JPS625105A - Waveguide type photo-displacement sensor - Google Patents

Waveguide type photo-displacement sensor

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Publication number
JPS625105A
JPS625105A JP14263885A JP14263885A JPS625105A JP S625105 A JPS625105 A JP S625105A JP 14263885 A JP14263885 A JP 14263885A JP 14263885 A JP14263885 A JP 14263885A JP S625105 A JPS625105 A JP S625105A
Authority
JP
Japan
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light
waveguide
optical waveguide
optical
displacement
Prior art date
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Pending
Application number
JP14263885A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichi Takagi
高木 潤一
Maki Yamashita
山下 牧
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.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Tateisi Electronics Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Tateisi Electronics Co
Priority to JP14263885A priority Critical patent/JPS625105A/en
Publication of JPS625105A publication Critical patent/JPS625105A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To assure a sensor of longer distance of displacement measurement and available for identification of displacement direction, by installing means of parallelling means for a signal light and phase-shifting means of waveguide light between the discharging end of photo-waveguide path and reflecting surface of a specimen. CONSTITUTION:Asymmetric X dividing type photo-waveguide paths 10, 20 are formed, a beam of light guided into waveguide paths 11, 21 are divided equally at the X-shaped jointing members, the beams of the waveguide paths 13, 23 are reflected as the reference light by a reflecting film 2, the beams of light of the waveguide paths 14, 24 are reflected as the reflecting light by a movable mirror 4 and an output beam of intensity following a phase difference of the reflecting light is fed out from the waveguide paths 12, 22. As phase-shifting grooves 25 are made in the waveguide path 23, the output beam of the waveguide path 22 generates a phase deviation from the output beam of the waveguide path 12 for identification of the moving direction of the mirror 4. A rod lens 3 converts the light into parallel beams and the intensity of the light can be maintained regardless of a displacement of the mirror 4 connected to the specimen, and thus the distance of displacement measurement can be increased and the displacement direction can be identified.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 光干渉のための少なくとも2つの光導波路が基板に形成
されており、この基板の光導波路の出射端と被測定物体
上の反射面との間にレンズ手段がそれぞれ設けられ、こ
れらのレンズ手段によって上記出射端から出射される信
号光がコリメートされるとともに、上記反射面からの反
射光が集光され、さらに上記少なくとも2つの光導波路
の一方に位相シフト手段が設けられていることを特徴と
する導波−型光変位センサ。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Summary of the Invention At least two optical waveguides for optical interference are formed on a substrate, and a lens means is provided between the output end of the optical waveguide of the substrate and a reflective surface on an object to be measured. are respectively provided, and the signal light emitted from the output end is collimated by these lens means, and the reflected light from the reflective surface is focused, and further a phase shift means is provided in one of the at least two optical waveguides. A waveguide-type optical displacement sensor characterized by being provided with.

発明の背景 この発明は、基板上に光導波路を用いてマイケルソン干
渉計を作製し、基板上の反射面で反射する参照光と基板
外の被測定物体上の反射面で反射する信号光との干渉に
よる光強度変化に基づいて被測定物体の変位量を計測す
る導波型光変位センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention fabricates a Michelson interferometer using an optical waveguide on a substrate, and combines a reference beam reflected by a reflective surface on the substrate and a signal beam reflected by a reflective surface on a measured object outside the substrate. The present invention relates to a waveguide type optical displacement sensor that measures the amount of displacement of an object to be measured based on changes in light intensity caused by interference.

このような導波型光変位センサにおいては、基板の3次
元光導波路から出射する信号光が拡散することは避けら
れず、したがって被測定物体の反射面で反射して基板の
光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
量が基板の光導波路に戻るが、被測定物体の変位が大き
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 a waveguide type optical displacement sensor, it is inevitable that the signal light emitted from the three-dimensional optical waveguide of the substrate is diffused, and therefore is reflected by the reflective surface of the object to be measured and returned to the optical waveguide of the substrate. There is a problem in that the amount of incident light decreases. If the amount of displacement of the object to be measured is extremely small (for example, on the order of tens of micrometers), a considerable amount of reflected light will return to the optical waveguide of the substrate, but if the displacement of the object to be measured becomes large, it is no longer possible to obtain a measurable amount of signal light. I can't do it anymore.

また、従来の導波型光変位センサでは被測定物体の変位
の方向を判別することはできなかった。
Furthermore, with conventional waveguide type optical displacement sensors, it has not been possible to determine the direction of displacement of the object to be measured.

