JP2005345230A - Optical interference type sensor - Google Patents
Optical interference type sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005345230A JP2005345230A JP2004164397A JP2004164397A JP2005345230A JP 2005345230 A JP2005345230 A JP 2005345230A JP 2004164397 A JP2004164397 A JP 2004164397A JP 2004164397 A JP2004164397 A JP 2004164397A JP 2005345230 A JP2005345230 A JP 2005345230A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- movable
- light
- laser
- beam splitter
- laser light
- 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
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
この発明は、圧力や加速度を光学的に検知する光干渉型センサに関する。 The present invention relates to an optical interference sensor that optically detects pressure and acceleration.
従来、例えば加速度を検知するセンサとしては、静電容量型の半導体加速度センサがあった。この加速度センサは、特許文献2に開示されているように、ガラス板等の四角形の絶縁基板と、中空部を有しその中心に加速度により動く重りが設けられ上記絶縁基板とほぼ同形状のシリコン半導体の本体部とから成る。この本体部には、上記重りにより揺動する電極が設けられ、上記絶縁基板に上記本体部を接合した状態で、上記絶縁基板上の電極と上記重りに設けられた電極とが対向する。 Conventionally, for example, as a sensor for detecting acceleration, there is a capacitance type semiconductor acceleration sensor. As disclosed in Patent Document 2, this acceleration sensor has a rectangular insulating substrate such as a glass plate, a silicon having a hollow portion and a weight that moves by acceleration at the center thereof, and has substantially the same shape as the insulating substrate. It consists of a semiconductor body. The body is provided with an electrode that swings due to the weight, and the electrode on the insulating substrate and the electrode provided on the weight face each other in a state where the body is joined to the insulating substrate.
また、半導体レーザを用いた加速度センサとしては、特許文献1に開示されているものがある。この加速度センサは、一対の半導体レーザの光出射面を所定間隔空けて対向させて配置し、その中間位置に片持ち梁の反射部材を設けて、レーザ光を半導体レーザに帰還させて、反対側の光出射面からのレーザ光強度の差により片持ち梁の変位を測定し、加速度を求めるものがある。
上記従来の静電容量型の加速度センサは、互いに対向する電極間の静電容量により加速度を検知するが、静電容量は外部の電界や磁界、回路の配線パターン等による影響を受けやすく、検知精度を上げることが難しいものである。さらに、配線による浮遊容量を抑えるために、センサ本体と駆動回路系を互いに近くに配置しなければならず、一体化したモジュールの場合、大きさに制限のある検知箇所では使えない場合もある。また、電極端子を絶縁基板及び本体から取り出す必要があり、この引出配線の配置や引出配線を挟んで本体と絶縁基板を接合する工程等が難しいものであり、不良の発生も多いものである。その他、互いに対向する電極間の間隔が狭いものであり、製造途中等で電極同士が接触したりする問題もあった。 The conventional capacitance type acceleration sensor detects acceleration by the capacitance between the electrodes facing each other, but the capacitance is easily affected by an external electric field, magnetic field, circuit wiring pattern, etc. It is difficult to increase accuracy. Furthermore, in order to suppress stray capacitance due to wiring, the sensor main body and the drive circuit system must be arranged close to each other. In the case of an integrated module, it may not be used at a detection location with a limited size. In addition, it is necessary to take out the electrode terminals from the insulating substrate and the main body, and it is difficult to arrange the lead wiring and to join the main body and the insulating substrate with the lead wiring interposed therebetween. In addition, there is a problem that the distance between the electrodes facing each other is narrow, and the electrodes are in contact with each other during the manufacturing process.
一方、特許文献1に開示された光学的加速度センサは、レーザ光の光源への帰還を利用した受光強度の差で間隔を検知し、加速度を求めようとしているものであり、装置の製造プロセスが難しく、3軸方向の加速度を検知しようとするとレーザ光源及び光検出器がセンサ内部に必要なため構造が複雑で装置も大がかりなものになってしまうものである。 On the other hand, the optical acceleration sensor disclosed in Patent Document 1 is to detect an interval by a difference in received light intensity using feedback of a laser beam to a light source to obtain an acceleration. When it is difficult to detect acceleration in three axes, a laser light source and a photodetector are required inside the sensor, so that the structure is complicated and the apparatus becomes large.
