JPH0315727A - 光電測定装置 - 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〕 本発明はスペクトル解析による光電測定装置に関する。

この型の装置により対象物又は構威要素の温度、圧力、
位置のようなパラメータを測定できる。

〔従来の技術〕

この型の装置では測定されたパラメータの変化は、一様
に調整され、広いスペクトルを有する光源によって照明
される干渉計に光路差の変化を生じる。干渉計の出力に
おける光束のスペク゛トルは測定パラメータの値などの
光路差によって決定される。

この光束のスペクトル解析によりパラメータの値が得ら
れる。

この解析を実行するため種々の方法が提案されており、
特にＯＰＴＯ　１９８５，　２１／２３　；　５．　１
９８５ではＡＲＤＩＴＴＹ，　ＢＯＳＳＥＬＭＡＮＮ，
　ＵＬＲＩＣ｝ｌ著の”Ｃａｐｔｅｕｒ　ｄｅｄ６ｐｌ
ａｃｅｓｅｎｔ　ｉｒ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍ６ｔｒｅ
ｓ　ｃｏｕｐｌ５ｓ　ｐａｒｆｉｂｒｅｓ　ｍｕｌｔｉ
ｍｏｄａｌｅｓ”という題名の文献に、この解析を実行
するのにマイケルソン干渉計の使用が提案されている。

この干渉計も一様に調整されており、干渉模様の横方向
のコントラストの増加が現われる時ミラーの相対位置の
測定値は１番目の干渉計の生じさせる光路差と等しく逆
符号の値に対応する．このようにして光路差が得られ、
したがって測定しようとしたパラメータの値が得られる
。

〔発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的はこの形式の装置を調整と使用法が特に簡
単な固定検出システムに改良することである。

［課題を解決するための手段］ このため本発明は光センサーと解析装置及びこの２つを
結ぶ光ファイバーを備えた測定装置に関する。上記光セ
ンサーには広いスペクトル領域を有する光源、この光を
一様に調整された干渉計に送る光ファイバー、この干渉
計に測定しようとするパラメータの値に対応した光路差
を生じさせる測定パラメータに感応する光学素子が備わ
っている。上記解析装置は干渉計を出た光束を解析する
もので光検出器とこの光検出器よりの出力信号を処理す
る装置が備わっている。

本発明では、解析装置は横方向の位置とコントラストが
干渉計を出た光束のスペクトルを表わす縞を生しさせる
光学ウェッジを備えている。この縞が光検出器によって
解析される。処理装置は溝スペクトル（ｃｈａｎｎｅｌ
ｌｅｄ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ）の位置を測定し、パラメー
タＰの値に変換する。

〔実施例］ 本発明を図を参照して詳しく説明する。

本発明に基ずく測定装置は一様に調整された干渉計１２
とパラメータＰに感応し、このパラメータの値に対応し
た光路差を干渉計に生じさせる光学素子１３を含むセン
サー１０を備えている。

光源ｌ１はファイバー又は光ファイハーシステムｌ７を
通してセンサー１０に光を供給する。

干渉計としては２波干渉計又は多波干渉計の異なる形式
があり、入射ビーム全体に一様な効果゛を生じるように
一様に調整される。

この干渉計はパラメータＰの値に対応して特性が変化す
る複屈折素子を含む光学素子１３と偏光子ｌ４及び検光
子１５により形威される旋光計でも良い。この複屈折素
子としてはＫＤＰ，　ＬｉＮｂＯ３等の結晶がある。

干渉計又は旋光計は図示するように透過又は反射で動作
する。

光源１１としては望ましくは発光素子（ＬＥＤ）又は白
熱電球である。ある場合は伝達されたビームは直接干渉
計１２に入射する。他の場合は、より望ましくは光学シ
ステムｌ６によってビームは拡げられる。

