光学式物理量測定方法および装置
【課題】 簡単な構成で測定精度の高い光学式物理量測定装置とすることができる。
【解決手段】 光源１１からの光をスラント型グレーティング１３で受光して波長が長くなるのに応じて傾斜波長範囲内で透過光強度が傾斜状に変化するようにし、スラント型グレーティング１３からの光をブラッググレーティング１５で受光して傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過特性が１つある光を透過させ、ブラッググレーティング１５からの光を受光部１７で受光して受光強度に変換することで、ブラッググレーティング１５に加わる物理量の変動を受光部１７により受光強度に変換する。
【解決手段】 光源１１からの光をスラント型グレーティング１３で受光して波長が長くなるのに応じて傾斜波長範囲内で透過光強度が傾斜状に変化するようにし、スラント型グレーティング１３からの光をブラッググレーティング１５で受光して傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過特性が１つある光を透過させ、ブラッググレーティング１５からの光を受光部１７で受光して受光強度に変換することで、ブラッググレーティング１５に加わる物理量の変動を受光部１７により受光強度に変換する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式物理量測定装置に関するものであり、特に簡単な構造で物理量を測定することが可能な光学式物理量測定装置を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
光導波路は、所定の経路に沿って光を伝搬させる構造を有する光部品であり、通常、屈折率が高いコアの外周をコアよりも屈折率が低いクラッドで覆った構造をしており、コア中を光が伝搬していくような構造を有している。光導波路の材料としては、石英系ガラスやポリマーなどがあり、特に、石英系ガラスからなる光導波路は伝搬損失が小さいため、大容量通信や長距離通信に広く用いられている。これら、光導波路の代表的な例として、光ファイバや基板型光導波路などが挙げられる。
【０００３】
この光導波路に周期的な摂動を加えると、その周期に従って光を導波路の外へ放出したり、特定の波長の光のみを反射したりする光フィルタとして使用することができ、このような光部品はグレーティング型光部品と呼ばれている。
【０００４】
導波路中の周期的な摂動のうち、屈折率変化によるものの場合、光導波路に光感受性を有する物質を添加しておき、光導波路に光感受性物質に対応した光を照射（露光）することにより作製する方法が広く用いられている。ただし、ここで言う光感受性とは、光の照射により物質の屈折率が変化する特性のことである。
【０００５】
このグレーティング型の光フィルタのうち、導波してきた特定波長の光を逆方向に反射させる特性を有するのはブラッググレーティングと呼ばれている。このブラッググレーティングの反射波長は、グレーティングの周期と光導波路の屈折率などで決まる。このため、温度変化や歪みの印加による周期変動および屈折率変化で、ブラッググレーティングの反射中心波長も変化する。そこで、この中心波長変化を測定することにより、グレーティング部での温度や歪み量などの物理量を測定する光学式物理量測定装置として用いることができる。
【０００６】
このような光学式物理量測定装置として、例えば特許文献１、特許文献２および特許文献３には、ブラッググレーティングからの反射波長により歪みを測定するセンサの例が開示してある。また、特許文献４には、二つのファイバブラッググレーティングからの反射光強度を測定することにより歪みを測定するセンサが開示されている。
【０００７】
特許文献１、特許文献２および特許文献３に示されている方法では、グレーティングから反射されてきた光強度波長依存性の中心波長の変動を測定するために、反射光の波長スペクトルを測定している。
【０００８】
一方、特許文献４には、ファイバブラッググレーティングを２つ組み合わせ、反射光の強度を測定する方法が示されている。これは、２つのブラッググレーティングを作製し、その反射スペクトルの重なり具合、つまり波長変動量に応じて反射光強度が変化することを利用している。この方法を用いることで波長スペクトル測定が必要なくなり安価な構成とすることが可能となる。
【特許文献１】特開２０００−２２１０８５号公報
【特許文献２】特開２００１−１８３２４８号公報
【特許文献３】特開２００３−６５７３０号公報
【特許文献４】特開２０００−３４６７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１、特許文献２および特許文献３に示されている方法では、波長スペクトルを測定するには、光スペクトラムアナライザや波長可変光源と光パワーメータを組み合わせた装置などを使用するが、これらの装置は非常に高価であり、また測定したスペクトル形状から中心波長を求める演算が必要になるため、高価な演算装置および演算に要する時間も必要であった。
【００１０】
また、グレーティング特性は、温度および歪みの２つの変化に対して特性が変化してしまうため、歪みを測定する場合、温度による変化と歪みによる変化を切り分けるために温度補償が必要であった。通常、温度補償は、２つのグレーティングからの反射スペクトル中心波長を測定し、それら２つの値から温度と歪みを演算により求める方法が用いられる。この結果、温度補償をするために演算処理が必要であることに加え、測定精度を高めるのが難しかった。
【００１１】
一方、特許文献４に示された方法では、反射光強度が一番小さくなる条件である２つのグレーティングの反射スペクトルが完全に重なった状態でも、グレーティングからの反射光があるため、受光部での測定範囲が小さくなってしまう。加えて、常にブラッググレーティングからの反射光があるため、小さな光強度変動を精度良く測定できないといった問題があった。
【００１２】
また、波長変動と光強度を線形関係にすることも難しかった。さらに、グレーティング部での歪み測定範囲を大きくするためには、ブラッググレーティングの反射スペクトル帯域を広くする必要があるが、広くするほど精度良く測定できないといった問題もあった。
【００１３】
さらに、２つのグレーティングによる反射が大きいため、グレーティング間で多重反射が生じ、この多重反射による強度変化により、微少な波長変動による強度変化を精度良く測定することが難しかった。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、簡単な構成で測定精度の高い光学式物理量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過特性を１つ有するブラッググレーティングと、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタおよび前記ブラッググレーティングを透過した光を受光強度に変換する受光部とを備え、前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有するブラッググレーティングとを備え、前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する分岐部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する受光部とを備え、前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００１７】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過・反射特性を１つ有するブラッググレーティングと、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタおよび前記ブラッググレーティングを透過した光を受光強度に変換する第１受光部とを備え、前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する分岐部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００１８】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過特性を１つ有するブラッググレーティングと、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記ブラッググレーティングから受光した光を受光強度に変換する第１受光部とを備え、前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光の一部を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記光源からの光を他方に分岐する分岐部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記光源から前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００１９】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過・反射特性を１つ有するブラッググレーティングとを備え、前記傾斜フィルタと前記ブラッググレーティングの間に設けられ、前記傾斜フィルタからの光を前記ブラッググレーティングに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する第１分岐部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記第１分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第１受光部と、前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する第２分岐部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記第２分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００２０】
請求項６記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過・反射特性を１つ有するブラッググレーティングとを備え、前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタと他方に分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を別の他方に分岐する分岐部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記光源から前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第１受光部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００２１】
請求項７記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第１及び第２受光部からそれぞれの受光強度を入力し、両者から受光強度比を算出する演算部を備えることを要旨とする。
【００２２】
請求項８記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有するブラッググレーティングと、前記傾斜フィルタの長手方向の両端を固定するとともに、前記傾斜フィルタに近い側の前記ブラッググレーティングの長手方向の片端を固定する固定基材と、前記ブラッググレーティングの他端を長手方向に移動自在に固定する移動基材とを備え、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する受光部とを備え、前記固定基材と前記移動基材から前記ブラッググレーティングに加わる変位量を前記受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００２３】
請求項９記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有するブラッググレーティングと、前記傾斜フィルタの長手方向の両端を固定する第１固定基材と、前記ブラッググレーティングの長手方向の両端を固定する第２固定基材と、前記傾斜波長範囲内で感度を有する受光部とを備え、前記第２固定基材の両端から前記ブラッググレーティングに加わる温度の変動を前記受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、上記課題を解決するため、前記光源と前記受光部の間の光路途中に、前記光源と前記受光部による測定系の波長依存性を補正する補正フィルタを備えたことを要旨とする。
【００２５】
請求項１１記載の発明は、上記課題を解決するため、前記傾斜フィルタは、スラント角度が１度から１５度の範囲を有し、反射率が５％以下を有するスラント型グレーティングからなることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、簡単な構成で測定精度の高い光学式物理量測定装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る透過型の光学式物理量測定装置１０の構成例を示す図である。
【００２９】
