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JPS5833522B2 - mechanical light modulator - Google Patents
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JPS5833522B2 - mechanical light modulator - Google Patents

mechanical light modulator

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JPS5833522B2
JPS5833522B2 JP55154814A JP15481480A JPS5833522B2 JP S5833522 B2 JPS5833522 B2 JP S5833522B2 JP 55154814 A JP55154814 A JP 55154814A JP 15481480 A JP15481480 A JP 15481480A JP S5833522 B2 JPS5833522 B2 JP S5833522B2
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light
optical fiber
mechanical
space
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昭 和地
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    • G02B26/02Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光の変調器に関し、特に、光フアイバ素子を
通過する光の機械的な変調装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to light modulators and, more particularly, to mechanical modulators of light passing through an optical fiber element.

更に詳しくは、光の変調方法として、従来、単結晶に電
場をかげて偏光面の回転を利用した電気光学光変調方式
や圧電現象を利用して媒体の屈折率を変化させる音響光
学光変調方式が光通信関係で実用化されているが、本発
明は、力又は変位等の機械的な入力で光ファイバの通過
光量を変調する純機械的な変調方式に関するものである
More specifically, conventional light modulation methods include electro-optic light modulation, which utilizes the rotation of the plane of polarization by applying an electric field to a single crystal, and acousto-optic light modulation, which utilizes piezoelectric phenomena to change the refractive index of the medium. has been put into practical use in optical communications, but the present invention relates to a purely mechanical modulation method that modulates the amount of light passing through an optical fiber using a mechanical input such as force or displacement.

第1図a、b、cは従来における光ファイバの機械的な
通過光量変調方法を示している。
FIGS. 1a, b, and c show a conventional method for mechanically modulating the amount of light passing through an optical fiber.

図において、1は入力光ファイバ、2は出力光ファイバ
3はシャッタを夫々示す。
In the figure, 1 indicates an input optical fiber, 2 indicates an output optical fiber, and 3 indicates a shutter.

第1図aはシャッタ3の偏位りを機械的に加減し、出力
光ファイバ20通過光量を変調する方式第1図すは芯ず
れ型の変調方法であり、芯ずれ量りを加減して光を変調
する。
Figure 1a shows a method of mechanically adjusting the deviation of the shutter 3 to modulate the amount of light passing through the output optical fiber 20. Modulate.

第1図Cは角度ずれ型であり、角度θを加減して光を変
調する。
FIG. 1C shows an angle shift type, in which the light is modulated by adjusting the angle θ.

その他の方法として、同軸上に端面を向き合わせた光フ
ァイバの端面間距離を加減して光を変調する方式、又は
光ファイバの曲げによる損失の増加を利用する方法等も
あるが、これらの方法は−般に感度が悪く、それ程利用
されてはいない。
Other methods include modulating the light by adjusting the distance between the end faces of optical fibers whose end faces face each other on the same axis, or using the increase in loss due to bending of the optical fiber. generally have poor sensitivity and are not widely used.

第1図の入力、出力用光ファイバ1,20代表的寸法と
して、コア径100μ扉、コアよりも屈折率の低いクラ
ッドの径は150μ扉程度のものが多い。
Typical dimensions of the input and output optical fibers 1 and 20 in FIG. 1 are that the core diameter is 100 μm, and the diameter of the cladding, which has a lower refractive index than the core, is often about 150 μm.

コア、クラッドとして、石英を利用した無機系のものと
、アクリル樹脂等を利用した有機系のもの、或いは、コ
アに石英を利用し、クラッドにシリコン樹脂を使用した
無機、有機の組合セ型が使用されている。
For the core and cladding, there are inorganic types using quartz, organic types using acrylic resin, etc., or inorganic and organic combination types using quartz for the core and silicone resin for the cladding. It is used.

また、コア内の屈折率が一定なマルチモード・ステップ
インデックス型ファイバと、コアの中心はど屈折率の大
きくなったマルチモード・グレーテイソトインデックス
型ファイバとがある。
There are also multimode step-index fibers in which the refractive index within the core is constant, and multimode gray-sotoindex fibers in which the refractive index is increased at the center of the core.

これらの外に、コア径が数μ屏とイウヨうに極端に細く
なったシングルモード型ファイバも存在する。
In addition to these, there are also single-mode fibers with extremely thin core diameters of several micrometers.

本発明においては上記のどの型のファイバでも使用でき
るが、最後のシングルモード型ファイバは光コネクタの
芯合せが困難なために、実用上難点がある。
Although any of the above-mentioned types of fiber can be used in the present invention, the last single-mode fiber is difficult to align in an optical connector, and therefore has practical difficulties.

クラッドを含めた光ファイバの外径は150μ扉程度で
あるので、第1図のような変調方式を構成する場合の光
ファイバの芯合せが難しい。
Since the outer diameter of the optical fiber including the cladding is about 150 μm, it is difficult to align the optical fiber when configuring the modulation method as shown in FIG.

うまく合ったにしても、その状態を保持するのが同様に
難しい。
Even if it fits well, it is equally difficult to maintain it.

光ファイバの端面へのごみの付着に対しても弱い。It is also vulnerable to dust adhering to the end face of the optical fiber.

端面への結露等でも障害が起きる。また、水、その他の
液体中で使用しようとすると、水あかの発生、気泡の端
面への付着等により短時間で障害を受けてしまうのが実
状である。
Trouble can also occur due to condensation on the end face. Furthermore, when attempting to use the device in water or other liquids, it is a reality that problems occur in a short period of time due to water scale formation, air bubbles adhering to the end surface, and the like.

