JPS58137710A - 光フアイバ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は１位置、速度、加這度、力・圧力、伸び、温度
等のような物理量を一定するための光ファイバ一定装置
に関するものであって、電子装置Ｘと変換器Ｇとの閾に
光を導く少（とも１個の覚ファイバを備え、また変換器
には少くと４１１１の尭元素子を含むものである。

背景技術 ルゼネセンス変換！によって機械的な量を画定する場合
、広い温度範ｉ！ＩＰ！で高確度を得るＫは。

ルゼネセンススペクトルの＠豪奪位によ◆間ｌｉＩが生
じる１日本−特許出願第１８３６８／８０号を一一械的
な量を測定するための１ル（ネセンスを基礎とした元フ
ァイバ一定ａｍを一示しているｅこの一定装置において
一機械的な量の変化が、センナ本体中の覚ファイバ末端
ＫＩＩＩシて、ｉＩ党光り位置を変化させる０反射部鍵
の位置変″化に基づ（機械的センサに比較したこの置の
セシ管の利点は。

セνす中で波長変換が得られるので、　ｊｔ＊ｔにおけ
る光反射か、ＪＩｔｍ生器又は元検ａＳ器に党フィルタ
を使用することによって瞼責できることである。

しかしながら−確度に５１１ｔする要求ｔｉ！ｈ１びし
く、同時に１セン管が大きな温度変化を受けるときは。

このルイネセシスＷｋＷｉＬ測定装置は、役に立たない
ことが４Ｉｌｌ＠Ｉ、、た。

発儒の要約 本ｍ＠は、上記の問題及びそれに間過する他の間＠ＫＨ
して解決を与えることを回的とする０本発明は１機械的
な量を測定するための光ファイバの〃（ネセνスに基づ
（画定装置に関する鬼のであｐｖこのｓｔｍｓ置は、闘
足の多くの場合に極めて重畳となる前記のべａｌｌ＃有
していない０本＊Ｗの特徴は、両軍する智瀧量ｔ、変換
器中の元プアイバ、又は前記発光素子に対して例えば１
．ａ収奪又は千１１ｋＭの元スペクトルフィルタの位置
に影響するように配置し、またこの元ヌペタトルフィル
タを、元ファイバ末端面と少くとも１個の発光素子閲に
広範囲又は少範囲に影響する位ｔＫ配置することである
。さらに１本発明の特徴としては、異る発光スペクトル
をもつ２個のｌＩＷ！位置発光素子からの相対的光強度
ｔ−■定するのではなく、同−発光スベクトルをもつ選
択的励起ルミネセンスを測定することＫよって、温度の
影響を除去している。

発明の実施態様 本発明について、添付第１図ないしｌｌ９ｉ１を参照し
て以下に詳細説明する。

第１ａ図およびｇｉｂ図において、駆動回路ＩＫ接続さ
れている発光ダイオード（Ｌ皇Ｄ）　２からの放射光の
一部は、フィルタ３を通過した後、党ファイバ枝路４に
結合され、さ６に！ファイバ５を経由して、センナ１４
Ｋｔで伝達される。七νす１４には、２個の半導体素子
１５と１６があって。

両者のａ″Ｌ位置関係は固定しているかそれらは。

覚ファイバの末端面に５１ｔして上下に移−できるか又
はその末端面に駕し他の方向ＫＪ―できるものとする・
半導体素子１５及び１６は、その設計から１．それぞれ
に異るル（ネセンススペクトルを与えておくので１．半
導体素子の変位によって１．光フアイバ５に帰還する光
のスペクトル組成が変化する。こり変化を員る光フイｋ
ｌ＠及び１をもったホトダイオード８及びｓＫよって検
出し、その党電流を増幅ＩＩ）１０及び１１で増幅して
、−配電電流の商は１．ＷｉＭ号妬生器１２において発
生され、前記充電Ｒが図示した計器１３に信号な表示す
る・この１号は１．半導体素子の位置に影響されるが。

光フアイバ系の減衰の変化又は発光ダイオードのｊｔ、
ａｋ射の変化ＫＩｔｔ９に響８ｔ１−”１！’−’ｍ　
ＩＧ　１　ｂ　ＦＭｉＫ、　半導体素子１５及び１１ｉ
の一実施例を示しである。

符号２０及び２４は基板を示す４ので、これら基板上に
、エビタｄＰシャに層１７．ＩＪ１．ＩＳ１．＆び２１
．２２．２３をそれヤれ形成しである。ルミネセンスは
、それヤれのＰｉ鐸層１８及び２２から発生するのでこ
れらの層に１例月ｔ、　ＧａＡ−系でだの異なる成分を
もたせることによ）１．又は例えはＧＩＬＡａ系でＧｅ
と８１のような異なる物質をドーピングすることＫよっ
て異なるバンド・イヤツブをもたせ、半導体素子１５及
び１６かう異なるルミネセンススペクトルを得る。覚フ
ァイバセンナのこれらタイプの構造化ついては、ＩＰＩ
ＦＦ文献（ｆＩえは１日本特許出願第１５１９３５／８
１及び１７７０２４／８１）Ｋよく記載されている。

