光センサ
【課題】可動部分をなくす、あるいは必要最小限とし、小型かつ外乱による影響を受けにくくし、また測定の高速化も可能である光センサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】低コヒーレンス光源８、方向性結合器１０、光反射部１２、受光器１３、およびこれらを光学的に接続する光路９−１〜５を有する２アーム光マイケルソン型干渉計であって、該方向性結合器１０の入力部の一方に該低コヒーレンス光源８を光路９−１により接続し、他方に該受光器１３を光路９−５により接続し、該方向性結合器１０の出力部と該光反射部１２とを光路９−３，４により結ぶ該干渉計の一方のアーム中に可変遅延線１１を配置し、該方向性結合器１０の出力部に光路９−２、光ファイバ１４により接続する他方のアーム端は被測定物接続用とし、光ファイバ１４に被測定物１５を接続すれば、可動部分をなくすことによって、高速，安定、かつ小型構成で遅延を変化させることができる分布型光センサを構成することができる。
【解決手段】低コヒーレンス光源８、方向性結合器１０、光反射部１２、受光器１３、およびこれらを光学的に接続する光路９−１〜５を有する２アーム光マイケルソン型干渉計であって、該方向性結合器１０の入力部の一方に該低コヒーレンス光源８を光路９−１により接続し、他方に該受光器１３を光路９−５により接続し、該方向性結合器１０の出力部と該光反射部１２とを光路９−３，４により結ぶ該干渉計の一方のアーム中に可変遅延線１１を配置し、該方向性結合器１０の出力部に光路９−２、光ファイバ１４により接続する他方のアーム端は被測定物接続用とし、光ファイバ１４に被測定物１５を接続すれば、可動部分をなくすことによって、高速，安定、かつ小型構成で遅延を変化させることができる分布型光センサを構成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波の干渉を利用してセンシングを行う光センサに関する。具体的には、光波の時間的低コヒーレンス性を利用してセンシングを行う低コヒーレンスレフレクトメータ（ＯＬＣＲ：Optical Low Coherence Reflectometry）装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＯＬＣＲは、干渉計の長さの差が光源のコヒーレンス長程度以下の場合にしか干渉を起こさない性質を用いて、被測定物体の長手方向分布の計測を行う方法である。
ＯＬＣＲ装置としては従来、図１４に示すように、一方のアームにバルクの可動反射鏡５を配したマイケルソン型干渉計が知られている（非特許文献１）。
図１４において、１は低コヒーレンス光源、２−１〜４は光路、３はビームスプリッタ、４は被測定物、５は可動反射鏡、６は受光器（Ｏ／Ｅ変換器）である。
【０００３】
図１４に示すように、低コヒーレンス光源１から出力された低コヒーレンス光は、光路２−１を通りビームスプリッタ３で二分され、一方は光路２−２を通り被測定物４に入射され内部の反射点で反射して光路２−２を戻り、他方は光路２−３を通り可動反射鏡５で反射して光路２−３を戻ることになる。
ここで、可動反射鏡５を図中矢印で示すように移動させアームの長さを変えることによって、他方のアームの被測定物４からの反射光の成分中、可動反射鏡５からの反射光と長さがほぼ一致したもののみと干渉が生じる。
【０００４】
その干渉光強度を受光器６で測定することによって、被測定物４の長手方向の状態を計測することができる。被測定物４の具体例として、切断部を有する光ファイバを考える。
切断部では反射光強度にピークが生じるため、本手法により切断部の位置を高精度で特定することができる。
低コヒーレンス光源１のコヒーレンス長（別名、可干渉距離：光を２つに分け、異なる長さを伝搬させた後、再び合波したときに干渉が起きる長さの差の上限の目安を与える距離）Ｌcは、光源のスペクトル形状がガウス型の場合、次式で与えられる。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ただし、
λ0：光源の中心波長、
Δλ：光源のスペクトル半値全幅、
である。
低コヒーレンス光源１のλ0、Δλがそれぞれ、１５５０ｎｍ，５０ｎｍと典型的な値の場合、Ｌcは約４８μｍとなる。
従ってこの光源を用いることにより、図１４は反射型構成の測定系であるため、２４μｍ程度以下の高測定分解能が得られる。
【非特許文献１】http://www.ando.co.jp/products/mid/mid-index.htm 安藤電気カタログ、“高分解能リフレクトメータＡＱ７４１０Ｂ。”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の方法では、長さ調節用の可動反射鏡５としてモータ駆動のバルク部品を使用しなければならなかった。
そのため、（１）振動等の外乱による測定誤差の発生、（２）装置の大型化、（３）高速測定が困難、などの欠点があった。
本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、可動部分をなくす、あるいは必要最小限とし、小型かつ外乱による影響を受けにくくし、また測定の高速化も可能である光センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る光センサは、低コヒーレンス光源、方向性結合器、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マイケルソン型干渉計であって、該方向性結合器の入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器をそれぞれ接続し、該方向性結合器の出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の一方のアーム中に可変遅延線を配置し、該方向性結合器の出力部に接続する他方のアーム端は被測定物接続用としたことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る光センサは、低コヒーレンス光源、２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スイッチ、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マイケルソン型干渉計であって、該光スイッチの入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器をそれぞれ接続し、該光スイッチの出力部に接続するＮ個のアームのうち、該光スイッチの出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の１個のアーム中に可変遅延線を配置し、該光スイッチの出力部に接続する他の（Ｎ−１）個のアーム端はいずれも被測定物接続用としたことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る光センサは、低コヒーレンス光源、２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スプリッタ、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マイケルソン型干渉計であって、該光スプリッタの入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器をそれぞれ接続し、該光スプリッタの出力部に接続するＮ個のアームのうち、該光スプリッタの出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の１個のアーム中に可変遅延線を配置し、該光スプリッタの出力部に接続する他の（Ｎ−１）個のアーム中に光変調器をそれぞれ配置すると共に当該アーム端は何れも被測定物接続用としたことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る光センサは、低コヒーレンス光源、方向性結合器、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マイケルソン型干渉計であって、該方向性結合器の入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器を接続し、該方向性結合器の出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の一方のアーム中に可変遅延線を配置し、該方向性結合器の出力部に接続する他方のアーム端は可動機構によって可動可能な被測定物接続用としたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係る光センサは、低コヒーレンス光源、２個の方向性結合器、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該２個の方向性結合器間を結ぶ該干渉計の２個のアームは、可変遅延線を配置した一方のアームと、被測定物配置用の他方のアームからなることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係る光センサは、低コヒーレンス光源、１入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スイッチ、Ｎ入力１出力の光スイッチ、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該光スイッチ間を結ぶＮ個の光路は、被測定物配置用の（Ｎ−１）個の光路と、可変遅延線を配置した１個の光路とからなることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係る光センサは、低コヒーレンス光源、１入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スプリッタ、Ｎ入力１出力の光コンバイナ、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該光スプリッタと該光コンバイナ間を結ぶＮ個の光路は、光変調器を配置すると共に被測定物配置用の（Ｎ−１）個の光路と、可変遅延線を配置した１個の光路とからなることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する本発明の請求項８に係る光センサは、低コヒーレンス光源、２個の方向性結合器、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該２個の方向性結合器間を結ぶ２個の光路は、可動機構によって可動可能な被測定物配置用の一方の光路と、可変遅延線を配置した他方の光路とからなることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する本発明の請求項９に係る光センサは、請求項１〜８において、前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ計Ｋ＋１個の対称マッハツェンダ型干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する本発明の請求項１０に係る光センサは、請求項１〜８において、前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ２つの対称マッハツェンダ型干渉計の一方の出力部と他方の入力部とを、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ長さが等しい導波路ペアを用いて接続した、Ｋ＋１個の多段干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する本発明の請求項１１に係る光センサは、請求項１〜８において、前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ２つの対称マッハツェンダ型干渉計の両方の出力部のそれぞれ一方の出力と、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ対称マッハツェンダ型干渉計の両方の入力部とを接続したＫ＋１個の多段干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する本発明の請求項１２に係る光センサは、請求項１〜８において、前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ対称マッハツェンダ型干渉計の両方の出力部と、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ２つの対称マッハツェンダ型干渉計の両方の入力部のそれぞれ一方の入力とを接続したＫ＋１個の干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する本発明の請求項１３に係る光センサは、請求項４，８において、前記可動機構は、微小電機機械システム（ＭＥＭＳ：Micro−electro−mechanical systems）を用いたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の光センサでは、導波路構成技術を駆使したマイケルソン型、あるいはマッハツェンダ型干渉計中に可変遅延線構成を組み込むことによって、可動部分をなくすあるいは必要最小限とすることができる。