図１に示すように、透過型の光学式物理量測定装置１０は、後述するスラント型グレーティングの傾斜波長範囲２１内で発光する光源１１と、光源１１から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に大きくなる傾斜波長範囲を有する傾斜フィルタを構成するスラント型グレーティング１３と、スラント型グレーティング１３から受光した光の傾斜波長範囲２１内である波長幅の透過特性を１つ有するブラッググレーティング１５と、スラント型グレーティング１３の傾斜波長範囲２１内でほぼ平坦な受光感度を有しブラッググレーティング１５から受光した光を受光強度に変換する受光部１７と、これらの光部品を光学的に連結する光導波路１９ａ，１９ｂ，１９ｃとから構成されている。
【００３０】
ここで、スラント型グレーティングとは図１の１３に示すように、ブラッググレーティングの格子が光伝送方向に対して垂直な面から特定のスラント角θで傾斜しているフィルタである。
【００３１】
なお、使用するブラッググレーティングの半値全幅（ＦＷＨＭ）で傾斜フィルタのスペクトルの移動平均を計算したとき、使用する波長範囲で、単調減少あるいは単調増加する形態が存在し、いずれの形態でもこの測定系に対応できる。
【００３２】
図２において、（ａ）は光源１１の波長特性として傾斜波長範囲２１内で発光することを示すグラフであり、（ｂ）はスラント型グレーティング１３の波長特性として傾斜波長範囲２１内で透過光の強度が傾斜することを示すグラフであり、（ｃ）はブラッググレーティング１５の波長特性としてある波長を中心にピークを有することを示すグラフであり、（ｄ）は受光部１７の波長特性として傾斜波長範囲２１内でほぼ平坦なことを示すグラフである。
【００３３】
図３において、（ａ）は測定する物理量の変化に応じて変動する波長変動を示すグラフであり、（ｂ）は受光部１７で測定された受光強度を示すグラフである。
【００３４】
次に、図２，図３を参照して、透過型の光学式物理量測定装置１０により物理量を測定する原理について説明する。
【００３５】
光源１１から出射された光は、図２（ａ）に示すように傾斜波長範囲２１内でほぼ平坦な波長特性を有しており、この光がスラント型グレーティング１３を透過することにより、図２（ｂ）に示すように、光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に大きくなる。
【００３６】
さらに、スラント型グレーティング１３を透過した光がある波長幅の透過特性を１つ有するバンドパスフィルタの役割を果たすブラッググレーティング１５を透過することにより、図２（ｃ）に示すように、特定の波長のみが透過し、図２（ｄ）に示すように、傾斜波長範囲２１内で略平坦な波長特性を有する受光部１７に入射される。この光を受光部１７で検出することにより、ブラッググレーティング１５の波長帯域内での光強度を測定することができる。
【００３７】
この時、測定する物理量の変化に応じてスラント型グレーティング１３あるいはブラッググレーティング１５の波長特性がずれると、スラント型グレーティング１３の透過損失の波長特性に従って透過光の光量が変化する。これによって、測定する物理量を光強度に変換でき、センサとして適用することができる。
【００３８】
例えば、図３（ａ）に示すように、スラント型グレーティング１３の波長特性が長波長になるに従って透過する光強度が大きくなる傾斜特性になっており、測定する物理量の変化に応じてブラッググレーティング１５の波長が、λa からλb に変化したとする。この時、図３（ｂ）に示すように、受光部１７において測定された光強度が波長変動量を示している。
【００３９】
もちろん、ブラッググレーティング１５とスラント型グレーティング１３の相対的な波長関係が変化すれば、その波長変化を受光部１７で測定される光強度の変化に変換できる。このため、ブラッググレーティング１５の波長λが固定され、スラント型グレーティング１３の波長特性が変化する場合、あるいは測定する物理量の変化によりブラッググレーティング１５とスラント型グレーティング１３が異なる波長変動を示す場合も、同様の結果が得られる。
【００４０】
第１の実施の形態のような構成とすることで、前述した特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されている方法で必要とされた波長スペクトルを測定する機器が不必要となり、簡単に装置を構成することが可能となる。
【００４１】
さらに、傾斜フィルタにスラント型グレーティング１３を用いることで、傾斜フィルタとブラッググレーティング１５の温度変化による波長変動がほぼ同じ特性を示すため、スラント型グレーティング１３とブラッググレーティング１５の温度が変化しても、２つのグレーティングの相対的な波長関係は変化しない。このため特別な温度補償構造にしなくても、温度変化による受光部１７での光強度が変化しない構造とすることができる。
【００４２】
このため、測定する物理量がグレーティングの歪みとして伝わる歪みセンサとして用いた場合、特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されている方法で必要とされた温度補償するためのブラッググレーティングを別途用意する必要が無くなり、装置構成が簡潔で安く高精度のセンサを構成することができる。
【００４３】
本発明によれば、傾斜フィルタをスラント型グレーティングとすることで、傾斜フィルタでの反射を小さくすることが可能となる。これにより、特許文献４に示されているファイバブラッググレーティングを２つ組み合わせる方法では不可能であった波長変動による光強度変化の変化量の範囲を広くとることが可能となり、測定精度を向上することができる構成を得られる。
【００４４】
また、グレーティング間での多重反射の影響も小さくできることも本構成による測定精度向上に寄与することができる。
【００４５】
なお、多重反射とは、グレーティングの間で何度も反射するような現象を意味しており、通常のＦＢＧ（光ファイバグレーティング）を二つ直列につなげると、それぞれのグレーティングで反射があるため、繰り返し反射が起こる。一方、スラント型グレーティングの場合、ＦＢＧに比べ反射が小さいため、ＦＢＧと組み合わせてもそのような現象は起きにくくなる。
【００４６】
本発明の光学式物理量測定装置により測定が可能な物理量としては、その物理量の変化によりグレーティングの波長特性が変化すればよく、例えば、温度、圧力、歪み、距離などが挙げられる。
【００４７】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る反射型の光学式物理量測定装置３０の構成例を示す図である。
【００４８】
図４に示すように、反射型の光学式物理量測定装置３０の特徴は、図１に示す第１の実施の形態に加えて、光源１１とスラント型グレーティング１３との間に、光の進行方向を分岐するビームスプリッタ３１を設け、スラント型グレーティング１３を一回透過した後にブラッググレーティング１５で反射された光が再びスラント型グレーティング１３を透過し、スラント型グレーティング１３から出射されビームスプリッタ３１で分岐した光を受光部３３で受光して受光部３３において測定された光強度を波長変動量とすることにある。なお、それらの部品は、光導波路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅにより光学的に連結されている。
【００４９】
図５において、（ａ）は光源１１の波長特性を示すグラフであり、（ｂ）はスラント型グレーティング１３の波長特性を示すグラフであり、（ｃ）はブラッググレーティング１５の波長特性を示すグラフであり、スラント型グレーティング１３から受光した光の傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有しており、（ｄ）は受光部３３の波長特性を示すグラフである。
【００５０】
次に、図４，図５を参照して、この光学式物理量測定装置３０により物理量を測定する原理について説明する。
【００５１】
光源１１から出射された光は、図５（ａ）に示すように傾斜波長範囲３７内でほぼ平坦な波長特性を有しており、この光がビームスプリッタ３１でスラント型グレーティング１３の方向に分岐され、ビームスプリッタ３１で分岐された光がスラント型グレーティング１３を透過することにより、図５（ｂ）に示すように、波長によって異なる損失が発生して波長に依存した光強度となる。
【００５２】
さらに、この光がある波長幅の反射特性を１つ有するバンドパスフィルタの役割を果たすブラッググレーティング１５の内部で反射されることにより、図５（ｃ）に示すように、特定の波長のみが反射される一方、ブラッググレーティング１５の内部で反射されなかった波長の光はそのまま透過して光導波路３５ｄから外部に出射される。
【００５３】
そして、ブラッググレーティング１５の内部で反射された特定波長の光は、再度、スラント型グレーティング１３を透過してビームスプリッタ３１に入射され、ビームスプリッタ３１で受光部３３の方向に分岐されて受光部３３に入射される。すなわち、図５（ｄ）に示すように、傾斜波長範囲３７内で略平坦な波長特性を有する受光部３３に入射される。この光を受光部３３で検出することにより、ブラッググレーティング１５の波長帯域内での光強度を測定することができる。
【００５４】
この時、測定する物理量の変化に応じてスラント型グレーティング１３あるいはブラッググレーティング１５の波長特性がずれると、スラント型グレーティング１３の透過損失の波長特性に従って透過光の光量が変化する。これによって、測定する物理量を光強度に変換でき、センサとして適用することができる。
【００５５】
例えば、図３（ａ）に示すように、スラント型グレーティング１３の波長特性が傾斜特性になっており、測定する物理量の変化に応じてブラッググレーティング１５の波長が、λa からλb に変化したとする。この時、図３（ｂ）に示すように、受光部３３において測定された光強度が波長変動量を示している。
【００５６】
もちろん、ブラッググレーティング１５とスラント型グレーティング１３の相対的な波長関係が変化すれば、その波長変化を受光部３３で測定される光強度の変化に変換できる。このため、ブラッググレーティング１５の波長λが固定され、スラント型グレーティング１３の波長特性が変化する場合、あるいは測定する物理量の変化によりブラッググレーティング１５とスラント型グレーティング１３が異なる波長変動を示す場合も、同様の結果が得られる。
【００５７】
第２の実施の形態のような構成とすることで、前述した特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されている方法で必要とされた波長スペクトルを測定する機器が不必要となり、簡単に装置を構成することが可能となる。さらに、傾斜フィルタにスラント型グレーティング１３を用いることで、傾斜フィルタとブラッググレーティング１５の温度変化による波長変動がほぼ同じ特性を示すため、スラント型グレーティング１３とブラッググレーティング１５の温度が変化しても、２つのグレーティングの相対的な波長関係は変化しない。このため、特別な温度補償構造にしなくても、温度変化による受光部３３での光強度が変化しない構造とすることができる。
【００５８】
このため、測定する物理量がグレーティングの歪みとして伝わる歪みセンサとして用いた場合、特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されている方法で必要とされた温度補償するためのブラッググレーティングを別途用意する必要が無くなり、装置構成が簡潔で安く高精度のセンサとすることができる。
【００５９】
本発明によれば、傾斜フィルタをスラント型グレーティングとすることで、傾斜フィルタでの反射を小さくすることが可能となる。これにより、特許文献４に示されているファイバブラッググレーティングを２つ組み合わせる方法では不可能であった波長変動による光強度変化の変化量の範囲を広くとることが可能となり、測定精度が上がる構成とできる。また、グレーティング間での多重反射の影響も小さくできることも本方法による測定精度向上に寄与する。
【００６０】
本発明を用い測定する物理量としては、その物理量の変化によりグレーティングの波長特性が変化する構造とすることで様々な物理量を測定することが可能となるが、例えば、温度、圧力、歪み、距離などが挙げられる。
【００６１】
［光導波路について］
上述した第１および第2の実施の形態において、光導波路１９ａ〜１９ｃ，３５ａ〜３５ｅの一部あるいは全部が光ファイバであってもよい。
【００６２】
光導波路を光ファイバとすることで、光を長距離伝送することが可能となり、遠隔点でのセンシングが可能となる。特に、光源１１や受光部１７，３３は電源を必要とし、また電磁ノイズにも弱い。これに対して、スラント型グレーティング１３やブラッググレーティング１５は電源が必要でなく、電磁ノイズにも強いため、実際に物理量を測定する点にグレーティング部のみを設置することで、周囲の状態によらず安定した測定が可能となる。
【００６３】
例えば、センシング部分つまりグレーティング部分と光源１１および受光部品の距離を１メートル以上離すことができ、センシング部分で発生するノイズによる光源１１や受光部１７，３３およびそれらを解析する電子回路部への影響を小さくすることができる。
【００６４】
また、光ファイバは光通信用として広く普及していることから、価格も安く調達も容易であるという利点もある。
【００６５】
この様な例としては、トンネル内や崖などの歪みを測定する場合や、建物の歪みを測定する場合や、水位を測定するために圧力センサとして用いる場合や、大型発電機の歪みを測定する場合などが挙げられる。
【００６６】
使用する光ファイバは、石英系ガラスやポリマー系など様々な材料の光ファイバを用いることが可能であるが、使用する波長帯域においてシングルモードであることが望ましい。これは、マルチモードファイバであると異なるモードで異なる波長特性を有するため、測定精度が安定しないからである。
【００６７】
［スラント型グレーティングおよびブラッググレーティングについて］
