JP4250070B2 - Optical sensor - Google Patents
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Description
本発明は、マイケルソン干渉計又はマッハツェンダー干渉計に物理量検出媒質を組み合わせた光センサに係り、特に変調器の制御信号線が簡素化できる光センサに関する。 The present invention relates to an optical sensor in which a physical quantity detection medium is combined with a Michelson interferometer or a Mach-Zehnder interferometer, and more particularly to an optical sensor that can simplify a control signal line of a modulator.
マッハツェンダー干渉計に物理量検出媒質を組み合わせた光センサが知られている。図16に示した光センサは、 光源161と、光源161の光を2路の光経路(光経路Sという)162及び光経路(光経路Lという)163に分岐して再び合波するマッハツェンダー干渉計164と、このマッハツェンダー干渉計164の中で一方の光経路S162(又は光経路L163)に取り付けられ検出対象の物理量に応じた位相変化を光に与える物理量検出媒質165と、このマッハツェンダー干渉計164の中で少なくとも一方の変調用光経路に挿入され電気信号に基づいて光を変調する変調器166と、このマッハツェンダー干渉計164からの光を受光する受光器167とを備える。 光源161の光を導く光伝送路168にはこのマッハツェンダー干渉計164の光分波器169が接続され、マッハツェンダー干渉計164の光合波器170には受光器167まで光を導く光伝送路171が接続されている。光経路S162の光路長をLS、光経路L163の光路長をLLとする。
An optical sensor in which a physical quantity detection medium is combined with a Mach-Zehnder interferometer is known. The optical sensor shown in FIG. 16 includes a light source 161 and a Mach-Zehnder that splits the light from the light source 161 into two optical paths (referred to as an optical path S) 162 and an optical path (referred to as an optical path L) 163 and combines them again. An
光源161から出射されたコヒーレント長LCの光は、光伝送路168を通過した後、光分波器169により光経路S162と光経路L163とに分岐される。光経路S162内には物理量検出媒質165が配置されているため、光経路S162が物理量の大きさに対応して光路長変化或いは屈折率変化する。一方、光経路S162内には変調器166が配置されているため、通過する光には電気信号に基づいて光路長変化或いは屈折率変化に相当する光変調が与えられる。両光経路162,163を通過した光が光合波器170で混合される。光路長LSと光路長をLLと他の共通する光路長とが式(1)を満たし、両光経路162,163の偏光方向が一致すると、光干渉が起きる。
The light having the coherent length L C emitted from the light source 161 passes through the optical transmission path 168, and then is branched into the optical path S162 and the optical path L163 by the
|LS−LL|≦LC (1) | L S −L L | ≦ L C (1)
変調器166を制御することで、光干渉強度のみを分離することができる。この光干渉強度から物理量検出媒質165による光路長変化或いは屈折率変化を精密に計測することができる。
By controlling the
図16の光センサを用いた計測システムを図17に示す。この計測システムは、図16で説明した光センサのうちマッハツェンダー干渉計164の部分からなる検出部173と、光源161・受光器167を含んだ制御部174とからなり、検出部173と制御部174との間には、光源161と光分波器169とを結ぶ光伝送路168、光合波器170と受光器167とを結ぶ光伝送路171、変調器166に制御信号を伝送する信号線175が設けられる。
A measurement system using the optical sensor of FIG. 16 is shown in FIG. This measurement system includes a detection unit 173 including the Mach-Zehnder
制御部174と検出部173との間の距離が長くなると、信号線175で伝送される制御信号に遅れが生じるため、計測精度が悪くなるという問題がある。
When the distance between the
図16の光センサを複数用いた多点計測システムを図18に示す。この計測システムは、図17で説明した1つの制御部174に対し複数の検出部173a,173bが設けられている。光伝送路168,171に対し、複数の検出部173a,173bは並列に接続することもできるし、直列に接続することもできる。つまり、多点計測でも2路の光伝送路168,171があればよい。
FIG. 18 shows a multipoint measurement system using a plurality of optical sensors of FIG. In this measurement system, a plurality of detection units 173a and 173b are provided for one
しかし、検出部173a,173bのそれぞれの変調器166a,bに制御信号を伝送するために2本の信号線175a,175bが必要である。変調器166a,bも検出部173の個数だけ必要である。これらの必要部材のため、コストが高くなるという問題がある。 However, two signal lines 175a and 175b are required to transmit control signals to the modulators 166a and 166b of the detection units 173a and 173b. The number of modulators 166a and 166b is also required as many as the number of detectors 173. Due to these necessary members, there is a problem that the cost becomes high.
