[go: up one dir, main page]

JPH01141315A - Displacement detecting device - Google Patents

Displacement detecting device

Info

Publication number
JPH01141315A
JPH01141315A JP29955687A JP29955687A JPH01141315A JP H01141315 A JPH01141315 A JP H01141315A JP 29955687 A JP29955687 A JP 29955687A JP 29955687 A JP29955687 A JP 29955687A JP H01141315 A JPH01141315 A JP H01141315A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
displacement
semiconductor laser
light
change
detection device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP29955687A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinobu Mihashi
三橋 慶喜
Satoshi Ishihara
石原 聰
Hidemi Tsuchida
英実 土田
Junichi Yoshida
純一 吉田
Kenichi Nishide
西出 健一
Toshio Kondo
近藤 俊雄
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Tokyo Koku Keiki KK
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Tokyo Koku Keiki KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Tokyo Koku Keiki KK filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP29955687A priority Critical patent/JPH01141315A/en
Publication of JPH01141315A publication Critical patent/JPH01141315A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Transform (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain the device which can detect a movement of an object in a remote place by radiating a laser light to an object through a coupling optical system and recoupling its reflected light to the original semiconductor laser to utilize a self-coupling effect of a semiconductor laser. CONSTITUTION:On an object whose displacement is to be detected, a displacement part (slit plate) 5 having a surface pattern formed by a difference of a reflection factor is provided. With respect to this displacement part 5, a laser light emitted from a semiconductor laser 1 is transmitted by an optical fiber 3 and radiated, and also, its reflected light is made reincident on the original semiconductor laser 1 through the same optical fiber 3. Subsequently, by a characteristic variation detecting means (photodetector) 2, a variation of an operation characteristic of the semiconductor laser 1 caused by a variation of the return light quantity due to a displacement of the displacement part 5 is detected, and based on its result, a displacement of the displacement part 5 is detected.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体レーザの出力を結合光学系を介して離
隔地の対象に投射し、その反射光を半導体レーザに再結
合させて、対象の移動等を検出する変位検出装置に関す
る。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention projects the output of a semiconductor laser onto a target at a remote location via a coupling optical system, and recombines the reflected light to the semiconductor laser. The present invention relates to a displacement detection device for detecting movement, etc. of

(従来の技術) 遠隔位置にある変位を検出する装置としては、各種電気
的な検出器と電気的な信号伝達手段を利用する確立され
た技術がある。
BACKGROUND OF THE INVENTION There is a well-established technology for remotely detecting displacement that utilizes various electrical detectors and electrical signal transmission means.

例えば、容量形変位検出器では、被測定ギャップの電極
間容量変化を検出し、電気信号の強度に変換して検出し
ている。
For example, in a capacitive displacement detector, a change in capacitance between electrodes in a gap to be measured is detected, and the change is converted into the intensity of an electric signal.

変位検出器から電気信号を遠隔伝送するには、検出器側
に伝送用増幅回路を設け、電源を外部より供給する必要
がある。
To remotely transmit electrical signals from a displacement detector, it is necessary to provide a transmission amplifier circuit on the detector side and supply power from outside.

また、光学式エンコーダのように変位の検出に光を用い
るものがあるが、その発光素子と受光素子が共に検出器
内にあるために、遠隔信号伝送は専ら電気的な手段によ
っている。
Furthermore, there are optical encoders that use light to detect displacement, but since both the light-emitting element and the light-receiving element are located within the detector, remote signal transmission is performed exclusively by electrical means.

(発明が解決しようとする問題点) このような電線を利用し、電気信号による遠隔伝送技術
を用いた遠隔変位検出器においては、以下のような固有
の問題がある。
(Problems to be Solved by the Invention) A remote displacement detector that utilizes such electric wires and employs remote transmission technology using electric signals has the following inherent problems.

■ 防爆性を要求される環境においては、防爆対策とし
て完全シール等の手段を付加しなければならない。
■ In environments where explosion-proof properties are required, measures such as complete sealing must be added as an explosion-proof measure.

■ 長距離の遠隔検出では、電線による電力損失が生じ
、信号の送出では微少信号に対して電磁干渉雑音が加わ
る問題がある。
■ In long-distance remote detection, power loss occurs due to electric wires, and in signal transmission, there is a problem in that electromagnetic interference noise is added to the minute signal.

また、落雷による電磁干渉にも弱い。It is also vulnerable to electromagnetic interference caused by lightning strikes.

■ 電線は光ファイバと比較して、重量と耐熱性が劣っ
ている。
■ Electric wire is inferior in weight and heat resistance compared to optical fiber.

これ等の電気的遠隔検出器の問題点を解決するために、
光ファイバを伝送路に用いる検出器が種々提案されてい
るが、現状においては、伝送路ファイバへの外乱による
影響、使用する光学素子の種類や数の多さ等の問題があ
る。
In order to solve the problems of these electrical remote detectors,
Various detectors using optical fibers as transmission lines have been proposed, but at present there are problems such as the influence of disturbances on the transmission line fibers and the large number and types of optical elements used.

半導体レーザを用いた信号検出の例として、その自己結
合効果を利用したスクープ(SCOOP )と名付けら
れた方式がある(応用物理 第51巻。
As an example of signal detection using a semiconductor laser, there is a method named SCOOP that utilizes its self-coupling effect (Applied Physics Vol. 51).

第4号(1982)  450〜453頁)このスクー
プ方式においては、半導体レーザと近接した位置にある
光ディスクの記録読出しを半導体レーザの自己結合効果
を利用して行なうものである。
No. 4 (1982, pp. 450-453) In this scoop method, recording and reading from an optical disk located close to the semiconductor laser is performed by utilizing the self-coupling effect of the semiconductor laser.