１！　ｉ　ａ図、ｌｌｂ図の装置におけるスペクトル関
係の例を、第２図に示しである。この図で符号２５は発
光ダイオード２の放射スペクトルを示し、符号２６ａ及
び２６ｂは、半導体素子１５及び１６の層１８及び２２
のそれぞれの吸収スペクトルを示す。また符号２１は層
Ｉｌｌからのルくネセンススペクトルを１．符号２８は
層２２からのルミネセンススペクトルを示し、符号２９
はフィルタ６の透過スペクトルを示し１．また符号３０
は、フィルタ１の透過スペクトルを示す。セνす１４が
大きく温度変化するときは、ルミネセンススペクトル２
Ｔ及び２８の波長が変位するので、＃１１定俊置の確度
については、フィルタ２ｓの機能を臨界的なものとする
。

第６ａ図及び纂３）図には、−遂した間馳及びそれに関
連した問題の解決方法を示すもので、フィルタ２９（＠
）と関連するホトダイオード８とを取除くと、ともに、
新しい発光ダイオード３１゜新しいホトダイオード３３
及びセンナフィルタ３ａを導入したもノテあル＊　ＩＥ
　５　ａ　５１１−１１５　ｂ　ＩｉＡによる画定装置
の動作機式ｔ−以下に説明する。

スイッチ３１＆によって、発行ダイオード２及び３１は
、ｌ１ｌＩＩＥ器３Ｇ、！Ｉ信号発生器３Ｓ及び基＊＊
号ｖｒａｒからなる安定回Ｊｌｌ！に、交互に結合す　
。

る、発光ダイオードからの元の一部は、光分ｉｎ＠３２
によって一部ファイバ５から外側に結合され光検出＠３
３によって檎知されて、増幅器３４及び−起脅尤ｌイオ
ード安定回路に結合する。こめようにして、いつも１．
発−ｘｒダイオード及び３１から等しい大きさの光量が
光フアイバ５Ｋｍ合することをｇ裏にしている。センナ
１４から元２アイバ中に放射されるルミ車センス元は、
検出＠！８によって検出される。フィルタ１の横目は１
発光ダイオード２及び３１からの光が党ファイバ系での
反射光を阻止するもので１．このフィルタの一絽は・測
定信号自体となるルイネセンス信号から、励起信号を除
去することにある。検出器ｉｆ）充電流は１．増幅−１
１で増幅されて、スイッチ３１１と同期して動作するス
イッチ３７ｍ）Ｋよって、す：ｚｆルホ−ｔｖＷ回１＆
　（８＆１１）３９１ｊＬヒ４　ＧＫ！２！ｉＫ結合さ
れる。また繭記すシデル永−ｋＦｌｌ路の出刃信号の商
が、商信号発生器１２で発生されて。

画定信号となって計器１３に表示される。新しい測定装
置用に設計したセンサの一１ｌＩを第５ｂ図に示しであ
る。上部のセンナ素子１５は、第１１）ＩＩのセンサ素
子１５と同一のものであるが、下方のセンサ１６は、第
１ｂ図の層２１を１層２１に対する吸収スペクトルとは
＾る吸収スペクトルなもつ層３８Ｋｉｌ換したものであ
る０発元ダイオード２から励起光が発生すると、層１８
中の電子だけが励起されるので、この層だけが弛元する
。しかし発光ダイオード３１かも励＠元が発生するとき
は、層１８と層２２０両方の層が発光する。これは、嬉
４図のスペクトル分布１纏から明らかである・嬉４図で
符号２５は１発光ダイオード２の放射スペクトルを示し
、符号４１は発光ダイオード３１の放射スペクトルを示
し１．符号ｚｓｔｔ、ｍ１ａ及び２２の吸収スペクトル
を示し、符号４２は１１層３８の徴収スペクトルを示し
、符号４３は、層１Ｔの吸収スペクトルを示し、ｓ号２
１は１１層１８及び２２のルイネセンススペクトルを示
し、また符号３ｏは、フィルタ１の透過スペクトルを示
す一発光ダイオードの安定ｆヒによって。

ＪＸｚＣλ）ｄλ−ＪＸｓ（λ）ｄλを確実にし、ｔた
スペクトル２５．４１及び４２は、その設計によってス
ペク）／’４２Ｆ）ａ度によってＮｌ起される変位が、
七νすのスペクトル４１に影響しないようにしである。

