JPS62184312A - 光路センサ - Google Patents

光路センサ

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JPS62184312A
JPS62184312A JP61289082A JP28908286A JPS62184312A JP S62184312 A JPS62184312 A JP S62184312A JP 61289082 A JP61289082 A JP 61289082A JP 28908286 A JP28908286 A JP 28908286A JP S62184312 A JPS62184312 A JP S62184312A
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JP
Japan
Prior art keywords
optical path
path sensor
phase
gratings
grating
Prior art date
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Pending
Application number
JP61289082A
Other languages
English (en)
Inventor
ハンス・ダーマン
ライナー・ウーベ・オルウスキィ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Filing date
Publication date
Application filed by Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
Publication of JPS62184312A publication Critical patent/JPS62184312A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/26Mechanical 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
    • G01D5/32Mechanical 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 with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical 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 with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/38Forming the light into pulses by diffraction gratings

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フィルタを含む光路センサであって、少なく
とも2f1Mlの波長の光を有する放射ビームがフィル
タを通過し、このフィルタが光放射ビーム方向と直交す
る方向に移動するに従って異なる波長のビーム成分の減
衰量を異なる比で変化さ゛せる光路センサに関するもの
である。
欧州特許出願筒93,273号から既知のこの種の装置
においCは、フィルタが移動方向に沿ってそれぞれ配置
されでいる少なくとも2個の合成フィルタ素子を有し、
各フィルタ素子が1波長の光だけを透過している。フィ
ルタが移動した場合に異なる周波数の光成分の異なる相
対成分が検出器に到達することによって距離依存性が得
られる。
光波長フィルタは高価な素子である。このため異なる複
数のフィルタから成る既知の素子の製造コストは相当高
価なものになってしまう。
本発明の目的は、安価な素子で簡単に構成される光路セ
ンサを提供するものである。
本発明による光路センサ(01)tical  pat
hsensor )は、前記フィルタがビーム方向に1
個づつ配置されている2個の位相回折格子を有し、これ
ら回折格子のうちの1個だけがビーム方向と直交する方
向に移動することができ、零次回折ビームが検出器に向
けて進行するように構成したことを特徴とするものであ
る。
位相回折格子は簡単な構成の素子であり、安価に製造す
ることができる。このような素子は、例えばドイツ国公
開公報第3303623号から既知である。
2個の回折格子が互いに相対的に移動すると、一般的に
零次回折光の量は波長が異なれば異なる母で変化する。
例えば、波長が異なる2個の光成分の検出された光強度
の商は、2個のフィルタの移動mの測定値として用いら
れることができる。
位相回折格子は、これが移動すると異なる波長の光に対
して相当量の作用を与えるので特に好適である。
2個の透過回折格子を用いる場合、光放射は伝送ファイ
バから回折格子を経て受光ファイバに入射する。
一方の回折格子を反射回折格子とすれば、1本のファイ
バを用いて放射を出射させ及び受光することができる。
特に単一階段状の位相回折格子を用いれば、高周波数選
択性回折格子装置が得られる。2個の回折格子は等しい
格子周期及び等しい段差を有することが望ましい。この
ような回折格子を適切に形成することにより、異なる波
長のビームに対して減衰量の差をできるだけ大きくする
ことができる。
波長λ1の光を全移動範囲に亘ってほぼ減衰せずに透過
させ第2の波長λ2の光の減衰が移動量に強く依存する
好適実施例は、放射ビームの2個の光成分の波長λ1と
