JP6560952B2 - 検出装置、インテロゲータ、及びひずみ検出システム - Google Patents

Description

本発明は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）センサ用の検出装置及びインテロゲータに関する。

温度やひずみの変化を光を用いて検出する光ファイバセンサの一つとして、ＦＢＧセンサが知られている。ＦＢＧセンサは、円筒状のコアと、コアの一部に形成されたファイバブラッググレーティングとを有する。ファイバブラッググレーティングにおいては、コアの屈折率はコアの軸方向に周期的に変化している。

ＦＢＧセンサのコアに軸方向の一方から入射した光のうち、所定の中心波長を有する光はファイバブラッググレーティングにより反射されて戻り光となり、その他の波長成分を有する光はファイバブラッググレーティングを通過する。そして、ＦＢＧセンサにひずみや温度変化が生じると、ファイバブラッググレーティングの周期が変化し、ファイバブラッググレーティングによって反射される戻り光の波長は中心波長からシフトする。したがってＦＢＧセンサに広帯域光を入射し、戻り光の波長の中心波長からのシフト量を計測することでＦＢＧセンサに生じた温度やひずみの変化を検知することができる。ＦＢＧセンサは、空港や港湾、プラント等のフェンスの乗り越えや不法侵入を検知する侵入検知システムや、ダム、河川、下水道などの水位をリアルタイムに監視する水位監視システム、航空・宇宙用の圧力計測システム等に活用されている。

特許文献１は、ＦＢＧセンサからの反射光をファイバ状のひずみ計測用光学フィルタで透過光と反射光に分離し、透過光の強度と反射光の強度との和及び差に基づいて戻り光の波長を求めるＦＢＧセンシング装置を開示している。

特開２００５−３２６３２６号

特許文献１に記載のファイバ状のひずみ計測用光学フィルタは、ＦＢＧセンサからの戻り光の中心波長と、ひずみ計測用光学フィルタのフィルタ特性との間にずれが生じ計測誤差が生じるような状況となったとき、ＦＢＧセンサからの戻り光の中心波長と計測用光学フィルタのフィルタ特性とを適切な関係に調整することが難しい。

本発明は上記の課題を解決することを目的とし、ＦＢＧセンサからの戻り光の中心波長と、光フィルタのフィルタ特性とを、容易に適切な関係に調整することのできる検出装置、及びこれを備えるインテロゲータ並びにそのようなインテロゲータを備えるひずみ検出システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、
ＦＢＧセンサからの戻り光の波長を検出するための検出装置であって、
前記戻り光を透過光と反射光とに分離する光フィルタと、
前記光フィルタからの前記透過光を受光する第１光検出器と、
前記光フィルタからの前記反射光を受光する第２光検出器と、
前記戻り光の前記光フィルタへの入射角が変化するように前記光フィルタを回転させる回転機構とを備える検出装置が提供される。

第１の態様の検出装置は前記戻り光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光フィルタを更に備えてもよく、該偏光フィルタで分離された前記戻り光の前記Ｐ偏光が前記光フィルタに入射されてもよい。

第１の態様の検出装置において、前記光フィルタは、ガラス基板と、前記ガラス基板上に積層された誘電体多層膜とを有してもよい。

第１の態様の検出装置は、前記回転機構によって前記光フィルタを回転させることによって、前記光フィルタのフィルタ特性を調整してもよい。第１の態様の検出装置において、前記光フィルタは、所定の波長幅の領域で透過率が直線的に変化するフィルタ特性を有し得る。

本発明の第２の態様に従えば、
ＦＢＧセンサに広帯域光を照射する光源と、
第１の態様の検出装置と、
第１光検出器と第２光検出器からの検出信号を比較する信号比較部とを備えるインテロゲータが提供される。

第２の態様のインテロゲータは、前記信号比較部の比較結果に基づいて前記ＦＢＧセンサのひずみ量を求める制御部を更に備えてもよい。

本発明の第３の態様に従えば、
ＦＢＧセンサと、
第２の態様のインテロゲータとを備えるひずみ検出システムが提供される。

第３の態様のひずみ検出システムは、さらに、前記ＦＢＧセンサの温度を検知する温度センサを備えてもよく、前記温度センサの検出温度に応じて前記回転機構を制御して前記光フィルタを回転させる回転機構制御部を備えてもよい。

