JPS61223821A - 光学式測定装置 - Google Patents
光学式測定装置Info
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- JPS61223821A JPS61223821A JP60066024A JP6602485A JPS61223821A JP S61223821 A JPS61223821 A JP S61223821A JP 60066024 A JP60066024 A JP 60066024A JP 6602485 A JP6602485 A JP 6602485A JP S61223821 A JPS61223821 A JP S61223821A
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- light
- rays
- wave plate
- polarization
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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。
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〕
この発明は光学式測定装置即ち光学効果を利用して物理
量を測定する光学式測定装置に関するものである。
量を測定する光学式測定装置に関するものである。
第４図は従来の光学式測定装置の一例を示す構成図であ
る。図において、１は光源、２．９は光ファイバー、３
，８はマイクロレンズ、４，７は偏光ビームスプリッタ
−（以下［Ｐ Ｂ ＳＪという）、５は１／４波長板、
６はＢＳＯ，ＢＧＯなどの電気光学素子、１０は受光器
、１１はコンデンサ、１２はＤＣアンプ、１３はＡＣア
ンプ、１４は割算器である。
る。図において、１は光源、２．９は光ファイバー、３
，８はマイクロレンズ、４，７は偏光ビームスプリッタ
−（以下［Ｐ Ｂ ＳＪという）、５は１／４波長板、
６はＢＳＯ，ＢＧＯなどの電気光学素子、１０は受光器
、１１はコンデンサ、１２はＤＣアンプ、１３はＡＣア
ンプ、１４は割算器である。
次に上述した構成の光学式測定装置の動作について説明
する。光源１から発せられた光は光ファイバー２を伝送
され、マイクロレンズ３でコリメートされＰＢＳ４に入
射される。この光はＰＢＳ４で直線偏光に変換された後
、１／４波長板５によって互いに直交する偏光成分の間
に９０°の位相差が生じ光学的バイアスが与えられる。
する。光源１から発せられた光は光ファイバー２を伝送
され、マイクロレンズ３でコリメートされＰＢＳ４に入
射される。この光はＰＢＳ４で直線偏光に変換された後
、１／４波長板５によって互いに直交する偏光成分の間
に９０°の位相差が生じ光学的バイアスが与えられる。
この光は前記１／４波長板５から電気光学素子６に与え
られ。
られ。
該電気光学素子６によって印加された被測定電圧に比例
した位相変調が加えられる。前記電気光学素子６からの
出力信号はＰＢＳ７によって前記被測定電圧に比例した
光強度変化に変換される。該ＰＢ８７から発した光はマ
イクロレンズ８で再り集光され光ファイバー９に入射さ
れて伝送され。
した位相変調が加えられる。前記電気光学素子６からの
出力信号はＰＢＳ７によって前記被測定電圧に比例した
光強度変化に変換される。該ＰＢ８７から発した光はマ
イクロレンズ８で再り集光され光ファイバー９に入射さ
れて伝送され。
受光器１０に導かれる。該受光器１０によって光電変換
された信号の内、直流分はそのままＤＣアンプ１２で増
幅され、コンデンサ１１を通して分離された交流分はＡ
Ｃアンプ１３で増幅される。
された信号の内、直流分はそのままＤＣアンプ１２で増
幅され、コンデンサ１１を通して分離された交流分はＡ
Ｃアンプ１３で増幅される。
前記直流分と交流分は割算器１４に入力され、該割算器
１４によって交流分÷直流分の演算が施された信号を出
力として取り出すものである。
１４によって交流分÷直流分の演算が施された信号を出
力として取り出すものである。
ところで上述したごとき構成の従来の光学式測定装置に
あっては前記１／４波長板５に、複屈折の温度依存性に
起因する光学的バイアス点の移動が生じ、交流分÷直流
分の演算後その影響が現われるので、測定精度の温度特
性が悪いという問題点があった。
あっては前記１／４波長板５に、複屈折の温度依存性に
起因する光学的バイアス点の移動が生じ、交流分÷直流
分の演算後その影響が現われるので、測定精度の温度特
性が悪いという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、波長板の複屈折温度特性をキャンセルするこ
