(57)【要約】      （修正有）【課題】外乱の影響を受け難くい干渉型エンコーダの受光用光ファイバを提供する。【解決手段】「絞り」を受光用の光ファイバ１４２に設けることで、コア径Ｄ２の光ファイバ１４２を用いた場合でもノイズ光がコア内に入射しないようにし、光ファイバ１４２の受光側のファイバ端面１４２ｇに、内径Ｄ１の開口２０１を有する絞り板２００を配置する。絞り板２００はレーザ光を透過しない材料で形成されており、支持部２０２によりメカ的に固定されている。干渉信号ビームは開口２０１を通過してコア内に入射するが、ノイズ光は絞り板２００に遮られて光ファイバ内に入射することができない。【選択図】図３
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
干渉型エンコーダの受光用光ファイバであって、
参照光とエンコーダスケールで回折された測定光とを含む干渉信号ビームが入射する光ファイバ素線と、
前記干渉信号ビームが入射する前記光ファイバ素線の端面に設けられ、コア端面が対向する位置にコア径よりも小さな径の開口が形成された絞りと、を備える受光用光ファイバ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、干渉型エンコーダの受光用光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
干渉型エンコーダにおいては、レーザ光源からのレーザ光ビームを送光用光ファイバにより干渉計光学系であるエンコーダヘッドへ送り、エンコーダヘッドからの干渉信号ビームを受光用光ファイバによりディテクタへ送る構成としたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１４−５０７６５５号公報
【考案の概要】
【０００４】
本考案の第１の態様による受光用光ファイバは、干渉型エンコーダの受光用光ファイバであって、参照光とエンコーダスケールで回折された測定光とを含む干渉信号ビームが入射する光ファイバ素線と、前記干渉信号ビームが入射する前記光ファイバ素線の端面に設けられ、コア端面が対向する位置にコア径よりも小さな径の開口が形成された絞りと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、干渉型エンコーダの一例を示す図である。
【図２】図２は、受光用の光ファイバへのビームの入射を説明する図である。
【図３】図３は、光ファイバに設けられた絞りの概略構成を示す図である。
【図４】図４は、光ファイバに対して絞り板およびリング状板材を一体に接着する構成の絞りを示す図である。
【図５】図５は、光ファイバに対して筒状の絞り部材を装着する構成の絞りを示す図である。
【図６】図６は、ファイバ端面に成膜されたアパーチャ膜で構成される絞りを示す図である。
【図７】図７は、モードスクランブラの第１の例を示す図である。
【図８】図８は、モードスクランブラの第２の例を示す図である。
【図９】図９は、モードスクランブラの第３の例を示す図である。
【図１０】図１０は、モードスクランブラの第４の例を示す図である。
【図１１】図１１は、モードスクランブラの第５の例を示す図である。
【図１２】図１２は、モードスクランブラの第６の例を示す図である。
【図１３】図１３は、モードスクランブラの第７の例を示す図である。
【図１４】図１４は、モードスクランブラの第８の例を示す図である。
【図１５】図１５は、モードスクランブラの第８の例の変形例を示す図である。
【図１６】図１６は、モードスクランブラの第９の例を示す図である。
【図１７】図１７は、多角形断面形状のコアを有する光ファイバを示す図である。
【考案を実施するための形態】
【０００６】
