JP3999599B2 - 物理量測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力などのような物理量の差分値を測定する物理量測定装置に関し、特に、距離的に離れた位置で発生する物理量の差分値を、周囲環境などに影響されずに正確に測定できるようにする物理量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油プラントなどのようなプラントを制御する場合、距離的に離れた位置に存在するプロセス流体の圧力の差分値を測定することが要求されることがある。
【０００３】
従来では、このような場合、図４４（ａ）に示すように、２か所の測定位置のそれぞれに圧力計を用意する構成を採って、その２台の圧力計の測定値（電気信号）を演算回路へ伝送して差分処理することで、２か所の測定位置で発生する圧力の差分値を測定するようにしている。
【０００４】
その他に、図４４（ｂ）に示すように、圧力の差分値を測定する差圧計を用意する構成を採って、導圧管を使って、２か所の測定位置のそれぞれから差圧計へプロセス流体を導き入れることで、２か所の測定位置で発生する圧力の差分値を測定するようにしている。
【０００５】
このような導圧管を用いる方法では、導圧管が詰まって測定できなくなったり、導圧管が破損するとプロセス流体が外部に流れ出てしまうという問題点がある。
【０００６】
そこで、図４４（ｃ）に示すように、シリコンオイルなどの封入液を封入するリモートシールを使って、２か所の測定位置のそれぞれから差圧計へプロセス流体の圧力を伝搬させることで、２か所の測定位置で発生する圧力の差分値を測定するようにすることもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２か所の測定位置のそれぞれに圧力計を用意する構成を採って、その２台の圧力計の測定値を演算回路で差分処理するという方法を用いていると、高価な圧力計を２台用意しなければならず、コストが高くなるという問題点がある。
【０００８】
一方、導圧管を使って、２か所の測定位置のそれぞれから差圧計へプロセス流体を導き入れるという方法を用いていると、導圧管が詰まって測定できなくなるという問題点や、導圧管が破損するとプロセス流体が外部に流れ出るという問題点がある。
【０００９】
一方、リモートシールを使って、２か所の測定位置のそれぞれから差圧計へプロセス流体の圧力を伝搬させるという方法を用いていると、導圧管の詰まりやプロセス流体が外部に流れ出てしまうという危険性はないものの、２本のリモートシールが異なる環境下に配置されるために、温度などの影響を受けることで測定精度が低下するという問題点がある。しかも、この方法では、リモートシールが破損するときに封入液が外部に漏れるという問題点がある。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、距離的に離れた位置で発生する物理量の差分値を周囲環境などに影響されずに正確に測定できるようにする新たな物理量測定技術の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明では、（１）複数の測定個所のそれぞれに設置され、半透過鏡と全反射鏡とが物質を挟んで対向する形で設けられることで構成されて、該半透過鏡に入力される入力光に対して測定対象の物理量に応じた光路差を発生させて反射する複数のセンサと、（２）最前段のセンサに対応付けて設けられて、そのセンサに光源の発光する光を伝送する光ファイバ手段と、（３）最前段のセンサ以外の各センサに対応付けて設けられて、前段のセンサに対応付けて設けられる光ファイバ手段を逆伝送する光路差の発生された光を入力として、その光を対となるセンサに伝送する光ファイバ手段と、（４）最後段のセンサに対応付けて設けられる光ファイバ手段を逆伝送する光路差の発生された光を入力として、その光を２つに分波する光学手段と、（５）光学手段から出射される２つに分波された光により生成されて、２つのセンサの発生する光路差の差分値の大きさに応じて縞位置が決められることになる干渉縞を検知する検知手段と、（６）検知手段により検知される干渉縞の縞位置の移動量を検出して、その検出結果に基づいて、２つのセンサの設置される測定個所に存在する測定対象の物理量の差分値を算出する算出手段とを備えるように構成する。
ここで、上記の光学手段により２つに分波された光を入力とする光学手段であって、入力光を２つに分波する光学手段単位の集まりで構成されて、後段の光学手段単位が前段の光学手段単位の出力光を入力光とする階層構造の形で接続され、さらに、検知手段に光を出射する最終段の光学手段単位の出射間隔がそれぞれ異なるものとなる光学手段を備えることがある。
【００１２】
この構成を採るときに、各光ファイバ手段の光の伝送先となるセンサの一部又は全てが、同一構造を持つ複数のセンサの並列接続されるもので構成されることがある。
【００１８】
このように構成される本発明では、測定対象の物理量に応じて、入力光に対して、光路差２×ｎ×Ｌ（ｎは半透過鏡と全反射鏡との間に存在する物質の屈折率、Ｌは半透過鏡と全反射鏡との間の距離）を発生させる少なくとも２つのセンサが用意されていて、最前段のセンサが光路差２×ｎa ×Ｌa の発生機能を有し、次段のセンサが光路差２×ｎb ×Ｌb の発生機能を有する場合の例で説明するならば、最前段のセンサに対応付けて設けられる光ファイバを介して、その最前段のセンサに光源の発光する光が入力されると、その最前段のセンサの光路差２×ｎa ×Ｌa の発生機能により、光路長が変化をしない光と、光路長が２×ｎa ×Ｌa 変化する光とが発生する。
【００１９】
この２つの光は、次段のセンサに対応付けて設けられる光ファイバを介して次段のセンサに入力され、その次段のセンサの光路差２×ｎb ×Ｌb の発生機能により、この入力光を起点にして、光路長が変化しない光と、光路長が２×ｎb ×Ｌb 変化する光とが発生する。
【００２０】
これから、最前段のセンサで２×ｎa ×Ｌa の光路長の変化を受けて次段のセンサに入力され、そこでは２×ｎb ×Ｌb の光路長の変化を受けないで伝送する光と、最前段のセンサで２×ｎa ×Ｌa の光路長の変化を受けないで次段のセンサに入力され、そこでは２×ｎb ×Ｌb の光路長の変化を受けて伝送する光とが存在することで、２×（ｎa ×Ｌa −ｎb ×Ｌb ）という因子を持つ位相差が発生し、これにより、光路差２×（ｎa ×Ｌa −ｎb ×Ｌb ）に応じた干渉縞がセンサの上に生成される。
【００２１】
この光路差２×（ｎa ×Ｌa −ｎb ×Ｌb ）に応じた干渉縞の縞位置は、測定対象の物理量の差分値に対応付けられるので、例えば、その差分値がない場合の干渉縞の位置からの移動量を検出して、その検出した移動量に従って、測定対象の物理量の差分値を算出する。
【００２２】
このように、本発明では、距離的に離れた位置で測定される物理量の差分値を測定するにあたって、導圧管やリモートシールなどの代わりに光ファイバを用いて、光干渉を使ってその差分値を測定するという構成を採ることから、距離的に離れた位置で発生する物理量の差分値を周囲環境などに影響されずに正確に測定できるようになる。
【００２３】
すなわち、光ファイバ中を伝送する全ての光波は同じ位相変動を受けることで、外乱による干渉はキャンセルし合うことになるので、本発明によれば、距離的に離れた位置で発生する物理量の差分値を周囲環境などに影響されずに正確に測定できるようになるのである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、距離的に離れた測定点で発生する圧力の差分値を測定する実施の形態に従って、本発明を詳細に説明する。
【００２５】
図１に、本発明の一実施形態例を図示する。
【００２６】
この実施形態例は、第１の測定点に設置されて、第１の測定点で発生する圧力に応じて入力光に光路差を発生させる第１のセンサ１００ａと、第２の測定点に設置されて、第２の測定点で発生する圧力に応じて入力光に光路差を発生させる第２のセンサ１００ｂとを使って、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との差分値を測定する構成を採っている。
【００２７】
この第１のセンサ１００ａは、ダイアフラムなどの受圧部材にセットされる全反射鏡１０１ａと、全反射鏡１０１ａに対向して設けられて、入力光の一部を反射するとともに、残りの一部を透過する半透過鏡１０２ａと、半透過鏡１０２ａを透過する光を平行化して全反射鏡１０１ａに照射するレンズ１０３ａとで構成されており、半透過鏡１０２ａと全反射鏡１０１ａとの間の距離をＬa で表すならば、入力光に対して、半透過鏡１０２ａで反射される場合と全反射鏡１０１ａで反射される場合とで、２ｎa Ｌa ( ｎa は半透過鏡１０２ａと全反射鏡１０１ａとの間にある物質の屈折率）という光路差を発生させる。
【００２８】
一方、第２のセンサ１００ｂは、第１のセンサ１００ａと同一の構造を有して、ダイアフラムなどの受圧部材にセットされる全反射鏡１０１ｂと、全反射鏡１０１ｂに対向して設けられて、入力光の一部を反射するとともに、残りの一部を透過する半透過鏡１０２ｂと、半透過鏡１０２ｂを透過する光を平行化して全反射鏡１０１ｂに照射するレンズ１０３ｂとで構成されており、半透過鏡１０２ｂと全反射鏡１０１ｂとの間の距離をＬb で表すならば、入力光に対して、半透過鏡１０２ｂで反射される場合と全反射鏡１０１ｂで反射される場合とで、２ｎb Ｌb ( ｎb は半透過鏡１０２ｂと全反射鏡１０１ｂとの間にある物質の屈折率）という光路差を発生させる。
【００２９】
以下、説明の便宜上、「ｎa ＝ｎb 」を想定するとともに、第１の測定点と第２の測定点との間に圧力差がない場合に「Ｌa ＝Ｌb 」となる第１のセンサ１００ａ及び第２のセンサ１００ｂを用いることを想定する。
【００３０】
このように構成されるときにあって、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間に圧力差がない場合には、「Ｌa ＝Ｌb 」となり、半透過鏡１０２ａと全反射鏡１０１ａとの間にある物質と、半透過鏡１０２ｂと全反射鏡１０１ｂとの間にある物質とが同じであることで「ｎa ＝ｎb 」となることから、第１のセンサ１００ａにより発生する光路差２ｎa Ｌa と、第２のセンサ１００ｂにより発生する光路差２ｎb Ｌb とは一致することになる。
【００３１】
これに対して、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間に圧力差がある場合には、この２つの光路差に違いがでる。
【００３２】
図１の実施形態例は、この２つの光路差の違いを検出することで、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との差分値を測定するという構成を採るものであり、低コヒーレント光を発光するＬＥＤなどで構成される光源１（いわゆる白色光源で構成される光源１）と、光源１の発光する光を取り出すシングルモードの光ファイバ２と、第１のセンサ１００ａに対応付けて設けられて、光ファイバ２の取り出す光を第１のセンサ１００ａに伝送するシングルモードの光ファイバ３ａと、光ファイバ２と光ファイバ３ａとを結合するとともに、光ファイバ３ａを逆伝送してくる光を分波する光分波結合器４ａと、光分波結合器４ａの分波する光を取り出すシングルモードの光ファイバ５と、第２のセンサ１００ｂに対応付けて設けられて、光ファイバ５の取り出す光を第２のセンサ１００ｂに伝送するシングルモードの光ファイバ３ｂと、光ファイバ５と光ファイバ３ｂとを結合するとともに、光ファイバ３ｂを逆伝送してくる光を分波する光分波結合器４ｂと、光分波結合器４ｂの分波する光を取り出すシングルモードの光ファイバ６と、光ファイバ６の取り出す光を２つに分波する光分波結合器７と、光分波結合器７の分波する一方の光を取り出すシングルモードの光ファイバ８ａと、光分波結合器７の分波するもう一方の光を取り出すシングルモードの光ファイバ８ｂと、光ファイバ８ａ及び光ファイバ８ｂから出射される光により生成される干渉縞を検出するラインイメージセンサ９と、ラインイメージセンサ９の検出する干渉縞の縞位置から、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間の圧力差を算出する演算装置１０とを備える。
【００３３】
なお、後述するように、光ファイバ３ａ，３ｂについては、シングルモードのものに限られる必要はなくマルチモードのものを用いることも可能であり、これに対応して、光ファイバ２，５，６，８ａ，８ｂについても、シングルモードのものに限られる必要はなくマルチモードのものを用いることも可能である。
【００３４】
このように構成される本発明では、図２（ａ）に示すように、全反射鏡１０１ａで反射してから全反射鏡１０１ｂで反射して伝送する光の伝送パターン（第１の伝送パターン）と、図２（ｂ）に示すように、半透過鏡１０２ａで反射してから半透過鏡１０２ｂで反射して伝送する光の伝送パターン（第２の伝送パターン）と、図２（ｃ）に示すように、半透過鏡１０２ａで反射してから全反射鏡１０１ｂで反射して伝送する光の伝送パターン（第３の伝送パターン）と、図２（ｄ）に示すように、全反射鏡１０１ａで反射してから半透過鏡１０２ｂで反射して伝送する光の伝送パターン（第４の伝送パターン）という、４種類の光の伝送パターンが存在することになる。
【００３５】
したがって、ラインイメージセンサ９に向けて出射される光の位相差としては、（イ）図３に示すように、第１の伝送パターンと第２の伝送パターンとの組み合わせにより発生する位相差＝ｋ×２（ｎa Ｌa ＋ｎb Ｌb ）と、（ロ）図４に示すように、第２の伝送パターンと第４の伝送パターンとの組み合わせ（図中の（ａ))と、第１の伝送パターンと第３の伝送パターンとの組み合わせ（図中の（ｂ))により発生する位相差＝ｋ×２ｎa Ｌa と、（ハ）図５に示すように、第２の伝送パターンと第３の伝送パターンとの組み合わせ（図中の（ａ))と、第１の伝送パターンと第４の伝送パターンとの組み合わせ（図中の（ｂ))により発生する位相差＝ｋ×２ｎb Ｌb と、（ニ）図６に示すように、第３の伝送パターンと第４の伝送パターンとの組み合わせにより発生する位相差＝ｋ×２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という、４種類の位相差が存在することになる。
【００３６】
一方、ラインイメージセンサ９上の任意の点（ｚ，０）に到達する光ファイバ８ａから出射される光と光ファイバ８ｂから出射される光との間には、図７に示す式（ヤングの干渉計の式）に従って算出される光路差Δが存在する。ここで、“ｈ”は、ラインイメージセンサ９と光ファイバ８ａ，８ｂの先端との間の距離を示し、“２ａ”は、光ファイバ８ａ，８ｂの先端同士の間の距離を示している。
【００３７】
これから、ラインイメージセンサ９上に生成される干渉縞は、光源１の発光する光のコヒーレンス長をｌc で表すならば、
ｌc ≧Δ−２（ｎa Ｌa ＋ｎb Ｌb )
ｌc ≧Δ−２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）
ｌc ≧Δ−２ｎa Ｌa
ｌc ≧Δ−２ｎb Ｌb
ｌc ≧Δ＋２（ｎa Ｌa ＋ｎb Ｌb ）
ｌc ≧Δ＋２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）
ｌc ≧Δ＋２ｎa Ｌa
ｌc ≧Δ＋２ｎb Ｌb
という条件が成立するときに、
Δ＝２（ｎa Ｌa ＋ｎb Ｌb ）
Δ＝２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）
Δ＝２ｎa Ｌa
Δ＝２ｎb Ｌb
となる場所で強い干渉強度を示すことになる。
【００３８】
このラインイメージセンサ９上に生成される干渉縞の強度は、ガウシアン分布のビーム強度を持つビームを想定するならば、図８に示すようなモデル式に従ってシミュレーションすることができる。
【００３９】
図９に、そのシミュレーションの一例を図示する。
【００４０】
ここで、図９に示すシミュレーションは、図７中に示すｈを１００ｍｍ、図７中に示すａを１０ｍｍ、ｎa を空気の屈折率である１、ｎb を空気の屈折率である１として、（イ）Ｌa ＝１５０μｍ、Ｌb ＝１５０μｍのときに生成される干渉縞と、（ロ）Ｌa ＝１５０μｍ、Ｌb ＝２００μｍのときに生成される干渉縞と、（ハ）Ｌa ＝１５０μｍ、Ｌb ＝２５０μｍのときに生成される干渉縞とをシミュレーションすることで行った。
【００４１】
図中に示す▲１▼は中央部の固定位置に出現する中央干渉縞、▲２▼は２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞、▲３▼は２ｎa Ｌa という光路差因子に基づく干渉縞、▲４▼は２ｎb Ｌb という光路差因子に基づく干渉縞、▲５▼は２（ｎa Ｌa ＋ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞である。
【００４２】
このシミュレーションから分かるように、干渉縞は左右対称に出現し、Ｌb の増大に合わせて互いに逆方向に移動する。
【００４３】
２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子は、第１のセンサ１００ａの置かれる第１の測定点で発生する圧力と第２のセンサ１００ｂの置かれる第２の測定点で発生する圧力との差圧を示しており、これから、この２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動量を検出することで、その差圧を算出することができる。
【００４４】
演算装置１０は、この差圧を算出する処理を行うものであり、図１０にその処理内容をフローチャートの形で図示する。
【００４５】
演算装置１０は、実際の測定に入る前には、図１０（ａ）に示すフローチャートの処理を行うことで、実際の測定で必要となる演算パラメータを算出してメモリに保存する処理を行う。
【００４６】