とにより、温度特性の良好な光学式測定装置を得ること
を目的とする。
たもので、波長板の複屈折温度特性をキャンセルするこ
とにより、温度特性の良好な光学式測定装置を得ること
を目的とする。
この発明に係る光学式測定装置は、入射光を偏光面が直
交する２つの直線偏光に分け、この２つの直線偏光に夫
々同一の大きさの光学的位相差を与える第１゜第２の波
長板を設け、それぞれの波長板の複屈折位相差の変化に
基づく光強度変化が逆になるように、しかも電気光学効
果による位相差の変化に基づく光強度変化は同方向にな
るように、前記２つの波長板、光学効果素子、偏光子を
配置したものである。
交する２つの直線偏光に分け、この２つの直線偏光に夫
々同一の大きさの光学的位相差を与える第１゜第２の波
長板を設け、それぞれの波長板の複屈折位相差の変化に
基づく光強度変化が逆になるように、しかも電気光学効
果による位相差の変化に基づく光強度変化は同方向にな
るように、前記２つの波長板、光学効果素子、偏光子を
配置したものである。
この発明の光学式測定装置における２つの偏光成分は、
第１．第２の波長板の複屈折位相差の変化に基づく光強
度変化が互いに逆にな９％電気光学効果による位相差の
変化に基づく光強度変化は同一になるので、これらを合
成した光は複屈折位相差に関係なく一定となり、波長板
の複屈折温度特性の影魯を受けることがない。
第１．第２の波長板の複屈折位相差の変化に基づく光強
度変化が互いに逆にな９％電気光学効果による位相差の
変化に基づく光強度変化は同一になるので、これらを合
成した光は複屈折位相差に関係なく一定となり、波長板
の複屈折温度特性の影魯を受けることがない。
以下この発明の一実施例を図について説明する。
第１図はこの発明の一実施例に従う光学式測定装置の構
成図である。第１図において、１は光源、２．９ｔ！光
フアイバー、３，８はマイクロレンズ、４は第１の偏光
子即ちＰＢＸ、１８．１９は第２の偏光子即ちＰＢＳ、
１５は第１の光路変更手段即ち全反射ミラー、２０は第
２の光路変更手段即ち全反射ミラー、１６は第１の波長
板即ちＩＡ波長板、１７は第２の波長板即ち１７４波長
板、６は光学効果素子即ち電気光学素子、２１は合波器
、１０は受光器、１１はコンデンサ、１２はＤＣアンプ
、１３はＡＣアンプ、１４は割算器である。
成図である。第１図において、１は光源、２．９ｔ！光
フアイバー、３，８はマイクロレンズ、４は第１の偏光
子即ちＰＢＸ、１８．１９は第２の偏光子即ちＰＢＳ、
１５は第１の光路変更手段即ち全反射ミラー、２０は第
２の光路変更手段即ち全反射ミラー、１６は第１の波長
板即ちＩＡ波長板、１７は第２の波長板即ち１７４波長
板、６は光学効果素子即ち電気光学素子、２１は合波器
、１０は受光器、１１はコンデンサ、１２はＤＣアンプ
、１３はＡＣアンプ、１４は割算器である。
前述した１／４波長板１８．１７は、それぞれ屈折率楕
円体の長主軸が互いに９０°の角度をなし、かつ入射す
る光の偏光面に対して長主軸が４５″の角度をなすよう
に設置されている。
円体の長主軸が互いに９０°の角度をなし、かつ入射す
る光の偏光面に対して長主軸が４５″の角度をなすよう
に設置されている。
次に上述しん構成の光学式測定装置の動作について説明
する。光源１から発せられた光は光７アイパー２を伝送
され、マイクロレンズ３でコリメートされＰＢＳ４に入
射される。この光はＰＢＳ４で偏光面が互いに直交する
２つの直線偏光に分解される。これら２つの光の内筒１
の光線２２は全反射ミラー１５で反射され１／４波長板
１６に入射される。一方、第２の光線２３はＰＢＳ４を
透過して１／４波長板１７に入射される。前述した１／
４波長板１６．１７は、その屈折率楕円体の長主軸の方
向が互いに９０°の角度をなし、しかも光線２２．２３
の偏光面とは４５°の角度をなすように設置されている
。この関係を第２図に示す。
する。光源１から発せられた光は光７アイパー２を伝送
され、マイクロレンズ３でコリメートされＰＢＳ４に入
射される。この光はＰＢＳ４で偏光面が互いに直交する
２つの直線偏光に分解される。これら２つの光の内筒１
の光線２２は全反射ミラー１５で反射され１／４波長板
１６に入射される。一方、第２の光線２３はＰＢＳ４を
透過して１／４波長板１７に入射される。前述した１／
４波長板１６．１７は、その屈折率楕円体の長主軸の方
向が互いに９０°の角度をなし、しかも光線２２．２３
の偏光面とは４５°の角度をなすように設置されている
。この関係を第２図に示す。
それぞれの１／４波長板１６．１７を通過したそれぞれ
の光線２２．２３は電気光学素子６に入射され、印加さ
れた被測定電圧に比例した位相変調が加えられ、それぞ
れＰＢ８１８．１９を通過して光強度変調に変えられる