以下、図を参照して本考案を実施するための形態について説明する。図１は干渉型エンコーダの一例を示す図であり、光ファイバを備える干渉型エンコーダ１の概略構成を示す。干渉型エンコーダ１は、干渉計光学系であるエンコーダヘッド１００と、エンコーダスケール１１０と、レーザ光源１２０と、ディテクタ１３０と、送光用の光ファイバ１４１と、受光用の光ファイバ１４２と、プロセッサ１５０と、光ファイバ１４２に設けられたスクランブラ１８０とを備える。エンコーダヘッド１００は、第１のコーナーキューブプリズム１０１、第２のコーナーキューブプリズム１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、偏光子１０４およびレンズ１０５，１０６を有する。送光用および受光用の光ファイバ１４１，１４２には、マルチモードファイバが用いられる。図１に示す干渉型エンコーダ１では、測定ビームがエンコーダスケール１１０により２回回折され、エンコーダスケール１１０の位置情報が測定ビームの位相情報に変換される。
【０００７】
レーザ光源１２０からのレーザ光は送光用の光ファイバ１４１によりエンコーダヘッド１００まで伝搬され、レンズ１０５により平行光束とされて偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。偏光ビームスプリッタ１０３に入射した入力ビーム１６０は、測定光ビーム１６１と参照光ビーム１６２とに偏光分離される。なお、ここで「偏光分離」とは、入射ビームをＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離することを意味する。Ｓ偏光成分の測定光ビーム１６１は、偏光分離面１０３ａで反射されてエンコーダスケール１１０へ向かう。Ｐ偏光成分の参照光ビーム１６２は、偏光分離面１０３ａを透過してコーナーキューブプリズム１０１に入射する。
【０００８】
エンコーダスケール１１０は、測定光ビーム１６１を回折させる回折格子１１１を備えている。回折によって発生する所定次数の回折ビーム、例えば、１次回折ビームは、測定光ビーム１６１として使用され、その測定光ビーム１６１はコーナーキューブプリズム１０２によって向きを変えられ、再び回折格子１１１により回折される。回折格子１１１により２度回折された測定光ビーム１６１は、偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。
【０００９】
一方、偏光分離面１０３ａを透過してコーナーキューブプリズム１０１に入射した参照光ビーム１６２は、コーナーキューブプリズム１０１によって向きを変えられ、偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。偏光ビームスプリッタ１０３に戻った測定光ビーム１６１および参照光ビーム１６２は、出力ビームである干渉信号ビーム１７０として偏光ビームスプリッタ１０３から射出される。偏光子１０４は干渉信号ビーム１７０の測定光ビーム成分と参照光ビーム成分とを混合する。
【００１０】
干渉信号ビーム１７０はディテクタ１３０により検出され、検出信号がディテクタ１３０からプロセッサ１５０に送信される。プロセッサ１５０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含み、ディテクタ１３０からの検出信号に基づいて、エンコーダスケール１１０の移動量を算出する。
【００１１】
（受光用光ファイバ）
図２は、受光用の光ファイバ１４２へのビームの入射を説明する図である。図２（ａ）は、コア１４２ｃの径Ｄ１が一般的な５０μｍの場合の光ファイバ１４２ａを示す。一方、図２（ｂ）は、光ファイバ１４２のコア１４２ｄの径Ｄ２が図２（ａ）のコア１４２ｃよりも大きい場合、例えば、Ｄ２＝１０５μｍの場合を示す。参照光ビーム１６１と測定光ビーム１６２とを含む干渉計光学系からの干渉信号ビーム１７０を受光用の光ファイバ１４２，１４２ａへ入射させる場合、干渉信号ビーム１７０はレンズ１０６により焦点に集められ、その干渉信号ビーム１７０のスポットを光ファイバ１４２，１４２ａのコア中心に合わせる。
【００１２】
図１に示したように、干渉計光学系には参照光ビーム１６１と測定光ビーム１６２とを形成するための光学素子が設けられているが、その光学素子において反射ノイズ光も発生する。干渉光学系は、ノイズ光を干渉ビーム１７０と空間的に分離するために、ノイズ光が干渉ビーム１７０とは異なる方向に反射するように、設計されている。光ファイバ１４２，１４２ａにはマルチモードファイバが用いられており、コア径がＤ１＝５０μｍである光ファイバ１４２ａの場合には、コア径Ｄ１が空間フィルタの機能も兼ねている。すなわち、レンズ１０６により集光されたノイズ光１７１が光ファイバ１４２ａのクラッド１４２ｂの部分に当たるように、干渉計光学系が設計されている。
