JPS6291810A - 光学系埋め込み形光センサ装置 - Google Patents

光学系埋め込み形光センサ装置

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JPS6291810A
JPS6291810A JP23271285A JP23271285A JPS6291810A JP S6291810 A JPS6291810 A JP S6291810A JP 23271285 A JP23271285 A JP 23271285A JP 23271285 A JP23271285 A JP 23271285A JP S6291810 A JPS6291810 A JP S6291810A
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JP
Japan
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optical
optical system
resin
optical fiber
sensor device
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Pending
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JP23271285A
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English (en)
Inventor
Mitsuru Nishikawa
満 西川
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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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】 11−Jν叱l外野 本発明は、光センサ装置に関するものであり、更に詳述
するならば、光ファイバジャイロのように、光学系に狂
いをもたらす外力などを受ける環境で使用される光学装
置において、そのような狂いが生じに<<シた光学系埋
め込み形光センサ装置に関するものである。
従来の技術 現在、様々な分野において光学的な測定装置や検出装置
が使用されている。例えば、長さ、変位、凹凸などを測
定するレーザ干渉計、オプティカルハイドロホンなどの
ような光フアイバ干渉計、光ファイバジャイロなどがあ
る。その代表的な例として光ファイバジャイロを第3図
を参照して説明する。
発光素子1からの光をビームスプリッタ2により分割し
て、コイル状に多数回シングルモード光ファイバ3を巻
回した光フアイバループすなわちセンサコイル4の両端
に人力して、センサコイル4に右回り(CW)と左回り
(CCW’)に光を伝搬させる。そのとき、センサコイ
ル4が角速度Ωで回転していると、右回り光、左回り光
に位相差△θが生じ、Δθを測定することによって角速
度Ωを検出するものである。
センサコイル4の中を右回りに伝搬した光及び左回りに
伝搬した光の電界の強さEcW、ECeWは、次のよう
に表される。
但し、E、SE、:左回り光及び右回り光の振幅ω:先
の角周波数 t:時間 Δθ:サニャック効果による位相差 そのように位相差Δθが生じた左回り光と右回り光とを
ビームスプリッタ4で合成して、受光素子5に入射する
。その受光素子5の検出強度から、位相差Δθを知るこ
とができる。その位相差Δθは、次のように表すことが
できる。
但し、L:センサコイルのファイバ長 a:センサコイルの半径 C:真空中の光速度 λ:光の波長 Ω:回転角速度 これをサニヤック効果という。
上記した位相差Δθを表す信号を得る方法は、様々なも
のが提案されていが、その代表的なものとして位相変調
方式がある。第4図を参照して、その位相変調方式をよ
り具体的構成を説明する。
半導体レーザのような発光素子10からの光は、コリメ
ーターレンズ12とビームスプリッタ14とを介して偏
光子16に入力され、その偏光子16を通過した光は、
集光レンズ18を介して、シングルモード光ファイバの
ようなモードフィルタ20に結合され、更に、集光レン
ズ22を介して、ビームスプリッタ24に入力され、そ
こで2つに分けられて光ファイバ26の両端に設けられ
た集光レンズ28及び30に結合される。その光ファイ
バ26は、センサコイル32を構成するように巻回され
た部分と、角周波数ωヨで駆動される圧電振動素子34
に巻き付けられた部分36に分けられている。
かくして、光ファイバの両端に入力された光は、それぞ
れ、光ファイバのセンサコイル32内を右回りと左回り
に伝搬し、反対側の端部より出射し、ビームスプリッタ
24により合成されてモードフィルタ20、偏光子16
を介してビームスプリッタ14によりホトダイオードの
ような受光素子38に入射される。
このような光ファイバジャイロにおいて、光ファイバは
、圧電振動素子26に巻き付けられた部分において、圧
電振動素子26の伸縮に応じて光ファイバ長さが変化し
