JPH0517627Y2 - - Google Patents

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JPH0517627Y2
JPH0517627Y2 JP18933686U JP18933686U JPH0517627Y2 JP H0517627 Y2 JPH0517627 Y2 JP H0517627Y2 JP 18933686 U JP18933686 U JP 18933686U JP 18933686 U JP18933686 U JP 18933686U JP H0517627 Y2 JPH0517627 Y2 JP H0517627Y2
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【考案の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本考案は測定信号を強度変調した光応用センサ
ーからの光信号を検出する光信号検出装置に関
し、測定精度の向上をはかつたものである。
[Detailed description of the invention] <Industrial application field> The invention relates to an optical signal detection device that detects an optical signal from an optical sensor that modulates the intensity of the measurement signal, and is intended to improve measurement accuracy. .

<従来の技術> 光信号を測定する手段としては例えば第6図に
示すような装置が知られている。第6図において
10は光信号をその光の強さに応じて電気信号に
変換するフオトダイオードである。このフオトダ
イオードからの電気信号をアンプ12で増幅して
検出している。
<Prior Art> As a means for measuring optical signals, a device as shown in FIG. 6, for example, is known. In FIG. 6, 10 is a photodiode that converts an optical signal into an electrical signal depending on the intensity of the light. The electric signal from this photodiode is amplified by an amplifier 12 and detected.

<考案が解決しようとする問題点> 上記の様な光検出装置においてはアンプ12の
出力は第7図に示すように、測定すべき変動成分
が固定成分の上に現れる。アンプは最大光強度に
おいても飽和しない様な条件で使用するが、固定
成分に対して変動成分が小さい場合、変動成分が
ノイズに埋もれてしまう場合がある。固定成分に
よる出力を押え変動成分のみをとりだす場合、フ
オトダイオードは光強度に比例した電流出力をす
るのでこの様な回路では変動成分のみを取出すこ
とは不可能である。
<Problems to be Solved by the Invention> In the photodetecting device as described above, as shown in FIG. 7, in the output of the amplifier 12, the fluctuating component to be measured appears above the fixed component. The amplifier is used under conditions such that it does not saturate even at the maximum light intensity, but if the variable component is small compared to the fixed component, the variable component may be buried in noise. When extracting only the variable component while suppressing the output of the fixed component, it is impossible to extract only the variable component with such a circuit because the photodiode outputs a current proportional to the light intensity.

本考案は上記従来技術の問題点に鑑みて成され
たもので、強度変調された光の中の固定成分を減
少させることにより変動成分をノイズに埋もれる
ことなく取出すことを目的とする。
The present invention was developed in view of the problems of the prior art described above, and aims to extract the variable component without being buried in noise by reducing the fixed component in the intensity-modulated light.

<問題点を解決するための手段> 上記問題点を解決するための本考案の構成は、
基準光源と、前記基準光源からの出射光を2方向
に分岐する光分岐装置と、該光分岐装置により分
岐した光の一方が入射され物理量の変化に応じて
光強度が変化するように構成されかつ固定成分を
有する光を出射するセンサと、前記分岐した他方
の光が入射されその入射された光の位相および強
度を変化させた光を出射する位相強度調整装置
と、該位相強度調整装置と前記センサからの各出
射光が入射されこれらの光の結合を行い前記物理
量の変化に対応した光を出射する光結合装置と、
該光結合装置からの出射光を入射して電気信号に
変換する光検出装置とを具備し、前記位相強度調
整装置は該位相強度調整装置からの出射光の位相
が前記センサからの出射光の位相に対して前記光
結合装置において反転した位相となるように位相
を調整するとともにその光強度が前記固定成分の
光強度と一致するように光強度を調整することに
より、前記光結合装置が前記固定成分を相殺した
光を出射することを特徴とするものである。
<Means for solving the problems> The structure of the present invention to solve the above problems is as follows.
A reference light source, a light branching device that branches light emitted from the reference light source into two directions, and one of the lights branched by the light branching device is incident and the light intensity changes in accordance with a change in a physical quantity. and a sensor that emits light having a fixed component; a phase intensity adjustment device that receives the other branched light and outputs light that has changed the phase and intensity of the incident light; and the phase intensity adjustment device. an optical coupling device that receives each output light from the sensor, combines these lights, and outputs light corresponding to a change in the physical quantity;
a photodetector that inputs light emitted from the optical coupling device and converts it into an electrical signal, and the phase intensity adjustment device is configured such that the phase of the light emitted from the phase intensity adjustment device is equal to that of the light emitted from the sensor. By adjusting the phase so that the phase is inverted in the optical coupling device with respect to the phase, and adjusting the light intensity so that the light intensity matches the light intensity of the fixed component, the optical coupling device It is characterized by emitting light whose fixed component is canceled out.