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて成されたもので、簡単な光学系でしかも測定精度も高く、小型化も容易な光干渉型センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an optical interference sensor that is a simple optical system, has high measurement accuracy, and can be easily downsized.
この発明は、ガラス板等の基板と、中空部を有しその中心に重りやダイヤフラム等の可動部が設けられたシリコン半導体等の本体部と、レーザダイオード等のレーザ光源と、上記本体部に対して直接または間接に固定され上記レーザ光源からの光を分岐するビームスプリッタと、このビームスプリッタから分岐した一方のレーザ光を反射させる固定反射部と、上記本体部の可動部の動きにより動くとともに上記ビームスプリッタにより分岐した他方のレーザ光を反射させる可動反射部と、上記固定反射部により反射したレーザ光と上記可動反射部により反射したレーザ光とを各々同軸上に導いて互いに干渉させる干渉光形成手段と、この干渉光形成手段による干渉光を受光する受光素子とを備え、上記可動反射部の変位を光学的に検知して、力または加速度を検知する光干渉型センサである。 The present invention includes a substrate such as a glass plate, a body portion such as a silicon semiconductor having a hollow portion and a movable portion such as a weight and a diaphragm provided at the center thereof, a laser light source such as a laser diode, and the body portion. A beam splitter that is directly or indirectly fixed to branch the light from the laser light source, a fixed reflecting portion that reflects one of the laser beams branched from the beam splitter, and a movable portion that moves by the movement of the main body portion. Interfering light that reflects the other laser beam branched by the beam splitter, the laser light reflected by the fixed reflecting portion, and the laser light reflected by the movable reflecting portion coaxially and interfering with each other Forming means and a light receiving element for receiving the interference light by the interference light forming means, optically detecting the displacement of the movable reflecting portion, Or an optical interference sensor for detecting the acceleration.
上記干渉光形成手段は上記ビームスプリッタであり、上記固定反射部は上記ビームスプリッタの一側面に設けられている。上記可動反射部は、上記可動部である重りの下面と上記重りから互いに対称に延びた片持ち梁状可動板の下面に設けられている。そして、上記片持ち梁状の可動板は、互いに対称に四方に延びており、そのうちの互いに直角方向に位置した一対の可動板と上記重りの各可動反射部に、各々上記ビームスプリッタが各々対面している。 The interference light forming means is the beam splitter, and the fixed reflecting portion is provided on one side surface of the beam splitter. The movable reflecting portion is provided on a lower surface of a weight which is the movable portion and a lower surface of a cantilever movable plate extending symmetrically from the weight. The cantilever-like movable plate extends symmetrically in four directions, and the beam splitter faces each of the pair of movable plates positioned at right angles to each other and the movable reflecting portions of the weights. doing.
またこの発明は、ガラス板等の基板と、中空部を有しその中心に加速度により動く重りやダイヤフラム等の可動部が設けられたシリコン半導体等の本体部と、互いに僅かに波長の異なる一対のレーザダイオード等のレーザ光源と、上記各レーザ光源からのレーザ光を分岐するとともに上記各レーザ光源からのレーザ光を同軸上に合わせて干渉させる第一のビームスプリッタと、この第一のビームスプリッタからの干渉光を受光する第一の受光素子と、上記各レーザ光源からのレーザ光を分岐する第二のビームスプリッタと、この第二のビームスプリッタにより一方に分岐された上記レーザ光を反射する固定反射部と、上記本体部の可動部の動きにより動くとともに上記第二のビームスプリッタにより他方に分岐されたレーザ光を反射させる可動反射部と、上記一方のレーザ光源のレーザ光を上記固定反射部からの反射光とし、上記他方のレーザ光源からのレーザ光を可動反射部からの反射光として、各々同軸上で干渉させて上記第二の受光素子に導く干渉光形成手段と、この干渉光形成手段からの干渉光を受光する第二の受光素子とを備え、上記可動反射部の変位を光学的に検知して力または加速度を検知する光干渉型センサである。 