JPH07260426A - 光ファイバーセンサー - Google Patents
光ファイバーセンサーInfo
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- JPH07260426A JPH07260426A JP10835992A JP10835992A JPH07260426A JP H07260426 A JPH07260426 A JP H07260426A JP 10835992 A JP10835992 A JP 10835992A JP 10835992 A JP10835992 A JP 10835992A JP H07260426 A JPH07260426 A JP H07260426A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】振動振輻または距離変化量測定用の光ファイバ
−センサーにおいて基準光と測定光が干渉してビートを
発生する部分を２箇所設け，その内の１つは他より僅か
に位相がずれて干渉する様にした１０ことにより両ビー
ト間の位相関係から標的１７とセンサー１８との距離の
変化の方向を検出１９，２０することを可能にした。 【効果】光ファイバーセンサーの光の送受経路を一体化
することにより，光ファイバーセンサーを標的に充分接
近させ良好な感度で受光出来るように成った。また距離
の変化の方向を検出出来るようにしたことにより，標的
の接近と後退の判別が可能となり，計測及び制御を飛躍
的に高確度化出来た。
−センサーにおいて基準光と測定光が干渉してビートを
発生する部分を２箇所設け，その内の１つは他より僅か
に位相がずれて干渉する様にした１０ことにより両ビー
ト間の位相関係から標的１７とセンサー１８との距離の
変化の方向を検出１９，２０することを可能にした。 【効果】光ファイバーセンサーの光の送受経路を一体化
することにより，光ファイバーセンサーを標的に充分接
近させ良好な感度で受光出来るように成った。また距離
の変化の方向を検出出来るようにしたことにより，標的
の接近と後退の判別が可能となり，計測及び制御を飛躍
的に高確度化出来た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は振動振幅，または距離変
化量の超精密測定の分野で利用する光ファイバーセンサ
ー及び光導波路センサーに関するものである。
化量の超精密測定の分野で利用する光ファイバーセンサ
ー及び光導波路センサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から振動や距離変化量の精密測定に
は光の干渉測定法が用いられていた。その方法は測定対
象物に基準光を照射しその反射光または通過光（以後測
定光とする）と基準光を干渉させ，発生する干渉現象，
例えば干渉縞やビート出力により距離変化の測定を行っ
ていた。 即ち一つの状態の干渉縞を観測しその縞の
強弱が反転し，また同様に成るまで測定対象との相対距
離を移動すればその時の移動距離が光の波長に相当する
わけである。従って波長のわかっている光を用いれば基
準光と反射光の干渉現象を利用することにより相対距離
の移動量を知ることが出来る。また光を標的に照射する
ファイバーと反射光を受けるファイバ−はそれぞれ別々
に設けられていた。
は光の干渉測定法が用いられていた。その方法は測定対
象物に基準光を照射しその反射光または通過光（以後測
定光とする）と基準光を干渉させ，発生する干渉現象，
例えば干渉縞やビート出力により距離変化の測定を行っ
ていた。 即ち一つの状態の干渉縞を観測しその縞の
強弱が反転し，また同様に成るまで測定対象との相対距
離を移動すればその時の移動距離が光の波長に相当する
わけである。従って波長のわかっている光を用いれば基
準光と反射光の干渉現象を利用することにより相対距離
の移動量を知ることが出来る。また光を標的に照射する
ファイバーと反射光を受けるファイバ−はそれぞれ別々
に設けられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の光干渉法も光の
位相比較であるから高精度測定が可能であるが，一つの
干渉現象のみを観測した場合相対距離の変化は検出でき
ても，変化の方向は判別出来ないため別に移動方向を決