22との比が、kを正又は負の整数とした場合にほぼλ
1/λ2= 2Kfl  と2に され、nを位相回折格子材料の屈折率とした場合に2個
の位相回折格子の段差dがd=にλ’n−1となるよう
にそれぞれ選択されることを特徴とする。
以下図面に基き本発明の詳細な説明する。
第1図においてレンズ1及び2により伝送ファイバ3の
像を受光ファイバ4上に結像し、受光ファイバ4の像を
伝送ファイバ3上に結像する。これら2個のレンズ間に
おいて平行ビームは位相回折格子5及び6を通過し、一
方の位相回折格子6はビーム方向と直交する方向に距離
ΔXに亘って移動することができる。伝送ファイバ3か
らの強度Isの光は、2個のナブ回折格子5及び6から
構成される位相回折格子によって回折されて強度I  
の零次光が生じ、この零次光を受光ファイO バ4に入射させる。光強度1  は移vJ量ΔXにO 依存する。
I   =I  ・「 (AX) Os 関数f(AX)は2個のサブ回折格子の幾何学的構造に
依存する。位相回折格子の幾何学的構造は、一方の波長
光に対して最小の減衰を与え他方の波長光に対しては大
きな減衰を与えるように構成するが極めて好適である。
受光ファイバ4に入tAする波長λ1の零次光及び波長
λ2の零次光の強度をそれぞれIEo(λ1)及びIE
。(λ2)とした場合、これらの商を求めれば2個の回
折格子5及び6の相対移!171…ΔXが明確に測定さ
れる。従って、本発明による光路センサを用いることに
より微小変位を正確に検出することができる。接続部の
減衰と共に伝送ファイバ3及び受光ファイバ4に減衰変
化が生じても、測定結果に何んら影−響を及ぼさない。
この理由は、これらの減衰が両方の波長の成分に対して
それぞれ同一の乗算因子による影響を及ぼすためである
。一方、測定するために用いられる回折格子5及び6に
よる作用は両方の波長光に対して本質的な差異を与える
第2図は変形した装置を示すものであり、ファイバ7を
用いて伝送ビーム及び受光ビームを同時に通過させる。
レンズ8により強度I の光を平行ビームとして透明位
相回折格子9を経て反射回折格子10に入射させる。こ
の回折格子から強度I  の零次回折光がレンズ8を経
てファイバ7O に戻る。
第1図に示す実施例と比較すれば、1個のレンズだけが
必要となる。この光路センサでは■−のファイバだけが
接続され、更に必要な調整部材が一層少なくて済む。
原理的には、2個の回折格子5及び6又は9及び10を
いかなる構造とすることもできる。この場合でも波長λ
1及びλ2の関数f (ΔX)の商は光路変化に依存す
る最大範囲まで変化することは勿論である。特に、単一
階段状の回折格子は簡単な方法で適切な寸法とすること
ができる。更に、このような回折格子は簡単に製造する
ことができる。第4図の回折格子では受光零次ビームの
相対強度は、波長λ1の成分光と波長λ2の成分光につ
いて相対移!7111ε=ΔX/Δ(Δ=格子周期)に
応じて第3図に示すようになる。波長λ1=180nI
11の光は減衰せずに受光ファイバに到達する。
一方、第2の波長λ2 =851nmの光は、相対移動
量がOからε= 0.25の範囲について100%から
0%の値で変化する。
第4図に示す回折格子装置により第3図の最適条件を少
なくともほぼ達成することができる。格子周期へを有す
る第1の回折格子5の段差をdlとし、同一の格子周期
を有する第2の回折格子6の段差をO2とする。格子の
ステップ、すなわち格子溝の半分の値を、両方の格子に
ついで値aに等しくする。
第5図は、第4図に示す回折格子を透過回折格子とした
場合の位相差の変化を示す。
上記式においてnは格子材料の屈折率ひあり、λは真空
中での光の波長である。
第6図は、回折格子の相対移動量がΔ×の場合の2個の
回折格子によって生ずる全位相’%=5’++%2を示
す。
第4図の回折格子装置の場合に16ける零次回折光に対
する回折効率720の結果は: り。−1+(8°C−4C)(1−cos(ψ、+ψ2
)〕+2t (cos ψ、+cos cp2−COs
 (9’1+ψ2)−1)+2e (2+C08(9)
、+9)2)+C08(9)1−92)−20O8ψ、
−20oSψ2〕 ここで、C=a /△ 1ε1く△/4の移動範囲内において710とεとの間
に明確な関係が存在する。従って、関数r(JX>は値
rtoに対応し、波長λ1及びλ2に対しては一般的に
相異した値となる。位相角T1を−9)2どなるように
選択すれば、次のような結果となる。
q。−1+45(CO89)2−t)+2ε2(a+c
os(2ψ2)−4cosψ2)、 ψ 2 −(1−4εs1n −) sin 2(5’2 /2)は、波長λ1に対してOと
なり別の波長λ2に対しC最大値1となるように記述す
ることができる。この条件は、2個の波長λ1及びλ2
が次の条件を満す場合に成立するλ、2に±1 λ22に ここで、Kはできるだけ小さく選択されるべき正又は負
の整数である。回折格子の段差dは次の値をとらねばな
らない。
d=K  ・ λ +/(n−i) 第3図の特性曲線は、波長λ+ = 780nm 、λ
22−851nで値に=6の条件で見い出した。実際に
は、格子開明Δ−100μmに対して有用な最大移動範
囲は、Jx=25μmとなる。
波長λ+ = yaonm 、λ2 =851nlDの
場合最良の感度が得られる。しかし、波長λ1及び/又
はλ2が最適値かられずかにずれても十分量【プ入れる
ことができる。
原理的に、第2図に示ずようなセンサ構成を用いた場合
同一の寸法規制を適用することができる。
