JPS62259024A

JPS62259024A - 光学変換装置

Info

Publication number: JPS62259024A
Application number: JP6447287A
Authority: JP
Inventors: ロジャー　アラン　エドワーズ
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1986-03-20
Filing date: 1987-03-20
Publication date: 1987-11-11
Also published as: GB8606855D0; JPH0464565B2

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）本発明は、波長範囲を指定する放射源、分光領域に沿っ
て光線を成分波長に分散し、かつ前記分光領域に沿った
位置上における光学ヘッドより放射された光線波長が、
分光領域に沿った位置上に映すようなっている光学ヘッ
ド、及び光線路においても分光領域と関連して可動しう
る変位部材とを備える光変換装置に関する。

（従来の技術）光学変換装置は公知であり、光ファイバケーブルの端部
に備えであるような光源レシーバ−１及び変位に従って
、前記レシーバ−に当たる光１ｍ景を変える装置を、通
常使用している。

光線によって変化する前記装置は、変化しうる形状の鏡
径、又は、濃度が変位方向に沿って変（ｋする灰色光学
濃度フィルターを有する変化しうるマスクを使用してい
る。これら装置は、前記レシーバ−に当たる光線濃度が
、他の理由のために変わらなければ、十分に機能を果た
すことができる。

（発明が解決しようとする問題点）例えば、光源への電力供給における変化により生じるよ
うな光源から放射された光線の変調は、誤った変位解読
を起こす。

光濃度におけるこのような変化による影響は。

変位に従って、光線のスペクトル成分を変調することに
よって防ぐことができる。

しかし、この種の従来変換装置がががえる問題点は、ス
ペクトル分散を起こさせる装置が、直線でなく、かつ、
波長デコーダが常に、直線出方応゛答をしないために、
直ｍ出カを出すことが困難な点にある。

光が、スペクトル成分に分散されており、コード化マス
クが、マスクの位置に従って種々のスペクトルを透過す
るべく、スペクトル内で位置を変えるような別の装置が
ある。

前記マスクを通過した光線は、光ファイバケーブルの一
端に集束され、かつ光ファイバケーブルの他端に、再度
分散される０種々のスペクトルの光ｍｍ度を測定するこ
とによって、マスクの位置を決めることが可能である。

しかし、このような装置がもっている問題点は。

形成された像が、マスクに映されたスペクトルの分散性
質により映像面に広がってしまうので、マスクを介し透
過されたすべての光線が、レシーブ光ファイバケーブル
の端部に集束させるのを確実なものとすることが困難な
点にある。

さらに、ある状況下では、アクセス装置をマスクの両側
に必要とするような透過マスクを使用することができな
いという問題がある。

（問題点を解決するための手段）本発明の目的は、上述問題点を克服した光学変換装置を
提供することである。

本発明によれば、変位部材は、種々の波長光線が、変位
部材の位置に応じて変位部材により、光学ヘッドへ逆反
射されるよう、反射部材で光学的に符号化され、又、そ
の光学ヘッドは、光線ガイドの端部に映像化されるよう
、波長に応じて反射光線を放射しており、かつその光線
ガイドは、種々の波長光線に応答するディテクタと接続
され、変位部材の位置に応じて出力を供給するようにな
っていることを特徴とする。上述説明した型式の光学変
換装置を提供することである。

前記光学ヘッドは、好ましくは、光線を成分波長に分散
し、かつ反射部材から反射された光線を光線ガイドへ放
射する回折部材を備えている。その回折部材は１回折格
子であってよい。

光学ヘッドは、集束反射面を備えており、その集束反射
面は、光線を回折素子に向けるとともに反射させて、反
射部材及び光線ガイドの端部に光線が集束するように配
置されている。

前記変換装置は、光源からの光線を光学ヘッドへ供給す
る第１光線ガイド、及び光線を光学ヘッドからディテク
タへ供給する第２光線ガイドを備えている。第１光線ガ
イドは、好ましくは、単一のファイバ、すなわち光ファ
イバケーブルである。

光学ヘッドは、光学的に透明な固体ブロックから成って
いる。

変位部材は、数表示エンコーダである。このエンコーダ
は、エンコーダの位置に従って離隔距離が変化する２つ
の反射トラックを有しており、ディテクタは、２つの反
射トラックにより反射された波長間の離隔距離に応答し
、かつそれによって出力を供給する。

変位素子は、互いに直角な２方向に可動であり、ディテ
クタは１反射波長間の離隔距離と波長の絶対値の両方に
応答し、かつ変位素子の位置に応じて２方向に出力を供
給する。

