(57)【要約】【課題】構成部品が外乱要素の影響を受けても、測定結果に影響を及ぼすことを防止することが可能な反射センサを提供する。【解決手段】  光カプラ１１から光ファイバを分岐させ、その一方に測定対象の物理量の変化に応じて透過レベルおよび反射光レベルの両方または少なくとも一方が変化する反射光および透過光に分離する分離手段１３を設け、分離手段１３で分離した反射光を一方の光ファイバ伝送光路を介して光カプラ１１に伝送する一方、光分離手段１１で分離された透過光を反射光に対し所定の光路差を付与する他方の光ファイバ伝送光路を介して、光カプラ１１に伝送するように形成された反射センサ。【選択図】図１
2011085419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理計測光を出力する光源に接続された光ファイバに光カプラを介して接続され、測定対象の物理量の変化に応じて変調された反射スペクトルを前記光カプラから前記光源側に戻す反射センサにおいて、
前記光カプラから２つに分岐した一方の光ファイバ伝送光路に接続され、測定対象の物理量の変化に応じて透過光レベルおよび反射光レベルの両方または少なくとも一方が変化する反射光および透過光に分離する光分離手段と、
前記分離手段で分離した反射光を一方の光ファイバ伝送光路を介して前記光カプラに伝送する一方、前記光分離手段で分離された透過光を前記反射光に対し所定の光路差を付与する他方の光ファイバ伝送光路を介して、前記光カプラに伝送するように形成され、前記光カプラから一方の光ファイバ伝送光路を介して入力された反射光と他方の光ファイバ伝送光路を介して入力された透過光とを光源側に戻すように構成したことを特徴とする反射センサ。
【請求項２】
光分離手段は、
入力される物理計測光を平行光に変換する第１レンズと、
前記第１レンズから射出される光を光ファイバに集光する第２レンズと、
前記第１レンズと前記第２レンズとの間に平行光に対し垂直に配置され、測定対象の物理量の変化に応じて配置位置を変位させることによって透過光レベルと反射光レベルとを相補的に変化させる光分離板と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の反射センサ。
【請求項３】
光分離手段は、
光ファイバの両端の接続部にそれぞれ設けられ、入力される物理計測光を所定の反射率で反射する反射膜と、
前記反射膜を透過した光を平行光に変換する第１レンズと、
前記第１レンズからの光を光ファイバに集光する第２レンズと、
第１レンズと第２レンズとの間に平行光に対し一定の傾斜角度をもって配置され、測定対象の物理量の変化に応じて配置位置を変位させて透過光レベルを変化させる光分離板と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の反射センサ。
【請求項４】
両反射膜の反射率が共に0.382である請求項３に記載の反射センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバセンシングで用いられる反射センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバを用いて温度や圧力などの物理量を測定する光ファイバセンシングシステムが提案されている。
一般に、光ファイバは長距離に亘って施設されることから、光伝送路の途中で例えば光ファイバの曲げ、捻じれ等の外乱要素の存在により測定結果に大きな影響を与えるという問題があった。
【０００３】
そこで、本発明の発明者らは測定対象の物理量の変化に応じて物理計測光が相補的に変化する透過光と反射光とに分離し、分離された光の強度比に基づいて測定結果を算出することにより外乱要素による光ファイバへの影響を取り除く技術を既に提供している（特許文献１）。また、既に光ファイバセンシングの技術に用いられる反射センサを提供している（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０６４７４７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】信学技報EMD2008-35，"時間差透過/反射センサにおける変位センシングの試み"，社団法人電子情報通信学会2008年9月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載の技術は、以下に示すように、反射センサの構成部品が外乱要素等の影響を受け測定結果がその影響を受けるという問題がある。
