JPS59502076A - 組込み基準体を有するフアイバ形光学的変位センサ - 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】 組込み基憔体を有するファイバ形光学的変位センサ発明の背景 １　発明の分野 本発明は工程制御装置に用いられる可動センサの位置を検出するための変６’ｔ −検出装置に関するものである。

より詳細にいえば、本発明は、可動素子の位置を決定するために、２波長の光を 用いた光フアイバ変換器に関するものである ２　先行技術の説明 典型的な光フアイバ変位変換器は、光源と光検出器とをセンサに接続する光ファ イ／く・ケーブルを有する。

光源で発生した光信号は、ケーブルを通って、センサに伝送される。測定しよう としている物理変量に応答して、センサは、この物理変量の変動に従って、光信 号の特性を変調才ろ。その後、この変調された信号は検出器に伝送されろ。検出 器は、この信号を、物理変量の大きさを表す出力に変換する。

この変位変換器は小さな変動によって影響されるので、光源およびまたは検出器 の動作のさいの不安定性と変動のために通常化ずるドリフトの問題がある。さら に、光ケーブルやこれらのケーブルを互いに接続する結合器の伝送特性に経年変 ｆヒがあるのて、それによ２ りまたドリフトが生ずることがある。その結果、変換器の測定感度が高くても、 これらの不安定性と変動のために、これら変換器は、測定精度が中程度てあって 、反復性／）−要求されない場合の工程制御に利用が限定される。

これらの問題は、これらの変換器の目盛の検定を定期的に行なうことにより、あ る程度解決することができる。しか１２、このような検定を装置の設置後に行な うことは、装置の運転コストを確実に増加させろことになる。さら冗、送信機が 遠隔局に設置されるという工程制御の場合には、天候などのためにこれらの遠隔 局センサに自由に到達できない場合、検定を定期的蹟行なうことは、その必要が あってもいてもできろとは限らない、 Ｂ＝ｒＨｓｔｒｏｍ等名の米国特許第４，２４９，０７６号に、光学的測定装置 が記載されている。この特許では、変調された信号の一部分が、光源から一定レ ベルの出力を確実にうるために、フィードバック制御信号として用いられている 。けれども、光検出器または光ケーブルの不安定性から生ずる問題点を、この装 置はなお解決していない。さらに、変調された信号が分割され、そして少なくと も２つの光ケーブルを通して、それぞれのケーブルに接続された測定用検出器に 向けて、向時に送信される。この装置では、正確な測定力ｔセンサで生じた変調 信号に基づいて得ることができるために３　符表昭５９−５０２０７６　（３） は、どれらの２つの（またはもっと多くの）光ケーブルが、整合した光学的性質 および特性を有することが必要である。並行した多くのルートを用いることはド リフトの原因を増加させることになって、変換器に特゛に悪し・影響を力える。

さらに、センサが遠隔局に配置されている場合には、並行しているルートの長さ が長いので、これらのドリフトを生ずる原因による悪い影響も大きくなる。

したがって、ファイバ用光変換器に改良を行なうことが必要である。特に、測定 の精度と反復性とに対する強い要請がある工程制御の場合には、改良が必要であ る。

発明の要約 可動素子センサの位置を検出するための先行技術による装置の前記欠点と限界は 、本発明によって製造された新規で改良された装置をそなえることによって解決 される。本発明による好ましい実施例では、波長の異なる第１光ビームと第２光 ビームが光ファイバに供給され、そしてセンサのすぐ近くに配置されたフィルタ に送られる。このフィルタとセンサの可動素子とが協働し、可動素子の位置に応 じて、第１光ビームの強度を変調し、それによって、この第１光ビームを測定ビ ームに変換する。この測定ビームはフィルタの出力よって影響を受けない経路を 通るように装置が構成され、フィルタはまた第２光ビームを基準ビームに変換す るように働く。この基準ビームはフィルタの出力段階に現われろ。光ファイバ・ ケーブルに結合された第１光検出器は第１光ビームおよび第２光ビームに応答し て動作し、第１出力信号および第２出力信号を生ずる。これらの出力信号はフィ ルタに向けて送られた２つの光ビームの検出強度に比例する。フィルタの２３８ 出力段階に結合された第２光検出器は第３出力信号および第４出力信号を生ずる 。これらの信号は測定ビームおよび基準ビームの検出強度に比例する。２つの検 出器によって生じたこの４つの出力信号を復調器回路が受取り、そしてこの復調 器回路がこれらの４つの出力信号の規定された組合わせから可動素子の位置を表 す信号を生ずる。

