JPH01162104A - Optical fiber sensor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To prevent a drop in an S/N ratio as caused by a stray light because of a crosstalk, by transmitting two kinds of lights, reference and measuring lights, independently through a pair of polarization maintaining fibers. CONSTITUTION:Measuring and reference lights to be outputted from a light transmitting/receiving section 100 are transmitted to a photosensor head section 102 through a pair of polarization maintaining fibers 28 and 34. The photosensor head section 102 varies a transmission parameter of at least measuring light related to a displacement of an object 66 to be measured. The photosensor head 102 transmits the measuring light and reference light to optical fibers 28 and 24 on the opposite side to the incoming path as mentioned above using a distribution means comprising a polarized beam splitter 54 and a Faraday rotor 60. A light transmitting/receiving section 100 introduces the measuring and reference light returned to a phase difference detection circuit 76 to detect a change in the transmission parameter of the measuring light thereby measuring a displacement of the object 66 being measured.

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光送受信部と光センサヘッド部との間におい
て光を伝送するために光ファイバを用いる形式の光ファ
イバセンサ装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical fiber sensor device that uses an optical fiber to transmit light between an optical transmitter/receiver and an optical sensor head.

従来技術 参照光および計測光を発生させるための光源と作用変化
を計測するためにそれら参照光および計測光を受ける受
光部とを有する光送受信部と、外部条件に関連して前記
計測光の伝送パラメータを変化させる光センサヘッド部
と、前記光送受信部と該光センサヘッド部との間で前記
参照光および計測光を伝送する光ファイバとを備えた形
式の光ファイバセンサ装置が知られている。Prior Art An optical transmitter/receiver having a light source for generating a reference light and a measuring light, a light receiving part for receiving the reference light and the measuring light for measuring an effect change, and transmission of the measuring light in relation to external conditions. An optical fiber sensor device is known that includes an optical sensor head that changes parameters and an optical fiber that transmits the reference light and measurement light between the optical transmitter/receiver and the optical sensor head. .

たとえば、光ホモダイン方式では、第１１図に示すよう
に、光源１２０から出力したｙ方向の偏光１２２は、ｙ
方向の偏光を通過させるがＸ方向の偏光を反射させる偏
光ビームスプリッタ１２４を通過させられた後、レンズ
１２６により伝送用の定偏波光ファイバ１２８の端面に
集光させられる。この定偏波光フアイバ１２８内では、
偏波面が互いに直交する２つの伝送モードＨＥ＋＋”　
、ＨＥ１１’のうちの一方のモード、たとえばＨＥＩＩ
Ｘモードにて光センサヘッド部まで伝送される。この光
センサヘッド部は音圧の変化によって伝送光を位相変調
させる受圧用の定偏波光ファイバ１３２にて構成されて
おり、この受圧用の定偏波光ファイバ１３２は伝送用の
定偏波光ファイバ１２８と光軸まわりに４５度回転した
状態にて接続されている。これにより、定偏波光フアイ
バ１２８内を１つの伝送モードにて伝送された往路の光
が受圧用の定偏波光フアイバ１３２内において２つの伝
送モードにて伝送されるとともに、受圧用の定偏波光フ
ァイバ１３２の端面の反射膜１３４により反射された２
つの伝送モードの光が前記２つのモードにて伝送用の定
偏波光ファイバ１２８の２つのモードにそれぞれ分配さ
れて、受圧用の定偏波光フアイバ１３２内を伝播した２
つの伝送モードの光が合波され相互に干渉させられる。For example, in the optical homodyne system, as shown in FIG. 11, polarized light 122 in the y direction output from the light source 120 is
After passing through a polarizing beam splitter 124 that allows the polarized light in the X direction to pass through and reflects the polarized light in the X direction, the light is focused by a lens 126 onto the end face of a constant polarization optical fiber 128 for transmission. Within this polarization optical fiber 128,
Two transmission modes HE++ whose polarization planes are orthogonal to each other
, HE11', for example HEII
The signal is transmitted to the optical sensor head in X mode. This optical sensor head section is composed of a constant polarization optical fiber 132 for pressure reception that modulates the phase of transmitted light according to changes in sound pressure, and this constant polarization optical fiber 132 for pressure reception is connected to a constant polarization optical fiber 128 for transmission. It is connected with the lens rotated 45 degrees around the optical axis. As a result, the outward light transmitted in one transmission mode within the polarized optical fiber 128 is transmitted in two transmission modes within the polarized optical fiber 132 for pressure receiving, and the polarized light for pressure receiving is transmitted in two transmission modes. 2 reflected by the reflective film 134 on the end face of the fiber 132
The two transmission modes of light are distributed into the two modes of the constant polarization optical fiber 128 for transmission, and propagated within the constant polarization optical fiber 132 for pressure reception.
Light in two transmission modes is combined and made to interfere with each other.

この場合には、定偏波光ファイバ１２８は偏光子の機能
を備えている。この干渉光は、ＨＥ１１”モード光とＨ
Ｅ、、、’モード光とのいずれからでも取り出され得る
が、第１１図では偏光ビームスプリンタ１２４によりＨ
Ｅｌ、’モード光が取り出され、それが検出器１３６に
より電気信号に変換されて出力されるようになっている
。この電気信号が、受圧用の定偏波光ファイバ１３２に
おいて音圧に対応して計測光が受けた伝送パラメータ、
たとえば位相の変化を表すものである。In this case, the constant polarization optical fiber 128 has the function of a polarizer. This interference light is composed of HE11” mode light and H
Although it can be extracted from any of the E,,,,' mode lights, in FIG.
The El,' mode light is extracted, converted into an electrical signal by the detector 136, and output. This electrical signal is a transmission parameter that the measurement light receives in a constant polarization optical fiber 132 for pressure reception in accordance with the sound pressure,
For example, it represents a change in phase.

しかし、上記のような光ホモダイン方式の光ファイバセ
ンサにおいては、最大の検出感度を得るために位相の自
動調整をする必要がある。このため、たとえば第１１図
の例では、受圧用の定偏波光ファイバ１３２に機械的外
力を加えてＨＥ、、”モード光とＨＥ、、Ｆモード光と
の間にπ／２の位相差を自動的に発生させる必要があっ
た。それ故、光センサヘッド部の定偏波光ファイバ１３
２に機械的な外力を加えるための電歪素子を設けると、
光センサヘッド部が大型となり、しかも光センサヘッド
部へ給電しなければならない欠点があった。However, in the optical homodyne type optical fiber sensor as described above, it is necessary to automatically adjust the phase in order to obtain maximum detection sensitivity. For this reason, in the example shown in FIG. 11, for example, a mechanical external force is applied to the constant polarization optical fiber 132 for pressure receiving to create a phase difference of π/2 between the HE mode light and the HE mode light. It was necessary to generate it automatically.Therefore, the constant polarization optical fiber 13 of the optical sensor head
When an electrostrictive element is provided to apply a mechanical external force to 2,
This has the disadvantage that the optical sensor head is large and that power must be supplied to the optical sensor head.

また、光源の波長制御によりπ／２の位相差゛を自動的
に発生させる方式もあるが、技術的には比較的困難であ
る。There is also a method of automatically generating a phase difference of π/2 by controlling the wavelength of a light source, but this method is technically relatively difficult.

