JPH02145918A - 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、ファラデー光学素子を用いた位置検出装置に
おいて、測定光源等に加わる外乱の影響を除去し得る外
乱補償形光位置検出装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来のアナログ式光位置検出装置として、例えば第３図
に示すものが知られている。この検出装置では、測定光
源１から出射された測定光が、光ファイバ２を通って検
出端部２ａから出射され、ミラー３によって反射され、
別の光ファイノく４の検出端部４ａに入射し、光ファイ
バ４を通って受光器５により受光されるようになってい
る。

従って、ミラー３が動いて検出端部２ａ、４ａとの間の
距離ｘが変化すると、受光器５で受光される光量が変化
することになるので、この光量変化がミラー３に対する
検出端部２ａ、４ａの位置信号となる。一般には、検出
端部２ａ、４ａを固定しておき、ミラー３を被測定物に
取り付けておくことにより、被測定物の位置変位を検出
することができる。この場合に、距ａＸと受光器５の検
出光量との関係は第４図の特性図に示すようになる。な
お、距離Ｘが零のときはミラー３が検出端部２ａ、４ａ
と接触した状態である。

しかしながら、このような従来装置においては、検出端
部２ａ、４ａとミラー３との間に空間が存在するため、
光の入反射を妨害する異物つまり塵埃や油の付着、又は
ミラー３や検出端部２ａ、４ａに温度変化に伴う結露の
発生等が生じた場合に、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、或いは電気的な外乱
によって測定光源ｌの光量が変化することによる測定誤
差が生ずる等の欠点を有している。従って、この欠点を
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２ａ、４ａやミラー３の表面を
洗浄する等の作業が不可欠であり、更には測定光源ｌの
安定化のためにも工夫を要し、そのため装置が大型化し
保守を行うにも多大な労力を要する。

このような欠点を解消するために、本出願人は既に第５
図に示すようなファラデー光学素子を用いた光位置セン
サを提案している。この第５図において、１０は測定光
源であり、この測定光源１０の出力側には例えば光ファ
イバ等から成る光導体１１を介して棒状のファラデー光
学素子１２が接続され、ファラデー光学素子１２の出射
端には光導体１３を介して受光器１４が接続されている
。また、ファラデー光学素子１２の入射面には偏光子１
５、出射面には検光子１６が取り付けられており、これ
らは偏光面が互いに９０度の直交状態となるように配置
されている。ファラデー光学素子１２の一部はフェライ
トコア等により形成された筒状の永久磁石から成る筒状
磁石１７の中空部内に挿入され、筒状磁石１７に対して
その軸方向に相対的に移動できるようにされている。

測定光源１０からの出射光は、偏光子１５を通過する際
に直線偏光となり、ファラデー光学素子１２に入力する
０例えば、航空機の舵面用アクチュエータ等に連動して
、筒状磁石１７がＸ方向に動いたとすれば、ファラデー
光学素子１２の筒状磁石１７の中空部に挿入された長さ
に応じて、直線偏光は筒状磁石１７の磁界により偏光面
の回転を生ずる。偏光子１５と検光子１６との偏光面は
９０度の直交状態に置かれているので、筒状磁石１７中
に挿入されるファラデー光学素子１２の長さが大きくな
れば、磁界によるファラデー効果によって偏光面の回転
角が大きくなり、検光子１６を通過して受光器１４に入
射する光量も多くなる。従って、受光器１４で検出され
る光量を知ることにより、筒状磁石１７の移動量を求め
連動するアクチュエータ等の位置を検出することができ
る。。

なお、偏光子１５と検光子１６との偏光角度を最初は一
致させておき、受光器１４に入射する光量の減少度によ
り、筒状磁石１７に対する変位を検出することもできる
ことは勿論である。

［発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、この検出装置は第３図に示した検出装置
のように測定光が妨害されるようなことはないが、測定
光源１０の光量がその電圧変動、周囲温度、経年変化に
より変化したり、ファラデー光学素子１２の偏光特性の
温度による影響が十分者えられ、これらの外乱の影響が
あった場合に、受光器１４で得られる測定値には測定誤
差が介入する問題点がある。

