JPH06317613A - Optical measuring device - Google Patents

Optical measuring device

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JPH06317613A
JPH06317613A JP5106311A JP10631193A JPH06317613A JP H06317613 A JPH06317613 A JP H06317613A JP 5106311 A JP5106311 A JP 5106311A JP 10631193 A JP10631193 A JP 10631193A JP H06317613 A JPH06317613 A JP H06317613A
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JP
Japan
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light
optical
optical fiber
polarizer
measuring device
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Pending
Application number
JP5106311A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Igarashi
健二 五十嵐
Kazuyuki Furuse
一幸 古瀬
Katsuyuki Kanenawa
勝幸 金縄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To miniaturize an optical measuring device by making rays emitted from the first optical fiber ray entrance end incident upon a reflecting mirror through a polarizer, an optical element or the like, and then converging the rays at the second optical fiber ray entrance end through the optical element, the polarizer or the like. CONSTITUTION:When an emission section 2 outputs a ray 1, which enters the ray entrance part 3a of the first optical fiber 3 and is led to its emitting end 3b. The ray 1 led to the end 3b enters a polarizer 8 and is converted into a linear polarized light 7, and enters a 1/4 wave length plate 10 and is converted into a circularly polarized light 9 and enters a Pockels element 11. The circularly polarized light 9 entering the element 11 is light-modulated and thereby converted into an elliptically polarized light 12. After reflecting from a concave mirror 13, the elliptically polarized light 12 enters the element 11 again, and is light-modulated similarly to the previous case, and when entering the polarizer 8, the light is rectangularly reflected, and liner polarized light 14 is converged to the ray entrance part 17a of the second optical fiber 17, and led to an emitting end 17 through the fiber 17 and received by a ray receiving section 18 and converted into an electric signal SL showing the quantity of received rays.

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、例えばポッケルス(電
気光学効果)素子などを用いた光学的計測装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical measuring device using, for example, a Pockels (electro-optical effect) element.

【0002】[0002]

【従来の技術】図11は、従来のポッケルス素子を用い
た光学的計測装置を示している。この光学的計測装置
は、発光ダイオード等からなり光Aを出力する発光部B
と、この発光部Bからの光Aを入光し案内する第1の光
ファイバCと、この第1の光ファイバCにより案内され
た光Aを入光して平行光線Eに変換する第1のレンズ系
Dと、第1のレンズ系Dからの平行光線Eを入光して直
線偏光Fに変換する偏光子Gと、この偏光子Gからの直
線偏光Fを入光して円偏光Mに変換する1/4波長板N
と、この1/4波長板Nから出光した円偏光Mを入光し
入光した円偏光Mをポッケルス効果により複屈折させ楕
円偏光Jに変換するポッケルス素子Hと、このポッケル
ス素子Hから出光した楕円偏光Jを直線偏光Tに変換す
る検光子Lと、この検光子Lを出光した直線偏光Tを入
光して収束させる第2のレンズ系Qと、この第2のレン
ズ系Qにより収束された光Rを入光して案内する第2の
光ファイバSと、この第2の光ファイバSにより案内さ
れた光Rを受光して受光量を示す電気信号に変換する例
えばホトダイオード,光電管等からなる受光部Wとから
なっている。そして、ポッケルス素子Hにおけるポッケ
ルス効果を利用して、受光部Wの出力に基づき、ポッケ
ルス素子Hに印加された電圧Vを測定するものである。
2. Description of the Related Art FIG. 11 shows an optical measuring device using a conventional Pockels element. This optical measuring device is composed of a light emitting diode B or the like, which emits light A
A first optical fiber C for entering and guiding the light A from the light emitting section B; and a first optical fiber C for entering and converting the light A guided by the first optical fiber C into parallel rays E. Lens system D, and a polarizer G that receives parallel rays E from the first lens system D and converts them into linearly polarized light F, and linearly polarized light F from this polarizer G that is circularly polarized M. Converted to 1/4 wave plate N
And a Pockels element H for entering the circularly polarized light M emitted from the quarter-wave plate N and birefringently converting the entered circularly polarized light M into an elliptically polarized light J, and light emitted from the Pockels element H. An analyzer L for converting the elliptically polarized light J into a linearly polarized light T, a second lens system Q for receiving and converging the linearly polarized light T emitted from the analyzer L, and converged by the second lens system Q. From a second optical fiber S for receiving and guiding the reflected light R, and for receiving the light R guided by the second optical fiber S and converting it into an electric signal indicating the amount of received light, for example, from a photodiode, a photoelectric tube, or the like. And a light receiving part W. Then, by utilizing the Pockels effect of the Pockels element H, the voltage V applied to the Pockels element H is measured based on the output of the light receiving section W.