干渉計１２の出力光束は光ファイバーシステム２０によ
って解析装置３０に伝達される。光ファイバーシステム
２０はマルチモードファイバーの形が望ましい。

解析装置にはファイバーシステム２０によって伝達され
た光束のスペクトルを表わす干渉模様を生じさせる第２
の干渉計が備わっている。

この第２の干渉計３１を出た信号は光検出器３１を通し
て電子処理装置３３に送られ、測定されたパラメータの
値を表示するか又はこのパラメータを表わす電気量を伝
達する。

本発明によれば干渉計３ｌは、光システム３６によって
光ファイバーシステム２０よりの光束から生成した入射
光束３５を受光する光ウエ・ノジ３４によって形威され
る。

光ウェッジとは屈折面４１と４２が相互に若干傾いた状
態で近接して配置されたものである。そのような光ウェ
ッジに入射する平行光束４３は一部は透過し、一部は屈
折面４１と４２で反射され、互いに干渉し干渉縞４６を
生じる２つのビーム４４と４５になる。この溝スペクト
ルを形成する干渉縞は光ウェッジの面に位置する。この
解析のために使用される光検出器３２は光ウエ・ンジの
近傍に直接配置されるか又は光検出器の受光面を上記縞
の光学的共役位置にするように光システム５０を使い、
光検出器を光ウェッジ３４から離すことが望ましい。

得られる縞システムの品質は、光ウエ・ノジ３４が干渉
計１２の生じるのと同一の光学的効果を中央の縞に対応
する点で生じるように光センサー１０の干渉計と同一の
特性を有する時最適化される。

このように、干渉計１２がフィゾー干渉計である時、ウ
，エツジ３４はこのフィゾー干渉計と同一の反射係数の
表面を有する空気ウエ’）ジである．ウェッジ３４によ
って生じる縞は交差する縁に平行である。この縞を解析
するため光検出器はｌ縞を表わす信号を受けそのレベル
を隣接する縞に対応する信号のレベルと比較する。検出
器の要素３７は充分に小さな寸法である。たとえばそれ
は電荷結合素子（ＣＣＤ）又は別々の光検出器を組合せ
た、１つ又はそれ以上の帯状のものか又は格子である。

この光検出器は陰極線管でも良い。

ウェッジ３４は第１図に示すように透過で使われるか又
は第２図、第３図に示すように反射で使われる。このウ
ェッジはガラス製ウェッジ又は第４図に示すような２つ
の屈折面６ｌと６２によって形或さｈる空気ウェッジで
ある。

干渉計３１によって伝えられる干渉模様は第３図に示さ
れる形である。第３図ではプリズム３４の交差する縁に
垂直な方向の縞の位置が横軸に示され、光信号のエネル
ギーを縦軸に示している。

この干渉模樺３７は包絡線が曲線４９である縞４８を形
戒する．曲線４９の形は光源１１のスペクトルによって
決定され、たとえば包路線の最大値５２又は中央の縞５
１の最大値の位置などの包路線の位置は干渉計１２の要
素１３によって生しる光路差、すなわち測定しようとす
るパラメータＰの値によって決定される。

処理装置３３によって曲線４７を表わす情報を受ける光
検出器３２では、処理装置３３の目的は場合によっては
異なるが、中央縞５ｌの位置又は包絡線５２の最大位置
のどちらかを求めることである。そして処理装置はこの
位置の値、すなわちパラメータＰの値を表わす信号をた
とえばパラメータＰの値を表示するなど望ましい目的に
使用できるよう伝送する． 処理装置３３には多くの具体例がある。

望ましくは処理装置３３は光検出器３２より特別の電子
基板３３１を通して信号を受けるマイクロプロセッサ基
板３３０を備える。

マイクロプロセッサ基板３３０にはＡ−Ｄ変喚器３３２
、バス３３４　、ＲＡＭ　３３５、プロセッサ３３６　
とＰＲＯＭ型のプログラム可能メモリ３３７がある。

特別の電子基仮３３１は、リアルタイムにデータをＲＡ
Ｍ３３５にロード可能にするバス３３４上で直接利用可
能なデータをマイクロプロセッサ基板に送る。このデー
タはプロセッサ３３６によりメモｌＪ３３７に格納され
たプログラムを使って解析される。

