JPH0248960B2 - - Google Patents
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- JPH0248960B2 JPH0248960B2 JP57171710A JP17171082A JPH0248960B2 JP H0248960 B2 JPH0248960 B2 JP H0248960B2 JP 57171710 A JP57171710 A JP 57171710A JP 17171082 A JP17171082 A JP 17171082A JP H0248960 B2 JPH0248960 B2 JP H0248960B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
（発明の技術分野）
この発明は光を応用して被測定物理量を検出す
るセンサに関する。 （従来技術） 大規模化、多様化して情報量の増大したシステ
ムや特殊環境下における計測システムとして光応
用計測システムが有望視されている。これは光応
用計測システムが誘導やアース点の複雑化の影響
を比較的受けにくいためである。 光応用システムにおける基本要素技術の１つで
ある光応用センサは光フアイバを伝送路とする光
フアイバ応用センサを中心にさまざまなものが考
案されている。光フアイバを伝送路とする光応用
センサにとつて重要なことは、光フアイバ伝送系
の損失変化や光源の出力変動が検出信号に影響を
与えないようにすることである。 この目的を達成するために従来はトランスデユ
ーサ部において検出光と別なパスを設け被測定物
理量の影響を受けない基準光を得る方法や、２つ
の異なる波長の光を用い、被測定物理量の変化に
対し変化率の異なる検出信号を得てその比をもつ
て被測定物理量を測定するという方法が用いられ
ていた。 （従来技術の問題点） しかしこれらの従来の方法の欠点は、前者にお
いてはトランスデユーサ部において検出光と基準
光とが別のパスを通つているため基準光のパス側
でトランスデユーサ部と異なる外乱を受けること
があることである。 特に光フアイバの分岐部分での損失変化は微妙
であり、両者のパスが等しい外乱を受けていると
はいえず、外乱の影響は補償しきれないという欠
点がある。 また後者においては、伝送路は共通であるが新
たに波長の違いによる特性の差を持ち込んだこと
になり、それ自体外乱を導入したことになる。 たとえその影響を小さくおさえたにしても、２
個の光源の出力比を一定に保つかもしくはモニタ
する必要があり、そのための分波器、合波器など
の高価な光学部品を多数必要とし、光応用センサ
の信頼性をさげかつコスト高になつてしまうとい
う欠点がある。 （発明の目的） この発明の目的は、１つの波長の光源を用いし
かも光フアイバ伝送路の損失変化や光源の出力変
動が検出信号に影響を与えることのない光学セン
サ部を提供するにある。 （発明の概要） この発明の特徴は、同一波長を持つた２つの入
力光をそれぞれ伝送する２つの入力光伝送路と、
この２つの入力光伝送路から入力した前記入力光
を被測定物理量の変化に応じて変調した２つの出
力光として出力する検出部と、前記出力光をそれ
ぞれ伝送する２つの出力光伝送路と、前記出力光
に処理を施して前記被測定物理量を算出する演算
処理部とを有してなる光学センサにおいて、前記
検出部が前記２つの入力光のおのおのを前記被測
定物理量の変化に応じて相異なる変化率で変化す
る２組の分割光とする分割手段を有しかつ相異な
る組に属する前記分割光同志を前記２つの出力光
に対応させ、前記演算処理部が前記一方の入力光
のみが与えられた時の前記２つの出力光の比と前
記他方の入力光のみが与えられた時の前記２つの
出力光との比とを積算するよう構成され、この積
算値に基づいて前記被測定物理量を算出する点に
ある。 以下この発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。 （発明の実施例） 第１図はこの発明が適用される光学センサの構
成図を示したものである。３は検出部で、２つの
入射口１，２と２つの出力口４，５とを有してい
る。入射口１および２から入射された入力光は検
出部３の内部で被測定物理量６の影響を受けて減
衰し、出力口４および５から出射される。 検出口の具体的構成は後に詳述するが、いづれ
の入射口１，２から入射された入力光も検出部３
の内部において２つの出力光に分割され出力口
４，５から出射されるように構成されている。す
なわちおのおのの入射口から入力された入力光は
