(57)【要約】【課題】光源・光検出ユニットの発生光量や光伝送系の光コネクタの反射率の影響を受けずに光センサの反射率にのみ依存した値で測定対象の物理量を測定できる光センサシステムを提供することである。【解決手段】測定対象の物理量の変化に応じて反射率が変化する光センサ１２と、光センサ１２に対して光コネクタ１４を有した光伝送系を介して入射光を送信し光センサ１２での反射光を再び光コネクタ１４を有した光伝送系を介して戻り光を受信する光源・光検出ユニット１１と、光センサ１２と光コネクタ１４との間に接続され入射光の一部を透過し残りの入射光を反射する反射素子１５とを備え、光源・光検出ユニット１１は、光センサ１２による反射光の戻り光及び反射素子１５による反射光の戻り光を検出し、光センサ１２による反射光の戻り光量を反射素子１５による反射光の戻り光量で除算した値に基づいて測定対象の物理量を測定する。【選択図】  図１
2009180570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の物理量の変化に応じて反射率が変化する光センサと、
前記光センサに対して入射光を送信し前記光センサでの反射光を光コネクタを有した光伝送系を介して戻り光を受信する光源・光検出ユニットと、
前記光センサと前記光コネクタとの間に接続され入射光の一部を透過し残りの入射光を反射する反射素子とを備え、
前記光源・光検出ユニットは、前記光センサによる反射光の戻り光及び前記反射素子による反射光の戻り光を検出し、前記光センサによる反射光の戻り光量を反射素子による反射光の戻り光量で除算した値に基づいて測定対象の物理量を測定することを特徴とする光センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサを用いて変位又は温度等の物理量を測定する光センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光センサを用いて測定対象の変位又は温度等の物理量を測定するようにした光センサシステムがある。このような光センサシステムにおいては、光源・光検出ユニットから入射光を光ファイバ等の光伝送系を介して光センサに送信し、光センサで反射して光伝送系を介して得られた光源・光検出ユニットへの戻り光を受信し、その戻り光の大きさにより測定対象の物理量を測定するようにしている。
【０００３】
図３は従来の光センサシステムの一例を示す構成図である。光センサシステムは、光源・光検出ユニット１１と光センサ１２との間を光ファイバ１３や光コネクタ１４等の光伝送系を介して構成されている。通常、光伝送系は光ファイバ１３を光コネクタ１４で接続して構成されている。光センサ１２は測定対象の物理量の変化に伴って反射率Ｒｘが変化し、これに伴って反射光の光量が変化し、反射光の光伝送系を介して得られた戻り光の光量を測定することによって、測定対象の物理量を測定している。
【０００４】
例えば、測定対象の物理量と光センサ１２で反射された反射光の戻り光の光量との間に比例関係がある場合においては、測定対象の物理量をｘ、光センサ１２で反射された反射光の戻り光の光量をＸとすると、異なった２つの状態、状態１及び状態２で測定を行うことにより、下記の（１）式で状態変化後の物理量ｘ２を算出することができる。
【０００５】
ｘ１：ｘ２＝Ｘ１：Ｘ２
ｘ２＝（Ｘ２／Ｘ１）・ｘ１  …（１）
いま、入射光の光量をＹ、測定された反射光の戻り光の光量をＸ、光センサ１２の反射率をＲｘ、光コネクタ１４の入射方向の反射率をＲｃ１、光コネクタ１４の戻り方向の反射率をＲｃ２とすると、下記の（２）式が成立する。
【０００６】
Ｘ＝Ｙ・（１−Ｒｃ１）・Ｒｘ・（１−Ｒｃ２）  …（２）
この（２）式から分かるように、光コネクタ１４の入射方向の反射率Ｒｃ１、光コネクタ１４の戻り方向の反射率Ｒｃ２が一定であれば、反射光の戻り光の光量Ｘは光センサ１２の反射率Ｒｘの関数で示されるので、測定対象の物理量ｘと光センサ１２の反射光の戻り光の光量Ｘとの関係が既知である場合には、光センサ１２の反射光の戻り光の光量Ｘを測定することによって測定対象の物理量ｘを測定することができる。
【０００７】
ここで、光ファイバや光センサを用いて測定対象物の温度やひずみ等を測定する系において、光源・光検出装置（例：ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer））より発生した光を光センサに供給し、その光量変化から測定対象物の状態変化を算出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−２４５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、光源・光検出ユニットは、その使用環境（周辺温度等）に変化があると、一定の光量を安定して供給することは難しく、発生光量にその都度変動がある。従って、入射光量Ｙを一定に保つことができないので、（２）式から分かるように、光センサ１２の反射光の戻り光の光量Ｘが入射光量Ｙの変動により変動し、測定対象の物理量ｘの測定の精度が落ちることになる。
