JPH01175099A - Optical fiber sensor unit - Google Patents

Optical fiber sensor unit

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Publication number
JPH01175099A
JPH01175099A JP33524287A JP33524287A JPH01175099A JP H01175099 A JPH01175099 A JP H01175099A JP 33524287 A JP33524287 A JP 33524287A JP 33524287 A JP33524287 A JP 33524287A JP H01175099 A JPH01175099 A JP H01175099A
Authority
JP
Japan
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light
polarization
optical fiber
optical
measurement
Prior art date
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Pending
Application number
JP33524287A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michio Kondo
道雄 近藤
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Publication date
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Priority to EP88311890A priority patent/EP0321252B1/en
Publication of JPH01175099A publication Critical patent/JPH01175099A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent measurement from being unstabilized due to oscillation of air in an optical path by connecting a light transmitting/receiving part to an optical sensor head part through one constant polarizing optical fiber. CONSTITUTION:A laser beam radiated from a laser light source 10 is rotated by 45 deg. in the clockwise direction at its polarizing face by a Faraday rotor 14 and inputted to a constant polarizing optical fiber 20 through a condenser lens 8. At that time, straight polarized light for generating reference light and measured light is transmitted through the fiber 20 in one mode. In the returning route, the reference light and the measured light are transmitted by two transmission modes whose polarizing faces intersect with each other at right angles. Thereby, the influence of the fiber 20 due to a temperature change or the like, e.g. a phase variation, can be canceled. Thus, the rotational angle or the like of a substance 42 to be measured can be highly accurately measured.

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光送受信部と光センサヘッド部との間におい
て光を伝送するために光ファイバを用いる形式の光ファ
イバセンサ装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical fiber sensor device that uses an optical fiber to transmit light between an optical transmitter/receiver and an optical sensor head.

従来技術 参照光および計測光を発生させるための光源と長さ、角
度、圧力などの物理量を計測するためにそれら参照光お
よび計測光を受ける受光部とを有する光送受信部と、こ
の光送受信部から送られた参照光および計測光の少なく
とも一方の伝送パラメータを外部条件に関連して変化さ
せる光センサヘッド部とを備え、高い精度にて長さ、角
度、圧力などの物理量を計測する光計測装置が考えられ
ている。
Prior Art An optical transmitter/receiver having a light source for generating reference light and measurement light, and a light receiver that receives the reference light and measurement light for measuring physical quantities such as length, angle, and pressure; and this optical transmitter/receiver. Optical measurement system that measures physical quantities such as length, angle, and pressure with high precision, and includes an optical sensor head that changes transmission parameters of at least one of the reference light and measurement light sent from the sensor in relation to external conditions. device is being considered.

たとえば、第9図に示す装置では、レーザ同調回路69
によってフィードバック制御される波長安定化型のHe
−Neレーザ70から出力された、偏波面が互いに直交
し且つ2種類の周波数f、およびf2を有する直線偏光
成分を含むレーザビームは、基準ビームスプリッタ71
により分割され、この基準ビームスプリッタ71により
反射された光はビームスプリッタ66により分割されて
一方がフィードバック用光センサ67により検出される
とともに他方がミラー68を経て基準光センサ72によ
り検出される。基準ビームスプリッタ71を透過した光
は、偏光ビームスプリッタ73により、周波数が12の
参照光と周波数がf、の計測光とに分割される。そして
、参照光は固定鏡74により反射させられるとともに計
測光が移動鏡75により反射させられた後、それらが上
記偏光ビームスプリッタ73において合成されて第1光
センサ76により検出される。この第1光センサ76に
より合成光のビート周波数が検出されるのであるが、計
測光には移動鏡75の移動に伴うドプラシフトによる周
波数変化Δf、が含まれているから、実際には周波数f
t   (f+ ±Δr、)が検出される。一方、前記
基準光センサ72にはビート周波数fz−f、の光が検
出される。上記第1センサ76および基準光センサ72
により検出された周波数の差Δf、が出力装置77内の
パルスコンバータにより移動鏡75の90°の移動毎に
1パルスを計数させるので、このパルスの計数値に基づ
いて移動距離が正確に求められるのである。すなわち、
本装置では偏光ビームスブリソ゛り73、固定鏡74、
および移動鏡75を除いた部分が光送受信部を構成し、
この光送受信部から所定距離離隔した位置に光センサヘ
ッド部に相当する偏光ビームスプリッタ73、固定鏡7
4、移動鏡75が配設される。
For example, in the device shown in FIG.
Wavelength-stabilized He that is feedback-controlled by
The laser beam output from the -Ne laser 70 and containing linearly polarized components whose polarization planes are orthogonal to each other and has two types of frequencies f and f2 is transmitted to the reference beam splitter 71.
The light reflected by this reference beam splitter 71 is split by a beam splitter 66, one of which is detected by a feedback optical sensor 67, and the other is detected by a reference optical sensor 72 via a mirror 68. The light transmitted through the reference beam splitter 71 is split by the polarizing beam splitter 73 into a reference light having a frequency of 12 and a measurement light having a frequency of f. Then, the reference light is reflected by the fixed mirror 74 and the measurement light is reflected by the movable mirror 75, after which they are combined by the polarizing beam splitter 73 and detected by the first optical sensor 76. The beat frequency of the composite light is detected by the first optical sensor 76, but since the measurement light includes a frequency change Δf due to Doppler shift due to the movement of the movable mirror 75, the actual frequency f
t (f+ ±Δr,) is detected. On the other hand, the reference optical sensor 72 detects light having a beat frequency fz-f. The first sensor 76 and the reference light sensor 72
The frequency difference Δf detected by causes the pulse converter in the output device 77 to count one pulse for every 90° movement of the movable mirror 75, so the moving distance can be accurately determined based on the counted value of this pulse. It is. That is,
In this device, a polarized beam beam splitter 73, a fixed mirror 74,
and the portion excluding the movable mirror 75 constitutes an optical transmitting/receiving section,
A polarizing beam splitter 73, which corresponds to the optical sensor head, and a fixed mirror 7 are located at a predetermined distance away from the optical transmitter/receiver.
4. A movable mirror 75 is provided.

