专利名称：相位调制器件、相位调制器件组体及光传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及对光导纤维通过赋予机械性应力以施加光学相位调制的相位调制器 件，以及使用该相位调制器件的光传感器。
背景技术：
以前，关于使用了对光导纤维赋予机械性应力以施加光学相位调制的相位调 制器件的光传感器，已提出了各种传感器。作为这种光传感器，例如已知有日本特开 2006-208080号公报“光导纤维振动传感器”(专利文献1)的图1 (a)、(b)中记载的，日本特 开平6-265361号公报“相位调制器及使用了该相位调制器的光旋转检测装置”(专利文献 2)的图1中记载的，日本特表2002-510795号公报“基于萨尼亚克干涉计的光导纤维声传感 器阵列”(专利文献3)的图2中记载的，以及日本特开2007-40884号公报“反射型光导纤 维电流传感器”(专利文献4)的图1中记载的光传感器。作为在这些光传感器中使用的相 位调制器件，使用了日本实公平2-6425号公报“光导纤维型相位调制器”(专利文献5)的 图1中记载的相位调制器件，以及日本特开平5-297292号公报“光导纤维相位调制器”(专 利文献6)的图1 图6和图8 图10中记载的相位调制器件。但是，现有技术中有如下的技术问题。使用了专利文献5的图1中记载的相位调 制器件的光传感器，在压电元件的周围缠绕偏振面保持光纤来构成了相位调制器件。在该 光传感器的相位调制器件的情况下，由于压电元件的伸缩，缠绕在它上面的偏振面保持光 纤在长度方向上伸缩，利用这时的偏振面保持光纤的2个光传播轴的传播常数差的变化来 对光施加相位调制。但是，若随机地在压电元件上缠绕偏振面保持光纤，则在2个光传播轴 上传播的光的传播光量的差异变大，根据缠绕方法而有可能成为仅使其在1个光传播轴上 传播的相位调制器件。这是因为，如日本专利第3006205号公报“光导纤维偏振器件”(专 利文献7)的图6中记载的光导纤维偏振器件和下述非专利文献1 非专利文献5中记载 的光导纤维偏振器件那样，通过使偏振面保持光纤的光传播轴的一方与圆筒状卷线筒的直 径方向一致地缠绕在圆筒状卷线筒上来构成光纤偏振器件，作为结果，一方的光传播轴的 光被消光。因此，在没有对偏振面保持光纤的2个光传播轴进行控制而通过缠绕在圆筒状 或圆柱状的压电元件上而构成的相位调制器件的光，具有其有效的光信号光量成分降低、 且除了相位调制以外产生强度调制等本来的相位调制功能降低的问题，有相位调制器件的 制作成品率恶化和光传感器的测定精度降低的问题。使用了如专利文献6的图1 图6、图8 图10中所公开的那样的相位调制器件 的光传感器，是专利文献5的图1中所公开的光传感器的扩展型，使用了通过从外部向光导 纤维施加机械应力来赋予相位调制的相位调制器件。这些光传感器与专利文献5的光传感 器同样，没有对偏振面保持光纤的2个光传播轴的控制加以考虑，在使光信号成分在2个光 传播轴上传播，对其一方赋予相对的相位调制的情况下，根据偏振面保持光纤的光传播轴 的朝向而传播光量损失，另外，由施加到偏振面保持光纤上的侧压也引起光量损失，有产生 光强度调制的问题，作为结果，有光传感器的测定精度降低的问题。
在光传感器中，除了上述相位调制器件以外，还存在许多以线圈状缠绕偏振面保 持光纤而构成的部位。专利文献7的图6中记载的光导纤维偏振子是其一例，除此以外，专 利文献4的图1中公开的反射型光导纤维电流传感器中的延迟用光纤线圈、专利文献1的 图1的光导纤维振动传感器中的振动传感器线圈部分12、专利文献2的图1中记载的相位 调制器及使用了它的光旋转检测装置中的读出环(七>〉> ^ &一 )6等也符合。在从 外部对这些线圈状的偏振面保持光纤的部位施加振动和热冲击时，产生依存于偏振面保持 光纤的线圈形状和卷线筒形状的共振振动和共振收缩。作为振动源，还可以通过已经记载 的相位调制器件的伸缩振动在本来不打算的部分上进行传播来产生。一发生共振振动和共 振收缩，就由这些共振现象产生偏振面保持光纤的伸缩，按照与上述相位调制器件同样的 原理，在偏振面保持光纤中产生了相位差。这些是与本来打算控制的相位差不同的误差相 位差，作为结果，具有光传感器的特性恶化，降低了测定精度的问题。另外，在一种使用了相位调制器件的光传感器中，在对光学上连接根据光信号运 算被测定物理量的信号处理单元和光传感器之间的非线圈状的以传送光信号为目的的送 光用偏振面保持光纤，从外部施加同样的共振现象的情况下，也在偏振面保持光纤上传播 的光中产生误差相位差，作为结果，有使光传感器的特性恶化，使测定精度降低的问题。例 如，在作为保护管的铁管中插入上述送光用偏振面保持光纤而构成的光传感器的情况下， 仅通过对铁管施加一点点振动和声音，就在铁管内部产生声音的驻波和振动的驻波，即引 起共振现象，作为结果，有由共振现象产生偏振面保持光纤的伸缩，由偏振面保持光纤的伸 缩而在偏振面保持光纤中传播的光产生成为误差的相位差，使光传感器的特性恶化，使测 定精度降低的问题。专利文献3的图2中记载的光传感器的情况下，在传感器线圈部以外 的送光用偏振面保持光纤中受到声音的影响而产生相位差是其误差原因，因此，对于送光 用偏振面保持光纤具有降低声音的影响的课题。