JP2745596B2

JP2745596B2 - 導波型速度センサ

Info

Publication number: JP2745596B2
Application number: JP63308185A
Authority: JP
Inventors: 速美細川; 牧山下
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1988-12-06
Filing date: 1988-12-06
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JPH02154189A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、導波型速度センサに関する。

（従来の技術）第３図は従来例の導波型速度センサの概略構成を示す
平面図である。第３図において、符号２は従来例の導波
型速度センサの全体を示している。この導波型速度セン
サ２において、４は基板、６〜26は基板４に形成された
光導波路、28は光導波路６への入射光、30は光導波路６
からの出射光、32は光導波路10に設けられたモードスプ
リッタ、34は光導波路12に設けられたモードコンバー
タ、36は光導波路24に設けられた電気光学効果タイプの
周波数シフタ、38は光導波路14の端面に設けられたミラ
ー、40は光導波路20の端面に設けられた光ファイバ、42
は移動速度が検出されるべきミラーである。

上記構成の導波型速度センサ２の作用について説明す
る。

まず、光導波路６に周波数f0の入射光28が入射される
と、その入射された光は光導波路６から光導波路８と12
とにＹ分岐される。光導波路８側に分岐された光は、光
導波路10に導波されてモードスプリッタ32を介して光導
波路20に導波される。そして、その光導波路20に導波さ
れた光は光ファイバ40を介して移動速度を検出されるべ
き対象物体である反射ミラー42で反射されてのち、ふた
たび光ファイバ40を介して光導波路20内に導波される。
ここで、43は反射ミラー42への入射光、45は反射ミラー
42からの反射光である。そして、この反射光45が信号光
となる。このときの光の周波数はミラー42の移動速度に
対応した周波数（fo＋fs）に変換されている。そして、
その光は光導波路20から光導波路18、さらに光導波路16
に導波される。

一方、光導波路６から光導波路12側に分岐された入射
光28は、モードコンバータ34でモード変換されるととも
に、光導波路14を介して反射ミラー38で反射されての
ち、光導波路26に導波されるとともに、光導波路24に導
波される。このとき、光導波路24に設けられた周波数シ
フタ36によりその光は周波数シフトされる結果、その光
は周波数（f0＋fr）になる。この周波数シフタ36で周波
数シフトされた光は参照光46として光導波路22を介して
光導波路16に導波される。

そして、光導波路18と22とからそれぞれ光導波路16に
導波された周波数が（fo＋fs）の信号光45と周波数が
（f0＋fr）の参照光46とは、分岐部のところでビート作
用を受ける結果、その光導波路16に導波される光の周波
数は（fs−fr）となる。この場合frの周波数成分は周波
数シフタ36で決定される基準周波数であり、fsの周波数
成分はミラー42の移動速度に対応した比較周波数である
ので、光導波路16側に設けられた図示しないスペクトラ
ムアナライザでもってfrとfsの周波数差から反射ミラー
42の移動速度を検出することができる。

（発明が解決しようとする課題）上記のような構成を有する従来例の導波型速度センサ
２にあっては、周波数シフタ36が電気光学効果を利用し
たタイプのものであるために、その周波数シフタ36に対
して光を２回往復させた場合は、その光の周波数がシフ
トされなくなることから、この周波数シフタ36に対して
は光を１回だけ導波される構成にする必要がある。

ところが、周波数シフタ36に対して光を１回のみ導波
させる構成にした場合、光導波路の構成が第３図に示す
ようにたいへん複雑化するという問題がある。また、光
導波路の構成が複雑化することは、それだけ光の損失も
増大することになるので、その損失を抑制するために、
モードスプリッタ32とか、モードコンバータ34といった
サイズの大きな素子が必要となって一層その構成が複雑
化するのみならず、全体のサイズの大形化を招来してし
まうという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、
光導波路の構成が簡素になるとともに、全体のサイズの
小形化が可能な導波型速度センサを提供することを目的
としている。

（課題を解決するための手段）このような目的を達成するために、本発明の導波型速
度センサにおいては、対象物体の移動速度に応じてドッ
プラシフトされることで周波数シフトされた信号光を導
波する第１の光導波路と、所定の周波数の参照光を導波
する第２の光導波路とを備えたものにおいて、前記第２
の光導波路中を前記参照光が往復するように構成すると
ともに、当該第２の光導波路中に音響光学効果タイプの
周波数シフタを配置したことを特徴としている。

（作用）第１の光導波路中の信号光は、対象物体の移動速度に
応じてドップラシフトされることで周波数シフトされて
いる。第２の光導波路中の参照光は、当該第２の光導波
路中を往復している。そして、その参照光はその往復の
過程で当該第２の光導波路中に音響光学効果タイプの周
波数シフタにより元のモードに変換されている。

したがって、対象物体の移動速度に対応して周波数シ
フトされた信号光と、参照光とはモードが同一であるか
ら合光されるとそれぞれの周波数成分はビートされ、そ
のビート周波数に基づいての対象物体の移動速度の検出
が可能となる。