本発明において、第２光ビームとそれから得られる基準ビームは、変換器内の光 路が第１光ビームとそれから得られる測定ビームとの強度に及ぼす影響を補償す るために用いられる。この内部基準を有することにより、これらの光路の伝送特 性の（校正後に生ずることのある）変動をいずれも補償し、したがって、変調さ れた強度はフィルタと可動素子との間の相互作用で生じたものだけを表す。した がって、本発明は先行技術による変換器に関して前記で説明した伝送路の問題点 を解決する。

また、第１光ビームおよび第２光ビームを短い持続時間の光パルスとして発生し 、これらを光ファイバ・ケーブルに交互に供給するという好ましい実施例もつく ることができる。位置測定が行なわれろ時間間隔（サイクル）の℃・ずれにおい ても、どの光検出器もその感度がドリフトする時間的余裕はほとんどな℃・から 、内部基準を用いることとこのパルス形動作を組合わせれば、変換器の測定精度 と反復性とに不安定性が悪い影響を与えるという前記諸問題を事実上なくするこ とができる。

本発明の好ましい実施例に用（・られるフィルタは逆に配置された２つの格子装 置を有する。これらの格子装置構造体は光学的に透明な２つの基板を有する。１ つの基板は固定されて取付けられており、そして他の基板はセンサの可動素子に 取付けられる。この第２基板は、可動素子の位置が変わるのに従って、第１基板 に対して移動する。それぞれの基板の対向した面上に、間隔をもった一連の格子 状帯状構造体がつくられろ。

これらの帯状構造体は、第１光ビームに対して不透明な材料または吸収性の材料 または反射性の材料で、そして第２光ビームに対しては相互作用しない材料でつ くられる。可動素子の位置が変わると、１つの格子装置構造体の帯状構造体と、 他の格子装置構造体の帯状構造体間の透明領域との間の相対的な整合度が変化す る。したがって、これらの格子装置遺体を透過する第６ １尤ビーｌ、の量が制御され、そして可動素子の位置によって変調される。第２ 光ビームは、格子装置構造体を辿るさい、格子の帯状構造体の整合度によって事 実上変調を受けなく、基準ビームになる。

本発明の別の実施例で用いられるフィルタは２色性被覆体を有し、その動作によ り、第１光ビームを透過させて可動素子に進めろだげでなく、第２光ビームを反 射してそれを可動素子とは異なる方向に進める。このフィルタの近くにセンサが 配置され、このセンサはフィルタと協力して動作することにより、可動素子の位 置に従って第１光ビームの強度を変調し、それにより、測定用ビームを生ずる。

可動素子によって影響されない第２光ビームはフィルタによって基準ビームに変 えられる。

本発明の前記のおよびその他の特徴および利点は、添付図面を参照しての下記説 明によって、より十分に理解されるであろう。

図面の説明 第１図は本発明に従って製作された光フアイバ変位検出装置の１つの実施例のブ ロック線図である。

第２図は対向したモワレ格子が用いられた第１図のフィルタの好ましい実施例の 部分断面図である。

第６図は、第１図のフィルタが２色性材料を有し、そして中央局に配置された素 子と遠隔局に配置された７　特表昭５９−５０２０７６　（４）素子との間がた だ１つの光ケーブルで接続された本発明の第２実施例である。

第４図は固定基準面を利用した本発明の第３実施例である。

第５図は、第１図に示されたフィルタとセンサとの間に、光ビームを伝送する４ つの個別の光路を有するフィルタをそなえた本発明の第４実施例である。

好ましい実施例の説明 第１図は本発明に従って製作された光フアイバ変換器８のゾロツク線図である。

２重光源１０が結合器１２に接続される。この結合器１２は従来の装置であって 、光ファイバケーブル１３および１４を光フアイバケーブル１５および１６に接 続する。光ケーブル１５は結合器１２の分枝Ｃを光源用検出器２０に接続し、そ して光ケーブル１６は分枝りをフィルタ１８の入力段階に接続する。フィルタ１ ８の出力段階は、光ファイバ・ケーブル２３によって、測定用検出器２２に接続 されろ。復調器回路２４は光源用検出器２０および測定用検出器２２が生じた４ つの出力信号を受取るように接続される。

センサ２５はフィルタ１８と協働して、測定サレ７．）べき物理的変量をセンサ の可動素子（図示されていｋい）の移動量に、従来の方式に従って変換する。本 発明に用いられろ型のセンサは工程制御技術の分野では周知であるから、このよ うなセンサの構造と動作を詳細ｌ／ｃ説明することはしない。けれども、可動素 子の位置は物理的変量の大きさを表していることを断っておく。