。第１の光線２２は、全反射ミラー２０によって光路を
変更され良後、合波器２１で第２の光線２３と合成され
、マイクロレンズ８で集光されて光ファイバー９に入射
される。光ファイバー９によって受光器１０に導かれ走
光は、充電変換後、従来と同様の信号処理がなされて出
力信号として取出される。
の光線２２．２３は電気光学素子６に入射され、印加さ
れた被測定電圧に比例した位相変調が加えられ、それぞ
れＰＢ８１８．１９を通過して光強度変調に変えられる
。第１の光線２２は、全反射ミラー２０によって光路を
変更され良後、合波器２１で第２の光線２３と合成され
、マイクロレンズ８で集光されて光ファイバー９に入射
される。光ファイバー９によって受光器１０に導かれ走
光は、充電変換後、従来と同様の信号処理がなされて出
力信号として取出される。
動作を詳しく説明するために第１図に示す座標系Ｘ−ｙ
−ｓを定め、さらに第２図に示すようにこの座標系を２
軸の回りに４５″回転した座標系λ′−、Ｉ −、Ｉを
定める。
−ｓを定め、さらに第２図に示すようにこの座標系を２
軸の回りに４５″回転した座標系λ′−、Ｉ −、Ｉを
定める。
ＰＢ８４の反射光２２は全反射ミラー１５で光路を２軸
方向に変えられる。この光［２２の電界成分はＸ軸成分
のみでアク、これを記号Ｅ１ｘで表わし、その値を Ｅｌｘ ＝ Ｈａ ａｊωｔ とする。同様に透過光２３の電界成分はｙ軸成分のみと
な）、これを記号Ｅｘｙで表わすと、値は１２Ｆ ＝
Ｅｏ ｅｊ（ｔ である。この２つの偏光に対する電気光学効果を考察す
る。
方向に変えられる。この光［２２の電界成分はＸ軸成分
のみでアク、これを記号Ｅ１ｘで表わし、その値を Ｅｌｘ ＝ Ｈａ ａｊωｔ とする。同様に透過光２３の電界成分はｙ軸成分のみと
な）、これを記号Ｅｘｙで表わすと、値は１２Ｆ ＝
Ｅｏ ｅｊ（ｔ である。この２つの偏光に対する電気光学効果を考察す
る。
２つの偏光をそれぞれＸ′軸 、Ｘ軸成分に分解すると
という成分で表わされる。これらの光線２２．２３を第
２図に示すような、屈折率楕円体の長主軸を持つ１／４
波長板１８．１７にそれぞれ通すと、光ｆ１２２はｘ′
軸成分の位相がｙ′軸成分よりΔφ進み、光！２３はｙ
′軸成分の位相がＸ′軸成分よシΔφ進む。
２図に示すような、屈折率楕円体の長主軸を持つ１／４
波長板１８．１７にそれぞれ通すと、光ｆ１２２はｘ′
軸成分の位相がｙ′軸成分よりΔφ進み、光！２３はｙ
′軸成分の位相がＸ′軸成分よシΔφ進む。
ここでΔφハ１／４波長板による位相差で、一般に温度
の関数となる。
の関数となる。
光線２２．２３は続いて電気光学素子６に入射される。
電気光学素子６０半波長電圧をＶπ、素子に印加された
被測定電圧をＶとし、印加電圧Ｖを加えたときに素子に
生ずる屈折率楕円体の長軸がＸ′軸に一致するように素
子を設置しておくと、ｙ′軸成分の位相がＸ′軸成分に
比べてπ・可だけ進むような位相変調を受ける。
被測定電圧をＶとし、印加電圧Ｖを加えたときに素子に
生ずる屈折率楕円体の長軸がＸ′軸に一致するように素
子を設置しておくと、ｙ′軸成分の位相がＸ′軸成分に
比べてπ・可だけ進むような位相変調を受ける。
このように変調された２つの光線２２．２３は、それぞ
れＰＢＳ１８．１９に入射され、ともにそのｙ軸成分の
みが透過する。それぞれの透過強度を１１． Ｉ２とす
ると、 １１＝ ｌ Ｅｌｘ’ ｓ ｉｎ −＋ Ｅｌｙ’ ａ
ｏｓも”という結果が得られる。
れＰＢＳ１８．１９に入射され、ともにそのｙ軸成分の
みが透過する。それぞれの透過強度を１１． Ｉ２とす
ると、 １１＝ ｌ Ｅｌｘ’ ｓ ｉｎ −＋ Ｅｌｙ’ ａ
ｏｓも”という結果が得られる。
従来の方式では工１またはＩ２のみを使用していたが、
本発明に従う一実施例では光線２２と光線２３に合波器
２３で合成されて光強度１ ＝ Ｉｓ ＋ Ｉ２トする
。これをマイクロレンズ８で集光し、光ファイバー９で
伝送して受光器１０に導き、光電変換した後直流成分（
定常光成分）と交流成分（被測定成分）とに分離し、そ
れぞれＤＣアンプ１２とＡＣアンプ１３で増幅する。そ
の直流成分ＩＤ０−と交流成分ＩＡＯは、 ＩＤＣ＝月Ｖ：。
本発明に従う一実施例では光線２２と光線２３に合波器
２３で合成されて光強度１ ＝ Ｉｓ ＋ Ｉ２トする
。これをマイクロレンズ８で集光し、光ファイバー９で
伝送して受光器１０に導き、光電変換した後直流成分（
定常光成分）と交流成分（被測定成分）とに分離し、そ
れぞれＤＣアンプ１２とＡＣアンプ１３で増幅する。そ
の直流成分ＩＤ０−と交流成分ＩＡＯは、 ＩＤＣ＝月Ｖ：。
で表わされるから、これらを割算器１４で割算した結果
の出力は となる。同様に従来方式では、例えば１１のみを使用す
る場合。
の出力は となる。同様に従来方式では、例えば１１のみを使用す
る場合。