【０００７】
図１１は、従来の光ファイバセンサシステムで使用される反射センサ部分の基本的構成を示す図である。
図１１において、反射システムは光源からの光を２つの光ファイバ伝送光に分離するカプラと、光源からの光を測定対象の物理量の変化に応じて強度が相補的に変化する反射光と透過光に分離する光ファイバコリメータと、分離された２つの光に光路差を与えるダミーファイバとから構成される。また、ξはカプラの分岐比、r、tはそれぞれ光ファイバコリメータ系の反射率、その透過率である。また、a及びbは反射センサを構成している光ファイバの伝送路損失率である。
ここで、光ファイバコリメータに入射した光の強度を１とすると、反射波の強度Ｒと透過波の強度Ｔとはそれぞれ
【数１】
2011085419.tif 000003
【数２】
2011085419.tif 000004
で与えられる。
【０００８】
２つの光の強度比ζは
【数３】
2011085419.tif 000005
となる。
【０００９】
ここで所望の強度比ζはｔ/rである。
ところが、実際上ζには分岐比ξ,伝送光路損失係数a、bが含まれている。即ち、測定結果はこれらのパラメータの変動による影響を受けるため、正確な測定を行えない場合がある。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、反射センサの構成部品が外乱要素等の影響を受けても測定結果にその影響を及ぼさない反射センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、以下の手段によって解決される。
請求項１に係る発明は、物理計測光を出力する光源に接続された光ファイバに光カプラを介して接続され、測定対象の物理量の変化に応じて変調された反射スペクトルを前記光カプラから前記光源側に戻す反射センサにおいて、前記光カプラから２つに分岐した一方の光ファイバ伝送光路に接続され、測定対象の物理量の変化に応じて透過光レベルおよび反射光レベルの両方または少なくとも一方が変化する反射光および透過光に分離する光分離手段と、前記分離手段で分離した反射光を一方の光ファイバ伝送光路を介して前記光カプラに伝送する一方、前記光分離手段で分離された透過光を前記反射光に対し所定の光路差を付与する他方の光ファイバ伝送光路を介して、前記光カプラに伝送するように形成され、前記光カプラから一方の光ファイバ伝送光路を介して入力された反射光と他方の光ファイバ伝送光路を介して入力された透過光とを光源側に戻すように構成したことを特徴とする反射センサである。
請求項２に係る発明は、光分離手段は、入力される物理計測光を平行光に変換する第１レンズと、前記第１レンズから射出される光を光ファイバに集光する第２レンズと、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に平行光に対し垂直に配置され、測定対象の物理量の変化に応じて配置位置を変位させることによって透過光レベルと反射光レベルとを相補的に変化させる光分離板と、を有することを特徴とする請求項１に記載の反射センサである。
請求項３に係る発明は、光分離手段は、光ファイバの両端の接続部にそれぞれ設けられ、入力される物理計測光を所定の反射率で反射する反射膜と、前記反射膜を透過した光を平行光に変換する第１レンズと、前記第１レンズからの光を光ファイバに集光する第２レンズと、第１レンズと第２レンズとの間に平行光に対し一定の傾斜角度をもって配置され、測定対象の物理量の変化に応じて配置位置を変位させて透過光レベルを変化させる光分離板と、を有することを特徴とする請求項１に記載の反射センサである。
請求項４に係る発明は、両反射膜の反射率が伴に0.382である請求項３に記載の反射センサである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、物理計測光が光分離手段で２つの光に分離され、分離された光が反射センサ内の光路を巡回した後、光ファイバに戻される。複数の戻り光のレベル比に基づき、測定対象の物理量変化を算出する。これにより、反射センサ内の構成部品が外乱要素の影響を受けても、この影響を打ち消して高精度の物理量測定を行うことができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、光分離板の位置が変化するとそれ変化量に応じて物理計測光を相補的に変化する２つの光に分離できる。