JPH06258018A - Optical ic displacement measuring equipment - Google Patents

Optical ic displacement measuring equipment

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JPH06258018A
JPH06258018A JP4654393A JP4654393A JPH06258018A JP H06258018 A JPH06258018 A JP H06258018A JP 4654393 A JP4654393 A JP 4654393A JP 4654393 A JP4654393 A JP 4654393A JP H06258018 A JPH06258018 A JP H06258018A
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optical waveguide
phase
optical
waveguide
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Katsumi Isozaki
克己 磯崎
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Yokogawa Electric Corp
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To allow highly accurate measurement of displacement through a downsized equipment by constituting an optical IC interferometer part only of one coupling optical guide and a phase shifter and subjecting the phase of a reference light or a measuring light to sinusoidal modulation. CONSTITUTION:Light emitted from a laser diode(LD) 5 is collimated 6 and the light reflected from the corner cube 8 of an object is condensed 7 and made to enter a measuring light waveguide 2. Light emitted from the other side of the LD 5 is made to enter a reference light waveguide 1 and combined with the light entered to the waveguide 2 to cause interference. The interference wave propagates through a waveguide 3 and converted into an electric signal by a light receiving element 9. The propagated light is subjected to sinusoidal phase modulation by a phase modulator 4 using a signal source 18 while a detected interference signal is multiplied 16 by a signal 18 and a low-pass filter 15 detects cosine component. On the other hand, the frequency of the signal source 18 doubled by a frequency doubler 17 with its interference is multiplied 12 and a low-pass filter 13 detects sine component. Interference phase phi is operated 14 based on the signals sinphi and cosphi.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、測定物の変位を測定す
る光IC化変位計に関し、小型で高精度な測定を可能と
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical IC type displacement meter for measuring the displacement of a measurement object, which is small in size and enables highly accurate measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】このような光IC化変位計の従来例とし
て、特開昭64−12204号『光IC干渉計』があ
る。図3は、その実施例の構成図である。図3におい
て、基板21に光導波路22と、参照光導波路31,3
2,33,34と、干渉導波路41,42,43,44
と、分岐導波路23とを形成し、参照光導波路32,3
3,34の光路長を参照光導波路31,32,33の光
路長よりもそれぞれλ/8長く形成したものである。な
お、24は発光素子、25,26,27,28はミラ
ー、29はパワー分配器、35は光導波路22を伝搬す
る光束をコーナーキューブ30に向けて射出する光ファ
イバ、36はコーナーキューブ30で反射した光束を分
岐導波路23に導入させる光ファイバ、37,38,3
9,40は受光素子である。
2. Description of the Related Art As a conventional example of such an optical IC type displacement meter, there is JP-A 64-12204, "Optical IC interferometer". FIG. 3 is a block diagram of the embodiment. In FIG. 3, an optical waveguide 22 and reference optical waveguides 31, 3 are provided on a substrate 21.
2, 33, 34 and interference waveguides 41, 42, 43, 44
And the branch waveguide 23 are formed, and the reference optical waveguides 32 and 3 are formed.
The optical path lengths of 3, 34 are respectively formed longer than the optical path lengths of the reference optical waveguides 31, 32, 33 by λ / 8. Reference numeral 24 is a light emitting element, 25, 26, 27, 28 are mirrors, 29 is a power distributor, 35 is an optical fiber for emitting the light beam propagating through the optical waveguide 22 toward the corner cube 30, and 36 is a corner cube 30. Optical fibers for introducing the reflected light flux into the branch waveguide 23, 37, 38, 3
Reference numerals 9 and 40 are light receiving elements.

【0003】このような構成において、図4は上記光I
C干渉計を利用してコーナーキューブ30の移動距離な
どを求める信号処理回路を示したものであり、図5に示
す信号処理回路の各回路の出力信号の説明図を用いて簡
単に説明する。
In such a structure, FIG.
The signal processing circuit for obtaining the moving distance of the corner cube 30 using the C interferometer is shown, which will be briefly described with reference to the output signal of each circuit of the signal processing circuit shown in FIG.