一方、光ヘテロダイン方式の光ファイバセンサにおいて
は、たとえば第１２図に示されるように、Ｈｅ−Ｎｅ横
ゼーマン・レーザなどの光源１４０から出力された、偏
波面が互いに直交し且つ周波数が僅かに異なる２種類の
偏光、たとえば周波数ｆ２の参照ビームおよび周波数ｆ
、の計測ビームは、定偏波光ファイバ１４２により導か
れ、一部がビームスプリッタ１４４を透過させられるが
、他の一部がビームスプリッタ１４４により反射され且
つ偏光板１４６および受光ファイバ１４８を介して光セ
ンサ１５０により検出されるようになっている。この先
センサ１５０においては、参照光ビー）　（ｒｔ　　ｆ
＋　）が検出される。上記ビームスプリッタ１４４を透
過させられた２種類の偏光は、偏光ビームスプリンタ１
５２において一方の偏光ｆ２が反射されて１７４波長板
１５４を通った後、ミラー１５６により反射されて再び
１／４波長板１５４を通過させられることにより偏波面
が回転させられるので偏光ビームスプリンタ１５２を通
過し、且つ偏光板１５７および受光ファイバ１６４を通
過して光センサ１５Ｂに検出される。ビームスプリンタ
１４４を通過した光のうちの他方の光ｆ、は、そのまま
偏光ビームスプリッタ１５２および１／４波長板１６０
を通過して被測定物１６２に反射させられ、再び１７４
波長板１６０を通過させられることにより偏波面が回転
させられて偏光ビームスプリッタ１５２により反射され
、偏光板１５７および受光ファイバ１６４を通過して光
センサ１５８に検出される。この光は被測定物１６２の
変位により周波数がｆ、±Δｆ、にシフトさせられてい
る。これにより、光センサ１５８では、被測定物１６２
を経ない光と被測定物１６２により反射された光との２
種類の光が入射されるので、周波数がｆ、−ｆ、±Δｆ
１である計測光のビートが検出される。位相差検出回路
１６６では、光センサ１５０および１５８により検出さ
れた参照光ビートと計測光ビートとの位相差Δｆ、が検
出され、この位相差Δｆ、に基づいて計測光に含まれる
情報、すなわち被測定物１６２の変位が求められる。On the other hand, in an optical heterodyne type optical fiber sensor, for example, as shown in FIG. Two types of polarization, e.g. a reference beam of frequency f2 and a frequency f
The measurement beam of It is configured to be detected by a sensor 150. From now on, in the sensor 150, the reference light beam) (rt f
+ ) is detected. The two types of polarized light transmitted through the beam splitter 144 are transmitted through the polarized beam splitter 144.
At 52, one polarized light f2 is reflected and passes through the 174-wave plate 154, and then reflected by the mirror 156 and passed through the quarter-wave plate 154 again, thereby rotating the plane of polarization. The light passes through the polarizing plate 157 and the light receiving fiber 164, and is detected by the optical sensor 15B. The other light f, which has passed through the beam splitter 144, is directly transmitted to the polarizing beam splitter 152 and the quarter-wave plate 160.
174 and is reflected by the object to be measured 162.
By passing through the wavelength plate 160, the plane of polarization is rotated and reflected by the polarizing beam splitter 152, passes through the polarizing plate 157 and the light receiving fiber 164, and is detected by the optical sensor 158. The frequency of this light is shifted to f, ±Δf, due to the displacement of the object to be measured 162. As a result, the optical sensor 158 detects the object to be measured 162.
The light that does not pass through and the light that is reflected by the object to be measured 162.
Since different types of light are incident, the frequencies are f, -f, ±Δf
The beat of the measurement light that is 1 is detected. The phase difference detection circuit 166 detects the phase difference Δf between the reference light beat and the measurement light beat detected by the optical sensors 150 and 158, and based on this phase difference Δf, the information contained in the measurement light, that is, the information contained in the measurement light is detected. The displacement of the measurement object 162 is determined.

しかし、上記のような光ヘテロゲイン方式の光ファイバ
センサでは、光ホモダイン方式のように位相の自動調節
を必要としないが、光センサヘッド部において合成した
参照光ビートと計測光ビートとを光受信部まで伝送する
ために２本の受光ファイバ１４８および１６４が必要と
なる欠点があった。However, the optical heterogain type optical fiber sensor described above does not require automatic phase adjustment like the optical homodyne type, but the reference light beat and measurement light beat combined in the optical sensor head are transferred to the optical receiver There is a drawback that two receiving fibers 148 and 164 are required to transmit up to 100 kHz.

発明が解決すべき問題点 上記のような光ファイバセンサに対し、光送受信部と光
センサヘッド部とを、偏波面が互いに直交する２伝送モ
ードにて光を伝送する１本の定偏波光ファイバにて連結
し、且つ光送受信部において参照光と計測光とを干渉さ
せることにより、計測光の伝送パラメータの変化を高い
精度にて検出し、もって小型且つ安価な光ファイバセン
サ装置を提供することが考えられる。しかしながら、そ
のような光ファイバセンサ装置では、伝送用の定偏波光
フアイバ内においてモード間の漏れ、すなわちクロスト
ークによる迷光が発生するため、伝送距離が長くなると
Ｓ／Ｎ比が低下する。たとえば、現在市販されている定
偏波光ファイバでは３０ｄＢ／１００＋＋＋程度である
ため、往復１１伝送させた場合には入射光エネルギの一
２０ｄＢＯ迷光が発生し、光の振幅が一１０ｄＢとなる
ので、光を干渉させて信号を取り出す場合にはＳ／Ｎ比
が１０ｄＢ低下することになる。Problems to be Solved by the Invention For the above-mentioned optical fiber sensor, the optical transmitting/receiving section and the optical sensor head section are connected using a single polarization-controlled optical fiber that transmits light in two transmission modes whose polarization planes are orthogonal to each other. To provide a small and inexpensive optical fiber sensor device that detects changes in transmission parameters of measurement light with high accuracy by connecting reference light and measurement light at an optical transmitting/receiving section and causing interference between reference light and measurement light. is possible. However, in such an optical fiber sensor device, stray light occurs due to leakage between modes, that is, crosstalk, within the constant polarization optical fiber for transmission, so the S/N ratio decreases as the transmission distance increases. For example, current commercially available polarized optical fibers have a polarization of about 30 dB/100+++, so if 11 round trips are made, stray light of 20 dBO of the incident light energy will be generated, and the amplitude of the light will be 110 dB. If the signal is extracted by interfering with the signal, the S/N ratio will decrease by 10 dB.

斯る目的を達成するため、本発明の要旨とするところは
、（ａ）光を伝送するための一対の伝送用の光ファイバ
と、（ｂ）参照光および計測光を前記光ファイバの一方
および他方へ出力し、それら参照光および計測光を前記
一対の光ファイバを通して伝送させるとともに、それら
一対の光ファイバを通して戻された参照光および計測光
を受け、参照光および計測光に基づいてその計測光の伝
送パラメータの変化を検出する光送受信部と、（Ｃ）前
記一対の光ファイバにより伝送された参照光および計測
光を導き且つそれら一対の光ファイバへ戻すとともに、
外部条件に関連して少なくともその計測光の伝送パラメ
ータを変化させる光センサヘッド部と、（ｄ）その光セ
ンサヘッド部から前記光送受信部へ戻される参照光およ
び計測光を、往路とは反対側の光ファイバにて伝送され
るように配分する配分手段とを、含むことにある。In order to achieve such an object, the gist of the present invention is to provide (a) a pair of transmission optical fibers for transmitting light, and (b) a reference light and a measurement light that are connected to one of the optical fibers and the other. The reference light and measurement light are transmitted through the pair of optical fibers, and the reference light and measurement light are received back through the pair of optical fibers, and the measurement light is transmitted based on the reference light and measurement light. (C) guiding the reference light and measurement light transmitted by the pair of optical fibers and returning them to the pair of optical fibers;
(d) an optical sensor head that changes at least the transmission parameters of the measurement light in relation to external conditions; and distribution means for distributing the information so that it is transmitted over the optical fiber.

