JP2954871B2 - 光ファイバセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周波数変調された
レーザ光を利用して、被測定物の距離、変位、速度の測
定を行う光ファイバセンサに関し、特に、移動・振動し
ている被測定物に対する測定に用いて好適な光ファイバ
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、非接触で光学的に距離、変位
測定を行う場合には、周波数変調型のヘテロダイン検波
変位測定装置が用いられている。このヘテロダイン検波
変位測定装置の一例としては、例えば特開昭６３−１０
１７０２号公報に記載されているものがある。すなわ
ち、この変位測定装置においては、半導体レーザへ供給
する駆動電流を三角波状に周期的に変化させ、レーザ光
に三角波状の周波数変調を掛ける。そして、変位測定装
置においては、周波数変調されたレーザ光をビームスプ
リッタで参照光と信号光（被測定物へ照射される光）と
に分割し、ビームスプリッタの出射面から信号光を測定
面へ出射し、その反射光を再び出射面より入射させて上
記参照光と重畳させる。上記測定面で反射された反射光
と参照光との間には、出射面から測定面までの距離に比
例した時間遅れがあり、両信号の周波数は異なる。これ
を利用して、変位測定装置は、参照光と信号光との干渉
光のビート周波数を検出することにより被測定物の距
離、変位を測定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の変位測定装置においては、被測定物が静止している
状態を前提として構成されているため、被測定物が移動
または振動している状態で測定を行うと、ドップラ効果
によって反射光の周波数にドップラ周波数偏移が生じ、
このドップラ周波数偏移分がそのまま測定結果に誤差分
として現れる。すなわち、従来の変位測定装置において
は、移動または振動している被測定物に対しては、測定
精度が低いという欠点があった。本発明はこのような背
景の下になされたもので、移動または振動している被測
定物に対する測定であっても、高精度で距離、変位、速
度測定をすることができる光ファイバセンサを提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、三角波状に周波数変調された変調レーザ光を発生す
るレーザ光発生手段と、前記変調レーザ光を第１のレー
ザ光および第２のレーザ光に分岐する分岐手段と、その
内部を伝搬する前記第１のレーザ光を、移動または振動
可能とされた被測定物へ導く第１の光ファイバと、前記
第１のレーザ光の一部が前記第１の光ファイバの端面に
反射された第１の参照光と、前記第１のレーザ光の残り
一部が前記被測定物に反射され前記端面に再入射した第
１の反射光との光路差、および前記第１の反射光が受け
たドップラ効果によるドップラ周波数偏移により生ずる
第１の干渉光の第１のビート周波数を検出する第１のビ
ート周波数検出手段と、前記第２のレーザ光に対して、
前記第１のレーザ光との位相差が前記三角波の半周期と
なるように遅延をかけて、これを遅延レーザ光として出
射する遅延手段と、その端面が前記第１の光ファイバの
前記端面と同一線上に位置するように配設され、その内
部を伝搬する前記遅延レーザ光を、前記被測定物へ導く
第２の光ファイバと、前記遅延レーザ光の一部が前記第
２の光ファイバの端面に反射された第２の参照光と、前
記遅延レーザ光の残り一部が前記被測定物に反射され前
記端面に再入射した第２の反射光との光路差、および前
記第２の反射光が受けたドップラ効果によるドップラ周
波数偏移により生ずる第２の干渉光の第２のビート周波
数を検出する第２のビート周波数検出手段と、前記第２
のビート周波数と前記第１のビート周波数とを加算し、
前記ドップラ周波数偏移分が相殺され、前記光路差分の
みの加算結果および前記変調レーザ光の既知の周波数変
調幅に基づいて、前記第１の光ファイバおよび前記第２
の光ファイバの各端面と前記被測定物との距離を求める
演算手段とを具備することを特徴とする。

【０００５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の光ファイバセンサにおいて、前記演算手段は、前記第
２のビート周波数から前記第１のビート周波数を減じ、
前記光路差分が相殺され、前記ドップラ周波数偏移分の
みの減算結果に基づいて、前記被測定物の移動・振動速
度を求めることを特徴とする。

【０００６】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の光ファイバセンサにおいて、前記分岐手段は、前記変
調レーザ光を前記第１のレーザ光、前記第２のレーザ光
および第３のレーザ光に分岐し、その内部を前記第３の
レーザ光が伝搬する第３の光ファイバと、その一端面が
前記第３の光ファイバの端面に半透過性の光学的性質を
有するコート材を介して結合され、その他端面に全反射
性の光学的性質を有する反射コートがコーティングさ
れ、光路長が一定の一定光路長光ファイバと、前記第３
のレーザ光の一部が前記コート材に反射された第３の参
照光と、前記第３のレーザ光の残り一部が前記反射コー
トに反射され前記コート材に再入射した第３の反射光と
の光路差のみにより生ずる第３の干渉光の第３のビート
周波数を検出する第３のビート周波数検出手段と、前記
第３のビート周波数および前記一定の光路長に基づい
て、前記変調レーザ光のリアルタイムな周波数変調幅を
求める変調幅演算手段とを有し、前記演算手段は、前記
加算結果と、前記既知の周波数変調幅に代えて前記リア
ルタイムな周波数変調幅とに基づいて、前記距離を求め
ることを特徴とする。

【０００７】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の光ファイバセンサにおいて、前記第１の光ファイバの
光路途中に介挿され、前記第１のレーザ光の一部を第１
の基準レーザ光として分岐する第１の基準光分岐手段
と、その内部を前記第１の基準レーザ光が伝搬する第１
の基準光ファイバと、その一端面が前記第１の基準光フ
ァイバの端面に半透過性の光学的性質を有するコート材
を介して結合され、その他端面に全反射性の光学的性質
を有する反射コートがコーティングされ、光路長が一定
の第１の一定光路長光ファイバと、前記第１の基準レー
ザ光の一部が前記コート材に反射された第１の基準参照
光と、前記第１の基準レーザ光の残り一部が前記反射コ
ートに反射され前記コート材に再入射した第１の基準反
射光との光路差のみにより生ずる第１の基準干渉光の第
１の基準ビート周波数を検出する第１の基準ビート周波
数検出手段と、前記第１の基準ビート周波数および前記
第１の一定光路長光ファイバの前記一定の光路長に基づ
いて、前記第１の基準レーザ光のリアルタイムな第１の
周波数変調幅を求める第１の変調幅演算手段と、前記第
２の光ファイバの光路途中に介挿され、前記遅延レーザ
光の一部を第２の基準レーザ光として分岐する第２の基
準光分岐手段と、その内部を前記第２の基準レーザ光が
伝搬する第２の基準光ファイバと、その一端面が前記第
２の基準光ファイバの端面に半透過性の光学的性質を有
するコート材を介して結合され、その他端面に全反射性
の光学的性質を有する反射コートがコーティングされ、
光路長が一定の第２の一定光路長光ファイバと、前記第
２の基準レーザ光の一部が前記コート材に反射された第
２の基準参照光と、前記第２の基準レーザ光の残り一部
が前記反射コートに反射され前記コート材に再入射した
第２の基準反射光との光路差のみにより生ずる第２の基
準干渉光の第２の基準ビート周波数を検出する第２の基
準ビート周波数検出手段と、前記第２の基準ビート周波
数および前記第２の一定光路長光ファイバの前記一定の
光路長に基づいて、前記第２の基準レーザ光のリアルタ
イムな第２の周波数変調幅を求める第２の変調幅演算手
段とを有し、前記演算手段は、前記加算結果と、前記既
知の周波数変調幅に代えて前記リアルタイムな第１およ
び第２の周波数変調幅とに基づいて前記距離を求めるこ
とを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】

