JPH0293798A - 光センサにより物理量を測定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ｉ！Ｉ業上の利用分身〕 本発明は、ます光センサにより測定量の変化に対して単
調な関係で有効光束に出力変調を加え、それにより有効
光束の光出力と物理量により変調されないか又はセンサ
により行なわれる出力変化とは逆向きに変調される基準
光束の光出力との比から、物理量を求め、広帯域スペク
トル分布で光源により発光される光束から、狭帯域フィ
ルタにより有効光束を取出し、基準光束として、光源の
残りの発光範囲において発光される光源の射出光束を使
用し、更に第１の光ファイバを介して有効光束及び基準
光束をセンサへ供給し、センサの出力変輸される射出有
効光束及び基準光束を第２の光ファイバを介して検出兼
評価装置へ供給し、この検出兼評価装置により両方の光
束をス、ベクトル的に分離して検出し、それらの光出力
の比を測定量のｇ位で評価する、光センサにより物理ｍ
を測定する方法に関する。

〔従来の技術〕

ドイツ連邦共和国特許出願公開第２９０３８２１号明細
書から、測定量を２つの部分光束の強度の比に符号化し
、その一方即ち有効光束を測定量に比例して強度変調し
、他方即ち基準光束に測定ｍの影響を与えず、単一の光
源から射出される一次光束の分割により２つの部分光束
を発生することは公知である。

有効光束の強度変調は、例えば有効光束に対して直角に
測定量に関係して往復移動可能なくさび間隙状絞りによ
り、測定量が増大するか減少するかに応じて行なわれ、
この絞りがビーム断面の大きいか又は小さい断面範囲を
遮断する。

測定量が温度である場合、測定量に比例して絞りを移動
させるために、このｒＢ度を受けるバイメタル片を使用
し、その一端を温度に比例して撓み運動させることがで
きる。強度比較を受ける部分光束が、離れて設けられる
光検出器へそれぞれ光ファイバを介して供給されると、
これによっても、即ち測定ｍに比例する有効光束の強度
変調を別としても、これらの部分光束が、測定れ７度を
悪くする異なる影響を受ける。これに関して注目すべき
影響、例えばそれぞれの光ファイバへの光束の供給又は
それぞれの検出器への光束の供給に用いられる光ファイ
バ又は光学素子の端部に生ずる反則の値は著しく異なる
ことがあり、従って測定結果にも影響を与える。

伝送路のこのような相違から生ずる測定誤差を避けるた
め、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２９０３８２１号
明細書から、有効光束及び基準光束をそれぞれ同じ光フ
アイバ伝送路を介して導き、それによりその影響を互い
に比較すべき光束へ同じように作用させて、比形成の際
いわば除去することが公知である。

両方の光束を簡車に分離することができるようにするた
め、これらの光束を嚢なるスペクトル分布で発生するこ
とが必要である。これに適したスペクトル像は、波長多
重運転での光通信の技術から公知である（ハンス・エフ
・アークイン１電子工学１２　’　　１９８２年８０〜
８６ページ）しかしこの場合の欠点は、光ファイバが実
なる波長の光束に対する異なる分散特性のため異なる減
衰を持ち、これにより測定精度が低下することである。

この欠点を回避するのに、ドイツ連邦共和国特許出願公
開第３５２８２９４号明細書により公知の方法が適して
おり、これが本発明の上位概念となっている。

この公知の方法によれば、測定すべき物理量が有効光束
■１と基準光束■２との光出力の比から求められ、これ
らの光束は光ファイバを介して光源から少なくとも有効
光束を出力変調するセンサへ、またこのセンサから出力
測定と評価とを測定量の単位で行なう検出兼評価装置へ
、それぞれ同じ光ファイバを介して導かれる。有効光束
及び基準光束は、それぞれ多数のスペクトル線状成分を
含むＯ状スペクトル分布を持ち、有効光束と基準光束が
スペクトル的に内外に入り組んで、両方の光束が同じ又
はほぼ同じ平均光周波数を持つようにしている。それに
より両方の光束が、光フアイバ伝送路の透過特性により
、出力変調を別として、同じ影響を受け、この点で測定
量のスペクトル符号化を行なう光束の伝送路に対して中
立な伝送が可能になるので、測定路に存在する光伝送素
子及び結合素子の影響が両方の光束へ同じように作用し
、従っていわば相殺し合う。