作用および発明の効果 このようにすれば、参照光および計測光が、光送受信部
と光センサヘッド部との間において、往路と復路とでは
互いに異なる光ファイバにてそれぞれ伝送されるので、
一方の光が他方へ漏れず、クロストークによる迷光に起
因してＳ／Ｎ比が低下することが解消される。このため
、伝送距離が長くなっても光センサヘッド部において付
与された伝送パラメータの変化が高い精度にて検出され
る。Operation and Effects of the Invention With this arrangement, the reference light and the measurement light are transmitted between the optical transmitter/receiver section and the optical sensor head section using different optical fibers for the outward and return routes, respectively.
One light does not leak to the other, and a decrease in the S/N ratio due to stray light due to crosstalk is eliminated. Therefore, even if the transmission distance becomes long, changes in the transmission parameters given by the optical sensor head can be detected with high accuracy.

ここで、前記一対の光ファイバは、互いに偏波面が直交
する２伝送モードにて偏波面を保存しつつ光を伝送させ
る定偏波光ファイバ、その２伝送モードの一方の損失を
積極的に大きくすることにより単一の偏波面にて光を伝
送させる形式の単一偏光シングルモード光ファイバなど
が、好適に用いられる。また、外部環境の安定している
状況下では、通常のシングルモード光ファイバも適用可
能である。Here, the pair of optical fibers are constant polarization optical fibers that transmit light while preserving the polarization plane in two transmission modes whose polarization planes are orthogonal to each other, and the loss of one of the two transmission modes is actively increased. Therefore, a single-polarization single-mode optical fiber that transmits light in a single plane of polarization is preferably used. Furthermore, under stable external conditions, a normal single mode optical fiber can also be used.

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail based on the drawings.

第１図は光ホモダイン方式に適用された実施例を示して
いる。FIG. 1 shows an embodiment applied to the optical homodyne system.

図において、Ｈｅ−Ｎｅレーザなどのレーザ光源１０か
ら発射された単色のレーザ光は、光軸まわりに４５゛回
転させて配置された偏光ビームスプリッタ１２、ファラ
デー回転子１４、偏光ビームスプリッタ１６、無偏光ビ
ームスプリフタ１８、λ／４波長板２０を通過した後、
偏光ビームスプリッタ２２により分岐され、偏光ビーム
スプリンタ２４を透過した一方の直線偏光が集光レンズ
２６により一方の定偏波光ファイバ２８の端面に入射さ
せられるが、偏光ビームスプリッタ３０を透過した他方
の直線偏光が集光レンズ３２により他方の定偏波光ファ
イバ３４の端面に入射させられる。上記偏光ビームスプ
リッタ１２、ファラデー回転子１４、および偏光ビーム
スプリッタ１６は、光アイソレータとして機能するもの
であり、反射光をレーザ光源１０へ入射させないように
する。In the figure, a monochromatic laser beam emitted from a laser light source 10 such as a He-Ne laser is transmitted through a polarizing beam splitter 12, a Faraday rotator 14, a polarizing beam splitter 16, and a polarizing beam splitter 12, which are rotated 45 degrees around the optical axis. After passing through the polarizing beam splitter 18 and the λ/4 wavelength plate 20,
One linearly polarized light that is split by the polarizing beam splitter 22 and transmitted through the polarizing beam splitter 24 is made incident on the end face of one polarization constant optical fiber 28 by the condensing lens 26, but the other linear polarized light that has passed through the polarizing beam splitter 30 The polarized light is made incident on the end face of the other polarization constant optical fiber 34 by the condenser lens 32 . The polarizing beam splitter 12, Faraday rotator 14, and polarizing beam splitter 16 function as optical isolators and prevent reflected light from entering the laser light source 10.

また、偏光ビームスプリッタ１６は反射光に含まれる信
号成分を取り出す機能をも備えており、偏光ビームスプ
リンタ１６により取り出された光は、集光レンズ３６に
より第１光センサ３８に入射させられる。また、無偏光
ビームスプリンタ１８は、分岐比が偏光成分に依存しな
いで反射光の一部を取り出すものであり、その無偏光ビ
ームスプリッタ１８により取り出された光は、光軸まわ
りに４５゛回転して配置された信号成分取り出し用の偏
光ビームスプリンタ４０を透過させられて信号成分だけ
とされるとともに、集光レンズ４２により第２光センサ
４４に入射させられる。さらに、上記λ／４波長板２０
は、直線偏光を円偏光に変換するものである。本実施例
では、以上の光学素子および光センサが、光送受信部１
００を構成している。定偏波光ファイバ２８および３４
の一端は、この光送受信部１００の図示しないハウジン
グに固定されている。The polarizing beam splitter 16 also has a function of extracting a signal component included in the reflected light, and the light extracted by the polarizing beam splitter 16 is made incident on the first photosensor 38 by the condensing lens 36. The non-polarizing beam splitter 18 extracts a part of the reflected light without depending on the polarization component, and the light extracted by the non-polarizing beam splitter 18 is rotated by 45 degrees around the optical axis. The light beam is transmitted through a polarizing beam splinter 40 for extracting signal components, which is arranged at the same time, to form only the signal component, and is made incident on a second optical sensor 44 through a condensing lens 42. Further, the λ/4 wavelength plate 20
converts linearly polarized light into circularly polarized light. In this embodiment, the optical elements and optical sensors described above are used in the optical transmitting and receiving section 1.
00. Constant polarization optical fibers 28 and 34
One end of the optical transmitter/receiver 100 is fixed to a housing (not shown) of the optical transmitter/receiver 100.

上記定偏波光ファイバ２８および３４は、第２図に示す
ように、コア４６とこのコア４６を挟む一対の応力付与
部４日と、それらを覆うクラッド５０とから構成されて
おり、たとえば互いに直交する偏波面にて光を伝送する
ＨＥ、、”モードおよびＨＥ　ＩＩ’モードの２伝送モ
ードにて偏波面を保存しつつ偏光を伝送する。しかし、
本実施例では、前述のように定偏波光ファイバ２８およ
び３４には２つある伝送モードの一方に直線偏光がそれ
ぞれ入射させられるので、定偏波光ファイバ２８ではた
とえばＨＥＩＩｘモードにて、定偏波光ファイバ３４で
はたとえば１（Ｅ、、’モードにて光が伝送され、２つ
ある伝送モードの片方を使用する。このため、定偏波光
ファイバ２８および３４に替えて、定偏波光ファイバの
２伝送モードの一方の損失を積極的に大きくすることに
より単一の偏波面にて光を伝送させる形式の単一偏光シ
ングルモード光ファイバや、外部環境が安定している状
況下であれば通常のシングルモード光ファイバなどを用
いることができる。As shown in FIG. 2, the constant polarization optical fibers 28 and 34 are composed of a core 46, a pair of stress applying parts sandwiching the core 46, and a cladding 50 covering them. HE transmits light with a plane of polarization that preserves the plane of polarization in two transmission modes: `` mode and HE II' mode.However,
In this embodiment, as described above, linearly polarized light is input into one of the two transmission modes into the polarization-controlled optical fibers 28 and 34, so that the polarization-controlled optical fiber 28 receives the polarized light in the HEIIx mode, for example. In the fiber 34, light is transmitted in the 1(E,,' mode, for example, and one of the two transmission modes is used. Therefore, instead of the polarization-controlled optical fibers 28 and 34, two transmission modes of the polarization-controlled optical fiber are used. Single-polarized single-mode optical fiber is a type of optical fiber that transmits light in a single plane of polarization by actively increasing the loss of one of the modes, or it can be used as a single-mode optical fiber if the external environment is stable. A mode optical fiber or the like can be used.

