JPH08271215A - 光導波路型変位センサ - Google Patents
光導波路型変位センサInfo
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- JPH08271215A JPH08271215A JP7172895A JP7172895A JPH08271215A JP H08271215 A JPH08271215 A JP H08271215A JP 7172895 A JP7172895 A JP 7172895A JP 7172895 A JP7172895 A JP 7172895A JP H08271215 A JPH08271215 A JP H08271215A
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- optical waveguide
- light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 測定条件や目的に応じて集光用光学系の交換
が可能な光導波路型変位センサを提供する。 【構成】 少なくとも一方の端面を長手方向に対して斜
面としその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光導波路２に導
く光ファイバ１４と、光導波路基板１から出力される干
渉信号を受光装置に導く光ファイバ１５と、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Ｌ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８，８とを備えたセンサ・ヘッドＢと、このセ
ンサ・ヘッドＢから射出された測定光Ｌを被測定物に向
けて集光するためのレンズ２０を備えたセンサ・キャッ
プＤとから構成され、センサ・ヘッドＢとこのセンサ・
キャップＤとが脱着できるようにした光導波路型変位セ
ンサ。
が可能な光導波路型変位センサを提供する。 【構成】 少なくとも一方の端面を長手方向に対して斜
面としその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光導波路２に導
く光ファイバ１４と、光導波路基板１から出力される干
渉信号を受光装置に導く光ファイバ１５と、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Ｌ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８，８とを備えたセンサ・ヘッドＢと、このセ
ンサ・ヘッドＢから射出された測定光Ｌを被測定物に向
けて集光するためのレンズ２０を備えたセンサ・キャッ
プＤとから構成され、センサ・ヘッドＢとこのセンサ・
キャップＤとが脱着できるようにした光導波路型変位セ
ンサ。
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型変位センサに関する。
定物の変位測定を行う光導波型変位センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光導波路型変位センサにおいて、
工学的干渉計で変位を測定する方法の一つとして、マイ
ケルソン干渉計の原理を利用した光導波路型変位センサ
がある。マイケルソン干渉計をニオブ酸リチウム（LiNb
O3）やタンタル酸リチウム（LiTaO3）等の電気光学結晶
基板上に構成すれば、複雑な光学系の位置合わせが不要
でかつ小型な変位計が実現できる。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。
工学的干渉計で変位を測定する方法の一つとして、マイ
ケルソン干渉計の原理を利用した光導波路型変位センサ
がある。マイケルソン干渉計をニオブ酸リチウム（LiNb
O3）やタンタル酸リチウム（LiTaO3）等の電気光学結晶
基板上に構成すれば、複雑な光学系の位置合わせが不要
でかつ小型な変位計が実現できる。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。
【０００３】そこで従来の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
光を十分に抑制する必要が生じる。
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
光を十分に抑制する必要が生じる。
【０００４】しかし光導波路からの出射光は屈折のため
光導波路基板の長手方向と平行にはならず、集光レンズ
を該出射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る。
光導波路基板の長手方向と平行にはならず、集光レンズ
を該出射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る。
【０００５】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
ような技術に関しては本件出願人が特願平６−１６５４
４号で提案している。
レンズの一方の端面を斜めに研磨する方法がある。この
ような技術に関しては本件出願人が特願平６−１６５４
４号で提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の光導波路型変位
センサにあっては、測定光の進行方向に対する測定可能
範囲は、波面が平面波に近い範囲に限定されるため、集
光系の焦点深度で限定されることになる。また、測定可
能傾斜角や横方向の分解能も集光系の特性に依存し、こ
れらの特性と上記測定可能範囲との間には相反する関係
がある。また細い穴の内側面等を測定するためには、セ