【0003】ところで、上記従来の光学的計測装置は、
光路が一方向であるため、装置本体が光軸方向に長くな
る欠点をもっている。また、電気光学効果を高め、測定
感度を上げるためには、ポッケルス素子Hを光軸方向に
厚くする方が有利であるが、結晶が大きくなると振動に
よる慣性力が大きくなり、設計上の制約を生じていた。
さらに、従来においては、光軸調整を2組の光ファイバ
とレンズ系で行っており、調整部品数が多くなる欠点を
有している。そのうえ、光軸調整精度に対する要求は厳
しく、理想位置に対して数μmの精度で調整されていな
けば光の損失が生じ、正しい電圧測定が不可能となって
しまう。このため、光軸調整には熟練と長い作業時間を
要するという問題を招いている。また、従来の装置で
は、温度変化や振動などの環境や外的条件に対して影響
を受けやすいということも欠点となっていた。
By the way, the above conventional optical measuring device is
Since the optical path is in one direction, there is a drawback that the device body becomes long in the optical axis direction. Further, in order to enhance the electro-optic effect and the measurement sensitivity, it is advantageous to make the Pockels element H thick in the optical axis direction, but when the crystal becomes large, the inertial force due to the vibration becomes large, so that there are restrictions in design. It was happening.
Further, conventionally, the optical axis is adjusted by two sets of optical fibers and a lens system, which has a drawback that the number of adjusting parts is increased. In addition, the demand for the optical axis adjustment accuracy is strict, and unless the optical axis is adjusted with an accuracy of several μm with respect to the ideal position, light loss occurs and correct voltage measurement becomes impossible. For this reason, there is a problem in that the adjustment of the optical axis requires skill and a long working time. In addition, the conventional device has a drawback in that it is easily affected by environment and external conditions such as temperature change and vibration.

【0004】さらにまた、上記偏光子G,1/4波長板
N,ポッケルス素子H及び検光子L等の光学部品は、台
座に接着剤を介して固着されているが、台座と光学部品
の線膨脹係数の違いによる光学部品の応力変動(これ
は、外部環境の温度変化に起因するもので、ノイズの原
因となる。)の影響を緩和・軽減しようとすれば、比較
的軟らかいシリコーン系の接着剤を用いるとともに、こ
のときの接着剤の膜厚をできるだけ厚くするのが好まし
い。一方、やはりノイズの原因となる外部環境からの機
械的振動の影響を緩和・軽減しようとすれば、比較的硬
い接着剤を使用し、かつ、このときの接着剤の膜厚は、
できるだけ台座と接着剤とが密接するように薄くし、か
つ、台座と光学部品との熱膨張係数をできるだけ近付け
るようにするのが好ましい。他方、上記光学的計測装置
が、温度変化しやすく、かつ、機械的振動の影響を受け
やすい環境下に置かれる場合には、台座と光学部品との
熱膨張係数をできるだけ近いものとし、かつ、比較的軟
らかい接着剤をできるだけ薄く塗布するようにして、熱
と振動に起因するノイズを軽減するようにしている。し
かしながら、台座と光学部品との熱膨張係数が完全に一
致することは極めてまれであり、しかも、軟らかい接着
剤を薄く塗布する場合の応力緩和効果もあまり期待する
ことはできない。
Furthermore, the optical components such as the polarizer G, the quarter-wave plate N, the Pockels element H, and the analyzer L are fixed to the pedestal through an adhesive, but the line between the pedestal and the optical component is fixed. In order to mitigate / reduce the effect of stress fluctuations of optical parts due to the difference in expansion coefficient (this is caused by temperature changes in the external environment and causes noise), a relatively soft silicone adhesive is used. It is preferable to use the agent and make the film thickness of the adhesive at this time as thick as possible. On the other hand, in order to mitigate / reduce the effect of mechanical vibration from the external environment, which also causes noise, a relatively hard adhesive is used, and the film thickness of the adhesive at this time is
It is preferable to make the pedestal and the adhesive as thin as possible so that they are in close contact with each other, and to make the thermal expansion coefficients of the pedestal and the optical component as close as possible. On the other hand, the optical measuring device, the temperature is likely to change, and, when placed in an environment susceptible to the influence of mechanical vibration, the thermal expansion coefficient of the pedestal and the optical component as close as possible, and, The relatively soft adhesive is applied as thinly as possible to reduce noise due to heat and vibration. However, it is extremely rare that the thermal expansion coefficients of the pedestal and the optical component are completely the same, and the stress relaxation effect when a soft adhesive is thinly applied cannot be expected so much.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
光学的計測装置では、装置本体が光軸方向に長くなる欠
点をもっているとともに、光軸調整が繁雑で熟練と長い
作業時間を要するほかに、外部環境からの機械的振動・
温度変化の影響を受けやすい不具合をもっていた。この
発明は、上記事情を勘案してなされたもので、上記欠点
を解決することのできる光学的計測装置を提供すること
を目的とする。
As described above, the conventional optical measuring device has the drawback that the device main body becomes long in the optical axis direction, and the optical axis adjustment is complicated and requires skill and long working time. In addition, mechanical vibration from the external environment
It had a problem that it was easily affected by temperature changes. The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical measuring device capable of solving the above-mentioned drawbacks.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の光学的計測装置
は、第1の光ファイバの入光端部から出光した光を、偏
光子,光学素子等を経由して、反射鏡に入射させた後、
この反射鏡にて反射させ、再び光学素子,偏光子等を経
由して第2の光ファイバの入光端部に集光させるように
したものである。
The optical measuring device of the present invention allows light emitted from the light incident end of the first optical fiber to enter a reflecting mirror via a polarizer, an optical element and the like. After
The light is reflected by this reflecting mirror, and is again focused on the light incident end of the second optical fiber via the optical element, the polarizer and the like.