上記定偏波光ファイバ２８および３４の他端部は光セン
サヘッド部１０２の図示しない機枠に固定されている。The other ends of the polarization-constant optical fibers 28 and 34 are fixed to a machine frame (not shown) of the optical sensor head section 102.

定偏波光ファイバ２８により伝送され且つその他端部か
ら放射された計測光は、集光レンズ５２を通って平行光
とされるとともに偏光ビームスプリッタ５４を通過させ
られる。この偏光ビームスプリッタ５４は、定偏波光フ
ァイバ２８により伝送された計測光と同じ偏波面の直線
偏光のみを通過させるものである。同様に、定偏波光フ
ァイバ３４により伝送され且つその他端部から放射され
た参照先は、集光レンズ５６を通って平行光とされると
ともに偏光ビームスプリッタ５８を反射された後、偏光
ビームスプリッタ５４に反射されることにより計測光と
合成される。偏光ビームスブリック５８は、定偏波光フ
ァイバ３４により伝送された参照光と同じ偏波面の直線
偏光のみを反射させるものである。The measurement light transmitted by the constant polarization optical fiber 28 and emitted from the other end passes through the condenser lens 52 to become parallel light, and is passed through the polarization beam splitter 54. This polarizing beam splitter 54 allows only linearly polarized light having the same polarization plane as the measurement light transmitted by the constant polarization optical fiber 28 to pass therethrough. Similarly, the reference target transmitted by the constant polarization optical fiber 34 and radiated from the other end passes through the condensing lens 56 and is converted into parallel light and is reflected by the polarizing beam splitter 58. It is reflected by the light and combined with the measurement light. The polarizing beam brick 58 reflects only linearly polarized light having the same polarization plane as the reference light transmitted by the constant polarization optical fiber 34.

このようにして合成された計測光および参照光はλ／２
波長板５９によりそれぞれ偏波面が４５″回転させられ
、さらに４５゛回転のファラデー回転子６０によりそれ
ぞれの偏波面が４５゛回転させられた後、偏光ビームス
プリッタ６２により分離される。この偏光ビームスプリ
ッタ６２により反射された参照光がミラー６４により方
向変換されることにより、偏光ビームスプリッタ６２を
通過する計測光と互いに平行とされ、被測定物６６上に
取り付けられた一対の第１コーナキューブプリズム６８
および第２コーナキユーブプリズム７０へ向かって投射
される。本実施例では、上記偏光ビームスプリッタ６２
およびミラー６４などが光センサヘッド部１０２に対応
する。ここで、本実施例では、定偏波光ファイバ２８に
おいてＨＥ１１’モードにて伝送された計測光の偏波面
には図において１ｂを付し、定偏波光ファイバ３４にお
いてＨＥ　１１Ｘモードにて伝送された参照先の偏波面
には１ａを付す。The measurement light and reference light combined in this way are λ/2
Each plane of polarization is rotated by 45 degrees by a wave plate 59, further rotated by 45 degrees by a Faraday rotator 60 rotating by 45 degrees, and then separated by a polarizing beam splitter 62. This polarizing beam splitter The direction of the reference light reflected by the reference beam 62 is changed by the mirror 64, so that it is made parallel to the measurement light passing through the polarizing beam splitter 62, and a pair of first corner cube prisms 68 mounted on the object to be measured 66
and is projected toward the second corner cube prism 70. In this embodiment, the polarizing beam splitter 62
, a mirror 64, and the like correspond to the optical sensor head section 102. Here, in this embodiment, the plane of polarization of the measurement light transmitted in the HE11' mode in the constant polarization optical fiber 28 is marked with 1b in the figure, and the plane of polarization of the measurement light transmitted in the HE11X mode in the constant polarization optical fiber 34 is indicated by 1b. 1a is attached to the reference polarization plane.

以下、本実施例の作動をさらに詳しく説明する。The operation of this embodiment will be explained in more detail below.

第２図に示すように、レーザ光源１０から発射されたレ
ーザ光のうちの一部は偏光ビームスプリッタ１２により
外部へ放射されるが、それと直角な偏波面を備えた直線
偏光は偏光ビームスプリンタ１２を通過させられる。第
２図における破線の矢印はその直線偏光の偏波面を示し
ている。この直線偏光は、ファラデー回転子１４により
偏波面が右廻りに４５°回転させられた後、偏光ビーム
スプリッタ１６および無偏光ビームスプリッタ１８を通
過させられるとともに、λ／４波長板２０により円偏光
に変換される。この円偏光は、位相が９０°ずれた直交
直線偏光の組と等価であるため、偏光ビームスプリッタ
２２において互いに偏波面が直交する直線偏光に位相差
９０”にて分離され、定偏波光ファイバ２８および３４
においてＨＥＩＩｘモードおよびＨＥＩＩＦモードの一
方および他方にてそれぞれ伝送される。このようにして
分離されたのが前記計測光および参照光である。As shown in FIG. 2, part of the laser light emitted from the laser light source 10 is emitted to the outside by the polarizing beam splitter 12, but linearly polarized light with a plane of polarization perpendicular to the laser light is emitted by the polarizing beam splitter 12. is allowed to pass. The dashed arrow in FIG. 2 indicates the plane of polarization of the linearly polarized light. The plane of polarization of this linearly polarized light is rotated clockwise by 45 degrees by the Faraday rotator 14, and then passed through the polarizing beam splitter 16 and the non-polarizing beam splitter 18, and is converted into circularly polarized light by the λ/4 wavelength plate 20. converted. Since this circularly polarized light is equivalent to a set of orthogonal linearly polarized lights with a phase shift of 90°, the polarized beam splitter 22 separates the linearly polarized lights with a phase difference of 90'' into linearly polarized lights whose polarization planes are orthogonal to each other, and the polarization-controlled optical fiber 28 and 34
is transmitted in one and the other of HEIIx mode and HEIIF mode, respectively. The measurement light and the reference light are thus separated.

なお、上記無偏光ビームスプリッタ１８により外部へ出
された光はレーザ光源１０の出力光のモニタとして利用
される。Note that the light emitted to the outside by the non-polarizing beam splitter 18 is used as a monitor of the output light of the laser light source 10.

第３図に詳しく示すように、定偏波光ファイバ２８およ
び３４から出た計測光および参照光は、集光レンズ５２
および５６により平行光とされた後、偏光ビームスプリ
ッタ５４において合波されるとともに、λ／２波長板５
９により左まわりに４５°回転させられ、さらにファラ
デー回転子６０により右まわりに４５°回転させられ且
つ偏光ビームスプリンタ６２により分離されることによ
り、互いに平行を成して第１コーナキユーブプリズム６
８および第２コーナキユーブプリズム７０へ向かって投
光される。As shown in detail in FIG.
and 56, the light is combined into parallel light by the polarizing beam splitter 54,
The first corner cube prisms 6 are rotated counterclockwise by 45 degrees by Faraday rotator 60, and are further rotated by 45 degrees clockwise by Faraday rotator 60 and separated by polarizing beam splinter 62, so that the first corner cube prisms 6 are parallel to each other.
8 and the second corner cube prism 70.