また高速位相調整が可能な導波路材料を適用することによって、高速に遅延を変化させることができる。
その結果、小型かつ外乱による影響を受けにくく、高速測定が可能な優れた光センサを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、マイケルソン型干渉計又はマッハツェンダ型干渉計に基づいて物体の長手方向分布を測定する光センサに関し、例えば、平面光波回路上に可変遅延線等の主要な構成を形成することにより、小型で外乱による影響が受けにくく高速測定が可能な光センサを実現するものであり、以下の各実施例に記載のように多彩な機能の追加も実現できる。
【００２３】
即ち、本発明において、長さ調節部分を光導波路構造の可変遅延線で構成することにより、導波路中の屈折率変化（＜ｍｓｅｃ）を用いた位相調節によって、長さを最小サブμｍオーダステップでサブμｍ〜ｍの範囲にわたって高精度かつ広範囲に変化させることができる。
そのため、長さ調節部分の可動部分の除去ができ、小型かつ外乱による影響を受けにくく、測定時間を短縮可能な光センサを構成することができる。
【実施例１】
【００２４】
本発明に係る光センサの第１実施形態（請求項１）の構成例を図１に示す。
本実施形態の光センサは、シリコン基板上に形成した石英平面光波回路７、低コヒーレンス光源８、石英導波路９−１〜５、方向性結合器１０、可変遅延線１１、反射鏡１２、受光器１３、光ファイバ１４、を備える２アーム光マイケルソン型干渉計である。
【００２５】
図１に示すように、石英平面光波回路７においては、方向性結合器１０の入力部である一方の石英導波路９−１に低コヒーレンス光源８が接続され、他方の石英導波路９−５に受光器１３が接続され、方向性結合器１０の出力部と反射鏡１２とを結ぶ該干渉計の一方のアーム中である石英導波路９−３，９−４に可変遅延線１１が配置され、方向性結合器１０の出力部に接続する他方のアーム端である石英導波路９−２は被測定物接続用とした。被測定物接続用石英導波路９−２は光ファイバ１４を介して被測定物１５に接続されている。方向性結合器１０の結合率を変化させる、または、石英導波路９−２〜４のいずれか一つに対称マッハツェンダ型干渉計などの可変光アッテネータを配置することによって両アームの損失を同じにすることができ、高精度の測定を行うことができる。
【００２６】
本実施形態では、小型化、安定化、低損失化を目的として、シリコン基板上に石英導波路（クラッド：ＳｉＯ2、コア：ＳｉＯ2−ＧｅＯ2）を形成する平面光波回路技術を用いて可変遅延線１１等の主要部分を構成している。
石英導波路では実現不可能な受発光素子である低コヒーレンス光源８は半導体あるいは光ファイバ素子｛発光ダイオード（ＬＥＤ）、高輝度発光ダイオード（ＳＬＤ）、希土類ドープ光ファイバ増幅器あるいは半導体レーザ増幅器の自然放出光（ＡＳＥ光源）など｝、受光器１３は半導体素子を用い、平面光波回路にハイブリッド集積している。
【００２７】
なお、石英導波路部分を、半導体、ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）あるいはＫＴａl-xＮｂxＯ3（ＫＴＮ）等の強誘電体、ポリマー、光ファイバなど、またはこれらを複合した導波路構成で置き換えることももちろん可能である。
被測定物１５は光ファイバ１４を用いて石英平面光波回路７と接続している。
被測定物１５を石英平面光波回路７中に配置して測定することも可能であるが、被測定物１５の入れ替えを考慮して簡便で汎用的なファイバ接続の例を示した。
【００２８】
なお可変遅延線１１の遅延変化を用いて被測定物１５内の全ての長手方向状態が測定可能なように、石英導波路９−２〜４，光ファイバ１４の長さはあらかじめ調節されている。
可変遅延線１１の構成例を図２に示す。
図１で図２の可変遅延線を使用した場合、請求項９の実施例に相当する。
図２の可変遅延線は、入力導波路１７−１，２、一方のアーム上（クラッド上）に熱光学位相シフト用薄膜ヒータ（クロム、窒化タンタル等）１８−１〜Ｋ＋１（Ｋは１以上の整数）を配置した対称マッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチ１９−１〜１９−Ｋ＋１、非対称アーム対２０ａ−１〜Ｋ，２０ｂ−１〜Ｋ、出力導波路２１−１，２、位相調節部２２、から構成されている。
【００２９】
入力導波路１７−１，２のいずれかが石英導波路９−３と接続され、出力導波路２１−１が石英導波路９−４と接続される。
非対称アーム対２０ａ−１〜Ｋ，２０ｂ−１〜Ｋの長さの差ΔＬKは本構成例ではΔＬK＝２K-1ΔＬlと設定する。ただし、ΔＬlは２０ａ−１，２０ｂ−１の長さの差である。
２×２光スイッチ１９−１〜１９−Ｋ＋１のスイッチング状態を変化させることによって、入力導波路１７−１，２と出力導波路２１−１，２間の特性として、０〜（２K−１）ΔＬ1の範囲をΔＬ1刻みで可変可能な計２K通りの相対遅延を最小構成で実現することができる。高々Ｋ＝１０で、１０００点以上の測定を行うことができる。
反射型構成であるため、往復で、０〜（２K−１）２ΔＬ1の範囲を２ΔＬ1刻みで可変可能な計２K通りの相対遅延特性を得ることができる。
【００３０】
なお、石英導波路は精密な設計および作製が可能なため、ΔＬ1を最小でμｍあるいはサブμｍオーダに設定することも可能である。
低コヒーレンス光源８の導波路内でのコヒーレンス長Ｌcを２ΔＬ1より小さく設定した場合、簡単のため石英導波路の等価屈折率と１５の屈折率が同一と仮定すると、分解能ΔＬ1で１５の長手方向の状態を測定可能となる。
位相調節部２２はΔＬKの作製誤差を補正するために用いられ、熱光学位相シフト用薄膜ヒータ１８と同様に薄膜ヒータが用いられる。
熱光学位相シフトは、可変範囲、設定精度がそれぞれ、波長程度、波長の２００分の１程度であるため、ｎｍオーダの精度での長さ調節が可能となる。またμｍ以下オーダステップでの長さ調節部としては、位相シフタの縦続接続構成を用いることができる。
【００３１】
なお、入力導波路１７−１，２のいずれか、あるいは非対称アーム対２０上のいずれかに位相調節部を配置することによっても同様の調節が可能である。
また、反射鏡１２としては、１本の導波路の２箇所を５０％結合方向性結合器で結合したループミラー（Ｓａｇｎａｃミラー）、導波路型グレーティングなどの他、導波路端面に蒸着した金属などを用いることもできる。
ここで、図１，２の構成を用いる場合の被測定物スキャン測定時間Ｔmは、１９のスイッチング時間をＴsとすると、以下の式で表される。
【００３２】
【数２】
【００３３】
ただし、
【００３４】
【数３】
【００３５】
Ｊ：必要スイッチング回数、Ｌm：被測定物の長さで、［ｙ］は正の実数ｙの整数部を表す。
長さ１００ｍｍの被測定物を分解能２０μｍで測定するものとすると、石英導波路あるいはポリマー導波路などの熱光学屈折率変化（Ｔs≒ｍｓ）を用いる場合、Ｔm≒５ｓとなる。
半導体導波路、強誘電体導波路、ポリマー導波路などの電気光学効果等の高速屈折率変化を用いる場合は、Ｔs＜ｎｓとすることは容易なので、Ｔm＜５μｓとすることができる。
【００３６】
市販の可動反射ミラーを用いたＯＬＣＲ装置ＡＱ７４１０Ｂ（安藤電気製、分解能２０μｍ）の測定速度は、４０ｍｍ／ｓ程度であるので、上記測定物の測定時間は、１００ｍｍ／（４０ｍｍ／ｓ）；２．５ｓとなる。
そのため図１，２に示す可動部分無しの構成を用いることによって、半導体導波路、強誘電体導波路を可変遅延線部に適用した場合には６桁以上の測定高速化が可能となり、石英導波路の適用でも従来構成程度オーダの速度での測定が小型の装置で可能となる。
【００３７】
可変遅延線１１の他の構成例を図３（ａ）に示す。
図１で図３（ａ）の可変遅延線を使用した場合、請求項１０の実施例に相当する。
図３（ａ）に示すように、この可変遅延線は、入力導波路２４−１，２、干渉計型２×２光スイッチ２５−１〜Ｋ＋１、非対称アーム対２６ａ−１〜Ｋ，２６ｂ−１〜Ｋ、出力導波路２７−１，２、位相調節部２８、から構成されている。
干渉計型２×２光スイッチ２５の構成例を図３（ｂ）に示す。
【００３８】
図３（ｂ）に示すように、この干渉計型２×２光スイッチ２５は、入力導波路２９−１，２、方向性結合器３０−１〜４、対称アーム対３１ａ−１〜３，３１ｂ−１〜３、薄膜ヒータ３２−１〜３、出力導波路３３−１，２、から構成される。
薄膜ヒータ３２−１，３を用い位相調節を行うことによって、アーム３１ａ−１とアーム３１ｂ−１間、アーム３１ａ−３とアーム３１ｂ−３間の位相をπ／２に設定する。
この場合、入力導波路２９−１，２とアーム３１ａ−２，３１ｂ−２間、アーム３１ａ−２，３１ｂ−２と出力導波路３３−１，２間の強度特性として、結合率５０％の方向性結合器（３ｄＢ方向性結合器）を等価的に実現できる。
【００３９】
図２の構成では、対称マッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチ１９−１〜１９−Ｋ＋１中の方向性結合器の結合率（固定値）が５０％からずれた場合、消光特性、即ちスイッチング特性が劣化する。
これに対し図３では、方向性結合器３０−１〜４が５０％からずれた場合でも、薄膜ヒータ３２−１，３の調節により対称マッハツェンダ型干渉計１段の特性として３ｄＢ方向性結合器が実現できるため、干渉計型２×２光スイッチ２５−１〜Ｋ＋１全体の特性として良好な消光比のスイッチング特性が得られる。
干渉計型２×２光スイッチ２５−１〜Ｋ＋１は、対称マッハツェンダ型干渉計の２つの出力部と、他の対称マッハツェンダ型干渉計の２つの入力部とを接続した、２段縦続接続対称マッハツェンダ型干渉計構成と言い替えることもできる。
【００４０】
可変遅延線１１の他の具体例として、図４（ａ）の構成も可能である。
図４（ａ）に示すように、この可変遅延線は、入力導波路３４−１、２、干渉計型２×２光スイッチ３５−１〜Ｋ＋１、非対称アーム対３６ａ−１〜Ｋ，３６ｂ−１〜Ｋ、出力導波路３７−１，２、位相調節部３８、から構成されている。
干渉計型２×２光スイッチ３５−１〜Ｋ＋１の構成例を図４（ｂ）或いは図４（ｃ）に示す。
図４（ａ）の干渉計型２×２光スイッチ３５−１〜Ｋ＋１として、図４（ｂ）或いは図４（ｃ）に示すものを使用した場合、それぞれ、請求項１１，１２の実施例に相当する。
【００４１】
図４（ｂ）において干渉計型２×２光スイッチ３５−１〜Ｋ＋１は、入力導波路３９−１〜４、方向性結合器４０−１〜６、対称アーム対４１ａ−１〜３，４１ｂ−１〜３、薄膜ヒータ４２−１〜３、出力導波路４３−１，２、から構成される。
また、図４（ｃ）において干渉計型２×２光スイッチ３５−１〜Ｋ＋１は、入力導波路４４−１，２、方向性結合器４５−１〜６、対称アーム対４６ａ−１〜３，４６ｂ−１〜３、薄膜ヒータ４７−１〜３、出力導波路４８−１〜４、から構成される。
【００４２】
なお、（３９−１、２）、（３９−３，４）、（４８−１，２）、（４８−３，４）の組み合わせのうちいずれか一方が入出力部として用いられる。
図４（ｂ）或いは図４（ｃ）のいずれの構成も、対称マッハツェンダ型干渉計２段を、１ポートずつを縦続接続する構成を取っているため、対称マッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチ１９−１〜１９−Ｋ＋１よりも良好な消光特性を得ることができる。
また、可変遅延線１１として、非対称アーム対の両端に対称マッハツェンダ型２×２スイッチを配置したものを単位とした非対称マッハツェンダ型干渉計を複数用意し、各非対称マッハツェンダ型干渉計の一方のアームを互いに接続する構成も用いることができる。
【実施例２】
【００４３】
本発明に係る光センサの第２実施形態（請求項２）の構成例を図５に示す。
本実施形態の光センサは、基板上に形成した導波回路４９、低コヒーレンス光源５０、導波路５１−１〜Ｎ＋３、２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スイッチ５２、可変遅延線５３、反射鏡５４、受光器５５、光ファイバ５６−１〜Ｎ−１、を備えるＮアーム光マイケルソン型干渉計である。
【００４４】
図５に示すように、導波回路４９において、２入力Ｎ出力の光スイッチ５２の入力部の一方に導波路５１−１を介して低コヒーレンス光源５０が接続され、他方に導波路５１−Ｎ＋３を介して受光器５５が接続され、光スイッチ５２の出力部に接続するＮ個のアームのうち、１個のアーム中である導波路５１−Ｎ＋１と導波路５１−Ｎ＋２の間に可変遅延線５３が配置され、そのアーム端である導波路５１−Ｎ＋２に反射鏡５４が接続され、他の（Ｎ−１）個のアーム端である導波路５１−２〜５１−Ｎはいずれも被測定物接続用とした。被測定物接続用導波路５１−２〜５１−Ｎは光ファイバ５６−１〜Ｎ−１を介して被計測物５７が接続されている。
【００４５】
光スイッチ５２の構成例（２入力８出力）を図６に示す。
図６は、一方のポートに位相調節部５８−１〜７を備えた対称マッハツェンダ型２×２光スイッチ５９−１〜７をツリー状に縦続接続している。
その他、Ｙ分岐型１×２ディジタル光スイッチをツリー状に縦続接続し、その入力部に方向性結合器の一方の出力ポートを接続する構成なども考えられる。