ンサの長手方向と直角に測定光を出射させる必要があ
る。
センサにあっては、測定光の進行方向に対する測定可能
範囲は、波面が平面波に近い範囲に限定されるため、集
光系の焦点深度で限定されることになる。また、測定可
能傾斜角や横方向の分解能も集光系の特性に依存し、こ
れらの特性と上記測定可能範囲との間には相反する関係
がある。また細い穴の内側面等を測定するためには、セ
ンサの長手方向と直角に測定光を出射させる必要があ
る。
【０００７】したがって、万能な光学系を設計すること
は不可能であり、被測定物の特徴あるいは測定目的に応
じて集光用光学系の構成を変えた光導波路型センサを用
意する必要があった。
は不可能であり、被測定物の特徴あるいは測定目的に応
じて集光用光学系の構成を変えた光導波路型センサを用
意する必要があった。
【０００８】またさらに従来の光導波路型変位センサ
は、光導波路基板からの出射光の光軸が光導波路基板の
長手方向と必ずしも平行でないため集光用光学系の設
計、制作等が難しくなるという問題があった。
は、光導波路基板からの出射光の光軸が光導波路基板の
長手方向と必ずしも平行でないため集光用光学系の設
計、制作等が難しくなるという問題があった。
【０００９】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、測定条件や目的に応じて集光用光学系の交換が
可能な光導波路型変位センサを提供しようとするもので
ある。
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、測定条件や目的に応じて集光用光学系の交換が
可能な光導波路型変位センサを提供しようとするもので
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光導波路型変位センサは、長手方向の両端
面のうち少なくとも一方の端面を長手方向に対して斜面
としこの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光導波路基板に導く
光ファイバと、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、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
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
たセンサ・ヘッドと、センサ・ヘッドから出射された測
定光を被測定物に向けて集光させるためのレンズを備え
たセンサ・キャップとを備えており、このセンサ・ヘッ
ドと、このセンサ・キャップとが脱着できるようにした
ものである。
め、本発明の光導波路型変位センサは、長手方向の両端
面のうち少なくとも一方の端面を長手方向に対して斜面
としこの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光導波路基板に導く
光ファイバと、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、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
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
たセンサ・ヘッドと、センサ・ヘッドから出射された測
定光を被測定物に向けて集光させるためのレンズを備え
たセンサ・キャップとを備えており、このセンサ・ヘッ
ドと、このセンサ・キャップとが脱着できるようにした
ものである。
【００１１】またセンサ・ヘッドにおいて、測定光の入
出力用光導波路の方向は、光導波路基板端面の法線に対
して式（１）に従う角度θw となるようにすると良い。
出力用光導波路の方向は、光導波路基板端面の法線に対
して式（１）に従う角度θw となるようにすると良い。
【００１２】 ｎw ｓｉｎ（θw ）＝ｎ0 ｓｉｎ（θt ） ‥‥‥（１） ただし、ｎ0 ，ｎW はそれぞれ空気および光導波路基板
の屈折率、θt は光導波路基板の長手方向と光導波路基
板端面の法線のなす角度である。
の屈折率、θt は光導波路基板の長手方向と光導波路基
板端面の法線のなす角度である。
【００１３】あるいは、測定光用入出力端から出射する
測定光の進行方向が光導波路基板の長手方向に平行でな
い場合には、プリズムにより進行方向を屈折させ、その
プリズムの光導波路基板端面に相対する端面の法線に対
する光導波路基板の長手方向のなす角度θP が式（２）
を満たすようにするとよい。
測定光の進行方向が光導波路基板の長手方向に平行でな
い場合には、プリズムにより進行方向を屈折させ、その
プリズムの光導波路基板端面に相対する端面の法線に対
する光導波路基板の長手方向のなす角度θP が式（２）
を満たすようにするとよい。
【００１４】 ｎ0 ｓｉｎ（θr ＋θP ）＝ｎP ｓｉｎ（θP ） ‥‥（２） ただし、ｎ0 ，ｎP はそれぞれ空気およびプリズムの屈
折率、θr は測定光用入出力端から出射される測定光の
進行方向と光導波路基板の長手方向とのなす角度であ
る。
折率、θr は測定光用入出力端から出射される測定光の
進行方向と光導波路基板の長手方向とのなす角度であ
る。
【００１５】さらに、測定光の入出力用光導波路の光導
波路基板端面の法線に対する角度θ w は5 度以上が好ま
しい。
波路基板端面の法線に対する角度θ w は5 度以上が好ま
しい。
【００１６】また、センサ・ヘッドから出射された測定
光の進行方向を90度折り曲げるためには鏡とレンズとか
らなるセンサ・キャップを用いるとよい。
光の進行方向を90度折り曲げるためには鏡とレンズとか
らなるセンサ・キャップを用いるとよい。
【００１７】
【作用】上記のように構成された光導波路型変位センサ