专利文献1 日本特开2006-208080号公报专利文献2 日本特开平6-265361号公报专利文献3 日本特表2002-510795号公报专利文献4 日本特开2007-40884号公报专利文献5 日本实公平2-6425号公报专利文献6 日本特开平5-297292号公报专利文献7 日本专利第3006205号公报# # W ^； K 1 :F. Defornel, Μ. P. Varnham and D. N. Payne :“Finite cladding effects in highly birefringent fibre taper-polarisers", Electron. Lett. ,20,10, P398-P399(May 1984)非特许文 M 2 :M. P. Varnham, D. N. Payne, A, J. Barlow and E. J. Tarbox “Coiled-birefringent-fiber polarizers", Opt. Lett. ,9,7,p306-p308 (July 1984)非特许文献 3 :Κ· Okamoto :‘‘Single-polarization operation in highly birefringent optical fibers", Appl. Opt.，23，15，p2638_p2642(Aug. 1984)# # i午文 ^ 4 :K. Okamoto, Τ. Hosaka and J. Noda "High-birefringence polarizing fiber with flat cladding，，，IEEE J. Lightwave Technol. , LT-3,4, p758-p762 (Aug. 1985)
非特许文献 5 J.Messerly，J. R. Onstott and R. C. Mikekelson :"A broad-band single polarization optical fiber", IEEE J.Lightwave Technol. ,9,7, p817-p820(July-1991)# # W JC ^ 6 :Muskhelishvili, N. I. ,"some basic problems of the mathermatical theory of elasticity" (P.Noordhoff, Groningen, holland,1953), P324-328非特许文献 7 Smith, Α. Μ.，Electronics Letters, vol. 16，No. 20，p773_p774， 1980
发明内容
本发明鉴于以上现有技术的问题，其目的在于提供一种使用了相位调制特性优良 的相位调制器件的光传感器，该光传感器的抗外部振动和热冲击性能强，并且能进行高精 度测定。本发明的一个特征在于，一种相位调制器件，该相位调制器件是在圆筒状或圆柱 状的致动器的周围卷装偏振面保持光纤而构成，所述致动器的主体具有诱发机械振动的特 性，所述偏振面保持光纤具有相互正交的2个光传播轴，并在相对于上述2个光传播轴都成 大约45°的方向上受到由上述机械振动所产生的机械应力。本发明的另外特征在于，一种相位调制器件，该相位调制器件是在圆筒状或圆柱 状的致动器的周围卷装偏振面保持光纤而构成，该致动器的主体具有诱发机械振动的特 性，该偏振面保持光纤具有相互正交的2个光传播轴，并且对上述2个光传播轴施加大致各 向同性的机械应力。本发明的其他特征在于，一种相位调制器件，该相位调制器件是在圆筒状或圆柱 状的致动器的周围以规定的扭转率缠绕偏振面保持光纤而构成，该致动器的主体具有诱发 机械振动的特性，该偏振面保持光纤具有相互正交的2个光传播轴。本发明的其他特征在于，一种相位调制器件组体，将相位调制器件组装在防振材 料中而构成，所述相位调制器件的结构是，在圆筒状或圆柱状的致动器的周围卷装偏振面 保持光纤而构成，所述致动器的主体具有诱发机械振动的特性，所述偏振面保持光纤具有 相互正交的2个光传播轴，并在相对于上述2个光传播轴都成大约45°的方向上受到由上 述机械振动所产生的机械应力。本发明的另外的特征在于，一种光传感器，具有光敏部，测定被测定物理量；信 号处理单元，根据来自上述光敏部的光信号运算规定的物理量；以及光导纤维，在光学上 连接上述光敏部和信号处理单元之间，上述光导纤维是具有2个光传播轴的偏振面保持光 纤，使光分别在上述偏振面保持光纤的2个光传播轴上传播，作为上述偏振面保持光纤，使 用了对于拉应力的上述2个光传播轴的传播常数差的变化小的偏振面保持光纤。本发明的再另外的特征在于，一种光传感器，具有光敏部，测定被测定物理量； 信号处理单元，根据来自上述光敏部的光信号运算规定的物理量；以及光导纤维，光学上连 接上述光敏部和信号处理单元之间，在除了相位调制器件以外的由线圈状的偏振面保持光 纤构成的光学元件上，作为上述偏振面保持光纤，使用了对于拉应力的2个光传播轴的传 播常数差的变化小的偏振面保持光纤。
根据本发明，通过利用对于拉应力的在偏振面保持光纤内传播的光的相位变化的 差异，在相位调制器件、送光用偏振面保持光纤、线圈状偏振面保持光纤光学元件中使用适 当的偏振面保持光纤，能够实现能进行高精度测定的光传感器。
图1是一般的相位调制器件的工作说明图。图2是说明伴随着一般的偏振面保持光纤的伸缩的传播光的相位变化的图表。图3是对光导纤维施加横向载荷时的应力的说明图。图4是对光导纤维施加纵向载荷时的应力的说明图。图5是表1。图6是作为偏振面保持光纤的熊猫型光纤、蝴蝶结光纤、椭圆芯光纤的各自的剖 视图。图7是对偏振面保持光纤施加应力时的举动的说明图。图8是对偏振面保持光纤以相对于其光学轴45°角度射入直线偏振光时的传播 偏振光状态的说明图。图9是试样1的熊猫型光纤(包层直径125 μ m)的光纤的伸长率与相位变化的关 系的图表。图10是试样2的熊猫型光纤(包层直径125 μ m)的光纤的伸长率与相位变化的 关系的图表。图11是试样3的熊猫型光纤(包层直径80 μ m)的光纤的伸长率与相位变化的关 系的图表。图12是试样4的蝴蝶结光纤(包层直径125 μ m)的光纤的伸长率与相位变化的 关系的图表。图13是试样5的蝴蝶结光纤(包层直径80 μ m)的光纤的伸长率与相位变化的关 系的图表。图14是试样6的椭圆芯光纤(包层直径80 μ m)的光纤的伸长率与相位变化的关 系的图表。图 15 是表 2。图16是本发明的第一实施方式的相位调制器件的说明图。图17是本发明的第二实施方式的相位调制器件的说明图。图18是本发明的第三实施方式的相位调制器件的说明图。图19是本发明的第四实施方式的光传感器的说明图。图20是在本发明的第五实施方式的光传感器中使用的偏振面保持光纤的说明 图。图21A是在本发明的第六实施方式的光传感器中使用的偏振面保持光纤的立体 图和剖视图。图21B是在本发明的第六实施方式的光传感器中使用的另外的偏振面保持光纤 的剖视图。图22A是在本发明的第七实施方式的光传感器中使用的偏振面保持光纤的立体图。图22B是在本发明的第七实施方式的光传感器中使用的另外的偏振面保持光纤 的剖视图。图23是本发明的第八实施方式的相位调制器件组体的立体图。图24是本发明的第九实施方式的光学元件的立体图。