２入力Ｎ出力光スイッチ５２で低コヒーレンス光源５０からの低コヒーレンス光を導波路５１−２〜Ｎのいずれか１つと導波路５１−Ｎ＋１に切り替え、可変遅延線５３での遅延変化を利用して被測定物５７の長手方向分布計測を行う。
この操作を異なる（Ｎ−１）本の導波路５１−２〜Ｎに対して１回ずつ計（Ｎ−１）回繰り返す。
【００４６】
光ファイバ５６−１〜Ｎ−１と被測定物５７の接続部が直線になっていると仮定すると、本操作により被測定物５７の長手方向分布と光ファイバ５６−１〜Ｎ−１に対して垂直方向の直線位置分布の情報、すなわち２次元分布情報を得ることができる。
なお、直線方向位置分布の分解能は、光ファイバ５６−１〜Ｎ−１の配置位置に依存する。
なお、光ファイバ５６−１〜Ｎ−１を被測定物５７に対して２次元平面的に接続する場合、被測定物５７の長手方向分布と光ファイバ５６−１〜Ｎ−１に対して垂直方向の平面位置分布の情報、すなわち３次元分布情報を得ることができる。
【００４７】
図５の光スイッチ５２の出力部を積層導波路技術によって３次元空間上に構成し、被測定物を直接積層導波路に接続する構成例を図７（ａ）に示す。
図７（ａ）においては、図５の破線部６Ａに相当する部分のみを示し、６０−１〜３，６１−１〜３，６２はそれぞれ、位相調節部、対称マッハツェンダ型２×２光スイッチ、被測定物である。
簡単のため２層積層導波路構造を用い、２×４ツリー状スイッチを用いた例を示す。
【００４８】
図中、太線、細線はそれぞれ、上層導波路、下層導波路を表すために用いており、導波路サイズを示すものではない。
図７（ｂ）、図７（ｃ）はそれぞれ、図７（ａ）中の矢印で示した方向のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’導波路断面図である。図７（ｂ）においては、内部の導波路構成を破線で示している。
図７（ａ）に示すように、太線と細線が重なった部分で、上下方向に方向性結合器が構成されている。
【００４９】
本構成により、平面に分布した対称マッハツェンダ型２×２光スイッチ６１−２，３の出力部４点に対応した被測定物６２の長手方向分布を測定することができる。
なお簡単のため２層積層導波路を用いた例を示したが、さらなる多層化によって測定点を増加させることができる。
図７の構成は図５のように光ファイバ５６を用いないので、系の簡略化、小型化を図ることができる。
以上説明した２次元および３次元分布を可動部無しに測定する技術もまた、従来技術では実現不可能である。
【実施例３】
【００５０】
本発明に係る光センサの第３実施形態（請求項３）の構成例を図８に示す。
図において、本実施形態の光センサは、基板上に形成した導波回路６３、低コヒーレンス光源６４、導波路６５−１〜Ｎ＋３、２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スプリッタ６６、可変遅延線６７、反射鏡６８、受光器６９、電気配線７０−１〜Ｎ＋２、同期検波器７１、電気発振器７２，１入力多出力電気スイッチ７３、光変調器７４−１〜Ｎ−１、光ファイバ７５−１〜Ｎ−１、を備えるＮアーム光マイケルソン型干渉計である。
【００５１】
図８に示すように、導波回路６３において、２入力Ｎ出力の光スプリッタ６６の入力部の一方に導波路６５−１を介して低コヒーレンス光源６４が接続され、他方に導波路６５−Ｎ＋３を介して受光器６９が接続され、光スプリッタ６６の出力部に接続するＮ個のアームのうち、１個のアーム中である導波路６５−Ｎ＋１と導波路６５−Ｎ＋２の間に可変遅延線６７が配置されると共に当該アーム端である導波路６５−Ｎ＋２に反射鏡６８が接続され、他の（Ｎ−１）個のアーム中である導波路６５−２〜Ｎに光変調器７４−１〜Ｎ−１がそれぞれ配置されると共に当該アーム端である導波路６５−２〜Ｎは何れも被測定物接続用とした。被測定物接続用導波路６５−２〜Ｎは光ファイバ７５−１〜Ｎ−１を介して被測定物７６が接続されている。
【００５２】
低コヒーレンス光源６４からの低コヒーレンス光を２入力Ｎ出力の光スプリッタ６６で導波路６５−２〜Ｎ＋１に分配する。
１入力多出力電気スイッチ７３を用いて電気発振器７２の出力信号を切り替え、光変調器７４−１〜Ｎ−１のいずれか１つを駆動して光に強度あるいは位相などの変調をかける。
同期検波器７１による同期検波を用いて（Ｎ−１）個の導波路６５−２〜Ｎを通過する光の分離を行い、可変遅延線６７での遅延変化を利用して被測定物７６の長手方向分布計測を行う。
この操作を異なる導波路６５−２〜Ｎに対して１回ずつ計（Ｎ−１）回繰り返し、被測定物７６の２次元あるいは３次元分布情報を得ることができる。
【００５３】
図５の構成と比較して、光変調器７４−１〜Ｎ−１および電気装置７０〜７３が増えるが、ツリー状光スイッチを用いる必要がないため導波回路部分は小型化することができる。
なお、電気発振器７２と、対応する同期検波器７１を（Ｎ−１）個ずつ用意し、１入力多出力電気スイッチ７３を用いず電気発振器７２の出力を直接用いて光変調器７４−１〜Ｎ−１をそれぞれ異なる周波数で変調することによって、被測定物７６からの（Ｎ−１）個の反射光を同時に測定することができる。
そのため電気装置数は増加するものの、図８の構成と比較して測定時間を（Ｎ−１）分の１以下に低減することができる。
【実施例４】
【００５４】
本発明に係る光センサの第４実施形態（請求項４）の構成例を図９に示す。
本実施形態の光センサは、基板上に形成した導波回路７７、低コヒーレンス光源７８、導波路７９−１〜５、方向性結合器８０、可変遅延線８１、反射鏡８２、受光器８３、被測定物８４を設置する可動機構（図示省略）、を備える２アーム光マイケルソン型干渉計である。
【００５５】
図９に示すように、導波回路７７において、方向性結合器８０の入力部の一方に導波路７９−１を介して低コヒーレンス光源７８が接続され、他方に導波路７９−５を介して受光器８３が接続され、方向性結合器８０の出力部と光反射部８２とを結ぶ該干渉計の一方のアームである導波路７９−３と導波路７９−４の間に可変遅延線８１が配置され、方向性結合器８０の出力部に接続する他方のアーム端である導波路７９−２は被測定物接続用である。導波路７９−２には、可動機構によって可動可能な被測定物８４が接続される。
可動機構をＭＥＭＳとすれば、請求項１３の実施例に相当する。
可動機構により被測定物８４を導波路７９−２に対して垂直面内で移動させた場合、複数のプローブ（導波路あるいはファイバ）を接触させる必要のない小型の系で被測定物８４の３次元分布を測定することができる。
【実施例５】
【００５６】
本発明に係る光センサの第５実施形態（請求項５）の構成例を図１０に示す。
本実施形態の光センサは、シリコン基板上に形成した石英平面光波回路８５、低コヒーレンス光源８６、導波路８７−１〜８、２個の方向性結合器８８−１，２、可変遅延線８９、受光器９０、光ファイバ９１−１，２、を備える２アーム光マッハツェンダ型干渉計である。
【００５７】
図１０に示すように、石英平面光波回路８５において、方向性結合器８８−１の入力部の一方に導波路８７−１を介して低コヒーレンス光源８６が接続され、方向性結合器８８−２の出力部の一方に導波路８７−８を介して受光器９０が接続され、２個の方向性結合器８８−１，２間を結ぶ該干渉計の２個のアームは、一方のアームである可変遅延線８９を配置した導波路８７−６，７と、他方のアームである導波路８７−２，８７−３及び被測定物配置用の光ファイバ９１−１，２からなる。光ファイバ９１−１，２の間には、被測定物９２が配置される。
本実施形態においては、被測定物の反射光ではなく、その透過光を用いて低コヒーレンス光源による分布型干渉測定を行うものである。
方向性結合器８８−１，２の結合率を変化させる、または、導波路８７−２，３，６，７のいずれか一つに可変光アッテネータを配置することによって、マイケルソン型干渉計と同様に両アームの損失を同じにすることができ、高精度に測定を行うことができる。
【００５８】
図１０では一方のアームに可変遅延線８９を配したマッハツェンダ型干渉計が構成されている。
可変遅延線８９の遅延量を変化させアームの長さを変えることによって、他方のアームの被測定物９２からの透過光の成分中、可変遅延線８９からの透過光と長さがほぼ一致したもののみと干渉が生じる。
その干渉光強度を測定することによって、被測定物９２の長手方向の状態を計測することができる。
【００５９】
可変遅延線８９として、前述の図２に構成を示す可変遅延線を用いた場合（請求項９の実施例に相当）、０〜（２K−１）ΔＬ1の範囲をΔＬ1刻みで可変可能な計２K通りの相対遅延特性を得ることができる。
低コヒーレンス光源８６の導波路内でのコヒーレンス長ＬcをΔＬ1より小さく設定した場合、簡単のため石英導波路の等価屈折率と被測定物９２の屈折率が同一と仮定すると、分解能ΔＬ1で被測定物９２の長手方向の状態を測定可能となる。
【実施例６】
【００６０】
本発明に係る光センサの第６実施形態（請求項６）の構成例を図１１に示す。
本実施形態の光センサは、シリコン基板上に形成した石英平面光波回路９３、低コヒーレンス光源９４、導波路９５−１〜２Ｎ＋４，１入力Ｎ出力の光スイッチ９６，Ｎ入力１出力の光スイッチ９７、可変遅延線９８、受光器９９、光ファイバ１００−１〜２Ｎ−２、を備えるＮアーム光マッハツェンダ型干渉計である。
【００６１】
図１１に示すように、石英平面光波回路９３において、１入力Ｎ出力光スイッチ９６の入力部に導波路９５−１を介して低コヒーレンス光源９４が接続され、Ｎ入力１出力の光スイッチ９７の出力部に導波路９５−（２Ｎ＋４）を介して受光器９９が接続され、１入力Ｎ出力の光スイッチ９６とＮ入力１出力の光スイッチ９７を結ぶＮ個の光路である導波路９５−２〜２Ｎ＋３、被測定物配置用の光ファイバ１００−１〜２Ｎ−２、可変遅延線９８とからなる。光ファイバ１００−１〜２Ｎ−２には、被測定物１０１が配置される。
１入力Ｎ出力光スイッチ９６は、図６に示す構成例のもので入力ポートの一方を用いることにより実現できる。
Ｎ入力１出力光スイッチ９７は、上記構成を左右反転させた構成により実現可能となる。
また、光スイッチ９７は、単純なコンバイナ構成とすることもできるが、この場合、光スイッチ構成と比較して損失が増大する。
【００６２】
１入力Ｎ出力光スイッチ９６で低コヒーレンス光源９４からの低コヒーレンス光を導波路９５−２，４，６，．．．，２Ｎ−２，２Ｎのいずれか１つと導波路９５−２Ｎ＋２に切り替え、可変遅延線９８での遅延変化を利用して被測定物１０１の長手方向分布計測を行う。
この操作を異なる（Ｎ−１）本の導波路９５−２，４，６，．．．，２Ｎ−２，２Ｎに対して１回ずつ計（Ｎ−１）回繰り返す。
本操作により被測定物１０１の長手方向分布と光ファイバ１００に対して垂直方向の位置分布の情報、すなわち２次元あるいは３次元分布情報を得ることができる。
【実施例７】
【００６３】
本発明に係る光センサの第７実施形態（請求項７）の構成例を図１２に示す。
本実施形態の光センサは、基板上に形成した導波回路１０２、低コヒーレンス光源１０３、導波路１０４−１〜２Ｎ＋４、１入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スプリッタ１０５、Ｎ入力１出力の光コンバイナ１０６、可変遅延線１０７、受光器１０８、電気配線１０９−１〜Ｎ＋２、同期検波器１１０、電気発振器１１１，１入力多出力電気スイッチ１１２、光変調器１１３−１〜Ｎ−１、光ファイバ１１４−１〜２Ｎ−２、を備えるＮアーム光マッハツェンダ型干渉計である。
【００６４】
図１２に示すように、導波回路１０２において、１入力Ｎ出力の光スプリッタ１０５の入力部に導波路１０４−１を介して低コヒーレンス光源１０３が接続され、Ｎ入力１出力の光コンバイナ１０６の出力部に導波路１０４−（２Ｎ＋４）を介して受光器１０８が接続され、１入力Ｎ出力の光スプリッタ１０５とＮ入力１出力の光コンバイナ１０６の間を結ぶＮ個の光路は、光変調器１１３−１〜Ｎ−１を配置する導波路１０４−２〜２Ｎ＋１及び被測定物配置用の光ファイバ１１４−１〜２Ｎ−２よりなる（Ｎ−１）個の光路と、可変遅延線１０７を配置した１個の光路である導波路１０４−（２Ｎ＋２），１０４−（２Ｎ＋３）とからなる。光ファイバ１１４−１〜２Ｎ−２には、被測定物１１５が配置される。
低コヒーレンス光源１０３からの低コヒーレンス光をスプリッタ１０５で導波路１０４−２，４，６，．．．，２Ｎ，２Ｎ＋２に分配する。
【００６５】
１入力多出力電気スイッチ１１２を用いて電気発振器１１１の出力信号を切り替え、光変調器１１３−１〜Ｎ−１のいずれか１つを駆動して光に強度あるいは位相などの変調をかける。
同期検波器１１０による同期検波を用いて（Ｎ−１）個の導波路１０４−３，５，７，．．．．，２Ｎ−１，２Ｎ＋１を通過する光の分離を行い、可変遅延線１０７での遅延変化を利用して被測定物１１５の長手方向分布計測を行う。
この操作を異なる導波路１０４−３，５，７，．．．，２Ｎ−１，２Ｎ＋１に対して１回ずつ計（Ｎ−１）回繰り返すことによって、被測定物１１５の２次元あるいは３次元分布情報を得ることができる。
【００６６】
図１１の構成と比較して、光変調器１１３および電気配線１０９−１〜Ｎ＋２、同期検波器１１０、電気発振器１１１，１入力多出力電気スイッチ１１２が増えるが、光スイッチ９６，９７を用いる必要がないため導波回路部分を小型化することができる。
なお、電気発振器１１１と、対応する同期検波器１１０を（Ｎ−１）個ずつ用意し、１入力多出力電気スイッチ１１２を用いず電気発振器１１１の出力を直接用いて光変調器１１３−１〜Ｎ−１をそれぞれ異なる周波数で変調することによって、導波路１０４からの（Ｎ−１）個の透過光を同時に測定することができる。