しかしこの公知の方法の欠点として、有効光束及び基準
光束の多数のスペクトル成分のため、複雑に形成される
干渉フィルタをセンサにも検出装置にも存在させねばな
らず、その透過特性を同じスペクトル分布へ精確に合わ
されねばならないが、これは高い技術的出費を伴う。空
間的に非常に大きく離れていることもあるフィルタ装置
のこの同一性は、例えばセンサーフィルタ装置が典なる
周囲条件、例えば検出器−フィルタ装置より高い部属に
さらされるると、極めて容易に乱され、その不利な結果
として、フィルタがいわば互いに飄調され、測定量精度
が著しく低下する。

Ｃ発明が解決しようとする課憑〕 従って本発明のｖｓ迦は、最初にあけた種類の方法を改
良して、その実施に必要な技術的出費を著しく減少し、
同時に測定結果への外乱ｍの影響の低減も行なうことで
ある。

更に本発明のＢ顆は、この方法の実施に適した装置を提
示することである。

１！！ＩＪを解決するための手段〕 この課迦を解決するため本発明の方法によれば、有効光
束の光出力のスペクトル分布Ｓ（λ）及び基準光束の光
出力のスペクトル分布Ｒ（λ）を、（ただし波長輸ｉｎ
　＜λｌ〈λ２〈λ□よ）に従って選び、波長λ１ｎと
λＷａＸとの間のスペクトル範囲で光源を発光させる。

この方法を実施する装置は、請求項２ないし１２に示さ
れている。

有効光束と基準光束とのスペクトル整合に関して本発明
による方法では、有効光束のスペクトル分布Ｓ（λ）と
基準光束のスペクトル分布Ｒ（λ）とか同じ重心波長（
中心波長）λ２を持つようにするが、この方法を特徴づ
ける規定に注目すると、これらの光束の原理的に任意の
スペクトル組成において、透過が波長と共に直線的に変
化する時にも（これは一般によい近似で成立する）光フ
アイバ伝送路における光信号の伝送を伝送路に対して非
常によく中立にすることができる。

これは次の考察によって裏付けられる。

光フアイバ伝送路の一定の透過Ｔｌ（λ）　：　ｃ　１
と、有効光束のスペクトル分布Ｓ（λＩ！＞及び基準光
束のスペクトル分布Ｒ（λ、Ｘ）を持つセンサの測定ｆ
ｆ１ｘの所定値に伴う設定から出発して、信号又は有効
光検出チャネルと基準光検出チャネルとにおいて、強度
値＋５１及び！旧が次式により得られる。

Ｉｓｒ　＝　ｃｘｓ　　Ｓ　（λ、ｘ）ｄ入　　　　　
　　　　Ｎ）Ｉｎｓ　＝　ｃ＋Ｉ　Ｒ（λｏｘ）ｄλ　
　　　　（２）次式により透過が波長λに［線画に関係
する場合Ｔ２（λ）＝ｃ２（１＋αλ）　　　　　（３
）有効光検出チャネル及び基準光検出チャネルにおいて
、 ｌ５２＝ｅ２ｒ　　（＋＋ａλ）　・Ｓ　（λ＋　ｘ）
　ｄ入　　（４）又は基準光束の強度に対して Ｉｎ２　＝　ｃ２　Ｊ　（１＋ｆｆλ）・ｎ（λ＋ｘ）
ｄλ　　（５）が得られる。

１５１／　ＩＲＩ　＝　ＩＳ２／　Ｉｎ２　　　　　　
　（６）が成立すると、伝送路の中立性が与えられる。

式（１）及び（２）と（４）及び（５）とを式（６）へ
代入することによって、簡単な換算後次式 ％式％（７） が得られ、これは、この認鼻に基く請求項１の設定規定
により示されているように、ル初の信号スペクトル及び
基準スペクトルの重心λ２が−致せねばならないことと
同じである。

しかしこの規定は、簡単に構成されるフィルタにより、
例えば公知の方法を適用する際に必要なフィルタ装置よ
り著しく簡単に構成でき従って周囲の襲なる影響をあま
り受けない干渉フィルタにより、非常によい近似で満た
すことができる。