すなわち、演算装置１０は、実際の測定に入る前に、図１０（ａ）に示すフローチャートに示すように、先ず最初に、ステップ１で、測定の基準となる差圧条件を決定して、それをメモリに保存する。
【００４７】
続いて、ステップ２で、その決定した基準の差圧条件下で、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の位置を実際に検出して、それを干渉縞位置の初期値としてメモリに保存する。
【００４８】
このときにおける干渉縞位置の検出は、例えば、ラインイメージセンサ９の出力する画素値の微分値をとって、中央干渉縞の次に出現する微分極大値の位置を検出することで行う。また、分解能を上げるために、左右対称位置のものを検出することが好ましい。
【００４９】
ここで、基準の差圧条件がゼロ差圧であるときには、中央干渉縞が干渉縞位置の初期値となるので、このステップ２の処理を省略することが可能である。
【００５０】
続いて、ステップ３で、決定した基準の差圧条件下の近傍で、実際に差圧を変化させて、そのときの２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞位置の移動量を求めることで、差圧変化に対する干渉縞の移動量の変化率を求めて、それをメモリに保存する。
【００５１】
一方、演算装置１０は、実際の測定を行うときには、図１０（ｂ）に示すフローチャートの処理を行うことで差圧を測定する。
【００５２】
すなわち、演算装置１０は、実際の測定に入ると、図１０（ｂ）に示すフローチャートに示すように、先ず最初に、ステップ１で、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の位置を検出する。
【００５３】
このときにおける干渉縞位置の検出は、例えば、ラインイメージセンサ９の出力する画素値の微分値をとって、中央干渉縞の次に出現する微分極大値の位置を検出することで行う。また、分解能を上げるために、左右対称位置のものを検出することが好ましい。
【００５４】
続いて、ステップ２で、その検出した干渉縞位置と、メモリに保存してある干渉縞位置の初期値との差分値を算出することで、干渉縞位置の初期値からの移動量を算出する。
【００５５】
続いて、ステップ３で、その算出した移動量を、メモリに保存してある差圧変化に対する干渉縞位置の移動量の変化率で割り算することで、メモリに保存してある基準の差圧条件からの差圧の変位を算出する。
【００５６】
続いて、ステップ４で、その算出した差圧の変位と、メモリに保存してある基準の差圧条件とを加算することで現在の差圧を算出して、それを測定結果として出力する。
【００５７】
このようにして、演算装置１０は、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動量を検出し、それに基づいて差圧を算出して出力するように処理するのである。
【００５８】
以上に説明した実施形態例では、第１の測定点と第２の測定点との間に圧力差がない場合に「ｎa Ｌa ＝ｎb Ｌb 」となる第１のセンサ１００ａ及び第２のセンサ１００ｂを用いることを想定した。
【００５９】
この場合には、図９のシミュレーション結果から分かるように、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間の差圧を示す２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞は、ヤングの干渉計に基づく中央干渉縞の位置を起点にして、その差圧の絶対値の大きさが大きくなるに従って中央干渉縞から離れる形態で移動することになる。
【００６０】
本発明は、このような構成の第１のセンサ１００ａ及び第２のセンサ１００ｂを用いることに限られるものではなくて、第１の測定点と第２の測定点との間に圧力差がない場合に「ｎa Ｌa ≠ｎb Ｌb 」となる第１のセンサ１００ａ及び第２のセンサ１００ｂを用いることも可能であり、この場合には負圧を測定できるようになる。
【００６１】
すなわち、第１の測定点と第２の測定点との間に圧力差がない場合に「ｎa Ｌa ≠ｎb Ｌb 」となる第１のセンサ１００ａ及び第２のセンサ１００ｂを用いる場合には、図１１に示すように、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞が中央干渉縞以外の干渉縞位置を起点にして、その２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）の持つ符号の指定する向きに応じて移動するので、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間の圧力差が逆転するような負圧についても測定できるようになるのである。
【００６２】
演算装置１０は、上述したように、基準の差圧条件を設定し、その基準の差圧条件下での干渉縞の初期値を検出して、それからの変位を検出することで圧力の差分値を測定するという構成を採っているので、図１１に示すような動きを示す干渉縞の移動についても、その移動を検出することで圧力の差圧値を測定できるのである。
【００６３】
また、以上に説明した実施形態例では、光ファイバ３ａ，３ｂとしてシングルモードのものを用いることを想定したが、マルチモードのものを用いることも可能である。
【００６４】
マルチモードの光ファイバのコア径は、シングルモードの光ファイバのコア径よりも大きいことから、光ファイバ３ａ，３ｂとしてマルチモードのものを用いると、ファブリペロ構造を持つ第１のセンサ１００ａから戻される光が効率的に光ファイバ３ａのコアに戻されるとともに、ファブリペロ構造を持つ第２のセンサ１００ｂから戻される光が効率的に光ファイバ３ｂのコアに戻されるという利点が得られることになる。
【００６５】
すなわち、図１２に示すように、ファブリペロ構造を持つ第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂから戻される光の一部は、光ファイバ３ａや光ファイバ３ｂのクラッドに戻されることになるが、光ファイバ３ａや光ファイバ３ｂのコア径が大きいと、そのクラッドに戻される光の割合が小さくなることで、第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂから戻される光が効率的に光ファイバ３ａや光ファイバ３ｂのコアに戻されるという利点が得られるのである。
【００６６】
一方、図８に示す干渉縞強度のモデル式から分かるように、ラインイメージセンサ９上に生成される干渉縞は、コヒーレンス長ｌc で規定される減衰係数を持つγ（Ａ）という減衰項に従って、コヒーレンス長ｌc で規定される幅を持つことになる。
【００６７】
したがって、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞がヤングの干渉計に基づく中央干渉縞の持つ幅から外れないと、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動を検出できないことになる。
【００６８】
これから、Ｌa やＬb の長さを大きくする必要があり、そのときにも、光ファイバ３ａや光ファイバ３ｂのコアに光を効率的に戻すことができるようにするために、光ファイバ３ａや光ファイバ３ｂのコア径を大きくする必要がある。
【００６９】
このようにして、光ファイバ３ａ，３ｂとしてマルチモードのものを用いると、第１のセンサ１００ａから戻される光が効率的に光ファイバ３ａのコアに戻されるようになるとともに、第２のセンサ１００ｂから戻される光が効率的に光ファイバ３ｂのコアに戻されるようになるという利点が得られ、それにより、Ｌa 及びＬb の長さを大きくできるようになることで、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動を正確に測定できるようになるという利点が得られることになる。
【００７０】
次に、第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂのギャップ長Ｌに基づく光量ロスについて行ったシミュレーションの結果について説明する。
【００７１】
このシミュレーションは、マクスウエルの電磁波方程式を解くビーム伝搬法(Beam Propagation Method) を実装した市販のソフトウェアパッケージを使い、光ファイバの外径を１００μｍ、光ファイバのコアの屈折率を１.4５、光ファイバのクラッドの屈折率を１.4４７、光の波長を０.8４μｍ、ギャップ長Ｌの間にある媒体を空気層、光ファイバのコア径φを１０／２０／４０／６０μｍ、第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂのギャップ長Ｌを０.5／１／２.5／５／１０／２５／５０／１００μｍとして行った。
【００７２】
図１３ないし図１５に、このシミュレーションの結果を図示する。ここで、図１４は、図１３のシミュレーション結果の一部拡大図を示し、図１５は、図１４のシミュレーション結果の一部拡大図を示している。
【００７３】
図１３ないし図１５において、横軸はギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）を表し、縦軸は光ファイバ中を１ｍｍ逆伝搬した場所での、入射光量に対する反射光量との比で定義される光量ロス（％）を示している。
【００７４】
図１４のシミュレーション結果から分かるように、０.1％の光量ロスを目安とした場合、コア径φが１０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.5となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ５μｍであることが分かる。また、コア径φが２０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.8となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ１６μｍであることが分かる。また、コア径φが４０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ１.2となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ４８μｍであることが分かる。また、コア径φが６０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ１.5となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ９０μｍであることが分かる。
【００７５】
そして、図１５のシミュレーション結果から分かるように、０.0１％の光量ロスを目安とした場合、コア径φが１０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.2となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ２μｍであることが分かる。また、コア径φが２０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.2となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ４μｍであることが分かる。また、コア径φが４０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.4となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ１６μｍであることが分かる。また、コア径φが６０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.5となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ３０μｍであることが分かる。
【００７６】
このように、光量ロスの観点から、光ファイバ３ａや光ファイバ３ｂのコア径が与えられるときに、第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂのギャップ長Ｌには上限値が存在することになる。
【００７７】
例えば、コア径φが１２.5μｍとなる市販のシングルモードの光ファイバを用いる場合には、光量ロスを０.1％に抑える場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.6となることで、ギャップ長Ｌは７.5μｍ以下とする必要がある。また、コア径φが５０μｍとなる市販のマルチモードの光ファイバを用いる場合には、光量ロスを０.1％に抑える場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ１.3５となることで、ギャップ長Ｌは６７μｍ以下とする必要がある。但し、光量ロスが大きくなることを許容する場合には、この上限値はこれよりも大きくなることは言うまでもない。
【００７８】
なお、この条件は、あくまで、ファブリペロ構造を持つ第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂを想定したことによりでてきたものであり、受圧部が光導波路で構成されるような他の構造を持つ場合には、このような上限値に制限されるものでないことは言うまでもない。
【００７９】
上述したように、第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂのギャップ長Ｌ（Ｌa,Ｌb ) を大きくすると、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞がヤングの干渉計に基づく中央干渉縞の持つ幅から大きく外れることで、その干渉縞の移動を正確に検出できるようになり有利である。
【００８０】
例えば、図１６（ａ）に示すシミュレーション結果は、シングルモードの光ファイバを想定することで「Ｌa ＝６μｍ、Ｌb ＝５μｍ」として、図８に示すモデル式に基づいて行ったシミュレーション結果を示しているが、この場合には、Ｌa,Ｌb が小さいことで、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞がヤングの干渉計に基づく中央干渉縞の持つ幅に入ってしまい、実質的にその干渉縞の移動を検出することができない。
【００８１】
これに対して、図１６（ｂ）に示すシミュレーション結果は、マルチモードの光ファイバを想定することで「Ｌa ＝６０μｍ、Ｌb ＝３５μｍ」として、図８に示すモデル式に基づいて行ったシミュレーション結果を示しているが、この場合には、Ｌa,Ｌb を大きくとれることで、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞がヤングの干渉計に基づく中央干渉縞の持つ幅から外れることで、その干渉縞の移動を検出することができるのである。
【００８２】
ここで、図１６（ａ)(ｂ）に示すシミュレーション結果は、ｈ＝１００ｍｍ、ａ＝１.0ｍｍ、中心波長λ0 ＝８５０ｎｍ、発光帯域半値全幅Δλ＝２２ｎｍ、コヒーレンス長ｌc （０.4４×λ0 2／Δλ）＝１４μｍ、センサ素子長＝８ｍｍを想定して行った。
【００８３】
なお、図中に示すコヒーレンス長ｌc はセンサ素子長と対比されるべきものではなくて、コヒーレンス長ｌc で規定される干渉縞の持つ幅を示しているものに過ぎない。
【００８４】
このシミュレーション結果を見る限り、シングルモードの光ファイバを使えないという結論になってしまうが、そのようなことはない。
【００８５】
例えば、図１７に示すシミュレーション結果は、シングルモードの光ファイバを想定することで「Ｌa ＝２０μｍ、Ｌb ＝７μｍ」として、図８に示すモデル式に基づいて行ったシミュレーション結果を示しているが、この場合には、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞がヤングの干渉計に基づく中央干渉縞の持つ幅から外れることで、その干渉縞の移動を検出することができる。
【００８６】
ここで、この図１７のシミュレーション結果は、Ｌa,Ｌb 以外の条件については、図１６（ａ)(ｂ）に示すシミュレーション結果と同じである。
【００８７】
この図１７のシミュレーション結果から分かるように、光ファイバとしては、マルチモードのものでなければならないということはなく、シングルモードのものを用いることも可能である。
【００８８】
次に、図１に示した本発明を構成する各構成要素について詳細に説明する。
【００８９】
（イ）光源１の構成
光源１は、低コヒーレント光を発光する白色光源である。これは、高いコヒーレンシーの光を用いると、中央干渉縞がなかなか減衰しないことで、その幅が大きくなり、これにより、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の位置を正確に検出することが不可能になるからである。
【００９０】
図１８ないし図２１に、これを検証するために行ったシミュレーションの結果を図示する。
【００９１】
ここで、このシミュレーションは、図７中に示すｈを１００ｍｍ、図７中に示すａを１０ｍｍ、ｎa を空気の屈折率である１、ｎb を空気の屈折率である１、光源１の発光波長を８５０ｎｍ、Ｌa ＝５０μｍ、Ｌb ＝１５０μｍ，２００μｍ，２５０μｍとし、（イ）光源１の発光帯域半値全幅が０.4４ｎｍのときに生成される干渉縞と、（ロ）光源１の発光帯域半値全幅が２.2ｎｍのときに生成される干渉縞と、（ハ）光源１の発光帯域半値全幅が２２ｎｍのときに生成される干渉縞と、（ニ）光源１の発光帯域半値全幅が４４ｎｍのときに生成される干渉縞とをシミュレーションすることで行った。
【００９２】
図１８に示すシミュレーション結果が光源１の発光帯域半値全幅が０.4４ｎｍのときに生成される干渉縞であり、図１９に示すシミュレーション結果が光源１の発光帯域半値全幅が２.2ｎｍのときに生成される干渉縞であり、図２０に示すシミュレーション結果が光源１の発光帯域半値全幅が２２ｎｍのときに生成される干渉縞であり、図２１に示すシミュレーション結果が光源１の発光帯域半値全幅が４４ｎｍのときに生成される干渉縞である。