The invention also includes a substrate such as a glass plate, a body portion such as a silicon semiconductor having a hollow portion and a movable portion such as a weight or a diaphragm that moves by acceleration at the center thereof, and a pair of wavelengths slightly different from each other. From a laser light source such as a laser diode, a first beam splitter that branches the laser light from each of the laser light sources and interferes the laser light from each of the laser light sources coaxially, and from the first beam splitter A first light receiving element that receives the interference light, a second beam splitter that branches the laser light from each of the laser light sources, and a fixed that reflects the laser light branched to one side by the second beam splitter. It is possible to reflect the laser beam branched to the other by the second beam splitter while moving by the movement of the reflecting portion and the movable portion of the main body portion. The reflection part and the laser light of the one laser light source are reflected light from the fixed reflection part, and the laser light from the other laser light source is reflected as a reflection light from the movable reflection part, respectively, and are caused to interfere with each other on the same axis. An interference light forming means for guiding the light to the second light receiving element; and a second light receiving element for receiving the interference light from the interference light forming means. It is an optical interference type sensor that detects
上記干渉光形成手段は、偏光ビームスプリッタから成る上記第二のビームスプリッタと検光子から成る。また、上記可動反射部は、上記可動部である重りの下面と上記重りから互いに対称に延びた片持ち梁状可動板の下面に設けられているものである。上記片持ち梁状の可動板は、互いに対称に四方に延びており、そのうちの互いに直角方向に位置した一対の可動板と上記重りの可動反射部とに、各々上記1/4波長板が対面している。 The interference light forming means includes the second beam splitter formed of a polarization beam splitter and an analyzer. The movable reflecting portion is provided on the lower surface of the weight which is the movable portion and the lower surface of the cantilever movable plate extending symmetrically from the weight. The cantilevered movable plates extend in four directions symmetrically to each other, and the quarter-wave plate faces each of a pair of movable plates positioned perpendicular to each other and the movable reflecting portion of the weight. doing.
上記重りは、本体部の中空部に梁を介して保持されている。上記重り、可動板及び梁は、上記本体部の形成時にエッチング等の半導体プロセスにより一体に形成されたものである。 The weight is held in the hollow portion of the main body via a beam. The weight, the movable plate, and the beam are integrally formed by a semiconductor process such as etching when the main body is formed.
この発明の光干渉型センサは、加速度や力を受けて可動反射部が変位するものであれば良く、加速度センサや圧力センサ等として用いることができ、外部の電界や磁界等の影響を受けず、これらの雑音の多い箇所でも正確な測定が可能である。また、配線による浮遊容量等の影響がなく、センサと駆動回路とを離して配置することが可能である。また、センサ本体に電極が不要となり、製造が容易であり、電極によるトラブルもなくなり歩留まり良く、効率的な製造が可能である。 The optical interference sensor according to the present invention may be any sensor as long as the movable reflecting portion is displaced by acceleration or force, and can be used as an acceleration sensor, a pressure sensor, etc., and is not affected by an external electric field or magnetic field. Therefore, accurate measurement is possible even in these noisy locations. In addition, there is no influence of stray capacitance or the like due to wiring, and the sensor and the drive circuit can be arranged separately. In addition, the sensor body does not require an electrode, is easy to manufacture, has no trouble due to the electrode, and has a good yield and can be efficiently manufactured.