この時、半導体レーザは光デイスク面から数10mmに
近接した位置に固定されるので、遠隔検出は困難であり
、検出対象も光デイスク記録ピットの有無に限定される
At this time, since the semiconductor laser is fixed at a position several tens of millimeters from the optical disk surface, remote detection is difficult, and the detection target is limited to the presence or absence of optical disk recording pits.

本発明の目的は、結合光学系を介して対象にレーザ光を
照射しその結合光学系で反射光をもとの半導体レーザに
結合させることにより、半導体レーザの自己結合効果に
よる動作特性の変化から対象の変位を検出する変位検出
装置を提供することにある。
An object of the present invention is to irradiate a target with laser light through a coupling optical system and combine the reflected light with the original semiconductor laser, thereby preventing changes in operating characteristics due to the self-coupling effect of the semiconductor laser. An object of the present invention is to provide a displacement detection device that detects displacement of an object.

、  (問題点を解決するための手段)前記目的を達成
するために本発明による変位検出装置は、半導体レーザ
と、反射率の差によって形成される表面パターンをもつ
変位部分と、前記半導体レーザの出射光を前記変位部分
の表面に集光しその集光点からの反射光を前記半導体レ
ーザに再入射させる結合光学系と、前記変位部の入射方
向と直角方向の変位による戻り光量の変化による前記半
導体レーザの動作特性の変化を検出する特性変化検出手
段から構成されている。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, a displacement detection device according to the present invention includes a semiconductor laser, a displacement portion having a surface pattern formed by a difference in reflectance, and a displacement detection device of the semiconductor laser. A coupling optical system that focuses the emitted light on the surface of the displaced portion and re-enters the reflected light from the focused point into the semiconductor laser, and a change in the amount of returned light due to displacement of the displaced portion in a direction perpendicular to the incident direction. The semiconductor laser includes characteristic change detection means for detecting changes in the operating characteristics of the semiconductor laser.

本発明によれば、被検出部である変位部と半導体レーザ
間を光ファイバで接続し、−本の光ファイバにより送光
および受光路を共通化し、検出部変位をオン−オフの光
量変化に変換することにより外乱等による影響を低下さ
せ、かつ、発光素子である半導体レーザの戻り光による
自己結合効果による特性の変化を検出することにより変
位を検出する変位検出装置を提供できる。
According to the present invention, an optical fiber is used to connect the displacement part, which is the part to be detected, and the semiconductor laser, and the two optical fibers share the light transmission and light receiving paths, and the displacement of the detection part is converted into an on-off change in light intensity. By converting, it is possible to provide a displacement detection device that reduces the influence of disturbances and the like, and detects displacement by detecting a change in characteristics due to a self-coupling effect due to the return light of a semiconductor laser, which is a light emitting element.

変位信号を光量信号に変換するための機能部品の1つで
ある変位部を形成するスリット板は、その反射面が検出
光のビーム径が最小となる位置に固定され、切欠き支点
を有する変位機構により変位側には低剛性、他の直交2
軸に関しては高剛性が実現できる。
The slit plate forming the displacement part, which is one of the functional parts for converting a displacement signal into a light intensity signal, has its reflecting surface fixed at a position where the beam diameter of the detection light is the minimum, and has a notch fulcrum. Due to the mechanism, the displacement side has low rigidity, and the other orthogonal 2
High rigidity can be achieved for the shaft.

半導体レーザの出射光は、光ファイバ中を伝播し、スリ
ット板の反射膜の有無を戻り光の有無とし、再び同一の
光ファイバを伝播して、半導体レーザに戻ってくる。こ
の戻り光が半導体レーザ発光端から内部へ入ることで、
半導体レーザは自己結合効果を生じ、発光強度は一般に
増加する。
The emitted light from the semiconductor laser propagates through the optical fiber, and the presence or absence of the reflective film on the slit plate determines the presence or absence of return light, propagates through the same optical fiber again, and returns to the semiconductor laser. This return light enters the interior from the semiconductor laser emitting end,
Semiconductor lasers produce self-coupling effects, and the emission intensity generally increases.

この時、自己結合効果に影響を与えるのは、出射光偏波
面と偏波面成分が一致している戻り光であり、特に位相
による影響が無視でき、戻り光の強度に依存する構成が
できる。
At this time, what influences the self-coupling effect is the returned light whose polarization plane components match the output light polarization plane, and in particular, the influence of the phase can be ignored, allowing a configuration that depends on the intensity of the returned light.

半導体レーザとスリット板部の間を結合する光ファイバ
は偏波面保持機能を持たせることにより数Kmの長さま
で延長可能である。
The optical fiber that connects the semiconductor laser and the slit plate can be extended to a length of several kilometers by providing a polarization maintaining function.

検出すべき変位は切欠き支点部を支点とする結合機構に
よりテコの原理で拡大または縮小変位し、結合機構可動
部と一体化したスリット板が入射光と垂直な定められた
平面内で変位する。
The displacement to be detected is expanded or contracted by the coupling mechanism using the notch fulcrum as the fulcrum, and the slit plate integrated with the movable part of the coupling mechanism is displaced within a determined plane perpendicular to the incident light. .

(実施例) 以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する。(Example) The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings and the like.

第1図は、本発明による変位検出装置の第1の実施例を
示す略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a displacement detection device according to the invention.

半導体レーザ1はそのチップの前方光と反対方向の後方
光を発生するように設けられている。
The semiconductor laser 1 is provided so as to generate backward light in the opposite direction to the forward light of the chip.