【0007】[0007]

【作用】上記構成の光学的計測装置は、光軸方向の長さ
を著しく短くすることができるので、装置の小型化が可
能となることはもとより、組み立て・調整も容易とな
る。
In the optical measuring device having the above-mentioned structure, the length in the optical axis direction can be remarkably shortened, so that the device can be downsized and the assembling / adjusting becomes easy.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
述する。図1は、この実施例の光学的計測装置を示して
いる。この光学的計測装置は、発光ダイオード等からな
り光1を出力する発光部2と、この発光部2からの光1
を入光端部3aから入光し出光端部3bに案内する第1
の光ファイバ3と、この第1の光ファイバ3の出光端部
3bから出光した光1を入光して直線偏光7に変換する
偏光子8と、この偏光子8からの直線偏光7を入光して
円偏光9に変換する1/4波長板10と、この1/4波
長板10から出光した円偏光9を入光して複屈折させ入
光した円偏光9を楕円偏光12に変換させるとともに挟
持位置に対向して設置された一対の電極11a,11b
を介して測定しようとする電圧が印加されるポッケルス
素子11と、このポッケルス素子11から出光した楕円
偏光12を入射して反射する凹面鏡13(球面でも非球
面のいずれでもよい。)と、この凹面鏡13で反射され
たのちポッケルス素子11及び1/4波長板10を透過
し偏光子8にて光軸方向に対して直角方向に反射された
直線偏光14を入光端部17aにて入光して出光端部1
7bに案内する第2の光ファイバ17と、この第2の光
ファイバ17の出光端部17bから出光した光16を受
光して受光量を示す電気信号SLに変換する例えばホト
ダイオード,光電管等からなる受光部18と、この受光
部18から出力された電気信号SLに基づいて一対の電
極11a,11b間に印加された印加電圧Vを演算する
電圧演算部35と、この電圧演算部35により演算され
た印加電圧Vを表示する表示部36とからなっている。
ここで、ポッケルス素子11としては、LiNbO3
(ニオブ酸リチウム),TiNbO3 (ニオブ酸チタ
ン),水晶等が使用される。そして、ポッケルス素子1
1の互いに対向する上下面に設けられた電極11a,1
1b間の距離は、例えば15mmに設定されているとと
もに、電極11aは、被測定電源30に接続され、ま
た、電極11bは、接地されている。上記被測定電源3
0から電極11a,11bには、電圧が印加され、この
ときの印加電圧をリアルタイムで計測することが、この
実施例の光学的計測装置の目的となっている。しかし
て、この光学的計測装置は、凹面鏡13が、第1の光フ
ァイバ3の出光端部3b及び第2の光ファイバ17の入
光端部17a近傍に焦点FPを有するように設定されて
いる。すなわち、図2及び図3に示すように、凹面鏡1
3の焦点FPの位置は、第1の光ファイバ3の出光端部
3b及び第2の光ファイバ17の入光端部17aの内側
となる(デフォーカス)位置に設定されている。そし
て、第1の光ファイバ3は、第2の光ファイバ17より
も相対的に大口径となっている。さらに、偏光子8,1
/4波長板10,ポッケルス素子11及び凹面鏡13
は、図4及び図5に示すように、台座20に接着剤21
を介して固着されている。しかして、台座20の光学素
子固着面20aには、例えば深さ0.5mm程度かつ幅
1mm程度の格子状の溝22が刻設され、この溝22中
に例えば商品名「TSE385RTV」(東芝シリコー
ン社製)などの比較的柔らかく線膨脹係数の違いによる
内部応力の影響を緩和することのできる接着剤21が充
填されている。また、この接着剤21は、光学素子固着
面20aにも例えば厚さ0.01以下mm程度となるよ
うに塗布されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an optical measuring device of this embodiment. This optical measuring device is composed of a light emitting section 2 which is composed of a light emitting diode or the like and outputs light 1, and a light 1 from this light emitting section 2.
For guiding light from the light entering end 3a to the light exiting end 3b
Of the optical fiber 3, a polarizer 8 which receives the light 1 emitted from the light emitting end 3b of the first optical fiber 3 and converts it into a linearly polarized light 7, and a linearly polarized light 7 from the polarizer 8. A quarter-wave plate 10 that emits light to convert it into circularly polarized light 9 and a circularly polarized light 9 that has emitted from this quarter-wave plate 10 is incident and birefringent to convert the incident circularly polarized light 9 into elliptical polarized light 12. And a pair of electrodes 11a, 11b installed opposite to the sandwiching position.
A Pockels element 11 to which a voltage to be measured is applied, a concave mirror 13 (which may be spherical or aspherical) that receives and reflects the elliptically polarized light 12 emitted from the Pockels element 11, and this concave mirror. The linearly polarized light 14 reflected by 13 and then transmitted through the Pockels element 11 and the quarter-wave plate 10 and reflected by the polarizer 8 in the direction perpendicular to the optical axis direction is incident on the light incident end 17a. Idemitsu end 1
The second optical fiber 17 is guided to 7b, and the light 16 emitted from the light emitting end 17b of the second optical fiber 17 is received and converted into an electric signal SL indicating the amount of received light, for example, a photodiode, a photoelectric tube or the like. The light receiving unit 18, a voltage calculation unit 35 that calculates an applied voltage V applied between the pair of electrodes 11a and 11b based on the electric signal SL output from the light receiving unit 18, and a voltage calculation unit 35 that calculates the applied voltage V. And a display section 36 for displaying the applied voltage V.
Here, as the Pockels element 11, LiNbO 3 is used.
(Lithium niobate), TiNbO 3 (titanium niobate), quartz or the like is used. And Pockels element 1
Electrodes 11a, 1 provided on the upper and lower surfaces facing each other
The distance between 1b is set to, for example, 15 mm, the electrode 11a is connected to the power source 30 to be measured, and the electrode 11b is grounded. Power source 3 to be measured
A voltage is applied to the electrodes 11a and 11b from 0, and the purpose of the optical measuring device of this embodiment is to measure the applied voltage at this time in real time. Thus, in this optical measuring device, the concave mirror 13 is set so as to have the focal point FP in the vicinity of the light exit end 3b of the first optical fiber 3 and the light entrance end 17a of the second optical fiber 17. . That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the concave mirror 1
The position of the focal point FP of the third optical fiber 3 is set to the inside (defocus) position of the light exit end 3b of the first optical fiber 3 and the light entrance end 17a of the second optical fiber 17. The diameter of the first optical fiber 3 is relatively larger than that of the second optical fiber 17. Furthermore, the polarizers 8 and 1
/ 4 wave plate 10, Pockels element 11 and concave mirror 13
As shown in FIGS. 4 and 5, the adhesive 21 is attached to the pedestal 20.
It is fixed through. Thus, the optical element fixing surface 20a of the pedestal 20 is provided with a grid-like groove 22 having a depth of about 0.5 mm and a width of about 1 mm, for example, and the trade name "TSE385RTV" (Toshiba Silicone). It is filled with an adhesive 21 which is relatively soft (made by the company) and which can alleviate the effect of internal stress due to the difference in linear expansion coefficient. The adhesive 21 is also applied to the optical element fixing surface 20a so as to have a thickness of about 0.01 mm or less.

