JPH05273038A - 光学式センサ - Google Patents
光学式センサInfo
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- JPH05273038A JPH05273038A JP6775092A JP6775092A JPH05273038A JP H05273038 A JPH05273038 A JP H05273038A JP 6775092 A JP6775092 A JP 6775092A JP 6775092 A JP6775092 A JP 6775092A JP H05273038 A JPH05273038 A JP H05273038A
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- JP
- Japan
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- light
- optical
- optical waveguide
- detection cell
- grating
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- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】複数種類の物理量を検出する場合でも、光軸合
わせが容易であり、かつ検知精度の高い光学式センサを
提供する。 【構成】光源1から受光素子2への光を対向して配置し
た一対の光導波路8a,8bを介して伝送する。両光導
波路8a,8bの間には、被測定物理量に対応して光学
的性質が変化する検知セル9を配設する。各光導波路8
a,8bの検知セル9との対向面には光導波路8a,8
bを伝送される特定の光を取り出して検知セル9を通過
させるグレーティング7a,7bを設ける。
わせが容易であり、かつ検知精度の高い光学式センサを
提供する。 【構成】光源1から受光素子2への光を対向して配置し
た一対の光導波路8a,8bを介して伝送する。両光導
波路8a,8bの間には、被測定物理量に対応して光学
的性質が変化する検知セル9を配設する。各光導波路8
a,8bの検知セル9との対向面には光導波路8a,8
bを伝送される特定の光を取り出して検知セル9を通過
させるグレーティング7a,7bを設ける。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、検出すべき被測定物理
量を光学的変化に変換し、光学的変化を検出することに
よって被測定物理量を検出する光学式センサに関するも
のである。
量を光学的変化に変換し、光学的変化を検出することに
よって被測定物理量を検出する光学式センサに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来より、被測定物理量を光学的変化に
変換し、光学的変化を検出することによって被測定物理
量を検出するようにした光学式センサが提供されてい
る。すなわち、図10に示すように、発光波長がほぼ単
一である複数の光源1a〜1dと、光源1a〜1dと同
数の受光素子2a〜2dとの間をそれぞれ入射用光ファ
イバ3a〜3dおよび出射用光ファイバ4a〜4dを介
して光結合し、入射用光ファイバ3a〜3dと出射用光
ファイバ4a〜4dの間に、外部から与えられる被測定
物理量の変化によって遮断波長が変化する半導体よりな
る検知素子5を配設したものが知られている(特開昭5
9−119225号公報)。この構成では、被測定物理
量の変化に対応した検知素子5の透過率(光源1a〜1
dからの光の波長について)の変化を受光素子2a〜2
dで検出する。
変換し、光学的変化を検出することによって被測定物理
量を検出するようにした光学式センサが提供されてい
る。すなわち、図10に示すように、発光波長がほぼ単
一である複数の光源1a〜1dと、光源1a〜1dと同
数の受光素子2a〜2dとの間をそれぞれ入射用光ファ
イバ3a〜3dおよび出射用光ファイバ4a〜4dを介
して光結合し、入射用光ファイバ3a〜3dと出射用光
ファイバ4a〜4dの間に、外部から与えられる被測定
物理量の変化によって遮断波長が変化する半導体よりな
る検知素子5を配設したものが知られている(特開昭5
9−119225号公報)。この構成では、被測定物理
量の変化に対応した検知素子5の透過率(光源1a〜1
dからの光の波長について)の変化を受光素子2a〜2
dで検出する。
【0003】また、図11に示すように、発光波長がほ
ぼ単一である一対の光源1a,1bと、一対の受光素子
2a,2bとを設け、グレーティング(回折格子)より
なる検知素子5の表裏の両側にそれぞれ集束型レンズで
あるロッドレンズ6a,6bを配設した構成のものもあ
る(特開昭59−60699号公報)。各ロッドレンズ
6a,6bには、それぞれ入射用光ファイバ3a,3
b、出射用光ファイバ4a,4bが光結合される。各ロ
ッドレンズ6a,6bに光結合される入射用光ファイバ
3a,3b、出射用光ファイバ4a,4bのうちの一方
はロッドレンズ6a,6bの光軸上で接続され、他方は
ロッドレンズ6a,6bの光軸から所定距離だけ離れた
位置で接続される。
ぼ単一である一対の光源1a,1bと、一対の受光素子
2a,2bとを設け、グレーティング(回折格子)より
なる検知素子5の表裏の両側にそれぞれ集束型レンズで