<実施例> 以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説明
する。
<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the drawings.

第1図は本考案の光信号検出装置を示すもの
で、1は例えばレーザ光を直線偏光した基準光源
であり、2は基準光源からの光を分岐する光分岐
装置で、例えばハーフミラーである。3は物理量
の変化に応じて光強度が変化するように構成され
た固定成分を有するセンサーで例えば第2図のよ
うに構成されている。第2図において20はSi基
板、21はこの基板の上に形成されたSiO2等か
らなる光導波路で、この光導波路の途中に切込み
22が設けられ、この溝に例えば圧力等によつて
矢印方向に移動する遮蔽体23が配置されてい
る。この様な構成によれば、光導波路21の一端
に入射した基準光源からの光は圧力に応じて移動
する遮蔽体によつて出力光の強さが変化する。
FIG. 1 shows the optical signal detection device of the present invention, where 1 is a reference light source that linearly polarizes laser light, and 2 is an optical branching device that branches light from the reference light source, such as a half mirror. . Reference numeral 3 denotes a sensor having a fixed component configured so that the light intensity changes in response to changes in physical quantities, and is configured as shown in FIG. 2, for example. In FIG. 2, 20 is a Si substrate, 21 is an optical waveguide made of SiO 2 etc. formed on this substrate, and a notch 22 is provided in the middle of this optical waveguide, and the groove is cut into the groove by, for example, pressure. A shield 23 that moves in the direction is arranged. According to such a configuration, the intensity of the output light of the light from the reference light source that is incident on one end of the optical waveguide 21 changes due to the shielding body that moves according to the pressure.

第1図に戻り4は位相強度調整装置で、例えば
第3図のように構成されている。第3図におい
て、30はPLZT等の透明基板であり、この基板
の両面に透明電極31を設け、電源32から適当
な電圧を印加することにより、この基板を透過す
る光の位相を反転させることが出来る。33は矢
印方向に回転することにより連続的に光強度を減
衰できる例えばNDフイルターである。光結合装
置5の後段には図では省略するが光を電気信号に
変換する公知の光検出素子が設けられ、その電気
信号は装置の調整段階では例えばオシロスコープ
等により監視できるように構成されているものと
する。
Returning to FIG. 1, reference numeral 4 denotes a phase intensity adjustment device, which is configured as shown in FIG. 3, for example. In FIG. 3, 30 is a transparent substrate such as PLZT, and by providing transparent electrodes 31 on both sides of this substrate and applying an appropriate voltage from a power source 32, the phase of light passing through this substrate can be reversed. I can do it. 33 is, for example, an ND filter that can continuously attenuate the light intensity by rotating in the direction of the arrow. Although not shown in the figure, a known photodetection element for converting light into an electrical signal is provided downstream of the optical coupling device 5, and the electrical signal is configured to be monitored by, for example, an oscilloscope during the adjustment stage of the device. shall be taken as a thing.