【０００９】
また、光源・光検出ユニット１１と光センサ１２との間を光コネクタ１４で接続するような光伝送系においては、光コネクタ１４の脱着の都度、光コネクタ１４の反射率Ｒｃ１、Ｒｃ２が変化し、光センサ１２に入力される光量も変化してしまうことになる。このため、光量の変化を測定する際には、これらの要因により光センサ１２に入力される光量に再現性がなく、光センサ１２の反応による光量変化量を正確に測定することが困難となる。
【００１０】
本発明の目的は、光源・光検出ユニットの発生光量や光伝送系の光コネクタの反射率の影響を受けずに光センサの反射率にのみ依存した値で測定対象の物理量を測定できる光センサシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光センサシステムは、測定対象の物理量の変化に応じて反射率が変化する光センサと、前記光センサに対して入射光を送信し前記光センサでの反射光を光コネクタを有した光伝送系を介して戻り光を受信する光源・光検出ユニットと、前記光センサと前記光コネクタとの間に接続され入射光の一部を透過し残りの入射光を反射する反射素子とを備え、前記光源・光検出ユニットは、前記光センサによる反射光の戻り光及び前記反射素子による反射光の戻り光を検出し、前記光センサによる反射光の戻り光量を反射素子による反射光の戻り光量で除算した値に基づいて測定対象の物理量を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光源・光検出ユニットは、光センサによる反射光の戻り光量を反射素子による反射光の戻り光量で除算した値に基づいて測定対象の物理量を測定するので、光源・光検出ユニットでの発生光量及び光コネクタの反射率の影響を受けずに、光センサの反射率にのみ依存した値で評価することが可能となる。従って、測定対象の物理量を精度よく検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の実施の形態に係わる光センサシステムの構成図である。本発明の実施の形態は、図３に示した従来例に対し、光センサ１２と光コネクタ１４との間に反射素子１５を追加して接続したものである。図３と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００１４】
光源・光検出ユニット１１から光量Ｙの入射光を光伝送系を介して光センサ１２に送信する。光伝送系は、光ファイバ１３、光コネクタ１４、反射素子１５で形成されている。光センサ１２は測定対象の物理量の変化に応じて反射率Ｒｘが変化する光センサであり、例えば、光ファイバの伝送損失の変化により測定対象物の歪みを検出したり、温度を検出したりする。また、反射素子１５は入射光の一部を透過し、残りの入射光を反射する光学素子であり、入射方向反射率Ｒｚ１及び戻り方向反射率Ｒｚ２が予め調整されている。そして、光源・光検出ユニット１１は、光センサ１２による反射光の戻り光及び反射素子１５による反射光の戻り光を検出し、光センサ１２による反射光の戻り光量Ｘを反射素子１５による反射光の戻り光量Ｚで除算した値（Ｘ／Ｚ）に基づいて測定対象の物理量を測定する。
【００１５】
いま、光源・光検出ユニット１１の発生光量をＹ、光コネクタ１４の入射方向反射率をＲｃ１、戻り方向反射率をＲｃ２、反射素子１５の入射方向反射率をＲｚ１、戻り方向反射率をＲｚ２、光センサ１２の反射率をＲｘ、光センサ１２による反射光の戻り光量Ｘ、反射素子１５による反射光の戻り光量Ｚとすると、光センサ１２による反射光の戻り光量Ｘは（３）式で示され、反射素子１５による反射光の戻り光量Ｚは（４）式で示される。
【００１６】
Ｘ＝Ｙ・（１−Ｒｃ１）・（１−Ｒｚ１）・Ｒｘ・（１−Ｒｚ２）・（１−Ｒｃ２）  …（３）
Ｚ＝Ｙ・（１−Ｒｃ１）・Ｒｚ１・（１−Ｒｃ２）  …（４）
光源・光検出ユニット１１は、光センサ１２による反射光の戻り光量Ｘ、及び反射素子１５による反射光の戻り光量Ｚを検出し、（５）式に示すように、光センサ１２による反射光の戻り光量Ｘを反射素子１５による反射光の戻り光量Ｚで除算した値（Ｘ／Ｚ）を求める。
【００１７】
Ｘ／Ｚ＝｛（１−Ｒｚ１）・（１−Ｒｚ２）／Ｒｚ１｝・Ｒｘ  …（５）