また、第10図に示す装置では、周波数安定化型のHe
−Neレーザ80から偏波面が45°の直線偏光が出力
されるようになっており、その直線偏光は偏光ビームス
プリッタ81によって互いに直交する偏波面を備えた直
線偏光(P波およびS波)に分割される。一方の直線偏
光は、λ/8板82が挿入された干渉形コーナキューブ
83により反射され、他方は移動コーナキューブ84に
より反射される。一方の直線偏光が上記λ/8板82を
2度通過することにより、反射光のS偏光成分とP偏光
成分の間においては90”だけ位相がずらされている。
In addition, in the device shown in FIG. 10, a frequency-stabilized He
The -Ne laser 80 outputs linearly polarized light with a polarization plane of 45 degrees, and the linearly polarized light is converted into linearly polarized light (P waves and S waves) with mutually orthogonal polarization planes by the polarization beam splitter 81. be divided. One linearly polarized light is reflected by an interference corner cube 83 into which a λ/8 plate 82 is inserted, and the other is reflected by a moving corner cube 84. Since one linearly polarized light passes through the λ/8 plate 82 twice, the phase of the S-polarized light component and the P-polarized light component of the reflected light is shifted by 90''.

反射光は上記偏光ビームスプリッタ81において合成さ
れた後、偏光ビームスプリッタ85によってP偏光成分
およびS偏光成分に分割されて一対の光センサ86およ
び87により独立して検出される。それら一対の光セン
サ86および87により検出されたsin信号およびc
os信号は、フリンジ分割回路90における電気的処理
によって合成および分割され、干渉縞が波形処理により
たとえばλ/16程度の分解能により計数されて、上記
移動コーナキューブ84の移動量或いは移動速度が高い
精度にて測定される。
The reflected light is combined by the polarizing beam splitter 81 and then split into a P-polarized component and an S-polarized component by the polarized beam splitter 85, which are independently detected by a pair of optical sensors 86 and 87. The sin signal and c detected by the pair of optical sensors 86 and 87
The os signal is synthesized and divided by electrical processing in the fringe division circuit 90, and interference fringes are counted by waveform processing with a resolution of, for example, about λ/16, so that the moving amount or moving speed of the moving corner cube 84 can be determined with high accuracy. Measured at

本装置においても、光送受信部88と、光センサヘッド
部を構成する干渉計89および移動コーナキューブ84
とが所定距離離隔した位置に配設される。
In this device as well, the optical transmitter/receiver 88, the interferometer 89 and the movable corner cube 84 constituting the optical sensor head section
are arranged at positions separated by a predetermined distance.

発明が解決すべき問題点 しかし、従来の光計測装置では、光送受信部と光センサ
ヘッド部との間において、光が空間を伝送させられる形
式であったため、それら光送受信部と光センサヘッド部
との間の空間を遮ることができず、また、光路における
空気のゆらぎのために安定した計測を行うことができず
、これに対処するために上記光路にカバーを設けた場合
には、装置が大型かつ高価となる欠点があった。
Problems to be Solved by the Invention However, in conventional optical measurement devices, light is transmitted through space between the optical transmitter/receiver and the optical sensor head. It is not possible to block the space between It had the disadvantage that it was large and expensive.

問題点を解決するための手段 本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その目的とするところは、光送受信部と光センサヘッド
部とを1本の光ファイバにて連結し、且つ光送受信部に
おいて参照光と計測光とに基づいて光センサヘッド部に
おいて付与されてきた伝送パラメータの変化を高い精度
にて検出するようにし、小型且つ安価な光ファイバセン
サ装薗を提供することにある。
Means for Solving the Problems The present invention has been made against the background of the above circumstances.
The purpose of this is to connect the optical transmitting/receiving section and the optical sensor head section with a single optical fiber, and to provide the optical sensor head section with reference light and measurement light based on the optical transmitting/receiving section. It is an object of the present invention to provide a small and inexpensive optical fiber sensor device that detects changes in transmission parameters with high accuracy.

