JPH08271209A - 光導波路型変位センサおよびそれに用いる半球状レンズ - Google Patents
光導波路型変位センサおよびそれに用いる半球状レンズInfo
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- JPH08271209A JPH08271209A JP7286895A JP7286895A JPH08271209A JP H08271209 A JPH08271209 A JP H08271209A JP 7286895 A JP7286895 A JP 7286895A JP 7286895 A JP7286895 A JP 7286895A JP H08271209 A JPH08271209 A JP H08271209A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 細い径の穴の側面の表面粗さや形状を測定す
ることができる光導波路型変位センサを提供する。 【構成】 長手方向の両端面のうち少なくとも一方の端
面を該長手方向に対して斜面とし該斜面に測定光用入出
力端を形成した光導波路基板１と、光源から出力される
光源光を該光導波路基板１に導く光ファイバＦ１と、該
光導波路基板１から出力される干渉信号光を受光装置に
導く光ファイバＦ２と、該光導波路基板１表面に設けら
れた参照光及び／あるいは測定光を変調するための電極
６に変調用電気信号を印加するための電送線７とを備え
た光導波路型変位センサにおいて、光導波路基板の長手
方向と垂直な方向に測定光を折り返し、かつ集光するた
めの半球状レンズ１２を備えている。
ることができる光導波路型変位センサを提供する。 【構成】 長手方向の両端面のうち少なくとも一方の端
面を該長手方向に対して斜面とし該斜面に測定光用入出
力端を形成した光導波路基板１と、光源から出力される
光源光を該光導波路基板１に導く光ファイバＦ１と、該
光導波路基板１から出力される干渉信号光を受光装置に
導く光ファイバＦ２と、該光導波路基板１表面に設けら
れた参照光及び／あるいは測定光を変調するための電極
６に変調用電気信号を印加するための電送線７とを備え
た光導波路型変位センサにおいて、光導波路基板の長手
方向と垂直な方向に測定光を折り返し、かつ集光するた
めの半球状レンズ１２を備えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学的干渉により被測
定物の変位測定を行う光導波路型変位センサおよびそれ
に用いるレンズに関する。
定物の変位測定を行う光導波路型変位センサおよびそれ
に用いるレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】マイケルソン干渉計をニオブ酸リチウム
（LiNbO3）やタンタル酸リチウム（LiTaO3）等の電気光
学結晶基板上に構成した、複雑な光学系の位置合わせが
不要でかつ小型な変位計として、光導波路型変位センサ
がある。マイケルソン干渉計では測定光の光軸と直角な
境界面が存在すると、境界面からの反射光が被測定物か
らの反射光に混入し測定精度の低下を招く。そこで光導
波路型変位センサにおいては、測定光用入出力端面を斜
面にして境界面からの反射光を抑制している。そのため
光導波路からの出射される測定光は屈折により光導波路
基板の長手方向と必ずしも平行とはならないために、集
光レンズを該測定光の光軸に一致させると、測定光の被
測定物への入射方向が光導波路基板の長手方向と一致し
なくなり、組立が困難になると共に被測定物に対する変
位センサの位置決めが困難になるという問題が生じてい
た。この問題を解決するために、屈折率分布型レンズの
一方の端面を斜めに研磨する方法がある。このような技
術としては、例えば、本出願人が特願平６−１６５４４
において提案したものがある。
（LiNbO3）やタンタル酸リチウム（LiTaO3）等の電気光
学結晶基板上に構成した、複雑な光学系の位置合わせが
不要でかつ小型な変位計として、光導波路型変位センサ
がある。マイケルソン干渉計では測定光の光軸と直角な
境界面が存在すると、境界面からの反射光が被測定物か
らの反射光に混入し測定精度の低下を招く。そこで光導
波路型変位センサにおいては、測定光用入出力端面を斜
面にして境界面からの反射光を抑制している。そのため
光導波路からの出射される測定光は屈折により光導波路
基板の長手方向と必ずしも平行とはならないために、集
光レンズを該測定光の光軸に一致させると、測定光の被