＜＜第１実施形態＞＞以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態
による光ファイバセンサの構成を示すブロック図であ
る。この第１実施形態は、距離、速度、変位測定に関す
るものである。図１において、１は、レーザ駆動装置で
あり、図２に示す三角波状の駆動電流Ｉにより半導体レ
ーザ２を駆動する。この駆動電流Ｉは、周期がＴであっ
て、周波数がｆmとされている。

【０００９】半導体レーザ２は、上記駆動電流Ｉが注入
されることにより、図２に示すようにレーザ光を中心周
波数ν0、周波数変調幅△νおよび変調周波数ｆm（周期
Ｔ）で三角波状に周波数変調して、これをレーザ光Ｌo
として出射する。３は、アイソレータであり、半導体レ
ーザ２より出射されるレーザ光Ｌoを同図に矢印で示す
方向（右方向）へのみ通過させる光デバイスである。４
は、光ファイバであり、一端がアイソレータ３の出射端
に、他端が光ファイバカプラ５の入射端に各々接続され
ており、上記レーザ光Ｌoを光ファイバカプラ５の入射
端へ導く。

【００１０】光ファイバカプラ５は、光ファイバ４を介
して入射されるレーザ光Ｌoを、第１のレーザ光Ｌ1と第
２のレーザ光Ｌ2とに２分岐する。６1は、光ファイバで
あり、一端が光ファイバカプラ５の一方の出射端に、他
端が後述する光ファイバカプラ７1の入射端に各々接続
されており、第１のレーザ光Ｌ1を光ファイバカプラ７1
の入射端へ導く。６2は、遅延用光ファイバであり、コ
アを伝搬する第２のレーザ光Ｌ2を、図３に示すように
第１のレーザ光Ｌ1に対して周期Ｔ／２分遅延させる。
すなわち、遅延用光ファイバ６2は、上記周期Ｔ／２の
遅延時間に相当する分だけ、光ファイバ６1より長い光
路長とされている。また、遅延用光ファイバ６2は、一
端が光ファイバカプラ５の他方の出射端に、他端が後述
する光ファイバカプラ７2の入射端に各々接続されてい
る。

【００１１】光ファイバカプラ７1は、光ファイバ６1を
介して入射端へ入射される第１のレーザ光Ｌ1を、一方
の出射端より出射するとともに、後述する第１の干渉光
Ｌi1を他方の出射端より出射する。８1は、光ファイバ
であり、一端が光ファイバカプラ７1の一方の出射端に
接続され、他端部にプローブ９1が取り付けられてい
る。この光ファイバ８1は、光ファイバカプラ７1の一方
の出射端より出射される第１のレーザ光Ｌ1をプローブ
９1の前方に設けられた被測定物１０へ導く。プローブ
９1は、コリメート機能を有するレンズを有しており、
このレンズは、光ファイバ８1の出射端面８より出射さ
れる第１のレーザ光Ｌ1を集光する。

【００１２】一方、光ファイバカプラ７2は、上述した
光ファイバカプラ７1と同一の構成とされており、遅延
用光ファイバ６2を介して入射端へ入射される第２のレ
ーザ光Ｌ2を、一方の出射端より出射するとともに、後
述する第２の干渉光Ｌi2を他方の出射端より出射する。
８2は、光ファイバ８1に対して併設された光ファイバで
あり、一端が光ファイバカプラ７2の一方の出射端に接
続され、他端部にプローブ９2が取り付けられている。
このプローブ９2の構成は、上述したプローブ９1と同一
である。１１は、プローブ９1とプローブ９2との間に設
けられた遮蔽板であり、後述する図４に示す第１の反射
光Ｌr1が光ファイバ８2の出射端面８2aに入射するの
を、同様にして、第２の反射光Ｌr2が光ファイバ８1の
出射端面８1aに入射するのを防ぐ役目をする。

【００１３】図１において、１２1は、光ファイバであ
り、一端が光ファイバカプラ７1の他方の出射端に接続
され、他端部がフォトダイオード１３1の近傍に設けら
れており、光ファイバカプラ７1の他方の出射端より出
射される第１の干渉光Ｌi1をフォトダイオード１３1の
光検出部へ導く。このフォトダイオード１３1は、光電
変換素子であり、第１の干渉光Ｌi1を第１の干渉信号Ｓ
1に変換する。

【００１４】一方、１２2は、光ファイバであり、一端
が光ファイバカプラ７2の他方の出射端に接続され、他
端部がフォトダイオード１３2の近傍に設けられてお
り、光ファイバカプラ７2の他方の出射端より出射され
る第２の干渉光Ｌi2をフォトダイオード１３2の光検出
部へ導く。このフォトダイオード１３2は、第２の干渉
光Ｌi2を第２の干渉信号Ｓ2に変換する。１４は、周波
数検出器であり、入力される第１の干渉信号Ｓ1および
第２の干渉信号Ｓ2の各ビート周波数を検出する。１５
は、演算装置であり、周波数検出器１４の検出結果に基
づいて、距離、変位、移動速度を求める。この演算装置
１５の動作の詳細については後述する。

【００１５】次に、上述した第１実施形態による光ファ
イバセンサの動作を説明する。まず、図１に示す被測定
物１０が同図に示す矢印Ａ方向へ移動速度ｖで移動して
いる状態において、装置各部に電源が供給されると、レ
ーザ駆動装置１からは、図２に示す三角波状の駆動電流
Ｉが半導体レーザ２へ出力される。これにより、半導体
レーザ２からは、図２に示す三角波状に周波数変調され
たレーザ光Ｌoが出射される。このレーザ光Ｌoの周波数
ν（ｔ）は、中心周波数をνo、周波数変調の交流成分
をνm（ｔ）とすると次の（１）式で表される。 ν（ｔ）＝νo＋νm（ｔ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） また、レーザ光Ｌoの電界Ｅ1は、振幅をＥo、位相をΦ
（ｔ）とすると次の（２）式で表される。 Ｅ1（ｔ）＝Ｅo・ｅｘｐ［ｊΦ(ｔ）］ ・・・・・・・・・・・・（２） また、上記電界Ｅ1の瞬時角周波数２πν（ｔ）は、上
記（２）式における位相Φ（ｔ）の時間微分であるの
で、次の（３）式で表される。 ２πν（ｔ）＝ｄΦ（ｔ）／ｄｔ・・・・・・・・・・・・・・・（３） さらに、上記（３）式より、電界Ｅ1の位相Φ（ｔ）
は、次の（４）式で表される。

【数１】

【００１６】そして、上記レーザ光Ｌoは、アイソレー
タ３、光ファイバ４を介して光ファイバカプラ５の入射
端へ入射され、光ファイバカプラ５により第１のレーザ
光Ｌ1および第２のレーザ光Ｌ2に２分岐され、この第１
のレーザ光Ｌ1および第２のレーザ光Ｌ2は、同一時刻に
光ファイバカプラ５の各出射端より各々出射される。ま
ず、第１のレーザ光Ｌ1は、光ファイバ６1内を伝搬し
て、光ファイバカプラ７1の入射端へ入射される。他
方、第２のレーザ光Ｌ2は遅延用光ファイバ６2内を伝搬
して、光ファイバカプラ７2の入射端へ入射される。こ
のとき、第２のレーザ光Ｌ2が伝送遅延を受けているた
め、図３に示すように、光ファイバカプラ７2の入射端
に入射された第２のレーザ光Ｌ2の位相は、光ファイバ
カプラ７1の入射端へ入射された第１のレーザ光Ｌ1の位
相に比して遅れ（Ｔ／２）位相となる。