斯る目的を達成するため、本発明の要旨とするところは
、(al偏波面が互いに直交する2伝送モードにて光を
伝送する単一の伝送用定偏波光ファイバと、fb)参照
光および計測光を発生させるための光を前記定偏波光フ
ァイバへ出力し、その光を定偏波光フアイバ内において
前記2伝送モードのうらの一方のモードにて伝送させる
とともに、その定偏波光ファイバを通してそれら2伝送
モードにて戻された参照光および計測光を受けてそれら
参照光および計測光に基づいてその計測光の伝送パラメ
ータの相対的変化を検出する光送受信部と、(C1前記
定偏波光ファイバにより伝送された光を一対の参照光お
よび計測光に分離した後合波して前記定偏波光ファイバ
へ戻すとともに、外部条件に関連して少なくともその計
測光の伝送パラメータを変化させる光センサヘッド部と
、+d)その光センサヘッド部に設けられ、前記参照光
および計測光を、互いに位相が90’ずれ且つ偏波面が
直交する直線偏光とすることにより、それら参照光およ
び計測光が前記定偏波光ファイバにおいて前記2伝送モ
ードにて伝送されるようにする位相偏波面変更手段とを
、含むことにある。
In order to achieve such an object, the gist of the present invention is to provide (a single polarization-controlled optical fiber for transmission that transmits light in two transmission modes in which al polarization planes are orthogonal to each other, and fb) a reference light and A light for generating measurement light is outputted to the polarization-controlled optical fiber, and the light is transmitted in one of the two transmission modes within the polarization-controlled optical fiber, and the two transmission modes are transmitted through the polarization-controlled optical fiber. (C1) an optical transmitting/receiving unit that receives the reference light and measurement light returned in the transmission mode and detects a relative change in the transmission parameter of the measurement light based on the reference light and measurement light; an optical sensor head that separates the light transmitted by the light into a pair of reference light and measurement light, combines the lights and returns them to the polarization-constant optical fiber, and changes at least a transmission parameter of the measurement light in relation to external conditions; and +d) is provided in the optical sensor head, and the reference light and the measurement light are linearly polarized lights whose phases are shifted by 90' and whose polarization planes are orthogonal to each other, so that the reference light and the measurement light have the constant polarization. and phase polarization plane changing means for causing the wave to be transmitted in the two transmission modes in the optical fiber.

作用および発明の効果 このようにすれば、定偏波光フアイバ内において、往路
では参照光および計測光を発生させるための光が2伝送
モードのうちの一方のモードにて伝送され、復路ではそ
れら参照光および計測光が位相偏波面偏光手段により互
いに位相が90°ずれ且つ偏波面が直交する直線偏光と
されて互いに異なる2伝送モードによりそれぞれ伝送さ
れるので、伝送用の定偏波光ファイバによる位相変化が
相殺される。このため、光送受信部では、定偏波光ファ
イバを通して戻された互いに位相が90゜ずれた参照光
と計測光とに基づいて光センサヘッド部において計測光
に付与された伝送パラメータの変化が検出される。した
がって、本発明によれば、互いに90°の位相差を有す
る参照光および計測光に基づいて最大の検出感度で計測
光に付与された伝送パラメータが検出されるとともに、
それら参照光と計測光との間に90°の位相差を形成す
るために光センサヘンド部に対して電歪素子を設けるな
どの機械的な外力を加える必要がないので、光ンサヘソ
ド部の大型化が解消されて装置が小型且つ安価となると
いう効果が得られる。
Operation and Effect of the Invention In this way, in the polarization-controlled optical fiber, the light for generating the reference light and the measurement light is transmitted in one of the two transmission modes on the outward path, and the light for generating the reference light and the measurement light is transmitted in one of the two transmission modes on the return path. The light and the measurement light are converted into linearly polarized light whose phases are shifted by 90 degrees from each other and whose polarization planes are orthogonal to each other by the phase polarization plane polarization means, and are transmitted in two different transmission modes. Therefore, the phase change due to the constant polarization optical fiber for transmission is are canceled out. Therefore, in the optical transmitter/receiver section, a change in the transmission parameter given to the measurement light is detected in the optical sensor head based on the reference light and measurement light, which are returned through the constant polarization optical fiber and whose phases are shifted by 90 degrees from each other. Ru. Therefore, according to the present invention, the transmission parameter given to the measurement light is detected with maximum detection sensitivity based on the reference light and the measurement light that have a phase difference of 90° from each other, and
In order to form a 90° phase difference between the reference light and the measurement light, there is no need to apply mechanical external force such as providing an electrostrictive element to the optical sensor head, which increases the size of the optical sensor head. This has the effect that the device can be made smaller and less expensive.