、光がセンサコイル24を伝1般するとき、光がその部
分を伝搬するときに位相変調を受ける。
かくして、そのような光ファイバジャイロにおいて、受
光素子28から得られる出力の基本波成分P(△θ、1
)は、 P(△θ、1) 一2E、ELJl(ξ)cos toffit−sin
Δθである。かくして、位相変調方式光ファイバジャイ
ロにおいては、受光素子28の出力を圧電振動素子の角
変調周波数ω8て同期検波すると、sinΔθに比例し
た出力が得られ、八〇を知ることができる。
発明が解決しようとする問題点 以上のような光ファイバジャイロが使用される環境は、
外部からの衝撃や振動を完全に回避することはできない
。そのため、外部からの衝撃や振動により、光学系に狂
いが生じ、光路差や光軸づれなどが生じる。そして、そ
の中で光路差が特に問題である。
具体的に述べるならば、光ファイバジャイロが静止して
いるとき、右回り光と左回り光との光路差は、零である
はずである・。しかし、衝撃や振動などの外力が作用す
ると、集光レンズとビームスプリッタと偏光子との間に
光路方向にずれが発生したり、また、センサコイルの光
ファイバに伸びが生じるなどして、右回り光と左回り光
との光路差が生じ、零点ドリフトの原因となる。
そして、以上のような問題は、光ファイバジャイロだけ
でなく、他の光学測定装置や光学検出装置にも同様に発
生する。
そこで、本発明は、上記した従来の問題を解消する光セ
ンサ装置を提供せんとするものである。
問題点を解決するための手段 すなわち、本発明によるならば、光ファイバ及びその光
ファイバに光学的に結合される光学素子とを少なくとも
有する光センサ装置において、前記光ファイバと前記光
学素子との光学的結合部を含む光学系の隙間及び周囲に
樹脂が充填されて固化され、樹脂内に光学系が埋め込ん
だ状態にされる。
咋」 以上のような光学系埋め込み形光センサ装置においては
、光学系、特に光ファイバと他の光学素子との結合部な
どの隙間及び周囲に樹脂が充填されて固化されて、樹脂
内に光学系が埋め込まれている。従って、それら位置関
係は、その充填樹脂により完全に固定されており、外力
が作用しても、ずれなどは発生しない。
かくして、上記した光学系埋め込み形光センサ装置を、
振動や衝撃などの外力を受ける環境で使用しても、測定
に零点ドリフトなどが発生せず、正確な測定を実施でき
る。
本発明による光学系埋め込み形光センサ装置の実施例で
は、前記光学系は、収納ケース内に納められ、その収納
ケース内に樹脂が充填されて固化されている。また、前
記樹脂は透明樹脂である。
更に、本発明の好ましい実施例にあっては、光センサ装
置は、光ファイバジャイロであり、光ファイバジャイロ
のセンサコイルの上に光学系支持基板が配置され、該光
学系支持基板のセンサコイルと反対側に、発光素子から
の光をセンサコイルの両端に分岐結合するためのビーム
スプリッタ及びセンサコイルの両端から出射する光を合
成して受光米子に結合するためのビームスプリッタとが
載置され、それらビームスプリッタが収納ケースの底に
対面するように光学系支持基板とセンサコイルとが前記
収納ケースに納められ、該収納ケースとセンサコイルと
の間に前記樹脂が充填されている。
実施例 第1図及び第2図は、第4図に示した位相変調方式光フ
ァイバジャイロを組み込んだ本発明による光学系埋め込
み形光センサ装置の実施例を示す概略図であり、第1図
は、一部破断頂面図であり、第2図は、断面図である。
図示の光ファイバジャイロは、収納ケース40を有して
おり、その収納ケース40内にセンサコイル32を巻回
しているボビン42が納められている。そして、そのボ
ビン42の上には、光学系支持基板44が配置され、そ
の光学系支持基板44の上側には、さまざまな光学素子
が固定されている。すなわち、コリメーターレンズ12
(不図示)と組み合わせた発光素子10が、光学系支持
基板44の一方の隅に固定され、その前面には、ビーム
スプリッタ14が配置されて固定されている。なお、第
4図の偏光子16は、本実施例では省略されている。そ
のビームスプリッタ14の発光素子10の正面側には、
モードフィルタをなすシングルモード光ファイバ20の
一端に結合された集光レンズ18が結合されている。
そして、集光レンズ18からの光を受けるビームスプリ
ッタ14の位置に受光素子38が結合されて光学系支持
基板44に固定されている。
更に、そのシングルモード光ファイバ20の他端に結合
されている集光レンズ22は、光学系支持基板44の中
央に固定されたビームスプリッタ24に結合されている
。このビームスプリッタ24は、図示の例では、2つの
ビームスプリフタを組合わせて構成されている。そのよ
うなビームスプリッタ24には、光ファイバ26の両端
に設けられた集光レンズ28及び30が結合されている
。そして、その光ファイバ26のセンサコイル32は、
上述したようにボビン42に巻回されている。また、圧
電振動素子34も、光学系支持基板44上に取りつけら
れ、光ファイバの部分36は圧電振動素子34に巻き付
けられている。更に、ビームスプリッタ14と24との
間には、スペーサ46が配置されている。
以上のような収納ケース40とボビン42との間の空間
48には、透明樹脂を流し込んで硬化させる。
