JPS62242806A - Optical displacement sensor - Google Patents
Optical displacement sensorInfo
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- JPS62242806A JPS62242806A JP8604286A JP8604286A JPS62242806A JP S62242806 A JPS62242806 A JP S62242806A JP 8604286 A JP8604286 A JP 8604286A JP 8604286 A JP8604286 A JP 8604286A JP S62242806 A JPS62242806 A JP S62242806A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
この発明は、固定ミラーによって反射された参照光ビー
ムと被測定物によって反射された測定光ビームとを、光
ファイバまたは基板に形成された先導波路を利用して相
互に干渉させ、この干渉光の強度変化を計測することに
よって被測定物の変位量を測定する光変位センサに関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Background of the Invention The present invention utilizes a guiding waveguide formed in an optical fiber or a substrate to transmit a reference light beam reflected by a fixed mirror and a measurement light beam reflected by an object to be measured. The present invention relates to an optical displacement sensor that measures the amount of displacement of an object by interfering with each other and measuring the change in intensity of the interference light.
このような光変位センサにおいて、光ファイバまたは先
導波路から出射して被測定物に向う測定光が拡散するこ
とは避けられず、したがって被測定物の反射面で反射し
て光ファイバまたは先導波路に戻りかつ入射する光の量
が少なくなってしまうという問題がある。被測定物体の
変位量がきわめてわずか(たとえば数十μm程度)であ
ればかなりの反射光量が光ファイバまたは光導波路に戻
るが、被測定物の変位が大きくなるともはや測定可能な
量の信号光が得られなくなってしまう。In such an optical displacement sensor, it is unavoidable that the measurement light emitted from the optical fiber or leading waveguide and directed toward the object to be measured is diffused, and therefore reflected from the reflective surface of the object to be measured and reflected back into the optical fiber or leading waveguide. There is a problem in that the amount of returning and incident light is reduced. If the amount of displacement of the object to be measured is extremely small (for example, several tens of μm), a considerable amount of reflected light will return to the optical fiber or optical waveguide, but if the displacement of the object to be measured becomes large, there will no longer be a measurable amount of signal light. You will no longer be able to obtain it.
出願人は、このような問題点を解決し、変位測定距離の
長い導波型光変位センサを既に提案した(たとえば特願
昭6O−142637)。この導波型光変位センサは、
光干渉のための少なくとも1つの先導波路が形成された
基板、この基板の先導波路の出射端と被測定物体上の反
射面との間に設けられ、上記出射端から出力される信号
光をコリメートするためのおよび上記反射面での反射光
を集光するためのレンズ手段、ならびに参照光を得るた
めに、基板の光導波路端面に形成された反射手段を備え
ていることを特徴とする。The applicant has already proposed a waveguide type optical displacement sensor that solves these problems and has a long displacement measurement distance (for example, Japanese Patent Application No. 6O-142637). This waveguide type optical displacement sensor is
A substrate on which at least one leading wavepath for optical interference is formed; a substrate is provided between the output end of the leading wavepath of this substrate and a reflective surface on the object to be measured, and collimates the signal light output from the output end. The present invention is characterized in that it includes a lens means for condensing the reflected light on the reflecting surface, and a reflecting means formed on the end face of the optical waveguide of the substrate for obtaining reference light.
信号光と参照光とが基板の先導波路を伝播する過程でこ
れらの2つの光が干渉し、これらの2つの光の位相差に
応じた強度の干渉光が得られる。During the process in which the signal light and the reference light propagate through the leading wavepath of the substrate, these two lights interfere, and interference light with an intensity corresponding to the phase difference between these two lights is obtained.
参照光の位相は常に一定であり、信号光の位相は被測定
物体の位置によって変化する。したがって干渉光の強度
変化により被測定物体の変位量が測定される。The phase of the reference light is always constant, and the phase of the signal light changes depending on the position of the object to be measured. Therefore, the amount of displacement of the object to be measured is measured based on the change in the intensity of the interference light.
上記レンズ手段により、基板の光導波路から出射する信
号光がコリメートされて被測定物体上の反射面にあたり
、この反射面からの反射光は上記レンズ手段により集光
されて基板の光導波路に入射する。基板の先導波路に入
射する信号光の光量は被測定物体が大きく変位してもほ
とんど変動しないので、長い測定距離を得ることができ
る。The signal light emitted from the optical waveguide of the substrate is collimated by the lens means and hits a reflective surface on the object to be measured, and the reflected light from this reflective surface is collected by the lens means and enters the optical waveguide of the substrate. . Since the amount of signal light incident on the leading waveguide of the substrate hardly changes even if the object to be measured is largely displaced, a long measurement distance can be obtained.
