(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と光ファイバリングとを備え、前記発光素子から射出された光を前記光ファイバリングに入射させ、前記光ファイバリング中を時計回りに伝搬する第１伝搬光と反時計回りに伝搬する第２伝搬光との位相差を算出する光ファイバリング干渉型センサであって、
前記第１伝搬光と前記第２伝搬光とを結合し、結合した前記第１伝搬光と前記第２伝搬光との干渉光をＮ（Ｎは３以上の整数）個のポートから出力する光分岐結合素子と、
前記光分岐結合素子の前記Ｎ個のポートのうち、（Ｎ−１）個のポートから出力される前記干渉光の強度をそれぞれ受光する（Ｎ−１）個の受光素子と、
前記（Ｎ−１）個の受光素子で受光した干渉光の強度に基づいて、前記（Ｎ−１）個のポート以外の残りのポートから出力される干渉光の強度を推定する干渉強度推定部と、
前記（Ｎ−１）個の受光素子で受光した干渉光の強度と、前記干渉強度推定部により推定された干渉光の強度とに基づいて、前記位相差を算出する位相差算出部と、
を備える光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項２】
前記残りのポートから出力される前記干渉光の強度を受光する受光素子と、
前記受光素子の各々で受光した干渉光の強度の合計値が所定の値と略同一でない場合には、当該合計値が異常なデータであると判定する判定部と、
をさらに備え、
前記位相差算出部は、前記判定部により異常なデータと判定された合計値のそれぞれの干渉光の強度を前記位相差の算出に使用しない請求項１に記載の光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光ファイバリング干渉型センサを２つ備え、２つの前記光ファイバリングが共用するように構成された光ファイバリング干渉型センサであって、
それぞれの前記発光素子から射出される光は、互いに異なる波長であり、
前記位相差算出部で算出された前記波長ごとの前記第１伝搬光と前記第２伝搬光との位相差に基づいて、前記光ファイバリングに物理変化が加わっている位置を算出する光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の光ファイバリング干渉型センサを２つ備え、２つの前記光ファイバリングが並行するように構成された光ファイバリング干渉型センサであって、
それぞれの前記発光素子から射出される光は、同一の波長であり、
前記位相差算出部で算出された２つの前記位相差に基づいて、前記光ファイバリングに物理変化が加わっている位置を算出する光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項５】
２つの光ファイバリング干渉型センサのそれぞれの前記発光素子を共通化する請求項４に記載の光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の光ファイバリング干渉型センサを２つ備え、２つの前記光ファイバリングが並行するように構成された光ファイバリング干渉型センサであって、
それぞれの前記発光素子から射出される光は、互いに異なる波長であり、
前記位相差算出部で算出された２つの前記位相差に基づいて、前記光ファイバリングに物理変化が加わっている位置を算出する光ファイバリング干渉型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバリング干渉型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバリングを用いて構成され、光ファイバリングに加振された際に生じる光ファイバリングの屈曲による光路変動量から加振の有無及び加振位置の算出を行う光ファイバリング干渉型センサが提案されている。
【０００３】
図１２は、従来の光ファイバリング干渉型センサ３００の概略構成の一例を示す図である。図１２に示すように、光ファイバリング干渉型センサ３００は、発光素子３１０、受光素子３１１、光分岐結合素子３１２及び光ファイバリング３１３を備える。光分岐結合素子３１２は、発光素子３１０から射出された光を分岐し、光ファイバリング３１３の両端に入射させる。入射された光は、光ファイバリング３１３内を時計回りの経路Ｂ方向と反時計回り経路の方向Ａとに伝搬する。そして、時計回りの経路方向Ｂに伝搬する光（第１伝搬光）と反時計回り経路Ａの方向に伝搬する光（第２伝搬光）とを光分岐結合素子３１２に入射させ結合し、結合した干渉光を受光素子３１１に入射させる。これにより、干渉光の強度変化を示す出力信号が受光素子３１１から出力される。
【０００４】
光ファイバリング３１３の一部が加振された場合、第１伝搬光の光路と第２伝搬光の光路との光路長が変動するため、受光素子３１１から出力される干渉光に強度変化が生じる。換言すれば、光ファイバリング３１３の一部が加振されると、第１伝搬光と第２伝搬光との位相差に対応した干渉光の強度変化を示す出力信号が受光素子３１１から出力される。特許文献１に記載の発明では、受光素子を３つ備え、それぞれの受光素子から出力される干渉光の強度変化に基づいて位相差を求める。これにより、１つの受光素子から出力される干渉光の強度変化のみでは区別できなかった位相差の範囲まで区別可能となるため、より正確に位相差を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２７４７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、受光素子を増加させると、その受光素子の出力信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器や、変換されたデジタル信号を信号処理する信号処理装置等の電子部品も増加する。したがって、複数の受光素子を使用することにより、接続する光ファイバケーブルを含めコストアップになる。また、受光部が受ける電気的ノイズ等により、位相差算出精度が劣化する場合がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、受光素子を減らし安価なセンサを提供する。また、より正確に位相差を算出することができる光ファイバリング干渉型センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、発光素子と光ファイバリングとを備え、前記発光素子から射出された光を前記光ファイバリングに入射させ、前記光ファイバリング中を時計回りに伝搬する第１伝搬光と反時計回りに伝搬する第２伝搬光との位相差を算出する光ファイバリング干渉型センサであって、前記第１伝搬光と前記第２伝搬光とを結合し、結合した前記第１伝搬光と前記第２伝搬光との干渉光をＮ（Ｎは３以上の整数）個のポートから出力する光分岐結合素子と、前記光分岐結合素子の前記Ｎ個のポートのうち、（Ｎ−１）個のポートから出力される前記干渉光の強度をそれぞれ受光する（Ｎ−１）個の受光素子と、前記（Ｎ−１）個の受光素子で受光した干渉光の強度に基づいて、前記（Ｎ−１）個のポート以外の残りのポートから出力される干渉光の強度を推定する干渉強度推定部と、前記（Ｎ−１）個の受光素子で受光した干渉光の強度と、前記干渉強度推定部により推定された干渉光の強度とに基づいて、前記位相差を算出する位相差算出部と、を備える光ファイバリング干渉型センサ。
【０００９】
また、本発明の一態様は、上述の光ファイバリング干渉型センサであって、前記残りのポートから出力される前記干渉光の強度を受光する受光素子と、前記受光素子の各々で受光した干渉光の強度の合計値が所定の値と略同一でない場合には、当該合計値が異常なデータであると判定する判定部と、をさらに備え、前記位相差算出部は、前記判定部により異常なデータと判定された合計値のそれぞれの干渉光の強度を前記位相差の算出に使用しない。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上述の光ファイバリング干渉型センサを２つ備え、２つの前記光ファイバリングが共用するように構成された光ファイバリング干渉型センサであって、それぞれの前記発光素子から射出される光は、互いに異なる波長であり、前記位相差算出部で算出された前記波長ごとの前記第１伝搬光と前記第２伝搬光との位相差に基づいて、前記光ファイバリングに物理変化が加わっている位置を算出する。
【００１１】