変位部材は回転円板であり、その一方の反射トラックは
回転板軸を中心する円状であり、他方のトラックは螺旋
状である。

（実施例）以下、本発明による光学変換装置を、添付図面を参照し
て詳細に説明する。

第１図で示すように１本発明の光学変換装置は、光幅射
線ダイオード、又はタングステンランプのような他の光
源から供給された、波長λ１からλ２の範囲の放射源（
１）、及び電気ドライバー（２１）を備えている。放射
源（１）からの光線は、単一のファイバすなわち光ファ
イバケーブル（２）を経て、光学ヘッド（３）へ供給さ
れるが、これについては。

後で詳細に説明する。

光学ヘッド（３）は、光線を成分スペクトルに分散し、
かつこの成分スペクトルを、入力変数の変化により軸（
５）のまわりを回転するエンコーダ板（４）に向ける。

そのため、例えば、入力変数が、エンコーダ板（４）の
入力シャフト（６）を回転させるように連結されている
圧力又は温度センサから引き出される。

エンコーダ板（４）は、その位置に応じて、種々のスペ
クトルを光学ヘッド（３）へ逆反射させる。

この反射された光線は、光学ヘッド（３）に集められ、
かつ単一ファイバすなわち戻りの光ファイバケーブル（
７）の一端に供給される。戻りの光ファイバケーブル（
７）の他端は、ケーブル（７）によって戻ってきた光線
を成分波長に分ける波長デコーダ（８）に接続されてい
る。

波長デコーダ（８）は、格子又はプリズムのような通常
型の分散装置を備えている波長デコーダ（８）により形
成されたスペクトルは１種々のスペクトルの光線強度の
表示として、出力信号をライン（１０）に供給するフォ
トダイオード又は類似のりニアアレー（９）に集束され
る。

放射されるフォトダイオードは、常に１つではなく、複
数のフォトダイオードにわたって広がるので、信号プロ
セッサー（１１）が、ピーク分布を均一にするのに使用
されている。信号プロセッサー（１１）からの出力は、
観察されている例えば、圧力や温度の変数を直接示すべ
く目盛付けされているエンコーダ板（４）の位置の表示
描写を行なう表示装置（１２）に供給される。その出力
は１例えば、測定された変数により制御をもたらすよう
な他の装置に供給される。

十分な強さの白色光を用いる場合、修正された光のいく
らかは分散されて、制御パネルの一点を照射するように
使用される。

このような装置は、変数状態を、簡単かつ直接的に表示
する０例えば、目に見えるスペクトルの一端は赤色であ
り、この色は、危険な高圧を示し、一方、緑色は安全圧
力を示す。

光学ヘッド（３）につき第２図を参照して詳細に説明す
る。

光学ヘッド（３）は、互いに結合されている数種のガラ
ス素子で形成された固体ガラスブロックである。しかし
、他の光学的透明材を使用することもできる。光学ヘッ
ド（３）の主要部は、反射コーティング層（３３）を施
しである集束（収斂）球面（３２）を有する一般的な光
平行化ブロック（３１）から成っている。

光平行化ブロック（３１）の対向面（３４）は、平であ
り、かつ光学ヘッド（３）の他の構成素子を支持してい
る。これらの中には、平面（３４）の上端部に取付けら
れ、かつ光線が入射し、光学ヘッド（３）から放射する
プリズム部材（３５）及び（３６）が含まれる６入射部
材（３５）は、光平行化ブロック（３１）の平面（３４
）に接合している平面（３７）、および入射光線を光平
行化ブロック（３１）に反射させ、かつ光平行化ブロッ
クから出る光線を放射部材（３６）へ通す傾斜面（３８
）を有している。

放射部材（３６）は、平行六面体であり、かつその一つ
の面（３９）は、入射部材（３５）の傾斜面（３８）と
当接している。その対向面（４０）は、反射材でコーテ
ィングされ、光線を戻りの光ファイバケーブル（７）へ
反射させる。

回折部材（４１）が、入射部材（３５）及び放射部材（
３６）の下方で平面（３４）に接合されている。回折部
材（４１）は、光平行化ブロック（３１）と接合する平
面（４２）、および反射回折格子層（４４）がコーティ
ングされている傾斜面（４３）を有するガラスブロック
である。

光平行化ブロック（３１）の平面（３４）の下端部に、
反射コーティングされ、かつ光平行化ブロック（３１）
から下方に出る光線をエンコーダ板（４）へ反射させる
傾斜面（４６）を有するプリズム部材（４５）が。

取り付けられている。

同様に、エンコーダ板（４）で反射された光線は。

傾斜面（４６）により、光平行化ブロック（３１）に反
射する。

光学ヘッド（３）を介する光線路に従って、光ファイバ
ケーブル（２）からの光線は、光学ヘッド（３）に垂直
かつ下方向に入射し、かつ分散される。傾斜面（３８）
は、第２図で示すように、光線を右方へ水平に集束球面
（３２）に向かって反射させる。