測定物への入射方向が光導波路基板の長手方向と一致し
なくなり、組立が困難になると共に被測定物に対する変
位センサの位置決めが困難になるという問題が生じてい
た。この問題を解決するために、屈折率分布型レンズの
一方の端面を斜めに研磨する方法がある。このような技
術としては、例えば、本出願人が特願平６−１６５４４
において提案したものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記光導
波路型変位センサは、パイプの内側、シリンダなどの穴
や凹みの側面等のの表面粗さや形状の測定には使用でき
なかった。それは、上記光導波路型変位センサをパイプ
や穴の中に挿入することができても、測定光は光導波路
基板の長手方向に平行な方向に集光されるため、測定光
をパイプの内側や穴の側面に照射することができないか
らである。
波路型変位センサは、パイプの内側、シリンダなどの穴
や凹みの側面等のの表面粗さや形状の測定には使用でき
なかった。それは、上記光導波路型変位センサをパイプ
や穴の中に挿入することができても、測定光は光導波路
基板の長手方向に平行な方向に集光されるため、測定光
をパイプの内側や穴の側面に照射することができないか
らである。
【０００４】本発明は、上記の問題点に鑑み、その目的
とするところは、パイプの内側や穴の側面の表面粗さや
形状を測定することができる光導波路型変位センサを提
供することである。
とするところは、パイプの内側や穴の側面の表面粗さや
形状を測定することができる光導波路型変位センサを提
供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光導波路型変位センサは、光導波路基板の
長手方向の両端面のうち少なくとも一方の端面を該長手
方向に対して斜面とし該斜面に測定光用入出力端を形成
した光導波路基板と、光源から出力される光源光を該光
導波路基板に導く光ファイバと、該光導波路基板から出
力される干渉信号光を受光装置に導く光ファイバと、該
光導波路基板表面に設けられた参照光及び／あるいは測
定光を変調するための変調用電極に変調用電気信号を印
加するための電送線とを備えた光導波路型変位センサに
おいて、光導波路基板の長手方向と垂直な方向に測定光
を折り返し、かつ集光するための半球状レンズを備えて
いる。
に、本発明の光導波路型変位センサは、光導波路基板の
長手方向の両端面のうち少なくとも一方の端面を該長手
方向に対して斜面とし該斜面に測定光用入出力端を形成
した光導波路基板と、光源から出力される光源光を該光
導波路基板に導く光ファイバと、該光導波路基板から出
力される干渉信号光を受光装置に導く光ファイバと、該
光導波路基板表面に設けられた参照光及び／あるいは測
定光を変調するための変調用電極に変調用電気信号を印
加するための電送線とを備えた光導波路型変位センサに
おいて、光導波路基板の長手方向と垂直な方向に測定光
を折り返し、かつ集光するための半球状レンズを備えて
いる。
【０００６】また、他の構成として、該光導波路基板の
測定光用入出力端面と該半球状レンズの間に、該測定光
用入出力端面から斜めに出射する測定光を完全な平行光
ではない準コリメイト光線に変える屈折率分布型レンズ
を備えてもよい。
測定光用入出力端面と該半球状レンズの間に、該測定光
用入出力端面から斜めに出射する測定光を完全な平行光
ではない準コリメイト光線に変える屈折率分布型レンズ
を備えてもよい。
【０００７】また、該光導波路基板上にはその表面に少
なくとも光導波路と方向性結合器が形成され、その長手
方向の一端には光源光用入力端と干渉信号光用出力端が
形成され、他端面には該測定光入出力端と参照光用反射
鏡が形成されている。該半球状レンズは半球状レンズの
外周面が球面と該球面の曲率の中心を含む平面とから構
成されている。
なくとも光導波路と方向性結合器が形成され、その長手
方向の一端には光源光用入力端と干渉信号光用出力端が
形成され、他端面には該測定光入出力端と参照光用反射
鏡が形成されている。該半球状レンズは半球状レンズの
外周面が球面と該球面の曲率の中心を含む平面とから構
成されている。
【０００８】
【作用】光源から出射された光は、光ファイバを介して
光導波路基板に導かれ、光導波路基板内の方向性結合器
で二つの光導波路に分岐され、光導波路基板の長手方向
に対する測定光用入出力端面の法線が角度θtとなるよ
うに形成されている測定光用入出力端面に導かれる。一
方の光は該端面に垂直に入射し、該端面に設けられてい
る反射鏡に反射され、参照光として再び方向性結合器へ
戻っていく。