発明の概要 この発明は、変位n1定距離が長くかつ変位方向の判別
の可能な導波型光変位センサを提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a waveguide type optical displacement sensor that has a long displacement n1 constant distance and is capable of determining the displacement direction.

この発明による導波型光変位センサは、光干渉のための
少なくとも2つの光導波路が形成された基板、この基板
の光導波路の出射端と被測定物体上の反射面との間にそ
れぞれ設けられ、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2つのレンズ手段、上記少なくとも2つの光
導波路の一方に設けられた導波光の位相シフト手段、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 waveguide type optical displacement sensor according to the present invention includes a substrate on which at least two optical waveguides for optical interference are formed, each provided between the output end of the optical waveguide of this substrate and a reflective surface on a measured object. , two lens means for collimating the signal light output from the output end and for condensing the reflected light on the reflecting surface, and a phase of the guided light provided in one of the at least two optical waveguides. It is characterized by comprising a shift means and a reflection means formed on the end face of the optical waveguide of the substrate in order to obtain reference light.

信号光と参照光とが基板の光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 optical waveguide of the substrate, these two lights interfere, and interference light with an intensity corresponding to the phase difference between these two lights is obtained.

参照先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 target 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2つのレンズ手段により、基板の2つの光導波路か
ら出射する信号光がそれぞれ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それぞれ
入射する。基板の光導波路にそれぞれ入射する信号光の
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 two optical waveguides of the substrate is collimated by the two lens means and hits the reflective surface on the object to be measured, and the reflected light from the reflective surface is condensed by the lens means and reflected on the substrate. They are respectively incident on the optical waveguide. Since the amount of signal light incident on each optical waveguide of the substrate hardly changes even if the object to be measured is largely displaced, a long measurement distance can be obtained.

上記少なくとも2つの光導波路の一方には位相シフト手
段が設けられている。したがって9両光導波路から得ら
れる干渉光強度の周期的な変化は、上記位相シフト手段
によって強制的にシフトされた位相に対応する位相量だ
け相互にずれている。この2つの干渉光の位相のずれに
より被測定物体の移動方向を判別することが可能となる
One of the at least two optical waveguides is provided with phase shift means. Therefore, the periodic changes in the intensity of the interference light obtained from the nine optical waveguides are shifted from each other by a phase amount corresponding to the phase forcibly shifted by the phase shift means. It becomes possible to determine the moving direction of the object to be measured based on the phase shift between these two interference lights.

基板の光導波路端面に形成される反射手段は金属薄膜の
蒸着等により実現することができる。この金属薄膜の厚
さを変えることにより金属薄膜で反射する光の光量、す
なわち参照光強度を制御することができる。参照光強度
を信号光の強度とほぼ同じ程度にすることにより干渉光
の光強度変化の消光比をよくすることができる。消光比
がよければ後段の光信号処理が容易となる。
The reflecting means formed on the end face of the optical waveguide of the substrate can be realized by vapor deposition of a metal thin film or the like. By changing the thickness of this metal thin film, it is possible to control the amount of light reflected by the metal thin film, that is, the reference light intensity. By setting the reference light intensity to approximately the same level as the signal light intensity, it is possible to improve the extinction ratio of the change in the light intensity of the interference light. A good extinction ratio facilitates subsequent optical signal processing.

実施例の説明 第1図はこの発明による導波型光変位センサの一例を、
第2図は変位測定システムの全体をそれぞれ示している
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIG. 1 shows an example of a waveguide type optical displacement sensor according to the present invention.
FIG. 2 each shows the entire displacement measuring system.

基板1.たとえばL i N b OaにTLを熱拡散
することにより2つの非対称X分岐型光導波路10、2
0が形成されている。光導波路10は4つの光導波路1
1〜14を含み、光導波路10はこれらの光導波路11
−14がそれらの一端でX字状に結合することにより構
成されており、光導波路12の巾は他の光導波路11.
13.14の巾よりも狭くつくられている。光導波路2
0も同じように4つの光導波路21〜24から構成され
ている。そして、光導波路11と21とがその入力端で
共通に形成され、それぞれのX字詰合部に向ってY字状
に分岐している。このような非対称X分岐型光導波路の
詳細は、導波形光ビーム・スプリッタとして特開昭58
−202406 (特願昭57−86178)に開示さ
れている。
Substrate 1. For example, by thermally diffusing TL into L i N b Oa, two asymmetrical X-branched optical waveguides 10 and 2
0 is formed. The optical waveguide 10 includes four optical waveguides 1
1 to 14, and the optical waveguide 10 includes these optical waveguides 11
-14 are connected at one end in an X-shape, and the width of the optical waveguide 12 is the same as that of the other optical waveguide 11.
It is made narrower than the width of 13.14. Optical waveguide 2
0 is similarly composed of four optical waveguides 21 to 24. The optical waveguides 11 and 21 are formed in common at their input ends, and branch into a Y-shape toward their respective X-shape filling portions. The details of such an asymmetrical
-202406 (Japanese Patent Application No. 57-86178).