【0004】コーナーキューブ30のX方向の移動によ
り、各シュミット回路52〜55から方形波信号S1
4 が出力される。ところで、参照光導波路32〜34
の光路長が参照光導波路31〜33の光路長よりもそれ
ぞれλ/8長く形成されているので、方形波信号S1
3 、方形波信号S2 とS4 はそれぞれλ/4の位相差
がある。また、方形波信号S1 〜S3 と方形波信号S2
〜S4 はそれぞれλ/8の位相差がある。
By moving the corner cube 30 in the X direction, the square wave signals S 1-
S 4 is output. By the way, the reference optical waveguides 32 to 34
Of the reference optical waveguides 31 to 33 are formed to be λ / 8 longer than the optical path lengths of the reference optical waveguides 31 to 33, respectively, so that the square wave signals S 1 and S 3 and the square wave signals S 2 and S 4 are respectively at the positions of λ / 4. There is a phase difference. In addition, the square wave signals S 1 to S 3 and the square wave signal S 2 are
Each of S 4 has a phase difference of λ / 8.

【0005】そして、各方形波信号S1 〜S4 の立ち上
がり時および立ち下がり時にワンショット回路57〜6
0,61〜64からカウントパルスが発生し、このカウ
ントパルスはアンド回路65〜68,70〜73を介し
てオア回路69,74から出力される。このオア回路6
9,74から出力されるカウントパルスはコーナーキュ
ーブ30がλ/4移動する毎に発生し、また、オア回路
69から出力されるカウントパルスとオア回路74から
出力されるカウントパルスとはλ/8の位相差がある。
したがって、オア回路85からコーナーキューブ30が
λ/8移動する毎にカウントパルスが出力されることに
なり、コーナーキューブ30の移動距離をλ/8のオー
ダで求めることができる。
Then, the one-shot circuits 57 to 6 at the rising and falling edges of the square wave signals S 1 to S 4 , respectively.
Count pulses are generated from 0, 61 to 64, and the count pulses are output from the OR circuits 69 and 74 via the AND circuits 65 to 68, 70 to 73. This OR circuit 6
The count pulses output from the reference numerals 9, 74 are generated each time the corner cube 30 moves by λ / 4, and the count pulse output by the OR circuit 69 and the count pulse output by the OR circuit 74 are λ / 8. There is a phase difference of.
Therefore, a count pulse is output from the OR circuit 85 every time the corner cube 30 moves by λ / 8, and the moving distance of the corner cube 30 can be obtained on the order of λ / 8.

【0006】コーナーキューブ30が−X方向に移動し
た場合も、同様に、コーナーキューブ30のλ/4の移
動毎にカウントパルスがワンショット回路57〜60,
61〜64から発生し、そのカウントパルスがアンド回
路75〜78,80〜83を介してオア回路79,84
から出力される。そして、上記と同様にオア回路79か
ら出力されるカウントパルスとオア回路84から出力さ
れるカウントパルスとはλ/8の位相差があるので、オ
ア回路86から出力されるカウントパルスをカウントす
ることによりコーナーキューブ30の移動距離をλ/8
のオーダで求めることができる。
Even when the corner cube 30 is moved in the -X direction, the count pulse is similarly changed every time the corner cube 30 is moved by λ / 4, the one-shot circuits 57-60 ,.
61-64, and the count pulse is generated from the OR circuits 79, 84 via the AND circuits 75-78, 80-83.
Is output from. Since the phase difference between the count pulse output from the OR circuit 79 and the count pulse output from the OR circuit 84 is λ / 8 as in the above case, the count pulse output from the OR circuit 86 should be counted. The corner cube 30 movement distance by λ / 8
It can be calculated on the order of.