以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図1、図2は、この発明の光干渉型センサの一実施形態を示すもので、この実施形態の光干渉型センサは、加速度センサについてのものである。この実施形態の加速度センサ10は、ガラス板等の透明な基板12と、この基板12の裏面の所定位置に配置された3個のビームスプリッタ14,15,16と、このビームスプリッタ14,15,16を保持した保持板18から成る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show an embodiment of an optical interference type sensor of the present invention. The optical interference type sensor of this embodiment relates to an acceleration sensor. The
基板12の表面には、シリコンによる本体部20が接合されている。本体部20は、図1、図2に示すように、四角形に形成され中央部には中空部22が設けられ、中空部22の中心に可動部である重り24が設けられている。重り24は、本体部20の角部から延びた細い梁26により四方が支持され、各梁26の間には、扇状の片持ち梁の薄い可動板28が重り24と一体に形成されている。この本体部20と重り24、梁26、及び可動板28は、シリコンにより一体に形成されている。重り24と可動板28の裏面は、面一に形成されている。
A
重り24と可動板28の各裏面は、金属蒸着膜等により鏡面に形成されて可動反射部30を構成している。また、ビームスプリッタ14,15,16の一側面も、同様に鏡面に形成され、固定反射部32を構成している。
The back surfaces of the
本体部20の上面開口部は、ガラス板やシリコン板等の覆い蓋34により封止されている。基板12と本体部20及び覆い蓋34の各接着は、低融点ガラス等により気密状態で密着して固定され、本体部20の中空部22内を真空状態で密封している。また、基板12と保持板18は、枠部材36を介して本体部20と固定されている。そして、ビームスプリッタ14,15,16は、保持板18の裏面側に一側面が位置して固定され、保持板18の裏面側には各々光コネクタ38が突設されている。各光コネクタ38には、光ファイバ40が各々接続されている。
The upper surface opening of the
各光ファイバ40は、本体部20とは別体に設けられた駆動検知回路部42の光コネクタ43に接続されている。駆動検知回路部42には、レーザダイオード等のレーザ光源44と、反射してきたレーザ光bを検知するフォトダイオード等の受光素子46を備える。光コネクタ43とレーザ光源44及び受光素子46の間には、レーザ光源44からのレーザ光bを3個の光コネクタ43に分岐し、さらに各光コネクタ43を経て入射されるレーザ光bを受光素子46に向かわせる図示しないビームスプリッタ等からなる光分岐部48を備えている。そして、受光素子46により受光した信号は、信号変換部50を経て、後述する処理方法により可動反射部30の変位として検知され、加速度を算出する。
Each
この実施形態の加速度センサ10の動作は、先ず、レーザ光源44から出射したレーザ光bは、光分岐部48を経て3個の光コネクタ43に送られ、各光ファイバ40を経て3個のビームスプリッタ14,15,16に入射する。ビームスプリッタ14,15,16では、各ビームスプリッタ14,15,16に入射したレーザ光bが、ハーフミラー部で2分され、一方はビームスプリッタ14,15,16の一側面に各々形成された固定反射部32に向かう。また、他方のレーザ光bは、重り24の裏面の可動反射部30、及び一対の可動板28の各可動反射部30に各々出射される。
The operation of the
可動反射部30と固定反射部32とからの反射光は、ビームスプリッタ14,15,16内で同軸に合わせられ、各々光コネクタ38から光ファイバ40を経て、光コネクタ43に戻り、光分岐部48から受光素子46に向かう。そして、可動反射部30と固定反射部32とからの反射光は、互いに干渉して干渉光となる。ここで、この実施形態では、マイケルソン干渉を利用して、変位を検知するもので、可動反射部30と固定反射部32とからの各反射光の光路差をL、レーザ光源44からのレーザ光bの波長をλ、受光素子46により検知される1波長分の光路差の変動による干渉光の明暗回数をN、明暗の1未満の端数をεとすると、光路差Lは以下の式(1)で表される。
Reflected light from the movable reflecting
L=1/2・λ(N+ε) ・・・(1)
この式(1)により、受光素子46で捉えられる干渉光の明暗回数Nとその端数εを求めることにより光路差Lを求めることができる。そして、光路差Lは、梁26のたわみまたは可動板28のたわみであり、そのたわみ量から力Fが求められ、求められた力Fは、重り24にかかる加速度αにより定まる値である。従って、受光素子46で捉えられる干渉光の明暗回数Nとその端数εを求めることにより、加速度αが得られる。これは、図1におけるXYZ3軸方向について独立に算出されるもので、重り24の裏面の可動反射部30がZ軸方向の加速度により梁26のたわみにより変位し、X,Y軸方向の加速度によりビームスプリッタ14,15に対面する各可動板28が変位し、XYZ3軸方向の加速度をこの加速度センサ10により検知することができる。