において、光源から出射された光は、光ファイバを介し
て光導波路に導かれ、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、光導波路基板端面の法線が
該光導波路基板の長手方向に対してθt となるように斜
めに形成されている端面に導かれる。
において、光源から出射された光は、光ファイバを介し
て光導波路に導かれ、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、光導波路基板端面の法線が
該光導波路基板の長手方向に対してθt となるように斜
めに形成されている端面に導かれる。
【００１８】一方の光は該端面に垂直に入射し、端面に
設けられている反射鏡により反射され参照光として再び
方向性結合器へ戻ってくる。他方の光は、光導波路基板
端面の法線に対して角度θw となるように形成された光
導波路から出射される。
設けられている反射鏡により反射され参照光として再び
方向性結合器へ戻ってくる。他方の光は、光導波路基板
端面の法線に対して角度θw となるように形成された光
導波路から出射される。
【００１９】ここで、角度θt と角度θw とが式（１）
を満足する場合は、測定光の光軸が光導波路基板の長手
方向と平行になるように光導波路基板端面から出射され
る。ただし変位測定精度を落すと反射戻り光の光量は角
度θw に依存し、角度θw が大きくなるにつれて減少す
る。そこで反射戻り光を抑制するために、角度θw は5
度以上であることが好ましい。
を満足する場合は、測定光の光軸が光導波路基板の長手
方向と平行になるように光導波路基板端面から出射され
る。ただし変位測定精度を落すと反射戻り光の光量は角
度θw に依存し、角度θw が大きくなるにつれて減少す
る。そこで反射戻り光を抑制するために、角度θw は5
度以上であることが好ましい。
【００２０】しかし、式（１）を満足しない場合には、
測定光の進行方向は光導波路基板の長手方向に対して角
度θr の方向に出射されるが、測定光の光軸が光導波路
基板の長手方向と平行でないと測定光集光用のセンサ・
キャップの作製が難しくなるので、式（２）を満足する
ようなプリズムを用いて、測定光の進行方向を光導波路
基板の長手方向に平行になるように屈折させる。ただし
角度θw は上述のように5 度以上であることが好まし
い。
測定光の進行方向は光導波路基板の長手方向に対して角
度θr の方向に出射されるが、測定光の光軸が光導波路
基板の長手方向と平行でないと測定光集光用のセンサ・
キャップの作製が難しくなるので、式（２）を満足する
ようなプリズムを用いて、測定光の進行方向を光導波路
基板の長手方向に平行になるように屈折させる。ただし
角度θw は上述のように5 度以上であることが好まし
い。
【００２１】また角度θP は大きくなるとレンズで集光
する際に収差を生じるため、集光特性が悪化し横方向の
分解能が得られなくなる。光導波路基板の長手方向に対
して角度θr で出射する測定光に対して、式（２）を満
足するような角度θP を与えたプリズムと、プリズムか
ら出射される測定光を等倍で集光する無収差レンズ（ｆ
1 ＝ｆ2 であり、点光源をｆ1 の位置に置いたとき、ｆ
2 の位置に焦点を結ぶ収差の無いレンズ）を仮定したと
き、焦点のボケからプリズムの収差が評価できる。
する際に収差を生じるため、集光特性が悪化し横方向の
分解能が得られなくなる。光導波路基板の長手方向に対
して角度θr で出射する測定光に対して、式（２）を満
足するような角度θP を与えたプリズムと、プリズムか
ら出射される測定光を等倍で集光する無収差レンズ（ｆ
1 ＝ｆ2 であり、点光源をｆ1 の位置に置いたとき、ｆ
2 の位置に焦点を結ぶ収差の無いレンズ）を仮定したと
き、焦点のボケからプリズムの収差が評価できる。
【００２２】このような光学系を仮定して光線追跡法に
よる計算機シュミレーションを行ったところ図３に示す
ような結果が得られた。ただし光導波路基板端面から出
射される測定光の広がり角は実測値に照らして半角で0.
05 radとした。また、光導波路基板端面からプリズムま
での距離を１mm、プリズムの屈折率を1.557 とした。例
えば上記のような条件の下では、ボケを1 μｍ以下にす
るにはθP は13度以下でなければならない。
よる計算機シュミレーションを行ったところ図３に示す
ような結果が得られた。ただし光導波路基板端面から出
射される測定光の広がり角は実測値に照らして半角で0.
05 radとした。また、光導波路基板端面からプリズムま
での距離を１mm、プリズムの屈折率を1.557 とした。例
えば上記のような条件の下では、ボケを1 μｍ以下にす
るにはθP は13度以下でなければならない。
【００２３】センサ・ヘッドから出射された測定光Ｌ
は、該センサ・ヘッドと分離可能な部品として作成され
たセンサ・キャップに入射し、被測定物に向けて出射さ
れ、被測定物から反射された光は前記と逆の経路をたど
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、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される。
は、該センサ・ヘッドと分離可能な部品として作成され
たセンサ・キャップに入射し、被測定物に向けて出射さ
れ、被測定物から反射された光は前記と逆の経路をたど
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、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される。
【００２４】焦点距離の短いレンズを使用したセンサ・
キャップを用いれば、測定可能傾斜角は広く、横方向の
分解能は高くなり、また焦点距離の長いレンズを使用し