あるロッドレンズ6a,6bを配設した構成のものもあ
る(特開昭59−60699号公報)。各ロッドレンズ
6a,6bには、それぞれ入射用光ファイバ3a,3
b、出射用光ファイバ4a,4bが光結合される。各ロ
ッドレンズ6a,6bに光結合される入射用光ファイバ
3a,3b、出射用光ファイバ4a,4bのうちの一方
はロッドレンズ6a,6bの光軸上で接続され、他方は
ロッドレンズ6a,6bの光軸から所定距離だけ離れた
位置で接続される。
【0004】この構成では、ロッドレンズ6aの光軸上
で接続された入射用光ファイバ3aからの光線は、図1
1に破線で示すように、検知素子5に対して直交するよ
うに入射し、ロッドレンズ6aの光軸から離れた位置で
接続された入射用光ファイバ3bからの光線は、図11
に実線で示すように、ロッドレンズ6aの光軸から入射
用光ファイバ6bの接続位置までの距離に対応する角度
で検知素子5に入射する。検知素子5に入射した光線は
互いに干渉して回折され、回折光のうち0次光はロッド
レンズ6bを通して出力用光ファイバ4aに入射する。
また、回折光のうち1次光はロッドレンズ6bを通して
出力用光ファイバ4bに入射する。したがって、被測定
物理量の変化に応じて格子定数が変化するような検知素
子5を用いれば、両受光素子2a,2bでの受光量に基
づいて被測定物理量を検出することができるのである。
で接続された入射用光ファイバ3aからの光線は、図1
1に破線で示すように、検知素子5に対して直交するよ
うに入射し、ロッドレンズ6aの光軸から離れた位置で
接続された入射用光ファイバ3bからの光線は、図11
に実線で示すように、ロッドレンズ6aの光軸から入射
用光ファイバ6bの接続位置までの距離に対応する角度
で検知素子5に入射する。検知素子5に入射した光線は
互いに干渉して回折され、回折光のうち0次光はロッド
レンズ6bを通して出力用光ファイバ4aに入射する。
また、回折光のうち1次光はロッドレンズ6bを通して
出力用光ファイバ4bに入射する。したがって、被測定
物理量の変化に応じて格子定数が変化するような検知素
子5を用いれば、両受光素子2a,2bでの受光量に基
づいて被測定物理量を検出することができるのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特開昭59
−119225号公報に記載された構成では、各光源1
a〜1dごとに異なる種類の半導体材料で形成した検知
素子5を設け、各検知素子5で検知する被測定物理量を
変えるようにすれば、複数の被測定物理量を検知する複
合センサを構成することができる。しかしながら、被測
定物理量の種類と同数の入射用光ファイバ3a〜3dお
よび出射用光ファイバ4a〜4dが必要であるから、被
測定物理量の種類が増えれば、それだけ入射用光ファイ
バ3a〜3dおよび出射用光ファイバ4a〜4dの光軸
合わせに要する手間が多くなるという問題が生じる。ま
た、各入射用光ファイバ3a〜3dおよび各出射用光フ
ァイバ4a〜4dについて、光軸を合わせるための機構
が必要であるから、センシング部が大型化するという問
題もある。
−119225号公報に記載された構成では、各光源1
a〜1dごとに異なる種類の半導体材料で形成した検知
素子5を設け、各検知素子5で検知する被測定物理量を
変えるようにすれば、複数の被測定物理量を検知する複
合センサを構成することができる。しかしながら、被測
定物理量の種類と同数の入射用光ファイバ3a〜3dお
よび出射用光ファイバ4a〜4dが必要であるから、被
測定物理量の種類が増えれば、それだけ入射用光ファイ
バ3a〜3dおよび出射用光ファイバ4a〜4dの光軸
合わせに要する手間が多くなるという問題が生じる。ま
た、各入射用光ファイバ3a〜3dおよび各出射用光フ
ァイバ4a〜4dについて、光軸を合わせるための機構
が必要であるから、センシング部が大型化するという問
題もある。
【0006】一方、特開昭59−60699号公報に記
載された構成では、グレーティングを検知素子5として
用いているから、被測定物理量の微小変化に対して鋭敏
に応答するものであり、感度ないし分解能が高いもので
ある。しかしながら、入射用光ファイバ3a,3bおよ
び出射用光ファイバ4a,4bとロッドレンズ6a,6
bとの光軸合わせを正確に行うことが必要であって、光
軸合わせに手間がかかる。また、一対の入射用光ファイ
バ3a,3bおよび出射用光ファイバ4a,4bを用い
て1つの被測定物理量を検知するものであるから、複数
の被測定物理量を検出できるように複合化すれば、セン
シング部が大型化するという問題が生じる。
載された構成では、グレーティングを検知素子5として
用いているから、被測定物理量の微小変化に対して鋭敏
に応答するものであり、感度ないし分解能が高いもので
ある。しかしながら、入射用光ファイバ3a,3bおよ
び出射用光ファイバ4a,4bとロッドレンズ6a,6
bとの光軸合わせを正確に行うことが必要であって、光
軸合わせに手間がかかる。また、一対の入射用光ファイ
バ3a,3bおよび出射用光ファイバ4a,4bを用い
て1つの被測定物理量を検知するものであるから、複数
の被測定物理量を検出できるように複合化すれば、セン
シング部が大型化するという問題が生じる。
【0007】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、高感度ないし高分解能であるとともに、複数