そのため電気装置数は増加するものの、図１２の構成と比較して測定時間を（Ｎ−１）分の１以下とすることができる。
【実施例８】
【００６７】
本発明に係る光センサの第８実施形態（請求項８）の構成例を図１３に示す。
本実施形態の光センサは、基板上に形成した導波回路１１６、低コヒーレンス光源１１７、導波路１１８−１〜８、２個の方向性結合器１１９−１，２、可変遅延線１２０、受光器１２１、被測定物１２２を可動可能な可動機構（図示省略）、を備える２アーム光マッハツェンダ型干渉計である。
【００６８】
図１３に示すように、導波回路１１６において、２個の方向性結合器１１９−１，２間を結ぶ２個の光路は、被測定物配置用の一方の光路である導波路１１８−２，１１８−３と、可変遅延線１２０を配置した他方の光路である導波路１１８−６，１１８−７とからなる。導波路１１８−２，１１８−３の間には、可動機構によって可動可能な被測定物１２２が配置される。
可動機構をＭＥＭＳとすれば、請求項１３の実施例に相当する。
被測定物１２２を導波路１１８−２，３に対して垂直面内で移動させた場合、複数のプローブ（導波路あるいはファイバ）を接触させる必要がない小型の系で被測定物１２２の３次元分布を測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、光エレクトロニクス分野（集積光部品、光ファイバ等の各種光デバイスの分布診断）、医療・バイオ分野（生体細胞の断層分布診断）などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の光センサの第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１中の可変遅延線の構成例を示す概略構成図である。
【図３】図３（ａ）は図１中の可変遅延線を示す概略構成図、図３（ｂ）は図３（ａ）中の干渉計型２×２光スイッチを示す概略構成図である。
【図４】図４（ａ）は図１中の可変遅延線を示す概略構成図、図４（ｂ）（ｃ）は、何れも図４（ａ）中の干渉計型２×２光スイッチを示す概略構成図である。
【図５】本発明の光センサの第２実施形態を示す概略構成図である。
【図６】図５中の光スイッチを示す概略構成図である。
【図７】図７（ａ）は図５の光センサの他の実施形態を示す概略構成図、図７（ｂ）、図７（ｃ）は、それぞれ図７（ａ）中のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図である。
【図８】本発明の光センサの第３実施形態を示す概略構成図である。
【図９】本発明の光センサの第４実施形態を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の光センサの第５実施形態を示す概略構成図である。
【図１１】本発明の光センサの第６実施形態を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の光センサの第７実施形態を示す概略構成図である。
【図１３】本発明の光センサの第８実施形態を示す概略構成図である。
【図１４】従来の光センサ（ＯＬＣＲ装置）を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 低コヒーレンス光源
２−１〜４ 光路
３ ビームスプリッタ
４ 被測定物
５ 可動反射鏡
６ 受光器（Ｏ／Ｅ変換器）
７ 石英平面光波回路
８ 低コヒーレンス光源
９−１〜５ 石英導波路
１０ 方向性結合器
１１ 可変遅延線
１２ 反射鏡
１３ 受光器
１４ 光ファイバ
１５ 被測定物
１７−１，２ 入力導波路
１８−１〜Ｋ＋１ 薄膜ヒータ
１９−１〜１９−Ｋ＋１ 対称マッツェンダ干渉計型２×２光スイッチ
２０ａ−１〜Ｋ，２０ｂ−１〜Ｋ 非対称アーム対
２１−１，２ 出力導波路
２２ 位相調節部
２４−１，２ 入力導波路
２５−１〜Ｋ＋１ 干渉計型２×２光スイッチ
２６ａ−１〜Ｋ，２６ｂ−１〜Ｋ 非対称アーム対
２７−１，２ 出力導波路
２８ 位相調節部
２９−１，２ 入力導波路
３０−１〜４ 方向性結合器
３１ａ−１〜３，３１ｂ−１〜３ 対称アーム対
３２−１〜３ 薄膜ヒータ
３３−１，２ 出力導波路
３４−１，２ 入力導波路
３５−１〜Ｋ＋１ 干渉計型２×２光スイッチ
３６ａ−１〜Ｋ，３６ｂ−１〜Ｋ 非対称アーム対
３７−１，２ 出力導波路
３８ 位相調節部
３９−１〜４ 入力導波路
４０−１〜６ 方向性結合器
４１ａ−１〜３，４１ｂ−１〜３ 対称アーム対
４２−１〜３ 薄膜ヒータ
４３−１，２ 出力導波路
４４−１，２ 入力導波路
４５−１〜６ 方向性結合器
４６ａ−１〜３，４６ｂ−１〜３ 対称アーム対
４７−１〜３ 薄膜ヒータ
４８−１〜４ 出力導波路
４９ 導波回路
５０ 低コヒーレンス光源
５１−１〜Ｎ＋３ 導波路
５２ 光スイッチ
５３ 可変遅延線
５４ 反射鏡
５５ 受光器
５６−１〜Ｎ−１ 光ファイバ
５７ 被測定物
５８−１〜７ 位相調節部
５９−１〜７ 対称マッツェンダ型２×２光スイッチ
６０−１〜３ 位相調節部
６１−１〜３ 対称マッツェンダ型２×２光スイッチ
６２ 被測定物
６３ 導波回路
６４ 低コヒーレンス光源
６５−１〜Ｎ＋３ 導波路
６６ 光スプリッタ
６７ 可変遅延線
６８ 反射鏡
６９ 受光器
７０−１〜Ｎ＋２ 電気配線
７１ 同期検波器
７２ 電気発振器
７３ １入力多出力電気スイッチ
７４−１〜Ｎ−１ 光変調器
７５−１〜Ｎ−１ 光ファイバ
７６ 被測定物
７７ 導波回路
７８ 低コヒーレンス光源
７９−１〜５ 導波路
８０ 方向性結合器
８１ 可変遅延線
８２ 反射鏡
８３ 受光器
８４ 可動機構に設置された被測定物
８５ 石英平面光波回路
８６ 低コヒーレンス光源
８７−１〜８ 導波路
８８−１，２ 方向性結合器
８９ 可変遅延線
９０ 受光器
９１−１，２ 光ファイバ
９２ 被測定物
９３ 石英平面光波回路
９４ 低コヒーレンス光源
９５−１〜２Ｎ＋４導波路
９６ １入力Ｎ出力光スイッチ
９７ Ｎ入力１出力光スイッチ
９８ 可変遅延線
９９ 受光器
１００−１〜２Ｎ−２ 光ファイバ
１０１ 被測定物
１０２ 導波回路、
１０３ 低コヒーレンス光源
１０４−１〜２Ｎ＋４ 導波路
１０５ 光スプリッタ
１０６ 光コンバイナ
１０７ 可変遅延線
１０８ 受光器
１０９−１〜Ｎ＋２ 電気配線
１１０ 同期検波器
１１１ 電気発振器
１１２ １入力多出力電気スイッチ
１１３−１〜Ｎ−１ 光変調器
１１４−１〜２Ｎ−２ 光ファイバ
１１５ 被測定物
１１６ 導波回路
１１７ 低コヒーレンス光源
１１８−１〜８ 導波路
１１９−１，２ 方向性結合器
１２０ 可変遅延線
１２１ 受光器
１２２ 可動機構に設置された被測定物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波の干渉を利用してセンシングを行う光センサに関する。具体的には、光波の時間的低コヒーレンス性を利用してセンシングを行う低コヒーレンスレフレクトメータ（ＯＬＣＲ：Optical Low Coherence Reflectometry）装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＯＬＣＲは、干渉計の長さの差が光源のコヒーレンス長程度以下の場合にしか干渉を起こさない性質を用いて、被測定物体の長手方向分布の計測を行う方法である。
ＯＬＣＲ装置としては従来、図１４に示すように、一方のアームにバルクの可動反射鏡５を配したマイケルソン型干渉計が知られている（非特許文献１）。
図１４において、１は低コヒーレンス光源、２−１〜４は光路、３はビームスプリッタ、４は被測定物、５は可動反射鏡、６は受光器（Ｏ／Ｅ変換器）である。
【０００３】
図１４に示すように、低コヒーレンス光源１から出力された低コヒーレンス光は、光路２−１を通りビームスプリッタ３で二分され、一方は光路２−２を通り被測定物４に入射され内部の反射点で反射して光路２−２を戻り、他方は光路２−３を通り可動反射鏡５で反射して光路２−３を戻ることになる。
ここで、可動反射鏡５を図中矢印で示すように移動させアームの長さを変えることによって、他方のアームの被測定物４からの反射光の成分中、可動反射鏡５からの反射光と長さがほぼ一致したもののみと干渉が生じる。
【０００４】
その干渉光強度を受光器６で測定することによって、被測定物４の長手方向の状態を計測することができる。被測定物４の具体例として、切断部を有する光ファイバを考える。
切断部では反射光強度にピークが生じるため、本手法により切断部の位置を高精度で特定することができる。
低コヒーレンス光源１のコヒーレンス長（別名、可干渉距離：光を２つに分け、異なる長さを伝搬させた後、再び合波したときに干渉が起きる長さの差の上限の目安を与える距離）Ｌcは、光源のスペクトル形状がガウス型の場合、次式で与えられる。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ただし、
λ0：光源の中心波長、
Δλ：光源のスペクトル半値全幅、
である。
低コヒーレンス光源１のλ0、Δλがそれぞれ、１５５０ｎｍ，５０ｎｍと典型的な値の場合、Ｌcは約４８μｍとなる。
従ってこの光源を用いることにより、図１４は反射型構成の測定系であるため、２４μｍ程度以下の高測定分解能が得られる。
【非特許文献１】http://www.ando.co.jp/products/mid/mid-index.htm 安藤電気カタログ、“高分解能リフレクトメータＡＱ７４１０Ｂ。”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の方法では、長さ調節用の可動反射鏡５としてモータ駆動のバルク部品を使用しなければならなかった。
そのため、（１）振動等の外乱による測定誤差の発生、（２）装置の大型化、（３）高速測定が困難、などの欠点があった。
本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、可動部分をなくす、あるいは必要最小限とし、小型かつ外乱による影響を受けにくくし、また測定の高速化も可能である光センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る光センサは、低コヒーレンス光源、方向性結合器、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マイケルソン型干渉計であって、該方向性結合器の入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器をそれぞれ接続し、該方向性結合器の出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の一方のアーム中に可変遅延線を配置し、該方向性結合器の出力部に接続する他方のアーム端は被測定物接続用としたことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る光センサは、低コヒーレンス光源、２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スイッチ、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マイケルソン型干渉計であって、該光スイッチの入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器をそれぞれ接続し、該光スイッチの出力部に接続するＮ個のアームのうち、該光スイッチの出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の１個のアーム中に可変遅延線を配置し、該光スイッチの出力部に接続する他の（Ｎ−１）個のアーム端はいずれも被測定物接続用としたことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る光センサは、低コヒーレンス光源、２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スプリッタ、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マイケルソン型干渉計であって、該光スプリッタの入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器をそれぞれ接続し、該光スプリッタの出力部に接続するＮ個のアームのうち、該光スプリッタの出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の１個のアーム中に可変遅延線を配置し、該光スプリッタの出力部に接続する他の（Ｎ−１）個のアーム中に光変調器をそれぞれ配置すると共に当該アーム端は何れも被測定物接続用としたことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る光センサは、低コヒーレンス光源、方向性結合器、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マイケルソン型干渉計であって、該方向性結合器の入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器を接続し、該方向性結合器の出