第4図は第1図に示す光結合装置5における光
強度と時間との関係を模式的に示すもので、イは
遮蔽体23を矢印方向に移動させた場合のセンサ
ーからの出力光の強度の波形、Hは固定成分でセ
ンサーからの光強度が最小の強度になつたときの
出力レベルである。また、点線で示すロは固定成
分Hを相殺するために必要な位相強度調整装置4
からの光強度を示しており、この点線で示す波形
をずらして実線で示すイの波形に重ね位相を反転
させると固定成分Hを相殺することができる。ハ
はイのエンベロープであり、固定成分Hを含んだ
状態を示している。
FIG. 4 schematically shows the relationship between light intensity and time in the optical coupling device 5 shown in FIG. In the waveform, H is a fixed component and is the output level when the light intensity from the sensor reaches the minimum intensity. In addition, the dotted line B indicates the phase intensity adjustment device 4 necessary to cancel the fixed component H.
The fixed component H can be canceled out by shifting the waveform shown by the dotted line and superimposing it on the waveform A shown by the solid line to invert the phase. C is the envelope of A, and shows a state including a fixed component H.

次に固定成分を相殺するための位相強度調整装
置の調整方法について説明する。なお、ここでは
光分岐装置からの光が正確に半分に分割され、何
れの経路を経た場合も光の損失は無いものと仮定
する。
Next, a method of adjusting the phase intensity adjusting device for canceling the fixed component will be explained. Note that it is assumed here that the light from the optical branching device is accurately split in half, and that there is no loss of light no matter which path it takes.

第1図の構成において、光信号検出に際して
は、始めに位相の調整を行う。調整に先立つて光
分岐装置2で分岐した光のうち位相強度調整装置
4から出射する光が最小(零)になるようにND
フイルター33を回転させておく。
In the configuration shown in FIG. 1, when detecting an optical signal, the phase is first adjusted. Prior to adjustment, the ND is set so that the light emitted from the phase intensity adjustment device 4 among the lights branched by the optical branching device 2 is minimized (zero).
Keep the filter 33 rotating.

次に遮蔽体23を光導波路から取去り、センサ
3からの光強度を最大にした光を光結合器5に入
射する。
Next, the shield 23 is removed from the optical waveguide, and the light from the sensor 3 with the maximum light intensity enters the optical coupler 5.

この光結合器5からの光信号を公知の光検出器
で電気信号に変換してオシロスコープに入射する
と、ある一定レベルの出力を観察することができ
る。
When the optical signal from the optical coupler 5 is converted into an electrical signal by a known photodetector and inputted into an oscilloscope, an output at a certain level can be observed.

次に位相強度調整装置4のNDフイルター33
を回転させて最大の出力とすると、位相がセンサ
からの光の位相と180°ずれていた場合は光結合器
5の出力信号は最小となりオシロスコープの出力
レベルが最小となる。
Next, the ND filter 33 of the phase intensity adjustment device 4
When rotated to maximize the output, if the phase is 180° out of phase with the light from the sensor, the output signal of the optical coupler 5 will be the minimum, and the output level of the oscilloscope will be the minimum.

また、位相がセンサからの光の位相と合致して
いた場合は光結合器5の出力信号は最大となりオ
シロスコープの出力レベルも最大となる。
Furthermore, when the phase matches the phase of the light from the sensor, the output signal of the optical coupler 5 becomes maximum and the output level of the oscilloscope also becomes maximum.

しかし実際にはそのような偶然は少ないのでオ
シロスコープの出力レベルは最小又は最大の中間
のレベルとなる。
However, in reality, such coincidences are rare, so the output level of the oscilloscope is between the minimum and maximum levels.

ここで透明電極へ電圧を印加して位相を回転さ
せるとオシロスコープの出力は増加又は減少する
が、その出力が最小のレベルになつた時点が互い
の光の位相が180°回転した状態である。
When a voltage is applied to the transparent electrode to rotate the phase, the output of the oscilloscope increases or decreases, but the point at which the output reaches its minimum level is when the phases of the lights have rotated 180 degrees.

次に強度調整を行う。 Next, adjust the strength.