これによって、反射センサを変位センサとして用いることができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、遮光板を用いて光の反射を防ぎ、透過光の強度のみから測定対象の物理量の測定が可能となる。これによって、反射光と透過光と同時に制御、例えば該２つの光を光ファイバの再集結させる必要なく、透過光のみを光ファイバに再結合させるだけで良いので、容易に反射センサを製造することができる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、光ファイバの両端に形成される反射膜の反射率を同じ０．３８２とすることによって測定結果に反射率の変化が及ぼす影響を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る反射センサ部分の基本的構成を示す図である。
【図２】本発明の光ファイバセンサに適用できる光ファイバコリメータの構成を示す図である。
【図３】透過光レベルと反射光レベルとの算出方法原理の説明図である。
【図４】光分離板にＡ方向から応力を加えたときの、光分離板の変位量と透過光レベル・反射光レベルとの関係を表す図である。
【図５】光分離板の変位量と透過レベル・反射レベルとの関係を示し、(a)は光分離板の変位量と透過光レベル・反射光レベルとの関係を示す図であり、(b)は光分離板の変位量と透過光レベル/反射光レベルとの関係を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る光ファイバセンシングシステム全体の概略構成を示すブロック図である。
【図７】(a)は擬似ランダム符号の一例を、(b)は物理計測光の一例を、それぞれ示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る反射センサ部分の基本的構成を示す図である。
【図９】前記第２実施形態の反射線センサ部分における光ファイバコリメータのブロック図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る光ファイバセンサシステム全体の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の光ファイバセンサシステムの反射センサ部分の基本的構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本願請求項に係る発明（以下では、単に「本発明」という）を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る反射センサ部分の基本的構成を示す図である。
【００１９】
図に示すように、反射センサ１０は、概略、光カプラ１１、第１ファイバ伝送光路１２、第２光ファイバ伝送光路１５および光フィアバコリメータ１３によって構成される。
光カプラ１１は、光を分岐し、また光ファイバコリメータ１３で分離された光を再結合させる。光カプラ１１は、50%:50%に光を分岐するのが理想だが、実際は製造上のばらつきにより理想の分岐比からずれるため本実施形態では分岐比をξ：（１−ξ）とする。
第１ファイバ伝送光路１２と第２ファイバ伝送光路１５とは、光カプラ１１から分岐した光ファイバであり、それぞれの伝送損失率をaとbとする。
【００２０】
第２光ファイバ伝送光路１５にはダミーファイバ１４が設けられており、光ファイバコリメータ１３によって分離された一方の光に計測系３１（図６に示す）が有する距離分解能Ｌ以上の距離差を与えるものである。なお、距離分解能Ｌについては後述する。
【００２１】
光ファイバコリメータ１３は、図２に示すように対向して配置された一対の非球面レンズ１３１と、入射光に対して垂直に起立して配置される光分離板１３２とにより構成される。
なお、一対の非球面レンズ１３１に代えて、対向して配置される一対のロッドレンズ（図示しない）を用いることができる。
【００２２】
また、光ファイバコリメータ１３の両端にそれぞれ光ファイバ１６の一端部を挿入したフェルール１７が接続されている。