具体实施例方式以下，根据附图详细说明本发明的实施方式。(相位调制器件的工作原理)首先，关于相位调制器件的工作原理进行说明。图1的相位调制器件101是在压 电元件PZT(压电管)101的周围缠绕偏振面保持光纤102来构成的。使用偏振面保持光纤 102是为了使互不相关的光分别在偏振面保持光纤的2个光学轴上进行传播。对PZTlOl施 加规定波形形状的电压，使缠在PZTlOl周围的偏振面保持光纤102伸缩。这时的电压波形 可以是正弦波、锯齿形波、三角波、矩形波中任何一个。偏振面保持光纤102随着PZTlOl的 伸缩而产生相位变化。图2是对PZTlOl施加正弦波作为规定的电压波形，对在偏振面保持光纤102内传 播的光赋予正弦波的相位调制时的图像图。该图(a)示出偏振面保持光纤102的伸缩长度 的变化，该图(b)示出伴随着伸缩的χ轴的相位变化，该图(c)示出伴随着伸缩的y轴的相 位变化，该图(d)示出伴随着伸缩的χ轴、y轴间的相对相位变化。在偏振面保持光纤102 的2个光学轴(χ轴、y轴)上产生的相位变化一般不相等。因此，在某一方光学轴上传播 的光相对地受到相位变化(图2的情况下，在χ轴上传播的光相对地受到相位变化)，作为 结果，仅能够对在单方光学轴上传播的光施加有效的相位调制。在此，是否能够利用偏振面 保持光纤102的伸缩来对光施加充分的相位变化这点十分重要。在偏振面保持光纤102上传播的光受到相位变化，这在物理上是由随着光导纤维 伸缩的双重折射的变化所引起的。利用光导纤维的伸缩，对光导纤维施加应力，并且产生随 着伸缩的截面形状的变化。根据以上几点，伴随着光导纤维伸缩的双重折射的变化△ β可 以用[数学式1]Δ β = Δ β s+ Δ β G表示。在此，Δ ^^是伴随着伸缩应力的双重折射变化，Δ β e是伴随着截面形状 变化的双重折射变化。另外，伴随着伸缩应力的双重折射变化Δ i3s能够分解成由伴随着PZTlOl直径方 向伸缩的光传播方向上的拉应力(纵载荷应力)所产生的双重折射变化△ Psz和由伴随着 PZTlOl直径方向伸缩的光纤直径方向上的横载荷应力所产生的双重折射变化Δ i3Sr。[数学式2]Δ β s = Δ β S z+A β S r若假设伴随着光纤伸缩的截面形状相对地进行变化，则伴随着截面形状变化的双 重折射变化Δ 0G就成为ΔβΘ —0，可以忽视。从而，必须要对Δ 0^和Δ 哪个更明显 出现进行评价。以下，关于对光导纤维施加横向载荷和纵向载荷的各个情况，在理论上对相位变化进行评价。(1)对光导纤维施加横向载荷的情况根据非专利文献6的Muskhelishvili，对从外部对圆柱施加了横向载荷矢量F时 的圆柱中心轴(ζ轴)上的作用应力进行数学分析。即，如图3所示，假设圆柱105的直径 为d，在圆柱中心轴上，在外力F的方向上[数学式3]
6Fσ F 丨丨=-
π 的压缩应力发生作用，在垂直于外力F的方向上[数学式4] 2FCTfi =-
π 的拉应力发生作用。这些作用应力集中作用在ζ轴附近。如非专利文献7中记载，可知在把光导纤维 当作圆柱105的情况下，这些作用应力作用在芯子部分的微小区域上，这些作用应力的总 和在本质上同样地作用。从而，在ζ轴附近(芯子区域)作用在外力F方向(//方向)上的应力就成为[数学式5]
Γπ \8Fσ 丨丨=~{σΡΙΙ + 戊厂丄)=-
πα在此，带负号是因为由外力F在ζ轴上向外力F方向作用压缩应力。根据以上，丄轴方向和ζ轴方向的各个作用应力成为[数学式6]
8尸σ ± = _ νσ 〃 =-
π
Γ π8尸σζ = σ± --
π 在此，ν是圆柱105、即光导纤维的泊松比。假设光导纤维的纵弹性模量为Ε，则各个方向的变形如下表示。[数学式7]
σ,, SFS U = ~-=--
E π Ed
「 SvF6·± = — = -= ε ζ
E π Ed接着，根据光弹性理论计算平行方向(//方向)、垂直方向(丄方向)各自的折射 率变化Δη。[数 8]//方向Αη / = --^"X PuSi
9
=+ ρηεη + ρ13ε3)= -Z^G11S" ++ P12。) Γ η3 ( 。 、8F= - —(- JP11 + 2vP]1)——
2πΕα在此，η是无载荷状态下的光纤芯子的折射率，Pli是光导纤维的光弹性常数。假 设光导纤维是各向同性介质，P13 = ρ12。此外，使[数9]ε j = ε “，ε 2 = ε 丄，ε 3 = ε ζ[数学式10]丄方向
ΓΠΛ"3^Δ 凡A,
Z 1=1= -+ Ρηεη + Pn^i)=—"^"(P11S丄 ++ ρ12、’)
γ "3/χ SF= --KrvPu ~ Pm + νΡη)—Γ7
2πΕα在此，使[数学式11]ε j = ε 丄，ε 2 = ε “，ε 3 = ε ζ与//方向不同，在丄方向中，￡1与ε 2出现差异是因为作用应力的方向相对于光 弹性常数相差90°。根据以上，横向载荷矢量F所产生的光导纤维的芯子的折射率变化Δη为如下。[数学式12]An = ISnll - An1=—(/ -ρ12Xl +F)^-