本発明の検出装置及びインテロゲータは、ＦＢＧセンサからの戻り光の中心波長と、光フィルタのフィルタ特性とを、容易に適切な関係に調整することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るインテロゲータの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施形態に係るＦＢＧセンサ用の検出装置の構成を示す概略図である。 図３は、ＦＢＧセンサの動作を説明するための説明図である。 図４は、ＦＢＧセンサからの戻り光の中心波長からのシフトを示すグラフである。 図５は、Ｐ偏光の入射光に対する光フィルタの透過率の変化を示すグラフである。 図６は、非偏光の入射光に対する光フィルタの透過率の変化を示すグラフである。 図７は、光フィルタに入射する入射光の入射角の変化に対するフィルタ特性の変化を示す。 図８は、本発明の変形例に係るＦＢＧセンサ用の検出装置の構成を示す概略図である。 図９は、光フィルタに入射する入射光の入射角の変化に対するフィルタ特性の変化を示す。

＜実施形態＞
本発明の実施形態のインテロゲータについて、図１〜図７を参照して説明する。

図１に示す通り、本実施形態のインテロゲータ１００は、光源１０と、カプラ２０と、検出部（検出装置）３０と、制御部４０とを主に有する。

光源１０は、掃引型レーザ、掃引型レーザの波長範囲をカバーするような広帯域光源であり、例えば１５２０ｎｍ〜１５８０ｎｍ程度の波長の光を照射する。

カプラ２０は、２本の光ファイバを融着した１×２カプラであり、第１の端部が光ファイバＯＦ１を介して光源１０と、第２の端部が光ファイバＯＦ２を介してＦＢＧセンサ２００と、第３の端部が光ファイバＯＦ３を介して検出部３０と接続されている。カプラ２０により、光源１０からの光をＦＢＧセンサ２００に送ると共に、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光を検出部３０に送る。カプラ２０は市販の光ファイバカプラを使用することができる。

検出部３０は、図２に示す通り、光ファイバＯＦ３と検出部３０の光ファイバ３１ａを接続するフェルール３１と、フェルール３１及び光ファイバ３１ａを介して検出部３０に入射された光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光フィルタ３２と、偏光フィルタ３２からのＰ偏光の一部を透過し、残りを反射する光フィルタ３３と、光フィルタ３３を回転軸３３ａを中心に回転可能に保持する回転機構３４と、光フィルタ３３を透過した透過光を受光する第１光検出器３５と、光フィルタ３３によって反射された反射光を受光する第２光検出器３６とを主に備える。第１光検出器３５及び第２光検出器３６は、この実施形態ではフォトダイオードが使われる。

以下では、光ファイバ３１ａから出射される光の進行方向を「検出部の光軸方向」又は単に「光軸方向」と呼び、それに直交する方向を「直交方向」と呼ぶ。

偏光フィルタ３２は、光ファイバ３１ａからの出射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタであり、直角プリズムを２つ組合せたキューブ形の偏光ビームスプリッタとすることができる。

偏光フィルタ３２の偏光面３２ｓは、検出部の光軸方向に対して４５°の角度を有して位置するように設けられている。換言すれば、光ファイバ３１ａからの出射光が偏光面３２ｓに対して４５°の入射角で入射するように配置されている。これにより、光ファイバ３１ａからの出射光は、偏光面３２ｓを透過して光軸方向に進むＰ偏光と、偏光面３２ｓに反射されて直交方向に進むＳ偏光とに分離される。

光フィルタ３３は、偏光フィルタ３２からのＰ偏光を透過光と反射光とに分離するビームスプリッタである。光フィルタ３３は、ガラス基板３３ｂと、ガラス基板上に形成された誘電体多層膜３３ｆとを有し、誘電体多層膜３３ｆの最表面が入射面３３ｓである。誘電体多層膜３３ｆは、例えばＳｉＯ_２（ｎ＝１．４６）、ＴｉＯ_２（ｎ＝２．４０）、ＭｇＦ_２（ｎ＝１．３８）等の膜材料から形成されている。光フィルタ３３は、これらの材料を蒸着、スパッタリング等を用いてガラス基板３３ｂ上に積層して形成したり、あるいは市販の光フィルタを用いてもよい。

光フィルタ３３は、光ファイバ３１ａの出射光に対して、入射面３３ｓが４５°の角度で配置されている。換言すれば、偏光フィルタ３２からのＰ偏光が光フィルタ３３の光軸（入射面３３ｓの法線）に対して４５°の入射角で入射するように配置されている。これにより偏光フィルタ３２からのＰ偏光は、光フィルタ３３を通過して光軸方向に進む透過光と、入射面３３ｓによって反射されて直交方向に進む反射光とに分離される。

