JPS61223822A - 光学式測定装置 - Google Patents
光学式測定装置Info
- Publication number
- JPS61223822A JPS61223822A JP60066025A JP6602585A JPS61223822A JP S61223822 A JPS61223822 A JP S61223822A JP 60066025 A JP60066025 A JP 60066025A JP 6602585 A JP6602585 A JP 6602585A JP S61223822 A JPS61223822 A JP S61223822A
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- rays
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- polarized light
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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、４．７１ｄ偏光ビームスプリッ
タ−（以下ＰＢＳという）、５は１／４波長板、６はＢ
ＳＯ、ＢＧＯなどの電気光学素子、１０は受光器、１１
はコンデンサ、１２Ｂ Ｄ Ｃ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、４．７１ｄ偏光ビームスプリッ
タ−（以下ＰＢＳという）、５は１／４波長板、６はＢ
ＳＯ、ＢＧＯなどの電気光学素子、１０は受光器、１１
はコンデンサ、１２Ｂ Ｄ Ｃ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で直流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で直流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Ｉμ波長板５から電気光学素子６に与えら
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−ＰＢＳ７から発した
光はマイクロレンズ８で再び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ＡＣアンプ１３で増幅される。
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−ＰＢＳ７から発した
光はマイクロレンズ８で再び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ＡＣ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。
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、それぞれ波長板の複屈折位
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、波長板、２つの光学効果素子、
偏光子を配置したものである。
する２つの直線偏光に分け、それぞれ波長板の複屈折位
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、波長板、２つの光学効果素子、
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、
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
に逆になり、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シ、波長板の複屈折温度
特性の影響を受けないものである。
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
に逆になり、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シ、波長板の複屈折温度
特性の影響を受けないものである。
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、２．９は光ファイ
バー、３，８はマイクロレンズ、４は第１の偏光子即ち
ＰＢＳ、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、５は波長板即ち１／４波
長板−１６は第１の光学効果素子即ち電気光学素子、１
７は第２の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、１２ｔ４Ｄｃア
ング、１３はＡＣアンプ、１４は割算器である。前述し
た電気光学素子１８．１７は、光軸に対して前後の面に
透明電極が設けられており、各々の面の間に被測定電圧
が印加されるようになっている。また、印加電圧Ｖに対
して結晶内に生ずる複屈折の屈折率楕円体の長主軸の方
向は、第２図に示すように互いに９０°の角度をなすよ
うに、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。
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、２．９は光ファイ
バー、３，８はマイクロレンズ、４は第１の偏光子即ち
ＰＢＳ、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、５は波長板即ち１／４波
長板−１６は第１の光学効果素子即ち電気光学素子、１
７は第２の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、１２ｔ４Ｄｃア
ング、１３はＡＣアンプ、１４は割算器である。前述し
た電気光学素子１８．１７は、光軸に対して前後の面に
透明電極が設けられており、各々の面の間に被測定電圧
が印加されるようになっている。また、印加電圧Ｖに対
して結晶内に生ずる複屈折の屈折率楕円体の長主軸の方
向は、第２図に示すように互いに９０°の角度をなすよ
うに、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つの光のうち第
１の光線２２は全反射ミラー１５で反射され、電気光学
素子１６に入射される。一方第２の光線２３はＰＢＳ４
を透過して電気光学素子１７に入射される。電気光学素
子１６．１７は、互いの結晶軸が光軸（すなわち第１図
のｚ＠）の回りに９０°の角度をなすように設置されて
おり、またいずれの電気光学素子にも同一方向の被測定
電圧が印加されている。