πEd接着计算由横向载荷F产生的光导纤维的芯子的折射率变化Δη所导致的相位变 化率Δ φ/φ。在此，相位差Φ被如下定义。[数学式13]
2 TtnL φ =-
Ψ λ在此，L是光导纤维的长度，λ是光的波长。从而，相位变化率Δ φ/φ可以如下展开。[数学式14] 在此，AL/L是光导纤维长度的变化率，等于ζ方向的变形。
(2)对光导纤维施加纵向载荷的情况下面，如图4所示，考虑在光导纤维的光传播方向上力发生作用的情况(纵向载荷 的情况)。首先，ζ轴、r轴方向的各个应力如下[数学式17] FFAF =+ pnsr + ρ[2εζ )=VP]]￡ ~ VPn￡ + ^12 ^ ^
3=〒((P丨丨+ P12 > _ P12 >在此，假设光导纤维是各向同性介质，P13 = P120此外，使[数学式20]ε j = ε 2 = ε r, ε 3 = ε ζ根据以上结果，计算由纵向载荷F产生的光导纤维芯子的折射率变化Δη所导致 的相位变化率Δ Φ/Φ，则为如下[数学式21]
Δ ζ AL An ~—=——+——
φ L η
2
=εζ +^"((Pll + P\2y ~ Ρη)ε
/ 2 \
=l ++ Ρ\ι \ ~ Pu) ε
V 1乂
(Λ η2 ((χ Ql AF
=1 + —iXPu +PnF- Pn ) -TTTT 、 2jπEd
=^2(3)由施加到光导纤维上的载荷所产生的相位变化的评价根据上述的对于横向载荷、纵向载荷的光导纤维的相位变化率S” S2，对实际上哪 个载荷的影响大进行评价。以下，将光导纤维作为一般的石英单模纤维进行评价。再有，石 英单模纤维的物性值如图5的表1所总结。首先，对于横向载荷的相位变化率S1评价为[数学式22]= [ ν + η1 (ρλ ,-PnXl + ν))-—
πΕα=(2χ0.17 + 1.452 χ(0·121-0·270)(1 + 0.17))-^f--
^ χ 730 χ 10 χ 125 χ 10=—3.7x10—9.尸在此，F是N (牛顿)单位。接着，对于纵向载荷的相位变化率S2评价为如下[数学式23]
12
在此，F也是N(牛顿)单位。从而，S2 >> S1，对于纵向载荷的相位变化占有支配地位，对于横向载荷的相位变 化则可以忽视。以上是有关一般的石英单模纤维的考察，但由于在PZTlOl周围缠有偏振面保持 光纤102，因此，有必要对横向载荷和纵向载荷对于偏振面保持光纤102的影响进行评价。 通过从外部向光纤芯子施加应力，偏振面保持光纤102诱发双重折射，或者利用光纤芯子 的形状诱发双重折射，在使沿着双重折射的方向的直线偏振光传播的情况下，构成了能够 保持着该偏振状态传播直线偏振光的光纤(参照图6)。即，可以认为是始终对光导纤维施 加一定的横向载荷的状态(参照图7)。再有，图6(a)是熊猫型光纤111，该图(b)是蝴蝶 结光纤112。它们通过被赋予应力而形成双重折射。然后，该图(c)是椭圆芯光纤113，利 用芯子形状形成双重折射。图7示出了对单模光纤114施加了一定的横向载荷时，由其外 力诱发的双重折射轴的状态。从而可以作出结论即使从外部进一步对偏振面保持光纤102施加了横向载荷变 化矢量AF，相位变化部分是因AF而引起的变化部分，也比纵向载荷所产生的变化充分 小。从而，对偏振面保持光纤102也评价为纵向载荷是相位变化的主要原因。(4)偏振面保持光纤的纵向载荷的影响(基于光纤种类的相位变化差异)图1中示出的在PZTlOl周围缠绕偏振面保持光纤102而构成的相位调制器件 100，通过PZTlOl的直径方向伸缩变位所产生的偏振面保持光纤102的伸缩(纵向载荷)而 产生相位变化。这时，对于偏振面保持光纤102的2个光学轴分别产生相位变化，各个轴的 相位变化的相对差成为有效的相位变化部分。因此，什么类型的偏振面保持光纤对纵向载 荷产生哪种相位变化很重要。根据以上几点，以下关于对图6(a)中示出的熊猫型光纤111、 该图(b)中示出的蝴蝶结光纤112、该图(c)中示出的椭圆芯光纤113的3种偏振面保持光 纤赋予了纵向载荷时的相位变化进行评价。在偏振面保持光纤的2个光学轴上传播的光的电场成分E遵照下述式子。再有， 为了简便，假设各传播光的电场强度同是&。[数学式24]Ex = E0 exp (ω -βχ · ζ)Ey = E0 exp i ( ω t- β y · ζ)在此，ω是光的角频率，β χ、β y是偏振面保持光纤102的各光学轴的光的传播常 数。为了简便，若移位相位，则成为如下[数学式邪]Ex = E0 exp i (ω t_ ( β χ- β χ) · ζ) = E0 exp i (ω t_ δ β · ζ)
Ey = E0 exp i cot在此，δ β = i3x-i3y是偏振面保持光纤102的各光学轴间的传播常数差。从而，以入射角45°射入偏振面保持光纤102的光传播轴的直线偏振光，成为偏 振状态按照δ β -ζ = 2η η周期如图8所示跳动(beat)。根据以上，用以下式子定义跳动
长度Lbo[数学式沈] 另外，若对偏振面保持光纤施加纵向载荷，则折射率变化，结果各光学轴的传播常 数变化。用数学式表示为[数学式27] Ey = E0 exp i cot从而，在对偏振面保持光纤施加了纵向载荷的情况下，在偏振面保持光纤中传播 的光的相位发生变化，作为结果，能够根据光量变化评价伸长率△ ζ和相位变化Δ φ。以以上的理论考察为基础，在图9 图14中示出对各种偏振面保持光纤施加了纵 向载荷时的、对于光纤的伸长率的相位变化，将其结果汇总示出于图15的表2中。根据以上结果，熊猫型光纤对于纵向载荷的相位变化与蝴蝶结光纤和椭圆芯光纤 相比大出大约20倍左右。以以上评价为基础，以下具体地说明本发明的实施方式。(第一实施方式)使用图16，关于本发明的第一实施方式的光传感器进行说明。图16中示出的相 位调制器件10构成为在圆筒状的压电管(PZT)的压电元件11的周围缠绕偏振面保持光纤 12，使其光传播轴的方向12a、12b与圆筒状压电元件11的机械应力的方向Ila Ild大约 成为45°。