集束球面（３２）は、光平行化ブロック（３１）を通っ
て左方へ、かつ回折格子（４４）へ向けられる水平反射
光線を作り出すようなっている。

回折格子（４４）は、第２図で示すように、実線と破線
との間に広がる反射ビームを作るため、入射光線を成分
スペクトルに分散させる。この分散された光線は、入射
光線を集束する集束球面（３２）に向けられ、さらに左
方、すなわちプリズム部材（４５）へ向けられる。

またこの光線は、プリズム部材（４５）の傾斜面（４６
）で下方へ反射され、かつエンコーダ板（４）の表面に
集束される。従って、この光線は、エンコーダ板（４）
の半径方向領域に沿ってできるスペクトル（６０）の成
分波長に分散される。

エンコーダ板（４）で反射された光線は、光学ヘッド（
３）を経て回折格子（４４）へ戻るのと同一の光路を追
っていく、エンコーダ板（４）から回折格子（４４）へ
反射された光線は、その光線の波長に応じた角度で偏向
される。その光線は、集束球面（３２）に反射してから
、入射素子（３５）の傾斜面（３８）に致達する。

入射素子（３５）の傾斜面（３８）及び放射素子（３６
）の面（３９）は、共にビーム分散面のように働くので
、エンコーダ板（４）から反射された光線が、面（３８
）及び（３９）により反射面（４０）へ透過され、かつ
戻りの光ファイバケーブル（７）へ放射される。

回折格子（４４）は、エンコーダ板（４）により反射さ
れたすべての光線を、戻りの光ファイバケーブル（７）
端の同一点に映像化する。

光学ヘッド（３）を用いることによって、エンコーダ板
（４）に映像化される前に、光線が分散され、エンコー
ダ板（４）の反射トラックで反射されたこれらの波長は
、回折格子（４４）によって再結合される。

このように、光ファイバケーブル（２）の端部に形成さ
れた小径対物像が、エンコーダ板（４）上のスペクトル
（６０）に沿ってでき、その反射光線は、逆反射して、
戻りの光ファイバケーブル（７）の端部の小径対物像と
して結合されかつ集束される。

戻りの光ファイバケーブル（７）の端部に集束された像
は、光ファイバケーブル（２）の端部の像と同じ大きさ
である。そのため戻りの光ファイバケーブル（７）の径
が、光ファイバケーブル（２）の径と同じである場合に
、効率は最高となる。

反射エンコーダ板を使用することにより、光線を分散及
び結合させるのに、同型の光学ヘッドが使用されている
。そのため、費用や容積を増大させる別の結合器を偉え
る必要はない。

また、反射エンコーダ板を使用することにより、エンコ
ーダ板の後にアクセス装置を備える必要がなくなる。こ
れは、はずみ車のような不透明部材にエンコーディング
記号を付けることを可能とする。

集束球面（３２）、回折格子（４４）及び反射面（３８
）（４５）　（４０）が、すべて固体ブロックに設けら
れているので、振動による各面間の相互接触の危険は少
ない。

光線を供給しかつ受けるために、同一光ファイバケーブ
ルを使用することは可能である。しかし。

光ファイバケーブルに接続器を設けると、反射が接続器
に起こったり、入射光線の一部が、反射光線と区別する
のが困難であるデコーダに供給されるという危険がある
。

エンコーダ板（４）の−型式を、第３図に示す。

このエンコーダ板には、トラック（７１）及び（７２）
のような非反射バックグラウンドと反射部材がある。

外側のトラック（７１）は、エンコーダ板の軸（５）を
中心とする円状である。内側のトラック（７２）は、２
つのトラック（７１）　（７２）間の離隔距離が、エン
コーダ板（４）で回って変わるような螺旋状である。

エンコーダ板（４）に形成されたスペクトルは、両トラ
ックにわたって半径方向に伸びている領域（６０）で示
される。

エンコータＷ（４）が回転すると、スペクトルの種々の
成分は、螺旋状トラック（７２）から光学ヘッド（３）
へ逆反射される。

両トラックが同心をなしていると、円状トラック（７１
）は、スペクトルの同じ成分の光線を逆反射させる。し
かし、本発明では、２つのトラック間の離隔距離を測定
することによって、変換器は、エンコーダ板における同
心性の誤差を感じなくなる。

エンコーダ板は、例えばグレイ（Ｇｒａｙ）コード化シ
ステムを使用する等して、ディジタル的に符号化するこ
とができる。

エンコーダ板は、前述したような回転板型である必要は
なく、その板の長さ方向に移動しうる板であればよい、
この板（７０）の−例が、第４図に示されているが、こ
れは、板の長さ方向に伸びる２つの反射トラック（７１
）及び（７２）を有している。各トラック（７１）（７
２）は、トラック離隔距離が、板の長さに応じて変化す
るような板（７０）の幅方向において、相互の方向に傾
斜している。