結局のところ、第1図a、b、cに示すような従来の方
式は研究室等の好環境下で短時間だけ使用できるに過ぎ
ない。
After all, conventional methods such as those shown in FIGS. 1a, b, and c can only be used for short periods of time in favorable environments such as laboratories.

本発明は先行技術に内在する上記欠点を除去する為にな
されたものであり、従って本発明の目的は、芯合せ等の
厄介な操作を必要とすることがなく、しかも悪環境下で
も経年的に劣化することのない、信頼性の高い新規な機
械的変調装置を提供することにある。
The present invention has been made in order to eliminate the above-mentioned drawbacks inherent in the prior art, and therefore, the object of the present invention is to eliminate the need for troublesome operations such as alignment, and to maintain stability over time even under adverse environments. The object of the present invention is to provide a novel mechanical modulation device that is highly reliable and does not deteriorate over time.

本発明の他の目的は、小型にして廉価に構成し得る新規
な光変調器を得ると共に、悪環境の工業的な条件でも満
足に動作する廉価で信頼性の高い新規な工業計器を提供
することにある。
Another object of the present invention is to obtain a novel optical modulator that can be made compact and inexpensive, and to provide a novel industrial instrument that is inexpensive and highly reliable and operates satisfactorily even under harsh industrial conditions. There is a particular thing.

本発明の上記諸目的は、弾性体の細孔内に第1及び第2
の光ファイバを挿入し、該第1及び第2の光ファイバの
両端面間を一定距離だけ離隔して光ファイバが存しない
光変調空間を構成し、該光変調空間の弾性的間げにより
通過光量を変調することを特徴とした機械的光変調装置
、によって達成される。
The above-mentioned objects of the present invention are such that the first and second
An optical fiber is inserted, and a light modulation space in which no optical fiber exists is formed by separating the end faces of the first and second optical fibers by a certain distance, and the light modulation space is passed through by an elastic gap in the light modulation space. This is achieved by a mechanical light modulator that modulates the amount of light.

次に本発明をその良好な一実施例について図面を参照し
ながら具体的に説明しよう。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be specifically explained with reference to the drawings.

第2図は本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

図において、参照番号11は入力光ファ不バ、12は出
力光ファイバ、14は光ファイバ11゜12が通る毛細
管を夫々示している。
In the figure, reference number 11 indicates an input optical fiber, 12 indicates an output optical fiber, and 14 indicates a capillary tube through which the optical fibers 11 and 12 pass.

入出力光ファイバ11,12の端面15,16間には光
ファイバが存在しない。
No optical fiber exists between the end faces 15 and 16 of the input and output optical fibers 11 and 12.

後述されるように、光は端面15.16間の空間で変調
されるので、以下この空間を変調空間と定義する。
As will be described later, since light is modulated in the space between the end faces 15 and 16, this space will hereinafter be defined as a modulation space.

毛細管14は金属またはプラスチック材料等により形成
される。
The capillary tube 14 is made of metal, plastic material, or the like.

入出力光ファイバ11.12はコアにクラッドがなされ
ているが、第2図ではクラッドは省略されている。
The input/output optical fibers 11 and 12 have a cladding on the core, but the cladding is omitted in FIG. 2.

今、ここで、入力光ファイバ11を固定し、出力光ファ
イバ12を第2図の破線にて示すように角度θだげ曲げ
ると、変調空間が破線のように曲り、出力ファイバ12
0通過光量が減少する。
Now, if the input optical fiber 11 is fixed and the output optical fiber 12 is bent by an angle θ as shown by the broken line in FIG.
The amount of 0-pass light decreases.

出力光ファイバ12の振れ角θを角周波数ωでθ−θm
sinωtで振動させた場合を第3図aに示している
The deflection angle θ of the output optical fiber 12 is expressed as θ−θm at the angular frequency ω.
The case of vibration at sinωt is shown in FIG. 3a.

この場合の通過光量を第3図すに示す。The amount of transmitted light in this case is shown in FIG.

振れ角θを振動させる具体的方法については後述する。A specific method for vibrating the deflection angle θ will be described later.

第3図すにおいて、曲線Aは毛細管14の内壁を粗面化
するか又は黒色塗料を塗って黒化した場合を示している
In FIG. 3, curve A shows the case where the inner wall of the capillary tube 14 is blackened by roughening it or painting it with black paint.

入出力ファイバ11.12が第2図のように一直線上に
ある場合に限り光が通過する。
Light passes only if the input and output fibers 11,12 are in a straight line as shown in FIG.

わずかの振れ角があると、光は毛細管内壁で吸収されて
しまい、出力光量がゼロになってしまうので、曲線Aの
ようにシャープなパルス状出力になる。
If there is a slight deflection angle, the light will be absorbed by the inner wall of the capillary tube, and the amount of output light will become zero, resulting in a sharp pulse-like output as shown by curve A.

第3図すの曲線Bは毛細管14の内壁の黒化度を落した
場合を示している。
Curve B in FIG. 3 shows the case where the degree of blackening of the inner wall of the capillary tube 14 is reduced.

この場合には、内壁で反射した光の一部が出力光ファイ
バ12に入るので、出力光量が増加している。
In this case, a portion of the light reflected by the inner wall enters the output optical fiber 12, so the amount of output light increases.

曲線Cは毛細管14の内壁をほぼ鏡面にした場合を示す
Curve C shows the case where the inner wall of the capillary tube 14 has a substantially mirror surface.