検出部173にマッハツェンダー干渉計164を用いずマイケルソン干渉計を用いる場合には、分岐した一方の光経路S162(又は光経路L163)を光伝送路168(又は光伝送路171)として用い、変調器166を制御部174に配置することができ、制御信号を伝送するための信号線を短くすることができる。しかし、この構成では、マイケルソン干渉計の内部の一方の光経路が制御部174への光伝送路として用いられているため、検出部173の設置の都合で光伝送路の長さを変えると、マイケルソン干渉計の内部のもう一方の光経路の長さも変える必要が生じる。つまり、制御部と検出部とが完全に独立して分離されているというわけではない。
When a Michelson interferometer is used instead of the Mach-Zehnder
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、変調器の制御信号線が簡素化できる光センサを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical sensor that can solve the above-described problems and can simplify a control signal line of a modulator.
上記目的を達成するために本発明は、光源と、光源の光を2路の検出用光経路に分岐して再び合波する複数の検出用光干渉計と、該検出用光干渉計各々の中で一方の検出用光経路に取り付けられ検出対象の物理量に応じた位相変化を光に与える物理量検出媒質と、前記検出用光干渉計各々からの光を合波する複数の光合波器と、該複数の光合波器によって合波された光を伝送する光伝送路と、該光伝送路からの光を2路の変調用光経路に分岐して再び合波する1つの変調用光干渉計と、該変調用光干渉計の中で変調用光経路に挿入され光を変調する変調器と、前記変調用光干渉計からの光を受光する受光器とを備え、前記光源と前記受光器と前記変調用光干渉計とが互いに近接して配置された制御部が構成され、この制御部より遠隔に前記検出用光干渉計が配置され、前記制御部から前記検出用光干渉計まで光を往復させる1路の光伝送路が布設され、この光伝送路の制御部側に、光源の光を光伝送路に導き光伝送路からの光を変調用光干渉計に導く制御部用光合分波器が設けられたものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a light source, a plurality of detection optical interferometers for branching the light from the light source into two detection optical paths and recombining them, and each of the detection optical interferometers. A physical quantity detection medium that is attached to one of the detection optical paths and gives the light a phase change corresponding to the physical quantity of the detection target, and a plurality of optical multiplexers that combine the light from each of the detection optical interferometers, An optical transmission path for transmitting the light combined by the plurality of optical multiplexers, and one modulation optical interferometer for branching the light from the optical transmission path into two modulation optical paths and recombining them A modulator that is inserted into a modulation optical path in the modulation optical interferometer and modulates light, and a light receiver that receives light from the modulation optical interferometer, the light source and the light receiver And a modulation optical interferometer are arranged in close proximity to each other, and the detection unit is remote from the control unit. An optical interferometer is disposed, and one optical transmission path for reciprocating light from the control unit to the detection optical interferometer is laid, and the light from the light source is transmitted to the control unit side of the optical transmission path. And a control unit optical multiplexer / demultiplexer that guides the light from the optical transmission path to the modulation optical interferometer .
前記検出用光干渉計は、光源の光を2路の検出用光経路に分岐すると共にこれら検出用光経路からの反射戻り光を合波して取り出す検出用光合分波器と、前記2路の検出用光経路のそれぞれの終端から光を反射させる2つの反射器とを備えてもよい。 The detection optical interferometer includes a detection optical multiplexer / demultiplexer for branching light from a light source into two detection optical paths and combining and extracting reflected return light from these detection optical paths, and the two paths And two reflectors for reflecting light from the respective ends of the detection optical path.