【0007】このように、上記従来例では、対象物の移
動距離をλ/2以上のオーダで求めることができ、ま
た、対象物の移動方向を判断することもできる。
As described above, in the above-mentioned conventional example, the moving distance of the object can be obtained on the order of λ / 2 or more, and the moving direction of the object can be determined.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術に示す『光IC干渉計』においては、 (1)方向性結合器やY分波・結合器やクロス導波路な
ど多くの素子で構成されているため、複雑であり、小型
・低価格化が難しい。また、各素子でパワーロス(散
乱)が積算されるため、S/Nの良い信号を得にくい。 (2)ミラー25〜28やクロス導波路で反射光が発生
し、その反射光が発光素子24に戻ると発振波長が不安
定となるため、装置の動作が不安定となってしまう。ま
た、反射光が受光素子37〜40に入るとコヒーレント
ノイズとなり、測定値に周期的な誤差が発生する。 (3)位相シフタをニオブ酸リチウムの電気光学効果を
利用して実現しているが、DCドリフトがあるので、安
定して動作させるのが難しい。などの欠点があった。
However, in the "optical IC interferometer" shown in the above-mentioned prior art, (1) it is composed of many elements such as a directional coupler, a Y demultiplexer / coupler, and a cross waveguide. Therefore, it is complicated and it is difficult to reduce the size and cost. Moreover, since the power loss (scattering) is integrated in each element, it is difficult to obtain a signal with good S / N. (2) Reflected light is generated by the mirrors 25 to 28 and the cross waveguide, and when the reflected light returns to the light emitting element 24, the oscillation wavelength becomes unstable, so that the operation of the device becomes unstable. Further, when the reflected light enters the light receiving elements 37 to 40, it becomes coherent noise, and a periodic error occurs in the measured value. (3) The phase shifter is realized by utilizing the electro-optic effect of lithium niobate, but it is difficult to operate stably because of DC drift. There were drawbacks such as.

【0009】本発明は上記従来技術の課題を踏まえて成
されたものであり、小型で高精度な変位測定を可能とし
た光IC化変位計を提供することを目的としたものであ
る。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a small-sized optical IC displacement meter capable of highly accurate displacement measurement.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、レーザダイオード(以下、単にLD
という)と、このLDの片面に取り付けられ前記LDの
出力光をコリメートするコリメータレンズと、このコリ
メータレンズからの光が入射される測定対象物と、この
測定対象物からの反射光をレンズを介して導波する測定
光導波路と、前記LDの他方の出射面からの光を導波す
る参照光導波路と、この参照光導波路または前記測定光
導波路を伝搬する光の位相を変調するための位相変調器
と、前記測定光導波路と参照光導波路を結合する結合用
光導波路と、この結合用光導波路で結合された光が入射
される受光素子とを備えた構成の光IC化干渉計部を具
備し、前記位相変調器で参照光または測定光の位相を正
弦波状に変調することにより前記受光素子から得られた
干渉信号のスペクトラム位相から前記測定対象物の変位
を測定するようにしたことを特徴とする。また、前記参
照光導波路、測定光導波路および結合用光導波路は、火
炎堆積法で製作したガラス導波路で構成すると共に、前
記位相変調器は熱光学効果を利用して構成したことを特
徴とする。また、前記参照光導波路、測定光導波路およ
び結合用光導波路は、ニオブ酸リチウム基盤上のチタン
拡散で製作すると共に、前記位相変調器は電気光学効果
を利用して構成したことを特徴とする。また、前記参照
光導波路、測定光導波路および結合用光導波路の端面を
斜めに加工したことを特徴とする。
The structure of the present invention for solving the above-mentioned problems is a laser diode (hereinafter, simply referred to as LD
That is, the collimator lens attached to one side of the LD for collimating the output light of the LD, the measurement target on which the light from the collimator lens is incident, and the reflected light from the measurement target through the lens. Measurement optical waveguide that guides the light from the other side, a reference optical waveguide that guides the light from the other emission surface of the LD, and a phase modulation for modulating the phase of the light propagating in the reference optical waveguide or the measurement optical waveguide. And an optical IC interferometer section having a configuration including a coupling optical waveguide that couples the measurement optical waveguide and the reference optical waveguide, and a light receiving element on which the light coupled by the coupling optical waveguide is incident. Then, the displacement of the measurement object is measured from the spectrum phase of the interference signal obtained from the light receiving element by modulating the phase of the reference light or the measurement light into a sine wave by the phase modulator. Characterized in that was. Further, the reference optical waveguide, the measurement optical waveguide, and the coupling optical waveguide are configured by glass waveguides manufactured by a flame deposition method, and the phase modulator is configured by utilizing a thermo-optical effect. . Further, the reference optical waveguide, the measurement optical waveguide, and the coupling optical waveguide are manufactured by titanium diffusion on a lithium niobate substrate, and the phase modulator is configured by utilizing an electro-optical effect. The end faces of the reference optical waveguide, the measurement optical waveguide, and the coupling optical waveguide are obliquely processed.