光導波路基板に導かれ、光導波路基板内の方向性結合器
で二つの光導波路に分岐され、光導波路基板の長手方向
に対する測定光用入出力端面の法線が角度θtとなるよ
うに形成されている測定光用入出力端面に導かれる。一
方の光は該端面に垂直に入射し、該端面に設けられてい
る反射鏡に反射され、参照光として再び方向性結合器へ
戻っていく。
【０００９】他方の光は光導波路基板の長手方向に平行
に形成された光導波路を伝搬して、該端面に臨む。した
がって該端面に対して角度θtで入射し、式（１）に示
す角度θr（図３参照）の方向に測定光として出射され
る。
に形成された光導波路を伝搬して、該端面に臨む。した
がって該端面に対して角度θtで入射し、式（１）に示
す角度θr（図３参照）の方向に測定光として出射され
る。
【００１０】 θr＝ｓｉｎ-1［ｎw／ｎ0・ｓｉｎ（θt）］− θt （１） ここで、角度θrは光導波路基板の長手方向に対する測
定光の測定光用入出力端面からの出射角であり、ｎw、
ｎ0は光導波路基板および空気の屈折率である。
定光の測定光用入出力端面からの出射角であり、ｎw、
ｎ0は光導波路基板および空気の屈折率である。
【００１１】光導波路基板の測定光入出力端面から出射
された測定光は、次に半球状レンズの球面に入射する。
ここで測定光が半球状レンズの球面の中心を通過するよ
うに半球状レンズを配置すると、測定光は入射面に対し
垂直に入射することになるため屈折は生じない。また半
球状レンズが、半球状レンズのレンズ底面が球面の曲率
の中心を含むような平面として形成されているため、レ
ンズ底面に反射膜を施すことで該レンズ底面が反射面と
なり、測定光は球面の中心で反射されることになる。し
たがって、測定光は反射角によらず半球状レンズの出射
面に垂直に出射する。
された測定光は、次に半球状レンズの球面に入射する。
ここで測定光が半球状レンズの球面の中心を通過するよ
うに半球状レンズを配置すると、測定光は入射面に対し
垂直に入射することになるため屈折は生じない。また半
球状レンズが、半球状レンズのレンズ底面が球面の曲率
の中心を含むような平面として形成されているため、レ
ンズ底面に反射膜を施すことで該レンズ底面が反射面と
なり、測定光は球面の中心で反射されることになる。し
たがって、測定光は反射角によらず半球状レンズの出射
面に垂直に出射する。
【００１２】半球状レンズによる測定光の反射方向の代
表例を図３および図４に示す。図３に示すように、光導
波路基板の測定光入出力端面から出射された測定光を、
半球状レンズの底面であるレンズ反射面において、光導
波路基板の該端面で測定光が屈折させられた方向と同じ
方向に、更に進行方向を曲げる場合には、レンズ反射面
に入射する測定光と該レンズ反射面の法線とのなす角度
θnを式（２）を満たす角度とすることにより、測定光
をレンズ反射面で光導波路基板の長手方向と垂直の方向
に反射し、被測定物に向けて出射・集光することができ
る。
表例を図３および図４に示す。図３に示すように、光導
波路基板の測定光入出力端面から出射された測定光を、
半球状レンズの底面であるレンズ反射面において、光導
波路基板の該端面で測定光が屈折させられた方向と同じ
方向に、更に進行方向を曲げる場合には、レンズ反射面
に入射する測定光と該レンズ反射面の法線とのなす角度
θnを式（２）を満たす角度とすることにより、測定光
をレンズ反射面で光導波路基板の長手方向と垂直の方向
に反射し、被測定物に向けて出射・集光することができ
る。
【００１３】 θn＝（９０＋θr）／２ （２） また、図４のように、測定光がレンズ反射面において、
光導波路基板の該端面で測定光が屈折させられた方向と
逆の方向に曲げる場合には、角度θnを式（３）を満た
すようにすることで、測定光を光導波路基板の長手方向
と垂直の方向に反射することができる。
光導波路基板の該端面で測定光が屈折させられた方向と
逆の方向に曲げる場合には、角度θnを式（３）を満た
すようにすることで、測定光を光導波路基板の長手方向
と垂直の方向に反射することができる。
【００１４】 θn＝（９０−θr）／２ （３） ここで、半球状レンズの屈折率をｎLとおくと、角度θn
が式（４）を満足すれば、測定光をレンズ反射面で全反
射させることができる。
が式（４）を満足すれば、測定光をレンズ反射面で全反
射させることができる。
【００１５】 ｎL・ｓｉｎ（θn）＞１ （４） 全反射させることができれば、レンズ反射面に施す反射
膜を省略することができるため、図４に示す方向よりは
図３に示す方向に測定光を反射させた方が、角度θnが