種類の被測定物理量を検知する場合であっても光軸を合
わせる機構が1種類の被測定物理量を検知する場合と同
程度であって光軸合わせに手間がかからず、かつ、セン
シング部を小型化することができる光学式センサを提供
しようとするものである。
のであり、高感度ないし高分解能であるとともに、複数
種類の被測定物理量を検知する場合であっても光軸を合
わせる機構が1種類の被測定物理量を検知する場合と同
程度であって光軸合わせに手間がかからず、かつ、セン
シング部を小型化することができる光学式センサを提供
しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
目的を達成するために、光を伝送する光導波路と、光導
波路における光伝送方向に直交する周面に密着して配設
され光導波路内を伝送される光のうちで特定の光を選択
的に取り出すグレーティングと、グレーティングによっ
て光導波路から取り出された特定の光が通過するととも
に外部から与えられる被測定物理量に対応して通過光に
光学的変化を与える検知セルとを、発光素子と受光素子
との間の光路上に介在させているのである。
目的を達成するために、光を伝送する光導波路と、光導
波路における光伝送方向に直交する周面に密着して配設
され光導波路内を伝送される光のうちで特定の光を選択
的に取り出すグレーティングと、グレーティングによっ
て光導波路から取り出された特定の光が通過するととも
に外部から与えられる被測定物理量に対応して通過光に
光学的変化を与える検知セルとを、発光素子と受光素子
との間の光路上に介在させているのである。
【0009】請求項2の発明では、検知セルは、外力に
応じて光導波路との距離が変化するように配設されてい
る。請求項3の発明では、検知セルは、一対の電極間に
液晶が介装された構造を有し、電極間の印加電圧に応じ
て液晶の光学的性質を変化させるように構成されてい
る。
応じて光導波路との距離が変化するように配設されてい
る。請求項3の発明では、検知セルは、一対の電極間に
液晶が介装された構造を有し、電極間の印加電圧に応じ
て液晶の光学的性質を変化させるように構成されてい
る。
【0010】請求項4の発明では、検知セルは、温度変
化に応じて光学的性質が変化する材料により形成されて
いる。
化に応じて光学的性質が変化する材料により形成されて
いる。
【0011】
【作用】請求項1の構成によれば、光源からの光を光導
波路を用いて伝送するとともにグレーティングを用いて
特定の光を光導波路における光伝送方向に直交する表面
から選択的に取り出すのであって、取り出した光を検知
セルによって変調することによって被測定物理量に対応
する変化を受光素子で検出できるようにしているので、
複数種類の被測定物理量を検知するように構成する場合
であっても、複数種類の光をグレーティングによって分
離することができ、従来のように、入射用光ファイバと
出射用光ファイバとを複数本ずつ設ける必要がなく、1
本の光ファイバによって複数種類の情報を多重化して伝
送することができるのである。すなわち、複合的にセン
シングを行う場合であっても光学部品が少ないから、光
軸を合わせるのが容易であり、かつ、光軸合わせのため
の調節機構も簡単になるから、小型化につながるのであ
る。
波路を用いて伝送するとともにグレーティングを用いて
特定の光を光導波路における光伝送方向に直交する表面
から選択的に取り出すのであって、取り出した光を検知
セルによって変調することによって被測定物理量に対応
する変化を受光素子で検出できるようにしているので、
複数種類の被測定物理量を検知するように構成する場合
であっても、複数種類の光をグレーティングによって分
離することができ、従来のように、入射用光ファイバと
出射用光ファイバとを複数本ずつ設ける必要がなく、1
本の光ファイバによって複数種類の情報を多重化して伝
送することができるのである。すなわち、複合的にセン
シングを行う場合であっても光学部品が少ないから、光
軸を合わせるのが容易であり、かつ、光軸合わせのため
の調節機構も簡単になるから、小型化につながるのであ
る。
【0012】請求項2ないし請求項4の構成は、本発明
を応用した実施態様である。
を応用した実施態様である。
【0013】
(実施例1)図1(a)に示すように、基本的には、半
導体レーザよりなる光源1からの光を入射用光ファイバ
3を通して検知素子5に入射し、検知素子5を通った光
を出射用光ファイバ4を通して受光素子2で受光するよ
うに構成される。検知素子5は、図1(b)(c)に示
すように、光伝送方向に直交する表面の要所に出射用の
グレーティング7aを形成した平板状の光導波路8a
と、光伝送方向に直交する表面の要所に入射用のグレー
ティング7bを形成した平板状の光導波路8bとを、グ
レーティング7a,7bを対向させた形で配設するとと
もに、両グレーティング7a,7bの間に液晶を用いた
検知セル9を配置した構成を有する。
導体レーザよりなる光源1からの光を入射用光ファイバ
3を通して検知素子5に入射し、検知素子5を通った光
を出射用光ファイバ4を通して受光素子2で受光するよ
うに構成される。検知素子5は、図1(b)(c)に示
すように、光伝送方向に直交する表面の要所に出射用の
グレーティング7aを形成した平板状の光導波路8a
と、光伝送方向に直交する表面の要所に入射用のグレー
ティング7bを形成した平板状の光導波路8bとを、グ