スペクトルフィルタ及びビーム分割器又はビーム結合器
として利用される干渉フィルタを持つこのような装置は
、請求項２により示されている。

本発明による方法を実施するのに適した装置の請求項３
により要約される実施態様では、強度比較に利用される
信号光束を電子的に基準光束から分藤することが可能な
ので、原理的にはセンサ装置の範囲に設けられる単一の
スペクトルフィルタで充分である。

請求項４によりセンサ素子として設けられて測定士に関
係して移動可能な光学くさびの代りに、請求項５の特徴
に示すように、スペクトルくさびを有効光束の出力変調
に使用でき、それにより装置の全体構造が特に簡単とな
り、基準光束において有効光束に利用されるスペクトル
成分を大幅に抑制する付加的な吸収フィルタにより、比
１１／Ｉ２の変化範囲を大きくするように改善された動
特性が得られ、これにより特によい信号／９ｎ音比が得
られる。このことは請求項６による装置についてもいえ
る。

可動センサ素子として、位置に関係して可変な屈折度を
持つ屈折素子も設けることができ、これは請求項８又は
９の特徴により節単に実現ｈＩＭである。

請求１ｆｌＩＯによる装置では、基準光束のスペクトル
重心を適切に設定するが、又は請求工θ１１及び１２の
特徴によりＩＹｌｌｔｌｉに実現される調整により所定
の波長λ２に保持することか可能である。

〔実施例〕

図面に示されて本発明による方法を実施するのに適した
実施例について、本発明を以下に説明する。

第２図ないし第６図について以下に説明する光フアイバ
センサｌＯは、センサ素子例えばｌｌｌ＋＋定世に比例
して移動可能な光学くさび１１により異なる影響を受け
る２つの光束１１及びＩ２の強度比又は光出力比から物
理的測定ｆｆｔｘを求めるという共通な沖理により動作
する。

この光フアイバセンサ１０の目的は、伝送系のスペクト
ル透過変化が第１図に典型的なスペクトル分布を示す両
方の＊ｊｌｌｔｂｔｌ及び！２の比１１／１２に及ばす
影響を大幅に排除し、それにより前記の比を測定量Ｘの
信頼できる尺度にでき、部ち最初に述べたように光フア
イバ伝送系のできるだけ良好な伝送路中立性を全体とし
て得られるようにすることである。

光フアイバセンサ１０の作用の説明から、このセンサの
動作方法も明らかになる。

まず元帥として、電圧制御される発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ　）が設けられて、波長λｗｉｎとλ！ｌａｘとの間
の比較的広帯域のスペクトル分布Ｅ（λ）を持つ光束を
発生し、そのスペクトル分布か第１Ｑ４に発光曲線によ
り示されているものとする。

光源のこの射出光束１２から、フィルタ例えば干渉フィ
ルタにより有効光束！１がル出され、そのスペクトル分
布Ｓ（λ）か第１図に波長λｌと入２との間の狭いスペ
クトル分布曲線１３により示されている。

第１図にスペクトル分布曲線１５により示されている基
準光束！２として、有効光束ｔＨに対するスペクトル的
補集合としてスペクトル分布Ｒ（λ）を持つ光束が利用
され、このスペクトル分布により基準光束Ｉ２が、葡効
光東！ｌの中心波長でもある中心波長λ２に関してほぼ
対称なスペクトル分布で２つの部分光束ビ２及び！″２
を含んでいる。

光源の射出光束１２から有効光束１３を取出すフィルタ
は、射出光束のスペクトル分布１２に整合されて、有効
光束ＩＩのスペクトル分布Ｓ（λ）及び基準光３＃Ｉ２
のスペクトル分布Ｒ（λ）に関して次の関係か成立する
ようになっている。

を効光束１１のスペクトル分布Ｓ（λ）と基準光束Ｉ２
のスペクトル分布Ｒ（λ）とをこのように整合させて、
有効光束！１及び基準光束Ｉ２が重心波長としての同じ
中心波長λ２を持つようにすると、光、、ファイバ伝送
系のできるだけよい伝送路中立性が得られる。

