JPH0781815B2 - 物理量を遠隔検出するためのオプトエレクトロニック検出装置 - Google Patents

物理量を遠隔検出するためのオプトエレクトロニック検出装置

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JPH0781815B2
JPH0781815B2 JP62501905A JP50190587A JPH0781815B2 JP H0781815 B2 JPH0781815 B2 JP H0781815B2 JP 62501905 A JP62501905 A JP 62501905A JP 50190587 A JP50190587 A JP 50190587A JP H0781815 B2 JPH0781815 B2 JP H0781815B2
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prism
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物理的な量を遠隔的に検出するためのオプト
エレクトロニック検出装置に関し、該装置はセンサから
入る光のスペクトルを分析するためそれ自体光ファイバ
を介してスペクトル分析装置に接続されたスペクトル変
調符号化センサに対し光ケーブルを介して接続された非
コヒーレント光源を含む。
高い精度を有する光学的装置によりある変位量を測定す
るためには、単色光で照射されたマイケルソン（Michel
son）干渉計を縞をカウントする電子システムと共に用
いることは公知である。この装置は、位置の測定ではな
く変位量の測定のみを行なうという短所から免がれな
い。従って、ある対象物の位置を知るためには、この対
象物の始動点からその終了点までの全変位量を追跡する
ことが必要である。従って、光線をどのように遮断して
も、原点が完全に失われ、このため測定を無価値にす
る。
単色のコヒーレント光源をコヒーレントでない多色光源
で置換すると、この短所を改善することが可能となるこ
とが、Bosslmann、UlrichおよびArdittyの「多重モード
・ファイバにより結合された干渉計を使用する変位量セ
ンサ（Capteur deDeplacement a interferometre coupl
es par fibres multimodales）」なる題名の論文（1985
年５月21日〜23日開催の「Opto85」発行）により示され
ている。検出の目的のために、この論文に記載された装
置は、その経路長の差がミラーの変位により変更できる
ようにされた第２のマイケルソン干渉計を用いている。
このように、測定は、光路長差零点（零次の相関ピーク
点）の周囲に検出用干渉計を設定し、次いで検出器にお
ける光路長差が絶対値においてセンサにより記録される
光路長差と一致し得るまで可動ミラーの位置を変化させ
る（干渉次数の相関ピーク値±１）ことからなる。
もしこの方法の全精度を維持すべきならば、可動ミラー
の位置を非常に高い精度まで測定することが必要であ
る。上記の論文においては、これは縞のカウント装置と
して使用する検出器においてヘリウム・ネオン・レーザ
ーを使用することにより行なわれる。この方法は、検出
器が単色光源の使用に関する諸制限（即ち、測定の関連
性）を再び受けるという短所から免がれない。
更に、波面の空間的分割を用いるマイケルソン干渉計の
如き特に多色光源で使用される干渉測定装置は、製作が
難しい。これら装置は、非常に厳格な製造公差、安定性
および光学的特性の使用を必要とする。
本装置のセンサ部分の如きシステムの使用は、変位量の
測定の特殊な場合においてのみ正当化され得る。本シス
テムは、温度、磁界あるいは電圧の如き他の物理量の測
定には適さないが、これはセンサの構造あるいはその量
間の相互依存度と関連する（例えば、温度および磁界に
該当し得る）干渉効果から逃れることが難しいためであ
る。
また、仏国特許第2436976号から、センサから入る光信
号を分析し、その強さが検出された温度の関数である時
間間隔で分割されるピーク値を有する時間の正弦関数で
ある光信号に前記信号を変換するよう作用する装置と共
に、測定されるべき物理量に感応する複屈折要素を含む
センサに対し光ファイバにより接続された非コヒーレン
ト光源を含むオプトエレクトロニック装置により、温度
を遠隔測定することもまた公知である。この光信号は、
フォトダイオードによって電気的信号に変換され、この
電気的信号から直流成分が取出され、かつこれを検出さ
れた温度を表わすその周期が測定される矩形波に変換さ