検出部において被測定物理量の変調を受けて出力
光として出力口から出射されるのである。 ７，８は光源でともに同一波長の光を発生す
る。９，１０は入力光伝送路でそれぞれ光源８，
７からの光を検出部の入射口１，２に伝送する役
割を果す。光伝送路の材料としては光フアイバ等
が一般に用いられる。１１，１２は光検出部で、
出力口４，５から出力され、出力光伝送路１４，
１３を介して伝送されてきた出力光を検出してこ
れを電気信号に変換し受信回路１６に伝達する役
割を持つている。１５は駆動回路で光源７，８を
駆動する。１９は演算処理部で受信回路１６を介
して出力された受信信号１７，１８を後述する方
法により処理する働きを有する。 なお検出部３において入力光は各入射口から２
つの進行方向を持つた分割光に分割されこの分割
光の光量は検出部３内において被測定物理量６が
作用することによりおのおの相異る変化率で変化
する。２つの入射口１，２からおのおのの分割光
は進行方向が一致する光線同志がそれぞれ組とな
り２つの出力光４，５から取り出される。 次に動作について説明するが、光学センサを構
成する各要素の伝送特性を次のように定める。 Ｐ ：光源７の光出力 P2：光源８の光出力 K1：光伝送路１０およびその接続点における
損失 K2：光伝送路９およびその接続点における損
失 K3：光伝送路１３およびその接続点における
損失 K4：光伝送路１４およびその接続点における
損失 l1：光検出部１１の電気信号への交換効率 l2：光検出部１２の電気信号への交換効率 ｘ ：被測定物理量６ m14(x)：検出部３において入射口１から出射口
４を通る光線が被測定物理量６によりうけ
る減衰率 m15(x)：検出部３において入射口１から出射口
４を通る光源が被測定物理量６によりうけ
る減衰率 m24(x)：検出部３において入射口２から出射口
４を通る光線が被測定物理量６によりうけ
る減衰率 m25(x)：検出部３において入射口２から出射口
５を通る光線が被測定物理量６によりうけ
る減衰率 この発明によれば光源の光量変動や伝送路の損
失変動の影響をうけることなく検出部における被
測定物理量による減衰率だけを検出できるが、そ
の原理について説明する。 光源７が発光した時の検出器１１の電気出力信
号をS7-11とすると S7-11＝Ｐ・K1・m25・K3・l1 (1) と表わすことができ、またその時の検出器１２の
電気出力光信号をS7-12とすれば、 S7-12＝P1・K1・m24・K4・l2 (2) と表わすことができる。また光源８が発光した時
の検出器１１の電気出力信号S8-11は同様に、 S8-11＝P2・K2−m15・K3・l1 (3) と表わすことができ、またその時の検出器１２の
電気出力信号をS8-12とすれば、 S8-12＝P2・K2・m14・K4・１2 (4) と表わすことができる。演算処理部１９は上述し
た第(1)式から第(4)式で表わされる電気出力信号
S7-11、S7-12、S8-12をそれぞれ記憶しこれを次に
示す第(5)式による演算をおこなう。 S7-11・S8-12／S7-12・S8-11 (5) その結果は、 S7-11・S8-12／S7-12・S8-11＝m25・m14／m24・m15
(6) となり、光源７，８や光伝送路９，１０，１３，
１４の損失に関するフアクタは含まれておらず、
検出部３における被測定物理量６による減衰率だ
けからなる信号を送ることができる。 この結果から判断できるように光源の光量変動
や外乱による伝送路およびその接続点における損
失変動、検出器の効率変動における影響等を全て
補償することができる。 第２図はこの発明に用いられる検出部３の実施
例を示したものである。この実施例では検出部３
は集束性ロツドレンズ２１，２２と回折格子２３
とから構成されている。集束性ロツドレンズ２１
には入力光１ａと２ａとが入射され、集束性ロツ
ドレンズ２２からは出力光４ａと５ａとが出射さ
れる。入力光２ａはロツドレンズ２１の中心に、
入力光１ａはロツドレンズ２１の中心より一定の
距離だけ離れたところに入射するよう構成されて
いる。また出力光４ａはロツドレンズ２２の中心
に、出力光５ａはロツドレンズ２１の中心から入
力光１ａと光軸に対し反対側に同じ距離だけ離れ
て出射するように構成されている。入力光２ａは
集束性ロツドレンズ２１により２つのロツドレン
ズの光軸に平行なビーム２４に変換され、入力光
１ａは出射口１の中心からの距離に比例した角度
θを持つたビーム２５に変換されて回折格子２３
に入射する。回折格子のピツチを１次回折光の回
折角がθとなるように設定しておけば、平行ビー