大きく、全反射させ易くなり、半球状レンズのコストを
安価にすることができる。
膜を省略することができるため、図４に示す方向よりは
図３に示す方向に測定光を反射させた方が、角度θnが
大きく、全反射させ易くなり、半球状レンズのコストを
安価にすることができる。
【００１６】被測定物で反射された光は前記と逆の経路
を辿って光導波路基板に入射する。光導波路基板に戻っ
た測定光は前記の参照光と干渉し、その干渉光は受光素
子に向けて光導波路基板から出射される。この干渉光の
強度変化を検出することにより、被測定物の変位が測定
することができるのである。
を辿って光導波路基板に入射する。光導波路基板に戻っ
た測定光は前記の参照光と干渉し、その干渉光は受光素
子に向けて光導波路基板から出射される。この干渉光の
強度変化を検出することにより、被測定物の変位が測定
することができるのである。
【００１７】なお本発明を用いず、測定光を光導波路基
板の長手方向と垂直な方向に折り返し、かつ集光するに
は、図５に示すように折り返した後で集光レンズを設け
る方法、図６に示すように集光レンズを経た後で折り返
す方法の２通りの方法が考えられる。ところが前者は、
光導波路基板から出射した測定光は徐々に拡がり、ビー
ム径が大きくなっていくため、ビーム径の大きな測定光
を全て集光するには開口径の大きな集光レンズ用いざる
を得ない。開口径の大きな集光レンズは焦点距離が長く
なるため、測定可能な穴の径が大きくなるという問題が
ある。
板の長手方向と垂直な方向に折り返し、かつ集光するに
は、図５に示すように折り返した後で集光レンズを設け
る方法、図６に示すように集光レンズを経た後で折り返
す方法の２通りの方法が考えられる。ところが前者は、
光導波路基板から出射した測定光は徐々に拡がり、ビー
ム径が大きくなっていくため、ビーム径の大きな測定光
を全て集光するには開口径の大きな集光レンズ用いざる
を得ない。開口径の大きな集光レンズは焦点距離が長く
なるため、測定可能な穴の径が大きくなるという問題が
ある。
【００１８】一方後者は、集光レンズから焦点までの距
離を長くする必要が生じる。このため、測定光は緩やか
な角度で集光する他なく、被測定物表面からの反射光の
一部しか光導波路に戻らないような光学系、すなわち開
口の小さな光学系を採用せざるを得ない。その結果、Ｓ
Ｎ比の劣化、被測定物の測定可能傾斜角の低下を招いて
しまう。
離を長くする必要が生じる。このため、測定光は緩やか
な角度で集光する他なく、被測定物表面からの反射光の
一部しか光導波路に戻らないような光学系、すなわち開
口の小さな光学系を採用せざるを得ない。その結果、Ｓ
Ｎ比の劣化、被測定物の測定可能傾斜角の低下を招いて
しまう。
【００１９】また図５、図６何れの方法も、折り返し用
の反射鏡と集光レンズの少なくとも二つの光学部品が必
要であり、これらの方法では部品のコストと同時に、二
つの部品を設置する必要があるため、組立工程のコスト
も押し上げていまう。
の反射鏡と集光レンズの少なくとも二つの光学部品が必
要であり、これらの方法では部品のコストと同時に、二
つの部品を設置する必要があるため、組立工程のコスト
も押し上げていまう。
【００２０】
（実施例１） 図１を用いて本発明の第１の実施例につ
いて説明をする。用いられる光導波路基板Ａは、本件出
願人が出願した特願平５−２８４６４３で提案したもの
と実質的に同じであり、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）や
タンタル酸リチウム（LiTaO3）等の電気光学結晶基板１
に光導波路２，３が形成されたものである。光導波路基
板Ａは長手方向に平行な端面１ａ，１ｂと、長手方向に
対して斜めに研磨加工された二つの端面１ｃ，１ｄとを
有している。
いて説明をする。用いられる光導波路基板Ａは、本件出
願人が出願した特願平５−２８４６４３で提案したもの
と実質的に同じであり、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）や
タンタル酸リチウム（LiTaO3）等の電気光学結晶基板１
に光導波路２，３が形成されたものである。光導波路基
板Ａは長手方向に平行な端面１ａ，１ｂと、長手方向に
対して斜めに研磨加工された二つの端面１ｃ，１ｄとを
有している。
【００２１】光導波路３は端部を斜面１ｄに対し０度の
角度、つまり垂直に臨ませており、端面１ｄには光導波
路３の光を効率よく反射できる金属ないし誘電体の反射
鏡５が形成してある。また該光導波路３上には変調用電