【0011】[0011]

【作用】本発明によると、 (1)光IC干渉計部を、一つの結合用光導波路と位相
シフタのみで構成し、小型・低価格化を実現すると共
に、パワー損失を最小としている。 (2)LDの両面から出射される光の一方を参照光、他
方を測定光として利用する構成を取ることにより、LD
への戻り光およびコヒーレントノイズの発生を本質的に
なくしている。 (3)干渉位相の測定法として、参照光路の位相を正弦
波状に振る位相変調法を用いることにより、信号を変調
周波数上に乗せることができ、DCドリフトの影響を受
けない、安定した動作としている。
According to the present invention, (1) the optical IC interferometer section is composed of only one coupling optical waveguide and a phase shifter, thereby realizing downsizing and cost reduction, and minimizing power loss. (2) By using one of the lights emitted from both sides of the LD as the reference light and the other as the measurement light, the LD
The generation of return light and coherent noise is essentially eliminated. (3) As a method of measuring the interference phase, by using a phase modulation method in which the phase of the reference optical path is sine wave-shaped, a signal can be placed on the modulation frequency, and stable operation that is not affected by DC drift is performed. There is.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1は本発明の光IC化変位計の一実施例を示す構成図で
ある。図1において、参照光導波路1、測定光導波路
2、Y形光導波路3は、特公昭62−48806号『光
導波路用薄膜の製造方法』で開示されている火炎堆積法
を用いて製作されたガラス導波路で構成され、熱光学効
果を利用して構成された位相変調器4は、参照光導波路
1上にスパッタや蒸着でCrなどのヒータ電極を付加し
て構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical IC type displacement meter of the present invention. In FIG. 1, the reference optical waveguide 1, the measurement optical waveguide 2, and the Y-shaped optical waveguide 3 were manufactured by using the flame deposition method disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-48806, "Method for manufacturing thin film for optical waveguide". The phase modulator 4 formed of a glass waveguide and utilizing the thermo-optic effect is formed by adding a heater electrode such as Cr on the reference optical waveguide 1 by sputtering or vapor deposition.

【0013】LD5からの出射光は、LD5の片面に取
り付けられたセルフォックレンズ6でコリメートされ、
測定点に設置された測定対象物であるコーナーキューブ
(以下、単にCCという)8で反射される。反射光は、
セルフォックレンズ7で集光され、測定光導波路2に入
射する。一方、LD5の他方の面から出射された光は、
参照光導波路1に入射し、Y形光導波路3で測定光導波
路2からの光と合波され、干渉する。干渉波は、Y形光
導波路3を伝搬し、受光素子9で受光され、電気信号に
変換される。
Light emitted from the LD 5 is collimated by a SELFOC lens 6 attached to one side of the LD 5,
It is reflected by a corner cube (hereinafter, simply referred to as CC) 8 which is a measurement object installed at a measurement point. The reflected light is
It is condensed by the SELFOC lens 7 and enters the measurement optical waveguide 2. On the other hand, the light emitted from the other surface of the LD 5 is
The light is incident on the reference optical waveguide 1, is combined with the light from the measurement optical waveguide 2 by the Y-shaped optical waveguide 3, and interferes. The interference wave propagates through the Y-shaped optical waveguide 3, is received by the light receiving element 9, and is converted into an electric signal.