ム２４は回折格子２３によつて平行ビームおよび
角度θをもつ１次回折光に分割されそれぞれ集束
性ロツドレンズ２２を通過して出力光４ａおよび
５ａとなる。 同様に角度θを持つたビーム２５は回折格子２
３により角度θを持つビームと光軸と平行な１次
回折光とに分割され、前者は出力光５ａに、後者
は出力光４ａとなる。 ここで回折格子２３の回折効率が被測定物理量
６によつて変化するように構成しておけばこの発
明における検出部３を実現することができる。た
とえば回折格子２３を特定領域だけを格子にして
その他を透明にしておけば回折格子２３が集束性
ロツドレンズ２１，２２に対して変位することに
より、光ビームが照らす面積のうち格子の占める
面積が変化し、実効的回折効率が変化する。 市販されている集束性ロツドレンズを用いた場
合、光ビーム径は１mm前後となり、１mm以下の変
位を高感度で測定できる。 また温度で透過率の変化する例えばGaAs等の
半導体で回折格子２３を作製すれば温度センサと
することができる。 また透過率ではなくて屈析率の変化するものを
用いてもよい。圧力変化によつて透過率や屈折率
の変化する材料で回折格子２３をつくれば圧力セ
ンサとなる。 第３図は検出部３の他の実施例を示したもので
ある。この実施例では被測定物理量として反射率
と透過率を検出する。入力光１ｂ，２ｂと接続さ
れた集束性ロツドレンズ２７，２８と出力光４
ｂ，５ｂと接続された集束性ロツドレンズ３０，
２９と、たとえば温度変化により透過率の変化す
るGaAs等の半導体により作られた半透鏡３１と
により検出部３は構成されている。入力光１ｂは
集束性ロツドレンズ２７により平行ビームとな
り、半透鏡３１により透過光はロツドレンズ２９
を通り出力光５ｂとなり、反射光はロツドレンズ
３０を通り出力光４ｂとなる。 同様に入力光２ｂは、透過光が出力光４ｂとな
り反射光は出力光５ｂとなる。 第４図は検出部３のさらに他の実施例を示した
ものである。この実施例では第３図に示した実施
例における２個の集束性ロツドレンズの働きを１
個の集束性ロツドレンズでおこなうようにしてい
る。 ３２，３３は集束性ロツドレンズである。入力
光１ｃ，２ｃと出力光４ｃ，５ｃはロツドレンズ
３２，３３の中心から同じ距離だけはなれた場所
に接続されている。集束性ロツドレンズの性質か
ら入力光１ｃは図中に矢印で示した方向の光ビー
ムとなり半透鏡３１に入射し、反射光は出力光４
ｃとなり透過光は出力光５ｃとなる。 同様に入力光２ｃは矢印３５で示される方向の
光ビームとなり、反射光は出力光５ｃとなり透過
光は出力光４ｃとなる。 第５図は検出部３のさらに他の実施例である。
入力光１ｄと出力光４ｄとは１本の光伝送路でつ
ながつている。 同様に入力光２ｄと出力光５ｄとが１本の光伝
送路でつながつており、それぞれの伝送路の途中
の部分３８と３９とが互に接近しており光波が結
合状態におかれている。 ２つの結合しあつている光導波路３８と３９と
の間には温度で透過率が変化する、たとえば
GaAs等の半導体結晶、またはアモルフアスやま
たは温度と圧力で屈折率の変化するたとえば液晶
からなる境界層４０が設けてある。 したがつてこの境界層４０の光学的定数が被測
定物理量６によつて変化すれば結合比が変化し出
力光４ｄ，５ｄの光出力が変化する。 結合部の形状はマイクロベンドを持たせたり、
周期構造を持たせたりすることが考えられる。 また境界層４０の光学的性質ばかりでなく形状
的な性質を変えることによつても結合比を変える
ことができる。 たとえば境界層４５を弾性体で構成することに
より境界層４０の厚さが圧力により変化し、結合
比が変化するように構成することもできる。 また導波路を固定している部材３６，３７が横
方向にずれることにより結合している長さが変化
するようにしても結合比を変化させることができ
る。 したがつてこの実施例においては圧力、変位お
よび振動が被測定物理量となる。 第６図は検出部３のさらに他の実施例である。
この実施例では第４図に示した実施例における集
束性ロツドレンズを取り去つた構成となつてい
る。 たとえば、温度で透過率の変化する半透鏡３１
をはさんで、４本の光伝送路が結合された形とな
つている。光伝送路として直径125μの石英光フ
アイバ等が使用できる。隣合つている光フアイバ
は直接接触しているか、離れている場合にも
100μｍ以下の間隔に保たれている。 また半透鏡３１との距離は数十μｍである。入
力光１ｅ，２ｅ、出力光４ｅ，５ｅの動作は第４
図に示した実施例と同様である。またこの実施例