上述した第１および第2の実施の形態において、スラント型グレーティング１３およびブラッググレーティング１５が作製されている光導波路が、光ファイバであってもよい。
【００６８】
スラント型グレーティングおよびブラッググレーティングを通信用として広く普及している光ファイバを用いて作製することにより、安価な光部品とすることができる。また、光ファイバは通常直径約１２５μｍφと細いため、ファイバの張力変化による変形量が大きくできることから、感度の良いセンサとすることが容易である。また、各部品をつなぐ光導波路も光ファイバで作製することにより、接続による損失なども低減できるという利点がある。
【００６９】
［スラント型グレーティングおよびブラッググレーティングの基材について］
上述した第１および第2の実施の形態において、スラント型グレーティング１３およびブラッググレーティング１５が作製されている光ファイバが異なる線膨張係数を有する基材に固定されていてもよい。
【００７０】
スラント型グレーティングとブラッググレーティングを線膨張係数の異なる基材に固定することにより、温度変化による各グレーティングの波長変動量を変えることが可能となる。このため、温度センサへの応用が容易に可能である。
【００７１】
［スラント型グレーティングの反射率］
上述した第１および第2の実施の形態において、使用する傾斜波長範囲２１でのスラント型グレーティングの反射率は、５％以下であることが好ましい。
【００７２】
回折格子が光の伝搬方向に対して垂直な通常のブラッググレーティングと比較し、回折格子が傾斜しているスラント型グレーティング１３は、反射光強度を小さくすることができる。特に、スラント角θを適切に設定してその反射率を５％以下にすることで、スラント型グレーティング１３からの反射光による測定精度への影響をほとんどなくすことができ、精度のよい測定が可能となる。
【００７３】
また、ブラッググレーティング１５とスラント型グレーティング１３との間での多重反射の影響も小さくできる。なお、反射率を５％以下とするために必要なスラント角度θは、使用する光導波路の形状にもよるが、１度から１５度程度の範囲であり、この範囲を逸脱すると、反射率が５％以上になってしまう。
【００７４】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る透過反射型の光学式物理量測定装置４０の構成例を示す図である。
【００７５】
図６に示すように、透過反射型の光学式物理量測定装置４０の特徴は、図４に示す第２の実施の形態に加えて、ブラッググレーティング１５を透過した光を光導波路３５ｄを介して受光部１７で受光し、受光部１７，３３からそれぞれの受光強度を演算部４１に入力して両者からの受光強度比を算出することにある。なお、演算部４１には内部にＡ／Ｄ変換器が２つ設けられており、受光部１７，３３から入力したそれぞれの受光強度を表す電圧信号をＡ／Ｄ変換器により電圧データに変換し、両者の電圧データの比を演算することで受光強度比を算出している。
【００７６】
特に、ブラッググレーティング１５は、スラント型グレーティング１３から受光した光の傾斜波長範囲内である波長幅の透過・反射特性を１つ有しており、スラント型グレーティング１３およびブラッググレーティング１５を透過した光を受光部１７で受光する一方、ブラッググレーティング１５で反射されスラント型グレーティング１３からビームスプリッタ３１で分岐された反射光を受光部３３で受光し、演算部４１では、受光部１７，３３での二つの光強度から受光強度比を算出して光源１１の光強度を補正するものである。
【００７７】
透過光により光源１１の強度変化を受光部１７で測定しているので、反射光の強度変化のうち光源１１での光強度変化を補正することが可能となり、精度良く安定した測定が可能となる。
【００７８】
ここで、ビームスプリッタ３１の透過率をｂT（λ）、分岐率をｂR（λ）、スラント型グレーティング１３での損失をＳ（λ）、ブラッググレーティング１５での反射率をｆR（λ）、光源１１のパワーをＰ（λ）とすると、受光部１７，３３でのそれぞれの光強度Ｐ1 ，Ｐ2 は、
【数１】
【数２】
【００７９】
と書くことができる。ここで、ｂT（λ），ｂR（λ）は定数であり、予め測定しておくことで積分の外に出すことができる。
【００８０】
また、使用波長帯域内において光源１１の波長依存性が無視できる場合、パワーＰ（λ）も積分の外に出せる。従って、光強度Ｐ1 ，Ｐ2 の比をとることにより、
【数３】
【００８１】
となり、パワーＰ（λ）を式から消去することができることから、光源１１の強度変動による影響を補正することが可能となる。
【００８２】
［第４の実施の形態］
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る透過型の光学式物理量測定装置５０の構成例を示す図である。
【００８３】
図７に示すように、透過型の光学式物理量測定装置５０の特徴は、図６に示す第３の実施の形態に対して、ビームスプリッタ３１の内部にある透過・反射面の異なるビームスプリッタ５１を設けたことにある。特に、光源１１からスラント型グレーティング１３およびブラッググレーティング１５へ光を入射するための光導波路３５ａ，３５ｂの途中に導波光の一部を分岐するビームスプリッタ５１を挿入し、分岐した光の強度を受光部３３で測定することにより光源１１の強度に変換することにある。
【００８４】
ここで、ビームスプリッタ５１の透過率をｂT（λ）、分岐率をｂR（λ）、スラント型グレーティング１３での損失をＳ（λ）、ブラッググレーティング１５での反射率をｆR（λ）とし、光源１１のパワーをＰ（λ）とすると、受光部１７，３３でのそれぞれの光強度Ｐ1 ，Ｐ2 は、
【数４】
【数５】
【００８５】
と書くことができる。
【００８６】
ここで、透過率ｂT（λ），ｂR（λ）は定数であり、予め測定しておくことで積分の外に出すことができる。
【００８７】
また、使用波長帯域内において光源１１の波長依存性が無視できる場合、パワーＰ（λ）も積分の外に出せる。従って、光強度Ｐ1 ，Ｐ2 の比をとることにより、
【数６】
【００８８】
となり、パワーＰを式から消去することができることから、光源１１の強度変動による影響を補正することが可能となる。
【００８９】
［第５の実施の形態］
図８は、本発明の第５の実施の形態に係る反射型の光学式物理量測定装置５５の構成例を示す図である。
【００９０】
図８に示すように、反射型の光学式物理量測定装置５５の特徴は、図６に示す第３の実施の形態に対して、光導波路３５ｃの途中にビームスプリッタ５７を設け、ビームスプリッタ５７で分岐した光を受光部５９で計測することにある。
【００９１】
特に、光源１１からスラント型グレーティング１３を介してブラッググレーティング１５へ光を入射するための光導波路３５ｃ，３５ｄの途中に導波光の一部を分岐するビームスプリッタ５７を挿入し、ビームスプリッタ５７で分岐した光の強度を受光部５９で測定することにより光源１１の強度に変換することにある。
【００９２】
ここで、最初のビームスプリッタ３１の透過率をｂT1（λ）、分岐率をｂR1（λ）、二つ目のビームスプリッタ５７の透過率をｂT2（λ）、分岐率をｂR2（λ）、スラント型グレーティング１３での損失をＳ（λ）、ブラッググレーティング１５での反射率をｆR（λ）とし、光源１１のパワーをＰ（λ）とすると、受光部３３，５９でのそれぞれの光強度Ｐ1 ，Ｐ2 は、
【数７】
【数８】
【００９３】
と書くことができる。
【００９４】
ここで、ｂT1（λ），ｂR1（λ），ｂT2（λ），ｂR2（λ）は定数であり、予め測定しておくことで積分の外に出すことができる。また、使用波長帯域内において光源１１の波長依存性が無視できる場合、パワーＰ（λ）も積分の外に出せる。従って、光強度Ｐ1 ，Ｐ2 の比をとることにより、
【数９】
【００９５】
となり、パワーＰを式から消去することができることから、光源の強度変動による影響を補正することが可能となる。
【００９６】
なお、光分岐に用いるビームスプリッタ５７としては、光ファイバを溶融延伸した方向性結合器型の光カップラなどが使用できる。
【００９７】
［第６の実施の形態］
図９は、本発明の第６の実施の形態に係る透過反射型の光学式物理量測定装置６０の構成例を示す図である。
【００９８】
図９に示すように、透過反射型の光学式物理量測定装置６０の特徴は、図４に示す第２の実施の形態に対して、光導波路３５ａ，３５ｂの途中に光カプラ６１を設け、光カプラ６１で分岐した光を受光部６３，６５で計測することにある。特に、光源１１からの光を分岐する光カプラ６１を用い、ブラッググレーティング１５からの反射光も分岐し反射光強度を受光部６３で測定することにある。
【００９９】
ここで、光カプラ６１の透過率をＴ（λ）、スラント型グレーティング１３での損失をＳ（λ）、ブラッググレーティング１５での反射率をｆR（λ）とし、光源１１のパワーをＰ（λ）とすると、受光部６３，６５でのそれぞれの光強度Ｐ1 ，Ｐ2 は、
【数１０】
【数１１】
【０１００】
と書くことができる。
【０１０１】
ここで、Ｔ（λ）は定数であり、予め測定しておくことで積分の外に出すことができる。また、使用波長帯域内において光源１１の波長依存性が無視できる場合、パワーＰ（λ）も積分の外に出せる。従って、光強度Ｐ1 ，Ｐ2 の比をとることにより、
【数１２】
【０１０２】
となり、パワーＰを式から消去することができることから、光源１１の強度変動による影響を補正することが可能となる。
【０１０３】
この様な光カプラ６１としては、光ファイバを溶融延伸した方向性結合器型光カプラなどが使用できる。
【０１０４】
透過光および反射光を同時に分岐する光カプラ６１を用いることで、光源１１の光強度の変化を、物理量の変化による光強度変化を一つの部品で同時に分岐することが可能となるため、部品点数が少なくなり安価でしかも精度の良い構成とすることができる。
【０１０５】
［第７の実施の形態］
図１０は、本発明の第７の実施の形態に係る透過型の光学式物理量測定装置７０の構成例を示す図である。
【０１０６】
図１０に示すように、透過型の光学式物理量測定装置７０の特徴は、図１に示す第１の実施の形態に対して、光源１１の直後の光導波路１９ａ，１９ｂの途中に、使用する光学部品の波長依存性を補正する補正フィルタ７１を挿入することにある。
【０１０７】
ここで、図１１に示す補正フィルタの波長特性を参照して、補正フィルタ７１を挿入したことによる効果を説明する。
【０１０８】
図１１（ａ）は光源１１の強度が波長依存性を有することを示しており、図１１（ｂ）は受光部１７の感度が波長依存性を有することを示している。ここで、光源１１の強度の波長依存性と、受光部１７の感度の波長依存性を掛け合わせると、図１１（ｃ）に示すように、測定系の波長依存性となる。
【０１０９】
このような測定系の波長依存性がほぼ平坦な波長特性に補正するには、図１１（ｃ）に示すよな測定系の波長依存性を打ち消すことが可能な損失特性を有する補正フィルタ７１を光導波路１９ａ，１９ｂの途中に挿入ればよい。
【０１１０】
すなわち、補正フィルタ７１は図１１（ｄ）に示すような透過率の波長依存性を有していればよく、このような補正フィルタ７１を光導波路１９ａ，１９ｂの途中に挿入すれば、図１１（ｅ）に示すように、使用範囲内での波長依存性を小さくほぼ平坦にすることができる。
【０１１１】
これによりスラント型グレーティング１３とブラッググレーティング１５の波長が同時に変化するような外乱が生じた場合でも、受光部１７での測定強度を一定に保つことができるため、精度のよい測定が可能となる。使用帯域内での波長依存性は、小さいほど望ましく、特に、補正後の波長依存性が１０％（０．５ｄＢ）以下に抑えられていることが測定精度上望ましい。
【０１１２】
なお、このような補正フィルタ７１を光導波路の途中に挿入して光学式物理量測定装置を組み立てることにより、スペクトラムアナライザーのような波長特性を測定する機器が不必要なことから、光学式物理量測定装置の構成が簡単になり、安価で精度の良い光学式物理量測定装置を提供することができる。
【０１１３】
［第８の実施の形態］
図１２は、本発明の第８の実施の形態に係る反射型の光学式物理量測定装置８０の構成例を示す図である。
【０１１４】
図１２に示すように、反射型の光学式物理量測定装置８０の特徴は、図４に示す第２の実施の形態に対して、光源１１の直後の光導波路３５ａ，３５ｂの途中に、使用する光学部品の波長依存性を補正する補正フィルタ８１を挿入することにある。
【０１１５】
なお、補正フィルタ８１の波長特性は、図１１と同様であり、補正フィルタ８１を挿入したことによる効果も、図１１に示す補正フィルタの波長特性を参照して説明することができるので、その説明を省略する。
【０１１６】
また、このような補正フィルタ８１を第３乃至第６の実施の形態に対して、光導波路上に挿入すれば同様の効果を得られることは言うまでもない。
【０１１７】
［実施例１］
図１３は、本発明の実施例１に係る反射型の変位測定センサ９０の構成例を示す図である。
【０１１８】
光源１１には、発光波長範囲が１５５０ｎｍ〜１５５５ｎｍのいわゆる１５５０ｎｍ帯で発光するエルビウムドープファイバを用いたＡＳＥ光源を用い、受光部３３にはフォトダイオードを用いている。
【０１１９】
スラント型グレーティング１３は、波長帯域が１５５０ｎｍから１５５５ｎｍの間で連続的に透過損失が変化するように光ファイバ３５中に作製してある。この時のスラント角度θは５度であり、最大反射強度は３％であった。ブラッググレーティング１５は、同じ光ファイバに反射中心波長１５５１ｎｍ、半値全幅０．５ｎｍを作製してある。
【０１２０】
スラント型ファイバグレーティング１３の両端とブラッググレーティング１５の片端を同じ固定基材９１の上に接着剤９３を用いて固定し、ブラッググレーティング１５の他端は独立して長手方向に移動自在な別の基材９５に接着剤９３を用いて固定した。
【０１２１】