定する手段を必要とした。従って相対距離の変化の方向
が明かな場合は良いとしても，前後に振動する振動面を
測定する場合のように振動面が接近しつつあるのか，離
れつつあるのかを検出することは不可能であった。また
光を標的に照射するファイバーと反射光を受けるファイ
バーが別々であるため，受光側のファイバーに反射光を
入射させるためには特定の反射角を必要とし光ファイバ
ーセンサーを標的に接近させるには限界があり，充分接
近出来ないため受光感度も低下した。
位相比較であるから高精度測定が可能であるが，一つの
干渉現象のみを観測した場合相対距離の変化は検出でき
ても，変化の方向は判別出来ないため別に移動方向を決
定する手段を必要とした。従って相対距離の変化の方向
が明かな場合は良いとしても，前後に振動する振動面を
測定する場合のように振動面が接近しつつあるのか，離
れつつあるのかを検出することは不可能であった。また
光を標的に照射するファイバーと反射光を受けるファイ
バーが別々であるため，受光側のファイバーに反射光を
入射させるためには特定の反射角を必要とし光ファイバ
ーセンサーを標的に接近させるには限界があり，充分接
近出来ないため受光感度も低下した。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は課題を解決する
ための手段としてファイバー型の合分波器を４個使用
し，第図１に示すように接続した。第図１に於ては基
準光の入力路，は測定光の入力路，はそれぞれ合
分波器で，この場合は分波器として動作する。従って基
準光はでに分岐され，合分波器に導かれ
る。同様に測定光はで分岐されて▲１０▼の経路
を経て合波器に導かれる。，合波器に導かれた
基準光と測定光は，合成され▲１１▼▲１２▼に出力さ
れる。これらの合成された出力は基準光と測定光が干渉
し合い，それらの位相差に応じて出力光の強さが変化す
る。従って▲１１▼▲１２▼の出力を別々の 光検波器
▲１９▼▲２０▼に印加することによりこれらの出力光
の強弱の変化が検出出来る。本発明では光干渉法で一般
に用いられる基準光と測定光を干渉させる部分を２箇所
設け，双方に基準光と測定光を導き干渉させて２系統の
ビート出力を得られる様にしたことが特徴であり， 更
に４分の１波長位相の異なる比較部を設け，常に９０度
位相の異なる１対の干渉出力が得られる様にし，それら
をＸＹ座標上でリサージュを描いた場合の位相が進むか
遅れるかで変位の方向を検出することができる様にし
た。また標的に照射した光の反射光を容易に受光するた
め，送受間に光合分波器▲１４▼を挿入した。
ための手段としてファイバー型の合分波器を４個使用
し，第図１に示すように接続した。第図１に於ては基
準光の入力路，は測定光の入力路，はそれぞれ合
分波器で，この場合は分波器として動作する。従って基
準光はでに分岐され，合分波器に導かれ
る。同様に測定光はで分岐されて▲１０▼の経路
を経て合波器に導かれる。，合波器に導かれた
基準光と測定光は，合成され▲１１▼▲１２▼に出力さ
れる。これらの合成された出力は基準光と測定光が干渉
し合い，それらの位相差に応じて出力光の強さが変化す
る。従って▲１１▼▲１２▼の出力を別々の 光検波器
▲１９▼▲２０▼に印加することによりこれらの出力光
の強弱の変化が検出出来る。本発明では光干渉法で一般
に用いられる基準光と測定光を干渉させる部分を２箇所
設け，双方に基準光と測定光を導き干渉させて２系統の
ビート出力を得られる様にしたことが特徴であり， 更
に４分の１波長位相の異なる比較部を設け，常に９０度
位相の異なる１対の干渉出力が得られる様にし，それら
をＸＹ座標上でリサージュを描いた場合の位相が進むか
遅れるかで変位の方向を検出することができる様にし
た。また標的に照射した光の反射光を容易に受光するた
め，送受間に光合分波器▲１４▼を挿入した。
【０００５】
【作 用】作用を第１図に沿って説明する。第１図
は， が光ファイバー合分波器▲１
０▼▲１１▼▲１２▼が光ファイパー線路であり，
は分波器として動作し，は合波器として動作する。
また▲１０▼の線路長は，が全く等しく，
▲１０▼のみは４分の１波長だけ長くしてある。いま線
路に光が伝搬した場合，合波器には系統入力
光が１／２づつ加わる。 次にの系統の入力は合波器
には振幅は１／２づつであるが，互いに９０度位相