【0014】ここで、参照光導波路4には位相変調器4
が付加されており、導波光の位相を信号源18で正弦波
状に変調している。受光素子9で検出されたフォト電流
(干渉信号)は、I/V変換回路11で増幅した後、乗
算器12,16に入力される。乗算器16では、信号源
18からの信号と、干渉信号の乗算が行われ、ローパス
フィルタ15を通すことで、干渉信号のサイン成分を検
出する。
Here, the reference optical waveguide 4 has a phase modulator 4
Is added, and the phase of the guided light is modulated by the signal source 18 into a sinusoidal wave. The photocurrent (interference signal) detected by the light receiving element 9 is input to the multipliers 12 and 16 after being amplified by the I / V conversion circuit 11. The multiplier 16 multiplies the signal from the signal source 18 by the interference signal and passes the signal through the low-pass filter 15 to detect the sine component of the interference signal.

【0015】一方、乗算器12では、信号源18の周波
数を周波数ダブラで17で2倍にし、干渉信号との乗算
を行い、ローパスフィルター13を通すことにより、干
渉信号のコサイン成分を検出する。
On the other hand, in the multiplier 12, the frequency of the signal source 18 is doubled by the frequency doubler 17 to perform multiplication with the interference signal, and the low-pass filter 13 is used to detect the cosine component of the interference signal.

【0016】ローパスフィルター13から得られるサイ
ン信号sinφとローパスフィルター15から得られる
コサイン信号cosφから、干渉位相φを演算装置14
で計算する。
From the sine signal sin φ obtained from the low pass filter 13 and the cosine signal cos φ obtained from the low pass filter 15, the interference phase φ is calculated by the arithmetic unit 14
Calculate with.

【0017】このような構成において、LD5から出射
し、セルフォックレンズ6→CC8→セルフォックレン
ズ7→測定光導波路2を通って、Y形光導波路3の合波
点まできた測定光の光路をLm 、LD5の他端から出射
し、位相変調器4→参照光導波路1を通って、Y形光導
波路3の合波点まできた参照光の光路をLr とすると、
Y形光導波路3を通り、受光素子9で検出され、I/V
変換回路11で増幅される干渉信号I0 は、次式で表さ
れる。なお、式中のAは干渉強度を示す定数である。 I0 =A・cosφ φ=2・π・(Lm −Lr )/λ
In such a configuration, the optical path of the measurement light that has been emitted from the LD 5, passed through the SELFOC lens 6 → CC8 → the SELFOC lens 7 → the measurement optical waveguide 2 and has reached the combining point of the Y-shaped optical waveguide 3 Let L r be the optical path of the reference light that is emitted from the other end of L m , LD 5, passes through the phase modulator 4 → reference optical waveguide 1, and reaches the combining point of the Y-shaped optical waveguide 3.
The light passes through the Y-shaped optical waveguide 3 and is detected by the light receiving element 9, and the I / V
The interference signal I 0 amplified by the conversion circuit 11 is expressed by the following equation. Note that A in the formula is a constant indicating the interference intensity. I 0 = A · cos φ φ = 2 · π · (L m −L r ) / λ

【0018】ここで、干渉信号I0 の測定だけでは、光
源の出力変動やCC8を移動したときの反射率の変化な
どにより高精度の測定ができないし、移動方向の判別が
できない。そこで、これらの欠点を克服するために、位
相変調器4を用いて、参照光の位相を正弦波状に変調す
る。変調周波数をωm 、変調深さをξとすると、受光素
子9から得られる干渉信号Im は、次式となる。 Im =A・cos{φ+K・cos(ωm t)} ─ K=4・π・ξ/λ
Here, only by measuring the interference signal I 0 , high-precision measurement cannot be performed due to fluctuations in the output of the light source, changes in reflectance when the CC 8 is moved, and the direction of movement cannot be determined. Therefore, in order to overcome these drawbacks, the phase of the reference light is modulated into a sine wave using the phase modulator 4. When the modulation frequency is ω m and the modulation depth is ξ, the interference signal I m obtained from the light receiving element 9 is given by the following equation. I m = A · cos {φ + K · cos (ω mt )} ─K = 4 · π · ξ / λ