透明電極への印加電圧は前記最小のレベルにな
つた時点での電圧を保持し、遮蔽体23を光導波
路に差し入れて、センサ3からの光強度を最小に
した光を光結合器5に入射する。
The voltage applied to the transparent electrode is maintained at the voltage at the time when it reaches the minimum level, the shield 23 is inserted into the optical waveguide, and the light from the sensor 3 with the light intensity minimized enters the optical coupler 5. do.

そしてNDフイルター33を光強度が減少する
方向に回転させてオシロスコープの出力レベルが
最小になつた時点がセンサーの固定成分の光強度
とNDフイルター33からの光強度が一致したも
のとなり、この状態においてセンサーの固定成分
が相殺された状態となる。
Then, when the ND filter 33 is rotated in the direction of decreasing the light intensity and the output level of the oscilloscope reaches the minimum, the light intensity of the fixed component of the sensor and the light intensity from the ND filter 33 match, and in this state The fixed components of the sensor are canceled out.

そして装置の使用に際しては位相強度調整装置
4の透明電極に前記レベルが最小になつた時の電
圧を印加するとともにその時点の回転角にNDフ
イルター33の回転角を合わせて使用する。
When using the device, the voltage at which the level becomes the minimum is applied to the transparent electrode of the phase intensity adjustment device 4, and the rotation angle of the ND filter 33 is adjusted to match the rotation angle at that time.

第5図は光結合装置の出力を示すもので第4図
に示す固定成分が位相強度変換装置からの出力に
より相殺された状態を示している。
FIG. 5 shows the output of the optical coupling device, and shows a state in which the fixed component shown in FIG. 4 is canceled out by the output from the phase intensity conversion device.

ここで、センサーを通過した光の電界強度Eは
次式により表わすことが出来る。
Here, the electric field strength E of light passing through the sensor can be expressed by the following equation.

E={A+B(t)}e-jwt …… A;光強度が最低の時の電界強度(固定成
分) B(t);時間とともに変動する電界強度成分 ω;光の角周波数 t;時間 また、位相強度調整装置4を通つた光の電界強
度E′は次式により表わすことが出来る。
E={A+B(t)}e -jwt ... A: Electric field strength (fixed component) when the light intensity is lowest B(t): Electric field strength component that varies with time ω: Angular frequency of light t: Time , the electric field strength E' of the light passing through the phase intensity adjustment device 4 can be expressed by the following equation.

E′=Ae-j(wt-) …… 上記,で表わされる光を干渉させた場合の光
強度I′は I′=|E+E′|2 |{A+B(t)}e-jwt +Ae-j(wt-)2 =|B(t)e-jwt2={B(t)}2 …… となる。干渉後の光強度は時間とともに変化する
成分のみとなり、変動しない成分を除去すること
が出来る。
E′=Ae -j(wt-) ...The light intensity I′ when the lights expressed above are interfered with is I′=|E+E′| 2 |{A+B(t)}e -jwt +Ae - j(wt-) | 2 = |B(t)e -jwt | 2 = {B(t)} 2 .... The light intensity after interference consists of only components that change over time, and components that do not change can be removed.

なお、センサーを通つた光の強度Iは次式で表
わすことが出来る。
Note that the intensity I of light passing through the sensor can be expressed by the following equation.

I=|E|2 =A2+2A・B(t)+{B(t)}2 …… 式において、A2は固定成分であり、時間と
ともに変化する光強度成分は2A・B(t)+{B
(t)}2である。また、干渉後の光強度成分は式
に示すように{B(t)}2であるからこれらの成分
間には比例関係がないので波形は歪んだ状態とな
るが後段に補正回路を設けることにより補正可能
である。
I = | E | 2 = A 2 + 2A・B(t) + {B(t)} 2 ... In the formula, A 2 is a fixed component, and the light intensity component that changes over time is 2A・B(t) +{B
(t)} 2 . Also, since the light intensity component after interference is {B(t)} 2 as shown in the formula, there is no proportional relationship between these components, so the waveform will be distorted, but a correction circuit should be provided at the subsequent stage. It can be corrected by

なお、本実施例においてはセンサーとして導波
光遮断型を、位相強度変調装置としてPLZTと
NDフイルタを組合せた例について説明したが、
本例に限ることなく各種の方法を用いることが出
来る。
In addition, in this example, a guided light blocking type is used as the sensor, and PLZT is used as the phase intensity modulation device.
I explained an example of combining an ND filter, but
Various methods can be used without being limited to this example.