の場合には光フアイバと半透鏡３１との距離が変
化することによつても反射光の強度が変化する。 第７図はこの距離と光強度との関係を示した特
性図である。 （発明の効果） 以上実施例に基づいて詳細に説明したようにこ
の発明による光学センサでは同一波長の２つの光
源から入力される入力光をそれぞれ２つの分割光
に分割してそれぞれの分割光が被測定物理量の変
化に応じて変調されるように構成したので入力お
よび出力の光伝送路の影響や光源の光量変動等の
影響を受けることなく被測定物理量の検出をおこ
なうことができるという利点がある。
るセンサに関する。 （従来技術） 大規模化、多様化して情報量の増大したシステ
ムや特殊環境下における計測システムとして光応
用計測システムが有望視されている。これは光応
用計測システムが誘導やアース点の複雑化の影響
を比較的受けにくいためである。 光応用システムにおける基本要素技術の１つで
ある光応用センサは光フアイバを伝送路とする光
フアイバ応用センサを中心にさまざまなものが考
案されている。光フアイバを伝送路とする光応用
センサにとつて重要なことは、光フアイバ伝送系
の損失変化や光源の出力変動が検出信号に影響を
与えないようにすることである。 この目的を達成するために従来はトランスデユ
ーサ部において検出光と別なパスを設け被測定物
理量の影響を受けない基準光を得る方法や、２つ
の異なる波長の光を用い、被測定物理量の変化に
対し変化率の異なる検出信号を得てその比をもつ
て被測定物理量を測定するという方法が用いられ
ていた。 （従来技術の問題点） しかしこれらの従来の方法の欠点は、前者にお
いてはトランスデユーサ部において検出光と基準
光とが別のパスを通つているため基準光のパス側
でトランスデユーサ部と異なる外乱を受けること
があることである。 特に光フアイバの分岐部分での損失変化は微妙
であり、両者のパスが等しい外乱を受けていると
はいえず、外乱の影響は補償しきれないという欠
点がある。 また後者においては、伝送路は共通であるが新
たに波長の違いによる特性の差を持ち込んだこと
になり、それ自体外乱を導入したことになる。 たとえその影響を小さくおさえたにしても、２
個の光源の出力比を一定に保つかもしくはモニタ
する必要があり、そのための分波器、合波器など
の高価な光学部品を多数必要とし、光応用センサ
の信頼性をさげかつコスト高になつてしまうとい
う欠点がある。 （発明の目的） この発明の目的は、１つの波長の光源を用いし
かも光フアイバ伝送路の損失変化や光源の出力変
動が検出信号に影響を与えることのない光学セン
サ部を提供するにある。 （発明の概要） この発明の特徴は、同一波長を持つた２つの入
力光をそれぞれ伝送する２つの入力光伝送路と、
この２つの入力光伝送路から入力した前記入力光
を被測定物理量の変化に応じて変調した２つの出
力光として出力する検出部と、前記出力光をそれ
ぞれ伝送する２つの出力光伝送路と、前記出力光
に処理を施して前記被測定物理量を算出する演算
処理部とを有してなる光学センサにおいて、前記
検出部が前記２つの入力光のおのおのを前記被測
定物理量の変化に応じて相異なる変化率で変化す
る２組の分割光とする分割手段を有しかつ相異な
る組に属する前記分割光同志を前記２つの出力光
に対応させ、前記演算処理部が前記一方の入力光
のみが与えられた時の前記２つの出力光の比と前
記他方の入力光のみが与えられた時の前記２つの
出力光との比とを積算するよう構成され、この積
算値に基づいて前記被測定物理量を算出する点に
ある。 以下この発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。 （発明の実施例） 第１図はこの発明が適用される光学センサの構
成図を示したものである。３は検出部で、２つの
入射口１，２と２つの出力口４，５とを有してい
る。入射口１および２から入射された入力光は検
出部３の内部で被測定物理量６の影響を受けて減
衰し、出力口４および５から出射される。 検出口の具体的構成は後に詳述するが、いづれ
の入射口１，２から入射された入力光も検出部３
の内部において２つの出力光に分割され出力口
４，５から出射されるように構成されている。す
なわちおのおのの入射口から入力された入力光は
検出部において被測定物理量の変調を受けて出力
光として出力口から出射されるのである。 ７，８は光源でともに同一波長の光を発生す
る。９，１０は入力光伝送路でそれぞれ光源８，
７からの光を検出部の入射口１，２に伝送する役
割を果す。光伝送路の材料としては光フアイバ等
が一般に用いられる。１１，１２は光検出部で、