となる。
そこで本発明に従う一実施例と従来の方式のＩμ波長板
の温度特性の影響について考察する。
の温度特性の影響について考察する。
１／４波長板の位相差Δφは温度変化分ΔＴの関数とな
り、一般に Δφ＝−−に・ΔＴ ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（５）ものとして近似式を求めると
、 となり１本発明に従う一実施例における光強度Ｉとなる
。これを（３）式に代入し、出力を計算すると。
り、一般に Δφ＝−−に・ΔＴ ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（５）ものとして近似式を求めると
、 となり１本発明に従う一実施例における光強度Ｉとなる
。これを（３）式に代入し、出力を計算すると。
となシ、１７４波長板の温度特性の影響を受けない信号
が得られる。
が得られる。
一方、従来方式では１１ｔたはＩ２のみを使用するので
、出力は次のようになる。
、出力は次のようになる。
工１のみを利用する方式では、
工２のみを利用する方式では、
となシ、いずれも温度変化ΔＴを含む式となシ、出力に
は温度変化による゛誤差が現われる。
は温度変化による゛誤差が現われる。
以上説明したように構成することで、従来方式で問題と
なっていた波長板の温度特性を除去することが可能とな
シ、測定精度の高いセンサーが得られる。
なっていた波長板の温度特性を除去することが可能とな
シ、測定精度の高いセンサーが得られる。
なお上記実施例では、第１図の２軸に平行な方向にマイ
クロレンズを設置したが、第３図に示すようにこれと垂
直なｙ軸方向にマイクロレンズを □設置しても
同様の効果が得られ、また２つのマイクロレンズをそれ
ぞれｉ軸方向、ｙ軸方向に分けて設置してもよい。また
ＰＲ８１８，１９は別々のものを使用するように説明し
たが、２つの光線が通過するのに°充分な大きさを持つ
１個のＰＢＳを使用してもよい。
クロレンズを設置したが、第３図に示すようにこれと垂
直なｙ軸方向にマイクロレンズを □設置しても
同様の効果が得られ、また２つのマイクロレンズをそれ
ぞれｉ軸方向、ｙ軸方向に分けて設置してもよい。また
ＰＲ８１８，１９は別々のものを使用するように説明し
たが、２つの光線が通過するのに°充分な大きさを持つ
１個のＰＢＳを使用してもよい。
以上は電気光学効果を利用した光学式測定装置である電
圧センサーについて述べたが、光弾性効果を利用した圧
力センサーなど、偏光を利用した光学式測定装置のほと
んどについてこの発明は適用可能である。
圧センサーについて述べたが、光弾性効果を利用した圧
力センサーなど、偏光を利用した光学式測定装置のほと
んどについてこの発明は適用可能である。
以上のようにこの発明によれば、ＰＢＳを出射する互い
に直交する２つの偏光成分を、それぞれ屈折率楕円体の
喪主軸が９０°異なる２つの波長板に通した後、電気光
学変調を行ない、同一方向の偏光成分を取出して合波す
る構成にしたので、波長板の温度依存性を受けず、温度
特性に優れた光学式測定装置が得られる効果がある。
に直交する２つの偏光成分を、それぞれ屈折率楕円体の
喪主軸が９０°異なる２つの波長板に通した後、電気光
学変調を行ない、同一方向の偏光成分を取出して合波す
る構成にしたので、波長板の温度依存性を受けず、温度
特性に優れた光学式測定装置が得られる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例に従う光学式測定装置を示
す構成図、第２図は前記第１図にて図示した装置の一部
を示す説明図、第３図はこの発明の他の実施例に従う光
学式測定装置を示す構成図、第４図は従来の光学式測定
装置の一例を示す構成図である。 図において、４はＰＢＳ、６は電気光単素子、１５は全
反射ミラー、１６は１／４波長板、１７は１／４波長板
、１８はＰＢＳ、１９はＰＢＳ、２０は全反射ミラー、
２１ｔｉ合波器でｂる。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 特許出願人 三菱電機株式会社 （外２名） 第１図 比カ 第２図 第４図 田カ
す構成図、第２図は前記第１図にて図示した装置の一部
を示す説明図、第３図はこの発明の他の実施例に従う光
学式測定装置を示す構成図、第４図は従来の光学式測定
装置の一例を示す構成図である。 図において、４はＰＢＳ、６は電気光単素子、１５は全
反射ミラー、１６は１／４波長板、１７は１／４波長板
、１８はＰＢＳ、１９はＰＢＳ、２０は全反射ミラー、
２１ｔｉ合波器でｂる。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 特許出願人 三菱電機株式会社 （外２名） 第１図 比カ 第２図 第４図 田カ