この場合には、通過光量が更に増加するが、毛細管内壁
での光の吸収が殆んどないために、光はロスなしに通過
し、曲線C中の交流成分が小さくなってしまう。
In this case, the amount of passing light further increases, but since there is almost no absorption of light by the inner wall of the capillary, the light passes without loss, and the alternating current component in curve C becomes small.

後述するように、本発明においてはこの交流成分を利用
するので、曲線Cは好ましくない。
As will be described later, the present invention utilizes this alternating current component, so curve C is not preferable.

従って、出力波形中の交流分を太き(するような適度の
黒化度が必要である。
Therefore, it is necessary to have an appropriate degree of blackening, such as thickening the AC component in the output waveform.

第3図すから明らかなように、本発明における機械的角
周波数はωであるが、出力光量中の交流分の基本波の角
周波数は2ωになる。
As is clear from FIG. 3, the mechanical angular frequency in the present invention is ω, but the angular frequency of the fundamental wave of the AC component in the output light amount is 2ω.

このような振れ角変調器で実用上重要な点は、通過光量
中の交流分が大きいこと、微小な振れ角で光量が急変す
ることの二点である。
The two points that are practically important in such a deflection angle modulator are that the amount of alternating current in the amount of passing light is large, and that the amount of light changes suddenly at a small deflection angle.

一般にマルチモード・ステップインデックス型ファイバ
を白色光源で使用すると、第2図の端面15から射出さ
れる光は頂角約20°で変調空間内をコーン状に広がっ
てしまう。
Generally, when a multimode step-index fiber is used as a white light source, the light emitted from the end face 15 in FIG. 2 spreads in a cone shape in the modulation space with an apex angle of about 20 degrees.

そのために、出力ファイバが入力ファイバと一直線上に
あっても、出力ファイバの端面16に入る光はわずかな
ものになり、大部分は毛細管14の内壁で吸収されてし
まう。
Therefore, even if the output fiber is in line with the input fiber, only a small amount of light enters the end face 16 of the output fiber, and most of it is absorbed by the inner wall of the capillary tube 14.

コーン状の光の広がりを少なくするには、入力ファイバ
の端面15に隣接して微小な集光レンズを置くのは有効
である。
In order to reduce the spread of cone-shaped light, it is effective to place a minute condensing lens adjacent to the end face 15 of the input fiber.

出力ファイバの端面16の直前にレンズを配置するのも
非有効である。
Placing a lens just in front of the end face 16 of the output fiber is also ineffective.

レンズと等価的な作用をするロンドレンズを配置するの
も有効である。
It is also effective to arrange a Rondo lens that functions equivalently to the lens.

入出力光ファイバの両端面間に、コアと屈折率のマツチ
した透明な固体又は液体を満すのも亦効果的である。
It is also effective to fill the space between both end faces of the input and output optical fibers with a transparent solid or liquid whose refractive index matches that of the core.

このような媒体は整合剤と呼ばれる。Such a medium is called a matching agent.

光の広がりを防止すると共に端面でのフレネル反射損を
減少させる。
Prevents light spreading and reduces Fresnel reflection loss at the end face.

第2図の破線17に示すように、変調空間の毛細管を紙
面に垂直な平面により押しつぶして、光路をせばめると
、わずかの振れ角の変化で光量が急変し、出力波形がパ
ルス状になり、後続の波形整形が有利になる。
As shown by the broken line 17 in Fig. 2, when the capillary tube in the modulation space is crushed by a plane perpendicular to the plane of the paper to narrow the optical path, the amount of light changes suddenly with a slight change in the deflection angle, and the output waveform becomes pulse-like. , subsequent waveform shaping becomes advantageous.

参照番号17のように押しつぶすと、曲げ角θにより毛
細管の表面に発生する応力が減少し、振動による毛細管
の疲労破損の点でも有利になる。
Crushing as shown in reference numeral 17 reduces the stress generated on the surface of the capillary tube due to the bending angle θ, and is also advantageous in terms of fatigue failure of the capillary tube due to vibration.

押しつぶす代りに、変調空間を引き伸して変調空間の円
形断面積を小さくしても同様な効果がある。
Instead of squishing, the same effect can be obtained by stretching the modulation space and reducing the circular cross-sectional area of the modulation space.

第2図の出力光ファイバの端面16に反射鏡を置けば、
入力光ファイバ11からの光が再び入力光ファイバ11
に戻る。
If a reflecting mirror is placed on the end face 16 of the output optical fiber in Fig. 2,
The light from the input optical fiber 11 returns to the input optical fiber 11
Return to

この戻りの光はやはり振れ角θで変調される。This returning light is also modulated by the deflection angle θ.

戻り光は入射光から簡単に分離できるので、この反射方
式では、出力光コア、イバ12は不要となり、入力光フ
ァイバが出力光ファイバを兼用し、一本のファイバです
むことになる。
Since the returned light can be easily separated from the incident light, this reflection method eliminates the need for the output optical core and fiber 12, the input optical fiber also serves as the output optical fiber, and only one fiber is required.

上記説明で明らかなように、光ファイバを毛細管中に通
すことにより、その毛細管によって入出力光ファイバの
芯が自動的に一致してしまうので、従来における如きわ
ずられしい芯合せの操作が必要ない。
As is clear from the above explanation, when an optical fiber is passed through a capillary tube, the cores of the input and output optical fibers are automatically matched by the capillary tube, so the troublesome alignment operation required in the past is necessary. do not have.

一旦毛細管中に挿入された光ファイバの芯及び端面ば毛
細管14に保護されるから、経年的に劣化することがな
い。
Since the core and end face of the optical fiber once inserted into the capillary tube are protected by the capillary tube 14, they will not deteriorate over time.

