JPH0776702B2 - 光学的センサ - Google Patents

光学的センサ

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JPH0776702B2
JPH0776702B2 JP63065580A JP6558088A JPH0776702B2 JP H0776702 B2 JPH0776702 B2 JP H0776702B2 JP 63065580 A JP63065580 A JP 63065580A JP 6558088 A JP6558088 A JP 6558088A JP H0776702 B2 JPH0776702 B2 JP H0776702B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光学的センサ，特に複屈折性物質として知られ
ている物質の特性を利用した光学的センサに関するもの
である。
（従来の技術およびその課題） 複屈折性物質においては屈折率はすべての方向において
一定でなく方向によって変化する。複屈折性物質に入射
する自然光は２つの光束すなわち通常光束と異常光束に
分かれ，一方は他方の側方に変位させられる。２つの光
束の各々は異なった方向に偏光する。
複屈折性物質を用いた光学的モジュレーターを作ること
は公知である。ファラデー効果モジュレーターのごとき
公知のモジュレーターは複屈折性物質内に印加されるモ
ジュレーティング電圧または磁界に従って光束の偏光平
面を変化させるものである。
本発明の目的は，複屈折性物質を用い圧力，温度等のパ
ラメータを測定することのできる光学的センサを提供す
ることにある。
（課題を解決するための手段および効果） 従って本発明によれば，検出器，該検出器の通路に沿っ
てポリクロマティック（poly chromatic）光を伝播させ
るようにされたポリクロマティック光源，該通路の中に
長手方向に離隔され，偏光軸が互いに実質的に直交する
ように配向された第１および第２の偏光器，測定すべき
パラメータの変化が通過するポリクロマティック光の光
学的光路の変化をもたらすように，従って該検出器に入
射する光の色を変化させる該第１および第２の偏光器の
間の通路中に配されている複屈折性のモジュレーティン
グエレメント，および測定されるべきパラメータに関し
該検出器の出力を判断するための分析手段を備え，該検
出器は少なくとも第１および第２の感光エレメントを有
し，第１エレメントの波長に関する応答特性が第２エレ
メントのそれとは異なっており，該両感光エレメントか
らの信号が該分析手段に送られ，該分析手段は該両感光
エレメントよりの信号から該検出器に入射するポリクロ
マティック光の色を色度図（Chromaticity（CIE）Diagr
am）上の２つまたはそれ以上のパラメータの表示により
表されるように算定することを特徴とするパラメータ測
定のための装置が提供される。
複屈折性物質から出現する通常光束と異常光束は相互に
干渉しあってポリクロマティック光のある波長の成分を
抑制する。従って出現する光は複屈折性物質によりもた
らされた「カラー識別（color signature）」を持つ。
光の光路の長さは物質の屈折率と物質を通過する光の光
路の長さとの積である。屈折率または物質を通過する光
の光路の長さのいずれかの変化は抑制される波長成分に
変化をもたらし，従って検出器に達する光の色を変化さ
せる。ある種のパラメータに対しては測定されるべきパ
ラメータはモジュレーティングエレメントの屈折率に直
接影響を及ぼしかつそれから発生する光のカラー識別に
変化を与える。例えば電界および磁界はこの方法でエレ
メントの屈折率をモディファイする。さらにニオブ酸リ
チウムのモジュレーティングエレメントの屈折率はそれ
に電圧が印加された場合に変化する。他の公知の複屈折
性物質もまた同様に使用することができる。
ある有利な構成では２種の感光エレメントが用いられ，
その各々が固有の波長応答特性を備えている。上記に代
わり感光エレメントの一方または両者が着色フィルタを
持つことにより着色応答特性を与えられ，かつこれによ
り必要な場合には同一の感光エレメントを２つ使用する
ことができる。少なくとも第１および第２感光エレメン
トの波長に関しての応答性はそれらの波長／強度曲線が
少なくとも波長スペクトラムの一部においてオーバーラ
ップするがごときものであることが望ましい。
少なくとも第１および第２感光上エレメントを用いるこ
とにより色の変化は２つまたはそれ以上の選ばれた波長
における変化を単に検出する（波長モジュレーション）
だけではなく，スペクトラムの選ばれた部分全体におけ
る変化（カラーモジュレーション）を判定することによ
っても求められる。従って色Ａ（波長／強度曲線Ａによ
りあらさわれている）から色（波長／強度曲線Ｂにより
あらさわれている）への変化は２つの曲線の間の面積か
ら計算することができ，かつこれにより「真の」色をよ
り完全に分析することができる。波長モジュレーション
はそれが選ばれた２つまたはそれ以上の波長での曲線間
の距離に基づいて計算されるために精密さは少ない。
用語「ポリクロマティック光」とはこの場合多数の波長
を持つ光を意味し，特に可視光と赤外光の両義を含むと
されている。用語「色」が理解を助けるためにこの場合
用いられているが使用される光が可視光のみに限定され