使用了这种结构的相位调制器件10的光传感器，例如可以如专利文献1的图1 所示的现有例那样构成，此外，通过在专利文献2的图1中示出的现有例中，在相位调制器 7的部分中采用该相位调制器件10，并且通过进一步在专利文献3的图2中示出的现有例 中采用该相位调制器件10来作为光导纤维声传感器212。除此以外，使用了本实施方式的 相位调制器件10的光传感器可以是作为现有例而示出的各种结构。关于本实施方式中的相位调制器件10的动作进行说明。通过在偏振面保持光纤 12中相对于其光传播轴的方向12a、12b大约45°的方向Ila Ild施加机械应力，由此能 够使加在偏振面保持光纤12的2个光传播轴上的机械应力大致均等，机械应力所产生的偏 振面保持光纤12的光传导损失就能不偏向一方的光传播轴，结果能够减小光强度调制。考虑对相位调制器件10施加正弦波的电压信号、对偏振面保持光纤12施加相位 调制的情况。假设正弦波电压信号的频率(调制频率)为ωω，在偏振面保持光纤的2个光 传播轴(χ轴、y轴)上传播的光的强度(Px、Py)可以用简化式表示为[数学式28] Py = Py t+Δ Py, ^sin(COzt)在此，Px,t、Py,t是在偏振面保持光纤12上传播的光量的大小，APxa, APya是因为 对偏振面保持光纤12施加机械应力而损失的光量。在机械应力偏向于偏振面保持光纤12 的2个光传播轴中的一方的情况下，例如偏向χ轴的情况下，APXjl.sin( m.t)项的影响 变大，作为结果，在χ轴中受到强度调制。在使用了相位调制器件的干涉型的光传感器的情 况下，根据干涉光量的强弱求测定物理量，但在存在强度调制的情况下，强度调制所产生的 光的强弱信号成为噪声，使测定系统的精度降低。从而，通过使用不容易产生强度调制的图 16的结构的相位调制器件10，能够实现能进行高精度测定的光传感器。此外，由于有效光 量是在χ轴上传播的光与在y轴上传播的光的干涉成分，因此，由Px、Py值中的某一个低的 值来决定。从而，在机械应力偏向于偏振面保持光纤12的2个光传播轴中的一方时，例如 偏向χ轴时，在传播损失大的时间区域中有效光量降低，测定系统的有效信号成分降低，作 为结果，使光传感器的测定精度降低。对此，通过使用图16的结构的相位调制器件10，能够 减小有效光量的降低，因此，能够实现能进行高精度测定的光传感器。再有，在图16所示的第一实施方式的相位调制器件10中使用了 PZT的压电元件 11，但通过代之以使用采用了 PLZT陶瓷元件(在钛酸铅和锆酸铅的固溶体中添加了氧化镧 的钛酸锆酸镧铅的陶瓷元件)的致动器(利用光来使陶瓷诱发机械振动)等各种陶瓷元 件，能够容易地向偏振面保持光纤12施加机械振动，并且，由于能够构成能向偏振面保持 光纤12施加任意波形的相位变化的相位调制器件，因此，能够使使用该相位调制器件来构 成的光传感器的信号处理(线性调频转发器(力口夕^ > (serrodyne))检波和外差式检 波等检波手段)具有富余，作为结果，能够提高光传感器的测定精度。(第二实施方式)使用图17说明本发明的第二实施方式的相位调制器件10A。本实施方式的相位调 制器件IOA是在长方体型压电元件IlA上开孔，在该孔中插入偏振面保持光纤12A，用粘结 剂等与压电元件IlA固定而成的结构。在该相位调制器件IOA中，在压电元件IlA上开的孔周围，对偏振面保持光纤12A 的侧面施加各向同性的机械应力He。此外，对于偏振面保持光纤12A的光传播方向llf， 长方体型压电元件1IA也产生机械应力，通过向偏振面保持光纤12A施加拉应力，来对在偏 振面保持光纤12A上传播的光施加有效的相位调制。再有，在使用本实施方式的相位调制器件IOA构成光传感器的情况下，与第一实 施方式同样地可以做成作为现有例所示出的各种结构。在本实施方式的相位调制器件IOA中，通过对偏振面保持光纤12A的2个光传播 轴赋予大致各向同性的机械应力11a，能使由机械应力Ila所产生的偏振面保持光纤12A 的光传导损失不偏向于一方的光传播轴，因此能够减小光强度调制。此外，由于由机械应力 Ila所产生的偏振面保持光纤12A的光传播轴间的传导损失差小，因此，能够增大有效的光 信号光量成分，能够实现能进行高精度测定的光传感器。(第三实施方式)使用图18说明本发明的第三实施方式的相位调制器件。本实施方式的相位调制 器件IOB与第一实施方式同样是在圆筒状的压电元件IOB的周围卷装了偏振面保持光纤 12B的结构。
此外，本实施方式的特征在于，在压电元件IlB的周围以规定的扭转角缠绕该偏 振面保持光纤12B而构成。例如，通过在压电元件IlB上每缠1圈扭转一次偏振面保持光 纤12B，能够使每1圈上加在偏振面保持光纤12B的2个光传播轴上的机械应力均等。作为 使用了该相位调制器件IOB的光传感器，可以是现有技术中所示的各种结构。在本实施方式的相位调制器件IOB中，通过在圆筒状的压电元件IlB的周围以 规定的扭转率缠绕偏振面保持光纤12B，能够使加在偏振面保持光纤12B的2个光传播轴 12a、12b上的机械应力11 a 11 d均等，能够减小由2个光传播轴12a、12b间的弯曲应力所 产生的光传导损失差，因此，能够增大有效的光信号光量成分，能够实现能进行高精度测定 的光传感器。此外，由压电元件IlB施加的机械应力Ila Ild对于偏振面保持光纤12B 的2个光传播轴12a、12b也能够大致均等，能使机械应力Ila Ild所产生的偏振面保持 光纤12B的光的传导损失不偏向一方的光传播轴，能够减小光强度调制。此外，由于压电元 件IlB的机械应力Ila Ild所产生的偏振面保持光纤12B的光传播轴12a、12b间的传导 损失差变小，因此，能够增大有效的光信号光量成分，能够实现能进行高精度测定的光传感 器。加之，与如现有技术那样随机地在圆柱状或圆筒状的压电元件的周围缠绕偏振面保持 光纤而构成的相位调制器件相比，调制特性稳定，相位调制器件的成品率提高。