第１コーナキユーブプリズム６８および第２コーナキユ
ーブプリズム７０からそれぞれ反射された参照光および
計測光は、往路と同様の光路にて伝送されるが、反射に
より偏波面が１８０°反転させられているため、ファラ
デー回転子６０の通過により左まわりに４５°回転させ
られるとともにλ／２波長板５９により左まわりに４５
°回転させられた後には、第４図に詳しく示すように、
往路に比較して偏波面が更に９０°回転させられる。こ
のため、反射光（参照光および計測光）の偏波面が往路
とは９０”回転させられるので、偏光ビームスプリッタ
５４により往路とは反対の光路へ分岐されて、往路と反
対側の定偏波光ファイバ２８および３４によって光送受
信部１００側へ伝送される。したがって、本実施例では
、上記ファラデー回転子６０および偏光ビームスプリッ
タ５４などが、光センサヘッド部１０２から光送受信部
１００へ戻される参照光および計測光を、往路とは反対
側の光ファイバにて伝送されるように配分する配分手段
として機能する。The reference light and measurement light reflected from the first corner cube prism 68 and the second corner cube prism 70 are transmitted along the same optical path as the outward path, but the plane of polarization is reversed by 180 degrees due to reflection. Therefore, it is rotated 45 degrees counterclockwise by the passage of the Faraday rotator 60, and rotated 45 degrees counterclockwise by the λ/2 wavelength plate 59.
After being rotated, as shown in detail in Figure 4,
The plane of polarization is further rotated by 90 degrees compared to the outward path. Therefore, the plane of polarization of the reflected light (reference light and measurement light) is rotated by 90'' from that of the outgoing path, so the polarization beam splitter 54 splits the polarized light into the optical path opposite to the outgoing path, and the constant polarization light on the opposite side to the outgoing path is split. The reference light is transmitted to the optical transmitter/receiver 100 by the fibers 28 and 34. Therefore, in this embodiment, the Faraday rotator 60, the polarization beam splitter 54, etc. It also functions as a distribution means that distributes the measurement light so that it is transmitted through the optical fiber on the opposite side of the outgoing path.

定偏波光ファイバ２８および３４から出た反射光は、第
５図に示すように、集光レンズ２６および３２により平
行光とされた後、λ／４波長板２０により右回転円偏光
および左回転円偏光に変換されるが、参照光１ａおよび
計測光１ｂの振幅が等しいので、左右円偏光による干渉
にて、直線偏光となり、その偏光面の向きは参照光１ａ
および計測光ｉｂの位相差により決定される。たとえば
、参照光１ａおよび計測光１ｂの位相差が２π変化する
と、直線偏光は１回転する。このような直線偏光は、無
偏光ビームスプリッタ１８により２分され、方位が互い
に４５°ずれた２つの偏光ビームスプリッタ１６および
４０を通して第１光センサ３８および第２光センサ４４
によりそれぞれ検出される。The reflected light emitted from the constant polarization optical fibers 28 and 34 is converted into parallel light by condensing lenses 26 and 32, as shown in FIG. It is converted into circularly polarized light, but since the amplitudes of reference light 1a and measurement light 1b are equal, interference between the left and right circularly polarized light results in linearly polarized light, and the direction of the plane of polarization is that of reference light 1a.
and the phase difference of the measurement light ib. For example, when the phase difference between the reference light 1a and the measurement light 1b changes by 2π, the linearly polarized light rotates once. Such linearly polarized light is split into two by a non-polarizing beam splitter 18, and passed through two polarizing beam splitters 16 and 40 whose orientations are shifted by 45 degrees from each other to a first optical sensor 38 and a second optical sensor 44.
are detected respectively.

位相差検出回路７６は、上記第１光センサ３８および第
２光センサ４４から出力される信号の位相差を検出する
。この位相差は、光センサヘッド部１０２から投射され
る参照光と計測光との光路長差に関連するので、計測光
に付与された作用変化が参照光との比較において検出さ
れる。すなわち、第１コーナキユーブプリズム６８およ
び第２コーナキユーブプリズム７０の入射光或いは反射
光の光軸を含む平面内において被測定物６６が回転すれ
ば、上記位相差によってその被測定物６６の回転角が高
い精度で検出されるのである。The phase difference detection circuit 76 detects the phase difference between the signals output from the first optical sensor 38 and the second optical sensor 44. Since this phase difference is related to the optical path length difference between the reference light and measurement light projected from the optical sensor head section 102, the effect change imparted to the measurement light is detected by comparison with the reference light. That is, if the object to be measured 66 rotates within a plane that includes the optical axes of the incident light or reflected light of the first corner cube prism 68 and the second corner cube prism 70, the phase difference causes the object to be measured 66 to rotate. The rotation angle is detected with high precision.

ここで、本実施例の偏光ビームスプリンタ２２．２４．
３０，５４．５８は、計測光および参照光の伝送中に発
生するクロストーク成分、迷光成分を除去する機能も備
えている。たとえば、参照光が光送受信部１００から光
センサヘッド部１０２へ定偏波光フアイバ３４中をＨＥ
、にモードにて伝送される過程で発生するクロストーク
成分（ＨＥｌｌγモードの成分）は、偏光ビームスプリ
ッタ５８を殆ど透過して除去される。そして、この偏光
ビームスプリッタ５８を反射した僅かなりロストーク成
分も偏光ビームスプリッタ５４において。Here, the polarizing beam splinters 22, 24.
30, 54, and 58 also have a function of removing crosstalk components and stray light components that occur during transmission of measurement light and reference light. For example, the reference light is transmitted from the optical transmitter/receiver 100 to the optical sensor head 102 through the constant polarization optical fiber 34.
, most of the crosstalk components (HEllγ mode components) generated during the transmission process in the polarizing beam splitter 58 are removed. A slight losstalk component reflected from this polarizing beam splitter 58 also enters the polarizing beam splitter 54 .

透過させられることにより除去される。往路における計
測光、復路における参照光および計測光についてそれぞ
れ発生するクロストーク成分も同様に除去される。なお
、上記偏光ビームスプリッタ２４．３０．５８は、上記
クロストーク成分の除去を一層確実にするためのもので
あるので、偏光ビームスプリッタ５８に替えてミラーを
配置し且つ偏光ビームスプリッタ２４．３０を除去して
も差支えない。また、定偏波光ファイバ２８および３４
においては、伝送可能な２モードのうちの一方しか使用
されないので、定偏波光ファイバの２伝送モードの一方
の損失を積極的に大きくすることにより単一の偏波面に
て光を伝送させる形式の単一偏光シングルモード光ファ
イバに換えることができる。It is removed by being allowed to pass through. Crosstalk components generated with respect to the measurement light on the outward path and the reference light and measurement light on the return path are also removed in the same way. Note that the polarizing beam splitter 24.30.58 is used to further ensure the removal of the crosstalk component, so a mirror is placed in place of the polarizing beam splitter 58, and the polarizing beam splitter 24.30 is There is no harm in removing it. In addition, polarization constant optical fibers 28 and 34
In this method, only one of the two transmission modes is used, so a method of transmitting light in a single plane of polarization by actively increasing the loss of one of the two transmission modes of the polarization-controlled optical fiber is used. It can be replaced with a single polarization single mode optical fiber.