レーティング7a,7bを対向させた形で配設するとと
もに、両グレーティング7a,7bの間に液晶を用いた
検知セル9を配置した構成を有する。
【0014】検知セル9は、たとえば、図2に示すよう
に、液晶9aを一対の電極9bの間に封入したものであ
って、電極9bに印加する電圧に応じて透過率、偏光、
偏波面の傾きなどの光学的性質の変化するように構成さ
れる。また、液晶9aを用いた検知セル9は、外力によ
って光学的性質を変化させたり、周囲温度によって光学
的性質を変化させるように構成することも可能である。
ここに、電極9bは光の通過方向に交差する方向に離れ
て配置されているが、透明電極を用いれば光の通過方向
に電極9bを配置することも可能である。
に、液晶9aを一対の電極9bの間に封入したものであ
って、電極9bに印加する電圧に応じて透過率、偏光、
偏波面の傾きなどの光学的性質の変化するように構成さ
れる。また、液晶9aを用いた検知セル9は、外力によ
って光学的性質を変化させたり、周囲温度によって光学
的性質を変化させるように構成することも可能である。
ここに、電極9bは光の通過方向に交差する方向に離れ
て配置されているが、透明電極を用いれば光の通過方向
に電極9bを配置することも可能である。
【0015】グレーティング7a,7bは、図3に示す
ようにして形成される。すなわち、図3(a)に示すよ
うに、シリコンの基板11の上に熱的酸化によって二酸
化ケイ素(SiO2 )のバッファ層12を形成する。さ
らに、図3(b)のように、バッファ層12の上にスパ
ッタリングによってガラス(たとえば、コーニング社の
7059)の導波層13を形成する。この導波層13が
光導波路8a,8bとして機能する。導波層13の上に
は図3(c)のように窒化ケイ素(SiN)のクラッド
14を積層する。ここで、図3(d)のように、レジス
ト層15を最上層として積層し、レジスト層15に対し
てマスクないし直接描画によって縞状のパターンを転写
する(図3(e))。その後、ドライエッチングによっ
てパターンに対応するクラッド14を除去し(図3
(f))、図3(g)のようにレジスト層15を除去す
る。その後、縞状のパターンに一致するようにマスクを
設定し、光導波路8a,8bの表面にグレーティング7
a,7bを形成する。マスクの位置合わせには、グレー
ティング7a,7bとは異なる位置で光導波路8a,8
bとマスクとに設けた位置合わせ用のマークを一致させ
るようにすればよい。このような作成工程を採用すれ
ば、異なる仕様のグレーティング7a,7bを作成する
場合でも、マスクを交換すればよいだけであって、作成
工程を変更する必要がない。
ようにして形成される。すなわち、図3(a)に示すよ
うに、シリコンの基板11の上に熱的酸化によって二酸
化ケイ素(SiO2 )のバッファ層12を形成する。さ
らに、図3(b)のように、バッファ層12の上にスパ
ッタリングによってガラス(たとえば、コーニング社の
7059)の導波層13を形成する。この導波層13が
光導波路8a,8bとして機能する。導波層13の上に
は図3(c)のように窒化ケイ素(SiN)のクラッド
14を積層する。ここで、図3(d)のように、レジス
ト層15を最上層として積層し、レジスト層15に対し
てマスクないし直接描画によって縞状のパターンを転写
する(図3(e))。その後、ドライエッチングによっ
てパターンに対応するクラッド14を除去し(図3
(f))、図3(g)のようにレジスト層15を除去す
る。その後、縞状のパターンに一致するようにマスクを
設定し、光導波路8a,8bの表面にグレーティング7
a,7bを形成する。マスクの位置合わせには、グレー
ティング7a,7bとは異なる位置で光導波路8a,8
bとマスクとに設けた位置合わせ用のマークを一致させ
るようにすればよい。このような作成工程を採用すれ
ば、異なる仕様のグレーティング7a,7bを作成する
場合でも、マスクを交換すればよいだけであって、作成
工程を変更する必要がない。
【0016】上記構成では、光源1から入射用光ファイ
バ3を通して光導波路8aに入射された光はグレーティ
ング7aを通して光導波路8aから出射し、検知セル9
を通った後に、グレーティング7bを通して光導波路8
bに入射し、出射用光ファイバ4を通して受光素子2に
導かれるのである。グレーティング7a,7bは、光の
入射角度および格子定数に対応して波長や偏波面の傾き
に対して選択性を有していることが知られている。
バ3を通して光導波路8aに入射された光はグレーティ
ング7aを通して光導波路8aから出射し、検知セル9
を通った後に、グレーティング7bを通して光導波路8
bに入射し、出射用光ファイバ4を通して受光素子2に
導かれるのである。グレーティング7a,7bは、光の
入射角度および格子定数に対応して波長や偏波面の傾き
に対して選択性を有していることが知られている。
【0017】上記構成のグレーティング7a,7bの波
長に対する選択性について、図4に基づいて説明する。
まず、導波層13とグレーティング7aとの境界面での
入射光と出射光との関係を考える。入射光から出射光に
移行する際には、入射光と出射光との結合係数が非常に
大きく一度に多量のエネルギが出射光に移行する場合
と、結合係数が小さく比較的長い距離を進む間に徐々に
エネルギが出射光に移行する場合とがある。後者の場合
に、多くのエネルギを出射光として取り出すには、比較
