(57)【要約】【課題】  変調器の制御信号線が簡素化できる光センサを提供する。【解決手段】  光源１と、光源１の光を２路の検出用光経路２，３に分岐して再び合波する検出用光干渉計４と、該検出用光干渉計４の中で一方の検出用光経路２に取り付けられ検出対象の物理量に応じた位相変化を光に与える物理量検出媒質５と、前記検出用光干渉計４からの光を２路の変調用光経路６，７に分岐して再び合波する変調用光干渉計８と、該変調用光干渉計８の中で少なくとも一方の変調用光経路６に挿入され光を変調する変調器９と、前記変調用光干渉計８からの光を受光する受光器１０とを備えた。つまり、物理量検出媒質５と変調器９とを別々の光干渉計に分離配置した。【選択図】        図１
2005172633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源の光を２路の検出用光経路に分岐して再び合波する検出用光干渉計と、該検出用光干渉計の中で一方の検出用光経路に取り付けられ検出対象の物理量に応じた位相変化を光に与える物理量検出媒質と、前記検出用光干渉計からの光を２路の変調用光経路に分岐して再び合波する変調用光干渉計と、該変調用光干渉計の中で少なくとも一方の変調用光経路に挿入され光を変調する変調器と、前記変調用光干渉計からの光を受光する受光器とを備えたことを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記検出用光干渉計は、光源の光を２路の検出用光経路に分岐する光分波器と、これら２路の検出用光経路からの光を合波する光合波器とを備えることを特徴とする請求項１記載の光センサ。
【請求項３】
前記検出用光干渉計は、光源の光を２路の検出用光経路に分岐すると共にこれら検出用光経路からの反射戻り光を合波して取り出す検出用光合分波器と、前記２路の検出用光経路のそれぞれの終端から光を反射させる２つの反射器とを備えることを特徴とする請求項１記載の光センサ。
【請求項４】
前記変調用光干渉計は、前記検出用光干渉計からの光を２路の変調用光経路に分岐する光分波器と、これら２路の変調用光経路からの光を合波する光合波器とを備えることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の光センサ。
【請求項５】
前記変調用光干渉計は、前記検出用光干渉計からの光を２路の変調用光経路に分岐すると共にこれら変調用光経路からの反射戻り光を合波して取り出す光合分波器と、これら２路の変調用光経路のそれぞれの終端から光を反射させる２つの反射器とを備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の光センサ。
【請求項６】
前記検出用光干渉計の２路の検出用光経路の光路長差が光源光のコヒーレント長よりも十分長いことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の光センサ。
【請求項７】
前記検出用光干渉計の２路の検出用光経路の光路長差と前記変調用光干渉計の２路の変調用光経路の光路長差とが互いに等しいことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の光センサ。
【請求項８】
前記光源と前記受光器と前記変調用光干渉計とが互いに近接して配置された制御部が構成され、この制御部より遠隔に前記検出用光干渉計が配置され、前記制御部から前記検出用光干渉計まで往復させて光伝送路が布設され、これら光伝送路が前記光源と前記受光器とにそれぞれ接続されると共に前記検出用光干渉計の入射側と出射側とにそれぞれ接続されたことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の光センサ。
【請求項９】
前記光源と前記受光器と前記変調用光干渉計とが互いに近接して配置された制御部が構成され、この制御部より遠隔に前記検出用光干渉計が配置され、前記制御部から前記検出用光干渉計まで光を往復させる１路の光伝送路が布設され、この光伝送路の制御部側に、光源の光を光伝送路に導き光伝送路からの光を変調用光干渉計に導く制御部用光合分波器が設けられたことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の光センサ。
【請求項１０】
複数の前記検出用光干渉計が前記光伝送路に対して並列的に設けられたことを特徴とする請求項８又は９記載の光センサ。
【請求項１１】
複数の前記検出用光干渉計が前記光伝送路に対して直列的に設けられたことを特徴とする請求項８又は９記載の光センサ。
【請求項１２】