また光フィルタ３３のガラス基板３３ｂには、ガラス基板３３ｂを回転させるための回転軸３３ａが、ガラス基板３３ｂの側部の幅方向中央から外側に突出する２つの凸部として形成されている。

回転機構３４は、モータ３４ｍと、モータ３４ｍに取り付けられた駆動ギア３４ｇ１と、駆動ギア３４ｇ１によって回転される従動ギア３４ｇ２とを備え、従動ギア３４ｇ２は光フィルタ３３の回転軸３３ａに取り付けられている。モータ３４ｍは後述する制御部４０の角度調整部４１に接続されている。モータ３４ｍは角度調整部４１により制御されて回転し、駆動ギア３４ｇ１、従動ギア３４ｇ２を介して、光フィルタ３３を、回転軸３３ａ中心に回転させる。

第１光検出器３５は、検出部３０の光軸上に配置されている。また、光フィルタ３３と第１光検出器３５との間には、集光レンズＣＬ１が配置されており、光フィルタ３３を透過した透過光は、集光レンズＣＬ１によって集光されて第１光検出器３５に入射する。

第２光検出器３６は、光フィルタ３３からの反射光を受光するように配置されている。また、光フィルタ３３と第２光検出器３６との間には、集光レンズＣＬ２が配置されており、光フィルタ３３によって反射された反射光は、集光レンズＣＬ２によって集光されて第２光検出器３６に入射する。

第１光検出器３５及び第２光検出器３６は、それぞれ光エネルギーを電流に変換する光電変換部（不図示）及び、電流を電圧に変換するＩＶアンプ（不図示）を介して、後述する制御部４０の信号強度比較部４２に接続されている。

図１に示すように、制御部４０は、検出部３０のモータ３４ｍに接続された角度調整部４１と、検出部３０の第１光検出器３５及び第２光検出器３６に接続された信号強度比較部（信号比較部）４２とを有する。角度調整部４１は、インテロゲータ１００の操作者等の要求に応じてモータ３４ｍを回転させ、光軸方向に対する光フィルタ３３の角度を調整する。信号強度比較部４２は、後述するように、第１光検出器３５から光電変換部及びＩＶアンプを介して入力される電圧信号の強度と、第２光検出器３６から光電変換部及びＩＶアンプを介して入力される電圧信号の強度とを比較することで、ＦＢＧセンサ２００からの光の波長を算出する。

次に、インテロゲータ１００とＦＢＧセンサ２００とを用いて、被計測物のひずみを計測する方法を説明する。

被計測物に生じるひずみを計測する際には、まず被計測物にＦＢＧセンサ２００を取り付ける。次いで光源１０から１５２０ｎｍ〜１５８０ｎｍ程度の波長帯域を有する広帯域光を照射し、光ファイバＯＦ１、カプラ２０、光ファイバＯＦ２を介してＦＢＧセンサ２００に入射させる。

ＦＢＧセンサ２００は、図３に示す通り、屈折率がｎである光ファイバコアＣを有し、光ファイバコアＣの一部にはファイバブラッググレーティング部ｆｂｇが形成されている。ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇにおいては、光ファイバコアＣの屈折率は、光ファイバコアＣの軸方向に周期長Λで周期的に変化している。

光ファイバコアＣに、光ファイバコアＣの軸方向の一方、例えば図３の左側から入射する入射光は、波長λｂ＝２ｎΛを満たす光のみがファイバブラッググレーティング部ｆｂｇで干渉により図３の左側に戻り光として戻され、その他の波長の光は、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇを通過して図３の右側に送られる。

本実施形態では、ＦＢＧセンサ２００にひずみが生じていない場合には、戻り光の波長は、λｂ＝１５５０ｎｍである。このような、ＦＢＧセンサ２００にひずみが生じていない状態での戻り光の波長をＦＢＧセンサの中心波長と呼ぶ。

光ファイバＯＦ２を介してＦＢＧセンサ２００に入射した広帯域光は、ＦＢＧセンサ２００にひずみが生じていない状態では、中心波長１５５０ｎｍの光のみがファイバブラッググレーティングｆｂｇによって反射され、戻り光として光ファイバＯＦ２に戻され、その他の波長の光はファイバブラッググレーティングｆｂｇを通過する。なお、戻り光の波長は厳密には１５５０ｎｍのみではなく、図４の実線で示すように、中心波長１５５０ｎｍをピークとして長波長側及び短波長側に所定の拡がりを有して分布している。