たとえばＲＳ２３２型のインターフェース３３８はデー
タの伝送により外部交信ができる。

このプログラムの目的はパラメータＰの値を求めるため
、縞の位置を調べることである。

このためプログラムはまず縞のすべての包絡線４９を求
め、そして遂次近似法により最高の縞の高さを求める。

この高さからコントラストが最高になる横方向の位置、
すなわちパラメータＰが決定される。

各縞４８の形は光ウェンジ３４の反射係数と屈折係数で
決まる。空気ウエソジの場合、高い反射係数は鮮明な縞
を形戒するファブリーペロー型の作用を生し、低い反射
係数はフィゾー型の作用を生しる。２つの型の作用とも
可能である。しかし一般的には反射係数が３０％から４
０％の中間型の動作が望ましい。

空気ウェッジは望ましくは第４図に示すように処理６ｌ
と６２で覆われた平面６５．６６が向き合うよう配置さ
れた光学平板６３と６４で形威され、直径の異なる２つ
の円柱スペーサ６７．６８によって隔てられている。上
記のように処理を選択することで反射係数、すなわち縞
４８の形が決まり、平面６５．６６の威す角がこの縞４
８の間隔を決定する。スペーサ６日と６７は光ファイバ
ー素子で形威することが望ましい。

より望ましい実施例としては、縞４Ｂの幅が少なくとも
検出器の素子４個分の幅に対応するとき充分な検出精度
が得られる。光源１１の平均波長が０．６μｍのとき、
約０．００５ラジアンの角度を有するプリズムは縞間隔
が約６０μｍの縞を生しさせる。よってＩ５ｐｆｆｌ幅
の検出器素子３７を使用することが可能である。光ウェ
ッジ３４への光束の法線に対する入射角は０゜が望まし
く、これにより平板の収差を抑えることができる。

光学システム５０は光検出器３２の上に縞平面の像を形
成する従来からの光学システムである。

２個のシリンドリ力ルレンズを使っても良い。

１個はウェッジ３４の交差する縁に平行な軸方向で、検
出器素子３７の寸法に適合した縞の間隔にする焦点距離
を有している。もう１個は第１のシリンドリ力ルレンズ
の軸に垂直な軸方向で、縞のエネルギーを集中させる。

定まったウェッジ３４の角と検出器素子３７の寸法を有
する解析システムの分解能を向上するため、ウェッジ３
４と検出器３２の間にウェッジ型の干渉計によって生じ
る縞の間隔に等しく縞と同方向の格子パターンを配置す
ると良い。このロンキーネノトワーク（ＲＯＭＣＩＩ　
ＮＥＴＷＯＲＫ）と呼ばれるパターンはモアレ（？Ｉ０
１ＲＥ）法を使うことを可能にする。格子パターンの不
透明部分が黒い縞を覆う時は生じる信号は平均値に対し
正の変動を示し、格子パターンの不透明部分が明るい縞
を覆う時は信号は負の変動を示す。すなわちこの信号は
最大値又は最小値が最高のコントラストの位置になる単
調な信号が得られるように平均化される。

逆にパターンが縞に対して直角の時は生じる信号は一様
で使えない。この問題を避けるため２つのロンキーネッ
トワークが使われ、互いに直角に検出器素子３７の帯の
前に配置される。帯状の検出器の少なくとも１つは有用
な信号を出力する。

最大のドリフトを示す信号が位相がもっとも良く一致し
た信号で、これが使われる。

他の可能なものとして、同一の検出器の上に直角にロン
キーネットワークを配置した時に対応する２つの信号を
複合することがある。このためにはネットワークは検出
器素子３７の幅の帯の形を威したものが使われ、位相又
は直角である。検出器素子３７のＩＩＪＩを形成する帯
の出力では、信号は検波され少なくとも１つは有用な信
号である。

