間にレンズ手段が設けられ、このレンズ
手段によって上記出射端から出射される信号光がコリメ
ートされるとともに、上記反射面からの反射光が集光さ
れることを特徴とする導波型光変位センサ。
されており、この基板の光導波路の出射端と被測定物体
上の反射面との間にレンズ手段が設けられ、このレンズ
手段によって上記出射端から出射される信号光がコリメ
ートされるとともに、上記反射面からの反射光が集光さ
れることを特徴とする導波型光変位センサ。
発明の背景
この発明は、基板上に光導波路を用いてマイケルソン干
渉計を作製し、基板上の反射面で反射する参照先と基板
外の被測定物体上の反射面で反射する信号光との干渉に
よる光強度変化に基づいて被測定物体の変位量を計測す
る導波型光変位センサに関する。
渉計を作製し、基板上の反射面で反射する参照先と基板
外の被測定物体上の反射面で反射する信号光との干渉に
よる光強度変化に基づいて被測定物体の変位量を計測す
る導波型光変位センサに関する。
このような導波型光変位センサにおいては、基板の３次
元光導波路から出射する信号光が拡散することは避けら
れず、したがって被測定物体の反射面で反射して基板の
光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
量が基板の光導波路に戻るが、被測定物体の変位が大き
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。
元光導波路から出射する信号光が拡散することは避けら
れず、したがって被測定物体の反射面で反射して基板の
光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
量が基板の光導波路に戻るが、被測定物体の変位が大き
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。
発明の概要
この発明は、変位測定距離の長い導波型光変位センサを
提供することを目的とする。
提供することを目的とする。
この発明による導波型光変位センサは、光干渉のための
少なくとも１つの光導波路が形成された基板、この基板
の光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。
少なくとも１つの光導波路が形成された基板、この基板
の光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光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
物体上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。
物体上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。基板の光導波路に入
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。基板の光導波路に入
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。
基板の光導波路端面に形成される反射手段は金属薄膜の
蒸着等により実現することができる。この金属薄膜の厚
さを変えることにより金属薄膜で反射する光の光量、す
なわち参照光強度を制御することができる。参照光強度
を信号光の強度とほぼ同じ程度にすることにより干渉光
の光強度変化の消光比をよくすることができる。消光比
がよければ後段の光信号処理が容易となる。
蒸着等により実現することができる。この金属薄膜の厚
さを変えることにより金属薄膜で反射する光の光量、す
なわち参照光強度を制御することができる。参照光強度
を信号光の強度とほぼ同じ程度にすることにより干渉光
の光強度変化の消光比をよくすることができる。消光比
がよければ後段の光信号処理が容易となる。
実施例の説明
第１図はこの発明による導波型光変位センサの一例を、
第２図は変位測定システムの全体をそれぞれ示している
。
第２図は変位測定システムの全体をそれぞれ示している
。
センサ・ケース１０に内臓された基板１１．たとえばＬ
ＬＮｂＯにＴｉを熱拡散することにより非対称Ｘ分岐型
光導波路２０が形成されている。この光導波路２０は４
つの光導波路２１〜２４を含み、光導波路２０はこれら
の光導波路２１〜２４がそれらの一端でＸ字状に結合す
ることにより構成されており。