【００１７】そして、図３に示す第１のレーザ光Ｌ1
は、図１に示す光ファイバカプラ７1の一方の出射端よ
り出射され、さらに、光ファイバ８1内を伝搬する。そ
して、図４に実線で示す上記第１のレーザ光Ｌ1は、光
ファイバ８1の出射端面８1aにその一部が反射され第１
の参照光Ｌs1として第１のレーザ光Ｌ1とは逆方向に光
ファイバ８1内を伝搬する。他方、第１のレーザ光Ｌ1の
残りの一部は、光ファイバ８1の出射端面８1aより出射
され、第１の出射光Ｌd1として、同図に示す矢印Ａ方向
へ移動速度ｖで移動している被測定物１０へ向けて空間
を伝搬する。なお、図４においては、図１に示すプロー
ブ９1、９2および遮蔽板１１の図示が省略されている。

【００１８】そして、今、時刻ｔ1（ただし、図３に示
す０〜Ｔ／４の期間内における時刻）において、被測定
物１０が図４に実線で示す位置にあり、かつ第１の出射
光Ｌd1が被測定物１０の反射面１０ａに反射されると、
この第１の出射光Ｌd1は第１の反射光Ｌr1として、光フ
ァイバ８1の出射端面８1aへ向けて空間を伝搬する。そ
して、被測定物１０が移動速度ｖで移動しているため、
ドップラ効果により、第１の反射光Ｌr1の周波数は、ド
ップラ周波数偏移を受ける。以後、このドップラ効果に
よるドップラ周波数偏移をドップラ周波数偏移ｆd
（ｔ）と称し、このドップラ周波数偏移ｆd（ｔ）は図
４に示す被測定物１０の移動速度をｖ、第１の出射光Ｌ
d1の周波数をν（ｔ）、光速をｃとすると次の（６）式
で表される。 ｆd（ｔ）＝２ｖν（ｔ）／ｃ・・・・・・・・・・・・・・・（６）

【００１９】そして、上記第１の反射光Ｌr1は、光ファ
イバ８1の出射端面８1aより入射され、光ファイバ８1内
を伝搬する。つまり、光ファイバ８1内には、図５
（ａ）に示す第１の参照光Ｌs1と第１の反射光Ｌr1とが
伝搬する。この図５（ａ）において時間差τは、光ファ
イバ８1の出射端面８1aと被測定物１０の反射面１０ａ
との間の光路長による伝搬時間に対応している。また、
上記時間差τは、光速をｃ、上記光路長を２ｄ1（ｔ1）
とすると、次の（７）式で表される。 τ＝２ｄ1（ｔ1）／ｃ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７） ただし、上記（７）式においては、τ《１なる条件を満
たすものとし、また、距離ｄ1（ｔ）の時間的変化によ
る時間差τの変化は、微小であるため無視する。さら
に、図３に示す周期Ｔ／２内においては、被測定物１０
の移動速度ｖは一定とみなすことができるものとする。
ここで、第１の参照光Ｌs1の電界が前述した（４）式で
表されるので、この（４）式に時間差τ、ドップラ周波
数偏移ｆdを考慮すると、上述した第１の干渉光Ｌi1の
位相Φd（ｔーτ）は、次の（８）式で表される。

【数２】

【００２０】そして、図５（ａ）に示す第１の参照光Ｌ
s1および第１の反射光Ｌr1は、干渉して図５（ｂ）に示
す第１の干渉光Ｌi1として、光ファイバ８1内を伝搬す
る。この第１の干渉光Ｌi1の第１のビート周波数ｆb1
（ｔ）は、ドップラ効果によるドップラ周波数偏移を受
けない場合のビート周波数をｆbb1、ドップラ周波数偏
移をｆd（ｔ）とすると、期間［０，４／Ｔ］ではｆbb1
ーｆd（ｔ）で表され、期間［Ｔ／４，３Ｔ／４］では
ｆbb1＋ｆd（ｔ）で表される。すなわち、上記第１の干
渉光Ｌi1は、第１の参照光Ｌs1と第１の反射光Ｌr1との
光路差、および第１の反射光Ｌr1が受けるドップラ周波
数偏移が存在することにより生じる。

【００２１】また、上記第１の干渉光Ｌi1の光パワー
は、次の（９）式で表される。

【数３】 上記（９）式の右辺第２項が第１の干渉光Ｌi1の振動成
分であり、その位相は、次の（１０）式で表される。

【数４】 さらに、上記（１０）式より、第１の干渉光Ｌi1の第１
のビート周波数ｆb1（ｔ）は、次の（１１）式で表され
る。

【数５】 ここで、上記第１のビート周波数ｆb1（ｔ）の単位時間
（図５（ｂ）に示す［−Ｔ／４，Ｔ／４］の期間）の平
均値（以下、第１の平均ビート周波数ｆb1^*と称する）
は、次の（１２）式で表される。

【数６】 ただし、上記（１２）式において、ｄ^*は、図５（ｂ）
に示す［−Ｔ／４，Ｔ／４］の期間における、図４に示
す光ファイバ８1、８2の出射端面８1a、８2aと被測定物
１０の反射面１０ａとの間の距離の平均（以下、平均距
離と称する）である。なお、図１に示す半導体レーザ２
は、レーザ駆動装置１により次の（１３）式の条件を満
たす変調周波数ｆmとなるように駆動されている。 ２Δνｆmｄ^*＞ｖνo・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１３） 上記（１３）式において、Δνはレーザ光Ｌoの周波数
変調幅である。

【００２２】一方、図３に示す第２のレーザ光Ｌ2は、
図１に示す光ファイバカプラ７2の一方の出射端より出
射され、さらに、光ファイバ８2内を伝搬する。そし
て、図４に実線で示す上記第２のレーザ光Ｌ2は、光フ
ァイバ８2の出射端面８2aにその一部が反射され第２の
参照光Ｌs2として第２のレーザ光Ｌ2とは逆方向に光フ
ァイバ８2内を伝搬する。他方、第２のレーザ光Ｌ2の残
りの一部は、光ファイバ８2の出射端面８2aより出射さ
れ、第２の出射光Ｌd2として、同図に示す矢印Ａ方向へ
移動速度ｖで移動している被測定物１０へ向けて空間を
伝搬する。

【００２３】そして、今、時刻ｔ1（ただし、図３に示
す０〜Ｔ／４の期間内における時刻）において、上述し
た第１の出射光Ｌd1と同様にして、第２の出射光Ｌd2が
被測定物１０（実線）の反射面１０ａに反射されると、
この第２の出射光Ｌd2は第２の反射光Ｌr2として、光フ
ァイバ８2の出射端面８2aへ向けて空間を伝搬する。こ
のとき、ドップラ効果により、上記第２の反射光Ｌr2
は、ドップラ周波数偏移を受ける。