L = 1/2 · λ (N + ε) (1)
By this equation (1), the optical path difference L can be obtained by obtaining the number N of bright and dark interference light captured by the
この実施形態の加速度センサ10によれば、加速度を受けて可動反射部30が変位することにより、レーザ光bの光路差を光の波長以下の高精度で検知し、その光路差による梁26や可動板28のたわみから力を求め加速度を算出しているので、極めて敏感に高精度の加速度検知を行うことができる。しかも、電気的な部分は駆動検知回路部42に設けられており、加速度センサ10の本体部20は外部の磁界や電界による影響を受けることがなく、この点からも精度の高い検知が可能となる。しかも、ビームスプリッタ14,15,16は1辺が0.5mm以下のものも可能であり、加速度センサ10の大きさも極めて小さなものにすることができる。また、本体部20や、保持板18、覆い蓋34の素材は適宜選択することができ、材料を選ばず、基板12もレーザ光bを透過可能なものであればよいので、製造が容易であり、コストも安価に製造することができる。
According to the
なお、この加速度センサ10の可動板28の形状は、図3に示すように、略三角形状に形成されたものや、図4に示すように、略五角形状に形成されたものでも良く、重り24に対して、X軸及びY軸を中心に対称に形成されたものであれば良い。
The shape of the
また、図5に示すように、重り24を保持した梁26が重り24のZ軸方向の中央部に接続するように本体部20を形成し、重り24の下面にXY軸方向に対称に延びた可動反射部30を接続しても良い。この可動反射部30は、例えば、鏡面を有した金属薄板やガラス薄板である。また、保持板18を省略して、基板12から光コネクタ38を介してレーザ光bの授受を行っても良い。
Further, as shown in FIG. 5, the
さらに、図6に示すように、ビームスプリッタ14,15,16に接続する光路を本体20の側方に位置させ、ビームスプリッタ14,15,16の側面及び枠部材36の側方に光コネクタ38を設けたものでも良い。
Further, as shown in FIG. 6, the optical paths connected to the
次に、この発明の第二実施形態について、図7〜図9を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態も加速度センサについてのもので、この実施形態の加速度センサ60は、本体部20に固定される基板12に、上記実施形態のビームスプリッタ14,15,16の代わりに、各々1/4波長板62を設けたもので、本体部20には上記実施形態と同様に、重り24の下面、重りと一体の可動板28の下面に可動反射部30が設けられたものである。1/4波長板62は、重り24の下面、及び互いに直交して延出した一対の可動板28の下面に対面して、3個設けられている。1/4波長板62は、直線偏光したレーザ光が入射すると、円偏光させて出射し、円偏光したレーザ光が入射すると、直線偏光にして出射する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the same members as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. This embodiment also relates to an acceleration sensor. The
この実施形態の加速度センサ60の駆動検知回路部64は、図9に示すように、互いに僅かに波長の異なる一対のレーザダイオード等のレーザ光源66,67と、各レーザ光源66,67からのレーザ光b1,b2を分岐するものであって、レーザ光源66,67からのレーザ光b1,b2を一部透過し一部を反射する第一のビームスプリッタ68を有する。この第一のビームスプリッタ68からの干渉光の光路上には、検光子72と、第一のビームスプリッタ68からの干渉光を受光するフォトダイオード等の第一の受光素子70を有する。
As shown in FIG. 9, the drive
さらに、第一のビームスプリッタ68に隣接して、第一のビームスプリッタ68より入射する各レーザ光源66,67からのレーザ光b1,b2のうち、レーザ光の偏光面の向きにより、一方のレーザ光源66からのレーザ光b1を透過させ、他方のレーザ光源67からのレーザ光b2を反射し、後述する固定反射部74に向かわせる偏光ビームスプリッタである第二のビームスプリッタ76を備えている。この実施形態では、レーザ光源66のレーザ光b1の偏光面は図面上において垂直方向であるとすると、レーザ光源67のレーザ光b2の偏光面は図面上において水平方向に設定されている。これにより、第二のビームスプリッタ76により、レーザ光源66,67からのレーザ光b1,b2を選択的に透過または反射させている。
Further, of the laser beams b1 and b2 from the