また、本発明の一態様は、上述の光ファイバリング干渉型センサを２つ備え、２つの前記光ファイバリングが並行するように構成された光ファイバリング干渉型センサであって、それぞれの前記発光素子から射出される光は、同一の波長であり、前記位相差算出部で算出された２つの前記位相差に基づいて、前記光ファイバリングに物理変化が加わっている位置を算出する。
【００１２】
また、本発明の一態様は、上述の光ファイバリング干渉型センサを２つ備え、２つの光ファイバリング干渉型センサのそれぞれの前記発光素子を共通化する。
【００１３】
また、本発明の一態様は、上述の光ファイバリング干渉型センサを２つ備え、２つの前記光ファイバリングが並行するように構成された光ファイバリング干渉型センサであって、それぞれの前記発光素子から射出される光は、互いに異なる波長であり、前記位相差算出部で算出された２つの前記位相差に基づいて、前記光ファイバリングに物理変化が加わっている位置を算出する。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、受光素子を減らし安価なセンサを提供することができる。また、より正確に位相差を算出することができる光ファイバリング干渉型センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１の概略構成の一例を示す図である。
【図２】第１の実施形態における信号処理装置３１の概略構成の一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態における光ファイバリング１３へ加振が加えられた場合における干渉光の強度Ｐｐｄ１、Ｐｐｄ２、Ｐｐｄ３と位相差φとの関係を示す説明図である。
【図４】第１の実施形態における信号処理装置３１の位相差φを算出する処理の流れを示す図である。
【図５】第２の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ａの概略構成の一例を示す図である。
【図６】第２の実施形態における信号処理装置３１Ａの概略構成の一例を示す図である。
【図７】第２の実施形態における信号処理装置３１Ａの位相差φを算出する処理の流れを示す図である。
【図８】第３の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｂの概略構成の一例を示す図である。
【図９】第３の実施形態における信号処理装置３１Ｂの概略構成の一例を示す図である。
【図１０】第４の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｃの概略構成の一例を示す図である。
【図１１】第５の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｄの概略構成の一例を示す図である。
【図１２】従来の光ファイバリング干渉型センサ３００の概略構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。
【００１７】
実施形態における光ファイバリング干渉型センサは、光ファイバリング中を時計回りに伝搬する第１伝搬光と反時計回りに伝搬する第２伝搬光との干渉光をＮ（Ｎは３以上の整数）個のポートから出力する光分岐結合素子と、光分岐結合素子のＮ個のポートのうち、（Ｎ−１）個のポートから出力される干渉光の強度をそれぞれ受光する（Ｎ−１）個の受光素子と、を備える。そして、光ファイバリング干渉型センサは、（Ｎ−１）個の受光素子で受光した干渉光の強度に基づいて、（Ｎ−１）個のポート以外の残りのポートから出力される干渉光の強度を推定し、（Ｎ−１）個の受光素子で受光した干渉光の強度と、干渉強度推定部により推定された干渉光の強度とに基づいて、前記位相差を算出する。これにより、３つの受光素子を用いて位相差を算出する従来の構成と比較して、受光素子を１つ削減することができるため、受光部はもとより、光ファイバ心数を減らすことができ、より安価なセンサが実現できる。
以下、実施形態の光ファイバリング干渉型センサを、図面を用いて説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、光ファイバリング干渉型センサ１は、光ファイバリング１３、Ｎ×Ｎ光分岐結合素子３０、発光素子１１、光分岐結合素子１２、２個の受光素子１５−１、１５−２及び信号処理装置３１を備える。
【００１９】
光ファイバリング１３の開放端は、３×３光分岐結合素子３０に接続されている。なお、光ファイバリング１３には、その光ファイバリング１３の総延長を調整するための光遅延素子（不図示）が設けられてもよい。
Ｎ×Ｎ光分岐結合素子３０は、時計回りで伝搬する光と、反時計回りで伝搬する光とを結合し、結合した干渉光をＮ（Ｎは３以上の整数）個のポートから出力する。本実施形態では、Ｎが３である場合について説明する。なお、時計回りで伝搬する光を第１伝搬光と称し、反時計回りで伝搬する光を第２伝搬光と称す。
３×３光分岐結合素子３０には、３つのポート３０ａ１〜３０ａ３及び３つのポート３０ａ４〜３０ａ６が互いに対向して設けられている。
３×３光分岐結合素子３０の２つのポート３０ａ１及び３０ａ３には、光ファイバリング１３の光ファイバリング１３の開放端がそれぞれ接続されている。また、３×３光分岐結合素子３０のポート３０ａ４には、受光素子１５−１が接続され、ポート３０ａ５には、光分岐結合素子１２が接続されている。なお、３×３光分岐結合素子３０のポート３０ａ２とポート３０ａ６とは、未使用端子である。
【００２０】
光分岐結合素子１２は、例えば２×２の光分岐結合素子である。光分岐結合素子１２には、２つのポート１２ａ１、１２ａ２及び２つのポート１２ａ３、１２ａ４が互いに対向して設けられている。光分岐結合素子１２のポート１２ａ１は、３×３光分岐結合素子３０のポート３０ａ５に接続されている。
【００２１】
光分岐結合素子１２のポート１２ａ３には、光分岐結合素子１２に対して光を射出するレーザダイオード等の発光素子１１が接続されている。また、光分岐結合素子１２のポート１２ａ４には、受光素子１５−２が接続されている。なお、光分岐結合素子１２のポート１２ａ２は未使用端子である。
【００２２】
光分岐結合素子１２は、発光素子１１から出力された光を２方向に分岐してポート１２ａ１、１２ａ２から出力する。ポート１２ａ１から出力された光は、３×３光分岐結合素子３０のポート３０ａ５を介して３×３光分岐結合素子３０に入力される。３×３光分岐結合素子３０は、ポート３０ａ５を介して入力された光を３方向に分岐してポート３０ａ１〜３０ａ３から出力する。ポート３０ａ１及び３０ａ３から出力された光は、光ファイバリング１３の開放端にそれぞれ入力され、その光ファイバリング１３内を時計回り（ＣＷ）Ｂ及び反時計回り（ＣＣＷ）Ａでそれぞれ伝搬される。
【００２３】
光ファイバリング１３内を伝搬する第１伝搬光と、第２伝搬光とは、再度ポート３０ａ１及び３０ａ３を介して３×３光分岐結合素子３０に入力され、その３×３光分岐結合素子３０において結合して互いに干渉する。この干渉光は、ポート３０ａ４、３０ａ５、３０ａ６から互いに位相が２π／３ずつシフトして出力される。すなわち、干渉光は、受光素子１５−１と光分岐結合素子１２とにそれぞれ出力される。
ここで、ポート３０ａ４、３０ａ５、３０ａ６から出力される干渉光の強度は、以下の式で表される。
【００２４】
Ｐｐｄ１＝Ｐｉ１＋Ｐｃ１｛１＋ｃｏｓ（φ−２π／３）｝／２  …（１）
Ｐｐｄ２＝Ｐｉ２＋Ｐｃ２（１＋ｃｏｓφ）／２              …（２）
Ｐｐｄ３＝Ｐｉ３＋Ｐｃ３｛１＋ｃｏｓ（φ＋２π／３）｝／２  …（３）
【００２５】
なお、ポート３０ａ４から出力される干渉光の強度をＰｐｄ１、ポート３０ａ５から出力される干渉光の強度をＰｐｄ２、ポート３０ａ６から出力される干渉光の強度をＰｐｄ３とする。また、光の干渉成分をＰｃ１〜Ｐｃ３とし、非干渉成分をＰｉ１〜Ｐｉ３とする。
【００２６】
受光素子１５−１は、ポート３０ａ４から出力されてきた干渉光を受光し、受光した干渉光の強度Ｐｐｄ１に対応する信号を電圧信号に変換する。受光素子１５−１は、変換した電圧信号を信号処理装置３１に供給する。