この実施例に関連する範囲でこの非対称X分岐型光導波
路10(同20も同じ)の動作を説明すると次のように
なる。光導波路11を伝播する光は2つの光導波路13
と14に等しく分岐して進行していく。光導波路13と
14をX字詰合部に向って伝播する光は、これらの光の
位相が等しい場合には光導波路11に戻る。光導波路1
3と14の光が逆位相(位相が180”異なる)場合に
はこれらの光は光導波路・12に進む。したがって、光
導波路12には光導波路13.14をX字詰合部に向う
光の位相差に応じた強度の光が得られる。
The operation of the asymmetrical X-branched optical waveguide 10 (same as the optical waveguide 20) will be explained as follows within the scope related to this embodiment. The light propagating through the optical waveguide 11 is transmitted through two optical waveguides 13.
The process branches equally to 14 and progresses. Light propagating through the optical waveguides 13 and 14 toward the X-shaped packing section returns to the optical waveguide 11 when the phases of these lights are equal. Optical waveguide 1
When the lights 3 and 14 have opposite phases (the phases differ by 180"), these lights proceed to the optical waveguide 12. Therefore, the optical waveguide 12 includes the light that goes through the optical waveguides 13 and 14 toward the X-shaped packing part. Light with an intensity corresponding to the phase difference is obtained.

上述の説明は、光導波路11.12と光導波路13゜1
4とを交換しても同じようにあてはまる。
The above description is based on the optical waveguide 11.12 and the optical waveguide 13°1.
The same holds true even if 4 is exchanged.

光導波路11と21の共通入力端の端部には入力用光フ
ァイバ31が、光導波路12.22の端部には出力用光
ファイバ32.33がそれぞれ接続されている。
An input optical fiber 31 is connected to the common input end of the optical waveguides 11 and 21, and an output optical fiber 32.33 is connected to the end of the optical waveguide 12.22.

入力用光ファイバ31としては偏波面保存光ファイバが
用いられている。レーザ光源41からのレーザ光がアイ
ソレータ42およびレンズ43を介して光ファイバ31
に導入される。アイソレータ42はレーザ41から光フ
ァイバ31への光の進行を許し、これとは逆方向に進む
光を遮断するものであり、光の偏波方向に基づいてこの
作用を行なう。出力用光ファイ/<32.33としては
マルチモード光ファイバが用いられている。これらの光
ファイバ32.33+:よりて導かれる出力光は受光素
子44A、44Bにそれぞれ入射し、それらの光強度を
表わす電気信号にそれぞれ変換される。
As the input optical fiber 31, a polarization maintaining optical fiber is used. Laser light from a laser light source 41 passes through an isolator 42 and a lens 43 to an optical fiber 31.
will be introduced in The isolator 42 allows light to travel from the laser 41 to the optical fiber 31 and blocks light traveling in the opposite direction, and performs this action based on the polarization direction of the light. A multimode optical fiber is used as the output optical fiber /<32.33. Output light guided through these optical fibers 32, 33+ enters the light receiving elements 44A and 44B, respectively, and is converted into electrical signals representing the light intensity thereof.

基板1の光導波路13.23の端面にはAuを蒸着する
ことにより反射膜2が形成されている。非対称X分岐型
光導波路10において、光導波路11に導かれかつ光導
波路13と14に等しく分岐した光のうち光導波路13
を進む光はこの反射膜2で反射してX字詰合部に向う。
A reflective film 2 is formed on the end face of the optical waveguide 13.23 of the substrate 1 by depositing Au. In the asymmetrical X-branch type optical waveguide 10, among the light guided to the optical waveguide 11 and equally branched into the optical waveguides 13 and 14, the optical waveguide 13
The light traveling through is reflected by this reflective film 2 and goes toward the X-shaped block.