前記変調用光干渉計は、前記検出用光干渉計からの光を2路の変調用光経路に分岐すると共にこれら変調用光経路からの反射戻り光を合波して取り出す光合分波器と、これら2路の変調用光経路のそれぞれの終端から光を反射させる2つの反射器とを備えてもよい。 The modulation optical interferometer includes: an optical multiplexer / demultiplexer that branches the light from the detection optical interferometer into two modulation optical paths and combines and extracts the reflected return light from the modulation optical paths; Two reflectors that reflect light from the respective ends of the two modulation light paths may be provided.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
(1)変調器の制御信号線が簡素化できる。 (1) The control signal line of the modulator can be simplified.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、本発明に係る光センサは、光源1と、光源1の光を2路の検出用光経路2,3に分岐して再び合波する検出用光干渉計としての検出用マッハツェンダー干渉計4と、検出用マッハツェンダー干渉計4の中で一方の検出用光経路2に取り付けられ検出対象の物理量に応じた位相変化を光に与える物理量検出媒質5と、検出用マッハツェンダー干渉計4からの光を2路の変調用光経路6,7に分岐して再び合波する変調用マイケルソン干渉計8と、変調用マイケルソン干渉計8の中で少なくとも一方の変調用光経路6に挿入され光を変調する変調器9と、変調用マイケルソン干渉計8からの光を受光する受光器10とを備える。
As shown in FIG. 1, the optical sensor according to the present invention is a
検出用マッハツェンダー干渉計4は、光源1からの光を2路の検出用光経路2,3に分岐する光分波器11と、これら2路の検出用光経路2,3からの光を合波する光合波器12とを備える。
The detection Mach-Zehnder
変調用マイケルソン干渉計8は、検出用マッハツェンダー干渉計4からの光を2路の変調用光経路6,7に分岐すると共にこれら変調用光経路6,7からの反射戻り光を合波して取り出す光合分波器13と、これら2路の変調用光経路6,7のそれぞれの終端から光を反射させる2つの反射器14,15とを備える。
The modulation Michelson
光源1の光を導く光伝送路16にはマッハツェンダー干渉計4の光分波器11が接続され、マッハツェンダー干渉計4の光合波器12には変調用マイケルソン干渉計8の光合分波器13まで光を導く光伝送路17が接続され、この光合分波器13には受光器10まで光を導く光伝送路18が接続されている。
An optical demultiplexer 11 of the Mach-Zehnder
物理量検出媒質5が設けられた検出用光経路2を光経路S2と呼び、検出用光経路3を光経路Lと呼ぶことにする。光経路S2の光路長をLS、光経路L163の光路長をLLとする。また、変調器9が設けられた変調用光経路6を光経路Mod6と呼び、変調用光経路7を光経路M7と呼ぶ。光経路Mod6の光路長をLMod、光経路M7の光路長をLMとする。
The detection
光源1から出射されたコヒーレント長LCの光は、光伝送路16を通過した後、光分波器11により光経路S2と光経路L3とに分岐される。光経路S2内には物理量検出媒質5が配置されているため、光経路S2が物理量の大きさに対応して光路長変化或いは屈折率変化する。両光経路2,3を通過した光が光合波器12で合波される。光路長LSと光路長をLLとが式(2)を満たし、両光経路2,3の偏光方向が一致しても、光干渉は起きない。
The light of the coherent length L C emitted from the
|LS−LL|>>LC (2) | L S −L L | >> L C (2)
この後、光は、光伝送路17を通過し、光合分波器13により光経路Mod6と光経路M7とに分岐される。分岐されたそれぞれの光は、反射器14,15で反射されて光合分波器13に戻って合波される。このとき、光路長LSと光路長をLLと光路長LModと光路長LMとが式(3)を満たすことで、初めて光干渉が起きる。
Thereafter, the light passes through the
|LS+2×LMod−LL+2×LM|≦LC (3) | L S + 2 × L Mod −L L + 2 × L M | ≦ L C (3)