極６が形成してあり、該変調用電極６には変調用電気信
号を印加するための電送線７が接続されている。
角度、つまり垂直に臨ませており、端面１ｄには光導波
路３の光を効率よく反射できる金属ないし誘電体の反射
鏡５が形成してある。また該光導波路３上には変調用電
極６が形成してあり、該変調用電極６には変調用電気信
号を印加するための電送線７が接続されている。
【００２２】一方、光導波路２は斜面１ｄに角度を持っ
て形成されている。光導波路端面１ｄからの反射戻り光
強度は、光導波路２と端面１ｄのなす角度θtに強く依
存しており、ニオブ酸リチウム基板を用いた場合にはθ
tを５度以上とすれば反射戻り光は十分に抑制できる。
ニオブ酸リチウム基板の屈折率は約２．２であり、θt
を５度とするとθrは６．０５度となる。
て形成されている。光導波路端面１ｄからの反射戻り光
強度は、光導波路２と端面１ｄのなす角度θtに強く依
存しており、ニオブ酸リチウム基板を用いた場合にはθ
tを５度以上とすれば反射戻り光は十分に抑制できる。
ニオブ酸リチウム基板の屈折率は約２．２であり、θt
を５度とするとθrは６．０５度となる。
【００２３】半球状レンズ１２は、屈折率ｎL＝１．
５、半径Ｒ＝１．５ｍｍの球レンズを半割にした形状を
有しており、レンズ反射面１２ｄは球面の中心１２ｅを
含むように形成されている。さらにレンズ入出射面１２
ｃである球面には無反射膜が施されている。ここで半球
状レンズの屈折率ｎLが１．５であるから、式（４）よ
りレンズ反射面１２ｄの法線とレンズ反射面１２ｄに入
射する測定光のなす角度θnを４２度以上とすれば、測
定光をレンズ反射面１２ｄにおいて全反射させることが
できる。
５、半径Ｒ＝１．５ｍｍの球レンズを半割にした形状を
有しており、レンズ反射面１２ｄは球面の中心１２ｅを
含むように形成されている。さらにレンズ入出射面１２
ｃである球面には無反射膜が施されている。ここで半球
状レンズの屈折率ｎLが１．５であるから、式（４）よ
りレンズ反射面１２ｄの法線とレンズ反射面１２ｄに入
射する測定光のなす角度θnを４２度以上とすれば、測
定光をレンズ反射面１２ｄにおいて全反射させることが
できる。
【００２４】光導波路基板Ａは、外径が半径３ｍｍの円
筒型センサケース１０内に、光導波路２の出射端が該円
筒型センサケース１０の中心に位置するように収められ
ている。半球状レンズ１２は、光導波路２の出射端から
θrが６．０５度の方向に出射される測定光の光軸上
の、該出射端から半球状レンズ１２の球面の中心１２ｅ
までの距離Ｌ1が７．５ｍｍとなる位置に設置した。し
たがって、円筒型センサケース１０の半径方向の中心軸
からの半球状レンズの球面の中心１２ｅまでの距離ｄは
０．７９ｍｍとなる。ここで半球状レンズ１２は、半割
にした円筒型部材１１に固定し、円筒型センサケース１
０に設けた丸穴内で前記円筒型部材１１を回転させるこ
とにより、角度の調整を行った。この方法により、半球
状レンズ１２を、角度θnを４８度に実装すると、測定
光はレンズ反射面１２ｄで全反射し、かつ光導波路基板
Ａの長手方向と垂直の方向、Ｌ2が３．２ｍｍの位置に
集光される。したがって円筒型センサケース１０の外径
は半径３ｍｍであるから、円筒型センサケース１０の外
周から測定光の焦点までの距離である作動距離ＷＤは約
１ｍｍにできた。このことはシリンダなど内径の直径が
７ｍｍ以上の穴の側面の測定が可能であることを示して
いる。
筒型センサケース１０内に、光導波路２の出射端が該円
筒型センサケース１０の中心に位置するように収められ
ている。半球状レンズ１２は、光導波路２の出射端から
θrが６．０５度の方向に出射される測定光の光軸上
の、該出射端から半球状レンズ１２の球面の中心１２ｅ
までの距離Ｌ1が７．５ｍｍとなる位置に設置した。し
たがって、円筒型センサケース１０の半径方向の中心軸
からの半球状レンズの球面の中心１２ｅまでの距離ｄは
０．７９ｍｍとなる。ここで半球状レンズ１２は、半割
にした円筒型部材１１に固定し、円筒型センサケース１
０に設けた丸穴内で前記円筒型部材１１を回転させるこ
とにより、角度の調整を行った。この方法により、半球
状レンズ１２を、角度θnを４８度に実装すると、測定
光はレンズ反射面１２ｄで全反射し、かつ光導波路基板
Ａの長手方向と垂直の方向、Ｌ2が３．２ｍｍの位置に
集光される。したがって円筒型センサケース１０の外径
は半径３ｍｍであるから、円筒型センサケース１０の外
周から測定光の焦点までの距離である作動距離ＷＤは約
１ｍｍにできた。このことはシリンダなど内径の直径が
７ｍｍ以上の穴の側面の測定が可能であることを示して