【００１３】
マルチモードファイバのコアに干渉信号ビーム１７０が入射すると、ファイバ内で伝播可能な複数のモードが励起される。励起されるモードはビームが光ファイバ１４２に入射する条件（例えば、入力コーン角、スポット径、軸中心に対する位置など）によって異なるが、ビーム調整誤差によってかなり高次モードまで励起される。
【００１４】
ところで、光ファイバ１４２により干渉信号ビーム１７０を伝搬するときに、モードカップリングが常に発生している。モードカップリングは光ファイバの温度やストレス等の外乱の影響を受け、外乱が変化するとモードカップリングも変化し、干渉信号ビーム１７０の情報も変化することになる。ところで、マルチモードファイバのコア径を大きくするとモードの数が多くなり、モードカップリングが生じたときに平均化効果により外乱の影響を受け難くなる。そのため、光ファイバのコア径を大きくするのが好ましい。しかしながら、図２（ｂ）のようにコア１４２ｄの径Ｄ２を大きくすると、ノイズ光１７１もコア１４２ｄ内に入射してしまうことになる。また、径Ｄ２よりも大きな領域であるクラッド１４２ｅの部分にノイズ光１７１を当てようとすると、干渉計光学系の設計が非常に難しくなる。
【００１５】
そこで、本実施の形態では、図３〜５に示すような「絞り」を受光用の光ファイバ１４２に設けることで、コア径Ｄ２の光ファイバ１４２を用いた場合でもノイズ光１７１がコア内に入射しないようにした。図３（ａ）に示す構成では、光ファイバ１４２の受光側のファイバ端面１４２ｇに、内径Ｄ１の開口２０１を有する絞り板２００を配置する。絞り板２００はレーザ光を透過しない材料で形成されており、支持部２０２により図３（ａ）に示す位置にメカ的に固定されている。干渉信号ビーム１７０は開口２０１を通過してコア内に入射するが、ノイズ光１７１は絞り板２００に遮られて光ファイバ内に入射することができない。
【００１６】
なお、図３（ａ）に示す例では絞り板２００の外径はクラッド１４２ｅの部分の外径よりも大きく設定されているが、コア径Ｄ１よりも大きく設定されていてノイズ光１７１がコア１４２ｄに入射しない大きさであれば良い。また、絞り板２００のファイバ側の面に光を吸収するような表面処理を施しても良いし、図３（ｂ）に示すように、絞り板２００とファイバ端面１４２ｇとの隙間に光を吸収する部材２１０を充填しても良い。
【００１７】
図４に示す構成では、絞り板２００とファイバ端面１４２ｇとの間にワッシャのようなリング状板材２２０を挟み、リング状板材２２０の外径側に接着剤２２１を配して、絞り板２００およびリング状板材２２０を光ファイバ１４２に対して一体に接着する。リング状板材２２０の内径はＤ１（＝５０μｍ）よりも大きく設定され、リング状板材２２０の厚さは５０μｍ以内に設定される。
【００１８】
図５に示す例では、筒状の絞り部材２３０を光ファイバ１４２の受光側の端面部分に装着する。図５（ａ）は、絞り部材２３０が装着された光ファイバの外観を示す図であり、図５（ｂ）は断面図である。絞り部材２３０はレーザ光を透過しない材料で形成されており、絞り部材２３０の端面部２３１には内径Ｄ１の開口２３２が形成されている。干渉信号ビーム１７０は開口２３２を通過してコア内に入射するが、ノイズ光１７１は絞り部材２３０に遮られて光ファイバ内に入射できない。
【００１９】
図６に示す例では、光ファイバ１４２の受光側のファイバ端面１４２ｇに、径Ｄ１の開口２４１を有するアパーチャ膜２４０を成膜する。アパーチャ膜２４０は反射膜でも良いが、吸収膜がより好ましい。干渉信号ビーム１７０は開口２４１を通過してコア内に入射し、ノイズ光１７１はアパーチャ膜２４０に遮られて光ファイバ内に入射できない。
【００２０】
（モードスクランブラ）
上述したように、マルチモードファイバのコア径を大きくするとモードの数が多くなり、モードカップリングが生じたときに平均化効果により外乱の影響を受け難くなる。そこで、本実施の形態では、図１に示すようにモードスクランブラ１８０を設けて、光ファイバ１４２に曲げを強制的に与えることで積極的にモードスクランブルを促進するようにした。モードスクランブラ１８０の具体的な構成としては、以下のような例があげられる。