この光が参照光である。参照光の強度は反射膜スの膜厚
により定めることができる。非対称X分岐型光導波路2
0においても、光導波路23から同様にして参照光を得
ることができる。
This light is the reference light. The intensity of the reference light can be determined by the thickness of the reflective film. Asymmetrical X-branched optical waveguide 2
0, reference light can be obtained from the optical waveguide 23 in the same manner.

被測定物体であるまたは被測定物体に取付けられもしく
は接触しているアクチュエータ(図示略)のロッド6の
先端に可動ミラー4が取付は固定されている。基板1の
光導波路14および24の端面と可動ミラー4との間に
それぞれロッド・レンズ(屈折率分布型レンズ)3が設
けられかつ適当な固定手段により固定されている。この
ロッド・レンズ3の焦点面は光導波路14.24の出射
端にそれぞれ位置している。すなわち、一方のロッド・
レンズについて第4図(B)に示されているように。
A movable mirror 4 is fixedly attached to the tip of a rod 6 of an actuator (not shown) that is the object to be measured or is attached to or in contact with the object to be measured. Rod lenses (gradient index lenses) 3 are provided between the end faces of the optical waveguides 14 and 24 of the substrate 1 and the movable mirror 4, respectively, and are fixed by suitable fixing means. The focal planes of this rod lens 3 are located at the output ends of the optical waveguides 14 and 24, respectively. In other words, one rod
As shown in FIG. 4(B) for the lens.

光導波路14を伝播しその端部から出射した光はロッド
・レンズ3でコリメートされて可動ミラー4に当り、そ
の反射光はロッド・レンズ3によって光導波路14の出
射端付近に丁度集光され、光導波路14に入射しかつX
字詰合部に向って伝播していく。この光が信号光である
。一方の非対称X分岐型光導波路10の光導波路14の
みならず、他方の非対称X分岐型光導波路20の光導波
路24からも同じようにして信号光が得られる。
The light propagating through the optical waveguide 14 and exiting from its end is collimated by the rod lens 3 and hits the movable mirror 4, and the reflected light is focused by the rod lens 3 exactly near the output end of the optical waveguide 14. incident on the optical waveguide 14 and
It propagates toward the character-filled part. This light is signal light. Signal light is obtained not only from the optical waveguide 14 of one asymmetrical X-branching optical waveguide 10 but also from the optical waveguide 24 of the other asymmetrical X-branching optical waveguide 20 in the same manner.

まず変位測定原理について説明する。一方の光導波路I
Oにのみ着目する。
First, the principle of displacement measurement will be explained. One optical waveguide I
Focus only on O.

上述したように、光導波路13の参照光と光導波路14
の信号光との位相差に応じた強度の出力光が光導波路1
2に得られ、この出力光は光ファイバ32により受光素
子44Aに導かれる。参照光と信号光の位相差は、これ
ら2つの光の間の光路差、すなわち可動ミラー4の変位
量に依存している。出力光強度の変位f1(光路差)に
対する変化が第3図に実線で示されている。出力光強度
は光路差の変化に対してλ(光の波長)の周期で正弦的
に変化する。信号光はロッド・レンズ3と可動ミラー4
との間を往復するので光路差は可動ミラー4の変位量の
2倍に等しい。
As described above, the reference light of the optical waveguide 13 and the optical waveguide 14
The output light with an intensity corresponding to the phase difference with the signal light is outputted to the optical waveguide 1.
2, and this output light is guided to the light receiving element 44A by the optical fiber 32. The phase difference between the reference light and the signal light depends on the optical path difference between these two lights, that is, the amount of displacement of the movable mirror 4. The change in the output light intensity with respect to the displacement f1 (optical path difference) is shown by a solid line in FIG. The output light intensity changes sinusoidally with a period of λ (light wavelength) with respect to changes in the optical path difference. Signal light is transmitted through rod lens 3 and movable mirror 4
The optical path difference is equal to twice the amount of displacement of the movable mirror 4.