れる。適正な精度を得るためには、ある予め定めた周期
数にわたり測定を行なうため２つのカウンタを用いなけ
ればならない。
この公知の装置の主な短所は、１個のセンサしか使用で
きず、このため１本の光学的接続路線を使用することが
求められる場合に１つの地点でしか温度の測定ができな
いことである。
本発明の目的の１つは、種々の公知の装置の短所を回避
することにある。
本発明は、ある物理量を遠隔検出するための装置を提供
するもので、この装置は構造が簡単であり、安定性に富
み、コンパクトであり、製造が容易であり、かつ広い帯
域巾を有する。
本発明はまた、スペクトル変調コード化を用いる多重化
複屈折干渉計センサにより、異なる地点において１つの
物理量を測定することを可能にする形式の装置を提供す
るものである。
従って、本発明は、ある物理量を遠隔検出するためのオ
プトエレクトロニック検出装置を提供し、この装置は、
放出スペクトル光ファイバを介して、検出されるべき物
理量に曝されかつ内部で光がそのスペクトルの周期的あ
るいは疑似周期的変調を受ける複屈折作用媒体を有する
形式の干渉計センサに対し接続された非コヒーレント光
源と、前記センサをスペクトル分析装置に接続してセン
サからの光のスペクトルを分析する受光用光ファイバと
からなり、本装置は干渉波間のセンサに導入される光路
長の差が光源の干渉長さよりも大きく、前記スペクトル
分析装置が偏光子と分析装置との間に置かれた交差もし
くは平行な１組の複屈折要素により実質的に構成され、
更に、ある特定の光路方向に沿った複屈折勾配を得る静
的光復調システムと、前記光路方向と平行に置かれかつ
感光要素を有する多重点線形検出器と、該検出器により
生じた信号を得て作用するための電子回路とを含むこと
を特徴とする。
本発明による装置は、センサからの光束をフーリェ変換
により復調するための純粋に静的な光学装置を使用する
利点を有する。光源のスペクトル巾と反比例する３つの
空間的応答度がこのようにして得られ、この応答は経路
長さの差０、＋ｄおよび−ｄに集中する。零応答位置
は、専ら復調システムの瞬間的な動作と関連付けられて
零検出を確定するよう働くが、＋ｄまたは−ｄのラテラ
ル（lateral）応答の相対部分はセンサにおける瞬間的
な光路長差に対し、従って測定されるべき物理量の値に
接近する。１回の操作における全ての±１の干渉次数相
関ピーク値を得ることを可能にする本発明による装置
は、その構造が簡単なことおよびその高い測定精度を特
徴としている。
本発明の別の特徴によれば、復調システムにおける１組
の複屈折要素は、変調センサと同じでありかつ偏光子と
ウォラストン（Wollaston）プリズムとの間に置かれた
複屈折材料の板と共に、上記の特定の方向に対して傾斜
しかつ交差状に配置される１つの面に沿って一体となっ
た２つの基本的な複屈折プリズムにより構成されたウォ
ラストン・プリズムからなっている。
このように、復調システムにおける光路長差はセンサに
おける光路長差と一致し得、また多重点の線形検出器
は、静的な方法で＋ｄのラテラル応答の形状および位置
を記録し、これにより全く静的な方法で測定される物理
量の値に接近することを可能にする。
別の態様においては、前記復調システムは、（Nomarski
型の）修正されたウォラストン・プリズムを含み、これ
においては基礎プリズムの一方がその入射面に対して傾
斜する軸心を持つように切出され、これにより線形検出
器におけるウォラストン・プリズムの外側に置かれた一
面の直線的な干渉縞を得る。このため、分析装置と検出
器との間に補正用の光学系を用いる必要が避けられる。
別の態様においては、両方の基礎プリズムが同じ方位を
有し、これらプリズムは半波長板により分離され、これ
により大きな面の装置を得て短い焦点長さのコリメータ
光学系を使用することを可能にする。
本発明の別の態様においては、位相変調検出器が偏光子
とウォラストン・プリズムの前方の複屈折板との間で変
調システムに挿入されている。このような装置は、如何
なる時点でも信号の絶対位相を測定して物理量の測定に
おいて非常に高い精度を得ることを可能にする。この位
相変調装置は、固定された四分の一波長板が後にある回
転する半波長板を、さもなければ２π/nの増分を有する
１組のｎ位相シフト板を、これらの板を復調システムの
偏光子と複屈折板との間で一方を交互に運動させるため
の装置と共に有することができる。
本発明の別の特徴によれば、本装置は、光ファイバを介
して共通の復調光学系に対して接続され、かつ前記偏光
子と複屈折勾配組立体との間で復調システムに置かれた
センサ内のそれと同じでありまた偏光子と前記組立体と