即ち、変調空間は毛細管14により保護されているので
、ごみ又は結露等により劣化することがなく、悪環境下
でも高い信頼性を維持することができる。
That is, since the modulation space is protected by the capillary tube 14, it will not deteriorate due to dust or condensation, and high reliability can be maintained even under adverse environments.

また毛細管14の材質の選択により、腐蝕性の気体、液
体中でも十分な信頼性を持って動作するので、その実用
上の効果が大きい。
In addition, by selecting the material of the capillary tube 14, it can operate with sufficient reliability even in corrosive gases and liquids, which has great practical effects.

更にまた、変調空間の領域内における毛細管をつぶして
光路をせばめることにより、わずかな振れ角の変化によ
り光変調が可能な点も実用上極めて有利な効果がある。
Furthermore, by collapsing the capillary tubes in the modulation space and narrowing the optical path, light modulation can be achieved with a slight change in the deflection angle, which is extremely advantageous in practice.

第2図は本発明の最も簡単な一実施例であるが、振れ角
θを大きくとり、光スィッチの作用を持たせれば、複数
個の変調空間を直列、並列に接続することによって、O
R回路、AND回路、その他の論理回路が構成できるの
で、複数個の機械的入力に応答する複雑な論理回路が実
現できる。
Fig. 2 shows the simplest embodiment of the present invention, but if the deflection angle θ is set large and the function of an optical switch is provided, the O
Since R circuits, AND circuits, and other logic circuits can be configured, complex logic circuits that respond to multiple mechanical inputs can be realized.

このような光スィッチでは、あらかじめ変調空間を曲げ
て、光を遮断状態にしておき、機械的入力で入出力光フ
ァイバを一直線上になるようにして光を通過させる方式
(常閉接点)と、これの逆である機械的入力で変調空間
を曲げる方式(常開接点)とがある。
In such optical switches, the modulation space is bent in advance to block light, and the input and output optical fibers are aligned in a straight line using mechanical input to allow the light to pass (normally closed contact). There is a method (normally open contact) that bends the modulation space using mechanical input, which is the opposite of this.

以上説明した本発明の一実施例においては、説明の便宜
上、毛細管を使用したが、毛細管は不可欠のものではな
い。
In the embodiment of the present invention described above, a capillary tube is used for convenience of explanation, but the capillary tube is not essential.

例えば、細孔をうがった弾性体内に入出力光ファイバを
対向させて変調空間を構成し、弾性体を曲げれば、毛細
管と同じように、光が変調されることは明らかである。
For example, if a modulation space is formed by arranging input and output optical fibers to face each other in an elastic body with pores cut out, and the elastic body is bent, it is clear that light will be modulated in the same way as in a capillary tube.

尚、第2図において、出力光ファイバ12の端面16を
出力光ファイバ12の中心軸に対して斜めにカットして
おくと、振れ角θ−θm5inωtで振動させた場合の
出力光の交流分の基本角周波数を2ωではなく、ωにす
ることもできる。
In FIG. 2, if the end face 16 of the output optical fiber 12 is cut obliquely with respect to the central axis of the output optical fiber 12, the alternating current component of the output light when vibrated at the deflection angle θ-θm5inωt is The fundamental angular frequency can also be set to ω instead of 2ω.

次いで第4図を参照するに、そこには本発明とほぼ同様
の目的を達成できる機械的光変調装置の参考例として示
されている。
Referring now to FIG. 4, there is shown a reference example of a mechanical light modulation device that can achieve substantially the same objectives as the present invention.

第4図において、111は入力光ファイバ11のコア、
112は入力光ファイバ11のクラッド、121は出力
光ファイバ12のコア、122は出力光ファイバ12の
クラッドを夫々示している。
In FIG. 4, 111 is the core of the input optical fiber 11;
Reference numeral 112 indicates the cladding of the input optical fiber 11, 121 indicates the core of the output optical fiber 12, and 122 indicates the cladding of the output optical fiber 12.

入力光ファイバ11と出力光ファイバ12は、本参考例
においては、連続した同一のものであり、その同一の光
フアイバ素子のうちの長さLだけクラッド部分を剥離し
、その剥離した部分にクラツド材よりも屈折率の大きい
材料によって形成された全反射防止材18が例えばコー
ティングにより被覆されている。
In this reference example, the input optical fiber 11 and the output optical fiber 12 are continuous and identical, and the cladding portion of the same optical fiber element is stripped by a length L, and a cladding is attached to the stripped portion. A total reflection preventing material 18 made of a material having a higher refractive index than the material is covered with, for example, a coating.

ここで、入力光ファイバ11からの光のうちで、ファイ
バ軸に平行またはそれに極めて近い光19だげが出力光
ファイバ12のコア12□に達する。
Here, of the light from the input optical fiber 11, only the light 19 parallel to or very close to the fiber axis reaches the core 12□ of the output optical fiber 12.

この光量は入力光ファイバ光量の約1/100またはそ
れ以下の光量である。
This amount of light is about 1/100 or less of the amount of light input into the optical fiber.

大部分の光はファイバ軸に平行でないので、距離りの部
分を通過するうちに全反射防止材18の内壁に当接する
Since most of the light is not parallel to the fiber axis, it comes into contact with the inner wall of the total reflection prevention material 18 while passing through the distance.

全反射防止材18の屈折率はクラッド112又は122
よりも大きくコアのそれに近く採られているので、全反
射防止材内壁に当った光は全反射せずに、参照番号20
にて示すようにファイバコア外に逃げてしまう。
The refractive index of the total reflection prevention material 18 is cladding 112 or 122.
Since it is larger and closer to that of the core, the light that hits the inner wall of the total anti-reflection material is not totally reflected.
As shown in , it escapes to the outside of the fiber core.