ていると考えてはならない。装置が可視スペクトラム外
の光を発する光源を用いる時には用語「色」は光のスペ
クトル分布を指すものである。
モジュレーティングエレメントは測定されるべきパラメ
ータにおける変化が上記の光路内のモジュレーティング
エレメントを移動させるごとく配置されていることが望
ましい。ある好ましい構成では測定されるべきパラメー
タの変化は上記の光路中にあるモジュレーティングエレ
メントの比率に変化を生じさせる。また他の構成ではモ
ジュレーティングエレメントは測定されるべきパラメー
タにおける変化はポリクロマティック光の光路の長軸を
中心としてモジュレーティングエレメントに回転を与え
るように配される。複屈折性物質の中では屈折率はすべ
ての方向には一定ではないから，モジュレーティングエ
レメントの回転は光が通過する物質の屈折率を変え，従
って光の光路の長さをも変える。あるいは上記の代わり
にモジュレーティングエレメントは測定されるべきパラ
メータの変化がモジュレーティングエレメントを通過す
るポリクロマティック光の光路の長さを変えるがごとく
配置される。モジュレーティングエレメントを通過する
光路の全長における全ての変化はまた光学的な光路の長
さを，従って相互干渉により抑制される波長成分を，従
って検出器に達する光のカラー識別を変化させる。
モジュレーティングエレメントは非球体でありかつポリ
クロマティック光の光路中に回転し得るごとく支持され
ていることが好ましく，それによって測定されるべきパ
ラメータにおける変化がモジュレーティングエレメント
の回転をもたらす。エレメントの回転はポリクロマティ
ック光が検出器に到達するために通過せねばならぬエレ
メントの厚みを変え，従って光のカラー識別を変える。
あるいは上記の代わりにモジュレーティングエレメント
は測定されるべきパラメータの変化がモジュレーティン
グエレメントのサイズに変化を生じるごとくデザインさ
れる。ある便宜的な機構ではモジュレーティングエレメ
ントは測定されるべきパラメータにおける変化がモジュ
レーティングエレメントの変形をもたらすごとく（ポリ
クロマティック光の光路中に）固定される。測定される
べきパラメータが圧力の場合にはモジュレーティングエ
レメントはポリクロマティック光の光路の中に配置され
かつ測定されるべき圧力により撓むことのできるごとく
デザインされたダイアフラムの形を便宜的に持つことが
できる。
あるいは上記に代わり，測定されるべきパラメータが温
度である場合にはモジュレーティングエレメントはポリ
クロマティック光の光路の中に，温度の変化が物体の膨
張または収縮をもたらすよう配置された感熱器を含む。
上記のごとくモジュレーティングエレメントを通る光路
の長さの変化が光の色を変化させ，かつこれが検出器に
より検出されることができる。
本発明はさらに上記のごとき装置を用いパラメータを測
定する方法にも存在する。特にパラメータを測定する方
法は第１の偏光においてポリクロマティック光の信号を
偏光すること，該ポリクロマティック光の信号を複屈折
性物質のモジュレーティングエレメントを通過させるこ
と，および測定されるべきパラメータの変化が該モジュ
レーティングエレメントを通るポリクロマティック光の
光学的な光路の長さの変化をもたらして第２の偏光にお
いてモジュレーティングエレメントから出射するポリク
ロマティック光の色を変化させるように該モジュレーテ
ィングエレメントを配置する工程を含み，第２の偏光に
おいてモジュレーティングエレメントから出射する光
を，波長に対する応答特性が互いに異なる第１および第
２の感光エレメントを有する検出器を用いて検出するこ
と，該第１および第２感光エレメントの出力から，出射
したポリクロマティック光の色を色度図上の２つまたは
それ以上のパラメータの表示により表されるように計算
すること，および出射したポリクロマティック光の色を
測定されるべきパラメータに関して判断することを包含
する。
（実施例） 本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。
第１図には，ポリクロマティック光を光源３から検出器
４に伝播する２本の整合する光ファイバ１および２を備
えたセンサが示されている。整合する２本のファイバ１
および２の間にはエアーギャップ５があり，かつこの中
に複屈折性の物質６が備えられている。１対の交差偏光
器（crosesd poloriser）７および８がエアーギャップ
の中にそれぞれがファイバ１および２に隣接する形で備
えられる。必要な場合には，偏光器７および８は例えば
透明接着剤により光ファイバ１および２にそれぞれ接着
される。
偏光器７により偏光されたポリクロマティック光は複屈
折性物質６を通過する際に通常光束と異常光束とに分か
れ，かつこれらはある波長において相互干渉する。従っ
てファイバ２により伝送される光はある波長成分を欠い
たポリクロマティック光となり，従って検出器４に達す
る光には特徴のある色が生じる。測定されるべきパラメ
ータ，例えば温度または磁界における変化は物体６を通
過するポリクロマティック光の光学的な光路の長さを変
えて，抑制される波長成分をが異なるようにし，従って
検出器４に達する光に与えられる様々なカラー識別が異
なるようになる。
検出器４は２つの感光エレメント９および10を備え，そ
