JPH02118416A

JPH02118416A - 光センサー装置

Info

Publication number: JPH02118416A
Application number: JP1217595A
Authority: JP
Inventors: Gerhard Martens; ゲルハルト　マルテンス; Juergen Kordts; ユルゲン　コルトス
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1988-08-27
Filing date: 1989-08-25
Publication date: 1990-05-02
Also published as: EP0358258A3; EP0358258A2; US5038029A; DE3829103A1

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）本願発明は光センサー装置に関するものである。

その光センサー装置は、第１放射側光ビームを第１放射
側光導波体に供給し、第２放射側光ビームを第２放射側
光導波体に供給する光放射装置と、２個の放射側光導波
体に接続された、第１及び第２放射側光ビームから直線
偏光光ビームを発生させる偏光子と、並びに光センサー
とを備える光センサー装置である。尚、光センサーは、
供給された偏光光ビームの偏光の状態をこのセンサーに
作用する物理量の関数として変化させ、かつ偏光光ビー
ムからセンサー光ビームを供給する。

（従来の技術）このような光センサー装置は欧州特許第Ａ−０゜１７５
、３５８号の第２図から既知である。この場合、第１光
源は第１カツプラーとマイクロレンズとを介して第１先
導波体に第１放射側光ビームを導く。

導波体の他端には、放射側光ビームが第２マイクロレン
ズを介して偏光子スプリッターに照射される。偏光子ス
プリッターは光センサーに入る直線偏光光ビームを放射
側光ビームから発生させる。

偏光光ビームは、例えば圧力又は電場又は磁場等のセン
サーに作用する物理量の関数として偏光の状態を変える
。波長の１７８のリターデイションのリターデイション
プレートを介して、センサーにより放射された光ビーム
は、光ビームを反射するミラーに照射される。リターデ
イションプレートと光センサーを介して、反射された光
ビームは偏光スプリッターに照射され、偏光スプリッタ
ーは２本の直線偏光光ビームを発生させる。第１直線偏
光光ビームは第１先導波体を介して第１カツプラーに入
り、第１カツプラーは光ビームを偏向し、かつ光ビーム
を第１光検知器に導く。第２直線偏光光ビームはマイク
ロレンズを介して第２先導波体に照射され、更に別のマ
イクロレンズを介して第２カツプラーに入り、第２カツ
プラーは光ビームを第２光検知器に照射する。

既知の装置において、第２放射側光ビームは第１放射側
光ビームに時間的に続いて、第２光源から第２先導波体
に照射される。第２光源から発生した光ビームは偏光ス
プリッターと、光センサーと、及びデイレイプレートと
を貫通した後、ミラーに入射した光ビームは反射される
。反射の後、偏光スプリッターは反射した光ビームを２
個の直線偏光光ビームに分離し、かつそれぞれの直線偏
光光ビームを２本の先導波体の各−個に照射する。

カップラーを通過したのち、直線偏光光ビームはそれぞ
れの光検知器により受光される。２個の光検知器により
受光された光ビームの４個の光強度の、尚それらは電気
的信号に変換されている、その総計から、物理量の測定
値は計算回路で計算され、その測定値は先導波体の減衰
とは無関係である。

この既知の光センサー装置では、反射が光学的境界層（
例えば、偏光分離器、マイクロレンズ、センサー素子、
並びに光導波体のプラグイン結合等での境界層）で起こ
る。反射波は光検知器（光受光装置）で光ビームに重複
する。これらの反射のため、測定結果に誤差がはいる。

更に、加えて反射した光ビームと等価した光ビームを分
離するために、カップラーを使用しなければならない。

カップラーにおいて、別の光損失がカップラーでの減衰
とカップラーでの光分離のために生じる。

更に、欧州特許第Ａ−０、１７５，３５８号の第３図は
、半透明ミラーを使用している光センサー装置を開示し
ている。この場合、第１先導波体の端部の一方に第１光
源から光ビームを受光し、更に第１光検知器に光ビーム
を送るカップラーが存在する。

第１光導波体の他方の端部と半透明ミラーとの間には、
直線偏光光ビームを発生する偏光スプリッターと、光セ
ンサーと、リターデイションプレートとが配置されてい
る。ミラーは光ビームの一部を反射し、他の部分を透過
する。ミラーの他の側では、第２光導波体が接続されて
いて、この先導波体は光源と光検知器とを備える第２カ
ツプラーに通じる。第２図の装置と同様に、光ビームは
２個の先導波体を介して時間的に交互に放射される。