以上のように、本実施例によれば、参照光と計測光との
２種類の光は、一対の定偏波光ファイバ２８および３４
を介して独立に伝送されるため、相互に干渉しない。ま
た、一対の定偏波光ファイバ２８および３４のうち、往
路と復路とにおいて互いに異なる側にて伝送される参照
光および計測光は、一対の定偏波光ファイバ２８および
３４が通常並列した状態で光送受信部１００と光センサ
ヘッド部１０２との間に接続されるため、温度変動、歪
、振動などの外部刺激に対する定偏波光ファイバ２Ｂお
よび３４からの影響（伝送パラメータの変化）、たとえ
ば位相変動が好適に打ち消される。したがって、第１コ
ーナキエーププリズム６８および第２コーナキユーブプ
リズム７０の変位のみが位相差に表されｔ、被測定物６
６の回転角度の高い精度の測定、が可能となるのである
。As described above, according to this embodiment, the two types of light, the reference light and the measurement light, are transmitted through the pair of constant polarization optical fibers 28 and 34.
Because they are transmitted independently through the , they do not interfere with each other. In addition, the reference light and the measurement light that are transmitted on different sides of the pair of constant polarization optical fibers 28 and 34 in the outbound and return paths are optically transmitted in a state where the pair of constant polarization optical fibers 28 and 34 are usually parallel. Since it is connected between the transmitting/receiving section 100 and the optical sensor head section 102, the effects of external stimuli such as temperature fluctuations, distortion, and vibrations from the polarization-controlled optical fibers 2B and 34 (changes in transmission parameters), such as phase fluctuations, are reduced. Suitably canceled out. Therefore, only the displacements of the first corner cube prism 68 and the second corner cube prism 70 are represented by the phase difference t, and the object to be measured 6
This makes it possible to measure rotation angles of 6 with high accuracy.

また、本実施例のように単色の光源を用いる光ホモダイ
ン方式を採用しても、光送受信部において最大感度の位
相差９０”を有する参照光および計測光を発生させるこ
とができる。このため、それら２種類の光波間にπ／２
の位相を形成するように光センサヘッド部に機械的な外
力を加えるための電歪素子を設ける必要がなく、しかも
光センサヘッド部へ給電する必要がないし、あるいは光
源の波長制御によりπ／２の位相差を形成することも不
要となる。また、光センサヘッド部と光送受信部との間
には、２本の光ファイバを設けるだけでよいので、光セ
ンサヘッド部１０２が光学素子だけで構成されることに
より小型かつ安価となって、他の精密計測装置、精密加
工装置、精密検査装置などへ容易に組み込み得る。また
、本実施例によれば、計測光および参照光を光送受信部
１００と光センサヘッド部１０２との間で一対の定偏波
光ファイバ２８および３４を通して独立に伝送するとき
に発生するクロストーク成分が偏光ビームスプリッタ２
４．３０．５４．５８により除去されるので、第１光セ
ンサ３８および第２光センサ４４により検出される信号
のＳ／Ｎ比が高められ、伝送距離が長くても高い精度の
検出が可能となる。Furthermore, even if an optical homodyne method using a monochromatic light source is adopted as in this embodiment, reference light and measurement light having a maximum sensitivity phase difference of 90'' can be generated in the optical transmitter/receiver. π/2 between those two types of light waves
There is no need to provide an electrostrictive element to apply a mechanical external force to the optical sensor head so as to form a phase of It also becomes unnecessary to form a phase difference. Furthermore, since it is only necessary to provide two optical fibers between the optical sensor head section and the optical transmitter/receiver section, the optical sensor head section 102 is made up of only optical elements, making it compact and inexpensive. It can be easily incorporated into other precision measurement equipment, precision processing equipment, precision inspection equipment, etc. Further, according to the present embodiment, crosstalk components that occur when measurement light and reference light are transmitted independently between the optical transmitting/receiving section 100 and the optical sensor head section 102 through the pair of constant polarization optical fibers 28 and 34 is polarizing beam splitter 2
4.30.54.58, the S/N ratio of the signals detected by the first optical sensor 38 and the second optical sensor 44 is increased, enabling highly accurate detection even over long transmission distances. becomes.

なお、第６図に示すように、２個のコーナキューブプリ
ズム６８．７０を有する被測定物６６を定盤７８上に載
置すれば、位相差検出回路７６から出力される位相差に
基づいて定盤７８の真直度を高い精度で検出することが
できる。As shown in FIG. The straightness of the surface plate 78 can be detected with high accuracy.

また、第７図に示すように、一方の第１コーナキューブ
プリズム６８を光センサヘッド部１０２に固定するとと
もに他方の第２コーナキユーブプリズム７０を移動テー
ブル８０に固定すれば、位相差検出回路７６によって検
出された位相差に基づいて移動テーブル８０の光センサ
ヘッド部１０２に対する変位量が高い精度で検出される
。Further, as shown in FIG. 7, if one first corner cube prism 68 is fixed to the optical sensor head 102 and the other second corner cube prism 70 is fixed to a moving table 80, the phase difference detection circuit Based on the phase difference detected by the optical sensor head 76, the amount of displacement of the moving table 80 with respect to the optical sensor head 102 is detected with high accuracy.

また、上記と同様に、他方の第２コーナキユーブプリズ
ム７０を摺動可能に設は且つノギスやマイクロメータの
ような接触式の測長器の移動体と連結すれば、前記位相
検出回路７６によって検出された位相差に基づいて長さ
を高い精度にて測定できる。第８図にその一例を示す。Similarly to the above, if the other second corner cube prism 70 is configured to be slidable and connected to a movable body of a contact type length measuring device such as a caliper or a micrometer, the phase detection circuit 76 The length can be measured with high accuracy based on the phase difference detected by. An example is shown in FIG.

ここで、上記各実施例では、偏光ビームスプリッタ１２
、ファラデー回転子１４、偏光ビームスプリッタ１６が
光アイソレータとして機能するように設けられているが
、光源が戻り光の影響を受ケ難いＬＥＤ、ＳＬＤ　Ｃス
パールミネッセンスダイオード）などの光源を利用する
場合には、上記偏光ビームスプリッタ１２およびファラ
デー回転子１４が除去されてもよい。また、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザを用いる場合において超音波変調器の周波数を２
ＧＨｚにすれば、２ＧＨｚシフトさせることができるた
め、Ｈｅ−Ｎｅレーザの利得帯域外となってアイソレー
タなしでもよい。さらに、半導体レーザのように直接変
調可能な素子を用いる場合には、定偏波光ファイバ２８
．３４による遅延時間を利用して戻り光が来る間はレー
ザ発振を止めるようにスイッチングさせることにより、
アイソレータを除去できる。Here, in each of the above embodiments, the polarizing beam splitter 12
, the Faraday rotator 14, and the polarizing beam splitter 16 are provided to function as an optical isolator, but when using a light source such as an LED, SLD, or C-sparluminescence diode, which is not susceptible to the influence of returned light, Alternatively, the polarizing beam splitter 12 and Faraday rotator 14 may be removed. Also, He-Ne
When using a laser, the frequency of the ultrasonic modulator is set to 2
If it is set to GHz, it can be shifted by 2 GHz, which is outside the gain band of the He-Ne laser, and there is no need for an isolator. Furthermore, when using an element that can be directly modulated such as a semiconductor laser, a polarization-controlled optical fiber 28 is used.
．． By switching to stop laser oscillation while the return light is coming, using the delay time caused by 34,
Isolators can be removed.

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説
明において、前述の実施例と共通する部分には同一の符
号を付して説明を省略する。Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following description, the same reference numerals are given to the same parts as in the above-mentioned embodiment, and the description thereof will be omitted.