光分離板１３２は、ホウケイ酸クラウン光学ガラスからなる透明板１３３の一部分の表面に金の蒸着膜または多層蒸着膜を被覆させた反射板１３４が一体的に形成されている。また、反射板１３４の一端には、バネ１３５が接続され、バネ１３５の他端は反射センサ１０の外壁部に接続される。なお、本実施形態では、光分離板１３２を透明板１３３と反射板１３４とを一体として形成したが、これには限定されず反射板１３４のみを光分離板１３２として用いても良い。
【００２３】
図３は、透過光レベルと反射光レベルとの算出方法を説明するための図である。
物理計測光の光ビーム１３５の断面における電力分布Ｉ(x,y)が式４に示されるように、光ビーム１３５の光軸zの周りで回転対称とされる。
【００２４】
【数４】
2011085419.tif 000006
なお、式４においてwは光ビーム１３５の1/e半値幅である。
反射板１３４がx軸上の位置ｘ1を通り、y,z軸に平行な面であるとすると、
透過光レベル１３７と反射光レベル１３６とはそれぞれ
【数５】
2011085419.tif 000007
【数６】
2011085419.tif 000008
と表わされる。
【００２５】
また、透過光レベル１３７と反射光レベル１３６の和は、常に
【数７】
2011085419.tif 000009
となる。
【００２６】
以上のようにして、透過光レベルと反射光レベルとが算出され、これらは和を１として相補的に変化することがわかる。
【００２７】
図４(a)、(b)、(c)は、光分離板１３２にＡ方向から応力を印加したときの、光分離板１３２の変位量と透過光レベル・反射光レベルとの関係を表す図である。
図からわかるように、(a)、(b)、(c)の順で光分離板１３２の変位量xが大きくなっており、これに連動して反射光レベル(ｒ)が増大する一方、透過光レベル(ｔ)は減少することが分かる。
以上のように、測定物理量の変化によって光分離板１３２が変位し、反射光レベルと透過光レベルとが相補的に変化することが分かる。
【００２８】
図５(a)は、光分離板１３２の変位量と透過光レベル・反射光レベルとの関係を示す図であり、横軸に光分離板の変位(mm)を、縦軸に透過光レベルと反射光レベル(dB)とを、それぞれとってある。
図に示すように、光分離板１３２の変位量が大きくなるに連れて反射光レベル２０は大きくなる一方、透過光レベル２１は減少しており、これらは相補的に変化していることがわかる。
【００２９】
図５(ｂ)は、光分離板１３２の変位量と透過光レベル/反射光レベル（以下では、この値をζという）との関係を示す図であり、横軸に変位(mm)を、縦軸にζを、それぞれとってある。
図において、光分離板１３２の変位とζとは曲線２２に示すように一対一対応しており、光分離板１３２の変位量が大きくなるに連れてζは大きくなることがわかる。つまり、ζの値がわかれば光分離板１３２の変位量を割り出すことが可能となる。
【００３０】
次に、反射センサを用いた測定方法を説明する。
図６は、本発明の第１実施形態に係る光ファイバセンシングシステム全体の概略構成を示すブロック図である。
【００３１】
計測系３１は、概略、ＰＮ符号生成器３１a、光源ドライバ３１b、光源３１c、サーキュレータ３１d、ＰＤ（Photo diode）３１e、プリアンプ３１f、アナログデジタル変換器（Ａ/Ｄ）３１g、相関器３１h、強度比算出器３１iなどによって構成される。
【００３２】
ＰＮ符号生成器３１aは、図７(a)に示す例えば212-1bit長のＭ系列疑似ランダム信号を生成し、光源ドライバ３１bと相関器３１hに送出する。なお、生成された疑似ランダム信号と３つの戻り光との同期をとるために、生成された疑似ランダム信号に相関器３１h内でそれぞれ２Ｋ/(ｎＣ)、２（Ｋ＋２Ｌ）/(ｎＣ)、２（Ｋ＋４Ｌ）/( ｎＣ)[秒]の遅延を付与して相関を行う。
（但し、Ｋ：スルー本線３２のファイバ長、Ｃ：真空中の光の速さ  ｎ：屈折率  Ｌ：距離分解能）
なお、距離分解能については後述する。
【００３３】
光源ドライバ３１bは、ＰＮ符号生成器３１aからの疑似ランダム信号によって駆動され、光源３１cが発光する光にＰＮ変調を行うものである。
光源３１cは、図７(b)に示すＰＮ変調された光をスルー本線３２に導入するものである。なお、以下ではＰＮ変調された光を物理計測光というものとする。
【００３４】
サーキュレータ３１dは、物理計測光をスルー本線３２に射出する一方、反射センサ１０からの戻り光をＰＤ３１e方向の光ファイバに射出するものである。
ＰＤ３１eは、反射センサ１０からの戻り光を受光し電流変換するものである。
プリアンプ３１fは、受光した戻り光電流を電流―電圧変換し増幅するものである。
【００３５】