なお、反射器14,15での反射により光は光経路Mod6及び光経路M7を2回通過するので光路長LModおよび光路長LMは2倍されている。光伝送路16及び光伝送路17における光路長は、各光干渉計内の光経路によらず共通であるので、消去されている。
Since light passes through the optical path Mod6 and the optical path M7 twice by reflection at the
変調器9を制御することで、光干渉強度のみを分離することができる。この光干渉強度から物理量検出媒質5による光路長変化或いは屈折率変化を精密に計測することができる。
By controlling the
本発明は、電流に対するローレンツ力を利用した光磁気センサに応用できる。即ち、検出用光経路2を光ファイバで構成し、この光ファイバに物理量検出媒質5として金、ニッケル等の金属又は導電性プラスティックなどの導電性物質をコーティングする。この物理量検出媒質5と共に光ファイバをコイル状に巻く。このコイル状に巻かれた物理量検出媒質5に時間的に変動する電流を流すと、検出対象の物理量である磁場に応じたローレンツ力がコイル、即ち光ファイバに生じ、このローレンツ力による光ファイバの歪みにより、検出用光経路2の光路長が変化する。よって、その光路長変化により、検出用光干渉計(検出用マッハツェンダー干渉計4或いは後述する検出用マイケルソン干渉計61)における光干渉が変化する。この光干渉の変化に応じた受光器10の出力変化から磁場の大きさを検出することができる。
The present invention can be applied to a magneto-optical sensor using a Lorentz force with respect to an electric current. That is, the detection
図1に示した本発明の光センサを用いた計測システムを図2に示す。この計測システムは、検出用マッハツェンダー干渉計4と、光源1・受光器10・ 変調用マイケルソン干渉計8を含んだ制御部19とからなり、検出用マッハツェンダー干渉計4と制御部19との間には、これらを往復する光伝送路、即ち光源1と光分波器11とを結ぶ光伝送路20、光合波器12と変調用マイケルソン干渉計8とを結ぶ光伝送路21が布設されている。制御部19には変調器9を制御する変調器制御装置22が設けられる。変調用マイケルソン干渉計8を構成する部材は図1と同じである。
A measurement system using the optical sensor of the present invention shown in FIG. 1 is shown in FIG. The measurement system includes a detection Mach-
本発明の光センサにおいては、物理量検出媒質5を設けている検出用マッハツェンダー干渉計4と変調器9を設けている変調用マイケルソン干渉計8とを別々に構成したので、図2の計測システムのように変調器9を光源1や受光器10と一緒に置くことができ、物理量検出対象が存在している遠隔に配置した検出用マッハツェンダー干渉計4に対しては光伝送路20,21のみを布設し、変調器9のための制御信号線は布設しなくてよい。このため検出用マッハツェンダー干渉計4と制御部19との間の距離が長くなっても、変調器9の制御信号が悪くなることがなくなり、計測精度を高く維持することができる。
In the optical sensor of the present invention, the detection Mach-
また、図2の計測システムにおいて、往復の光伝送路20,21における光路長は、各光干渉計内の光経路によらず共通であるので、式(3)に影響を及ぼさない。従って、光伝送路20,21の長さが変わっても各光干渉計4,8内の各光経路の長さは変える必要がない。また、制御部19内の変調用マイケルソン干渉計8における光経路の長さが変わっても光路長差を維持していれば検出用マッハツェンダー干渉計4の各光経路の長さは変える必要がない。つまり、検出用マッハツェンダー干渉計4と制御部19と光伝送路20,21とが完全に独立しており、それぞれを他に影響なく個別に交換することができる。
In the measurement system of FIG. 2, the optical path lengths in the round trip
さらに、本発明には多点化における利点がある。即ち、往復の光伝送路20,21には複数の検出用マッハツェンダー干渉計4を並列でも直列でも接続することができる。そして、多点になっても変調器9は1つでよく、変調器9のための制御信号線を布設しなくてよいので、コストが高くならない。
Further, the present invention has an advantage in multipointing. That is, a plurality of detection Mach-
図1の光センサを複数用いた多点計測システムを図3、図4に示す。 A multipoint measurement system using a plurality of the optical sensors of FIG. 1 is shown in FIGS.