出力口４，５から出力され、出力光伝送路１４，
１３を介して伝送されてきた出力光を検出してこ
れを電気信号に変換し受信回路１６に伝達する役
割を持つている。１５は駆動回路で光源７，８を
駆動する。１９は演算処理部で受信回路１６を介
して出力された受信信号１７，１８を後述する方
法により処理する働きを有する。 なお検出部３において入力光は各入射口から２
つの進行方向を持つた分割光に分割されこの分割
光の光量は検出部３内において被測定物理量６が
作用することによりおのおの相異る変化率で変化
する。２つの入射口１，２からおのおのの分割光
は進行方向が一致する光線同志がそれぞれ組とな
り２つの出力光４，５から取り出される。 次に動作について説明するが、光学センサを構
成する各要素の伝送特性を次のように定める。 Ｐ ：光源７の光出力 P2：光源８の光出力 K1：光伝送路１０およびその接続点における
損失 K2：光伝送路９およびその接続点における損
失 K3：光伝送路１３およびその接続点における
損失 K4：光伝送路１４およびその接続点における
損失 l1：光検出部１１の電気信号への交換効率 l2：光検出部１２の電気信号への交換効率 ｘ ：被測定物理量６ m14(x)：検出部３において入射口１から出射口
４を通る光線が被測定物理量６によりうけ
る減衰率 m15(x)：検出部３において入射口１から出射口
４を通る光源が被測定物理量６によりうけ
る減衰率 m24(x)：検出部３において入射口２から出射口
４を通る光線が被測定物理量６によりうけ
る減衰率 m25(x)：検出部３において入射口２から出射口
５を通る光線が被測定物理量６によりうけ
る減衰率 この発明によれば光源の光量変動や伝送路の損
失変動の影響をうけることなく検出部における被
測定物理量による減衰率だけを検出できるが、そ
の原理について説明する。 光源７が発光した時の検出器１１の電気出力信
号をS7-11とすると S7-11＝Ｐ・K1・m25・K3・l1 (1) と表わすことができ、またその時の検出器１２の
電気出力光信号をS7-12とすれば、 S7-12＝P1・K1・m24・K4・l2 (2) と表わすことができる。また光源８が発光した時
の検出器１１の電気出力信号S8-11は同様に、 S8-11＝P2・K2−m15・K3・l1 (3) と表わすことができ、またその時の検出器１２の
電気出力信号をS8-12とすれば、 S8-12＝P2・K2・m14・K4・１2 (4) と表わすことができる。演算処理部１９は上述し
た第(1)式から第(4)式で表わされる電気出力信号
S7-11、S7-12、S8-12をそれぞれ記憶しこれを次に
示す第(5)式による演算をおこなう。 S7-11・S8-12／S7-12・S8-11 (5) その結果は、 S7-11・S8-12／S7-12・S8-11＝m25・m14／m24・m15
(6) となり、光源７，８や光伝送路９，１０，１３，
１４の損失に関するフアクタは含まれておらず、
検出部３における被測定物理量６による減衰率だ
けからなる信号を送ることができる。 この結果から判断できるように光源の光量変動
や外乱による伝送路およびその接続点における損
失変動、検出器の効率変動における影響等を全て
補償することができる。 第２図はこの発明に用いられる検出部３の実施
例を示したものである。この実施例では検出部３
は集束性ロツドレンズ２１，２２と回折格子２３
とから構成されている。集束性ロツドレンズ２１
には入力光１ａと２ａとが入射され、集束性ロツ
ドレンズ２２からは出力光４ａと５ａとが出射さ
れる。入力光２ａはロツドレンズ２１の中心に、
入力光１ａはロツドレンズ２１の中心より一定の
距離だけ離れたところに入射するよう構成されて
いる。また出力光４ａはロツドレンズ２２の中心
に、出力光５ａはロツドレンズ２１の中心から入
力光１ａと光軸に対し反対側に同じ距離だけ離れ
て出射するように構成されている。入力光２ａは
集束性ロツドレンズ２１により２つのロツドレン
ズの光軸に平行なビーム２４に変換され、入力光
１ａは出射口１の中心からの距離に比例した角度
θを持つたビーム２５に変換されて回折格子２３
に入射する。回折格子のピツチを１次回折光の回
折角がθとなるように設定しておけば、平行ビー
ム２４は回折格子２３によつて平行ビームおよび
角度θをもつ１次回折光に分割されそれぞれ集束
性ロツドレンズ２２を通過して出力光４ａおよび
５ａとなる。 同様に角度θを持つたビーム２５は回折格子２
３により角度θを持つビームと光軸と平行な１次
回折光とに分割され、前者は出力光５ａに、後者