光源装置１０は光源２６および光源２８を有する。

これらの光源は、それぞれ、光ビーム１および光ビーノ、２を生ずる。これらの 各光ビームは互いに異った、しかし、十分に接近した予め定められた波長を有し ている。このために、これらの光ビームを伝送する光ファイバ・ケーブルの（２ つの波長のそれぞれにおけろ）透過度は事実上同じである。光源２６および光源 ２８は制御回路３０によって制御され、光ビー１．１および光ビーム２は結合器 １２に交互に一連のパルスとして送られることが好ましい。すなわち、光ビーム ２のパルスとパルスの間蹟光ビーム１のパルスが結合器に供給されるように、２ つの光ビームの発生の同期が行なわれる。この構成のために、検出器のところに 現われるそれぞれのパルスの振幅を測定するのに、光源用検出器２０は１つの検 出素子で構成することができる。

１つの検出素子を用いると℃・うことは好ましいことである。それは、２個また はそれ以上の検出素子を用いた場合には、それらの特性が互いに整合していなく てはならないといった問題や、ドリフトの原因が増惇といった問題を回避するこ とができるからである。

結合器１２の分枝Ａ（または分枝Ｂ）に光信号力ζ供給された時、この光信号は ２つの信号に等量に分割され、１つは分枝Ｃに進みそ１−７てもう１つは分枝り に同時に進み、そして分枝Ｂ（または分校Ａ）Ｋ進む信号はほとんどない、とい うように結合器１２が構成Ｃ，，れる。１〜たがって、結合器１２は光ビーム１ を光ビーム１Ａと光ビーノ、１Ｂに分割ずろ働きをし、そして光ビーム２を光ビ ーノ・２Ａと光ビーム２Ｂに分割する働きをする。光源用検出器２０は光ビーム １Ａを受取り、そして光ビーノ、１Ａの検出された（測定された）強度に等しい 振幅をもった信号ｐ（ｓｌ）を生ずる。同様に、光ビーム２への検出された強度 に等しい振幅をもった信号ｏ　（ｓ　２　）が生ずる。

フィルタ１８が動作することにより、セ／す内の可動素子の位置に従って光ビー ム１Ｂの強度を（下記で説明する方式で）変調ずろことにより、測定光ビーム１ Ｂ′を生ずる。測定光ビーム１Ｂ′はケーブル２３を通って測定用検出器２２に 伝送され、そしてこの測定用検出器２２は光ビーム１Ｂ′の検出された強度に等 しい振幅をもった信号Ｄ（１ｖ１１）を生ずる。フィルタ１８は光ビーム２Ｂを 通過させるように構成されていて、基準ビーム２Ｂ′を生ずる。この基準ビーム ２Ｂ′はセンサ２５の動作による影響は受けない。測定用検出器２２は基準ビー ム２Ｂ′を受取り、そして基準ビーム２Ｂ′の検出された強度に等しい振幅をも った信号Ｄ（Ｍ２＞を生ずる。光ビーム１Ｂおよび光ビーム２Ｂのパルスはノ・ イルタ１８に交互に供給されるので、測定光ビーム１丁３′と基準ビーＡ　２’ 　１３’は、測定用検出器２２に交互に伝送きねる。したカ１って、検出器２２ はまた１つの検出素子プ！けで構成さｈ−１［−たがって、光源用検出器２０と 同じ利点を有ずろ。

制御信号Ｃ；スは制御回路３０で生じて復調器回路２４νこ供給きねる。、ｉの 制御信号は２つの状態の間で変動する特性を有する。１つの状態は、光ビーム１ のパルスが発生【−１そ（５，てそれが結合器１２に送られる状態を表す。他の 状態は、光ビーム２のパルスが発生し、そシ１．てそれが結合器１２１／こ送ら れる状態を表す。この構成により、復調器回路２４は信号Ｄ（Ｓｌ）と信号１） （Ｓ　２　）とを弁別し、そして信号Ｄ（Ｍｌ）と信号ｐ（ｌｖｔ２）とを弁別 し、１〜たがって、これらの信号を王妃に述べろ方式で組合わせろことができる 。

フィルタ１８とセンサ２５ば、その他の素子が設置されろいる中央局から離れた 所にあるととが好ましいことを断っておく。その結果、第１図の点線は中央局と 遠隔局との間の境界を表す。

第２図は、フィルタ１８とセンサ２５の一部分が断面図になった図面である。ク ー−デル１６に接続された光学レンズ５０は当業者には周知の装置であって、ケ ーブル１６から供給される比較的細い光ビームを、平行、な一連の矢印で示され た広い幅の平行光線に拡大する。ケーブル２３に接続された光学レンズ５２は従 来の集束レンズであって、レンズ５ｏとは逆に働き、比較的広い幅をもった光ビ ームを細い光ビームに集束し、そしてケーブル２３の中に送り込む。フィルタ１ ８は光学的に透明な２つの基板５６および５６を有する。