第二のビームスプリッタ76で反射したレーザ光源67のレーザ光b2の光路上には、1/4波長板80と固定反射部74が設けられ、固定反射部74で反射したレーザ光b2は、第二のビームスプリッタ67に戻り、透過する。また、第二のビームスプリッタ76を透過したレーザ光源66のレーザ光b1は、駆動検知回路部64内の集光ボールレンズ84を経て、光コネクタ43から出射される。
On the optical path of the laser beam b2 of the
また、駆動検知回路部64には、可動反射部30で反射して戻ってきたレーザ光源66のレーザ光b1が第二のビームスプリッタ76で反射し、レーザ光源66,67のレーザ光b1,b2の光路が一致する。そして、その光路上には、検光子78と、その干渉光を受光するフォトダイオード等の第二の受光素子82が設けられている。
In addition, the laser beam b1 of the
駆動検知回路部64には、受光素子70,82により受光した信号を処理する信号変換部50が接続されている。信号変換部50では、後述する処理方法により、可動反射部30の変位を検知して、加速度を算出する。
A
この実施形態の加速度センサ60の検知方法は、互いに僅かに波長の異なる一対のレーザ光源66,67からのレーザ光b1,b2の干渉を利用している。即ち、光のヘテロダイン干渉を利用しているもので、一対のレーザダイオード等のレーザ光源66,67の、本体部20の可動反射部30からの反射光であるレーザ光b1と固定反射部74からの反射光であるレーザ光b2とによる干渉光と、固定された光路による同様の干渉光とから、可動反射部30の変位を求めるものである。
The detection method of the
この実施形態では、互いに僅かに波長の異なる一対のレーザダイオード等のレーザ光源66,67からの各レーザ光b1,b2は、固定された光路上の第一のビームスプリッタ68により、検光子72を経て第一の受光素子70に各々入射し、干渉により所定の周期で強度が変化する。この強度Iの変化は以下の式(2)で表される。同様に、一対のレーザダイオード等のレーザ光源66,67からのレーザ光b1,b2は、第二のビームスプリッタ76により、固定反射部74と可動反射部30へ向かうレーザ光b1,b2に分けられ、それらの各反射光が第二のビームスプリッタ76に戻り、光路が一致されて検光子78を経て干渉光となり、第二の受光素子82に入射する。この強度Iの変化も、以下の式(2)で表される。
In this embodiment, the laser beams b1 and b2 from a pair of
I=A1 2+A2 2+2A1A2cos[(ω2−ω1)t+(ψ2−ψ1)] ・・・(2)
A1、ω1、ψ1は、レーザ光源66のレーザ光b1の振幅、角速度、位相、A2、ω2、ψ2は、レーザ光源67のレーザ光b2の振幅、角速度、位相である。
I = A 1 2 + A 2 2 + 2A 1 A 2 cos [(ω 2 −ω 1 ) t + (φ 2 −φ 1 )] (2)
A 1 , ω 1 , and ψ 1 are the amplitude, angular velocity, and phase of the laser light b 1 of the
これにより、第一の受光素子70での基準となる干渉光の強度Iの変化に対して、第二の受光素子82での干渉光の強度Iの変化の遅れ等を検知することにより、レーザ光源66,67のレーザ光b1,b2の、可動反射部30の移動による光路差を測定することができる。
Thus, the laser beam is detected by detecting a delay in the change in the intensity I of the interference light in the second
そこで、この実施形態におけるレーザ光源66,67の各レーザ光b1,b2の動きを詳述する。先ずこの実施形態では、レーザ光源66のレーザ光b1の偏光面は図面上において垂直方向であり、レーザ光源67のレーザ光b2の偏光面は図面上において水平方向に設定されているので、第一のビームスプリッタ68を透過したレーザ光源66のレーザ光b1と、第一のビームスプリッタ68で反射したレーザ光源67のレーザ光b2とは、偏光面が互いに直角で検光子72に入射する。検光子72は、偏光面が図面上で斜め45°に設定されており、各レーザ光b1,b2のうちの検光子72の偏光面に沿った各レーザ光成分を透過し、これにより干渉光が形成され、第一の受光素子70に入射する。入射した干渉光は、式(2)に従って強度Iが変化する。
Therefore, the movement of the laser beams b1 and b2 of the
また、第二の受光素子82に入射するレーザ光b1,b2のうち、レーザ光源67からのレーザ光b2は、ビームスプリッタ68を透過し、第二のビームスプリッタ76で反射し、さらに固定反射部74で反射されて戻る。このレーザ光b2は、固定反射部74と対面した1/4波長板80を往復するので、固定反射部74で反射されたレーザ光bの偏光面が90°回転し、第二のビームスプリッタ76を透過する。
Of the laser beams b1 and b2 incident on the second