第４＃Ａから明か存よう＃ｃ、スペ夛トル２１の温度に
よる変位は、検出１号に＃響しないので、素子ＩＳ・及
び１．＠の一厘方向の変位を、広い温度ＩＩ−円で正確
に一定することができる・そのほか、ルゼネセンス層１
８と２２とを注意して葺合しておいて、測定及び再現性
の確度を向上した。

＄　３　ａ　＃ＡＫ示す測定装置には、異る設計のセン
サを使用することができる。ｊ１５１１に示すセンナは
、素子１５及び１６を、１儀の同−基板上に集積したも
のである。＊えは、液体エピタキシを便用するときは１
層２３．２２，３１１．１９．Ｎｌ及びＩＴが基［２４
上忙適当な願序Ｋｌ出される。

その後１層１７．１８及び１９は１例えば、選択エツチ
ングによって、エツチングされる。

ＡＪＩ−ＸＧａエムＳ畢疼おいては、Ｘの＾る筐によっ
て層が決足されるので１．所期の光学的Ｉｌ＃性が１選
択エツチングの条件を与えると同時に、失意されるもの
である。第６図に示したい（ふん簡素な構成では１層１
７．１８及びＩＳが１両方のセンナ素子に共通になって
いる０層３Ｊｉは、エツチングによって、上部センサ素
子から除いであるので、このセンサ素子は１発元ダイオ
ード２及び３１の両方からの励起中、ルばネセンスを放
射するが１．下方のセンナ素子は、＠光素子３１が励＠
ＩＩであるときＫｊｉＩＫってルイネセンスを放射する
０層３８は。

光源２及び３１に対し選択的なフィルタとして作用する
もので、第７図に示すようにルイネセシス嵩子から取外
すこともできる。また＃１定する量によって、フィル／
３８を１元７アイパ５と俺党層１８との間を、＊７ｊ同
に移動させるようにする・セン−の分解能を増すために
１層１ｍは、−Ｖ−版印刷を使用して、Ｊｉａ図のよう
なスクリーンパターンにエツチングすることができる。

同＊に、覚ファイバの車ｔＩＩＩＡ函に配置する透明基
板４４にもスクリーンパｐ−ν４５を設けておかねはな
らない・これによりＮ度を増すほか、よ）よい再現性も
得られる。盆センナ表面に、同時に変調を加えるからで
あるｅ局部的な欠・点は１重畳なものではない。

