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JP3828755B2 - 変位光量変換装置 - Google Patents

変位光量変換装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は機械的振動を光信号に変換する変位光量変換装置に係わり、特に、微小機械的変位を大きい光量変化に変換できる変位光量変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光を用いた変位光量変換装置の例を図４および図５により説明する。図４に示す発光部２と受光部３とに略一定の距離ｄの間隔で対向させて平面状の振動板４が配置されている。発光部２から一定の放射角度を持って射出された発散光は振動板４で反射され、反射光の一部は受光部３に到達する。
【０００３】
図５は発光部２および受光部３と振動板４との間の距離と受光部３に入射する光量との関係を示す図である。図５（ａ）に示すように発光部２および受光部３と振動板４との間の距離がｄ1 であるとき発光部２から一定の放射角度を持って射出され振動板４で反射された反射光は受光部３に到達しない。
【０００４】
図５（ｂ）に示すように距離がｄ1 より大きいｄ2 であるときは発光部２から一定の放射角度を持って射出され振動板４で反射された反射光は受光部３の一部の受光面に到達する。
【０００５】
さらに、図５（ｃ）に示すように距離がｄ2 より大きいｄ3 であるときは発光部２から一定の放射角度を持って射出され振動板４で反射された反射光は受光部３の全受光面に到達する。従って、距離がｄ1 からｄ3 まで増加する間に受光部３に入射する光の量は直線的に増大する。
【０００６】
図５（ｄ）に示すように距離がｄ3 より大きいｄ4 であるときは発光部２から一定の放射角度を持って射出され振動板４で反射された反射光は受光部３の全受光面に到達するが、距離が大きくなるにつれて受光部３に到達する光量の振動板４で反射された反射光全体の量に対する割合は小さくなる。従って、距離がｄ3より大きくなると受光部３に入射する光量は徐々に減少するようになる。
【０００７】
図６に発光部２および受光部３と振動板４との間の距離ｄと受光部３に入射する光量との関係をグラフとして示す。図６のグラフより発光部２および受光部３と振動板４との間の距離の中心をｄ2 近傍に設定すると、振動板４が垂直方向に微小変位したときに受光部３に入射する光量が直線的に変化し微小変位量が検出されることが分かる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の変位光量変換装置では発光部２から一定の放射角度を持って射出された発散光が振動板４で反射された後も発散光のまま受光面上に到達するので次のような問題が発生する。
【０００９】
すなわち、受光面上に到達する振動板４からの発散反射光は発光部２を中心とする円形状に広がるため、発光部２から射出された全光量と受光部３に入射する光量の間で損失が大きく、微小変位に対する感度を上げることが困難となる。振動板４の微小変位に対する感度を上げようとすると、発光部２と受光部３を近付ける必要があり、設計の自由度を高くすることが困難であった。
【００１０】
また、振動板４の微小変位に対する感度を上げようとすると、振動板４を発光部２および受光部３に近付ける必要があり、設計の自由度を高くすることができず、また、調整精度を大きくすることが困難であった。
【００１１】
この発明は上記した点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、振動板の音響等による微小変位に対する感度を容易に高めることができる変位光量変換装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の変位光量変換装置は、発光部と受光部とに振動板を対向させて配置し、前記発光部から発光され前記振動板で反射された光を前記受光部で受光させ、前記振動板の変位が前記受光部の出力に変換される変位光量変換装置において、前記振動板を前記発光部および受光部に対して凹面形状とし、前記発光部から受光部に至る光路の前記振動板の反射面と前記発光部および受光部との間の距離を前記凹面形状の曲率半径とし、前記反射面の垂線が前記発光部および受光部との間を通るように構成したものである。
【００１３】
また、前記変位光量変換装置において、前記凹面形状を凹球面としたものである。
【００１４】
また、前記各変位光量変換装置において、前記発光部および受光部が同一のパッケージ内に組み込まれているものである。
【００１５】
また、前記変位光量変換装置において、前記発光部を半導体レーザ素子としたものである。
【００１６】
また、同変位光量変換装置において、前記発光部を垂直共振器型面発光レーザ素子としたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施例である変位光量変換装置を図面に基づいて説明する。図１はこの発明の実施例である変位光量変換装置を示す断面図である。図１に示す発光部２と受光部３とは同一のパッケージに組み込まれており、これらから略ｄの距離離れるように球面状の振動板１が配置されている。