これらの基板は互い［Ｃ平行であり、そして滑動可能に整合している。基板５４ の面５４上に一連の間隔のある水平帯状体（棒状体）５８が沈着され、これらは 棒状体と棒状体との間に透明領域を有する格子状パターンをつくっている。同様 に、基板５６の面５９の十に一連の整合した水平帯状体６ｏが沈着される。

どの格子状パターンは、一般に、モワレ格子マたはロンチ格子といわれている。

この格子状帯状体のおのおのは、光ビーム１Ｂを阻止する（不透明である、吸収 する、または反射することが好まｔ７い）、そ１〜て光ビーム２Ｂを透過する月 利でつくられろ。基板５８は固定した部品６４に固定され、そ１−て基板５６は センサの可動膜６２に取付けられる。この実施例におけるセンサ２５は圧力セン サであって、圧力Ｐが加えられるとそれに応答して可動膜６２が動き、そしてこ の可動膜に取付けられた基板５６カート方にまたは下方に移動する。膜６２の全 変位量は、読み取りが不明確になるのを避けるために、格子状帯状体の間隔以下 にされる。

膜６２の位置は加えられた圧力Ｐの大きさを表すがら、した、かって、モワレ格 子の相対的整合度は加えられた圧力を表″ｆ。説明をさらに進めるならば、もし １０の格子の帯状体が他の格子の帯状体の間の領域にくるように整合したならば 、光ビーム１Ｂは事実上全部阻止されて、測定用検出器２２に達することができ ない。すぐにわかるように、この他の整合状態の場合には、フィルタ１８を通る 光ビーム１Ｂの量はいろ℃・ろに変わり、それによって、測定光ビーム１Ｂ′は その強度が変調されて、測定用検出器２２に送られる。光ビーム２Ｂはフィルタ １８を通るさい匠格子によって変調を受けろととなく光ビーム２Ｂ′になり、そ してこの光ビーム２１Ｂ′が測定用検出器２２に送られる。けれども、光ビーｌ 、２Ｂと基準ビーム２Ｂ′はセンサ２５に無関係てあろが、光ビーム１Ｂと測定 光ビーム１Ｂ′が受けるのと同程度の影響を、変換器８内のすべての素子の透過 因子（透過率）によって影響を受ける。したがって、光ビーム２Ｂと基準ビーム ２　Ｂ／は内部基準としての役割を果たし、これらは光路が光ビーム１Ｂとこの 光ビームからえられる測定光ビームＩ　Ｂ′に及ぼす透過率効果を消去するのに 用いることができる。

膜６２の位置は、光源用検出器２０と測定用検出器２２が生ずる信号ｏ（ｓｌ） 、Ｄ（Ｓ２）、Ｄ（Ｍｌ＞およびＤ（Ｍ２）の予め定められた組合わせによって 決定されろ。この予め定められた組合わせの説明とこの組合ｊフせのめ方を、第 １図と第２図を参照しならがら、説明するっ ４つの信号は次の式で表された内容を有する。

Ｄ（Ｓ　１　）＝Ｉ　（Ｓ　１　）ＸＴ　ｌｘ’Ｊ”ｃ　（ＡＣ）ＸＴ３　（１ ）Ｄ　（Ｓ２　）＝Ｉ　（Ｓ２　）ＸＴ２ｘＴｃ　（Ｂｅ　）ＸＴ３　（２）Ｄ （Ｍｌ　）−ｘ　（ｓ　１）刈ｒ１ＸＴｃ（ＡＤ）ＸＴ４ＸＴ（Ｍｌ　）ｘＴ５ 　（３）Ｄ　（Ｍ２　）＝Ｊ：　（ｓ　２　）ＸＴ２ＸＴＣ（ＢＤ　）ＸＴ４Ｘ Ｔ　（Ｍ２　）ＸＴ５　（４）ここで；Ｄ（Ｓｌ）およびＤ　（Ｓ　２　）は光 源用検出器２０に入射する光ビーム１Ａおよび光ビーム２Ａの強度であり：　Ｄ （Ｍ１’ｌおよびｏ（ｙ２Ｎ４測定用検出器２２に入射する測定光ビーム１Ｂ′ および基準ビーム２　Ｂ＋の強度であり； Ｉ　（Ｓ　１　）およびｒ（ｓ２）は光源２６および２８で生じ、ケーブル１３ および１４０入力に加えられた光ビーム１および光ビーム２０強度であり； Ｔ１．Ｔ２．Ｔ３’、Ｔ４およびＴ５は、それぞれ、光ファイバ・ケーブル１３ ，１４　、１５　、１６およびＴＣ（ＡＣ）、　ＴＣ（ＡＤ　）　、　ＴＣ（Ｂ Ｃ）およびＴｃ　（ＢＤ　）は括弧の中に示された光路に対する結合器の透過率 であり、例えば、ＴＣ（ＡＤ）は分枝Ａと分枝りを接続する透過率である；そし て Ｔ（Ｍｌ）およびＴ（Ｍ２）は、それぞれ、光ビーム１Ｂおよび光ビーム２Ｂに 対するフィルタの透過率であり、Ｔ（Ｍｌ）はセンサ２５の動作に従って変化し 、そし７てＴ　（Ｍ２　）は事実上一定の値である。