各検出用光干渉計における２路の検出用光経路の光路長差が検出用光干渉計毎に異なり、前記制御部には、２路の変調用光経路の光路長差を各検出用光干渉計における２路の検出用光経路の光路長差と互いに等しくするための複数の余長光経路と、その余長光経路を切り替える光スイッチとが設けられたことを特徴とする請求項１０又は１１記載の光センサ。
【請求項１３】
前記検出用光経路が光ファイバで構成され、前記物理量検出媒質は、この光ファイバにコーティングされた金、ニッケル等の金属又は導電性プラスティックなどの導電性物質であることを特徴とする請求項１〜１２いずれか記載の光センサ。
【請求項１４】
前記物理量検出媒質と共に前記光ファイバがコイル状に巻かれたことを特徴とする請求項１３記載の光センサ。
【請求項１５】
前記コイル状に巻かれた物理量検出媒質に時間的に変動する電流を流すことにより、検出対象の物理量である磁場に応じたローレンツ力を生じさせ、このローレンツ力による光ファイバの歪みにより、検出用光経路の光路長を変化させ、その光路長変化により、検出用光干渉計における光干渉を変化させ、この光干渉の変化に応じた前記受光器の出力変化から前記磁場の大きさを検出することを特徴とする請求項１４記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイケルソン干渉計又はマッハツェンダー干渉計に物理量検出媒質を組み合わせた光センサに係り、特に変調器の制御信号線が簡素化できる光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
マッハツェンダー干渉計に物理量検出媒質を組み合わせた光センサが知られている。図１６に示した光センサは、 光源１６１と、光源１６１の光を２路の光経路（光経路Ｓという）１６２及び光経路（光経路Ｌという）１６３に分岐して再び合波するマッハツェンダー干渉計１６４と、このマッハツェンダー干渉計１６４の中で一方の光経路Ｓ１６２（又は光経路Ｌ１６３）に取り付けられ検出対象の物理量に応じた位相変化を光に与える物理量検出媒質１６５と、このマッハツェンダー干渉計１６４の中で少なくとも一方の変調用光経路に挿入され電気信号に基づいて光を変調する変調器１６６と、このマッハツェンダー干渉計１６４からの光を受光する受光器１６７とを備える。 光源１６１の光を導く光伝送路１６８にはこのマッハツェンダー干渉計１６４の光分波器１６９が接続され、マッハツェンダー干渉計１６４の光合波器１７０には受光器１６７まで光を導く光伝送路１７１が接続されている。光経路Ｓ１６２の光路長をＬS、光経路Ｌ１６３の光路長をＬLとする。
【０００３】
光源１６１から出射されたコヒーレント長ＬCの光は、光伝送路１６８を通過した後、光分波器１６９により光経路Ｓ１６２と光経路Ｌ１６３とに分岐される。光経路Ｓ１６２内には物理量検出媒質１６５が配置されているため、光経路Ｓ１６２が物理量の大きさに対応して光路長変化或いは屈折率変化する。一方、光経路Ｓ１６２内には変調器１６６が配置されているため、通過する光には電気信号に基づいて光路長変化或いは屈折率変化に相当する光変調が与えられる。両光経路１６２，１６３を通過した光が光合波器１７０で混合される。光路長ＬSと光路長をＬLと他の共通する光路長とが式（１）を満たし、両光経路１６２，１６３の偏光方向が一致すると、光干渉が起きる。
【０００４】
｜ＬS−ＬL｜≦ＬC              （１）
【０００５】
変調器１６６を制御することで、光干渉強度のみを分離することができる。この光干渉強度から物理量検出媒質１６５による光路長変化或いは屈折率変化を精密に計測することができる。
【０００６】
【特許文献１】特公平７−８１８８８号公報
【非特許文献１】特許第２５７８６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１６の光センサを用いた計測システムを図１７に示す。この計測システムは、図１６で説明した光センサのうちマッハツェンダー干渉計１６４の部分からなる検出部１７３と、光源１６１・受光器１６７を含んだ制御部１７４とからなり、検出部１７３と制御部１７４との間には、光源１６１と光分波器１６９とを結ぶ光伝送路１６８、光合波器１７０と受光器１６７とを結ぶ光伝送路１７１、変調器１６６に制御信号を伝送する信号線１７５が設けられる。
【０００８】
制御部１７４と検出部１７３との間の距離が長くなると、信号線１７５で伝送される制御信号に遅れが生じるため、計測精度が悪くなるという問題がある。
【０００９】