ＦＢＧセンサ２００から光ファイバＯＦ２に戻された戻り光は、カプラ２０及び光ファイバＯＦ３を介して検出部３０に送られ、検出部３０の光ファイバ３１ａから光軸上を偏光フィルタ３２に向けて出射される。次いで、偏光フィルタ３２の偏光面３２ｓによってＰ偏光とＳ偏光とに分離され、偏光面３２ｓを透過したＰ偏光は光フィルタ３３の入射面３３ｓに入射する。なお、偏光面３２ｓで反射されたＳ偏光は、本実施形態のインテロゲータ１００及び検出部３０では使用されない。

偏光フィルタ３２を通過したＰ偏光は光フィルタ３３に入射し、光フィルタ３３によって透過光と反射光とに分離される。ここで、光フィルタ３３のフィルタ特性は図５に示す通り、広帯域の光に対して波長１５４５ｎｍ以下の光に対する透過率が約１０％、波長１５５５ｎｍ以上の光に対する透過率が約９０％である。また波長１５４５ｎｍから波長１５５５ｎｍの区間では、光の波長が長くなるに従って透過率が高くなり、波長１５５０ｎｍの光に対する透過率がほぼ５０％である。光フィルタ３３は、所定の波長幅の領域、例えば、少なくとも５ｎｍ、特に、少なくとも８ｎｍ、さらに特に少なくとも１０ｎｍの波長幅を有する領域で直線的に透過率が変化するフィルタ特性を有するのが望ましい。

ＦＢＧセンサ２００からの戻り光は中心波長１５５０ｎｍをピークとする波長分布を有するため、光フィルタ３３に入射するＰ偏光の波長も同様に、中心波長１５５０ｎｍ付近にピークを有し、短波長側と長波長側とに対称に分布している（図４）。従って、光フィルタ３３に入射するＰ偏光は、その約５０％が光フィルタ３３を透過し、残りの約５０％が光フィルタ３３によって反射される。

光フィルタ３３を透過した透過光と光フィルタ３３で反射された反射光は、それぞれ、第１光検出器３５と第２光検出器３６によって検出され、いずれも光電変換部、ＩＶアンプを介して、受光した透過光の光量に応じた電圧信号に変換される。そのため、光フィルタ３３の透過光の光量に応じた電圧信号と、反射光の光量に応じた電圧信号はほぼ等しくなる。

信号強度比較部４２は、透過光の光量に応じた電圧信号と、反射光の光量に応じた電圧信号との比に基づいて、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長を求める。すなわち信号強度比較部４２は、透過光の光量に応じた電圧信号と、反射光の光量に応じた電圧信号がほぼ同一であるとの比較結果に基づいて、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長が中心波長１５５０ｎｍであると決定する。

被計測物にひずみが生じた場合、被計測物に取り付けられたＦＢＧセンサ２００にもひずみが生じ、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇの周期長Λが変化する。例えば被計測物に伸びひずみが生じ、ＦＢＧセンサ２００が長手方向に延ばされた場合には、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇの周期長Λも延びるため、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇでの干渉条件λｂ＝２ｎΛにより、生じる戻り光の波長λｂは中心波長よりも長波長側にシフトする。一例として、図４に破線で示す通り、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇからの戻り光の波長のピークは１５５１ｎｍとなる。反対に、被計測物に圧縮ひずみが生じ、ＦＢＧセンサ２００が長手方向に圧縮された場合には、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇの周期長Λも縮むため、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇからの戻り光の波長λｂは短波長側にシフトする。一例として、図４に一点鎖線で示す通り、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇからの戻り光の波長のピークは１５４９ｎｍとなる。

光フィルタ３３は、図５に示す通り、波長が１５５１ｎｍの光に対して約６０％の透過率を有する。したがって、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長のピークが１５５１ｎｍにシフトしている場合には、光フィルタ３３に入射するＰ偏光の約６０％が光フィルタ３３を透過し、残りの約４０％が光フィルタ３３により反射される。それゆえ、透過光の光量に応じた電圧信号と反射光の光量に応じた電圧信号との比は約６対４となる。信号強度比較部４２は、透過光の光量に応じた電圧信号と反射光の光量に応じた電圧信号との比が約６対４であるとの比較結果に基づいて、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長のピークが１５５１ｎｍであると求める。