【００９３】
ここで、光源１のコヒーレンス長ｌc は、発光波長λ0 と発光帯域半値全幅Δλとから、
ｌc ＝０.4４×（λ0 2／Δλ）
により求められるので、図１８に示すシミュレーション結果のコヒーレンス長ｌc は７２２μｍ、図１９に示すシミュレーション結果のコヒーレンス長ｌc は１４４μｍ、図２０に示すシミュレーション結果のコヒーレンス長ｌc は１４μｍ、図２１に示すシミュレーション結果のコヒーレンス長ｌc は７μｍとなる。
【００９４】
このシミュレーション結果から、発光帯域半値全幅が２２ｎｍ程度の低いコヒーレンシーの光を発光する光源１を用意すれば、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の位置を検出することが可能になることが検証できた。
【００９５】
すなわち、コヒーレンス長ｌc が大きくなると、コヒーレンス長ｌc で規定される幅を持つ中央干渉縞の幅が大きくなることで、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞が中央干渉縞の内部に埋もれてしまうことになって、その干渉縞の位置を検出することが不可能になるので、低いコヒーレンシーの光を発光する光源１を用いる必要がある。
【００９６】
このような低いコヒーレンシーの発光を実現するために、図２２に示すように、発光波長の異なる複数の光源１を用意して、それを光分波結合器４ａに伝送するという構成を採ってもよい。
【００９７】
（ロ）第１のセンサ１００ａ／第２のセンサ１００ｂの構成
第１のセンサ１００ａとしては、単一構成のものを用いる他に、図２３に示すように、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよい。ここで、図中に示す１１ａは、並列接続を構成する各センサへの距離が等しくなるようにと設けられる光分波結合器である。
【００９８】
第１のセンサ１００ａは、第１の測定点で発生する圧力を検出するものであり、このような複数並列接続構成のものを用いると、それぞれのセンサが入力光に対して同一の２ｎa Ｌa という光路差を発生することで、光学的に平均値を算出していることになり、第１の測定点で発生する圧力を高精度に検出できるようになる。
【００９９】
また、第２のセンサ１００ｂとしては、単一構成のものを用いる他に、図２３に示すように、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよい。ここで、図中に示す１１ｂは、並列接続を構成する各センサへの距離が等しくなるようにと設けられる光分波結合器である。
【０１００】
第２のセンサ１００ｂは、第２の測定点で発生する圧力を検出するものであり、このような複数並列接続構成のものを用いると、それぞれのセンサが入力光に対して同一の２ｎb Ｌb という光路差を発生することで、光学的に平均値を算出していることになり、第２の測定点で発生する圧力を高精度に検出できるようになる。
【０１０１】
（ハ）ヤングの干渉計の構成
図１に示す実施形態例では、光分波結合器７を使って、第２のセンサ１００ｂから逆伝送される光を光ファイバ８ａと光ファイバ８ｂとに分波することで、ヤングの干渉計を構成している。
【０１０２】
干渉計の構成方法としては、このような構成方法に限られるものではなくて、図２４ないし図３０に示すような様々な構成方法（図２４〜図２６：ヤングの干渉計、図２７〜図３０：ルンマーゲールケの干渉計）を用いることが可能である。
【０１０３】
図２４に示すヤングの干渉計の構成方法では、光分波結合器７を介して光ファイバ６に接続される光ファイバ８ａ，８ｂに代えて、光ファイバ６の前面に、２つのスリット又はピンホールを持つ光遮蔽板１２を備えることで、ヤングの干渉計を構成している。
【０１０４】
また、図２５に示すヤングの干渉計の構成方法では、シングルモードの光ファイバ８ａ，８ｂに代えて、２モードの光ファイバ１３を接続することで、ヤングの干渉計を構成している。
【０１０５】
ここで、図２５中に示す１４は光ファイバ６と光ファイバ１３とを接続するコネクタ、１５ａ，１５ｂは２モードの光ファイバ１３から出射される光をラインイメージセンサ９に照射する全反射鏡である。
【０１０６】
また、図２６に示すヤングの干渉計の構成方法では、図２５の構成方法を用いるときに、更に、２モードの光ファイバ１３から出射される光を直線偏光にする偏光子１６を備える構成を採っている。偏光度を高めることで干渉性がよくなるので、偏光子１６を備えるのである。
【０１０７】
また、図２７に示すルンマーゲールケの干渉計の構成方法では、光ファイバ８ａ，８ｂに代えて、円錐状のガラス体１７と、光ファイバ６から出射される光を平行にしてガラス体１７の底面部に入射するレンズ１８とを備えることで、ルンマーゲールケの干渉計（この構成方法では、２次元的な広がりを持つ干渉縞が生成される）を構成している。
【０１０８】
この構成に従って、レンズ１８により平行化された光は、ガラス体１７の持つテーパ部の間で多重反射を繰り返し、そのとき、その一部がガラス体１７を通り抜けることで光路差Δが発生して、ルンマーゲールケの干渉計を構成することになる。
【０１０９】
ここで、ガラス体１７の持つテーパ部には、部分反射鏡が形成されていることもある。また、ガラス体１７とラインイメージセンサ９との間に、ガラス体１７を通り抜けた光を平行化するレンズが設けられることもある。
【０１１０】
また、図２８に示すルンマーゲールケの干渉計の構成方法では、図２７の構成方法で用いる円錐状のガラス体１７に代えて、テーパ部を持つ平面形状のガラス板１９ａ，１９ｂが２枚貼り合わされることで構成されるものを用いることで、ルンマーゲールケの干渉計を構成している。
【０１１１】
ここで、ガラス板１９ａとガラス板１９ｂとの間には全反射鏡が形成されており、この構成に従って、この全反射鏡とテーパ部との間で多重反射を繰り返し、そのとき、その一部がガラス板１９ａ，１９ｂを通り抜けることで光路差Δが発生して、ルンマーゲールケの干渉計を構成することになる。
【０１１２】
また、図２９に示すルンマーゲールケの干渉計の構成方法では、光ファイバ８ａ，８ｂに代えて、下面に全反射鏡が形成される平面ガラス板２０と、光ファイバ６から出射される光を平行にして平面ガラス板２０に入射するレンズ２１とを備えることで、ルンマーゲールケの干渉計を構成している。
【０１１３】
この構成に従って、レンズ２１により平行化された光は、平面ガラス板２０の上面と下面との間で多重反射を繰り返し、そのとき、その一部が平面ガラス板２０を通り抜けることで光路差Δが発生して、ルンマーゲールケの干渉計を構成することになる。
【０１１４】
また、図３０に示すルンマーゲールケの干渉計の構成方法では、図２９の構成方法で用いる平面ガラス板２０に加えて、その平面ガラス板２０の上に載置されるもう１つの平面ガラス板２２を用いることで、ルンマーゲールケの干渉計を構成している。
【０１１５】
ここで、平面ガラス板２０とその上に載置される平面ガラス板２２との間に部分反射鏡が形成されており、この構成に従って、光路差Δが発生して、ルンマーゲールケの干渉計を構成することになる。
【０１１６】
なお、図２９や図３０のルンマーゲールケの干渉計を構成するにあたって、光路差を積極的に作り出すために、平面ガラス板２０（平面ガラス板２２）としてテーパを有するものを用いることが好ましい。
【０１１７】
（ニ）測定レンジの拡大を実現するヤングの干渉計の構成
図１に示す実施形態例では、光分波結合器７を使って、第２のセンサ１００ｂから逆伝送される光を光ファイバ８ａと光ファイバ８ｂとに分波することで、ヤングの干渉計を構成している。
【０１１８】
この場合、光ファイバ８ａ，８ｂの先端同士の間の距離（図７中に示す２ａ）により、干渉縞の位置が変化することになる。図９に示したシミュレーション結果は、ａ＝１０ｍｍとして行ったシミュレーションの結果である。
【０１１９】
図３１に、ａ＝２０ｍｍとし、その他の条件については図９に示したシミュレーションと変えずに行ったシミュレーションの結果を図示する。図中の上段に示すものがａ＝２０ｍｍとして行ったシミュレーションの結果であり、下段に示すものがａ＝１０ｍｍとして行ったシミュレーションの結果（図９に示したもの）である。
【０１２０】
このシミュレーション結果から分かるように、光ファイバ８ａ，８ｂの先端同士の間の距離を小さくすると、干渉縞位置の展開の広がりが大きくなることが分かる。
【０１２１】
このことから、分かるように、測定する圧力差が大きいときには、光ファイバ８ａ，８ｂの先端同士の間の距離を大きくした方がよい。この距離を小さくすると、測定する圧力差が大きいときに、ラインイメージセンサ９の画素範囲を外れることが起こるからである。一方、測定する圧力差が小さいときには、光ファイバ８ａ，８ｂの先端同士の間の距離を小さくした方がよい。この距離を小さくすると、分解能が上がるからである。
【０１２２】
そこで、図３２に示すように、光ファイバ８ａを起点として、入力される光を２つに分波する光ファイバの１つ又は複数段の階層構造により構成されるとともに、光ファイバ８ｂを起点として、入力される光を２つに分波する光ファイバの１つ又は複数段の階層構造により構成されて、ラインイメージセンサ９（１つで構成されることもあるし、複数で構成されることもある）に光を出射する最終段の光ファイバの出射間隔がそれぞれ異なるものとなるものを用いることで、測定レンジの拡大を図る構成を採ることが好ましい。
【０１２３】
この構成を用いる場合には、演算装置１０は、例えば、最初に、最も差圧測定レンジの大きなもので差圧を測定し、次に、その測定した差圧から、ラインイメージセンサ９の画素範囲に入る差圧測定レンジの内で、最も分解能の高い差圧測定レンジを選択して、それを使って差圧を再測定することで、最終的な差圧を測定するように処理することになる。
【０１２４】
（ホ）装置の小型化を実現する構成
図１に示す実施形態例を実装する装置の小型化を実現するには、図３３や図３４に示すように、光ファイバ２／光分波結合器４ａ／光ファイバ５／光分波結合器４ｂ／光ファイバ６／光分波結合器７／光ファイバ８ａ／光ファイバ８ｂを、１つのプラットホームに集積化する構成を採ることが好ましい。
【０１２５】
更に、図３２に示す測定レンジの拡大を実現する構成を用いる場合にも、図３５に示すように、１つのプラットホームに集積化する構成を採ることが好ましい。
【０１２６】
ここで、第１のセンサ１００ａに接続される光ファイバ３ａや、第２のセンサ１００ｂに接続される光ファイバ３ｂについても、可能な範囲で、そのプラットホームに集積化することが好ましい。
【０１２７】
次に、本発明の他の実施形態例について説明する。図３６に本発明の他の実施形態例を図示する。
【０１２８】
図１に示した実施形態例では測定点が２か所であったが、この実施形態例では測定点が５か所となっている。
【０１２９】
これに合わせて、図３６の実施形態例は、第１のセンサ１００ａ及び第２のセンサ１００ｂに加えて、第３の測定点に設置されて、第３の測定点で発生する圧力に応じて入力光に光路差を発生させる第３のセンサ１００ｃと、第４の測定点に設置されて、第４の測定点で発生する圧力に応じて入力光に光路差を発生させる第４のセンサ１００ｄと、第５の測定点に設置されて、第５の測定点で発生する圧力に応じて入力光に光路差を発生させる第５のセンサ１００ｅとを備える構成を採る。
【０１３０】
この第３のセンサ１００ｃは、第１のセンサ１００ａと同一の構造に従って、入力光に対して、２ｎc Ｌc ( Ｌc は半透過鏡１０２ｃと全反射鏡１０１ｃとの間の距離、ｎc は半透過鏡１０２ｃと全反射鏡１０１ｃとの間にある物質の屈折率）という光路差を発生させる。
【０１３１】
一方、第４のセンサ１００ｄは、第１のセンサ１００ａと同一の構造に従って、入力光に対して、２ｎd Ｌd ( Ｌd は半透過鏡１０２ｄと全反射鏡１０１ｄとの間の距離、ｎd は半透過鏡１０２ｄと全反射鏡１０１ｄとの間にある物質の屈折率）という光路差を発生させる。
【０１３２】
一方、第５のセンサ１００ｅは、第１のセンサ１００ａと同一の構造に従って、入力光に対して、２ｎe Ｌe ( Ｌe は半透過鏡１０２ｅと全反射鏡１０１ｅとの間の距離、ｎe は半透過鏡１０２ｅと全反射鏡１０１ｅとの間にある物質の屈折率）という光路差を発生させる。
【０１３３】
そして、第３のセンサ１００ｃ／第４のセンサ１００ｄ／第５のセンサ１００ｅを用意することに合わせて、光分波結合器４ｂの分波する光を取り出すシングルモードの光ファイバ５αと、第３のセンサ１００ｃに対応付けて設けられて、光ファイバ５αの取り出す光を第３のセンサ１００ｃに伝送するシングルモードの光ファイバ３ｃと、光ファイバ５αと光ファイバ３ｃとを結合するとともに、光ファイバ３ｃを逆伝送してくる光を分波する光分波結合器４ｃと、光分波結合器４ｃの分波する光を取り出すシングルモードの光ファイバ５βと、第４のセンサ１００ｄに対応付けて設けられて、光ファイバ５βの取り出す光を第４のセンサ１００ｄに伝送するシングルモードの光ファイバ３ｄと、光ファイバ５βと光ファイバ３ｄとを結合するとともに、光ファイバ３ｄを逆伝送してくる光を分波する光分波結合器４ｄと、光分波結合器４ｄの分波する光を取り出すシングルモードの光ファイバ５γと、第５のセンサ１００ｅに対応付けて設けられて、光ファイバ５γの取り出す光を第５のセンサ１００ｅに伝送するシングルモードの光ファイバ３ｅと、光ファイバ５γと光ファイバ３ｅとを結合するとともに、光ファイバ３ｅを逆伝送してくる光を分波する光分波結合器４ｅとを備えるとともに、光ファイバ６が、その光分波結合器４ｅの分波する光を取り出して、光分波結合器７に伝送するという構成を採る。
【０１３４】
この構成に従って、ラインイメージセンサ９上には、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞や、２（ｎa Ｌa −ｎc Ｌc ）という光路差因子に基づく干渉縞というように、任意の２つの測定点の圧力差に対応付けられる干渉縞位置を持つ干渉縞が生成されることになる。
【０１３５】
これから、この実施形態例の本発明を用いることで、図３７に示すように、複数の測定点の差圧を単一構成のセンサで一度に測定することが可能になる。
【０１３６】
この実施形態例の本発明を用いると、例えば、図３８に示すような形態で、図中の▲１▼の位置に、第１の測定点の圧力と第２の測定点の圧力との差分値に応じた干渉縞が生成され、図中の▲２▼の位置に、第２の測定点の圧力と第３の測定点の圧力との差分値に応じた干渉縞が生成され、図中の▲３▼の位置に、第２の測定点の圧力と第４の測定点の圧力との差分値に応じた干渉縞が生成され、図中の▲４▼の位置に、第４の測定点の圧力と第５の測定点の圧力との差分値に応じた干渉縞が生成されることになるので、これらの干渉縞位置から、複数の測定点の差圧を単一構成のセンサで一度に測定することが可能になるのである。
【０１３７】
なお、干渉縞の位置は、圧力差（光路差）の小さいものほど中央干渉縞に近い位置に生成されることになるので、干渉縞の出現順序が変動する可能性があるが、通常の測定対象では、圧力差の順番が変わるようなことは起こらないので、本発明によるこのような複数の測定点の差圧測定が可能になる。
【０１３８】
ここで、図３６の実施形態例の構成を用いる場合にあっても、光ファイバとして、シングルモードのものを用いることに限られる必要はなく、マルチモードのものを用いることも可能である。
【０１３９】
また、図３６の実施形態例の構成を用いる場合にあっても、２つの測定点の圧力差がないときに発生する干渉縞が中央干渉縞と一致しないようになる、図１１に示すような干渉縞を発生させるセンサを用いることができることは言うまでもない。
【０１４０】
以上に説明した実施形態例では、圧力に応答して全反射鏡１０１ａなどが動くことで入力光に与える光路差を変化させる機能を持つ第１のセンサ１００ａなどを用いることで、圧力差を測定するようにしている。
【０１４１】
全反射鏡１０１ａなどが温度に応答して動けば、本発明を用いることで温度差を測定できるようになるし、全反射鏡１０１ａなどが磁界強度に応答して動けば、本発明を用いることで磁界強度差を測定できるようになるし、全反射鏡１０１ａなどが電界強度に応答して動けば、本発明を用いることで電界強度差を測定できるようになる。このように、本発明は、その適用が圧力差の測定に限られるものではない。
【０１４２】
一方、本発明では、全反射鏡１０１ａなどが動かなくても、全反射鏡１０１ａなどと半透過鏡１０２ａなどとの間にある物質の屈折率が変化することで、入力光に与える光路差を変化させる機能を持つセンサを用いることもできる。
【０１４３】
例えば、高分子ポリマーによっては、図３９に示すように、温度によって屈折率を変化させるものがある。全反射鏡１０１ａなどと半透過鏡１０２ａなどとの間に、このような特性を持つ高分子ポリマーを置いておけば、温度差を測定することができるようになる。
【０１４４】
一般に、物質は、温度が変化したり、圧力が変化したり、濃度が変化したり、磁界が変化したり、電界が変化したりすると、その屈折率や長さが変化し、これにより、通過する光の位相差を変化させる。
【０１４５】
これから、そのような外部要因に敏感に反応して屈折率や長さを変化させる物質を、全反射鏡１０１ａなどと半透過鏡１０２ａなどとの間に置くことで、全反射鏡１０１ａなどが動かなくても、本発明を用いることで、圧力差などを測定することが可能である。
【０１４６】
更に、このような外部要因に敏感に反応して屈折率や長さを変化させる物質を用いる場合には、本発明に関連する技術として、第１のセンサ１００ａなどのような反射型のセンサの代わりに、図４０に示すように、透明なガラス板を平行に配置して、その２つのガラス板の間に、そのような外部要因に敏感に反応して屈折率や長さを変化させる物質を置くことで入力光に光路差を与える透過型のセンサが用意されることもある。
【０１４７】