今、入力光ファイバ11を固定し、出力光ファイバ12
の角度θをθ=θm5inωtで振動させた場合の通過
光量は、前記本発明と同じように、第3図すのようにな
る。
Now, fix the input optical fiber 11 and connect the output optical fiber 12.
When the angle θ of is oscillated at θ=θm5inωt, the amount of passing light is as shown in FIG. 3, as in the case of the present invention.

第3図すの波形Aは全反射防止材18の屈折率が大きく
、コーテング幅りが長い場合であり、鋭いパルス性の光
量になるが、通過光量の絶対値が小さいので、信号処理
のためには大きな増幅度が必要である。
Waveform A in Figure 3 is when the refractive index of the total reflection prevention material 18 is large and the coating width is long, resulting in a sharp pulsed light quantity, but since the absolute value of the passing light quantity is small, it is necessary for signal processing. requires a large degree of amplification.

波形Bはコーテング部分が適度の屈折率、黒化度、幅り
を持った場合であり、最も好ましい。
Waveform B is the most preferable since the coated portion has an appropriate refractive index, degree of blackening, and width.

波形Cは光ファイバのクラッドを剥離しない場合であり
、曲げによる光のロスは殆んどない。
Waveform C is a case where the cladding of the optical fiber is not peeled off, and there is almost no loss of light due to bending.

全反射防止材18は、必ずしも塗布する必要はなく、モ
ールド等で固着させてもよい。
The anti-total reflection material 18 does not necessarily need to be coated, and may be fixed using a mold or the like.

また、その外径もクラッドと同一である必要はない。Further, its outer diameter does not need to be the same as that of the cladding.

更にまた、第4図のように、長さLだげの区間のクラッ
ドを全面的に剥離する必要はなく、局部的に、多数個所
を剥離して全反射防止材をコーテングしても同様な効果
を得ることは明らかである。
Furthermore, as shown in Figure 4, it is not necessary to completely peel off the cladding in the section with length L, but it is possible to locally peel it off in many places and coat it with total anti-reflection material. It is clear that the effect is obtained.

第4図に示した上記参考例は、入出力光ファイバのコア
が連続しているので、前記した本発明と同じように、芯
合せの操作が必要ではなく、経年的に劣化することがな
い等の長所を有する。
In the reference example shown in FIG. 4, the cores of the input and output optical fibers are continuous, so like the present invention described above, there is no need for alignment operations and there is no possibility of deterioration over time. It has the following advantages.

また、本参考例では、毛細管を必ずしも必要としないで
、全般的に製作が容易である。
Furthermore, this reference example does not necessarily require a capillary tube, and is generally easy to manufacture.

金属性の毛細管で保護する必要のない用途も多い。There are many applications that do not require protection with metallic capillaries.

そのような場合には、前記本発明より本参考例の方がよ
り適している。
In such a case, this reference example is more suitable than the present invention.

全反射防止材を固着した部分のコアを細く引伸せば、わ
ずかな曲りで光が変調されるのは本発明と同様である。
Similarly to the present invention, if the core of the portion to which the anti-total reflection material is fixed is stretched thinly, light can be modulated by slight bending.

第4図におけるLの右端でコアを軸に直角に切断して、
この面に鏡を装着すればコア11、からの光の一部は鏡
で反射され、再びコア111にもどる。
Cut the core at right angles to the axis at the right end of L in Figure 4,
If a mirror is attached to this surface, part of the light from the core 11 will be reflected by the mirror and return to the core 111 again.

このもどり光も本発明と同じように曲げ角度で変調され
ることは明らかである。
It is clear that this returning light is also modulated by the bending angle in the same way as in the present invention.

第5図は本発明をカルマン渦流量計に応用した場合の一
使用例を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing an example of application of the present invention to a Karman vortex flowmeter.

第6図は第5図の右側パイプを外した場合の側面図、第
7図は第5図の7−γ線に沿って切断し矢印の方向に見
た断面図、第8図は光変調部分の拡大断面図である。
Figure 6 is a side view when the right pipe in Figure 5 is removed, Figure 7 is a sectional view taken along the 7-γ line in Figure 5 and seen in the direction of the arrow, and Figure 8 is light modulation. It is an enlarged sectional view of a part.

第5図〜第8図において、参照番号30はパイプを示し
、このパイプ30内を流体が矢印31の方向に流れる。
5 to 8, reference numeral 30 indicates a pipe through which fluid flows in the direction of arrow 31. In FIGS.

パイプ30の端部に形成された7ランジ32によりリン
グ状ガスケット33をはさみ、ボルト34で固定してい
る。
A ring-shaped gasket 33 is sandwiched between seven flanges 32 formed at the end of the pipe 30 and fixed with bolts 34.

リング状ガスケット33の内径はパイプ30の内径に等
しくなっている。
The inner diameter of the ring-shaped gasket 33 is equal to the inner diameter of the pipe 30.

流体の流れに対して直角に且つ直径方向にカルマン渦発
生体35が挿着されている。
A Karman vortex generator 35 is inserted perpendicularly to the fluid flow and diametrically.

渦発生体35の両端は接続体36により前記リング状ガ
スケット33に固着されている。
Both ends of the vortex generator 35 are fixed to the ring-shaped gasket 33 by connecting bodies 36.