そして、その前方光は光ファイバ3と集光素子4から構
成される結合光学系方向へ導かれる。後方光は受光素子
2に入射させられ、検出される。
The forward light is guided toward a coupling optical system composed of an optical fiber 3 and a condensing element 4. The rear light is made incident on the light receiving element 2 and detected.

光ファイバ3に入射させられ、その中を伝播し他端より
出射したレーザ光は集光素子4により集光される。
Laser light is input into the optical fiber 3, propagated therein, and emitted from the other end, and is focused by the focusing element 4.

集光ビーム径が最小となる位置に変位部の表面を配置す
る。
The surface of the displacement part is placed at a position where the diameter of the condensed beam is minimized.

変位部はエンコーダ機能を有する反射形スリット板5で
形成されており、スリット板5は検出すべき変位入力に
より図中上下方向に変位するが、スリット板5の反射面
は常に同一面内にあるように支持されている。
The displacement part is formed by a reflective slit plate 5 having an encoder function, and the slit plate 5 is displaced in the vertical direction in the figure due to the displacement input to be detected, but the reflective surface of the slit plate 5 is always in the same plane. It is supported as such.

スリット板5の反射面はスリット状の反射面と透過面が
交互に設けられている。
The reflective surface of the slit plate 5 is provided with slit-shaped reflective surfaces and transparent surfaces alternately.

レーザ光の集光点に反射面が対応させられているときは
、反射レーザ光は往路と同一光路を戻り半導体レーザl
の発光点に戻る。
When the reflective surface corresponds to the convergence point of the laser beam, the reflected laser beam returns along the same optical path as the outgoing path and passes through the semiconductor laser l.
Return to the light emitting point.

レーザ光の集光点が透過面の場合は、伝播光はスリット
板5の後方へ透過し前述のような戻り光は存在しない。
When the convergence point of the laser beam is on the transmission surface, the propagating light is transmitted to the rear of the slit plate 5, and there is no returning light as described above.

前記半導体レーザ1の注入電流に対する戻り先のある場
合とない場合の発光強度特性を第2図に示す。
FIG. 2 shows the emission intensity characteristics of the semiconductor laser 1 with and without a return destination for the injected current.

今、レーザ発光しているある注入電流isにおいて戻り
光が有の場合と、無の場合では発光強度がΔLだけ変化
することを示している。
It is shown that the emission intensity changes by ΔL between the case where there is return light and the case where there is no return light for a certain injection current is that is emitting laser light.

第1図に示す半導体レーザ1の光ファイバ3へ向かう方
向の出射端面に反射防止膜を付加して、戻り光の反射を
防止し、発光強度変化ΔLをより大きくするようにしで
ある。
An antireflection film is added to the output end face of the semiconductor laser 1 shown in FIG. 1 in the direction toward the optical fiber 3 to prevent reflection of the returning light and to further increase the change in emission intensity ΔL.

第1図に示した実施例において、戻り光が存在する場合
は発光強度は大きくなるので、これを受光素子2で検出
することにより集光点に反射面が存在するか否かを判別
することができる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the intensity of the emitted light increases when there is return light, so by detecting this with the light receiving element 2, it is possible to determine whether or not there is a reflective surface at the focal point. Can be done.

半導体レーザlより出射してスリット5の反射面で反射
し、再び半導体レーザlに戻ってくる光路の間に、スリ
ット板5の反射面以外の反射面が存在すると伝送光の損
失が発生する。
If a reflective surface other than the reflective surface of the slit plate 5 is present between the optical path of the light emitted from the semiconductor laser l, reflected by the reflective surface of the slit 5, and returned to the semiconductor laser l, a loss of transmitted light will occur.

その結果集光点に反射面がなくても戻り光が発生し、反
射面があるときは反射光が減少させられることになる。
As a result, even if there is no reflective surface at the focal point, return light is generated, and when there is a reflective surface, the reflected light is reduced.

そして反射面がないときの発光強度が、そのスリット板
5の反射面以外の反射面により増加し、反射面があると
きの発光強度は理想的な場合(他の反射がないとき)よ
りも小さくなる。
The luminous intensity when there is no reflective surface increases due to reflective surfaces other than the reflective surface of the slit plate 5, and the luminous intensity when there is a reflective surface is smaller than in the ideal case (when there is no other reflection). Become.

そのため第2図のΔLが減少させられることになる。Therefore, ΔL in FIG. 2 is reduced.

そのためこの実施例では、光路中の有害な反射を極力低
下させるために、各光学素子の端面には反射防止膜を付
加する等の反射防止対策を施しである。
Therefore, in this embodiment, in order to reduce harmful reflections in the optical path as much as possible, antireflection measures such as adding an antireflection film to the end face of each optical element are taken.

また、第2図の戻り光の有無による発光強度変化は、出
射光偏波面と偏波面成分が一致している戻り光により生
ずる。そこで、第1図において、半導体レーザ1の出射
光が戻り光として半導体レーザ1に戻ってくるまで、そ
の偏波面を保持するように、光路中の偏波面を乱す要素
を除去する。
Furthermore, the change in emission intensity due to the presence or absence of the returned light in FIG. 2 is caused by the returned light whose polarization plane components match the polarization plane of the output light. Therefore, in FIG. 1, elements that disturb the plane of polarization in the optical path are removed so that the plane of polarization is maintained until the emitted light from the semiconductor laser 1 returns to the semiconductor laser 1 as return light.