出力光信号は受光素子44Aで電気信号に変換されたの
ち、高、低2つのスレシホールド◆レベル81、S2を
もつ回路45Aでレベル弁別され、2値化される(第3
図参照)。この2値信号の立上りおよび/または立下り
がカウンタ46Aによって計数される。したがって、可
動ミラー4の変位量はλ/2−またはλ/4単位で測定
される。たとえば光源41として波長λ−0,8μmの
レーザーダイオードを用いた場合には0.4μmまたは
0.2μm単位で変位測定が可能となる。
The output optical signal is converted into an electric signal by the light receiving element 44A, and then level-discriminated and binarized by a circuit 45A having two high and low thresholds ◆level 81 and S2 (third
(see figure). The rise and/or fall of this binary signal is counted by counter 46A. Therefore, the amount of displacement of the movable mirror 4 is measured in units of λ/2- or λ/4. For example, when a laser diode with a wavelength of λ-0.8 μm is used as the light source 41, displacement measurement can be performed in units of 0.4 μm or 0.2 μm.

次に変位方向判別原理について説明する。Next, the principle of determining the displacement direction will be explained.

他方の光導波路20においても、光導波路10と基本的
には同じ動作が行なわれ、光ファイバ33によって導か
れた出力光に対して受光素子44B、スレシホールド回
路45Bおよびカウンタ4BBも上述のものと同じよう
に動作する。
In the other optical waveguide 20, basically the same operation as in the optical waveguide 10 is performed, and for the output light guided by the optical fiber 33, the light receiving element 44B, threshold circuit 45B, and counter 4BB are also operated as described above. works the same way.

非対称X分岐型光導波路20においては、その光導波路
23の両側の位置において基板1に位相シフト用の溝2
5が形成されており、光導波路23を伝播する参照光の
位相が所定量シフトされている。その結果、光導波路2
2から得られる出力光は第3図に破線で示すように、光
導波路12から得られる出力光に対して位相がずれてい
る。この実施例では出力光強度の178周期だけ位相シ
フトが与え゛られている。したがって、スレシホールド
回路45Bから得られる2値信号も破線で示されている
ように同回路45Aの出力2値信号と位相がずれている
In the asymmetric X-branch type optical waveguide 20, phase shifting grooves 2 are formed in the substrate 1 at positions on both sides of the optical waveguide 23.
5 is formed, and the phase of the reference light propagating through the optical waveguide 23 is shifted by a predetermined amount. As a result, the optical waveguide 2
The output light obtained from the optical waveguide 12 is out of phase with respect to the output light obtained from the optical waveguide 12, as shown by the broken line in FIG. In this embodiment, a phase shift is applied by 178 cycles of the output light intensity. Therefore, the binary signal obtained from the threshold circuit 45B is also out of phase with the binary signal output from the threshold circuit 45A, as shown by the broken line.

このような2値信号は微分回路47A、 47Bでその
立上りおよび/または立下りが検出され、この微分され
た信号が方向判別回路48に入力する。
The rising and/or falling of such a binary signal is detected by differentiating circuits 47A and 47B, and this differentiated signal is input to direction determining circuit 48.

可動ミラー4が基板1から遠ざかる方向に動くときには
、スレシホールド回路45Aの出力信号の立上り(立下
り)が同回路45Bの出力信号の立上り(立′下り)よ
りも先に現われ、可動ミラー4が逆方向に動くときには
これらの2つの信号の変化の順序が逆になる。2つの微
分回路47A、47Bの出力の変化が現われる順序に基
づいて可動ミラー4の移動方向が判別回路48により判
別される。方向判別回路48はCPUによって構成する
ことも可能である。
When the movable mirror 4 moves in a direction away from the substrate 1, the rising edge (falling edge) of the output signal of the threshold circuit 45A appears before the rising edge (falling edge) of the output signal of the threshold circuit 45B, and the movable mirror 4 When moving in the opposite direction, the order of change of these two signals is reversed. The determining circuit 48 determines the moving direction of the movable mirror 4 based on the order in which changes in the outputs of the two differentiating circuits 47A and 47B appear. The direction determination circuit 48 can also be configured by a CPU.

基板の光導波路を伝播する光に位相シフトを与える手段
としては、上述の溝の他に、光導波路に電圧や圧力を加
える手段、光導波路に装荷されたSiO□等の薄膜等が
ある。
In addition to the above-mentioned grooves, means for imparting a phase shift to the light propagating through the optical waveguide of the substrate include means for applying voltage or pressure to the optical waveguide, a thin film such as SiO□ loaded on the optical waveguide, and the like.