それぞれの光フアイバ伝送系において生ずる影響が有効
光束Ｉｔ及び基準光束■２に同じように作用し、即ちこ
れらの光束がほぼ同じ光路を通るが、このような影響の
波長依存性が直線的で、光フアイバ伝送系の透過が波長
に直線的に関係しているものと仮定すると、有効光束！
ｌと基準光束！２との強度比について、有効光束が副定
ｆｆ１ｔに比例する変化を受ける時にも、常に伝送路に
対して中豆的な値、即ち測定量自体に待をな値が得られ
る。

第１図に示す有効光束１１及び基準光束１２のスペクト
ル分布をＤａに得るために、既に述べたように、有効光
束１１が光源の射出光束１２から干渉フィルタにより取
出されて、測定量を検出するため測定量ｔに単ｖ１に関
係して移動される光学くさび１１へ供給され、それによ
り有効光束■１が測定ｍに比例する変化を受けるが、こ
のような光学くさび１１の代りにスペクトルくさび１７
　　（第４図及び第５図）が使用されて、狭帯域スペク
トル範囲においてのみ大きい吸収能力を持ち、スペクト
ルくさび１７がｌｌ！ｌ定量に比例する移動を受ける方
向において、この吸収能力が位−に関係している。この
ようなスペクトルくさび＋７を使用すると、光源の射出
光束のうちスペクトルくさびにより影響されないがスペ
クトルくさびの位置の影響を受ける部分が基準光束■２
として利用される。

本発明の思想に含まれる光フアイバセンサｌＯを説明す
るため、まず第２図のこれに関する細部を参照する。

第２図による光フアイバセンサ１０では、光１１ｆｌｉ
＋８として発光ダイオードが設けられ、その発光スペク
トルが第１図のスペクトル曲１ｆｆｌ１２により示され
るものとする。この光源１８により発生される光は、球
面レンズプラク１９により第１の光ファイバ１４へ供給
される。

この光ファイバ＋４の力比側２１には、これから出る光
束が例えば球面レンズ２２により平行光束にされ、図示
した実施例では球面レンズ２２の光軸に対して４５”傾
斜した干渉フィルタ２３へ入射する。この干渉フィルタ
２３は、第１図のスペクトル分布面Ａ９＋１３により示
される光束！１に対しては透過を行ない、全体として基
準光束！２を生ずる基準部分光束１’２及び１″２に対
しては強く反射を行なう。干渉フィルタ２３を透過する
有効光束１１は第２の球面レンズ２４により、導光素子
として設けられる光ファイバ２６の入射側へ集束され、
この光ファイバを介して、光ファイバ２６とセンサの更
に続く光ファイバ２７との間の狭い間隙にある光学くさ
び１１へ供給されるも 光学くさび１１の範囲において有効光束を光学くさび１
１へ向けて平行光束にするか又は光ファイバ２７の入力
篩部へ再び集束する別の光学素子は、図示を簡単にする
ため示してない。

測定量に比例する減衰又は減衰の減少後光ファイバ２７
の射出端部から出て測定量情報を含む光束ビ１は、再び
球面レンズ２８により平行光束にされ、別の球面レンズ
２９及びこの球面レンズと球面レンズ２８との間に設け
られるビーム結合器により、干渉フィルタ２３により前
もって反力された反力光束■２と共に、検出波（１３１
に至る光ファイバｉ６の入射端部へ集束される。

第２図による実施例では、この検出波＠３１は再び干渉
フィルタ３２を含み、この干渉フィルタは有効光束ｘｌ
ｌのスペクトル範囲に対して透過を行ない、基準光束１
２　（１２＝１’２＋１′＃２　）に対して反ａ３を行
なう。干渉フィルタ３２を透過する有効光束１’２は第
１の光軸、受光器としてのフォトダイオード３３へ入力
し、このフォトダイオードが有効光束Ｉ′ｌの強度に比
例する電気出力信号を発生する。平行光束にするため干
渉フィルタ３２に設けられる球面レンズ３４の光軸に対
して４５°傾斜しているものと仮定する干渉フィルタ３
２で反射される基準光束！２は第２のフォトダイオード
３６へ入射し、このフォトダイオードが反射光束の強度
に比例する電気出力信号を発生する。検出装置３１の両
方のフォトダイオード３３及び３６の電気出力信号の評
価から、測定量を具体的に求めることができる。