光ファイバ3は偏波面を保持する機能を有するものを用
いる。
The optical fiber 3 used has a function of maintaining the plane of polarization.

第3図は、本発明による変位検出装置の第2の実施例の
要部構成を示す略図である。なお、この図において第1
の実施例と共通の構成要素である集光素子4とスリット
板5を省略しである。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the main part configuration of a second embodiment of the displacement detection device according to the present invention. Note that in this figure, the first
The condensing element 4 and the slit plate 5, which are common components with the embodiment described above, are omitted.

この実施例は半導体レーザ1の特性変化検出手段を、第
1図の受光素子2に変えて前記半導体レーザ1の端子間
抵抗変化を電気的に検出する手段としたものである。
In this embodiment, the characteristic change detection means of the semiconductor laser 1 is replaced with the light receiving element 2 shown in FIG. 1, and a means for electrically detecting the resistance change between the terminals of the semiconductor laser 1 is used.

半導体レーザ1と駆動電源の接続点から検出出力信号を
得る場合の構成例である。
This is an example of a configuration in which a detection output signal is obtained from a connection point between a semiconductor laser 1 and a drive power source.

電源7から半導体レーザlにレーザ発光するだけの電流
を供給している。
A power supply 7 supplies the semiconductor laser 1 with enough current to emit laser light.

半導体レーザ1の出射光は結合光学系を構成する光ファ
イバ3に入射させられる。
Emitted light from the semiconductor laser 1 is made incident on an optical fiber 3 that constitutes a coupling optical system.

第1図に関連して説明したと同様な構成により戻り光が
再び半導体レーザ1に戻ってくる。
The returned light returns to the semiconductor laser 1 again using a configuration similar to that described in connection with FIG.

電源7と半導体レーザlの接続点において、半導体レー
ザ1の端子間電圧を検出し、増幅器6により増幅し検出
信号として取り出す。
At the connection point between the power supply 7 and the semiconductor laser 1, the voltage between the terminals of the semiconductor laser 1 is detected, amplified by the amplifier 6, and taken out as a detection signal.

第4図は、戻り光があり、半導体レーザに自己結合が発
生した場合の注入電流iに対する半導体レーザダイオー
ドlの端子間電圧の変化(ΔV)を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the change (ΔV) in the voltage across the terminals of the semiconductor laser diode l with respect to the injection current i when there is return light and self-coupling occurs in the semiconductor laser.

このグラフは戻り光による自己結合効果により半導体レ
ーザの端子間電圧は注入電流iがしきい値(i th)
近辺にあるときに、Δ■に大きな変化が見られることを
示している。
This graph shows that due to the self-coupling effect due to the return light, the voltage between the terminals of the semiconductor laser is the threshold value (i th) at the injection current i.
This shows that there is a large change in Δ■ when it is in the vicinity.

したがって、この実施例では半導体レーザ1をこのしき
い値組流(i th)近辺で駆動する。
Therefore, in this embodiment, the semiconductor laser 1 is driven near this threshold current (i th).

増幅器6でこの変化(ΔV)を検出し戻り光の存否によ
り変位の存在を確認できる。
This change (ΔV) is detected by the amplifier 6, and the existence of the displacement can be confirmed by the presence or absence of the returned light.

第5図は、アブソリュートエンコーダ機能を有する変位
部の変位を絶対位置として検出する変位検出装置の実施
例を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of a displacement detection device having an absolute encoder function and detecting the displacement of a displacement section as an absolute position.

この装置では、変位を光信号に変えるための変位部はア
ブソリュートエンコーダ機能を有している。
In this device, the displacement section for converting displacement into an optical signal has an absolute encoder function.

アブソリュートエンコーダスリット板12のある位置に
おけるスリット列は反射面の有無の符号として、その位
置に対応している。
A slit row at a certain position of the absolute encoder slit plate 12 corresponds to that position as a sign of the presence or absence of a reflective surface.

この実施例において、アブソリュートエンコーダスリッ
ト板12はnバイトのスリット列から形成されている。
In this embodiment, the absolute encoder slit plate 12 is formed of an n-byte slit array.

そして、この各バイト対応に半導体レーザ、結合光学系
、前記半導体レーザの特性変化検出手段が用意されてい
る。
A semiconductor laser, a coupling optical system, and means for detecting a change in characteristics of the semiconductor laser are prepared for each of the bites.

電源7から動作電流が供給されている半導体レーザ1−
1〜l−nに対して、それぞれの半導体レーザの特性変
化検出手段である受光素子2−1〜2−nが設けられて
いる。
A semiconductor laser 1- to which an operating current is supplied from a power supply 7.
Light receiving elements 2-1 to 2-n, which are means for detecting characteristic changes of the respective semiconductor lasers, are provided for the respective semiconductor lasers 1 to 1-l-n.

各半導体レーザ1−1〜1−nに対して、ファイバ結合
用光学素子9−1〜9−n、それに光ファイバ3−1〜
3−nが対応させられ、各光ファイバ3−1〜3−nの
端末は集光素子1O−1−10−nで構成される集光素
子アレー10によりそれぞれのバイトに対応させられて
いる。
For each semiconductor laser 1-1 to 1-n, fiber coupling optical elements 9-1 to 9-n, and optical fibers 3-1 to
3-n are made to correspond to each other, and the terminals of each optical fiber 3-1 to 3-n are made to correspond to each byte by a condensing element array 10 composed of condensing elements 1O-1-10-n. .

第6図は、前記実施例で用いられるアブソリュートエン
コーダスリット形式の変位部と、これを支持する変位伝
達機構と、集光素子アレーの関係位置を示す斜視図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view showing the relative positions of the absolute encoder slit-type displacement section used in the embodiment, the displacement transmission mechanism that supports it, and the condensing element array.