そして、本発明においては、光送受信部と光センサヘッ
ド部との間が1本の定偏波光ファイバにより接続される
だけでよいので、それらの間の空間を遮っても差支えな
く、また、光路における空気のゆらぎのために計測の安
定性が損なわれることがないので、装置が小型かつ安価
となるのである。
In addition, in the present invention, since it is only necessary to connect the optical transmitting/receiving section and the optical sensor head section with one polarization-controlled optical fiber, there is no problem even if the space between them is blocked, and the optical path Since the stability of measurement is not impaired due to air fluctuations in the air, the device is small and inexpensive.

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail based on the drawings.

第1図は光ホモダイン方式に適用された実施例を示して
いる。
FIG. 1 shows an embodiment applied to the optical homodyne system.

図において、He  N eレーザなどのレーザ光源1
0から発射された単色のレーザ光は、光軸まわりに45
°回転させて配置された偏光ビームスプリッタ12、フ
ァラデー回転子14、偏光ビームスプリッタ16を通過
した後、集光レンズ18により定偏波光ファイバ20の
端面に入射させられる。上記偏光ビームスプリッタ12
、ファラデー回転子14、および偏光ビームスプリッタ
16は、光アイソレータとしても機能するものであり、
反射光をレーザ光源10へ入射させないようにする。ま
た、偏光ビー1、スプリッタ16は反射光を偏波面に従
って分割する機能をも備えており、偏光ビームスプリン
タ16により反射された光は、集光レンズ22により第
1光センサ24に入射させられる。また、偏光ビームス
プリッタ16を通過した反射光は、ファラデー回転子1
4により偏波面が光軸まわりに45°回転させられるの
で偏光ビームスプリッタ12により反射されて、集光レ
ンズ26により第2光センサ28に入射させられる。本
実施例では、以上の光学素子および光センサが、光送受
信部100を構成しており、この光送受信部100の図
示しない機枠に定偏波光ファイバ20の一端部が固定さ
れている。
In the figure, a laser light source 1 such as a HeNe laser
A monochromatic laser beam emitted from 0 has a radius of 45 mm around the optical axis.
After passing through the polarizing beam splitter 12, the Faraday rotator 14, and the polarizing beam splitter 16, which are arranged to rotate by degrees, the light is made incident on the end face of the polarization-constant optical fiber 20 by the condenser lens 18. Said polarizing beam splitter 12
, the Faraday rotator 14, and the polarizing beam splitter 16 also function as an optical isolator,
The reflected light is prevented from entering the laser light source 10. The polarizing beam 1 and the splitter 16 also have a function of splitting the reflected light according to the plane of polarization, and the light reflected by the polarizing beam splitter 16 is made incident on the first photosensor 24 by the condensing lens 22. Further, the reflected light that has passed through the polarizing beam splitter 16 is transmitted to the Faraday rotator 1.
4, the plane of polarization is rotated by 45 degrees around the optical axis, so that it is reflected by the polarizing beam splitter 12 and is made incident on the second optical sensor 28 by the condensing lens 26. In this embodiment, the above-described optical elements and optical sensors constitute an optical transmitter/receiver 100, and one end of a polarization-controlled optical fiber 20 is fixed to a machine frame (not shown) of the optical transmitter/receiver 100.

上記定偏波光ファイバ20は、コア30とこのコア30
を挟む一対の応力付与部32と、それらを覆うクラッド
34とから構成されており、たとえば互いに直交する偏
波面にて光を伝送するH E口”モードおよびHEII
yモードの2伝送モードにて偏波面を保存しつつ偏光を
伝送する。前記のように定偏波光ファイバ20の一端部
に入射させられる光は偏光ビームスプリッタ16を通過
した直線偏光であるから、定偏波光フアイバ20内にお
いては2伝送モードのうちの一方のモードにて伝送され
る。
The polarization constant optical fiber 20 has a core 30 and a core 30.
It is composed of a pair of stress applying parts 32 sandwiching the stress applying part 32 and a cladding 34 covering them, and for example, the HE mode and the HE II mode which transmit light with polarization planes orthogonal to each other.
Polarized light is transmitted while preserving the plane of polarization in two transmission modes: y mode. As mentioned above, the light incident on one end of the polarization-controlled optical fiber 20 is linearly polarized light that has passed through the polarization beam splitter 16, so that within the polarization-controlled optical fiber 20 it is transmitted in one of the two transmission modes. transmitted.

上記定偏波光ファイバ20の他端部は光センサヘッド部
102の図示しない機枠に固定されており、2モードの
うちの一方のモードにて伝送され且つ定偏波光ファイバ
20の他端部から放射された直線偏光は集光レンズ36
を通って平行光に変換され、そして無偏光ビームスプリ
ッタ38により参照光と計測光とに分離される。この無
偏光ビームスプリッタ38を通過した計測光は、往復2
回の透過により直線偏光の偏波面を45°回転させるλ
/4板40を通過させられて、被測定物42上に取り付
けられた一対の第1コーナキユーブプリズム44および
第2コーナキユーブプリズム46のうちの一方へ向かっ
て投射される。
The other end of the constant polarization optical fiber 20 is fixed to a machine frame (not shown) of the optical sensor head 102, and the signal is transmitted in one of the two modes and from the other end of the constant polarization optical fiber 20. The emitted linearly polarized light passes through the condensing lens 36
The light is converted into parallel light through a non-polarizing beam splitter 38 and separated into reference light and measurement light. The measurement light that has passed through this non-polarized beam splitter 38 is
λ that rotates the plane of polarization of linearly polarized light by 45 degrees by passing through the
The light passes through the /4 plate 40 and is projected toward one of a pair of first corner cube prism 44 and second corner cube prism 46 mounted on the object to be measured 42 .