的長い距離に亙って入射光と出射光との位相が一致して
いることが必要である。図4において、導波層13を伝
搬する光の位相ベクトルをV2 とし、グレーティング7
aの格子ベクトルをV1 とすると、位相ベクトルV2 に
格子ベクトルV1 の整数倍のベクトルを加算もしくは減
算した位相ベクトルV3 〜V6 を有する光は、比較的長
い距離に亙って入射光との位相関係が一定に保たれる。
その結果、上記条件を満たす光はグレーティング7aか
らは比較的長い距離に亙って出射することになる。
長に対する選択性について、図4に基づいて説明する。
まず、導波層13とグレーティング7aとの境界面での
入射光と出射光との関係を考える。入射光から出射光に
移行する際には、入射光と出射光との結合係数が非常に
大きく一度に多量のエネルギが出射光に移行する場合
と、結合係数が小さく比較的長い距離を進む間に徐々に
エネルギが出射光に移行する場合とがある。後者の場合
に、多くのエネルギを出射光として取り出すには、比較
的長い距離に亙って入射光と出射光との位相が一致して
いることが必要である。図4において、導波層13を伝
搬する光の位相ベクトルをV2 とし、グレーティング7
aの格子ベクトルをV1 とすると、位相ベクトルV2 に
格子ベクトルV1 の整数倍のベクトルを加算もしくは減
算した位相ベクトルV3 〜V6 を有する光は、比較的長
い距離に亙って入射光との位相関係が一定に保たれる。
その結果、上記条件を満たす光はグレーティング7aか
らは比較的長い距離に亙って出射することになる。
【0018】ここで、位相ベクトルV2 は、入射光の波
束ベクトルkと、入射光に対する導波層13の屈折率N
との積であるから(すなわち、V2 =N・k)、波束ベ
クトルkの大きさと屈折率Nとの少なくともいずれか一
方が変化することによって、位相ベクトルV2 と位相ベ
クトルV3 〜V6 との位相が一致する場合と一致しない
場合とが生じることになる。波束ベクトルkは、入射光
の波長の逆数に比例する大きさを有するから入射光の波
長が変われば変化し、また、屈折率Nは入射光の伝送モ
ードによって変化する。要するに、入射光と出射光との
位相が整合すれば光導波路8aを伝搬される光はグレー
ティング7aを通して放射され、位相が整合しなければ
光導波路8aをそのまま伝搬するのである。その結果、
適切な格子定数を有するグレーティング7aを設けてお
けば、入射光の波長や伝送モードに対して選択的に出射
光を得ることができるのである。
束ベクトルkと、入射光に対する導波層13の屈折率N
との積であるから(すなわち、V2 =N・k)、波束ベ
クトルkの大きさと屈折率Nとの少なくともいずれか一
方が変化することによって、位相ベクトルV2 と位相ベ
クトルV3 〜V6 との位相が一致する場合と一致しない
場合とが生じることになる。波束ベクトルkは、入射光
の波長の逆数に比例する大きさを有するから入射光の波
長が変われば変化し、また、屈折率Nは入射光の伝送モ
ードによって変化する。要するに、入射光と出射光との
位相が整合すれば光導波路8aを伝搬される光はグレー
ティング7aを通して放射され、位相が整合しなければ
光導波路8aをそのまま伝搬するのである。その結果、
適切な格子定数を有するグレーティング7aを設けてお
けば、入射光の波長や伝送モードに対して選択的に出射
光を得ることができるのである。
【0019】たとえば、図5(a)に示すように、異な
る波長の光La,Lbが光導波路7aに伝送されている
とし、グレーティング7aが光Laを出射光として得る
ことができるように設定されているとすれば、光導波路
7aを伝送される光Laは出射光として放射されて光導
波路7aの中では光Laの強度が次第に低下する。ま
た、光Lbは出射光として得られないから、光導波路7
aをそのまま伝送されるのである。図5(b)に示すよ
うに、伝送モードが異なる光Ma,Mbの場合も同様で
あって、グレーティング7aが光Maに対して出射光が
得られるように設定されているとすれば、光Mbは光導
波路7aをそのまま伝送されることになる。グレーティ
ング7aによる入射光と出射光との関係は可逆的である
から、グレーティング7bにおける入射光は波長や伝送
モードについて選択的に光導波路8bに導かれることに
なる。
る波長の光La,Lbが光導波路7aに伝送されている
とし、グレーティング7aが光Laを出射光として得る
ことができるように設定されているとすれば、光導波路
7aを伝送される光Laは出射光として放射されて光導
波路7aの中では光Laの強度が次第に低下する。ま
た、光Lbは出射光として得られないから、光導波路7
aをそのまま伝送されるのである。図5(b)に示すよ
うに、伝送モードが異なる光Ma,Mbの場合も同様で
あって、グレーティング7aが光Maに対して出射光が
得られるように設定されているとすれば、光Mbは光導
波路7aをそのまま伝送されることになる。グレーティ
ング7aによる入射光と出射光との関係は可逆的である
から、グレーティング7bにおける入射光は波長や伝送
モードについて選択的に光導波路8bに導かれることに
なる。
【0020】以上の構成によれば、検知セル9の電極9
bの間に印加する電圧を変化させて透過率、偏光、偏波
面の傾き等を変えることができ、両グレーティング7
a,7bの間を通過する光を変調することができる。す
なわち、印加電圧の変化を受光素子2で検出することが
できるのである。検知セル9に対して光導波路8a,8