再有，在上述第一实施方式和第三实施方式中示出了使用圆筒状压电元件11A、 IlB的情况，但即使使用圆柱状的压电元件也能够构成具有同样效果的相位调制器件。此外，在上述第一实施方式和第三实施方式中，通过将熊猫型光导纤维用于偏振 面保持光纤12、12B，与蝴蝶结光纤和椭圆芯光纤相比，能够对于拉应力得到大约20倍的相 位调制。因此，能够构成能高效地施加相位调制的相位调制器件10、10B，作为结果，能够实 现能进行高精度测定的光传感器。在一般的批量生产的偏振面保持光纤中，其包层直径有大约125 μ m的和大约 80ym的。包层直径越小的光导纤维，施加到光导纤维自身上的弯曲所引起的光纤侧压方向 的机械应力越小，因此，通过将包层直径80 μ m的熊猫型光纤用于偏振面保持光纤12、12B， 能够降低加在蝴蝶结光纤的2个光传播轴12a、12b上的光导纤维侧压方向的机械应力，能 够减小由2个光传播轴12a、12b间的弯曲应力所产生的光传导损失差，因此，能够增大有 效的光信号光量成分，能够实现能进行高精度测定的光传感器。此外，由于包层直径大约 80 μ m的熊猫型光纤对于机械性拉应力，2个光传播轴12a、12b的传播常数差的变化大，因 此，通过使用包层直径大约80 μ m的熊猫型光纤，能够构成能高效地施加相位调制的相位 调制器件，作为结果，能够实现能进行高精度测定的光传感器。另外，如在上述(3)的“由施加到光导纤维上的载荷所产生的相位变化的评价”中 所评价，光导纤维的侧压(横向载荷)与纵向载荷(拉应力)相比，光导纤维的侧压使在光 导纤维内传播的光所诱发的相位更小，但在光中产生相位变化。通过在偏振面保持光纤的 包覆中使用对于光导纤维的侧压方向硬质的包覆材料，能够成为不直接向光导纤维施加光 导纤维侧压方向的机械应力的结构，能够减小因来自光导纤维侧压方向的机械应力所引起 的偏振面保持光纤的2个光传播轴间的光传导损失差，能够增大有效的光信号光量成分， 作为其结果，能够实现能进行高精度测定的光传感器。此外，由于偏振面保持光纤的光传播 方向的机械应力不被包覆显著地降低，因此，能够构成能高效地施加相位调制的相位调制 器件，作为结果，能够实现能进行高精度测定的光传感器。此外，通过形成了用紫外线(UV)
16固化树脂包覆偏振面保持光纤的金属涂层被覆膜等措施，能够容易地得到同样的效果。(第四实施方式)使用图19，关于本发明的第四实施方式的光传感器进行说明。本实施方式的光传 感器是将相位调制法用作光检波手段的光传感器，是由偏振面保持光纤23光学上连接了 信号处理单元22和光敏部21间的结构，所述信号处理单元22根据来自测定被测定物理量 的光敏部21的光信号，运算规定的物理量。此外，特征在于，作为该偏振面保持光纤23而 使用了蝴蝶结光纤。再有，作为将相位调制法用作光检波手段的光传感器，采用现有例的各 种结构。在本实施方式的光传感器中，通过采用蝴蝶结光纤作为光学上连接信号处理单元 22和光敏部21的偏振面保持光纤23，起到如下作用和效果。蝴蝶结光纤是对于拉应力的 2个光传播轴的传播常数差的变化小的偏振面保持光纤。因此，通过使用这种蝴蝶结光纤， 即使对偏振面保持光纤23施加由振动、热冲击以及声音等所引起的机械应力，由于机械应 力在偏振面保持光纤内产生的误差相位差小，因此，作为结果，能够实现能进行高精度测定 的光传感器。在现有技术中也有说明，在一种使用了相位调制器件的光传感器中，在用光导纤 维连接光敏部和对被测定物理量进行测量的信号处理单元之间，通过振动、热冲击、声音等 从外部对传导光信号的送光用偏振面保持光纤施加共振现象的情况下，也有在偏振面保持 光纤中传播的光中产生了误差相位差，作为结果，光传感器的特性恶化，测定精度降低的问 题。但是，如本实施方式的光传感器那样，通过使用对于拉应力的2个光传播轴的传导常数 差的变化小的偏振面保持光纤23，能够减小上述误差相位差。如在上述“(3)由施加到光导纤维上的载荷所产生的相位变化的评价”所示，蝴蝶 结光纤和椭圆芯光纤与熊猫型光纤相比，蝴蝶结光纤和椭圆芯光纤对于大约20倍拉应力 的相位变化小。因此，通过将蝴蝶结光纤和椭圆芯光纤用在送光用偏振面保持光纤，即使对 偏振面保持光纤施加因振动、热冲击以及声音等所引起的机械应力，由于机械应力在偏振 面保持光纤内所产生的误差相位差小，作为其结果，也能够实现能进行高精度测定的光传 感器。在一般批量生产的蝴蝶结光纤和椭圆芯光纤中，其包层直径有大约125μπι的和 大约80 μ m的。包层直径越小的光导纤维，施加到光导纤维自身上的弯曲所引起的光纤侧 压方向的机械应力越小。因此，通过在偏振面保持光纤中使用包层直径80 μ m的光导纤维， 能够降低加在偏振面保持光纤的2个光传播轴上的光导纤维侧压方向的机械应力，能够减 小由2个光传播轴间的弯曲应力所产生的光传导损失差，并且能够减小因上述机械应力引 起而在光纤内产生的误差相位差，作为其结果，能够实现能进行高精度测定的光传感器。再 有，弯曲应力包括由振动、热冲击、声音所产生的局部的偏振面保持光纤的弯曲。另外，包 层直径大约80 μ m的蝴蝶结光纤和椭圆芯光纤与熊猫型光纤相比，蝴蝶结光纤和椭圆芯光 纤的对于机械拉应力的2个光传播轴的传播常数差的变化小。因此，即使对包层直径大约 80 μ m的蝴蝶结光纤和椭圆芯光纤施加因振动、热冲击以及声音等所引起的机械应力，由于 该机械应力在包层直径大约80 μ m的蝴蝶结光纤和蝴蝶结光纤内产生的误差相位差小，作 为其结果，能够实现能进行高精度测定的光传感器。(第五实施方式)