【0009】つぎに、上記構成の光学的計測装置の作動
について説明する。まず、発光部2から光1を出力する
と、この光1は、第1の光ファイバ3の入光端部3aに
入光し、出光端部3bに案内される。そして、出光端部
3bにまで案内された光1は、偏光子8に入光し、直線
偏光7に変換される。しかして、この偏光子8から出光
した直線偏光7は、1/4波長板10に入光すると、円
偏光9に変換される。つぎに、この1/4波長板10か
ら出光した円偏光9は、ポッケルス素子11に入光す
る。このとき、ポッケルス素子11には、電極11a,
11bを介して高電圧が印加され、例えば160V/m
mの電界中に置かれる。そのためポッケルス素子11に
入光した円偏光9は、ポッケルス効果による光変調を受
け楕円偏光12に変換される。さらに、このポッケルス
素子11を出光した楕円偏光12は、凹面鏡13にて反
射したのち、再びポッケルス素子11に入光し、前と同
様にして光変調を受ける。そして、このポッケルス素子
11を出光した楕円偏光40は、1/4波長板10によ
り直線偏光41に変換されたのち、偏光子8に入光する
と、直角方向に反射され直線偏光14が第2の光ファイ
バ17の入光端部17aに集光される。つまり、第1の
光ファイバ3の入光端部3aから出光した光1は、偏光
子8,1/4波長板10及びポッケルス素子11を経由
して、凹面鏡13に入射した後、この凹面鏡13にて反
射し、再びポッケルス素子11,1/4波長板10及び
偏光子8を経由して第2の光ファイバ17の入光端部1
7aに位置する焦点FPに集光する。そして、この直線
偏光14は、第2の光ファイバ17によりその出光端部
17bにまで案内され、この出光端部17bから出光し
た光16は、受光部18にて受光され、受光量を示す電
気信号SLに変換される。そして、電圧演算部35にて
は、この電気信号SLと印加電圧Vとが直線関係にある
こと<ポッケルス効果>(図6参照)に基づいて印加電
圧Vが演算され、さらにこの印加電圧Vは、表示部36
にて表示される。
Next, the operation of the optical measuring device having the above structure will be described. First, when the light 1 is output from the light emitting unit 2, the light 1 enters the light entering end 3a of the first optical fiber 3 and is guided to the light exiting end 3b. Then, the light 1 guided to the light exit end 3 b enters the polarizer 8 and is converted into linearly polarized light 7. Then, the linearly polarized light 7 emitted from the polarizer 8 is converted into circularly polarized light 9 when entering the ¼ wavelength plate 10. Next, the circularly polarized light 9 emitted from the quarter-wave plate 10 enters the Pockels element 11. At this time, the Pockels element 11 has electrodes 11a,
A high voltage is applied via 11b, for example 160 V / m
It is placed in an electric field of m. Therefore, the circularly polarized light 9 incident on the Pockels element 11 is converted into an elliptically polarized light 12 by being subjected to light modulation by the Pockels effect. Further, the elliptically polarized light 12 emitted from the Pockels element 11 is reflected by the concave mirror 13 and then enters the Pockels element 11 again and undergoes optical modulation in the same manner as before. The elliptically polarized light 40 emitted from the Pockels element 11 is converted into the linearly polarized light 41 by the quarter-wave plate 10 and then enters the polarizer 8 to be reflected in the right-angled direction so that the linearly polarized light 14 becomes the second polarized light. The light is focused on the light incident end 17 a of the optical fiber 17. That is, the light 1 emitted from the light incident end 3 a of the first optical fiber 3 enters the concave mirror 13 after passing through the polarizer 8, the quarter-wave plate 10 and the Pockels element 11, and then the concave mirror 13 At the light entrance end 1 of the second optical fiber 17 via the Pockels element 11, the quarter-wave plate 10 and the polarizer 8 again.
The light is focused on the focal point FP located at 7a. The linearly polarized light 14 is guided by the second optical fiber 17 to the light emitting end 17b, and the light 16 emitted from the light emitting end 17b is received by the light receiving unit 18 and is an electrical signal indicating the amount of light received. The signal SL is converted. Then, the voltage calculation unit 35 calculates the applied voltage V based on the linear relationship between the electric signal SL and the applied voltage V <Pockels effect> (see FIG. 6). , Display unit 36
Is displayed at.