【００２１】
（第１の例）
図７はモードスクランブラの第１の例を示す図である。図７に示すモードスクランブラ１８０は、固定基板１８１の上に円筒状のピン１８２を複数並べて、それらのピン１８２と波形状の型１８３が設けられた押圧基板１８４との間に光ファイバ１４２を挟み、押圧基板１８４を下方に押圧する構成のものである。このような構成のモードスクランブラ１８１により、１〜２ｍｍピッチで３〜７周期の側圧分布を光ファイバ１４２に与えることでモード平均化効果を得ることができる。
【００２２】
（第２の例）
図８はモードスクランブラの第２の例を示す図である。図８に示すモードスクランブラ１８０は、数本の金属線１８５を光ファイバ１４２の回りに配置し、熱伸縮チューブ１８６で側圧を掛ける構成のものである。寸法Ｌは２０ｍｍ程度でよく、図７に比べて小型化を図れる。
【００２３】
（第３の例）
図９はモードスクランブラの第３の例を示す図である。図９に示すモードスクランブラ１８０は、円弧組み合わせ周期構造の波形状面を有する金型１８７ａ，１８７ｂで光ファイバ１４２を挟む構造のものである。例えば、ｄ＝１ｍｍ、Ｒ＝１５ｍｍ、ｈ＝８．３４μｍとし、円弧の周期は１〜２ｍｍ程度とする。
【００２４】
（第４の例）
図１０はモードスクランブラの第４の例を示す図である。図１０（ａ）はモードスクランブラ１８０を側方から見た図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ矢視図である。図１０に示すモードスクランブラ１８０は、２個のマンドレル１８８ａ，１８８ｂに対して光ファイバ１４２を襷掛けに８の字に掛け回す構造のものである。マンドレル１８８ａ，１８８ｂの直径は３０ｍｍ程度とする。光ファイバ１４２をマンドレル１８８ａに対して左巻き、マンドレル１８８ｂに対して右巻きで巻き付けることで、モードスクランブルのバランスが取れる。また、光ファイバ１４２をマンドレル１８８ａ，１８８ｂに掛け回した状態でマンドレル１８８ａ，１８８ｂの中心間隔を変えるような力を与えることで、光ファイバ１４２に掛かる力を変えることが可能である。
【００２５】
（第５の例）
図１１はモードスクランブラの第５の例を示す図である。図１１に示すモードスクランブラ１８０は、半径ａの円柱１８９ａ，１８９ｂに光ファイバ１４２をピッチｂで螺旋状に巻き付ける構成のものである。この場合、光ファイバ１４２の曲率半径Ｒは次式（１）で表される。
Ｒ＝（ａ２＋ｂ２）/ａ    …（１）
したがって、ａ＝３ｍｍであっても、ｂを６ｍｍ程度とすればＲを１５ｍｍ程度とすることができる。第５の例の場合も、光ファイバ１４２を円柱１８９ａに右巻き、円柱１８９ｂに左巻きの順で行うことで、左右のバランスを取ることができる。
【００２６】
（第６の例）
図１２はモードスクランブラの第６の例を示す図である。図１２に示すモードスクランブラ１８０は、光ファイバ１４２を保持部１９１に保持し、複数の押圧ピン１９２ａ，１９２ｂにより光ファイバ１４２に側圧を印加する構成のものである。光ファイバ１４２に歪を与えるとモードが乱される。光ファイバ１４２が貫通する保持部１９１の穴１９１ａの内径は、光ファイバ１４２の外径より僅かに大きく設定されている。各押圧ピン１９２ａ，１９２ｂは、保持部１９１の穴１９１ａの軸方向に沿って所定間隔Ｓで交互に設けられている。所定間隔Ｓは、１〜２ｍｍ程度に設定される。押圧ピン１９２ａの押圧力Ｆａの方向と押圧ピン１９２ｂの押圧力Ｆｂの方向とは、光ファイバ１４２の周方向に関して９０度ずれている。
【００２７】
（第７の例）
図１３はモードスクランブラの第７の例を示す図である。図１３に示すモードスクランブラ１８０は、光ファイバ１４２を上流のファイバ１４２Ａ、下流のファイバ１４２Ｂに分け、上流の射出のfar field像を下流のファイバ１４２Ｂの入射端に結像するものである。上流のファイバ１４２Ａにはコリメータ１９３ａが接続され、下流側のファイバ１４２Ｂにもコリメータ１９３ｂが設けられている。コリメータ１９３ａとコリメータ１９３ｂとの間にはリレーレンズ１９４が設けられている。
【００２８】
（第８の例）