使用图20，关于本发明的第五实施方式的光传感器进行说明。本实施方式的光传 感器与第四实施方式同样是图19所示的结构，包括光敏部21、信号处理单元22和光学上连 接两者的偏振面保持光纤23A。此外，本实施方式的特征在于，采用了图20所示的构造的光 纤作为偏振面保持光纤23A。该偏振面保持光纤23A是熊猫型光纤，是弹性体232包围包 层231周围，并用树脂外套233包覆了弹性体232周围的构造。该弹性体232可以采用硅 酮橡胶。通过采用这种构造的偏振面保持光纤23A，因振动和热冲击以及声音等所引起的 机械应力不被直接施加到光纤芯子234上，因机械应力引起而在光纤芯子234内产生的误 差相位差变小，作为其结果，能够实现能进行高精度测定的光传感器。如“(3)由施加到光导纤维上的载荷所产生的相位变化的评价”所示，在对光导纤 维施加纵向载荷(拉应力)的情况下，最显著地在光导纤维中传播的光中产生相位差。因 此，作为送光用偏振面保持光纤23A，通过做成即使其外壳被拉伸也不直接对内部的光纤包 层231和光纤芯子234部分施加拉应力的构造，能够减小拉应力所引起的在偏振面保持光 纤内产生的误差相位差，作为其结果，能够实现能进行高精度测定的光传感器。(第六实施方式)使用图21A和图21B，关于本发明的第六实施方式的光传感器进行说明。本实施 方式的光传感器与第四实施方式同样是图19所示的结构，包括光敏部21、信号处理单元22 和光学上连接两者间的偏振面保持光纤23B。此外，本实施方式的特征在于，如图21A所示， 对偏振面保持光纤23B包上保护管235，并且在保护管235与插入到它内部的偏振面保持光 纤23B之间填装由例如缓冲构件那样的弹性体所构成的隔音防振材料236。再有，如图21B 所示，也可以取代该隔音防振材料236而在保护管235内部设置由不连续设置的弹性体构 成的隔音壁237。在本实施方式的光传感器中，在光学上连接光敏部231和信号处理单元232的偏 振面保持光纤23B上包上保护管235，以使其不被从外部施加拉应力，并且填装隔音防振材 料236或者设置了隔音壁237，以使得不在保护管235内部产生由振动和声音所引起的共 振，由此，振动和声音所引起的共振所产生的机械应力就不被直接施加到偏振面保持光纤 23B上，能够减小由机械应力引起而在偏振面保持光纤23B内产生的误差相位差，作为结 果，能够实现能进行高精度测定的光传感器。(第七实施方式)使用图22A和图22B，关于本发明的第七实施方式的光传感器进行说明。本实施 方式的光传感器与第四实施方式同样是图19所示的结构，包括光敏部21、信号处理单元22 和光学上连接两者间的偏振面保持光纤23C。此外，本实施方式的特征在于，如图22A所示， 对偏振面保持光纤23C包上不连续地开有多个孔238的开孔保护管239。再有，如图22B所 示，也可以取代该开孔保护管239而使用不连续的网状构造的保护管239。在本实施方式的光传感器中，通过在偏振面保持光纤23C上包上开孔保护管238 或者网状构造的保护管239，由此使得不在保护管238、239内部产生声音或振动的驻波，能 够抑制保护管238、239内部的由振动和声音所产生的共振现象，能够减小由施加到光导纤 维上的共振现象所产生的机械应力，能够减小由机械应力引起而在偏振面保持光纤23C内 产生的误差相位差，作为结果，能够实现能进行高精度测定的光传感器。
(第八实施方式)使用图23，关于本发明的第八实施方式的相位调制器件组体进行说明。本实施方 式的相位调制器件组体的特征在于，对于与图16所示的第一实施方式的相位调制器件10 以及与图18所示的第三实施方式的相位调制器件IOB同样结构的相位调制器件10C，进一 步设置凝胶体的振动吸收材料IOD来作为防振构造。再有，作为使用了该相位调制器件组 体10的光传感器，可以构成为现有技术中所示的各种结构。在本实施方式的相位调制器件组体中，通过实施使机械振动不传达到相位调制器 件IOC周边的偏振面保持光纤12、12B上的防振构造，能够减小对于相位调制器件IOC周边 的偏振面保持光纤12、12B的机械应力，能够减小由机械应力引起而在光纤内产生的误差 相位差，作为结果，能够实现能进行高精度测定的光传感器。再有，通过用缓冲材料等弹性 体覆盖相位调制器件IOC的整体，能够进一步降低声音的影响。(第九实施方式)使用图24，关于本发明的第九实施方式的光学元件进行说明。本实施方式的光学 元件30的特征在于，不包含作为相位调制器件的压电元件，而在卷线筒31周围卷装了线圈 状的偏振面保持光纤32。此外，在偏振面保持光纤32中使用了对于拉应力的2个光传播轴 的传播常数差的变化小的蝴蝶结光纤。再有，也可以取代蝴蝶结光纤而使用椭圆芯光纤。在本实施方式的光学元件30中，作为偏振面保持光纤32，通过使用对于拉应力的 2个光传播轴的传播常数差的变化小的蝴蝶结光纤或者椭圆芯光纤，即使对偏振面保持光 纤32施加由振动和热冲击以及声音等所引起的机械应力，也能够减小因机械应力引起而 在偏振面保持光纤23B内产生的误差相位差，作为结果，能够实现能进行高精度测定的光 传感器。即，如在“(3)由施加到光导纤维上的载荷所产生的相位变化的评价”所示，蝴蝶结 光纤和椭圆芯光纤与熊猫型光纤相比，蝴蝶结光纤和椭圆芯光纤对于大约20倍拉应力的 相位变化小。因此，通过在由线圈状的偏振面保持光纤32构成的光学元件30中使用蝴蝶 结光纤和椭圆芯光纤，即使对偏振面保持光纤32施加由振动和热冲击以及声音等所引起 的机械应力，由于机械应力而在偏振面保持光纤32内产生的误差相位差能够小，作为其结 果，能够实现能进行高精度测定的光传感器。在现有技术中已说明，在光传感器中存在许多线圈状地缠绕偏振面保持光纤而构 成的部位。前面说明的专利文献7的图6中示出的现有例的光导纤维偏振器件也是其一 例，其他的专利文献4的图1中示出的反射型光导纤维电流传感器中的延迟用光纤线圈、专 利文献1的图1中示出的光导纤维振动传感器中的振动传感器线圈部分、专利文献2的图 1中示出的相位调制器7及使用了它的光旋转检测装置中的读出环6等也符合。若在从外 部对这些线圈状的偏振面保持光纤的部位施加振动和热冲击，则会产生依存于偏振面保持 光纤的线圈形状和卷线筒形状的共振振动和共振收缩。作为振动源，通过已经记载的相位 调制器件的伸缩振动在本来没打算的部分上进行传播也能产生。一发生共振振动和共振收 缩，就由这些共振现象产生偏振面保持光纤的伸缩，按照与上述相位调制器件同样的原理， 在偏振面保持光纤中产生相位差。这些是与本来打算控制的相位差不同的误差相位差，作 为结果，光传感器的特性恶化，降低了测定精度。但是，在本实施方式的光学元件的情况下， 由于使用了即使因共振现象而在偏振面保持光纤12D中产生伸缩，对于拉应力的2个光传 播轴的传播常数差的变化也小的偏振面保持光纤，因此，能够减小偏振面保持光纤12D内产生的误差相位差，作为结果，能够实现能进行高精度测定的光传感器。