bとの距離を変えるように外力を作用させた場合にも、
グレーティング7a,7bの間での光の入射角度や入射
位置を変えることができるから光導波路8a,8bの間
で光が変調されることになり、受光素子2で外力の変化
を検出することができる。また、両光導波路8a,8b
の距離が外力によって変化するように光導波路8a,8
bに対して外力を作用させるように構成してもよい。す
なわち、荷重を被測定物理量として検出することができ
るのである。さらに、検知セル9や光導波路8a,8b
を温度によって屈折率の変化する材料で形成しておけ
ば、周囲温度の変化を検出することも可能である。
bの間に印加する電圧を変化させて透過率、偏光、偏波
面の傾き等を変えることができ、両グレーティング7
a,7bの間を通過する光を変調することができる。す
なわち、印加電圧の変化を受光素子2で検出することが
できるのである。検知セル9に対して光導波路8a,8
bとの距離を変えるように外力を作用させた場合にも、
グレーティング7a,7bの間での光の入射角度や入射
位置を変えることができるから光導波路8a,8bの間
で光が変調されることになり、受光素子2で外力の変化
を検出することができる。また、両光導波路8a,8b
の距離が外力によって変化するように光導波路8a,8
bに対して外力を作用させるように構成してもよい。す
なわち、荷重を被測定物理量として検出することができ
るのである。さらに、検知セル9や光導波路8a,8b
を温度によって屈折率の変化する材料で形成しておけ
ば、周囲温度の変化を検出することも可能である。
【0021】(実施例2)上記実施例では、光源1とし
てほぼ単一波長のものを用いたが、本実施例では、図6
に示すように、波長の異なる4種類の光La〜Ldを光
導波路8a,8bを通して伝送するとともに、格子定数
が等しい同じ形状のグレーティング7a1,7a2 を光
導波路8a(8b)を設けた基板11の2箇所に形成し
ている。光導波路8a(8b)は略U形に屈曲され、各
グレーティング7a1 ,7a2 をそれぞれ2回ずつ通る
ように構成してある。光導波路8a(8b)と各グレー
ティング7a1 ,7a2 との交差角度θ1 〜θ3 はそれ
ぞれ異なるように設定される。このように、交差角度θ
1 〜θ3 を異ならせることによって、光導波路8aがグ
レーティング7a1 〜7a2 を通過する際に出射される
光の波長を変えることができる。要するに、図6に示す
ように、各グレーティング7a1 ,7a2 を通るたびに
異なる波長の光La〜Ldを出射させることができるの
である。光導波路8aから出射された各波長の光は検知
セル9によってそれぞれ変調され、光導波路8bに入射
する。光の一部は出射用光ファイバ4を通して受光素子
2に伝送されるが、残りの光は基板11を通して外部に
放射される。したがって、この光を見れば検知素子5の
動作を目視して確認することができる。他の構成および
動作は実施例1と同様である。
てほぼ単一波長のものを用いたが、本実施例では、図6
に示すように、波長の異なる4種類の光La〜Ldを光
導波路8a,8bを通して伝送するとともに、格子定数
が等しい同じ形状のグレーティング7a1,7a2 を光
導波路8a(8b)を設けた基板11の2箇所に形成し
ている。光導波路8a(8b)は略U形に屈曲され、各
グレーティング7a1 ,7a2 をそれぞれ2回ずつ通る
ように構成してある。光導波路8a(8b)と各グレー
ティング7a1 ,7a2 との交差角度θ1 〜θ3 はそれ
ぞれ異なるように設定される。このように、交差角度θ
1 〜θ3 を異ならせることによって、光導波路8aがグ
レーティング7a1 〜7a2 を通過する際に出射される
光の波長を変えることができる。要するに、図6に示す
ように、各グレーティング7a1 ,7a2 を通るたびに
異なる波長の光La〜Ldを出射させることができるの
である。光導波路8aから出射された各波長の光は検知
セル9によってそれぞれ変調され、光導波路8bに入射
する。光の一部は出射用光ファイバ4を通して受光素子
2に伝送されるが、残りの光は基板11を通して外部に
放射される。したがって、この光を見れば検知素子5の
動作を目視して確認することができる。他の構成および
動作は実施例1と同様である。
【0022】(実施例3)本実施例は、図7および図8
に示すように、グレーティング7a,7bを光導波路8
a,8bではなく検知セル9の表裏両面に設け、検知素
子5によって加速度をセンシングするものである。ま
た、検知セル9は一端部が支柱10によって回動自在に
支持され、光導波路8a,8bの対向面と平行に揺動で
きるようになっている。光導波路8a,8bおよび検知
セル9は屈折率の大きい液体の中に浸漬される。この液
体は、光導波路8a,8bと検知セル9との屈折率の整
合および検知セルを滑らかに移動させるための潤滑液と
して機能する。光導波路8a,8bは異なる波長の複数
の光を伝送することができるものが用いられる。
に示すように、グレーティング7a,7bを光導波路8
a,8bではなく検知セル9の表裏両面に設け、検知素
子5によって加速度をセンシングするものである。ま
た、検知セル9は一端部が支柱10によって回動自在に
支持され、光導波路8a,8bの対向面と平行に揺動で
きるようになっている。光導波路8a,8bおよび検知
セル9は屈折率の大きい液体の中に浸漬される。この液
