JPS60111112A - 被計測情報の光学的検出方法 - Google Patents
被計測情報の光学的検出方法Info
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02075—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration of particular errors
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- G01B9/02079—Quadrature detection, i.e. detecting relatively phase-shifted signals
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- G01B9/02002—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies
- G01B9/02003—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies using beat frequencies
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- G—PHYSICS
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- G01D—MEASURING 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
- G01D5/00—Mechanical 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
- G01D5/26—Mechanical 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
- G01D5/266—Mechanical 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 by interferometric means
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
- G01B2290/70—Using polarization in the interferometer
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- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
この発明は、光学的手段のみによって、被計測情報を検
知し伝送する光学的検出方法に関する。
知し伝送する光学的検出方法に関する。
光学的センサは、光の持つ特長である耐亀磁鉾導性、防
爆性等を有し、従来の魅気的なセンサに置き換りつつあ
る。光学的センサのひとつに、被計測情報により、尤の
強度をアナログ的に変化させ、計測する方法があるが、
光の伝送路の損失ゆらぎがそのまま計測誤差となり、こ
れを補償する方法に問題があった。
爆性等を有し、従来の魅気的なセンサに置き換りつつあ
る。光学的センサのひとつに、被計測情報により、尤の
強度をアナログ的に変化させ、計測する方法があるが、
光の伝送路の損失ゆらぎがそのまま計測誤差となり、こ
れを補償する方法に問題があった。
伝送路のゆらぎによらない光学的センサとして。
干渉計やヘテロゲインビートを用いる方法か考えられる
。干渉計による方法（ま、光路差が光のｅ長だけ変化す
る場合、干渉による光強度変化が１問期変化することを
応用するものである。抜針６（１ｊ情報により光路差を
変化させるようにすれば、干渉光強度の周期をカウント
することで、デジタル的に、物理量を計ａｌ１１できる
。これを応用したものに第１図に示す光学的センサがあ
る。十分な単色光源からの元（１のをビームスプリッタ
（１２） ＃Ｃより２分割し、一方の元をミラー（１，