同様に、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長のピークが１５４９ｎｍにシフトしている場合には、光フィルタ３３に入射するＰ偏光の約４０％が光フィルタ３３を透過し、残りの約６０％が光フィルタ３３により反射される。従って、透過光の光量に応じた電圧信号と反射光の光量に応じた電圧信号との比は約４対６となり、信号強度比較部４２は、この比較に基づいて、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長のピークが１５４９ｎｍであると求める。

制御部４０は、上記のように求めたＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長に基づいてＦＢＧセンサ２００に生じたひずみの量を計測することができ、ひいては被計測物に生じたひずみの量を計測することができる。

上記のように光フィルタ３３によりＦＢＧセンサ２００からの戻り光を分別することでひずみ量を計測しているが、偏光フィルタ３２により光フィルタ３３の入射光の偏光方向を調整することでより高精度な計測を実現している。

図６は、本実施形態で用いた光学フィルタ３３の非偏光の入射光に対するフィルタ特性を示す。図６に示すフィルタ特性を、同一の光学フィルタ３３のＰ偏光の入射光に対するフィルタ特性（図５）と比較すると、Ｐ偏光の入射光に対する光学フィルタ３３のフィルタ特性は透過率が所定の波長幅(少なくとも５ｎｍ)で直線的に且つ急峻に変化するのに対し、非偏光の入射光に対する光学フィルタ３３のフィルタ特性は、透過率が曲線的に変化するだけである。

したがって、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長のピークが中心波長１５５０ｎｍからシフトした場合、入射光がＰ偏光であれば、透過光と反射光の量は入射光の波長のシフト量に比例して直線的に変化するが、入射光が非偏光であれば、透過光と反射光の量は、入射光の波長のシフト量には比例せずランダムな変化を示す。よって、偏光フィルタ３２を用いてＰ偏光の入射光を光フィルタ３３に入射することで、光フィルタ３３のフィルタ特性においてスロープを直線的にすることができ、ひいては制御部４０による被計測物のひずみの計測を容易とすることができる。

本実施形態の検出部３０は、光フィルタ３３に回転機構３４を備えることにより、設計誤差や温度変化等の外乱に対する調整機能を有する。光フィルタ３３のフィルタ特性は、光フィルタ３３に対する入射光の入射角に応じて変化する。具体的には、図７に実線で示す通り、Ｐ偏光が４５°の入射角を有して入射する場合の光フィルタ３３の透過率は、波長が１５４５ｎｍから１５５５ｎｍの領域において直線的に変化しており、波長１５５０ｎｍにおいて約５０％である（すなわち図５に示すフィルタ特性である）。

これに対し、Ｐ偏光が４５°−１°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３の透過率は、波長が１５５０ｎｍから１５６０ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長１５５５ｎｍにおいて約５０％であり、Ｐ偏光が４５°−２°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３の透過率は、波長が１５５５ｎｍから１５６５ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長が１５６０ｎｍにおいて約５０％である。

逆にＰ偏光が４５°＋１°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３の透過率は、波長が１５４０ｎｍから１５５０ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長１５４５ｎｍにおいて約５０％であり、Ｐ偏光が４５°＋２°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３の透過率は、波長が１５３５ｎｍから１５４５ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長が１５４０ｎｍにおいて約５０％である。

したがって、回転機構３４を用いて光フィルタ３３を回転軸３３ａ周りに回転させ、光フィルタ３３に入射するＰ偏光の入射角を調整することで、光フィルタ３３の誘電体多層膜３３ｆの構成を変えることなく、光フィルタ３３のフィルタ特性を変化させることができることがわかる。

本実施形態のＦＢＧセンサ２００は中心波長が１５５０ｎｍであるが、現実のＦＢＧセンサにおいては、中心波長の設計値は１５５０ｎｍであっても製造されたＦＢＧセンサの中心波長が、製造誤差により１５５０．１ｎｍや１５４９．９ｎｍとなることもある。このような場合には回転機構３４を用いて光フィルタ３３を回転させることで、光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープの中心（透過率が５０％の点）を、実際に使用されるＦＢＧセンサの中心波長に合わせることができる。

具体的には、実際に使用されるＦＢＧセンサの中心波長が１５５０．１ｎｍであることが観測された場合には、回転機構３４を用いて光フィルタ３３を回転し、偏光フィルタ３２からのＰ偏光の入射角をわずかに小さくする。これにより、図７に示す通り光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープをわずかに長波長側にシフトすることができ、スロープの中心を、ＦＢＧセンサの中心波長１５５０．１ｎｍに合せることにより、ひずみが生じる前の信号強度比較部４２の初期値を設定することができる。