の間で交互に前記板を運動させるための装置と関連した
１組の複屈折板と共に、生じる光路長の差により多重化
される複数の変調コード化センサを含む。
本装置は、各センサに関して、センサから入る信号の静
的な復調を行なうことを可能にし、これによりセンサが
置かれる地点における物理量の値を測定する。
使用される光源については、この光源は、大きなスペク
トル巾を有することが望ましい時はフィラメント電球に
より、さもなければ、比較的狭いスペクトル巾の光源を
提供することが望ましい時は発行ダイオード（LED）に
より、また更に異なる中心波長を持ち変調可能なスペク
トル巾の光源を提供することが望ましければダイオード
供給電流を調整するための装置と関連した複数のLEDを
重複させることによって構成することができる。
本発明は、その他の特徴、細部および利点と共に、図面
に関して以降の記述を読めば明らかになるであろう。
第1A図は本発明による装置のブロック図、 第1B図はスペクトル変調コード化センサの作用原理を示
す図、 第２図はスペクトル変調コード化センサの一実施態様を
示す図、 第３図は本発明による復調システムの第１の実施態様を
示す図、 第４図、第５図および第６図は、復調システムの複屈折
勾配プリズムの諸実施態様を示す図、 第7A図および第7B図は、２つの異なる形式の非コヒーレ
ント光源において得られる相関信号の波形の概略を示す
グラフ、 第８図は、本発明による第１の復調システムにおいて使
用される移相変調装置の図、 第9A図は、スペクトル変調コード化法を用いる複数のセ
ンサに対する質疑に適する一連の同調板を支持するディ
スクの図、 第9B図および第9C図は前記の同調板の諸実施態様を示す
図、 第10図は、波長の関数として複数のLEDの相対分光濃度
を示すグラフである。
添付図面は、性格上限定的なものであり、このためその
理解を容易にするのみでなく適宜本発明の定義に寄与す
る記述と関連する情報を含んでいる。
最初に、本発明による装置の実質的な特徴および一般的
な作用原理の説明のための第１図乃至第３図を参照す
る。
第1A図に示される装置は、フィラメント電球、１個の発
光ダイオード（LED）あるいは１組のLEDの如き非コヒー
レント光の光源10を含み、この光源は照射用光ファイバ
12を介してスペクトル変調コード化センサ14に接続さ
れ、このセンサは測定されるべき物理量を受ける。セン
サ14は、受光用光ファイバ16により次に述べる連続した
要素を含む静的復調システム18に対して接続されてい
る。即ち、連続要素は、その焦点に受光用ファイバ16の
端部が置かれそれにより平行光線を生じさせるコリメー
タ光学系20と、該平行光線が通過すく偏光子Ｐと、その
通過した平行光が係合して特定の光路方向Ｘに沿う複屈
折勾配を生じさせるプリズム22と、多重点線形検出器23
と、プリズム22および多重点線形検出器23間に置かれた
分析装置Ａとからなり、上記検出器23は方向ｘと平行に
伸びる線に沿って配置された一連の感光要素により構成
されている。偏光子Ｐおよび分析装置Ａは、平行もしく
は直角になるように相互に位置され、共に方向ｘに対し
て45°で傾斜している。検出器23からの各出力は、検出
器により生じる信号を受取って処理するための１組の電
子回路24に接続されている。
スペクトル変調コード化センサ14の構造が第２図に示さ
れている。このセンサはコリメータ光学系26を含み、該
光学系26の焦点に照射ファイバ12の端部が置かれる。こ
れにらり生じた平行光線は偏光子Ｐを介して一軸の複屈
折材料製の板28に対して加えられる。この一軸複屈折材
料は軸に平行に切断され該材料の複屈折は測定される量
の関数である。複屈折板28により伝達される光は、分析
装置Ａにより取上げられ、次いで出力光学系30によって
拾われ、この光学系がこの光を受光用ファイバ16の端部
に送る。
複屈折板28は厚さｅであり、屈折率nLの低速軸と屈折率
nRの高速軸とを特徴とする。偏光方向は低速軸に対し45
°の角度をなし、偏光子／分析装置組立体は交差形態あ
るいは平行な形態に置かれる。センサ14により発射され
る光束は、下式により与えられる如き光路長差Δが、使
用される光源10の干渉長さよりも大きな限り、スペクト
ル変調を受ける。即ち、 Δ＝ｅ（nL−nR）＝ｅ（Ｘ）［nL（σ,x）− nR（σ,x）］ 但し、ｘは測定される物理量、σは波数である。
センサ14の作用は、第1B図により略図的に示される。同
図においては、Ｂ（σ）は、測定される物理量Ｘを受け
るセンサに入射する信号のスペクトルを表わす。センサ
14は、その２つの波間の測定される物理量の関数で変化
する光路長差を加えることができる２つの波の干渉計装