一方、第二のビームスプリッタ76を透過したレーザ光源66からのレーザ光b1は、ボールレンズ84で集光され、光ファイバ40を経て、光コネクタ38に向かう。さらにレーザ光b1は、光コネクタ38から1/4波長板62を経て、可動反射部30で反射して再びに1/4波長板62を経て、光ファイバ40に戻る。この戻ってきたレーザ光b1は、駆動検知回路部64で、光コネクタ43を経て第二のビームスプリッタ76に入射する。可動反射部30から戻ってきたレーザ光b1は、本体部20の1/4波長板62を往復するので偏光面が90°回転しており、第二のビームスプリッタ76で反射する。
On the other hand, the laser beam b 1 from the
これにより、レーザ光源66,67からのレーザ光b1,b2のうち、固定反射部74で反射したレーザ光b2と可動反射部30で反射したレーザ光b1の光路が第二のビームスプリッタ76で一致し、検光子78に入射する。第二のビームスプリッタ76を透過したレーザ光源66のレーザ光b1と、第二のビームスプリッタ76で反射したレーザ光源67のレーザ光b2とは、偏光面が互いに直角であるが、検光子78は、偏光面が図面上で斜め45°に設定されており、検光子78の偏光面に沿った各レーザ光成分が透過し、これにより干渉光が形成される。そして、第二の受光素子82に入射した干渉光は、式(2)に従って強度Iが変化する。
As a result, of the laser beams b1 and b2 from the
第一の受光素子70に入射する干渉光は、光路が固定された各レーザ光b1,b2による干渉光であり、一定のタイミングで干渉光の強度Iが変化し、第一の受光素子70による基準値となる。また、第二の受光素子82に入射する干渉光は、可動反射部30からの反射光を含み、その光路長は加速度により可動反射部30が移動することにより変化する。その光路長の違いは、第二の受光素子82の受光強度変化の上記基準値に対するずれとして表れ、第二の受光素子82の受光強度変化の上記基準値との差を求めることにより加速度を算出することができる。
The interference light incident on the first
この実施形態の加速度センサ60によっても上記第一の実施形態と同様の効果を得ることができ、より高精度に加速度の検知を行うことができる。
The
この実施形態の加速度センサ60は、図10に示すように、重り24を保持した梁26が重り24の中央部に接続するように本体部20を形成し、重り24の下面にXY軸方向に対称に延びた可動反射部30を接続しても良い。この可動反射部30は、例えば、鏡面を有した金属薄板やガラス薄板である。また、この実施形態においても、保持板18を省略して、基板12から光コネクタ38を介してレーザ光b1の授受を行っても良い。
In the
さらに、図11に示すように、各1/4波長板62に接続する光路を本体20の側方に位置させ、枠部材36の側方に光コネクタ38を設けたものでも良い。
Furthermore, as shown in FIG. 11, the optical path connected to each quarter-
なお、この発明の光干渉型センサは、上記実施形態に限定されるものではなく、重りや梁、可動板を薄いダイヤフラムに置き換えて、圧力センサとして利用することも可能である。この場合も、ダイヤフラムの位置変化を光学的に検知するものであり、静電容量型の圧力センサと比較して、上記実施形態と同様の効果を有する。その他、物理的な歪みを検知するセンサに適宜利用可能なものである。 The optical interference sensor of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be used as a pressure sensor by replacing weights, beams, and movable plates with thin diaphragms. Also in this case, a change in the position of the diaphragm is optically detected, and the same effect as that of the above-described embodiment is obtained as compared with the capacitance type pressure sensor. In addition, it can be suitably used for a sensor for detecting physical distortion.
その他、レーザ光の波長やレーザ素子、受光素子、その他光学素子等は適宜選択可能なものであり、光学系の配置も適宜設定可能なものである。 In addition, the wavelength of the laser light, the laser element, the light receiving element, and other optical elements can be selected as appropriate, and the arrangement of the optical system can also be set as appropriate.