この固定基材９１に石英ガラスを用いることで、使用した光ファイバ３５とほぼ同じ熱膨張係数を有するため、温度の変化により光ファイバに張力が印加されないようにすることができる。
【０１２２】
このような状態で、ブラッググレーティング１５の他端が接着された基材９５の位置が長手方向Ａに変化すると、ブラッググレーティング１５に張力ｆが印加され、その結果、ファイバグレーティング１５の反射波長が長波長側にシフトする。
【０１２３】
図１４は、実際の変位量ｄとその時に測定された受光部３３での電圧Ｖを示す。図１４に示すように、変位量ｄの増大に応じて測定電圧Ｖが増加していることが確認され、変位量ｄを電圧量Ｖに変換して測定できることが確認された。
【０１２４】
また、図１４には、同様の測定を１０℃、２５℃、４０℃の３種類の温度で行った結果を示してあるが、どの温度条件でも同じ特性が得られ、本構成のように、スラント型ファイバグレーティング１３の両端を同じ固定基材９１の上に接着剤９３を用いて固定することで、周囲の温度変化による影響が補償できていることが確認できた。
【０１２５】
［実施例２］
図１５は、本発明の実施例２に係る反射型の温度測定センサ１００の構成例を示す図である。
【０１２６】
光源１１には、１５５０ｎｍ帯で発光するエルビウムドープファイバを用いたＡＳＥ光源を用い、受光部３３には、フォトダイオードを用いた。
【０１２７】
スラント型グレーティング１３は、１５５０ｎｍから１５５５ｎｍの間で連続的に透過損失が変化するように光ファイバ３５中に作製した。この時のスラント角度θは５度であり、最大反射強度は３％であった。
【０１２８】
また、同じ光ファイバ３５上に反射中心波長１５５１ｎｍ、半値全幅０．８ｎｍのブラッググレーティング１５を作製した。スラント型ファイバグレーティング１３の両端は接着剤９３を用いて固定基材９１に固定されており、ブラッググレーティング１５の両端は固定基材１０１に接着剤９３を用いて固定した。
【０１２９】
ここでは、固定基材９１として石英ガラス、固定基材１０１としてアルミニウムを用いた。石英ガラスは線膨張係数が０．５×１０-6［１／℃］であり、使用した光ファイバ３５とほぼ同じ熱膨張係数を有するが、アルミニウムは線膨張係数が２３．１×１０-6［１／℃］であり、石英ガラスの５０倍近い線膨張係数を有している。
【０１３０】
このため、温度上昇に従ってアルミニウムからなる固定基材１０１が膨張することにより、固定基材１０１の上部に固定されているブラッググレーティング１５が作られた光ファイバ３５に張力が印加され、石英からなる固定基材９１に固定されているスラント型グレーティング１３よりもより波長特性が長波長側にシフトする。すなわち、例えば図３（ａ）に示す波長λａが波長λｂの方向にシフトする。
【０１３１】
このため、温度変化によりスラント型グレーティング１３とブラッググレーティング１５の相対波長位置が変化し、温度の変化が反射波長の強度変化として観測される。
【０１３２】
図１６に実際の温度とその時に測定された受光部３３での電圧を示しており、温度の変化に従って測定電圧が変化していることが確認され、温度変化を電圧量の変化に変換して測定できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る透過型の光学式物理量測定装置１０の構成例を示す図である。
【図２】（ａ）は光源１１の波長特性を示す図であり、（ｂ）はスラント型グレーティング１３の波長特性を示す図であり、（ｃ）はブラッググレーティング１５の波長特性を示す図であり、（ｄ）は受光部１７の波長特性を示す図である。
【図３】（ａ）は測定する物理量の変化に応じて変動する波長変動を示すグラフであり、（ｂ）は受光部１７で測定された受光強度を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る反射型の光学式物理量測定装置３０の構成例を示す図である。
【図５】（ａ）は光源１１の波長特性を示す図であり、（ｂ）はスラント型グレーティング１３の波長特性を示す図であり、（ｃ）はブラッググレーティング１５の波長特性を示す図であり、（ｄ）は受光部３３の波長特性を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る透過反射型の光学式物理量測定装置４０の構成例を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る透過型の光学式物理量測定装置５０の構成例を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る反射型の光学式物理量測定装置５５の構成例を示す図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係る透過反射型の光学式物理量測定装置６０の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態に係る透過型の光学式物理量測定装置７０の構成例を示す図である。
【図１１】（ａ）は光源１１の波長依存性を示す図であり、（ｂ）は受光部１７の波長依存性を示す図であり、（ｃ）は測定系の波長依存性を示す図であり、（ｄ）は補正フィルタ７１の波長依存性を示す図であり、（ｅ）は補正フィルタ７１を挿入した結果現れる受光部１７での波長依存性を示す図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態に係る反射型の光学式物理量測定装置８０の構成例を示す図である。
【図１３】本発明の実施例１に係る反射型の変位測定センサ９０の構成例を示す図である。
【図１４】実際の変位量ｄとその時に測定された受光部３３での電圧Ｖを示す図である。
【図１５】本発明の実施例２に係る反射型の温度測定センサ１００の構成例を示す図である。
【図１６】実際の温度とその時に測定された受光部３３での電圧を示す図である。
【符号の説明】
【０１３４】
１１ 光源
１３ スラント型グレーティング
１５ ブラッググレーティング
１７，３３，５９，６３，６５ 受光部
１９，３５ 光導波路
３１，５１，５７ ビームスプリッタ
６１ 光カプラ
７１，８１ 補正フィルタ
９１，１０１ 固定基材
９３ 接着剤
９５ 移動基材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式物理量測定装置に関するものであり、特に簡単な構造で物理量を測定することが可能な光学式物理量測定装置を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
光導波路は、所定の経路に沿って光を伝搬させる構造を有する光部品であり、通常、屈折率が高いコアの外周をコアよりも屈折率が低いクラッドで覆った構造をしており、コア中を光が伝搬していくような構造を有している。光導波路の材料としては、石英系ガラスやポリマーなどがあり、特に、石英系ガラスからなる光導波路は伝搬損失が小さいため、大容量通信や長距離通信に広く用いられている。これら、光導波路の代表的な例として、光ファイバや基板型光導波路などが挙げられる。
【０００３】
この光導波路に周期的な摂動を加えると、その周期に従って光を導波路の外へ放出したり、特定の波長の光のみを反射したりする光フィルタとして使用することができ、このような光部品はグレーティング型光部品と呼ばれている。
【０００４】
導波路中の周期的な摂動のうち、屈折率変化によるものの場合、光導波路に光感受性を有する物質を添加しておき、光導波路に光感受性物質に対応した光を照射（露光）することにより作製する方法が広く用いられている。ただし、ここで言う光感受性とは、光の照射により物質の屈折率が変化する特性のことである。
【０００５】
このグレーティング型の光フィルタのうち、導波してきた特定波長の光を逆方向に反射させる特性を有するのはブラッググレーティングと呼ばれている。このブラッググレーティングの反射波長は、グレーティングの周期と光導波路の屈折率などで決まる。このため、温度変化や歪みの印加による周期変動および屈折率変化で、ブラッググレーティングの反射中心波長も変化する。そこで、この中心波長変化を測定することにより、グレーティング部での温度や歪み量などの物理量を測定する光学式物理量測定装置として用いることができる。
【０００６】
このような光学式物理量測定装置として、例えば特許文献１、特許文献２および特許文献３には、ブラッググレーティングからの反射波長により歪みを測定するセンサの例が開示してある。また、特許文献４には、二つのファイバブラッググレーティングからの反射光強度を測定することにより歪みを測定するセンサが開示されている。
【０００７】
特許文献１、特許文献２および特許文献３に示されている方法では、グレーティングから反射されてきた光強度波長依存性の中心波長の変動を測定するために、反射光の波長スペクトルを測定している。
【０００８】
一方、特許文献４には、ファイバブラッググレーティングを２つ組み合わせ、反射光の強度を測定する方法が示されている。これは、２つのブラッググレーティングを作製し、その反射スペクトルの重なり具合、つまり波長変動量に応じて反射光強度が変化することを利用している。この方法を用いることで波長スペクトル測定が必要なくなり安価な構成とすることが可能となる。
【特許文献１】特開２０００−２２１０８５号公報
【特許文献２】特開２００１−１８３２４８号公報
【特許文献３】特開２００３−６５７３０号公報
【特許文献４】特開２０００−３４６７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１、特許文献２および特許文献３に示されている方法では、波長スペクトルを測定するには、光スペクトラムアナライザや波長可変光源と光パワーメータを組み合わせた装置などを使用するが、これらの装置は非常に高価であり、また測定したスペクトル形状から中心波長を求める演算が必要になるため、高価な演算装置および演算に要する時間も必要であった。
【００１０】
また、グレーティング特性は、温度および歪みの２つの変化に対して特性が変化してしまうため、歪みを測定する場合、温度による変化と歪みによる変化を切り分けるために温度補償が必要であった。通常、温度補償は、２つのグレーティングからの反射スペクトル中心波長を測定し、それら２つの値から温度と歪みを演算により求める方法が用いられる。この結果、温度補償をするために演算処理が必要であることに加え、測定精度を高めるのが難しかった。
【００１１】
一方、特許文献４に示された方法では、反射光強度が一番小さくなる条件である２つのグレーティングの反射スペクトルが完全に重なった状態でも、グレーティングからの反射光があるため、受光部での測定範囲が小さくなってしまう。加えて、常にブラッググレーティングからの反射光があるため、小さな光強度変動を精度良く測定できないといった問題があった。
【００１２】
また、波長変動と光強度を線形関係にすることも難しかった。さらに、グレーティング部での歪み測定範囲を大きくするためには、ブラッググレーティングの反射スペクトル帯域を広くする必要があるが、広くするほど精度良く測定できないといった問題もあった。
【００１３】
さらに、２つのグレーティングによる反射が大きいため、グレーティング間で多重反射が生じ、この多重反射による強度変化により、微少な波長変動による強度変化を精度良く測定することが難しかった。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、簡単な構成で測定精度の高い光学式物理量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過特性を１つ有するブラッググレーティングと、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタおよび前記ブラッググレーティングを透過した光を受光強度に変換する受光部とを備え、前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有するブラッググレーティングとを備え、前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する分岐部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する受光部とを備え、前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００１７】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過・反射特性を１つ有するブラッググレーティングと、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタおよび前記ブラッググレーティングを透過した光を受光強度に変換する第１受光部とを備え、前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する分岐部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００１８】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過特性を１つ有するブラッググレーティングと、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記ブラッググレーティングから受光した光を受光強度に変換する第１受光部とを備え、前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光の一部を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記光源からの光を他方に分岐する分岐部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記光源から前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００１９】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過・反射特性を１つ有するブラッググレーティングとを備え、前記傾斜フィルタと前記ブラッググレーティングの間に設けられ、前記傾斜フィルタからの光を前記ブラッググレーティングに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する第１分岐部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記第１分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第１受光部と、前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する第２分岐部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記第２分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００２０】