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つの光のうち第
１の光線２２は全反射ミラー１５で反射され、電気光学
素子１６に入射される。一方第２の光線２３はＰＢＳ４
を透過して電気光学素子１７に入射される。電気光学素
子１６．１７は、互いの結晶軸が光軸（すなわち第１図
のｚ＠）の回りに９０°の角度をなすように設置されて
おり、またいずれの電気光学素子にも同一方向の被測定
電圧が印加されている。
それぞれの電気光学素子１６．１７を通過したそれぞれ
の光線２２．２３は１／４波長板５に入射され、光学的
バイアスが与えられ、それぞれＰＢ８１８．１９を通過
して光強度変調に変えられる。
の光線２２．２３は１／４波長板５に入射され、光学的
バイアスが与えられ、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
更された後１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によって集光器１０に導かれた光
は、光電変換後、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。
更された後１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によって集光器１０に導かれた光
は、光電変換後、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
−ｔを定め、さらに第２図に示すように、この座標系を
２軸の回シに４５°回転した座標系ｘ／−’Ｉ−，Ｉを
定める。
−ｔを定め、さらに第２図に示すように、この座標系を
２軸の回シに４５°回転した座標系ｘ／−’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。この光線２２の電界成分はＸ軸成分
のみであり、これを記号Ｅ＋ｘで表わし、その値を Ｅｘ１＝ Ｅｏ ａ ｊＧＪｔ とする。同様に透過光２３の電界成分はｙ軸成分のみと
なり、これを記号Ｅ２７で表わすと、値はＥ２７ ＝
Ｅｏ ｅ ｊ″’ でおる。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。この光線２２の電界成分はＸ軸成分
のみであり、これを記号Ｅ＋ｘで表わし、その値を Ｅｘ１＝ Ｅｏ ａ ｊＧＪｔ とする。同様に透過光２３の電界成分はｙ軸成分のみと
なり、これを記号Ｅ２７で表わすと、値はＥ２７ ＝
Ｅｏ ｅ ｊ″’ でおる。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 、／軸成分に分解という
成分で表わされる。これらの光線２２．２３を、第１図
のように電圧Ｖを印加されて第２図に示すような屈折率
楕円体の生じた電気光学素子ここにＶπは電気光学素子
１６．１７の半波長電光線２２．２３は続いて１／４波
長板５に入射される。１／４波長板の屈折率楕円体の喪
主軸がＸ′軸に一致するように設置しておくと 、／軸
成分の位相カー′軸成分に比べてΔφだけ進む。ここに
Δφは１／４波長板による位相差で、一般に温度の関数
となる。
成分で表わされる。これらの光線２２．２３を、第１図
のように電圧Ｖを印加されて第２図に示すような屈折率
楕円体の生じた電気光学素子ここにＶπは電気光学素子
１６．１７の半波長電光線２２．２３は続いて１／４波
長板５に入射される。１／４波長板の屈折率楕円体の喪
主軸がＸ′軸に一致するように設置しておくと 、／軸
成分の位相カー′軸成分に比べてΔφだけ進む。ここに
Δφは１／４波長板による位相差で、一般に温度の関数
となる。
このように変調された２つの光線２２．２３は、それぞ
れＰＢ８１８．１９に入射され、ともにそのｙ軸成分の
みが透過する。それぞれの透過光強度をＩｔ 、 Ｉ２
とすると。
れＰＢ８１８．１９に入射され、ともにそのｙ軸成分の
みが透過する。それぞれの透過光強度をＩｔ 、 Ｉ２
とすると。
、π 、 π ２
１１＝ ｌ Ｅ１ｘ’ ｔｘｓｎ−十Ｅ＋ｙ ｃａｎ−
ｊ １１２＝＝ ｌ Ｅ２Ｘ’山−＋Ｅ２７’。。、二
１２ａ２ ＝了（１＋ｃｏ“（Δφ＋“°■）） °°−−−−−
−− （２）という結果が得られる。
ｊ １１２＝＝ ｌ Ｅ２Ｘ’山−＋Ｅ２７’。。、二
１２ａ２ ＝了（１＋ｃｏ“（Δφ＋“°■）） °°−−−−−
−− （２）という結果が得られる。
従来の方式では１１またはＩ２のみを使用していたが、
本発明では、光線２２と光＃！２３は合波器２１で合成
されて光強度１ ＝ Ｉ＋＋１２となる。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ＩＤ
Ｃと交流成分ＩＡＣは、 ＩＤＱ ： Ｉ ｌｖ＝。
本発明では、光線２２と光＃！２３は合波器２１で合成
されて光強度１ ＝ Ｉ＋＋１２となる。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ＩＤ
Ｃと交流成分ＩＡＣは、 ＩＤＱ ： Ｉ ｌｖ＝。
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。
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 ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・Ｉ５）と表わされる。ここに
ｋは定数である。（５）式を（１）。
り、一般に Δφ＝−−に・ΔＴ ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・Ｉ５）と表わされる。ここに
ｋは定数である。（５）式を（１）。
■
（２）式に代入し、ｋΔＴおよびπ・五は充分小さいも
のとして近似式を求めると、 となり、本発明に従う一実施例における光強度Ｉは となる。これを（３）式に代入し、出力を計算すると、
となり、１／４波長板の温度特性の影響を受けない信号
が得られる。
のとして近似式を求めると、 となり、本発明に従う一実施例における光強度Ｉは となる。これを（３）式に代入し、出力を計算すると、
となり、１／４波長板の温度特性の影響を受けない信号
が得られる。
一方、従来方式ではＩ１または工２のみを使用するので
、出力に次のようになる。
、出力に次のようになる。
Ｉ１のみを利用する方式では。
Ｉ２のみを利用する方式では、
となり、いずれも温度変化ΔＴを含む式となり、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
り、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