このような板であれば、その幅に対して直角、及びその
長さ方向の板の変位を副室することが可能である。

第４Ａ図は、第４図に示す映像スペクトル（６０）の位
置での板（７０）に丼するフォトダイオードアレイ（９
）の出力応答を示している。

板（７０）が左方へ変位すると、スペクトル（６０）が
映されているトラック（７１）と（７２）間の離隔距離
は小さくなり、第４Ｂ図で示すように、応答の出力ピー
クは、互いに近づく、シかし、板（７０）が、長さ方向
に変位がなく、幅方向に変位すると、応答でのピーク間
の離隔距離は変わらないが、相対位置は、第４Ｃ図で示
すように変わる。

これらピークの相対位置をモニターすることによって、
２つの座標方向における板の変位をモニターすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による変換装置の略図である。第２図は、本発明による変換装置の光学ヘッドの側面図
である。第３図は、本発明による変換装置とともに使用される変
位エンコーダ素子の平面図である。第４図は、別のエンコーダ部材の平面図である。第４Ａ図、第４Ｂ図及び第４Ｃ図は、第４図のエンコー
ダ部材の種々の位置における出力応答を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）波長範囲を指定する光学放射源と、分光領域に沿
って光線を成分波長に分散し、かつ当該分光領域に沿っ
た位置上における光学ヘッドより放射された光線波長が
、当該分光領域に沿った当該位置上に映すようなってい
る光学ヘッドと、光線路においても当該分光領域と関連
して可動しうる変位部材とを備える光学変換装置であっ
て、変位部材（４）（７０）は、種々の波長光線が、変位部
材の位置に従って、変位部材により光学ヘッド（３）へ
逆反射するような反射部材で光学的に符号化され、光学
ヘッドが、戻りの光ファイバケーブル（７）の端部に映
像化されるような波長に従って反射光線を放射しており
、前記戻りの光ファイバケーブルは、種々の波長光線に
応答するディテクタ（８）（９）（１１）と接続され、
かつ変位部材の位置に従って出力を供給するようになっ
ていることを特徴とする光学変換装置。
（２）光学ヘッドが、光線を成分波長に分散する回折部
材（４４）を備え、かつ反射部材（４１）（４２）（７
１）（７２）から反射された光線を戻りの光ファイバケ
ーブル（７）へ放射するようになっていることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項に記載の光学変換装置。
（３）前記回折部材が、回折格子（４４）であることを
特徴とする特許請求の範囲第（２）項に記載の光学変換
装置。
（４）光学ヘッド（３）は、集束反射球面（３２）を備
えており、前記集束反射球面（３２）は、光を平行化し
かつ回折格子（４４）に向って光線を反射して、光線を
反射部材（４１）（４２）（７１）（７２）及び戻りの
光ファイバケーブル（７）の端部に集束するようになっ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第（２）項又は
第（３）項に記載の光学変換装置。
（５）放射源（１）からの光線を光学ヘッド（３）へ供
給するための光ファイバケーブル（２）、及び光線を光
学ヘッド（３）からディテクター（８）（９）（１１）
へ供給するための戻り光ファイバケーブル（７）を備え
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（
４）項のいずれかに記載の光学変換装置。
（６）第１光線ガイドが、単一ファイバすなわち光ファ
イバケーブル（２）であることを特徴とする特許請求の
範囲第（５）項に記載の光学変換装置。
（７）光学ヘッド（３）が、光学的に透明な固体ブロッ
クから成っていることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項乃至第（６）項のいずれかに記載の光学変換装置
。
（８）変位部材は、数表示エンコーダ（４）（７０）で
あり、エンコーダ（４）は、２つの反射トラック（４１
）（４２）を有し、他方のエンコーダ（７０）は、エン
コーダの位置に従って離隔距離が変わる２つの反射トラ
ック（７１）（７２）を有しており、ディテクター（８
）（９）（１１）は、２つのトラックにより反射された
波長間の離隔距離に応答し、かつそれにより出力を供給
するようになっていることを特徴とする特許請求の範囲
第（１）項乃至第（７）項のいずれかに記載の光学変換
装置。
（９）変位部材（７０）は、互いに直角な２方向に可動
であり、ディテクター（８）（９）（１１）は、反射波
長間の離隔距離と波長の絶対値の両方に応答し、かつ両
方向に沿って変位部材の位置により出力を供給すること
を特徴とする特許請求の範囲第（８）項に記載の光学変
換装置。
（１０）変位部材が、回転板（４）であり、一方の反射
トラック（７１）は、円状かつ回転板（４）の回転軸を
中心としており、他方の反射トラック（７２）は、螺旋
状であることを特徴とする特許請求の範囲第（８）項に
記載の光学変換装置。