（５）式に示すように、Ｘ／Ｚは、発生光量Ｙ及び光コネクタ１４の反射率Ｒｃ１、Ｒｃ２の影響を受けない値となり、反射素子１５の入射方向反射率Ｒｚ１及び戻り方向反射率Ｒｚ２が一定であることから、光センサ１２の反射率Ｒｘにのみ依存した値となる。
【００１８】
従って、光センサ１２の反射率にのみ依存した値で評価することが可能となり、光コネクタ１４の脱着により光コネクタ１４の反射率Ｒｃ１、Ｒｃ２が変化しても、また、光源・光検出ユニット１１からの発生光量Ｙが変化しても、測定対象の物理量を精度よく検出できる。
【００１９】
図２は、光源・光検出ユニット１１の光伝送系への入射光に対する光源・光検出ユニット１１への戻り光の波形図である。光源・光検出ユニット１１から入射光を光伝送系に入射すると、まず、時点ｔ１において光コネクタ１４からの反射光Ａ１が光源・光検出ユニット１１に検出される。そして、その反射光Ａ１が光源・光検出ユニット１１で反射して、再度、光伝送系に入射され、光伝送系を通って、再度、光コネクタ１４で反射する。その反射光Ａ２が時点ｔ３において光源・光検出ユニット１１に検出される。以下同様に、時点ｔ５において反射光Ａ２の反射光Ａ３、時点ｔ７において反射光Ａ３の反射光Ａ４、時点ｔ８において反射光Ａ４の反射光Ａ５が光源・光検出ユニット１１に検出される。
【００２０】
反射素子１５での反射光についても同様に、時点ｔ２において反射素子１５での反射光の戻り光Ｂ１が光源・光検出ユニット１１に検出され、その戻り光Ｂ１が光源・光検出ユニット１１で反射して、再度、光伝送系に入射され光伝送系を通って、再度、反射素子１５で反射する。その戻り光Ｂ２が時点ｔ６において光源・光検出ユニット１１に検出され、時点ｔ１０において戻り光Ｂ２の反射光の戻り光Ｂ３が光源・光検出ユニット１１に検出される。
【００２１】
光センサ１２での反射光についても同様に、時点ｔ４において光センサ１２での反射光の戻り光Ｃ１が光源・光検出ユニット１１に検出され、その戻り光Ｃ１が光源・光検出ユニット１１で反射して、再度、光伝送系に入射され光伝送系を通って、再度、光センサ１２で反射する。その戻り光Ｃ２が時点ｔ９において光源・光検出ユニット１１に検出される。
【００２２】
本発明の実施の形態では、光センサ１２による反射光の戻り光量Ｘを反射素子１５による反射光の戻り光量Ｚで除算した値（Ｘ／Ｚ）に基づいて、測定対象の物理量を測定することになるので、反射素子１５での反射光の戻り光Ｂ１、光センサ１２での反射光の戻り光Ｃ１を精度よく検出する必要がある。
【００２３】
そこで、反射素子１５での反射光の戻り光Ｂ１、光センサ１２での反射光の戻り光Ｃ１が、光コネクタ１４の光源・光検出ユニット１１への反射光Ａ１、Ａ２…と重ならないように、光ファイバ１３の長さを調整して反射素子１５や光センサ１２の位置を定めることになる。
【００２４】
このように、本発明の実施の形態では、一定の反射率Ｒｚ１、Ｒｚ２を持った反射素子１５を光センサ１２と光コネクタ１４との間に組み込み、反射素子１５による反射光の戻り光量Ｚにて光センサ１２の反応を受けた戻り光量Ｘを標準化する。すなわち、光センサ１２を介した戻り光量Ｘを反射素子１５による反射光の戻り光量Ｚで除した値（Ｘ／Ｚ）を持って測定対象物の状態量と対応づける。
【００２５】
これにより、光源・光検出ユニット１１の発生光量Ｙ及び光コネクタ１４の反射率Ｒｃ１、Ｒｃ２の影響を受けず、反射素子１５の反射率Ｒｚ１、Ｒｚ２が既知であることから、光センサ１２の反射率Ｒｘにのみ依存した値で評価することが可能となる。すなわち、反射素子１５の反射率Ｒｚ１、Ｒｚ２が既知であり、光センサ１２の反射率Ｒｘと測定対象の物理量ｘの関係が既知であれば、Ｘ／Ｚを用いて測定対象の物理量ｘの評価が可能となる。また、反射素子１５の反射率Ｒｚ１、Ｒｚ２が既知でなくても、反射素子１５の反射率Ｒｚ１、Ｒｚ２が一定値であり、Ｘ／Ｚと測定対象の物理量ｘとの関係が既知であれば同様の評価ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係わる光センサシステムの構成図。
【図２】本発明の実施の形態における光源・光検出ユニットの光伝送系への入射光に対する光源・光検出ユニット１１戻り光の波形図。
【図３】従来の光センサシステムの一例を示す構成図。
【符号の説明】
【００２７】
１１…光源・光検出ユニット、１２…光センサ、１３…光ファイバ、１４…光コネクタ、１５…反射素子
【図１】
2009180570.tif 000003
【図２】
2009180570.tif 000004
【図３】
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