（３）式と（４）式のｌ−に′ｔｙ／１１才と（２）式の比で割算し、そして１ ４ 分子と分母の共通因子を消去すると、次の（５）式かえられる。

（Ｄ（１，＋１　）ＸＤ（Ｍ２）］／ＣＤ（Ｓｌ　）ＸＤ（Ｓ２））−＝ＣＴＣ （ＢＣ）ＸＴＣ（ＡＤ　）ＸＴ　（Ｍｌ　）　’］／ＣＴＣ（ＡＣ）ＸＴＣ（Ｂ Ｄ　）ＸＴ　（Ｍ２　）　’：ｌ　（５）けれども、結合器１２は次のように製 作することができろ。

ＴＣ（ＡＣ）／ＴＣ（ＡＤ　）＝ＴＣ（ＢＣ）／ＴＣ（ＢＤ　）（６）この式を 整理すると、次の式になる。

（Ｔｃ　（ＢＣ）ＸＴｃ　（ＡＤ　）：）／（Ｔｃ　（ＡＣ）ＸＴｃ　（ＢＤ　 ）］＝１　（７）（７）式を（５）式に代入すると、次の（８）式のように簡単 に（８）式の右辺は、光ビーム１Ｂと光ビーム２Ｂに対するフィルタ１８の２つ の透過因子（透過率）の比を表す。フィルタ１８の格子状帯状体は光ビーム２Ｂ に対し事実上透明であるから、透過率Ｔ（Ｍ２）は事実上一定値であり、そして その値は実験的に決定することができる。けれども、透過率Ｔ（Ｍｌ）は膜６２ の位置によってその値が変わる。透過率Ｔ（Ｍｌ）の値は、−圧力Ｐの大きさを 表す膜６２の位置に対し、実験的方法などで検定することカーできる。その結果 、（８）式の右辺の比の、値はまた膜６２の位置に対して検定される。

本発明では、透過率Ｔ（Ｍ’１）の測定は必要でない。

それは、膜６２の位置を決定するために、（８）式の左辺は検出器２０および２ ２が生ずる４つの出力信号の規定された組合わせを示しているからである。

（第１図に示された）復調器回路２４により、（８）式の左辺で規定された組合 わせに従って、これらの信号を組合わせる。その結果、位置信号ＰＳが生じ、こ の信号の振幅は膜６２の位置に対し検定可能である。【７たがって、この信号は センサ２５によって測定された圧〜力Ｐの大きさを表す。

この規定された組合わせはまた、光源２６および２８の出力変動や、検出器２０ および２２の応答度の変動を補償することを断ってお（。例をあげてさらに説明 をすれば、もし光源２６が強度の１０％小さなパルスを突然生じた場合、光ビー ム１人および１Ｂ′の強度と、信号Ｄ（８１）およびＤ（Ｍｌ）の振幅がまた１ ０チ小さくなるであろう。規定された組合わせは比Ｄ（Ｍｌ）／Ｄ（Ｓｌ）を有 しているので、これら２つの信号の振幅のこの減少は互いに打消すことがわかる 。

同様に、もし検出器２０および２２のいずれかまたは両方がドリフトした場合、 これらの検出器のそれぞれが生ずる信号の変動は互いに相殺する。それは規定さ れた組合わせが比Ｄ（Ｍｌ）／Ｄ（Ｍ２）およびＤ（８２）／Ｄ（８１）を有し ているからである。