カルマン渦発生体35は、第1図に示されるように、断
面が台形状に形成され、あるレイノルズ数の範囲内で規
則的なカルマン渦列37を発生する。
As shown in FIG. 1, the Karman vortex generator 35 has a trapezoidal cross section and generates a regular Karman vortex street 37 within a certain Reynolds number range.

ここで、渦列37の発生周波数をf、パイプ30内の流
体の平均流速をV、渦発生体350幅をDとすると、周
波数fは で表わされる。
Here, when the generation frequency of the vortex row 37 is f, the average flow velocity of the fluid in the pipe 30 is V, and the width of the vortex generator 350 is D, the frequency f is expressed as follows.

但し、Stはストローノ・ル数と呼ばれる無次元量であ
って、約0.18の値を持つ定数である。
However, St is a dimensionless quantity called the Stronoll number, and is a constant having a value of about 0.18.

周波数fと平均流速Vは正比例関係にあるので、周波数
fを測定することにより、平均流速V、すなわち、流体
の流量を知ることができる。
Since the frequency f and the average flow velocity V are directly proportional, the average flow velocity V, that is, the flow rate of the fluid, can be determined by measuring the frequency f.

また、逆に、流体の流量又は流れの速度を変化させるこ
とにより、周波数f、すなわち、変調周波数が変化する
から、本カルマン流量計はそのまま光変調装置として使
用し得ることは明白である。
Conversely, since the frequency f, that is, the modulation frequency, changes by changing the flow rate or velocity of the fluid, it is clear that the present Karman flowmeter can be used as it is as an optical modulation device.

カルマン渦発生体35の下流側には、尾翼38が取付け
られている。
A tail fin 38 is attached to the downstream side of the Karman vortex generator 35.

尾翼38と渦発生体35の接続部にはくびれ部39が形
成されている。
A constriction 39 is formed at the connection between the tail 38 and the vortex generator 35.

カルマン渦の発生周波数に応じた周波数で尾翼38は矢
印40のように振動する。
The tail 38 vibrates as indicated by an arrow 40 at a frequency corresponding to the frequency at which the Karman vortex is generated.

窓41があるために、尾翼38の振動は更に容易になる
The presence of the window 41 further facilitates the vibration of the tail fin 38.

入力光ファイバ11が光コネクタ(図示せず)を経由し
て渦発生体35内を破線にて示すように通されている。
The input optical fiber 11 is passed through the vortex generator 35 as shown by the broken line via an optical connector (not shown).

入力光ファイバ11かも入力された入力光はくびれ部3
9で変調を受けて出力光ファイバ12から外部へ取出さ
れる。
The input light input from the input optical fiber 11 is also transmitted to the constriction part 3.
The signal is modulated at 9 and taken out from the output optical fiber 12.

第8図はくびれ部39の拡大断面図である。FIG. 8 is an enlarged sectional view of the constricted portion 39.

渦発生体35と尾翼38間の(びれ部39内を毛細管1
4が通されている。
Between the vortex generator 35 and the tail 38 (inside the fin 39, the capillary 1
4 has been passed.

入力光ファイバ11と出力光ファイバ12が毛細管14
内を通され、それらの端面間に変調空間42を構成して
いる。
Input optical fiber 11 and output optical fiber 12 are connected to capillary tube 14
A modulation space 42 is formed between the end faces thereof.

尾翼38の振動による変調空間420曲り(弾性変形)
のために、通過光量が変調される。
Modulation space 420 bending (elastic deformation) due to vibration of tail 38
Therefore, the amount of passing light is modulated.

渦発生体35、尾翼38等の材質は被測定流体で決まる
ことになるが、金属よりもプラスチックの方が望ましい
The material of the vortex generator 35, tail fin 38, etc. will be determined by the fluid to be measured, but plastic is more desirable than metal.

第5図〜第1図から明らかなように、渦発生体35及び
尾翼38はパイプ30の中心軸に対して軸対称になって
いるので、プラスチック材料で一体成形するのが容易で
ある。
As is clear from FIGS. 5 to 1, the vortex generator 35 and the tail fin 38 are axially symmetrical with respect to the central axis of the pipe 30, so it is easy to integrally mold them from a plastic material.

プラスチック材料として、ポリアセクール樹脂、ポリプ
ロピレン樹脂又は弗素樹脂等が適度の弾性係数、耐蝕性
の点で有利である。
As the plastic material, polyacecool resin, polypropylene resin, fluororesin, etc. are advantageous in terms of appropriate elastic modulus and corrosion resistance.

ゴム等のエジストマも適している。Elastomas such as rubber are also suitable.

ただし、渦発生体が振動するのは好ましくないので、そ
の場合には振動防止用リブを挿入する必要がある。
However, it is undesirable for the vortex generator to vibrate, so in that case it is necessary to insert vibration-preventing ribs.

第8図の毛細管14は不可欠ではないが、金属毛細管に
あらかじめ光ファイバを通しておいた方がモールド作業
が容易である。
Although the capillary tube 14 shown in FIG. 8 is not essential, it is easier to mold the optical fiber by passing the optical fiber through the metal capillary tube in advance.

第5図〜第7図はパイプ内の流速測定例を示しているが
、変形として、渦発生体を棒状に長(形成し、その先端
に尾翼を取付ければ、大気中の風速の測定もできる。
Figures 5 to 7 show examples of measuring the flow velocity in a pipe, but as a modification, if the vortex generating body is formed into a long bar and a tail is attached to the tip, the wind velocity in the atmosphere can also be measured. can.