受光素子１５−２は、光分岐結合素子１２を介してポート１２ａ４から出力された干渉光を受光し、受光した干渉光の強度Ｐｐｄ２に対応する信号を電圧信号に変換する。受光素子１５−２は、変換した電圧信号を信号処理装置３１に供給する。なお、上述したように、受光素子１５−１と受光素子１５−２とにおいて受光される干渉光は互いに位相が２π／３ずつシフトしているため、位相が２／３πずれた光強度としてそれぞれ検出される。光ファイバリング１３が静的状態下にある場合、すなわち、加振等の外乱が光ファイバリング１３のリングに加えられていない場合では、第１伝搬光と第２伝搬光との間の位相差φはゼロ（φ＝０）である。したがって、受光素子１５−１と受光素子１５−２とにおいて受光される干渉光の強度は、一定値となる。一方、光ファイバリング１３の一部が加振されると、光ファイバリング１３に屈折率変化が生じる。このとき、受光素子１５−１及び受光素子１５−２ではこの現象が振動によって位相変調された第１伝搬光と第２伝搬光の干渉光の強度変化として検出される。
【００２７】
図２は、第１の実施形態における信号処理装置３１の概略構成の一例を示す図である。
信号処理装置３１は、Ａ／Ｄ変換器３２−１、Ａ／Ｄ変換器３２−２、正規化処理部３３、干渉強度推定部３４及び位相差算出部３５を備える。
Ａ／Ｄ変換器３２−１は、受光素子１５−１から供給された電圧信号をデジタル信号に変換に変換して、正規化処理部３３に供給する。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３２−１は、干渉光の強度Ｐｐｄ１をデジタル化して、正規化処理部３３に供給する。
Ａ／Ｄ変換器３２−２は、受光素子１５−２から供給された電圧信号をデジタル信号に変換に変換して、正規化処理部３３に供給する。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３２−２は、干渉光の強度Ｐｐｄ２をデジタル化して、正規化処理部３３に供給する。
【００２８】
正規化処理部３３は、Ａ／Ｄ変換器３２−１でデジタル化された干渉光の強度Ｐｐｄ１と、Ａ／Ｄ変換器３２−２でデジタル化された干渉光の強度Ｐｐｄ２とを、それぞれ正規化する（正規化処理）。例えば、正規化処理部３３は、干渉光の強度に対して振幅である干渉成分で除算し、その除算した値に非干渉成分で減算することで、干渉光の強度を正規化する。なお、正規化処理に使用される振幅と非干渉成分とは、予め測定されている。すなわち、正規化処理部３３は、干渉光の強度Ｐｐｄ１に対して振幅である干渉成分Ｐｃ１で除算し、その除算した値に非干渉成分Ｐｉ１で減算することで、干渉光の強度を正規化する。正規化処理部３３は、干渉光の強度Ｐｐｄ２に対して振幅である干渉成分Ｐｃ２で除算し、その除算した値に非干渉成分Ｐｉ２で減算することで、干渉光の強度を正規化する。このように、正規化処理部３３は、干渉光の強度の最大値と最小値とから、その干渉光の強度を正規化する。
【００２９】
干渉強度推定部３４は、受光素子１５−１が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ１と、受光素子１５−２が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ２とに基づいて、ポート３０ａ６から出力される干渉光の強度Ｐｐｄ３を推定する。すなわち、干渉強度推定部３４は、受光素子１５−１が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ１と、受光素子１５−２が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ２とに基づいて、干渉光の強度Ｐｐｄ３を推定することで、あたかもポート３０ａ６から出力される干渉光の強度Ｐｐｄ３が受光素子１５−３で受光したかのようにすることができる。
以下に、干渉強度推定部３４の干渉光の強度Ｐｐｄ３の推定方法を説明する。
【００３０】
干渉光の強度Ｐｐｄ１、干渉光の強度Ｐｐｄ２及び干渉光の強度Ｐｐｄ３との間には、以下に示す関係がある。
【００３１】
Ｐｐｄ１＋Ｐｐｄ２＋Ｐｐｄ３＝３／２…（４）
【００３２】
すなわち、干渉光の強度Ｐｐｄ１、干渉光の強度Ｐｐｄ２及び干渉光の強度Ｐｐｄ３を加算した値は、所定値Ｈとなる。第１の実施形態において、所定値Ｈとは３／２である場合について説明する。したがって、干渉強度推定部３４は、上記３つの干渉光の強度Ｐｐｄ１、Ｐｐｄ２、Ｐｐｄ３のうち、２つの干渉光の強度を受光素子で検出すれば、残り１つの干渉光の強度を推定することができる。第１の実施形態では、干渉強度推定部３４は、式（４）を変形した式（５）を用いて、干渉光の強度Ｐｐｄ３を推定する。すなわち、干渉強度推定部３４は、所定値Ｈである３／２に対して、干渉光の強度Ｐｐｄ１と干渉光の強度Ｐｐｄ２との加算値を減算することで、干渉光の強度Ｐｐｄ３を推定し取得する。
【００３３】
Ｐｐｄ３＝３／２−（Ｐｐｄ１＋Ｐｐｄ２）…（５）
【００３４】
これにより、第１の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１は、３つの受光素子１５−１〜１５−３を用いて位相差を算出する従来の構成と比較して、受光素子１５−３を備えることなく、干渉光の強度Ｐｐｄ３を取得することができる。なお、上記式（４）は、正規化後の値において成立するものである。
【００３５】
位相差算出部３５は、正規化された干渉光の強度Ｐｐｄ１、Ｐｐｄ２、及び干渉強度推定部３４により推定された干渉光の強度Ｐｐｄ３に基づいて、加振により発生する第１伝搬光と第２伝搬光との位相差φを算出する。以下に、位相差算出部３５の位相差φの算出方法について、具体的に説明する。
【００３６】
図３は、光ファイバリング１３へ加振が加えられた場合における干渉光の強度Ｐｐｄ１、Ｐｐｄ２、Ｐｐｄ３と位相差φとの関係を示す説明図である。ここで、図３に示す干渉光の強度Ｐｐｄ１は、受光素子１５−１で受光された干渉光の強度を正規化処理部３３で正規化された値である。図３に示す干渉光の強度Ｐｐｄ２は、受光素子１５−２で受光された干渉光の強度を正規化処理部３３で正規化された値である。図３に示す干渉光の強度Ｐｐｄ３は、干渉強度推定部３４で推定されたポート３０ａ６から出力される干渉光の強度の正規化された値である。
【００３７】
光ファイバリング干渉型センサ１の光ファイバリング１３に加振が加えられた場合、干渉光の強度Ｐｐｄ１（図３の２点鎖線）、Ｐｐｄ２（図３の１点鎖線）、Ｐｐｄ３（図３の破線）は、図３に示すように周期的に変動する。この周期的に変動する干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３の関数の中で最もスケールファクタの良い部分を太線で表わしている。すなわち、３×３光分岐結合素子３０から出力される干渉光は互いに位相が２π／３ずつシフトするため、それぞれの位相がπ／３から２π／３となる区間は、第１伝搬光と第２伝搬光との位相差φと、干渉光の強度との相関が直線に近くなる区間に相当することになる。したがって、π／３毎の区間において、干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３のそれぞれの太線の部分（スケールファクタが良い部分）においては、干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３と位相差φとはリニアに近い形で対応するので、現在どの区間であるかが判明すれば、干渉光の強度から位相差φの値を取得することができる。すなわち、位相差算出部３５では、Ａ／Ｄ変換器３２からの信号が、上記の区間に相当する強度に達したら、そのＡ／Ｄ変換器３２からの出力にて位相差φを算出し、その区間の上限あるいは下限を超過した場合は、次の受光素子に接続されているＡ／Ｄ変換器３２からの出力に切り替えて位相差φを算出する。
【００３８】
例えば、正規化された干渉光の強度Ｐｐｄ１が上記の区間に達したら、この干渉光の強度Ｐｐｄ１により位相差φを算出し、上記の区間の上限を越えた場合には正規化された干渉光の強度Ｐｐｄ２による位相差算出に切り替える。一方、正規化された干渉光の強度Ｐｐｄ１が上記の区間の下限を下回った場合は、干渉強度推定部３４で推定された干渉光の強度Ｐｐｄ３による位相差算出に切り替える。
【００３９】
以下に、第１の実施形態における信号処理装置３１の位相差φを算出する処理の一例について、説明する。図４は、第１の実施形態における信号処理装置３１の位相差φを算出する処理の流れを示す図である。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換器３２−１は、干渉光の強度Ｐｐｄ１をデジタル化して、正規化処理部３３に供給する。Ａ／Ｄ変換器３２−２は、干渉光の強度Ｐｐｄ２をデジタル化して、正規化処理部３３に供給する（ステップＳ１０１）。
【００４１】
正規化処理部３３は、Ａ／Ｄ変換器３２−１でデジタル化された干渉光の強度Ｐｐｄ１と、Ａ／Ｄ変換器３２−２でデジタル化された干渉光の強度Ｐｐｄ２とを、それぞれ正規化する（ステップＳ１０２）。