この場合も、反射は光学的境界層で起きる。

（発明が解決しようとする課題）従って、本願発明の目的は、反射波が光受光装置に入ら
ない光センサー装置を提供することである。

（課題を解決するための手段）冒頭に記載した種類の光センサー装置において、この目
的は次の特徴を有する構成により達成されている。即ち
、光センサーの下流には、各センサー光ビームを２本の
直線偏光受光側光ビームに分離する検光子と、評価回路
により物理量を決定するために受光側光ビームから電気
的信号を形成するた狛の光受光装置と、並びに受光側光
ビームを光受光装置に供給するための第１受光側光導波
体と第２受光側光導波体とが存在する。

本願発明に係る光センサー装置では、偏光子を離れる直
線偏光光ビームは、物理量により生じる複屈折により光
センサーにおいて偏光のある状態にあるセンサー光ビー
ムに変換される。尚、偏光のある状態は直線偏光光ビー
ムに対し変更され、かつ物理量の関数である。センサー
光ビームは次いで検光子により分離されて２本の直線偏
光受光側光ビームになる。受光側光ビームの一方は第１
受光側光導波体を介して、並びに他方の受光側光ビーム
は第２受光側光導波体を介して、光受光装置に入る。光
放射装置により発生した２本の放射側光ビームから、４
本の受光側光ビームが形成され、その受光側光ビームは
光受光装置の下流にある評価回路において組み合わされ
て、先導波体を通るため生じる減衰がなく物理量を決定
できる。

測定を誤る反射波は光受光装置に入らない。更に、カプ
ラーは装置に存在しないので、別の損失も発生しない。

光センサーとして、測定すべき変数の作用により複屈折
が誘発される光透過体を使用することができる。この光
透過体は、例えば特殊プラスチック、特殊結晶体、又は
ガラスで構成されている。

直線又は同腹屈折を光センサーで誘発することができる
。楕円偏光光ビームは、直線複屈折により直線偏光光ビ
ームから生じる。同腹屈折の場合、光ビームは直線偏光
されたままであり、一方、この直線偏光光ビームのベク
トルは回転する。

本願発明の別の展開では、偏光子と検光子は偏光スプリ
ッタープリズムとして構成されている。

偏光スプリッタープリズムに入り並びに出る光ビームは
互いに直交している。従って、放射並びに受光側光導波
体は相互に直交して配置されている。

測定結果が光センサーにおける誘発された直線複屈折に
基づいているとすれば、２個の偏光スプリッタープリズ
ムは、透過方向が相互に直交又は平行に設定されるよう
に配置されなければならない。

光センサーにおいて誘発された同腹屈折に測定結果が基
づいている場合には、偏光スプリッタープリズムの透過
方向が相互に４５°の角度をなすように偏光スプリッタ
ープリズムを配置しなければならない。偏光子又は検光
子として、他のより高価な偏光分離器、例えばウォラス
トン（Ｗｏ１１ａｓｔｏｎ）　。

ローチョン（Ｒｏｃｈｏｎ）　、　　又はカルサイト（
Ｃａｌｃｉｔｅ）プリズム、又はグラン（Ｇｌａｎ）偏
光子、又はフォスター（Ｆｏｓｔｅｒ）ビームスプリッ
タ−等を使用することは可能である。

直線複屈折に基づく光センサーには、波長の１７８と１
７４の間のリターデイションを有するリターデイション
プレートが偏光子と検光子との間に配置されている。リ
ターデイションプレートが、偏光子から出た直線偏光光
ビーム又は光センサーから出た楕円偏光センサー光ビー
ムが予め決めた別の偏光の変化を受けて、受けた信号（
運転点設定）の単純化した評価を得ることができる状態
を引き起こす。

測定値評価を行うために、評価回路は受光側光ビームを
放射側光ビームと一義的に関連付けることができなけれ
ばならない。従って、光放射装置は、時間的に交互に第
１及び第２光ビームを第１及び第２放射側光導波体に、
それぞれ供給する。

又は、光放射装置は、第１放射側光ビームの強度を第１
周波数の第１変調信号で振幅変調し、並びに第２放射側
光ビームの強度を第２周波数の第２変調信号で振幅変調
し、更に変調された第１及び第２放射側光ビームの両方
を第１及び第２放射側光導波体に同時に供給するために
配置されている。