１，） 、 （１，３）の途中に設けた音響光学変調器
（１５）により、うし周ｆ皮戟をシフトさせる。のこる
一方の光は、被ｔｌｄ１１ｊ情・ｆ反により光路長が変
化する・物質（１６）を介し、ビームスプリッタ（１４
）によって、＾１ｊ記光周波数をシフトした光と合波す
る。
。干渉計による方法（ま、光路差が光のｅ長だけ変化す
る場合、干渉による光強度変化が１問期変化することを
応用するものである。抜針６（１ｊ情報により光路差を
変化させるようにすれば、干渉光強度の周期をカウント
することで、デジタル的に、物理量を計ａｌ１１できる
。これを応用したものに第１図に示す光学的センサがあ
る。十分な単色光源からの元（１のをビームスプリッタ
（１２） ＃Ｃより２分割し、一方の元をミラー（１，
１，） 、 （１，３）の途中に設けた音響光学変調器
（１５）により、うし周ｆ皮戟をシフトさせる。のこる
一方の光は、被ｔｌｄ１１ｊ情・ｆ反により光路長が変
化する・物質（１６）を介し、ビームスプリッタ（１４
）によって、＾１ｊ記光周波数をシフトした光と合波す
る。
出力（１７）の光蝕度■。は
で表わせる。△ｆは音響光学変瑚器（１５）による光周
波数シフト計である。Ｆ（１％元の２つの光路長差によ
って生ずる位相変化微である。上式の△Ｌは被計測ト）
ｔによって変化する為１元出方（１７）と、変調用信号
との位相差を測定することにより、物理量を計画できる
。しかし、△Ｌは、被計測量のみで決、′ｌビさ４’Ｌ
るものでなく、干渉形を溝底しているすべての光路で決
定される。すなわち振動や温度変動によっても△Ｌ−が
変化し、これか誤差となる。振動や温度変動による△Ｌ
の変化を波長以下に押えることは困難な為、計Ｑｌｊは
デジタル的に２πの整数倍のみをカウントして行わなく
てはならない。この場合、被計測情報の方向を知ること
は困難である。また変化址のみを開側する為、被計測情
報が、例えは温度のよ５なりＣ成分を付っ情報である場
合、絶対清は計測不用能である。
波数シフト計である。Ｆ（１％元の２つの光路長差によ
って生ずる位相変化微である。上式の△Ｌは被計測ト）
ｔによって変化する為１元出方（１７）と、変調用信号
との位相差を測定することにより、物理量を計画できる
。しかし、△Ｌは、被計測量のみで決、′ｌビさ４’Ｌ
るものでなく、干渉形を溝底しているすべての光路で決
定される。すなわち振動や温度変動によっても△Ｌ−が
変化し、これか誤差となる。振動や温度変動による△Ｌ
の変化を波長以下に押えることは困難な為、計Ｑｌｊは
デジタル的に２πの整数倍のみをカウントして行わなく
てはならない。この場合、被計測情報の方向を知ること
は困難である。また変化址のみを開側する為、被計測情
報が、例えは温度のよ５なりＣ成分を付っ情報である場
合、絶対清は計測不用能である。
この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、撮動や瀧
１φ変動によらず、被計画情報の絶対址を高精度にセン
シングすることを可能とした光学的検出方法を提供する
こと７ｉｌ−目的とする。
１φ変動によらず、被計画情報の絶対址を高精度にセン
シングすることを可能とした光学的検出方法を提供する
こと７ｉｌ−目的とする。
本発明は、被計測情報により複屈折性が変化する物質の
複屈折を計測する為に、２つの光学主軸方向の偏光成分
を持つ元を出射側で分離し、同時に光周波数の異なる光
と合波しビーｈｉ取６もので、ビート悟号の位相差で複
屈折物質の薩屈折の変化を知ることができるものである
。
複屈折を計測する為に、２つの光学主軸方向の偏光成分
を持つ元を出射側で分離し、同時に光周波数の異なる光
と合波しビーｈｉ取６もので、ビート悟号の位相差で複
屈折物質の薩屈折の変化を知ることができるものである
。
本発明によれば、被計測量・より、外の要因で、干渉計
出力の位相が変ｊｉＺ＋しても、位相差には影イーせず
、分＋’ｌＶ、能巨くセンシングできる。また、伝達路
の損失ゆらぎの影響を受けない。かつ被ｉｔ測む１報が
直流的なものでも、その絶対届、が、２つのビート信号
の位相差に対応している為、恢出可能である。さらに元
侠出器出カは當に元周彼絃シフト址で一定周波数である