【００４２】
干渉強度推定部３４は、正規化処理部３３で正規化された干渉光の強度Ｐｐｄ１と干渉光の強度Ｐｐｄ２とに基づいて、干渉光の強度Ｐｐｄ３を推定する。すなわち、干渉強度推定部３４は、所定値Ｈである３／２に対して、干渉光の強度Ｐｐｄ１と干渉光の強度Ｐｐｄ２との加算値を減算することで、干渉光の強度Ｐｐｄ３を推定することで取得する（ステップＳ１０３）。干渉強度推定部３４は、正規化された干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を位相差算出部３５に供給される。
【００４３】
位相差算出部３５は、干渉強度推定部３４から供給された干渉光の強度Ｐｐｄ１が図３に示すスケールファクタの良い部分、すなわち０．２５以上０，７５未満の間の該当するか否かを判定する（ステップＳ１０４）。位相差算出部３５は、干渉強度推定部３４から供給された干渉光の強度Ｐｐｄ１が０．２５以上０，７５未満の間に該当すると判定した場合には、その干渉光の強度Ｐｐｄ１に対応する位相差φを算出する（ステップＳ１０５）。
【００４４】
位相差算出部３５は、干渉強度推定部３４から供給された干渉光の強度Ｐｐｄ１が０．２５以上０，７５未満の間に該当しないと判定した場合には、干渉強度推定部３４から供給された干渉光の強度Ｐｐｄ２が図３に示すスケールファクタの良い部分、すなわち０．２５以上０，７５未満の間の該当するか否かを判定する（ステップＳ１０６）。位相差算出部３５は、干渉強度推定部３４から供給された干渉光の強度Ｐｐｄ２が０．２５以上０，７５未満の間に該当すると判定した場合には、その干渉光の強度Ｐｐｄ２に対応する位相差φを算出する（ステップＳ１０７）。
【００４５】
位相差算出部３５は、干渉強度推定部３４から供給された干渉光の強度Ｐｐｄ２が０．２５以上０，７５未満の間に該当しないと判定した場合には、干渉強度推定部３４で推定された干渉光の強度Ｐｐｄ３が図３に示すスケールファクタの良い部分、すなわち０．２５以上０，７５未満の間の該当すると判定する。したがって、位相差算出部３５は、干渉強度推定部３４で推定された干渉光の強度Ｐｐｄ３に対応する位相差φを算出する（ステップＳ１０８）。
【００４６】
上述したように、第１の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１は、３×３光分岐結合素子３０の３つのポート（３０ａ４〜３０ａ６）のうち、２つのポート（３０ａ４、３０ａ５）から出力される干渉光の強度Ｐｐｄ１、Ｐｐｄ２を受光素子１５−１、受光素子１５−２で受光し、受光した干渉光の強度Ｐｐｄ１、Ｐｐｄ２に基づいて、残りのポート３０ａ６から出力される干渉光の強度Ｐｐｄ３を推定する。そして、第１の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１は、受光した干渉光の強度Ｐｐｄ１、Ｐｐｄ２と、推定した干渉光の強度Ｐｐｄ３とに基づいて、位相差φを算出する。これにより、３つの受光素子（１５−１〜１５−３）を用いて位相差を算出する従来の構成と比較して、受光素子１５−３を削減し、受光素子１５−３の削減に伴って、信号処理装置３１の電子部品も削減することができる。したがって、第１の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１は、３つの受光素子（１５−１〜１５−３）を用いて位相差φを算出する従来の構成と比較して、受光素子１５−３を削減することができるため、より低コストで、且つ精度よく位相差φを算出することができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ａは、第１の実施形態と比較して、受光素子１５−３が追加されている点で異なる。したがって、光ファイバリング干渉型センサ１Ａは、受光素子１５−３で受光する干渉光の強度Ｐｐｄ３を推定しない。光ファイバリング干渉型センサ１Ａの特徴は、受光素子１５−１〜１５−３で受光された干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を正規化し、正規化した強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を合計した合計値が所定値Ｈ（例えば、３／２）と略同一でなければ、その干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３が異常データであると判定する点である。異常データと判定された干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３は、位相差φの算出に使用されない。以下、第２の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ａについて、具体的に説明する。
【００４８】
図５は、第２の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ａの概略構成の一例を示す図である。図５に示すように、光ファイバリング干渉型センサ１Ａは、光ファイバリング１３、３×３光分岐結合素子３０、発光素子１１、光分岐結合素子１２、３個の受光素子１５−１、１５−２、１５−３及び信号処理装置３１Ａを備える。
【００４９】
３×３光分岐結合素子３０の２つのポート３０ａ１及び３０ａ３には、光ファイバリング１３の開放端がそれぞれ接続されている。また、３×３光分岐結合素子３０のポート３０ａ４には、受光素子１５−１が接続され、ポート３０ａ５には、光分岐結合素子１２が接続されている。また、３×３光分岐結合素子３０のポート３０ａ６には、受光素子１５−３が接続される。
【００５０】
光分岐結合素子１２は、例えば２×２の光分岐結合素子である。光分岐結合素子１２には、２つのポート１２ａ１、１２ａ２及び２つのポート１２ａ３、１２ａ４が互いに対向して設けられている。光分岐結合素子１２のポート１２ａ１は、３×３光分岐結合素子３０のポート３０ａ５に接続されている。
【００５１】
受光素子１５−１は、ポート３０ａ４から出力されてきた干渉光を受光し、受光した干渉光の強度Ｐｐｄ１に対応する信号を電圧信号に変換する。受光素子１５−１は、変換した電圧信号を信号処理装置３１Ａに供給する。
受光素子１５−２は、光分岐結合素子１２を介してポート１２ａ４から出力された干渉光を受光し、受光した干渉光の強度Ｐｐｄ２に対応する信号を電圧信号に変換する。受光素子１５−２は、変換した電圧信号を信号処理装置３１Ａに供給する。
受光素子１５−３は、ポート３０ａ６から出力されてきた干渉光を受光し、受光した干渉光の強度Ｐｐｄ３に対応する信号を電圧信号に変換する。受光素子１５−３は、変換した電圧信号を信号処理装置３１Ａに供給する。
【００５２】
図６は、第２の実施形態における信号処理装置３１Ａの概略構成の一例を示す図である。
信号処理装置３１Ａは、Ａ／Ｄ変換器３２−１、Ａ／Ｄ変換器３２−２、Ａ／Ｄ変換器３２−３、正規化処理部３３、有効データ判定部３６及び位相差算出部３５を備える。
【００５３】
Ａ／Ｄ変換器３２−３は、受光素子１５−３から供給された電圧信号をデジタル信号に変換に変換して、正規化処理部３３に供給する。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３２−３は、干渉光の強度Ｐｐｄ３をデジタル化して、正規化処理部３３に供給する。
【００５４】
正規化処理部３３は、Ａ／Ｄ変換器３２−１でデジタル化された干渉光の強度Ｐｐｄ１と、Ａ／Ｄ変換器３２−２でデジタル化された干渉光の強度Ｐｐｄ２と、Ａ／Ｄ変換器３２−３でデジタル化された干渉光の強度Ｐｐｄ３とをそれぞれ正規化する。第２の実施形態における正規化処理は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５５】