無偏光ビームスプリッタ38により反射された参照光は
、往復2回の透過により直線偏光を円偏光に変換するλ
/8板48を通過した後、ミラー50により方向変換さ
れることにより、無偏光ビームスプリッタ38を通過し
た計測光と互いに平行とされ、被測定物42上に取り付
けられた第1コーナキユーブプリズム44および第2コ
ーナキユーブプリズム46の他方へ向かって投射される
The reference light reflected by the non-polarizing beam splitter 38 has a wavelength of λ, which converts linearly polarized light into circularly polarized light by transmitting it twice back and forth.
After passing through the /8 plate 48, the direction is changed by the mirror 50, so that the measurement light that has passed through the non-polarizing beam splitter 38 and the measurement light are parallel to each other, and the first corner cube prism is mounted on the object to be measured 42. 44 and the second corner cube prism 46 .

なお、上記第1コーナキユーブプリズム44および第2
コーナキユーブプリズム46の反射面は金属コートされ
ており、反射によって偏光特性が変化させられないよう
になっている。
Note that the first corner cube prism 44 and the second
The reflecting surface of the corner cube prism 46 is coated with metal to prevent the polarization characteristics from being changed by reflection.

本実施例では、上記無偏光ビームスプリッタ38および
ミラー50などが光セン゛サヘッド部1゜2に対応する
。また、上記λ/4板40およびλ/8板48は、光セ
ンサヘッド部102に設けられて、参照光および計測光
を、互いに位相が90゜且つ偏波面が直交する直線偏光
とすることにより、参照光および計測光が定偏波光ファ
イバ20において2伝送モードにて復路を伝送されるよ
うにする位相偏波面変更手段に対応する。
In this embodiment, the non-polarizing beam splitter 38, mirror 50, etc. correspond to the optical sensor head section 1.2. Further, the λ/4 plate 40 and the λ/8 plate 48 are provided in the optical sensor head 102 to convert the reference light and measurement light into linearly polarized light whose phases are 90 degrees and whose polarization planes are orthogonal to each other. , corresponds to a phase polarization plane changing means that allows the reference light and the measurement light to be transmitted on the return path in the polarization constant optical fiber 20 in two transmission modes.

以下、本実施例の作動を説明する。The operation of this embodiment will be explained below.

第2図に示すように、レーザ光源10から発射されたレ
ーザ光は直線偏光であり、偏光ビームスプリンタ12を
通過させられる。第2図における光の進行方向と直交す
る短い矢印はその直線偏光の偏波面を示している。この
直線偏光は、ファラデー回転子14により偏波面が右廻
りに45°回転させられた後、偏光ビームスプリンタ1
6を通過させられるとともに、集光レンズ18により集
光されて定偏波光ファイバ20のコア30に入射させら
れる。この定偏波光ファイバ20では、2種類のHE、
、”モードおよびHE、、’モードのうちの一方のモー
ドにて伝送される。
As shown in FIG. 2, the laser light emitted from the laser light source 10 is linearly polarized light, and is passed through a polarization beam splinter 12. In FIG. 2, a short arrow perpendicular to the direction of travel of the light indicates the plane of polarization of the linearly polarized light. After the plane of polarization of this linearly polarized light is rotated 45 degrees clockwise by the Faraday rotator 14, the polarization beam splinter 1
6 and is condensed by a condenser lens 18 and made incident on the core 30 of the polarization-constant optical fiber 20 . In this polarization-controlled optical fiber 20, two types of HE,
," mode and HE, ,' mode.

第3図に詳しく示すように、定偏波光ファイバ20から
出たレーザ光は、集光レンズ36により平行とされた後
、無偏光ビームスプリッタ38により2ビームに分割さ
れる。この無偏光ビームスプリンタ38は、直線偏光で
ある入射光をエネルギ的に等分配するだけでなく、分岐
光も直線偏光に維持する性質のものが必要であるが、通
常、市販の製品はこの性質を満たしている。無偏光ビー
ムスプリンタ38を透過したビームは本実施例では計測
光1eであり、偏光方向に対して結晶軸を22.5°傾
けたλ/4板40を透過させられることにより楕円偏光
に変換された後、第1コーナキユーブプリズム44に向
かって放射される。また、無偏光ビームスプリンタ38
により反射されたビームは本実施例では参照光1cであ
り、λ/8板48を透過させられることにより楕円偏光
に変換された後、ミラー50により反射されて第2コー
ナキユーブプリズム46に向かって放射される。
As shown in detail in FIG. 3, the laser light emitted from the constant polarization optical fiber 20 is made parallel by a condenser lens 36, and then split into two beams by a non-polarizing beam splitter 38. This non-polarized beam splinter 38 needs to have the property of not only distributing linearly polarized incident light evenly in terms of energy, but also maintaining the branched light as linearly polarized light, but commercially available products usually have this property. is met. The beam transmitted through the non-polarized beam splinter 38 is the measurement light 1e in this embodiment, and is converted into elliptically polarized light by being transmitted through a λ/4 plate 40 whose crystal axis is tilted by 22.5 degrees with respect to the polarization direction. After that, the light is radiated toward the first corner cube prism 44. In addition, the non-polarized beam splinter 38
The beam reflected by is the reference beam 1c in this embodiment, and after being converted into elliptically polarized light by being transmitted through the λ/8 plate 48, it is reflected by the mirror 50 and directed toward the second corner cube prism 46. is emitted.