図１６の光センサを複数用いた多点計測システムを図１８に示す。この計測システムは、図１７で説明した１つの制御部１７４に対し複数の検出部１７３ａ，１７３ｂが設けられている。光伝送路１６８，１７１に対し、複数の検出部１７３ａ，１７３ｂは並列に接続することもできるし、直列に接続することもできる。つまり、多点計測でも２路の光伝送路１６８，１７１があればよい。
【００１０】
しかし、検出部１７３ａ，１７３ｂのそれぞれの変調器１６６ａ，ｂに制御信号を伝送するために２本の信号線１７５ａ，１７５ｂが必要である。変調器１６６ａ，ｂも検出部１７３の個数だけ必要である。これらの必要部材のため、コストが高くなるという問題がある。
【００１１】
検出部１７３にマッハツェンダー干渉計１６４を用いずマイケルソン干渉計を用いる場合には、分岐した一方の光経路Ｓ１６２（又は光経路Ｌ１６３）を光伝送路１６８（又は光伝送路１７１）として用い、変調器１６６を制御部１７４に配置することができ、制御信号を伝送するための信号線を短くすることができる。しかし、この構成では、マイケルソン干渉計の内部の一方の光経路が制御部１７４への光伝送路として用いられているため、検出部１７３の設置の都合で光伝送路の長さを変えると、マイケルソン干渉計の内部のもう一方の光経路の長さも変える必要が生じる。つまり、制御部と検出部とが完全に独立して分離されているというわけではない。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、変調器の制御信号線が簡素化できる光センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、光源と、光源の光を２路の検出用光経路に分岐して再び合波する検出用光干渉計と、該検出用光干渉計の中で一方の検出用光経路に取り付けられ検出対象の物理量に応じた位相変化を光に与える物理量検出媒質と、前記検出用光干渉計からの光を２路の変調用光経路に分岐して再び合波する変調用光干渉計と、該変調用光干渉計の中で少なくとも一方の変調用光経路に挿入され光を変調する変調器と、前記変調用光干渉計からの光を受光する受光器とを備えたものである。
【００１４】
前記検出用光干渉計は、光源の光を２路の検出用光経路に分岐する光分波器と、これら２路の検出用光経路からの光を合波する光合波器とを備えてもよい。
【００１５】
前記検出用光干渉計は、光源の光を２路の検出用光経路に分岐すると共にこれら検出用光経路からの反射戻り光を合波して取り出す検出用光合分波器と、前記２路の検出用光経路のそれぞれの終端から光を反射させる２つの反射器とを備えてもよい。
【００１６】
前記変調用光干渉計は、前記検出用光干渉計からの光を２路の変調用光経路に分岐する光分波器と、これら２路の変調用光経路からの光を合波する光合波器とを備えてもよい。
【００１７】
前記変調用光干渉計は、前記検出用光干渉計からの光を２路の変調用光経路に分岐すると共にこれら変調用光経路からの反射戻り光を合波して取り出す光合分波器と、これら２路の変調用光経路のそれぞれの終端から光を反射させる２つの反射器とを備えてもよい。
【００１８】
前記検出用光干渉計の２路の検出用光経路の光路長差が光源光のコヒーレント長よりも十分長くてもよい。
【００１９】
前記検出用光干渉計の２路の検出用光経路の光路長差と前記変調用光干渉計の２路の変調用光経路の光路長差とが互いに等しくてもよい。
【００２０】
前記光源と前記受光器と前記変調用光干渉計とが互いに近接して配置された制御部が構成され、この制御部より遠隔に前記検出用光干渉計が配置され、前記制御部から前記検出用光干渉計まで往復させて光伝送路が布設され、これら光伝送路が前記光源と前記受光器とにそれぞれ接続されると共に前記検出用光干渉計の入射側と出射側とにそれぞれ接続されてもよい。
【００２１】
前記光源と前記受光器と前記変調用光干渉計とが互いに近接して配置された制御部が構成され、この制御部より遠隔に前記変調用光干渉計が配置され、この変調用光干渉計から前記制御部まで光を往復させる１路の光伝送路が布設され、この光伝送路の制御部側に、光源の光を光伝送路に導き光伝送路からの光を変調用光干渉計に導く制御部用光合分波器が設けられてもよい。
【００２２】
複数の前記検出用光干渉計が前記光伝送路に対して並列的に設けられてもよい。
【００２３】
複数の前記検出用光干渉計が前記光伝送路に対して直列的に設けられてもよい。
【００２４】
各検出用光干渉計における２路の検出用光経路の光路長差が検出用光干渉計毎に異なり、前記制御部には、２路の変調用光経路の光路長差を各検出用光干渉計における２路の検出用光経路の光路長差と互いに等しくするための複数の余長光経路と、その余長光経路を切り替える光スイッチとが設けられてもよい。
【００２５】
前記検出用光経路が光ファイバで構成され、前記物理量検出媒質は、
