JPH01250822A - ファラデー効果を利用した外乱補償型光位置検出装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光を用いた位置検出装置に関し、特に航空機
等の耐環境性を要求される装置に使用するもので、工作
機械や化学プラント等にも利用することが出来る。

〔従来の技術〕

従来のアナログ式光位置検出装置は第４図及び第５図に
示されるものが知られている。これは、光源ｌから射出
された測定光が光ファイバ２を通って検出端部６から射
出され、ミラー４によって反射され、別の光ファイバ５
の検出端部６°に人射し、光ファイバ５を通って受光器
３によって受光されるようになっている。

したがって、ミラー４と検出端部６，６°との距離が変
ると受光される光量が変化することになるので、この光
量化がミラー４と検出部６．６゛の位置信号となる。一
般には一定光量に制御された光源を用いて、検出端部６
．６゛を固定しておき、ミラー４を被測定物に取付けて
おくことにより、被測定物の位置変化を検出することが
出来る。

この場合、ミラー４と検出端部６．６°との距離と受光
器の検出光量との関係は第５図のようになる。

ミラー４の位置が零“ＯＮのときは、検出端部６．６゛
と接触した状態である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の装置においては、検出
端部６．６°とミラー４との間に空間が存在するため、
光を妨害する異物の付着、即ち塵埃や油の付着又は温度
変化に伴う結露の発生等が生じた場合、測定光がそれら
に妨害されて正確な位置検出が不可能となったり、電気
的な外乱によって測定光源が変化する等の欠点を有して
いた。

したがって、前記欠点を防止するために堅牢な防塵カバ
ーを設けたり、測定前にアルコール等で検出端部やミラ
ーの表面を洗浄する等の作業が不可欠であり、更に測定
光源の安定化のためにも工夫を要し、そのため、位置検
出装置が大型化し、保持を行うにも多大な労力を要して
いた。

本発明は、前記欠点を解決するために、前記洗浄作業を
必要とせず、且つ組立てが簡単に外乱にも強い小型の光
位置検出装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、基本的には、ファラデー光学素子の一端面に
偏光子を、他端面に検光子を設けた棒状ファラデー光学
素子を例えば航空機の舵面制御用アクチュエータ等に連
動する筒状磁石の中に軸方向に相対的に移動可能に挿入
することにより、アクチュエータ等の位置を光学的に検
出するものである。即ち筒状磁石と棒状ファラデー光学
素子との相対的位置の変化により、棒状ファラデー光学
素子の中を通過する光の偏光面の回転角を外部空間を介
することなく光のアナログ信号として取り出すようにし
である。第１図は、本発明の基本原理を示す説明である
。

ファラデー光学素子は、磁界により、その中を通過する
光の偏光面を回転させる性質（いわゆるファラデー効果
）を有する素子であり、この偏光面の回転角θ、は、磁
界の強さＨ，と磁界が及ぶ長さｌと物性常数（ベルデ定
数）■とに比例し、次のように表わされる。

θ、、Ｖ−１−Ｈ。

したがって、磁界の強さが一定の場合、ファラデー光学
素子に影響を及ぼす磁界の長さ２が変ることにより、θ
、が変化する。そして、このθ。

の変化を何等かの方法によって検出することによりＰの
移動量（変位）を検出することが出来る。

２１は測定用の光源で、周知の制御手段を用いた光量の
安定をしたものが使用される。２４は棒状のファラデー
光学素子で、光源側即ち測定光入射側端部２４ａに偏光
子２３を設け、受光器即ち測定光射出側端部２４ｂに検
光子２５を設ける。

この検光子２５と前記偏光子２３とは同じものであるが
、これらは互に偏光面が９０°の直交状態に配置される
。２７は受光器で、ファラデー光学素子から検光子を通
過して出て来た光量を測定するものである。２２．２６
は光源２１からの測定光を導く光ファイバ又はこれと等
価の光導体で、それぞれ光源側とファラデー光学素子の
測定光入射側端部２２ａにある偏光子２３及び測定光射
出端部２４ａにある検光子２５と受光器側とに接続され
ている。

筒状磁石２８はフェライトコアー等により成形された筒
状の永久磁石で、その中空部に前記棒状のファラデー光
学素子が軸方向に沿って相対的に移動するように挿入さ
れる。磁石の極性は図のように測定光入射をＳ極、測定
光射出側をＮ極とした場合、磁石中空部における磁界の
方向は矢印Ｈで示す方向となる。

磁石の中空部における磁界の強さは中空部内部において
はほぼ一様に分布しており、磁石は半径方向には多少動
いても、回転しても中に挿入されているファラデー光学
素子のファラデー効果には影響がない。

また、磁石発生磁界が使用温度範囲で十分に強く、ファ
ラデー素子の磁化を飽和させているならば、温度の変化
に基づく光の出力変化を小さく抑えることができる。

筒状磁石２８は、位置検出を必要とする部材、例えば航
空機の舵面用アクチュエータに連動して図面上左右方向
即ち磁石の軸線方向に移動するようになっているものと
する。