集光素子アレー10の各素子で集光された各ビームはそ
の最小ビーム径位置で、アブソリュートエンコーダスリ
ット板12に投射される。
Each beam focused by each element of the condensing element array 10 is projected onto the absolute encoder slit plate 12 at its minimum beam diameter position.

アブソリュートエンコーダスリット[12は、変位伝達
機構13に支持されている。
The absolute encoder slit [12 is supported by a displacement transmission mechanism 13.

アブソリュートエンコーダスリット板12は4ケ所の切
欠き支点13hをもつ変位伝達機構13に組込まれてい
る。
The absolute encoder slit plate 12 is incorporated into a displacement transmission mechanism 13 having four notched support points 13h.

変位伝達機構13の下辺部を固定部として固定し、その
上辺が可動部となり、矢印で示す変位入力を上辺に加え
ると変位伝達機構13に支持されているアブソリュート
エンコーダスリット板12は平行に移動させられる。
The lower side of the displacement transmission mechanism 13 is fixed as a fixed part, and the upper side thereof becomes a movable part. When a displacement input shown by an arrow is applied to the upper side, the absolute encoder slit plate 12 supported by the displacement transmission mechanism 13 is moved in parallel. It will be done.

切欠き支点部13hは薄く、一種の連結点として自由に
曲がるために、変位入力軸方向には移動が自由であるが
、その直交軸方向には高い剛性を有し、振動等の外力に
よっても変位しない。
The notch fulcrum portion 13h is thin and freely bends as a kind of connection point, so it can move freely in the direction of the displacement input axis, but it has high rigidity in the direction of the orthogonal axis, and is not affected by external forces such as vibrations. No displacement.

そのために、集光素子アレー10により集光されたビー
ム径最小位置に常にアブソリュートエンコーダスリット
板12を保持できる。
Therefore, the absolute encoder slit plate 12 can always be held at the minimum diameter position of the beam condensed by the condensing element array 10.

第7図はアブソリュートエンコーダスリット板と変位伝
達機構の他の実施例を示す平面図であって、同図(A)
に示すものは変位入力の拡大、同図(B)に示すものは
変位入力の縮小に用いられる。
FIG. 7 is a plan view showing another embodiment of the absolute encoder slit plate and the displacement transmission mechanism, and FIG.
The one shown in the figure is used for enlarging the displacement input, and the one shown in the same figure (B) is used for reducing the displacement input.

各図において、アブソリュートエンコーダスリット板1
2は変位伝達機構13に支持されており、13hは切欠
き支点部を示す。
In each figure, absolute encoder slit plate 1
2 is supported by a displacement transmission mechanism 13, and 13h indicates a notched fulcrum portion.

第7図(A)に示すものは変位入力を12 / l 。The one shown in FIG. 7(A) has a displacement input of 12/l.

に拡大し、同図(B)に示すものは変位入力を12 /
 l 1に縮小する。
The one shown in the same figure (B) has a displacement input of 12 /
l Reduce to 1.

第8図は変位入力の例を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing an example of displacement input.

アブソリュートエンコーダスリット板12と変位伝達機
構13は第7図(A)に示したものと略同じである。
The absolute encoder slit plate 12 and the displacement transmission mechanism 13 are substantially the same as those shown in FIG. 7(A).

空1114の変位が拡大されてアブソリュートエンコー
ダスリット板12に伝達される。
The displacement of the air 1114 is magnified and transmitted to the absolute encoder slit plate 12.

第9図は、本発明による変位検出装置のさらに他の実施
例を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing still another embodiment of the displacement detection device according to the present invention.

この実施例は第5図に示した実施例と同様に、変位を絶
対位置として検出する実施例である。
Similar to the embodiment shown in FIG. 5, this embodiment is an embodiment in which displacement is detected as an absolute position.

半導体レーザlを一つ用い前記実施例とは異なる結合光
′学系を用いている。
A single semiconductor laser 1 is used and a coupling optical system different from that of the previous embodiment is used.

結合光学系は、ファイバ結合用光学素子9.−本の光フ
ァイバ3、分波(合波)器11.遅延素子群18、集光
アレー10から構成されている。
The coupling optical system includes a fiber coupling optical element 9. - Main optical fiber 3, demultiplexer (combiner) 11. It is composed of a delay element group 18 and a condensing array 10.

半導体レーザ1からの光は一本の光ファイバ3に光ファ
イバ結合用光学素子9により入射させられる。
Light from the semiconductor laser 1 is made to enter one optical fiber 3 by an optical fiber coupling optical element 9.

前記光ファイバ3の出力は前記アブソリエートエンコー
ダスリット板12のバイト数に対応して分波する分波(
合波)器11により分波される。
The output of the optical fiber 3 is demultiplexed according to the number of bytes of the absolute encoder slit plate 12 (
It is demultiplexed by a multiplexer 11.

この分波器11のそれぞれの出力を異なる時間遅延させ
る遅延素子群18を介して集光アレー10の対応する集
光素子に接続され、それぞれから変位部であるアブソリ
ュートエンコーダスリット板12の対応する部分を照射
する。
It is connected to the corresponding light collecting element of the light collecting array 10 through a delay element group 18 that delays each output of this demultiplexer 11 by a different time, and is connected to a corresponding part of the absolute encoder slit plate 12 which is a displacement part from each one. irradiate.