が異なって加わる。 合波器の出力はファイバー線
路▲１１▼▲１２▼に導かれ光検波器▲１９▼▲２０▼
に加わり電流に変換される。 光検波器に２種類の光が
入射した場合の動作は干渉し２波のビート出力となる。
このとき入力波の１／４波長遅れ即ち９０度遅れ位相は
検波器出力にもビートの波長で９０度位相遅れと成って
出力されるから，▲１９▼▲２０▼のビート出力は互い
に直交した信号になる。従って両者をＣＲＴオッシロス
コープのＸ軸とＹ軸に各々印加すればこれらのビート出
力で円形リサージュ図形を描き，リサージュ図の回転方
向が位相の遅進即ち対象物との相対位置の変化の方向を
示すことになる。なお▲１０▼の長さは必ずしも４分の
１波長だけ長い必要はなく，ちょうど半波長の整数倍を
避ければ任意の長さでよい。この場合のリサージュは一
般に楕円となるが回転方向の判別は可能であり，本発明
の作用を達成できる。本発明は光ファイバーで構成する
だけでなく，固体化した光導波路集積回路でも同様な作
用が達成出来る。また先端部に光合分波器▲１４▼を挿
入し送受を一体化したことにより，照射光と反射光は同
一経路を通るため，標的の反射面と入射光の関係は常に
垂直でよくセンサー端面と反射面との距離は無条件とな
った。
は， が光ファイバー合分波器▲１
０▼▲１１▼▲１２▼が光ファイパー線路であり，
は分波器として動作し，は合波器として動作する。
また▲１０▼の線路長は，が全く等しく，
▲１０▼のみは４分の１波長だけ長くしてある。いま線
路に光が伝搬した場合，合波器には系統入力
光が１／２づつ加わる。 次にの系統の入力は合波器
には振幅は１／２づつであるが，互いに９０度位相
が異なって加わる。 合波器の出力はファイバー線
路▲１１▼▲１２▼に導かれ光検波器▲１９▼▲２０▼
に加わり電流に変換される。 光検波器に２種類の光が
入射した場合の動作は干渉し２波のビート出力となる。
このとき入力波の１／４波長遅れ即ち９０度遅れ位相は
検波器出力にもビートの波長で９０度位相遅れと成って
出力されるから，▲１９▼▲２０▼のビート出力は互い
に直交した信号になる。従って両者をＣＲＴオッシロス
コープのＸ軸とＹ軸に各々印加すればこれらのビート出
力で円形リサージュ図形を描き，リサージュ図の回転方
向が位相の遅進即ち対象物との相対位置の変化の方向を
示すことになる。なお▲１０▼の長さは必ずしも４分の
１波長だけ長い必要はなく，ちょうど半波長の整数倍を
避ければ任意の長さでよい。この場合のリサージュは一
般に楕円となるが回転方向の判別は可能であり，本発明
の作用を達成できる。本発明は光ファイバーで構成する
だけでなく，固体化した光導波路集積回路でも同様な作
用が達成出来る。また先端部に光合分波器▲１４▼を挿
入し送受を一体化したことにより，照射光と反射光は同
一経路を通るため，標的の反射面と入射光の関係は常に
垂直でよくセンサー端面と反射面との距離は無条件とな
った。
【０００６】
【実施例】本発明の実施例を第２図に示す。
▲１０▼▲１１▼▲１２▼▲１９▼▲２０▼ま
では先に説明した通りである。▲１３▼▲１４▼▲１５
▼▲１６▼▲１７▼▲１８▼は実際に測定の為に追加し
た部分で，▲１３▼▲１４▼は光ファイバー分波器，▲
１５▼は光源からセンサー先端に光を導くファイバ−線
路，▲１６▼はレーザー光源で１．５５ミクロンのＤＦ
Ｂレーザーを使用した。▲１７▼は標的で矢印の方向即
ち反射面が光線と直交し変位の方向が光線と平行する方
向に設定した。▲１８▼はセンサー用ファイバーの先端
部で，合分波器▲１４▼を経て導かれた光は▲１８▼の
先端より発し標的▲１７▼で反射して戻り再び▲１８▼
を経てその一部が分波器▲１４▼でに導かれる。一方
レーザー光源▲１６▼からの光は分波器▲１３▼で分岐
されてを経て基準光となる。光検出器▲１９▼▲２０
▼の出力はＣＲＴオッシロスコープのＸ軸Ｙ軸にそれぞ
れ接続し標的▲１７▼を振動させたところ，ＣＲＴ面に
円形リサージュ図形が現れ振動変位量がレーザー光源の
半波長毎にリサージュが１回転することが確認出来た振
動変位の方向によりリサージュ図の回転方向が反転し予
想通りの結果が得られた。この結果から，標的▲１７▼
の振動変位量または距離変化量は上記のリサージュの回
転角度を計測することにより，また標的▲１７▼の接近
と後退の判別はこのリサージュの右回りか左回りかの回