この光ファイバにコーティングされた金、ニッケル等の金属又は導電性プラスティックなどの導電性物質であってもよい。
【００２６】
前記物理量検出媒質と共に前記光ファイバがコイル状に巻かれてもよい。
【００２７】
前記コイル状に巻かれた物理量検出媒質に時間的に変動する電流を流すことにより、検出対象の物理量である磁場に応じたローレンツ力を生じさせ、このローレンツ力による光ファイバの歪みにより、検出用光経路の光路長を変化させ、その光路長変化により、検出用光干渉計における光干渉を変化させ、この光干渉の変化に応じた前記受光器の出力変化から前記磁場の大きさを検出してもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２９】
（１）変調器の制御信号線が簡素化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３１】
図１に示されるように、本発明に係る光センサは、光源１と、光源１の光を２路の検出用光経路２，３に分岐して再び合波する検出用光干渉計としての検出用マッハツェンダー干渉計４と、検出用マッハツェンダー干渉計４の中で一方の検出用光経路２に取り付けられ検出対象の物理量に応じた位相変化を光に与える物理量検出媒質５と、検出用マッハツェンダー干渉計４からの光を２路の変調用光経路６，７に分岐して再び合波する変調用マイケルソン干渉計８と、変調用マイケルソン干渉計８の中で少なくとも一方の変調用光経路６に挿入され光を変調する変調器９と、変調用マイケルソン干渉計８からの光を受光する受光器１０とを備える。
【００３２】
検出用マッハツェンダー干渉計４は、光源１からの光を２路の検出用光経路２，３に分岐する光分波器１１と、これら２路の検出用光経路２，３からの光を合波する光合波器１２とを備える。
【００３３】
変調用マイケルソン干渉計８は、検出用マッハツェンダー干渉計４からの光を２路の変調用光経路６，７に分岐すると共にこれら変調用光経路６，７からの反射戻り光を合波して取り出す光合分波器１３と、これら２路の変調用光経路６，７のそれぞれの終端から光を反射させる２つの反射器１４，１５とを備える。
【００３４】
光源１の光を導く光伝送路１６にはマッハツェンダー干渉計４の光分波器１１が接続され、マッハツェンダー干渉計４の光合波器１２には変調用マイケルソン干渉計８の光合分波器１３まで光を導く光伝送路１７が接続され、この光合分波器１３には受光器１０まで光を導く光伝送路１８が接続されている。
【００３５】
物理量検出媒質５が設けられた検出用光経路２を光経路Ｓ２と呼び、検出用光経路３を光経路Ｌと呼ぶことにする。光経路Ｓ２の光路長をＬS、光経路Ｌ１６３の光路長をＬLとする。また、変調器９が設けられた変調用光経路６を光経路Ｍｏｄ６と呼び、変調用光経路７を光経路Ｍ７と呼ぶ。光経路Ｍｏｄ６の光路長をＬMod、光経路Ｍ７の光路長をＬMとする。
【００３６】
光源１から出射されたコヒーレント長ＬCの光は、光伝送路１６を通過した後、光分波器１１により光経路Ｓ２と光経路Ｌ３とに分岐される。光経路Ｓ２内には物理量検出媒質５が配置されているため、光経路Ｓ２が物理量の大きさに対応して光路長変化或いは屈折率変化する。両光経路２，３を通過した光が光合波器１２で合波される。光路長ＬSと光路長をＬLとが式（２）を満たし、両光経路２，３の偏光方向が一致しても、光干渉は起きない。
【００３７】
｜ＬS−ＬL｜＞＞ＬC              （２）
【００３８】
この後、光は、光伝送路１７を通過し、光合分波器１３により光経路Ｍｏｄ６と光経路Ｍ７とに分岐される。分岐されたそれぞれの光は、反射器１４，１５で反射されて光合分波器１３に戻って合波される。このとき、光路長ＬSと光路長をＬLと光路長ＬModと光路長ＬMとが式（３）を満たすことで、初めて光干渉が起きる。
【００３９】
｜ＬS＋２×ＬMod−ＬL＋２×ＬM｜≦ＬC              （３）
【００４０】
なお、反射器１４，１５での反射により光は光経路Ｍｏｄ６及び光経路Ｍ７を２回通過するので光路長ＬModおよび光路長ＬMは２倍されている。光伝送路１６及び光伝送路１７における光路長は、各光干渉計内の光経路によらず共通であるので、消去されている。
【００４１】
変調器９を制御することで、光干渉強度のみを分離することができる。この光干渉強度から物理量検出媒質５による光路長変化或いは屈折率変化を精密に計測することができる。
【００４２】