第4図に示すように、第1コーナキユーブプリズム44
により反射された計測光は、再びλ/4板40を透過さ
せられることにより往路の偏波面に対して45゛傾斜し
た直線偏光に変換される。
As shown in FIG. 4, the first corner cube prism 44
The measurement light reflected by the λ/4 plate 40 is converted into linearly polarized light tilted by 45° with respect to the polarization plane of the outgoing path.

また、第2コーナキユーブプリズム46により反射され
た参照先は再びλ/8板48を透過させられることによ
り円偏光に変換される。上記λ/4板40の軸は往路の
計測光1eの偏波面に対して22.5°傾斜させられて
おり、またλ/8板48の軸は往路の参照光ICの偏波
面に対して45゜傾斜させられて配設されているからで
ある。上記のようにして直線偏光および円偏光とされた
計測光および参照光は、無偏光ビームスプリンタ38に
より合成されることにより干渉光となるが、この干渉光
を図に示すように偏波面が直交する直線偏光1aおよび
1bに分離してみると、互いに位相が906ずれた干渉
光となる。このような干渉光は、伝送用の定偏波光フア
イバ20内において前記2種類のHE、、″モードおよ
びHE、、’モードにてそれぞれ伝送される。
Further, the reference object reflected by the second corner cube prism 46 is transmitted through the λ/8 plate 48 again, thereby being converted into circularly polarized light. The axis of the λ/4 plate 40 is inclined by 22.5 degrees with respect to the polarization plane of the outgoing measurement light 1e, and the axis of the λ/8 plate 48 is inclined with respect to the polarization plane of the outgoing reference light IC. This is because they are arranged at an angle of 45°. The measurement light and the reference light, which have been made into linearly polarized light and circularly polarized light as described above, are combined by the non-polarized beam splinter 38 to become interference light, but the planes of polarization of this interference light are orthogonal as shown in the figure. When the linearly polarized lights 1a and 1b are separated, they become interference lights whose phases are shifted by 906 points from each other. Such interference light is transmitted within the transmission polarization optical fiber 20 in the two types of HE, `` mode and HE, `` mode.

定偏波光ファイバ20から出た伝送光は、第5図に示す
ように、集光レンズ18により平行光とされた後、偏光
ビームスプリッタ16において分離される。すなわち、
定偏波光ファイバ20により伝送された反射光に含まれ
る直線偏光1bは偏光ビームスプリンタ16により反射
されるので、第1光センサ24により電気信号に変換さ
れる。
As shown in FIG. 5, the transmission light emitted from the polarization-constant optical fiber 20 is made into parallel light by a condenser lens 18, and then separated by a polarization beam splitter 16. That is,
The linearly polarized light 1b included in the reflected light transmitted by the constant polarization optical fiber 20 is reflected by the polarization beam splinter 16, and is therefore converted into an electrical signal by the first optical sensor 24.

また、定偏波光ファイバ20により伝送された反射光に
含まれる直線偏光1aは偏光ビームスプリッタ16を通
過するので、ファラデー回転子14および偏光ビームス
プリッタ12を経て第2光センサ28により電気信号に
変換される。前述のように、直線偏光1aおよび直線偏
光1bは位相が90’ずれているので、上記電気信号は
それぞれsin信号およびcos信号として取り扱われ
、それらの信号の位相差を検出する機能を備えた測定回
路60内のパルスカウンタによりたとえば90゜刻みに
計数される。このため、たとえば第1コーナキユーブプ
リズム゛44および第2コーナキユーブプリズム46の
入射光或いは反射光の光軸を含む平面内において被測定
物42が回転すれば、上記の計数値によってその被測定
物42の回転角が高い精度で検出されるのである。
Furthermore, since the linearly polarized light 1a included in the reflected light transmitted by the constant polarization optical fiber 20 passes through the polarizing beam splitter 16, it is converted into an electrical signal by the second optical sensor 28 via the Faraday rotator 14 and the polarizing beam splitter 12. be done. As mentioned above, since the phases of the linearly polarized light 1a and the linearly polarized light 1b are 90' out of phase, the above electric signals are treated as a sine signal and a cosine signal, respectively, and a measurement method having a function of detecting the phase difference between these signals is used. The pulse counter in the circuit 60 counts, for example, in 90° increments. Therefore, for example, if the object to be measured 42 rotates within a plane that includes the optical axis of the incident light or reflected light of the first corner cube prism 44 and the second corner cube prism 46, the object to be measured 42 is rotated by the above count value. The rotation angle of the measurement object 42 is detected with high accuracy.