この変位部として、さきに第6図、第7図、第8図を参
照して説明した総てのアブソリュートエンコーダスリッ
ト板12を利用することができる。
As this displacement portion, all of the absolute encoder slit plates 12 described above with reference to FIGS. 6, 7, and 8 can be used.

前記スリット板12はnバイトのスリット列があり、反
射面の有無の符号として、その位置に対応している。
The slit plate 12 has an n-byte slit row, and the presence or absence of a reflective surface is represented by a code corresponding to its position.

反射面で反射された光は前述とは逆の径路をたどり、半
導体レーザ1に戻り光として結合させられる。
The light reflected by the reflective surface follows a path opposite to that described above, returns to the semiconductor laser 1, and is coupled as light.

遅延素子群18を構成する遅延線18−1.18−2〜
18−nの遅延時間がこの順で短いとすると、アブソリ
ュートエンコーダスリット板12からの反射光は、#1
,62〜#nの順に戻されて結合させられる。
Delay lines 18-1, 18-2, etc. that constitute the delay element group 18
Assuming that the delay times of #18-n are short in this order, the reflected light from the absolute encoder slit plate 12 is #1.
, 62 to #n and combined.

第10図はこの実施例の動作を説明するための波形図で
ある。
FIG. 10 is a waveform diagram for explaining the operation of this embodiment.

半導体レーザ1は第10図(A)に示されているように
一定の注入電流で動作させられる。
The semiconductor laser 1 is operated with a constant injection current as shown in FIG. 10(A).

今同図(C)に示されているように、アブソリュートエ
ンコーダスリット板12の表面の反射パターンが、(#
1.#2.#3・・・・・n)の順に(1,1,0・・
・0、■)であったとする。
As shown in the same figure (C), the reflection pattern on the surface of the absolute encoder slit plate 12 is (#
1. #2. #3...n) in the order of (1, 1, 0...
・0, ■).

なお1は反射面であり、Oは透過を意味する。Note that 1 is a reflective surface, and O means transmission.

受光素子3は第10図(B)に示す経時的な発光パター
ンを示す。
The light receiving element 3 exhibits a luminescence pattern over time as shown in FIG. 10(B).

この発光パターンにより、変位を絶対位置とじて検出す
ることができる。
This light emission pattern allows displacement to be detected as an absolute position.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明による変位検出装置は、半
導体レーザと、反射率の差によって形成される表面パタ
ーンをもつ変位部と、前記半導体レーザの出射光を光フ
ァイバで伝送して前記変位部の表面に集光しその集光点
からの反射光を前記半導体レーザに再入射させる結合光
学系と、前記変位部の入射方向と直角方向の変位による
戻り光量の変化による前記半導体レーザの動作特性の変
化を検出する特性変化検出手段から構成されている。
(Effects of the Invention) As explained above, the displacement detecting device according to the present invention includes a semiconductor laser, a displacement portion having a surface pattern formed by a difference in reflectance, and transmitting light emitted from the semiconductor laser through an optical fiber. a coupling optical system that focuses the light on the surface of the displacement part and re-enters the reflected light from the focal point into the semiconductor laser; It consists of characteristic change detection means for detecting changes in the operating characteristics of the semiconductor laser.

この構成によれば、従来の各種電気的な検出器と電気的
な信号伝送手段よりなる遠隔変位検出装置と比較して、
簡単な構成により、(1)防爆性、(2)長距離伝送(
3)耐雑音特性等の問題を解決した装置を提供できる。
According to this configuration, compared to conventional remote displacement detection devices consisting of various electrical detectors and electrical signal transmission means,
The simple configuration provides (1) explosion-proof properties, (2) long-distance transmission (
3) It is possible to provide a device that solves problems such as noise resistance characteristics.

したがって、本発明による装置は、工業計測分野や航空
機搭載の機器に広く応用可能である。
Therefore, the device according to the present invention is widely applicable to the field of industrial measurement and aircraft-mounted equipment.

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

第1図は、本発明による変位検出装置の実施例を示す略
図である。 第2図は、半導体レーザの注入光に対応する発光強度を
示したグラフである。 第3図は、本発明による変位検出装置の他の実施例の主
要部を示す略図である。 第4図は、前記第3図に示した変位検出装置の動作を説
明するためのグラフである。 第5図は、本発明による変位検出装置のさらに他の実施
例を示すブロック図である。 第6図は、前記第5図の変位検出装置の集光アレーとア
ブソリュートエンコーダの関係を示す斜視図である。 第7図は、アブソリュートエンコーダの倍率可変機構の
例を示す平面図である。 第8図は、変位入力の例を示す略図である。 第9図は、本発明による変位検出装置のさらに他の実施
例を示すブロック図である。 第10図は、第9図に示した実施例の動作を説明するた
めの波形図である。 l・・・半導体レーザ 2・・・受光素子 3・・・光ファイバ 4・・・集光素子 5・・・変位部(スリット板) 6・・・増幅器 7・・・電源 9・・・ファイバ結合用光学素子 10・・・集光アレー 11・・・分波(合波)器 12・・・変位部(アブソリュートエンコーダスリット
板) 13・・・変位伝達機構  13h・・・切欠き支点1
4・・・圧力−変位変換部(空量) 16・・・分波・合波器 18・・・遅延素子群
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a displacement detection device according to the invention. FIG. 2 is a graph showing the emission intensity corresponding to the injected light of the semiconductor laser. FIG. 3 is a schematic diagram showing the main parts of another embodiment of the displacement detection device according to the present invention. FIG. 4 is a graph for explaining the operation of the displacement detection device shown in FIG. 3. FIG. 5 is a block diagram showing still another embodiment of the displacement detection device according to the present invention. FIG. 6 is a perspective view showing the relationship between the condensing array and the absolute encoder of the displacement detecting device shown in FIG. 5. FIG. FIG. 7 is a plan view showing an example of a variable magnification mechanism of an absolute encoder. FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of displacement input. FIG. 9 is a block diagram showing still another embodiment of the displacement detection device according to the present invention. FIG. 10 is a waveform diagram for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 9. l... Semiconductor laser 2... Light receiving element 3... Optical fiber 4... Focusing element 5... Displacement part (slit plate) 6... Amplifier 7... Power supply 9... Fiber Coupling optical element 10...Condenser array 11...Demultiplexer (combiner) 12...Displacement part (absolute encoder slit plate) 13...Displacement transmission mechanism 13h...Notch fulcrum 1
4...Pressure-displacement converter (space) 16...Demultiplexer/combiner 18...Delay element group