は出力光４ａとなる。 ここで回折格子２３の回折効率が被測定物理量
６によつて変化するように構成しておけばこの発
明における検出部３を実現することができる。た
とえば回折格子２３を特定領域だけを格子にして
その他を透明にしておけば回折格子２３が集束性
ロツドレンズ２１，２２に対して変位することに
より、光ビームが照らす面積のうち格子の占める
面積が変化し、実効的回折効率が変化する。 市販されている集束性ロツドレンズを用いた場
合、光ビーム径は１mm前後となり、１mm以下の変
位を高感度で測定できる。 また温度で透過率の変化する例えばGaAs等の
半導体で回折格子２３を作製すれば温度センサと
することができる。 また透過率ではなくて屈析率の変化するものを
用いてもよい。圧力変化によつて透過率や屈折率
の変化する材料で回折格子２３をつくれば圧力セ
ンサとなる。 第３図は検出部３の他の実施例を示したもので
ある。この実施例では被測定物理量として反射率
と透過率を検出する。入力光１ｂ，２ｂと接続さ
れた集束性ロツドレンズ２７，２８と出力光４
ｂ，５ｂと接続された集束性ロツドレンズ３０，
２９と、たとえば温度変化により透過率の変化す
るGaAs等の半導体により作られた半透鏡３１と
により検出部３は構成されている。入力光１ｂは
集束性ロツドレンズ２７により平行ビームとな
り、半透鏡３１により透過光はロツドレンズ２９
を通り出力光５ｂとなり、反射光はロツドレンズ
３０を通り出力光４ｂとなる。 同様に入力光２ｂは、透過光が出力光４ｂとな
り反射光は出力光５ｂとなる。 第４図は検出部３のさらに他の実施例を示した
ものである。この実施例では第３図に示した実施
例における２個の集束性ロツドレンズの働きを１
個の集束性ロツドレンズでおこなうようにしてい
る。 ３２，３３は集束性ロツドレンズである。入力
光１ｃ，２ｃと出力光４ｃ，５ｃはロツドレンズ
３２，３３の中心から同じ距離だけはなれた場所
に接続されている。集束性ロツドレンズの性質か
ら入力光１ｃは図中に矢印で示した方向の光ビー
ムとなり半透鏡３１に入射し、反射光は出力光４
ｃとなり透過光は出力光５ｃとなる。 同様に入力光２ｃは矢印３５で示される方向の
光ビームとなり、反射光は出力光５ｃとなり透過
光は出力光４ｃとなる。 第５図は検出部３のさらに他の実施例である。
入力光１ｄと出力光４ｄとは１本の光伝送路でつ
ながつている。 同様に入力光２ｄと出力光５ｄとが１本の光伝
送路でつながつており、それぞれの伝送路の途中
の部分３８と３９とが互に接近しており光波が結
合状態におかれている。 ２つの結合しあつている光導波路３８と３９と
の間には温度で透過率が変化する、たとえば
GaAs等の半導体結晶、またはアモルフアスやま
たは温度と圧力で屈折率の変化するたとえば液晶
からなる境界層４０が設けてある。 したがつてこの境界層４０の光学的定数が被測
定物理量６によつて変化すれば結合比が変化し出
力光４ｄ，５ｄの光出力が変化する。 結合部の形状はマイクロベンドを持たせたり、
周期構造を持たせたりすることが考えられる。 また境界層４０の光学的性質ばかりでなく形状
的な性質を変えることによつても結合比を変える
ことができる。 たとえば境界層４５を弾性体で構成することに
より境界層４０の厚さが圧力により変化し、結合
比が変化するように構成することもできる。 また導波路を固定している部材３６，３７が横
方向にずれることにより結合している長さが変化
するようにしても結合比を変化させることができ
る。 したがつてこの実施例においては圧力、変位お
よび振動が被測定物理量となる。 第６図は検出部３のさらに他の実施例である。
この実施例では第４図に示した実施例における集
束性ロツドレンズを取り去つた構成となつてい
る。 たとえば、温度で透過率の変化する半透鏡３１
をはさんで、４本の光伝送路が結合された形とな
つている。光伝送路として直径125μの石英光フ
アイバ等が使用できる。隣合つている光フアイバ
は直接接触しているか、離れている場合にも
100μｍ以下の間隔に保たれている。 また半透鏡３１との距離は数十μｍである。入
力光１ｅ，２ｅ、出力光４ｅ，５ｅの動作は第４
図に示した実施例と同様である。またこの実施例
の場合には光フアイバと半透鏡３１との距離が変
化することによつても反射光の強度が変化する。 第７図はこの距離と光強度との関係を示した特
性図である。 （発明の効果） 以上実施例に基づいて詳細に説明したようにこ
の発明による光学センサでは同一波長の２つの光
源から入力される入力光をそれぞれ２つの分割光
