JPS58156802A - 光センサ装置 - Google Patents

光センサ装置

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JPS58156802A
JPS58156802A JP3947182A JP3947182A JPS58156802A JP S58156802 A JPS58156802 A JP S58156802A JP 3947182 A JP3947182 A JP 3947182A JP 3947182 A JP3947182 A JP 3947182A JP S58156802 A JPS58156802 A JP S58156802A
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JP
Japan
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optical fiber
light
lens
core diameter
diffracted light
Prior art date
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Pending
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JP3947182A
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English (en)
Inventor
Yukio Sai
行雄 佐井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS58156802A publication Critical patent/JPS58156802A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/268Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/38Forming the light into pulses by diffraction gratings

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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】 〔発明の技術分計〕 本発明は、光の回折を応用して変位量を検出する光セン
サ装置に関するものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
光ファイバを用いて測定点まで光を伝送して種々の物理
量を測定する光フアイバ応用センサは、多くのタイプの
ものが提案されている。多くの光フアイバ応用センサに
おいて、光ファイバからの出射光を集束性ロッドレンズ
を用いてコリメートし測定点に導いている。物理量によ
って伺らかの変調を受けた光は前記集束性ロンドレンズ
と向い合った第2の集束性ロンドレンズに入射し出射面
で結像して光ファイバに入射する。この場合集束性ロッ
ドレンズは%ピッチのものが一般的である。
このような構造の場合、結像の倍率はl:1で光の損失
をなるべく小さくするために入射側と出射側の光ファイ
バの位置合せを10μ以下の精度で設定しhけj、ばな
らず、多くの時間と大掛かりな微動台を必要とし、セン
サの価格を高く1〜でいる。
変調部に回折を利用した光フアイバ応用センサの従来例
を第1図に示す。入射側光ファイバ(3)から集束性ロ
ッドレンズ(1)に入射した例えばLEDからの光はコ
リメートさねて例えば部分的に回折格子になっている透
過形の回折格子変位板(6)ニ入射し、回折され、集束
性ロッドレンズ(2)によって結像され、0次回折光お
よび1次回折光の結像位置にそれぞれ置かれた出射側光
ファイバ(4)および(5)に入射して受光部まで伝送
され1回折光の光量が測定される。従来、このようh系
を構成する場合、光ファイバは入射側、出射側とも同一
のものを使用l−でいた。その1例を第2図に示す。第
2図の光ファイバは、コア径が50μm、クラツド径が
125μmのグレーデッドインデックス型(50−12
5GI)である。第1図の系では、入射側光ファイバ(
3)、出射側光ファイバ(4)および(5)とも第2図
の光ファイバを用いている。これは、ステップインデッ
クス型(SI)でも同様である。しかしながら、回折格
子を使用し、入射側と出射1111とに同じ光ファイバ
を使用l−だ場合、入射側と出射側の1:1の結像関係
に種々の誤差要因が与える影響は大きい。これは例えば
、前記集束性ロッドレンズ(1,)によってコリメート
された光は回折格子変位板(6)に垂直に入射しなけれ
ばならず、垂直からずjだ誤差分け1次回折光の方向を
変化させ、出力側集束性ロンドレンズ(2)の結像面に
おいて1次回折光が出射側光ファイバ(5)とけずれた
場所に結像して、光量の損失と々る。さらに%回折格子
変位板(6)は物理量に応じて変位するため光と常に一
定の入射角が保たれずに変位と共に変動するので入射角
の変動による光量変化はそのまま測定誤差となってしま
う。また、同様のことが回折格子変位板(6)の回折格
子のピッチの不均一性に関しても言える。すなわち、1
次回折光の角度は回折格子のピッチによって決まるため
、ピッチの場所的または時間的変化による回折光の結像
に与える影響は測定誤差となってしまう。
〔発明の目的〕
よって1本発明の目的は、回折を応用した光フアイバセ
ンサ装置において、回折格子に起因する種々の評差の影
響を軽減することができる光センザ装置を提供すること
にある。
〔発明の概要〕
本発明は、入射側光ファイバからの光をコリメートする
集束性ロンドレンズと、このレンズによりコリメートさ
れた光を回折効果を利用して変位量に応じた強度変調を
行がう回折格子変位板と、この回折格子変位板による回
折光を結像するだめの集束性ロッドレンズと、このレン