しかしながら、放射は第1のサブ回折格子を2回通過す
ることになる。この結果、2個のサブ回折格子の段差d
が相当小さくなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は互いに移動可能な2個の位相回折格子を有する
本発明による光路センサの基本構成を示す線図、 第2図は透明位相回折格子及び反射回折格子を有する実
施例を示す線図、 第3図は位相回折格子を通過した債の波長の異なる2個
の光ビームの光強度を一方の回折格子の移動量の関数と
して示すグラフ、 第4図は2個の位相回折格子の好適例の構造を示す断面
図、 第5図は第4図に示す回折格子の移動ωが零の場合の位
相角を示す線図、 第6図は第4図の回折格子の相対移動量がΔx ”の場
合の位相角を示す線図である。 1、 2. 8・・・レンズ  3・・・伝送ファイバ
4・・・受光ファイバ    7・・・ファイバ9・・
・透過回折格子   10・・・反射回折格子電1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、フィルタを含む光路センサであって、少なくとも2
    個の波長の光を有する放射ビームがフィルタを通過し、
    このフィルタが光放射ビーム方向と直交する方向に移動
    するに従って異なる波長のビーム成分の減衰量を異なる
    比で変化させる光路センサにおいて、 前記フィルタがビーム方向に1個づつ配置されている2
    個の位相回折格子を有し、これら回折格子のうちの1個
    だけがビーム方向と直交する方向に移動することができ
    、零次回折ビームが検出器に向けて進行するように構成
    したことを特徴とする光路センサ。 2、前記2個の位相回折格子を透過回折格子としたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光路センサ。 3、一方の位相回折格子を透過回折格子とし、他方の位
    相回折格子を反射回折格子としたことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の光路センサ。 4、前記位相回折格子の少なくとも1個を階段状の回折
    格子としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項から
    第3項のいずれか1に記載の光路センサ。 5、少なくとも1個の回折格子を単一の階段状回折格子
    としたことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の光
    路センサ。 6、2個の位相回折格子を単一の階段状の回折格子とし
    たことを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の光路セ
    ンサ。 7、前記2個の位相回折格子が同一の格子周期を有する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項から第6項のい
    ずれか1に記載の光路センサ。 8、前記2個の単一階段状の位相回折格子の段差が等し
    くされていることを特徴とする特許請求の範囲第7項記
    載の光路センサ。 9、放射ビームの2個の光成分の波長λ_1とλ_2と
    の比が、kを正又は負の整数とした場合にほぼλ_1/
    λ_2=(2K±1)/(2K)とされ、nを位相回折
    格子材料の屈折率とした場合に2個の位相回折格子の段
    差dがd=Kλ_11/(n−1)となるようにそれぞ
    れ選択されることを特徴とする特許請求の範囲第8項記
    載の光路センサ。
JP61289082A 1985-12-06 1986-12-05 光路センサ Pending JPS62184312A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3543179.2 1985-12-06
DE19853543179 DE3543179A1 (de) 1985-12-06 1985-12-06 Optischer weg-sensor mit einem filter

Publications (1)

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JPS62184312A true JPS62184312A (ja) 1987-08-12

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ID=6287818

Family Applications (1)

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JP61289082A Pending JPS62184312A (ja) 1985-12-06 1986-12-05 光路センサ

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US (1) US4776669A (ja)
EP (1) EP0231538B1 (ja)
JP (1) JPS62184312A (ja)
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EP0231538A1 (de) 1987-08-12
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