第３図による実施例では、センサ装置は第２図による実
施例と同じに構成されている。しかし第２図とは嚢なり
、２つの光源３７及び３８が設けられ、その一方の光源
３７は有効光信号発生器として、また他方の光源３８は
基準光信号発生器として使用されている。

有効光束及び基準光束をセンサに全る光ファイバ１４へ
供給する光路において、平行光束化球面レンズ３９と集
束球面レンズ４！との曲に第１の干渉フィルタ４２が設
けられ、この干渉フィルタにより集束ＢＥ面レンズ４１
を利用して基準光束Ｉ２が、センサに至る光ファイバ１
４へ供給される。この第１の干渉フィルタ４２と有効光
束ｔｌを平行光束にする球面レンズ３９との間には、第
１の干渉フィルタ４２Ｉより狭帯域の第２の干渉フィル
タ４３が設けられて、有効光束１１のスペクトル分布１
３　　（第１図）を決定する。基準光束光源３８と第１
の干渉フィルタ４２との簡に平行光束化球面レンズ４４
が設けられている。

第３図による実施例では、検出波ｒａ４６は増幅器４８
を持つ単一のフォトダイオード４７のみを含んでいる。

測定量情報を含む光束１’ｉ＋１２は光ファイバ１６を
介して検出装置４５へ供給されて、平行光束化球面レン
ズ５０によりフォトダイオード４７へ向けて平行光束に
される。

両方の光原即ち信号光誠３７及び基準光源３８は、異な
る周波数の電気クロックパルスで付勢される。それによ
り増幅器４８に接続される周波数フィルタを使用しかつ
この周波数フィルタの出力信号を両方の光源３７及び３
８用付勢信号で位相選択整流することにより、有効光束
■′ｌを基準光束！２から量子的に分添することができ
る。この場合も周波数フィルタの出力↑江流の比の評価
が測定量の単位で簡単に句能である。

本発明による元ファイバセンサ１０の別の実ｍｌ＋例の
基本構成を説明するため、第４図を参１１（１する。こ
の実施例は、その基本構成において第２図に一致してい
る。しかし第２図による構成とは、測定量Ｘに関係して
移？［ｌｌ＋司能可能ンサ素子の構成か相違しており、
ここではこのセンサ素子はスペクトルくさび１７として
構成されて、発光ダイオード１８により発生されて光フ
ァイバ１４を介してスペクトルくさび１７へ供給される
光束１１＋１２の中心スペクトル範囲へ測定量に比例し
て影響を及ばす性質を持ち、測定量が増大すると減衰す
るかＪＺＧ線１ｉ定ｍが再び減少すると減衰を減少する
ように、影響を及ばす。このようなスペクトルくさび１
７は、第５図に示すように、即ち平行光束化光学系４９
と集束光学系５１との聞に設けられてこれら両方の系の
光軸に対して直角に移ｆｆ１ｌｌ　ＯＪ能な色フィルタ
くさび仮として構成でき、測定ｍが増大すると矢印５２
の方向に移動し、測定量か減少すると逆方向に移動する
ものと仮定されている。検出装ｗｉ３１は第２図による
検出装置と同じように実現することができる。

第４図に示す検出装＠３！の特別な構成では、センサ素
子としてのスペクトルくさび１７の９９出光束を２つめ
部分光束■２及び！ｌに分割するビーム分＠器５３が設
けられている。このビーム分割器５３を透過する部分光
束Ｉ２は第１のフォトダイオード５４へ入駒し、ビーム
分割Ｉａ５３で反射される部分光束■１は、スペクトル
くさび１７が＃励行程に関係して可変に吸収を行なうス
ペクトル範囲で強く吸収を行なう吸取フィルタ５６を通
される。この吸収フィルタ５６の射出光束は第２のフォ
トダイオード５７により検出される。この第２のフォト
ダイオード５７は、スペクトルくさび１７が可変に吸収
するスペクトル範囲を除いて光源１８の１寸出光束の強
度の尺度となる信号を供給する。これに反し第１のフォ
トダイオード５４の出力信号は、光源の発光スペクトル
のうち測定量と共に変化する中心スペクトル部分を持つ
光源の射出光束の強度の尺度である。この場合も両方の
フォトダイオード５４及び５７の出力信号の比は、測定
量自体の尺度である。