この先願発明の明細書にはレンズ手段としてロッド・レ
ンズ(屈折率分布タイプのレンズ)が示されている。ロ
ッド・レンズは形状が大きいので光変位センサ全体の形
状も大型化せざるを得ないという問題がある。とくに光
ファイバを利用した光変位センサでは、光ファイバが小
径のために、形状の大きなロッド・レンズは光ファイバ
と不釣合となる。また、ロッド・レンズを用いると被測
定物における照射面積が大きくなるために。The specification of this prior invention shows a rod lens (gradient index type lens) as the lens means. Since the rod lens is large in shape, there is a problem in that the overall shape of the optical displacement sensor must also be increased in size. In particular, in an optical displacement sensor using an optical fiber, since the optical fiber has a small diameter, a large rod/lens is out of balance with the optical fiber. Also, using a rod lens increases the irradiation area on the object to be measured.
小さい被測定物や微小面積位置の変位量を測定すること
が困難となる。さらに、光の干渉路を2つ並べて設けた
ツイン・タイプの光変位センサ、たとえば特願昭60−
142638に開示されているような被測定物の変位量
の測定のみならず変位方向をも検知するような光変位セ
ンサでは、形状の大きなロッド・レンズを2つ並べて配
置しなければならず、−届先変位センサ、が大型化する
という問題がある。It becomes difficult to measure the amount of displacement of a small object to be measured or a minute area position. Furthermore, we have developed a twin type optical displacement sensor in which two optical interference paths are arranged side by side.
142638, which not only measures the amount of displacement of an object to be measured but also detects the direction of displacement, two large rod lenses must be arranged side by side. There is a problem in that the destination displacement sensor becomes larger.
発明の目的
この発明は、小型化の可能なレンズ手段をもつ光変位セ
ンサを提供することを目的とする。OBJECTS OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical displacement sensor having a lens means that can be miniaturized.
発明の構成と作用
この発明は、固定ミラーによって反射された参照光ビー
ムと被測定物によって反射された測定光ビームとを、光
ファイバまたは基板に形成された先導波路を利用して相
互に干渉させ、この干渉光の強度変化を計測することに
よって被測定物の変位量を測定する光変位センサにおい
て、レンズ手段として、平板に形成されたフレネル争レ
ンズを用い、このフレネル争レンズによって測定光ビー
ムを平行化して被測定物に照射することを特徴とする。Structure and Function of the Invention The present invention allows a reference light beam reflected by a fixed mirror and a measurement light beam reflected by an object to be measured to interfere with each other by using an optical fiber or a guiding wavepath formed on a substrate. In an optical displacement sensor that measures the amount of displacement of an object to be measured by measuring changes in the intensity of this interference light, a Fresnel lens formed in a flat plate is used as the lens means, and the measurement light beam is directed by the Fresnel lens. It is characterized by collimating the irradiation onto the object to be measured.
第1図に示すように、ガラスまたはプラスチック基板2
の一面にフレネル・レンズ2aが形成され、他面には金
属膜等たとえばAuの蒸着によってハーフ舎ミラー2b
が形成されている。このようなフレネル・レンズは、電
子ビーム描画等で作製されたフレネル・レンズ・パター
ンを金型として成形または紫外線硬化法を用いて、ガラ
ス、プラスチック等をパターン化することによりつくる
ことができる。As shown in FIG. 1, a glass or plastic substrate 2
A Fresnel lens 2a is formed on one surface, and a half-shape mirror 2b is formed on the other surface by vapor deposition of a metal film such as Au.
is formed. Such a Fresnel lens can be made by patterning glass, plastic, etc. by molding a Fresnel lens pattern produced by electron beam drawing or the like as a mold, or by using an ultraviolet curing method.
フレネル・レンズのより詳細な作製方法は、出願人によ
る先願、特願昭61−3419や特願昭61−3420
に詳述されている。A more detailed method for producing a Fresnel lens is described in the applicant's earlier application, Japanese Patent Application No. 61-3419 and Japanese Patent Application No. 61-3420.
detailed in.
特[ff昭61−3419に開示されたフレネル・レン
ズの作製法は、基板上に電子線レジストを塗布し、電子
線描画法によりレジスト上にフレネル・レンズのパター
ンを描画し、その後レジストを現像し、さらに基板上の
残膜レジスト・パターンをドライφエツチングによって
基板に転写し、このようにしてフレネル・レンズのパタ
ーンが形成された基板を雌型として射出成形その他の方
法によりフレネル・レンズを作製するものである。The method for manufacturing a Fresnel lens disclosed in 1986-3419 is to apply an electron beam resist onto a substrate, draw a Fresnel lens pattern on the resist using an electron beam drawing method, and then develop the resist. Then, the remaining resist pattern on the substrate is transferred to the substrate by dry φ etching, and the substrate on which the Fresnel lens pattern is formed is used as a female mold to produce a Fresnel lens by injection molding or other methods. It is something to do.