【００２４】そして、上記第２の反射光Ｌr2は、光ファ
イバ８2の出射端面８2aより入射され、光ファイバ８2内
を伝搬する。つまり、光ファイバ８2内には、図５
（ｃ）に示す第２の参照光Ｌs2と、この第２の参照光Ｌ
s2との時間差がτである第２の反射光Ｌr2が伝搬する。
そして、図５（ｃ）に示す第２の参照光Ｌs2および第２
の反射光Ｌr2は、干渉して図５（ｄ）に示す第２の干渉
光Ｌi2として、光ファイバ８2内を伝搬する。この第２
の干渉光Ｌi2の第２のビート周波数ｆb2（ｔ）は、ドッ
プラ効果によるドップラ周波数偏移を受けない場合のビ
ート周波数をｆbb2、ドップラ周波数偏移をｆd（ｔ）と
すると、期間［０，４／Ｔ］ではｆbb2＋ｆd（ｔ）で表
され、期間［Ｔ／４，３Ｔ／４］ではｆbb2−ｆd（ｔ）
で表される。すなわち、上記第２の干渉光Ｌi2は、第２
の参照光Ｌs2と第２の反射光Ｌr2との光路差、および第
２の反射光Ｌr2が受けるドップラ周波数偏移が存在する
ことにより生じる。ここで、上記第２の干渉光Ｌi2の場
合には、前述した（１０）式は、次の（１３）式に書き
換えられる。

【数７】 さらに、上記（１３）式より、第２の干渉光Ｌi2の第２
のビート周波数ｆb2（ｔ）は、次の（１４）式で表され
る。

【数８】 ここで、上記第２のビート周波数ｆb2（ｔ）の単位時間
（図５（ｄ）に示す［−Ｔ／４，Ｔ／４］の期間）の平
均値（以下、第２の平均ビート周波数ｆb2^*と称する）
は、次の（１５）式で表される。

【数９】

【００２５】そして、図１に示す上述した第１の干渉光
Ｌi1および第２の干渉光Ｌi2は、光ファイバ８1および
８2を伝搬して、光ファイバカプラ７1および７2の各一
方の出射端へ入射される。これにより、第１の干渉光Ｌ
i1は、光ファイバカプラ７1の他方の出射端より出射さ
れ、光ファイバ１２1を介して、光ファイバ１２1の出射
端よりフォトダイオード１３1の光検出部へ照射され
る。この結果、上記第１の干渉光Ｌi1は、フォトダイオ
ード１３1により、図５（ｂ）に示す第１の干渉光Ｌi1
に対応する第１の干渉信号Ｓ1に変換され、周波数検出
器１４へ出力される。

【００２６】他方、第２の干渉光Ｌi2は、光ファイバカ
プラ７2の他方の出射端より出射され、光ファイバ１２2
を介してフォトダイオード１３2の光検出部へ照射さ
れ、フォトダイオード１３2からは、図５（ｄ）に示す
第２の干渉光Ｌi2に対応する第２の干渉信号Ｓ2が、周
波数検出器１４へ出力される。

【００２７】これにより、周波数検出器１４は、上記第
１の干渉信号Ｓ1および第２の干渉信号Ｓ2の単位時間
（今の場合、Ｔ／２）あたりの第１の平均ビート周波数
ｆb1^*（（１２）式参照）および第２の平均ビート周波
数ｆb2^*（（１５）式参照）を各々検出する。

【００２８】そして、演算装置１５は、次に示す（１
６）式より平均距離ｄ^*（今の場合、図４に示す距離ｄ1
（ｔ）の平均距離ｄ1^*）を求める。

【数１０】 上記（１６）式は、（１５）式の第２の平均ビート周波
数ｆb2^*と（１２）式の第１の平均ビート周波数ｆb1^*と
加算して、加算結果を平均距離ｄ^*について変形した式
である。すなわち、上記加算により、（１５）式および
（１２）式の右辺第２項のドップラ周波数偏移（２ｖν
o／ｃ）の項が相殺され、かつ前述した光路差による各
右辺第１項のみが残るため、（１６）式により求められ
る平均距離ｄ^*は、ドップラ効果による影響を一切受け
ない値である。

【００２９】すなわち、演算装置１５は、既値である第
２の平均ビート周波数ｆb2^*、第１の平均ビート周波数
ｆb1^*、光速ｃ、および図１に示す半導体レーザ２より
出射されているレーザ光Ｌoの変調周波数ｆmならびに周
波数変調幅△νを、（１６）式へ代入する。これによ
り、図４に示す距離ｄ1（ｔ）の単位時間（今の場合、
Ｔ／２）あたりの平均距離ｄ1^*が求められる。

【００３０】次に、演算装置１５は、次に示す（１７）
式より、図４に示す被測定物１０（実線）の移動速度ｖ
を求める。

【数１１】 上記（１７）式は、（１５）式の第２の平均ビート周波
数ｆb2^*から（１２）式の第１の平均ビート周波数ｆb1^*
を減算して、減算結果を被測定物１０（図４参照）の移
動距離ｖについて変形した式である。すなわち、（１
７）式は、（１５）式および（１２）式の各右辺第１項
（光路差分）が相殺され、かつ（１５）式および（１
２）式の各右辺第２項（ドップラ周波数変移分）が残っ
たものである。

【００３１】すなわち、演算装置１５は、既値である第
２の平均ビート周波数ｆb2^*、第１の平均ビート周波数
ｆb1^*、光速ｃ、レーザ光Ｌoの中心周波数νoを、（１
７）式へ各々代入する。これにより、図４に実線で示す
被測定物１０の移動速度ｖが求められる。以後、演算装
置１５は、上述した演算方法により平均距離ｄ^*および
移動速度ｖをリアルタイム（Ｔ／２毎）で求める。

【００３２】そして、今、図４に示す被測定物１０が２
点鎖線で示す位置まで移動したとすると、このとき、前
述した動作と同様にして、光ファイバ８1内を伝搬して
きた第１のレーザ光Ｌ1’（２点鎖線）の一部は、光フ
ァイバ８1の出射端面８1aにより反射され、第１の参照
光Ｌs1’として光ファイバ８1内を伝搬する。他方、第
１のレーザ光Ｌ1’の残りの一部は、出射端面８1aより
第１の出射光Ｌd1’として出射され、さらに、被測定物
１０（２点鎖線）の反射面１０ａにより反射され、第１
の反射光Ｌr1’として出射端面８1aへ入射する。

【００３３】そして、上記第１の参照光Ｌs1’および第
１の反射光Ｌr1’は干渉して、第１の干渉光Ｌi1’とし
て、図１に示す光ファイバ８1、光ファイバカプラ７1、
光ファイバ１２1を介して、フォトダイオード１３1の光
検出部へ照射される。これにより、前述した動作によ
り、フォトダイオード１３1からは、上記第１の干渉光
Ｌi1’に対応した第１の干渉信号Ｓ1’が出力される。

【００３４】これと同時に、図４に示す光ファイバ８2
内を伝搬してきた第２のレーザ光Ｌ2’（２点鎖線）の
一部は、光ファイバ８2の出射端面８2aにより反射さ
れ、第２の参照光Ｌs2’として光ファイバ８2内を伝搬
する。他方、第２のレーザ光Ｌ2’の残りの一部は、出
射端面８2aより第２の出射光Ｌd2’として出射され、さ
らに、被測定物１０（２点鎖線）の反射面１０ａにより
反射され、第２の反射光Ｌr2’として出射端面８2aへ入
射する。