また、ＦＢＧセンサ２００の、ファイバブラッググレーティング部ｆｂｇからの戻り光の波長は、ＦＢＧセンサ２００にひずみが生じた場合のみではなく、ＦＢＧセンサ２００に温度変化が生じた場合にもシフトする。このような温度変化に起因する戻り光の波長のシフトは、ＦＢＧセンサ２００を用いて被計測物のひずみを計測する場合には、誤差の要因となる。

本実施形態のインテロゲータ１００においては、検出部３０の回転機構３４を用いて光フィルタ３３を回転し、光フィルタ３３に入射するＰ偏光の入射角を変更することで、ＦＢＧセンサ２００の温度変化により生じる戻り光の波長のシフトを補償することができる。

具体的には、ＦＢＧセンサ２００の温度変化により、ＦＢＧセンサからの戻り光が長波長側にシフトした場合には、回転機構３４により光フィルタ３３を回転し、偏光フィルタ３２からのＰ偏光の入射角をわずかに小さくする。これにより、図７に示す通り光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープをわずかに長波長側にシフトすることができ、ＦＢＧセンサ２００の温度変化に起因して長波長側にシフトした戻り光の波長のピークと、光フィルタのフィルタ特性のスロープの中心とを合わせることができる。すなわち、ＦＢＧセンサ２００の温度変化により生じる戻り光の波長のシフトを補償することができる。

また、偏光プリズム３２からのＰ偏光の光フィルタ３３に対する入射角が、地震などの環境変化や何らかの外乱等の理由により初期値である４５°からずれる場合もある。このような場合にも、回転機構３４を用いて光フィルタ３３を回転することで、Ｐ偏光の光フィルタ３３に対する入射角を４５°に戻すことができる。

上記した回転機構３４で光フィルタ３３を回転することによる補償は、例えばＦＢＧセンサを用いて被計測体のひずみの計測を開始する前のアライメントとして行うことができる。ひずみ計測の前に、ＦＢＧセンサの製造誤差や温度変化を考慮して、ＦＧＢセンサからの戻り光の中心波長に光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープ中心を合わせることで、戻り光の波長のシフトに基づく被計測体のひずみの計測をより正確に行うことができる。

回転機構３４を用いて光フィルタ３３を回転し、光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープ中心をＦＢＧセンサ２００の中心波長に合わせる具体的な工程は様々であるが、一例として、第１検出部３５の受光量に応じた電圧信号と、第２検出部３６の受光量に応じた電圧信号とを比較し、これらが一致した場合に、光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープ中心とＦＢＧセンサ２００の中心波長とが一致したと判断することができる。このような調整は、制御部４０を用いて自動で行ってもよく、インテロゲータ１００の使用者が手動で行ってもよい。

本実施形態の検出部（ＦＢＧセンサ用の検出装置）３０、及びこれを備えるインテロゲータ１００の効果を以下にまとめる。

本実施形態の検出部３０が有する光フィルタ３３は、ガラス基板３３ｂ上に、スパッタリングや蒸着等により誘電体多層膜３３ｆを積層することにより形成されている。従って光フィルタ３３のフィルタ特性が光フィルタ３３の温度変化によって変化することがなく、ＦＢＧセンサ２００を用いたひずみ計測において、光フィルタの温度変化による誤差の発生を抑制することができる。

本実施形態の検出部３０は、回転機構３４によって光フィルタ３３を回転して光フィルタ３３のフィルタ特性を変更することができるため、ＦＢＧセンサ２００の中心波長と光フィルタ３３のフィルタ特性とを、容易に適切な関係に調整することができる。したがって、ＦＢＧセンサ２００の中心波長が製造誤差等によって設計値と異なる場合や、光フィルタ３３のフィルタ特性が製造誤差等によって設計値と異なる場合でも、光フィルタ３３を回転させることで、ＦＢＧセンサ２００の中心波長と光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープ中心とを一致させることができる。また、ＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長が、ＦＢＧセンサ２００の温度変化によってシフトした場合にも、光フィルタ３３を回転することで、ＦＢＧセンサ２００のシフト後の波長と光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープ中心とを一致させることができる。

本実施形態の検出部３０は、偏光フィルタ３２を用いてＰ偏光のみを光フィルタ３３に入射させている。したがって、光フィルタ３３のフィルタ特性においてスロープが直線的になり、ひいては制御部４０におけるＦＢＧセンサ２００からの戻り光の波長を求めるための演算が容易である。
＜変形例＞