ＬＮｂＯにＴｉを熱拡散することにより非対称Ｘ分岐型
光導波路２０が形成されている。この光導波路２０は４
つの光導波路２１〜２４を含み、光導波路２０はこれら
の光導波路２１〜２４がそれらの一端でＸ字状に結合す
ることにより構成されており。
光導波路２４の巾は他の光導波路２１〜２３の巾よりも
狭くつくられている。このような非対称Ｘ分岐型光導波
路の詳細は、導波形光ビーム・スプリッタとして特開昭
５８−２０２４Ｈ（特願昭５７−８８１７８）に開示さ
れている。
狭くつくられている。このような非対称Ｘ分岐型光導波
路の詳細は、導波形光ビーム・スプリッタとして特開昭
５８−２０２４Ｈ（特願昭５７−８８１７８）に開示さ
れている。
この実施例に関連する範囲でこの非対称Ｘ分岐型光導波
路２０の動作を説明すると次のようになる。光導波路２
１を伝播する光は２つの光導波路２３と２４に等しく分
岐して進行していく。光導波路２３と２４をＸ字詰合部
に向って伝播する光は、これらの光の位相が等しい場合
には光導波路２１に戻る。
路２０の動作を説明すると次のようになる。光導波路２
１を伝播する光は２つの光導波路２３と２４に等しく分
岐して進行していく。光導波路２３と２４をＸ字詰合部
に向って伝播する光は、これらの光の位相が等しい場合
には光導波路２１に戻る。
光導波路２３と２４の光が逆位相（位相が１８０°異な
る）場合にはこれらの光は光導波路２２に進む。したが
って、光導波路２２には光導波路２３．２４をＸ字詰合
部に向う光の位相差に応じた強度の光が得られる。
る）場合にはこれらの光は光導波路２２に進む。したが
って、光導波路２２には光導波路２３．２４をＸ字詰合
部に向う光の位相差に応じた強度の光が得られる。
上述の説明は、光導波路２１．２２と光導波路２３と２
４とを交換しても同じようにあてはまる。
４とを交換しても同じようにあてはまる。
光導波路２１．２２の端部にはコネクタ３３．３４をそ
れぞれ介して入力用、出力用光ファイバ３１．３２が接
続されている。入力用光ファイバ３１としては偏波面保
存光ファイバが用いられている。レーザ光源４Ｉか番の
レーザ光がアイソレータ４２およびレンズ４３を介して
光ファイバ３１に導入される。アイソレータ４２はレー
ザ４１から光ファイバ３１への光の進行を許し、これと
は逆方向に進む光を遮断するものであり、光の偏波方向
に基づいてこの作用を行なう。出力用光ファイバ３２と
してはマルチモード光ファイバが用いられている。この
光ファイバ３２によって導かれる出力光は受光素子４４
に入射し２その光強度を表わす電気信号に変換される。
れぞれ介して入力用、出力用光ファイバ３１．３２が接
続されている。入力用光ファイバ３１としては偏波面保
存光ファイバが用いられている。レーザ光源４Ｉか番の
レーザ光がアイソレータ４２およびレンズ４３を介して
光ファイバ３１に導入される。アイソレータ４２はレー
ザ４１から光ファイバ３１への光の進行を許し、これと
は逆方向に進む光を遮断するものであり、光の偏波方向
に基づいてこの作用を行なう。出力用光ファイバ３２と
してはマルチモード光ファイバが用いられている。この
光ファイバ３２によって導かれる出力光は受光素子４４
に入射し２その光強度を表わす電気信号に変換される。
基板１１の光導波路２３の端面にはＡｕを蒸着すること
により反射膜１２が形成されている。光導波路２１に導
かれかつ光導波路２３と２４に等しく分岐した光のうち
光導波路２３を進む光はこの反射膜１２で反射してＸ字
詰合部に向う。この光が参照光である。参照先の強度は
反射膜１２の膜厚により定めることができる。
により反射膜１２が形成されている。光導波路２１に導
かれかつ光導波路２３と２４に等しく分岐した光のうち
光導波路２３を進む光はこの反射膜１２で反射してＸ字
詰合部に向う。この光が参照光である。参照先の強度は
反射膜１２の膜厚により定めることができる。
被測定物体であるまたは被測定物体に取付けられもしく
は接触しているアクチュエータ１５のロッド１Ｂがケー
スＩＯの孔をゆるく通ってケース１０内に突出し、この
ロッドｌＢの先端に可動ミラー１４が取付は固定されて
いる。基板１１の光導波路２４の端面と可動ミラー１４
との間にロッド・レンズ（屈折率分布型レンズ）１３が
設けられかつケース１０に適当な固定手段により固定さ
れている。このロッド・レンズ１３の焦点面は光導波路
２４の出射端に位置している。すなわち、第４図（Ｂ）
に示されているように、光導波路２４を伝播しその端部