なお、第6図に示すように、2個のコーナキューブプリ
ズム44.46を有する被測定物42を定盤62上に載
置すれば、測定回路60から出力される計数値に基づい
て定盤62の真直度を高い精度で検出することができる
As shown in FIG. 6, when the object to be measured 42 having two corner cube prisms 44 and 46 is placed on the surface plate 62, the surface plate is 62 straightness can be detected with high accuracy.

また、第7図に示すように、一方の第2コーナキユーブ
プリズム46を光センサヘッド部102に固定するとと
もに他方の第1コーナキユーブプリズム44を移動テー
ブル64上に固定すれば、測定回路60における計数値
に基づいて移動テーブル64の光センサヘッド部102
に対する変位量が高い精度で検出される。
Further, as shown in FIG. 7, if one of the second corner cube prisms 46 is fixed to the optical sensor head section 102 and the other first corner cube prism 44 is fixed on the moving table 64, the measurement circuit Based on the count value at 60, the optical sensor head section 102 of the moving table 64
The amount of displacement can be detected with high accuracy.

また、上記と同様に、他方の第1コーナキユーブプリズ
ム44を摺動可能に設は且つノギスやマイクロメータの
ような接触式の測長器の移動体と連結すれば、前記測定
回路60によって検出された位相差に基づく計数値によ
り、長さを高い精度にて測定できる。第8図にその一例
を示す。
Similarly to the above, if the other first corner cube prism 44 is configured to be slidable and connected to a movable body of a contact type length measuring device such as a caliper or a micrometer, the measurement circuit 60 The length can be measured with high accuracy using the count value based on the detected phase difference. An example is shown in FIG.

以上のように、上記の実施例によれば、往路においては
参照光および計測光を発生させるための直線偏光が一つ
の伝送モードにて定偏波光ファイバ20を伝送され、復
路においては参照光および計測光が互いに偏波面が互い
に直交する2伝送モードにより伝送されるので、温度変
動、歪、振動などの外部刺激に対する定偏波光ファイバ
20からの影響(伝送パラメータの変化)、たとえば位
相変動が打ち消される。したがって、第1コーナキユー
ブプリズム44および第2コーナキユーブプリズム46
の相対変位のみが位相差に表されて、被測定物42の回
転角度、定盤62の真直度、移動テーブル64の移動距
離などが高い精度にて測定されることが可能となるので
ある。前述の実施例においては、レーザ光源10として
He−Neレーザを用い、パルスカウンタにより90°
刻みに計数することにより、0.1μmの分解能の測定
が得られる。
As described above, according to the above embodiment, the linearly polarized light for generating the reference light and the measurement light is transmitted through the polarization-controlled optical fiber 20 in one transmission mode on the outgoing route, and the reference light and the measuring light are transmitted on the returning route. Since the measurement light is transmitted in two transmission modes in which the planes of polarization are orthogonal to each other, the effects (changes in transmission parameters) from the constant polarization optical fiber 20 on external stimuli such as temperature fluctuations, distortion, and vibrations, such as phase fluctuations, are canceled out. It will be done. Therefore, the first corner cube prism 44 and the second corner cube prism 46
Only the relative displacement of the object 42 is expressed as a phase difference, and the rotation angle of the object to be measured 42, the straightness of the surface plate 62, the moving distance of the moving table 64, etc. can be measured with high accuracy. In the above-mentioned embodiment, a He-Ne laser is used as the laser light source 10, and a pulse counter is used to
By counting in increments, measurements with a resolution of 0.1 μm are obtained.

また、本実施例においては、光送受信部100と光セン
サヘッド部102との間が1本の定偏波光ファイバ20
により接続されるだけでよいので、それらの間の空間を
遮っても差支えなく、また、光路における空気のゆらぎ
のために計測の安定性が損なわれることがないので、装
置が小型かつ安価となるのである。
Furthermore, in this embodiment, one polarization-controlled optical fiber 20 is connected between the optical transmitting/receiving section 100 and the optical sensor head section 102.
Since the space between them only needs to be connected by a It is.

以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明はその他
の態様においても適用される。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is also applicable to other aspects.