体は、光導波路8a,8bと検知セル9との屈折率の整
合および検知セルを滑らかに移動させるための潤滑液と
して機能する。光導波路8a,8bは異なる波長の複数
の光を伝送することができるものが用いられる。
【0023】検知セル9が静止しているときには、光導
波路8a,8bに波長の異なる複数の光を導入すると、
検知セル9の角度に応じた特定波長の光のみが光導波路
8bに導入される。ここで、検知セル9を移動させるよ
うな加速度が作用すると、検知セル9が回転し、グレー
ティング7a,7bに対する光の入射角が変化する。そ
の結果、光導波路8bに入射する光の波長が変化し、加
速度が生じたことを検知できるのである。他の構成は実
施例1と同様である。
波路8a,8bに波長の異なる複数の光を導入すると、
検知セル9の角度に応じた特定波長の光のみが光導波路
8bに導入される。ここで、検知セル9を移動させるよ
うな加速度が作用すると、検知セル9が回転し、グレー
ティング7a,7bに対する光の入射角が変化する。そ
の結果、光導波路8bに入射する光の波長が変化し、加
速度が生じたことを検知できるのである。他の構成は実
施例1と同様である。
【0024】(実施例4)本実施例では、図9に示すよ
うに、主光導波路8cに対して副光導波路8dを対向さ
せて配置し、副光導波路8dの表面にグレーティング7
a,7bを形成したものである。副光導波路8dには電
気光学効果、磁気光学効果のように被測定物理量によっ
て光学的性質が変化する材料が用いられる。
うに、主光導波路8cに対して副光導波路8dを対向さ
せて配置し、副光導波路8dの表面にグレーティング7
a,7bを形成したものである。副光導波路8dには電
気光学効果、磁気光学効果のように被測定物理量によっ
て光学的性質が変化する材料が用いられる。
【0025】この構成では、主光導波路8cに入射した
光のうちグレーティング7a,7bを通過する特定の光
は副光導波路8dを通り、副光導波路8dの中で光学的
な変調を受けた後に主光導波路8cに戻ることになる。
したがって、副光導波路8dを通過する光について受光
素子2で変化を検出すれば、被測定物理量に対応した光
の変化を検知することができる。この構成では、副光導
波路8dの仕様を変更するだけで、センシング機能を変
更することが可能であり、しかも、光軸合わせについて
は、主光導波路8cと副光導波路8dとの方向を一致さ
せるだけでよいから、光軸合わせをきわめて容易に行う
ことができる。他の構成は実施例1と同様である。
光のうちグレーティング7a,7bを通過する特定の光
は副光導波路8dを通り、副光導波路8dの中で光学的
な変調を受けた後に主光導波路8cに戻ることになる。
したがって、副光導波路8dを通過する光について受光
素子2で変化を検出すれば、被測定物理量に対応した光
の変化を検知することができる。この構成では、副光導
波路8dの仕様を変更するだけで、センシング機能を変
更することが可能であり、しかも、光軸合わせについて
は、主光導波路8cと副光導波路8dとの方向を一致さ
せるだけでよいから、光軸合わせをきわめて容易に行う
ことができる。他の構成は実施例1と同様である。
【0026】
【発明の効果】本発明は上述のように、光源からの光を
光導波路を用いて伝送するとともにグレーティングを用
いて特定の光を光導波路における光伝送方向に直交する
表面から選択的に取り出すのであって、取り出した光を
検知セルによって変調することによって被測定物理量に
対応する変化を受光素子で検出できるようにしているの
で、複数種類の被測定物理量を検知するように構成する
場合であっても、複数種類の光をグレーティングによっ
て分離することができ、従来のように、入射用光ファイ
バと出射用光ファイバとを複数本ずつ設ける必要がな
く、1本の光ファイバによって複数種類の情報を多重化
して伝送することができるという効果を奏する。すなわ
ち、複合的にセンシングを行う場合であっても光学部品
が少ないから、光軸を合わせるのが容易であり、かつ、
光軸合わせのための調節機構も簡単になるから、小型化
につながるという利点がある。
光導波路を用いて伝送するとともにグレーティングを用
いて特定の光を光導波路における光伝送方向に直交する
表面から選択的に取り出すのであって、取り出した光を
検知セルによって変調することによって被測定物理量に
対応する変化を受光素子で検出できるようにしているの
で、複数種類の被測定物理量を検知するように構成する
場合であっても、複数種類の光をグレーティングによっ
て分離することができ、従来のように、入射用光ファイ
バと出射用光ファイバとを複数本ずつ設ける必要がな
く、1本の光ファイバによって複数種類の情報を多重化
して伝送することができるという効果を奏する。すなわ
ち、複合的にセンシングを行う場合であっても光学部品
が少ないから、光軸を合わせるのが容易であり、かつ、
光軸合わせのための調節機構も簡単になるから、小型化
につながるという利点がある。
【図1】実施例1を示し、(a)は全体構成の概略図、
(b)は検知素子の要部の斜視図、(c)は検知素子の
側面図である。
(b)は検知素子の要部の斜視図、(c)は検知素子の
側面図である。
【図2】実施例1における検知素子の要部断面図であ
る。
る。
【図3】実施例1における光導波路の製造過程を示す工
程図である。
程図である。
【図4】実施例1の動作原理を説明する図である。
【図5】実施例1の動作説明図である。