図3の多点計測システムでは、図2と同じ制御部19からの往復の光伝送路20,21に対し複数の検出用マッハツェンダー干渉計4が間隔をおいて並列に接続されている。詳しく述べると、光伝送路20の途中に設けられた光分波器31aに第1の検出用マッハツェンダー干渉計4aの入射側が接続され、光伝送路21の途中に設けられた光合波器32aに第1の検出用マッハツェンダー干渉計4aの出射側が接続され、光伝送路20の終端に設けられた光分波器31bに第2及び第3の検出用マッハツェンダー干渉計4b,4cの入射側が接続され、光伝送路21の終端に設けられた光合波器32bに第2及び第3の検出用マッハツェンダー干渉計4b,4cの出射側が接続されている。勿論、接続する検出用マッハツェンダー干渉計4の個数には制限はない。
In the multipoint measurement system of FIG. 3, a plurality of detection Mach-
図4の多点計測システムでは、図2と同じ制御部19からの往復の光伝送路20,21に対し複数の検出用マッハツェンダー干渉計4が間隔をおいて直列に接続されている。詳しく述べると、光伝送路20には第1の検出用マッハツェンダー干渉計4aの入射側が接続され、その検出用マッハツェンダー干渉計4aの出射側に第2の検出用マッハツェンダー干渉計4b入射側が接続されるというように、順次検出用マッハツェンダー干渉計4の入射側、出射側が接続されて、第3の検出用マッハツェンダー干渉計4cの出射側に光伝送路21が接続されている。勿論、接続する検出用マッハツェンダー干渉計4の個数には制限はない。
In the multipoint measurement system of FIG. 4, a plurality of detection Mach-
図3、図4のような多点計測システムでは、光伝送路21から戻ってきた光を分離するために図5の構成を用いるとよい。即ち、第1、第2、第3の検出用マッハツェンダー干渉計4a,4b,4c(図3、図4参照)における2路の検出用光経路2,3の光路長差が検出用マッハツェンダー干渉計4毎に異なるようにし、その一方で、制御部19においては図5に示されるように、2路の変調用光経路6,7の光路長差を各検出用マッハツェンダー干渉計4a,4b,4cにおける2路の検出用光経路2,3の光路長差と互いに等しくするための複数の余長光経路51a,51b,51cと、その余長光経路51a,51b,51cを切り替える光スイッチ52とが設けられ、この光スイッチ52が変調器の無いほうの変調用光経路7の終端に設けられ、各余長光経路51a,51b,51cの終端にそれぞれ反射器 15a,15b,15cが設けられている。
In the multipoint measurement system as shown in FIGS. 3 and 4, the configuration shown in FIG. 5 may be used to separate the light returned from the
ここで、各検出用マッハツェンダー干渉計4a,4b,4cにおける2路の検出用光経路2,3の光路長差をΔa、Δb、Δcとする。また、変調用光経路6の光路長をLModとし、光スイッチ52の切り替えによる光経路である余長光経路51aと変調用光経路7とを足した光路長をLMa、余長光経路51bと変調用光経路7とを足した光路長をLMb、余長光経路51cと変調用光経路7とを足した光路長をLMcとする。
Here, the optical path length differences between the two detection
このとき、式(4)〜(9)により、特定の検出用マッハツェンダー干渉計4について光干渉が起きるようにすることができる。
At this time, optical interference can occur in the specific detection Mach-
|Δa±2×(LMod−LMa)|≦LC ;±のいずれかを満たす (4)
|Δb±2×(LMod−LMb)|≦LC ;±のいずれかを満たす (5)
|Δc±2×(LMod−LMc)|≦LC ;±のいずれかを満たす (6)
|Δa±2×(LMod−LMb)|>>LC ;±のどちらも成立 (7)
|Δa±2×(LMod−LMc)|>>LC ;±のどちらも成立 (8)
|Δb±2×(LMod−LMc)|>>LC ;±のどちらも成立 (9)
| Δa ± 2 × (L Mod −L Ma ) | ≦ L C ; satisfying any of ± (4)
| Δb ± 2 × (L Mod −L Mb ) | ≦ L C ; satisfy any of ± (5)
| Δc ± 2 × (L Mod −L Mc ) | ≦ L C ; satisfying any of ± (6)
| Δa ± 2 × (L Mod −L Mb ) | >> L C ; both of ± are established (7)
| Δa ± 2 × (L Mod −L Mc ) | >> L C ; both of ± are established (8)
| Δb ± 2 × (L Mod −L Mc ) | >> L C ; both of ± are established (9)
任意の自然数N個の検出用マッハツェンダー干渉計4がある場合には、式(4)〜(9)は式(10)で表される。
When there is an arbitrary natural number N of detection Mach-
|Δj±2×(LMod−LMk)|≦LC:j=k
|Δj±2×(LMod−LMk)|>>LC :j≠k
0<自然数j,k≦N (10)
| Δj ± 2 × (L Mod −L Mk ) | ≦ L C : j = k
| Δj ± 2 × (L Mod −L Mk ) | >> L C : j ≠ k
0 <natural number j, k ≦ N (10)
即ち、各検出用マッハツェンダー干渉計4における2路の検出用光経路2,3の光路長差と変調用マイケルソン干渉計8の各余長光経路51の光路長を上式に従って決めておけば、光スイッチ52の切り替えにより、任意の検出用マッハツェンダー干渉計4を通過した光の干渉を受光器10で計測することができる。
That is, if the optical path length difference between the two detection
光源1としてSLD(スーパルミネセントダイオード)を用いた場合、光源光のコヒーレント長LCは10μm程度である。コヒーレント長の10倍以上を基準とすると、各検出用マッハツェンダー干渉計4同士の光路長差が0.1mm以上離れていれば光干渉を起こさない。よって、検出用マッハツェンダー干渉計4の個数を10としても、式(10)を満たす余長光経路の組み合わせは多数存在する。
When an SLD (super luminescent diode) is used as the
ここまでの実施形態は、検出用光干渉計としてマッハツェンダー干渉計を用いたが、次の実施形態は検出用光干渉計としてマイケルソン干渉計を用いたものである。 In the embodiments described so far, a Mach-Zehnder interferometer is used as the detection optical interferometer. In the next embodiment, a Michelson interferometer is used as the detection optical interferometer.