本発明は上述のファラデー光学素子を使用した光位置セ
ンサを改良し、測定光源等に加わる外乱の影響を補償し
て、正確な測定をなし得る外乱補償型光位置検出装置を
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］ 上述の目的を達成するため本発明は、共通の測定光源に
光学的に接続し、前記光源からの光束の入射端面に偏光
子を、出射端面に検光子をそれぞれ設けた第１、第２の
棒状のファラデー光学素子を筒状磁石の中空部内に挿入
し、前記第１のファラブー光学素子は少なくともその一
部が前記筒状磁石の中に存在するようにして前記筒状磁
石に対して相対的に移動可能とし、前記第２のファラデ
ー光学素子は前記筒状磁石の中に常に存在するようにし
たことを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 本発明を第１図、第２図に図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図は構成図を示し、第５図と同一の符号は同一の部
材を示している。筒状磁石１７の中空部内には、両側に
それぞれ偏光子１５ａ、１５ｂ、検光子１６ａ、１６ｂ
を有する第１、第２のファラデー光学素子１２ａ、１２
ｂが挿入されており、これらのファラデー光学素子１２
ａ、１２ｂは筒状磁石１７の軸方向に位置をずらせて挿
入されており、第１のファライ光学素子１２ａはその測
定時において、一部が筒状磁石１７の中空部内に挿入さ
れている。また、第２のファラデー光学素子１２ｂは常
に筒状磁石１７の内部に位置するように配置されている
。ファラデー光学素子１２ａ、１２ｂの偏光子１５ａ、
１５ｂ側は、それぞれ光ファイバなどの光導体１１ａ、
ｌｌｂを介して共通の測定光源１０に光学的に接続され
、検光子１６ａ、１６ｂ側に受光器１４ａ、１４ｂがそ
れぞれ光導体１３ａ、１３ｂを介して光学的に接続され
、各受光器１４ａ、１４ｂの出力は演算器２０に接続さ
れている。

ここで、第１のファラデー光学素子１２ａに対する筒状
磁石１７のＸ方向の変位をＸ、第１のファラデー光学素
子１２ａから受光器１４ａに入射する光量をα、第２の
ファラデー光学素子１２ｂから受光器１４ｂに入射する
光量をβとする。

筒状磁石１７が変位すると、第１のファラデー光学素子
１２ａは筒状磁石１７の中空部内に相対的に挿入されて
ゆくことになり、第１の受光器１４ａで得られる光量α
に対する出力ａは、第１図の第１のファラデー光学素子
１２ａの状態において零に校正されているものとし、変
位量Ｘに対して第２図の特性Ａで示す直線的な変化をす
るように校正されている。また、そのとき第２の受光器
１４ｂで得られる光量βに対する出力すは、第２のファ
ラデー光学素子１２ｂの全体が常に筒状磁石１７の中空
部内にあるため、特性Ｂに示すようにｂｌのレベルで一
定である。

そして、校正時における変位ｘ１に対する第１の受光器
１４ａの出力をａｌとすれば、筒状磁石１７の変位量Ｘ
は第１の受光器１４ａの出力ａを基に、 ｘ　＝　　（ｘｉ／ａｌ）　　・　ａ　　　　　　　　
　　　　・・・（１）により求めることができる。

ここで、変位量Ｘが一定であっても、温度が変化して第
１のファラデー光学素子１２ａのファラデー回転角が変
化したり、測定光源ｌＯの電圧変動等が存在すると、第
１のファラデー光学素子１２ａから出射する光量αは変
化することになる。第１の受光器１４ａで得られる出力
ａは、変位量Ｘが同じｘｌであっても、第２図の例えば
特性Ａ１に従って変化しａ２となってしまう、この特性
変化を無視して（１）式を適用すれば、得られた変位１
５１ｘは寞２となり誤差が含まれることになる。