【0010】このように、この実施例の光学的計測装置
は、第1の光ファイバ3の入光端部3aから出光した光
1を、偏光子8,1/4波長板10及びポッケルス素子
11を経由して、凹面鏡13に入射させた後、この凹面
鏡13にて反射させ、再びポッケルス素子11,1/4
波長板10及び偏光子8を経由して第2の光ファイバ1
7の入光端部17aに集光させるようにしているので、
従来のように第1の光ファイバ3と第2の光ファイバ1
7とを同一の光軸上に配設する場合に比べて、光軸方向
の長さを著しく短縮することが可能となり、装置の小型
化が可能となる。また、この実施例の光学的計測装置に
おいては、第1の光ファイバ3から出光した光1をして
ポッケルス素子11中を往復させる構成としているの
で、ポッケルス素子11の光軸方向の長さを従来の半分
にすることが可能となることも、装置の小型化に寄与す
る。さらにまた、この実施例の光学的計測装置において
は、凹面鏡13により集光するようにしているので、従
来のように第1の光ファイバ3の出光端部3bと第2の
光ファイバ17の入光端部17aの近傍にレンズ系を設
置する必要がなくなり、このことも上記二つの効果と相
俟って装置の小型化を一層促進する効果を奏する。
As described above, in the optical measuring apparatus of this embodiment, the light 1 emitted from the light incident end 3a of the first optical fiber 3 is converted into the polarizer 8, the quarter-wave plate 10 and the Pockels element 11. After being made incident on the concave mirror 13 via, and reflected by this concave mirror 13, the Pockels element 11, 1/4 is again made.
The second optical fiber 1 via the wave plate 10 and the polarizer 8.
Since the light is focused on the light entrance end 17a of 7,
1st optical fiber 3 and 2nd optical fiber 1 as before
Compared with the case where 7 and 7 are arranged on the same optical axis, the length in the optical axis direction can be remarkably shortened, and the device can be downsized. Further, in the optical measuring device of this embodiment, since the light 1 emitted from the first optical fiber 3 is reciprocated in the Pockels element 11, the length of the Pockels element 11 in the optical axis direction is set. The fact that it can be halved compared to the conventional one also contributes to downsizing of the device. Furthermore, in the optical measuring device of this embodiment, since the light is condensed by the concave mirror 13, the light exit end 3b of the first optical fiber 3 and the second optical fiber 17 are incident as in the conventional case. It is not necessary to install a lens system in the vicinity of the light end portion 17a, and this also has an effect of further promoting downsizing of the device in combination with the above two effects.

【0011】さらに、この実施例の光学的計測装置にお
いては、凹面鏡13の焦点FPの位置が、第1の光ファ
イバ3の出光端部3b及び第2の光ファイバ17の入光
端部17aの内側となる(デフォーカス)位置に設定さ
れているとともに、第1の光ファイバ3が第2の光ファ
イバ17よりも相対的に大口径となっているので、図3
に示すように、なだらかな光強度分布を得ることができ
るΔDの範囲内での位置決め誤差が許容される。すなわ
ち、位置決め誤差に対する不感帯(最大光量を得られる
光学誤差の範囲)を拡大させることができる。これによ
り、組み立て・位置決め調整作業が容易になることはも
とより、作業能率も格段に上昇させることができる。ま
た、環境変化・外乱による計測精度の低下の影響も最小
限に回避することができる。
Furthermore, in the optical measuring apparatus of this embodiment, the position of the focal point FP of the concave mirror 13 is at the light exit end 3b of the first optical fiber 3 and the light entrance end 17a of the second optical fiber 17. Since the first optical fiber 3 has a relatively large diameter as compared with the second optical fiber 17 while being set to the inner (defocus) position, FIG.
As shown in, the positioning error is allowed within the range of ΔD where a smooth light intensity distribution can be obtained. That is, it is possible to expand the dead zone (range of the optical error that can obtain the maximum light amount) with respect to the positioning error. This not only facilitates the assembly / positioning adjustment work, but also significantly increases the work efficiency. In addition, it is possible to minimize the influence of deterioration of measurement accuracy due to environmental changes and disturbances.

【0012】さらにまた、偏光子8,1/4波長板1
0,ポッケルス素子11及び凹面鏡13が、格子状の溝
22が刻設されている台座20に比較的柔らい接着剤2
1を介して固着されていることにより、光学素子固着面
20aにて振動を受けても剛体として作用するので、台
座20とともに各光学素子は一体的に振動することが可
能となり変位による光量の変化を防止することができ
る。また、温度変化に伴う線膨脹係数の違いによる内部
応力の発生については、溝22中の比較的柔らい接着剤
21により緩和され(光学素子固着面20a上の接着剤
21は、溝22中の接着剤21に比べてはるかに薄いの
で、内部応力の発生を無視できるほど小さい。)、光弾
性による計測精度の低下を防止することができる。これ
ら二つの効果が相俟って計測精度の安定性を飛躍的に向
上させることができる。
Furthermore, a polarizer 8 and a quarter wave plate 1
0, the Pockels element 11 and the concave mirror 13 are relatively soft to the pedestal 20 in which the grid-like grooves 22 are formed.
Since the optical element fixing surface 20a acts as a rigid body by being fixed through 1, the optical elements together with the pedestal 20 can vibrate integrally, and the amount of light changes due to displacement. Can be prevented. The occurrence of internal stress due to the difference in linear expansion coefficient due to temperature change is mitigated by the relatively soft adhesive 21 in the groove 22 (the adhesive 21 on the optical element fixing surface 20a is Since it is much thinner than the adhesive 21, the occurrence of internal stress is so small that it can be ignored.) It is possible to prevent deterioration of measurement accuracy due to photoelasticity. Together, these two effects can dramatically improve the stability of measurement accuracy.