図6に示されるように、光源1と、光源1の光を2路の検出用光経路2,3に分岐して再び合波する検出用光干渉計としての検出用マイケルソン干渉計61と、検出用マイケルソン干渉計61の中で一方の検出用光経路2に取り付けられ検出対象の物理量に応じた位相変化を光に与える物理量検出媒質5と、検出用マイケルソン干渉計61からの光を2路の変調用光経路6,7に分岐して再び合波する変調用マイケルソン干渉計8と、変調用マイケルソン干渉計8の中で少なくとも一方の変調用光経路6に挿入され光を変調する変調器9と、変調用マイケルソン干渉計8からの光を受光する受光器10とを備える。
As shown in FIG. 6, a
図1と図6の相違箇所である検出用マイケルソン干渉計61は、光源1からの光を2路の検出用光経路62,63に分岐すると共にこれら検出用光経路62,63からの反射戻り光を合波して取り出す検出用光合分波器64と、前記2路の検出用光経路62,63のそれぞれの終端から光を反射させる2つの反射器65,66とを備える。検出用光合分波器64には変調用マイケルソン干渉計8の光合分波器13まで光を導く光伝送路17が接続される。
A
この光センサでは、光源1から出射されたコヒーレント長LCの光は、光伝送路16を通過した後、検出用光合分波器64により検出用光経路62,63に分岐される。検出用光経路62内には物理量検出媒質5が配置されているため、検出用光経路62が物理量の大きさに対応して光路長変化或いは屈折率変化する。検出用光経路62,63に入射した光は反射器65,66で反射されて検出用光合分波器64に戻って合波され、変調用マイケルソン干渉計8に導かれる。
In this optical sensor, the light of the coherent length L C emitted from the
図6に示した本発明の光センサを用いた計測システムを図7に示す。この計測システムは、検出用マイケルソン干渉計61と、光源1・受光器10・ 変調用マイケルソン干渉計8を含んだ制御部19とからなり、検出用マイケルソン干渉計61と制御部19との間には、これらを往復する光伝送路、即ち光源1と検出用光合分波器64とを結ぶ光伝送路20、検出用光合分波器64と変調用マイケルソン干渉計8とを結ぶ光伝送路21が布設されている。
A measurement system using the optical sensor of the present invention shown in FIG. 6 is shown in FIG. This measurement system includes a
この光センサ或いは計測システムでは、光が物理量検出媒質5を2回通過するので図2のものに比べて検出感度が2倍になる。
In this optical sensor or measurement system, light passes through the physical
次の実施形態は、検出用マイケルソン干渉計61と制御部19とを結ぶ光伝送路を1路にしたものである。図8に示される光センサは、図6の光伝送路16,17を一本化するべく1路の光伝送路81を用い、光源1の光を光伝送路81に導き光伝送路81からの光を変調用マイケルソン干渉計8に導く制御部用光合分波器82を設けたものである。検出用マイケルソン干渉計61の検出用光合分波器83は、図6の検出用光合分波器64とは異なり、光伝送路81からの光を2路の検出用光経路62,63に分岐すると共にこれら検出用光経路62,63からの反射戻り光を合波して光伝送路81に戻すようになっている。
In the next embodiment, a single optical transmission line connecting the
この光センサを用いた計測システムは、図9に示されるように、検出用マイケルソン干渉計61から制御部19まで光を往復させる1路の光伝送路91が布設され、光源1の光を光伝送路91に導き光伝送路91からの光を変調用マイケルソン干渉計8に導く制御部用光合分波器92が制御部19内に設けられている。また、検出用マイケルソン干渉計61の検出用光合分波器92は、光伝送路91から入射し反射して戻ってきた光を光伝送路91へ戻すようになっている。
As shown in FIG. 9, the measurement system using this optical sensor is provided with a single optical transmission path 91 for reciprocating light from the
この光センサ或いは計測システムでは、検出用マイケルソン干渉計61と制御部19とを結ぶ光伝送路91が1路なので、2路の場合に比べて光伝送路91の布設が容易になると共に部材が節約できる。
In this optical sensor or measurement system, since the optical transmission path 91 connecting the