权利要求
一种相位调制器件，其特征在于，该相位调制器件是在圆筒状或圆柱状的致动器的周围卷装偏振面保持光纤而构成，所述致动器的主体具有诱发机械振动的特性，所述偏振面保持光纤具有相互正交的2个光传播轴，并在相对于上述2个光传播轴都成大约45°的方向上受到由上述机械振动所产生的机械应力。
2.根据权利要求1所述的相位调制器件，其特征在于，上述致动器是压电元件，上述偏振面保持光纤以上述偏振面保持光纤的光传播轴与压电元件的直径方向所成 的角度成为大约45°的方式，缠绕在上述压电元件的周围。
3.一种相位调制器件，其特征在于，该相位调制器件是在圆筒状或圆柱状的致动器的 周围卷装偏振面保持光纤而构成，该致动器的主体具有诱发机械振动的特性，该偏振面保 持光纤具有相互正交的2个光传播轴，并且对上述2个光传播轴施加大致各向同性的机械 应力。
4.一种相位调制器件，其特征在于，该相位调制器件是在圆筒状或圆柱状的致动器的 周围以规定的扭转率缠绕偏振面保持光纤而构成，该致动器的主体具有诱发机械振动的特 性，该偏振面保持光纤具有相互正交的2个光传播轴。
5.根据权利要求1 4的任一项所述的相位调制器件，其特征在于，将熊猫型光纤用于 上述偏振面保持光纤。
6.根据权利要5所述的相位调制器件，其特征在于，将包层直径大约80μ m的熊猫型光 纤用于上述偏振面保持光纤。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的相位调制器件，其特征在于，用对于上述偏振面 保持光纤的侧压方向硬质的包覆材料包覆了上述偏振面保持光纤。
8.根据权利要求7所述的相位调制器件，其特征在于，将紫外线固化树脂用于上述偏 振面保持光纤的包覆材料。
9.根据权利要求7所述的相位调制器件，其特征在于，将金属涂层被覆膜用于上述偏 振面保持光纤的包覆中。
10.根据权利要求1、3、5 9中任一项所述的相位调制器件，其特征在于，将陶瓷元件 用作上述致动器。
11.一种相位调制器件组体，其特征在于，在防振材料中组装了权利要求1所述的相位 调制器件。
12.—种光传感器，其特征在于，具有光敏部，测定被测定物理量；信号处理单元，根据来自上述光敏部的光信号运算 规定的物理量；以及光导纤维，在光学上连接上述光敏部和信号处理单元之间，上述光导纤维是具有2个光传播轴的偏振面保持光纤，使光分别在上述偏振面保持光 纤的2个光传播轴上传播，作为上述偏振面保持光纤，使用了对于拉应力的上述2个光传播轴的传播常数差的变 化小的偏振面保持光纤。
13.根据权利要求12所述的光传感器，其特征在于，作为光学上连接上述光敏部和信 号处理单元的偏振面保持光纤，使用了蝴蝶结光纤。
14.根据权利要求13所述的光传感器，其特征在于，作为光学上连接上述光敏部和信号处理单元的偏振面保持光纤，使用了包层直径大约80 μ m的蝴蝶结光纤。
15.根据权利要求12所述的光传感器，其特征在于，作为光学上连接上述光敏部和信 号处理单元的偏振面保持光纤，使用了椭圆芯光纤。
16.根据权利要求15所述的光传感器，其特征在于，作为光学上连接上述光敏部和信 号处理单元的偏振面保持光纤，使用了包层直径大约80 μ m的椭圆芯光纤。
17.根据权利要求12 16中任一项所述的光传感器，其特征在于，光学上连接上述光 敏部和信号处理单元的偏振面保持光纤的包覆，构成为用弹性体包围包层周围。
18.根据权利要求12 17的任一项所述的光传感器，其特征在于，光学上连接上述光 敏部和信号处理单元的偏振面保持光纤被插入到保护管中，以使得不从外部施加拉应力， 并且，上述保护管的内部不产生由振动和声音所产生的共振。
19.根据权利要求18所述的光传感器，其特征在于，在上述偏振面保持光纤与保护管 之间填充了吸音材料。
20.根据权利要求17或19所述的光传感器，其特征在于，在上述保护管的侧面以规定 的间隔设置有孔。
21.一种光传感器，具有光敏部，测定被测定物理量；信号处理单元，根据来自上述光 敏部的光信号运算规定的物理量；以及光导纤维，光学上连接上述光敏部和信号处理单元 之间，在除了相位调制器件以外的由线圈状的偏振面保持光纤构成的光学元件上，作为上述 偏振面保持光纤，使用了对于拉应力的2个光传播轴的传播常数差的变化小的偏振面保持 光纤。
22.根据权利要求21所述的光传感器，其特征在于，将蝴蝶结光纤用于上述偏振面保 持光纤。
23.根据权利要求21所述的光传感器，其特征在于，将椭圆芯光纤用于上述偏振面保 持光纤。
全文摘要
本发明的目的在于，提供一种将能进行高精度测定的相位调制法用作光检波手段的光传感器。该光传感器通过利用对于拉应力的在偏振面保持光纤内传播的光的相位变化的差异，在相位调制器件(10)、送光用偏振面保持光纤(23)、线圈状偏振面保持光纤光学元件(30)中使用适当的偏振面保持光纤，由此能够实现能进行高精度测定的光传感器。
文档编号G02F1/01GK101910799SQ200980101918
公开日2010年12月8日 申请日期2009年1月9日 优先权日2008年1月10日
发明者佐佐木欣一, 宫部崇, 桑原豪, 梅村时博, 浜口昌弘, 高桥正雄 申请人:株式会社东芝;东芝产业机器制造株式会社