請求項６記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過・反射特性を１つ有するブラッググレーティングとを備え、前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタと他方に分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を別の他方に分岐する分岐部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記光源から前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第１受光部と、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００２１】
請求項７記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第１及び第２受光部からそれぞれの受光強度を入力し、両者から受光強度比を算出する演算部を備えることを要旨とする。
【００２２】
請求項８記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有するブラッググレーティングと、前記傾斜フィルタの長手方向の両端を固定するとともに、前記傾斜フィルタに近い側の前記ブラッググレーティングの長手方向の片端を固定する固定基材と、前記ブラッググレーティングの他端を長手方向に移動自在に固定する移動基材とを備え、前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する受光部とを備え、前記固定基材と前記移動基材から前記ブラッググレーティングに加わる変位量を前記受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００２３】
請求項９記載の発明は、上記課題を解決するため、所定波長範囲で光を発光する光源と、前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有するブラッググレーティングと、前記傾斜フィルタの長手方向の両端を固定する第１固定基材と、前記ブラッググレーティングの長手方向の両端を固定する第２固定基材と、前記傾斜波長範囲内で感度を有する受光部とを備え、前記第２固定基材の両端から前記ブラッググレーティングに加わる温度の変動を前記受光部により受光強度に変換することを要旨とする。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、上記課題を解決するため、前記光源と前記受光部の間の光路途中に、前記光源と前記受光部による測定系の波長依存性を補正する補正フィルタを備えたことを要旨とする。
【００２５】
請求項１１記載の発明は、上記課題を解決するため、前記傾斜フィルタは、スラント角度が１度から１５度の範囲を有し、反射率が５％以下を有するスラント型グレーティングからなることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、簡単な構成で測定精度の高い光学式物理量測定装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る透過型の光学式物理量測定装置１０の構成例を示す図である。
【００２９】
図１に示すように、透過型の光学式物理量測定装置１０は、後述するスラント型グレーティングの傾斜波長範囲２１内で発光する光源１１と、光源１１から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に大きくなる傾斜波長範囲を有する傾斜フィルタを構成するスラント型グレーティング１３と、スラント型グレーティング１３から受光した光の傾斜波長範囲２１内である波長幅の透過特性を１つ有するブラッググレーティング１５と、スラント型グレーティング１３の傾斜波長範囲２１内でほぼ平坦な受光感度を有しブラッググレーティング１５から受光した光を受光強度に変換する受光部１７と、これらの光部品を光学的に連結する光導波路１９ａ，１９ｂ，１９ｃとから構成されている。
【００３０】
ここで、スラント型グレーティングとは図１の１３に示すように、ブラッググレーティングの格子が光伝送方向に対して垂直な面から特定のスラント角θで傾斜しているフィルタである。
【００３１】
なお、使用するブラッググレーティングの半値全幅（ＦＷＨＭ）で傾斜フィルタのスペクトルの移動平均を計算したとき、使用する波長範囲で、単調減少あるいは単調増加する形態が存在し、いずれの形態でもこの測定系に対応できる。
【００３２】
図２において、（ａ）は光源１１の波長特性として傾斜波長範囲２１内で発光することを示すグラフであり、（ｂ）はスラント型グレーティング１３の波長特性として傾斜波長範囲２１内で透過光の強度が傾斜することを示すグラフであり、（ｃ）はブラッググレーティング１５の波長特性としてある波長を中心にピークを有することを示すグラフであり、（ｄ）は受光部１７の波長特性として傾斜波長範囲２１内でほぼ平坦なことを示すグラフである。
【００３３】
図３において、（ａ）は測定する物理量の変化に応じて変動する波長変動を示すグラフであり、（ｂ）は受光部１７で測定された受光強度を示すグラフである。
【００３４】
次に、図２，図３を参照して、透過型の光学式物理量測定装置１０により物理量を測定する原理について説明する。
【００３５】
光源１１から出射された光は、図２（ａ）に示すように傾斜波長範囲２１内でほぼ平坦な波長特性を有しており、この光がスラント型グレーティング１３を透過することにより、図２（ｂ）に示すように、光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に大きくなる。
【００３６】
さらに、スラント型グレーティング１３を透過した光がある波長幅の透過特性を１つ有するバンドパスフィルタの役割を果たすブラッググレーティング１５を透過することにより、図２（ｃ）に示すように、特定の波長のみが透過し、図２（ｄ）に示すように、傾斜波長範囲２１内で略平坦な波長特性を有する受光部１７に入射される。この光を受光部１７で検出することにより、ブラッググレーティング１５の波長帯域内での光強度を測定することができる。
【００３７】
この時、測定する物理量の変化に応じてスラント型グレーティング１３あるいはブラッググレーティング１５の波長特性がずれると、スラント型グレーティング１３の透過損失の波長特性に従って透過光の光量が変化する。これによって、測定する物理量を光強度に変換でき、センサとして適用することができる。
【００３８】
例えば、図３（ａ）に示すように、スラント型グレーティング１３の波長特性が長波長になるに従って透過する光強度が大きくなる傾斜特性になっており、測定する物理量の変化に応じてブラッググレーティング１５の波長が、λa からλb に変化したとする。この時、図３（ｂ）に示すように、受光部１７において測定された光強度が波長変動量を示している。
【００３９】
もちろん、ブラッググレーティング１５とスラント型グレーティング１３の相対的な波長関係が変化すれば、その波長変化を受光部１７で測定される光強度の変化に変換できる。このため、ブラッググレーティング１５の波長λが固定され、スラント型グレーティング１３の波長特性が変化する場合、あるいは測定する物理量の変化によりブラッググレーティング１５とスラント型グレーティング１３が異なる波長変動を示す場合も、同様の結果が得られる。
【００４０】
第１の実施の形態のような構成とすることで、前述した特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されている方法で必要とされた波長スペクトルを測定する機器が不必要となり、簡単に装置を構成することが可能となる。
【００４１】
さらに、傾斜フィルタにスラント型グレーティング１３を用いることで、傾斜フィルタとブラッググレーティング１５の温度変化による波長変動がほぼ同じ特性を示すため、スラント型グレーティング１３とブラッググレーティング１５の温度が変化しても、２つのグレーティングの相対的な波長関係は変化しない。このため特別な温度補償構造にしなくても、温度変化による受光部１７での光強度が変化しない構造とすることができる。
【００４２】
このため、測定する物理量がグレーティングの歪みとして伝わる歪みセンサとして用いた場合、特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されている方法で必要とされた温度補償するためのブラッググレーティングを別途用意する必要が無くなり、装置構成が簡潔で安く高精度のセンサを構成することができる。
【００４３】
本発明によれば、傾斜フィルタをスラント型グレーティングとすることで、傾斜フィルタでの反射を小さくすることが可能となる。これにより、特許文献４に示されているファイバブラッググレーティングを２つ組み合わせる方法では不可能であった波長変動による光強度変化の変化量の範囲を広くとることが可能となり、測定精度を向上することができる構成を得られる。
【００４４】
また、グレーティング間での多重反射の影響も小さくできることも本構成による測定精度向上に寄与することができる。
【００４５】
なお、多重反射とは、グレーティングの間で何度も反射するような現象を意味しており、通常のＦＢＧ（光ファイバグレーティング）を二つ直列につなげると、それぞれのグレーティングで反射があるため、繰り返し反射が起こる。一方、スラント型グレーティングの場合、ＦＢＧに比べ反射が小さいため、ＦＢＧと組み合わせてもそのような現象は起きにくくなる。
【００４６】
本発明の光学式物理量測定装置により測定が可能な物理量としては、その物理量の変化によりグレーティングの波長特性が変化すればよく、例えば、温度、圧力、歪み、距離などが挙げられる。
【００４７】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る反射型の光学式物理量測定装置３０の構成例を示す図である。
【００４８】
図４に示すように、反射型の光学式物理量測定装置３０の特徴は、図１に示す第１の実施の形態に加えて、光源１１とスラント型グレーティング１３との間に、光の進行方向を分岐するビームスプリッタ３１を設け、スラント型グレーティング１３を一回透過した後にブラッググレーティング１５で反射された光が再びスラント型グレーティング１３を透過し、スラント型グレーティング１３から出射されビームスプリッタ３１で分岐した光を受光部３３で受光して受光部３３において測定された光強度を波長変動量とすることにある。なお、それらの部品は、光導波路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅにより光学的に連結されている。
【００４９】
図５において、（ａ）は光源１１の波長特性を示すグラフであり、（ｂ）はスラント型グレーティング１３の波長特性を示すグラフであり、（ｃ）はブラッググレーティング１５の波長特性を示すグラフであり、スラント型グレーティング１３から受光した光の傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有しており、（ｄ）は受光部３３の波長特性を示すグラフである。
【００５０】
次に、図４，図５を参照して、この光学式物理量測定装置３０により物理量を測定する原理について説明する。
【００５１】
光源１１から出射された光は、図５（ａ）に示すように傾斜波長範囲３７内でほぼ平坦な波長特性を有しており、この光がビームスプリッタ３１でスラント型グレーティング１３の方向に分岐され、ビームスプリッタ３１で分岐された光がスラント型グレーティング１３を透過することにより、図５（ｂ）に示すように、波長によって異なる損失が発生して波長に依存した光強度となる。
【００５２】
さらに、この光がある波長幅の反射特性を１つ有するバンドパスフィルタの役割を果たすブラッググレーティング１５の内部で反射されることにより、図５（ｃ）に示すように、特定の波長のみが反射される一方、ブラッググレーティング１５の内部で反射されなかった波長の光はそのまま透過して光導波路３５ｄから外部に出射される。
【００５３】
そして、ブラッググレーティング１５の内部で反射された特定波長の光は、再度、スラント型グレーティング１３を透過してビームスプリッタ３１に入射され、ビームスプリッタ３１で受光部３３の方向に分岐されて受光部３３に入射される。すなわち、図５（ｄ）に示すように、傾斜波長範囲３７内で略平坦な波長特性を有する受光部３３に入射される。この光を受光部３３で検出することにより、ブラッググレーティング１５の波長帯域内での光強度を測定することができる。