第６図は本発明の第２実施例である。この図面では、中央局は光源１０と、光学 的結合器１２および７０と、６ 光源用検出器２０と、測定用検出器２２と、復調器回路２４と、ケーブル１６の 一部分と、ケーブル１３゜１４．１５，７２．７４とを有する。結合器７ｏはケ ーブル１３および１４を光ファイバ・ケーブル７２に接続する従来の装置である 。分枝Ｅ（または分枝Ｆ）に加えられた光信号は分枝Ｇに伝送され、分枝Ｆ（ま たは分枝Ｅ）に伝送される信号はほとんどない。遠隔局にはフィルタ８０と、ケ ーブル１６の第２部分と、可動素子８６をそなえたセンサ８４がある。センサ８ ４のすぐ近くのケーブル１６の端に取付けられたフィルタ８０は２色性被覆体を 有する。この被覆体は素子８６に送られた光ビーム１Ｂを透過する材料でつくら れる。素子８６は反射面を有していて、フィルタ８０を通った光ビーム１Ｂの一 部分を測定光ざ−ム１Ｂ′として戻し、この測定光ビームはケーブル１６の中を 伝送していく。素子８６とフィルタ８ｏの間の距離は測定光ビームＩ　Ｂ′とし てフィルタ８ｏを通って戻っていく光の量に影響を与えるから、したがって、測 定光ビーム１Ｂ′の強度は素子８６の位置によって変調される。

２色性材料として選定された材料はまた、光ビーム２Ｂをセンサ８４によって影 響を受けることなくケーブル１６に直接に反射するという性質をもつ。このよう にして９、基準ビーム２　Ｂ／がつくられ、そしてこの基準ビームはケーブル１ ６を通って結合器１２Ｖｃ伝送される。第１図に関して説明したように、光源用 検出器２０は光ビーム１Ａおよび２Ａを測定することによって、光ビーム１Ｂお よび２Ｂのそれぞれの強度を測定する。測定用検出器２２は測定ビーム１Ｂ′と 基準２４−ム２８７０強度を測定する。そして、これらの４つの強度測定値が復 調器回路２４で組合わされ、位置信号かえられる。この第２実施例では、中央局 と遠隔局の間で信号を伝送するのにただ１つの光ファイバ１６を用いているのに 対し、第１図で説明した実施例では２つの光ファイバ１６および２３が必要であ ったことを指摘しておく。したがって、この第２実施例は局間の光ケーブルの本 数を節約し、そして多数の変換器を有する装置に応用した場合には、光ケーブル の総数が少なくなるので有用である。

第４図は本発明に用いられる別のフィルタ構造体である。フィルタ９０は従来の 光ビーム分割器であることができ、そしてこのフィルタは２色性被覆体を有する 。この２色性被覆体は光ビーム１Ｂを光ケーブル９４に送り、そして光ビーム２ Ｂを光ケーブル９６に送る材料でつくられる。光ビーム１Ｂが可動素子８６の反 射面に当たると、その光ビームの一部分は、ケーブル９４およびフィルタ９０を 通って、ケーブル１６へ返っていき、測定光ビーム１Ｂ′になる。可動素子８６ はケーブル１６へ送られる測定光ビーム１Ｂ′の強度を決定することを思い出さ なくてはならない。光ビ１８ −ム２Ｂは固定された基準素子１０２０反射面に当たると、その光ビームの一部 分は、ケーブル９６およびフィルタ９０を通って、ケーブル１６へ返っていき、 基準ビーム２　Ｂ＋になる。

前記構造を有する装置によって光ビーム１Ｂおよび２Ｂが対応して関連する反射 面に供給されるので、測定光ビーム１Ｂ′と基準ビーム２Ｂ′は事実上等しい開 口数をもって生ずる。このことは、例えば、ケーブル１６が多くの屈曲部を有し ている場合に特に有用である。さらに説明をするならば、ケーブルに送り込まれ ろ２つの光ビームの開口数が大幅に異なる場合には、ケーブル１６内の多くの屈 曲部はそれぞれの光ビームに異った影響を与える。このことは好ましくないこと である。それは、本発明は、測定光ビームと基準ビームの両方に対し、光路が同 じ影響を与えるという条件を基本にしているからである。したがって、第４図に 示された構造体は、もしケーブル１６が多くの屈曲部を有している場合、その場 合に起こりうる悪（・影響を事実−トなくする。

第６図と第４図に示された変換器はいずれも、遠隔局と中央局との間の光ケーブ ルが１本であることに注目すべきである。もしこのケーブルが長く、そして実際 に多くの接続部分を有しているならば、変換器の精度は悪くなる。それは、これ らの接続部分は伝送路に不連続部分を生ずることになり、遠隔局と中央局との１ ９　１）表昭５９−５（１２０ン６　（７）中間で好ましくない反射を生ずるこ とになるからである。このような好ましくない反射は、測定用検出器２２のとこ ろに、センサの位置とは関係のない迷光を生ずることになり、したがって、この ような好ましくなし・反射光は測定に誤差をもたら寸ことになる◇第５図は本発 明の別の実施例であって、この実施例では、好ましくない前記反射に関連した問 題がなし・。