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の一方のアーム中に可変遅延線を配置し、該方向性結合器の出力部に接続する他方のアーム端は可動機構によって可動可能な被測定物接続用としたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係る光センサは、低コヒーレンス光源、２個の方向性結合器、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該２個の方向性結合器間を結ぶ該干渉計の２個のアームは、可変遅延線を配置した一方のアームと、被測定物配置用の他方のアームからなることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係る光センサは、低コヒーレンス光源、１入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スイッチ、Ｎ入力１出力の光スイッチ、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該光スイッチ間を結ぶＮ個の光路は、被測定物配置用の（Ｎ−１）個の光路と、可変遅延線を配置した１個の光路とからなることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係る光センサは、低コヒーレンス光源、１入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スプリッタ、Ｎ入力１出力の光コンバイナ、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該光スプリッタと該光コンバイナ間を結ぶＮ個の光路は、光変調器を配置すると共に被測定物配置用の（Ｎ−１）個の光路と、可変遅延線を配置した１個の光路とからなることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する本発明の請求項８に係る光センサは、低コヒーレンス光源、２個の方向性結合器、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該２個の方向性結合器間を結ぶ２個の光路は、可動機構によって可動可能な被測定物配置用の一方の光路と、可変遅延線を配置した他方の光路とからなることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する本発明の請求項９に係る光センサは、請求項１〜８において、前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ計Ｋ＋１個の対称マッハツェンダ型干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する本発明の請求項１０に係る光センサは、請求項１〜８において、前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ２つの対称マッハツェンダ型干渉計の一方の出力部と他方の入力部とを、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ長さが等しい導波路ペアを用いて接続した、Ｋ＋１個の多段干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する本発明の請求項１１に係る光センサは、請求項１〜８において、前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ２つの対称マッハツェンダ型干渉計の両方の出力部のそれぞれ一方の出力と、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ対称マッハツェンダ型干渉計の両方の入力部とを接続したＫ＋１個の多段干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する本発明の請求項１２に係る光センサは、請求項１〜８において、前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ対称マッハツェンダ型干渉計の両方の出力部と、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ２つの対称マッハツェンダ型干渉計の両方の入力部のそれぞれ一方の入力とを接続したＫ＋１個の干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する本発明の請求項１３に係る光センサは、請求項４，８において、前記可動機構は、微小電機機械システム（ＭＥＭＳ：Micro−electro−mechanical systems）を用いたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の光センサでは、導波路構成技術を駆使したマイケルソン型、あるいはマッハツェンダ型干渉計中に可変遅延線構成を組み込むことによって、可動部分をなくすあるいは必要最小限とすることができる。
また高速位相調整が可能な導波路材料を適用することによって、高速に遅延を変化させることができる。
その結果、小型かつ外乱による影響を受けにくく、高速測定が可能な優れた光センサを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、マイケルソン型干渉計又はマッハツェンダ型干渉計に基づいて物体の長手方向分布を測定する光センサに関し、例えば、平面光波回路上に可変遅延線等の主要な構成を形成することにより、小型で外乱による影響が受けにくく高速測定が可能な光センサを実現するものであり、以下の各実施例に記載のように多彩な機能の追加も実現できる。
【００２３】
即ち、本発明において、長さ調節部分を光導波路構造の可変遅延線で構成することにより、導波路中の屈折率変化（＜ｍｓｅｃ）を用いた位相調節によって、長さを最小サブμｍオーダステップでサブμｍ〜ｍの範囲にわたって高精度かつ広範囲に変化させることができる。
そのため、長さ調節部分の可動部分の除去ができ、小型かつ外乱による影響を受けにくく、測定時間を短縮可能な光センサを構成することができる。
【実施例１】
【００２４】
本発明に係る光センサの第１実施形態（請求項１）の構成例を図１に示す。
本実施形態の光センサは、シリコン基板上に形成した石英平面光波回路７、低コヒーレンス光源８、石英導波路９−１〜５、方向性結合器１０、可変遅延線１１、反射鏡１２、受光器１３、光ファイバ１４、を備える２アーム光マイケルソン型干渉計である。
【００２５】
図１に示すように、石英平面光波回路７においては、方向性結合器１０の入力部である一方の石英導波路９−１に低コヒーレンス光源８が接続され、他方の石英導波路９−５に受光器１３が接続され、方向性結合器１０の出力部と反射鏡１２とを結ぶ該干渉計の一方のアーム中である石英導波路９−３，９−４に可変遅延線１１が配置され、方向性結合器１０の出力部に接続する他方のアーム端である石英導波路９−２は被測定物接続用とした。被測定物接続用石英導波路９−２は光ファイバ１４を介して被測定物１５に接続されている。方向性結合器１０の結合率を変化させる、または、石英導波路９−２〜４のいずれか一つに対称マッハツェンダ型干渉計などの可変光アッテネータを配置することによって両アームの損失を同じにすることができ、高精度の測定を行うことができる。
【００２６】
本実施形態では、小型化、安定化、低損失化を目的として、シリコン基板上に石英導波路（クラッド：ＳｉＯ2、コア：ＳｉＯ2−ＧｅＯ2）を形成する平面光波回路技術を用いて可変遅延線１１等の主要部分を構成している。
石英導波路では実現不可能な受発光素子である低コヒーレンス光源８は半導体あるいは光ファイバ素子｛発光ダイオード（ＬＥＤ）、高輝度発光ダイオード（ＳＬＤ）、希土類ドープ光ファイバ増幅器あるいは半導体レーザ増幅器の自然放出光（ＡＳＥ光源）など｝、受光器１３は半導体素子を用い、平面光波回路にハイブリッド集積している。
【００２７】
なお、石英導波路部分を、半導体、ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）あるいはＫＴａl-xＮｂxＯ3（ＫＴＮ）等の強誘電体、ポリマー、光ファイバなど、またはこれらを複合した導波路構成で置き換えることももちろん可能である。
被測定物１５は光ファイバ１４を用いて石英平面光波回路７と接続している。
被測定物１５を石英平面光波回路７中に配置して測定することも可能であるが、被測定物１５の入れ替えを考慮して簡便で汎用的なファイバ接続の例を示した。
【００２８】
なお可変遅延線１１の遅延変化を用いて被測定物１５内の全ての長手方向状態が測定可能なように、石英導波路９−２〜４，光ファイバ１４の長さはあらかじめ調節されている。
可変遅延線１１の構成例を図２に示す。
図１で図２の可変遅延線を使用した場合、請求項９の実施例に相当する。
図２の可変遅延線は、入力導波路１７−１，２、一方のアーム上（クラッド上）に熱光学位相シフト用薄膜ヒータ（クロム、窒化タンタル等）１８−１〜Ｋ＋１（Ｋは１以上の整数）を配置した対称マッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチ１９−１〜１９−Ｋ＋１、非対称アーム対２０ａ−１〜Ｋ，２０ｂ−１〜Ｋ、出力導波路２１−１，２、位相調節部２２、から構成されている。
【００２９】
入力導波路１７−１，２のいずれかが石英導波路９−３と接続され、出力導波路２１−１が石英導波路９−４と接続される。
非対称アーム対２０ａ−１〜Ｋ，２０ｂ−１〜Ｋの長さの差ΔＬKは本構成例ではΔＬK＝２K-1ΔＬlと設定する。ただし、ΔＬlは２０ａ−１，２０ｂ−１の長さの差である。
２×２光スイッチ１９−１〜１９−Ｋ＋１のスイッチング状態を変化させることによって、入力導波路１７−１，２と出力導波路２１−１，２間の特性として、０〜（２K−１）ΔＬ1の範囲をΔＬ1刻みで可変可能な計２K通りの相対遅延を最小構成で実現することができる。高々Ｋ＝１０で、１０００点以上の測定を行うことができる。
反射型構成であるため、往復で、０〜（２K−１）２ΔＬ1の範囲を２ΔＬ1刻みで可変可能な計２K通りの相対遅延特性を得ることができる。
【００３０】
なお、石英導波路は精密な設計および作製が可能なため、ΔＬ1を最小でμｍあるいはサブμｍオーダに設定することも可能である。
低コヒーレンス光源８の導波路内でのコヒーレンス長Ｌcを２ΔＬ1より小さく設定した場合、簡単のため石英導波路の等価屈折率と１５の屈折率が同一と仮定すると、分解能ΔＬ1で１５の長手方向の状態を測定可能となる。
位相調節部２２はΔＬKの作製誤差を補正するために用いられ、熱光学位相シフト用薄膜ヒータ１８と同様に薄膜ヒータが用いられる。
熱光学位相シフトは、可変範囲、設定精度がそれぞれ、波長程度、波長の２００分の１程度であるため、ｎｍオーダの精度での長さ調節が可能となる。またμｍ以下オーダステップでの長さ調節部としては、位相シフタの縦続接続構成を用いることができる。
【００３１】
なお、入力導波路１７−１，２のいずれか、あるいは非対称アーム対２０上のいずれかに位相調節部を配置することによっても同様の調節が可能である。
また、反射鏡１２としては、１本の導波路の２箇所を５０％結合方向性結合器で結合したループミラー（Ｓａｇｎａｃミラー）、導波路型グレーティングなどの他、導波路端面に蒸着した金属などを用いることもできる。
ここで、図１，２の構成を用いる場合の被測定物スキャン測定時間Ｔmは、１９のスイッチング時間をＴsとすると、以下の式で表される。
【００３２】
【数２】
【００３３】
ただし、
【００３４】
【数３】
【００３５】
Ｊ：必要スイッチング回数、Ｌm：被測定物の長さで、［ｙ］は正の実数ｙの整数部を表す。
長さ１００ｍｍの被測定物を分解能２０μｍで測定するものとすると、石英導波路あるいはポリマー導波路などの熱光学屈折率変化（Ｔs≒ｍｓ）を用いる場合、Ｔm≒５ｓとなる。
半導体導波路、強誘電体導波路、ポリマー導波路などの電気光学効果等の高速屈折率変化を用いる場合は、Ｔs＜ｎｓとすることは容易なので、Ｔm＜５μｓとすることができる。
【００３６】
市販の可動反射ミラーを用いたＯＬＣＲ装置ＡＱ７４１０Ｂ（安藤電気製、分解能２０μｍ）の測定速度は、４０ｍｍ／ｓ程度であるので、上記測定物の測定時間は、１００ｍｍ／（４０ｍｍ／ｓ）；２．５ｓとなる。
そのため図１，２に示す可動部分無しの構成を用いることによって、半導体導波路、強誘電体導波路を可変遅延線部に適用した場合には６桁以上の測定高速化が可能となり、石英導波路の適用でも従来構成程度オーダの速度での測定が小型の装置で可能となる。
【００３７】
可変遅延線１１の他の構成例を図３（ａ）に示す。
図１で図３（ａ）の可変遅延線を使用した場合、請求項１０の実施例に相当する。
図３（ａ）に示すように、この可変遅延線は、入力導波路２４−１，２、干渉計型２×２光スイッチ２５−１〜Ｋ＋１、非対称アーム対２６ａ−１〜Ｋ，２６ｂ−１〜Ｋ、出力導波路２７−１，２、位相調節部２８、から構成されている。
干渉計型２×２光スイッチ２５の構成例を図３（ｂ）に示す。
【００３８】
図３（ｂ）に示すように、この干渉計型２×２光スイッチ２５は、入力導波路２９−１，２、方向性結合器３０−１〜４、対称アーム対３１ａ−１〜３，３１ｂ−１〜３、薄膜ヒータ３２−１〜３、出力導波路３３−１，２、から構成される。