置である。従って、センサ14は、そのエンベローブがＢ
（σ）・Ｔ（σ）であるスペクトルを透過する。但し、
Ｔ（σ）はセンサの透過量を示し、正弦波状の周期的変
調が周波数Δ（Ｘ）においてこれに加えられる。センサ
により透過される光束は、下式により表わされる。即
ち、 Ｂ′（σ,X）＝1/2B（σ）・ Ｔ（σ）［１＋cos2πσΔ（Ｘ）］ この光束は、ファイバ16によって静的な復調システム18
に対して伝達され、このシステムがこの光束について光
学装置によるフーリェ変換を行なう。
Ｆ（σ）＝1/2B（σ）・Ｔ（σ）とすれば、 復調システムからの出力における光束は下式を満足す
る。即ち、 Ｉ（Ｄ）＝1/4［（Ｏ）＋（Ｄ） ＋1/2（Ｄ−Δ）＋1/2（Ｄ＋Δ）］ 但し、Ｆ（Ｄ）はＦ（σ）の余弦フーリェ変換を表わ
し、Ｄは復調システムにおける光路長差である。
これは、その空間的広がりが光源の帯域巾と反比例しか
つ光路長差０、＋Δ、−Δに集中する３つの応答を生じ
る。
零応答の位置は、専ら検出モジュールの瞬間的な動作と
関連している。ラテラル応答＋Δおよび−Δの相対位置
は、センサ14における瞬間的な光路長差、従って物理量
Ｘの値の獲得を可能にする。
理論においては、光ファイバ12、16は多重モードの段階
的屈折率即ち勾配屈折率のファイバである。しかし、光
源10が特に発光ダイオードであるか、あるいはスーパー
発光ダイオードであるならば、単一モードのファイバを
使用することもまた可能である。
センサ14の動作モード（伝達または反射による動作）に
従って、ファイバ12および16は（第1A図および第２図に
示されるように）別個のものであるか、さもなければ復
調システムと接続するためのＹ字カプラにより照射用フ
ァイバ12から分岐する受光用ファイバ16を有する単一の
ファイバにより部分的に構成される。本システムにおい
ては、多重点検出器23は、例えば、独立的な出力を有す
るフォトダイオード（例えば、PINダイオードまたはア
バランシ・ダイオード）により、さもなければ共通のビ
デオ信号出力を生じるCCD型のフォトダイオードのグリ
ッドにより構成することができる。
第３図は、本発明による静的復調システムの望ましい一
実施態様の図である。この実施態様においては、受光用
光ファイバ16はコリメータ光学系20により偏光子Ｐに対
して接続され、この偏光子の後には構造および厚さの観
点からセンサ14における板28と厳密に同じ複屈折材料製
の同調板32がある。この同調板32の後には、特定の光路
方向ｘに対し角度θをなす傾斜面上に一緒に接着された
２つの基礎プリズム36、38により構成されるウォラスト
ン型プリズム34が続く。これら２つのプリズム36、38は
複屈折性のものであり交差状態に配置され、例えば、プ
リズム36の低速軸はプリズム38の高速軸と同じである。
面の中心（ｘ＝０）においては、これら２つのプリズム
の厚さが等しい。同調板32の低速軸は、プリズム36の低
速軸と同じ方位を有する。プリズム34後方に置かれた分
析装置Ａの後方には、プリズム34により検出器23に対し
て伝達される光を供給する補正光学系40がある。偏光方
向は、同調板32の中立軸と45°の角度にあり、前述の如
く、偏光子／分析装置組立体は交差形態あるいは平行形
態に配置される。
この復調システムにより生じる光路長差Ｄは、下式によ
り与えられ、 Ｄ（Ｘ）＝（nL−nR）（ｅ＋2x・tanθ） また、従って、ｘの関数として一次的に変化する（ｅは
同調板32の厚さ）。
このように、同調板32が復調システムから取除かれる
と、この光路長差は面の中心部（Ｘ＝０）において零で
あることが判る。従って、零の検出を得るために、多重
点検出器23を用いて中心部のスペクトルＯの形状および
位置を記録することが可能である。更に、同調板32がセ
ンサ14における板28と同じである時は、面の中心部にお
ける光路長差はセンサ14における光路長差と一致し得
る。このような条件下では、多重点検出器23はラテラル
応答＋Δの形状および位置を記録するため静的に使用す
ることができる。x1で示されるこの位置は下記の如くで
ある。即ち、 Δ（Ｘ）＝Ｄ（x1） 但し、x1＝1/k［Δ（Ｘ）−Ｄ（Ｏ）］ もしＤ（Ｏ）が既知であり安定であれば、多重点検出器
23を用いてx1の値を測定して物理量Ｘの値を得ることが
可能であり、これは完全に静的な方法で行うことができ
る。
第３図の静的な復調システムにおいては、得られる干渉
縞がプリズム36、38の縁部と平行でありかつプリズム34
の内部に置かれる等間隔の直線となり、これらが置かれ
る面42は外面に対して２θ/3で傾斜した面となる。補正