いる。
【００２５】このように作製した光導波路型変位センサ
で位相変調を行い、Ｓｉ基板上にＳｉを蒸着し作製した
標準試料の蒸着膜の段差を測定したところ、測定精度が
数ｎｍ以下と良好な特性をもつことが確認できた。ま
た、従来測定が困難であった放電加工により作製した直
径が７ｍｍの丸穴の側壁を測定したところ、０．５μｍ
の表面粗さで加工できていることが確認できた。
で位相変調を行い、Ｓｉ基板上にＳｉを蒸着し作製した
標準試料の蒸着膜の段差を測定したところ、測定精度が
数ｎｍ以下と良好な特性をもつことが確認できた。ま
た、従来測定が困難であった放電加工により作製した直
径が７ｍｍの丸穴の側壁を測定したところ、０．５μｍ
の表面粗さで加工できていることが確認できた。
【００２６】（実施例２） 図２を用いて、本発明の第
二の実施例について説明する。屈折率分布型レンズの一
種であるセルフォックレンズ１３には、光軸の屈折率が
１．５５７で、径方向の屈折率分布ｎ（ｒ）が、光軸か
らの距離をｒとしたとき、ｎ（ｒ）＝１．５５７−０．
０４６０ｒ2で表される、光軸方向の長さが４ｍｍのも
のを用いた。ここで端面１３ｃの法線の光導波路基板Ａ
の長手方向に対する角度θSは以下に示す式（５）を満
たすよう、１０．６度に研磨加工し、他方の端面１３ｄ
は０度とし、さらに端面１３ｃ、１３ｄには無反射コー
トを施した。
二の実施例について説明する。屈折率分布型レンズの一
種であるセルフォックレンズ１３には、光軸の屈折率が
１．５５７で、径方向の屈折率分布ｎ（ｒ）が、光軸か
らの距離をｒとしたとき、ｎ（ｒ）＝１．５５７−０．
０４６０ｒ2で表される、光軸方向の長さが４ｍｍのも
のを用いた。ここで端面１３ｃの法線の光導波路基板Ａ
の長手方向に対する角度θSは以下に示す式（５）を満
たすよう、１０．６度に研磨加工し、他方の端面１３ｄ
は０度とし、さらに端面１３ｃ、１３ｄには無反射コー
トを施した。
【００２７】 ｎ0・ｓｉｎ（６．０５＋θS）＝ｎS・ｓｉｎ（θS） （５） ただし、ｎ0、ｎSはそれぞれ空気およびセルフォックレ
ンズの光軸の屈折率でそれぞれ１．０、１．５５７であ
る。
ンズの光軸の屈折率でそれぞれ１．０、１．５５７であ
る。
【００２８】上記セルフォックレンズ１３は、端面１３
ｃを光導波路基板Ａの測定光用入出射面１ｄに相対させ
て配置した。このとき、セルフォックレンズ１３から出
射する測定光は、光導波路基板Ａの長手方向と平行にな
り、また測定光の拡がり角は、光導波路基板Ａから出射
したときの測定光の拡がり角より低減され、完全な平行
光に近い準コリメイト光線となる。この準コリメイト光
線に対し、実施例１に記載したのと同じ半球状レンズ１
２をＬ1が６ｍｍとなるように配置した。さらに半球状
レンズ１２のレンズ反射面１２ｄの法線と光導波路基板
Ａの長手方向のなす角度を４５度となるように半球状レ
ンズ１２を実装した。このとき、角度θnも４５度とな
るため、光導波路基板Ａの長手方向と垂直の方向で、Ｌ
2が３．６ｍｍの位置に測定光は集光される。したがっ
て、円筒型センサケース１０の外径を半径３ｍｍとする
と、作動距離ＷＤは０．６ｍｍになり、内径の直径が
６．６ｍｍの穴の側壁の測定が可能であることを示して
いる。
ｃを光導波路基板Ａの測定光用入出射面１ｄに相対させ
て配置した。このとき、セルフォックレンズ１３から出
射する測定光は、光導波路基板Ａの長手方向と平行にな
り、また測定光の拡がり角は、光導波路基板Ａから出射
したときの測定光の拡がり角より低減され、完全な平行
光に近い準コリメイト光線となる。この準コリメイト光
線に対し、実施例１に記載したのと同じ半球状レンズ１
２をＬ1が６ｍｍとなるように配置した。さらに半球状
レンズ１２のレンズ反射面１２ｄの法線と光導波路基板
Ａの長手方向のなす角度を４５度となるように半球状レ
ンズ１２を実装した。このとき、角度θnも４５度とな
るため、光導波路基板Ａの長手方向と垂直の方向で、Ｌ
2が３．６ｍｍの位置に測定光は集光される。したがっ
て、円筒型センサケース１０の外径を半径３ｍｍとする
と、作動距離ＷＤは０．６ｍｍになり、内径の直径が
６．６ｍｍの穴の側壁の測定が可能であることを示して
いる。
【００２９】セルフォックレンズ１３から出射される測
定光が完全にコリメイトされるよう、セルフォックレン
ズの光軸方向の長さを６．４６ｍｍ（０．２５ピッチ）
とすると、集光特性は改善され、横方向の分解能が向上
するが、この場合、該セルフォックレンズ１３の端面１
３ｄからの反射戻り光が光導波路基板Ａの測定光用入出