有効データ判定部３６は、正規化処理部３３で正規化された干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を合計し、その合計値（Ｐｐｄ１＋Ｐｐｄ２＋Ｐｐｄ３）が所定値Ｈと略同一か否かを判定する。そして、有効データ判定部３６は、合計値（Ｐｐｄ１＋Ｐｐｄ２＋Ｐｐｄ３）が所定値Ｈと略同一でないと判定した場合には、当該合計値が異常データであると判定する。すなわち、有効データ判定部３６は、上記判定に使用された干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３が異常データであると判定する。有効データ判定部３６は、上記判定に使用された干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３が異常データであると判定した場合には、その渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を位相差算出部３５に供給しない。すなわち、位相差φの算出には使用されないようにする。これにより、ノイズ等の影響で干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３の少なくともいずれかにデータ異常が発生した場合に、有効データ判定部３６は、その異常を検出し、位相差φの算出に使用されないように、異常が発生したデータを排除することができる。
【００５６】
位相差算出部３５は、有効データ判定部３６から供給された干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３に基づいて、加振により発生する第１伝搬光と第２伝搬光との位相差φを算出する。なお、第２の実施形態における位相差算出部３５の位相差φの算出方法は、有効データ判定部３６から供給された干渉光の強度Ｐｐｄ３を用いること以外、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５７】
以下に、第２の実施形態における信号処理装置３１Ａの位相差φを算出する処理の一例について、説明する。図７は、第２の実施形態における信号処理装置３１Ａの位相差φを算出する処理の流れを示す図である。
【００５８】
Ａ／Ｄ変換器３２−１は、干渉光の強度Ｐｐｄ１をデジタル化して、正規化処理部３３に供給する。Ａ／Ｄ変換器３２−２は、干渉光の強度Ｐｐｄ２をデジタル化して、正規化処理部３３に供給する。Ａ／Ｄ変換器３２−３は、干渉光の強度Ｐｐｄ３をデジタル化して、正規化処理部３３に供給する（ステップＳ２０１）。
【００５９】
正規化処理部３３は、Ａ／Ｄ変換器３２−１〜３２−３でデジタル化された干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を、それぞれ正規化する（ステップＳ２０２）。
【００６０】
有効データ判定部３６は、正規化処理部３３で正規化された干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を合計する（ステップＳ２０３）。そして、有効データ判定部３６は、その合計値が所定値Ｈと略同一であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。
有効データ判定部３６は、上記合計値が所定値Ｈと略同一であると判定した場合には、正規化された干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を位相差算出部３５に供給される。一方、有効データ判定部３６は、上記合計値が所定値Ｈと略同一でないと判定した場合には、その合計値が異常データであると判定する。したがって、有効データ判定部３６は、異常データと判定した合計値に使用された干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を位相差算出部３５に供給しない。
【００６１】
位相差算出部３５は、有効データ判定部３６から供給された干渉光強度Ｐｐｄ１が図３に示すスケールファクタの良い部分、すなわち０．２５以上０，７５未満の間の該当するか否かを判定する（ステップＳ２０５）。位相差算出部３５は、有効データ判定部３６から供給された干渉光強度Ｐｐｄ１が０．２５以上０，７５未満の間に該当すると判定した場合には、その干渉光強度Ｐｐｄ１に対応する位相差φを算出する（ステップＳ２０６）。
【００６２】
位相差算出部３５は、有効データ判定部３６から供給された干渉光の強度Ｐｐｄ１が０．２５以上０，７５未満の間に該当しないと判定した場合には、有効データ判定部３６から供給された干渉光強度Ｐｐｄ２が図３に示すスケールファクタの良い部分、すなわち０．２５以上０，７５未満の間の該当するか否かを判定する（ステップＳ２０７）。位相差算出部３５は、有効データ判定部３６から供給された干渉光強度Ｐｐｄ２が０．２５以上０，７５未満の間に該当すると判定した場合には、その干渉光強度Ｐｐｄ２に対応する位相差φを算出する（ステップＳ２０８）。
【００６３】
位相差算出部３５は、有効データ判定部３６から供給された干渉光強度Ｐｐｄ２が０．２５以上０，７５未満の間に該当しないと判定した場合には、有効データ判定部３６で推定された干渉光強度Ｐｐｄ３が図３に示すスケールファクタの良い部分、すなわち０．２５以上０，７５未満の間の該当すると判定する。したがって、位相差算出部３５は、有効データ判定部３６で推定された干渉光強度Ｐｐｄ３に対応する位相差φを算出する（ステップＳ２０９）。
【００６４】
上述したように、第２の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ａは、３×３光分岐結合素子３０のポート３０ａ６から出力される干渉光の強度Ｐｐｄ３を受光素子１５−３で受光する。そして、光ファイバリング干渉型センサ１Ａは、干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３の合計値が所定値Ｈと略同一でない場合には、当該合計値が異常なデータであると判定する。光ファイバリング干渉型センサ１Ａは、異常なデータと判定された合計値のそれぞれの干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を位相差φの算出に使用しない。これにより、電気的ノイズにより精度が劣化した出力信号（干渉光の強度）が、位相差φの算出に使用されないため、正確な位相差φの算出が可能となる。
【００６５】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｂの概略構成の一例を示す図である。
第３の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｂは、第１の実施形態の位相差φの算出方法を用いて、物理変化が加わっている位置、例えば加振点を算出する構成を備える。光ファイバリング干渉型センサ１Ｂは、２つのファイバリング干渉型センサを備え、２つの光ファイバリングが共用するように構成されている。光ファイバリング干渉型センサ１Ｂは、共用した光ファイバリングの近端及び遠端から、それぞれの波長が異なる光を入射する。例えば、光ファイバリング干渉型センサ１Ｂは、光ファイバリング干渉型センサ１又は光ファイバリング干渉型センサ１Ａを２つ備え、２つの光ファイバリングが共用するように構成されている。なお、本実施形態では、光ファイバリング干渉型センサ１Ｂは、光ファイバリング干渉型センサ１と同様な構成を備える光ファイバリング干渉型センサ１１０と光ファイバリング干渉型センサ１２０とを備える場合について、説明する。ただし、光ファイバリング干渉型センサ１１０と光ファイバリング干渉型センサ１２０とは、それぞれ異なる波長の光を出力する。
以下、光ファイバリング干渉型センサ１Ｂについて、具体的に説明する。
【００６６】
光ファイバリング干渉型センサ１Ｂは、光ファイバリング干渉型センサ１１０、光ファイバリング干渉型センサ１２０及び信号処理装置３１Ｂを備える。
光ファイバリング干渉型センサ１１０は、光ファイバリング１１１、３×３光分岐結合素子１１２、発光素子１１３、光分岐結合素子１１４、２個の受光素子１５−１、１５−２を備える。
【００６７】
光ファイバリング１１１の開放端は、３×３光分岐結合素子１１２に接続されている。
３×３光分岐結合素子１１２には、３つのポート１１２ａ１〜１１２ａ３及び３つのポート１１２ａ４〜１１２ａ６が互いに対向して設けられている。
３×３光分岐結合素子１１２の２つのポート１１２ａ１及び１１２ａ３には、光ファイバリング１１１の開放端がそれぞれ接続されている。また、３×３光分岐結合素子１１２のポート１１２ａ４には、受光素子１５−１が接続され、ポート１１２ａ５には、光分岐結合素子１１４が接続されている。なお、３×３光分岐結合素子１１２のポート１１２ａ２とポート１１２ａ６とは、未使用端子である。
【００６８】
光分岐結合素子１１４は、例えば２×２の光分岐結合素子である。光分岐結合素子１１４には、２つのポート１１４ａ１、１１４ａ２及び２つのポート１１４ａ３、１１４ａ４が互いに対向して設けられている。光分岐結合素子１１４のポート１１４ａ１は、３×３光分岐結合素子１１２のポート１１２ａ５に接続されている。