用光学系40は、この面の像を多重点検出器23に形成する
よう作用する。しかし、ある場合には、局在化面42の傾
斜は問題の源となるおそれがある。これは、単一のプリ
ズム34を半波長板48の周囲に対称的に置かれた２組のプ
リズム44、46（第４図）で置換することによって回避す
ることができるが、プリズム44は第３図のプリズム34と
同じものである。従って、干渉縞の局在面はプリズム4
4、46の面と平行な面である。しかし、半波長板48は、
光源10の全スペクトルにわたり無色であることが必要で
あり、これがこの場合のLEDの使用を促すことになる。
第５図は、第３図の複屈折勾配を有するプリズム34の別
の実施態様を示す。この実施態様においては、プリズム
は全体的に参照番号50が与えられ、プリズム34と同様
に、方向ｘに対して角度θの傾斜面に沿って一緒に接合
される２つの基礎プリズム52、54からなり、これらの基
礎プリズムの一方52はその入射面に対して角度ξで傾斜
する軸を持つように切断される。この場合、干渉縞局在
面56はプリズム50の外側に配置され、補正用光学系を使
用する必要もなく多重点検出器23における感光要素の線
と一致するように置くことができる。
複屈折勾配プリズムの別の実施態様が第６図に示されて
いる。この態様においては、２つの基礎プリズム36、38
は同じ方位をとり、半班長板58により分離されている。
この組立体は大きな面の装置を提供し、短い焦点長さの
コリメータ光学系を使用することを可能にする。
復調システムからの出力において得られる信号の状態
は、中心部の波長λＯの周囲の巾Δλの帯にわたり均一
な分光濃度を有することなく形式の２つの光源の場合に
ついて第7A図および第7B図に示されている。第7A図にお
ける信号は、フィラメント電球の如き大きなスペクトル
巾を有する光源と対応し、この場合例えばλＯは800nm
であり、比率λO/Δλは２に等しい。
第7B図の信号は比較的狭いスペクトル巾を有する光源、
例えばLEDに対応し、中心部の波長λＯは800nmに等しく
比率λO/Δλは２に等しい。第7A図および第7B図のカー
ブに対応する関数は下式の如く表わされる。即ち、 但し、ｕλ0＝Ｄ−Δおよびｆ＝λ0／Δλ 物理量Ｘは、検出器23において点ｕ＝Ｏの位置を正確に
決定することにより測定される。広い中心部の巾を有す
る光源の場合には、これは第7A図のカーブの最大値の位
置を識別することに相当するが、これは相関ピーク値の
特に狭い形状を知れば容易に行なえる。
光源が比較的狭いスペクトル巾を有する時（第7B図のカ
ーブ）、この決定を行なうことは更に困難を伴なう。こ
の困難は、如何なる点の信号の絶対値を測定し、次いで
測定パラメータとして下記の事柄の１つを用いることに
より避けることができる。即ち、 検出器23の固定点における信号の絶対位相（位相の測定
の原点は相関ピーク値の最大値となるように選択され
る）、あるいは 零の位相点の瞬間的な位置 このような位相の測定は、最も微妙なパラメータｆの高
い値によって可能となる。完全な１変調サイクルにおい
ては、第7B図のエンベローブの振幅の変化は３％を越え
ることがなく、この値は第１の近似として無視し得、ま
た線形の変化を仮定することにより第２の近似となるよ
う補償することができる。
位相は、例えば下記のいくつかの方法において測定する
ことができる。即ち、 （ａ） 検出器23により記録された信号全体の直接の分
析。この場合は、検出器23における色々な基礎光検出器
が各点の測定に関与し、これにより検出原点における位
相をアンダーサンプリング型の方法により検出すること
を可能にする。あるいは、 （ｂ） ２π/nを通った後同じ相関ピーク値に対応する
ｎ個の強さ分布を連続的に記録することからなる位相の
段階的干渉法。
例えば、ｎ＝４の場合、下記の連立式が干渉縞の領域に
おけるある点ｕで得られる。即ち、 I0（ｕ）＝I0［１＋1/2cos2πusin（πu/f）／（πu/
f）］ I1（ｕ）＝I0（ｕ＋1/4）I0［１＋1/2 sin 2πｕ・si
n（πu/f）／（πu/f）］ I2（ｕ）＝I0（ｕ＋1/2）I0［１−1/2 cos 2πｕ・si
n（πu/f）／（πu/f）］ I3（ｕ）＝I0（ｕ＋3/4）I0［１−1/2 sin 2πｕ・si
n（πu/f）／（πu/f）］ ２πｕ＝arctan（I1−I3）／（I0−I2）＝φ（ｕ） 干渉縞領域内の位置u0は、下記の２つの条件がどこで同
時に満たされるかを見出すことにより計算によって決定
することができる。即ち、 Ｆ（uO）は最大値、およびφ（uO）は２πの倍数であ
る。
もしエンベローブＦ（ｕ）の測定が充分に正確であれ