から出射した光はロッド・レンズ１３でコリメートされ
て可動ミラー１４に当り、その反射光はロッド・レンズ
１３によって光導波路２４の出射端付近に丁度集光され
。
は接触しているアクチュエータ１５のロッド１Ｂがケー
スＩＯの孔をゆるく通ってケース１０内に突出し、この
ロッドｌＢの先端に可動ミラー１４が取付は固定されて
いる。基板１１の光導波路２４の端面と可動ミラー１４
との間にロッド・レンズ（屈折率分布型レンズ）１３が
設けられかつケース１０に適当な固定手段により固定さ
れている。このロッド・レンズ１３の焦点面は光導波路
２４の出射端に位置している。すなわち、第４図（Ｂ）
に示されているように、光導波路２４を伝播しその端部
から出射した光はロッド・レンズ１３でコリメートされ
て可動ミラー１４に当り、その反射光はロッド・レンズ
１３によって光導波路２４の出射端付近に丁度集光され
。
光導波路２４に入射しかつＸ字詰合部に向って伝播して
いく。この光が信号光である。
いく。この光が信号光である。
上述したように、光導波路２３の参照光と光導波路２４
の信号光との位相差に応じた強度の出力光が光導波路２
２に得られ、この出力光は光ファイバ３２により受光素
子４４に導かれる。参照光と信号光の位相差は、これら
２つの光の間の光路差、すなわち可動ミラー１４の変位
量に依存している。出力光強度の変位量（光路差）に対
する変化が第３図に示されている。出力光強度は光路差
の変化に対してλ（光の波長）の周期で正弦的に変化す
る。信号光はロッド・レンズ１３と可動ミラー１４との
間を往復するので光路差は可動ミラー１４の変位量の２
倍に等しい。
の信号光との位相差に応じた強度の出力光が光導波路２
２に得られ、この出力光は光ファイバ３２により受光素
子４４に導かれる。参照光と信号光の位相差は、これら
２つの光の間の光路差、すなわち可動ミラー１４の変位
量に依存している。出力光強度の変位量（光路差）に対
する変化が第３図に示されている。出力光強度は光路差
の変化に対してλ（光の波長）の周期で正弦的に変化す
る。信号光はロッド・レンズ１３と可動ミラー１４との
間を往復するので光路差は可動ミラー１４の変位量の２
倍に等しい。
出力光信号は受光素子４４で電気信号に変換されたのち
、高、低２つのスレシホールドψレベルＳｌ、Ｓ２をも
つ回路４５でレベル弁別され、２値化される（第３図参
照）。この２値信号の立上りおよび／または立下りがカ
ウンタ４６によって計数される。したがって、可動ミラ
ー１４の変位量はλ／２またはλ／４単位で測定される
。たとえば光源４１として波長λ−０，８μｍのレーザ
・ダイオードを用いた場合には０．４μｍまたは０．２
μｍ単位で変位ｎ１定が可能となる。
、高、低２つのスレシホールドψレベルＳｌ、Ｓ２をも
つ回路４５でレベル弁別され、２値化される（第３図参
照）。この２値信号の立上りおよび／または立下りがカ
ウンタ４６によって計数される。したがって、可動ミラ
ー１４の変位量はλ／２またはλ／４単位で測定される
。たとえば光源４１として波長λ−０，８μｍのレーザ
・ダイオードを用いた場合には０．４μｍまたは０．２
μｍ単位で変位ｎ１定が可能となる。
光導波路２３の出射端における光の反射率と透過率は反
射膜１２の膜厚によって定まる。したがって２反射膜１
２の厚さを制御することにより参照光と信号光の強度の
比を任意に定めることができ。
射膜１２の膜厚によって定まる。したがって２反射膜１
２の厚さを制御することにより参照光と信号光の強度の
比を任意に定めることができ。
これを１＝１とすることもできる。このことにより、出
力光の光強度変化の消光比を良好にすることができる。
力光の光強度変化の消光比を良好にすることができる。
光導波路２４の出射端と可動ミラー１４との間にはロッ
ド・レンズ１３が設けられ、光導波路２４から出射した
光はこのレンズ１３によって平行光に変換される。可動
ミラー１４が動くことによりレンズ１３とミラー１４と
の間の距離が変動しても、ミラー１４に向いかつ反射さ
れる光は平行光であるからほとんど拡散しない。また、
ミラー１４の反射光はレンズ１３により集光されて光導
波路２４に入射する。したがってミラー１４の位置にほ
とんど関係なく光導波路２４に戻る反射光強度をほぼ一
定に保持することができる。可動ミラー１４の変位に対
して信号光強度をほぼ一定に保持できるので正確な変位
測定が可能となるとともに、変位量の測定可能範囲が拡
大される。