【００５４】
この時、測定する物理量の変化に応じてスラント型グレーティング１３あるいはブラッググレーティング１５の波長特性がずれると、スラント型グレーティング１３の透過損失の波長特性に従って透過光の光量が変化する。これによって、測定する物理量を光強度に変換でき、センサとして適用することができる。
【００５５】
例えば、図３（ａ）に示すように、スラント型グレーティング１３の波長特性が傾斜特性になっており、測定する物理量の変化に応じてブラッググレーティング１５の波長が、λa からλb に変化したとする。この時、図３（ｂ）に示すように、受光部３３において測定された光強度が波長変動量を示している。
【００５６】
もちろん、ブラッググレーティング１５とスラント型グレーティング１３の相対的な波長関係が変化すれば、その波長変化を受光部３３で測定される光強度の変化に変換できる。このため、ブラッググレーティング１５の波長λが固定され、スラント型グレーティング１３の波長特性が変化する場合、あるいは測定する物理量の変化によりブラッググレーティング１５とスラント型グレーティング１３が異なる波長変動を示す場合も、同様の結果が得られる。
【００５７】
第２の実施の形態のような構成とすることで、前述した特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されている方法で必要とされた波長スペクトルを測定する機器が不必要となり、簡単に装置を構成することが可能となる。さらに、傾斜フィルタにスラント型グレーティング１３を用いることで、傾斜フィルタとブラッググレーティング１５の温度変化による波長変動がほぼ同じ特性を示すため、スラント型グレーティング１３とブラッググレーティング１５の温度が変化しても、２つのグレーティングの相対的な波長関係は変化しない。このため、特別な温度補償構造にしなくても、温度変化による受光部３３での光強度が変化しない構造とすることができる。
【００５８】
このため、測定する物理量がグレーティングの歪みとして伝わる歪みセンサとして用いた場合、特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されている方法で必要とされた温度補償するためのブラッググレーティングを別途用意する必要が無くなり、装置構成が簡潔で安く高精度のセンサとすることができる。
【００５９】
本発明によれば、傾斜フィルタをスラント型グレーティングとすることで、傾斜フィルタでの反射を小さくすることが可能となる。これにより、特許文献４に示されているファイバブラッググレーティングを２つ組み合わせる方法では不可能であった波長変動による光強度変化の変化量の範囲を広くとることが可能となり、測定精度が上がる構成とできる。また、グレーティング間での多重反射の影響も小さくできることも本方法による測定精度向上に寄与する。
【００６０】
本発明を用い測定する物理量としては、その物理量の変化によりグレーティングの波長特性が変化する構造とすることで様々な物理量を測定することが可能となるが、例えば、温度、圧力、歪み、距離などが挙げられる。
【００６１】
［光導波路について］
上述した第１および第2の実施の形態において、光導波路１９ａ〜１９ｃ，３５ａ〜３５ｅの一部あるいは全部が光ファイバであってもよい。
【００６２】
光導波路を光ファイバとすることで、光を長距離伝送することが可能となり、遠隔点でのセンシングが可能となる。特に、光源１１や受光部１７，３３は電源を必要とし、また電磁ノイズにも弱い。これに対して、スラント型グレーティング１３やブラッググレーティング１５は電源が必要でなく、電磁ノイズにも強いため、実際に物理量を測定する点にグレーティング部のみを設置することで、周囲の状態によらず安定した測定が可能となる。
【００６３】
例えば、センシング部分つまりグレーティング部分と光源１１および受光部品の距離を１メートル以上離すことができ、センシング部分で発生するノイズによる光源１１や受光部１７，３３およびそれらを解析する電子回路部への影響を小さくすることができる。
【００６４】
また、光ファイバは光通信用として広く普及していることから、価格も安く調達も容易であるという利点もある。
【００６５】
この様な例としては、トンネル内や崖などの歪みを測定する場合や、建物の歪みを測定する場合や、水位を測定するために圧力センサとして用いる場合や、大型発電機の歪みを測定する場合などが挙げられる。
【００６６】
使用する光ファイバは、石英系ガラスやポリマー系など様々な材料の光ファイバを用いることが可能であるが、使用する波長帯域においてシングルモードであることが望ましい。これは、マルチモードファイバであると異なるモードで異なる波長特性を有するため、測定精度が安定しないからである。
【００６７】
［スラント型グレーティングおよびブラッググレーティングについて］
上述した第１および第2の実施の形態において、スラント型グレーティング１３およびブラッググレーティング１５が作製されている光導波路が、光ファイバであってもよい。
【００６８】
スラント型グレーティングおよびブラッググレーティングを通信用として広く普及している光ファイバを用いて作製することにより、安価な光部品とすることができる。また、光ファイバは通常直径約１２５μｍφと細いため、ファイバの張力変化による変形量が大きくできることから、感度の良いセンサとすることが容易である。また、各部品をつなぐ光導波路も光ファイバで作製することにより、接続による損失なども低減できるという利点がある。
【００６９】
［スラント型グレーティングおよびブラッググレーティングの基材について］
上述した第１および第2の実施の形態において、スラント型グレーティング１３およびブラッググレーティング１５が作製されている光ファイバが異なる線膨張係数を有する基材に固定されていてもよい。
【００７０】
スラント型グレーティングとブラッググレーティングを線膨張係数の異なる基材に固定することにより、温度変化による各グレーティングの波長変動量を変えることが可能となる。このため、温度センサへの応用が容易に可能である。
【００７１】
［スラント型グレーティングの反射率］
上述した第１および第2の実施の形態において、使用する傾斜波長範囲２１でのスラント型グレーティングの反射率は、５％以下であることが好ましい。
【００７２】
回折格子が光の伝搬方向に対して垂直な通常のブラッググレーティングと比較し、回折格子が傾斜しているスラント型グレーティング１３は、反射光強度を小さくすることができる。特に、スラント角θを適切に設定してその反射率を５％以下にすることで、スラント型グレーティング１３からの反射光による測定精度への影響をほとんどなくすことができ、精度のよい測定が可能となる。
【００７３】
また、ブラッググレーティング１５とスラント型グレーティング１３との間での多重反射の影響も小さくできる。なお、反射率を５％以下とするために必要なスラント角度θは、使用する光導波路の形状にもよるが、１度から１５度程度の範囲であり、この範囲を逸脱すると、反射率が５％以上になってしまう。
【００７４】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る透過反射型の光学式物理量測定装置４０の構成例を示す図である。
【００７５】
図６に示すように、透過反射型の光学式物理量測定装置４０の特徴は、図４に示す第２の実施の形態に加えて、ブラッググレーティング１５を透過した光を光導波路３５ｄを介して受光部１７で受光し、受光部１７，３３からそれぞれの受光強度を演算部４１に入力して両者からの受光強度比を算出することにある。なお、演算部４１には内部にＡ／Ｄ変換器が２つ設けられており、受光部１７，３３から入力したそれぞれの受光強度を表す電圧信号をＡ／Ｄ変換器により電圧データに変換し、両者の電圧データの比を演算することで受光強度比を算出している。
【００７６】
特に、ブラッググレーティング１５は、スラント型グレーティング１３から受光した光の傾斜波長範囲内である波長幅の透過・反射特性を１つ有しており、スラント型グレーティング１３およびブラッググレーティング１５を透過した光を受光部１７で受光する一方、ブラッググレーティング１５で反射されスラント型グレーティング１３からビームスプリッタ３１で分岐された反射光を受光部３３で受光し、演算部４１では、受光部１７，３３での二つの光強度から受光強度比を算出して光源１１の光強度を補正するものである。
【００７７】
透過光により光源１１の強度変化を受光部１７で測定しているので、反射光の強度変化のうち光源１１での光強度変化を補正することが可能となり、精度良く安定した測定が可能となる。
【００７８】
ここで、ビームスプリッタ３１の透過率をｂT（λ）、分岐率をｂR（λ）、スラント型グレーティング１３での損失をＳ（λ）、ブラッググレーティング１５での反射率をｆR（λ）、光源１１のパワーをＰ（λ）とすると、受光部１７，３３でのそれぞれの光強度Ｐ1 ，Ｐ2 は、
【数１】
【数２】
【００７９】
と書くことができる。ここで、ｂT（λ），ｂR（λ）は定数であり、予め測定しておくことで積分の外に出すことができる。
【００８０】
また、使用波長帯域内において光源１１の波長依存性が無視できる場合、パワーＰ（λ）も積分の外に出せる。従って、光強度Ｐ1 ，Ｐ2 の比をとることにより、
【数３】
【００８１】
となり、パワーＰ（λ）を式から消去することができることから、光源１１の強度変動による影響を補正することが可能となる。
【００８２】
［第４の実施の形態］
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る透過型の光学式物理量測定装置５０の構成例を示す図である。
【００８３】
図７に示すように、透過型の光学式物理量測定装置５０の特徴は、図６に示す第３の実施の形態に対して、ビームスプリッタ３１の内部にある透過・反射面の異なるビームスプリッタ５１を設けたことにある。特に、光源１１からスラント型グレーティング１３およびブラッググレーティング１５へ光を入射するための光導波路３５ａ，３５ｂの途中に導波光の一部を分岐するビームスプリッタ５１を挿入し、分岐した光の強度を受光部３３で測定することにより光源１１の強度に変換することにある。
【００８４】
ここで、ビームスプリッタ５１の透過率をｂT（λ）、分岐率をｂR（λ）、スラント型グレーティング１３での損失をＳ（λ）、ブラッググレーティング１５での反射率をｆR（λ）とし、光源１１のパワーをＰ（λ）とすると、受光部１７，３３でのそれぞれの光強度Ｐ1 ，Ｐ2 は、
【数４】
【数５】
【００８５】
と書くことができる。
【００８６】
ここで、透過率ｂT（λ），ｂR（λ）は定数であり、予め測定しておくことで積分の外に出すことができる。
【００８７】
また、使用波長帯域内において光源１１の波長依存性が無視できる場合、パワーＰ（λ）も積分の外に出せる。従って、光強度Ｐ1 ，Ｐ2 の比をとることにより、
【数６】
【００８８】
となり、パワーＰを式から消去することができることから、光源１１の強度変動による影響を補正することが可能となる。
【００８９】
［第５の実施の形態］
図８は、本発明の第５の実施の形態に係る反射型の光学式物理量測定装置５５の構成例を示す図である。
【００９０】
図８に示すように、反射型の光学式物理量測定装置５５の特徴は、図６に示す第３の実施の形態に対して、光導波路３５ｃの途中にビームスプリッタ５７を設け、ビームスプリッタ５７で分岐した光を受光部５９で計測することにある。
【００９１】
特に、光源１１からスラント型グレーティング１３を介してブラッググレーティング１５へ光を入射するための光導波路３５ｃ，３５ｄの途中に導波光の一部を分岐するビームスプリッタ５７を挿入し、ビームスプリッタ５７で分岐した光の強度を受光部５９で測定することにより光源１１の強度に変換することにある。
【００９２】
ここで、最初のビームスプリッタ３１の透過率をｂT1（λ）、分岐率をｂR1（λ）、二つ目のビームスプリッタ５７の透過率をｂT2（λ）、分岐率をｂR2（λ）、スラント型グレーティング１３での損失をＳ（λ）、ブラッググレーティング１５での反射率をｆR（λ）とし、光源１１のパワーをＰ（λ）とすると、受光部３３，５９でのそれぞれの光強度Ｐ1 ，Ｐ2 は、
【数７】
【数８】
【００９３】
と書くことができる。
【００９４】
ここで、ｂT1（λ），ｂR1（λ），ｂT2（λ），ｂR2（λ）は定数であり、予め測定しておくことで積分の外に出すことができる。また、使用波長帯域内において光源１１の波長依存性が無視できる場合、パワーＰ（λ）も積分の外に出せる。従って、光強度Ｐ1 ，Ｐ2 の比をとることにより、
【数９】
【００９５】
となり、パワーＰを式から消去することができることから、光源の強度変動による影響を補正することが可能となる。
【００９６】
なお、光分岐に用いるビームスプリッタ５７としては、光ファイバを溶融延伸した方向性結合器型の光カップラなどが使用できる。
【００９７】
［第６の実施の形態］
図９は、本発明の第６の実施の形態に係る透過反射型の光学式物理量測定装置６０の構成例を示す図である。
【００９８】
図９に示すように、透過反射型の光学式物理量測定装置６０の特徴は、図４に示す第２の実施の形態に対して、光導波路３５ａ，３５ｂの途中に光カプラ６１を設け、光カプラ６１で分岐した光を受光部６３，６５で計測することにある。特に、光源１１からの光を分岐する光カプラ６１を用い、ブラッググレーティング１５からの反射光も分岐し反射光強度を受光部６３で測定することにある。
【００９９】
ここで、光カプラ６１の透過率をＴ（λ）、スラント型グレーティング１３での損失をＳ（λ）、ブラッググレーティング１５での反射率をｆR（λ）とし、光源１１のパワーをＰ（λ）とすると、受光部６３，６５でのそれぞれの光強度Ｐ1 ，Ｐ2 は、