ば、位置u0は一義的であり、相関ピーク値Ｄ＝Δの中心
を定義する。
（ｃ） ２πなる位相の線形変化から生じた結果の信号
の記録からなる位相走査干渉法。即ち、 積分型の多重点検出器23により、２π/nの間隔にわたり
信号を積分することによるか、さもなければ トラッキング・モードで作動する個々の出力を有するフ
ォトダイオードのグリッドによりこれら信号をある時間
にわたり分析する。
方法（ａ）は、完全に静的である大きな利点を有する。
しかし、この方法は各基礎検出器のオプトエレクトロニ
ック特性が安定しておりかつ既知であることを前提とす
る。
方法（ｂ）は、復調システムの複屈折勾配プリズムの前
方に、同じ軸および類似の構成を有するｎ個（ｎは３よ
り小さくない）からなる１組の位相シフト板を置くこと
により行なわれる。この板は、変位運動あるいは回転運
動によって容易に挿置され、例えば、この板は第9A図に
略示的に示されたように回転ディスク内のハウジング内
に取付けることができる。
方法（ｃ）は実現する色々な方法がある。第８図は、19
80年９月30日〜10月２日開催の「Opto 80」において刊
行された論文「新しいモワレ法に対する回転複屈折要素
の応用」においてA.RobertおよびC.Cinottiが述べるよ
うに、この方法の望ましい実現方法を示す図である。こ
の装置は、システムの光軸の周囲に回転する半波長板60
を含み、これらの２枚の板は第３図の復調システムの偏
光子Ｐと同調板32との間に挿置され、四分の一波長板の
軸の一方が偏光子Ｐにより規定される偏光方向と一致す
る。もし積分型の多重点検出器23が用いられるならば、
積分時間差は下式を満足しなければならない。即ち、 ｎΩＴ＝２π 但し、ｎは整数、Ωは板60の回転運動の一定の角運動量
であり、これにより方法（ｂ）の条件と略々類似する条
件を再現する。
本発明の別の重要な特性によれば、複数のスペクトル変
調コード化センサ14（それ自体の性格から多重化可能な
装置）を単一の復調システムにより質疑することができ
る。これは、複屈折勾配プリズムから上流側の各センサ
において使用される異なる板に対応する別の複屈折板を
切換えることにより行なうことができる。この時、多重
点検出器23は、種々のセンサと関連する＋１次の相関ピ
ーク値を順次記録して、対応するx1の位置を、従って種
々のセンサ場所における物理量Ｘの瞬間値を導出する。
この多重化法は、第9A図、第9B図および第9C図に略図的
に示された装置のいずれかの一方を用いることにより行
なうことができる。
第9A図の装置は、ディスク64を含み、このディスク64
は、復調システムの光軸と平行な軸心の周囲の回転する
ように取付けられ、かつ該ディスク64は、各々がスペク
トル変調コード化センサの１つにおける複屈折板に相当
する複屈折板68を有するｎ個のハウジング66と、空の状
態のままである別のハウジング70とを有する。この空の
ハウジング70は、中心の相関ピーク値の形状および位置
を記録するため規則的な間隔で用いられており、これに
より零点検出器を連続的にリセットする。
第9B図は、ディスク64内のハウジング66の各複屈折板68
が分担された領域板72により置換された別の実施態様を
示しており、これによれば測定のため必要とされる検出
器の０と＋１の両方の相関ピーク値を同時に得ることが
できる。この分担領域板72は、例えば、厚さがe/2の円
板74と、板74と同じ配向を有する（即ち、それらの低速
軸が一致する）厚さがe/2の補捉的な半円形の板76と、
その低速軸が板74の高速軸と一致する厚さがe/2の非補
足的な半円形板78とにより構成されている。２つの半円
形の板76、78は、分担領域板72が使用される時、検出器
23の方向ｘに対して直交して延在するその直径方向縁部
80に沿って一緒に接合されている。このため、分担領域
板72の合計厚さは、補足的板76を介して値ｅに等しく、
かつ非補足的板78を介して零に等しい。
第9C図は、ディスク64の各ハウジング66が半円形状の同
調板82を収受してその結果各ハウジング76の半分が空の
つまであり、しかも使用位置にある時板の直径方向縁部
84が方向ｘに平行に伸びる別の変更例を示している。そ
の結果、２つの半分の干渉縞領域が得られ、これらの領
域は、電気的方法その他、例えば分光球により、あるい
は検出器の２本の重なる線を有する２点トレース検出器
による等の機械的な方法により、相互に接するように置
かれた２つの線形多重点検出器231および232によって分
析される。
当然のこととして、第9A図のディスク64を用いる代り
に、位置が変更可能でありかつ異なる板に対する整合状