たとえば、前述の実施例における光センサヘッド部10
2は、被測定物42或いは光センサヘッド部102の図
示しないハウジングに固定された第1コーナキユーブプ
リズム44および第2コーナキユーブプリズム46に向
かって計測光および参照光を発射する形式であったが、
一端面に反射膜が設けられたセンサ用の定偏波光ファイ
バであってもよい。この場合には、前述の実施例と同様
の計測光および参照光がセジサ用の定偏波光フアイバ内
を往復させられる過程で、このセンサ用の定偏波光ファ
イバに加えられる音圧、振動などの外的な刺激に対応し
て位相などの伝送パラメータが変化させられ、この変化
が光送受信部lOOにおいて検出される。
For example, the optical sensor head section 10 in the above-mentioned embodiment
2 is of a type in which measurement light and reference light are emitted toward a first corner cube prism 44 and a second corner cube prism 46 fixed to the object to be measured 42 or a housing (not shown) of the optical sensor head section 102. However,
It may be a constant polarization optical fiber for use in a sensor with a reflective film provided on one end surface. In this case, during the process in which the measurement light and reference light similar to the above-mentioned embodiment are reciprocated within the polarization-controlled optical fiber for the sensor, sound pressure, vibration, etc. are applied to the polarization-controlled optical fiber for the sensor. Transmission parameters such as phase are changed in response to an external stimulus, and this change is detected in the optical transceiver unit lOO.

また、前述の実施例では、λ/4板40およびλ/8板
48が位相偏波面変更手段を構成していたが、光を位相
変化させる他の部品により構成されてもよいのである。
Further, in the above embodiment, the λ/4 plate 40 and the λ/8 plate 48 constituted the phase polarization plane changing means, but the means may be constituted by other parts that change the phase of light.

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更
が加えられ得るものである。
The above-mentioned embodiment is merely one embodiment of the present invention, and various modifications may be made to the present invention without departing from the spirit thereof.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の構成を説明する図である。 第2図、第3図、第4図、および第5図は、第1図の実
施例の作動を説明する図である。 第6図、第7図、第8図は、本発明の他の測定対象を説
明する図であって、第6図は真直度の測定、第7図は変
位の測定、第8図は長さの測定を示している。第9図お
よび第10図は従来の光ファイバセンサ装置の構成をそ
れぞれ示す図である。 20:定偏波光ファイバ 100:光送受信部 102:光センサヘッド部
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an embodiment of the present invention. 2, 3, 4, and 5 are diagrams illustrating the operation of the embodiment of FIG. 1. Figures 6, 7, and 8 are diagrams explaining other measurement objects of the present invention, in which Figure 6 is for measuring straightness, Figure 7 is for measuring displacement, and Figure 8 is for measuring length. It shows the measurement of FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams showing the configuration of a conventional optical fiber sensor device, respectively. 20: Constant polarization optical fiber 100: Optical transmitter/receiver section 102: Optical sensor head section

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)偏波面が互いに直交する2伝送モードにて光を伝
送する単一の伝送用定偏波光ファイバと、参照光および
計測光を発生させるための光を前記定偏波光ファイバへ
出力し、該光を該定偏波光ファイバ内において前記2伝
送モードのうちの一方のモードにて伝送させるとともに
、該定偏波光ファイバを通して該2伝送モードにて戻さ
れた参照光および計測光を受けてそれら参照光および計
測光に基づいて該計測光の伝送パラメータの変化を検出
する光送受信部と、 前記定偏波光ファイバにより伝送された光を一対の参照
光および計測光に分離した後合波して該定偏波光ファイ
バへ戻すとともに、外部条件に関連して少なくとも該計
測光の伝送パラメータを変化させる光センサヘッド部と
、 該光センサヘッド部に設けられ、前記参照光および計測
光を、互いに位相が90°ずれ且つ偏波面が直交する直
線偏光とすることにより、該参照光および計測光が前記
定偏波光ファイバにおいて前記2伝送モードにて伝送さ
れるようにする位相偏波面変更手段と、 を含むことを特徴とする光ファイバセンサ装置。
(1) A single polarization-controlled optical fiber for transmission that transmits light in two transmission modes whose polarization planes are orthogonal to each other, and outputting light for generating reference light and measurement light to the polarization-controlled optical fiber; The light is transmitted in one of the two transmission modes within the polarization constant optical fiber, and the reference light and measurement light returned in the two transmission modes through the polarization constant optical fiber are received. an optical transmitter/receiver that detects a change in a transmission parameter of the measurement light based on the reference light and measurement light; an optical sensor head unit that returns the measurement light to the constant polarization optical fiber and changes at least a transmission parameter of the measurement light in relation to external conditions; a phase polarization plane changing means for transmitting the reference light and the measurement light in the two transmission modes in the polarization constant optical fiber by making the reference light and the measurement light linearly polarized light with a 90° shift and orthogonal polarization planes; An optical fiber sensor device comprising:
JP33524287A 1987-12-15 1987-12-28 Optical fiber sensor unit Pending JPH01175099A (en)

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JP33524287A JPH01175099A (en) 1987-12-28 1987-12-28 Optical fiber sensor unit
US07/282,502 US4902888A (en) 1987-12-15 1988-12-12 Optical fiber sensor
DE8888311890T DE3877543T2 (en) 1987-12-15 1988-12-15 OPTICAL FIBER SENSOR.
EP88311890A EP0321252B1 (en) 1987-12-15 1988-12-15 Optical fiber sensor

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JP (1) JPH01175099A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0448342A2 (en) * 1990-03-20 1991-09-25 Minnesota Mining And Manufacturing Company Faraday effect current sensor

Cited By (1)

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