ズによる0次回折光乃至高次回折光のそれぞれの結像位
置に配置された出射側光ファイバとを具備してなる光セ
ンサ装置において、前記入射側光ファイバのコア径が出
射側光ファイバのコア径より小さくなるように入射側お
よび出射側の光ファイバーを選ぶようにして所期の目的
を達成したものである。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例を第3図、第4図(al 、 (b)
、第5図(al 、 (blを参照して説明する。第3
図は本発明一実施例の光センサ装置の構成図である。第
3図において、鋸澹は入射側光ファイバ、(1)は集束
性口 −ラドレンズ、(6)は回折格子変位板、(2)
け焦束件ロッドレンズ、α4けO次回指光の結像位置に
置か名。
た出射側光ファイバ、0均は1次回折光の結像位置に置
かれた出射側光ファイバである。こわらの出射側光ファ
イバはそれぞれ図示しない受光部に導ひかれる。そして
、入射側光ファイバa3け出射側光ファイバα荀、05
よりもコア径が小さく、且つ開口数が周辺よりも中心部
が大きいものを選ぶ。例えば入射側光ファイバα4は、
第4図(a)に示すよう[、コア径が50μm1クラツ
ド径が125μmのグレーデッドインデックス型(50
−125G I )を用いる。出射側光ファイバ(14
) 、 (lf9は、例えば第4図(blに示すように
、コア径が80μm1クラツド径が125μmのステッ
プインデックス型(80−1258I)f用いる。グレ
ーデツトインデックス型光ファイバ(GI)の開口数(
NA)の分布は第5図(a)に示すように中心部で犬き
く周辺部では小さくなっており、入射側光ファイバとし
て適1−2ている。
一方、ステップインデックス型光ファイバ(SI)の開
口数(NA)の分布は第5図(b)に示すように均−K
がつている。なお、GIおよびSI光ファイバは単に1
例にすぎず、上記の条件を満足すれば他種の光ファイバ
でもかまわない。
上記のように構成された本発明一実施例の光センサ装置
においては、入射側光ファイバ(13がら集束性ロッド
レンズ(1)に入射した例えばLEDの光は、集束性ロ
ッドレンズ(1)によりコリメートされて例えば部分的
に回折格子になっている透過形の回折格子変位板(6)
に入射さjl、回折され、回折光は集束性ロッドレンズ
(2)により結像され、0次回折光および1次回折光の
それぞれの位置に置かt’また出射側光ファイバ(14
)およびq51に各々入射して受光部まで伝送され、回
折光の光量が測定さj、る。
この際、入射側光ファイバ0→は開口数が中心に集中し
、コア径の小さい5O−1250Iを用いているので、
集束性ロッドレンズ(1)によりコリメートされた光の
広がり角が小さくか鯰2回折格子変位板(6)に入射す
る角度の均一性が増す。また、出射側光フアイバ0荀お
よび萌は開口数が均一でコア径の大きい8O−1258
Iを用いているので、回折格子変位板(6)Kおける回
折格子の設置角度の変化、ピッチむら、光の波長変化等
に起因する1次回折光の回折角変化に伴方う集束性ロッ
ドレンズ(2)の結像面における像と出射側光ファイバ
0υとの位置ずれは、コア径が太きいためほとんどコア
径の範囲内に納まり、さらに出射側光ファイバの開口数
が均一であるため、前記位置ずれは受光光量にほとんど
影響を及ばずことがなく、測定誤差をほとんど無くすこ
とができる。
なお、上記の実施例では、出射側光ファイバとしてコア
径が80μmのものを用いたが、出射側光ファイバのコ
ア径は必要に応じてコア径100μmのものまたけそれ
以上のものを使用すればよい。
また1本発明はO次回指光と1次回折光のみの検出だけ
に限らず、回折光であれば何次回折でもかまわない。例
えば第6図に示す変形例は%2次回折光の集束性ロッド
レンズ(2)による結像位置に新たに入射側光ファイバ
(13よりもコア径の大きい出射側光フアイバ0的を付
加して、0次、1次、2次の各回折光の検出を可能に1
−だものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、光センサ装置において、入射側光ファ
イバとしてはコア径が出射側光ファイバーのコア径より
小さい光ファイバーを用いるようにし、さらに入射側光
ファイバには開口数の分布が周辺部よりも中心部で大き
いものを用い、出射側光ファイバには開口数の分布が均
一かものを用いるようにしたので、入射側から集束性ロ
ッドレンズ(1)に入射しこのレンズによりコリメート
された光の広がり角が小さくなって回折格子変位板(6
)に入射する角度の均一性が増し、角度の広がりによる
光損失が小さくなり、測定誤差を小さくする。
また、回折格子変位板(6)における回折格子の設置角
度の変化、ピッチの場所的または時間的変化によるむら
、光の波長変化等を原因として起る回折角変化にもとづ
く集束性ロッドレンズ(2)の結像面での像と出射側光
ファイバとのずれが、出射側光ファイバのコア径が大き
いためにコア径の範囲内に収まり光知損失とならずにす
む。さらに出射側光ファイバの開口数の分布が均一であ
るためコア(9)            −11径の
範囲内のずれは受光部にほとんど影響を及ぼさない。こ
hらの好ましい作用の相乗効果により回折光の光景測定
の誤差を小さくすることができ。
測定精度の高い光センサ装置が得らゎる。
【図面の簡単な説明】
第1図は光フアイバ応用センサの従来例の構成図、第2
図は第1図の入射側および出射側の光ファイバの断面図
、纂3図は本発明一実施例の光センサ装置の構成図、第
4図(a) 、 tblはそれぞ1第3    ′図の
入射側および出射側の光ファイバの断面図。 第5図(alは第4図(alの入射側光ファイバの開口
数の分布を示すグラフ、第5図(b)は第4図(blの
出射細光ファイバの開口数の分布を示すグラフ、第6図
は本発明−変形例の光センサ装置の構成図である。 1・・・集束性ロッドレンズ 2・・・集束性ロッドレ
ンズ6・・・回折格子変位板 13・・・入射側光ファ
イバ14.15.16・・・ 出射側光ファイバ代理人
 弁理士  井 上 −男