薄膜ヒータ３２−１，３を用い位相調節を行うことによって、アーム３１ａ−１とアーム３１ｂ−１間、アーム３１ａ−３とアーム３１ｂ−３間の位相をπ／２に設定する。
この場合、入力導波路２９−１，２とアーム３１ａ−２，３１ｂ−２間、アーム３１ａ−２，３１ｂ−２と出力導波路３３−１，２間の強度特性として、結合率５０％の方向性結合器（３ｄＢ方向性結合器）を等価的に実現できる。
【００３９】
図２の構成では、対称マッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチ１９−１〜１９−Ｋ＋１中の方向性結合器の結合率（固定値）が５０％からずれた場合、消光特性、即ちスイッチング特性が劣化する。
これに対し図３では、方向性結合器３０−１〜４が５０％からずれた場合でも、薄膜ヒータ３２−１，３の調節により対称マッハツェンダ型干渉計１段の特性として３ｄＢ方向性結合器が実現できるため、干渉計型２×２光スイッチ２５−１〜Ｋ＋１全体の特性として良好な消光比のスイッチング特性が得られる。
干渉計型２×２光スイッチ２５−１〜Ｋ＋１は、対称マッハツェンダ型干渉計の２つの出力部と、他の対称マッハツェンダ型干渉計の２つの入力部とを接続した、２段縦続接続対称マッハツェンダ型干渉計構成と言い替えることもできる。
【００４０】
可変遅延線１１の他の具体例として、図４（ａ）の構成も可能である。
図４（ａ）に示すように、この可変遅延線は、入力導波路３４−１、２、干渉計型２×２光スイッチ３５−１〜Ｋ＋１、非対称アーム対３６ａ−１〜Ｋ，３６ｂ−１〜Ｋ、出力導波路３７−１，２、位相調節部３８、から構成されている。
干渉計型２×２光スイッチ３５−１〜Ｋ＋１の構成例を図４（ｂ）或いは図４（ｃ）に示す。
図４（ａ）の干渉計型２×２光スイッチ３５−１〜Ｋ＋１として、図４（ｂ）或いは図４（ｃ）に示すものを使用した場合、それぞれ、請求項１１，１２の実施例に相当する。
【００４１】
図４（ｂ）において干渉計型２×２光スイッチ３５−１〜Ｋ＋１は、入力導波路３９−１〜４、方向性結合器４０−１〜６、対称アーム対４１ａ−１〜３，４１ｂ−１〜３、薄膜ヒータ４２−１〜３、出力導波路４３−１，２、から構成される。
また、図４（ｃ）において干渉計型２×２光スイッチ３５−１〜Ｋ＋１は、入力導波路４４−１，２、方向性結合器４５−１〜６、対称アーム対４６ａ−１〜３，４６ｂ−１〜３、薄膜ヒータ４７−１〜３、出力導波路４８−１〜４、から構成される。
【００４２】
なお、（３９−１、２）、（３９−３，４）、（４８−１，２）、（４８−３，４）の組み合わせのうちいずれか一方が入出力部として用いられる。
図４（ｂ）或いは図４（ｃ）のいずれの構成も、対称マッハツェンダ型干渉計２段を、１ポートずつを縦続接続する構成を取っているため、対称マッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチ１９−１〜１９−Ｋ＋１よりも良好な消光特性を得ることができる。
また、可変遅延線１１として、非対称アーム対の両端に対称マッハツェンダ型２×２スイッチを配置したものを単位とした非対称マッハツェンダ型干渉計を複数用意し、各非対称マッハツェンダ型干渉計の一方のアームを互いに接続する構成も用いることができる。
【実施例２】
【００４３】
本発明に係る光センサの第２実施形態（請求項２）の構成例を図５に示す。
本実施形態の光センサは、基板上に形成した導波回路４９、低コヒーレンス光源５０、導波路５１−１〜Ｎ＋３、２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スイッチ５２、可変遅延線５３、反射鏡５４、受光器５５、光ファイバ５６−１〜Ｎ−１、を備えるＮアーム光マイケルソン型干渉計である。
【００４４】
図５に示すように、導波回路４９において、２入力Ｎ出力の光スイッチ５２の入力部の一方に導波路５１−１を介して低コヒーレンス光源５０が接続され、他方に導波路５１−Ｎ＋３を介して受光器５５が接続され、光スイッチ５２の出力部に接続するＮ個のアームのうち、１個のアーム中である導波路５１−Ｎ＋１と導波路５１−Ｎ＋２の間に可変遅延線５３が配置され、そのアーム端である導波路５１−Ｎ＋２に反射鏡５４が接続され、他の（Ｎ−１）個のアーム端である導波路５１−２〜５１−Ｎはいずれも被測定物接続用とした。被測定物接続用導波路５１−２〜５１−Ｎは光ファイバ５６−１〜Ｎ−１を介して被計測物５７が接続されている。
【００４５】
光スイッチ５２の構成例（２入力８出力）を図６に示す。
図６は、一方のポートに位相調節部５８−１〜７を備えた対称マッハツェンダ型２×２光スイッチ５９−１〜７をツリー状に縦続接続している。
その他、Ｙ分岐型１×２ディジタル光スイッチをツリー状に縦続接続し、その入力部に方向性結合器の一方の出力ポートを接続する構成なども考えられる。
２入力Ｎ出力光スイッチ５２で低コヒーレンス光源５０からの低コヒーレンス光を導波路５１−２〜Ｎのいずれか１つと導波路５１−Ｎ＋１に切り替え、可変遅延線５３での遅延変化を利用して被測定物５７の長手方向分布計測を行う。
この操作を異なる（Ｎ−１）本の導波路５１−２〜Ｎに対して１回ずつ計（Ｎ−１）回繰り返す。
【００４６】
光ファイバ５６−１〜Ｎ−１と被測定物５７の接続部が直線になっていると仮定すると、本操作により被測定物５７の長手方向分布と光ファイバ５６−１〜Ｎ−１に対して垂直方向の直線位置分布の情報、すなわち２次元分布情報を得ることができる。
なお、直線方向位置分布の分解能は、光ファイバ５６−１〜Ｎ−１の配置位置に依存する。
なお、光ファイバ５６−１〜Ｎ−１を被測定物５７に対して２次元平面的に接続する場合、被測定物５７の長手方向分布と光ファイバ５６−１〜Ｎ−１に対して垂直方向の平面位置分布の情報、すなわち３次元分布情報を得ることができる。
【００４７】
図５の光スイッチ５２の出力部を積層導波路技術によって３次元空間上に構成し、被測定物を直接積層導波路に接続する構成例を図７（ａ）に示す。
図７（ａ）においては、図５の破線部６Ａに相当する部分のみを示し、６０−１〜３，６１−１〜３，６２はそれぞれ、位相調節部、対称マッハツェンダ型２×２光スイッチ、被測定物である。
簡単のため２層積層導波路構造を用い、２×４ツリー状スイッチを用いた例を示す。
【００４８】
図中、太線、細線はそれぞれ、上層導波路、下層導波路を表すために用いており、導波路サイズを示すものではない。
図７（ｂ）、図７（ｃ）はそれぞれ、図７（ａ）中の矢印で示した方向のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’導波路断面図である。図７（ｂ）においては、内部の導波路構成を破線で示している。
図７（ａ）に示すように、太線と細線が重なった部分で、上下方向に方向性結合器が構成されている。
【００４９】
本構成により、平面に分布した対称マッハツェンダ型２×２光スイッチ６１−２，３の出力部４点に対応した被測定物６２の長手方向分布を測定することができる。
なお簡単のため２層積層導波路を用いた例を示したが、さらなる多層化によって測定点を増加させることができる。
図７の構成は図５のように光ファイバ５６を用いないので、系の簡略化、小型化を図ることができる。
以上説明した２次元および３次元分布を可動部無しに測定する技術もまた、従来技術では実現不可能である。
【実施例３】
【００５０】
本発明に係る光センサの第３実施形態（請求項３）の構成例を図８に示す。
図において、本実施形態の光センサは、基板上に形成した導波回路６３、低コヒーレンス光源６４、導波路６５−１〜Ｎ＋３、２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スプリッタ６６、可変遅延線６７、反射鏡６８、受光器６９、電気配線７０−１〜Ｎ＋２、同期検波器７１、電気発振器７２，１入力多出力電気スイッチ７３、光変調器７４−１〜Ｎ−１、光ファイバ７５−１〜Ｎ−１、を備えるＮアーム光マイケルソン型干渉計である。
【００５１】
図８に示すように、導波回路６３において、２入力Ｎ出力の光スプリッタ６６の入力部の一方に導波路６５−１を介して低コヒーレンス光源６４が接続され、他方に導波路６５−Ｎ＋３を介して受光器６９が接続され、光スプリッタ６６の出力部に接続するＮ個のアームのうち、１個のアーム中である導波路６５−Ｎ＋１と導波路６５−Ｎ＋２の間に可変遅延線６７が配置されると共に当該アーム端である導波路６５−Ｎ＋２に反射鏡６８が接続され、他の（Ｎ−１）個のアーム中である導波路６５−２〜Ｎに光変調器７４−１〜Ｎ−１がそれぞれ配置されると共に当該アーム端である導波路６５−２〜Ｎは何れも被測定物接続用とした。被測定物接続用導波路６５−２〜Ｎは光ファイバ７５−１〜Ｎ−１を介して被測定物７６が接続されている。
【００５２】
低コヒーレンス光源６４からの低コヒーレンス光を２入力Ｎ出力の光スプリッタ６６で導波路６５−２〜Ｎ＋１に分配する。
１入力多出力電気スイッチ７３を用いて電気発振器７２の出力信号を切り替え、光変調器７４−１〜Ｎ−１のいずれか１つを駆動して光に強度あるいは位相などの変調をかける。
同期検波器７１による同期検波を用いて（Ｎ−１）個の導波路６５−２〜Ｎを通過する光の分離を行い、可変遅延線６７での遅延変化を利用して被測定物７６の長手方向分布計測を行う。
この操作を異なる導波路６５−２〜Ｎに対して１回ずつ計（Ｎ−１）回繰り返し、被測定物７６の２次元あるいは３次元分布情報を得ることができる。
【００５３】
図５の構成と比較して、光変調器７４−１〜Ｎ−１および電気装置７０〜７３が増えるが、ツリー状光スイッチを用いる必要がないため導波回路部分は小型化することができる。
なお、電気発振器７２と、対応する同期検波器７１を（Ｎ−１）個ずつ用意し、１入力多出力電気スイッチ７３を用いず電気発振器７２の出力を直接用いて光変調器７４−１〜Ｎ−１をそれぞれ異なる周波数で変調することによって、被測定物７６からの（Ｎ−１）個の反射光を同時に測定することができる。
そのため電気装置数は増加するものの、図８の構成と比較して測定時間を（Ｎ−１）分の１以下に低減することができる。
【実施例４】
【００５４】
本発明に係る光センサの第４実施形態（請求項４）の構成例を図９に示す。
本実施形態の光センサは、基板上に形成した導波回路７７、低コヒーレンス光源７８、導波路７９−１〜５、方向性結合器８０、可変遅延線８１、反射鏡８２、受光器８３、被測定物８４を設置する可動機構（図示省略）、を備える２アーム光マイケルソン型干渉計である。
【００５５】
図９に示すように、導波回路７７において、方向性結合器８０の入力部の一方に導波路７９−１を介して低コヒーレンス光源７８が接続され、他方に導波路７９−５を介して受光器８３が接続され、方向性結合器８０の出力部と光反射部８２とを結ぶ該干渉計の一方のアームである導波路７９−３と導波路７９−４の間に可変遅延線８１が配置され、方向性結合器８０の出力部に接続する他方のアーム端である導波路７９−２は被測定物接続用である。導波路７９−２には、可動機構によって可動可能な被測定物８４が接続される。
可動機構をＭＥＭＳとすれば、請求項１３の実施例に相当する。
可動機構により被測定物８４を導波路７９−２に対して垂直面内で移動させた場合、複数のプローブ（導波路あるいはファイバ）を接触させる必要のない小型の系で被測定物８４の３次元分布を測定することができる。
【実施例５】
【００５６】
本発明に係る光センサの第５実施形態（請求項５）の構成例を図１０に示す。
本実施形態の光センサは、シリコン基板上に形成した石英平面光波回路８５、低コヒーレンス光源８６、導波路８７−１〜８、２個の方向性結合器８８−１，２、可変遅延線８９、受光器９０、光ファイバ９１−１，２、を備える２アーム光マッハツェンダ型干渉計である。
【００５７】
図１０に示すように、石英平面光波回路８５において、方向性結合器８８−１の入力部の一方に導波路８７−１を介して低コヒーレンス光源８６が接続され、方向性結合器８８−２の出力部の一方に導波路８７−８を介して受光器９０が接続され、２個の方向性結合器８８−１，２間を結ぶ該干渉計の２個のアームは、一方のアームである可変遅延線８９を配置した導波路８７−６，７と、他方のアームである導波路８７−２，８７−３及び被測定物配置用の光ファイバ９１−１，２からなる。光ファイバ９１−１，２の間には、被測定物９２が配置される。
本実施形態においては、被測定物の反射光ではなく、その透過光を用いて低コヒーレンス光源による分布型干渉測定を行うものである。
方向性結合器８８−１，２の結合率を変化させる、または、導波路８７−２，３，６，７のいずれか一つに可変光アッテネータを配置することによって、マイケルソン型干渉計と同様に両アームの損失を同じにすることができ、高精度に測定を行うことができる。
【００５８】
図１０では一方のアームに可変遅延線８９を配したマッハツェンダ型干渉計が構成されている。
可変遅延線８９の遅延量を変化させアームの長さを変えることによって、他方のアームの被測定物９２からの透過光の成分中、可変遅延線８９からの透過光と長さがほぼ一致したもののみと干渉が生じる。
その干渉光強度を測定することによって、被測定物９２の長手方向の状態を計測することができる。
【００５９】
可変遅延線８９として、前述の図２に構成を示す可変遅延線を用いた場合（請求項９の実施例に相当）、０〜（２K−１）ΔＬ1の範囲をΔＬ1刻みで可変可能な計２K通りの相対遅延特性を得ることができる。