射端面１ｄに集光され、光導波路２に戻るため、測定精
度の劣化を招くという問題が生じることになる。上記の
ようにセルフォックレンズ１３の光軸方向の長さを４ｍ
ｍとすると、反射戻り光は、光導波路基板Ａの測定光用
入出射端面１ｄでビーム直径が２５０μｍに拡がるた
め、光導波路２に戻る光量は僅かとなり、測定精度を劣
化させることはない。
定光が完全にコリメイトされるよう、セルフォックレン
ズの光軸方向の長さを６．４６ｍｍ（０．２５ピッチ）
とすると、集光特性は改善され、横方向の分解能が向上
するが、この場合、該セルフォックレンズ１３の端面１
３ｄからの反射戻り光が光導波路基板Ａの測定光用入出
射端面１ｄに集光され、光導波路２に戻るため、測定精
度の劣化を招くという問題が生じることになる。上記の
ようにセルフォックレンズ１３の光軸方向の長さを４ｍ
ｍとすると、反射戻り光は、光導波路基板Ａの測定光用
入出射端面１ｄでビーム直径が２５０μｍに拡がるた
め、光導波路２に戻る光量は僅かとなり、測定精度を劣
化させることはない。
【００３０】
【発明の効果】以上のように本発明を用いることによ
り、例えば直径が６．６ｍｍの穴の側面の表面粗さや形
状を測定することができる光導波路型変位センサを実現
することができた。また、同時に測定光の集光と光路の
折り曲げが一つの部品でできるため、光学部品点数と組
立コストの削減が可能となった。
り、例えば直径が６．６ｍｍの穴の側面の表面粗さや形
状を測定することができる光導波路型変位センサを実現
することができた。また、同時に測定光の集光と光路の
折り曲げが一つの部品でできるため、光学部品点数と組
立コストの削減が可能となった。
【図１】図１は、本発明の第１の実施例を示した概略図
である。
である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施例を示した概略図
である。
である。
【図３】図３は、半球状レンズの配置方向と測定光の反
射方向の一例を示す図である。
射方向の一例を示す図である。
【図４】図４は、半球状レンズの配置方向と測定光の反
射方向の別の例を示す図である。
射方向の別の例を示す図である。
【図５】図５は、測定光折り返し用プリズムと集光用レ
ンズを用いた光導波路型変位センサの一例を示した概略
図である。
ンズを用いた光導波路型変位センサの一例を示した概略
図である。
【図６】図６は、測定光折り返し用プリズムと集光用レ
ンズを用いた光導波路型変位センサの別の例を示した概
略図である。
ンズを用いた光導波路型変位センサの別の例を示した概
略図である。
Ａ 光導波路基板 Ｌ 測定光 Ｌ1 光導波路基板の測定光用入出射端面から半球状レ
ンズの球面の中心までの距離 Ｌ2 半球レンズの球面の中心から焦点までの距離 ｄ 円筒型センサケースの中心軸からの半球状レンズの
球面の中心までの距離 ＷＤ 作動距離 Ｆ１、Ｆ２ 光ファイバ １ ニオブ酸リチウム結晶基板 １ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 光導波路基板端面 ２、３ 光導波路 ４ 方向性結合器 ５ 反射鏡 ６ 変調用電極 ７ 電送線 １０ 円筒型センサケース １１ 円筒型部材 １２ 半球状レンズ １２ｃ レンズ入出射面 （球面） １２ｄ レンズ反射面 １２ｅ 球面の中心 １３ セルフォックレンズ １３ｃ、１３ｄ セルフォックレンズ端面 １４ 折り返し用プリズム １５ 集光用レンズ
ンズの球面の中心までの距離 Ｌ2 半球レンズの球面の中心から焦点までの距離 ｄ 円筒型センサケースの中心軸からの半球状レンズの
球面の中心までの距離 ＷＤ 作動距離 Ｆ１、Ｆ２ 光ファイバ １ ニオブ酸リチウム結晶基板 １ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 光導波路基板端面 ２、３ 光導波路 ４ 方向性結合器 ５ 反射鏡 ６ 変調用電極 ７ 電送線 １０ 円筒型センサケース １１ 円筒型部材 １２ 半球状レンズ １２ｃ レンズ入出射面 （球面） １２ｄ レンズ反射面 １２ｅ 球面の中心 １３ セルフォックレンズ １３ｃ、１３ｄ セルフォックレンズ端面 １４ 折り返し用プリズム １５ 集光用レンズ
Claims (4)
- 【請求項１】 長手方向の両端面のうち少なくとも一方
の端面を該長手方向に対して斜面とし該斜面に測定光用
入出力端を形成した光導波路基板と、光源から出力され
る光源光を該光導波路基板に導く光ファイバと、該光導
波路基板から出力される干渉信号光を受光装置に導く光
ファイバと、該光導波路基板表面に設けられた参照光及