例えば、その樹脂としては、紫外線硬化型接着剤か使用
できる。かくして、光学系支持基板44上の光学素子は
、その相互の位置ずれが全く生じないように、その充填
樹脂内に埋め込まれて固定される。
なお、ボビン42の内側空間には、光ファイバジャイロ
の電気系を搭載した電気回路基板50が収納される。ま
た、収納ケース40及びボビン42の下側縁は、肉厚に
され、蓋52がネジ54および56により固定される。
かくして、上記した光ファイバジャイロは、収納ケース
40とボビン42との間の空間48内に位置する光学素
子、すなわち、発光素子10、ビームスプリッタ14、
シングルモード光ファイバ20、その両端の集光レンズ
18及び22、ビームスブリック24、圧電振動素子3
4及びボビン42に巻回されている光ファイバ26、そ
の両端の集光レンズ28及び30、受光素子38が全て
、充填硬化した樹脂の中に埋め込まれている。従って、
その収納ケース40に振動や衝撃の外力が作用しても、
その力は、樹脂で分散されまた阻止されるので、各光学
素子に伝播し難く、且つ、個々の光学素子に集中し難い
。また、たとえ伝播しても樹脂により光学素子が固定さ
れているので、その光ファイバの伸びが光学素子間の相
対的位置ずれなどが発生することはない。すなわち、そ
れら光学系の光路に変動が生じまことはない。それ故、
上述した零点ドリフトは発生しないので、それにより測
定誤差が発生することはない。
なお、上記実施例は、光学系支持基板44をボビン42
の上に取りつけているが、収納ケース側に固定してもよ
い。更に、上記実施例では、樹脂として紫外線硬化型の
ものを使用したが、光学素子に熱などの影響なく硬化す
るものであれば、どのような形の樹脂を使用してもよい
。また、樹脂は必ずしも透明である必要はないが、透明
樹脂を使用した場合、内部の異常を視覚的に知ることが
できる。
以上、本発明を光ファイバジャイロについテ実施した例
を説明したが、本発明は、光ファイバジャイロに限らず
、光学系の光路の変動が誤差の原因となるほかの光学測
定装置にも同様に適用できる。
発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明による光学系埋
め込み形光センサ装置は、光ファイバはかの光学素子が
樹脂内に埋め込まれているので、光学素子が樹脂により
外力から保護され、光学系の光路の変動などは発生し難
い。それ故、本発明の光学系埋め込み形光センサ装置に
よれば、振動や衝撃を受けざるを得ない環境においても
安定且つ信頼性の高い測定が実施できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、位相変調方式光ファイバジャイロについて本
発明を実施した光学系埋め込み形光センサ装置の一部破
断頂面図、 第2図は、第1図の線■−■での断面図、第3図は、光
ファイバジャイロの原理を図解する図、 そして、第4図は、位相変調方式光ファイバジャイロの
基本構成を示す概略展開斜視図である。 〔主な参照番号〕 ■・・発光素子  2・・ビームスプリッタ3・・光フ
ァイバ 4・・センサコイル5・・受光素子  10・
・発光素子 12・・コリメーターレンズ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光ファイバ及び該光ファイバに光学的に結合され
    る光学素子とを少なくとも有する光センサ装置において
    、前記光ファイバと前記光学素子との光学的結合部を含
    む光学系の隙間及び周囲に樹脂を充填して固化して、樹
    脂内に光学系を埋め込んだことを特徴とする光学系埋め
    込み形光センサ装置。
  2. (2)前記光学系は、収納ケース内に納められ、その収
    納ケース内に樹脂が充填されて固化されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の光学系埋め込
    み形光センサ装置。
  3. (3)前記樹脂は透明樹脂であることを特徴とする特許
    請求の範囲第(1)項または第(2)項記載の光学系埋
    め込み形光センサ装置。
  4. (4)前記光センサ装置は、光ファイバジャイロであり
    、光ファイバジャイロのセンサコイルの上に光学系支持
    基板が配置され、該光学系支持基板のセンサコイルと反
    対側に、発光素子からの光をセンサコイルの両端に分岐
    結合するためのビームスプリッタ及びセンサコイルの両
    端から出射する光を合成して受光素子に結合するための
    ビームスプリッタとが載置され、それらビームスプリッ
    タが収納ケースの底に対面するように光学系支持基板と
    センサコイルとが収納ケースに納められ、該収納ケース
    とセンサコイルとの間の空間に前記樹脂が充填されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項から第(
    3)項までのいずれか1項記載の光学系埋め込み形光セ
    ンサ装置。
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