JPS62229005A - ヘテロダイン形光フアイバ変位計 - 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」 この発明は光ファイバより光を被測定物体へ供給し、そ
の反射光と参照光とを光ファイバを通じて検出部へ導き
、検出部において反射光と参照光との周波数の差を検出
して被測定物体の変位を測定するヘテロダイン形光ファ
イバ変位計に関する。

「従来の技術」 従来のこの種変位計は第３図に示すように、検出部側に
おけるレーザのような光ａ１１より周波数ｆ０の光がハ
ーフミラＩ２により２分され、その一方は周波数変換器
“１３に導入されて周波数ｆ１の信号光とされる。ハー
フミラ１２で２分された他方の光は反射鏡１５を介して
周波数変換器１６に導入されて周波数ｆ、の参照光とさ
れる。ここで５．１．、ｆ、−４，は後述のΔｆより十
分大きい。これら信号光及び参照光はそれぞれ収束レン
ズ１７．１８によりそれぞれ光ファイバ１９゜２１の各
一端に入射される。

光ファイバ１９．２１の各他端より出射された信号光及
び参照先はそれぞれ収束レンズ２２．２３を介してハー
フミラ２４、反射鏡２５に入射される。ハーフミラ２４
により２分された一方の信号光は被測定物体２６に取付
けられたプリズムやコーナーキューブのような反射体２
７に照射され、その反射信号光はハーフミラ３３に入射
される。

被測定物体２６の変位速度■に応じて反射信号光の周波
数は±Δｆ　　（＝　２　ｖ　ｆ　＋／Ｃ，Ｃは光速）
だけ変化する。

ハーフミラ２４で２分された信号光の他方は反射鏡２８
を介してハーフミラ２９に入射され、反射鏡２５よりの
参照光と干渉される。ハーフミラ２９からこれら両光の
周波数の差ｆ、ｉ、のビート周波数をもつ参照光が得ら
れ収束レンズ３１を介して光ファイバ３２の一端に入射
される。ハーフミラ２９よりの周波数ｆ２の参照光は被
測定物体よりの周波数Ｊ＋　　±Δｆの反射光とハーフ
ミラ３３で干渉され、ビート周波数Ｉｚ　−（Ｊｔ　±
Δｆ）をもつ反射信号光が得られ、この反射信号光は収
束レンズ３４を介して光ファイバ３５の一端に入射され
る。光ファイバ３２．３５により検出部側に４びかれた
参照光及び信号光は光電変換回路３６．３７に入射され
て電気信号に変換される。光電変換回路３６よりの参照
信号が可逆カウンタ３８で減算計数され、光電変換回路
３７よりの測定信号が可逆カウンタ３８で加算計数され
る。

その可逆カウンタ３８の計数値は被測定物体２６の検出
部側に対する変位速度によるドツプラーシフト分±Δｆ
を積算した値であり、これに定数乗算器３９でｃ／２Ｊ
＋が乗算され、その乗算出力は表示部４１に被測定物体
２６の変位として表示される。

この従来のヘテロダイン形光ファイバ変位計では光ファ
イバを４本用い、反射鏡を３個、ハーフミラを４個用い
、これらの数が多く、これら相互の位置合せ調整が厄介
であり、かつ小形化が困難であった。

「問題点を解決するための手段」 この発明によれば偏光方向が互に直交し、周波数を異に
する信号光と参照光とが偏波面保存光ファイバに入射さ
れ、その光ファイバからの出射光は偏光成分分離手段に
より信号光と参照光とに分離され、その信号光は被測定
物体へ照射され、被測定物体よりの反射信号光と参照光
とは合成手段により互に合成され、その合成された反射
信号光と参照光とは干渉手段により干渉を起こしそれら
の周波数の差のビート周波数をもつ干渉光が得られる。

その干渉光は光ファイバにより検出器へ送られる。ある
いは合成された反射信号光と参照光とが光ファイバにて
検出器側へ送られ、検出器側で干渉手段により干渉光を
得るようにしてもよい。

要するに光信号を伝送する光ファイバと干渉手段とは互
いに縦続的に設けられる。

その干渉光は検出器側で電気信号に変換され、この電気
信号と、上記信号光及び参照光の周波数差の信号との周
波数差が積算されて、被測定物体の変位置が得られる。

このようにこの発明では使用する光ファイバは２本で済
み、かつ光部品の数も少ない。

「実施例」 第１図にこの発明の実施例を示し、第３図と対応する部
分に均一符号を付けである。発明では偏光方向が互に直
交し、周波数が異なる信号光と参照光とが偏波面保存光
ファイバ４３の一端に入射される。例えば光Ｓｔｔより
の周波数ｆ０の光は周波数変換器１３．１６において発
振器４４．４５からの信号によりそれぞれ周波数！　、
、　Ｊ　、の信号光と参照光とに変換される。その一方
、この例では参照先は２分の１波長板４６により部面方
向が９０度回転され、更に反射鏡４７を介して偏光ビー
ムスプリッタ４８に入射される。偏光ビームスプリンタ
４８には周波数変換器１３からの信号光も入射され、信
号光と参照光とはその偏光方向が互に直角な状態で合成
される。その合成光は収束レンズ１７を介して偏波面保
存光ファイバ４３の一端に入射される。