本発明は、電流に対するローレンツ力を利用した光磁気センサに応用できる。即ち、検出用光経路２を光ファイバで構成し、この光ファイバに物理量検出媒質５として金、ニッケル等の金属又は導電性プラスティックなどの導電性物質をコーティングする。この物理量検出媒質５と共に光ファイバをコイル状に巻く。このコイル状に巻かれた物理量検出媒質５に時間的に変動する電流を流すと、検出対象の物理量である磁場に応じたローレンツ力がコイル、即ち光ファイバに生じ、このローレンツ力による光ファイバの歪みにより、検出用光経路２の光路長が変化する。よって、その光路長変化により、検出用光干渉計（検出用マッハツェンダー干渉計４或いは後述する検出用マイケルソン干渉計６１）における光干渉が変化する。この光干渉の変化に応じた受光器１０の出力変化から磁場の大きさを検出することができる。
【００４３】
図１に示した本発明の光センサを用いた計測システムを図２に示す。この計測システムは、検出用マッハツェンダー干渉計４と、光源１・受光器１０・ 変調用マイケルソン干渉計８を含んだ制御部１９とからなり、検出用マッハツェンダー干渉計４と制御部１９との間には、これらを往復する光伝送路、即ち光源１と光分波器１１とを結ぶ光伝送路２０、光合波器１２と変調用マイケルソン干渉計８とを結ぶ光伝送路２１が布設されている。制御部１９には変調器９を制御する変調器制御装置２２が設けられる。変調用マイケルソン干渉計８を構成する部材は図１と同じである。
【００４４】
本発明の光センサにおいては、物理量検出媒質５を設けている検出用マッハツェンダー干渉計４と変調器９を設けている変調用マイケルソン干渉計８とを別々に構成したので、図２の計測システムのように変調器９を光源１や受光器１０と一緒に置くことができ、物理量検出対象が存在している遠隔に配置した検出用マッハツェンダー干渉計４に対しては光伝送路２０，２１のみを布設し、変調器９のための制御信号線は布設しなくてよい。このため検出用マッハツェンダー干渉計４と制御部１９との間の距離が長くなっても、変調器９の制御信号が悪くなることがなくなり、計測精度を高く維持することができる。
【００４５】
また、図２の計測システムにおいて、往復の光伝送路２０，２１における光路長は、各光干渉計内の光経路によらず共通であるので、式（３）に影響を及ぼさない。従って、光伝送路２０，２１の長さが変わっても各光干渉計４，８内の各光経路の長さは変える必要がない。また、制御部１９内の変調用マイケルソン干渉計８における光経路の長さが変わっても光路長差を維持していれば検出用マッハツェンダー干渉計４の各光経路の長さは変える必要がない。つまり、検出用マッハツェンダー干渉計４と制御部１９と光伝送路２０，２１とが完全に独立しており、それぞれを他に影響なく個別に交換することができる。
【００４６】
さらに、本発明には多点化における利点がある。即ち、往復の光伝送路２０，２１には複数の検出用マッハツェンダー干渉計４を並列でも直列でも接続することができる。そして、多点になっても変調器９は１つでよく、変調器９のための制御信号線を布設しなくてよいので、コストが高くならない。
【００４７】
図１の光センサを複数用いた多点計測システムを図３、図４に示す。
【００４８】
図３の多点計測システムでは、図２と同じ制御部１９からの往復の光伝送路２０，２１に対し複数の検出用マッハツェンダー干渉計４が間隔をおいて並列に接続されている。詳しく述べると、光伝送路２０の途中に設けられた光分波器３１ａに第１の検出用マッハツェンダー干渉計４ａの入射側が接続され、光伝送路２１の途中に設けられた光合波器３２ａに第１の検出用マッハツェンダー干渉計４ａの出射側が接続され、光伝送路２０の終端に設けられた光分波器３１ｂに第２及び第３の検出用マッハツェンダー干渉計４ｂ，４ｃの入射側が接続され、光伝送路２１の終端に設けられた光合波器３２ｂに第２及び第３の検出用マッハツェンダー干渉計４ｂ，４ｃの出射側が接続されている。勿論、接続する検出用マッハツェンダー干渉計４の個数には制限はない。
【００４９】
図４の多点計測システムでは、図２と同じ制御部１９からの往復の光伝送路２０，２１に対し複数の検出用マッハツェンダー干渉計４が間隔をおいて直列に接続されている。詳しく述べると、光伝送路２０には第１の検出用マッハツェンダー干渉計４ａの入射側が接続され、その検出用マッハツェンダー干渉計４ａの出射側に第２の検出用マッハツェンダー干渉計４ｂ入射側が接続されるというように、順次検出用マッハツェンダー干渉計４の入射側、出射側が接続されて、第３の検出用マッハツェンダー干渉計４ｃの出射側に光伝送路２１が接続されている。勿論、接続する検出用マッハツェンダー干渉計４の個数には制限はない。
【００５０】