低コヒーレンス光源８６の導波路内でのコヒーレンス長ＬcをΔＬ1より小さく設定した場合、簡単のため石英導波路の等価屈折率と被測定物９２の屈折率が同一と仮定すると、分解能ΔＬ1で被測定物９２の長手方向の状態を測定可能となる。
【実施例６】
【００６０】
本発明に係る光センサの第６実施形態（請求項６）の構成例を図１１に示す。
本実施形態の光センサは、シリコン基板上に形成した石英平面光波回路９３、低コヒーレンス光源９４、導波路９５−１〜２Ｎ＋４，１入力Ｎ出力の光スイッチ９６，Ｎ入力１出力の光スイッチ９７、可変遅延線９８、受光器９９、光ファイバ１００−１〜２Ｎ−２、を備えるＮアーム光マッハツェンダ型干渉計である。
【００６１】
図１１に示すように、石英平面光波回路９３において、１入力Ｎ出力光スイッチ９６の入力部に導波路９５−１を介して低コヒーレンス光源９４が接続され、Ｎ入力１出力の光スイッチ９７の出力部に導波路９５−（２Ｎ＋４）を介して受光器９９が接続され、１入力Ｎ出力の光スイッチ９６とＮ入力１出力の光スイッチ９７を結ぶＮ個の光路である導波路９５−２〜２Ｎ＋３、被測定物配置用の光ファイバ１００−１〜２Ｎ−２、可変遅延線９８とからなる。光ファイバ１００−１〜２Ｎ−２には、被測定物１０１が配置される。
１入力Ｎ出力光スイッチ９６は、図６に示す構成例のもので入力ポートの一方を用いることにより実現できる。
Ｎ入力１出力光スイッチ９７は、上記構成を左右反転させた構成により実現可能となる。
また、光スイッチ９７は、単純なコンバイナ構成とすることもできるが、この場合、光スイッチ構成と比較して損失が増大する。
【００６２】
１入力Ｎ出力光スイッチ９６で低コヒーレンス光源９４からの低コヒーレンス光を導波路９５−２，４，６，．．．，２Ｎ−２，２Ｎのいずれか１つと導波路９５−２Ｎ＋２に切り替え、可変遅延線９８での遅延変化を利用して被測定物１０１の長手方向分布計測を行う。
この操作を異なる（Ｎ−１）本の導波路９５−２，４，６，．．．，２Ｎ−２，２Ｎに対して１回ずつ計（Ｎ−１）回繰り返す。
本操作により被測定物１０１の長手方向分布と光ファイバ１００に対して垂直方向の位置分布の情報、すなわち２次元あるいは３次元分布情報を得ることができる。
【実施例７】
【００６３】
本発明に係る光センサの第７実施形態（請求項７）の構成例を図１２に示す。
本実施形態の光センサは、基板上に形成した導波回路１０２、低コヒーレンス光源１０３、導波路１０４−１〜２Ｎ＋４、１入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スプリッタ１０５、Ｎ入力１出力の光コンバイナ１０６、可変遅延線１０７、受光器１０８、電気配線１０９−１〜Ｎ＋２、同期検波器１１０、電気発振器１１１，１入力多出力電気スイッチ１１２、光変調器１１３−１〜Ｎ−１、光ファイバ１１４−１〜２Ｎ−２、を備えるＮアーム光マッハツェンダ型干渉計である。
【００６４】
図１２に示すように、導波回路１０２において、１入力Ｎ出力の光スプリッタ１０５の入力部に導波路１０４−１を介して低コヒーレンス光源１０３が接続され、Ｎ入力１出力の光コンバイナ１０６の出力部に導波路１０４−（２Ｎ＋４）を介して受光器１０８が接続され、１入力Ｎ出力の光スプリッタ１０５とＮ入力１出力の光コンバイナ１０６の間を結ぶＮ個の光路は、光変調器１１３−１〜Ｎ−１を配置する導波路１０４−２〜２Ｎ＋１及び被測定物配置用の光ファイバ１１４−１〜２Ｎ−２よりなる（Ｎ−１）個の光路と、可変遅延線１０７を配置した１個の光路である導波路１０４−（２Ｎ＋２），１０４−（２Ｎ＋３）とからなる。光ファイバ１１４−１〜２Ｎ−２には、被測定物１１５が配置される。
低コヒーレンス光源１０３からの低コヒーレンス光をスプリッタ１０５で導波路１０４−２，４，６，．．．，２Ｎ，２Ｎ＋２に分配する。
【００６５】
１入力多出力電気スイッチ１１２を用いて電気発振器１１１の出力信号を切り替え、光変調器１１３−１〜Ｎ−１のいずれか１つを駆動して光に強度あるいは位相などの変調をかける。
同期検波器１１０による同期検波を用いて（Ｎ−１）個の導波路１０４−３，５，７，．．．．，２Ｎ−１，２Ｎ＋１を通過する光の分離を行い、可変遅延線１０７での遅延変化を利用して被測定物１１５の長手方向分布計測を行う。
この操作を異なる導波路１０４−３，５，７，．．．，２Ｎ−１，２Ｎ＋１に対して１回ずつ計（Ｎ−１）回繰り返すことによって、被測定物１１５の２次元あるいは３次元分布情報を得ることができる。
【００６６】
図１１の構成と比較して、光変調器１１３および電気配線１０９−１〜Ｎ＋２、同期検波器１１０、電気発振器１１１，１入力多出力電気スイッチ１１２が増えるが、光スイッチ９６，９７を用いる必要がないため導波回路部分を小型化することができる。
なお、電気発振器１１１と、対応する同期検波器１１０を（Ｎ−１）個ずつ用意し、１入力多出力電気スイッチ１１２を用いず電気発振器１１１の出力を直接用いて光変調器１１３−１〜Ｎ−１をそれぞれ異なる周波数で変調することによって、導波路１０４からの（Ｎ−１）個の透過光を同時に測定することができる。
そのため電気装置数は増加するものの、図１２の構成と比較して測定時間を（Ｎ−１）分の１以下とすることができる。
【実施例８】
【００６７】
本発明に係る光センサの第８実施形態（請求項８）の構成例を図１３に示す。
本実施形態の光センサは、基板上に形成した導波回路１１６、低コヒーレンス光源１１７、導波路１１８−１〜８、２個の方向性結合器１１９−１，２、可変遅延線１２０、受光器１２１、被測定物１２２を可動可能な可動機構（図示省略）、を備える２アーム光マッハツェンダ型干渉計である。
【００６８】
図１３に示すように、導波回路１１６において、２個の方向性結合器１１９−１，２間を結ぶ２個の光路は、被測定物配置用の一方の光路である導波路１１８−２，１１８−３と、可変遅延線１２０を配置した他方の光路である導波路１１８−６，１１８−７とからなる。導波路１１８−２，１１８−３の間には、可動機構によって可動可能な被測定物１２２が配置される。
可動機構をＭＥＭＳとすれば、請求項１３の実施例に相当する。
被測定物１２２を導波路１１８−２，３に対して垂直面内で移動させた場合、複数のプローブ（導波路あるいはファイバ）を接触させる必要がない小型の系で被測定物１２２の３次元分布を測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、光エレクトロニクス分野（集積光部品、光ファイバ等の各種光デバイスの分布診断）、医療・バイオ分野（生体細胞の断層分布診断）などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の光センサの第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１中の可変遅延線の構成例を示す概略構成図である。
【図３】図３（ａ）は図１中の可変遅延線を示す概略構成図、図３（ｂ）は図３（ａ）中の干渉計型２×２光スイッチを示す概略構成図である。
【図４】図４（ａ）は図１中の可変遅延線を示す概略構成図、図４（ｂ）（ｃ）は、何れも図４（ａ）中の干渉計型２×２光スイッチを示す概略構成図である。
【図５】本発明の光センサの第２実施形態を示す概略構成図である。
【図６】図５中の光スイッチを示す概略構成図である。
【図７】図７（ａ）は図５の光センサの他の実施形態を示す概略構成図、図７（ｂ）、図７（ｃ）は、それぞれ図７（ａ）中のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図である。
【図８】本発明の光センサの第３実施形態を示す概略構成図である。
【図９】本発明の光センサの第４実施形態を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の光センサの第５実施形態を示す概略構成図である。
【図１１】本発明の光センサの第６実施形態を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の光センサの第７実施形態を示す概略構成図である。
【図１３】本発明の光センサの第８実施形態を示す概略構成図である。
【図１４】従来の光センサ（ＯＬＣＲ装置）を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 低コヒーレンス光源
２−１〜４ 光路
３ ビームスプリッタ
４ 被測定物
５ 可動反射鏡
６ 受光器（Ｏ／Ｅ変換器）
７ 石英平面光波回路
８ 低コヒーレンス光源
９−１〜５ 石英導波路
１０ 方向性結合器
１１ 可変遅延線
１２ 反射鏡
１３ 受光器
１４ 光ファイバ
１５ 被測定物
１７−１，２ 入力導波路
１８−１〜Ｋ＋１ 薄膜ヒータ
１９−１〜１９−Ｋ＋１ 対称マッツェンダ干渉計型２×２光スイッチ
２０ａ−１〜Ｋ，２０ｂ−１〜Ｋ 非対称アーム対
２１−１，２ 出力導波路
２２ 位相調節部
２４−１，２ 入力導波路
２５−１〜Ｋ＋１ 干渉計型２×２光スイッチ
２６ａ−１〜Ｋ，２６ｂ−１〜Ｋ 非対称アーム対
２７−１，２ 出力導波路
２８ 位相調節部
２９−１，２ 入力導波路
３０−１〜４ 方向性結合器
３１ａ−１〜３，３１ｂ−１〜３ 対称アーム対
３２−１〜３ 薄膜ヒータ
３３−１，２ 出力導波路
３４−１，２ 入力導波路
３５−１〜Ｋ＋１ 干渉計型２×２光スイッチ
３６ａ−１〜Ｋ，３６ｂ−１〜Ｋ 非対称アーム対
３７−１，２ 出力導波路
３８ 位相調節部
３９−１〜４ 入力導波路
４０−１〜６ 方向性結合器
４１ａ−１〜３，４１ｂ−１〜３ 対称アーム対
４２−１〜３ 薄膜ヒータ
４３−１，２ 出力導波路
４４−１，２ 入力導波路
４５−１〜６ 方向性結合器
４６ａ−１〜３，４６ｂ−１〜３ 対称アーム対
４７−１〜３ 薄膜ヒータ
４８−１〜４ 出力導波路
４９ 導波回路
５０ 低コヒーレンス光源
５１−１〜Ｎ＋３ 導波路
５２ 光スイッチ
５３ 可変遅延線
５４ 反射鏡
５５ 受光器
５６−１〜Ｎ−１ 光ファイバ
５７ 被測定物
５８−１〜７ 位相調節部
５９−１〜７ 対称マッツェンダ型２×２光スイッチ
６０−１〜３ 位相調節部
６１−１〜３ 対称マッツェンダ型２×２光スイッチ
６２ 被測定物
６３ 導波回路
６４ 低コヒーレンス光源
６５−１〜Ｎ＋３ 導波路
６６ 光スプリッタ
６７ 可変遅延線
６８ 反射鏡
６９ 受光器
７０−１〜Ｎ＋２ 電気配線
７１ 同期検波器
７２ 電気発振器
７３ １入力多出力電気スイッチ
７４−１〜Ｎ−１ 光変調器
７５−１〜Ｎ−１ 光ファイバ
７６ 被測定物
７７ 導波回路
７８ 低コヒーレンス光源
７９−１〜５ 導波路
８０ 方向性結合器
８１ 可変遅延線
８２ 反射鏡
８３ 受光器
８４ 可動機構に設置された被測定物
８５ 石英平面光波回路
８６ 低コヒーレンス光源
８７−１〜８ 導波路
８８−１，２ 方向性結合器
８９ 可変遅延線
９０ 受光器
９１−１，２ 光ファイバ
９２ 被測定物
９３ 石英平面光波回路
９４ 低コヒーレンス光源
９５−１〜２Ｎ＋４導波路
９６ １入力Ｎ出力光スイッチ
９７ Ｎ入力１出力光スイッチ
９８ 可変遅延線
９９ 受光器
１００−１〜２Ｎ−２ 光ファイバ
１０１ 被測定物
１０２ 導波回路、
１０３ 低コヒーレンス光源
１０４−１〜２Ｎ＋４ 導波路
１０５ 光スプリッタ
１０６ 光コンバイナ
１０７ 可変遅延線
１０８ 受光器
１０９−１〜Ｎ＋２ 電気配線
１１０ 同期検波器
１１１ 電気発振器
１１２ １入力多出力電気スイッチ
１１３−１〜Ｎ−１ 光変調器
１１４−１〜２Ｎ−２ 光ファイバ
１１５ 被測定物
１１６ 導波回路
１１７ 低コヒーレンス光源
１１８−１〜８ 導波路
１１９−１，２ 方向性結合器
１２０ 可変遅延線
１２１ 受光器
１２２ 可動機構に設置された被測定物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低コヒーレンス光源、方向性結合器、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マイケルソン型干渉計であって、該方向性結合器の入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器をそれぞれ接続し、該方向性結合器の出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の一方のアーム中に可変遅延線を配置し、該方向性結合器の出力部に接続する他方のアーム端は被測定物接続用としたことを特徴とする光センサ。
【請求項２】
低コヒーレンス光源、２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スイッチ、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マイケルソン型干渉計であって、該光スイッチの入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器をそれぞれ接続し、該光スイッチの出力部に接続するＮ個のアームのうち、該光スイッチの出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の１個のアーム中に可変遅延線を配置し、該光スイッチの出力部に接続する他の（Ｎ−１）個のアーム端はいずれも被測定物接続用としたことを特徴とする光センサ。
【請求項３】