り、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因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２軸方
向、ｙ軸方向に分けて設置してもよい。また、ＰＢ８１
８．１９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ＰＢ
Ｓを使用してもよい。
クロレンズを設置したが、第３因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２軸方
向、ｙ軸方向に分けて設置してもよい。また、ＰＢ８１
８．１９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ＰＢ
Ｓを使用してもよい。
また上記実施例でに２つの電気光学素子の結晶軸が互い
に９０°の角度をなすように設置して印加電圧を同一と
したが、結晶軸を同一にして印加電圧の極性が逆になる
ように接続しても同じ効果が得られる。
に９０°の角度をなすように設置して印加電圧を同一と
したが、結晶軸を同一にして印加電圧の極性が逆になる
ように接続しても同じ効果が得られる。
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、ＰＢＳｔ−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
の長生軸が９０°異なるような複屈折が生ずるように設
置された光学効果素子を通して゛位相変調させた後、波
長板に通し、偏光子によって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キ
ャンセルすることができ、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。
いに直交する２つの偏光成分を、それぞれ屈折率楕円体
の長生軸が９０°異なるような複屈折が生ずるように設
置された光学効果素子を通して゛位相変調させた後、波
長板に通し、偏光子によって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キ
ャンセルすることができ、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、５＃２波長板、１５は全反射
ミラー、１６は電気光学素子、１７は電気光学素子、１
８はＰＢＳ、１９はＰＢＳ、２０は全反射ミラー、２１
は合波器である。 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 圧力 第２図 − 第３図
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、５＃２波長板、１５は全反射
ミラー、１６は電気光学素子、１７は電気光学素子、１
８はＰＢＳ、１９はＰＢＳ、２０は全反射ミラー、２１
は合波器である。 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 圧力 第２図 − 第３図
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、被測定物理量に対
応して結晶内に複屈折が生じ、前記第１の偏光成分を分
解した２つの直交成分の間に位相差の変化を与える第１
の光学効果素子と、前記被測定物理量に対応して結晶内
に複屈折が生じ、その屈折率楕円体の長主軸の方向が前
記第１の光学効果素子の長主軸の方向と９０°の角度を
なすように設けられ前記第２の偏光成分に位相差の変化
を与える第２の光学効果素子と、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波
長板と、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波長板を通過
するようにさせるための第１の光路変更手段と、前記波
長板通過後の第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もつ少なくとも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 |
|---|---|---|---|
| JP60066025A JPS61223822A (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 |
|---|---|---|---|
| JP60066025A JPS61223822A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 光学式測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61223822A true JPS61223822A (ja) | 1986-10-04 |
Family
ID=13303964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60066025A Pending JPS61223822A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 光学式測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61223822A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4973124A (en) * | 1988-12-22 | 1990-11-27 | Nec Corporation | Wavelength drop-and-insert device |
| JPH0650997A (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 JP60066025A patent/JPS61223822A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4973124A (en) * | 1988-12-22 | 1990-11-27 | Nec Corporation | Wavelength drop-and-insert device |
| JPH0650997A (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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