JPS6097225A - ドツプラ−式光センサ - 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】 産業上の利用分野 本発明はドツプラ一式光センサに関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年レーザの著しい発達により、レーザを光源とした測
定機が種々考案されている０著名なものとしては速度を
測定するドツプラーレーザ、ファイバーの熱膨張を利用
した温度センサ、又光学式ビデオディスク、コンパクト
ディスク等に使用されている光学ヘッド系も一つの反射
光量式センサと見なすことができる０これ等の光センサ
は一部で実用化されているが、従来の光学系はビームス
プリッタ、レンズ等のガラスの１かたまり”を使用して
いるため、重くて体積も大きく、かつ温度に対して不安
定、光軸調整が容易でない等、種々の問題がある。

ここで従来のドツプラ一式光センサの例を第１図にて説
明する０ レーザー光源１より出たレーザー光線は音響光学式変調
器２（以下ム０と記す）を通過し、ブラッグ回折により
０次光３と一次元４に分離され、０次光３は％板６、ミ
ラー６、偏光ビームスプリッタ−７、レンズ８を通過し
受光素子９上で絞り込まれる。−次光４は同様に偏光ビ
ームスプリッタ−７、λ４板１０を通過し、円偏光に変
換されＭｆｆｌｌｌ定物ｌｌｌ什物）へ投射される。こ
の被測定物からの反射１１は被測定物の速度Ｖにより±
Δｆ　＝　２　”／、。（λｏ　ｉ光源波長）なるドツ
プラー効果を受けるここで十符号は被測定物が接近する
場合、−符号は被測定物が遠ざかる場合に生ずる。

この反射光１１は角度、４板１ｏを通過することにより
、偏光ビームスプリッタ７で反射されレンズ８によシ絞
り込まれ、０次光と干渉しながら光ディテクタ９に投射
される。この干渉縞は二光線（０次光と一次光）の周波
数に差がある場合、干渉縞が周波数差だけ移動する。し
だがって、光検出器９には光の周波数差の周波数が現わ
れる。ここで光の周波数差を考える場合、ＡＯ２により
回折された一次光４はＡＯ２の中を走る間に、Ａ。

２の第２図に示す超音波周波数ｆｃ１２だけドツプラー
周波数偏移を受けていることに注意しなければならない
。したがって、このように構成された光ト諏プラーレー
ザーにおいて、光デイテクタ−９から得られる信号は第
２図に示されるとおシである。第２図において、ｆｃ１
２はム０２の超音波周波数１３は」−Δｆ１１４は−Δ
ｆの出力を示している。

ところで、第１図のような構成でドツプラーレーザーセ
ンサを光ＩＣ化することは困難である。

これらの原因は、次のとおりである。

（１）薄膜導波路を用いた光ＩＣの場合、現有の技術で
良好な偏光ビームスプリッタ７を製作することが出来な
い。

（２１ＡＯ２、λろ板１０、偏光ビームスプリツタ７等
構成部品が多くて、たとえこのまま光ＩＣ化が可能とな
っても、小型化することは不可能である。

発明の目的 本発明は、小形、軽量化されたドツプラ一式光センサを
得ることを目的とする。

発明の構成 本発明は、光線を分岐するミラーと、ＴＥ波をＴＭ波に
ＴＭ波をＴＥ波に変換しＴＥ波とＴＭ波に対して相異な
るブラッグ角を有するＡＯ素子（音響光学式変調器）と
を誘電体薄膜からなる光導波路内に一体集積し、かつ先
送出端外部に偽板等の直線偏光を円偏光に変換する素子
を配置することを特徴とするものである。

実施例の説明 本発明の実施例を第３図に示し、以下この図にしたが−
って具体的に説明する。

ＴＥ波を発振する半導体レーザ２１から出た光は平面レ
ンズ２２を通ってコリメイトされ平行光２３となり、Ａ
Ｏ素子２４に送られる。

第４図は薄膜２ｏに形成されたＡＯ素子部分の拡大図で
ある。この人Ｏ素子２４は一般に異方性ブラッグＡＯ素
子と呼ばれ、立体素子の場合には非常に作りにくい素子
であり一般的に使用できないことが、たとえば”　Ｒ，
Ｗ、　Ｄｉｘｏｎ、　”ＡｃｏｕｓｔｉｃＤｉｆｆｒａ
ｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔ　ｉｎ　Ａｎｉｓｏｔｒ
ｏｐｉｃ　Ｍｅｄｉａ”Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　ｖｏｌ、ＱＥ
−３，Ｎｏ、２．Ｆｅｂｒｕａｒｙ　１９６７　Ｐ、８
５〜Ｐ、９３”に示されている。しかし、この異方性ブ
ラッグＡＯ素子は薄膜の場合簡単に製作することができ
る。このことは、°′中鉢氏等、ムｐｐｌｉａｄｐｈｙ
ｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　ｖｏｌ、　２ｅ、１’１
０．７．１．Ａｐｒｉ１１９７５゜Ｐ３６２”にも示さ
れている。