たセンサ・キャップを用いれば、測定光の進行方向に対
する測定可能範囲が広くなる。
キャップを用いれば、測定可能傾斜角は広く、横方向の
分解能は高くなり、また焦点距離の長いレンズを使用し
たセンサ・キャップを用いれば、測定光の進行方向に対
する測定可能範囲が広くなる。
【００２５】また、測定光集光用のレンズの他に測定光
の進行方向を90度折り曲げるための鏡を設けることによ
り、細い穴にセンサ・キャップを挿入して細い穴の内面
等の変位が計測され得る。
の進行方向を90度折り曲げるための鏡を設けることによ
り、細い穴にセンサ・キャップを挿入して細い穴の内面
等の変位が計測され得る。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明に係る光導波路型変位センサの第１実施例
に関する説明図である。
１は、本発明に係る光導波路型変位センサの第１実施例
に関する説明図である。
【００２７】Ａは、本実施例に用いられる光導波路基板
であって、本件出願人が出願した特願平５−２８４６４
３号で提案したものと実質的に同じであり、その構成に
ついて述べれば、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）やタンタ
ル酸リチウム（LiTaO3）等を素材とする長手方向に平行
な側面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とを有している電気光学結晶
基板１に、光導波路２，３が形成されていて、さらにこ
の光導波路３上には変調用電極６が形成されている。
であって、本件出願人が出願した特願平５−２８４６４
３号で提案したものと実質的に同じであり、その構成に
ついて述べれば、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）やタンタ
ル酸リチウム（LiTaO3）等を素材とする長手方向に平行
な側面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とを有している電気光学結晶
基板１に、光導波路２，３が形成されていて、さらにこ
の光導波路３上には変調用電極６が形成されている。
【００２８】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た光導波路であって、端面１ｄには
光導波路３の光を効率よく反射できる金属あるいは誘導
体から成る反射鏡５が配置されている。光導波路２は斜
面１ｄに対し角度をもって設けられている。一方、端面
１ｃに臨む光導波路２には、光ファイバ１４によりレー
ザ光が入力され、また光導波路３からは、干渉光が光フ
ァイバ１５により、受光素子に導かれるようになってい
る。
つまり垂直に臨ませた光導波路であって、端面１ｄには
光導波路３の光を効率よく反射できる金属あるいは誘導
体から成る反射鏡５が配置されている。光導波路２は斜
面１ｄに対し角度をもって設けられている。一方、端面
１ｃに臨む光導波路２には、光ファイバ１４によりレー
ザ光が入力され、また光導波路３からは、干渉光が光フ
ァイバ１５により、受光素子に導かれるようになってい
る。
【００２９】光導波路端面からの反射戻り光の強度は、
光導波路と端面のなす角度θw に強く依存し、θw を5
度以上とすれば反射戻り光は十分に抑制できる。またニ
オブ酸リチウム基板の屈折率は約2.2 であるので、θt
を13度、θw を5.9 度として、光導波路基板から出射さ
れる測定光の進行方向が光導波路基板の長手方向と平行
になるようにされている。
光導波路と端面のなす角度θw に強く依存し、θw を5
度以上とすれば反射戻り光は十分に抑制できる。またニ
オブ酸リチウム基板の屈折率は約2.2 であるので、θt
を13度、θw を5.9 度として、光導波路基板から出射さ
れる測定光の進行方向が光導波路基板の長手方向と平行
になるようにされている。
【００３０】つぎに、図１（ｂ）および（ｃ）を用い
て、以下に実装方法について説明する。
て、以下に実装方法について説明する。
【００３１】１０は、直径6 mmの半円筒形のステンレス
ケースであって、光導波路基板Ａを納められるようにな
っていて、該ステンレスケース１０の中心軸に測定光Ｌ
の光軸が一致するよう設けてある。また測定光出射側に
オスネジ１１が形成されている。変調用電極６は、ボン
ディング用パッド７と金のファインワイヤ８を介して電
気的に結線され、さらにボンディング用パッド７には、
金電極９が形成されていてリード線１６, １７が半田付
けされている。以上の実装を終え、センサ・ヘッドＢ
に、センサ・ヘッドの蓋Ｃを被せて接着する。
ケースであって、光導波路基板Ａを納められるようにな
っていて、該ステンレスケース１０の中心軸に測定光Ｌ
の光軸が一致するよう設けてある。また測定光出射側に
オスネジ１１が形成されている。変調用電極６は、ボン
ディング用パッド７と金のファインワイヤ８を介して電
気的に結線され、さらにボンディング用パッド７には、
金電極９が形成されていてリード線１６, １７が半田付
けされている。以上の実装を終え、センサ・ヘッドＢ
に、センサ・ヘッドの蓋Ｃを被せて接着する。
【００３２】Ｄは、測定光集光用レンズに焦点距離が3.
6 mmの球面レンズを用い、光導波路基板の長手方向に測
定光を集光させるセンサ・キャップであり、Ｅは、長手
方向と直角に集光させるセンサ・キャップである。
6 mmの球面レンズを用い、光導波路基板の長手方向に測
定光を集光させるセンサ・キャップであり、Ｅは、長手
方向と直角に集光させるセンサ・キャップである。
【００３３】センサ・キャップＤはレンズ２０を円筒形
のレンズホルダー２１に納めたものであり、センサ・キ
ャップＥはレンズ２０とプリズム型反射鏡２３を、側面
にレンズ２０を設置するための穴の開いた円筒形のレン