ここまでの実施形態は、変調用光干渉計としてマイケルソン干渉計を用いたが、次の実施形態は変調用光干渉計としてマッハツェンダー干渉計を用いたものである。 In the embodiments described so far, a Michelson interferometer is used as the modulation optical interferometer. In the following embodiment, a Mach-Zehnder interferometer is used as the modulation optical interferometer.
図10に示されるように、本発明に係る光センサは、光源1と、光源1の光を2路の検出用光経路2,3に分岐して再び合波する検出用光干渉計としての検出用マッハツェンダー干渉計4と、検出用マッハツェンダー干渉計4の中で一方の検出用光経路2に取り付けられ検出対象の物理量に応じた位相変化を光に与える物理量検出媒質5と、検出用マッハツェンダー干渉計4からの光を2路の変調用光経路6,7に分岐して再び合波する変調用マッハツェンダー干渉計101と、変調用マッハツェンダー干渉計101の中で少なくとも一方の変調用光経路に挿入され光を変調する変調器9と、変調用マッハツェンダー干渉計101からの光を受光する受光器10とを備える。
As shown in FIG. 10, an optical sensor according to the present invention is a
変調用マッハツェンダー干渉計101は、光伝送路17からの光を2路の変調用光経路6,7に分岐する光分波器102と、これら変調用光経路6,7からの光を合波する光合波器103とを備える。
The modulation Mach-
図10の光センサを用いた計測システムは、図11に示されるように、検出用マッハツェンダー干渉計4と、光源1・受光器10・ 変調用マッハツェンダー干渉計101を含んだ制御部111とからなる。図2との相違は、変調用マイケルソン干渉計8が変調用マッハツェンダー干渉計101に代わっただけである。
As shown in FIG. 11, the measurement system using the optical sensor of FIG. 10 includes a detection Mach-
この計測システムでは、光路長LSと光路長をLLと光路長LModと光路長LMとが式(3´)を満たすことで、初めて光干渉が起きる。 In this measurement system, optical interference occurs only when the optical path length L S , the optical path length L L , the optical path length L Mod, and the optical path length L M satisfy Expression (3 ′).
|LS+LMod−LL+LM|≦LC (3´) | L S + L Mod −L L + L M | ≦ L C (3 ′)
式(3)と比べると、係数2が入っていないことがわかる。また、多点化した場合も、各検出用光干渉計としてマッハツェンダー干渉計を用いるときには、式(4)〜(9)に係数2が入っていない式(4´)〜(9´)、
|Δa±(LMod−LMa)|≦LC ;±のいずれかを満たす (4´)
|Δb±(LMod−LMb)|≦LC ;±のいずれかを満たす (5´)
|Δc±(LMod−LMc)|≦LC ;±のいずれかを満たす (6´)
|Δa±(LMod−LMb)|>>LC ;±のどちらも成立 (7´)
|Δa±(LMod−LMc)|>>LC ;±のどちらも成立 (8´)
|Δb±(LMod−LMc)|>>LC ;±のどちらも成立 (9´)
を用いることになる。
Compared with equation (3), it can be seen that
| Δa ± (L Mod −L Ma ) | ≦ L C ; satisfying any of ± (4 ′)
| Δb ± (L Mod −L Mb ) | ≦ L C ; satisfying any of ± (5 ′)
| Δc ± (L Mod −L Mc ) | ≦ L C ; satisfying any of ± (6 ′)
| Δa ± (L Mod −L Mb ) | >> L C ; both of ± are established (7 ′)
| Δa ± (L Mod −L Mc ) | >> L C ; both of ± are established (8 ′)
| Δb ± (L Mod −L Mc ) | >> L C ; both of ± are established (9 ′)
Will be used.