【００３５】そして、上記第２の参照光Ｌs2’および第
２の反射光Ｌr2’は干渉して、第２の干渉光Ｌi2’とし
て、図１に示す光ファイバ８2、光ファイバカプラ７2、
光ファイバ１２2を介して、フォトダイオード１３2の光
検出部へ照射される。これにより、前述した動作と同様
にして、フォトダイオード１３2からは、上記第２の干
渉光Ｌi2’に対応した第２の干渉信号Ｓ2’が出力され
る。

【００３６】続いて、図１に示す周波数検出器１４は、
前述した動作により、入力された第１の干渉信号Ｓ1’
および第２の干渉信号Ｓ2’より、第１の平均ビート周
波数ｆb1’^*および第２の平均ビート周波数ｆb2’^*を各
々検出して、この検出結果を演算装置１５へ出力する。

【００３７】これにより、演算装置１５は、前述した動
作と同様にして、第１の平均ビート周波数ｆb1’^*、第
２の平均ビート周波数ｆb2’^*を用いて、（１６）式か
ら図４に示す光ファイバ８1、８2の出射端面８1a、８2a
と被測定物１０（２点鎖線）との間の距離ｄ2（ｔ）
を、前述した平均距離ｄ2^*として求める。続いて、演算
装置１５は、先に求めた平均距離ｄ1^*から今求めた平均
距離ｄ2^*とを減算して、平均変位Δｄ^*を求める。

【００３８】＜＜第２実施形態＞＞次に、本発明の第２
実施形態による光ファイバセンサを図６を参照して説明
する。図６において、図１に対応する部分には、同一の
符号を付けその説明を省略する。図６においては、図１
に示す光ファイバカプラ５に代えて光ファイバカプラ５
５が設けられており、また、光ファイバ６3、光ファイ
バカプラ７3、光ファイバ８3、光ファイバ１２3、フォ
トダイオード１３3および基準光路光ファイバ３０が新
たに設けられている。

【００３９】図６において、光ファイバカプラ５５は、
１つの入力端と３つの出力端とを備えており、入射され
るレーザ光Ｌoを、第１のレーザ光Ｌ1、第２のレーザ光
Ｌ２および第３のレーザ光Ｌ３に３分岐する機能を有し
ており、入力端には、光ファイバ４の他端が接続されて
いる。また、光ファイバカプラ５５は、第１の出射端に
光ファイバ６1の一端が、第２の出射端に遅延用光ファ
イバ６2の一端が、第３の出射端に光ファイバ６3の一端
が各々接続されている。

【００４０】光ファイバカプラ７3は、光ファイバ６3を
介して入射端へ入射される第３のレーザ光Ｌ3を、一方
の出射端より出射するとともに、後述する第３の干渉光
Ｌi3を他方の出射端より出射する。８3は、光ファイバ
であり、一端が光ファイバカプラ７3の一方の出射端に
接続され、他端部に基準光路光ファイバ３０が取り付け
られている。

【００４１】ここで、図６に示す基準光路光ファイバ３
０近傍の構成を図７に示す。この図において、基準光路
光ファイバ３０は、その一端面３０ａと他端面３０ｂと
の間の距離がｄo（一定）とされている。すなわち、上
記距離ｄoにおける光路長Ｄoは、基準光路光ファイバ３
０のコアの屈折率をｎとすると、Ｄo＝ｎｄo（一定）な
る式で表される。この基準光路光ファイバ３０の一端面
３０ａは、スプライス（溶着）法によりＴｉＯ2のコー
ト材３１を介して、光ファイバ８3の出射端面８3aに結
合されている。上記コート材３１は、光を半透過させる
という光学的性質を有している。また、基準光路光ファ
イバ３０の他端面３０ｂには、金コート３２がコーティ
ングされており、この金コート３２は、光を全反射させ
るという光学的性質を有している。

【００４２】図６において、光ファイバ１２3は、一端
が光ファイバカプラ７3の他方の出射端に接続され、他
端部がフォトダイオード１３3の近傍に設けられてお
り、光ファイバカプラ７3の他方の出射端より出射され
る第３の干渉光Ｌi3をフォトダイオード１３3の光検出
部へ導く。このフォトダイオード１３3は、光電変換素
子であり、第３の干渉光Ｌi3を第３の干渉信号Ｓ3に変
換する。

【００４３】次に、上述した第２実施形態による光ファ
イバセンサの動作を説明する。図６において、装置に電
源が供給されると、前述した第１実施形態（図１参照）
による光ファイバセンサと同様にして、半導体レーザ２
からはレーザ光Ｌoが出射され、このレーザ光Ｌoは、ア
イソレータ３、光ファイバ４を介して、光ファイバカプ
ラ５５へ入射された後、３分岐される。すなわち、光フ
ァイバカプラ５５の各出射端からは、第１のレーザ光Ｌ
1、第２のレーザ光Ｌ2および第３のレーザ光Ｌ3が各々
出射される。

【００４４】そして、上記第１のレーザ光Ｌ1および第
２のレーザ光Ｌ2が出射されると、前述した動作と同様
にして、第１の干渉光Ｌi1および第２の干渉光Ｌi2がフ
ォトダイオード１３1、１３2の光検出部へ各々照射され
る。これにより、フォトダイオード１３1、１３2から
は、第１の干渉信号Ｓ1および第２の干渉信号Ｓ2が出力
される。

【００４５】他方、光ファイバカプラ５５の第３の出射
端より出射された第３のレーザ光Ｌ3は、光ファイバ６
3、光ファイバカプラ７3を介して、光ファイバ８3へ導
かれる。そして、図７に示す上記第３のレーザ光Ｌ3の
一部は、コート材３１により反射され第３の参照光Ｌs3
として光ファイバ８3内を伝搬する。他方、第３の光フ
ァイバＬ3の残りの一部は、コート材３１を透過して、
第３の出射光Ｌd3として基準光路光ファイバ３０内を伝
搬して、金コート３２により第３の反射光Ｌr3として全
反射される。そして、この第３の反射光Ｌr3は、コート
材３１を介して光ファイバ８3へ入射する。

【００４６】これにより、上述した第３の参照光Ｌs3と
第３の反射光Ｌr3とが光ファイバ８3内で干渉して、第
３の干渉光Ｌi3として光ファイバ８3内を伝搬する。そ
して、図６に示す上記第３の干渉光Ｌi3は、光ファイバ
カプラ７3、光ファイバ１２3を介して伝搬され、光ファ
イバ１２3の出射端面よりフォトダイオード１３3の光検
出部へ照射される。これにより、上記第３の干渉光Ｌi3
は、フォトダイオード１３3により光電変換され、第３
の干渉信号Ｓ3として、周波数検出器１４へ入力され
る。

【００４７】そして、周波数検出器１４は、前述した第
１の干渉信号Ｓ1ならびに第２の干渉信号Ｓ2、および上
記第３の干渉信号Ｓ3の各平均ビート周波数を検出す
る。すなわち、周波数検出器１４は、第１の干渉信号Ｓ
1の第１の平均ビート周波数ｆb1^*を、第２の干渉信号Ｓ
2の第２の平均ビート周波数ｆb2^*を、第３の平均ビート
周波数ｆb3^*を各々検出して、これら検出結果を演算装
置１５へ出力する。ここで、上記第３の平均ビート周波
数ｆb3^*は、次の（１８）式で表される。

【数１２】 上記（１８）式において、Δνは図６に示す半導体レー
ザ２により周波数変調されたレーザ光Ｌoの周波数変調
幅であり、ｆmはレーザ光Ｌoの変調周波数であり、Ｄo
は、図７に示す基準光路光ファイバ３０の光路長（＝ｎ
ｄo）である。