アナログデジタル変換器（Ａ/Ｄ）３１gは、増幅された光を電気信号に変換するものである。
相関器３１hは、ＰＮ符号生成器３１aからの疑似ランダム信号と戻り光の電気信号との相関を取り、戻り光の強度を算出するものである。
強度比算出器３１iは、戻り光の強度の比を取ることにより物理測定量を算出するものである。
【００３６】
次に、計測系３１の距離分解能(Ｌ)を説明する。
距離分解能とは計測系３１が２つの戻り光を受光したとき、これら光を計測系３１内部で分離処理するために必要な光路差のことである。換言すれば、計測系３１内部で２つの光にこれ以上の光路差がないと計測系３１は２つの光を分離して処理できない。
【００３７】
距離分解能は以下の式によって算出される。
距離分解能  Ｌ＝（ｃ/(2ｎfc)）=(100/fc) （m）
（但し、ｃ：真空高速、  n:SMFモード屈折率＝1.5（石英ファイバ）、fc:PN符号生成器３１aのチップ速度）
しかし、本実施形態では上記したように疑似ランダム符号と戻り光との相関を取ることから、２つの光を分離するには上記算出する距離分解能の２倍である２Ｌだけの光路差が必要である。
【００３８】
ここで、計測系３１内部では、物理計測光が光ファイバに導入され受光されるまでの距離（往復距離）は実際の通過距離の1/2として処理されるので計測系３１内部で２Ｌの光路差を付与するために必要な実際上の光路差はその２倍の４Ｌである。
以上より、ダミーファイバ１４の長さは、４Ｌ以上とすれば良い。
【００３９】
次に、物理計測光、反射光及び透過光の流れを説明する。
なお、以下では力が加わり光分離板１３２の変位量がx1になったとして説明する。
光源３１cから射出された物理計測光は、サーキュレータ３１dでスルー本線３２に導出された後、光カプラ１１に入射し、分岐比ξ：１−ξで光ファイバ伝送光路１２と光ファイバ伝送光路１５とに分離される。
【００４０】
光ファイバ伝送光路１２に分岐された光は光ファイバコリメータ系１３に入射しt：rの比で透過光1と反射光1とに分離され、反射光1は光ファイバ伝送光路１２に、透過光1は光ファイバ伝送光路１３にそれぞれ射出される。
【００４１】
一方、光ファイバ伝送光路１５に射出された物理計測光は、ダミーファイバ１４を通過した後、光ファイバコリメータ系１３に入射しt：rの比で透過光２と反射光２とに分離され、透過光２は光ファイバ伝送光路１２に、反射光2は光ファイバ伝送光路１５にそれぞれ射出される。
【００４２】
透過光１と透過光２とは、光カプラ１１で合波され、スルー本線３２を戻りサーキュレータ３１dを介してＰＤ３１eに受光される。同様に、反射光１と反射光２もスルー本線３２を戻りサーキュレータ３１dを介してＰＤ３１eに受光される。
【００４３】
ここで、ダミーファイバのファイバ長は４Ｌであるから、反射光１、透過光１と透過光２の合波及び反射光２の相対距離は、反射光１を基準（０）とすると、それぞれ４Ｌ、８Ｌである。反射計測では実際のファイバの距離を計測するために、往復の距離で計測したものを、片道の距離で変換し表示するのが通例であるため、反射光１、透過光１と透過光２の合波及び反射光２の相対距離は、反射光１を基準（０）とすると、それぞれ２Ｌ、４Ｌと表示される。
【００４４】
ＰＤ３１eで受光された光は、プリアンプ３１fで増幅されＡ/Ｄ３１ｇで電気信号に変換され、相関器３１hに送られる。
反射光１の電気信号と疑似ランダム信号との相関をとるためにＰＮ符号生成器３１aは相関器３１hに疑似ランダム符号を送出し、相関器３１hは疑似ランダム信号に(2K/ｎＣ)秒の遅延を付与する。
相関器３１hは、遅延を付与した疑似ランダム信号と反射光１との電気信号との相関を取り、次式に示す反射光１の強度Ｒ１を算出する。
【数８】
2011085419.tif 000010
また、透過光１と透過光２との合波の電気信号と疑似ランダム信号との相関をとるために、ＰＮ符号生成器３１aは相関器３１hに疑似ランダム信号を送出し、相関器３１hは疑似ランダム信号に[２(Ｋ＋２Ｌ)／ｎＣ] 秒の遅延を付与する。
相関器３１aは遅延を付与した疑似ランダム信号と透過光１と透過光２との合波光の電気信号との相関を取り、次式に示す合波の強度Ｒ２を算出する。
【数９】
2011085419.tif 000011
さらに、反射光２の電気信号と疑似ランダム符号との相関をとるために、ＰＮ符号生成器３１aは相関器３１hに疑似ランダム信号を送出し、相関器３１hは疑似ランダム信号に[２(Ｋ＋４Ｌ)／ｎＣ] 秒の遅延を付与する。