ド・レンズ１３が設けられ、光導波路２４から出射した
光はこのレンズ１３によって平行光に変換される。可動
ミラー１４が動くことによりレンズ１３とミラー１４と
の間の距離が変動しても、ミラー１４に向いかつ反射さ
れる光は平行光であるからほとんど拡散しない。また、
ミラー１４の反射光はレンズ１３により集光されて光導
波路２４に入射する。したがってミラー１４の位置にほ
とんど関係なく光導波路２４に戻る反射光強度をほぼ一
定に保持することができる。可動ミラー１４の変位に対
して信号光強度をほぼ一定に保持できるので正確な変位
測定が可能となるとともに、変位量の測定可能範囲が拡
大される。
第４図は、この発明によって光導波路２４の出射端と可
動ミラー１４との間にロッド・レンズ１３を介在させた
状態と（第４図（Ｂ））、介在させない状態（第４図（
Ａ））とを示している。レンズなしの従来例（第４図（
Ａ））では、光導波路２４から出射した光が拡散し−、
可動ミラー１４の反射光のほとんどが光導波路２４の端
面以外の場所に向っていってしまう。
動ミラー１４との間にロッド・レンズ１３を介在させた
状態と（第４図（Ｂ））、介在させない状態（第４図（
Ａ））とを示している。レンズなしの従来例（第４図（
Ａ））では、光導波路２４から出射した光が拡散し−、
可動ミラー１４の反射光のほとんどが光導波路２４の端
面以外の場所に向っていってしまう。
第５図は、従来例であるレンズなしの場合とこの発明に
よるレンズありの場合とにおける光導波路２４に戻る信
号光強度の変化を可動ミラー１４の変位量に対して示す
ものである。この実験結果によると、レンズなしの従来
例においては、光導波路２４端面と可動ミラー１４との
間の距離が５０μｍ程度でも信号光強度は半減してしま
うのに対して（黒丸）、この発明のレンズありの場合に
は距離が１０ｍｍに達しても信号光強度の減衰量はきわ
めて小さい。
よるレンズありの場合とにおける光導波路２４に戻る信
号光強度の変化を可動ミラー１４の変位量に対して示す
ものである。この実験結果によると、レンズなしの従来
例においては、光導波路２４端面と可動ミラー１４との
間の距離が５０μｍ程度でも信号光強度は半減してしま
うのに対して（黒丸）、この発明のレンズありの場合に
は距離が１０ｍｍに達しても信号光強度の減衰量はきわ
めて小さい。
第６図は、可動ミラー１４を周期的に振動させた実験に
おいて、出力光強度の変化とこの振動におけるミラー１
４の移動量とをオシロスコープに映し出し、これを写真
撮影したものをトレースしたものである。Ａは可動ミラ
ー１４の移動量を、Ｂは出力光強度の変化をそれぞれ示
している。可動ミラー１４の移動量に対して出力光強度
（振中値）がほとんど変化していないことが分るであろ
う。
おいて、出力光強度の変化とこの振動におけるミラー１
４の移動量とをオシロスコープに映し出し、これを写真
撮影したものをトレースしたものである。Ａは可動ミラ
ー１４の移動量を、Ｂは出力光強度の変化をそれぞれ示
している。可動ミラー１４の移動量に対して出力光強度
（振中値）がほとんど変化していないことが分るであろ
う。
上記実施例では基板１１に非対称Ｘ分岐型光導波路２０
が形成されているが、他の光導波路によりマイケルソン
型の干渉計を構成することもできる。
が形成されているが、他の光導波路によりマイケルソン
型の干渉計を構成することもできる。
たとえば、第７図（Ａ）に示すようなＹ字型の光導波路
、同図（Ｂ）に示すような方向性結合器を含む光導波路
、同図（Ｃ）に示すような単なる１本の光導波路でもよ
い。第７図（Ｃ）の構成においては。
、同図（Ｂ）に示すような方向性結合器を含む光導波路
、同図（Ｃ）に示すような単なる１本の光導波路でもよ
い。第７図（Ｃ）の構成においては。
反射膜１２はかなり透過率の高いものとし、この反射膜
１２を透過した光が信号光となる。またこれらの図にお
いてロッド中レンズは省略されている。
１２を透過した光が信号光となる。またこれらの図にお
いてロッド中レンズは省略されている。
レンズ手段もロッド・レンズ以外に通常の凸レンズ、マ
イクロ・レンズ等を使用することができる。
イクロ・レンズ等を使用することができる。
第１図は導波型光変位センサの一例を示す斜視図、第２
図は光変位測定システム全体を示す構成図、第３図は出
力光強度とそれに基づ°いて作成された２値信号を示す
波形図、第４図は従来例とこの発明の構成の相違を示す
図、第５図はこの構成の相違が光強度に及ぼす影響を示