検出装置ａｔ：Ｕの有利な変形例では、破線で示すよう
に、ビーム分割器５３と第１のフォトダイオード５４と
の間に、ビーム分割Ｊａ５３と第２のフォトダイオード
５７との間に挿入されている吸収フィルタ５６が強く吸
収を行なうスペクトル範囲でのみ強く透過を行なうスペ
クトルフィルタ５８を設けることができる。このような
フィルタ５８によりセンサ装置の光学的動特性を改善し
て、両方のフォトダイオード５４及び５７の出力信号の
比を測定ｍと共に一層強く変化させることができる。

第６図による実鹿例と第４図による実施例とは、第１の
光ファイバ１４へ供給されてセンサ素子としてのスペク
トルくさび１７へ導かれる光束１２　＋１２を発生する
光源の構成と、式（８）及び（９）に従ってこの光束１
１＋１２のスペクトル分布を行なう安定化装置６４が設
けられている点とにおいて、相違している。

１ｐｒ２がビーム結合器６２により重畳されて、集束レ
ンズ６３により、スペクトルくさび１７に至る光ファイ
バ１４の入ＩＪｊ端へ集束される。

これらの元１ｌｉｉ５９及び６１は、そのスペクトル発
光に関して、その発光最大値が前述した式により波長λ
２に対して対称に位置するが、又はスペクトルくさび１
７及び吸収フィルタ５６が吸収を行ないまた場合によっ
ては存在する透過フィルタが強く透過を行なうスペクト
ル間隔に対して対称に位置するように、選ばれる。

安定化装ｆｉ６４の目的は、光束１１＋１２のスペクト
ル分布を安定化して、発光ダイオード５９及び６Ｉに作
用する周囲の影響に関係なく、重心波長λ２が波長目盛
内で安定であるにすることである。これは、両方の光源
の給電の目的に合った制御によりよい近似で行なうこと
ができる。

安定化装＠６４は別のビーム分割器６６を含み、入力光
束としてビーム結合器６２の第２の射出端から出る光束
がこのビーム分割器へ供給される。この光束のスペクト
ル分布は、光ファイバ１４へ供給される光束１１　＋＋
　２のスペクトル分布に一致している。ビーム分割器６
６の矢ＥＬＪ６７及び６８により示される両方の力比光
束は、光束１１＋１２と同じスペクトル組成を持ち、そ
れぞれフィルタ５６′及び５８′を介して安定化袋＠６
４の光検出器としてのフォトダイオード６９及び７１へ
供給される。一方のフィルタ５６′は、検出装置３１の
吸取フィルタ５６と同じ吸収特性を持つ吸取フィルタで
ある。他方のフォトダイオード７１とビーム分誦器６６
との間に設けられるフィルタ５８′は、検出波ｊｌｉ３
１の透過フィルタ５８と同じ透過特性を持つ透過フィル
タである。

両方のフォトダイオード６９及び７１の出力信号は電子
制御装置７２へ供給され、この制御装置は検出器出力信
号の内部処理から発光ダイオード５９及び６１の供給電
圧を制御して、光束１１　＋１２の重心波長入ｚを維持
する。電子制御装置ａ！７２により行なわれる処理は、
電子制御装置７２の特別の構成では、この制御装置が安
定化装置６４の両方のフォトダイオード６９及び７１の
出力信号レベルの比を互いに比較して、両方の発光ダイ
オード６９′＆び７１の出力信号レベルの比か不変であ
るようにこれら発光ダイオード用の供給角、圧出力信号
を発生することである。

制御装置７２の実現に必要な電子回路技術手段は、電子
制御装置７２の目的を知れば、当業者にとって容易なの
で、その詳細な説明を省略する。

第４図ないし第６図による実施例においてスペクトルく
さび１７として説明したセンサフィルタは、屈折効率が
位置に関係する屈折素子としても構成することができる
。このような屈折素子は、例えばホログラフィック体８
！ｌｌ−位相格子として実現でき、その屈折構造は露光
に敏感な層を位置に関係してホログラフィック露光する
ことにより屈折構造の可変な効果を得ることによって達
成される。