評価回路において、光ビームを電気信号に変換して後、
受光側光ビームの強度に対する電気的信号から物理量の
測定値を決定する。この場合、積ＩＩＩ・　Ｉ？２と積
Ｉ２１・　１１２の比を形成する。ここでＩＩ＋は、第
１放射側光ビームから取り出され、第１受光側光導波体
に照射された受光側光け−ムの強度であって、Ｉ２２は
、第２放射側光ビームから取り出され、第２受光側光導
波体に照射された受光側光ビームの強度であって、Ｉ２
１は、第１放射側光ビームから取り出され、第２受光側
光導波体に照射された受光側光ビームの強度であって、
更に、１１２は、第２放射側光ビームから取り出され、
第１受光側光導波体に照射された受光側光ビームの強度
である。物理量の測定値は、例えば式Ｑ＝　ｌｚ　　１
２２／　（１２１Ｉｔ□）の計算により決定することが
できる。

添付図面を参照し、例を挙げて本発明の実施例をより詳
細に以下に説明する。

（実施例）図面は光センサー１を備える光センサー装置を示してい
る。この光センサー装置により、例えば、圧力、電場又
は磁場を測定することができる。この場合、第１放射側
光ビームは放射側光導波体３を介して放射装置２からレ
ンズ４に放射される。

レンズ４は放射側光ビームの発散光ビームがら平行光ビ
ームを発生する。レンズ４の下流には、偏光子５が配置
されている。偏光子５は偏光スプリッタープリズムとし
て構成されており、第１放射側光ビームから第１直線偏
光光ビームを発生する。

第１偏光光ビームが光センサー１にはいる前に、偏光子
から出た第１直線偏光光ビームは波長の１／４のリター
ディションのリターデイションプレート６を通過する。

この場合、リターディションプレート６は直線偏光光ビ
ームから円偏光光ビームを発生する。

光センサー１は、例えば特殊プラスチックから構成され
ていて、物理量が作用する場合（例えば、圧力を付加す
る）複屈折を誘発し、更に円偏光光ビームから楕円偏光
光センサー光ビームを発生する。楕円偏光光ビームは検
光子７に照射される。

検光子７は偏光分離プリズムからなっていて、楕円偏光
センサー光ビームから２本の直線偏光受光側光ビームを
発生する。この２本の直線受光側光ビームはレンズ８を
介して第１受光側光導波体９に、並びにレンズ１０を介
して第２受光側光導波体１１に導入されている。この場
合、検光子７において、センサー光ビームの直線偏光成
分の一方は、センサー光ビームの他方の非偏向直線偏光
成分に対して９０°だけ偏向される。２本の受光側光ビ
ームは受光側光導波体９と１１を介して光受光装置１２
に入る。光受光装置１２で、受光側光ビームは電気的信
号に変換され、かつ評価回路１３に供給される。

光放射装置２から、第２放射側光ビームは第２放射側光
導波体１４を介してレンズ１５に入る。放射側光ビーム
が偏光子５に入る前に、レンズ１５は放射側光ビームを
集光する。偏光子５において、放射側光ビームは９０’
だけ偏向され、かつ直線偏光されて、第２直線偏光光ビ
ームはリターデイションプレート６を介して光センサー
１に照射される。

リクーデイションプレート６と光センサー１を通過した
後、第２センサー光ビームは検光子７に入る。第２セン
サー光ビームは検光子７により再び２本の直線偏光受光
側光ビームに分離される。この２本の直線偏光光ビーム
は２個の受光側光導波体９と１１とに導入される。受光
側光導波体９と１１は受光側光ビームを光受光装置に導
く。受光側光ビームは第２放射側光ビームから発生し、
かつ光受光装置１２において電気信号に変換され、更に
評価回路１２に入る。

光放射装置２は第１及び第２放射側光ビームを時間的に
交互に第１及び第２放射側光導波体にそれぞれ供給し、
又は２本の放射側光ビームを発生することができる。そ
の放射側光ビームの強度は、異なる周波数を有する２個
の変調信号により振幅変調され、かつそれらの両方を同
時に放射側光導波体３と１４に導入する。

第２放射側光ビームは偏光子５において第１放射側光ビ
ームに対し９０°だけ偏光されるので、放射側光導波体
３と１４の端部はレンズ４と１５に直面するそれらの端
部で相互に直交している。同じように、受光側光導波体
９と１１の端部は相互に直交している。偏光子５と検光
子７とは平行な配置又は交差した配置のいずれかで方向
付けられている。

リターデイションプレート６の光学的軸は光センサー１
の主軸に平行であるか、又は直交しているかのいずれか
である。リターディションプレート６の光学的軸は直線
偏光光ビームの偏光ベクトルに対し４５°だけ回転して
いる。

評価回路１３において、決定するべき物理量に対する測
定値Ｑを電気的信号から決定する。この場合、受光側光
ビームの光強度に比例する電気的信号は次の式から決定
される。