光導波路13.23の出射端における光の反射率と透過
率は反射膜2の膜厚によって定まる。したがって2反射
膜2の厚さを制御することにより参照光と信号光の強度
の比を任意に定めることができ、これを1=1とするこ
ともできる。このことにより、出力光の光強度変化の消
光比を良好にすることができる。
The reflectance and transmittance of light at the output end of the optical waveguide 13.23 are determined by the thickness of the reflective film 2. Therefore, by controlling the thickness of the two reflective films 2, the ratio of the intensity of the reference light and the signal light can be arbitrarily determined, and this can also be set to 1=1. This makes it possible to improve the extinction ratio of changes in the light intensity of the output light.

光導波路14.24の出射端と可動ミラー4との間には
ロッドφレンズ3が設けられ、光導波路14゜24かう
出射した光はこのレンズ3によって平行光に変換される
。可動ミラー4が動くことによりレンズ3とミラー4と
の間の距離が変動しても、ミラー4に向いかつ反射され
る光は平行光であるからほとんど拡散しない。また、ミ
ラー4の反射光はレンズ3により集光されて光導波路1
4.24にそれぞれに入射する。したがってミラー4の
位置にほとんど関係なく光導波路14.24に戻る反射
光強度をほぼ一定に保持することができる。可動ミラー
4の変位に対して信号光強度をほぼ一定に保持できるの
で正確な変位測定が可能となるとともに、変位量の測定
可能範囲が拡大される。
A rod φ lens 3 is provided between the output end of the optical waveguide 14.24 and the movable mirror 4, and the light emitted from the optical waveguide 14.24 is converted into parallel light by this lens 3. Even if the distance between the lens 3 and the mirror 4 changes due to the movement of the movable mirror 4, the light directed toward and reflected by the mirror 4 is parallel light and is hardly diffused. In addition, the reflected light from the mirror 4 is condensed by the lens 3 and passes through the optical waveguide 1.
4.24, respectively. Therefore, the intensity of the reflected light returning to the optical waveguide 14, 24 can be kept almost constant regardless of the position of the mirror 4. Since the signal light intensity can be maintained substantially constant with respect to the displacement of the movable mirror 4, accurate displacement measurement becomes possible, and the measurable range of displacement amount is expanded.

第4図は、この発明によって光導波路14の出射端と可
動ミラー4との間にロッド・レンズ3を介在させた状態
と′(第4図(B))、介在させない状態(第4図(A
))とを示している。レンズなしの従来例(第4図(A
))では、光導波路14から出射した光が拡散し、可動
ミラー4の反射光のほとんどが光導波路14の端面以外
の場所に向っていってしまう。
FIG. 4 shows a state in which the rod lens 3 is interposed between the output end of the optical waveguide 14 and the movable mirror 4 according to the present invention (FIG. 4(B)), and a state in which the rod lens 3 is not interposed (FIG. 4(B)). A
)) is shown. Conventional example without lens (Fig. 4 (A)
)), the light emitted from the optical waveguide 14 is diffused, and most of the reflected light from the movable mirror 4 is directed to a location other than the end face of the optical waveguide 14.

第5図は、従来例であるレンズなしの場合とこの発明に
よるレンズありの場合とにおける光導波路14に戻る信
号光強度の変化を可動ミラーの変位量に対して示すもの
である。この実験結果によると、レンズなしの従来例に
おいては、光導波路14端面と可動ミラー4との間の距
離が50μm程度でも信号光強度は半減してしまうのに
対して(黒丸)、この発明のレンズありの場合には距離
が10mmに達しても信号光強度の減衰量はきわめて小
さい。
FIG. 5 shows changes in the intensity of the signal light returning to the optical waveguide 14 with respect to the amount of displacement of the movable mirror in a conventional example without a lens and in a case with a lens according to the present invention. According to the experimental results, in the conventional example without a lens, the signal light intensity is halved even if the distance between the end face of the optical waveguide 14 and the movable mirror 4 is about 50 μm (black circle), whereas in the present invention, the signal light intensity is halved (black circle). When a lens is used, the amount of attenuation of the signal light intensity is extremely small even when the distance reaches 10 mm.

第6図は、可動ミラー4を周期的に振動させた実験にお
いて、出力光強度の変化とこの振動におけるミラー4の
移動量とをオシロスコープに映し出し、これを写真撮影
したものをトレースしたものである。Aは可動ミラー4
の移動量を。
Figure 6 is a trace of an experiment in which the movable mirror 4 was periodically vibrated, and the changes in the output light intensity and the amount of movement of the mirror 4 during this vibration were reflected on an oscilloscope and photographed. . A is movable mirror 4
amount of movement.