図１４はモードスクランブラの第８の例を示す図である。図１４に示す構成では、受光用の光ファイバ１４２を構成するピグテールファイバ素線を熱容量の大きい金属筐体１９５に格納するようにした。モードスクランブラ１８０は、光ファイバ１４２の温度を安定化させるために、金属筐体１９５に密着するように固定する。金属筐体１９５の出口にＭＰＯコネクタ１９６を設け、それに不図示の中継ファイバを接続する。
【００２９】
なお、図１４において、光ファイバ１４２のモードスクランブラを行う長さが２０ｍｍ程度であってもスクランブル効果がある場合には、図１５に示すように金属筐体１９５にＭＰＯコネクタ１９６を設けないで、ＭＰＯコネクタが付いたピグテールケーブルをそのまま用いることが可能である。
【００３０】
（第９の例）
また、モードスクランブラとして、ファイバーコア径変換によるモード混合を利用しても良い。例えば、図１６（ａ）に示すようにコア径の異なるファイバ、例えば、コア径Ｄ１＝１０５μｍのファイバ３００とコア径Ｄ２＝５０μｍのファイバ３０１とを融着により接続すると、コア径が変わる所でモードが乱される。また、図１６（ｂ）に示すように、コア径がテーパ形状に変化するファイバ３０２を用いても良い。一例として、コア径Ｄ１のファイバ３０２を加熱して引き延ばして、コア径Ｄ２のファイバ部３０２ａを形成する。例えば、Ｄ２＝１０５μｍのファイバ３０３を加熱して引き延ばし、コア径５０μｍのファイバ部３０３ａを形成する。ファイバ部３０３ａでは、引き延ばしによりファイバ外径も細くなっている。コア径Ｄ２の開口数ＮＡは、コア径Ｄ１に対して径の比の逆数分で大きくなる。ここで、モードスクランブラを進行する光が細いコア径の部分から太いコア径の部分に進行することが好ましい。モードスクランブラを進行する光が太いコア径の部分から細いコア径の部分に進行するようにした場合には、光の蹴られが生じて精度の悪化を招く恐れがあるため、好ましくない。
尚、第９の例では、異なるコア径のファイバ３００、３０１を互いに融着したが、コネクタを用いて互いを接続してもよい。
【００３１】
上述した実施の形態や例では、光ファイバのコアは断面形状が円形であったが、図１７に示すような多角形断面形状のコア４０１の光ファイバ４００を用いても良い。クラッド４０２の断面形状は円形であるが、コア４０１の断面形状は、図１７（ａ）では正六角形、図１７（ｂ）では長方形、図１７（ｃ）では正方形である。コア４０１の断面形状を多角形にすると、円形び比べて対称性が悪い分だけモードが乱れやすい。多角形コアのファイバ４００によって光のモードを平均化することで、外乱の影響を抑えることが可能である。
【００３２】
なお、以上では、上述の第1の例から第９の例に示したモードスクランブラや、多角形断面形状のコアは、上述の絞り部材２３０を備える光ファイバ１４２と併用するものとしたが、絞り部材２３０を備えない通常の、例えばコア径が５０μｍの光ファイバに対してこれらのモードスクランブラや多角形断面形状のコアを用いてもよい。
これらのモードスクランブラにより、モードカップリングの悪影響を低減することができる。
【００３３】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本考案はこれらの内容に限定されるものではない。本考案の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本考案の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１…干渉型エンコーダ、１００…エンコーダヘッド、１１０…エンコーダスケール、１２０…レーザ光源、１３０…ディテクタ、１４１，１４２，１４２ａ，３００〜３０２，４００…光ファイバ、１４２ｃ、１４２ｄ、４０１…コア、１４２ｇ…ファイバ端面、１７０…干渉信号ビーム、１７１…ノイズ光、１８０…モードスクランブラ、２００…絞り板、２０１，２３２，２４１…開口、２３０…絞り部材、２３１…端面部、２４０…アパーチャ膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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