【図6】実施例2を示し、(a)は要部平面図、(b)
は要部側面図である。
は要部側面図である。
【図7】実施例3に用いる検知素子の斜視図である。
【図8】実施例3に用いる検知素子の側面図である。
【図9】実施例4に用いる検知素子の分解斜視図であ
る。
る。
【図10】従来例を示す概略構成図である。
【図11】他の従来例を示す概略構成図である。
1 光源 2 受光素子 3 入射用光ファイバ 4 出射用光ファイバ 5 検知素子 7a グレーティング 7b グレーティング 8a 光導波路 8b 光導波路 9 検知セル
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年6月1日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】ここで、位相ベクトルV2 は、入射光の波
数ベクトルkと、入射光に対する導波層13の屈折率N
との積であるから(すなわち、V2 =N・k)、波数ベ
クトルkの大きさと屈折率Nとの少なくともいずれか一
方が変化することによって、位相ベクトルV2 と位相ベ
クトルV3 〜V6 との位相が一致する場合と一致しない
場合とが生じることになる。波数ベクトルkは、入射光
の波長の逆数に比例する大きさを有するから入射光の波
長が変われば変化し、また、屈折率Nは入射光の伝送モ
ードによって変化する。要するに、入射光と出射光との
位相が整合すれば光導波路8aを伝搬される光はグレー
ティング7aを通して放射され、位相が整合しなければ
光導波路8aをそのまま伝搬するのである。その結果、
適切な格子定数を有するグレーティング7aを設けてお
けば、入射光の波長や伝送モードに対して選択的に出射
光を得ることができるのである。
数ベクトルkと、入射光に対する導波層13の屈折率N
との積であるから(すなわち、V2 =N・k)、波数ベ
クトルkの大きさと屈折率Nとの少なくともいずれか一
方が変化することによって、位相ベクトルV2 と位相ベ
クトルV3 〜V6 との位相が一致する場合と一致しない
場合とが生じることになる。波数ベクトルkは、入射光
の波長の逆数に比例する大きさを有するから入射光の波
長が変われば変化し、また、屈折率Nは入射光の伝送モ
ードによって変化する。要するに、入射光と出射光との
位相が整合すれば光導波路8aを伝搬される光はグレー
ティング7aを通して放射され、位相が整合しなければ
光導波路8aをそのまま伝搬するのである。その結果、
適切な格子定数を有するグレーティング7aを設けてお
けば、入射光の波長や伝送モードに対して選択的に出射
光を得ることができるのである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 5/18 9018−2K
Claims (4)
- 【請求項1】 光を伝送する光導波路と、光導波路にお
ける光伝送方向に直交する周面に密着して配設され光導
波路内を伝送される光のうちで特定の光を選択的に取り
出すグレーティングと、グレーティングによって光導波
路から取り出された特定の光が通過するとともに外部か
ら与えられる被測定物理量に対応して通過光に光学的変
化を与える検知セルとを、発光素子と受光素子との間の
光路上に介在させたことを特徴とする光学式センサ。 - 【請求項2】 検知セルは、外力に応じて光導波路との
距離が変化するように配設されたことを特徴とする請求
項1記載の光学式センサ。 - 【請求項3】 検知セルは、一対の電極間に液晶が介装
された構造を有し、電極間の印加電圧に応じて液晶の光
学的性質を変化させるように構成されたことを特徴とす
る請求項1記載の光学式センサ。 - 【請求項4】 検知セルは、温度変化に応じて光学的性
質が変化する材料により形成されたことを特徴とする請
求項1記載の光学式センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6775092A JPH05273038A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | 光学式センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6775092A JPH05273038A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | 光学式センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05273038A true JPH05273038A (ja) | 1993-10-22 |
Family
ID=13353935
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6775092A Withdrawn JPH05273038A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | 光学式センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05273038A (ja) |
-
1992
- 1992-03-26 JP JP6775092A patent/JPH05273038A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990608 |