【００６９】
光分岐結合素子１１４のポート１１４ａ３には、光分岐結合素子１１４に対して１．３１μｍの波長の光を出力する発光素子１１３が接続されている。また、光分岐結合素子１１４のポート１１４ａ４には、受光素子１５−２が接続されている。なお、光分岐結合素子１１４のポート１１４ａ２は未使用端子である。
【００７０】
光ファイバリング干渉型センサ１２０は、光ファイバリング１２１、３×３光分岐結合素子１２２、発光素子１２３、光分岐結合素子１２４、２個の受光素子１５−４、１５−５を備える。
【００７１】
光ファイバリング１２１の開放端は、３×３光分岐結合素子１２２に接続されている。
３×３光分岐結合素子１２２には、３つのポート１２２ａ１〜１２２ａ３及び３つのポート１２２ａ４〜１２２ａ６が互いに対向して設けられている。
３×３光分岐結合素子１２２の２つのポート１２２ａ１及び１２２ａ３には、光ファイバリング１２１の開放端がそれぞれ接続されている。また、３×３光分岐結合素子１２２のポート１２２ａ４には、受光素子１５−４が接続され、ポート１２２ａ５には、光分岐結合素子１２４が接続されている。なお、３×３光分岐結合素子１２２のポート１２２ａ２とポート１２２ａ６とは、未使用端子である。
【００７２】
光分岐結合素子１２４は、例えば２×２の光分岐結合素子である。光分岐結合素子１２４には、２つのポート１２４ａ１、１２４ａ２及び２つのポート１２４ａ３、１２４ａ４が互いに対向して設けられている。光分岐結合素子１２４のポート１２４ａ１は、光分岐結合素子１２４のポート１２４ａ５に接続されている。
【００７３】
光分岐結合素子１２４のポート１２４ａ３には、光分岐結合素子１２４に対して１．５５μｍの波長の光を出力する発光素子１２３が接続されている。また、光分岐結合素子１２４のポート１２４ａ４には、受光素子１５−５が接続されている。なお、光分岐結合素子１２４のポート１２４ａ２は未使用端子である。
【００７４】
光ファイバリング１１１の全長の中点Ｘ１と光ファイバリング１２１の全長の中点Ｘ２が互いに反対側に位置するように、光ファイバリング１１１と光ファイバリング１２１とを対称的に配置する。また、光ファイバリング１１１と光ファイバリング１２１の各中点Ｘ１、Ｘ２を除く部分の光ファイバを４つのＷＤＭカプラ１３１により分岐して１．３１μｍと１．５５μｍとの両波長にて共有する光ファイバリング部１３０を備える。
【００７５】
したがって、光ファイバリング干渉型センサ１１０では、発光素子１１３から入力された１．３１μｍの波長の伝搬光が３×３光分岐結合素子１１２のポート１１２ａ５からポート１１２ａ１、１１２ａ３に分岐されて第１伝搬光と第２伝搬光に分岐される。そして、図８に示す実線で示されているように、光ファイバリング１１１を一周する。そして、各第１伝搬光と第２伝搬光とが再び３×３光分岐結合素子１１２で合波され、受光素子１５−１及び受光素子１５−２では、その干渉光が検出される。このとき、上述したように、光ファイバリング１１１内、すなわち光ファイバリング部１３０が加振されると、光ファイバリング部１３０に屈折率変化が生じる。このとき、受光素子１５−１及び受光素子１５−２ではこの現象が振動によって位相変調された第１伝搬光と第２伝搬光の干渉光の強度変化として検出される。
【００７６】
一方、光ファイバリング干渉型センサ１２０では、上述した光ファイバリング干渉型センサ１１０とほぼ同様であり、発光素子１２３から入力された１．５５μｍの波長の伝搬光が３×３光分岐結合素子１２２により第１伝搬光と第２伝搬光に分岐されて図８の点線で示されているように、それぞれ光ファイバリング１２１を一周する。そして、各第１伝搬光と第２伝搬光が再び３×３光分岐結合素子１２２で合波され、受光素子１５−４及び受光素子１５−５でその干渉光が検出される。光ファイバリング１２１内、すなわち光ファイバリング部１３０に加えられた振動によって位相変調された第１伝搬光と第２伝搬光の干渉光の強度変化が検出される。
【００７７】
図９は、第３の実施形態における信号処理装置３１Ｂの概略構成の一例を示す図である。
信号処理装置３１Ｂは、信号処理装置３１−１、信号処理装置３１−２及び加振位置検出部４０を備える。
信号処理装置３１−１は、第１の実施形態の信号処理装置３１と同様に、受光素子１５−１が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ１及び受光素子１５−２が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ２に基づいて、干渉光の強度Ｐｐｄ３を推定する。そして、信号処理装置３１−１は、受光素子１５−１が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ１、受光素子１５−２が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ２及び推定した干渉光の強度Ｐｐｄ３に基づいて、加振により発生する１．３１μｍの波長の第１伝搬光と第２伝搬光との位相差φ１．３１を算出する。信号処理装置３１−１は、算出した位相差φ１．３１を加振位置検出部４０に出力する。
【００７８】
信号処理装置３１−２は、第１の実施形態の信号処理装置３１と同様に、受光素子１５−４が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ４及び受光素子１５−５が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ２に基づいて、干渉光の強度Ｐｐｄ６を推定する。そして、信号処理装置３１−２は、受光素子１５−４が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ４、受光素子１５−５が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ５及び推定した干渉光の強度Ｐｐｄ６に基づいて、加振により発生する１．５５μｍの波長の第１伝搬光と第２伝搬光との位相差φ１．５５を算出する。信号処理装置３１−２は、算出した位相差φ１．５５を加振位置検出部４０に出力する。なお、干渉光の強度Ｐｐｄ６は、３×３光分岐結合素子１２２のポート１２２ａ６から出力される干渉光の強度であり、第１の実施形態と同様に、以下に示す関係がある。
【００７９】
Ｐｐｄ６＝３／２−（Ｐｐｄ４＋Ｐｐｄ５）…（６）
【００８０】
加振位置検出部４０は、信号処理装置３１−１から供給された位相差φ１．３１及び信号処理装置３１−２から供給された位相差φ１．５５に基づいて、加振点を算出する。以下に、加振点を算出する方法について、具体的に説明する。
【００８１】
各波長でのファイバリング系で生じる位相差φと光路差（第１伝搬光と第２伝搬光との光路差）との関係は、以下の式で表される。
位相差φ＝２π／λ×（第１伝搬光と第２伝搬光との光路差）…（７）
したがって、加振点をＸ０、光ファイバリング部１３０の全長を２Ｌとすると、位相差φ１．３１は、以下の式で表される。なお、前提条件として、加振点Ｘ０の光路長の時間変化ｄｘ／ｄｔは、光ファイバリング部１３０を光が１周する間ほぼ変わらないとする。
【００８２】
φ１．３１＝｜２π／λ１．３１｛ｄｘ／ｄｔ・（Ｘ０／（ｃ／ｎ））−ｄｘ／ｄｔ・（（２Ｌ−Ｘ０）/（ｃ／ｎ））｝｜
＝２π／λ１．３１・ｄｘ／ｄｔ・（２Ｌ−２Ｘ０）…（８）
【００８３】
なお、ｃは、真空の光速であり、ｎは屈折率である。
【００８４】
同様に、位相差φ１．５５は、以下の式で表される。
【００８５】
φ１．５５＝｜２π／λ１．５５｛ｄｘ／ｄｔ・（Ｌ＋Ｘ０）／（ｃ／ｎ）−ｄｘ／ｄｔ・（（Ｌ−Ｘ０）／（ｃ／ｎ））｝｜
＝２π／λ１．５５・ｄｘ／ｄｔ・（２Ｘ０）…（９）
【００８６】
式（８）及び式（９）より、加振点Ｘ０は、以下の式にまとめることができる。
【００８７】
Ｘ０＝Ｌ／｛１＋（λ１．３１／λ１．５５）・（φ１．３１/φ１．５５）｝…（１０）
【００８８】
Ｌ、λ１．３１、λ１．５５は、既値であるため、加振位置検出部４０は、信号処理装置３１−１で算出された位相差φ１．３１と位相差φ１．５５とを式（１０）に代入することで、加振点Ｘ０を算出する。また、加振位置検出部４０は、以下の式を用いて、加振による発生した振動の振動レベル（ｄｘ／ｄｔ）を算出してもよい。
【００８９】
ｄｘ／ｄｔ＝ｃｎ／４πＬ（λ１．３１・φ１．３１＋λ１．５５・φ１．５５）…（１１）
【００９０】