図３、図４のような多点計測システムでは、光伝送路２１から戻ってきた光を分離するために図５の構成を用いるとよい。即ち、第１、第２、第３の検出用マッハツェンダー干渉計４ａ，４ｂ，４ｃ（図３、図４参照）における２路の検出用光経路２，３の光路長差が検出用マッハツェンダー干渉計４毎に異なるようにし、その一方で、制御部１９においては図５に示されるように、２路の変調用光経路６，７の光路長差を各検出用マッハツェンダー干渉計４ａ，４ｂ，４ｃにおける２路の検出用光経路２，３の光路長差と互いに等しくするための複数の余長光経路５１ａ，５１ｂ，５１ｃと、その余長光経路５１ａ，５１ｂ，５１ｃを切り替える光スイッチ５２とが設けられ、この光スイッチ５２が変調器の無いほうの変調用光経路７の終端に設けられ、各余長光経路５１ａ，５１ｂ，５１ｃの終端にそれぞれ反射器 １５ａ，１５ｂ，１５ｃが設けられている。
【００５１】
ここで、各検出用マッハツェンダー干渉計４ａ，４ｂ，４ｃにおける２路の検出用光経路２，３の光路長差をΔａ、Δｂ、Δｃとする。また、変調用光経路６の光路長をＬModとし、光スイッチ５２の切り替えによる光経路である余長光経路５１ａと変調用光経路７とを足した光路長をＬMa、余長光経路５１ｂと変調用光経路７とを足した光路長をＬMb、余長光経路５１ｃと変調用光経路７とを足した光路長をＬMcとする。
【００５２】
このとき、式（４）〜（９）により、特定の検出用マッハツェンダー干渉計４について光干渉が起きるようにすることができる。
【００５３】
｜Δａ±２×（ＬMod−ＬMa）｜≦ＬC ；±のいずれかを満たす     （４）
｜Δｂ±２×（ＬMod−ＬMb）｜≦ＬC ；±のいずれかを満たす     （５）
｜Δｃ±２×（ＬMod−ＬMc）｜≦ＬC ；±のいずれかを満たす     （６）
｜Δａ±２×（ＬMod−ＬMb）｜＞＞ＬC ；±のどちらも成立       （７）
｜Δａ±２×（ＬMod−ＬMc）｜＞＞ＬC ；±のどちらも成立       （８）
｜Δｂ±２×（ＬMod−ＬMc）｜＞＞ＬC ；±のどちらも成立       （９）
【００５４】
任意の自然数Ｎ個の検出用マッハツェンダー干渉計４がある場合には、式（４）〜（９）は式（１０）で表される。
【００５５】
｜Δｊ±２×（ＬMod−ＬMk）｜≦ＬC：ｊ＝ｋ 
｜Δｊ±２×（ＬMod−ＬMk）｜＞＞ＬC ：ｊ≠ｋ
０＜自然数ｊ，ｋ≦Ｎ                                       （１０）
【００５６】
即ち、各検出用マッハツェンダー干渉計４における２路の検出用光経路２，３の光路長差と変調用マイケルソン干渉計８の各余長光経路５１の光路長を上式に従って決めておけば、光スイッチ５２の切り替えにより、任意の検出用マッハツェンダー干渉計４を通過した光の干渉を受光器１０で計測することができる。
【００５７】
光源１としてＳＬＤ（スーパルミネセントダイオード）を用いた場合、光源光のコヒーレント長ＬCは１０μｍ程度である。コヒーレント長の１０倍以上を基準とすると、各検出用マッハツェンダー干渉計４同士の光路長差が０．１ｍｍ以上離れていれば光干渉を起こさない。よって、検出用マッハツェンダー干渉計４の個数を１０としても、式（１０）を満たす余長光経路の組み合わせは多数存在する。
【００５８】
ここまでの実施形態は、検出用光干渉計としてマッハツェンダー干渉計を用いたが、次の実施形態は検出用光干渉計としてマイケルソン干渉計を用いたものである。
【００５９】
図６に示されるように、光源１と、光源１の光を２路の検出用光経路２，３に分岐して再び合波する検出用光干渉計としての検出用マイケルソン干渉計６１と、検出用マイケルソン干渉計６１の中で一方の検出用光経路２に取り付けられ検出対象の物理量に応じた位相変化を光に与える物理量検出媒質５と、検出用マイケルソン干渉計６１からの光を２路の変調用光経路６，７に分岐して再び合波する変調用マイケルソン干渉計８と、変調用マイケルソン干渉計８の中で少なくとも一方の変調用光経路６に挿入され光を変調する変調器９と、変調用マイケルソン干渉計８からの光を受光する受光器１０とを備える。
【００６０】
図１と図６の相違箇所である検出用マイケルソン干渉計６１は、光源１からの光を２路の検出用光経路６２，６３に分岐すると共にこれら検出用光経路６２，６３からの反射戻り光を合波して取り出す検出用光合分波器６４と、前記２路の検出用光経路６２，６３のそれぞれの終端から光を反射させる２つの反射器６５，６６とを備える。検出用光合分波器６４には変調用マイケルソン干渉計８の光合分波器１３まで光を導く光伝送路１７が接続される。
【００６１】