転方向の計測により知ることが出来る。なおこれらの計
測は従来の方法を用いることができる。また▲１５▼の
線路に光方向性結合器を挿入して測定光が光源側に戻る
ことを阻止すれば更に良好になる。 使用した光ファイバー 外形 １２５ミクロン 石英を基本材質とした単一モード 適応波長１．３ミクロン〜１．６ミクロン用 測定条件 測定波長 １．５５ミクロン 光 源 半導体レーザー
▲１０▼▲１１▼▲１２▼▲１９▼▲２０▼ま
では先に説明した通りである。▲１３▼▲１４▼▲１５
▼▲１６▼▲１７▼▲１８▼は実際に測定の為に追加し
た部分で，▲１３▼▲１４▼は光ファイバー分波器，▲
１５▼は光源からセンサー先端に光を導くファイバ−線
路，▲１６▼はレーザー光源で１．５５ミクロンのＤＦ
Ｂレーザーを使用した。▲１７▼は標的で矢印の方向即
ち反射面が光線と直交し変位の方向が光線と平行する方
向に設定した。▲１８▼はセンサー用ファイバーの先端
部で，合分波器▲１４▼を経て導かれた光は▲１８▼の
先端より発し標的▲１７▼で反射して戻り再び▲１８▼
を経てその一部が分波器▲１４▼でに導かれる。一方
レーザー光源▲１６▼からの光は分波器▲１３▼で分岐
されてを経て基準光となる。光検出器▲１９▼▲２０
▼の出力はＣＲＴオッシロスコープのＸ軸Ｙ軸にそれぞ
れ接続し標的▲１７▼を振動させたところ，ＣＲＴ面に
円形リサージュ図形が現れ振動変位量がレーザー光源の
半波長毎にリサージュが１回転することが確認出来た振
動変位の方向によりリサージュ図の回転方向が反転し予
想通りの結果が得られた。この結果から，標的▲１７▼
の振動変位量または距離変化量は上記のリサージュの回
転角度を計測することにより，また標的▲１７▼の接近
と後退の判別はこのリサージュの右回りか左回りかの回
転方向の計測により知ることが出来る。なおこれらの計
測は従来の方法を用いることができる。また▲１５▼の
線路に光方向性結合器を挿入して測定光が光源側に戻る
ことを阻止すれば更に良好になる。 使用した光ファイバー 外形 １２５ミクロン 石英を基本材質とした単一モード 適応波長１．３ミクロン〜１．６ミクロン用 測定条件 測定波長 １．５５ミクロン 光 源 半導体レーザー
【０００７】
【発明の効果】本発明実施の結果位相計とカウンターを
用い広範囲の超高精度測定が可能と成った。
用い広範囲の超高精度測定が可能と成った。
【図１】 本発明の接続図である。
【符号の説明】 ： 分波器 ： 分波器 ： 合波器 ： 合波器 ： 基準光伝送路 ： 測定光伝送路 ： 分岐した基準光伝送路 ： 分岐した基準光伝送路 ： 分岐した測定光伝送路 ▲１０▼： 分岐した測定光伝送路で１／４波長長くし
てあるもの ▲１１▼： 合波器と検出器間の伝送路 ▲１２▼： 合波器と検出器間の伝送路 ▲１３▼： 基準光の分波器 ▲１４▼： 入出力結合分波器 ▲１５▼： 基準光伝送線路 ▲１６▼： レーザー光源 ▲１７▼： 標的 ▲１８▼： センサー用ファイバーの先端部 ▲１９▼： 光検出器１ ▲２０▼： 光検出器２
てあるもの ▲１１▼： 合波器と検出器間の伝送路 ▲１２▼： 合波器と検出器間の伝送路 ▲１３▼： 基準光の分波器 ▲１４▼： 入出力結合分波器 ▲１５▼： 基準光伝送線路 ▲１６▼： レーザー光源 ▲１７▼： 標的 ▲１８▼： センサー用ファイバーの先端部 ▲１９▼： 光検出器１ ▲２０▼： 光検出器２
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１１月１７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図２
【補正方法】追加
【補正内容】
【図２】 第２図は本発明の実施例である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 6/00 6/122 (72)発明者 工藤 浩久 東京都調布市菊野台１丁目37番地９ 株式 会社クリスタルテクノロジー内 (72)発明者 井上 善文 千葉県大網白里町北飯塚199番地６
Claims (3)
- 【請求項１】異なる系統の光伝送線路入力をそれぞれ分
岐し，その分岐出力をそれぞれの入力系統から取り出し
て結合させた少なくとも２組の結合出力端を持ち，その
２組の結合出力間の位相関係を検出する構造で，更に入
力の分岐部分から出力の結合部分に至る４系統の光線路