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入射側光ファイバからの光をコリメートする′集
    束性ロッドレンズと、このレンズによりコリメートされ
    た光を回折効果を利用して変位量に応じた強度変調を竹
    なう回折格子変位板と、この回折格子変位板による回折
    光を結像するだめの集束性ロンドレンズと、このレンズ
    による0次回指光乃至高次回折光のそれぞれの結像位置
    に配置された出射側光ファイバとを具備してなる光セン
    サ装置において、入射側光ファイバのコア径が出射側光
    ファイバのコア径より小さいことを特徴とする光センサ
    装置。
  2. (2)入射側光ファイバとして開口数の分布がコア周辺
    部よりコア中心部で大きい光ファイバを用い、出射側光
    ファイバとして開口数の分布がコア内でほぼ一様な光フ
    ァイバを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の光センサ装置。
JP3947182A 1982-03-15 1982-03-15 光センサ装置 Pending JPS58156802A (ja)

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JP3947182A JPS58156802A (ja) 1982-03-15 1982-03-15 光センサ装置

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JP3947182A JPS58156802A (ja) 1982-03-15 1982-03-15 光センサ装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0388345A2 (fr) * 1989-03-13 1990-09-19 Spectec S.A. Chaîne de mesure d'angle ou de position optique et à transmission par fibres optiques intrinsèquement linéaire et référencé utilisant une ou plusieurs sources lumineuses
JPH02292844A (ja) * 1989-05-02 1990-12-04 Hitachi Electron Eng Co Ltd ウエハの外周位置検出装置
US5751869A (en) * 1996-08-08 1998-05-12 Cogent Light Technologies, Inc. Optical system for coupling light from a single fiber optic into a fiber bundle

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