ズホルダー２４に納めたものである。何れも光導波路基
板端面１ｄからレンズ２０までの距離を10mmとし、レン
ズ２０から被測定物までの作動距離を5.6 mmとしてあ
る。また、レンズホルダー２１には、センサ・ヘッドＢ
に螺合可能なメスネジ２２が設けられている。
のレンズホルダー２１に納めたものであり、センサ・キ
ャップＥはレンズ２０とプリズム型反射鏡２３を、側面
にレンズ２０を設置するための穴の開いた円筒形のレン
ズホルダー２４に納めたものである。何れも光導波路基
板端面１ｄからレンズ２０までの距離を10mmとし、レン
ズ２０から被測定物までの作動距離を5.6 mmとしてあ
る。また、レンズホルダー２１には、センサ・ヘッドＢ
に螺合可能なメスネジ２２が設けられている。
【００３４】このように構成した光導波路型変位センサ
で位相変調を行い、被測定物の変位を測定すると、測定
光Ｌは光導波路基板Ａの長手方向と平行に射出すること
が可能となり、集光用光学系の設計、制作等を容易にす
ることができる。また光導波路基板Ａの射出側端面を、
長手方向に対して斜めに研磨された端面１ｄに形成する
ことによって、光導波路端面１ｄからの反射戻り光は、
長手方向に対して斜めに反射されて光導波路２へ戻りに
くくして変位測定精度の悪化を防止することがきる。
で位相変調を行い、被測定物の変位を測定すると、測定
光Ｌは光導波路基板Ａの長手方向と平行に射出すること
が可能となり、集光用光学系の設計、制作等を容易にす
ることができる。また光導波路基板Ａの射出側端面を、
長手方向に対して斜めに研磨された端面１ｄに形成する
ことによって、光導波路端面１ｄからの反射戻り光は、
長手方向に対して斜めに反射されて光導波路２へ戻りに
くくして変位測定精度の悪化を防止することがきる。
【００３５】またセンサ・キャップＤを測定条件や目的
に応じて適宜付け替えることによって焦点距離の異なる
レンズに適宜交換することが可能となり、焦点距離の短
いレンズを使用したセンサ・キャップを用いれば、測定
可能傾斜角は広く、横方向の分解能は高くなり、また焦
点距離の長いレンズを使用したセンサ・キャップを用い
れば、測定光の進行方向に対する測定可能範囲を広くす
ることができる。
に応じて適宜付け替えることによって焦点距離の異なる
レンズに適宜交換することが可能となり、焦点距離の短
いレンズを使用したセンサ・キャップを用いれば、測定
可能傾斜角は広く、横方向の分解能は高くなり、また焦
点距離の長いレンズを使用したセンサ・キャップを用い
れば、測定光の進行方向に対する測定可能範囲を広くす
ることができる。
【００３６】また測定光集光用のレンズ２０の他に測定
光の進行方向を90度折り曲げるための鏡２３を設けたセ
ンサ・キャップＥにより、測定光Ｌの進行方向が90度に
折り曲げられて、センサ・キャップＥを細い穴の中に挿
入すれば、測定光Ｌを細い穴の内面等に照射され、細い
穴の内面等の変位を計測することが可能となる。
光の進行方向を90度折り曲げるための鏡２３を設けたセ
ンサ・キャップＥにより、測定光Ｌの進行方向が90度に
折り曲げられて、センサ・キャップＥを細い穴の中に挿
入すれば、測定光Ｌを細い穴の内面等に照射され、細い
穴の内面等の変位を計測することが可能となる。
【００３７】次に、このような構成の光導波路型変位セ
ンサにより得られた測定データについて述べる。センサ
・キャップＤを装着した光導波路型変位センサは平板状
の試料表面、センサ・キャップＥを装着した光導波路型
変位センサは内径12mmの円筒形試料の内側面に対して使
用し、変位測定を行ったところ、測定精度が数ｎｍ以下
と良好なものであった。このことは実験的にも、不要反
射戻り光が十分に抑制されていることを示唆している。
さらに、集光特性を評価するために、ニオブ酸リチウム
基板上に形成したライン／スペースを測定し4 μｍ以下
の横方向の分解能があることを確認した。
ンサにより得られた測定データについて述べる。センサ
・キャップＤを装着した光導波路型変位センサは平板状
の試料表面、センサ・キャップＥを装着した光導波路型
変位センサは内径12mmの円筒形試料の内側面に対して使
用し、変位測定を行ったところ、測定精度が数ｎｍ以下
と良好なものであった。このことは実験的にも、不要反
射戻り光が十分に抑制されていることを示唆している。
さらに、集光特性を評価するために、ニオブ酸リチウム
基板上に形成したライン／スペースを測定し4 μｍ以下
の横方向の分解能があることを確認した。
【００３８】図２は、本発明に係る光導波路型変位セン
サの第２実施例に関する説明図である。本実施例で用い
られる光導波路基板Ａは実質的に実施例１と同一であ
る。
サの第２実施例に関する説明図である。本実施例で用い
られる光導波路基板Ａは実質的に実施例１と同一であ
る。
【００３９】３は、端部を斜面１ｄに対し０度の角度で
臨ませた光導波路であり、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から成る反射鏡
５が形成されていて、該光導波路３上には変調用電極６
が設けられている。
臨ませた光導波路であり、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から成る反射鏡
５が形成されていて、該光導波路３上には変調用電極６
が設けられている。
【００４０】一方、光導波路２は、光導波路基板の長手
方向と平行に形成し、斜面１ｄは角度θt を5 度、すな
わち角度θw が5 度で形成されている。ニオブ酸リチウ
ム基板の屈折率ｎw は約2.2 であるから、光導波路基板
から出射された測定光が光導波路基板の長手方向となす
角度θr は、6.05度となる。
方向と平行に形成し、斜面１ｄは角度θt を5 度、すな
わち角度θw が5 度で形成されている。ニオブ酸リチウ
ム基板の屈折率ｎw は約2.2 であるから、光導波路基板