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体レーザと、反射率の差によって形成される
表面パターンをもつ変位部分と、前記半導体レーザの出
射光を光ファイバで伝送して前記変位部分の表面に集光
しその集光点からの反射光を前記半導体レーザに再入射
させる結合光学系と、前記変位部の入射方向と直角方向
の変位による戻り光量の変化による前記半導体レーザの
動作特性の変化を検出する特性変化検出手段から構成し
た変位検出装置。
(1) A semiconductor laser, a displaced portion having a surface pattern formed by a difference in reflectance, and the emitted light of the semiconductor laser is transmitted through an optical fiber to be focused on the surface of the displaced portion and from the focal point. a coupling optical system for re-entering the reflected light into the semiconductor laser, and a characteristic change detection means for detecting a change in the operating characteristics of the semiconductor laser due to a change in the amount of returned light due to displacement of the displacement part in a direction perpendicular to the direction of incidence. displacement detection device.
(2)前記変位部はエンコーダ機能を有する反射形スリ
ット板である特許請求の範囲第1項記載の変位検出装置
(2) The displacement detection device according to claim 1, wherein the displacement section is a reflective slit plate having an encoder function.
(3)前記半導体レーザはそのチップが前記結合光学系
方向への前方光と反対方向の後方光を発生するように設
けられ、前記特性変化検出手段は、前記後方光を検出す
ることにより発光特性の変化を検出する受光素子である
特許請求の範囲第1項記載の変位検出装置。
(3) The semiconductor laser is provided such that its chip generates backward light in the opposite direction to the forward light in the direction of the coupling optical system, and the characteristic change detection means detects the light emission characteristic by detecting the backward light. 2. The displacement detection device according to claim 1, which is a light receiving element that detects a change in .
(4)前記特性変化検出手段は、前記半導体レーザの端
子間抵抗変化を電気的に検出する手段である特許請求の
範囲第1項記載の変位検出装置。
(4) The displacement detecting device according to claim 1, wherein the characteristic change detecting means is a means for electrically detecting a change in resistance between terminals of the semiconductor laser.
(5)前記結合光学系は、伝播光の偏波面を保持する機
能を有する光ファイバを用い、半導体レーザからの出射
光偏波面が光ファイバ中の往復光路で共に保持されるよ
うにした特許請求の範囲第1項記載の変位検出装置。
(5) A patent claim in which the coupling optical system uses an optical fiber having a function of maintaining the polarization plane of propagating light, so that the polarization plane of the light emitted from the semiconductor laser is maintained together in the reciprocating optical path in the optical fiber. The displacement detection device according to item 1.
(6)前記結合光学系の集光素子や光ファイバにより形
成される光路中の光学素子端子面は、反射防止膜または
反射防止形状とされている特許請求の範囲第1項記載の
変位検出装置。
(6) The displacement detection device according to claim 1, wherein the optical element terminal surface in the optical path formed by the condensing element or the optical fiber of the coupling optical system is formed with an antireflection film or an antireflection shape. .
(7)前記半導体レーザは、半導体レーザチップの出射
端面のうち、光ファイバへ向かう方向の端面に反射防止
膜を付加することにより半導体レーザ特性変化を強めた
ものである特許請求の範囲第1項記載の変位検出装置。
(7) The semiconductor laser has an anti-reflection film added to the end face in the direction toward the optical fiber among the emission end faces of the semiconductor laser chip, thereby increasing the change in semiconductor laser characteristics. Displacement detection device described.
(8)前記変位部は反射率の差によって形成される表面
パターンをもちアブソリュートエンコーダ機能を有し、
前記半導体レーザは前記変位部の各バイトに対応する数
だけ配置され、前記光結合光学系は前記各半導体レーザ
と前記変位部分の対応する部分をそれぞれ光学的に結合
させ前記各半導体レーザの出射光を光ファイバで伝送し
て前記変位部分の対応表面に集光しその集光点からの反
射光を前記各半導体レーザに再入射させ、前記特性変化
検出手段は、前記変位部の入射方向と直角方向の変位に
よる戻り光量の変化による前記各半導体レーザの動作特
性の変化を検出するものである特許請求の範囲第1項記
載の変位検出装置。
(8) The displacement part has a surface pattern formed by a difference in reflectance and has an absolute encoder function,
The semiconductor lasers are arranged in a number corresponding to each byte of the displacement section, and the optical coupling optical system optically couples each of the semiconductor lasers and a corresponding portion of the displacement section to combine the emitted light of each semiconductor laser. is transmitted through an optical fiber and focused on the corresponding surface of the displaced portion, and the reflected light from the focused point is re-injected into each of the semiconductor lasers, and the characteristic change detection means is configured to detect a change in characteristics perpendicular to the direction of incidence of the displaced portion. 2. The displacement detection device according to claim 1, which detects a change in the operating characteristics of each of the semiconductor lasers due to a change in the amount of returned light due to a directional displacement.
(9)前記変位部は反射率の差によって形成される表面
パターンをもちアブソリュートエンコーダ機能を有し、
前記結合光学系は前記半導体レーザからの光が入射され
る光ファイバ、前記光ファイバの出力を前記アブソリュ
ートエンコーダのバイト数に対応して分波する分波器、
前記分波器のそれぞれの出力を異なる時間遅延させる遅
延素子群、前記遅延素子群の出力を前記変位部の表面に
集束して照射しその表面からの反射光を受け入れ、前記
特性変化検出手段は、前記変位部の入射方向と直角方向
の変位による戻り光量の変化による前記半導体レーザの
動作特性の経時的な特性の変化を検出する特性変化検出
手段である特許請求の範囲第1項記載の変位検出装置。
(9) The displacement part has a surface pattern formed by a difference in reflectance and has an absolute encoder function,
The coupling optical system includes an optical fiber into which light from the semiconductor laser is input, a demultiplexer that demultiplexes the output of the optical fiber in accordance with the number of bytes of the absolute encoder;
a delay element group for delaying each output of the demultiplexer by a different time; the output of the delay element group is focused and irradiated onto the surface of the displacement portion, and the reflected light from the surface is received; the characteristic change detection means , the displacement according to claim 1, which is a characteristic change detection means for detecting a change in operating characteristics of the semiconductor laser over time due to a change in the amount of returned light due to a displacement of the displacement part in a direction perpendicular to the incident direction. Detection device.
(10)前記アブソリュートエンコーダ機能を有する変
位部は、一辺が固定される変位伝達機構に複数の円弧切
り欠き支点を介して一体に形成され、変位入力を拡大ま
たは縮小して移動させられる特許請求の範囲第8または
9項記載の変位検出装置。
(10) The displacement unit having the absolute encoder function is integrally formed with a displacement transmission mechanism having one side fixed via a plurality of circular arc notch fulcrums, and is moved by expanding or contracting a displacement input. Displacement detection device according to range 8 or 9.
(11)前記変位入力は圧力変位変換部により圧力を変
位として変位伝達機構に入力されるものである特許請求
の範囲第8または9項記載の変位検出装置。
(11) The displacement detection device according to claim 8 or 9, wherein the displacement input is inputted to the displacement transmission mechanism by a pressure displacement conversion section using pressure as displacement.
JP29955687A 1987-11-27 1987-11-27 Displacement detecting device Pending JPH01141315A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29955687A JPH01141315A (en) 1987-11-27 1987-11-27 Displacement detecting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29955687A JPH01141315A (en) 1987-11-27 1987-11-27 Displacement detecting device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH01141315A true JPH01141315A (en) 1989-06-02