〔発明の効果〕

パラメータに対応した光路差を検出する干渉システムを
調整と使用法が簡単なものに改良できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定装置全体の概略図、第２図は光学ウェッジ
によって縞を生じる様子を示す図、第３図は光学ウエノ
ジに関係する縞を示し、第４図は空気ウェッジを形戒す
る説明図、第５図は処理装置の具体例の１つを表わす図
である。 図において、 １０・・・光センサー　　１１・・・光源、１２・・・
干渉計、　　　　１３・・・光学構成要素、１７・・・
光ファイバー、２．０・・・光ファイバー結合、３０・
・・解析装置、　　３２・・・光検出器、３３・・・処
理装置、　　　３４・・・光学ウエ’７ジ、である。 図石の浄１ｉ（内容に変更なし） ＦＩ　Ｇ．４ ＦＩＧ．５ ６．補正の対象 （１）願書の （２）委任 （３）明細 （４）図 ７． 補正の内容 （１）（２）別紙の通り （３）明細書の浄書（内容に変更なし）（４）図面の浄
書（内容に変更なし） ８． 添附書類の目録 （１）訂正願書 （２）委任状及び訳文 （３）浄書明細書 （４）浄書図面 各 手 続 補 正 書 （方式）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバー（１７）を通して光センサー（１０）
   に光を供給する広いスペクトル領域を有する光源（１１
   ）を具備し、 該光センサー（１０）は一様に調整された干渉計（１２
   ）、測定対象のパラメータＰに対応して該測定対象パラ
   メータＰに対応した光路差を干渉計（１２）に生じさせ
   るような光学構成要素（１３）を具備し、該干渉計（１
   ２）を通過した光束を解析する手段（３０）と該センサ
   ー（１０）とを結ぶ光ファイバー結合（２０）を具備し
   、 該解析手段（３０）は光検出器（３２）と処理装置（３
   ３）を具備する測定装置において、 該解析手段（３０）は該干渉計（１２）を通過した光束
   のスペクトルを横方向位置とコントラストによって表わ
   し光検出器（３２）によって解析される縞を生じさせる
   光学ウェッジ（３４）を具備し、 該処理装置（３３）は該縞の横方向位置を測定し、その
   測定値をパラメータＰの値に変換するようにしたことを
   特徴とする測定装置。 ２、該光学ウェッジ（３４）が空気ウェッジであること
   を特徴とする請求項の１に記載の装置。 ３、該光学ウェッジ（３４）は２つの異なる直径の円柱
   状スペーサ（６７、６８）によって隔てられる２つの平
   面板（６３、６４）を具備することを特徴とする請求項
   の２に記載の装置。 ４、該光学ウェッジが１以上の屈折率のプリズムである
   ことを特徴とする請求項の１に記載の装置。 ５、該光学ウェッジ（３４）がその上の一点で該干渉計
   によって生じる効果とまったく同等の光学的効果を生じ
   るように該光センサー（１０）の干渉計（１２）と同じ
   特性であることを特徴とする請求項の１に記載の装置。 ６、該光学ウェッジ（３４）の面が３０％から５０％の
   間の反射係数を有することを特徴とする請求項の１に記
   載の装置。 ７、入射光ビームが該光学ウェッジ（３４）に垂直入射
   することを特徴とする請求項の１から６のいずれか１項
   に記載の装置。 ８、該処理装置（３３）はコントラストが最高になるの
   を検出することで信号の中央の縞の位置を得ることを特
   徴とする請求項の１に記載の装置。 ９、該処理装置（３３）は信号の包絡線の最大値を検出
   することで干渉システムの中央の縞の位置を得ることを
   特徴とする請求項の１に記載の装置。 １０、モアレ縞を生じるように１つ又はそれ以上の解析
   用格子をウェッジ（３４）によって生じる縞と検出器（
   ３２）の間に挿入したことを特徴とする請求項の１に記
   載の装置。