から出射された測定光が光導波路基板の長手方向となす
角度θr は、6.05度となる。
【００４１】この光導波路基板の長手方向から傾いて出
射された測定光を長手方向に平行な方向に屈折させるた
めに以下に示すプリズムが使用されている。プリズムに
は屈折率ｎP が1.557 のガラス製の円筒形プリズム１２
が用いられている。円筒形プリズム１２の光導波路基板
端面１ｄに相対する端面１２ｃの角度θP は式（２）を
満たすように10.6度に研磨加工され、光導波路基板端面
１ｄに相対する円筒形プリズム１２の他方の端面１２ｄ
の角度は0 度に形成されている。
射された測定光を長手方向に平行な方向に屈折させるた
めに以下に示すプリズムが使用されている。プリズムに
は屈折率ｎP が1.557 のガラス製の円筒形プリズム１２
が用いられている。円筒形プリズム１２の光導波路基板
端面１ｄに相対する端面１２ｃの角度θP は式（２）を
満たすように10.6度に研磨加工され、光導波路基板端面
１ｄに相対する円筒形プリズム１２の他方の端面１２ｄ
の角度は0 度に形成されている。
【００４２】この方法によって、プリズムから出射され
る測定光は光導波路基板Ａの長手方向に平行となる。ま
た、円筒形プリズム１２の長さを5 mmとすると、円筒形
プリズムの端面１２ｄからの反射戻り光は光導波路基板
端面１ｄで1.3 mm以上に広がるため、光導波路２には僅
かしか戻らず、測定精度を劣化させることはない。
る測定光は光導波路基板Ａの長手方向に平行となる。ま
た、円筒形プリズム１２の長さを5 mmとすると、円筒形
プリズムの端面１２ｄからの反射戻り光は光導波路基板
端面１ｄで1.3 mm以上に広がるため、光導波路２には僅
かしか戻らず、測定精度を劣化させることはない。
【００４３】つぎに、図２（ｂ）を用いて実装方法を説
明する。実施例１と同様、変調用電極６は、ボンデンィ
ング用パッド７と金のファインワイヤ８を介して電気的
に結線されており、さらにボンディング用パッド７には
金電極９が形成されていて、リード線１６, １７が半田
付けされている。以上の実装を終え、実施例１同様、全
体をステンレスケース１０に納めた。１０は、直径6 mm
の半円筒形のステンレスケースであって、該ステンレス
ケース１０の中心軸に測定光Ｌの光軸が一致するように
設けてあり、また測定光出射側にオスネジを設けてい
る。
明する。実施例１と同様、変調用電極６は、ボンデンィ
ング用パッド７と金のファインワイヤ８を介して電気的
に結線されており、さらにボンディング用パッド７には
金電極９が形成されていて、リード線１６, １７が半田
付けされている。以上の実装を終え、実施例１同様、全
体をステンレスケース１０に納めた。１０は、直径6 mm
の半円筒形のステンレスケースであって、該ステンレス
ケース１０の中心軸に測定光Ｌの光軸が一致するように
設けてあり、また測定光出射側にオスネジを設けてい
る。
【００４４】センサ・キャップＥ，Ｄには、光導波路基
板端面からレンズまでの距離が11.6mmとなる位置に、焦
点距離が実施例１と同じ3.6 mmの球面レンズ２０を、測
定光を光導波路基板の長手方向に集光できるよう配置し
たものを用いた。光導波路基板端面からレンズまでの距
離は、実効的な特性が実施例１と同じになるよう計算に
より算出された。また、レンズホルダ２１には実施例１
と同様にメスネジ２２が切ってあり、センサ・ヘッドと
結合できるようになっている。
板端面からレンズまでの距離が11.6mmとなる位置に、焦
点距離が実施例１と同じ3.6 mmの球面レンズ２０を、測
定光を光導波路基板の長手方向に集光できるよう配置し
たものを用いた。光導波路基板端面からレンズまでの距
離は、実効的な特性が実施例１と同じになるよう計算に
より算出された。また、レンズホルダ２１には実施例１
と同様にメスネジ２２が切ってあり、センサ・ヘッドと
結合できるようになっている。
【００４５】上記のようなセンサ・ヘッドＢとセンサ・
キャップＥ，Ｄを用い、変位測定を行ったところ、実施
例１と同様の結果が得られた。
キャップＥ，Ｄを用い、変位測定を行ったところ、実施
例１と同様の結果が得られた。
【００４６】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。請
求項１乃至５のいずれかに記載の発明によれば、高価な
センサ・ヘッドを共通とし 、比較的安価なセンサ・キ
ャップは適宜付け替えることによって、被測定物の特徴
あるいは測定目的に応じ焦点距離の異なるレンズに適宜
交換することが可能となり、焦点距離の短いレンズを使
用したセンサ・キャップを用いれば、測定可能傾斜角を
広く、横方向の分解能を高くし、また焦点距離の長いレ
ンズを使用したセンサ・キャップを用いれば、測定光の
進行方向に対する測定可能範囲を広くすることができ
る。
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。請
求項１乃至５のいずれかに記載の発明によれば、高価な
センサ・ヘッドを共通とし 、比較的安価なセンサ・キ
ャップは適宜付け替えることによって、被測定物の特徴
あるいは測定目的に応じ焦点距離の異なるレンズに適宜
交換することが可能となり、焦点距離の短いレンズを使
用したセンサ・キャップを用いれば、測定可能傾斜角を
広く、横方向の分解能を高くし、また焦点距離の長いレ
ンズを使用したセンサ・キャップを用いれば、測定光の
進行方向に対する測定可能範囲を広くすることができ
る。
【００４７】また請求項２あるいは３に記載の発明によ
れば、測定光は光導波路基板の長手方向と平行に射出す
ることが可能となり、集光用光学系の設計、制作等を容
易にすることができる。
れば、測定光は光導波路基板の長手方向と平行に射出す
ることが可能となり、集光用光学系の設計、制作等を容
易にすることができる。