為、元ｔく出におけるＳ／ＩＮは十分大きく取れる。
出力の位相が変ｊｉＺ＋しても、位相差には影イーせず
、分＋’ｌＶ、能巨くセンシングできる。また、伝達路
の損失ゆらぎの影響を受けない。かつ被ｉｔ測む１報が
直流的なものでも、その絶対届、が、２つのビート信号
の位相差に対応している為、恢出可能である。さらに元
侠出器出カは當に元周彼絃シフト址で一定周波数である
為、元ｔく出におけるＳ／ＩＮは十分大きく取れる。
〔発明の一天栴佃１〕
以下この背、明の一笑η前イタｔ１を図面を参照して説
明する。１０２図に本発明の一実％ｉ ｆ！’ｉ！を示
す。レーザ光源（２１）からの光をビームスプリッタ（
２２）で分割する。一方の光ヲ（す屈折性媒質（２７）
に入射する。
明する。１０２図に本発明の一実％ｉ ｆ！’ｉ！を示
す。レーザ光源（２１）からの光をビームスプリッタ（
２２）で分割する。一方の光ヲ（す屈折性媒質（２７）
に入射する。
この複層４Ｊｒ性媒質には、ルチル、方解石あるいは醒
気的に復層」ノＣが変化するＬｉＮｂ０．、ＫＤＰ掃の
酸気光学結晶、ゴた伝送用ファイバと隔着接続できる定
偏波ファイバ等が考えられる。本夷癩例では。
気的に復層」ノＣが変化するＬｉＮｂ０．、ＫＤＰ掃の
酸気光学結晶、ゴた伝送用ファイバと隔着接続できる定
偏波ファイバ等が考えられる。本夷癩例では。
複１１パ折性媒質（２７） ’２定偏波ファイバとする
。定偏波ファイバには、図に示すように元学佃ｊがＸ方
向とＹ方向に存在する。この２本の＋＝と偏光方向のな
す角を４５°となる様、レーザ尤を複屈折媒質（２７）
に入射する。出！ＪｉＩＩＩＩに、Ｘ方向とＹ方向に偏
光した光を分離する偏波分ν批プリズム（２５）を設け
る。同時にビームスプリッタ（２２）で分割したもう一
方のレーザ元（３２）と、前述の複屈折性媒質の出射光
とを偏波分離プリズム（２５）上で合波する。ここで前
記光路の途中には、音響光学変調器からなる周波数シフ
タ（２６）を設け、レーザ元の光周波数をシフトする。
。定偏波ファイバには、図に示すように元学佃ｊがＸ方
向とＹ方向に存在する。この２本の＋＝と偏光方向のな
す角を４５°となる様、レーザ尤を複屈折媒質（２７）
に入射する。出！ＪｉＩＩＩＩに、Ｘ方向とＹ方向に偏
光した光を分離する偏波分ν批プリズム（２５）を設け
る。同時にビームスプリッタ（２２）で分割したもう一
方のレーザ元（３２）と、前述の複屈折性媒質の出射光
とを偏波分離プリズム（２５）上で合波する。ここで前
記光路の途中には、音響光学変調器からなる周波数シフ
タ（２６）を設け、レーザ元の光周波数をシフトする。
ここで、この周波数シフタは（５）気元学変Ｊ、Ｗ 器
でも実現用能である。
でも実現用能である。
ブＣ検出器（２８） 、 （２９）で受光する光出力１
．．Ｉ。
．．Ｉ。
は、それぞれ
ＩＩ −ＡＨ（１＋ｃｏｓ（２π△ｆｔ＋Ｉ’Ｘ）１Ｌ
−Ａ２ （１＋Ｃ０８（２π△ｆｔ＋Ｉ’ｙ）１とな
る。ここで１ｉｉ１ Ｍ’−の為に、偏波分離プリズム
（２５）で合波した光出力は、それぞれ等しいとした。
−Ａ２ （１＋Ｃ０８（２π△ｆｔ＋Ｉ’ｙ）１とな
る。ここで１ｉｉ１ Ｍ’−の為に、偏波分離プリズム
（２５）で合波した光出力は、それぞれ等しいとした。
またＡ、、Ａ、は定数である。△ｆは光周波数シフト量
である。／’ｘ ｊ３定１ｔｌｉｆ波ファイバ（２７）
のＸ方向偏波光と別光路（３２）との光路差により決定
され、Ｆｙは定偏波ファイバ（２７）のｙ方間偏波）七
と別光路（３２）との光路差により決・ぜされる。定偏
波ファイバ（２７）のＸ方向、Ｘ方向の屈折率をそれぞ
れｎｙ、ｎｙとし、別光路（３２）とビームスプリッタ
（２２）から定偏波ファイバ（２７）の入射端までの光
路（３１）を同じ距離とすれば、Ｉ’ｘ、ｒｙはそれぞ
れで表わされる。Ｌは定偏波ファイバ（２７）の長さで
ある。光検出器（２８）、（２９）の出力のＡＣ成分の
位相、比較をは気回路（３０）により行えば、この出力
は７’ ｘ −１’ ｙに比例するものとなる。ここで
光周波数シフＩＪは一定である為、電気信号の処理は容
易で、一般に位相比較の分解能は、−１８３％、ら１８
ｏ０まで０．１° 程度である。したがって、抜針ｌ１