Claims (1)
- 入射光をその偏光面が互いに直交する第１の偏光成分と
第２の偏光成分の２つの直線偏光に分離してそれぞれ異
なる方向に出射する第１の偏光子と、前記第１の偏光成
分に対し、複屈折によつて直交する２つの偏光成分の間
に一定の光学的位相差を与える第１の波長板と、前記第
２の偏光成分に対し前記第１の波長板と同じ大きさの光
学的位相差を与え、かつその屈折率楕円体の長主軸が前
記第１の波長板に対して９０°の角度をなす第２の波長
板と、被測定物理量に対応して複屈折が生じ前記第１、
第２の波長板を介して与えられる光の位相差の変化を生
ずる光学効果素子と、前記第１および第２の偏光成分の
少なくとも一方の光路を変更して、そのいずれもが前記
光学効果素子を通過するようにさせるための第１の光路
変更手段と、前記光学効果素子通過後の第１および第２
の偏光成分の互いに平行な直線偏光成分のみを透過させ
る働きを有する少なくとも１つの第２の偏光子と、前記
第２の偏光子を介して異なる方向から入射される２つの
光を合成して一方向に出射する合波器と、前記第２の偏
光子通過後の２つの光の少なくとも一方の光路を変更し
て前記合波器に２つの光が入射するように作用する第２
の光路変更手段とを備えた光学式測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60066024A JPS61223821A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 光学式測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60066024A JPS61223821A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 光学式測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61223821A true JPS61223821A (ja) | 1986-10-04 |
Family
ID=13303935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60066024A Pending JPS61223821A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 光学式測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61223821A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04270943A (ja) * | 1991-02-27 | 1992-09-28 | Tomoya Ogawa | 分光分析装置 |
| JPH0650997A (ja) * | 1992-07-31 | 1994-02-25 | Ngk Insulators Ltd | 光電圧センサ |
| JPH0650998A (ja) * | 1992-07-31 | 1994-02-25 | Ngk Insulators Ltd | 光電圧センサ |
| US5446381A (en) * | 1992-08-31 | 1995-08-29 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical voltage electric field sensor |
-
1985
- 1985-03-29 JP JP60066024A patent/JPS61223821A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04270943A (ja) * | 1991-02-27 | 1992-09-28 | Tomoya Ogawa | 分光分析装置 |
| JPH0650997A (ja) * | 1992-07-31 | 1994-02-25 | Ngk Insulators Ltd | 光電圧センサ |
| JPH0650998A (ja) * | 1992-07-31 | 1994-02-25 | Ngk Insulators Ltd | 光電圧センサ |
| US5446381A (en) * | 1992-08-31 | 1995-08-29 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical voltage electric field sensor |
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