【００４８】続いて、演算装置１５は、次の（１９）式
より今、半導体レーザ２より出射されているレーザ光Ｌ
oの周波数変調幅Δνを求める。

【数１３】 上記（１９）式は、（１８）式を周波数変調幅Δνにつ
いての式に変形したものである。すなわち、演算装置１
５は、既知である光速ｃ、レーザ光Ｌoの変調周波数ｆ
m、先に検出された第３の平均ビート周波数ｆb3^*および
図７に示す基準光路光ファイバ３０の光路長Ｄoを、上
記（１９）式へ各々代入する。これにより、今、半導体
レーザ２より出射されているレーザ光Ｌoの周波数変調
幅Δνが求められる。すなわち、上記周波数変調幅Δν
は、リアルタイムな値である。

【００４９】次に、演算装置１５は、第１実施形態にお
いて説明した方法とほぼ同様にして、（１６）式を用い
て、図４に示す距離ｄ1（ｔ）の平均距離ｄ1^*を求め
る。ただし、この第２実施形態においては、（１６）式
に示す「Δν」に、既知（一定）の周波数変調幅Δνに
代えて、（１９）式より求められたリアルタイムな周波
数変調幅Δνが代入される。

【００５０】＜＜第３実施形態＞＞次に、本発明の第３
実施形態による光ファイバセンサを図８を参照して説明
する。図８において、図１に対応する部分には、同一の
符号を付けその説明を省略する。図８においては、図１
に示す光ファイバカプラ７1、７2に代えて光ファイバカ
プラ７７1、７７2が設けられており、また、光ファイバ
４１1、４１2、４３1、４３2、第１の基準光路光ファイ
バ５０1、第２の基準光路光ファイバ５０2、光ファイバ
カプラ１００1、１００2、４２1、４２2、光ファイバ１
２3、１２4およびフォトダイオード１３3、１３4が新た
に設けられている。

【００５１】図８において、光ファイバカプラ７７1
は、１つの入力端と２つの出力端とを備えており、入力
端に光ファイバ６1の他端が接続されており、第１の出
射端には光ファイバ８1の一端が、第２の出射端には光
ファイバ４１1の一端が各々接続されている。この光フ
ァイバカプラ７７1は、入射される第１のレーザ光Ｌ1
を、第１のレーザ光Ｌ1および第１の基準レーザ光Ｌ1a
に分岐する。

【００５２】光ファイバカプラ４２1は、入射端に光フ
ァイバ４１1の他端が、一方の出射端に光ファイバ４３1
の一端が、他方の出射端に光ファイバ１２3の一端が各
々接続されている。上記光ファイバ４３1の出射端面に
は、第１の基準光路光ファイバ５０1の一端面が接続さ
れている。この光ファイバ４３1および第１の基準光路
光ファイバ５０1は、図７に示す光ファイバ８3および基
準光路光ファイバ３０と同一の構成である。図８におい
て、光ファイバ１２3は、他端部がフォトダイオード１
３3の近傍に設けられており、後述する第１の基準干渉
光Ｌi1aをフォトダイオード１３3の光検出部へ照射す
る。

【００５３】光ファイバカプラ１００1は、光ファイバ
８1の光路途中に介挿され、入力される第１のレーザ光
Ｌ1をプローブ９1側へ出射するとともに、第１の干渉光
Ｌi1をその出射端より出射する。この光ファイバカプラ
１００1の出射端には、光ファイバ１２1の一端が接続さ
れ、上述した第１の干渉光Ｌi1は、光ファイバ１２1を
介して、フォトダイオード１３1の光検出部へ照射され
る。

【００５４】光ファイバカプラ７７2は、上述した光フ
ァイバカプラ７７1と同一の構成とされており、入射端
に遅延用光ファイバ６2の他端が接続されており、第１
の出射端には光ファイバ８2の一端が、第２の出射端に
は光ファイバ４１2の一端が各々接続されている。この
光ファイバカプラ７７2は、入射される第２のレーザ光
Ｌ2を、第２のレーザ光Ｌ2および第２の基準レーザ光Ｌ
2aに分岐する。

【００５５】光ファイバカプラ４２2は、入射端に光フ
ァイバ４１2の他端が、一方の出射端に光ファイバ４３2
の一端が、他方の出射端に光ファイバ１２4の一端が各
々接続されている。上記光ファイバ４３2の出射端面に
は、第２の基準光路光ファイバ５０2の一端面が接続さ
れている。この光ファイバ４３2および第２の基準光路
光ファイバ５０2は、図７に示す光ファイバ８3および基
準光路光ファイバ３０と同一の構成である。

【００５６】図８において、光ファイバ１２4は、他端
がフォトダイオード１３4の近傍に設けられており、後
述する第２の基準干渉光Ｌi2aをフォトダイオード１３4
の光検出部へ放射する。光ファイバカプラ１００2は、
光ファイバ８2の光路途中に介挿され、入力される第２
のレーザ光Ｌ2をプローブ９2側へ出射するとともに、第
２の干渉光Ｌi2をその出射端より出射する。この光ファ
イバカプラ１００2の出射端には、光ファイバ１２2の一
端が接続され、上述した第２の干渉光Ｌi2は、光ファイ
バ１２2を介して、フォトダイオード１３2の光検出部へ
照射される。

【００５７】また、図８においては、上述した光ファイ
バ４１1、光ファイバカプラ４２1、光ファイバ４３1、
第１の基準光路光ファイバ５０1および光ファイバ１２3
の各光路長を加算した光路長と、光ファイバ８1、光フ
ァイバカプラ１００1および光ファイバ１２1の各光路長
を加算した光路長とは同一とされている。これと同様に
して、図８においては、光ファイバ４１2、光ファイバ
カプラ４２2、光ファイバ４３2、第２の基準光路光ファ
イバ５０2および光ファイバ１２4の各光路長を加算した
光路長と、光ファイバ８2、光ファイバカプラ１００2お
よび光ファイバ１２2の各光路長を加算した光路長とは
同一とされている。

【００５８】次に、上述した第３実施形態による光ファ
イバセンサの動作を説明する。図８において、装置に電
源が供給されると、前述した第１実施形態（図１参照）
による光ファイバセンサと同様にして、半導体レーザ２
からはレーザ光Ｌoが出射され、このレーザ光Ｌoは、ア
イソレータ３、光ファイバ４を介して、光ファイバカプ
ラ５へ入射された後、第１のレーザ光Ｌ1および第２の
レーザ光Ｌ2に２分岐される。

【００５９】そして、上記第１のレーザ光Ｌ1は、光フ
ァイバ６1を介して光ファイバカプラ７７1の入射端へ入
射され、第１のレーザ光Ｌ1および第１の基準レーザ光
Ｌ1aに２分岐される。上記第１のレーザ光Ｌ1は、光フ
ァイバ８1および光ファイバカプラ１００1内を伝搬し
て、第１実施形態で説明した動作と同様にして、光ファ
イバ８1内には、第１の干渉光Ｌi1（図５（ｂ）参照）
が伝搬する。この第１の干渉光Ｌi1は、光ファイバカプ
ラ１００1、光ファイバ１２1を介して、フォトダイオー
ド１３1の光検出部へ照射され、フォトダイオード１３1
からは第１の干渉信号Ｓ1が周波数検出器１４へ出力さ
れる。