（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。

第１図は本発明の一実施例に係る導波型速度センサの
概略構成を示す平面図である。第１図において、符号50
は本実施例の導波型速度センサの全体を示している。こ
の導波型速度センサ50において、52はＺカットのニオブ
酸リチウム（LiNbO₃）でつくられた基板、54〜62は全体
がＹ分岐構成の光導波路である。64は光導波路60の途中
部に設けられた音響光学効果タイプの周波数シフタ、66
は光導波路60の基板52端部における終端に設けられた端
面反射ミラー、68は光導波路62の基板52端部における終
端から所定距離のところに配置されたコリメートレン
ズ、70は移動速度を検出されるべき対象物体となる反射
ミラーである。なお、本実施例ではコリメートレンズ68
を設けたが、このコリメートレンズ68の代わりに偏波面
保存タイプの光ファイバの一端を光導波路62の終端に対
向させて設け、その光ファイバの他端にロッドレンズを
設けるとともに、その光ファイバの他端に対向して反射
ミラー70を配置するようにしてもよい。

ここで、周波数シフタ64の構成について説明すると、
この周波数シフタ64は、光導波路60の途中部に設けられ
た一対の櫛形電極72,72と、この櫛形電極72,72の両側の
それぞれに設けられた弾性表面吸収層74,74とからなる
とともに、櫛形電極72,72に高周波電圧が印加されるこ
とでこの櫛形電極72,72からは光導波路60に対して２点
鎖線で示されるように弾性表面波75が伝搬されるように
なっている。

作用を説明する。

まず、周波数がf0の入射光76が光導波路54に入射され
る。光導波路54に入射された光76は、Ｙ分岐されて光導
波路56と58とにそれぞれ導波される。光導波路56側に導
波された周波数f0の光76は、周波数シフタ64でモード変
換され、それに伴って弾性表面波75の周波数frだけ周波
数シフトされる。周波数シフトされた光は端面反射ミラ
ー66で反射されてふたたび周波数シフタ64で周波数frだ
けさらに周波数シフトされる結果、光導波路52に戻って
くると光（参照光77）の周波数は結局、（f0＋2fr）と
なる。

一方、光導波路58側に導波された光76は、さらに光導
波路62に導波されるとともに、その光導波路62の終端か
ら出射されてコリメートレンズ68を介して反射ミラー70
で反射されてふたたび光導波路62から58へと戻ってく
る。このとき、反射ミラー70に入射した光76の周波数f0
は反射ミラー70の移動速度に応じてドップラシフトされ
る結果、反射ミラー70で反射された光（信号光78）の周
波数は（f0＋fs）となる。

そして、ドップラシフトされて周波数が（f0＋fs）と
なって光導波路58を導波されてくる信号光78と、光導波
路56を導波されてくる周波数が（f0＋2fr）の参照光77
とがＹ分岐部でビート作用を受ける結果、光導波路54か
ら出射される出射光79の周波数は（2fr-fs）となる。

したがって、その出射光79の周波数を検出することに
より、反射ミラー70の移動速度を検出することができ
る。

第２図は本発明の他の実施例に係る導波型速度センサ
の概略構成を示す平面図であり、第１図と対応する部分
には同一の符号を付すとともに、その同一符号に係る部
分についての説明は省略する。

第２図の実施例の導波型速度センサ100においては、8
0〜94で構成される各光導波路が非対称Ｘ分岐タイプの
ものであって、光導波路86に周波数シフタ64が、また光
導波路94の終端にロッドレンズ98付きの偏波面保存光フ
ァイバ96がそれぞれ設けられているとともに、入射光76
と出射光79とが分離されていることに特徴を有してい
る。

その他の構成は第１図と同様であるからその説明は省
略する。また、その作用も第１図の実施例と同様である
からその説明は省略する。

（発明の効果）以上説明したことから明らかなように本発明によれ
ば、音響光学効果タイプの周波数シフタを用いるととも
に、その周波数シフタに対して光を往復させることがで
きることから、光導波路の構成が簡素化する。そして、
光導波路の構成の簡素化に伴って光損失も低減するので
従来例のような光損失に対応するために必要とされてい
たモードスプリッタとかモードコンバータという素子も
不要となり、その結果、構成がより簡素化するうえ全体
のサイズも大幅に小形化させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る導波型速度センサの概
略構成を示す平面図、第２図は本発明の他の実施例に係
る導波型速度センサの概略構成を示す平面図である。第３図は従来例に係る導波型速度センサの平面図であ
る。 50,100……導波型速度センサ、52……基板、54〜62,80
〜94……光導波路、64……周波数シフタ、66……端面反
射ミラー、70……反射ミラー（対象物体）、77……参照
光、78……信号光。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物体の移動速度に応じてドップラシフ
トされることで周波数シフトされた信号光を導波する第
１の光導波路と、所定の周波数の参照光を導波する第２
の光導波路とを備えた導波型速度センサにおいて、前記第２の光導波路中の前記参照光が往復するように構
成するとともに、当該第２の光導波路中に音響光学効果
タイプの周波数シフタを配置したことを特徴とする導波
型速度センサ。