10 加速度センサ
12 基板
14,15,16 ビームスプリッタ
20 本体部
24 重り
26 梁
28 可動板
30 可動反射部
32 固定反射部
44 レーザ光源
46 受光素子
DESCRIPTION OF
Claims (8)
The cantilevered movable plates extend in four directions symmetrically to each other, and a pair of movable plates positioned perpendicularly to each other and a movable reflecting portion provided on the weight each have the ¼ wavelength. 6. The optical interference sensor according to claim 5, wherein the plates face each other.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004164397A JP2005345230A (en) | 2004-06-02 | 2004-06-02 | Optical interference type sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004164397A JP2005345230A (en) | 2004-06-02 | 2004-06-02 | Optical interference type sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005345230A true JP2005345230A (en) | 2005-12-15 |
Family
ID=35497761
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004164397A Pending JP2005345230A (en) | 2004-06-02 | 2004-06-02 | Optical interference type sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005345230A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009288247A (en) * | 2008-05-30 | 2009-12-10 | Northrop Grumman Guidance & Electronics Co Inc | Self-calibrating laser semiconductor accelerometer |
CN102621347A (en) * | 2012-03-21 | 2012-08-01 | 浙江大学 | Reflective optical fiber accelerometer compatible with optical fiber gyroscope |
WO2013184515A1 (en) | 2012-06-06 | 2013-12-12 | Northrop Grumman Systems Corporation | Optical accelerometer system |
CN107271718A (en) * | 2017-06-16 | 2017-10-20 | 南京信息工程大学 | A kind of Michelson interference wind speed measuring device and its wind speed computational methods |
US11047688B2 (en) | 2017-10-13 | 2021-06-29 | Northrop Grumman Systems Corporation | Flange-bonded loopback for fiber-optic gyroscope (FOG) |
-
2004
- 2004-06-02 JP JP2004164397A patent/JP2005345230A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009288247A (en) * | 2008-05-30 | 2009-12-10 | Northrop Grumman Guidance & Electronics Co Inc | Self-calibrating laser semiconductor accelerometer |
CN102621347A (en) * | 2012-03-21 | 2012-08-01 | 浙江大学 | Reflective optical fiber accelerometer compatible with optical fiber gyroscope |
WO2013184515A1 (en) | 2012-06-06 | 2013-12-12 | Northrop Grumman Systems Corporation | Optical accelerometer system |
JP2015522807A (en) * | 2012-06-06 | 2015-08-06 | ノースロップ グルマン システムズ コーポレーションNorthrop Grumman Systems Corporation | Optical accelerometer system |
EP2859302A4 (en) * | 2012-06-06 | 2016-02-10 | Northrop Grumman Systems Corp | Optical accelerometer system |
CN107271718A (en) * | 2017-06-16 | 2017-10-20 | 南京信息工程大学 | A kind of Michelson interference wind speed measuring device and its wind speed computational methods |
US11047688B2 (en) | 2017-10-13 | 2021-06-29 | Northrop Grumman Systems Corporation | Flange-bonded loopback for fiber-optic gyroscope (FOG) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2612361C2 (en) | Lithography system with differential interferometer module | |
KR101495670B1 (en) | Surface sensing device with optical monitoring system | |
EP2150770B1 (en) | Optical distance sensor | |
US7355719B2 (en) | Interferometer for measuring perpendicular translations | |
CN100434862C (en) | Method for measuring minute angle based on self-commix interference of laser and apparatus thereof | |
JP6514841B1 (en) | Optical module | |
US10422696B2 (en) | Optical module | |
JPH03223609A (en) | Touch probe | |
US9127924B2 (en) | Interferometer | |
CN100529761C (en) | Gleam dynamoelectric acceleration gauge based on laser feedback interference | |
JP2005345230A (en) | Optical interference type sensor | |
US20070103694A1 (en) | Interferometry system | |
US5187545A (en) | Integrated optical position measuring device and method with reference and measurement signals | |
CN113701645B (en) | Two-degree-of-freedom heterodyne grating interferometer | |
JP6791471B2 (en) | How to assemble a coherent receiver | |
CN115031630A (en) | Optical frequency comb dispersion interference plane pose measuring device and measuring method | |
JP2020085704A (en) | Multiaxis laser interference length measurer | |
CN104266583A (en) | Multi-degree-of-freedom measuring system | |
JPH11257915A (en) | Interferometer for measuring displacement | |
US11808654B2 (en) | Integrated optical transducer and method for detecting dynamic pressure changes | |
US20200249322A1 (en) | Steering multiple lidar output signals | |
JPH0754802Y2 (en) | Contact type profilometer | |
JP2023100358A (en) | Laser interference device | |
KR100326170B1 (en) | Measuring device for waveguides pitch of optical device | |
JP2000028316A (en) | Integrated micro displacement gauge |