相関器３１hは、疑似ランダム信号と透過光１と透過光２との合波の電気信号との相関を取り、次式に示す反射光２の強度Ｒ３を算出する。
【数１０】
2011085419.tif 000012
以上のようにして算出された各光の強度は、強度比算出器３１iに送られる。
強度比算出器３１iでは各光の強度から次式に基づいて強度比ζを算出する。
【数１１】
2011085419.tif 000013
これに、上記算出したＲ１、Ｒ２及びＲ３を代入すると、
【数１２】
2011085419.tif 000014
即ち、
【数１３】
2011085419.tif 000015
となる。
このように、ζは変位量ｘ1だけの関数となり、ξ、a及びbとは無関係となる。つまり、反射センサのパラメータが変動しても、それらの影響を受けないことが分かる。
なお、上記に示した遅延量の設定条件は説明のための最低限のものであり、上記以外の遅延量をもつ相関器を配置することを制限するものではない。たとえば、[２(Ｋ＋Ｌ)／ｎＣ]や[２(Ｋ＋３Ｌ)／ｎＣ]の遅延量をもつ相関器は、センサの位置精度や反射・透過パワの検出精度向上に役立つ。また、距離分解能Ｌに対応する（２Ｌ／ｎＣ）の遅延量間隔で相関器を配置すれば、センサの位置の自動走査に役立つ。
【００４５】
以上みてきたように、反射センサを本実施形態に係る構成とすれば、反射センサ内の部品が外乱要素、例えば反射センサの構成部品である光ファイバの伝送損失率比が温度や湿度によって変化してもその変化に影響されないので測定対象の物理量を高い精度で測定できる。同様に、カプラの分岐比にも影響されないのでカプラの分岐比のバラつきを考慮する必要がないので容易に反射センサを製造することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図面を参照しながら説明する。
第１実施形態に係る反射センサは、一つの板で反射光と透過光とを同時に光ファイバに再結合させる必要があるが、これは角度精度の上非常に難しい。
【００４７】
そこで、本実施形態では、所定の反射率を有する反射膜を光ファイバコリメータの両端に形成し該反射膜で入射光を反射させ、透過光のみを光ファイバに再結合させる反射センサを提供する。なお、以下では第１実施形態での構成と同機能を有するものは同符号を付し、詳細な説明は割愛する。
【００４８】
図８は、本発明の第２実施形態に係る反射センサ部分の基本的構成を示す図である。
図８において、反射センサ１０aは、概略、光カプラ１１と、第１ファイバ伝送光路１２と、第２光ファイバ伝送光路１５と、光フィアバコリメータ１３aなどから構成される。
【００４９】
図９は、第２実施形態の反射線センサ部分における光ファイバコリメータのブロック図である。
図９において、光ファイバコリメータ系１３aは、対向して配置された一対のレンズ１３１、光分離板１３２a、フェルール１７の端面にたとえばＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＺｒＯ２、ＭｇＦ2、Ａｕ、ＢａＦ２などを蒸着させることによって形成された反射率ｒ１の反射膜１３８、反射率ｒ２の反射膜１３８a等を備える。
【００５０】
光分離板１３２aは、ホウケイ酸クラウン光学ガラスからなる透明板１３３と透明板１３３の一部表面にＭｇＦ2を蒸着した遮光板１３４aとが一体的に形成される。
また、光分離板１３２aは遮光板１３４aからの僅かな反射光が光ファイバ１６に再結合しないように平行光方向に対して所定の傾斜角度で配置される。
【００５１】
図１０は、本発明の第２実施形態に係る光ファイバセンサシステム全体の概略構成を示すブロック図である。
図１０において、計測システム３０aは、慨略、計測系３１と反射センサ１０a等を備え、これらは光スルー本線３２によって接続される。
【００５２】
次に、物理計測光、反射光及び透過光の流れを説明する。なお、以下では力が加わり光分離板１３２aの変位量がx1になったとして説明する。
光源３１ｃから射出された物理計測光は、サーキュレータ３１dを通過しスルー本線３２を介して光カプラ１１に入射する。
光カプラ１１に入射した物理計測光は、分岐比ξ：１−ξで光ファイバ伝送光路１２と光ファイバ伝送光路１５とに分岐される。
【００５３】