態にあるその内部のハウジングを有する矩形状の条片を
用いることが可能となろう。
更に、本発明によれば、スペクトル巾が変調可能である
非コヒーレント光源を受けることもまた有利であり、こ
れにより第7B図の形式の信号に適用し得る如く位相検出
により非常に高い精度となる利点と共に、第7A図の形式
の信号に対し適用し得る如く簡便性および絶対振幅の検
出器の利点を維持することを可能にする。この目的のた
め、本発明は、異なる中心波長、例えば、波長をｘ軸に
とり相対分光濃度をＹ軸にとり各カーブが個々のLEDに
対応する第10図に示した波長を有するｎ個のLEDを重ね
ることにより構成される光源を提供する。
これらのダイオードからの光は下記の如く重ねることか
できる。即ち、 その異なる中心波長を用いて多重化することによる。
カプラを用いることによる。これはダイオードの有効波
長を勘案する必要がないが光束の損失を招くことを意味
する。
このようなダイオードを重ねることにより構成される光
源のスペクトル輪郭の変調が、各ダイオードに加えられ
る電流を調整することにより得られる。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】物理量を遠隔検出するためのオプトエレク
    トロニック検出装置であって、照射用光ファイバ（12）
    を介して複屈折作用媒体を有する干渉計型のセンサ（1
    4）に対して接続された非コヒーレント光源（10）を有
    し、前記複屈折媒体は検出されるべき物理量Ｘを受け、
    かつ該複屈折媒体の内部で光がそのスペクトルの周期的
    なあるいは疑似周期的な変調を受け、更に前記センサ
    （14）を該センサからの光のスペクトルを分析するため
    のスペクトル分析装置（18）に対し接続する受光用光フ
    ァイバ（16）を有する検出装置において、 干渉波間で前記センサ（14）に生じる光路長差が前記光
    源（10）の干渉長さよりも大きく、かつ 前記スペクトル分析装置が、偏光子（Ｐ）と分析器
    （Ａ）との間に置かれた１組の複屈折要素（22）により
    実質的に構成された静的な光復調システム（18）を含
    み、前記複屈折要素は交差位置または平行位置に置か
    れ、これにより特定の光路方向ｘに沿って１つの複屈折
    勾配を生じ、 更に、前記光路方向ｘに対し平行に配向されかつ感光要
    素を有する多重点線形検出器（23）と、 該検出器（23）により生じる信号を獲得して処理する電
    子回路（24）とを含むことを特徴とする検出装置。
  2. 【請求項２】前記センサ（14）は、 前記照射用ファイバ（12）の端部がその焦点に置かれ、
    かつ軸に平行に切断された単軸の複屈折材料の板（28）
    が後に配置される偏光子（Ｐ）に当たる平行光線を提供
    する該コリメータ光学系（26）と、 前記板から下流側に置かれた分析器（Ａ）と、 前記受光用ファイバ（16）の端部がその焦点に置かれた
    出力光学系（30）とからなることを特徴とする請求の範
    囲第１項記載の検出装置。
  3. 【請求項３】前記復調システム（18）は、前記受光用フ
    ァイバ（16）の対応する端部がその焦点に置かれ、かつ
    １組の前記複屈折勾配要素（22）が後方にある前記偏光
    子（Ｐ）に当たる平行光線を生じるコリメータ光学系
    （20）を有し、前記偏光子（Ｐ）と分析器（Ａ）とが前
    記の特定の光路方向ｘに対し45°で傾斜することを特徴
    とする請求の範囲第１項または第２項に記載の検出装
    置。
  4. 【請求項４】前記１組の複屈折要素（22）が、干渉縞の
    領域の像を形成するため、前記の特定方向ｘに対し傾斜
    しかつ交差するように配置された面に沿って一緒に固定
    された２つの基礎複屈折プリズム（36、38）により構成
    される形式のウォラストン型プリズム（24）と、前記分
    析器（Ａ）と検出器（23）との間に任意に設けられる接
    続用光学系（40）とを含むことを特徴とする請求の範囲
    第３項記載の検出装置。
  5. 【請求項５】前記変調センサ（14）の材料と同じ複屈折
    材料製の板（32）が前記偏光子（Ｐ）とプリズム（24）
    との間に置かれ、該プリズムの低速軸が前記ウォラスト
    ン型プリズム（34）の第１の基礎プリズム（36）の低速
    軸と同じように指向されることを特徴とする請求の範囲
    第４項記載の検出装置。
  6. 【請求項６】前記１組の複屈折要素（22）が、ウォラス
    トン型の２つの複屈折プリズム（44、46）からなり、該