なお、第３の実施形態において、光ファイバリング干渉型センサ１Ｂは、第１の実施形態の位相差φの算出方法を用いたが、これに限定されない。例えば、光ファイバリング干渉型センサ１Ｂは、第２の実施形態の位相差φの算出方法を用いてもよい。その場合には、光ファイバリング干渉型センサ１Ｂにおいて、３×３光分岐結合素子１１２のポート１１２ａ６と信号処理装置３１Ｂとの間に新たな受光素子１５−３を備える。また、３×３光分岐結合素子１２２のポート１２２ａ６と信号処理装置３１Ｂとの間に新たな受光素子１５−６を備える。そして、信号処理装置３１Ｂは、受光素子１５−１〜１５−３から供給される干渉光強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を合計した合計値が所定値Ｈ（例えば、３／２）と略同一でなければ、その干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３が異常データであると判定する。また、信号処理装置３１Ｂは、受光素子１５−４〜１５−６から供給される干渉光強度Ｐｐｄ４〜６を合計した合計値が所定値Ｈ（例えば、３／２）と略同一でなければ、その干渉光の強度Ｐｐｄ４〜６が異常データであると判定する。
【００９１】
上述したように、第３の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｂは、光ファイバリング干渉型センサ１又は光ファイバリング干渉型センサ１Ａを２つ備え、２つの光ファイバリングが共用するように構成されている。光ファイバリング干渉型センサ１Ｂは共用した光ファイバリングの近端及び遠端から、それぞれの波長（１．３１μｍ、１．５５μｍ）が異なる光を入射する。そして、光ファイバリング干渉型センサ１Ｂは、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の方法で算出した位相差φ１．３１、φ１．５５に基づいて、光ファイバリング部１３０上の加振点を算出する。これにより、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
（第４の実施形態）
図１０は、第４の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｃの概略構成の一例を示す図である。
第４の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｃは、第１の実施形態の位相差φの算出方法を用いて、物理変化が加わっている位置、例えば加振点を算出する構成を備える。第４の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｃは、同一の波長の２つの光ファイバリング干渉型センサを有し、それぞれの光ファイバリングを互いに並行に配置する構成を備える。例えば、光ファイバリング干渉型センサ１Ｃは、光ファイバリング干渉型センサ１又は光ファイバリング干渉型センサ１Ａを２つ備え、２つの光ファイバリングを互いに並行に配置する構成を備える。なお、本実施形態では、光ファイバリング干渉型センサ１Ｃは、光ファイバリング干渉型センサ１と同様な構成を備える光ファイバリング干渉型センサ１１０Ｃと光ファイバリング干渉型センサ１２０Ｃとを備える場合について、説明する。
【００９３】
光ファイバリング干渉型センサ１Ｃは、光ファイバリング干渉型センサ１１０Ｃ、光ファイバリング干渉型センサ１２０Ｃ及び信号処理装置３１Ｃを備える。
光ファイバリング干渉型センサ１１０Ｃは、光ファイバリング１１１、３×３光分岐結合素子１１２、発光素子１１、光分岐結合素子１１４、２個の受光素子１５−１、１５−２を備える。
【００９４】
光ファイバリング干渉型センサ１２０Ｃは、光ファイバリング１２１、３×３光分岐結合素子１２２、発光素子１１、光分岐結合素子１２４、２個の受光素子１５−４、１５−５を備える。図１０に示すように、光ファイバリング１１１と光ファイバリング１２１とは、並行に配置されている。
【００９５】
信号処理装置３１Ｃは、信号処理装置３１−１、信号処理装置３１−２及び加振位置検出部４０を備える。
信号処理装置３１３１−１は、第１の実施形態の信号処理装置３１と同様に、受光素子１５−１が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ１及び受光素子１５−２が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ２に基づいて、干渉光の強度Ｐｐｄ３を推定する。そして、信号処理装置３１−１は、受光素子１５−１が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ１、受光素子１５−２が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ２及び推定した干渉光の強度Ｐｐｄ３に基づいて、加振により発生する光ファイバリング１１１の第１伝搬光と第２伝搬光との位相差φ１を算出する。
【００９６】
また、信号処理装置３１−２は、第１の実施形態の信号処理装置３１と同様に、受光素子１５−４が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ４及び受光素子１５−５が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ５に基づいて、干渉光の強度Ｐｐｄ６を推定する。そして、信号処理装置３１−２は、受光素子１５−４が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ４、受光素子１５−５が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ５及び推定した干渉光の強度Ｐｐｄ６に基づいて、加振により発生する、光ファイバリング１２１の第１伝搬光と第２伝搬光との位相差φ２を算出する。
【００９７】
そして、信号処理装置３１Ｃは、算出した位相差φ１及び位相差φ２に基づいて、加振点を算出する。なお、信号処理装置３１Ｃの加振点を算出する方法は、第３の実施形態の信号処理装置３１Ｂと同様であるため、説明を省略する。
【００９８】
なお、第４の実施形態において、光ファイバリング干渉型センサ１Ｃは、第１の実施形態の位相差φの算出方法を用いたが、これに限定されない。例えば、光ファイバリング干渉型センサ１Ｃは、第２の実施形態の位相差φの算出方法を用いてもよい。その場合には、光ファイバリング干渉型センサ１Ｃにおいて、３×３光分岐結合素子１１２のポート１１２ａ６と信号処理装置３１Ｃとの間に新たな受光素子１５−３を備える。また、３×３光分岐結合素子１２２のポート１２２ａ６と信号処理装置３１Ｃとの間に新たな受光素子１５−６を備える。そして、信号処理装置３１Ｃは、受光素子１５−１〜１５−３から供給される干渉光強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を合計した合計値が所定値Ｈ（例えば、３／２）と略同一でなければ、その干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３が異常データであると判定する。また、信号処理装置３１Ｃは、受光素子１５−４〜１５−６から供給される干渉光強度Ｐｐｄ４〜Ｐｐｄ６を合計した合計値が所定値Ｈ（例えば、３／２）と略同一でなければ、その干渉光の強度Ｐｐｄ４〜Ｐｐｄ６が異常データであると判定する。
【００９９】
上述したように、第４の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｃは、２つの光ファイバリング１１１、１２１が並行するように構成されている。光ファイバリング干渉型センサ１Ｃは光ファイバリング１１１の近端、及び光ファイバリング１２１の遠端から同一波長の光を入射する。そして、光ファイバリング干渉型センサ１Ｃは、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の方法で算出した２つの位相差φに基づいて、光ファイバリング１１１、１２１の加振点を算出する。これにより、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１００】
なお、第４の実施形態において、光ファイバリング干渉型センサ１Ｃは、光ファイバリング干渉型センサ１１０Ｃ及び光ファイバリング干渉型センサ１２０Ｃのそれぞれに備えられている発光素子１１を共通化し、１つの発光素子１１を備えるようにしてもよい。これにより、同一の波長の光を使用する場合において、発光素子を１つ削減することができる。