光ファイバ伝送光路１２に分岐された光は光ファイバコリメータ系１３aに入射する。入射した光は反射膜１３８によって反射率ｒ１で反射され光ファイバ伝送光路１２に射出される（以下、この光を反射光１という）。また、反射膜１３８を通過した透過光は、光分離板１３２aを透過率ｔで透過し、光ファイバ伝送光路１５に射出され、ダミーファイバ１４を介して光カプラ１１に戻る（以下、この光を透過光１という）。
【００５４】
一方、光カプラ１１によって光ファイバ伝送光路１５に分岐された物理計測光は、ダミーファイバ１４を経由して、光ファイバコリメータ系１３aに入射し、反射膜１３８aによって反射率ｒ２で反射され光ファイバ伝送光路１５に射出さダミーファイバ１４を再度通過して光カプラ１１に戻る（以下、この光を反射光２という）。また、反射膜１３８aを透過した光は、光分離板１３２aを透過率ｔで通過して光ファイバ伝送光路１２に射出され光ファイバ１１に戻る（以下、この光を透過光２という）。
【００５５】
透過光１と透過光２とは、光カプラ１１で合波され、スルー本線３２を戻りサーキュレータ３１dを通過してＰＤ３１eに受光される。同様に、反射光１、反射光２もスルー本線３２を戻りサーキュレータ３１dを通過しＰＤ３１eに受光される。
【００５６】
以下、プリアンプ３１f、Ａ/Ｄ３１g、相関器３１h及び強度比算出器３１iにおける処理は第１実施形態と同様なので、詳細な説明は割愛する。
【００５７】
次に、相関器３１hで算出される各光の強度を説明する
反射光１の光の強度Ｒ1は
【数１４】
2011085419.tif 000016
で与られる。
【００５８】
透過光1と透過光2の合波の光の強度Ｒ2は、
【数１５】
2011085419.tif 000017
で与えられる。
【００５９】
反射光2の光の強度Ｒ3は、
【数１６】
2011085419.tif 000018
で与えられる。
【００６０】
次に、強度比算出器３１iでの強度比の算出方法を説明する。
ζを次のように定義する。
【数１７】
2011085419.tif 000019
【００６１】
これに、上記算出したＲ１、Ｒ２及びＲ３を代入すると、
【数１８】
2011085419.tif 000020
【００６２】
即ち、
【数１９】
2011085419.tif 000021
となる。
【００６３】
上式から分かるように、ζは反射膜の反射率ｒ１、ｒ２及び透過率ｔを含んだ式となっているが、反射率ｒ１とｒ２とは予め設定された固定値であるのでζは透過光の強度Ｐｔ（ｘ1）のみの関数である。これにより、ζの値が分かればＰｔ（ｘ1）が算出でき、変位量ｘ1が算出できる。
【００６４】
以上の構成とすれば、反射光と透過光とを同時に光ファイバに再集結させる必要なく、透過光のみを光ファイバに再結合させるだけで良いので、容易に反射センサを製造することができる。
【００６５】
ここで、反射センサ１０aを製造する際、反射膜１３８と反射膜１３８aとは同じ素材を用いるのがコスト面で有利である。また、反射膜の反射率が外乱要素等による影響を受け、測定結果にその影響が及ぶのを防ぐためにはζが透過率ｔにみに依存する方が良い。そこで、以下ではζが反射率ｒ１、ｒ２に影響されない反射率を算出する。
【００６６】
そこで、以下の条件を与える。
【数２０】
2011085419.tif 000022
【数２１】
2011085419.tif 000023
【００６７】
上式より、
【数２２】
2011085419.tif 000024
となる。
【００６８】
上式を解くと、
【数２３】
2011085419.tif 000025
となる。
【００６９】
即ち、反射膜１３８と１３８aの反射率を共に0.382とすればζが反射率の影響を受けずに、精度の高い測定が可能となる。
【００７０】
以上のように、光ファイバコリメータの両端に同じ素材の反射膜を用いることによって反射センサを安価に製造できる。また、反射膜の反射率を0.382にすることによって透過光の強度比ζを透過率tのみに依存させることができる。これにより、反射膜の反射率が外乱要素の影響を受け、その影響が測定結果に及ぶのを防止することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０・・・反射センサ
１１・・・カプラ
１２、１５・・・光ファイバ伝送光路
１３・・・光ファイバコリメータ系
１４・・・ダミーファイバ
【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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