図４１に、このような透過型のセンサを用いるのに好適な本発明に関連する技術を図示する。
【０１４８】
この本発明に関連する技術では、第１の測定点で発生する圧力に応じて光路長を変化させる図４０に示すような構造を持つ透過型の第１のセンサ２００ａと、第２の測定点で発生する圧力に応じて光路長を変化させる図４０に示すような構造を持つ透過型の第２のセンサ２００ｂとを使って、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との差分値を測定する構成を採っている。
【０１４９】
この第１のセンサ２００ａは、２つのガラス板の間の距離をＬa で表すならば、入力光に対して、通過する際に、ｎa Ｌa ( ｎa は２つのガラス板の間にある物質の屈折率）という光路長を与える。一方、第２のセンサ２００ｂは、第１のセンサ２００ａと同一の構造を有して、２つのガラス板の間の距離をＬb で表すならば、入力光に対して、通過する際に、ｎb Ｌb ( ｎb は２つのガラス板の間にある物質の屈折率）という光路長を与える。
【０１５０】
以下、説明の便宜上、「ｎa ＝ｎb 」を想定するとともに、第１の測定点と第２の測定点との間に圧力差がない場合に「Ｌa ＝Ｌb 」となる第１のセンサ２００ａ及び第２のセンサ２００ｂを用いることを想定する。
【０１５１】
このように構成されるときにあって、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間に圧力差がない場合には、「Ｌa ＝Ｌb 」となり、第１のセンサ２００ａの持つ２つのガラス板の間にある物質と、第２のセンサ２００ｂの持つ２つのガラス板の間にある物質とが同じであることで「ｎa ＝ｎb 」となることから、第１のセンサ２００ａにより与えられる光路長ｎa Ｌa と、第２のセンサ２００ｂにより与えられる光路長ｎb Ｌb とは一致することになる。
【０１５２】
これに対して、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間に圧力差がある場合には、この２つの光路長には違いがでる。
【０１５３】
図４１に示す本発明に関連する技術は、この２つの光路長の違いを検出することで、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との差分値を測定する構成を採るものであり、低コヒーレント光を発光するＬＥＤなどで構成される光源１（いわゆる白色光源で構成される光源１）と、光源１の発光する光を取り出して第１のセンサ２００ａに伝送するシングルモードの光ファイバ３０ａと、光ファイバ３０ａを伝送する光を２つに分波して、その一方を第１のセンサ２００ａに入力する光分波結合器３１ａと、光分波結合器３１ａの分波するもう一方の光を入力として、第１のセンサ２００ａをバイパスする経路を形成するシングルモードの光ファイバ３２ａと、第１のセンサ２００ａの出力する光と光ファイバ３２ａの出力する光とを結合する光分波結合器３３ａと、光分波結合器３３ａの出力する光を第２のセンサ２００ｂに伝送するシングルモードの光ファイバ３０ｂと、光ファイバ３０ｂを伝送する光を２つに分波して、その一方を第２のセンサ２００ｂに入力する光分波結合器３１ｂと、光分波結合器３１ｂの分波するもう一方の光を入力として、第２のセンサ２００ｂをバイパスする経路を形成するシングルモードの光ファイバ３２ｂと、第２のセンサ２００ｂの出力する光と光ファイバ３２ｂの出力する光とを結合する光分波結合器３３ｂと、光分波結合器３３ｂの分波する光を取り出すシングルモードの光ファイバ６と、光ファイバ６の取り出す光を２つに分波する光分波結合器７と、光分波結合器７の分波する一方の光を取り出すシングルモードの光ファイバ８ａと、光分波結合器７の分波するもう一方の光を取り出すシングルモードの光ファイバ８ｂと、光ファイバ８ａ及び光ファイバ８ｂから出射される光により生成される干渉縞を検出するラインイメージセンサ９と、ラインイメージセンサ９の検出する干渉縞の縞位置から、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間に圧力差を算出する演算装置１０とを備える。
【０１５４】
この本発明に関連する技術に従う場合には、（１）第１のセンサ２００ａを透過してから、第２のセンサ２００ｂを透過する光の伝送パターンと、（２）第１のセンサ２００ａをバイパスする光ファイバ３２ａを伝送してから、第２のセンサ２００ｂをバイパスする光ファイバ３２ｂを伝送する光の伝送パターンと、（３）第１のセンサ２００ａをバイパスする光ファイバ３２ａを伝送してから、第２のセンサ２００ｂを透過する光の伝送パターンと、（４）第１のセンサ２００ａを透過してから、第２のセンサ２００ｂをバイパスする光ファイバ３２ｂを伝送する光の伝送パターンという、４種類の光の伝送パターンが存在することになる。
【０１５５】
光ファイバ３２ａ，３２ｂが与える光路長は固定であることを考慮すると、▲３▼の伝送パターンで伝送されると、入力光にはｎb Ｌb という光路長が与えられ、▲４▼の伝送パターンで伝送されると、入力光にはｎa Ｌa という光路長が与えられ、これにより、ラインイメージセンサ９に向けて出射される光の位相差の中に、位相差＝ｋ×（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という位相差が存在することになる。
【０１５６】
この（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子は、第１のセンサ２００ａの置かれる第１の測定点で発生する圧力と第２のセンサ２００ｂの置かれる第２の測定点で発生する圧力との差圧を示しており、これから、図１の実施形態例で説明したように、この（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動量を検出することで、その差圧を算出することができる。
【０１５７】
このようにして、図４１に示す本発明に関連する技術でも、（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動量を検出することで、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との差圧を測定できるようになる。
【０１５８】
ここで、図４１に示す本発明に関連する技術の構成を用いる場合にあっても、光ファイバとして、シングルモードのものを用いることに限られる必要はなく、マルチモードのものを用いることも可能である。
【０１５９】
また、図４１に示す本発明に関連する技術の構成を用いる場合にあっても、２つの測定点の圧力差がないときに発生する干渉縞が中央干渉縞と一致しないようになる、図１１に示すような干渉縞を発生させるセンサを用いることができることは言うまでもない。
【０１６０】
また、図４１に示す本発明に関連する技術の構成を用いる場合にあっても、第１のセンサ２００ａとして、単一構成のものを用いる他に、図４２に示すように、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよい。
【０１６１】
第１のセンサ２００ａは、第１の測定点で発生する圧力を検出するものであり、このような複数並列接続構成のものを用いると、それぞれのセンサが入力光に対して同一のｎa Ｌa という光路長を与えることで、光学的に平均値を算出していることになり、第１の測定点で発生する圧力を高精度に検出できるようになる。
【０１６２】
また、第２のセンサ２００ｂとして、単一構成のものを用いる他に、図４２に示すように、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよい。
【０１６３】
第２のセンサ２００ｂは、第２の測定点で発生する圧力を検出するものであり、このような複数並列接続構成のものを用いると、それぞれのセンサが入力光に対して同一のｎb Ｌb という光路長を与えることで、光学的に平均値を算出していることになり、第２の測定点で発生する圧力を高精度に検出できるようになる。
【０１６４】
図４１に示す本発明に関連する技術では、第１のセンサ２００ａをバイパスする光ファイバ３２ａを用いることで、第１のセンサ２００ａを通過する際に、入力光に対して、ｎa Ｌa という光路差を発生させ、第２のセンサ２００ｂをバイパスする光ファイバ３２ｂを用いることで、第２のセンサ２００ｂを通過する際に、入力光に対して、ｎb Ｌb という光路差を発生させるという構成を採ったが、図４３に示すように、第１のセンサ２００ａをバイパスする光ファイバ３２ａの代わりに、入力光に対して、第１のセンサ２００ａとは異なる光路長ｑ×ｎa Ｌa （ｑは１以外の値）を与えるセンサ２０１ａを用いるとともに、第２のセンサ２００ｂをバイパスする光ファイバ３２ｂの代わりに、入力光に対して、第２のセンサ２００ｂとは異なる光路長ｑ×ｎb Ｌb を与えるセンサ２０１ｂを用いるという構成を採ってもよい。
【０１６５】
この場合には、▲１▼第１のセンサ２００ａを透過してから、第２のセンサ２００ｂを透過する光の伝送パターンと、▲２▼光ファイバ３２ａの代わりに設けるセンサ２０１ａを透過してから、光ファイバ３２ｂの代わりに設けるセンサ２０１ｂを透過する光の伝送パターンと、▲３▼光ファイバ３２ａの代わりに設けるセンサ２０１ａを透過してから、第２のセンサ２００ｂを透過する光の伝送パターンと、▲４▼第１のセンサ２００ａを透過してから、光ファイバ３２ｂの代わりに設けるセンサ２０１ｂを透過する光の伝送パターンという、４種類の光の伝送パターンが存在することになる。
【０１６６】
この▲３▼の伝送パターンで伝送されると、入力光には「ｑ×ｎa Ｌa ＋ｎb Ｌb 」という光路長が与えられ、▲４▼の伝送パターンで伝送されると、入力光には「ｎa Ｌa ＋ｑ×ｎb Ｌb 」という光路長が与えられ、これにより、ラインイメージセンサ９に向けて出射される光の位相差の中に、位相差＝ｋ×（ｑ−１）×（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という位相差が存在することになる。
【０１６７】
したがって、図４３に示す構成を用いることでも、（ｑ−１）×（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動量を検出することで、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との差圧を測定することができるのである。
【０１６８】
この図４３の構成を用いる場合にあっても、第１のセンサ２００ａとして、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよいし、光ファイバ３２ａの代わりに設けるセンサ２０１ａとして、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよい。
【０１６９】
そして、第２のセンサ２００ｂとして、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよいし、光ファイバ３２ｂの代わりに設けるセンサ２０１ｂとして、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよい。
【０１７０】
ここで、図４３に示す本発明に関連する技術の構成を用いる場合にあっても、２つの測定点の圧力差がないときに発生する干渉縞が中央干渉縞と一致しないようになる、図１１に示すような干渉縞を発生させるセンサを用いることができることは言うまでもない。
【０１７１】
図４１ないし図４３では、測定点が２か所であったが、測定点が３か所以上である場合には、センサを直列的に接続する形態で光ファイバ及び光分波結合器を備えることになる。
【０１７２】
図４１ないし図４３に示す本発明に関連する技術の実現にあたっても、図３２に示したように、光ファイバ８ａを起点として、入力される光を２つに分波する光ファイバの１つ又は複数段の階層構造により構成されるとともに、光ファイバ８ｂを起点として、入力される光を２つに分波する光ファイバの１つ又は複数段の階層構造により構成されて、ラインイメージセンサ９（１つで構成されることもあるし、複数で構成されることもある）に光を出射する最終段の光ファイバの出射間隔がそれぞれ異なるものとなるものを用いることで、測定レンジの拡大を図る構成を採ることが好ましい。
【０１７３】
そして、図４１ないし図４３に示す本発明に関連する技術の実現にあたっても、小型化を実現するために、図３３や図３４や図３５に示したように、可能な限りの光ファイバや光分波結合器を、１つのプラットホームに集積化するという構成を採ることが好ましい。
【０１７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、距離的に離れた位置で測定される物理量の差分値を測定するにあたって、導圧管やリモートシールなどの代わりに光ファイバを用いて、光干渉を使ってその差分値を測定するという構成を採ることから、距離的に離れた位置で発生する物理量の差分値を周囲環境などに影響されずに正確に測定できるようになる。
【０１７５】
すなわち、光ファイバ中を伝送する全ての光波は同じ位相変動を受けることで、外乱による干渉はキャンセルし合うことになるので、本発明によれば、距離的に離れた位置で発生する物理量の差分値を周囲環境などに影響されずに正確に測定できるようになるのである。
【０１７６】
さらに、本発明では、距離的に離れた３か所以上の位置で測定される物理量の差分値についても、周囲環境などに影響されずに同時かつ正確に測定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例である。
【図２】光の伝送パターンの説明図である。
【図３】光の伝送パターンの説明図である。
【図４】光の伝送パターンの説明図である。
【図５】光の伝送パターンの説明図である。
【図６】光の伝送パターンの説明図である。
【図７】ヤングの干渉計の説明図である。
【図８】干渉縞の強度のモデル式である。
【図９】干渉縞生成のシミュレーション結果の説明図である。
【図１０】演算装置の実行処理の説明図である。
【図１１】干渉縞の移動の説明図である。
【図１２】ファブリペロ構造を持つセンサの説明図である。
【図１３】ファブリペロ構造を持つセンサの光量ロスのシミュレーション結果の説明図である。
【図１４】ファブリペロ構造を持つセンサの光量ロスのシミュレーション結果の説明図である。
【図１５】ファブリペロ構造を持つセンサの光量ロスのシミュレーション結果の説明図である。
【図１６】干渉縞生成のシミュレーション結果の説明図である。
【図１７】干渉縞生成のシミュレーション結果の説明図である。
【図１８】光源コヒーレンシーのシミュレーション結果の説明図である。
【図１９】光源コヒーレンシーのシミュレーション結果の説明図である。
【図２０】光源コヒーレンシーのシミュレーション結果の説明図である。
【図２１】光源コヒーレンシーのシミュレーション結果の説明図である。
【図２２】光源構成の一実施形態例である。
【図２３】センサ構成の一実施形態例である。
【図２４】ヤングの干渉計の構成方法の説明図である。
【図２５】ヤングの干渉計の構成方法の説明図である。
【図２６】ヤングの干渉計の構成方法の説明図である。
【図２７】ルンマーゲールケの干渉計の構成方法の説明図である。
【図２８】ルンマーゲールケの干渉計の構成方法の説明図である。
【図２９】ルンマーゲールケの干渉計の構成方法の説明図である。
【図３０】ルンマーゲールケの干渉計の構成方法の説明図である。
【図３１】干渉縞生成のシミュレーション結果の説明図である。
【図３２】測定レンジを拡大する構成の一実施形態例である。
【図３３】集積化構成の一実施形態例である。
【図３４】集積化構成の一実施形態例である。
【図３５】集積化構成の一実施形態例である。
【図３６】本発明の他の実施形態例である。
【図３７】本発明の使用形態の説明図である。
【図３８】干渉縞生成のシミュレーション結果の説明図である。
【図３９】高分子ポリマーの特性の説明図である。
【図４０】入力光に光路差を与える透過型のセンサの説明図である。
【図４１】 本発明に関連する技術の説明図である。
【図４２】 本発明に関連する技術の説明図である。
【図４３】 本発明に関連する技術の説明図である。
【図４４】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 光ファイバ
３ａ 光ファイバ
３ｂ 光ファイバ
４ａ 光分波結合器
４ｂ 光分波結合器
５ 光ファイバ
６ 光ファイバ
７ 光分波結合器
８ａ 光ファイバ
８ｂ 光ファイバ
９ ラインイメージセンサ
１０ 演算装置
１００ａ 第１のセンサ
１００ｂ 第２のセンサ
１０１ａ 全反射鏡
１０１ｂ 全反射鏡
１０２ａ 半透過鏡
１０２ｂ 半透過鏡
１０３ａ レンズ
１０３ｂ レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力などのような物理量の差分値を測定する物理量測定装置に関し、特に、距離的に離れた位置で発生する物理量の差分値を、周囲環境などに影響されずに正確に測定できるようにする物理量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油プラントなどのようなプラントを制御する場合、距離的に離れた位置に存在するプロセス流体の圧力の差分値を測定することが要求されることがある。
【０００３】
従来では、このような場合、図４４（ａ）に示すように、２か所の測定位置のそれぞれに圧力計を用意する構成を採って、その２台の圧力計の測定値（電気信号）を演算回路へ伝送して差分処理することで、２か所の測定位置で発生する圧力の差分値を測定するようにしている。
【０００４】
その他に、図４４（ｂ）に示すように、圧力の差分値を測定する差圧計を用意する構成を採って、導圧管を使って、２か所の測定位置のそれぞれから差圧計へプロセス流体を導き入れることで、２か所の測定位置で発生する圧力の差分値を測定するようにしている。
【０００５】