この実施例では、ケーブル１６は光ビーム１Ｂおよび２Ｂを伝送し、ケーブル２ ３は測定光ビーム１Ｂ′および基準ビーム２Ｂ′を伝送１〜、光ファイバ・ケー ブル１１０はセンサ１００の可動素−ＩＦＢ６と光ビーム１Ｂとの相互作用で生 じた測定光ビーム１Ｂ′を受取り、そして光ファイバ・ケーブル１１２は固定し た基準素子１０２と光ビーム２Ｂとの相互作用で生じた基準ビーム２Ｂ′を受取 る。光学結合器１１４は従来の装置であって、ケーブル１１０および１１２をケ ーブル２３に接続する。第５図に示された装置はそれぞれの方向に光ビームを伝 送するのに別別の光路を有しているから、変換器の測定動作中に、好ましくな（ ・前記反射光が妨害になることはない。

（１）式から（４）式までの式を第６図から第５図までの図面に示された実施例 に定量的に適用する場合には、フィルタ９０やセンサ８４および１００の可動面 の反射率といったその他の因子も考慮すべきで友）るけれども、可動素子８６の ・測定された位置は（８）式の左辺に規定された組合わせ量によってんお決定て きることを示すことができる。１〜たがって、第１図および第２図に示されＪこ 構造体に用いられる光源用検出器２０、測定用検出器および復調器回路２４は、 第３図から第５図までに示された本発明の他の実施例に対しても用いられる。