任意の自然数N個の検出用マッハツェンダー干渉計4がある場合には、式(10)の代わりに、式(10`)を用いることになる。
When there is an arbitrary natural number N of Mach-
|Δj±(LMod−LMk)|≦LC:j=k
|Δj±(LMod−LMk)|>>LC :j≠k
0<自然数j,k≦N (10`)
| Δj ± (L Mod −L Mk ) | ≦ L C : j = k
| Δj ± (L Mod −L Mk ) | >> L C : j ≠ k
0 <natural number j, k ≦ N (10 `)
検出用光干渉計としてマイケルソン干渉計を用い、変調用光干渉計としてマッハツェンダー干渉計を用いた光センサ及び計測システムを図12、図13に示す。この形態は、既に説明した検出用マイケルソン干渉計61と変調用マッハツェンダー干渉計101を用いており、動作は自明であるから説明を省略する。
An optical sensor and a measurement system using a Michelson interferometer as a detection optical interferometer and a Mach-Zehnder interferometer as a modulation optical interferometer are shown in FIGS. In this embodiment, the
さらに、図12、図13の光伝送路16,17(20,21)を1路にした光センサ及び計測システムを図14、図15に示す。この形態は、図8、図9と同様の光伝送路81,91を用いており、動作は自明であるから説明を省略する。
Further, an optical sensor and a measurement system in which the
本発明は、眼底画像計測などに用いられる低コヒーレンス光を用いた反射断層画像計測にも応用できる。また、本発明は、光ファイバジャイロ、光ヘテロダイン計測を用いた屈折率計測にも応用できる。 The present invention can also be applied to reflection tomographic image measurement using low coherence light used for fundus image measurement and the like. The present invention can also be applied to refractive index measurement using optical fiber gyroscope and optical heterodyne measurement.
さらに、本発明は、物理量検出媒質5として光位相変調器等を用いることで、1対多の通信装置として応用できる。
Furthermore, the present invention can be applied as a one-to-many communication device by using an optical phase modulator or the like as the physical
1 光源
2,3 検出用光経路
4 検出用光干渉計
5 物理量検出媒質
6,7 変調用光経路
8 変調用光干渉計
9 変調器
10 受光器
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記光源と前記受光器と前記変調用光干渉計とが互いに近接して配置された制御部が構成され、この制御部より遠隔に前記検出用光干渉計が配置され、前記制御部から前記検出用光干渉計まで光を往復させる1路の光伝送路が布設され、この光伝送路の制御部側に、光源の光を光伝送路に導き光伝送路からの光を変調用光干渉計に導く制御部用光合分波器が設けられたことを特徴とする光センサ。 A light source, a plurality of detection optical interferometers for splitting the light from the light source into two detection optical paths and recombining them, and one of the detection optical interferometers attached to one of the detection optical paths A physical quantity detection medium that gives the light a phase change corresponding to the physical quantity to be detected, a plurality of optical multiplexers that combine the light from each of the detection optical interferometers, and a plurality of optical multiplexers An optical transmission path for transmitting light, one modulation optical interferometer for splitting the light from the optical transmission path into two modulation optical paths and recombining, and the modulation optical interferometer A modulator that is inserted into the modulation optical path and modulates the light; and a light receiver that receives light from the modulation optical interferometer ,
A control unit is configured in which the light source, the light receiver, and the modulation optical interferometer are arranged close to each other, and the detection optical interferometer is arranged remotely from the control unit, and the detection from the control unit One optical transmission path for reciprocating light to the optical interferometer is laid, and the light from the light source is guided to the optical transmission path on the control unit side of the optical transmission path, and the light from the optical transmission path is modulated. An optical sensor characterized in that an optical multiplexer / demultiplexer for a control unit that leads to is provided .
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