偏波面保存光ファイバ４３の他端、つまりセンサヘッド
側より、互に直角な偏波方向が保持された状態で信号光
と参照光とが得られ、これらは収束レンズ２２を介して
偏光ビームスプリッタ４９に入射されて信号光と参照光
とはその偏光方向によって分離される。その分離された
信号光は被測定物体２６の反射体２７に入射され、その
反射信号光は被測定物体２６の変位速度±Ｖに応じて周
波数が±Δｆ変化する。

その反射信号光と参照光とは偏光ビームスプリッタ５１
で合成される。その合成光は４分の１波長板５２に入射
され、その波長板５２の長軸方向を反射信号光と参照光
との各偏光方向に対し４５゜傾けることにより反射信号
光と参照光とは互いに逆回りの円偏光に変換される。こ
れら円偏光の反射信号光と参照光とは偏光板５３に入射
されて同一偏光方向の反射信号光と参照光とされ、両光
が干渉されて両光の周波数差ｆｔＡｆ＋±Δ［）のビー
ト周波数をもつ干渉光が得られる。

この干渉光は収束レンズ３４により光ファイバ３５の一
端に入射され、光ファイバ３５により干渉光は検出器側
に導びかれる。光ファイバ３５の他端より出射される干
渉光は光電変換回路３７で電気信号に変換されて可逆カ
ウンタ３８に加算入力として供給される。

一方発振器４４．４５の出力は周波数混合器５４にも供
給され、周波数混合器５４から周波数ｆ２−ｆ、の信号
が取り出されて可逆カウンタ３８に減算入力として供給
される。従って可逆カウンタ３８では被測定物体２６の
変位速度に応じた周波乗算されて被測定物体２６の変位
１として表示部４１に表示される。

第２図Ａに示すように４分の１波長板５２よりの互に逆
方向に回転する円偏光の反射信号光と参照光とを光ファ
イバ３５に入射し、検出器側で円偏光の反射信号光及び
参照光を偏光板５３に入射して干渉光を得てもよい。

第２図Ｂに示すように偏光ビームスプリッタ５１で合成
された反射信号光及び参照光を偏波面保存光ファイバ５
５に入射してその互に直交した偏光方向を保持した状態
で検出ａ側へ導びき、検出器側で偏光方向が互に直交し
た反射信号光と参照光とを４分の１波長板５２と偏光板
５３とを用いて干渉させて干渉光を得るようにしてもよ
い。

また周波数混合器５４の代りに発振周波数がＪ＋−ｆｚ
の発振器を用いてもよい。

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によれば偏向方向が互に直交
し、周波数が異なる信号光と参照光とを偏波面保存光フ
ァイバを用いてセンサヘッド側へ送り、センサヘッド側
では偏光ビームスプリフタで信号光と参照光とを分離し
、反射信号光と参照光とを偏光ビ、−ムスブリソタで合
成し、その干渉光を作って光ファイバで検出器側へ導び
き、又は反射信号光及び参照光の合成光を光ファイバで
検出器側へ導びき、検出器側で両光を干渉させて干渉光
を得、その干渉光を光電変換した電気信号と、信号光及
び参照光の差周波数の信号との周波数差の積算値を得て
変位量を測定するものであるから、使用する光ファイバ
は２本で済み、他の使用部品数も少なく、特にセンサヘ
ッド側の部品数が少なく小形化が可能であり、かつ位置
合せの調整も簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるヘテロダイン形光ファイバ変位
計の実施例を示すブロック図、第２図はその変位例の一
部を示す図、第３図は従来のへテロダイオン形光ファイ
バ変位計を示すブロック図である。 １１；光源、１３，１６：周波数変換器、２６：：被測
定物体、２７：反射体、３５：光ファイバ、３８：可逆
カウンタ、４１：表示部、４３．５５：偏波面保存光フ
ァイバ、４４．４５：発振器、４８：合成用偏光ビーム
スプリッタ、４９：分離手段としての偏光ビームスプリ
ッタ、５１：合成手段としての偏光ビームスプリッタ、
５２：４分の１波長板、５３：干渉手段としての偏光板
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）偏光方向が互に直交し、周波数を異にする参照光
   及び信号光が供給される偏波面保存光ファイバと、 その光ファイバの出射光より参照光と信号光とを分離し
   、信号光を被測定物体へ照射する偏光成分分離手段と、 その被測定物体よりの反射信号光と上記分離された参照
   光とを合成する合成手段と、 その合成手段により合成された反射信号光と参照光とを
   干渉させてその周波数差のビート周波数をもつ干渉光を
   得る干渉手段と、 その干渉手段と縦続的に配され、上記反射信号光及び参
   照光又は上記干渉光を検出器側に導びく光ファイバと、 検出器側で上記干渉光を電気信号に変換する光電変換回
   路と、 その光電変換回路の出力と、上記参照光及び信号光の差
   周波数の信号との周波数差を積算して上記被測定物体の
   変位量を得る手段とを具備するヘテロダイン形光ファイ
   バ変位計。