【００６０】他方、光ファイバカプラ７７1より出射さ
れた第１の基準レーザ光Ｌ1aは、光ファイバ４１1、光
ファイバカプラ４２1を介して、光ファイバ４３1へ導か
れる。そして、図７を参照して説明した動作と同様にし
て、第１の基準干渉光Ｌi1aが、光ファイバ４３1内を伝
搬する。さらに、この第１の基準干渉光Ｌi1aは、光フ
ァイバカプラ４２1、光ファイバ１２3を介して、フォト
ダイオード１３3の光検出部へ照射され、フォトダイオ
ード１３3からは、第１の基準干渉信号Ｓk1が周波数検
出器１４へ出力される。

【００６１】一方、光ファイバカプラ５により分岐され
た他方の第２のレーザ光Ｌ2は、遅延用光ファイバ６2を
介して光ファイバカプラ７７2の入射端へ入射され、第
２のレーザ光Ｌ2および第２の基準レーザ光Ｌ2aに２分
岐される。上記第２のレーザ光Ｌ2は、光ファイバ８2お
よび光ファイバカプラ１００2内を伝搬して、第１実施
形態で説明した動作により、光ファイバ８2内には、第
２の干渉光Ｌi2（図５（ｄ）参照）が伝搬する。この第
２の干渉光Ｌi2は、光ファイバカプラ１００2、光ファ
イバ１２2を介して、フォトダイオード１３2の光検出部
へ照射され、フォトダイオード１３2からは第２の干渉
信号Ｓ2が周波数検出器１４へ出力される。

【００６２】他方、光ファイバカプラ７７2より出射さ
れた第２の基準レーザ光Ｌ2aは、光ファイバ４１2、光
ファイバカプラ４２2を介して、光ファイバ４３2へ導か
れる。そして、図７を参照して説明した動作と同様にし
て、第２の基準干渉光Ｌi2aが、光ファイバ４３2内を伝
搬する。さらに、この第２の基準干渉光Ｌi2aは、光フ
ァイバカプラ４２2、光ファイバ１２4を介して、フォト
ダイオード１３4の光検出部へ照射され、フォトダイオ
ード１３4からは、第２の基準干渉信号Ｓk2が周波数検
出器１４へ出力される。

【００６３】そして、上述した第１の干渉信号Ｓ1、第
２の干渉信号Ｓ2、第１の基準干渉信号Ｓk1および第２
の基準干渉信号Ｓk2が入力されると、周波数検出器１４
は、これら信号の各平均ビート周波数を各々検出する。
すなわち、周波数検出器１４は、前述した動作と同様に
して、第１の干渉信号Ｓ1より第１の平均ビート周波数
ｆb1^*（（１２）式参照）を、第２の干渉信号Ｓ2より第
２の平均ビート周波数ｆb2^*（（１５）式参照）を検出
する。さらに、周波数検出器１４は、第１の基準干渉信
号Ｓk1より第１の基準平均ビート周波数ｆbk1^*（（１
８）式に示すｆb3^*に相当）を、第２の基準干渉信号Ｓk
2より第２の基準平均ビート周波数ｆbk2^*（（１８）式
に示すｆb3^*に相当）を各々検出する。

【００６４】次に、演算装置１５は、前述した第２実施
形態と同様にして、上記第１の基準平均ビート周波数ｆ
bk1^*、および第２の基準平均ビート周波数ｆbk2^*よりリ
アルタイムな周波数変調幅Δνを求める。すなわち、演
算装置１５は、（１９）式へ第１の基準平均ビート周波
数ｆbk1^*、変調周波数ｆm、図８に示す第１の基準光路
光ファイバ５０1（図７参照）の光路長Ｄoを各々代入し
て、リアルタイムな周波数変調幅Δνを求める。以後、
この周波数変調幅Δνを第１の周波数変調幅Δν1と称
する。

【００６５】また、上記第１の周波数変調幅Δν1は、
図８に示す光ファイバ８1内を伝搬する第１のレーザ光
Ｌ1の周波数変調幅とみなすことができる。つまり、第
１のレーザ光Ｌ1と第１の基準レーザ光Ｌ1aとは、同一
時刻に光ファイバカプラ７７1から出射されたものであ
り、かつ、光ファイバカプラ７７1からフォトダイオー
ド１３1および１３3までの光路長が等しいからである。

【００６６】また、演算装置１５は、（１９）式へ第２
の基準平均ビート周波数ｆbk2^*、変調周波数ｆm、図８
に示す第２の基準光路光ファイバ５０2の光路長Ｄo（図
７参照）を各々代入して、リアルタイムな周波数変調幅
Δνを求める。以後、この周波数変調幅Δνを第２の周
波数変調幅Δν2と称する。また、上記第２の周波数変
調幅Δν2は、第１の周波数変調幅Δν1と同様の理由に
より、光ファイバ８2内を伝搬する第２のレーザ光Ｌ2の
周波数変調幅と等しいとみなすことができる。

【００６７】次に、演算装置１５は、第２実施形態にお
いて説明した方法と同様にして、（１２）式に今求めた
第１の周波数変調幅Δν1を、（１５）式に第２の周波
数変調幅ν2を、各式の「Δν」へ各々代入する。続い
て、演算装置１５は、代入された（１２）式と（１５）
式とを加算して、距離ｄ（ｔ）の平均距離ｄ^*について
変形した式より、該平均距離ｄ^*を求める。

【００６８】以上、本発明の実施形態を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られ
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
変更等があっても本発明に含まれる。例えば、上述した
第１〜第３実施形態においては、被測定物１０が移動速
度ｖで移動している場合について説明したが、これに限
定されることなく、被測定物１０が振動している場合で
あっても、同様の効果が得られる。つまり、振動時にお
いても、前述したドップラ周波数偏移が生じるからであ
る。

【００６９】また、上述した第１〜第３実施形態による
光ファイバセンサにおいては、レンズを有するプローブ
９1、９2（図１参照）が設けられた構成について説明し
たが、図４に示す光ファイバ８1、８2の出射端面８1a、
８2aと被測定物１０との間の距離が短い場合には、プロ
ーブ９1、９2を設けない構成としてもよい。

【００７０】さらに、上述した第１〜第３実施形態によ
る光ファイバセンサにおいては、遮蔽板１１（図１参
照）が設けられた構成について説明したが、図４に示す
第１の反射光Ｌr1が光ファイバ８2の出射端面８2aに入
射せず、かつ第２の反射光Ｌr2が光ファイバ８1の出射
端面８1aに入射しないという環境下であれば、遮蔽板１
１を設けない構成としてもよい。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、第２のビート周波数と
第１のビート周波数とが加算されることによりドップラ
周波数偏移分が相殺され、かつ光路差分のみが残るた
め、距離測定結果に上記ドップラ周波数偏移分による誤
差分が含まれない。従って、本発明によれば、被測定物
が移動、振動している場合であっても高精度で距離を測
定することができるという効果が得られる。

【００７２】また、請求項３に記載の発明によれば、既
知の周波数変調幅に代えて、リアルタイムな周波数変調
幅を用いて演算を行っており、かつ第３のビート周波数
がドップラ効果の影響を受けないため、さらに高精度で
距離を測定することができるという効果が得られる。

【００７３】また、請求項４に記載の発明によれば、既
知の周波数変調幅に代えて、第１のレーザ光および遅延
レーザ光に各々対応する、リアルタイムな第１および第
２の周波数変調幅に基づいて、距離を求めているため、
請求項３に記載の発明に比して、さらに高精度で距離を
測定することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による光ファイバセンサ
の構成を示す図である。