次に検出部の変形例について、図８及び図９を参照して説明する。

検出部３０Ｍは、光フィルタ３３Ｍの入射面が光ファイバ３１ａの出射光に対して１０５°をなしている。すなわち偏光フィルタ３２からのＰ偏光が、光フィルタ３３Ｍの光軸（入射面に対する法線）に対して１５°の入射角で入射し、１５°の反射角で反射されるように配置されている。このため第２光検出器３６Ｍは、光フィルタ３３Ｍからの反射光を受光するような位置に配置されている。以下では、上記実施形態の検出部３０と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

光フィルタ３３Ｍのフィルタ特性は、光フィルタ３３Ｍに対する入射光の入射角に応じて変化する。具体的には、図９に実線で示す通り、Ｐ偏光が１５°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３Ｍの透過率は、波長が１５４５ｎｍから１５５５ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長１５５０ｎｍにおいて約５０％である。

これに対し、Ｐ偏光が１５°−１°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３Ｍの透過率は、波長が１５４８ｎｍから１５５８ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長１５５２ｎｍにおいて約５０％であり、Ｐ偏光が１５°−２°の入射角で入射する場合の光フィルタ３３Ｍの透過率は、波長が１５５１ｎｍから１５６１ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長が１５５６ｎｍにおいて約５０％である。

逆にＰ偏光が１５°＋１°の入射角を有して入射する場合の光フィルタ３３Ｍの透過率は、波長が１５４２ｎｍから１５５２ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長１５４７ｎｍにおいて約５０％であり、Ｐ偏光が１５°＋２°の入射角を有して入射する場合の光フィルタ３３Ｍの透過率は、波長が１５３９ｎｍから１５４９ｎｍの区間において直線的に変化しており、波長が１５４４ｎｍにおいて約５０％である。

このように、偏光フィルタ３２からのＰ偏光が１５°の入射光を有して入射するように配置された光フィルタ３３Ｍのフィルタ特性は、上記実施形態の光フィルタ３３のフィルタ特性とは異なり、入射角の変化に対する波長方向のシフト量が少ない。したがって変形例の検出部３０Ｍにおいては、光フィルタ３３Ｍの回転による光フィルタ３３Ｍのフィルタ特性の調整をより精密に行うことができる。また変形例の検出部３０Ｍにおいては、偏光フィルタ３２からのＰ偏光の光フィルタ３３Ｍへの入射角が変動した場合も、その影響が小さい。

上記の実施形態及び変形例で具体的に説明した以外に、次の変形態様を採用することもできる。

上記の実施形態及び変形例では、偏光フィルタ３２は、直角プリズムを２つ組合せたキューブ形の偏光ビームスプリッタであったが、これに代えて、平板状の偏光ビームスプリッタ等、任意の偏光ビームスプリッタを使用することができる。また上記の実施形態及び変形例において、偏光フィルタ３２を省略することもできる。

上記の実施形態及び変形例では、光フィルタ３３の回転軸３３ａは、光フィルタ３３に入射するＰ偏光の光路と交差するように画成されていたがこれには限られない。光フィルタ３３の回転軸３３ａは、光軸方向及び直交方向に直交して延在していればどのような位置に配置してもよい。

上記の実施形態及び変形例の回転機構３４は、モータ３４ｍを有し、角度制御部４１によって制御されて光フィルタ３３の回転を行っていたが、これには限られない。回転機構３４は、光フィルタ３３を回転するための機構であればどのような構成であってもよく、例えば光フィルタ３３の回転軸３３ａにつまみを取り付け手動で回転してもよい。

上記の実施形態及び変形例においてはＦＢＧセンサ２００の中心波長を１５５０ｎｍとしたが、ＦＢＧセンサの中心波長はどのような値であってもよい。

上記の実施形態において、制御部４０は、光フィルタ３３の回転量と、光フィルタ３３のフィルタ特性のシフト量との関係を予め記憶した記憶部（不図示）を有していてもよい。制御部４０の記憶部がこのような関係を記憶している場合には、使用者は、ＦＢＧセンサの中心波長を制御部４０に入力するだけで、光フィルタ３３のフィルタ特性のスロープ中心をＦＢＧセンサの中心波長に合わせることができる。また、ＦＢＧセンサ２００の近傍に温度センサを設けるとともに、制御部４０の記憶部に、ＦＢＧセンサ２００における温度変化と中心波長のシフト量との関係を記憶させておいてもよい。この構成によれば、制御部４０は、温度センサの計測値に基づいてＦＢＧセンサ２００における中心波長のシフト量と求め、次いで、予め記憶した光フィルタ３３の回転量と光フィルタ３３のフィルタ特性のシフト量との関係に基づいて、求めた中心波長のシフト量が補正されるように回転機構３４を制御部４０により制御して、光フィルタ３３を回転させることができる。