に分割してそれぞれの分割光が被測定物理量の変
化に応じて変調されるように構成したので入力お
よび出力の光伝送路の影響や光源の光量変動等の
影響を受けることなく被測定物理量の検出をおこ
なうことができるという利点がある。
第１図はこの発明が適用される光学センサの構
造を示した図、第２図〜第６図はこの発明に用い
られる検出部の実施例を示した図、第７図は第６
図に示す検出部を用いた場合の光フアイバの出射
面から半透鏡までの距離に対する光強度の変化を
示した特性図である。 １，２…入射口、３…検出部、４，５…出力
口、６…被測定物理量、７，８…光源、９，１０
……入力光伝送路、１３，１４…出力光伝送路、
１９…演算処理部。
造を示した図、第２図〜第６図はこの発明に用い
られる検出部の実施例を示した図、第７図は第６
図に示す検出部を用いた場合の光フアイバの出射
面から半透鏡までの距離に対する光強度の変化を
示した特性図である。 １，２…入射口、３…検出部、４，５…出力
口、６…被測定物理量、７，８…光源、９，１０
……入力光伝送路、１３，１４…出力光伝送路、
１９…演算処理部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 同一波長を持つた２つの入力光をそれぞれ伝
送する２つの入力光伝送路と、この２つの入力光
伝送路から入力した前記入力光を被測定物理量の
変化に応じて変調し２つの出力光として出力する
検出部と、前記出力光をそれぞれ伝送する２つの
出力光伝送路と、前記出力光に処理をほどこして
前記被測定物理量を算出する演算処理部とを有し
てなる光学センサにおいて、前記検出部が前記２
つの入力光の各々を前記測定物理量の変化に応じ
て相異なる変化率で変化する２組の分割光とする
分割手段を有しかつ相異なる組に属する前記分割
光同志を前記２つの出力光に対応させ、前記演算
処理部が前記一方の入力光のみが与えられた時の
前記２つの出力光の比と前記他方の入力光のみが
与えられた時の前記２つの出力光の比とを積算す
るように構成され、この積算値に基づいて前記被
測定物理量を算出する事を特徴とする光学セン
サ。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記分割手
段として回折格子を用いかつこの回折格子の回折
効率を前記被測定物理量の変化にともなつて変動
させるよう前記検出部を構成した事を特徴とする
光学センサ。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記分割光
としてそれぞれ透過光と反射光を用いかつ前記分
割手段として前記被測定物理量の変化にともなつ
て透過率および反射率が変化する光学材料を用い
て前記検出部を構成した事を特徴とする光学セン
サ。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記分割光
としてそれぞれ複屈折による常光線と異常光線を
用いかつ前記分割手段として前記被測定物理量の
変化にともなつて前記両光線の光量が変化する光
学材料を用いて前記検出部を構成した事を特徴と
する光学センサ。 ５ 特許請求の範囲第１項において、前記分割手
段として前記被測定物理量の変化にともなつて結
合点の光学的性質および形状的変化が生ずること
により結合比が変化するように結合した２つの光
導路を用いかつ前記分割光として結合光と非結合
光とを用いて前記検出部を構成したことを特徴と
する光学センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57171710A JPS5960699A (ja) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | 光学センサ |
| US06/531,086 US4607162A (en) | 1982-09-30 | 1983-09-12 | Sensing apparatus for measuring a physical quantity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57171710A JPS5960699A (ja) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | 光学センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5960699A JPS5960699A (ja) | 1984-04-06 |