このような導圧管を用いる方法では、導圧管が詰まって測定できなくなったり、導圧管が破損するとプロセス流体が外部に流れ出てしまうという問題点がある。
【０００６】
そこで、図４４（ｃ）に示すように、シリコンオイルなどの封入液を封入するリモートシールを使って、２か所の測定位置のそれぞれから差圧計へプロセス流体の圧力を伝搬させることで、２か所の測定位置で発生する圧力の差分値を測定するようにすることもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２か所の測定位置のそれぞれに圧力計を用意する構成を採って、その２台の圧力計の測定値を演算回路で差分処理するという方法を用いていると、高価な圧力計を２台用意しなければならず、コストが高くなるという問題点がある。
【０００８】
一方、導圧管を使って、２か所の測定位置のそれぞれから差圧計へプロセス流体を導き入れるという方法を用いていると、導圧管が詰まって測定できなくなるという問題点や、導圧管が破損するとプロセス流体が外部に流れ出るという問題点がある。
【０００９】
一方、リモートシールを使って、２か所の測定位置のそれぞれから差圧計へプロセス流体の圧力を伝搬させるという方法を用いていると、導圧管の詰まりやプロセス流体が外部に流れ出てしまうという危険性はないものの、２本のリモートシールが異なる環境下に配置されるために、温度などの影響を受けることで測定精度が低下するという問題点がある。しかも、この方法では、リモートシールが破損するときに封入液が外部に漏れるという問題点がある。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、距離的に離れた位置で発生する物理量の差分値を周囲環境などに影響されずに正確に測定できるようにする新たな物理量測定技術の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明では、（１）複数の測定個所のそれぞれに設置され、半透過鏡と全反射鏡とが物質を挟んで対向する形で設けられることで構成されて、該半透過鏡に入力される入力光に対して測定対象の物理量に応じた光路差を発生させて反射する複数のセンサと、（２）最前段のセンサに対応付けて設けられて、そのセンサに光源の発光する光を伝送する光ファイバ手段と、（３）最前段のセンサ以外の各センサに対応付けて設けられて、前段のセンサに対応付けて設けられる光ファイバ手段を逆伝送する光路差の発生された光を入力として、その光を対となるセンサに伝送する光ファイバ手段と、（４）最後段のセンサに対応付けて設けられる光ファイバ手段を逆伝送する光路差の発生された光を入力として、その光を２つに分波する光学手段と、（５）光学手段から出射される２つに分波された光により生成されて、２つのセンサの発生する光路差の差分値の大きさに応じて縞位置が決められることになる干渉縞を検知する検知手段と、（６）検知手段により検知される干渉縞の縞位置の移動量を検出して、その検出結果に基づいて、２つのセンサの設置される測定個所に存在する測定対象の物理量の差分値を算出する算出手段とを備えるように構成する。
ここで、上記の光学手段により２つに分波された光を入力とする光学手段であって、入力光を２つに分波する光学手段単位の集まりで構成されて、後段の光学手段単位が前段の光学手段単位の出力光を入力光とする階層構造の形で接続され、さらに、検知手段に光を出射する最終段の光学手段単位の出射間隔がそれぞれ異なるものとなる光学手段を備えることがある。
【００１２】
この構成を採るときに、各光ファイバ手段の光の伝送先となるセンサの一部又は全てが、同一構造を持つ複数のセンサの並列接続されるもので構成されることがある。
【００１８】
このように構成される本発明では、測定対象の物理量に応じて、入力光に対して、光路差２×ｎ×Ｌ（ｎは半透過鏡と全反射鏡との間に存在する物質の屈折率、Ｌは半透過鏡と全反射鏡との間の距離）を発生させる少なくとも２つのセンサが用意されていて、最前段のセンサが光路差２×ｎa ×Ｌa の発生機能を有し、次段のセンサが光路差２×ｎb ×Ｌb の発生機能を有する場合の例で説明するならば、最前段のセンサに対応付けて設けられる光ファイバを介して、その最前段のセンサに光源の発光する光が入力されると、その最前段のセンサの光路差２×ｎa ×Ｌa の発生機能により、光路長が変化をしない光と、光路長が２×ｎa ×Ｌa 変化する光とが発生する。
【００１９】
この２つの光は、次段のセンサに対応付けて設けられる光ファイバを介して次段のセンサに入力され、その次段のセンサの光路差２×ｎb ×Ｌb の発生機能により、この入力光を起点にして、光路長が変化しない光と、光路長が２×ｎb ×Ｌb 変化する光とが発生する。
【００２０】
これから、最前段のセンサで２×ｎa ×Ｌa の光路長の変化を受けて次段のセンサに入力され、そこでは２×ｎb ×Ｌb の光路長の変化を受けないで伝送する光と、最前段のセンサで２×ｎa ×Ｌa の光路長の変化を受けないで次段のセンサに入力され、そこでは２×ｎb ×Ｌb の光路長の変化を受けて伝送する光とが存在することで、２×（ｎa ×Ｌa −ｎb ×Ｌb ）という因子を持つ位相差が発生し、これにより、光路差２×（ｎa ×Ｌa −ｎb ×Ｌb ）に応じた干渉縞がセンサの上に生成される。
【００２１】
この光路差２×（ｎa ×Ｌa −ｎb ×Ｌb ）に応じた干渉縞の縞位置は、測定対象の物理量の差分値に対応付けられるので、例えば、その差分値がない場合の干渉縞の位置からの移動量を検出して、その検出した移動量に従って、測定対象の物理量の差分値を算出する。
【００２２】
このように、本発明では、距離的に離れた位置で測定される物理量の差分値を測定するにあたって、導圧管やリモートシールなどの代わりに光ファイバを用いて、光干渉を使ってその差分値を測定するという構成を採ることから、距離的に離れた位置で発生する物理量の差分値を周囲環境などに影響されずに正確に測定できるようになる。
【００２３】
すなわち、光ファイバ中を伝送する全ての光波は同じ位相変動を受けることで、外乱による干渉はキャンセルし合うことになるので、本発明によれば、距離的に離れた位置で発生する物理量の差分値を周囲環境などに影響されずに正確に測定できるようになるのである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、距離的に離れた測定点で発生する圧力の差分値を測定する実施の形態に従って、本発明を詳細に説明する。
【００２５】
図１に、本発明の一実施形態例を図示する。
【００２６】
この実施形態例は、第１の測定点に設置されて、第１の測定点で発生する圧力に応じて入力光に光路差を発生させる第１のセンサ１００ａと、第２の測定点に設置されて、第２の測定点で発生する圧力に応じて入力光に光路差を発生させる第２のセンサ１００ｂとを使って、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との差分値を測定する構成を採っている。
【００２７】
この第１のセンサ１００ａは、ダイアフラムなどの受圧部材にセットされる全反射鏡１０１ａと、全反射鏡１０１ａに対向して設けられて、入力光の一部を反射するとともに、残りの一部を透過する半透過鏡１０２ａと、半透過鏡１０２ａを透過する光を平行化して全反射鏡１０１ａに照射するレンズ１０３ａとで構成されており、半透過鏡１０２ａと全反射鏡１０１ａとの間の距離をＬa で表すならば、入力光に対して、半透過鏡１０２ａで反射される場合と全反射鏡１０１ａで反射される場合とで、２ｎa Ｌa ( ｎa は半透過鏡１０２ａと全反射鏡１０１ａとの間にある物質の屈折率）という光路差を発生させる。
【００２８】
一方、第２のセンサ１００ｂは、第１のセンサ１００ａと同一の構造を有して、ダイアフラムなどの受圧部材にセットされる全反射鏡１０１ｂと、全反射鏡１０１ｂに対向して設けられて、入力光の一部を反射するとともに、残りの一部を透過する半透過鏡１０２ｂと、半透過鏡１０２ｂを透過する光を平行化して全反射鏡１０１ｂに照射するレンズ１０３ｂとで構成されており、半透過鏡１０２ｂと全反射鏡１０１ｂとの間の距離をＬb で表すならば、入力光に対して、半透過鏡１０２ｂで反射される場合と全反射鏡１０１ｂで反射される場合とで、２ｎb Ｌb ( ｎb は半透過鏡１０２ｂと全反射鏡１０１ｂとの間にある物質の屈折率）という光路差を発生させる。
【００２９】
以下、説明の便宜上、「ｎa ＝ｎb 」を想定するとともに、第１の測定点と第２の測定点との間に圧力差がない場合に「Ｌa ＝Ｌb 」となる第１のセンサ１００ａ及び第２のセンサ１００ｂを用いることを想定する。
【００３０】
このように構成されるときにあって、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間に圧力差がない場合には、「Ｌa ＝Ｌb 」となり、半透過鏡１０２ａと全反射鏡１０１ａとの間にある物質と、半透過鏡１０２ｂと全反射鏡１０１ｂとの間にある物質とが同じであることで「ｎa ＝ｎb 」となることから、第１のセンサ１００ａにより発生する光路差２ｎa Ｌa と、第２のセンサ１００ｂにより発生する光路差２ｎb Ｌb とは一致することになる。
【００３１】
これに対して、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間に圧力差がある場合には、この２つの光路差に違いがでる。
【００３２】
図１の実施形態例は、この２つの光路差の違いを検出することで、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との差分値を測定するという構成を採るものであり、低コヒーレント光を発光するＬＥＤなどで構成される光源１（いわゆる白色光源で構成される光源１）と、光源１の発光する光を取り出すシングルモードの光ファイバ２と、第１のセンサ１００ａに対応付けて設けられて、光ファイバ２の取り出す光を第１のセンサ１００ａに伝送するシングルモードの光ファイバ３ａと、光ファイバ２と光ファイバ３ａとを結合するとともに、光ファイバ３ａを逆伝送してくる光を分波する光分波結合器４ａと、光分波結合器４ａの分波する光を取り出すシングルモードの光ファイバ５と、第２のセンサ１００ｂに対応付けて設けられて、光ファイバ５の取り出す光を第２のセンサ１００ｂに伝送するシングルモードの光ファイバ３ｂと、光ファイバ５と光ファイバ３ｂとを結合するとともに、光ファイバ３ｂを逆伝送してくる光を分波する光分波結合器４ｂと、光分波結合器４ｂの分波する光を取り出すシングルモードの光ファイバ６と、光ファイバ６の取り出す光を２つに分波する光分波結合器７と、光分波結合器７の分波する一方の光を取り出すシングルモードの光ファイバ８ａと、光分波結合器７の分波するもう一方の光を取り出すシングルモードの光ファイバ８ｂと、光ファイバ８ａ及び光ファイバ８ｂから出射される光により生成される干渉縞を検出するラインイメージセンサ９と、ラインイメージセンサ９の検出する干渉縞の縞位置から、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間の圧力差を算出する演算装置１０とを備える。
【００３３】
なお、後述するように、光ファイバ３ａ，３ｂについては、シングルモードのものに限られる必要はなくマルチモードのものを用いることも可能であり、これに対応して、光ファイバ２，５，６，８ａ，８ｂについても、シングルモードのものに限られる必要はなくマルチモードのものを用いることも可能である。
【００３４】
このように構成される本発明では、図２（ａ）に示すように、全反射鏡１０１ａで反射してから全反射鏡１０１ｂで反射して伝送する光の伝送パターン（第１の伝送パターン）と、図２（ｂ）に示すように、半透過鏡１０２ａで反射してから半透過鏡１０２ｂで反射して伝送する光の伝送パターン（第２の伝送パターン）と、図２（ｃ）に示すように、半透過鏡１０２ａで反射してから全反射鏡１０１ｂで反射して伝送する光の伝送パターン（第３の伝送パターン）と、図２（ｄ）に示すように、全反射鏡１０１ａで反射してから半透過鏡１０２ｂで反射して伝送する光の伝送パターン（第４の伝送パターン）という、４種類の光の伝送パターンが存在することになる。
【００３５】
したがって、ラインイメージセンサ９に向けて出射される光の位相差としては、（イ）図３に示すように、第１の伝送パターンと第２の伝送パターンとの組み合わせにより発生する位相差＝ｋ×２（ｎa Ｌa ＋ｎb Ｌb ）と、（ロ）図４に示すように、第２の伝送パターンと第４の伝送パターンとの組み合わせ（図中の（ａ))と、第１の伝送パターンと第３の伝送パターンとの組み合わせ（図中の（ｂ))により発生する位相差＝ｋ×２ｎa Ｌa と、（ハ）図５に示すように、第２の伝送パターンと第３の伝送パターンとの組み合わせ（図中の（ａ))と、第１の伝送パターンと第４の伝送パターンとの組み合わせ（図中の（ｂ))により発生する位相差＝ｋ×２ｎb Ｌb と、（ニ）図６に示すように、第３の伝送パターンと第４の伝送パターンとの組み合わせにより発生する位相差＝ｋ×２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という、４種類の位相差が存在することになる。
【００３６】
一方、ラインイメージセンサ９上の任意の点（ｚ，０）に到達する光ファイバ８ａから出射される光と光ファイバ８ｂから出射される光との間には、図７に示す式（ヤングの干渉計の式）に従って算出される光路差Δが存在する。ここで、“ｈ”は、ラインイメージセンサ９と光ファイバ８ａ，８ｂの先端との間の距離を示し、“２ａ”は、光ファイバ８ａ，８ｂの先端同士の間の距離を示している。
【００３７】
これから、ラインイメージセンサ９上に生成される干渉縞は、光源１の発光する光のコヒーレンス長をｌc で表すならば、
ｌc ≧Δ−２（ｎa Ｌa ＋ｎb Ｌb )
ｌc ≧Δ−２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）
ｌc ≧Δ−２ｎa Ｌa
ｌc ≧Δ−２ｎb Ｌb
ｌc ≧Δ＋２（ｎa Ｌa ＋ｎb Ｌb ）
ｌc ≧Δ＋２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）
ｌc ≧Δ＋２ｎa Ｌa
ｌc ≧Δ＋２ｎb Ｌb
という条件が成立するときに、
Δ＝２（ｎa Ｌa ＋ｎb Ｌb ）
Δ＝２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）
Δ＝２ｎa Ｌa
Δ＝２ｎb Ｌb
となる場所で強い干渉強度を示すことになる。
【００３８】
このラインイメージセンサ９上に生成される干渉縞の強度は、ガウシアン分布のビーム強度を持つビームを想定するならば、図８に示すようなモデル式に従ってシミュレーションすることができる。
【００３９】
図９に、そのシミュレーションの一例を図示する。
【００４０】
ここで、図９に示すシミュレーションは、図７中に示すｈを１００ｍｍ、図７中に示すａを１０ｍｍ、ｎa を空気の屈折率である１、ｎb を空気の屈折率である１として、（イ）Ｌa ＝１５０μｍ、Ｌb ＝１５０μｍのときに生成される干渉縞と、（ロ）Ｌa ＝１５０μｍ、Ｌb ＝２００μｍのときに生成される干渉縞と、（ハ）Ｌa ＝１５０μｍ、Ｌb ＝２５０μｍのときに生成される干渉縞とをシミュレーションすることで行った。
【００４１】
図中に示す▲１▼は中央部の固定位置に出現する中央干渉縞、▲２▼は２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞、▲３▼は２ｎa Ｌa という光路差因子に基づく干渉縞、▲４▼は２ｎb Ｌb という光路差因子に基づく干渉縞、▲５▼は２（ｎa Ｌa ＋ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞である。
【００４２】
このシミュレーションから分かるように、干渉縞は左右対称に出現し、Ｌb の増大に合わせて互いに逆方向に移動する。
【００４３】
２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子は、第１のセンサ１００ａの置かれる第１の測定点で発生する圧力と第２のセンサ１００ｂの置かれる第２の測定点で発生する圧力との差圧を示しており、これから、この２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動量を検出することで、その差圧を算出することができる。
【００４４】
演算装置１０は、この差圧を算出する処理を行うものであり、図１０にその処理内容をフローチャートの形で図示する。
【００４５】
演算装置１０は、実際の測定に入る前には、図１０（ａ）に示すフローチャートの処理を行うことで、実際の測定で必要となる演算パラメータを算出してメモリに保存する処理を行う。
【００４６】
すなわち、演算装置１０は、実際の測定に入る前に、図１０（ａ）に示すフローチャートに示すように、先ず最初に、ステップ１で、測定の基準となる差圧条件を決定して、それをメモリに保存する。
【００４７】
続いて、ステップ２で、その決定した基準の差圧条件下で、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の位置を実際に検出して、それを干渉縞位置の初期値としてメモリに保存する。
【００４８】
このときにおける干渉縞位置の検出は、例えば、ラインイメージセンサ９の出力する画素値の微分値をとって、中央干渉縞の次に出現する微分極大値の位置を検出することで行う。また、分解能を上げるために、左右対称位置のものを検出することが好ましい。
【００４９】
ここで、基準の差圧条件がゼロ差圧であるときには、中央干渉縞が干渉縞位置の初期値となるので、このステップ２の処理を省略することが可能である。
【００５０】
続いて、ステップ３で、決定した基準の差圧条件下の近傍で、実際に差圧を変化させて、そのときの２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞位置の移動量を求めることで、差圧変化に対する干渉縞の移動量の変化率を求めて、それをメモリに保存する。
【００５１】
一方、演算装置１０は、実際の測定を行うときには、図１０（ｂ）に示すフローチャートの処理を行うことで差圧を測定する。
【００５２】
すなわち、演算装置１０は、実際の測定に入ると、図１０（ｂ）に示すフローチャートに示すように、先ず最初に、ステップ１で、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の位置を検出する。
【００５３】
このときにおける干渉縞位置の検出は、例えば、ラインイメージセンサ９の出力する画素値の微分値をとって、中央干渉縞の次に出現する微分極大値の位置を検出することで行う。また、分解能を上げるために、左右対称位置のものを検出することが好ましい。
【００５４】
続いて、ステップ２で、その検出した干渉縞位置と、メモリに保存してある干渉縞位置の初期値との差分値を算出することで、干渉縞位置の初期値からの移動量を算出する。
【００５５】
続いて、ステップ３で、その算出した移動量を、メモリに保存してある差圧変化に対する干渉縞位置の移動量の変化率で割り算することで、メモリに保存してある基準の差圧条件からの差圧の変位を算出する。
【００５６】
続いて、ステップ４で、その算出した差圧の変位と、メモリに保存してある基準の差圧条件とを加算することで現在の差圧を算出して、それを測定結果として出力する。
【００５７】
このようにして、演算装置１０は、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動量を検出し、それに基づいて差圧を算出して出力するように処理するのである。
【００５８】
以上に説明した実施形態例では、第１の測定点と第２の測定点との間に圧力差がない場合に「ｎa Ｌa ＝ｎb Ｌb 」となる第１のセンサ１００ａ及び第２のセンサ１００ｂを用いることを想定した。
【００５９】
この場合には、図９のシミュレーション結果から分かるように、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間の差圧を示す２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞は、ヤングの干渉計に基づく中央干渉縞の位置を起点にして、その差圧の絶対値の大きさが大きくなるに従って中央干渉縞から離れる形態で移動することになる。
【００６０】
本発明は、このような構成の第１のセンサ１００ａ及び第２のセンサ１００ｂを用いることに限られるものではなくて、第１の測定点と第２の測定点との間に圧力差がない場合に「ｎa Ｌa ≠ｎb Ｌb 」となる第１のセンサ１００ａ及び第２のセンサ１００ｂを用いることも可能であり、この場合には負圧を測定できるようになる。
【００６１】
すなわち、第１の測定点と第２の測定点との間に圧力差がない場合に「ｎa Ｌa ≠ｎb Ｌb 」となる第１のセンサ１００ａ及び第２のセンサ１００ｂを用いる場合には、図１１に示すように、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞が中央干渉縞以外の干渉縞位置を起点にして、その２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）の持つ符号の指定する向きに応じて移動するので、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間の圧力差が逆転するような負圧についても測定できるようになるのである。
【００６２】
演算装置１０は、上述したように、基準の差圧条件を設定し、その基準の差圧条件下での干渉縞の初期値を検出して、それからの変位を検出することで圧力の差分値を測定するという構成を採っているので、図１１に示すような動きを示す干渉縞の移動についても、その移動を検出することで圧力の差圧値を測定できるのである。
【００６３】
また、以上に説明した実施形態例では、光ファイバ３ａ，３ｂとしてシングルモードのものを用いることを想定したが、マルチモードのものを用いることも可能である。
【００６４】
マルチモードの光ファイバのコア径は、シングルモードの光ファイバのコア径よりも大きいことから、光ファイバ３ａ，３ｂとしてマルチモードのものを用いると、ファブリペロ構造を持つ第１のセンサ１００ａから戻される光が効率的に光ファイバ３ａのコアに戻されるとともに、ファブリペロ構造を持つ第２のセンサ１００ｂから戻される光が効率的に光ファイバ３ｂのコアに戻されるという利点が得られることになる。
【００６５】
すなわち、図１２に示すように、ファブリペロ構造を持つ第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂから戻される光の一部は、光ファイバ３ａや光ファイバ３ｂのクラッドに戻されることになるが、光ファイバ３ａや光ファイバ３ｂのコア径が大きいと、そのクラッドに戻される光の割合が小さくなることで、第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂから戻される光が効率的に光ファイバ３ａや光ファイバ３ｂのコアに戻されるという利点が得られるのである。
【００６６】
一方、図８に示す干渉縞強度のモデル式から分かるように、ラインイメージセンサ９上に生成される干渉縞は、コヒーレンス長ｌc で規定される減衰係数を持つγ（Ａ）という減衰項に従って、コヒーレンス長ｌc で規定される幅を持つことになる。
【００６７】
したがって、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞がヤングの干渉計に基づく中央干渉縞の持つ幅から外れないと、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動を検出できないことになる。
【００６８】
これから、Ｌa やＬb の長さを大きくする必要があり、そのときにも、光ファイバ３ａや光ファイバ３ｂのコアに光を効率的に戻すことができるようにするために、光ファイバ３ａや光ファイバ３ｂのコア径を大きくする必要がある。
【００６９】
このようにして、光ファイバ３ａ，３ｂとしてマルチモードのものを用いると、第１のセンサ１００ａから戻される光が効率的に光ファイバ３ａのコアに戻されるようになるとともに、第２のセンサ１００ｂから戻される光が効率的に光ファイバ３ｂのコアに戻されるようになるという利点が得られ、それにより、Ｌa 及びＬb の長さを大きくできるようになることで、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動を正確に測定できるようになるという利点が得られることになる。
【００７０】
次に、第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂのギャップ長Ｌに基づく光量ロスについて行ったシミュレーションの結果について説明する。
【００７１】
このシミュレーションは、マクスウエルの電磁波方程式を解くビーム伝搬法(Beam Propagation Method) を実装した市販のソフトウェアパッケージを使い、光ファイバの外径を１００μｍ、光ファイバのコアの屈折率を１.4５、光ファイバのクラッドの屈折率を１.4４７、光の波長を０.8４μｍ、ギャップ長Ｌの間にある媒体を空気層、光ファイバのコア径φを１０／２０／４０／６０μｍ、第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂのギャップ長Ｌを０.5／１／２.5／５／１０／２５／５０／１００μｍとして行った。
【００７２】
図１３ないし図１５に、このシミュレーションの結果を図示する。ここで、図１４は、図１３のシミュレーション結果の一部拡大図を示し、図１５は、図１４のシミュレーション結果の一部拡大図を示している。
【００７３】
図１３ないし図１５において、横軸はギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）を表し、縦軸は光ファイバ中を１ｍｍ逆伝搬した場所での、入射光量に対する反射光量との比で定義される光量ロス（％）を示している。
【００７４】
図１４のシミュレーション結果から分かるように、０.1％の光量ロスを目安とした場合、コア径φが１０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.5となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ５μｍであることが分かる。また、コア径φが２０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.8となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ１６μｍであることが分かる。また、コア径φが４０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ１.2となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ４８μｍであることが分かる。また、コア径φが６０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ１.5となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ９０μｍであることが分かる。
【００７５】
そして、図１５のシミュレーション結果から分かるように、０.0１％の光量ロスを目安とした場合、コア径φが１０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.2となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ２μｍであることが分かる。また、コア径φが２０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.2となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ４μｍであることが分かる。また、コア径φが４０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.4となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ１６μｍであることが分かる。また、コア径φが６０μｍの場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.5となることで、ギャップ長Ｌの上限値はおおよそ３０μｍであることが分かる。
【００７６】
このように、光量ロスの観点から、光ファイバ３ａや光ファイバ３ｂのコア径が与えられるときに、第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂのギャップ長Ｌには上限値が存在することになる。
【００７７】
例えば、コア径φが１２.5μｍとなる市販のシングルモードの光ファイバを用いる場合には、光量ロスを０.1％に抑える場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ０.6となることで、ギャップ長Ｌは７.5μｍ以下とする必要がある。また、コア径φが５０μｍとなる市販のマルチモードの光ファイバを用いる場合には、光量ロスを０.1％に抑える場合には、ギャップ長Ｌとコア径φとの比（Ｌ／φ）の上限値はおおよそ１.3５となることで、ギャップ長Ｌは６７μｍ以下とする必要がある。但し、光量ロスが大きくなることを許容する場合には、この上限値はこれよりも大きくなることは言うまでもない。
【００７８】
なお、この条件は、あくまで、ファブリペロ構造を持つ第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂを想定したことによりでてきたものであり、受圧部が光導波路で構成されるような他の構造を持つ場合には、このような上限値に制限されるものでないことは言うまでもない。
【００７９】
上述したように、第１のセンサ１００ａや第２のセンサ１００ｂのギャップ長Ｌ（Ｌa,Ｌb ) を大きくすると、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞がヤングの干渉計に基づく中央干渉縞の持つ幅から大きく外れることで、その干渉縞の移動を正確に検出できるようになり有利である。
【００８０】
例えば、図１６（ａ）に示すシミュレーション結果は、シングルモードの光ファイバを想定することで「Ｌa ＝６μｍ、Ｌb ＝５μｍ」として、図８に示すモデル式に基づいて行ったシミュレーション結果を示しているが、この場合には、Ｌa,Ｌb が小さいことで、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞がヤングの干渉計に基づく中央干渉縞の持つ幅に入ってしまい、実質的にその干渉縞の移動を検出することができない。
【００８１】
これに対して、図１６（ｂ）に示すシミュレーション結果は、マルチモードの光ファイバを想定することで「Ｌa ＝６０μｍ、Ｌb ＝３５μｍ」として、図８に示すモデル式に基づいて行ったシミュレーション結果を示しているが、この場合には、Ｌa,Ｌb を大きくとれることで、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞がヤングの干渉計に基づく中央干渉縞の持つ幅から外れることで、その干渉縞の移動を検出することができるのである。
【００８２】
ここで、図１６（ａ)(ｂ）に示すシミュレーション結果は、ｈ＝１００ｍｍ、ａ＝１.0ｍｍ、中心波長λ0 ＝８５０ｎｍ、発光帯域半値全幅Δλ＝２２ｎｍ、コヒーレンス長ｌc （０.4４×λ0 2／Δλ）＝１４μｍ、センサ素子長＝８ｍｍを想定して行った。
【００８３】
なお、図中に示すコヒーレンス長ｌc はセンサ素子長と対比されるべきものではなくて、コヒーレンス長ｌc で規定される干渉縞の持つ幅を示しているものに過ぎない。
【００８４】
このシミュレーション結果を見る限り、シングルモードの光ファイバを使えないという結論になってしまうが、そのようなことはない。
【００８５】
例えば、図１７に示すシミュレーション結果は、シングルモードの光ファイバを想定することで「Ｌa ＝２０μｍ、Ｌb ＝７μｍ」として、図８に示すモデル式に基づいて行ったシミュレーション結果を示しているが、この場合には、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞がヤングの干渉計に基づく中央干渉縞の持つ幅から外れることで、その干渉縞の移動を検出することができる。
【００８６】
ここで、この図１７のシミュレーション結果は、Ｌa,Ｌb 以外の条件については、図１６（ａ)(ｂ）に示すシミュレーション結果と同じである。
【００８７】
この図１７のシミュレーション結果から分かるように、光ファイバとしては、マルチモードのものでなければならないということはなく、シングルモードのものを用いることも可能である。
【００８８】
次に、図１に示した本発明を構成する各構成要素について詳細に説明する。
【００８９】
（イ）光源１の構成
光源１は、低コヒーレント光を発光する白色光源である。これは、高いコヒーレンシーの光を用いると、中央干渉縞がなかなか減衰しないことで、その幅が大きくなり、これにより、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の位置を正確に検出することが不可能になるからである。
【００９０】
図１８ないし図２１に、これを検証するために行ったシミュレーションの結果を図示する。
【００９１】
ここで、このシミュレーションは、図７中に示すｈを１００ｍｍ、図７中に示すａを１０ｍｍ、ｎa を空気の屈折率である１、ｎb を空気の屈折率である１、光源１の発光波長を８５０ｎｍ、Ｌa ＝５０μｍ、Ｌb ＝１５０μｍ，２００μｍ，２５０μｍとし、（イ）光源１の発光帯域半値全幅が０.4４ｎｍのときに生成される干渉縞と、（ロ）光源１の発光帯域半値全幅が２.2ｎｍのときに生成される干渉縞と、（ハ）光源１の発光帯域半値全幅が２２ｎｍのときに生成される干渉縞と、（ニ）光源１の発光帯域半値全幅が４４ｎｍのときに生成される干渉縞とをシミュレーションすることで行った。
【００９２】
図１８に示すシミュレーション結果が光源１の発光帯域半値全幅が０.4４ｎｍのときに生成される干渉縞であり、図１９に示すシミュレーション結果が光源１の発光帯域半値全幅が２.2ｎｍのときに生成される干渉縞であり、図２０に示すシミュレーション結果が光源１の発光帯域半値全幅が２２ｎｍのときに生成される干渉縞であり、図２１に示すシミュレーション結果が光源１の発光帯域半値全幅が４４ｎｍのときに生成される干渉縞である。
【００９３】
ここで、光源１のコヒーレンス長ｌc は、発光波長λ0 と発光帯域半値全幅Δλとから、
ｌc ＝０.4４×（λ0 2／Δλ）
により求められるので、図１８に示すシミュレーション結果のコヒーレンス長ｌc は７２２μｍ、図１９に示すシミュレーション結果のコヒーレンス長ｌc は１４４μｍ、図２０に示すシミュレーション結果のコヒーレンス長ｌc は１４μｍ、図２１に示すシミュレーション結果のコヒーレンス長ｌc は７μｍとなる。
【００９４】
このシミュレーション結果から、発光帯域半値全幅が２２ｎｍ程度の低いコヒーレンシーの光を発光する光源１を用意すれば、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の位置を検出することが可能になることが検証できた。
【００９５】
すなわち、コヒーレンス長ｌc が大きくなると、コヒーレンス長ｌc で規定される幅を持つ中央干渉縞の幅が大きくなることで、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞が中央干渉縞の内部に埋もれてしまうことになって、その干渉縞の位置を検出することが不可能になるので、低いコヒーレンシーの光を発光する光源１を用いる必要がある。
【００９６】
このような低いコヒーレンシーの発光を実現するために、図２２に示すように、発光波長の異なる複数の光源１を用意して、それを光分波結合器４ａに伝送するという構成を採ってもよい。
【００９７】
（ロ）第１のセンサ１００ａ／第２のセンサ１００ｂの構成
第１のセンサ１００ａとしては、単一構成のものを用いる他に、図２３に示すように、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよい。ここで、図中に示す１１ａは、並列接続を構成する各センサへの距離が等しくなるようにと設けられる光分波結合器である。
【００９８】
第１のセンサ１００ａは、第１の測定点で発生する圧力を検出するものであり、このような複数並列接続構成のものを用いると、それぞれのセンサが入力光に対して同一の２ｎa Ｌa という光路差を発生することで、光学的に平均値を算出していることになり、第１の測定点で発生する圧力を高精度に検出できるようになる。
【００９９】
また、第２のセンサ１００ｂとしては、単一構成のものを用いる他に、図２３に示すように、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよい。ここで、図中に示す１１ｂは、並列接続を構成する各センサへの距離が等しくなるようにと設けられる光分波結合器である。
【０１００】
第２のセンサ１００ｂは、第２の測定点で発生する圧力を検出するものであり、このような複数並列接続構成のものを用いると、それぞれのセンサが入力光に対して同一の２ｎb Ｌb という光路差を発生することで、光学的に平均値を算出していることになり、第２の測定点で発生する圧力を高精度に検出できるようになる。
【０１０１】
（ハ）ヤングの干渉計の構成
図１に示す実施形態例では、光分波結合器７を使って、第２のセンサ１００ｂから逆伝送される光を光ファイバ８ａと光ファイバ８ｂとに分波することで、ヤングの干渉計を構成している。
【０１０２】
干渉計の構成方法としては、このような構成方法に限られるものではなくて、図２４ないし図３０に示すような様々な構成方法（図２４〜図２６：ヤングの干渉計、図２７〜図３０：ルンマーゲールケの干渉計）を用いることが可能である。
【０１０３】
図２４に示すヤングの干渉計の構成方法では、光分波結合器７を介して光ファイバ６に接続される光ファイバ８ａ，８ｂに代えて、光ファイバ６の前面に、２つのスリット又はピンホールを持つ光遮蔽板１２を備えることで、ヤングの干渉計を構成している。
【０１０４】
また、図２５に示すヤングの干渉計の構成方法では、シングルモードの光ファイバ８ａ，８ｂに代えて、２モードの光ファイバ１３を接続することで、ヤングの干渉計を構成している。
【０１０５】
ここで、図２５中に示す１４は光ファイバ６と光ファイバ１３とを接続するコネクタ、１５ａ，１５ｂは２モードの光ファイバ１３から出射される光をラインイメージセンサ９に照射する全反射鏡である。
【０１０６】
また、図２６に示すヤングの干渉計の構成方法では、図２５の構成方法を用いるときに、更に、２モードの光ファイバ１３から出射される光を直線偏光にする偏光子１６を備える構成を採っている。偏光度を高めることで干渉性がよくなるので、偏光子１６を備えるのである。
【０１０７】
また、図２７に示すルンマーゲールケの干渉計の構成方法では、光ファイバ８ａ，８ｂに代えて、円錐状のガラス体１７と、光ファイバ６から出射される光を平行にしてガラス体１７の底面部に入射するレンズ１８とを備えることで、ルンマーゲールケの干渉計（この構成方法では、２次元的な広がりを持つ干渉縞が生成される）を構成している。
【０１０８】
この構成に従って、レンズ１８により平行化された光は、ガラス体１７の持つテーパ部の間で多重反射を繰り返し、そのとき、その一部がガラス体１７を通り抜けることで光路差Δが発生して、ルンマーゲールケの干渉計を構成することになる。
【０１０９】
ここで、ガラス体１７の持つテーパ部には、部分反射鏡が形成されていることもある。また、ガラス体１７とラインイメージセンサ９との間に、ガラス体１７を通り抜けた光を平行化するレンズが設けられることもある。
【０１１０】
また、図２８に示すルンマーゲールケの干渉計の構成方法では、図２７の構成方法で用いる円錐状のガラス体１７に代えて、テーパ部を持つ平面形状のガラス板１９ａ，１９ｂが２枚貼り合わされることで構成されるものを用いることで、ルンマーゲールケの干渉計を構成している。
【０１１１】
ここで、ガラス板１９ａとガラス板１９ｂとの間には全反射鏡が形成されており、この構成に従って、この全反射鏡とテーパ部との間で多重反射を繰り返し、そのとき、その一部がガラス板１９ａ，１９ｂを通り抜けることで光路差Δが発生して、ルンマーゲールケの干渉計を構成することになる。
【０１１２】
また、図２９に示すルンマーゲールケの干渉計の構成方法では、光ファイバ８ａ，８ｂに代えて、下面に全反射鏡が形成される平面ガラス板２０と、光ファイバ６から出射される光を平行にして平面ガラス板２０に入射するレンズ２１とを備えることで、ルンマーゲールケの干渉計を構成している。
【０１１３】
この構成に従って、レンズ２１により平行化された光は、平面ガラス板２０の上面と下面との間で多重反射を繰り返し、そのとき、その一部が平面ガラス板２０を通り抜けることで光路差Δが発生して、ルンマーゲールケの干渉計を構成することになる。
【０１１４】
また、図３０に示すルンマーゲールケの干渉計の構成方法では、図２９の構成方法で用いる平面ガラス板２０に加えて、その平面ガラス板２０の上に載置されるもう１つの平面ガラス板２２を用いることで、ルンマーゲールケの干渉計を構成している。
【０１１５】
ここで、平面ガラス板２０とその上に載置される平面ガラス板２２との間に部分反射鏡が形成されており、この構成に従って、光路差Δが発生して、ルンマーゲールケの干渉計を構成することになる。
【０１１６】
なお、図２９や図３０のルンマーゲールケの干渉計を構成するにあたって、光路差を積極的に作り出すために、平面ガラス板２０（平面ガラス板２２）としてテーパを有するものを用いることが好ましい。
【０１１７】
（ニ）測定レンジの拡大を実現するヤングの干渉計の構成
図１に示す実施形態例では、光分波結合器７を使って、第２のセンサ１００ｂから逆伝送される光を光ファイバ８ａと光ファイバ８ｂとに分波することで、ヤングの干渉計を構成している。
【０１１８】
この場合、光ファイバ８ａ，８ｂの先端同士の間の距離（図７中に示す２ａ）により、干渉縞の位置が変化することになる。図９に示したシミュレーション結果は、ａ＝１０ｍｍとして行ったシミュレーションの結果である。
【０１１９】
図３１に、ａ＝２０ｍｍとし、その他の条件については図９に示したシミュレーションと変えずに行ったシミュレーションの結果を図示する。図中の上段に示すものがａ＝２０ｍｍとして行ったシミュレーションの結果であり、下段に示すものがａ＝１０ｍｍとして行ったシミュレーションの結果（図９に示したもの）である。
【０１２０】
このシミュレーション結果から分かるように、光ファイバ８ａ，８ｂの先端同士の間の距離を小さくすると、干渉縞位置の展開の広がりが大きくなることが分かる。
【０１２１】
このことから、分かるように、測定する圧力差が大きいときには、光ファイバ８ａ，８ｂの先端同士の間の距離を大きくした方がよい。この距離を小さくすると、測定する圧力差が大きいときに、ラインイメージセンサ９の画素範囲を外れることが起こるからである。一方、測定する圧力差が小さいときには、光ファイバ８ａ，８ｂの先端同士の間の距離を小さくした方がよい。この距離を小さくすると、分解能が上がるからである。
【０１２２】
そこで、図３２に示すように、光ファイバ８ａを起点として、入力される光を２つに分波する光ファイバの１つ又は複数段の階層構造により構成されるとともに、光ファイバ８ｂを起点として、入力される光を２つに分波する光ファイバの１つ又は複数段の階層構造により構成されて、ラインイメージセンサ９（１つで構成されることもあるし、複数で構成されることもある）に光を出射する最終段の光ファイバの出射間隔がそれぞれ異なるものとなるものを用いることで、測定レンジの拡大を図る構成を採ることが好ましい。
【０１２３】
この構成を用いる場合には、演算装置１０は、例えば、最初に、最も差圧測定レンジの大きなもので差圧を測定し、次に、その測定した差圧から、ラインイメージセンサ９の画素範囲に入る差圧測定レンジの内で、最も分解能の高い差圧測定レンジを選択して、それを使って差圧を再測定することで、最終的な差圧を測定するように処理することになる。
【０１２４】
（ホ）装置の小型化を実現する構成
図１に示す実施形態例を実装する装置の小型化を実現するには、図３３や図３４に示すように、光ファイバ２／光分波結合器４ａ／光ファイバ５／光分波結合器４ｂ／光ファイバ６／光分波結合器７／光ファイバ８ａ／光ファイバ８ｂを、１つのプラットホームに集積化する構成を採ることが好ましい。
【０１２５】
更に、図３２に示す測定レンジの拡大を実現する構成を用いる場合にも、図３５に示すように、１つのプラットホームに集積化する構成を採ることが好ましい。
【０１２６】
ここで、第１のセンサ１００ａに接続される光ファイバ３ａや、第２のセンサ１００ｂに接続される光ファイバ３ｂについても、可能な範囲で、そのプラットホームに集積化することが好ましい。
【０１２７】
次に、本発明の他の実施形態例について説明する。図３６に本発明の他の実施形態例を図示する。
【０１２８】
図１に示した実施形態例では測定点が２か所であったが、この実施形態例では測定点が５か所となっている。
【０１２９】
これに合わせて、図３６の実施形態例は、第１のセンサ１００ａ及び第２のセンサ１００ｂに加えて、第３の測定点に設置されて、第３の測定点で発生する圧力に応じて入力光に光路差を発生させる第３のセンサ１００ｃと、第４の測定点に設置されて、第４の測定点で発生する圧力に応じて入力光に光路差を発生させる第４のセンサ１００ｄと、第５の測定点に設置されて、第５の測定点で発生する圧力に応じて入力光に光路差を発生させる第５のセンサ１００ｅとを備える構成を採る。
【０１３０】
この第３のセンサ１００ｃは、第１のセンサ１００ａと同一の構造に従って、入力光に対して、２ｎc Ｌc ( Ｌc は半透過鏡１０２ｃと全反射鏡１０１ｃとの間の距離、ｎc は半透過鏡１０２ｃと全反射鏡１０１ｃとの間にある物質の屈折率）という光路差を発生させる。
【０１３１】
一方、第４のセンサ１００ｄは、第１のセンサ１００ａと同一の構造に従って、入力光に対して、２ｎd Ｌd ( Ｌd は半透過鏡１０２ｄと全反射鏡１０１ｄとの間の距離、ｎd は半透過鏡１０２ｄと全反射鏡１０１ｄとの間にある物質の屈折率）という光路差を発生させる。
【０１３２】
一方、第５のセンサ１００ｅは、第１のセンサ１００ａと同一の構造に従って、入力光に対して、２ｎe Ｌe ( Ｌe は半透過鏡１０２ｅと全反射鏡１０１ｅとの間の距離、ｎe は半透過鏡１０２ｅと全反射鏡１０１ｅとの間にある物質の屈折率）という光路差を発生させる。
【０１３３】
そして、第３のセンサ１００ｃ／第４のセンサ１００ｄ／第５のセンサ１００ｅを用意することに合わせて、光分波結合器４ｂの分波する光を取り出すシングルモードの光ファイバ５αと、第３のセンサ１００ｃに対応付けて設けられて、光ファイバ５αの取り出す光を第３のセンサ１００ｃに伝送するシングルモードの光ファイバ３ｃと、光ファイバ５αと光ファイバ３ｃとを結合するとともに、光ファイバ３ｃを逆伝送してくる光を分波する光分波結合器４ｃと、光分波結合器４ｃの分波する光を取り出すシングルモードの光ファイバ５βと、第４のセンサ１００ｄに対応付けて設けられて、光ファイバ５βの取り出す光を第４のセンサ１００ｄに伝送するシングルモードの光ファイバ３ｄと、光ファイバ５βと光ファイバ３ｄとを結合するとともに、光ファイバ３ｄを逆伝送してくる光を分波する光分波結合器４ｄと、光分波結合器４ｄの分波する光を取り出すシングルモードの光ファイバ５γと、第５のセンサ１００ｅに対応付けて設けられて、光ファイバ５γの取り出す光を第５のセンサ１００ｅに伝送するシングルモードの光ファイバ３ｅと、光ファイバ５γと光ファイバ３ｅとを結合するとともに、光ファイバ３ｅを逆伝送してくる光を分波する光分波結合器４ｅとを備えるとともに、光ファイバ６が、その光分波結合器４ｅの分波する光を取り出して、光分波結合器７に伝送するという構成を採る。
【０１３４】
この構成に従って、ラインイメージセンサ９上には、２（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞や、２（ｎa Ｌa −ｎc Ｌc ）という光路差因子に基づく干渉縞というように、任意の２つの測定点の圧力差に対応付けられる干渉縞位置を持つ干渉縞が生成されることになる。
【０１３５】
これから、この実施形態例の本発明を用いることで、図３７に示すように、複数の測定点の差圧を単一構成のセンサで一度に測定することが可能になる。
【０１３６】
この実施形態例の本発明を用いると、例えば、図３８に示すような形態で、図中の▲１▼の位置に、第１の測定点の圧力と第２の測定点の圧力との差分値に応じた干渉縞が生成され、図中の▲２▼の位置に、第２の測定点の圧力と第３の測定点の圧力との差分値に応じた干渉縞が生成され、図中の▲３▼の位置に、第２の測定点の圧力と第４の測定点の圧力との差分値に応じた干渉縞が生成され、図中の▲４▼の位置に、第４の測定点の圧力と第５の測定点の圧力との差分値に応じた干渉縞が生成されることになるので、これらの干渉縞位置から、複数の測定点の差圧を単一構成のセンサで一度に測定することが可能になるのである。
【０１３７】
なお、干渉縞の位置は、圧力差（光路差）の小さいものほど中央干渉縞に近い位置に生成されることになるので、干渉縞の出現順序が変動する可能性があるが、通常の測定対象では、圧力差の順番が変わるようなことは起こらないので、本発明によるこのような複数の測定点の差圧測定が可能になる。
【０１３８】
ここで、図３６の実施形態例の構成を用いる場合にあっても、光ファイバとして、シングルモードのものを用いることに限られる必要はなく、マルチモードのものを用いることも可能である。
【０１３９】
また、図３６の実施形態例の構成を用いる場合にあっても、２つの測定点の圧力差がないときに発生する干渉縞が中央干渉縞と一致しないようになる、図１１に示すような干渉縞を発生させるセンサを用いることができることは言うまでもない。
【０１４０】
以上に説明した実施形態例では、圧力に応答して全反射鏡１０１ａなどが動くことで入力光に与える光路差を変化させる機能を持つ第１のセンサ１００ａなどを用いることで、圧力差を測定するようにしている。
【０１４１】
全反射鏡１０１ａなどが温度に応答して動けば、本発明を用いることで温度差を測定できるようになるし、全反射鏡１０１ａなどが磁界強度に応答して動けば、本発明を用いることで磁界強度差を測定できるようになるし、全反射鏡１０１ａなどが電界強度に応答して動けば、本発明を用いることで電界強度差を測定できるようになる。このように、本発明は、その適用が圧力差の測定に限られるものではない。
【０１４２】
一方、本発明では、全反射鏡１０１ａなどが動かなくても、全反射鏡１０１ａなどと半透過鏡１０２ａなどとの間にある物質の屈折率が変化することで、入力光に与える光路差を変化させる機能を持つセンサを用いることもできる。
【０１４３】
例えば、高分子ポリマーによっては、図３９に示すように、温度によって屈折率を変化させるものがある。全反射鏡１０１ａなどと半透過鏡１０２ａなどとの間に、このような特性を持つ高分子ポリマーを置いておけば、温度差を測定することができるようになる。
【０１４４】
一般に、物質は、温度が変化したり、圧力が変化したり、濃度が変化したり、磁界が変化したり、電界が変化したりすると、その屈折率や長さが変化し、これにより、通過する光の位相差を変化させる。
【０１４５】
これから、そのような外部要因に敏感に反応して屈折率や長さを変化させる物質を、全反射鏡１０１ａなどと半透過鏡１０２ａなどとの間に置くことで、全反射鏡１０１ａなどが動かなくても、本発明を用いることで、圧力差などを測定することが可能である。
【０１４６】
更に、このような外部要因に敏感に反応して屈折率や長さを変化させる物質を用いる場合には、本発明に関連する技術として、第１のセンサ１００ａなどのような反射型のセンサの代わりに、図４０に示すように、透明なガラス板を平行に配置して、その２つのガラス板の間に、そのような外部要因に敏感に反応して屈折率や長さを変化させる物質を置くことで入力光に光路差を与える透過型のセンサが用意されることもある。
【０１４７】
図４１に、このような透過型のセンサを用いるのに好適な本発明に関連する技術を図示する。
【０１４８】
この本発明に関連する技術では、第１の測定点で発生する圧力に応じて光路長を変化させる図４０に示すような構造を持つ透過型の第１のセンサ２００ａと、第２の測定点で発生する圧力に応じて光路長を変化させる図４０に示すような構造を持つ透過型の第２のセンサ２００ｂとを使って、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との差分値を測定する構成を採っている。
【０１４９】
この第１のセンサ２００ａは、２つのガラス板の間の距離をＬa で表すならば、入力光に対して、通過する際に、ｎa Ｌa ( ｎa は２つのガラス板の間にある物質の屈折率）という光路長を与える。一方、第２のセンサ２００ｂは、第１のセンサ２００ａと同一の構造を有して、２つのガラス板の間の距離をＬb で表すならば、入力光に対して、通過する際に、ｎb Ｌb ( ｎb は２つのガラス板の間にある物質の屈折率）という光路長を与える。
【０１５０】
以下、説明の便宜上、「ｎa ＝ｎb 」を想定するとともに、第１の測定点と第２の測定点との間に圧力差がない場合に「Ｌa ＝Ｌb 」となる第１のセンサ２００ａ及び第２のセンサ２００ｂを用いることを想定する。
【０１５１】
このように構成されるときにあって、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間に圧力差がない場合には、「Ｌa ＝Ｌb 」となり、第１のセンサ２００ａの持つ２つのガラス板の間にある物質と、第２のセンサ２００ｂの持つ２つのガラス板の間にある物質とが同じであることで「ｎa ＝ｎb 」となることから、第１のセンサ２００ａにより与えられる光路長ｎa Ｌa と、第２のセンサ２００ｂにより与えられる光路長ｎb Ｌb とは一致することになる。
【０１５２】
これに対して、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間に圧力差がある場合には、この２つの光路長には違いがでる。
【０１５３】
図４１に示す本発明に関連する技術は、この２つの光路長の違いを検出することで、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との差分値を測定する構成を採るものであり、低コヒーレント光を発光するＬＥＤなどで構成される光源１（いわゆる白色光源で構成される光源１）と、光源１の発光する光を取り出して第１のセンサ２００ａに伝送するシングルモードの光ファイバ３０ａと、光ファイバ３０ａを伝送する光を２つに分波して、その一方を第１のセンサ２００ａに入力する光分波結合器３１ａと、光分波結合器３１ａの分波するもう一方の光を入力として、第１のセンサ２００ａをバイパスする経路を形成するシングルモードの光ファイバ３２ａと、第１のセンサ２００ａの出力する光と光ファイバ３２ａの出力する光とを結合する光分波結合器３３ａと、光分波結合器３３ａの出力する光を第２のセンサ２００ｂに伝送するシングルモードの光ファイバ３０ｂと、光ファイバ３０ｂを伝送する光を２つに分波して、その一方を第２のセンサ２００ｂに入力する光分波結合器３１ｂと、光分波結合器３１ｂの分波するもう一方の光を入力として、第２のセンサ２００ｂをバイパスする経路を形成するシングルモードの光ファイバ３２ｂと、第２のセンサ２００ｂの出力する光と光ファイバ３２ｂの出力する光とを結合する光分波結合器３３ｂと、光分波結合器３３ｂの分波する光を取り出すシングルモードの光ファイバ６と、光ファイバ６の取り出す光を２つに分波する光分波結合器７と、光分波結合器７の分波する一方の光を取り出すシングルモードの光ファイバ８ａと、光分波結合器７の分波するもう一方の光を取り出すシングルモードの光ファイバ８ｂと、光ファイバ８ａ及び光ファイバ８ｂから出射される光により生成される干渉縞を検出するラインイメージセンサ９と、ラインイメージセンサ９の検出する干渉縞の縞位置から、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との間に圧力差を算出する演算装置１０とを備える。
【０１５４】
この本発明に関連する技術に従う場合には、（１）第１のセンサ２００ａを透過してから、第２のセンサ２００ｂを透過する光の伝送パターンと、（２）第１のセンサ２００ａをバイパスする光ファイバ３２ａを伝送してから、第２のセンサ２００ｂをバイパスする光ファイバ３２ｂを伝送する光の伝送パターンと、（３）第１のセンサ２００ａをバイパスする光ファイバ３２ａを伝送してから、第２のセンサ２００ｂを透過する光の伝送パターンと、（４）第１のセンサ２００ａを透過してから、第２のセンサ２００ｂをバイパスする光ファイバ３２ｂを伝送する光の伝送パターンという、４種類の光の伝送パターンが存在することになる。
【０１５５】
光ファイバ３２ａ，３２ｂが与える光路長は固定であることを考慮すると、▲３▼の伝送パターンで伝送されると、入力光にはｎb Ｌb という光路長が与えられ、▲４▼の伝送パターンで伝送されると、入力光にはｎa Ｌa という光路長が与えられ、これにより、ラインイメージセンサ９に向けて出射される光の位相差の中に、位相差＝ｋ×（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という位相差が存在することになる。
【０１５６】
この（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子は、第１のセンサ２００ａの置かれる第１の測定点で発生する圧力と第２のセンサ２００ｂの置かれる第２の測定点で発生する圧力との差圧を示しており、これから、図１の実施形態例で説明したように、この（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動量を検出することで、その差圧を算出することができる。
【０１５７】
このようにして、図４１に示す本発明に関連する技術でも、（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動量を検出することで、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との差圧を測定できるようになる。
【０１５８】
ここで、図４１に示す本発明に関連する技術の構成を用いる場合にあっても、光ファイバとして、シングルモードのものを用いることに限られる必要はなく、マルチモードのものを用いることも可能である。
【０１５９】
また、図４１に示す本発明に関連する技術の構成を用いる場合にあっても、２つの測定点の圧力差がないときに発生する干渉縞が中央干渉縞と一致しないようになる、図１１に示すような干渉縞を発生させるセンサを用いることができることは言うまでもない。
【０１６０】
また、図４１に示す本発明に関連する技術の構成を用いる場合にあっても、第１のセンサ２００ａとして、単一構成のものを用いる他に、図４２に示すように、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよい。
【０１６１】
第１のセンサ２００ａは、第１の測定点で発生する圧力を検出するものであり、このような複数並列接続構成のものを用いると、それぞれのセンサが入力光に対して同一のｎa Ｌa という光路長を与えることで、光学的に平均値を算出していることになり、第１の測定点で発生する圧力を高精度に検出できるようになる。
【０１６２】
また、第２のセンサ２００ｂとして、単一構成のものを用いる他に、図４２に示すように、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよい。
【０１６３】
第２のセンサ２００ｂは、第２の測定点で発生する圧力を検出するものであり、このような複数並列接続構成のものを用いると、それぞれのセンサが入力光に対して同一のｎb Ｌb という光路長を与えることで、光学的に平均値を算出していることになり、第２の測定点で発生する圧力を高精度に検出できるようになる。
【０１６４】
図４１に示す本発明に関連する技術では、第１のセンサ２００ａをバイパスする光ファイバ３２ａを用いることで、第１のセンサ２００ａを通過する際に、入力光に対して、ｎa Ｌa という光路差を発生させ、第２のセンサ２００ｂをバイパスする光ファイバ３２ｂを用いることで、第２のセンサ２００ｂを通過する際に、入力光に対して、ｎb Ｌb という光路差を発生させるという構成を採ったが、図４３に示すように、第１のセンサ２００ａをバイパスする光ファイバ３２ａの代わりに、入力光に対して、第１のセンサ２００ａとは異なる光路長ｑ×ｎa Ｌa （ｑは１以外の値）を与えるセンサ２０１ａを用いるとともに、第２のセンサ２００ｂをバイパスする光ファイバ３２ｂの代わりに、入力光に対して、第２のセンサ２００ｂとは異なる光路長ｑ×ｎb Ｌb を与えるセンサ２０１ｂを用いるという構成を採ってもよい。
【０１６５】
この場合には、▲１▼第１のセンサ２００ａを透過してから、第２のセンサ２００ｂを透過する光の伝送パターンと、▲２▼光ファイバ３２ａの代わりに設けるセンサ２０１ａを透過してから、光ファイバ３２ｂの代わりに設けるセンサ２０１ｂを透過する光の伝送パターンと、▲３▼光ファイバ３２ａの代わりに設けるセンサ２０１ａを透過してから、第２のセンサ２００ｂを透過する光の伝送パターンと、▲４▼第１のセンサ２００ａを透過してから、光ファイバ３２ｂの代わりに設けるセンサ２０１ｂを透過する光の伝送パターンという、４種類の光の伝送パターンが存在することになる。
【０１６６】
この▲３▼の伝送パターンで伝送されると、入力光には「ｑ×ｎa Ｌa ＋ｎb Ｌb 」という光路長が与えられ、▲４▼の伝送パターンで伝送されると、入力光には「ｎa Ｌa ＋ｑ×ｎb Ｌb 」という光路長が与えられ、これにより、ラインイメージセンサ９に向けて出射される光の位相差の中に、位相差＝ｋ×（ｑ−１）×（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という位相差が存在することになる。
【０１６７】
したがって、図４３に示す構成を用いることでも、（ｑ−１）×（ｎa Ｌa −ｎb Ｌb ）という光路差因子に基づく干渉縞の移動量を検出することで、第１の測定点で発生する圧力と第２の測定点で発生する圧力との差圧を測定することができるのである。
【０１６８】
この図４３の構成を用いる場合にあっても、第１のセンサ２００ａとして、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよいし、光ファイバ３２ａの代わりに設けるセンサ２０１ａとして、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよい。
【０１６９】
そして、第２のセンサ２００ｂとして、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよいし、光ファイバ３２ｂの代わりに設けるセンサ２０１ｂとして、同一構造を持つ複数のものを光ファイバを使って並列接続することで構成されるものを用いるようにしてもよい。
【０１７０】
ここで、図４３に示す本発明に関連する技術の構成を用いる場合にあっても、２つの測定点の圧力差がないときに発生する干渉縞が中央干渉縞と一致しないようになる、図１１に示すような干渉縞を発生させるセンサを用いることができることは言うまでもない。
【０１７１】
図４１ないし図４３では、測定点が２か所であったが、測定点が３か所以上である場合には、センサを直列的に接続する形態で光ファイバ及び光分波結合器を備えることになる。
【０１７２】
図４１ないし図４３に示す本発明に関連する技術の実現にあたっても、図３２に示したように、光ファイバ８ａを起点として、入力される光を２つに分波する光ファイバの１つ又は複数段の階層構造により構成されるとともに、光ファイバ８ｂを起点として、入力される光を２つに分波する光ファイバの１つ又は複数段の階層構造により構成されて、ラインイメージセンサ９（１つで構成されることもあるし、複数で構成されることもある）に光を出射する最終段の光ファイバの出射間隔がそれぞれ異なるものとなるものを用いることで、測定レンジの拡大を図る構成を採ることが好ましい。
【０１７３】
そして、図４１ないし図４３に示す本発明に関連する技術の実現にあたっても、小型化を実現するために、図３３や図３４や図３５に示したように、可能な限りの光ファイバや光分波結合器を、１つのプラットホームに集積化するという構成を採ることが好ましい。
【０１７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、距離的に離れた位置で測定される物理量の差分値を測定するにあたって、導圧管やリモートシールなどの代わりに光ファイバを用いて、光干渉を使ってその差分値を測定するという構成を採ることから、距離的に離れた位置で発生する物理量の差分値を周囲環境などに影響されずに正確に測定できるようになる。
【０１７５】
すなわち、光ファイバ中を伝送する全ての光波は同じ位相変動を受けることで、外乱による干渉はキャンセルし合うことになるので、本発明によれば、距離的に離れた位置で発生する物理量の差分値を周囲環境などに影響されずに正確に測定できるようになるのである。
【０１７６】
さらに、本発明では、距離的に離れた３か所以上の位置で測定される物理量の差分値についても、周囲環境などに影響されずに同時かつ正確に測定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例である。
【図２】光の伝送パターンの説明図である。
【図３】光の伝送パターンの説明図である。
【図４】光の伝送パターンの説明図である。
【図５】光の伝送パターンの説明図である。
【図６】光の伝送パターンの説明図である。
【図７】ヤングの干渉計の説明図である。
【図８】干渉縞の強度のモデル式である。
【図９】干渉縞生成のシミュレーション結果の説明図である。
【図１０】演算装置の実行処理の説明図である。
【図１１】干渉縞の移動の説明図である。
【図１２】ファブリペロ構造を持つセンサの説明図である。
【図１３】ファブリペロ構造を持つセンサの光量ロスのシミュレーション結果の説明図である。
【図１４】ファブリペロ構造を持つセンサの光量ロスのシミュレーション結果の説明図である。
【図１５】ファブリペロ構造を持つセンサの光量ロスのシミュレーション結果の説明図である。
【図１６】干渉縞生成のシミュレーション結果の説明図である。
【図１７】干渉縞生成のシミュレーション結果の説明図である。
【図１８】光源コヒーレンシーのシミュレーション結果の説明図である。
【図１９】光源コヒーレンシーのシミュレーション結果の説明図である。
【図２０】光源コヒーレンシーのシミュレーション結果の説明図である。
【図２１】光源コヒーレンシーのシミュレーション結果の説明図である。
【図２２】光源構成の一実施形態例である。
【図２３】センサ構成の一実施形態例である。
【図２４】ヤングの干渉計の構成方法の説明図である。
【図２５】ヤングの干渉計の構成方法の説明図である。
【図２６】ヤングの干渉計の構成方法の説明図である。
【図２７】ルンマーゲールケの干渉計の構成方法の説明図である。
【図２８】ルンマーゲールケの干渉計の構成方法の説明図である。
【図２９】ルンマーゲールケの干渉計の構成方法の説明図である。
【図３０】ルンマーゲールケの干渉計の構成方法の説明図である。
【図３１】干渉縞生成のシミュレーション結果の説明図である。
【図３２】測定レンジを拡大する構成の一実施形態例である。
【図３３】集積化構成の一実施形態例である。
【図３４】集積化構成の一実施形態例である。
【図３５】集積化構成の一実施形態例である。
【図３６】本発明の他の実施形態例である。
【図３７】本発明の使用形態の説明図である。
【図３８】干渉縞生成のシミュレーション結果の説明図である。
【図３９】高分子ポリマーの特性の説明図である。
【図４０】入力光に光路差を与える透過型のセンサの説明図である。
【図４１】 本発明に関連する技術の説明図である。
【図４２】 本発明に関連する技術の説明図である。
【図４３】 本発明に関連する技術の説明図である。
【図４４】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 光ファイバ
３ａ 光ファイバ
３ｂ 光ファイバ
４ａ 光分波結合器
４ｂ 光分波結合器
５ 光ファイバ
６ 光ファイバ
７ 光分波結合器
８ａ 光ファイバ
８ｂ 光ファイバ
９ ラインイメージセンサ
１０ 演算装置
１００ａ 第１のセンサ
１００ｂ 第２のセンサ
１０１ａ 全反射鏡
１０１ｂ 全反射鏡
１０２ａ 半透過鏡
１０２ｂ 半透過鏡
１０３ａ レンズ
１０３ｂ レンズ
Claims (6)
- 複数の測定個所のそれぞれに設置され、半透過鏡と全反射鏡とが物質を挟んで対向する形で設けられることで構成されて、該半透過鏡に入力される入力光に対して測定対象の物理量に応じた光路差を発生させて反射する複数のセンサと、
最前段のセンサに対応付けて設けられて、そのセンサに光源の発光する光を伝送する光ファイバ手段と、
最前段のセンサ以外の各センサに対応付けて設けられて、前段のセンサに対応付けて設けられる光ファイバ手段を逆伝送する光路差の発生された光を入力として、その光を対となるセンサに伝送する光ファイバ手段と、
最後段のセンサに対応付けて設けられる光ファイバ手段を逆伝送する光路差の発生された光を入力として、その光を２つに分波する光学手段と、
上記２つに分波された光により生成されて、２つのセンサの発生する光路差の差分値の大きさに応じて縞位置が決められることになる干渉縞を検知する検知手段と、
上記干渉縞の縞位置の移動量を検出して、その検出結果に基づいて、２つのセンサの設置される測定個所に存在する測定対象の物理量の差分値を算出する算出手段とを備えることを、
特徴とする物理量測定装置。 - 請求項１に記載の物理量測定装置において、
上記センサの一部又は全てが、同一構造を持つ複数のセンサの並列接続されるもので構成されることを、
特徴とする物理量測定装置。 - 請求項１又は２に記載の物理量測定装置において、
上記センサとして、上記半透過鏡と上記全反射鏡とのギャップ長が対となる上記光ファイバ手段のコア径から規定される長さ以内に入るものを用いることを、
特徴とする物理量測定装置。 - 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の物理量測定装置において、
上記センサの組み合わせとして、測定対象の物理量の差分値がゼロであるときに同一の光路差を発生させないものを用いることを、
特徴とする物理量測定装置。 - 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量測定装置において、
上記光学手段により２つに分波された光を入力とする光学手段であって、入力光を２つに分波する光学手段単位の集まりで構成されて、後段の光学手段単位が前段の光学手段単位の出力光を入力光とする階層構造の形で接続され、さらに、上記検知手段に光を出射する最終段の光学手段単位の出射間隔がそれぞれ異なるものとなる光学手段を備えることを、
特徴とする物理量測定装置。 - 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量測定装置において、
上記光ファイバ手段の一部又は全てが１つの基板上に形成されるように構成されることを、
特徴とする物理量測定装置。
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