上記の実施形態においては、光フィルタ３３は偏光フィルタ３２からのＰ偏光が４５°の入射角を有して入射するように配置されており、上記の変形例においては、光フィルタ３３Ｍは偏光フィルタ３２からのＰ偏光が１５°の入射角を有して入射するように配置されていた。しかしながら光フィルタの配置はこれには限られず、偏光フィルタ３２からのＰ偏光が任意の入射角を有して入射するように配置することができる。なお１５°〜４５°の入射角を有して入射するように配置することが好ましい。

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

本発明のＦＢＧセンサ用の検出装置、及びインテロゲータによれば、ＦＢＧセンサの中心波長と、光フィルタのフィルタ特性とを容易に適切な関係に調整することができ、ＦＢＧセンサを用いた計測の精度を向上することができる。

１０ 光源
２０ カプラ
３０、３０Ｍ 検出部（検出装置）
３１ フェルール
３２ 偏光フィルタ
３３、３３Ｍ 光フィルタ
３４ 回転機構
３５ 第１光検出器
３６、３６Ｍ 第２光検出器
４０ 制御部（回転機構制御部）
４１ 角度調整部
４２ 信号強度比較部（信号比較部）
１００ インテロゲータ
２００ ＦＢＧセンサ

Claims (9)

1. ＦＢＧセンサからの戻り光の波長を検出するための検出装置であって、
   前記戻り光を透過光と反射光とに分離する光フィルタと、
   前記光フィルタからの前記透過光を受光する第１光検出器と、
   前記光フィルタからの前記反射光を受光する第２光検出器と、
   前記戻り光の前記光フィルタへの入射角が変化するように前記光フィルタを回転させる回転機構と、
   前記戻り光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光フィルタとを備え、
   該偏光フィルタで分離された前記戻り光の前記Ｐ偏光が前記光フィルタに入射される検出装置。
2. 前記光フィルタは、ガラス基板と、前記ガラス基板上に積層された誘電体多層膜とを有する請求項１に記載の検出装置。
3. 前記回転機構によって前記光フィルタを回転させることによって、前記光フィルタのフィルタ特性を調整する請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 前記光フィルタは、所定の波長幅の領域で透過率が直線的に変化するフィルタ特性を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出装置。
5. ＦＢＧセンサに広帯域光を照射する光源と、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出装置と、
   第１光検出器と第２光検出器からの検出信号を比較する信号比較部とを備えるインテロゲータ。
6. 前記信号比較部の比較結果に基づいて前記ＦＢＧセンサのひずみ量を求める制御部を更に備える請求項５に記載のインテロゲータ。
7. ＦＢＧセンサと、
   請求項５又は６に記載のインテロゲータとを備えるひずみ検出システム。
8. さらに、前記ＦＢＧセンサの温度を検知する温度センサを備え、前記温度センサの検出温度に応じて前記回転機構を制御して前記光フィルタを回転させる回転機構制御部を備える請求項７に記載のひずみ検出システム。
9. ＦＢＧセンサと、
   インテロゲータと、
   前記ＦＢＧセンサの温度を検知する温度センサと、
   回転機構制御部とを備えるひずみ検出システムであって、
   前記インテロゲータは、
   前記ＦＢＧセンサに広帯域光を照射する光源と、
   前記ＦＢＧセンサからの戻り光の波長を検出するための検出装置であって、
   前記戻り光を透過光と反射光とに分離する光フィルタと、
   前記光フィルタからの前記透過光を受光する第１光検出器と、
   前記光フィルタからの前記反射光を受光する第２光検出器と、
   前記戻り光の前記光フィルタへの入射角が変化するように前記光フィルタを回転させる回転機構とを備える検出装置と、
   第１光検出器と第２光検出器からの検出信号を比較する信号比較部とを備え、
   前記回転機構制御部は前記温度センサの検出温度に応じて前記回転機構を制御して前記光フィルタを回転させるひずみ検出システム。

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