第９図に示す実施例では、光送受信部１００において周
波数変調（光ヘテロゲイン）方式による位相差検出が行
われる。図において、レーザ光源８４は、横ゼーマン分
割型二周波方式の波長安定型Ｈｅ−Ｎｅレーザなどから
構成されることにより、互いに周波数が僅かに異なる直
交直線偏光（直交２周波直線偏光）が出力される。この
直交直線偏光は超音波により変調される光周波数変調器
８６において変調を受けた後、無偏光ビームスプリフタ
１８により分岐される。分岐された一方のビームは偏光
ビームスプリッタ１２および集光レンズ３６を通して第
１光センサ３８において検出される。この第１光センサ
３８においては、前記直交直線偏光である参照光１ａお
よび計測光１ｂの周波数差に起因してうなりの周波数を
有する参照ビート信号が検出される。一方、上記無偏光
ビームスプリッタ１８を透過した直交直線偏光は、前述
の実施例と同様に、偏光ビームスプリッタ２２により偏
波面に基づいて分岐された後、定偏波光ファイバ２８お
よび３４により光センサヘッド部１０２へ伝送される。In the embodiment shown in FIG. 9, phase difference detection is performed in the optical transmitting/receiving section 100 using a frequency modulation (optical hetero gain) method. In the figure, the laser light source 84 is composed of a wavelength-stable He-Ne laser using a transverse Zeeman splitting dual-frequency method, and outputs orthogonal linearly polarized light (orthogonal two-frequency linearly polarized light) having slightly different frequencies. Ru. This orthogonally linearly polarized light is modulated by an optical frequency modulator 86 modulated by ultrasonic waves, and then split by a non-polarizing beam splitter 18 . One of the branched beams passes through the polarizing beam splitter 12 and the condensing lens 36 and is detected by the first optical sensor 38 . The first optical sensor 38 detects a reference beat signal having a beat frequency due to the frequency difference between the reference light 1a and the measurement light 1b, which are orthogonal linearly polarized lights. On the other hand, the orthogonal linearly polarized light transmitted through the non-polarized beam splitter 18 is split based on the plane of polarization by the polarized beam splitter 22, and then sent to the optical sensor head by polarization-controlled optical fibers 28 and 34, as in the previous embodiment. The information is transmitted to section 102.

そして、前述の実施例と同様に反射された後、往路とは
反対側の定偏波光ファイバ２８および３４を通して戻さ
れた参照光１ａおよび計測光１ｂは、無偏光ビームスプ
リッタ１８によって反射された後、偏光ビームスプリッ
タ４０および集光レンズ４２を通して第２光センサ４４
により検出される。この第２光センサ４４においては、
前記直交直線偏光である参照光１ａおよび計測光１ｂの
周波数差に起因してうなりの周波数を有する計測ビート
信号が検出される。Then, the reference light 1a and the measurement light 1b are reflected by the non-polarizing beam splitter 18 and returned through the polarization-controlled optical fibers 28 and 34 on the opposite side of the outgoing path after being reflected in the same manner as in the previous embodiment. , a second optical sensor 44 through a polarizing beam splitter 40 and a condensing lens 42.
Detected by In this second optical sensor 44,
A measurement beat signal having a beat frequency is detected due to the frequency difference between the reference light 1a and the measurement light 1b, which are orthogonal linearly polarized lights.

このため、本実施例では、上記参照ビート信号と計測ビ
ート信号との位相差が図示しない位相差検出回路により
検出され、この位相差に基づいて計測光１ｂに含まれる
伝送パラメータの変化が検出される。なお、本実施例で
は、前記光周波数変調器８６はアイソレータとして機能
する。Therefore, in this embodiment, the phase difference between the reference beat signal and the measurement beat signal is detected by a phase difference detection circuit (not shown), and a change in the transmission parameter included in the measurement light 1b is detected based on this phase difference. Ru. Note that in this embodiment, the optical frequency modulator 86 functions as an isolator.

本実施例でも、参照光および計測光が定偏波光ファイバ
２８および３４を通して往路と復路とでは異なる側によ
り伝送されるとともに、偏光ビームスプリッタ２２．２
４．３０．５４．５８によってクロストーク成分が排除
され、信号のＳ／Ｎ比が高められる。In this embodiment as well, the reference light and measurement light are transmitted through polarization-constant optical fibers 28 and 34 on different sides in the outward and return paths, and the polarization beam splitter 22.2
4.30.54.58 eliminates crosstalk components and increases the S/N ratio of the signal.

前述の実施例、たとえば第１図の実施例においては、偏
光ビームスプリッタ２２、偏光ビームスプリ７タ２４、
集光レンズ２６、定偏波光ファイバ２８、集光レンズ５
２、（１ｇ光ビームスプリンタ５４、偏光ビームスプリ
ッタ５８、集光レンズ５６、定偏波光ファイバ３４、集
光レンズ３２、偏光ビームスプリッタ３０、および偏光
ビームスプリッタ２２を順次径た光ループが形成される
とともに、偏光ビームスプリッタ２２、偏光ビームスプ
リッタ２４、集光レンズ２６、定偏波光ファイバ２８の
順で伝送される左まわりの光は光センサヘッド部１０２
において位相情報が与えられた後、再び左まわりのルー
プに戻される。また、偏光ビームスプリンタ２２、偏光
ビームスプリンタ３０、集光レンズ３２、定偏波光ファ
イバ３４の順で伝送される右まわりの光も、上記と同様
に光センサヘッド部１０２において位相情報が与えられ
た後、右まわりのループへ戻される。このため、前述の
実施例の光ファイバセンサ装置の構成は、右まわりの光
と左まわりの光との位相差に基づいて空間に対する回転
角速度を検出する所謂光フアイバジャイロの構成と類似
している。したがって、伝送パラメータの変化を検出す
る方式として位相差バイアス法、位相変調法、周波数変
化法、光ヘテロダイン法などの光フアイバジャイロに用
いられる各種の方式が適用され得る。In the embodiments described above, such as the embodiment of FIG. 1, the polarizing beam splitter 22, the polarizing beam splitter 24,
Condenser lens 26, constant polarization optical fiber 28, condenser lens 5
2. (An optical loop is formed with diameters of (1g optical beam splitter 54, polarizing beam splitter 58, condensing lens 56, polarization constant optical fiber 34, condensing lens 32, polarizing beam splitter 30, and polarizing beam splitter 22) At the same time, the counterclockwise light transmitted in the order of the polarizing beam splitter 22, the polarizing beam splitter 24, the condensing lens 26, and the polarization constant optical fiber 28 is transmitted to the optical sensor head 102.
After the phase information is given at , the circuit returns to the counterclockwise loop again. Further, the clockwise light transmitted in the order of polarization beam splinter 22, polarization beam splinter 30, condensing lens 32, and polarization constant optical fiber 34 is also given phase information in optical sensor head 102 in the same manner as above. After that, you will be returned to the clockwise loop. Therefore, the configuration of the optical fiber sensor device of the above embodiment is similar to the configuration of a so-called optical fiber gyro that detects the rotational angular velocity with respect to space based on the phase difference between clockwise light and counterclockwise light. . Therefore, various methods used in optical fiber gyros, such as a phase difference bias method, a phase modulation method, a frequency change method, and an optical heterodyne method, can be applied as a method for detecting changes in transmission parameters.

第１０図に示す実施例は、光フアイバジャイロの各種の
方式の内光ヘテロダイン法を、光送受信部１００に適用
した構成例を示している。The embodiment shown in FIG. 10 shows a configuration example in which the internal optical heterodyne method of various types of optical fiber gyros is applied to the optical transmitting/receiving section 100.

図において、レーザ光源８４から出力された光は、集光
レンズ９０により平行光とされた後、光アイソレータ９
２を透過し、回折格子素子９４による回折を受けて、１
０ｍｒａｄ　（ミリラジアン）程度の微小な角度を成す
２本のビームに分けられる。In the figure, the light output from the laser light source 84 is converted into parallel light by a condensing lens 90, and is then turned into parallel light by an optical isolator 9.
2, is diffracted by the diffraction grating element 94, and 1
It is divided into two beams forming a minute angle of about 0 mrad (milliradians).