【0019】この式をベッセル関数を用いて展開し、
変調周波数ωm の成分を乗算器12とローパスフィルタ
13で検出し、また、変調周波数の2倍の周波数成分2
ωmを乗算器16とローパスフィルタ15で抽出する
と、次式となる。 Im (ωm )=2A・J1 (K)sinφ Im (2ωm )=2A・J2 (K)cosφ
This equation is expanded using the Bessel function,
The component of the modulation frequency ω m is detected by the multiplier 12 and the low-pass filter 13, and the frequency component 2 which is twice the modulation frequency is detected.
When ω m is extracted by the multiplier 16 and the low pass filter 15, the following equation is obtained. I mm ) = 2 A · J 1 (K) sin φ I m (2ω m ) = 2 A · J 2 (K) cos φ

【0020】ここで、 J1 (K)=J2 (K) となるように、変調深さξを調整する(ξ=0.23
λ)か、ローパスフィルタ13,15のゲインを調整し
て、演算器14で下式を計算することで、干渉位相φの
高精度な測定が可能となり、変位の検出が可能となる。 Lm =(λ/2π)・tan-1{Im (ωm )/I
m (2ωm )}+Lr
Here, the modulation depth ξ is adjusted so that J 1 (K) = J 2 (K) (ξ = 0.23)
λ) or the gains of the low-pass filters 13 and 15 are adjusted and the following equation is calculated by the computing unit 14, whereby the interference phase φ can be measured with high accuracy and the displacement can be detected. L m = (λ / 2π) · tan −1 {I mm ) / I
m (2ω m )} + L r

【0021】また、光導波路部のパターンとして、図1
に示すY形分岐だけでなく、図2に示すような2×2の
分岐パターンでも可能である。この場合には、干渉位相
φの測定方法としては、参照光の位相を正弦波状に変調
する位相変調法だけでなく、参照光へ与える位相シフト
を90degと固定して使用することも可能であり、こ
の場合は、sinφとcosφの信号をI/V変換回路
11で直接出力することができる。さらに、Y形光導波
路ではなく、方向性結合器を用いた構成としても良い。
Further, as a pattern of the optical waveguide portion, as shown in FIG.
In addition to the Y-shaped branch shown in FIG. 2, a 2 × 2 branch pattern as shown in FIG. 2 is also possible. In this case, as the method of measuring the interference phase φ, not only the phase modulation method of modulating the phase of the reference light into a sinusoidal shape but also the phase shift given to the reference light can be fixed to 90 deg and used. In this case, the signals of sin φ and cos φ can be directly output by the I / V conversion circuit 11. Furthermore, instead of the Y-shaped optical waveguide, a directional coupler may be used.

【0022】なお、上記実施例において、基盤材料に、
ニオブ酸リチウムを使用し、チタン拡散で光導波路部を
作製しても同様の効果を得られる。この場合には、基盤
が電気光学効果を持つため、電極パターンを製作し、電
界を印加するだけで、位相変調が可能である。
In the above embodiment, the base material is
The same effect can be obtained by using lithium niobate to fabricate the optical waveguide portion by titanium diffusion. In this case, since the substrate has an electro-optical effect, the phase modulation can be performed only by producing an electrode pattern and applying an electric field.

【0023】また、光導波路部の端面を斜めに加工する
ことにより、LDや受光素子への戻り光を低減すること
ができ、LDの出力損失や受光素子へのノイズの混入を
防止できる。
Further, by obliquely processing the end face of the optical waveguide portion, the return light to the LD and the light receiving element can be reduced, and the output loss of the LD and the mixing of noise into the light receiving element can be prevented.