び／あるいは測定光を変調するための変調用電極に変調
用電気信号を印加するための電送線とを備えた光導波路
型変位センサにおいて、光導波路基板の長手方向と垂直
な方向に測定光を折り返し、かつ集光するための半球状
レンズを備えたことを特徴とする光導波路型変位セン
サ。 - 【請求項２】 該光導波路基板の測定光用入出力端面と
該半球状レンズの間に、該測定光用入出力端面から斜め
に出射する測定光を完全な平行光ではない準コリメイト
光線に変える屈折率分布型レンズを備えたことを特徴と
する請求項１に記載の光導波路型変位センサ。 - 【請求項３】 該光導波路基板上には表面に少なくとも
光導波路と方向性結合器が形成され、該光導波路基板の
長手方向の一端には光源光用入力端と干渉信号光用出力
端が形成され、他端面には該測定光入出力端と参照光用
反射鏡が形成されていることを特徴とする請求項１ある
いは２に記載の光導波路型変位センサ。 - 【請求項４】 球面と該球面の曲率の中心を含む平面と
から外周面が形成されており、屈折率が１より大きなこ
とを特徴とする請求項１に記載の半球状レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7286895A JPH08271209A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 光導波路型変位センサおよびそれに用いる半球状レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7286895A JPH08271209A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 光導波路型変位センサおよびそれに用いる半球状レンズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08271209A true JPH08271209A (ja) | 1996-10-18 |
Family
ID=13501739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7286895A Pending JPH08271209A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 光導波路型変位センサおよびそれに用いる半球状レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08271209A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007526468A (ja) * | 2004-03-04 | 2007-09-13 | カール マール ホールディング ゲーエムベーハー | 光学測定ヘッド |
| US8933417B2 (en) | 2009-01-26 | 2015-01-13 | Wallac Oy | Combined lens and reflector, and an optical apparatus using the same |
| JP2017181172A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | キヤノンマーケティングジャパン株式会社 | レンズユニット、計測装置、および計測システム |
-
1995
- 1995-03-30 JP JP7286895A patent/JPH08271209A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007526468A (ja) * | 2004-03-04 | 2007-09-13 | カール マール ホールディング ゲーエムベーハー | 光学測定ヘッド |
| US8933417B2 (en) | 2009-01-26 | 2015-01-13 | Wallac Oy | Combined lens and reflector, and an optical apparatus using the same |
| JP2017181172A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | キヤノンマーケティングジャパン株式会社 | レンズユニット、計測装置、および計測システム |
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