特願昭61−3420に開示されたフレネル・レンズの
作製法は、基板上に電子線レジストを塗布し、電子線描
画法によりレジスト上にフレネル・レンズのパターンを
描画し、その後レジストを現像し、この基板上の残膜レ
ジスト・パターンを雄型として電鋳法によって雌型を形
成し、この雌型を用いてフレネル・レンズを製造するも
のである。The method for manufacturing a Fresnel lens disclosed in Japanese Patent Application No. 61-3420 is to apply an electron beam resist onto a substrate, draw a Fresnel lens pattern on the resist using an electron beam drawing method, and then develop the resist. Using the residual film resist pattern on this substrate as a male mold, a female mold is formed by electroforming, and this female mold is used to manufacture a Fresnel lens.
第2図は、フレネル・レンズ2aとハーフ・ミラー2b
とをもつ円形基板2が、光ファイバ・タイプの光変位セ
ンサに取付けられた様子を示している。たとえば、光フ
ァイバ1の径が125μ、基板2の径が200μmであ
る。光ファイバ1の端面に、この端面とハーフ・ミラー
2bとが密着するようにして基板2が取付けられている
。Figure 2 shows a Fresnel lens 2a and a half mirror 2b.
A circular substrate 2 having a shape shown in FIG. 1 is attached to an optical fiber type optical displacement sensor. For example, the diameter of the optical fiber 1 is 125 μm, and the diameter of the substrate 2 is 200 μm. A substrate 2 is attached to the end face of the optical fiber 1 so that the end face and the half mirror 2b are in close contact with each other.
光ファイバ1に導入され、この光ファイバ1を伝搬して
きた光の一部はハーフ・ミラー2bで反射して、参照光
として光フアイバ1内を戻る。A portion of the light introduced into the optical fiber 1 and propagated through the optical fiber 1 is reflected by the half mirror 2b and returns within the optical fiber 1 as a reference light.
ハーフ・ミラー2bを透過した光は1回折効果によって
発散しながら基板2内を進むが、フレネル・レンズ2a
によって平行化されてこのレンズから出射し、被測定物
またはそれに取付けられたミラー3に向う。ミラー3の
反射光もまた平行光であり、この平行光はフレネル・レ
ンズ2aによって集光され、光ファイバ1に入射する。The light transmitted through the half mirror 2b travels through the substrate 2 while being diverged due to the single diffraction effect, but the light passes through the Fresnel lens 2a.
The light is collimated by the lens and exits from this lens toward the object to be measured or the mirror 3 attached to it. The reflected light from the mirror 3 is also parallel light, and this parallel light is focused by the Fresnel lens 2a and enters the optical fiber 1.
この光が測定光である。This light is the measurement light.
参照先と測定光とは光フアイバ1内を戻る過程で相互に
干渉し、光ファイバ1の他端からはミラー3の位置によ
って強度変調された干渉光が得られ、この干渉光の解析
によってミラー3の変位量が測定される。The reference target and measurement light interfere with each other while returning through the optical fiber 1, and from the other end of the optical fiber 1, interference light whose intensity is modulated depending on the position of the mirror 3 is obtained.By analyzing this interference light, the mirror 3 displacement amounts are measured.
第3図は、基板20に形成されたいわゆる非対称X分岐
型光導波路10を利用した光変位センサの例を示してい
る。このX分岐光導波路10は、中央で相互に交わる4
つの光導波路11〜14を有している。基板2にはフレ
ネル・レンズ2aのみが形成され、」二連のハーフ・ミ
ラーは設けられていない。この基板2は光導波路4の端
面に接着されている。光導波路13の端面には金属反射
膜21が蒸着されている。FIG. 3 shows an example of an optical displacement sensor using a so-called asymmetrical X-branch type optical waveguide 10 formed on a substrate 20. This X-branch optical waveguide 10 has four
It has two optical waveguides 11 to 14. Only a Fresnel lens 2a is formed on the substrate 2, and no double half mirrors are provided. This substrate 2 is bonded to the end face of the optical waveguide 4. A metal reflective film 21 is deposited on the end face of the optical waveguide 13 .
光ファイバ31から光が光導波路11に導入され。Light is introduced into the optical waveguide 11 from the optical fiber 31.
2つの先導波路13と14に等しく分れて進む。先導波
路13の光は反射膜21で反射して参照光となり。It divides equally into two leading wave paths 13 and 14 and proceeds. The light from the leading waveguide 13 is reflected by the reflective film 21 and becomes reference light.