【0024】さらに、上記実施例では、LD5らの出射
光をセルフォックレンズ6を用いて平行光とし、空間伝
搬させる例を示したが、LD5からの光をファイバなど
の光導波路に入射させ、測定対象まで導き、反射光もフ
ァイバなどの光導波路に入射させて検出することも可能
である。
Further, in the above-mentioned embodiment, an example in which the light emitted from the LD 5 is made into parallel light by using the SELFOC lens 6 and propagated in space is shown. It is also possible to guide the light to the measurement target and detect the reflected light by making it incident on an optical waveguide such as a fiber.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、 (1)光IC化干渉計部を1つの結合用光導波路と位相
シフタだけで構成しているため、小型・低価格化が可能
である。 (2)LDの両面から出射される光の一方を参照光に、
他方を測定光として利用する構成としているため、LD
への戻り光およびコヒーレントノイズの発生を本質的に
なくすことができる。 (3)干渉位相の測定法として、参照光路の位相を正弦
波状に振る位相変調法を用いることにより、信号を変調
周波数上に乗せることができ、DCドリフトの影響を受
けない安定した動作を実現できる。などの効果を有する
光IC化変位計を実現できる。
As described above in detail with reference to the embodiments, according to the present invention, (1) the optical IC interferometer section is composed of only one coupling optical waveguide and phase shifter. It is possible to reduce the size and price. (2) One of the lights emitted from both sides of the LD is used as the reference light,
Since the other is used as the measurement light, the LD
The generation of return light and coherent noise can be essentially eliminated. (3) As a method of measuring the interference phase, by using a phase modulation method in which the phase of the reference optical path is sine wave-shaped, a signal can be placed on the modulation frequency, and stable operation that is not affected by DC drift is realized. it can. It is possible to realize an optical IC displacement meter having effects such as the above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光IC化変位計の一実施例を示す構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an optical IC displacement meter of the present invention.

【図2】本発明の光IC化変位計の他の実施例を示す構
成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing another embodiment of the optical IC displacement meter of the present invention.

【図3】光IC干渉計の従来例である。FIG. 3 is a conventional example of an optical IC interferometer.

【図4】図3の光IC干渉計の信号処理回路の回路構成
図である。
4 is a circuit configuration diagram of a signal processing circuit of the optical IC interferometer of FIG.

【図5】図4の信号処理回路の各回路の出力信号の説明
図である。
5 is an explanatory diagram of an output signal of each circuit of the signal processing circuit of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 参照光導波路 2 測定光導波路 3 Y形光導波路(結合用光導波路) 4 位相変調器 5 レーザダイオード 6、7 セルフォックレンズ 8 コーナーキューブ(測定対象物) 9 受光素子 1 Reference Optical Waveguide 2 Measurement Optical Waveguide 3 Y-type Optical Waveguide (Coupling Optical Waveguide) 4 Phase Modulator 5 Laser Diode 6, 7 Selfoc Lens 8 Corner Cube (Measurement Target) 9 Photodetector

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年6月2日[Submission date] June 2, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0016[Correction target item name] 0016

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0016】ローパスフィルター13から得られるコサ
イン信号cosφとローパスフィルター15から得られ
るサイン信号sinφから、干渉位相φを演算装置14
で計算する。
From the cosine signal cosφ obtained from the low-pass filter 13 and the sine signal sinφ obtained from the low-pass filter 15, the interference phase φ is calculated by the arithmetic unit 14
Calculate with.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0019[Correction target item name] 0019

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0019】この式をベッセル関数を用いて展開し、
変調周波数ωm の成分を乗算器16とローパスフィルタ
ー15で検出し、また、変調周波数の2倍の周波数成分
2ω m を乗算器12とローパスフィルター13で抽出す
ると、次式となる。 Im (ωm )=2A・J1 (K)sinφ Im (2ωm )=2A・J2 (K)cosφ
This equation is expanded using the Bessel function,
Modulation frequency ωmComponent of the multiplier 16 and low-pass filter
-15, and a frequency component twice the modulation frequency
mIs extracted by the multiplier 12 and the low-pass filter 13.
Then, it becomes the following formula. Imm) = 2A ・ J1(K) sinφ Im(2ωm) = 2A ・ J2(K) cosφ