    各プリズムは、このプリズム（44、46）の面に対して平
    行な干渉縞領域に対する局在化面を得るため、前記光源
    （10）のスペクトル巾にわたり無色となる半波長板（4
    8）に対して対称的に配置されることを特徴とする請求
    の範囲第３項乃至第５項のいずれかに記載の検出装置。
  7. 【請求項７】前記ウォラストン型プリズム（50）の基礎
    プリズムの一方（52）が、その入射面に対して傾斜する
    軸で切断されることを特徴とする請求の範囲第４項また
    は第５項に記載の検出装置。
  8. 【請求項８】前記ウォラストン型プリズムの両方の基礎
    プリズム（36、38）が同じ方向に指向され、かつその一
    体に固定された面間に置かれた半波長板（58）により分
    離されることを特徴とする請求の範囲第４項または第５
    項に記載の検出装置。
  9. 【請求項９】位相変調装置が、前記偏光子（Ｐ）と前記
    変調システムの前記１組の複屈折勾配要素（22）との間
    に置かれることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第８
    項のいずれかに記載の検出装置。
  10. 【請求項１０】前記位相変調装置が、前記変調システム
    の光軸の周囲に回転する半波長板（60）と、軸の一方が
    前記偏光子（Ｐ）と関連する偏光方向と一致する固定さ
    れた四分の一波長板（62）とからなることを特徴とする
    請求の範囲第９項記載の検出装置。
  11. 【請求項１１】前記位相変調装置が、増分値２π/nを有
    する１組のｎ位相シフト板と、前記変調システムにおけ
    る偏光子（Ｐ）と前記１組の複屈折勾配要素（22）との
    間で前記板を連続的に運動させる装置とを含むことを特
    徴とする請求の範囲第９項記載の検出装置。
  12. 【請求項１２】光ファイバにより共通の静的な復調シス
    テム（18）と接続され、かつこれらが生じる光路差によ
    り多重化される複数のスペクトル変調コード化センサ
    （14）と、 該センサ（14）と同じものであり、前記偏光子（Ｐ）お
    よび前記１組の複屈折勾配要素（22）間の復調システム
    内に置かれた１組の複屈折板（68）であって、該板（6
    8）を偏光子（Ｐ）および前記１組の複屈折勾配要素（2
    2）間で連続的に運動させる装置と関連する前記１組の
    複屈折板（68）とを有することを特徴とする請求の範囲
    第１項乃至第11項のいずれかに記載の検出装置。
  13. 【請求項１３】前記複屈折板（68）が、前記復調システ
    ム（18）の光軸に対し平行な軸心の周囲に回転するよう
    に取付けられたディスク（64）のハウジング（66）内に
    置かれ、前記ディスク（64）が空のハウジング（70）を
    含むことを特徴とする請求の範囲第12項記載の検出装
    置。
  14. 【請求項１４】各複屈折板が、円形基板（74）を含む分
    担された領域板（72）であり、該円形基板（74）は同じ
    厚さの２枚の半円形板（76、78）に添付され、前記半円
    形板（76）の一方が前記円形基板と同じ方向を有し、前
    記半円形板の他方が反対の方向を有し、該２枚の半円形
    板間の接合線（80）が前記の特定の光路方向ｘに対し直
    交していることを特徴とする請求の範囲第12項または第
    13項に記載の検出装置。
  15. 【請求項１５】各複屈折板は、その直径方向縁部（84）
    が前記復調システム（18）の光軸に対し半径方向に延長
    して前記特定方向ｘと平行になる半円形板（82）であ
    り、かつ前記の形式の２つの多重点線形検出器（231、2
    32）が相互に接触して配置され干渉縞の２つの半分の領
    域を分析することを特徴とする請求の範囲第12項または
    第13項に記載の検出装置。
  16. 【請求項１６】前記光源（10）が変調可能なスペクトル
    巾を呈し、かつ異なる中心波長を有する複数のLEDを重
    ねることにより構成され、前記光源のスペクトル巾がダ
    イオードに対する供給電流を調整することにより変調さ
    れることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第15項のい
    ずれかに記載の検出装置。
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