本発明の特徴は異方性ブラッグＡＯ素子２４を使用する
ことにより、この人Ｏ素子と偽板という少ない素子の組
み合わせにより効率的に光ドツプラ一式光センサを構成
し、かつこの人Ｏ素子は薄膜光導波路の場合簡単に作製
できるということにもとづいている。

この素子２４の特徴は、入方向からのＴＥ波がブラッグ
回折を受けると同時にＴＭ波となり、Ｃ方向に進むとい
うことである。一方、Ｃ方向から進んで来たＴＭ波とな
り、Ａ方向へ回折される。

逆にＡ方向からＴＭ波が送られた場合には、回折を受け
ずＤ方向へ直進する。又、Ｂ方向からのＴＥ波は回折さ
れず、Ｃ方向へ直進する０異方性ブラツグＡＯ素子２４
と従来のＡＯ素子との差違は薄膜素子の場合にはＡＯ素
子２４と光線の交わる角度を特定の条件を満足するよう
に設定すれば容易に得られることである。

今、ＴＥ波の平行光２３はＡＯ素子２４とはブラッグ条
件を満足しないから、直進して進み、再びレンズ２５に
よって絞り込まれる。一般的に、この平面レンズ２５の
焦点位置は、薄膜導波路外へ無収差状態で送出されるた
めには薄膜導波路のへき開面２６上になければならない
から、絞り込捷れた等方性スポット光点はこのへき開面
２６上にある。したがって、この点に微小レンズ又はＱ
。２５ピツチ長のセルホックレンズ等のコリメーター系
２γを置くことで、自由空間に平行光線を形成すること
ができる。この平行光線の光路中に偽板２８を設置する
ことにより直線偏光は円偏光となり、被測定物へと送ら
れる。被測定物からの反射光は再びλ４板２８を通り、
元の光とは偏波面が９Ｑ０回転される。したがって、セ
ルフォック等のコリメータ糸２７により薄膜導波路に戻
された光はＴＭ波となり、２３の方向へ進む○ＡＯ２４
はＣ方向から入射するＴＭ波に対しては前述のとと＜Ｔ
Ｅ波に変換すると同時にブラッグ回折を受け、Ａの方向
へ進み、レンズ２２により光線２９となり、ディテクタ
ー（検知素子）３Ｑ」二に絞り込まれる。一方、ディテ
クター３ｏにはミラー３１（０，２μｍピッチ深さ０．
１μｍ程度のグレイテングにより容易に製作可能）によ
り半導体レーザ２１より出た光の一部分が反射され、光
３２が投影されているから、前述第２図で述べた信号が
得られることとなる。

第６図はこの薄膜ドツプラ一式光センサをビデオディス
クあるいはコンパクト用読み出し光センサとして使用す
る場合を示す。この場合には、端面から直接光を取り出
すか、又は第３図のごとく０．５　Ｐ以上の長さを有す
るセルホックレンズ２７を入れても良い。この場合、送
出光は広がり光となっているから、対物レンズ３３の口
径一杯に送出光は照射されるから、送出光は対物レンズ
３３によってディスク面３４で回折限界まで絞り込まれ
ることになり、微小ピット信号を読み出すことができる
。ディスク面３４からの反射光は前述のように光路によ
り第３図のディテクター３０に戻されるから、ディテク
ター３ｏには微小ピットによる回折により映像信号とデ
ィスクの移動速度の信号を同時に得ることができる。し
たがって、本発明のドツプラ一式光センサを用いること
により、光学系をきわめて簡単にすることができる。

発明の効果 このように本発明はレンズ、ミラー、異方性ブラッグ回
折を有するＡＯ素子を薄膜一体化していることにより、
安定かつ軽量、小形化をはかることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はバルク素子使用による従来のドツプラ一式光セ
ンサの概略構成図、第２図は受光素子に得られるドツプ
ラー信号のスペクトラム図、第３図は本発明の一実施例
のドツプラ一式光センサの概略平面図、第４図は薄膜異
方性ＡＯ素子の拡大平面図、第６図は本発明を用いたビ
デオディスク。 ＣＤのピックアップ光学系の要部構成図である。 ２Ｑ・・・・・・薄膜、２１・・・・・・半導体レーザ
ー、２２．２５・・・・・・平面レンズ、２４・・・・
・・薄膜異方性ＡＯ素子、２６・・・・・・薄膜導波路
へきかい面、２７・・・・・・コリメート系レンズ、３
３・・・・・・対物レンズ、３４・・・・・・ディスク
。 第　２　図 第３図 １１１４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光線を分岐し、そのうち一方を送出光とし、この送出光
   による物体からの反射光と前述の他方の光とを受光素子
   上で干渉させるドツプラ一式光センサであって、銹電体
   薄膜からなる光導波路内に、光線の一部を反射する素子
   と、ＴＥ波をＴＭ波にＴＭ波をＴＥ波に変換しかつＴＥ
   、ＴＭ波に対して相異なるブラッグ角を有する音響光学
   式変調素子とが配置されており、かつ先送出端外部に直
   線偏光を円偏光に変換する素子を装置したことを特徴と
   するドツプラ一式光センサ。