また、長い渦発生体に複数個の尾翼を取付ければ、流速
分布の測定も可能であり、水路等の流速分布の測定に便
利である。
Furthermore, by attaching a plurality of tail blades to a long vortex generating body, it is possible to measure the flow velocity distribution, which is convenient for measuring the flow velocity distribution in waterways and the like.

第8図に示した本使用例においては、光変調部として第
2図に示した本発明を使用した場合を示しているが、第
4図に示した参考例による光変調部をそのまま置換でき
ることは説明するまでもないことは明らかである。
In the usage example shown in FIG. 8, the present invention shown in FIG. 2 is used as the light modulation section, but the light modulation section according to the reference example shown in FIG. 4 can be directly replaced. It is clear that there is no need to explain.

カルマン渦を利用した従来のこの種装置として、カルマ
ン渦を熱的に検出するもの、差圧として検出するもの、
超音波で検出するもの、渦による尾翼振動を磁気的に検
出するもの、カルマン渦発生の反作用として渦発生体に
作用する交番力を圧電素子又はストレンゲージで測定す
るもの等がある。
Conventional devices of this kind that utilize Karman vortices include those that detect Karman vortices thermally, those that detect them as differential pressure,
There are methods that use ultrasonic waves to detect vibrations, methods that magnetically detect vibrations of the tail blade caused by vortices, and methods that use piezoelectric elements or strain gauges to measure the alternating force that acts on the vortex generator as a reaction to the generation of the Karman vortex.

これらの方式はそれぞれ一長一短があるが、共通的な欠
点として次の(1)〜(4)があげられる。
Each of these methods has its advantages and disadvantages, but the following (1) to (4) are common disadvantages.

(1)概して複雑であると共に、高価である。(1) Generally complex and expensive.

(2)電気的方式を使っているために、爆発に対する安
全性に問題がある。
(2) Because it uses an electrical method, there is a safety problem against explosions.

(3)上記(2)と同じ理由で、電磁気的な誘導に弱い
(3) For the same reason as (2) above, it is vulnerable to electromagnetic induction.

(4)小口径の流量測定が苦手であり、内径約50mm
程度が最小である。
(4) It is difficult to measure the flow rate of small diameters, and the inner diameter is approximately 50mm.
The degree is minimal.

本使用例によるカルマン渦流量計は上記の欠点を全て解
決している。
The Karman vortex flowmeter according to this application example solves all of the above drawbacks.

モールドにより一体成形が可能であるために、極めて廉
価に構成することができる。
Since it can be integrally formed by molding, it can be constructed at an extremely low cost.

光方式を使っているために、爆発に対しては本質的に安
全であり、電磁気的な誘導がない。
Because it uses an optical method, it is inherently safe against explosions and has no electromagnetic induction.

パイプ内径10mm位までは十分に実用化でき、パイプ
内径の下限を制限する因子が少い等の特長を有し、実用
上の効果が大きい。
It can be fully put into practical use for pipes with inner diameters of up to about 10 mm, has the advantage of having few factors that limit the lower limit of the pipe inner diameter, and has great practical effects.

カルマン渦発生体35の断面形状は、本使用例において
は、第7図に見られるように、台形型に形成されている
が、台形型に限らず、円形、三角形等様々の形状を採り
得るものであり、要は広いレイノルズ数範囲でカルマン
渦を安定に発生するものであれば良い。
In this usage example, the cross-sectional shape of the Karman vortex generator 35 is formed into a trapezoidal shape, as shown in FIG. In short, any material that stably generates Karman vortices over a wide range of Reynolds numbers is sufficient.

また、第5図〜第8図のくびれ部39、窓41は不可欠
のものではなく、これらは設けなくてもよい。
Furthermore, the constriction 39 and window 41 shown in FIGS. 5 to 8 are not essential, and may not be provided.

測定範囲を広げようとすると、必然的に尾翼38、くび
れ部39か弱くなる。
If an attempt is made to widen the measurement range, the tail fin 38 and constriction 39 will inevitably become weaker.

生産工程中又は過大入力時の破損を防止するために、尾
翼38の振動振幅を制限するストッパを必要に応じて設
置することは実用上有用である。
In order to prevent damage during the production process or when excessive input is applied, it is practically useful to install a stopper that limits the vibration amplitude of the tail fin 38 as necessary.

前記説明ではこのストッパは省略されている。This stopper has been omitted in the above description.

前記した本使用例では、くびれ部39により光を変調し
たが、代りに、尾翼全体を柔らかく形成して曲がりやす
くすれば、光変調部を尾翼内で構成しても良いことは明
らかである。
In this usage example described above, the light is modulated by the constricted portion 39, but it is clear that the light modulating portion may be formed within the tail fin instead by forming the entire tail fin to be soft and bendable.

また、光ファイバ、毛細管は断面形状を円形としたが、
必ずしも円形である必要はなく、だ円形、正方形等でも
作用、効果に大差はない。
In addition, although the optical fiber and capillary tube have a circular cross-sectional shape,
It does not necessarily have to be circular; oval, square, etc. will have the same effect and effect.

円形の方が入手が容易であるだけの差にすぎない。The only difference is that the circular shape is easier to obtain.

以上本発明をその良好な実施例について説明したが、そ
れは単なる例示的なものであり、制限的意味を有するも
のでないことは勿論である。
Although the present invention has been described above with reference to its preferred embodiments, it goes without saying that these are merely illustrative and do not have a limiting meaning.

従って、本発明の精神から逸脱することなく、本発明は
前記した以外にも種々の変更を加えて実施し得るが、そ
れらの変形、変更はすべて本願発明の範囲内に包含され
るものである。
Therefore, without departing from the spirit of the present invention, the present invention may be implemented with various modifications other than those described above, but all such modifications and changes are included within the scope of the present invention. .