この２本のビームの一方は、無偏光ビームスプリッタ１
０４により反射された後、偏光ビームスプリッタ２４お
よび集光レンズ２６を介して一方の定偏波光ファイバ２
８に入射させられ、左まわりの光とされる。また、上記
２本のビームの他方は、無偏光ビームスプリッタ１０４
を透過した後、偏光ビームスプリッタ３０および集光レ
ンズ３２を介して他方の定偏波光ファイバ３４に入射さ
せられ、右まわりの光とされる。それら右まわりの光お
よび左まわりの光は、被測定物に固定された第１コーナ
キユーブプリズム６８および第２コーナキユーブプリズ
ム７０に反射された後、往路とは反対側の定偏波光ファ
イバ２８および３４により伝送される。定偏波光ファイ
バ２８により伝送された反射光は集光レンズ２６および
偏光ビームスプリッタ２４を通過し、無偏光ビームスプ
リッタ１０４を透過してＡＯＭ　（音響光学素子）９６
に到達する。また、定偏波光ファイバ３４により伝送さ
れた反射光は集光レンズ３２および偏光ビームスプリン
タ３０を通過し、無偏光ビームスプリッタ１０４により
反射されてＡＯＭ９６に到達する。このＡＯＭ９６は、
光周波数シフタであるが、方向性結合器としても機能す
る。このため、上記２種類の反射光は、発振器９８で合
波されて干渉光となるが、上記２種類の光の一方は、周
波数変調されるため光センサ１１０からはビート信号が
得られる。光周波数シフタ９６を駆動する発振器９８か
らの基準信号と上記のビート信号から、位相検出回路１
１２においては、被測定物に固定されたコーナキューブ
プリズム６８．７０の変位による位相変化が得られる。One of these two beams is connected to the non-polarizing beam splitter 1.
After being reflected by the polarization beam splitter 24 and the condenser lens 26, it is reflected by the polarization constant optical fiber 2.
8, and the light rotates counterclockwise. The other of the two beams is connected to a non-polarizing beam splitter 104.
After passing through the polarization beam splitter 30 and the condensing lens 32, the light is made to enter the other polarization-constant optical fiber 34, and becomes clockwise light. The right-handed light and the left-handed light are reflected by the first corner cube prism 68 and the second corner cube prism 70 fixed to the object to be measured, and then connected to the constant polarization optical fiber on the opposite side from the outgoing path. 28 and 34. The reflected light transmitted by the constant polarization optical fiber 28 passes through the condensing lens 26 and the polarizing beam splitter 24, and then through the non-polarizing beam splitter 104 and enters the AOM (acousto-optic device) 96.
reach. Further, the reflected light transmitted by the polarization constant optical fiber 34 passes through the condenser lens 32 and the polarized beam splitter 30, is reflected by the non-polarized beam splitter 104, and reaches the AOM 96. This AOM96 is
Although it is an optical frequency shifter, it also functions as a directional coupler. Therefore, the two types of reflected light are combined by the oscillator 98 to become interference light, but one of the two types of light is frequency modulated, so that a beat signal is obtained from the optical sensor 110. From the reference signal from the oscillator 98 that drives the optical frequency shifter 96 and the above beat signal, the phase detection circuit 1
12, a phase change is obtained due to the displacement of the corner cube prism 68, 70 fixed to the object to be measured.

本実施例においても、光センサヘッド部１０２と光送受
信部１００との間が一対の定偏波光ファイバ２８および
３４により接続されて、往路と復路とでは異なる側にお
いて伝送されるので、前述の実施例と同様に、定偏波光
ファイバ２８および３４による伝送距離が長くなっても
、伝送光のクロストークに起因するＳ／Ｎ比の低下が好
適に解消される。In this embodiment as well, the optical sensor head section 102 and the optical transmitting/receiving section 100 are connected by a pair of polarization-controlled optical fibers 28 and 34, and transmission is performed on different sides in the outgoing and returning paths, so that the above-mentioned implementation is possible. Similarly to the example, even if the transmission distance by the polarization-controlled optical fibers 28 and 34 becomes long, the decrease in the S/N ratio caused by the crosstalk of the transmitted light is suitably eliminated.

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更
が加えられ得るものである。The above-mentioned embodiment is merely one embodiment of the present invention, and various modifications may be made to the present invention without departing from the spirit thereof.

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

第１図は本発明の一実施例の構成を説明する図である。 第２図、第３図、第４図、および第５図は、第１図の実
施例の作動を説明する図である。 第６図、第７図、第８図は、本発明の他の測定対象を説
明する図であって、第６図は真直度の測定、第７図は変
位の測定、第８図は長さの測定を示している。第９図お
よび第１０図は、本発明の他の実施例における第１図に
それぞれ相当する図である。第１１図は光ホモダイン方
式の従来の光ファイバセンサの構成を示す図であり、第
１２図は光ヘテロダイン方式の従来の光ファイバセンサ
の構成を示す図である。 ２８．３４：定偏波光ファイバ （一対の光ファイバ） １００：光送受信部 １０２：光センサヘッド部 出願人　　ブラザー工業株式会社 第１１図 １ｊｔFIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an embodiment of the present invention. 2, 3, 4, and 5 are diagrams illustrating the operation of the embodiment of FIG. 1. Figures 6, 7, and 8 are diagrams explaining other measurement objects of the present invention, in which Figure 6 is for measuring straightness, Figure 7 is for measuring displacement, and Figure 8 is for measuring length. It shows the measurement of 9 and 10 are diagrams corresponding to FIG. 1 in other embodiments of the present invention, respectively. FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a conventional optical fiber sensor of the optical homodyne type, and FIG. 12 is a diagram showing the configuration of a conventional optical fiber sensor of the optical heterodyne type. 28.34: Constant polarization optical fiber (pair of optical fibers) 100: Optical transmitter/receiver section 102: Optical sensor head section Applicant Brother Industries, Ltd. Figure 11 1jt

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）光を伝送するための一対の伝送用の光ファイバと
、 参照光および計測光を前記光ファイバの一方および他方
へ出力し、該参照光および計測光を該一対の光ファイバ
を通して伝送させるとともに、該一対の光ファイバを通
して戻された参照光および計測光を受け、それら参照光
および計測光に基づいて該計測光の伝送パラメータの変
化を検出する光送受信部と、 前記一対の光ファイバにより伝送された参照光および計
測光を導き且つ該一対の光ファイバへ戻すとともに、外
部条件に関連して少なくとも該計測光の伝送パラメータ
を変化させる光センサヘッド部と、 該光センサヘッド部から前記光送受信部へ戻される参照
光および計測光を、往路とは反対側の光ファイバにて伝
送されるように配分する配分手段と、 を含むことを特徴とする光ファイバセンサ装置。(1) A pair of transmission optical fibers for transmitting light, outputting reference light and measurement light to one and the other of the optical fibers, and transmitting the reference light and measurement light through the pair of optical fibers. and an optical transmitting/receiving unit that receives the reference light and the measurement light returned through the pair of optical fibers and detects a change in the transmission parameter of the measurement light based on the reference light and the measurement light; an optical sensor head for guiding and returning transmitted reference and measurement light to the pair of optical fibers and varying at least a transmission parameter of the measurement light in relation to external conditions; An optical fiber sensor device comprising: distribution means for distributing the reference light and measurement light returned to the transmitting/receiving section so that they are transmitted through an optical fiber on the opposite side of the forward path. （２）前記一対の光ファイバは、定偏波光ファイバ、単
一偏光シングルモード光ファイバ、またはシングルモー
ド光ファイバにてそれぞれ構成されたものである特許請
求の範囲第１項に記載の光ファイバセンサ装置。(2) The optical fiber sensor according to claim 1, wherein each of the pair of optical fibers is a fixed polarization optical fiber, a single polarization single mode optical fiber, or a single mode optical fiber. Device.