JPS59218903A - 光学計測装置 - Google Patents

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】 （１）技術分野 本発明は光の干渉を利用した精密測定（回転、振動、変
位、温度、圧力等）をする装置に関するものである。

（２）従来技術とその問題点 従来から、光の干渉を利用した計測装置は、種々考案さ
れてきており、代表的なものに光ファイバ、ジャイロ、
光ファイバ、ハイドロフオン等がある。これらの計測装
置は、一般に測定対象物理量によって起こる測定光路に
おける光路長の変化を位相の変化として検出している。

例えば、光ファイバ、ジャイロにおいては、第１図に示
すように、レーザ１からの光はビーム・スプリッタ２に
よって２つに分岐され、それぞれのレーザ光はループ状
の単一モード光ファイバ３の両端に送り込まれ、ビーム
スプリッタ２を通過して、受光器４．に送り込まれるよ
うにしである。

ここで、同一光路中の右回り光と左回り光の回転時をζ
生じる位相の差を検出しているが、両光間に光路差が存
在すると、位相差は（１〕式で表わされる。

（１）式において第一項はサグナック効果による位相差
、第二項は光路差による位相差である（Ｌ；ファイバ長
、ａ；ループ半径、ｃ；光速、λ；波長、Ω；回転角速
度、Δｌ；光路差、ｎ；屈折率）。

（１）式より、波長がｄＡ　変動すると、位相差は　ｄ
４変動する。

一例として、λ＝（１８×ＩＱ−６ｍ　　ｃ＝３Ｘ１０
Ｂｍ／ｓ、　Ｌ　＝＝　２００ｍ、　ａ　＝　０．１　
ｍ、　　ｎ　＝　１．５　　とすると、（２）式は、 ｄＯ＝　−（１，３１ｘ　１ｏａｎ＋１．４７　ｘ　１
０１８△７７）　ｄＡ・−（３）静止（Ω＝０）の場合
、△Ｊ＝１μｍとすると、（３）式は、 ｄθ＝　−１，４７Ｘ　１０７　ｄＡ　・・・・“・・
・・・・・・・・・・　（４）航空機等の慣性航法の用
に供するためには、θとして、１０−５　ｒｏｏｄ、程
度のθの変化を検出する必要があるため、ｄθ＜１０−
５　　でなければならない。こｄＡ＜６．８　ｘ　１０
−１８　（ｍ）＝　６．８　ｘ　１０−８　（Ｘ）　　
”・（５）光源として、半導体レーザを使用すると、一
般にその波長は温度と共に変化し、 ｄλ／ｄＴ−４〜５λ／℃・・・・・・・・・・・・・
・・・・・（６）チェ素子等が使われていたが、熱設計
が複雑で、装置が大型となり、また消費電力が非常に大
きい等、実用的な問題が多い。

（３）発明の構成 本発明は、上記の従来の光フアイバジャイロの欠点を改
善する新たな装置を提供することを目的とするものであ
る。

本発明は、光源の波長変動によって引起される測定誤差
を小さくすることを目的とする。

以下、本発明を第２図において説明する。

第２図において、光源、例えば半導体レーザ（Ｌ、Ｄ、
　）から出た光は、ハーフ・ミラーＨ，Ｍ、１によって
二分され、一方は測定用干渉光学系２１に、他方は、ハ
ーフ・ミラーＨ，Ｍ、２．ミラーＭ１＋　　ミラーＭ２
　　受光素子（例えば、フォトダイオード（Ｐ。

Ｄ））νζよって構成される参照光学系２２に導かれる
。参照光学系２２として、図ではマイケルソン干渉系を
示しであるが、マツハ・ツエンダ−干渉系、ファプリー
・ペロー干渉系等でも可能である。参照光学系２２に入
った光は１．Ｈ，Ｍ、２で、ＨｏＭ、２−Ｍｉ　　Ｈ，
Ｍ、２　　と、Ｈ，Ｍ、　２−Ｍ２−Ｈ，Ｍ、　２　　
の二つの光路に分かれて伝搬した後、再びＨ，Ｍ、２で
合成され、Ｐ、Ｄ、　　に入射する。

なお、第２図のものに、第１図の光フアイバジャイロを
適用すると、Ｌ、Ｄ、には１が、Ｈ，Ｍ、１には２が、
２１には３が対応している。

このような構成においては、Ｐ、Ｄ、　　の受光面上で
干渉するときの位相差θ′は二元間の光路差を△ｌ′と
すると、（１）式第二項に対応して、測定物理量の影響
を受けないため、第一項は消えて、次式（７）となる。

また、波長変動による、θ′の変化は、次式（８）で表
わされる。

この場合、ｄθ′はＰ、Ｄ、の出力変化として現われ、
波長変化を測定することが可能である。Δｌ′はＭｌま
たはＭ２　　の位置を変えることによって、任意の値を
選べ、ｄＡ　の測定感度を向上させることが容易となる
。またＰ、Ｄ、　　出力は波長変化測定回路２３を通り
、波長変化量を表す信号Ｖ８　　として出力される。こ
の信号Ｖ８　　を持って、光源駆動回路２４の入力Ｖ１
　　に帰還することによって、光源の波長を一定に保つ
ことができる。例えば、半導体レーザの場合、注入電流
を変化させれば、波長は変化する。さらに、Ｖ３によっ
て、測定用干渉光学系の出力Ｖｉ１　　に含まれている
、波長変動を原因とする測定誤差を補正することも可能
である。

（４）発明の効果 本発明によって、従来の干渉光学系を利用した精密測定
装置における光源の波長変動に起因する測定誤差の問題
は全て解決される。特に光源の温度制御等を必要としな
いため、安価、小型、かつ高精度の測定装置が実現され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の光フアイバジャイロの構成を示すため
の図であり、第２図は、本発明の詳細な説明するための
図である。 １　・・・レーザ ２・・・ビーム・スプリッタ ３・・・単一モート光フアイバループ ４・・・受光器 ２工・・・測定用干渉光学系 ２２・・・参照光学系 ２３・・・波長変化測定回路 ２４・・・光源駆動回路 代理人　弁理士　　上　代　哲　司　イニ゛・雪う・謁
１５・γ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光の干渉を利用した物理量（回転、振動、変位、
   温度等）の測定装置において、測定用光学系と同一の光
   源からの光の一部を分離して作られた測定対象物理量の
   影響を受けない（あるいは影響が小さいン別の干渉系（
   以下「参照光学系」と呼ぶ）を有し、この干渉系におい
   て光源の波長変化を測定することを特徴とする光学計測
   装置。
2. （２）測定した波長変化が常に最小になるように光源の
   発振状態を制御することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の光学計測装置。
3. （３）測定用光学系の出力信号における光源の波長変動
   による測定誤差を、参照光学系で測定した波長変動で、
   補正することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の光学計測装置。