長を３系統は等しく１系統のみ伝送波長の４分の１波長
相当分だけ長くするか，短くする事を特徴とした光ファ
イバーセンサー及び光導波路型センサー - 【請求項２】異なる系統の光伝送線路入力をそれぞれ分
岐し，その分岐出力をそれぞれの入力系統から１系統ず
つ取り出して結合させた２組の結合出力端を持ち，その
２組の結合出力間の位相関係を検出する構造で，更に入
力の分岐部分から出力の結合部分に至る４系統の光線路
長の１系統以上が１８０分の１波長以上異なる線路長を
持つことを特徴とした光ファイバーセンサー及び光導波
路型センサー - 【請求項３】光ファイバーセンサーにおいて，標的にた
いし光を放射し受光する部分を一体化することを特徴と
した光ファイバーセンサー
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10835992A JP3448779B2 (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 光ファイバーセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10835992A JP3448779B2 (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 光ファイバーセンサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260426A true JPH07260426A (ja) | 1995-10-13 |
| JP3448779B2 JP3448779B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=14482737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10835992A Expired - Fee Related JP3448779B2 (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 光ファイバーセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3448779B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012074134A1 (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-07 | 日本電気株式会社 | 光分岐素子、光分岐素子を用いた光導波路デバイス、並びに光分岐素子の製造方法、光導波路デバイスの製造方法 |
| JP2015230259A (ja) * | 2014-06-05 | 2015-12-21 | 日本電信電話株式会社 | 距離計測装置 |
-
1992
- 1992-03-17 JP JP10835992A patent/JP3448779B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012074134A1 (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-07 | 日本電気株式会社 | 光分岐素子、光分岐素子を用いた光導波路デバイス、並びに光分岐素子の製造方法、光導波路デバイスの製造方法 |
| JPWO2012074134A1 (ja) * | 2010-12-01 | 2014-05-19 | 日本電気株式会社 | 光分岐素子、光分岐素子を用いた光導波路デバイス、並びに光分岐素子の製造方法、光導波路デバイスの製造方法 |
| JP2015230259A (ja) * | 2014-06-05 | 2015-12-21 | 日本電信電話株式会社 | 距離計測装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3448779B2 (ja) | 2003-09-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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