低コヒーレンス光源、２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スプリッタ、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マイケルソン型干渉計であって、該光スプリッタの入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器をそれぞれ接続し、該光スプリッタの出力部に接続するＮ個のアームのうち、該光スプリッタの出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の１個のアーム中に可変遅延線を配置し、該光スプリッタの出力部に接続する他の（Ｎ−１）個のアーム中に光変調器をそれぞれ配置すると共に当該アーム端は何れも被測定物接続用としたことを特徴とする光センサ。
【請求項４】
低コヒーレンス光源、方向性結合器、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マイケルソン型干渉計であって、該方向性結合器の入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器を接続し、該方向性結合器の出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の一方のアーム中に可変遅延線を配置し、該方向性結合器の出力部に接続する他方のアーム端は可動機構によって可動可能な被測定物接続用としたことを特徴とする光センサ。
【請求項５】
低コヒーレンス光源、２個の方向性結合器、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該２個の方向性結合器間を結ぶ該干渉計の２個のアームは、可変遅延線を配置した一方のアームと、被測定物配置用の他方のアームからなることを特徴とする光センサ。
【請求項６】
低コヒーレンス光源、１入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スイッチ、Ｎ入力１出力の光スイッチ、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該光スイッチ間を結ぶＮ個の光路は、被測定物配置用の（Ｎ−１）個の光路と、可変遅延線を配置した１個の光路とからなることを特徴とする光センサ。
【請求項７】
低コヒーレンス光源、１入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スプリッタ、Ｎ入力１出力の光コンバイナ、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該光スプリッタと該光コンバイナ間を結ぶＮ個の光路は、光変調器を配置すると共に被測定物配置用の（Ｎ−１）個の光路と、可変遅延線を配置した１個の光路とからなることを特徴とする光センサ。
【請求項８】
低コヒーレンス光源、２個の方向性結合器、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該２個の方向性結合器間を結ぶ２個の光路は、可動機構によって可動可能な被測定物配置用の一方の光路と、可変遅延線を配置した他方の光路とからなることを特徴とする光センサ。
【請求項９】
前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ計Ｋ＋１個の対称マッハツェンダ型干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８に記載の光センサ。
【請求項１０】
前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ２つの対称マッハツェンダ型干渉計の一方の出力部と他方の入力部とを、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ長さが等しい導波路ペアを用いて接続した、Ｋ＋１個の多段干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８に記載の光センサ。
【請求項１１】
前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ２つの対称マッハツェンダ型干渉計の両方の出力部のそれぞれ一方の出力と、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ対称マッハツェンダ型干渉計の両方の入力部とを接続したＫ＋１個の多段干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８に記載の光センサ。
【請求項１２】
前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ対称マッハツェンダ型干渉計の両方の出力部と、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ２つの対称マッハツェンダ型干渉計の両方の入力部のそれぞれ一方の入力とを接続したＫ＋１個の干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８に記載の光センサ。
【請求項１３】
前記可動機構は、ＭＥＭＳ（Micro‐electro‐mechanical systems）機構を用いたものであることを特徴とする請求項４又は８に記載の光センサ。
【請求項１】
低コヒーレンス光源、方向性結合器、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マイケルソン型干渉計であって、該方向性結合器の入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器をそれぞれ接続し、該方向性結合器の出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の一方のアーム中に可変遅延線を配置し、該方向性結合器の出力部に接続する他方のアーム端は被測定物接続用としたことを特徴とする光センサ。
【請求項２】
低コヒーレンス光源、２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スイッチ、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マイケルソン型干渉計であって、該光スイッチの入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器をそれぞれ接続し、該光スイッチの出力部に接続するＮ個のアームのうち、該光スイッチの出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の１個のアーム中に可変遅延線を配置し、該光スイッチの出力部に接続する他の（Ｎ−１）個のアーム端はいずれも被測定物接続用としたことを特徴とする光センサ。
【請求項３】
低コヒーレンス光源、２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スプリッタ、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マイケルソン型干渉計であって、該光スプリッタの入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器をそれぞれ接続し、該光スプリッタの出力部に接続するＮ個のアームのうち、該光スプリッタの出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の１個のアーム中に可変遅延線を配置し、該光スプリッタの出力部に接続する他の（Ｎ−１）個のアーム中に光変調器をそれぞれ配置すると共に当該アーム端は何れも被測定物接続用としたことを特徴とする光センサ。
【請求項４】
低コヒーレンス光源、方向性結合器、光反射部、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マイケルソン型干渉計であって、該方向性結合器の入力部の一方に該低コヒーレンス光源を、他方に該受光器を接続し、該方向性結合器の出力部と該光反射部とを結ぶ該干渉計の一方のアーム中に可変遅延線を配置し、該方向性結合器の出力部に接続する他方のアーム端は可動機構によって可動可能な被測定物接続用としたことを特徴とする光センサ。
【請求項５】
低コヒーレンス光源、２個の方向性結合器、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該２個の方向性結合器間を結ぶ該干渉計の２個のアームは、可変遅延線を配置した一方のアームと、被測定物配置用の他方のアームからなることを特徴とする光センサ。
【請求項６】
低コヒーレンス光源、１入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スイッチ、Ｎ入力１出力の光スイッチ、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該光スイッチ間を結ぶＮ個の光路は、被測定物配置用の（Ｎ−１）個の光路と、可変遅延線を配置した１個の光路とからなることを特徴とする光センサ。
【請求項７】
低コヒーレンス光源、１入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の光スプリッタ、Ｎ入力１出力の光コンバイナ、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有するＮアーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該光スプリッタと該光コンバイナ間を結ぶＮ個の光路は、光変調器を配置すると共に被測定物配置用の（Ｎ−１）個の光路と、可変遅延線を配置した１個の光路とからなることを特徴とする光センサ。
【請求項８】
低コヒーレンス光源、２個の方向性結合器、受光器、およびこれらを光学的に接続する光路を有する２アーム光マッハツェンダ型干渉計であって、該２個の方向性結合器間を結ぶ２個の光路は、可動機構によって可動可能な被測定物配置用の一方の光路と、可変遅延線を配置した他方の光路とからなることを特徴とする光センサ。
【請求項９】
前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ計Ｋ＋１個の対称マッハツェンダ型干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８に記載の光センサ。
【請求項１０】
前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ２つの対称マッハツェンダ型干渉計の一方の出力部と他方の入力部とを、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ長さが等しい導波路ペアを用いて接続した、Ｋ＋１個の多段干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８に記載の光センサ。
【請求項１１】
前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ２つの対称マッハツェンダ型干渉計の両方の出力部のそれぞれ一方の出力と、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ対称マッハツェンダ型干渉計の両方の入力部とを接続したＫ＋１個の多段干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８に記載の光センサ。
【請求項１２】
前記可変遅延線は、長さの差がΔＬ，２ΔＬ，４ΔＬ、…、２K-2ΔＬ，２K-1ΔＬであるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ対称マッハツェンダ型干渉計の両方の出力部と、少なくとも一方のアーム上に位相調節部を持つ２つの対称マッハツェンダ型干渉計の両方の入力部のそれぞれ一方の入力とを接続したＫ＋１個の干渉計で接続し、入出力部、遅延線部の少なくとも１箇所に位相調節部を有するものであることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８に記載の光センサ。
【請求項１３】
前記可動機構は、ＭＥＭＳ（Micro‐electro‐mechanical systems）機構を用いたものであることを特徴とする請求項４又は８に記載の光センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−２３４０９（Ｐ２００６−２３４０９Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９９９７３（Ｐ２００４−１９９９７３）
【出願日】平成１６年７月７日（２００４．７．７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月７日（２００４．７．７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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