| JPH0248960B2 true JPH0248960B2 (ja) | 1990-10-26 |
Family
ID=15928237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57171710A Granted JPS5960699A (ja) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | 光学センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4607162A (ja) |
| JP (1) | JPS5960699A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6148749A (ja) * | 1984-08-15 | 1986-03-10 | Toshiba Corp | 光学測定装置 |
| US4720174A (en) * | 1985-11-05 | 1988-01-19 | Itt Defense Communications, A Division Of Itt Corporation | Liquid crystal optical switching device with integrally attached optical fibers |
| DE3832569A1 (de) * | 1988-09-24 | 1990-03-29 | Philips Patentverwaltung | Faseroptischer sensor |
| GB201112161D0 (en) * | 2011-07-15 | 2011-08-31 | Qinetiq Ltd | Portal monitoring |
| JP6450223B2 (ja) * | 2015-03-06 | 2019-01-09 | エイブリック株式会社 | センサ装置及びその検査方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3483389A (en) * | 1968-01-23 | 1969-12-09 | Dynamics Res Corp | Electro-optical encoder having fiber optic coupling |
| US3598999A (en) * | 1969-02-17 | 1971-08-10 | Bendix Corp | Proportional trim control system for aircraft |
| US4403144A (en) * | 1978-07-26 | 1983-09-06 | Rockwell International Corporation | Fiber optic accelerometer |
| US4223216A (en) * | 1979-01-22 | 1980-09-16 | Rockwell International Corporation | Means for sensing and color multiplexing optical data over a compact fiber optic transmission system |
| US4427881A (en) * | 1981-03-09 | 1984-01-24 | Siemens Corporation | Sensor device for measuring a physical parameter |
| US4471219A (en) * | 1982-03-08 | 1984-09-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Amplitude mode magnetic sensors |
-
1982
- 1982-09-30 JP JP57171710A patent/JPS5960699A/ja active Granted
-
1983
- 1983-09-12 US US06/531,086 patent/US4607162A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5960699A (ja) | 1984-04-06 |
| US4607162A (en) | 1986-08-19 |
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