<考案の効果> 以上、実施例とともに具体的に説明したように
本考案によれば、強度変調された光のうち、固定
成分を減少させることにより、変動成分をノイズ
に埋もれることなく検出することが出来る。
<Effects of the invention> As described above in detail with the embodiments, according to the invention, by reducing the fixed component of the intensity-modulated light, the variable component can be detected without being buried in noise. I can do it.

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

第1図は本考案の光信号検出装置の一実施例を
示す構成説明図、第2図はセンサーの一例を示す
説明図、第3図は位相強度変調装置の一例を示す
説明図、第4図は光結合装置の受光状態を示す
図、第5図は光結合装置からの出力を示す図、第
6図は従来の光検出装置を示す説明図、第7図は
従来の光信号検出装置の出力状態を示す図であ
る。 1……基準光源、2……光分岐装置、3……セ
ンサー、4……位相強度調整装置、5……光結合
装置。
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram showing one embodiment of the optical signal detection device of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a sensor, FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a phase intensity modulation device, and FIG. Figure 5 shows the light receiving state of the optical coupling device, Figure 5 shows the output from the optical coupling device, Figure 6 is an explanatory diagram showing a conventional optical detection device, and Figure 7 shows a conventional optical signal detection device. It is a figure which shows the output state of. 1... Reference light source, 2... Optical branching device, 3... Sensor, 4... Phase intensity adjustment device, 5... Optical coupling device.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 基準光源と、前記基準光源からの出射光を2方
向に分岐する光分岐装置と、該光分岐装置により
分岐した光の一方が入射され物理量の変化に応じ
て光強度が変化するように構成されかつ固定成分
を有する光を出射するセンサと、前記分岐した他
方の光が入射されその入射された光の位相および
強度を変化させた光を出射する位相強度調整装置
と、該位相強度調整装置と前記センサからの各出
射光が入射されこれらの光の結合を行い前記物理
量の変化に対応した光を出射する光結合装置と、
該光結合装置からの出射光を入射して電気信号に
変換する光検出装置とを具備し、前記位相強度調
整装置は該位相強度調整装置からの出射光の位相
が前記センサからの出射光の位相に対して前記光
結合装置において反転した位相となるように位相
を調整するとともにその光強度が前記固定成分の
光強度と一致するように光強度を調整することに
より、前記光結合装置が前記固定成分を相殺した
光を出射することを特徴とする光信号検出装置。
A reference light source, a light branching device that branches light emitted from the reference light source into two directions, and one of the lights branched by the light branching device is incident and the light intensity changes in accordance with a change in a physical quantity. and a sensor that emits light having a fixed component; a phase intensity adjustment device that receives the other branched light and outputs light that has changed the phase and intensity of the incident light; and the phase intensity adjustment device. an optical coupling device that receives each output light from the sensor, combines these lights, and outputs light corresponding to a change in the physical quantity;
a photodetector that inputs light emitted from the optical coupling device and converts it into an electrical signal, and the phase intensity adjustment device is configured such that the phase of the light emitted from the phase intensity adjustment device is equal to that of the light emitted from the sensor. By adjusting the phase so that the phase is inverted in the optical coupling device with respect to the phase, and adjusting the light intensity so that the light intensity matches the light intensity of the fixed component, the optical coupling device An optical signal detection device characterized by emitting light with a fixed component canceled out.
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