【数１０】
【数１１】
【０１００】
と書くことができる。
【０１０１】
ここで、Ｔ（λ）は定数であり、予め測定しておくことで積分の外に出すことができる。また、使用波長帯域内において光源１１の波長依存性が無視できる場合、パワーＰ（λ）も積分の外に出せる。従って、光強度Ｐ1 ，Ｐ2 の比をとることにより、
【数１２】
【０１０２】
となり、パワーＰを式から消去することができることから、光源１１の強度変動による影響を補正することが可能となる。
【０１０３】
この様な光カプラ６１としては、光ファイバを溶融延伸した方向性結合器型光カプラなどが使用できる。
【０１０４】
透過光および反射光を同時に分岐する光カプラ６１を用いることで、光源１１の光強度の変化を、物理量の変化による光強度変化を一つの部品で同時に分岐することが可能となるため、部品点数が少なくなり安価でしかも精度の良い構成とすることができる。
【０１０５】
［第７の実施の形態］
図１０は、本発明の第７の実施の形態に係る透過型の光学式物理量測定装置７０の構成例を示す図である。
【０１０６】
図１０に示すように、透過型の光学式物理量測定装置７０の特徴は、図１に示す第１の実施の形態に対して、光源１１の直後の光導波路１９ａ，１９ｂの途中に、使用する光学部品の波長依存性を補正する補正フィルタ７１を挿入することにある。
【０１０７】
ここで、図１１に示す補正フィルタの波長特性を参照して、補正フィルタ７１を挿入したことによる効果を説明する。
【０１０８】
図１１（ａ）は光源１１の強度が波長依存性を有することを示しており、図１１（ｂ）は受光部１７の感度が波長依存性を有することを示している。ここで、光源１１の強度の波長依存性と、受光部１７の感度の波長依存性を掛け合わせると、図１１（ｃ）に示すように、測定系の波長依存性となる。
【０１０９】
このような測定系の波長依存性がほぼ平坦な波長特性に補正するには、図１１（ｃ）に示すよな測定系の波長依存性を打ち消すことが可能な損失特性を有する補正フィルタ７１を光導波路１９ａ，１９ｂの途中に挿入ればよい。
【０１１０】
すなわち、補正フィルタ７１は図１１（ｄ）に示すような透過率の波長依存性を有していればよく、このような補正フィルタ７１を光導波路１９ａ，１９ｂの途中に挿入すれば、図１１（ｅ）に示すように、使用範囲内での波長依存性を小さくほぼ平坦にすることができる。
【０１１１】
これによりスラント型グレーティング１３とブラッググレーティング１５の波長が同時に変化するような外乱が生じた場合でも、受光部１７での測定強度を一定に保つことができるため、精度のよい測定が可能となる。使用帯域内での波長依存性は、小さいほど望ましく、特に、補正後の波長依存性が１０％（０．５ｄＢ）以下に抑えられていることが測定精度上望ましい。
【０１１２】
なお、このような補正フィルタ７１を光導波路の途中に挿入して光学式物理量測定装置を組み立てることにより、スペクトラムアナライザーのような波長特性を測定する機器が不必要なことから、光学式物理量測定装置の構成が簡単になり、安価で精度の良い光学式物理量測定装置を提供することができる。
【０１１３】
［第８の実施の形態］
図１２は、本発明の第８の実施の形態に係る反射型の光学式物理量測定装置８０の構成例を示す図である。
【０１１４】
図１２に示すように、反射型の光学式物理量測定装置８０の特徴は、図４に示す第２の実施の形態に対して、光源１１の直後の光導波路３５ａ，３５ｂの途中に、使用する光学部品の波長依存性を補正する補正フィルタ８１を挿入することにある。
【０１１５】
なお、補正フィルタ８１の波長特性は、図１１と同様であり、補正フィルタ８１を挿入したことによる効果も、図１１に示す補正フィルタの波長特性を参照して説明することができるので、その説明を省略する。
【０１１６】
また、このような補正フィルタ８１を第３乃至第６の実施の形態に対して、光導波路上に挿入すれば同様の効果を得られることは言うまでもない。
【０１１７】
［実施例１］
図１３は、本発明の実施例１に係る反射型の変位測定センサ９０の構成例を示す図である。
【０１１８】
光源１１には、発光波長範囲が１５５０ｎｍ〜１５５５ｎｍのいわゆる１５５０ｎｍ帯で発光するエルビウムドープファイバを用いたＡＳＥ光源を用い、受光部３３にはフォトダイオードを用いている。
【０１１９】
スラント型グレーティング１３は、波長帯域が１５５０ｎｍから１５５５ｎｍの間で連続的に透過損失が変化するように光ファイバ３５中に作製してある。この時のスラント角度θは５度であり、最大反射強度は３％であった。ブラッググレーティング１５は、同じ光ファイバに反射中心波長１５５１ｎｍ、半値全幅０．５ｎｍを作製してある。
【０１２０】
スラント型ファイバグレーティング１３の両端とブラッググレーティング１５の片端を同じ固定基材９１の上に接着剤９３を用いて固定し、ブラッググレーティング１５の他端は独立して長手方向に移動自在な別の基材９５に接着剤９３を用いて固定した。
【０１２１】
この固定基材９１に石英ガラスを用いることで、使用した光ファイバ３５とほぼ同じ熱膨張係数を有するため、温度の変化により光ファイバに張力が印加されないようにすることができる。
【０１２２】
このような状態で、ブラッググレーティング１５の他端が接着された基材９５の位置が長手方向Ａに変化すると、ブラッググレーティング１５に張力ｆが印加され、その結果、ファイバグレーティング１５の反射波長が長波長側にシフトする。
【０１２３】
図１４は、実際の変位量ｄとその時に測定された受光部３３での電圧Ｖを示す。図１４に示すように、変位量ｄの増大に応じて測定電圧Ｖが増加していることが確認され、変位量ｄを電圧量Ｖに変換して測定できることが確認された。
【０１２４】
また、図１４には、同様の測定を１０℃、２５℃、４０℃の３種類の温度で行った結果を示してあるが、どの温度条件でも同じ特性が得られ、本構成のように、スラント型ファイバグレーティング１３の両端を同じ固定基材９１の上に接着剤９３を用いて固定することで、周囲の温度変化による影響が補償できていることが確認できた。
【０１２５】
［実施例２］
図１５は、本発明の実施例２に係る反射型の温度測定センサ１００の構成例を示す図である。
【０１２６】
光源１１には、１５５０ｎｍ帯で発光するエルビウムドープファイバを用いたＡＳＥ光源を用い、受光部３３には、フォトダイオードを用いた。
【０１２７】
スラント型グレーティング１３は、１５５０ｎｍから１５５５ｎｍの間で連続的に透過損失が変化するように光ファイバ３５中に作製した。この時のスラント角度θは５度であり、最大反射強度は３％であった。
【０１２８】
また、同じ光ファイバ３５上に反射中心波長１５５１ｎｍ、半値全幅０．８ｎｍのブラッググレーティング１５を作製した。スラント型ファイバグレーティング１３の両端は接着剤９３を用いて固定基材９１に固定されており、ブラッググレーティング１５の両端は固定基材１０１に接着剤９３を用いて固定した。
【０１２９】
ここでは、固定基材９１として石英ガラス、固定基材１０１としてアルミニウムを用いた。石英ガラスは線膨張係数が０．５×１０-6［１／℃］であり、使用した光ファイバ３５とほぼ同じ熱膨張係数を有するが、アルミニウムは線膨張係数が２３．１×１０-6［１／℃］であり、石英ガラスの５０倍近い線膨張係数を有している。
【０１３０】
このため、温度上昇に従ってアルミニウムからなる固定基材１０１が膨張することにより、固定基材１０１の上部に固定されているブラッググレーティング１５が作られた光ファイバ３５に張力が印加され、石英からなる固定基材９１に固定されているスラント型グレーティング１３よりもより波長特性が長波長側にシフトする。すなわち、例えば図３（ａ）に示す波長λａが波長λｂの方向にシフトする。
【０１３１】
このため、温度変化によりスラント型グレーティング１３とブラッググレーティング１５の相対波長位置が変化し、温度の変化が反射波長の強度変化として観測される。
【０１３２】
図１６に実際の温度とその時に測定された受光部３３での電圧を示しており、温度の変化に従って測定電圧が変化していることが確認され、温度変化を電圧量の変化に変換して測定できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る透過型の光学式物理量測定装置１０の構成例を示す図である。
【図２】（ａ）は光源１１の波長特性を示す図であり、（ｂ）はスラント型グレーティング１３の波長特性を示す図であり、（ｃ）はブラッググレーティング１５の波長特性を示す図であり、（ｄ）は受光部１７の波長特性を示す図である。
【図３】（ａ）は測定する物理量の変化に応じて変動する波長変動を示すグラフであり、（ｂ）は受光部１７で測定された受光強度を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る反射型の光学式物理量測定装置３０の構成例を示す図である。
【図５】（ａ）は光源１１の波長特性を示す図であり、（ｂ）はスラント型グレーティング１３の波長特性を示す図であり、（ｃ）はブラッググレーティング１５の波長特性を示す図であり、（ｄ）は受光部３３の波長特性を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る透過反射型の光学式物理量測定装置４０の構成例を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る透過型の光学式物理量測定装置５０の構成例を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る反射型の光学式物理量測定装置５５の構成例を示す図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係る透過反射型の光学式物理量測定装置６０の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態に係る透過型の光学式物理量測定装置７０の構成例を示す図である。
【図１１】（ａ）は光源１１の波長依存性を示す図であり、（ｂ）は受光部１７の波長依存性を示す図であり、（ｃ）は測定系の波長依存性を示す図であり、（ｄ）は補正フィルタ７１の波長依存性を示す図であり、（ｅ）は補正フィルタ７１を挿入した結果現れる受光部１７での波長依存性を示す図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態に係る反射型の光学式物理量測定装置８０の構成例を示す図である。
【図１３】本発明の実施例１に係る反射型の変位測定センサ９０の構成例を示す図である。
【図１４】実際の変位量ｄとその時に測定された受光部３３での電圧Ｖを示す図である。
【図１５】本発明の実施例２に係る反射型の温度測定センサ１００の構成例を示す図である。
【図１６】実際の温度とその時に測定された受光部３３での電圧を示す図である。
【符号の説明】
【０１３４】
１１ 光源
１３ スラント型グレーティング
１５ ブラッググレーティング
１７，３３，５９，６３，６５ 受光部
１９，３５ 光導波路
３１，５１，５７ ビームスプリッタ
６１ 光カプラ
７１，８１ 補正フィルタ
９１，１０１ 固定基材
９３ 接着剤
９５ 移動基材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過特性を１つ有するブラッググレーティングと、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタおよび前記ブラッググレーティングを透過した光を受光強度に変換する受光部とを備え、
前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記受光部により受光強度に変換することを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項２】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有するブラッググレーティングとを備え、
前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する分岐部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する受光部とを備え、
前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記受光部により受光強度に変換することを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項３】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過・反射特性を１つ有するブラッググレーティングと、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタおよび前記ブラッググレーティングを透過した光を受光強度に変換する第１受光部とを備え、
前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する分岐部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、
前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項４】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過特性を１つ有するブラッググレーティングと、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記ブラッググレーティングから受光した光を受光強度に変換する第１受光部とを備え、