ｌＩｉｉＷ報は、０．０３％の精度で計測できる。定偏
波ファイバの場合、被計測情報は温度、圧力、仏気等多
（の物理量を測定可能である。
である。／’ｘ ｊ３定１ｔｌｉｆ波ファイバ（２７）
のＸ方向偏波光と別光路（３２）との光路差により決定
され、Ｆｙは定偏波ファイバ（２７）のｙ方間偏波）七
と別光路（３２）との光路差により決・ぜされる。定偏
波ファイバ（２７）のＸ方向、Ｘ方向の屈折率をそれぞ
れｎｙ、ｎｙとし、別光路（３２）とビームスプリッタ
（２２）から定偏波ファイバ（２７）の入射端までの光
路（３１）を同じ距離とすれば、Ｉ’ｘ、ｒｙはそれぞ
れで表わされる。Ｌは定偏波ファイバ（２７）の長さで
ある。光検出器（２８）、（２９）の出力のＡＣ成分の
位相、比較をは気回路（３０）により行えば、この出力
は７’ ｘ −１’ ｙに比例するものとなる。ここで
光周波数シフＩＪは一定である為、電気信号の処理は容
易で、一般に位相比較の分解能は、−１８３％、ら１８
ｏ０まで０．１° 程度である。したがって、抜針ｌ１
ｌＩｉｉＷ報は、０．０３％の精度で計測できる。定偏
波ファイバの場合、被計測情報は温度、圧力、仏気等多
（の物理量を測定可能である。
本発明のセンサでは、光路（３１）と（３２）の光路差
がゆらいでも、位相比較回路（３０）の出力はゆらがず
安定な計ｇｌｌＪを行える。また位相差のみで計測を行
う為、伝送路の損失ゆらぎには影Ｖを受けない。
がゆらいでも、位相比較回路（３０）の出力はゆらがず
安定な計ｇｌｌＪを行える。また位相差のみで計測を行
う為、伝送路の損失ゆらぎには影Ｖを受けない。
さらに被Ｈ１側情報は大きさのみならず方向をも知るこ
とができる。
とができる。
ｌも２図に示す実施例では、レーザ光を望間仏叔させて
いたが、＠３図に示すように、光ファイバーを用い伝送
できる。図中（４１）はレーザ、（４２）（ｔシングル
モードの元分岐部、（４３）は音響光学変調器である。
いたが、＠３図に示すように、光ファイバーを用い伝送
できる。図中（４１）はレーザ、（４２）（ｔシングル
モードの元分岐部、（４３）は音響光学変調器である。
伝送路は（４４）、（４５）、（４６）、（４７）で元
ファイバーで構成できる。特に（４４） 、（４５月ま
偏波を保存する必要上、定偏波゛ファイバでなくてはな
らない。
ファイバーで構成できる。特に（４４） 、（４５月ま
偏波を保存する必要上、定偏波゛ファイバでなくてはな
らない。
（４８）はセンシング部で榎屈折性媒質である。偏波分
離プリズムの両出力は、元ファイバ（４６）、（４７）
で伝送し、光検出器（５０）の電気出力の位相比軟を（
５１）で行い、出力（５２）を得る。
離プリズムの両出力は、元ファイバ（４６）、（４７）
で伝送し、光検出器（５０）の電気出力の位相比軟を（
５１）で行い、出力（５２）を得る。
この場合、伝送路の損失ゆらぎの為に光検出器（５０）
の−気出力が変動しても、屯ｍ ＩＪ ｋ′ｊｆＩ（５
１月こより、位相１６報を損ＩＳわず波形を整形できる
。したがって、伝送１ｊｌ、５のゆらぎに無関係に被計
測情報を知ることができる。
の−気出力が変動しても、屯ｍ ＩＪ ｋ′ｊｆＩ（５
１月こより、位相１６報を損ＩＳわず波形を整形できる
。したがって、伝送１ｊｌ、５のゆらぎに無関係に被計
測情報を知ることができる。
４、 図１川の１１１雫なｉ発明
第１図は従来装置を承す図、第２図は本発明の一実１：
Ｕ例を承ず図、１４９３図は、本発明の他の夷殉例を示
す図である。
Ｕ例を承ず図、１４９３図は、本発明の他の夷殉例を示
す図である。
１０・・・入力光、１１．１３・・・ミラー、１２．１
４・・・ビームスプリッタ、１５・・・ｊｔ 周波Ｍｌ
シフタ、１６・・・センシング部、１７・・・出力光、
２１・・・レーザ、２２・・・ビームスプリッタ、２３
．２４・・・ミラー。
４・・・ビームスプリッタ、１５・・・ｊｔ 周波Ｍｌ
シフタ、１６・・・センシング部、１７・・・出力光、
２１・・・レーザ、２２・・・ビームスプリッタ、２３
．２４・・・ミラー。
２５・・・１（１ハ九分１“１１１．プリズム、２６・
・・光周波数シフタ、２７・・・センシング部、２８．