光源２１から出た光は、光ファイバ２２に導かれて偏光
子２３を通過する時に直線偏光となり、この直線偏光が
ファラデー光学素子２４に入射する。アクチュエータ等
に連動して、筒状磁石２８が例えば図面上で右方向に移
動したとすれば、ファラデー光学素子２４に入射した直
線偏光は、ファラデー光学素子２４が磁石の中空部に挿
入されたＭ（長さ）に応じた偏光面の回転を生ずる。

偏光子２３と検光子２５との偏光面を９０°の直交状態
に置いていた場合、磁石の中に挿入される棒状ファラデ
ー素子の量が大きくなればなる程ファラデー効果による
偏光面の回転角が大きくなり、その効果検光子２５を通
過して受光器２７に入射する光の量も多くなる。

従って、受光器２７にて検出される光の量を知ることに
より、筒状磁石２８の移動量から、これに連動するアク
チュエータの位置を検出することが出来るものである。

しかして、このようなファラデー効果を利用した位置検
出装置は、光学的な測定光路中に空間部を有しないので
測定光路中に異物や結露の存在による悪影響がなく、正
確な位置の検出が行われるが、時として測定用光源の電
圧変動や温度変化等の外乱により位置検出精度の上で一
抹の不安があった。

本発明は、前述の基本原理に基づいて前記外乱を補償し
、更に正確で安定した位置検出装置を提供するために、
筒状磁石の中空部に該磁石の軸線方向でこれと相対的に
移動する一対の棒状のファラデー光学素子を長手方向に
位置をずらして挿入することにより、差動的に信号を取
り出して出力信号に対する外乱の影響を少なくするもの
である。

〔実　施　例〕

以下第２図、第３図に基づき、本発明の詳細な説明する
が、第１図と同一機能を奏する構成部分については第１
図と同一符号を付して構成の説明は省略する。　「゛」
の付いたものは実施例中の応対する符号と同一機能部材
を示す。

本実施例には、筒状磁石２日の中空部にそれぞ。

れ偏光子２３と検光子２５を有する一対のファラデー光
学素子が挿入されており、図のように長手方向に位置を
ずらせて挿入配置されている。そして各ファラデー光学
素子の検光子２３．２３’側には、受光器２７．２７’
がファイバ２６．２７により接続され、各受光器２７，
２７°からの出力は減算器３０の端子に入力される。

筒状磁石２８が矢印Ｘ方向に変位すると、受光器２７で
検出される光量はｌ、が増加するので第３図の信号Ａの
ように変化する。また同時に受光器２７゛で検出される
光量は１ｔｆＪ＜減少するので第３図の信号Ｂのように
変化する。二つの信号Ａ。

Ｂは減算器３０にて減算処理されると、第３図の信号Ｃ
で示すようになる。

例えば、温度変化により光量が変化する場合を考えると
、信号ＡはＡ゛で示す破線の如くなり、信号ＢはＢ゛で
示す破線の如く変化する。

したがって、減算器３０にて減算処理された信号はＡ’
　−Ｂ’　＝Ｃ’　となり、第３図上、破線Ｃ゛で表わ
される。ここで、温度変化前の信号と、温度変化後の信
号との誤差の最大値ΔＡ、ΔＢは、信号ＣにおいてはΔ
Ａ、ΔＢだけの誤差として発生するが、位置の信号が、
受光器２７と受光器２７゛とにより出力された位置信号
の差信号として減算器３０から出力Ｃとして取り出され
ているため、１個の光位置センサ、即ち受光器２７によ
る側光系だけの時より検出信号の絶対値は約２倍となっ
て取り出される。

したがって、信号と誤差との比（Ｓ／Ｎ比）は約２倍改
善されたことになる。

〔発明の効果〕

本発明は、光学的な測定光路中に空間部を有しないので
、測定光路中に異物や結露の存在による悪影響がなく、
常に正確な位置の測定が出来ると共に、悪環境下におけ
る使用にも十分耐え得ることが出来、外乱による補償が
簡単で、検出精度の安定した位置検出装置を提供するこ
とが出来るものである。

また、筒状磁石の中に棒状のファラデー光学素子を挿入
しているので、測定移動方向と直角な方向、即ち半径方
向の変位に対しては測定結果への影響が少ないので、比
較的中空部の寸法公差を大きくとることができるため、
加工や組立てが容易であり、従来例のような外部反射ミ
ラーの取付けが不要なので小型で堅牢な装置を得ること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本原理を示す説明図、第２図及び
第３図は本発明の実施例で、第２図はその構成の概略図
、第３図はその信号処理状態を示すものである。 第４図及び第５図は従来技術の説明図である。 ２１．２１°・・・測定用光源 ２３．２３’　・・・偏光子 ２５．２５″・・・検光子 ２４　　　　・・・棒状ファラデー光学素子特許出願人
　　帝人製機株式会社 第４図 ミラーイｉ、ｉ 笹５図 手続補正書 昭和ｚ３年夕月１．？）日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　筒状磁石の中空部に該磁石の軸線方向で、これと相対
   的に移動し、測定光の入射側端部に偏光子を、測定光の
   射出側端部に検光子を設けた棒状ファラデー光学素子を
   挿入した光位置検出装置であって、筒状磁石の中空部に
   挿入された棒状ファラデー光学素子が、長手方向に位置
   をずらせて配置された一対の棒状ファラデー光学素子か
   ら成ることを特徴とする光位置検出装置。