しかし、温度の変化や電源変動の影響は第１、第２のフ
ァラデー光学素子１２ａ、１２ｂにほぼ同等に及ぶので
、本来変位量Ｘに依存しない筈の第２のファラデー光学
素子１２ｂの出射光量βによる第２の受光器１４ｂの出
力すに変化が生ずれば、これは環境変化等があったもの
と推定できる。従って、その出力変化率から第１のファ
ラデー光学素子１２ａの出射光量α、つまり第１の受光
器１４ａの出力ａを補償することができる。

即ち、第２のファラデー光学素子１２ｂの出力すが特性
Ｂ１によるｂ２に変化すれば、特性Ａも同じ割合で変化
して特性Ａｔとなると考えられる。そこで、第２の受光
器１４ｂの出力すの変化率ｂｌ／ｂ２により（１）式を
補正すれば、環境変化を補償した検出を行うことができ
る。

従って、変位量Ｘを第１、第２の受光器１４ａ、１４ｂ
の出力ａ、ｂを関数とする一般式として表せば、次の（
２）式となり、演算器２０は（２）式による演算を行え
ばよいことになる。

ｘ　＝　　（ｂｌ／　ｂ　）　　　　（ｘｉ／ａｌ）　
　＠　ａ　　　・・−（２）つまり、外乱補償用の第２
のファラデー光学素子１２ｂの校正時における出力ｂ１
と測定時の出力すとの変化率ｂｌ／ｂを求めて、温度変
化や測定光源１０の光量変化の影響等を補償して、第１
のファラデー光学素子１２ａの筒状磁石１７に対する校
正された特性Ａに従った相対的な変位量Ｘを正確に知る
ことができる。

なお、第１図の実施例においては、第１のファラデー光
学素子１２ａに対して第２のファラデー光学素子１２ｂ
の長さは短くなっているが、この長さは出力精度に影響
を及ぼさない程度まで短縮することができる。また、可
撓性を有する光導体１１ｂ、１３ｂを用いれば、第２の
ファラデー光学素子１２ｂは筒状磁石１７内に固定して
配置することも可能である。更には、第２のファラデー
光学素子１２ｂは全体を筒状磁石１７内に挿入せずに、
内外部に存在する長さの比が常に一定であれば、一部を
外部に露出しておくこともできる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る外乱補償型光位置検出
装置は、測定光源の電圧変動や、ファラデー光学素子の
温度に対する特性変化が測定値に及ぼす影響を補償でき
、測定光路中の異物や結露による影響もなく、航空機な
ど環境条件の変化の大きい用途においても十分に使用で
き、検出精度が安定する利点を有している。

【図面の簡単な説明】

図面第１図、第２図は本発明に係る外乱補償型光位置検
出装置の一実施例を示し、第１図は構成図、第２図は特
性図であり、第３図は従来の検出装置の構成図、第４図
はその特性図、第５図は本発明の基本的構成図である。 符号１０は測定光源、１１．１３は光導体、１２はファ
ラデー光学素子、１４は受光器、１５は偏光子、１６は
検光子、１７は筒状磁石、２０は演算器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、共通の測定光源に光学的に接続し、前記光源からの
   光束の入射端面に偏光子を、出射端面に検光子をそれぞ
   れ設けた第１、第２の棒状のファラデー光学素子を筒状
   磁石の中空部内に挿入し、前記第１のファラデー光学素
   子は少なくともその一部が前記筒状磁石の中に存在する
   ようにして前記筒状磁石に対して相対的に移動可能とし
   、前記第２のファラデー光学素子は前記筒状磁石の中に
   常に存在するようにしたことを特徴とする外乱補償型光
   位置検出装置。 ２、前記第２のファラデー光学素子は前記筒状磁石に対
   してその位置を固定した請求項１に記載の外乱補償型光
   位置検出装置。 ３、前記第１、第２のファラデー素子の光の出射端面を
   それぞれ光検出器に接続し、これらの光検出器の検出信
   号を演算回路に入力して補償演算を行うようにした請求
   項１に記載の外乱補償型光位置検出装置。