【0013】なお、上記実施例の光学的計測装置におけ
る凹面鏡13の代わりに、図7に示すように、平面反射
鏡60を用いてもよい。この場合は、第1の光ファイバ
3の出光端部3bと第2の光ファイバ17の入光端部1
7aの近傍に第1のレンズ系61及び第2のレンズ系6
2を設置する必要がある。上記第1のレンズ系61は、
第1の光ファイバ3からの光1を平行光にするためのも
のであり、他方、第2のレンズ系62は、直線偏光14
を第2の光ファイバ17の入光端部17aに集光するた
めのものである。この実施例も、上記実施例とほぼ同様
の作用効果を奏するこができる。なお、上記実施例と同
様の理由により、第1の光ファイバ3の出光端部3bと
第2の光ファイバ17の入光端部17aは、第1のレン
ズ系61と第2のレンズ系62に対してデフォーカスと
なる位置に位置決めする必要がある。
Instead of the concave mirror 13 in the optical measuring device of the above embodiment, a plane reflecting mirror 60 may be used as shown in FIG. In this case, the light exit end 3b of the first optical fiber 3 and the light entrance end 1 of the second optical fiber 17
The first lens system 61 and the second lens system 6 are provided in the vicinity of 7a.
It is necessary to install 2. The first lens system 61 is
The light 1 from the first optical fiber 3 is for collimating the light 1, while the second lens system 62 includes the linearly polarized light 14
Is focused on the light incident end 17a of the second optical fiber 17. This embodiment can also achieve substantially the same operational effects as the above embodiment. For the same reason as in the above embodiment, the light exit end 3b of the first optical fiber 3 and the light entrance end 17a of the second optical fiber 17 have the first lens system 61 and the second lens system 62. It is necessary to position it at a defocusing position with respect to.

【0014】さらに、上記実施例の光学的計測装置の凹
面鏡13の代わりに、図8に示すように、コーナキュー
ブ状の反射鏡70を用いてもよい。この場合も、図7の
光学的計測装置と同様に第1の光ファイバ3の出光端部
3bと第2の光ファイバ17の入光端部17aの近傍に
第1のレンズ系61及び第2のレンズ系62を設置する
必要があるが、奏する効果は、前記実施例の光学的計測
装置と同様である。また、この場合も第1の光ファイバ
3の出光端部3bと第2の光ファイバ17の入光端部1
7aは、第1のレンズ系61と第2のレンズ系62に対
してデフォーカスとなる位置に位置決めする必要があ
る。
Further, instead of the concave mirror 13 of the optical measuring apparatus of the above embodiment, a corner cube-shaped reflecting mirror 70 may be used as shown in FIG. Also in this case, the first lens system 61 and the second lens system 61 are provided near the light exit end 3b of the first optical fiber 3 and the light entrance end 17a of the second optical fiber 17 as in the optical measurement device of FIG. Although it is necessary to install the lens system 62, the effect to be obtained is similar to that of the optical measuring device of the above-mentioned embodiment. Also in this case, the light exit end 3b of the first optical fiber 3 and the light entrance end 1 of the second optical fiber 17 are also provided.
7a needs to be positioned at a defocusing position with respect to the first lens system 61 and the second lens system 62.

【0015】さらにまた、上記実施例においては、溝2
2中と光学素子固着面20aと両部位に接着剤21を塗
着しているが、図9に示すように、溝22中のみに接着
剤21を塗着するようにしてもよい。この場合、光学部
品(偏光子8,1/4波長板10,ポッケルス素子11
及び凹面鏡13)と台座20とは、直接接触するので、
上記実施例と同様にして機械振動の影響を回避すること
ができる。さらに、図10に示すように、半球状の突起
80…を密接して配設し、接着剤21が充填される溝8
1を格子状に形成するようにしてもよい。この場合、光
学部品と台座20とは点接触するので、温度変化に伴う
線膨脹係数の違いによる内部応力影響緩和効果を助長す
る効果を奏する。さらに、半球状の突起80を密接させ
ることなく、離間して設けてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the groove 2
Although the adhesive 21 is applied to both the inside and the optical element fixing surface 20a, the adhesive 21 may be applied only to the groove 22 as shown in FIG. In this case, optical components (polarizer 8, quarter wave plate 10, Pockels element 11
Since the concave mirror 13) and the pedestal 20 are in direct contact with each other,
It is possible to avoid the influence of mechanical vibration in the same manner as in the above embodiment. Further, as shown in FIG. 10, the hemispherical projections 80 are closely arranged, and the groove 8 filled with the adhesive 21 is formed.
1 may be formed in a lattice shape. In this case, since the optical component and the pedestal 20 are in point contact with each other, there is an effect of promoting the effect of mitigating the influence of internal stress due to the difference in linear expansion coefficient due to temperature change. Further, the hemispherical projections 80 may be provided separately without being in close contact with each other.

【0016】さらにまた、第1の光ファイバ3を、第2
の光ファイバ17よりも相対的に小口径とし、第2の光
ファイバ17に対する第1の光ファイバ3のスポットサ
イズを十分小さくし、光軸に直交する面内の誤差がある
程度あってもスポット全体が第2の光ファイバ17径内
から出ないようにすることで、不感帯を拡大するように
てもよい。
Furthermore, the first optical fiber 3 is connected to the second optical fiber.
The diameter of the spot is smaller than that of the optical fiber 17, the spot size of the first optical fiber 3 with respect to the second optical fiber 17 is sufficiently small, and even if there is some error in the plane orthogonal to the optical axis, the entire spot The dead zone may be enlarged by preventing the light from coming out of the diameter of the second optical fiber 17.