すグラフ、第６図はオシロスロープの波形をトレースし
た図であって変位量と出力光強度変化を示しており、第
７図は基板上の光導波路の他の例を示す概略平面図であ
る。 １１・・・基板、 １２・・・反射膜、 １３・・
・ロッド・レンズ。 １４・・・可動ミラー、２０・・・非対称Ｘ分岐光導波
路。 ２１〜２４・・・光導波路。 以 上 特許出願人 立石電機株式会社 代 理 人 牛 久 健 司 外１
名第３ＦＩ！Ｊ 第４図 第６図 ム 第５図 ０ ５０ １００ １５０ ２００ ２５０Ｑａｍ）１
３ｍ足巨山葭 Ｑ宴−ａり 第７図
図は光変位測定システム全体を示す構成図、第３図は出
力光強度とそれに基づ°いて作成された２値信号を示す
波形図、第４図は従来例とこの発明の構成の相違を示す
図、第５図はこの構成の相違が光強度に及ぼす影響を示
すグラフ、第６図はオシロスロープの波形をトレースし
た図であって変位量と出力光強度変化を示しており、第
７図は基板上の光導波路の他の例を示す概略平面図であ
る。 １１・・・基板、 １２・・・反射膜、 １３・・
・ロッド・レンズ。 １４・・・可動ミラー、２０・・・非対称Ｘ分岐光導波
路。 ２１〜２４・・・光導波路。 以 上 特許出願人 立石電機株式会社 代 理 人 牛 久 健 司 外１
名第３ＦＩ！Ｊ 第４図 第６図 ム 第５図 ０ ５０ １００ １５０ ２００ ２５０Ｑａｍ）１
３ｍ足巨山葭 Ｑ宴−ａり 第７図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 光干渉のための少なくとも１つの光導波路が形成された
基板、 この基板の光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、 を備えた導波型光変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60142637A JPS625104A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 導波型光変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60142637A JPS625104A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 導波型光変位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS625104A true JPS625104A (ja) | 1987-01-12 |
Family
ID=15319978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60142637A Pending JPS625104A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 導波型光変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS625104A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0293317A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-04 | Anritsu Corp | 三角測量方式の光学式変位測定装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5316449B2 (ja) * | 1972-03-22 | 1978-06-01 | ||
| JPS6011103A (ja) * | 1983-06-30 | 1985-01-21 | インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション | 遠隔計測装置 |
| JPS6085312A (ja) * | 1983-10-17 | 1985-05-14 | Hitachi Ltd | 固体化干渉計 |
-
1985
- 1985-07-01 JP JP60142637A patent/JPS625104A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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