れからの信号はライン11および12を通してマイクロプロ
セッサ13に送られて分析される。マイクロプロセッサ13
は検出された光の色を感光エレメント９および10からの
信号から色度図の２つのパラメータに関して計算する。
マイクロプロセッサは色の変化を検出するとパラメータ
の変化が検出されたことの表示を例えばディスプレイユ
ニット（示されていない）に出す。
第２図は例えば圧力，運動量等の測定すべきパラメータ
がエアーギャップ５の中の複屈折性物体６の横方向の変
位に変換される他の実施例を示す。物体６は，測定され
るべきパラメータにより生じる運動のためにシャフト15
に固定されたサポート14上に取付けられている。シャフ
ト15の運動は複屈折性物体６を通過する光の比率を変
え，従ってファイバ２により伝送される光の色を変え
る。色の変化は上記のごとく検出され，かつ測定される
べきパラメータの表示を与えるために用いられる。
第３図の実施例においては複屈折性物体６はクレードル
16上に回動自在に取付けられる。測定されるべきパラメ
ータにより物体６が回転され，かつこれにより物体を通
るポリクロマティック光の光路の長さが変えられる。波
長成分の抑制が干渉により行われるために，光路の長さ
の如何なる変化によっても抑制される波長が変わる。従
って物体６の回転はファイバ２により伝送される光の色
をそれに応じて変え，かつこれが上記のごとく検出され
る。
第４図は，固定的に取付けられたサポート18および19の
間に保持されたダイアフラムの形の複屈折性物体を示
す。この場合には圧力である測定すべきパラメータはダ
イアフラム17の変形をもたらし，それを通過する光の光
路の長さを変える。上述のごとくこれによりファイバ２
により伝送される光の色は変化し，かつこれが検出され
てダイアフラム17の変形をもたらした圧力が表示され
る。
複屈折性物体を通過する光の光路の長さに変化を与える
ための他の構成も可能である。例えば複屈折性物体の熱
膨張を光路の長さを変えるために用いることができる。
この構成で簡単な温度センサを容易にデザインすること
が可能である。あるいは物体６はファイバ１および２の
軸心の周りに回転し，これにより光の当たる物質の屈折
率を変えるごとく設置されることができる。透過方式の
センサのみが記載された反射方式のものも容易にデザイ
ンされるものと理解される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の模式図，第２図は他の実施
例によるモジュレーティングエレメントの模式図，第３
図はさらに他の実施例によるモジュレーティングエレメ
ントの模式図，第４図は本発明のさらに他の実施例によ
るモジュレーティングエレメントの模式図である。 1,2……光ファイバ,3……光源,4……検出器,6……複屈
折性物質。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｇ０１Ｎ 21/21 Ｚ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】検出器，該検出器の通路に沿ってポリクロ
    マティック光を伝播させるようにされたポリクロマティ
    ック光源，該通路の中に長手方向に離隔され，偏光軸が
    互いに実質的に直交するように配向された第１および第
    ２の偏光器，測定すべきパラメータの変化が通過するポ
    リクロマティック光の光学的光路の変化をもたらすよう
    に，従って該検出器に入射する光の色を変化させる該第
    １および第２の偏光器の間の通路中に配されている複屈
    折性のモジュレーティングエレメント，および測定され
    るべきパラメータに関し該検出器の出力を判断するため
    の分析手段を備え， 該検出器は少なくとも第１および第２の感光エレメント
    を有し，第１エレメントの波長に関する応答特性が第２
    エレメントのそれとは異なっており，該両感光エレメン
    トからの信号が該分析手段に送られ，該分析手段は該両
    感光エレメントよりの信号から該検出器に入射するポリ
    クロマティック光の色を色度図上の２つまたはそれ以上
    のパラメータの表示により表されるように算定すること
    を特徴とするパラメータ測定のための装置。
  2. 【請求項２】前記モジュレーティングエレメントは測定
    されるべきパラメータの変化が上記の光路の中のモジュ
    レーティングエレメントを運動させるように配置されて
    いることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】前記モジュレーティングエレメントは測定
    されるべきパラメータの変化が前記通路中のモジュレー
    ティングエレメントの割合の変化をもたらすように配置
    されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】前記モジュレーティングエレメントは測定
    されるべきパラメータの変化がポリクロマティック光の
    光路の長軸についてのモジュレーティングエレメントの
    回転をもたらすように配置されていることを特徴とする
    請求項２に記載の装置。
  5. 【請求項５】前記モジュレーティングエレメントは，測