【００１８】
なお、振動板１の曲率半径は略発光部２および受光部３と振動板との距離であり、振動板１の球心を通る軸は発光部２と受光部３との中間点を通るように振動板１が配置されている。従って発光部２から放射された光は受光部３付近に集光する。
【００１９】
図２は発光部２および受光部３と振動板１との間の距離と受光部３に入射する光量との関係を示す図である。図２（ａ）に示すように発光部２および受光部３と振動板１との間の距離がｄ1 であるとき発光部２から一定の放射角度を持って射出され振動板１で反射された反射光は受光部３に入射しない。
【００２０】
図２（ｂ）に示すように距離がｄ1 より大きいｄ2 であるときは発光部２から一定の放射角度を持って射出され振動板１で反射された反射光は受光部３の一部に入射する。さらに、図２（ｃ）に示すように距離がｄ2 より大きいｄ3 であるときは発光部２から一定の放射角度を持って射出され振動板１で反射された反射光は受光部３の全面に入射する。従って、距離がｄ1 からｄ3 まで増加する間に受光部３に入射する光量は直線的に増大する。
【００２１】
図２（ｄ）に示すように距離がｄ3 より大きいｄ4 であるときは発光部２から一定の放射角度を持って射出され振動板１で反射された反射光は受光部３の全面に入射するが、距離が大きくなるにつれて受光部３に入射する光量の振動板１で反射された反射光全体の光量に対する割合は小さくなる。従って、距離がｄ3 より大きくなると受光部３に入射する光量は徐々に減少するようになる。
【００２２】
図３に発光部２および受光部３と振動板１との間の距離ｄと受光部３に入射する光量との関係をグラフとして示す。図３のグラフより発光部２および受光部３と振動板１との間の距離をｄ2 近傍に設定すると、振動板１が垂直方向に微小変位したときに受光部３に入射する光量が直線的に変化し微小変位量が検出されることが分かる。
【００２３】
実施例の振動板１は発光部２から一定の放射角度を持って射出された光を集束光として反射し、受光部付近に集光するので、発散光として反射する従来の振動板４に比べて受光部３に多くの光を受光させることになる。従って、発光部２から射出された全光量と受光部３に入射する光量の間で損失が少なくなり、振動板１の微小変位に対する感度を上げることができる。図７に実施例の変位光量変換装置と従来の変位光量変換装置の発光部２の出射光量に対する受光部３の入射光量比を比較して示す。
【００２４】
実施例は以上のように構成されているが発明はこれに限られず、例えば、振動板の形状は凹球面でなくても発光部２から一定の放射角度を持って射出された発散光を集束光として受光部３付近に集光するような形状であればよく、例えば、放物面やトーリック面等の非球面でもよい。
【００２５】
【発明の効果】
この発明の変位光量変換装置によれば、振動板は発光部から一定の放射角度を持って射出された光を集束光として反射し、受光部付近に集光するするので、発散光として反射する従来の振動板に比べて受光部に多くの光を受光させることになる。従って、発光部から射出された全光量と受光部に入射する光量の間で損失が少なくなり、振動板の微小変位に対する感度を上げることができる。
【００２６】
また、発光部および受光部と振動板との距離を振動板の曲率半径程度とすることにより、発光部および受光部と振動板とを近接させることなく、受光部の受光量を大きくすることができるので設計の自由度および調整精度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例である変位光量変換装置を示す断面図である。
【図２】同変位光量変換装置の変位光量の関係を示す断面図である。
【図３】同変位光量変換装置の変位光量の関係を示すグラフである。
【図４】従来の変位光量変換装置を示す断面図である。
【図５】同変位光量変換装置の変位光量の関係を示す断面図である。
【図６】同変位光量変換装置の変位光量の関係を示すグラフである。
【図７】この発明の実施例である変位光量変換装置と従来の変位光量変換装置の変位受光部入射光量を比較して示すグラフである。
【符号の説明】
１ 振動板
２ 発光部
３ 受光部
４ 振動板

Claims (5)

  1. 発光部と受光部とに振動板を対向させて配置し、前記発光部から発光され前記振動板で反射された光を前記受光部で受光させ、前記振動板の変位が前記受光部の出力に変換される変位光量変換装置において、前記振動板を前記発光部および受光部に対して凹面形状とし、前記発光部から受光部に至る光路の前記振動板の反射面と前記発光部および受光部との間の距離を前記凹面形状の曲率半径とし、前記反射面の垂線が前記発光部および受光部との間を通るように構成した変位光量変換装置。
  2. 前記凹面形状を凹球面とした請求項１の変位光量変換装置。
  3. 前記発光部および受光部が同一のパッケージ内に組み込まれている請求項１または２の変位光量変換装置。
  4. 前記発光部が半導体レーザ素子である請求項１から３のいずれかに記載した変位光量変換装置。
  5. 前記発光部が垂直共振器型面発光レーザ素子である請求項１から３のいずれかに記載した変位光量変換装置。
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