【0017】さらに、上記実施例においては、電極11
a,11bは、ポッケルス素子11の互いに対向する上
下面に設けた縦型変調方式を採用しているが、光軸に直
交する前後面に透明な導電薄膜を成膜することにより横
型変調方式の電極としてもよい。
Further, in the above embodiment, the electrode 11
The a and 11b adopt the vertical modulation method provided on the upper and lower surfaces facing each other of the Pockels element 11, but the horizontal modulation method is formed by forming transparent conductive thin films on the front and rear surfaces orthogonal to the optical axis. It may be an electrode.

【0018】さらにまた、上記実施例は、光学素子とし
て、ポッケルス効果を利用するものを例示しているが、
本発明は、これに限定されるものではなく、カー効果を
利用する光学素子(具体的材質としては、LiNbO
3 ,TiNbO3 ,水晶等)を用いて、電圧・電流を測
定したり、ファラデー効果を利用する光学素子(具体的
材質としては、カー効果の場合と同じ。)を用いて、磁
界を測定するものに対しても適用できる。
Furthermore, in the above embodiment, the optical element utilizing the Pockels effect is illustrated as an example.
The present invention is not limited to this, and an optical element utilizing the Kerr effect (specifically, LiNbO
3 , TiNbO 3 , crystal, etc.) to measure the voltage and current, and to measure the magnetic field using an optical element that utilizes the Faraday effect (specific material is the same as that for the Kerr effect). It can also be applied to things.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明の光学的計測装置は、第1の光フ
ァイバの入光端部から出光した光を、偏光子,光学素子
等を経由して、反射鏡に入射させた後、この反射鏡にて
反射させ、再び光学素子,偏光子等を経由して第2の光
ファイバの入光端部に集光させるようにしているので、
装置の小型化が可能となる。
According to the optical measuring device of the present invention, the light emitted from the light input end of the first optical fiber is made incident on the reflecting mirror via the polarizer, the optical element, etc. Since the light is reflected by the reflecting mirror and is again focused on the light incident end of the second optical fiber via the optical element, the polarizer, etc.,
The size of the device can be reduced.

【0020】さらに、第1の光ファイバの出光端部及び
第2の光ファイバの入光端部がデフォーカス位置に設定
されているので、位置決め誤差に対する不感帯を拡大さ
せることができる結果、組み立て・位置決め調整作業が
容易になることはもとより、作業能率も格段に向上させ
ることができるようになる。
Furthermore, since the light exit end of the first optical fiber and the light entrance end of the second optical fiber are set at the defocus position, the dead zone for positioning error can be expanded, resulting in assembly / assembly. In addition to facilitating the positioning adjustment work, the work efficiency can be significantly improved.

【0021】さらにまた、偏光子,光学素子,反射鏡等
が、格子状の溝が刻設されている台座に比較的柔らい接
着剤を介して固着されていることにより、光学素子固着
面にて振動を受けても剛体として作用するので、台座と
ともに各光学素子は一体的に振動することが可能とな
り、変位による光量の変化を防止することができる。ま
た、温度変化に伴う線膨脹係数の違いにより内部応力が
発生しても、溝中の比較的柔らい接着剤により緩和さ
れ、光弾性による計測精度の低下を防止することができ
る。かくして、これら二つの効果が相俟って計測精度の
安定性を飛躍的に向上させることができる。
Furthermore, since the polarizer, the optical element, the reflecting mirror and the like are fixed to the pedestal in which the grid-like grooves are engraved with a relatively soft adhesive, the optical element fixing surface is fixed. Since it acts as a rigid body even when subjected to vibration, it is possible to vibrate each optical element together with the pedestal, and it is possible to prevent changes in the amount of light due to displacement. Further, even if an internal stress is generated due to a difference in linear expansion coefficient due to a temperature change, it is alleviated by the relatively soft adhesive in the groove, and it is possible to prevent a decrease in measurement accuracy due to photoelasticity. Thus, the combination of these two effects can dramatically improve the stability of measurement accuracy.

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

【図1】本発明の一実施例の光学的計測装置の全体構成
図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an optical measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例の光学的計測装置の第1の光
ファイバの要部拡大図である。
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of a first optical fiber of the optical measuring device according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例の光学的計測装置の第2の光
ファイバの要部拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view of a main part of a second optical fiber of the optical measuring device according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例の光学的計測装置の台座の平
面図拡大図である。
FIG. 4 is an enlarged plan view of a pedestal of the optical measuring device according to the embodiment of the present invention.

【図5】図3のX−X線に沿う矢視平面図である。5 is a plan view taken along the line XX in FIG.

【図6】ポッケルス効果を説明するためのグラフであ
る。
FIG. 6 is a graph for explaining the Pockels effect.

【図7】本発明の他の実施例の光学的計測装置の全体構
成図である。
FIG. 7 is an overall configuration diagram of an optical measuring device according to another embodiment of the present invention.

【図8】本発明の他の実施例の光学的計測装置の全体構
成図である。
FIG. 8 is an overall configuration diagram of an optical measuring device according to another embodiment of the present invention.

【図9】本発明の他の実施例の光学的計測装置の台座を
示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a pedestal of an optical measuring device according to another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の他の実施例の光学的計測装置の台座
を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a pedestal of an optical measuring device according to another embodiment of the present invention.