    定されるべきパラメータの変化がモジュレーティングエ
    レメントを通るポリクロマティック光の光路の長さに変
    化をもたらすように配置されていることを特徴とする請
    求項２に記載の装置。
  6. 【請求項６】前記モジュレーティングエレメントが非球
    形であり，かつ測定されるべきパラメータの変化がモジ
    ュレーティングエレメントの回動をもたらすようにポリ
    クロマティック光の光路の中に回動し得るように支持さ
    れていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】前記モジュレーティングエレメントは測定
    されるべきパラメータにおける変化がモジュレーティン
    グエレメントの寸法上の変化をもたらすがごときもので
    あることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  8. 【請求項８】前記モジュレーティングエレメントは測定
    されるべきパラメータの変化がモジュレーティングエレ
    メントの変形をもたらすようにポリクロマティック光の
    光路中に固定されていることを特徴とする請求項７に記
    載の装置。
  9. 【請求項９】前記測定されるべきパラメータが圧力であ
    り，モジュレーティングエレメントがポリクロマティッ
    ク光の光路の中に配置され，測定されるべき圧力により
    撓むようにされたダイアフラムの形を持つことを特徴と
    する請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記測定されるべきパラメータが温度で
    あり，モジュレーティングエレメントはポリクロマティ
    ック光の光路中に，温度の変化が物体の膨張または収縮
    をもたらすように配置された感熱体を有することを特徴
    とする請求項７に記載の装置。
  11. 【請求項１１】第１の偏光においてポリクロマティック
    光の信号を偏光すること，該ポリクロマティック光の信
    号を複屈折性物質のモジュレーティングエレメントを通
    過させること，および測定されるべきパラメータの変化
    が該モジュレーティングエレメントを通るポリクロマテ
    ィック光の光学的な光路の長さの変化をもたらして第２
    の偏光においてモジュレーティングエレメントから出射
    するポリクロマティック光の色を変化させるように該モ
    ジュレーティングエレメントを配置する工程を含み， 第２の偏光においてモジュレーティングエレメントから
    出射する光を，波長に対する応答特性が互いに異なる第
    １および第２の感光エレメントを有する検出器を用いて
    検出すること，該第１および第２感光エレメントの出力
    から，出射したポリクロマティック光の色を色度図上の
    ２つまたはそれ以上のパラメータの表示により表される
    ように計算すること，および出射したポリクロマティッ
    ク光の色を測定されるべきパラメータに関して判断する
    ことを包含するパラメータの測定の方法。
JP63065580A 1987-03-17 1988-03-17 光学的センサ Expired - Lifetime JPH0776702B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8706318 1987-03-17
GB878706318A GB8706318D0 (en) 1987-03-17 1987-03-17 Optical sensor

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Publication Number Publication Date
JPS6426111A JPS6426111A (en) 1989-01-27
JPH0776702B2 true JPH0776702B2 (ja) 1995-08-16

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ID=10614088

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JP63065580A Expired - Lifetime JPH0776702B2 (ja) 1987-03-17 1988-03-17 光学的センサ

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US (1) US4883952A (ja)
EP (1) EP0289120B1 (ja)
JP (1) JPH0776702B2 (ja)
KR (1) KR880011564A (ja)
CN (1) CN88101478A (ja)
AT (1) ATE93056T1 (ja)
AU (1) AU1317488A (ja)
CA (1) CA1309877C (ja)
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GB (2) GB8706318D0 (ja)

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