光導波路13を戻る。Return through the optical waveguide 13.
先導波路14に進んだ光は、その端面から出射し、フレ
ネル・レンズ2aで平行化され、ミラー3で反射し、再
びフレネル・レンズ2aから光導波路14に戻る。これ
が測定光である。The light that has advanced to the leading waveguide 14 exits from its end face, is collimated by the Fresnel lens 2a, is reflected by the mirror 3, and returns to the optical waveguide 14 from the Fresnel lens 2a again. This is the measurement light.
先導波路13を戻る参照光と光導波路14を戻る測定光
との位相差に応じた強度の光が光導波路12に得られ、
光ファイバ32を経て測定装置に送られる。Light with an intensity corresponding to the phase difference between the reference light returning through the leading waveguide 13 and the measurement light returning through the optical waveguide 14 is obtained in the optical waveguide 12,
It is sent to a measuring device via an optical fiber 32.
発明の効果
以上のようにして、この発明によると小型のフレネル・
レンズを用いているので、小型の光変位センサをつくる
ことができる。また、基板に形成されたフレネル・レン
ズは、上述のように雌型を用いてつくることができるの
で、安価に提供できるとともに、電子ビーム描画法では
、CPU制御により収差の少ないレンズをつくることが
可能である。小型のフレネル・レンズを用いているから
、〜数百μm程度の微小径の平行ビームを形成でき、被
測定物の被’IJI定エリアを小さくすることができる
。In addition to the effects of the invention, this invention provides a compact Fresnel
Since a lens is used, a compact optical displacement sensor can be created. Furthermore, since the Fresnel lens formed on the substrate can be made using a female mold as mentioned above, it can be provided at a low cost, and with the electron beam lithography method, it is possible to make lenses with little aberration by controlling the CPU. It is possible. Since a small Fresnel lens is used, a parallel beam with a minute diameter of about several hundred μm can be formed, and the IJI area of the object to be measured can be made small.
1つの基板上に2つ以上のフレネル争レンズを容易に作
製することができるので、上述したツイン型の光変位セ
ンサにも適用することが可能となり、しかもこの光変位
センサを小型化することができる。Since two or more Fresnel lenses can be easily fabricated on one substrate, it can be applied to the above-mentioned twin type optical displacement sensor, and this optical displacement sensor can also be miniaturized. can.
°第1図は、フレネル・レンズの形成された基板を示す
断面図、第2図は基板に形成されたフレネル・レンズを
、光ファイバ・タイプの光変位センサに適用した様子を
示す構成図、第3図は同フレネル・レンズを導波路タイ
プの光変位センサに適用した様子を示す構成図である。
2・・・基板。
2a・・・フレネル・レンズ。
2b・・・ハーフ・ミラー。
3・・・被測定物またはミラー。
21・・・反射膜。
以 上° Fig. 1 is a cross-sectional view showing a substrate on which a Fresnel lens is formed, Fig. 2 is a configuration diagram showing how the Fresnel lens formed on the substrate is applied to an optical fiber type optical displacement sensor; FIG. 3 is a configuration diagram showing how the same Fresnel lens is applied to a waveguide type optical displacement sensor. 2... Board. 2a...Fresnel lens. 2b...Half mirror. 3...Object to be measured or mirror. 21... Reflective film. that's all
Claims (1)
によって反射された測定光ビームとの干渉による強度変
調信号を利用して被測定物の変位を測定する光変位セン
サにおいて、測定光ビームを平板に形成されたフレネル
・レンズによって平行化して被測定物に照射することを
特徴とする光変位センサ。In an optical displacement sensor that measures the displacement of an object to be measured using an intensity modulation signal resulting from interference between a reference beam reflected by a fixed mirror and a measurement beam reflected by an object to be measured, the measurement light beam is spread onto a flat plate. An optical displacement sensor characterized by collimating irradiation onto an object to be measured using a formed Fresnel lens.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8604286A JPS62242806A (en) | 1986-04-16 | 1986-04-16 | Optical displacement sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8604286A JPS62242806A (en) | 1986-04-16 | 1986-04-16 | Optical displacement sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62242806A true JPS62242806A (en) | 1987-10-23 |
Family
ID=13875619
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8604286A Pending JPS62242806A (en) | 1986-04-16 | 1986-04-16 | Optical displacement sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62242806A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0599375A1 (en) * | 1992-11-20 | 1994-06-01 | Ascom Tech Ag | Light modulator |
-
1986
- 1986-04-16 JP JP8604286A patent/JPS62242806A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0599375A1 (en) * | 1992-11-20 | 1994-06-01 | Ascom Tech Ag | Light modulator |
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