この光センサでは、光源１から出射されたコヒーレント長ＬCの光は、光伝送路１６を通過した後、検出用光合分波器６４により検出用光経路６２，６３に分岐される。検出用光経路６２内には物理量検出媒質５が配置されているため、検出用光経路６２が物理量の大きさに対応して光路長変化或いは屈折率変化する。検出用光経路６２，６３に入射した光は反射器６５，６６で反射されて検出用光合分波器６４に戻って合波され、変調用マイケルソン干渉計８に導かれる。
【００６２】
図６に示した本発明の光センサを用いた計測システムを図７に示す。この計測システムは、検出用マイケルソン干渉計６１と、光源１・受光器１０・ 変調用マイケルソン干渉計８を含んだ制御部１９とからなり、検出用マイケルソン干渉計６１と制御部１９との間には、これらを往復する光伝送路、即ち光源１と検出用光合分波器６４とを結ぶ光伝送路２０、検出用光合分波器６４と変調用マイケルソン干渉計８とを結ぶ光伝送路２１が布設されている。
【００６３】
この光センサ或いは計測システムでは、光が物理量検出媒質５を２回通過するので図２のものに比べて検出感度が２倍になる。
【００６４】
次の実施形態は、検出用マイケルソン干渉計６１と制御部１９とを結ぶ光伝送路を１路にしたものである。図８に示される光センサは、図６の光伝送路１６，１７を一本化するべく１路の光伝送路８１を用い、光源１の光を光伝送路８１に導き光伝送路８１からの光を変調用マイケルソン干渉計８に導く制御部用光合分波器８２を設けたものである。検出用マイケルソン干渉計６１の検出用光合分波器８３は、図６の検出用光合分波器６４とは異なり、光伝送路８１からの光を２路の検出用光経路６２，６３に分岐すると共にこれら検出用光経路６２，６３からの反射戻り光を合波して光伝送路８１に戻すようになっている。
【００６５】
この光センサを用いた計測システムは、図９に示されるように、検出用マイケルソン干渉計６１から制御部１９まで光を往復させる１路の光伝送路９１が布設され、光源１の光を光伝送路９１に導き光伝送路９１からの光を変調用マイケルソン干渉計８に導く制御部用光合分波器９２が制御部１９内に設けられている。また、検出用マイケルソン干渉計６１の検出用光合分波器９２は、光伝送路９１から入射し反射して戻ってきた光を光伝送路９１へ戻すようになっている。
【００６６】
この光センサ或いは計測システムでは、検出用マイケルソン干渉計６１と制御部１９とを結ぶ光伝送路９１が１路なので、２路の場合に比べて光伝送路９１の布設が容易になると共に部材が節約できる。
【００６７】
ここまでの実施形態は、変調用光干渉計としてマイケルソン干渉計を用いたが、次の実施形態は変調用光干渉計としてマッハツェンダー干渉計を用いたものである。
【００６８】
図１０に示されるように、本発明に係る光センサは、光源１と、光源１の光を２路の検出用光経路２，３に分岐して再び合波する検出用光干渉計としての検出用マッハツェンダー干渉計４と、検出用マッハツェンダー干渉計４の中で一方の検出用光経路２に取り付けられ検出対象の物理量に応じた位相変化を光に与える物理量検出媒質５と、検出用マッハツェンダー干渉計４からの光を２路の変調用光経路６，７に分岐して再び合波する変調用マッハツェンダー干渉計１０１と、変調用マッハツェンダー干渉計１０１の中で少なくとも一方の変調用光経路１０２に挿入され光を変調する変調器９と、変調用マッハツェンダー干渉計１０１からの光を受光する受光器１０とを備える。
【００６９】
変調用マッハツェンダー干渉計１０１は、光伝送路１７からの光を２路の変調用光経路６，７に分岐する光分波器１０２と、これら変調用光経路６，７からの光を合波する光合波器１０３とを備える。
【００７０】
図１０の光センサを用いた計測システムは、図１１に示されるように、検出用マッハツェンダー干渉計４と、光源１・受光器１０・ 変調用マッハツェンダー干渉計１０１を含んだ制御部１１１とからなる。図２との相違は、変調用マイケルソン干渉計８が変調用マッハツェンダー干渉計１０１に代わっただけである。
【００７１】
この計測システムでは、光路長ＬSと光路長をＬLと光路長ＬModと光路長ＬMとが式（３´）を満たすことで、初めて光干渉が起きる。
【００７２】
｜ＬS＋ＬMod−ＬL＋ＬM｜≦ＬC              （３´）
【００７３】
式（３）と比べると、係数２が入っていないことがわかる。また、多点化した場合も、各検出用光干渉計としてマッハツェンダー干渉計を用いるときには、式（４）〜（９）に係数２が入っていない式（４´）〜（９´）、
｜Δａ±（ＬMod−ＬMa）｜≦ＬC ；±のいずれかを満たす     （４´）
｜Δｂ±（ＬMod−ＬMb）｜≦ＬC ；±のいずれかを満たす     （５´）
｜Δｃ±（ＬMod−ＬMc）｜≦ＬC ；±のいずれかを満たす     （６´）
｜Δａ±（ＬMod−ＬMb）｜＞＞ＬC ；±のどちらも成立       （７´）