【図２】図１に示すレーザ駆動装置１の駆動電流Ｉおよ
びレーザ光Ｌoの波形を示す図である。

【図３】図１に示す第１のレーザ光Ｌ1および第２のレ
ーザ光Ｌ2の各波形を示す図である。

【図４】図１に示す被測定物１０の近傍の構成を示す一
部裁断拡大図である。

【図５】図１に示す第１の参照光Ｌs1等の各種レーザ光
の各波形を示す図である。

【図６】本発明の第２実施形態による光ファイバセンサ
の構成を示す図である。

【図７】図６に示す基準光路光ファイバ３０の構成を示
す拡大図である。

【図８】本発明の第３実施形態による光ファイバセンサ
の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ レーザ駆動装置 ２ 半導体レーザ ３ アイソレータ ４、６1、８1〜８3、１２1〜１２4、４１1、４１2、４
３1、４３2 光ファイバ ５、７1、７2、４２1、４２2、７７1、７７2、１００
1、１００2 光ファイバカプラ ６2 遅延用光ファイバ １０ 被測定物 １３1〜１３4 フォトダイオード １４ 周波数検出器 １５ 演算装置 ３０ 基準光路光ファイバ ５０1 第１の基準光路光ファイバ ５０2 第２の基準光路光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−320418（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−297123（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−35811（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三角波状に周波数変調された変調レーザ
   光を発生するレーザ光発生手段と、 前記変調レーザ光を第１のレーザ光および第２のレーザ
   光に分岐する分岐手段と、 その内部を伝搬する前記第１のレーザ光を、移動または
   振動可能とされた被測定物へ導く第１の光ファイバと、 前記第１のレーザ光の一部が前記第１の光ファイバの端
   面に反射された第１の参照光と、前記第１のレーザ光の
   残り一部が前記被測定物に反射され前記端面に再入射し
   た第１の反射光との光路差、および前記第１の反射光が
   受けたドップラ効果によるドップラ周波数偏移により生
   ずる第１の干渉光の第１のビート周波数を検出する第１
   のビート周波数検出手段と、 前記第２のレーザ光に対して、前記第１のレーザ光との
   位相差が前記三角波の半周期となるように遅延をかけ
   て、これを遅延レーザ光として出射する遅延手段と、 その端面が前記第１の光ファイバの前記端面と同一線上
   に位置するように配設され、その内部を伝搬する前記遅
   延レーザ光を、前記被測定物へ導く第２の光ファイバ
   と、 前記遅延レーザ光の一部が前記第２の光ファイバの端面
   に反射された第２の参照光と、前記遅延レーザ光の残り
   一部が前記被測定物に反射され前記端面に再入射した第
   ２の反射光との光路差、および前記第２の反射光が受け
   たドップラ効果によるドップラ周波数偏移により生ずる
   第２の干渉光の第２のビート周波数を検出する第２のビ
   ート周波数検出手段と、 前記第２のビート周波数と前記第１のビート周波数とを
   加算し、前記ドップラ周波数偏移分が相殺され、前記光
   路差分のみの加算結果および前記変調レーザ光の既知の
   周波数変調幅に基づいて、前記第１の光ファイバおよび
   前記第２の光ファイバの各端面と前記被測定物との距離
   を求める演算手段と、 を具備することを特徴とする光ファイバセンサ。
2. 【請求項２】 前記演算手段は、前記第２のビート周波
   数から前記第１のビート周波数を減じ、前記光路差分が
   相殺され、前記ドップラ周波数偏移分のみの減算結果に
   基づいて、前記被測定物の移動・振動速度を求めるこ
   と、 を特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサ。
3. 【請求項３】 前記分岐手段は、前記変調レーザ光を前
   記第１のレーザ光、前記第２のレーザ光および第３のレ
   ーザ光に分岐し、 その内部を前記第３のレーザ光が伝搬する第３の光ファ
   イバと、 その一端面が前記第３の光ファイバの端面に半透過性の
   光学的性質を有するコート材を介して結合され、その他
   端面に全反射性の光学的性質を有する反射コートがコー
   ティングされ、光路長が一定の一定光路長光ファイバ
   と、 前記第３のレーザ光の一部が前記コート材に反射された
   第３の参照光と、前記第３のレーザ光の残り一部が前記
   反射コートに反射され前記コート材に再入射した第３の
   反射光との光路差のみにより生ずる第３の干渉光の第３
   のビート周波数を検出する第３のビート周波数検出手段
   と、 前記第３のビート周波数および前記一定の光路長に基づ
   いて、前記変調レーザ光のリアルタイムな周波数変調幅
   を求める変調幅演算手段とを有し、 前記演算手段は、前記加算結果と、前記既知の周波数変
   調幅に代えて前記リアルタイムな周波数変調幅とに基づ
   いて、前記距離を求めること、 を特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサ。
4. 【請求項４】 前記第１の光ファイバの光路途中に介挿
   され、前記第１のレーザ光の一部を第１の基準レーザ光
   として分岐する第１の基準光分岐手段と、 その内部を前記第１の基準レーザ光が伝搬する第１の基
   準光ファイバと、 その一端面が前記第１の基準光ファイバの端面に半透過
   性の光学的性質を有するコート材を介して結合され、そ
   の他端面に全反射性の光学的性質を有する反射コートが
   コーティングされ、光路長が一定の第１の一定光路長光
   ファイバと、 前記第１の基準レーザ光の一部が前記コート材に反射さ
   れた第１の基準参照光と、前記第１の基準レーザ光の残
   り一部が前記反射コートに反射され前記コート材に再入
   射した第１の基準反射光との光路差のみにより生ずる第
   １の基準干渉光の第１の基準ビート周波数を検出する第
   １の基準ビート周波数検出手段と、 前記第１の基準ビート周波数および前記第１の一定光路
   長光ファイバの前記一定の光路長に基づいて、前記第１
   の基準レーザ光のリアルタイムな第１の周波数変調幅を
   求める第１の変調幅演算手段と、 前記第２の光ファイバの光路途中に介挿され、前記遅延
   レーザ光の一部を第２の基準レーザ光として分岐する第
   ２の基準光分岐手段と、 その内部を前記第２の基準レーザ光が伝搬する第２の基
   準光ファイバと、 その一端面が前記第２の基準光ファイバの端面に半透過
   性の光学的性質を有するコート材を介して結合され、そ
   の他端面に全反射性の光学的性質を有する反射コートが
   コーティングされ、光路長が一定の第２の一定光路長光
   ファイバと、 前記第２の基準レーザ光の一部が前記コート材に反射さ
   れた第２の基準参照光と、前記第２の基準レーザ光の残
   り一部が前記反射コートに反射され前記コート材に再入
   射した第２の基準反射光との光路差のみにより生ずる第
   ２の基準干渉光の第２の基準ビート周波数を検出する第
   ２の基準ビート周波数検出手段と、 前記第２の基準ビート周波数および前記第２の一定光路
   長光ファイバの前記一定の光路長に基づいて、前記第２
   の基準レーザ光のリアルタイムな第２の周波数変調幅を
   求める第２の変調幅演算手段とを有し、 前記演算手段は、前記加算結果と、前記既知の周波数変
   調幅に代えて前記リアルタイムな第１および第２の周波
   数変調幅とに基づいて前記距離を求めること、 を特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサ。