JP5571407B2 - 測定システム及び測定方法 - Google Patents

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Description

本発明は測定技術に係り、測定システム及び測定方法に関する。
石油プラント等を制御する場合、石油プラント内の流体の圧力を測定することが必要な場合がある。従来、可動感圧膜を蛍光体で形成した圧力センサが提案されている（例えば、特許文献1、２参照。）。
米国特許第４７５２１４１号明細書 米国特許第４８８３３５４号明細書
しかし、可動感圧膜を蛍光体で形成した圧力センサは感度が低く、計測が困難になる場合がある等の問題がある。また、圧力以外に、測定対象の様々な物理量等の特性を計測可能な手法が求められている。そこで、本発明は、測定対象の特性を簡易に測定可能な測定システム及び測定方法を提供することを目的の一つとする。
本発明の態様は、（ａ）蛍光を発する蛍光体と、（ｂ）蛍光体から発せられた後に測定対象の特性に依存する変調を波長選択的に与えられた蛍光を受光する光学系と、（ｃ）変調を与えられた蛍光の減衰特性を測定する減衰特性測定部と、（ｄ）減衰特性に基づいて、測定対象の特性を特定する特定部と、を備える測定システムであることを要旨とする。
本発明の他の態様は、（ａ）蛍光体から蛍光を発することと、（ｂ）蛍光体から発せられた後に測定対象の特性に依存する変調を波長選択的に与えられた蛍光を受光することと、（ｃ）変調を与えられた蛍光の減衰特性を測定することと、（ｄ）減衰特性に基づいて、測定対象の特性を特定することと、を含む測定方法であることを要旨とする。
本発明のさらに他の態様は、（ａ）測定対象の特性に依存する変調を波長選択的に与えられた光で蛍光を励起する光学系と、（ｂ）蛍光の減衰特性を測定する減衰特性測定部と、（ｃ）減衰特性に基づいて、測定対象の特性を特定する特定部と、を備える測定システムであることを要旨とする。
本発明のさらに他の態様は、（ａ）測定対象の特性に依存する変調を波長選択的に与えられた光で蛍光を励起することと、（ｂ）蛍光の減衰特性を測定することと、減衰特性に基づいて、前記測定対象の特性を特定することと、を含む測定方法であることを要旨とする。
本発明によれば、測定対象の特性を簡易に測定可能な測定システム及び測定方法を提供可能である。
本発明の第１の実施の形態に係る測定システムの第１の模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係る蛍光の分光スペクトルの一例である。 本発明の第１の実施の形態に係る反射スペクトルの一例である。 本発明の第１の実施の形態に係る蛍光の分光スペクトルの変化の一例である。 本発明の第１の実施の形態に係る蛍光強度の時間変化の例を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る測定方法のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る測定システムの第２の模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係る測定システムの第３の模式図である。 本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る蛍光寿命と、膜の積層数と、の関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係る測定システムの一部の第１の拡大断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係る測定システムの一部の第２の拡大断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る測定システムの一部の第１の拡大断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る測定システムの一部の第２の拡大断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る測定システムの一部の第３の拡大断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る測定システムの一部の第４の拡大断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る測定システムの一部の第５の拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る測定システムの模式図である。 本発明の第３の実施の形態に係る蛍光体の蛍光強度の雰囲気温度に依存する減衰特性の例を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係る測定システムの模式図である。 本発明の第４の実施の形態に係る測定システムの模式図である。 本発明の第４の実施の形態に係る測定方法のフローチャートである。 本発明の第５の実施の形態に係る測定システムの模式図である。 本発明の第５の実施の形態に係る測定方法のフローチャートである。 本発明の第６の実施の形態に係る測定システムの模式図である。 本発明の第７の実施の形態に係る測定システムの第１の模式図である。 本発明の第７の実施の形態に係る受圧素子の上面図である。 本発明の第７の実施の形態に係る受圧素子の第１の断面図である。 本発明の第７の実施の形態に係る受圧素子の第２の断面図である。 本発明の第７の実施の形態に係る受圧素子の第３の断面図である。 本発明の第７の実施の形態に係る感圧膜に関する第１のグラフである。 本発明の第７の実施の形態に係る感圧膜に関する第２のグラフである。 本発明の第７の実施の形態に係る減衰波長を示す第１のグラフである。 本発明の第７の実施の形態に係る減衰波長を示す第２のグラフである。 本発明の第７の実施の形態に係る測定システムの第１の模式図である。 本発明の第７の実施の形態の第１の変形例に係る測定システムの模式図である。 本発明の第７の実施の形態の第１の変形例に係る受圧素子の模式図である。 本発明の第７の実施の形態の第２の変形例に係る測定システムの模式図である。 本発明の第７の実施の形態の第２の変形例に係る測定システムの一部の拡大断面図である。 本発明の第８の実施の形態に係る測定システムの第１の模式図である。 本発明の第８の実施の形態に係る受圧素子の上面図である。 本発明の第８の実施の形態に係る受圧素子の第１の断面図である。 本発明の第８の実施の形態に係る受圧素子の第２の断面図である。 本発明の第８の実施の形態に係る受圧素子の第３の断面図である。 本発明の第８の実施の形態に係る測定システムの第２の模式図である。 本発明の第８の実施の形態に係る測定システムの第３の模式図である。 本発明の第８の実施の形態に係る測定システムの第４の模式図である。 本発明の第８の実施の形態の第１の変形例に係る測定システムの模式図である。 本発明の第８の実施の形態の第１の変形例に係る測定システムの一部の拡大断面図である。 本発明の第８の実施の形態の第２の変形例に係る測定システムの一部の第１の拡大断面図である。 本発明の第８の実施の形態の第２の変形例に係る測定システムの一部の第２の拡大断面図である。 本発明の第８の実施の形態の第３の変形例に係る測定システムの一部の第１の拡大断面図である。 本発明の第８の実施の形態の第３の変形例に係る測定システムの一部の第２の拡大断面図である。 本発明のその他の実施の形態に係る蛍光強度の時間変化の例を示すグラフである。
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る測定システムは、図１に示すように、蛍光を発する蛍光体２と、蛍光体２から発せられた後に測定対象である膜１００の特性（物理量）に依存する変調を波長選択的に与えられた蛍光を受光する光学系１０と、変調を与えられた蛍光の減衰特性を測定する減衰特性測定部３０１と、減衰特性に基づいて、測定対象である膜１００の特性を特定する特定部３０２と、を備える。
測定システムは、蛍光体２に励起光を照射する発光素子１をさらに備える。発光素子１には、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）及び半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子が使用可能である。より具体的には、発光素子１には、ＡｌＧａＩｎＰをチップ材料とする四元素系発光素子、及びＩｎＧａＮをチップ材料とする三元素系発光素子が使用可能である。例えば、発光素子１には、通電制御部２１が接続される。通電制御部２１は、発光素子１を点滅するように通電（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御し、発光素子１から蛍光体２の励起光を断続的に放射させる。
蛍光体２は、蛍光物質、又は遷移金属がドープされた蛍光物質からなる。遷移金属がドープされた蛍光物質としては、ルビー等のＣｒ3+系材料、Ｍｎ2+系材料、Ｍｎ4+系材料、及びＦｅ2+系材料が使用可能である。あるいは、蛍光体２は、ユウロピウム（Ｅｕ）がドープされたアルミン酸ストロンチウム（ＳｒＡｌ2Ｏ4系）、アレクサンドライト（ＢｅＡｌ2Ｏ4の変種）、クロム・ドープ・イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｃｒ4+：ＹＡＧ）、チタニウム・ドープ・サファイア（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ）、クロム添加フッ化リチウム・ストロンチウム・アルミニウム（Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ）、又はイッテルビウム・ドープ・イットリウム・アルミニウム（Ｙｂ：ＹＡＧ）等からなるが、これらに限定されない。なお、蛍光体２は、保持部材等に格納されていてもよい。例えば、蛍光体２がルビーからなる場合、蛍光体２が発する蛍光のスペクトルは、図２に示すように、波長６９３乃至６９４ｎｍにかけて輝線スペクトルを有する。
図１に示す蛍光体２が発した蛍光は、光学系１０に含まれる光導波路１１で伝搬される。光導波路１１の端部から放射した蛍光は、膜１００に到達する。膜１００は、反射鏡２２に保持されている。光導波路１１に対する膜１００の位置は、適宜移動してもよい。膜１００を透過した蛍光の少なくとも一部は、反射鏡２２で反射され、膜１００を再び透過して、膜１００表面から光学系１０に含まれる光導波路１２に侵入する。光導波路１１，１２の材料としては、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））等のプラスチック、石英、及び多成分ガラス等が使用可能である。また、光導波路１１，１２は、コア及びクラッドを含む光ファイバと、光ファイバを覆う保護管と、を備えていてもよい。ただし、光が伝搬可能であれば、光導波路１１，１２はこれらに限定されない。
ここで、膜１００の透過率が低下すると、膜１００及び反射鏡２２の複合体の反射率も、図３に示すように低下する。また、反射率の低下は、波長が短くなるほど大きくなる。そのため、膜１００の透過率が低下すると、膜１００から出射し光導波路１２に入射する蛍光の蛍光強度も、図４に示すように、長波長帯域よりも短波長帯域で顕著に低下する。このように、図１に示す光導波路１１から光導波路１２に伝播する蛍光の蛍光強度は、膜１００の透過率等の特性によって、波長ごとに異なる変調を与えられる。光導波路１２に入射した蛍光は、光学系１０に含まれる受光素子３に伝搬される。受光素子３には、フォトダイオード等が使用可能である。受光素子３には、受光素子３の出力信号を増幅する処理部４が接続されている。処理部４には、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００が接続されている。
減衰特性測定部３０１は、ＣＰＵ３００に含まれる。減衰特性測定部３０１は、発光素子１が消灯した瞬間又は直後から受光素子３で測定される蛍光の蛍光強度の時間変化を観測し、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性の測定値を取得する。なお、図５に示すように、発光素子１が消灯した瞬間又は直後と比較して、蛍光強度が1／eに低下するまでに要する時間が、蛍光寿命τとして定義される。なお、ｅは自然対数である。
ここで、蛍光寿命τは、波長が短いほど長くなり、波長が長いほど短くなる傾向にある。そのため、図１に示す膜１００の透過率が低下し、短波長帯域の蛍光強度が低下すると、受光素子３が受光する蛍光の蛍光寿命τは短くなる傾向にある。したがって、受光素子３が受光する蛍光の蛍光寿命τが短くなった場合、膜１００の透過率は低下している。また、膜１００の透過率が上昇し、短波長帯域の蛍光強度が上昇すると、受光素子３が受光する蛍光の蛍光寿命τは長くなる傾向にある。したがって、受光素子３が受光する蛍光の蛍光寿命τが長くなった場合、膜１００の透過率は上昇している。
以上説明したように、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性と、膜１００の透過率と、は相関関係を有する。特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び膜１００の透過率の予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、膜１００の特性として、膜１００の透過率の測定値を算出する。ＣＰＵ３００には、関係記憶部４０１を含むデータ記憶装置４００が接続されている。関係記憶部４０１は、特定部３０２によって利用される、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性と、膜１００の透過率と、の予め取得された相関関係を保存する。なお、相関関係は、関数で表現されていてもよいし、表形式で表現されていてもよい。
ＣＰＵ３００には、入力装置３２１、出力装置３２２、プログラム記憶装置３２３、及び一時記憶装置３２４がさらに接続されている。入力装置３２１としては、スイッチ及びキーボード等が使用可能である。出力装置３２２としては、光インジケータ、デジタルインジケータ、及び液晶表示装置等が使用可能である。出力装置３２２は、特定部３０２で算出された膜１００の透過率の測定値を出力する。プログラム記憶装置３２３は、ＣＰＵ３００に接続された装置間のデータ送受信等をＣＰＵ３００に実行させるためのプログラムを保存している。一時記憶装置３２４は、ＣＰＵ３００の演算過程でのデータを一時的に保存する。
次に図６に示すフローチャートを用いて第１の実施の形態に係る測定方法について説明する。
（ａ）ステップＳ１０１で、図１に示す通電制御部２１から発光素子１に通電し、発光素子１から蛍光体２に励起光を照射させる。励起光を照射された蛍光体２は、蛍光を発する。ステップＳ１０２で、蛍光体２が発した蛍光が光導波路１１で膜１００の近傍に伝搬される。ステップＳ１０３で、膜１００を透過した蛍光は、膜１００の透過率に応じて変調を与えられる。膜１００の透過率に依存する変調を与えられた蛍光は、光導波路１２で受光素子３に伝搬される。受光素子３で受光した蛍光の蛍光強度は、処理部４を経て、ＣＰＵ３００の減衰特性測定部３０１に伝送される。
（ｂ）ステップＳ１０４で、通電制御部２１から発光素子１への通電を切断し、発光素子１を消灯する。減衰特性測定部３０１は、発光素子１を消灯した瞬間又は直後からの蛍光の蛍光強度の時間変化を観測し、蛍光の蛍光寿命τ等の減衰特性の測定値を取得する。減衰特性測定部３０１は、取得した減衰特性の測定値を、特定部３０２に伝送する。
（ｃ）ステップＳ１０５で、特定部３０２は、関係記憶部４０１から、蛍光の減衰特性と、膜１００の透過率と、の予め取得された相関関係を読み出す。さらに特定部３０２は、読み出した相関関係と、減衰特性の測定値と、に基づいて、膜１００の透過率の測定値を算出する。その後、特定部３０２は、算出した膜１００の透過率の測定値を出力装置３２２に出力させ、第１の実施の形態に係る測定方法を終了する。
以上説明した第１の実施の形態に係る測定システム及び測定方法によれば、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性に基づいて、膜１００の透過率を簡易かつ正確に算出することが可能となる。なお、図７に示すように、励起光を光導波路１１で伝搬し、蛍光体２を膜１００の近傍に配置してもよい。また、図８に示すように、光導波路１１の端部から放射した蛍光を膜１００に透過し、膜１００を透過した蛍光を光導波路１２に入射させてもよい。
なお、蛍光の減衰特性と、膜１００の透過率と、の相関関係を予め取得する際には、透過率が既知の複数の膜１００を用意し、それぞれの蛍光の減衰特性を第１の実施の形態に係る測定システムで測定すればよい。
（第１の実施の形態の第１の変形例）
第１の実施の形態では、測定対象の特性として、膜１００の透過率を測定する例を示した。これに対して、膜１００の屈折率、反射率、密度、及び膜厚等も、波長ごとに異なる変調を蛍光に与え得る。よって、膜１００のこれらの特性と、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性と、の相関関係を予め取得することにより、蛍光の減衰特性の測定値から膜１００の種々の特性を測定することが可能である。また、図９は、ゼラチン膜の積層数と、蛍光寿命τと、の相関関係の一例を示すグラフである。このように、多層膜の積層数と、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性とは、相関関係を有する。したがって、測定対象の特性として、多層膜の積層数を測定することも可能である。以下説明する、第２乃至第６の実施の形態についても同様である。
（第１の実施の形態の第２の変形例）
第１の実施の形態及び第１の実施の形態の第１の変形例では、測定対象として、膜１００を例示した。しかし、測定対象は膜１００に限定されず、膜１００以外の固体物を測定対象としてもよい。また、固体物の特性として、透過率、反射率、屈折率、及び密度等を測定してもよい。固体物は、例えば有機溶媒とフォトレジストとの混合物等、吸収波長が異なる物質が２つ以上混ざった混合物からなると、蛍光に波長選択的な変調を与え得る。以下説明する、第２乃至第６の実施の形態についても同様である。
（第１の実施の形態の第３の変形例）
第１の実施の形態の第３の変形例に係る測定システムは、図１０に示すように、光導波路１１及び光導波路１２の端部に対向して配置された透明な筺体１０７と、筺体１０７の表面に配置された複数の吸着材３３と、を備える。筺体１０７は、透明樹脂又はガラス等からなる。吸着材３３は、化学物質が吸着すると、化学物質の濃度又は酸性度に応じて発色又は変色する。吸着材３３は、例えば粒子であり、金、銀、銅又はリトマス等を含む。例えば測定対象の化学物質が糖である場合、吸着材３３は金を含む。また、測定対象の化学物質が酸素である場合、吸着材３３は銅を含む。
吸着材３３が発色又は変色すると、吸着材３３表面で反射する蛍光の波長成分が選択的に吸収される。そのため、吸着材３３が発色又は変色すると、光導波路１１から光導波路１２に伝播する蛍光の蛍光強度が、波長選択的に変調を与えられる。なお、図１１に示すように、光導波路１１及び光導波路１２の端部に対向して反射鏡１０８を配置し、光導波路１１及び光導波路１２の端部と、反射鏡１０８と、の間に、吸着材３３を配置してもよい。この場合、吸着材３３が発色又は変色すると、吸着材３３を透過する蛍光の波長成分が選択的に吸収される。
第１の実施の形態の第３の変形例において、特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び吸着材３３に吸着した化学物質の濃度の予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である化学物質の特性である濃度の測定値を算出する。あるいは特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び吸着材３３に吸着した化学物質の酸性度の予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である化学物質の特性である酸性度の測定値を算出する。また、関係記憶部４０１は、特定部３０２によって利用される、蛍光の減衰特性及び化学物質の濃度の相関関係、又は蛍光の減衰特性及び化学物質の酸性度の相関関係を保存する。
なお、測定対象である化学物質は、さらに核酸及びタンパク質等の生体物質であってもよい。また、生体物質の特性として、濃度、核酸配列、及びアミノ酸配列等を測定してもよい。この場合、測定システムは、生体物質を捕捉し、蛍光を照射されるプローブをさらに備えていてもよい。プローブとしては、核酸、リガンド、受容体、及び抗体等が使用可能である。以下説明する、第２乃至第６の実施の形態についても同様である。
（第１の実施の形態の第４の変形例）
第１の実施の形態の第４の変形例においては、図１２に示すように、光導波路１１及び光導波路１２の端部に対向して反射鏡２２が配置される。また、光導波路１１及び光導波路１２の端部と、反射鏡２２と、の間に、液体６２を格納する透明容器６１が配置される。液体６２は、例えば、光の吸収波長が異なる複数の物質を含有する。液体６２の例としては、水と有溶媒の混合液が挙げられる。
光導波路１１の端部から放射された蛍光は、レンズ８０を経て、液体６２と気体との界面６３を含む空間を進行し、反射鏡２２で反射される。反射鏡２２で反射された蛍光は、液体６２と気体との界面６３を含む空間を進行し、レンズ８０を経て、光導波路１２に進入する。
ここで、液体６２によって、蛍光は波長選択的に変調を受ける。また、蛍光が変調を受ける程度は、液体６２の液面である界面６３の高さに依存する。第１の実施の形態の第４の変形例において、特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び界面の高さ等の位置の予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である界面の特性である位置の測定値を算出する。
なお、図１３に示すように、光導波路１１の端部から放射された蛍光が、レンズ８０を経て、液体６２と気体との界面６３を含む空間を進行し、さらにレンズ８１を経て光導波路１２に進入するようにしてもよい。
また、液体６２が蛍光に波長選択的な変調を与えない物質からなる場合は、図１４に示すように、第１の波長帯域の蛍光を反射する反射鏡２２Ａと、第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の蛍光を反射する反射鏡２２Ｂと、を配置してもよい。ここで、例えば第１の波長帯域は第２の波長帯域より短波長側であり、第２の波長帯域は第１の波長帯域より長波長側である。
例えば、第１の波長帯域と、第２の波長帯域とは、その重心波長が互いに異なっている。ここで、「重心波長」とは、スペクトル領域において、重心となる波長を指す。あるいは、第１の波長帯域と、第２の波長帯域とは、それぞれの積算光量が等しくなるよう、設定してもよい。この場合、第１の波長帯域と、第２の波長帯域とは、それぞれの帯域幅が異なっていてもよい。また、重心波長は互いに異なっていても、同じであってもよい。なお、第１の波長帯域と、第２の波長帯域とは、互いに異なる波長帯域であるが、部分的に重なっていてもよい。
例えば界面６３が上昇してくると、反射鏡２２Ａで反射される第１の波長帯域の蛍光の光強度に対して、反射鏡２２Ｂで反射される第２の波長帯域の蛍光の光強度が相対的に低下する。結果として、光導波路１２に進入する蛍光の第２の波長帯域が選択的に変調を受け得る。なお、光吸収損失を起こしやすい波長帯域の蛍光を液体に通すことにより、より高分解能な界面測定が可能となる。
あるいは、図１５に示すように、反射鏡２２の表面に、第１の波長帯域を透過させる波長フィルタ１２３と、第２の波長帯域を透過させる波長フィルタ１２４と、を配置してもよい。さらに、図１６に示すように、反射鏡を用いない場合は、光導波路１１と、光導波路１２と、の間に、第１の波長帯域を透過させる波長フィルタ１２３と、第２の波長帯域を透過させる波長フィルタ１２４と、を配置してもよい。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る測定システムは、図１７に示すように、発光素子１が放射した励起光を検出する発光検出器９１と、検出された励起光の光強度の変動を補正する装置である発光強度補正部９２と、をさらに備える。発光検出器９１には、フォトダイオード等が使用可能である。発光検出器９１は、検出した励起光の光強度の測定値Ｉｍを発光強度補正部９２に伝送する。発光強度補正部９２は、励起光の光強度の所定値Ｉｃと、測定値Ｉｍと、の差をとり、光強度の変動量ΔＩを算出する。さらに発光強度補正部９２は、通
電制御部２１に、励起光の光強度の変動量ΔＩが０となるよう、発光素子１への通電量を
制御させる。
発光素子１が発する励起光の光強度の揺らぎは、特定部３０２で特定される膜１００の特性の測定値に影響を与え得る。これに対し、第２の実施の形態に係る測定システムは、フィードバック制御により、励起光の光強度の変動量ΔＩを抑制するため、膜１００の特
性を正確に測定することが可能となる。
（第３の実施の形態）
図１８は、蛍光体２の雰囲気温度Ｔを変えた場合における、励起光消光後の蛍光体２の蛍光強度の例を示している。なお、蛍光体２の雰囲気温度Ｔとは、例えば、蛍光体２又は蛍光体２を格納する熱伝導性の保持部材に接する気体の温度である。ここで、第１の温度条件下で、蛍光体２の雰囲気温度Ｔは最も低く、第２乃至第５の温度条件下で、蛍光体２の雰囲気温度Ｔは順次高くなる。図１８に示すように、蛍光体２の蛍光寿命τは、蛍光体２の雰囲気温度Ｔが上昇するとともに、短くなる傾向にある。
したがって、図１７等に示す蛍光体２の雰囲気温度Ｔが変動すると、膜１００の特性を正確に特定することが困難になり得る。これに対し、第３の実施の形態に係る測定システムは、図１９に示すように、蛍光体２の雰囲気温度Ｔを一定に保つ温度調節器１０１を備える。第３の実施の形態に係る測定システムのその他の構成要素は、図１７に示す第２の実施の形態に係る測定システムと同様であるので、説明は省略する。
図１９に示す第３の実施の形態に係る測定システムは、温度調節器１０１が蛍光体２の雰囲気温度Ｔを一定に保つため、雰囲気温度Ｔの変動に基づく蛍光の減衰特性の変動が抑制される。そのため、第３の実施の形態に係る測定システムは、膜１００の特性をより正確に得ることを可能にする。
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る測定システムは、図２０に示すように、蛍光体２の雰囲気温度Ｔの測定値Ｔｍを測定する温度計１０２と、膜１００で変調される前の蛍光の蛍光寿命τ等の減衰特性の雰囲気温度Ｔの変動による変動を補正する減衰特性補正部３０３と、をさらに備える。温度計１０２には、例えば、サーミスタ及び白金温度センサ等が使用可能である。
ここで、関係記憶部４０１に保存されている蛍光寿命τと、膜１００の特性と、の相関関係を取得した際の蛍光体２の雰囲気温度Ｔを基準温度Ｔｓとする。第４の実施の形態に係る測定システムは、基準温度Ｔｓからの雰囲気温度の変動量ΔＴと、膜１００で変調さ
れる前の蛍光の蛍光寿命の変動量Δτと、の予め取得された関係を保存する補正情報記憶
部４０２をさらに備える。
雰囲気温度の変動量ΔＴと、蛍光寿命の変動量Δτと、の関係は、下記（１）式に示す
ように、雰囲気温度の変動量ΔＴを独立変数とし、蛍光寿命の変動量Δτを従属変数とす
る、関数で表現されていてもよい。
Δτ= f(ΔT) ・・・(1)
減衰特性補正部３０３は、下記（２）式に従って、蛍光体２の雰囲気温度の測定値Ｔｍと、基準温度Ｔｓと、の差をとり、雰囲気温度の変動量の値ΔＴｃを算出する。
ΔTc = Tm - Ts ・・・(2)
また、減衰特性補正部３０３は、雰囲気温度の変動量の算出値ΔＴｃを、（１）式の雰
囲気温度の変動量の変数ΔＴに代入し、蛍光寿命の変動量の値Δτｃ1を算出する。さら
に減衰特性補正部３０３は、下記（３）式に従って、減衰特性測定部３０１が取得した蛍光寿命の測定値τｍと、蛍光寿命の変動量の算出値Δτｃ1と、の差をとり、蛍光寿命の
補正値τｃ1を算出する。これにより、測定された雰囲気温度Ｔｍにおける蛍光寿命τｍが、基準温度Ｔｓにおける蛍光寿命τｃ1に換算される。
τc1=τm-Δτc1 ・・・(3)
第４の実施の形態において、特定部３０２は、減衰特性補正部３０３が算出した蛍光寿命の補正値τｃ1と、関係記憶部４０１に保存されている蛍光寿命τ及び膜１００の特性の相関関係と、に基づいて、膜１００の特性を特定する。
次に図２１に示すフローチャートを用いて第４の実施の形態に係る測定方法について説明する。
（ａ）まず、図６に示した第１の実施の形態に係る測定方法と同様に、ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０３を実施する。次に、図２１のステップＳ１０４で、図２０に示す減衰特性測定部３０１は、発光素子１を消灯した瞬間又は直後からの結合光の蛍光強度の時間変化を観測し、受光素子３で受光した蛍光の蛍光寿命の測定値τｍを取得する。減衰特性測定部３０１は、取得した減衰特性の測定値τｍを、減衰特性補正部３０３に伝送する。
（ｂ）ステップＳ２０１で、温度計１０２は、蛍光体２の雰囲気温度の測定値Ｔｍを測定する。さらに温度計１０２は、蛍光体２の雰囲気温度の測定値Ｔｍを、減衰特性補正部３０３に伝送する。なお、ステップＳ２０１は、ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０４と並行して実施してもよい。
（ｃ）ステップＳ２０２で、減衰特性補正部３０３は、蛍光体２の雰囲気温度の測定値Ｔｍと、基準温度Ｔｓと、の差である雰囲気温度の変動量の値ΔＴｃを算出する。また、
減衰特性補正部３０３は、補正情報記憶部４０２から、雰囲気温度の変動量ΔＴと、蛍光
寿命の変動量Δτと、の関係を読み出す。その後、減衰特性補正部３０３は、雰囲気温度
の変動量の算出値ΔＴｃと、雰囲気温度の変動量ΔＴ及び蛍光寿命の変動量Δτの関係と
、に基づいて、蛍光寿命の変動量の算出値Δτｃ1を算出する。
（ｄ）ステップＳ２０３で、減衰特性補正部３０３は、蛍光寿命の測定値τｍと、蛍光寿命の変動量の算出値Δτｃ1と、の差をとり、蛍光寿命の補正値τｃ1を算出する。そ
の後、減衰特性補正部３０３は、算出した蛍光寿命の補正値τｃ1を特定部３０２に伝送する。ステップＳ２０４で、特定部３０２は、蛍光寿命τと、膜１００の特性と、の予め取得された相関関係を読み出す。次に、特定部３０２は、蛍光寿命τ及び膜１００の特性の相関関係と、蛍光寿命の補正値τｃ1と、に基づいて、膜１００の特性の測定値を算出する。
以上説明した第４の実施の形態に係る測定システムは、蛍光体２の雰囲気温度Ｔの変動による蛍光寿命τ等の減衰特性の変動を補正可能である。そのため、第４の実施の形態に係る測定システムは、膜１００の特性の測定値をより正確に得ることを可能にする。
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態に係る測定システムは、図２２に示すように、膜１００で変調される前の蛍光の未変調蛍光寿命の測定値τｎｍを測定する未変調蛍光寿命測定器１０３をさらに備える。未変調蛍光寿命測定器１０３は、例えば、フォトダイオード及び増幅器等を含む。ここで、蛍光体２の雰囲気温度Ｔが基準温度Ｔｓである場合の、膜１００で変調される前の蛍光の蛍光寿命τを基準蛍光寿命τｎｓとする。
第５の実施の形態において、減衰特性補正部３０３は、下記（４）式に示すように、未変調蛍光寿命の測定値τｎｍと、基準蛍光寿命τｎｓと、の差をとり、蛍光寿命の補正量Δτｃ2を算出する。
Δτc2=τnm-τns ・・・(4)
さらに減衰特性補正部３０３は、下記（５）式に従って、減衰特性測定部３０１が取得した蛍光寿命の測定値τｍと、蛍光寿命の補正量Δτｃ2と、の差をとり、蛍光寿命の補
正値τｃ2を算出する。
τc2=τm-Δτc2 ・・・(5)
第５の実施の形態において、特定部３０２は、減衰特性補正部３０３が算出した蛍光寿命の補正値τｃ2と、関係記憶部４０１に保存されている蛍光寿命τ及び膜１００の特性の相関関係と、に基づいて、膜１００の特性の測定値を算出する。
次に図２３に示すフローチャートを用いて第５の実施の形態に係る測定方法について説明する。
（ａ）まず、図２１に示した第４の実施の形態に係る測定方法と同様に、ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０４を実施する。また、ステップＳ１０４と並行して、図２３のステップＳ３０１で、図２２に示す未変調蛍光寿命測定器１０３が、膜１００で変調される前の蛍光の未変調蛍光寿命の測定値τｎｍを測定する。さらに未変調蛍光寿命測定器１０３は、未変調蛍光寿命の測定値τｎｍを、減衰特性補正部３０３に伝送する。
（ｂ）ステップＳ３０２で、減衰特性補正部３０３は、未変調蛍光寿命の測定値τｎｍと、基準蛍光寿命τｎｓと、の差である、蛍光寿命の補正量Δτｃ2を算出する。ステッ
プＳ３０３で、減衰特性補正部３０３は、蛍光寿命の測定値τｍと、蛍光寿命の補正量Δ
τｃ2と、の差をとり、蛍光寿命の補正値τｃ2を算出する。その後、減衰特性補正部３０３は、算出した蛍光寿命の補正値τｃ2を特定部３０２に伝送する。ステップＳ３０４で、特定部３０２は、関係記憶部４０１から、蛍光寿命τと、膜１００の特性と、の予め取得された相関関係を読み出す。次に、特定部３０２は、蛍光寿命τ及び膜１００の特性の相関関係と、蛍光寿命の補正値τｃ2と、に基づいて、膜１００の特性の測定値を算出する。
以上説明した第５の実施の形態に係る測定システムも、蛍光体２の雰囲気温度Ｔの変動による蛍光寿命τ等の減衰特性の変動を補正可能である。そのため、第５の実施の形態に係る測定システムも膜１００の特性の測定値をより正確に得ることを可能にする。
（第６の実施の形態）
図２４に示す第６の実施の形態に係る測定システムは、図１に示した第１の実施の形態に係る測定システムと異なり、発光素子１が発した励起光が蛍光に変換されずに、光導波路１１を介して、膜１００に伝搬される。膜１００は、特性に応じて、光導波路１２に伝播する励起光の光強度を波長選択的に変調する。
第６の実施の形態において、光導波路１２の端部に、蛍光体２が配置されている。膜１００の特性に依存する励起光の変調に応じて、蛍光体２が発する蛍光も変調する。蛍光体２が発した蛍光は、受光素子３に受光される。第６の実施の形態に係る測定システムのその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様である。なお、第２の実施の形態と同様に、第６の実施の形態においても、発光素子１の発光強度の揺らぎを補正してもよい。さらに、第３乃至第５の実施の形態と同様に、第６の実施の形態においても、蛍光体２の雰囲気温度Ｔの変動を補正してもよい。
（第７の実施の形態）
図２５に示す第７の実施の形態に係る測定システムは、図１に示した第１の実施の形態に係る測定システムと異なり、蛍光体２が発した蛍光は、圧力ＰOを受け、圧力ＰOに依存する変調を蛍光に与える受圧素子６に伝搬される。受圧素子６で変調された蛍光は、光導波路１２で受光素子３に伝搬される。
受圧素子６は、図２６及びＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ方向からの断面図である図２７に示すように、光導波路１１及び光導波路１２が挿入されるホルダ６０、及び挿入された光導波路１１及び光導波路１２の端面に配置された半透鏡２６を備える。光導波路１１を伝播してきた蛍光の一部は、半透鏡２６を透過する。受圧素子６はさらに、半透鏡２６と平行に配置され、外部の気体及び液体を含む流体からの圧力ＰOを受ける感圧膜５０と、感圧膜５０の半透鏡２６と対向する表面に配置され、半透鏡２６を透過した蛍光を反射する反射膜２７と、半透鏡２６及び反射膜２７の間隔Ｌaを規定する筐体４３と、を備えるファブリペロ干渉計である。
例えば、半透鏡２６の反射率は１０〜３０％であり、反射膜２７の反射率は３０〜６０％である。なお、ファブリペロ干渉計と類似の構造を有するファブリペロ共振器があるが、ここでは干渉信号が正弦波状になるものを「ファブリペロ干渉計」、干渉信号がローレンツ型信号になるものを「ファブリペロ共振器」とする。受圧素子６は、感圧膜５０、筐体４３、及びホルダ６０で囲まれた領域の内圧ＰIを調節するためにホルダ６０に設けられた通気孔１６０、及び通気孔１６０の開閉を制御する開放弁７０を備える。さらに感圧膜５０の外部には、表出する感圧膜５０の図２６に示した半径ａを規定する基底部４０が配置される。なお、感圧膜５０、筐体４３、及びホルダ６０で囲まれた領域の屈折率をｎaとする。
受圧素子６の感圧膜５０は、内圧ＰIと圧力ＰOが等しい「定常状態」では撓みは生じない。しかし図２８に示すように、内圧ＰIと比較して圧力ＰOが大きくなったときは、感圧膜５０は内部方向に撓む。そのため、定常状態と比較して、感圧膜５０の中心位置が、光導波路１１及び光導波路１２の端部に近づく。また図２９に示すように、内圧ＰIと比較して圧力ＰOが小さくなったときは、感圧膜５０は外部方向に撓む。そのため、定常状態と比較して、感圧膜５０の中心位置が、光導波路１１及び光導波路１２の端部から離れる。反射膜２７の裏面に感圧膜５０が配置されているため、感圧膜５０にあわせて反射膜２７も撓む。なお、感圧膜５０の最も撓む部分は感圧膜５０の構造や物性に依存し、必ずしも中心に限定されない。
感圧膜５０の撓みをｗ1として、図２８及び図２９に示した半透鏡２６と反射膜２７との間を往復する間に蛍光が進む光路長Ｆ1は、下記（６）式で与えられる。
F1 = 2na(La + w1) ・・・(6)
図２８に示すように圧力ＰOが加わったときの感圧膜５０の撓みｗ1は、感圧膜５０が図２６に示すように半径ａである場合、下記（７）式で表される。
w 1 = (PO- PI)× (a2 - r2)2 / (64 ×Z) ・・・(7)
ここでｒ（ｒ：０≦ｒ≦ａ）は感圧膜５０の中心位置Ｍから測定位置までの距離である。Ｚは下記（８）式で与えられる。
Z = Y ×t3 / [12 × (1 - υ2)] ・・・(8)
（８）式において、Ｙは感圧膜５０のヤング率、ｔは感圧膜５０の厚さ、υは感圧膜５０のポアッソン比である。
図２７乃至図２９に示した感圧膜５０の厚さｔが５０μｍの場合における外部からの圧力ＰOと、撓みｗ1と、の関係をプロットしたグラフが図３０である。図３０においては、図４０に示した感圧膜５０の半径ａが０．０１ｍｍ、０．１０ｍｍ、及び１．００ｍｍの場合のそれぞれについてプロットされている。また感圧膜５０の厚さｔが１μｍの場合における外部からの圧力ＰOと、撓みｗ1と、の関係をプロットしたグラフが図３１である。図３１においては、感圧膜５０の半径ａが０．０１ｍｍ、０．１０ｍｍ、及び１．００ｍｍの場合のそれぞれについてプロットされている。図３０及び図３１に示すように、感圧膜５０の半径ａ及び厚さｔを適宜選択することにより、外部からの圧力ＰOに対する受圧素子５の圧力感度を調整することが可能である。
図２７に示す半透鏡２６を透過した蛍光は感圧膜５０上の反射膜２７表面で反射し、反射した蛍光は半透鏡２６方向に進行する。この場合、蛍光の一部は半透鏡２６を透過し、光導波路１２に進入する。一方、半透鏡２６を透過しなかった蛍光は半透鏡２６表面で再び反射膜２７に向かって反射される。このとき、反射膜２７から半透鏡２６に進行する波長成分と、半透鏡２６表面で反射し反射膜２７に進行する波長成分との位相が揃う場合、光強度は減衰しない。しかし、反射膜２７から半透鏡２６に進行する波長成分と、半透鏡２６表面で反射し反射膜２７に進行する波長成分との位相が揃わない場合、光強度は減衰する。したがって、受圧素子６が出力する蛍光は、内部の多重反射で波長成分の位相が揃わない波長帯域の光強度が減衰している。
図３２は、変位ｗ1が０であり、半透鏡２６及び反射膜２７の両方の反射率が３０％である場合の、蛍光の波長λと光強度との関係を示している。図３２に示すように、蛍光のうち波長λが０．８５μｍの波長成分は、受圧素子６内部の多重反射により逆転する位相の光どうしで干渉しあい、光強度が０となる。ここで、図２８及び図２９に示すように圧力ＰOによって感圧膜５０が撓んだ場合、光強度が減衰する波長成分は、図３３に示すように感圧膜５０の変位ｗ1に応じてシフトする。このように、受圧素子６において、蛍光の光強度が減衰する波長成分が、圧力ＰOに応じてシフトする。
上述したように、蛍光寿命τは、波長が短いほど長くなり、波長が長いほど短くなる傾向にある。圧力ＰOに応じて蛍光の光強度が減衰する波長成分がシフトすると、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性も変動する。このように、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性と、圧力ＰOと、は相関関係を有する。第７の実施の形態において、特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び圧力ＰOの予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である流体の特性である圧力ＰOの測定値を算出する。また、第７の実施の形態において、関係記憶部４０１は、特定部３０２によって利用される、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性と、圧力ＰOと、の予め取得された相関関係を保存する。
なお、第２の実施の形態と同様に、第７の実施の形態においても、発光素子１の発光強度の揺らぎを補正してもよい。さらに、第３乃至第５の実施の形態と同様に、第７の実施の形態においても、蛍光体２の雰囲気温度Ｔの変動を補正してもよい。また、図３４に示すように、蛍光体２を光導波路１２の端部に配置し、励起光の減衰波長を受圧素子５で変調してもよい。
（第７の実施の形態の第１の変形例）
図２５においては、光反射型の受圧素子６を示した。これに対し、図３５に示すように、光透過型の受圧素子８３を使用してもよい。光透過型の受圧素子８３は、例えば図３６に示すように、光導波路１１及び光導波路１２の間に挿入された回折素子１２７と、回折素子１２７を保持する筺体１４３と、外部からの圧力ＰOを受ける感圧膜１５０と、を備える。
回折素子１２７は、それぞれ屈折率が異なる第１屈折率部及び第２屈折率部が交互に配置された周期構造を有するファイバブラッググレーティングである。回折素子１２７に入射した蛍光は、第１屈折率部及び第２屈折率部の周期構造により、特定の波長成分のみが選択的に減衰される。ここで、第１屈折率部及び第２屈折率部の周期構造における平均屈折率をｎDとし、周期構造の間隔をΛm1とすると、下記（９）式で表されるブラッグ波長λBが減衰した蛍光が光導波路１２に伝播する。
λB = 2 ×nD ×Λm1 ・・・(9)
ここで、外部から第１の圧力ＰO1が感圧膜１５０に加わると、回折素子１２７も撓むため、周期構造の間隔Λm1が大きくなる。そのため、ブラッグ波長λBも長波長側にシフトする。このように、光透過型の受圧素子８３においても、圧力ＰOに応じて、光導波路１２に伝播する蛍光の分光スペクトルが変調される。
（第７の実施の形態の第２の変形例）
第７の実施の形態の第２の変形例においては、図３７及び図３８に示すように、光導波路１１及び光導波路１２の端部に対向して、測定対象となる固体物１０６が配置される。なお、第７の実施の形態の第２の変形例において、光導波路１１，１２の端部と、固体物１０６と、の間隔は、光導波路１１，１２の端部と、固体物１０６と、の間を往復する蛍光に干渉が生じるよう設定される。
固体物１０６の膨張又は歪みによって、光導波路１１，１２の端部と、固体物１０６と、の間隔が狭くなり得る。また、固体物１０６の収縮又は歪みによって、光導波路１１，１２の端部と、固体物１０６と、の間隔が広くなり得る。よって、固体物１０６の膨張、収縮、又は歪によって、蛍光の光強度が減衰する波長成分がシフトする。
第７の実施の形態の第２の変形例において、図３７に示す特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び固体物１０６の膨張率の予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である固体物１０６の特性である膨張率の測定値を算出する。あるいは特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び固体物１０６の収縮率の予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である固体物１０６の特性である収縮膨張率の測定値を算出する。あるいはまた特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び固体物１０６の歪みの予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である固体物１０６の特性である歪みの測定値を算出する。
第７の実施の形態の第２の変形例において、関係記憶部４０１は、特定部３０２によって利用される、蛍光の減衰特性及び固体物１０６の膨張率の相関関係、蛍光の減衰特性及び固体物１０６の収縮率の相関関係、又は蛍光の減衰特性及び固体物１０６の歪みの相関関係を保存する。
（第８の実施の形態）
図３９に示す第８の実施の形態に係る測定システムは、図１に示した第１の実施の形態に係る測定システムと異なり、蛍光体２が発した第１の波長帯域の蛍光を透過させる第１の波長フィルタ２３と、蛍光体２が発した第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の蛍光を透過させる第２の波長フィルタ２４と、を備える。ここで、例えば第１の波長帯域は第２の波長帯域より短波長側であり、第２の波長帯域は第１の波長帯域より長波長側である。
第１の実施の形態の第４の変形例で説明したように、例えば、第１の波長帯域と、第２の波長帯域とは、その重心波長が互いに異なっている。ここで、「重心波長」とは、スペクトル領域において、重心となる波長を指す。あるいは、第１の波長帯域と、第２の波長帯域とは、それぞれの積算光量が等しくなるよう、設定してもよい。この場合、第１の波長帯域と、第２の波長帯域とは、それぞれの帯域幅が異なっていてもよい。また、重心波長は互いに異なっていても、同じであってもよい。なお、第１の波長帯域と、第２の波長帯域とは、互いに異なる波長帯域であるが、部分的に重なっていてもよい。
第１の波長フィルタ２３を透過した第１の波長帯域の蛍光は、圧力ＰOを受け、第１の波長帯域の蛍光に変調を与える受圧素子５に光導波路１１で伝搬される。受圧素子５で変調された第１の波長帯域の蛍光は、光導波路１２で受光素子３に伝搬される。また、第２の波長フィルタ２４を透過した第２の波長帯域の蛍光は、受圧素子５で変調されることなく、光導波路１３で受光素子３に伝搬される。
ここで、受圧素子５は、図４０及びＸＬＩ−ＸＬＩ方向からの断面図である図４１に示すように、光導波路１１及び光導波路１２が挿入されるホルダ６０を備える。受圧素子５はさらに、外部の気体及び液体を含む流体からの圧力ＰOを受ける感圧膜５０と、感圧膜５０の光導波路１１，１２の端部と対向する表面に配置され、光導波路１１の端部から放射された蛍光を反射する反射膜２７と、光導波路１１，１２の端部及び反射膜２７の間隔を規定する筐体４４と、を備える。
ホルダ６０には、感圧膜５０、筐体４４、及びホルダ６０で囲まれた領域の内圧ＰIを調節するための通気孔１６０が設けられている。通気孔１６０の開閉は、開放弁７０で制御される。また、感圧膜５０の外部には、表出する感圧膜５０の図４０に示した半径ａを規定する基底部４０が配置されている。図４１に示す光導波路１１の端部から放射された蛍光は、反射膜２７の表面で反射されて、光導波路１２に入射する。なお、第８の実施の形態において、光導波路１１，１２の端部と、反射膜２７と、の間隔は、蛍光に干渉が生じないよう設定される。
ここで、受圧素子５の感圧膜５０は、内圧ＰIと、外部からの圧力ＰOと、が等しい「定常状態」では撓みは生じない。しかし図４２に示すように、内圧ＰIと比較して外部からの圧力ＰOが大きくなったとき、感圧膜５０は内部方向に撓む。反射膜２７の裏面に感圧膜５０が配置されているため、感圧膜５０にあわせて反射膜２７も撓む。このとき、定常状態と比較して、光導波路１１，１２の端部と、反射膜２７と、の間隔が狭まる。そのため、反射膜２７の表面で反射されて、光導波路１２に入射する蛍光の光強度が、定常状態と比較して、強くなる。
また図４３に示すように、内圧ＰIと比較して外部からの圧力ＰOが小さくなったときは、感圧膜５０は外部方向に撓む。このとき、定常状態と比較して、光導波路１１，１２の端部と、反射膜２７と、の間隔が広まる。そのため、反射膜２７の表面で反射されて、光導波路１２に入射する蛍光の光強度が、定常状態と比較して、弱くなる。このように、受圧素子５は、圧力ＰOに応じて、光導波路１１から光導波路１２に伝播する第１の波長帯域の蛍光の光強度を変調する。
ここで、圧力ＰOが小さくなると、図３９に示す光導波路１３を伝播する第２の波長帯域の蛍光の光量に対する、受圧素子５から光導波路１２に伝播する第１の波長帯域の蛍光の光量の光量比が小さくなる。また、圧力ＰOが大きくなると、光導波路１３を伝播する第２の波長帯域の蛍光の光量に対する、受圧素子５から光導波路１２に伝播する第１の波長帯域の蛍光の光量の光量比が大きくなる。
光導波路１２の端部から放射される第１の波長帯域の蛍光と、光導波路１３の端部から放射される第２の波長帯域の蛍光とは重ねあわされ、結合光として受光素子３に受光される。ここで、蛍光寿命τは、波長が短いほど長くなり、波長が長いほど短くなる傾向にある。そのため、光導波路１３の端部から放射される第２の波長帯域の蛍光の光量に対する光導波路１２の端部から放射される第１の波長帯域の蛍光の光量の光量比が小さくなると、受光素子３が受光する結合光の蛍光寿命τは短くなる傾向にある。したがって、受光素子３が受光する結合光の蛍光寿命τが短くなった場合、圧力ＰOが相対的に小さくなっている。
また、光導波路１３の端部から放射される第２の波長帯域の蛍光の光量に対する光導波路１２の端部から放射される第１の波長帯域の蛍光の光量の光量比が大きくなると、受光素子３が受光する結合光の蛍光寿命τは長くなる傾向にある。したがって、受光素子３が受光する結合光の蛍光寿命τが長くなった場合、圧力ＰOが相対的に大きくなっている。
以上説明したように、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性と、圧力ＰOと、は相関関係を有する。第８の実施の形態において、特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び圧力ＰOの予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である流体の特性である圧力ＰOの測定値を算出する。また、第８の実施の形態において、関係記憶部４０１は、特定部３０２によって利用される、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性と、圧力ＰOと、の予め取得された相関関係を保存する。
なお、第２の実施の形態と同様に、第８の実施の形態においても、発光素子１の発光強度の揺らぎを補正してもよい。さらに、第３乃至第５の実施の形態と同様に、第８の実施の形態においても、蛍光体２の雰囲気温度Ｔの変動を補正してもよい。なお、図４４に示すように、第１の波長フィルタ２３及び第２の波長フィルタ２４は、光導波路１２及び光導波路１３の端部に各々配置してもよい。また、図４５に示すように、第１の波長帯域の蛍光を発する第１の蛍光体２Ａと、第２の波長帯域の蛍光を発する第２の蛍光体２Ｂとを用いてもよい。この場合、例えば発光素子１には紫外線発光ダイオードが使用可能である。また、第１の蛍光体２Ａには青色蛍光体が使用可能であり、第２の蛍光体２Ｂには緑色又は赤色蛍光体が使用可能である。さらに、図４６に示すように、第１の波長帯域の蛍光を発する第１の蛍光体２Ａ及び第２の波長帯域の蛍光を発する第２の蛍光体２Ｂを光導波路１２及び光導波路１３の端部に各々配置し、励起光を受圧素子５で変調してもよい。
第１の実施の形態で説明した図１の膜１００の透過率の変動は、蛍光の光強度を波長選択的に変調する。これに対し、図３９に示す受圧素子５は、第１の波長帯域全般にわたって均一に蛍光の光強度を変調する。そのため、受圧素子５で変調を受けた第１の波長帯域の蛍光の蛍光寿命τのみを測定しても、圧力ＰOに依存する蛍光寿命τの変動は観察されない。しかし、受圧素子５で変調を受けた第１の波長帯域の蛍光と、受圧素子５で変調を受けない第２の波長帯域の蛍光と、を結合することにより、結合光の第１の波長帯域が選択的に変調を受けることとなる。そのため、結合光においては、圧力ＰOに依存する蛍光寿命τの変動を観察することが可能となる。
（第８の実施の形態の第１の変形例）
第８の実施の形態の第１の変形例においては、図４７及び図４８に示すように、光導波路１１及び光導波路１２の端部に対向して、測定対象となる固体物１０６が配置される。なお、第８の実施の形態の第１の変形例において、光導波路１１，１２の端部と、固体物１０６と、の間隔は、光導波路１１，１２の端部と、固体物１０６と、の間を往復する蛍光に干渉が生じないよう設定される。
固体物１０６の膨張又は歪みによって、光導波路１１，１２の端部と、固体物１０６と、の間隔が狭くなると、固体物１０６の表面で反射されて、光導波路１２に入射する蛍光の光強度が、強くなる。また、固体物１０６の収縮又は歪みによって、光導波路１１，１２の端部と、固体物１０６と、の間隔が広くなると、固体物１０６の表面で反射されて、光導波路１２に入射する蛍光の光強度が、弱くなる。
第８の実施の形態の第１の変形例において、特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び固体物１０６の膨張率の予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である固体物１０６の特性である膨張率の測定値を算出する。あるいは特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び固体物１０６の収縮率の予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である固体物１０６の特性である収縮膨張率の測定値を算出する。あるいはまた特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び固体物１０６の歪みの予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である固体物１０６の特性である歪みの測定値を算出する。
第８の実施の形態の第１の変形例において、関係記憶部４０１は、特定部３０２によって利用される、蛍光の減衰特性及び固体物１０６の膨張率の相関関係、蛍光の減衰特性及び固体物１０６の収縮率の相関関係、又は蛍光の減衰特性及び固体物１０６の歪みの相関関係を保存する。
（第８の実施の形態の第２の変形例）
図４９に示すように、光導波路１１及び光導波路１２の端部に対向して配置された反射性の固体物１０４の表面に吸光性の汚れ３１が堆積すると、光導波路１２に伝播する蛍光の光強度が弱くなる。第８の実施の形態の第２の変形例において、特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び固体物１０６表面に堆積した汚れの厚みの予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である固体物１０６の特性である表面汚れの厚みの測定値を算出する。また、関係記憶部４０１は、特定部３０２によって利用される、蛍光の減衰特性及び固体物１０６の表面汚れの厚みの相関関係を保存する。なお、図５０に示すように、固体物１０５が透過性であれば、固体物１０５の裏面に堆積した汚れ３１の厚みも測定可能である。
（第８の実施の形態の第３の変形例）
図５１に示すように、光導波路１１及び光導波路１２の端部に対向して配置された反射性の固体物１０４の表面に結露又は着氷３２が生じると、結露又は着氷３２の表面で蛍光が散乱し、光導波路１２に伝播する蛍光の光強度が弱くなる。第８の実施の形態の第３の変形例において、特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び固体物１０４表面に生じた結露の程度の予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である固体物１０４の特性である結露の程度の測定値を算出する。あるいは特定部３０２は、蛍光の減衰特性及び固体物１０４表面に生じた着氷の程度の予め取得された相関関係と、蛍光の減衰特性の測定値と、に基づいて、測定対象である固体物１０４の特性である着氷の程度の測定値を算出する。
また、関係記憶部４０１は、特定部３０２によって利用される、蛍光の減衰特性及び固体物１０６の表面の結露の程度の相関関係、又は蛍光の減衰特性及び固体物１０６の表面の着氷の程度の相関関係を保存する。なお、図５２に示すように、固体物１０５が透過性であれば、固体物１０５の裏面に生じた結露又は着氷３２の程度も測定可能である。
（その他の実施の形態）
以上、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図１等に示した受光素子３には、応答遅れ（励起光等の入力光が無くなっても、すぐには出力が無くならない現象）が生じ得る。したがって、図５３に示すように、励起光を発する発光素子１を消灯した直後から、予め測定した（センサ全体の）応答遅れの時間よりも長い時間が経過した後に測定された蛍光強度と比較して1／e又は所定比率の蛍光強度に低下するまでに要する時間を、蛍光体２の蛍光寿命τとして定義してもよい。また、蛍光強度を測定する際に、図１等に示す処理部４における信号増幅で生じたオフセットを補正してもよい。さらに、蛍光体２の雰囲気温度Ｔの変動を抑制するため、蛍光体２を恒温槽に格納してもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
１ 発光素子
２，２Ａ，２Ｂ 蛍光体
３ 受光素子
４ 処理部
５，６ 受圧素子
６ 受圧素子
１０ 光学系
１１，１２，１３ 光導波路
２１ 通電制御部
２２，２２Ａ，２２Ｂ 反射鏡
２３，２４ 波長フィルタ
２６ 半透鏡
２７ 反射膜
３２ 着氷
３３ 吸着材
４０ 基底部
４３，４４ 筐体
５０ 感圧膜
６０ ホルダ
６１ 透明容器
６２ 液体
６３ 界面
７０ 開放弁
８０，８１ レンズ
８３ 受圧素子
９１ 発光検出器
９２ 発光強度補正部
１００ 膜
１０１ 温度調節器
１０２ 温度計
１０３ 未変調蛍光寿命測定器
１０４，１０５，１０６ 固体物
１０７ 筺体
１０８ 反射鏡
１２３，１２４ 波長フィルタ
１２７ 回折素子
１４３ 筺体
１５０ 感圧膜
１６０ 通気孔
３０１ 減衰特性測定部
３０２ 特定部
３０３ 減衰特性補正部
３２１ 入力装置
３２２ 出力装置
３２３ プログラム記憶装置
３２４ 一時記憶装置
４００ データ記憶装置
４０１ 関係記憶部
４０２ 補正情報記憶部

Claims (74)

  1. 蛍光を発する蛍光体と、
    前記蛍光体から発せられた後に測定対象から前記測定対象の特性に依存する変調を波長選択的に与えられた蛍光を受光する光学系と、
    前記変調を与えられた蛍光の減衰特性を測定する減衰特性測定部と、
    前記減衰特性に基づいて、前記測定対象の特性を特定する特定部と、
    を備える測定システム。
  2. 前記測定対象が少なくとも一層の膜である、請求項１に記載の測定システム。
  3. 前記特性が透過率、反射率、屈折率、密度、膜厚、位置、及び膜の積層数からなる群から選ばれる、請求項２に記載の測定システム。
  4. 前記測定対象が固体物である、請求項１に記載の測定システム。
  5. 前記特性が透過率、反射率、屈折率、密度、汚れ、結露、着氷、歪み、膨張及び収縮からなる群から選ばれる、請求項４に記載の測定システム。
  6. 前記測定対象が化学物質である、請求項１に記載の測定システム。
  7. 前記特性が濃度又は酸性度である、請求項６に記載の測定システム。
  8. 前記化学物質を吸着し、前記蛍光を照射される吸着材を更に備える、請求項６又は７に記載の測定システム。