｜Δａ±（ＬMod−ＬMc）｜＞＞ＬC ；±のどちらも成立       （８´）
｜Δｂ±（ＬMod−ＬMc）｜＞＞ＬC ；±のどちらも成立       （９´）
を用いることになる。
【００７４】
任意の自然数Ｎ個の検出用マッハツェンダー干渉計４がある場合には、式（１０）の代わりに、式（１０｀）を用いることになる。
【００７５】
｜Δｊ±（ＬMod−ＬMk）｜≦ＬC：ｊ＝ｋ 
｜Δｊ±（ＬMod−ＬMk）｜＞＞ＬC ：ｊ≠ｋ
０＜自然数ｊ，ｋ≦Ｎ                                   （１０｀）
【００７６】
検出用光干渉計としてマイケルソン干渉計を用い、変調用光干渉計としてマッハツェンダー干渉計を用いた光センサ及び計測システムを図１２、図１３に示す。この形態は、既に説明した検出用マイケルソン干渉計６１と変調用マッハツェンダー干渉計１０１を用いており、動作は自明であるから説明を省略する。
【００７７】
さらに、図１２、図１３の光伝送路１６，１７（２０，２１）を１路にした光センサ及び計測システムを図１４、図１５に示す。この形態は、図８、図９と同様の光伝送路８１，９１を用いており、動作は自明であるから説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、眼底画像計測などに用いられる低コヒーレンス光を用いた反射断層画像計測にも応用できる。また、本発明は、光ファイバジャイロ、光ヘテロダイン計測を用いた屈折率計測にも応用できる。
【００７９】
さらに、本発明は、物理量検出媒質５として光位相変調器等を用いることで、１対多の通信装置として応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施形態を示す光センサの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す計測システムの構成図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す計測システムの構成図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す計測システムの構成図である。
【図５】図３、図４の計測システムの制御部の内部構成図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す光センサの構成図である。
【図７】本発明の一実施形態を示す計測システムの構成図である。
【図８】本発明の一実施形態を示す光センサの構成図である。
【図９】本発明の一実施形態を示す計測システムの構成図である。
【図１０】本発明の一実施形態を示す光センサの構成図である。
【図１１】本発明の一実施形態を示す計測システムの構成図である。
【図１２】本発明の一実施形態を示す光センサの構成図である。
【図１３】本発明の一実施形態を示す計測システムの構成図である。
【図１４】本発明の一実施形態を示す光センサの構成図である。
【図１５】本発明の一実施形態を示す計測システムの構成図である。
【図１６】背景技術の光センサの構成図である。
【図１７】背景技術の計測システムの構成図である。
【図１８】背景技術の計測システムの構成図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  光源
２，３  検出用光経路
４  検出用光干渉計
５  物理量検出媒質
６，７  変調用光経路
８  変調用光干渉計
９  変調器
１０  受光器
【図１】
2005172633.tif 000003
【図２】
2005172633.tif 000004
【図３】
2005172633.tif 000005
【図４】
2005172633.tif 000006
【図５】
2005172633.tif 000007
【図６】
2005172633.tif 000008
【図７】
2005172633.tif 000009
【図８】
2005172633.tif 000010
【図９】
2005172633.tif 000011
【図１０】
2005172633.tif 000012
【図１１】
2005172633.tif 000013
【図１２】
2005172633.tif 000014
【図１３】
2005172633.tif 000015
【図１４】
2005172633.tif 000016
【図１５】
2005172633.tif 000017
【図１６】
2005172633.tif 000018
【図１７】
2005172633.tif 000019
【図１８】
2005172633.tif 000020