フィルタ３８が１元ファイバ５の移動に追随することが
Ｉｉｌ壜れるときは、発光層１４１の一路を。

１１９図のように、エツチングによって取除く、これに
よって、ａＳ変換器磯目跡得られる可圏性を抜書する・ 以上に記述したＩ２置は、脣許ｄ求の範ｄ円の多（の方
法において、変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、第１ｂ図は従来の元７アイパ測定装置の構成
を示す図、第２図は、１１１図の装置（Ｄ＠分拡大図。 第６ａ図、第３ｂ図は本発＠による実施１１關定装置の
全体を示す図、ｌＧＡ因は第５図に示す本発明測定装置
のスペクトル関係を示す図、及び第５図から第９図まで
はセンサの別実施ｆＩ″Ｉｋ示す図である。 ２．３１・・・・・・発光ダイオード ５・・・・・・元ファイバ ７．３８．４２・・・・・・光スペクトルフィルタ９・
・・・・・ホトダイオード（光検出器ン１４・・・・・
・変換器（センサ］ １５．１＆、１７．１！１，２３・・・・・・早場体層
１８．２２・・・・・・発光牛導体層 ２５・・・・・・発光ダイオード（２）の放射スペクト
ル３７１Ｌ、３７ｂ・・・・・・スイッチ４１・・・・
・・発光ダイオード（３１）の放射スペクトル代場人　
浅　村　　　皓 外４名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　位置、速度、加速度、力、圧力、伸び、装置
   等のような智ｆＩＡｔを一定する元ファイバ測定表置に
   おいて１．ＩＥ子装置（７）と変換器（Ｇ）との関に光
   を等（ための少（とも１個の元７アイパ（５）な１．ま
   た前記変換器（（ｌは少くとも１個の発−ｙｔ素子（１
   ５，１６，１１１等）を備えるものであって。 一定するｗａｔｔを１１例えば吸装置又は干装置の元ス
   ペクトルフィルタ（３８，４２）の変換器（１４）中の
   元ファイバ（５）又は前記弗−ｙｔ素子に５１する位置
   に影響するように配置し、また前記スペクトルフィルタ
   （３８）を前記党ファイバＣ％）の末端１ｍト少＜　ト
   ４１　（１）ｌｌｉｅ＠元嵩子（１５，１１ｉ）との間
   で、広範囲又は小範囲に影響を受ける位置に配置し、か
   つｉ！Ｉ紀電子エニット（２）には少くも２ｍの光源ｔ
   ２．３１）を備えて、これらの光源がｌＩＩ紀元ファイ
   バ（５）によって、−記発元素子（１５，１６３を照明
   するように配置してあって。 前記スペクトルフィルタ（３８）の光透過スペクトルと
   前記元源（２，３１）の光放射スペクトルとは％前記ス
   ペクトルフィルタが、−万の光源から発生する元を他方
   のＪＪｔ源から発生する元よシも広範囲に通過させるよ
   うに選定しであることを特徴とする前記の元７アイパ欄
   定装置。 （２）特許請求の範ａ第１項において、繭妃光源（２，
   ３１）は１時分割又は周波数分割で多重化され（３Ｌ＆
   ）１１前記２個の光源から光ファイバ（５）へ結合する
   元効果は１元字的帰ｊｌ（３２゜３３．３４．３５．４
   ＠３によって互に一定の関係に保たれ、変換器から発生
   する放射光は光ファイバ（５）及び光フィルタ（１）を
   通過して光導電ＩＥ（９）ＫＭ違Ｌ１．ｍＥ９．７４ｍ
   １　（Ｔ　）は光源（２，３１）からの光反射を阻止す
   るようになっておｎｌ、ｔた一記党検出器（９）からの
   検出信号は、多重分−されて、２個の光源（２，３１）
   に励起される変換器（１４）中の発光に応答する２信号
   を得るようＫなっていることを藷黴とする元ファイバ一
   定装置。 （３）特許請求の範ＩＮ！第２項において％ｔ　ＩＩＩ
   Ａ定する量によって明かに影響される信号を得るために
   、多重分離した検出信号の商を形成する装置な備えてい
   ることを特徴とする光７アイパ纒定装置・（４）特許請
   求の範囲第１項においで、鵬紀光スペクトルフィルタ（
   ３１１）、＄ａ収アイル＃（４２）で、波長に対する吸
   収端が２儂のｔｌｌ（２，３１）の放射スペクトル（２
   ５，４１）Ｄ中間に位置する構成となっていることを特
   徴とする光フアイバ測定装置。 （５）　　４１許ｉＩ求の範ＷＡ第１項において、１１
   発覚素子が、ｍ定中照射される盆！！藺とできる限〕同
   一のＩＫＰ＃組成とすることを脅黴とする党ファイバ一
   定装置。 （６３Ｗｉｔ’Ｆ＊Ｘ）範１ｉ！１１１１１項においｆ
   ％１１Ｍｆｉ素子（１５，１ｇ）の発ｔ＃１）（１８，
   ２２）＆−，。 半導体層（１８，２２３？−成し、またその周辺材（１
   ７，１１１，３８，２３）も半導体層で構成し、これら
   の半導体層は、Ｉｉ党層（１８，２２）の格子定数にで
   きる＠〕一致させるが、脅尤層（１８，２２）よ〕も大
   きなバンド・ヤヤツｌをもつものとする・ことを特徴と
   する覚ツアイＡｍＡ定装置。 （７）　　特許１１１京のｌＫ囲第６項において、−起
   生導体層（１７，１８，１１３１１，２２，２３）ｔ’
   （）１１−ｚＡｊｚムｓ　＃　ＩｎｚＧ＆１−ｚム’Ｙ
   Ｐよ一！　”又は周期律表第ｆｆｌ族ないし第Ｖ族の３
   元素及び４元素からなる牛導体で製造するものとし、上
   記Ｘ及び！は牛導体の層ごとく変えて所期の址ネＪ＆イ
   ー帝閲−関係な得るようにし、また発光半導体層（１８
   ，２２）は１所期の偽卑スペクトｋを２４もために、け
   い素（８エハマダネＶウム（Ｍｇ）、又はｒルマエウム
   （Ｇ・）でドービνｒすることを特徴とする党ファイバ
   一定装置・ （８）　　特許請求の範１１ｊ１７項においてイ前記党
   スペクトルフィルタ（３８）を−起生導体層の一つで構
   成するが、こ″の層は選択的エラチン／によって、下方
   の半導体層（１７）の１儀又は歇侭の部分貴厘からｌＲ
   除いであることを特徴とする光ファイバ測定装置・ （９）　　特＃！Ｆ＃ＩＩ求の範囲第８項において、７
   −起部分濶面をスクリーンパターンとして形成しし謳ａ
   ｍ）ｖこのスクリーンパターンが他のスクリーンパター
   ン（４１に対して相対的に＊励可耗とする覚７アイパ副
   定装置。