【図11】従来技術の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2:発光部,3:第1の光ファイバ,8:偏光子,1
1:ポッケルス素子,11a,11b:電極,13:凹
面鏡,20:台座,21:接着剤,22:溝
2: light emitting part, 3: first optical fiber, 8: polarizer, 1
1: Pockels element, 11a, 11b: electrode, 13: concave mirror, 20: pedestal, 21: adhesive, 22: groove

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電界または磁界の大きさを計測する光学的
計測装置において、定出力の光を入光端部から出光端部
まで案内する第1の光ファイバと、この第1の光ファイ
バの出光端部から出光した光を入光して偏光させるとと
もに上記第1の光ファイバからの光とは反対側からの光
を光軸に交差する方向に反射させる偏光子と、この偏光
子からの光を入光して複屈折させるとともに上記電界ま
たは磁界が印加される光学素子と、上記光学素子から出
光した光を反射する反射鏡と、この反射鏡で反射された
のち上記光学素子を経由して上記偏光子にて光軸方向に
対して交差する方向に反射された光を入光端部から出光
端部まで案内する第2の光ファイバと、この第2の光フ
ァイバの出光端部から出光した光を受光して受光量を示
す電気信号に変換する受光部と、この受光部から出力さ
れた電気信号に基づいて上記電界または磁界の大きさを
算出する演算部とを具備することを特徴とする光学的計
測装置。
1. An optical measuring device for measuring the magnitude of an electric field or a magnetic field, comprising: a first optical fiber for guiding light of constant output from a light incident end to a light outgoing end; and a first optical fiber of the first optical fiber. A polarizer for entering and polarizing the light emitted from the light emitting end and reflecting light from the side opposite to the light from the first optical fiber in a direction intersecting the optical axis, and a polarizer from this polarizer An optical element that receives light to be birefringent and to which the electric field or magnetic field is applied, a reflecting mirror that reflects the light emitted from the optical element, and the optical element that is reflected by the reflecting mirror and then passes through the optical element. And a second optical fiber that guides the light reflected by the polarizer in a direction intersecting the optical axis direction from the light input end to the light output end, and from the light output end of the second optical fiber. Receives the emitted light and converts it into an electrical signal indicating the amount of light received That a light receiving portion, an optical measuring apparatus characterized by comprising an arithmetic unit for calculating the magnitude of the electric or magnetic field based on the output electrical signal from the light receiving portion.
【請求項2】光学素子は、ポッケルス素子であり、且
つ、電界は、このポッケルス素子を挟む位置に対向して
設置された一対の電極を介して印加されることを特徴と
する請求項1記載の光学的計測装置。
2. The optical element is a Pockels element, and the electric field is applied through a pair of electrodes that are arranged opposite to each other at positions sandwiching the Pockels element. Optical measuring device.
【請求項3】反射鏡は凹面鏡であり、かつ、この凹面鏡
の焦点は、第1の光ファイバの出光端部及び第2の光フ
ァイバの入光端部に位置していることを特徴とする請求
項1記載の光学的計測装置。
3. The reflecting mirror is a concave mirror, and the focal point of the concave mirror is located at the light exit end of the first optical fiber and the light entrance end of the second optical fiber. The optical measuring device according to claim 1.
【請求項4】第1の光ファイバの出光端部及び第2の光
ファイバの入光端部は、凹面鏡に対してデフォーカスと
なる位置に設けられていることを特徴とする請求項2記
載の光学的計測装置。
4. The light exit end of the first optical fiber and the light entrance end of the second optical fiber are provided at positions defocusing with respect to the concave mirror. Optical measuring device.
【請求項5】反射鏡は平面鏡であり、かつ、第1の光フ
ァイバの出光端部に近接してこの第1の光ファイバから
の光を平行にする第1のレンズ系が設けられているとと
もに、第2の光ファイバの入光端部に近接して偏光子か
らの光を集光する第2のレンズ系が設けられていること
を特徴とする請求項1記載の光学的計測装置。
5. The reflecting mirror is a plane mirror, and is provided with a first lens system which is close to the light emitting end of the first optical fiber and collimates the light from the first optical fiber. At the same time, a second lens system for condensing light from the polarizer is provided in the vicinity of the light entrance end of the second optical fiber, and the optical measuring device according to claim 1.
【請求項6】第1の光ファイバの出光端部及び第2の光
ファイバの入光端部は第1のレンズ系及び第2のレンズ
系に対してデフォーカスとなる位置に設けられているこ
とを特徴とする請求項4記載の光学的計測装置。
6. The light exit end of the first optical fiber and the light entrance end of the second optical fiber are provided at positions that are defocused with respect to the first lens system and the second lens system. The optical measuring device according to claim 4, wherein
【請求項7】第1の光ファイバは第2の光ファイバに対
して相対的に大口径に設けられていることを特徴とする
請求項1記載の光学的計測装置。
7. The optical measuring device according to claim 1, wherein the first optical fiber has a relatively large diameter with respect to the second optical fiber.
【請求項8】少くとも偏光子及び光学素子は接着剤を介
して台座に固着されていることを特徴とする請求項1記
載の光学的計測装置。
8. The optical measuring device according to claim 1, wherein at least the polarizer and the optical element are fixed to the pedestal via an adhesive.
【請求項9】台座には多数の溝が設けられ、少くとも偏
光子及び光学素子は上記溝に充填されている接着剤によ
り固着されていることを特徴とする請求項7記載の光学
的計測装置。
9. The optical measurement according to claim 7, wherein the pedestal is provided with a large number of grooves, and at least the polarizer and the optical element are fixed by an adhesive agent filled in the grooves. apparatus.
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JP2012037298A (en) * 2010-08-05 2012-02-23 Yazaki Corp Current sensor structure
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