２９・・・元−１灸出器、３０・・・位相比較器、４１
・・・レーザ、４２、・・・元分岐部、４３・・・元周
波奴シフタ、４４．４５・・・定１１４波ファイバ、４
６．４７・・・ファイノく、４８・・・センシング部、
４９・・・偏光分離プリズム、５０・・・元挾出暑診。
・・光周波数シフタ、２７・・・センシング部、２８．
２９・・・元−１灸出器、３０・・・位相比較器、４１
・・・レーザ、４２、・・・元分岐部、４３・・・元周
波奴シフタ、４４．４５・・・定１１４波ファイバ、４
６．４７・・・ファイノく、４８・・・センシング部、
４９・・・偏光分離プリズム、５０・・・元挾出暑診。
５１・・・位相比較器、５２・・・出力。
代理人弁理士 則 近 憲 佑（ほか１名）第 １ 図
第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１１第１の周波数を有する第１の元を複屈折性を有す
る物質に、該物質の２つの光学主軸方向の偏光成分をも
つように入射し、前記物質の出射光を前記光学主軸方向
の偏光成分に分離して第２の周波数を有する第２の光と
混合し、前記第１及び第報を検出するようにしたことを
特徴とする被計測情報の光学的検出方法。 （２１第２の層液Ｐｉを有する第２の光は、前記第１の
光と同一のアＣ，源から出射さＪ７．かつ光周波数シッ
クを経た光であることを特徴とする特許、請求の範囲第
１項記載の被割側情−ｔμの光学的検出方法。 （３１複屈折性を信する物質は、ルチル、方解石。 ＬｉＮｂ０．、ＫＤＰ、定偏波ファイバのいずれかから
成る特許請求の範囲＠１項Ｍｌ己戟の被計測情報の光学
的検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21767883A JPS60111112A (ja) | 1983-11-21 | 1983-11-21 | 被計測情報の光学的検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21767883A JPS60111112A (ja) | 1983-11-21 | 1983-11-21 | 被計測情報の光学的検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60111112A true JPS60111112A (ja) | 1985-06-17 |
Family
ID=16708001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21767883A Pending JPS60111112A (ja) | 1983-11-21 | 1983-11-21 | 被計測情報の光学的検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60111112A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0690332A3 (en) * | 1994-06-27 | 1998-03-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical device and displacement information measurement apparatus using the same |
-
1983
- 1983-11-21 JP JP21767883A patent/JPS60111112A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0690332A3 (en) * | 1994-06-27 | 1998-03-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical device and displacement information measurement apparatus using the same |
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