【００４８】また請求項１乃至４に記載の発明によれ
ば、光導波路基板の射出側端面を、長手方向に対して斜
めに平坦に研磨して形成することによって、光導波路端
面からの反射戻り光が、長手方向に対して斜めに反射さ
れて光導波路へ僅かしか戻らないようにして変位測定精
度の悪化を防止することができる。
ば、光導波路基板の射出側端面を、長手方向に対して斜
めに平坦に研磨して形成することによって、光導波路端
面からの反射戻り光が、長手方向に対して斜めに反射さ
れて光導波路へ僅かしか戻らないようにして変位測定精
度の悪化を防止することができる。
【００４９】また請求項６に記載の発明によれば、測定
光集光用のレンズの他に測定光の進行方向を90度折り曲
げるための鏡を設けることにより、測定光の進行方向が
90度に折り曲げられるので、センサ・キャップを細い穴
の中に挿入して測定光を細い穴の内面等に照射すること
が可能となり、細い穴の内面等の変位を計測することが
できる。
光集光用のレンズの他に測定光の進行方向を90度折り曲
げるための鏡を設けることにより、測定光の進行方向が
90度に折り曲げられるので、センサ・キャップを細い穴
の中に挿入して測定光を細い穴の内面等に照射すること
が可能となり、細い穴の内面等の変位を計測することが
できる。
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施例の光導波路基
板を示した概要構成図である。（ｂ）は、本発明の第１
の実施例のセンサ・ヘッドと、センサ・キャップの一例
を示した概要図である。（ｃ）は、本発明のセンサ・キ
ャップの別の例を示した概要構成図である。
板を示した概要構成図である。（ｂ）は、本発明の第１
の実施例のセンサ・ヘッドと、センサ・キャップの一例
を示した概要図である。（ｃ）は、本発明のセンサ・キ
ャップの別の例を示した概要構成図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第２の実施例の光導波路基
板とプリズムを示した概要構成図である。（ｂ）は、本
発明の第２実施例のセンサ・ヘッドと、センサ・キャッ
プの一例を示した概要構成図である。
板とプリズムを示した概要構成図である。（ｂ）は、本
発明の第２実施例のセンサ・ヘッドと、センサ・キャッ
プの一例を示した概要構成図である。
【図３】本発明に係るプリズムの収差とθP の関係を表
す図である。
す図である。
Ａ 光導波路基板 Ｂ センサ・ヘッド Ｃ センサ・ヘッドの蓋 Ｄ 光導波路基板の長手方向に測定光を集光
させるセンサ・キャップ Ｅ 光導波路基板の長手方向に直角な方向に
測定光を集光させるセンサ・キャップ Ｌ 測定光 θt 光導波路基板の長手方向と光導波路基板
端面の法線のなす角度 θr 光導波路基板の長手方向となす角度 θP 円筒形プリズムの光導波路基板端面に相
対する端面の角度 θw 測定光の入出力用光導波路の光導波路基
板端面の法線に対する角度 ｎw 光導波路基板の屈折率 ｎo 空気の屈折率 ｎP プリズムの屈折率 １ 電気光学結晶基板 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 ボンディング用パッド ８ ファインワイヤ ９ 金電極 １０ ステンレスケース １１ オスネジ １２ 円筒形プリズム １２ｃ，１２ｄ 円筒形プリズム端面 １３ プリズムホルダ １４，１５ 光ファイバ １６，１７ リード線 ２０ レンズ ２１，２４ レンズホルダ ２２ メスネジ ２３ プリズム型反射鏡
させるセンサ・キャップ Ｅ 光導波路基板の長手方向に直角な方向に
測定光を集光させるセンサ・キャップ Ｌ 測定光 θt 光導波路基板の長手方向と光導波路基板
端面の法線のなす角度 θr 光導波路基板の長手方向となす角度 θP 円筒形プリズムの光導波路基板端面に相
対する端面の角度 θw 測定光の入出力用光導波路の光導波路基
板端面の法線に対する角度 ｎw 光導波路基板の屈折率 ｎo 空気の屈折率 ｎP プリズムの屈折率 １ 電気光学結晶基板 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 ボンディング用パッド ８ ファインワイヤ ９ 金電極 １０ ステンレスケース １１ オスネジ １２ 円筒形プリズム １２ｃ，１２ｄ 円筒形プリズム端面 １３ プリズムホルダ １４，１５ 光ファイバ １６，１７ リード線 ２０ レンズ ２１，２４ レンズホルダ ２２ メスネジ ２３ プリズム型反射鏡
Claims (6)
- 【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傾斜した斜面として該斜面
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盤に導く光ファイバ
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，該光導波路基板の表面に設けら
れた参照光及び／あるいは測定光を変調するための電極
に変調用電気信号を印加するための電送線とを備えたセ
ンサ・ヘッドと、 該センサ・ヘッドから射出された測定光を被測定物に向
けて集光させるためのレンズを備えたセンサ・キャップ
とから構成され、 該センサ・ヘッドと該センサ・キャップとが脱着できる
ようにしたことを特徴とする光導波路型変位センサ。 - 【請求項２】 前記センサ・ヘッドの測定光の入出力用
光導波路が、前記傾斜端面の法線に対して式（１）に従
う角度θw をなすように形成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の光導波路型変位センサ。 ｎw ｓｉｎ（θw ）＝ｎ0 ｓｉｎ（θt ） ‥‥‥（１） ただし、ｎ0 ，ｎw はそれぞれ空気および光導波路基板
の屈折率、θt は該光導波路基板の長手方向と光導波路