前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光の一部を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記光源からの光を他方に分岐する分岐部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記光源から前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、
前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項５】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過・反射特性を１つ有するブラッググレーティングとを備え、
前記傾斜フィルタと前記ブラッググレーティングの間に設けられ、前記傾斜フィルタからの光を前記ブラッググレーティングに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する第１分岐部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記第１分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第１受光部と、
前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する第２分岐部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記第２分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、
前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項６】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過・反射特性を１つ有するブラッググレーティングとを備え、
前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタと他方に分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を別の他方に分岐する分岐部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記光源から前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第１受光部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、
前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項７】
前記第１及び第２受光部からそれぞれの受光強度を入力し、両者から受光強度比を算出する演算部を備えることを特徴とする請求項３，４，５，６項の何れか１つに記載の光学式物理量測定装置。
【請求項８】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有するブラッググレーティングと、
前記傾斜フィルタの長手方向の両端を固定するとともに、前記傾斜フィルタに近い側の前記ブラッググレーティングの長手方向の片端を固定する固定基材と、
前記ブラッググレーティングの他端を長手方向に移動自在に固定する移動基材とを備え、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する受光部とを備え、
前記固定基材と前記移動基材から前記ブラッググレーティングに加わる変位量を前記受光部により受光強度に変換することを特徴とする請求項１乃至７項の何れか１つに記載の光学式物理量測定装置。
【請求項９】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有するブラッググレーティングと、
前記傾斜フィルタの長手方向の両端を固定する第１固定基材と、
前記ブラッググレーティングの長手方向の両端を固定する第２固定基材と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有する受光部とを備え、
前記第２固定基材の両端から前記ブラッググレーティングに加わる温度の変動を前記受光部により受光強度に変換することを特徴とする請求項１乃至７項の何れか１つに記載の光学式物理量測定装置。
【請求項１０】
前記光源と前記受光部の間の光路途中に、前記光源と前記受光部による測定系の波長依存性を補正する補正フィルタを備えたことを特徴とする請求項１乃至９項の何れか１つに記載の光学式物理量測定装置。
【請求項１１】
前記傾斜フィルタは、スラント角度が１度から１５度の範囲を有し、反射率が５％以下を有するスラント型グレーティングからなることを特徴とする請求項１乃至１０項の何れか１つに記載の光学式物理量測定装置。
【請求項１】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過特性を１つ有するブラッググレーティングと、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタおよび前記ブラッググレーティングを透過した光を受光強度に変換する受光部とを備え、
前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記受光部により受光強度に変換することを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項２】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有するブラッググレーティングとを備え、
前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する分岐部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する受光部とを備え、
前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記受光部により受光強度に変換することを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項３】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過・反射特性を１つ有するブラッググレーティングと、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタおよび前記ブラッググレーティングを透過した光を受光強度に変換する第１受光部とを備え、
前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する分岐部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、
前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項４】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過特性を１つ有するブラッググレーティングと、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記ブラッググレーティングから受光した光を受光強度に変換する第１受光部とを備え、
前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光の一部を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記光源からの光を他方に分岐する分岐部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記光源から前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、
前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項５】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過・反射特性を１つ有するブラッググレーティングとを備え、
前記傾斜フィルタと前記ブラッググレーティングの間に設けられ、前記傾斜フィルタからの光を前記ブラッググレーティングに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する第１分岐部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記第１分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第１受光部と、
前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタに分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を他方に分岐する第２分岐部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記第２分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、
前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項６】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の透過・反射特性を１つ有するブラッググレーティングとを備え、
前記光源と傾斜フィルタとの間に設けられ、前記光源からの光を前記傾斜フィルタと他方に分岐するとともに、前記傾斜フィルタからの光を別の他方に分岐する分岐部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記光源から前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第１受光部と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する第２受光部とを備え、
前記ブラッググレーティングに加わる物理量の変動を前記第１及び第２受光部により受光強度に変換することを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項７】
前記第１及び第２受光部からそれぞれの受光強度を入力し、両者から受光強度比を算出する演算部を備えることを特徴とする請求項３，４，５，６項の何れか１つに記載の光学式物理量測定装置。
【請求項８】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有するブラッググレーティングと、
前記傾斜フィルタの長手方向の両端を固定するとともに、前記傾斜フィルタに近い側の前記ブラッググレーティングの長手方向の片端を固定する固定基材と、
前記ブラッググレーティングの他端を長手方向に移動自在に固定する移動基材とを備え、
前記傾斜波長範囲内で感度を有し、前記傾斜フィルタから前記分岐部を経由して受光した光を受光強度に変換する受光部とを備え、
前記固定基材と前記移動基材から前記ブラッググレーティングに加わる変位量を前記受光部により受光強度に変換することを特徴とする請求項１乃至７項の何れか１つに記載の光学式物理量測定装置。
【請求項９】
所定波長範囲で光を発光する光源と、
前記光源から受光した光の波長が長くなるのに応じて透過光強度が傾斜状に変化する傾斜波長範囲を有するスラント型グレーティングを用いた傾斜フィルタと、
前記傾斜フィルタの傾斜波長範囲内で所定波長幅の反射特性を１つ有するブラッググレーティングと、
前記傾斜フィルタの長手方向の両端を固定する第１固定基材と、
前記ブラッググレーティングの長手方向の両端を固定する第２固定基材と、
前記傾斜波長範囲内で感度を有する受光部とを備え、
前記第２固定基材の両端から前記ブラッググレーティングに加わる温度の変動を前記受光部により受光強度に変換することを特徴とする請求項１乃至７項の何れか１つに記載の光学式物理量測定装置。
【請求項１０】
前記光源と前記受光部の間の光路途中に、前記光源と前記受光部による測定系の波長依存性を補正する補正フィルタを備えたことを特徴とする請求項１乃至９項の何れか１つに記載の光学式物理量測定装置。
【請求項１１】
前記傾斜フィルタは、スラント角度が１度から１５度の範囲を有し、反射率が５％以下を有するスラント型グレーティングからなることを特徴とする請求項１乃至１０項の何れか１つに記載の光学式物理量測定装置。
【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１５】
【図１６】
【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１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−２９９９５（Ｐ２００６−２９９９５Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０９５４６（Ｐ２００４−２０９５４６）
【出願日】平成１６年７月１６日（２００４．７．１６）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１６日（２００４．７．１６）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]