【０１０１】
（第５の実施形態）
図１１は、第５の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｄの概略構成の一例を示す図である。
第５の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｄは、第１の実施形態の位相差φの算出方法を用いて、物理変化が加わっている位置、例えば加振点を算出する構成を備える。第５の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｄは、任意の波長の２つの光ファイバリング干渉型センサを有し、それぞれの光ファイバリングを互いに並行に配置する構成を備える。本実施形態では、光ファイバリング干渉型センサ１Ｄは、それぞれ異なる波長の２つの光ファイバリングを互いに並行に配置する構成を備える。例えば、光ファイバリング干渉型センサ１Ｄは、光ファイバリング干渉型センサ１又は光ファイバリング干渉型センサ１Ａを２つ備え、２つの光ファイバリングを互いに並行に配置する構成を備える。なお、本実施形態では、光ファイバリング干渉型センサ１Ｄは、光ファイバリング干渉型センサ１と同様な構成を備える光ファイバリング干渉型センサ１１０Ｄと光ファイバリング干渉型センサ１２０Ｄとを備える場合について、説明する。ただし、光ファイバリング干渉型センサ１１０Ｄと光ファイバリング干渉型センサ１２０Ｄとは、それぞれ異なる波長の光を出力する。
【０１０２】
光ファイバリング干渉型センサ１Ｄは、光ファイバリング干渉型センサ１１０Ｄ、光ファイバリング干渉型センサ１２０Ｄ及び信号処理装置３１Ｄを備える。
光ファイバリング干渉型センサ１１０Ｄは、光ファイバリング１１１、３×３光分岐結合素子１１２、発光素子１１３、光分岐結合素子１１４、２個の受光素子１５−１、１５−２を備える。
【０１０３】
光ファイバリング干渉型センサ１２０Ｄは、光ファイバリング１２１、３×３光分岐結合素子１２２、発光素子１２３、光分岐結合素子１２４、２個の受光素子１５−４、１５−５を備える。図１１に示すように、光ファイバリング１１１と光ファイバリング１２１とは、並行に配置されている。
【０１０４】
信号処理装置３１Ｄは、信号処理装置３１−１、信号処理装置３１−２及び加振位置検出部４０を備える。
信号処理装置３１−１は、第１の実施形態の信号処理装置３１と同様に、受光素子１５−１が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ１及び受光素子１５−２が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ２に基づいて、干渉光の強度Ｐｐｄ３を推定する。そして、信号処理装置３１−１は、受光素子１５−１が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ１、受光素子１５−２が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ２及び推定した干渉光の強度Ｐｐｄ３に基づいて、加振により発生する１．３１μｍの波長の第１伝搬光と第２伝搬光との位相差φ１．３１を算出する。信号処理装置３１−１は、算出した位相差φ１．３１を加振位置検出部４０に出力する。
【０１０５】
また、信号処理装置３１−２は、第１の実施形態の信号処理装置３１と同様に、受光素子１５−４が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ４及び受光素子１５−５が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ５に基づいて、干渉光の強度Ｐｐｄ６を推定する。そして、信号処理装置３１−２は、受光素子１５−４が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ４、受光素子１５−５が受光した干渉光の強度Ｐｐｄ５及び推定した干渉光の強度Ｐｐｄ６に基づいて、加振により発生する１．５５μｍの波長の第１伝搬光と第２伝搬光との位相差φ１．５５を算出する。信号処理装置３１−２は、算出した位相差φ１．５５を加振位置検出部４０に出力する。
【０１０６】
そして、加振位置検出部４０は、算出した位相差φ１．３１及び位相差φ１．５５に基づいて、加振点を算出する。なお、信号処理装置３１Ｄの加振位置検出部４０における加振点を算出する方法は、第３の実施形態の信号処理装置３１Ｂと同様であるため、説明を省略する。
【０１０７】
なお、第５の実施形態において、光ファイバリング干渉型センサ１Ｄは、第１の実施形態の位相差φの算出方法を用いたが、これに限定されない。例えば、光ファイバリング干渉型センサ１Ｄは、第２の実施形態の位相差φの算出方法を用いてもよい。その場合には、光ファイバリング干渉型センサ１Ｄにおいて、３×３光分岐結合素子１１２のポート１１２ａ６と信号処理装置３１Ｄとの間に新たな受光素子１５−３を備える。また、３×３光分岐結合素子１２２のポート１２２ａ６と信号処理装置３１Ｄとの間に新たな受光素子１５−６を備える。そして、信号処理装置３１Ｄは、受光素子１５−１〜１５−３から供給される干渉光強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３を合計した合計値が所定値Ｈ（例えば、３／２）と略同一でなければ、その干渉光の強度Ｐｐｄ１〜Ｐｐｄ３が異常データであると判定する。また、信号処理装置３１Ｄは、受光素子１５−４〜１５−６から供給される干渉光強度Ｐｐｄ４〜Ｐｐｄ６を合計した合計値が所定値Ｈ（例えば、３／２）と略同一でなければ、その干渉光の強度Ｐｐｄ４〜Ｐｐｄ６が異常データであると判定する。
【０１０８】
上述したように、第５の実施形態における光ファイバリング干渉型センサ１Ｄは、２つの光ファイバリング１１１Ｄ、１２１Ｄが並行するように構成されている。光ファイバリング干渉型センサ１Ｄは光ファイバリング１１１の近端、及び光ファイバリング１２１の遠端からそれぞれ異なる波長の光を入射する。そして、光ファイバリング干渉型センサ１Ｄは、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の方法で算出した２つの位相差φに基づいて、光ファイバリング１１１、１２１の加振点を算出する。これにより、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
上述した実施形態における信号処理装置３１〜３１Ｄをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【０１１０】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【０１１１】
特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１１２】
１,１Ａ,１Ｂ,１Ｃ,１Ｄ…光ファイバリング干渉型センサ、１３…光ファイバリング、３０…３×３光分岐結合素子、１１…発光素子、１２…光分岐結合素子、１５−１〜１５−６…受光素子、３１…信号処理装置、３２−１〜３２−３…Ａ／Ｄ変換器、３３…正規化処理部、３４…干渉強度推定部、３５…位相差算出部、３６…有効データ判定部、４０…加振位置検出部
【要約】      （修正有）【課題】受光素子を減らし安価なセンサを提供する。また、より正確に位相差を算出することができる光ファイバリング干渉型センサを提供する。【解決手段】第１伝搬光と第２伝搬光とを結合し、結合した前記第１伝搬光と前記第２伝搬光との干渉光をＮ（Ｎは３以上の整数）個のポート３０ａ４，３０ａ５，３０ａ６から出力する光分岐結合素子３０と、光分岐結合素子３０のＮ個のポートのうち、ポート３０ａ４，３０ａ５から出力される干渉光の強度をそれぞれ受光する受光素子１５−１，１５−２と、受光素子１５−１，１５−２で受光した干渉光の強度に基づいて、残りのポート３０ａ６から出力される干渉光の強度を推定する干渉強度推定部と、受光素子１５−１，１５−２で受光した干渉光の強度と、干渉強度推定部により推定された干渉光の強度とに基づいて、位相差を算出する位相差算出部と、を備える。【選択図】図１【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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