基板端面の法線のなす角度である。 - 【請求項３】 前記角度θw が5 度以上であることを特
徴とする請求項２に記載の光導波路型変位センサ。 - 【請求項４】 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傾斜した斜面として該斜面
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盤に導く光ファイバ
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，該光導波路基板の表面に設けら
れた参照光及び／あるいは測定光を変調するための電極
に変調用電気信号を印加するための電送線と，前記測定
光用入出力端から出射する測定光を光導波路基板の長手
方向と平行な方向に屈折させるためのプリズムとを備え
たセンサ・ヘッドと、 該センサ・ヘッドから出射された測定光を被測定物に向
けて集光させるためのレンズを備えたセンサ・キャップ
とから構成され、 該センサ・ヘッドと該センサ・キャップとが脱着できる
ようにすると共に、前記プリズムの測定光入射端面を、
該プリズム端面の法線に対する光導波路基板の長手方向
のなす角度θP が式（２）を満足するように傾斜させて
形成して、該傾斜端面を前記測定光用入出力端に対向す
るように配置したことを特徴とする光導波路型変位セン
サ。 ｎ0 ｓｉｎ（θr ＋θP ）＝ｎP ｓｉｎ（θP ） ‥‥‥（２） ただし、ｎ0 ，ｎP はそれぞれ空気および、プリズムの
屈折率、θr は該測定光用入出力端から出射される測定
光と光導波路基板の長手方向のなす角度である。 - 【請求項５】 前記光導波路基板には、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
が形成されていることを特徴とする請求項１あるいは４
に記載の光導波路型変位センサ。 - 【請求項６】 前記センサ・キャップが、センサ・ヘッ
ドから出射された測定光の進行方向を90度折り曲げるた
めの鏡と測定光を集光するためのレンズとから構成され
ていることを特徴とする請求項１あるいは４に記載の光
導波路型変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7172895A JPH08271215A (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 光導波路型変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7172895A JPH08271215A (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 光導波路型変位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08271215A true JPH08271215A (ja) | 1996-10-18 |
Family
ID=13468880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7172895A Pending JPH08271215A (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 光導波路型変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08271215A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006001172A1 (ja) * | 2004-06-29 | 2006-01-05 | Anritsu Corporation | 導波路型光デバイス |
| CN110785623A (zh) * | 2017-05-12 | 2020-02-11 | 泰勒-霍普森有限公司 | 用于确定距物体距离的距离测量装置 |
-
1995
- 1995-03-29 JP JP7172895A patent/JPH08271215A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006001172A1 (ja) * | 2004-06-29 | 2006-01-05 | Anritsu Corporation | 導波路型光デバイス |
| JP2006047956A (ja) * | 2004-06-29 | 2006-02-16 | Anritsu Corp | 導波路型光デバイス |
| US7330613B2 (en) | 2004-06-29 | 2008-02-12 | Anritsu Corporation | Waveguide type optical device |
| CN110785623A (zh) * | 2017-05-12 | 2020-02-11 | 泰勒-霍普森有限公司 | 用于确定距物体距离的距离测量装置 |
| JP2020519893A (ja) * | 2017-05-12 | 2020-07-02 | テイラー・ホブソン・リミテッドＴａｙｌｏｒ Ｈｏｂｓｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ | 物体からの距離を判定する距離測定配置 |
| US11015916B2 (en) | 2017-05-12 | 2021-05-25 | Taylor Hobson Ltd. | Distance measuring arrangement for determining a distance from an object |
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