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図1[Name of item to be corrected] Figure 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図1】 [Figure 1]

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザダイオード(5)と、 このレーザダイオード(5)の片面に取り付けられ前記
レーザダイオード(5)の出力光をコリメートするコリ
メータレンズ(6)と、 このコリメータレンズ(6)からの光が入射される測定
対象物(8)と、 この測定対象物(8)からの反射光をレンズ(7)を介
して導波する測定光導波路(2)と、 前記レーザダイオード(5)の他方の出射面からの光を
導波する参照光導波路(1)と、 この参照光導波路(1)または前記測定光導波路(2)
を伝搬する光の位相を変調するための位相変調器(4)
と、 前記測定光導波路(2)と参照光導波路(1)を結合す
る結合用光導波路(3)と、 この結合用光導波路(3)で結合された光が入射される
受光素子(9)とを備えた構成の光IC化干渉計部を具
備し、 前記位相変調器(4)で参照光または測定光の位相を正
弦波状に変調することにより前記受光素子(9)から得
られた干渉信号のスペクトラム位相から前記測定対象物
(8)の変位を測定するようにしたことを特徴とする光
IC化変位計。
1. A laser diode (5), a collimator lens (6) mounted on one surface of the laser diode (5) for collimating the output light of the laser diode (5), and a collimator lens (6) from the collimator lens (6). A measuring object (8) on which light is incident, a measuring optical waveguide (2) for guiding reflected light from the measuring object (8) through a lens (7), and the laser diode (5). A reference optical waveguide (1) for guiding light from the other emission surface, and the reference optical waveguide (1) or the measurement optical waveguide (2)
Phase modulator for modulating the phase of light propagating in light (4)
A coupling optical waveguide (3) for coupling the measurement optical waveguide (2) and the reference optical waveguide (1), and a light receiving element (9) on which the light coupled by the coupling optical waveguide (3) is incident. And an interferometer obtained from the light receiving element (9) by modulating the phase of the reference light or the measurement light into a sine wave by the phase modulator (4). An optical IC displacement meter, characterized in that the displacement of the measurement object (8) is measured from the spectrum phase of the signal.
【請求項2】 前記参照光導波路(1)、測定光導波路
(2)および結合用光導波路(3)は、火炎堆積法で製
作したガラス導波路で構成すると共に、前記位相変調器
(4)は熱光学効果を利用して構成したことを特徴とす
る請求項1記載の光IC化変位計。
2. The reference optical waveguide (1), the measuring optical waveguide (2) and the coupling optical waveguide (3) are glass waveguides manufactured by a flame deposition method, and the phase modulator (4). The optical IC-based displacement meter according to claim 1, wherein is configured by utilizing a thermo-optical effect.
【請求項3】 前記参照光導波路(1)、測定光導波路
(2)および結合用光導波路(3)は、ニオブ酸リチウ
ム基盤上のチタン拡散で製作すると共に、前記位相変調
器(4)は電気光学効果を利用して構成したことを特徴
とする請求項1記載の光IC化変位計。
3. The reference optical waveguide (1), the measurement optical waveguide (2) and the coupling optical waveguide (3) are manufactured by titanium diffusion on a lithium niobate substrate, and the phase modulator (4) is The optical IC-based displacement meter according to claim 1, wherein the displacement meter is configured by utilizing an electro-optical effect.
【請求項4】 前記参照光導波路(1)、測定光導波路
(2)および結合用光導波路(3)の端面を斜めに加工
したことを特徴とする請求項1記載の光IC化変位計。
4. The optical IC integrated displacement meter according to claim 1, wherein end faces of the reference optical waveguide (1), the measurement optical waveguide (2), and the coupling optical waveguide (3) are obliquely processed.
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