Family

ID=17874151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29955687A Pending JPH01141315A (en) 1987-11-27 1987-11-27 Displacement detecting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH01141315A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002228490A (en) * 2001-02-06 2002-08-14 Mitsutoyo Corp Optical encoder
JP2024036209A (en) * 2022-09-05 2024-03-15 有限会社テクノ菅谷 Displacement magnifying device and measurement device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57523A (en) * 1980-06-03 1982-01-05 Fuji Electric Co Ltd Optical vernier type measuring instrument
JPS5999597A (en) * 1982-11-30 1984-06-08 株式会社東芝 Optical measuring apparatus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57523A (en) * 1980-06-03 1982-01-05 Fuji Electric Co Ltd Optical vernier type measuring instrument
JPS5999597A (en) * 1982-11-30 1984-06-08 株式会社東芝 Optical measuring apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002228490A (en) * 2001-02-06 2002-08-14 Mitsutoyo Corp Optical encoder
JP2024036209A (en) * 2022-09-05 2024-03-15 有限会社テクノ菅谷 Displacement magnifying device and measurement device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4291976A (en) Digital fiber optic position sensor
US8335411B2 (en) Fiber optic bi-directional coupling lens
JP2023160825A (en) Lidar system with solid-state spectral scanning
US4657339A (en) Fiber optic switch
US7654750B2 (en) Bidirectional optical fiber link systems component couplers
JP2828134B2 (en) Optical switch and optical information transmission device
JP2019095218A (en) Distance measuring sensor
US11703572B2 (en) Component assembly for a lidar sensor, and lidar sensor
CN110118960A (en) Laser radar
JPH0251133A (en) Apparatus for hetrodyne detection or homodyne detection of light signal beam optically
US7277173B1 (en) Active optical alignment using MEMS mirrors
JP2020056658A (en) An optical heterodyne detector and a laser radar device using the optical heterodyne detector.
JPS58215510A (en) Optical-fiber measuring device
JPH01141315A (en) Displacement detecting device
US5187545A (en) Integrated optical position measuring device and method with reference and measurement signals
CN111947779A (en) Optical signal detection system
CN115605774A (en) Photovoltaic system
CN108732552A (en) A kind of method and laser radar for realizing that the probe of laser radar is detached with cabinet
JP2000147311A (en) Positioning method in optical waveguide coupling device and optical waveguide coupling device realized by the method
CN113960619A (en) On-chip integrated distance measuring chip
JP2023553579A (en) Improving signal-to-noise ratio in LIDAR systems
JPH01304380A (en) Range finder using optical wave
US7782921B2 (en) Integrated optical detector in semiconductor reflector
CN109916310A (en) New length sensor
JP2002350543A (en) Laser range finder