  9. 前記測定対象が生体物質である、請求項１に記載の測定システム。
  10. 前記特性が濃度、核酸配列、及びアミノ酸配列からなる群から選ばれる、請求項９に記載の測定システム。
  11. 前記生体物質を捕捉し、前記蛍光を照射されるプローブを更に備える、請求項９又は１０に記載の測定システム。
  12. 前記測定対象が界面である、請求項１に記載の測定システム。
  13. 前記特性が位置である、請求項１２に記載の測定システム。
  14. 前記測定対象の特性が流体の圧力である、請求項１に記載の測定システム。
  15. 前記蛍光が、前記測定対象で反射される、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の測定システム。
  16. 前記蛍光が、前記測定対象を透過する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の測定システム。
  17. 前記蛍光体の雰囲気温度の変動に基づく前記減衰特性の変動を補正する減衰特性補正部を更に備える、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の測定システム。
  18. 前記蛍光体の雰囲気温度を一定にする温度調節器を更に備える、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の測定システム。
  19. 前記蛍光体を格納する恒温槽を更に備える、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の測定システム。
  20. 蛍光体から蛍光を発することと、
    前記蛍光体から発せられた後に測定対象から前記測定対象の特性に依存する変調を波長選択的に与えられた蛍光を受光することと、
    前記変調を与えられた蛍光の減衰特性を測定することと、
    前記減衰特性に基づいて、前記測定対象の特性を特定することと、
    を含む測定方法。
  21. 前記測定対象が少なくとも一層の膜である、請求項２０に記載の測定方法。
  22. 前記特性が透過率、反射率、屈折率、密度、膜厚、位置、及び膜の積層数からなる群から選ばれる、請求項２１に記載の測定方法。
  23. 前記測定対象が固体物である、請求項２０に記載の測定方法。
  24. 前記特性が透過率、反射率、屈折率、密度、汚れ、結露、着氷、歪み、膨張及び収縮からなる群から選ばれる、請求項２３に記載の測定方法。
  25. 前記測定対象が化学物質である、請求項２０に記載の測定方法。
  26. 前記特性が濃度又は酸性度である、請求項２５に記載の測定方法。
  27. 前記化学物質を吸着し、前記蛍光を照射される吸着材を更に含む、請求項２５又は２６に記載の測定方法。
  28. 前記測定対象が生体物質である、請求項２０に記載の測定方法。
  29. 前記特性が濃度、核酸配列、及びアミノ酸配列からなる群から選ばれる、請求項２８に記載の測定方法。
  30. 前記生体物質を捕捉し、前記蛍光を照射されるプローブを更に含む、請求項２８又は２９に記載の測定方法。
  31. 前記測定対象が界面である、請求項２０に記載の測定方法。
  32. 前記特性が位置である、請求項３１に記載の測定方法。
  33. 前記測定対象の特性が流体の圧力である、請求項２０に記載の測定方法。
  34. 前記蛍光が、前記測定対象で反射される、請求項２０乃至３２のいずれか１項に記載の測定方法。
  35. 前記蛍光が、前記測定対象を透過する、請求項２０乃至３２のいずれか１項に記載の測定方法。
  36. 前記蛍光体の雰囲気温度の変動に基づく前記減衰特性の変動を補正することを更に含む、請求項２０乃至３５のいずれか１項に記載の測定方法。
  37. 前記蛍光体の雰囲気温度を一定にすることを更に含む、請求項２０乃至３５のいずれか１項に記載の測定方法。
  38. 測定対象から前記測定対象の特性に依存する変調を波長選択的に与えられた光で蛍光を励起する光学系と、
    前記蛍光の減衰特性を測定する減衰特性測定部と、
    前記減衰特性に基づいて、前記測定対象の特性を特定する特定部と、
    を備える測定システム。
  39. 前記測定対象が少なくとも一層の膜である、請求項３８に記載の測定システム。
  40. 前記特性が透過率、反射率、屈折率、密度、膜厚、位置、及び膜の積層数からなる群から選ばれる、請求項３９に記載の測定システム。
  41. 前記測定対象が固体物である、請求項３８に記載の測定システム。
  42. 前記特性が透過率、反射率、屈折率、密度、汚れ、結露、着氷、歪み、膨張及び収縮からなる群から選ばれる、請求項４１に記載の測定システム。
  43. 前記測定対象が化学物質である、請求項３８に記載の測定システム。
  44. 前記特性が濃度又は酸性度である、請求項４３に記載の測定システム。
  45. 前記化学物質を吸着し、前記蛍光を照射される吸着材を更に備える、請求項４３又は４４に記載の測定システム。
  46. 前記測定対象が生体物質である、請求項３８に記載の測定システム。
  47. 前記特性が濃度、核酸配列、及びアミノ酸配列からなる群から選ばれる、請求項４６に記載の測定システム。
  48. 前記生体物質を捕捉し、前記蛍光を照射されるプローブを更に備える、請求項４６又は４７に記載の測定システム。
  49. 前記測定対象が界面である、請求項３８に記載の測定システム。
  50. 前記特性が位置である、請求項４９に記載の測定システム。
  51. 前記測定対象の特性が流体の圧力である、請求項３８に記載の測定システム。
  52. 前記光が、前記測定対象で反射される、請求項３８乃至５０のいずれか１項に記載の測定システム。
  53. 前記光が、前記測定対象を透過する、請求項３８乃至５０のいずれか１項に記載の測定システム。
  54. 前記蛍光を発する蛍光体の雰囲気温度の変動に基づく前記減衰特性の変動を補正する減衰特性補正部を更に備える、請求項３８乃至５３のいずれか１項に記載の測定システム。
  55. 前記蛍光を発する蛍光体の雰囲気温度を一定にする温度調節器を更に備える、請求項３８乃至５３のいずれか１項に記載の測定システム。
  56. 前記蛍光を発する蛍光体を格納する恒温槽を更に備える、請求項３８乃至５３のいずれか１項に記載の測定システム。
  57. 測定対象から前記測定対象の特性に依存する変調を波長選択的に与えられた光で蛍光を励起することと、
    前記蛍光の減衰特性を測定することと、
    前記減衰特性に基づいて、前記測定対象の特性を特定することと、
    を含む測定方法。
  58. 前記測定対象が少なくとも一層の膜である、請求項５７に記載の測定方法。
  59. 前記特性が透過率、反射率、屈折率、密度、膜厚、位置、及び膜の積層数からなる群から選ばれる、請求項５８に記載の測定方法。
  60. 前記測定対象が固体物である、請求項５７に記載の測定方法。
  61. 前記特性が透過率、反射率、屈折率、密度、汚れ、結露、着氷、歪み、膨張及び収縮からなる群から選ばれる、請求項６０に記載の測定方法。
  62. 前記測定対象が化学物質である、請求項５７に記載の測定方法。
  63. 前記特性が濃度又は酸性度である、請求項６２に記載の測定方法。
  64. 前記化学物質を吸着し、前記蛍光を照射される吸着材を更に含む、請求項６２又は６３に記載の測定方法。
  65. 前記測定対象が生体物質である、請求項５７に記載の測定方法。
  66. 前記特性が濃度、核酸配列、及びアミノ酸配列からなる群から選ばれる、請求項６５に記載の測定方法。
  67. 前記生体物質を捕捉し、前記蛍光を照射されるプローブを更に含む、請求項６５又は６６に記載の測定方法。
  68. 前記測定対象が界面である、請求項５７に記載の測定方法。
  69. 前記特性が位置である、請求項６８に記載の測定方法。
  70. 前記測定対象の特性が流体の圧力である、請求項５７に記載の測定方法。
  71. 前記光が、前記測定対象で反射される、請求項５７乃至６９のいずれか１項に記載の測定方法。
  72. 前記光が、前記測定対象を透過する、請求項５７乃至６９のいずれか１項に記載の測定方法。
  73. 前記蛍光を発する蛍光体の雰囲気温度の変動に基づく前記減衰特性の変動を補正することを更に含む、請求項５７乃至７２のいずれか１項に記載の測定方法。
  74. 前記蛍光を発する蛍光体の雰囲気温度を一定にすることを更に含む、請求項５７乃至７２のいずれか１項に記載の測定方法。
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