Bは出力光強度の変化をそれぞれ示している。B shows the change in output light intensity.

可動ミラー4の移動量に対して出力光強度(振中値)が
ほとんど変化していないことが分るであろう。
It can be seen that the output light intensity (midrange value) hardly changes with respect to the amount of movement of the movable mirror 4.

上記実施例では基板1に非対称X分岐型光導波路10.
20が形成されているが、他の光導波路によりマイケル
ソン型の干渉計を構成することもできる。たとえば、第
7図(A)に示すようなY字型の光導波路、同図(B)
に示すような方向性結合器を含む光導波路、同図(C)
に示すような単なる1本の光導波路でもよい。第7図(
C)の構成においては1反射膜2はかなり透過率の高い
ものとし、この反射膜2を透過した光が信号光となる。
In the above embodiment, the substrate 1 is provided with an asymmetrical X-branched optical waveguide 10.
20 is formed, but a Michelson type interferometer can also be constructed using other optical waveguides. For example, a Y-shaped optical waveguide as shown in FIG. 7(A),
An optical waveguide including a directional coupler as shown in the same figure (C)
It may also be a single optical waveguide as shown in FIG. Figure 7 (
In the configuration C), the reflective film 2 has a considerably high transmittance, and the light transmitted through the reflective film 2 becomes signal light.

またこれらの図においてロッド・レンズは省略されてい
る。
Also, the rod lens is omitted in these figures.

レンズ手段もロッド・レンズ以外に通常の凸レンズ、マ
イクロ・レンズ等を使用することができる。
As for the lens means, in addition to rod lenses, ordinary convex lenses, micro lenses, etc. can be used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は導波型光変位センサの一例を示す平面図、第2
図は光変位測定システム全体を示す構成図、第3図は出
力光強度とそれに基づいて作成された2値信号を示す波
形図、第4図は従来例とこの発明の構成の相違を示す図
、第5図はこの構成の相違が光強度に及ぼす影響を示す
グラフ、第6図はオシロスロープの波形をトレースした
図であって変位量と出力光強度変化を示しており、第7
図は基板上の光導波路の他の例を示す概略平面図である
。 1・・・基板、   2・・・反射膜。 3・・・ロッド・レンズ、   4・・・可動ミラー。 l0120・・・非対称X分岐光導波路。 11−14.21〜24・・・光導波路。 25・・・位相シフト用溝。 以  上 特許出願人  立石電機株式会社 代  理  人   牛  久  健  司  外1名
第3FIA 第4図 第6WJ −一一一一、?
Figure 1 is a plan view showing an example of a waveguide type optical displacement sensor;
The figure is a block diagram showing the entire optical displacement measurement system, Figure 3 is a waveform diagram showing the output light intensity and a binary signal created based on it, and Figure 4 is a diagram showing the difference between the configuration of the conventional example and the present invention. , Fig. 5 is a graph showing the influence of this difference in configuration on the light intensity, Fig. 6 is a diagram tracing the waveform of the oscilloscope and shows the displacement amount and output light intensity change, and Fig.
The figure is a schematic plan view showing another example of the optical waveguide on the substrate. 1... Substrate, 2... Reflective film. 3...Rod lens, 4...Movable mirror. l0120...Asymmetrical X-branch optical waveguide. 11-14.21-24... Optical waveguide. 25... Phase shift groove. Applicant for the above patent: Tateishi Electric Co., Ltd. Agent: Kenji Ushiku and one other person 3rd FIA Figure 4 Figure 6WJ-1111, ?

Claims (1)

【特許請求の範囲】 光干渉のための少なくとも2つの光導波路が形成された
基板、 この基板の光導波路の出射端と被測定物体上の反射面と
の間にそれぞれ設けられ、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2つのレンズ手段、 上記少なくとも2つの光導波路の一方に設けられた導波
光の位相シフト手段、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、 を備えた導波型光変位センサ。
[Claims] A substrate on which at least two optical waveguides for optical interference are formed, each provided between an output end of the optical waveguide of this substrate and a reflective surface on a measured object, and from the output end to the reflective surface on the object to be measured. two lens means for collimating the output signal light and for condensing the reflected light on the reflecting surface; a waveguide light phase shifting means provided in one of the at least two optical waveguides; and a reference. A waveguide type optical displacement sensor comprising a reflecting means formed on an end face of an optical waveguide of a substrate to obtain light.
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