Ｑ”Ｉ１１・■２゜／（Ｉ２醒Ｉ１２）ＩＩ＋　は、第
１放射側光ビームから取り出され、第１受光側光導波体
９に照射された受光側光ビームの強度である。Ｉ２２は
、第２放射側光ビームから取り出され、第２受光側光導
波体１１に照射された受光側光ビームの強度である。１
２１　は第１放射側光ビームから取り出され、第２受光
側光導波体１１に照射された受光側光ビームの強度であ
る。更に、１１２は、第２放射側光ビームから取り出さ
れ、第１受光側光導波体９に照射された受光側光ビーム
の強度である。物理量に対する測定値Ｑは、２個の放射
側光導波体３と１４と、２個の受光側光導波体９と１１
における減衰損失とは無関係である。

明らかになったことは、光センサー装置は温度変化に鋭
敏でなく、かつ光受光装置１２には反射波は到達せず、
従って光センサー装置は非常に正確な測定に適している
ことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は光センサーを有する光センサー装置を示す。１・・・光センサー２・・・光放射装置３・・・第１放
射側光導波体４・・・レンズ　　　　　　５・・・偏光子６・・・リ
ターデイションプレート７・・・検光子　　　　　　８・・・レンズ９・・・第
１受光側光導波体１０・・・レンズ１１・・・第２受光側光導波体１２・・・光受光装置　　　　１３・・・評価回路１４
・・・第２放射側光導波体１５・・・レンズ

Claims

【特許請求の範囲】１、第１放射側光ビームを第１放射側光導波体（３）に
供給し、第２放射側光ビームを第２放射側光導波体（１
４）に供給する光放射装置（２）と、２個の放射側光導
波体に接続されていて、第１及び第２放射側光ビームか
ら直線偏光光ビームを発生させる偏光子（５）と、並び
に光センサー（１）とを具える光センサー装置であって
、前記光センサー（１）は、供給された偏光光ビームの
偏光の状態をこのセンサーに作用する物理量の関数とし
て変化させ、かつ偏光光ビームから形成されたセンサー
光ビームを供給する光センサー装置において、前記光セ
ンサー（１）の下流には、各センサー光ビームを２本の
直線偏光受光側光ビームに分離する検光子（７）と、評
価回路（１３）により物理量を決定するために前記受光
側光ビームから電気的信号を形成するための光受光装置
（１２）と、並びに前記受光側光ビームを前記光受光装
置に供給するための第１受光側光導波体（９）と第２受
光側光導波体（１１）とが存在する、ことを特徴とする
光センサー。２、前記偏光子（５）と前記検光子（７）は偏光スプリ
ッタープリズムとして構成されていることを特徴とする
請求項１に記載の光センサー装置。３、波長の１／８と１／４の間のリターデイションを有
するリターデイションプレート（６）は前記偏光子（５
）と前記検光子（７）との間に配置されていることを特
徴とする請求項１又は２に記載き光センサー装置。４、前記光放射装置（２）は、前記第１と第２放射側光
ビームを前記第１と第２放射側光導波体（３、１４）に
それぞれ時間的に交互に供給するために配置されている
、ことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項
に記載の光センサー装置。５、前記光放射装置（２）は、前記第１放射側光ビーム
の強度を第１周波数の第１変調信号で振幅変調し、並び
に前記第２放射側光ビームの強度を第２周波数の第２変
調信号で振幅変調し、更に変調された第１及び第２放射
側光ビームの両方を前記第１及び第２放射側光導波体（
３、１４）に同時に供給するために配置されている、こ
とを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に
記載の光センサー装置。６、前記評価回路（１３）は、受光側光ビームの強度に
対応する電気的信号から積Ｉ＿１＿１・Ｉ＿２＿２と積
Ｉ＿２＿１・Ｉ＿１＿２の比を形成することにより物理
量の測定値を決定するために配置されていて、ここでＩ
＿１＿１は前記第１放射側光ビームから取り出され前記
第１受光側光導波体（９）に照射された受光側光ビーム
の強度であって、Ｉ＿２＿２は前記第２放射側光ビーム
から取り出され前記第２受光側光導波体（１１）に照射
された受光側光ビームの強度であって、Ｉ＿２＿１は前
記第１放射側光ビームから取り出され前記２受光側光導
波体（１１）に照射された受光側光ビームの強度であっ
て、更に、Ｉ＿１＿２は前記第２放射側光ビームから取
り出され前記第１受光側光導波体（９）に照射された受
光側光ビームの強度である、ことを特徴とする請求項１
から５のうちいずれか１項に記載の光センサー装置。