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

第1図a、b、cは従来における機械的な光の変調方法
の原理説明図、第2図は本発明の一実施例の原理説明図
、第3図a、bは本発明の詳細な説明する為の図、第4
図は本発明と類似の構成例を参考的に示す原理説明図、
第5図は本発明をカルマン渦流量計に適用した場合の一
使用例を示す断面図、第6図は第5図の右側パイプを除
去して示す側面図、第7図は第5図の7−7線に沿って
切断し矢印の方向に見た断面図、第8図は光変調部分の
拡大断面図である。 1.11・・・・・・入力光ファイバ、111.12、
・・・・・・コア、112.122・・・・・・クラッ
ド、2,12・・・・・・出力光ファイバ、3・・・・
・・シャッタ、14・・・・・・毛細管、15,16−
・・・・・光ファイバの端面、18・・・・・・全反射
防止材、30・・・・・・パイプ、32・・・・・・フ
ランジ、33・・・・・・リング状ガスケット、34■
・・ボルト、35・°°・°°カルマン渦発生体、36
・・・・・・接続体、37・・・・・・カルマン渦、3
8・・・・・・尾翼、39・・・・・・くびれ、41・
・・・・・窓、42・・・・・・変調空間。
Figures 1a, b, and c are diagrams explaining the principle of a conventional mechanical light modulation method, Figure 2 is a diagram explaining the principle of an embodiment of the present invention, and Figures 3a and b are detailed diagrams of the present invention. Diagram for explanation, No. 4
The figure is a principle explanatory diagram showing an example of a configuration similar to the present invention for reference.
Fig. 5 is a sectional view showing an example of use when the present invention is applied to a Karman vortex flowmeter, Fig. 6 is a side view of Fig. 5 with the right side pipe removed, and Fig. 7 is a side view of Fig. 5. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line 7-7 and viewed in the direction of the arrow, and is an enlarged cross-sectional view of the light modulation portion. 1.11...Input optical fiber, 111.12,
... Core, 112.122 ... Clad, 2,12 ... Output optical fiber, 3 ...
...Shutter, 14... Capillary, 15, 16-
...End face of optical fiber, 18 ... Total reflection prevention material, 30 ... Pipe, 32 ... Flange, 33 ... Ring-shaped gasket , 34■
・・Bolt, 35・°°・°°Karman vortex generator, 36
...Connection body, 37...Karman vortex, 3
8...Tail, 39...Neck, 41.
...Window, 42...Modulation space.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 弾性体の細孔内に第1及び第2の光ファイバを挿入
し、該第1及び第2の光ファイバの両端面間を一定距離
だけ離隔して光ファイバが存しない光変調空間を構成し
、該光変調空間の弾性的変形により前記第1及び第2の
光フアイバ間の通過光量を変調することを特徴とした機
械的光変調装置。 2 前記弾性体として金属またはプラスチック材料によ
り形成された毛細管を使用したことを更に特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の機械的光変調装置。 3 前記光変調空間内に屈折率が前記光ファイバのコア
の屈折率に一致した透明な液体または固体を封入したこ
とを更に特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
記載の機械的光変調装置。 4 前記光変調空間内レンズまたはロンドレンズを挿着
したことを更に特徴とする特許請求の範囲第1項または
第2項記載の機械的光変調装置。 5 前記光変調空間を押しつぶして光の通路なせばめた
ことを更に特徴とする特許請求の範囲第1項または第2
項記載の機械的光変調装置。 6 前記光変調空間を引伸ばして光の通路の円形断面積
をせばめたことを更に特徴とする特許請求の範囲第1項
または第2項記載の機械的光変調装置。 7 前記光変調空間の一端に反射鏡を挿着したことを更
に特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の
機械的光変調装置。 8 前記第2の光ファイバの端面にファイバ軸に対して
傾斜を持たせたことを更に特徴とする特許請求の範囲第
1項または第2項記載の機械的光変調装置。 9 前記光変調空間の内壁を黒化したことを更に特徴と
する特許請求の範囲第1項〜第8項記載の機械的光変調
装置。
[Claims] 1. First and second optical fibers are inserted into the pores of an elastic body, and the optical fibers exist with a certain distance between the end surfaces of the first and second optical fibers. 1. A mechanical light modulation device comprising: a light modulation space in which the light modulation space does not move; and an amount of light passing between the first and second optical fibers is modulated by elastic deformation of the light modulation space. 2. The mechanical light modulation device according to claim 1, further characterized in that a capillary tube made of metal or plastic material is used as the elastic body. 3. The mechanical device according to claim 1 or 2, further characterized in that a transparent liquid or solid whose refractive index matches the refractive index of the core of the optical fiber is sealed in the light modulation space. Light modulator. 4. The mechanical light modulation device according to claim 1 or 2, further characterized in that the light modulation space intra-space lens or Rondo lens is inserted. 5. Claim 1 or 2 further characterized in that the light modulation space is compressed to form a light path.
Mechanical light modulation device as described in . 6. The mechanical light modulation device according to claim 1 or 2, further characterized in that the light modulation space is expanded to narrow the circular cross-sectional area of the light path. 7. The mechanical light modulation device according to claim 1 or 2, further comprising a reflecting mirror inserted at one end of the light modulation space. 8. The mechanical light modulation device according to claim 1 or 2, further characterized in that the end face of the second optical fiber is inclined with respect to the fiber axis. 9. The mechanical light modulation device according to claims 1 to 8, further characterized in that the inner wall of the light modulation space is blackened.
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