本発明をいくつかの実施例に基づいて説明したけれども、請求の範囲で定められ る概念と範囲内で、改良および変更のなしうろことは明らかであろう。

浄也（内容に変更なし） ＦＩｏ、　２ ＦＩＧ、　４ 手続補正書（自発） 昭和５９年８　月２３日 特許庁長官殿 １、事件の表示 ２、発明の名称 組込み基準体を有するファイバ形光学的変位センサ３゜補正をする者 事件との関係　特許出願人 ５、補正命令の日付 昭和　年　月　日 ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 明細書及び請求の範囲翻訳文 手続補正書 昭和５９年１０月１　日 特許庁長官殿 ｔ、−１”Ｔ　Ｉコ ２、発明の名称 事件との関係　特許出願人 住　所 １　諸　ａフパ−・ン−２づくプｒ＜’ｎ　ブコンノ紅−昭和５９　年　９月　 １１日 ６、補正により増加する発明の数 図面の′５１沢文の浄］　（山宕に変更なし）国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）　センサ内の可動素子の位置を検出するために利用することのできろ装置 であって、 前記可動素子の近くに１端を有する光伝送用ファイバ装置と、 前記ファイバ装置に前記１端から離れた位置において結合され、および規定され た第１波長および第２波長をそれぞれ有しそして前記ファイバ装置を通して前記 可動素子に向けて伝送さ牙ｔろ第１光ビームおよび第２光ビームを前記ファイバ 装置に供給する光源装置と、前記光源装置に接続され前記第１光ビームおよび前 記第２光ビームの対応する強度に比例する第１出力信号および第２出力信号を生 ずるための第１検出器装置と、 前記ファイバ装置に結合されそして前記第１光ビームの強度を前記可動素子の位 置に従って変調して測定光ビームをつくり、そして前記第１光ビームおよび前記 測定光ビームが通ったのと事実上同じ光路を通り前記可動素子によって影響を事 実上受けないように前記第２光ビームを伝送して基準ビームを生ずる変調装置と 、 前記測定光ビームと前記基準ビームを受取り、そして前記測定光ビームの対応す る強度および前記基準ビームの対応する強度に比例する第６出力信号および第４ 出力信号を生ずる第２検出器装置とを有し、前記第１出力信号から前記第４出力 信号までが既知の物理的原理に従って組合わされる時前記可動素子の位置を表す パラメータをうろために利用可能である装置。
2. （２）請求の範囲第１項におし・て、前記光源装置が前記第１光ビームおよび前 記第２光ビームのパルスを生じ、１つの光ビームのパルスカー他の光ビームのパ ルスに対して規定された時間遅延を有して生ずる装置。
3. （３）請求の範囲第１項にお（・て、前記光源装置カー前記第１光ビームのパル スおよび前記第２光ビームのパルスを前記ファイバ装置に交互に供給する装置。
4. （４）請求の範囲第６項において、前記光源装置と前記第１検出器装置と前記第 ２検出器装置が中央局に配置され、および前記フィルタ装置と前記センサカー前 記中央局から離れた別の局に配置された装置。
5. （５）請求の範囲第４項において、前記第２検出器装置が前記ファイバ装置に接 続され、前記第１光ビームおよび前記第２光ビームを前記可動素−７［向けて伝 送するためと前記測定光ビームおよび前記基準ビームを前記第２検出器装置に向 けて伝送するために前記ファイバ装置内の１つの光路が用いられる装置。
6. （６）請求の範囲第４項において、前記ファイバ装置が前記第１光ビームおよび 前記第２光ビームを前記可動素子に向けて伝送するための第１光路と、前記測定 光ビームおよび前記基漁ビームを前記第２検出器装置２３ に伝送するための第２光路とを有する装置。
7. （７）請求の範囲第１項において、前記変調装置が１定された保持装置と、 互いに滑動可能に対向して配置された２イ固の光学的に透明な平面基板を有し、 １つの前記基板が前記保持装置に取付けられおよび他の前記基板カー前記可動素 子に取付けられた格子装置と、 ２つの前記基板の上にそれぞれつくられ、および前記第１光ビームを透過しなく そして前記第２光ビームを透過する材料でつくられた間隔をそなえた棒状体を有 する相互に整合した第１格子装置および第２格子装置を有し、 前記可動素子の位置の変動は前記第１格子装置と前記第２格子装置との間隔をそ なえた棒状体の相対的整合度を変えそしてそれにより前記第１光ビームの強度を 変調し、および前記第２光ビームが前記可動素子の位置によって事実上影響を受 けろことなく前記変調装置を透過する装置。
8. （８）請求の範囲第７項において、前記光源装置が前記第１光ビームおよび前記 第２光ビームのパルスを生し、１つの光ビームのパルスが他の光ビームのパルス に対し７て規定された時間遅延を有して生ずる装置。
9. （９）請求の範囲第７項において、前記光源装置が前記第１光ビームのパルスお よび前記第２光ビームのパルスを前記ファイバ装置に交互疋供給する装置。 ２４　、、昭５９−５０２０７６　（２）００　請求の範囲第７項において、前 記光源装置と前記第１検出器装置と前記第２検出器装置カー中火局に配置され、 および前記センサと前記変調装置が前記中央局から離れた別の局に配置された装 置。 θｂ　請求の範囲第１０項におし・て、前記光源装置が前記第１光ビームのパル スおよび前記第２光ビームのパルスを前記ファイバ装置に交互に供給する装置。 ０の　請求の範囲第１項におし・て、前記変調装置が２色性材料を有し、前記２ 色性利料は前記第１光ビームを前記可動素子によってその後の変調のために透過 させおよび前記第２光ビームを前記可動素子から構成される装置。 ０■　請求の範囲第１２項において、前記センサが前記測定光ビームに対する開 口数に事実上等しい開口数を有する前記基準ビームを生ずるために前記変調装置 と共に動作して前記第２光ビ・−ムを変調するための基準素子をさらに有する装 置。 ０４）請求の範囲第１６項において、前記光源装置が前記第１光ビームのパルス および前記第２光ビームのパルスを前記ファイバ装置に交互に供給する装置。 ０均　請求の範囲第１４項において、前記光源装置と前記第１検出器装置と前記 第２検出器装置が中央局に配置され、および前記センサと前記変調装置が前記中 央局から離れた別の局に配置さすｔｔ、−装置。 ＯＱ　請求の範囲第１５項において、前記フブイバ装５ 置が前記第１光ビームおよび前記第２光ビームを前言已可動素子に向けて伝送す るための第１光路と、前記測定光ビームおよび前記基憔ビームを前記第２検出器 装置に向けて伝送するための第２光路とを有する装置。 ０力　請求の範囲第１２項において、前記光源装置力人前記第１光ビームのパル スおよび前記第２光ビームのパルスを前記ファイバ装置に交互に供給する装置。 θ８）　請求の範囲第１２項におし・て、前記光源装置カー前記第１光ビームの パルスおよび前記第２光ビームσ）パルスを生じ、１つの光ビームの７ぐルスカ ー他σ）光ビームのパルスに対して規定された時間遅延を有℃２て生ずる装置。 ０９　請求の範囲第１２項にお見・て、前記光源装置と前記第１検出器装置と前 記第２検出器装置′ＩＪ″−中央局に配置され、および前記フィルり装置と前記 センサカー面■記中央局から離れた別の局に配置された装置。 浄書（内容（こ変更なし）