スペクトルくさびをこのように実現することの利点は、
屈折構造を比較的薄い層として構成でき、この構造の幾
伺学的寸法設定により、このような素子が強く吸収又は
反射（屈折）を行なう波長をＭ確に規定可能であり、こ
のような素子が非常に安価に製造、可能なことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を説明するための線図、第２
図は本発明による光フアイバ測定装置の第１実施例の構
成図、第３図及び第４図は第１図による測定装置と相違
しているが機能は同じ測定装置の構成図、第５図は第４
図の装置において便用可能で有効光束を測定量に比例し
て出力変調するセンサ素子の詳＃ｌＩ図、第６図は光源
の発光特性が可変な測定装置の実施例の構成図である。 ｌＯ・・・光フアイバセンサ、ｌｌ・・・光学くさび、
１４．１６・・・光ファイバ、１７・・・センサ素子（
スペクトルくさび）　　　１８・・・光源、２３・・・
フィルタ、３１・・・検出装置、３２・・・ビーム結合
器（干渉フィルタ）　　　３３．３６・・・光学受光器
（フォトダイオード）　　　ｔｌ・・・有効光束、１２
・・・基準光束、Ｅ（λ）、Ｒ（λ）、Ｓ（λ）・・・
スペクトル分布。 入ｍｔｎ λ１ λ２ λｍａｘ ２Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光センサにより測定量の変化に対して単調な関係で
   有効光束（Ｉ＿１）に出力変調を加え、それにより有効
   光束（Ｉ＿１）の光出力と物理量により変調されないか
   又はセンサにより行なわれる出力変化とは逆向きに変調
   される基準光束（Ｉ＿２）の光出力との比（Ｉ＿１／Ｉ
   ＿２）から、物理量を求め、広帯域スペクトル分布 Ｅ（λ）で光源により発光される光束から、狭帯域フィ
   ルタにより有効光束（Ｉ＿１）を取出し、基準光束（Ｉ
   ＿２）として、光源の残りの発光範囲において発光され
   る光源の射出光束を使用し、更に第１の光ファイバを介
   して有効光束及び基準光束をセンサへ供給し、センサの
   出力変調される射出有効光束及び基準光束を第２の光フ
   ァイバを介して検出兼評価装置へ供給し、この検出兼評
   価装置により両方の光束をスペクトル的に分離して検出
   し、それらの光出力の比を測定量の単位で評価する方法
   において、有効光束（Ｉ＿１）の光出力のスペクトル分
   布Ｓ（λ）及び基準光束（Ｉ＿２）の光出力のスペクト
   ル分布Ｒ（λ）を、式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし波長λ＿ｍ＿ｉ＿ｎ＜λ＿１＜λ＿２＜λ＿ｍ
   ＿ａ＿ｘ）に従つて選び、波長λ＿ｍ＿ｉ＿ｎとλ＿ｍ
   ＿ａ＿ｘとの間のスペクトル範囲で光源を発光させるこ
   とを特徴とする、光センサにより物理量を測定する方法
   。 ２　広帯域で発光する光源の射出光束が、第１の光ファ
   イバを介してセンサへ入射光束として供給され、このセ
   ンサの範囲に第１のフィルタが設けられ、このフィルタ
   により有効光束が取出されてセンサの出力変調素子へ供
   給され、測定量に関係して変調されるこのセンサの射出
   光束が、出力変調されない基準光束とビーム結合器によ
   り結合され、この基準光束と共に第２の光ファイバへ供
   給され、この光ファイバを介して検出装置へ導かれ、こ
   の検出装置において、変調された有効光束及び基準光束
   の強度のスペクトル的に分離した測定と、比形成による
   これらの光束の比較が行なわれるものにおいて、センサ
   の第１の狭帯域フィルタ（２３）が干渉フィルタとして
   構成されて、ビーム分割器として設けられ、センサのビ
   ーム結合器も同様に干渉フィルタとして構成されて、そ
   のスペクトル透過範囲及び反射範囲が第１のフィルタ（
   ２３）の透過範囲及び反射範囲に一致し、検出装置（３
   １）にもビーム分割器として干渉フィルタ（３２）が設
   けられて、センサの干渉フィルタ（２３）と同じ透過特
   性及び反射特性を持ち、検出装置（３１）の範囲に、有
   効光束用の第１の光電受光器（３３）と干渉フィルタ（
   ３２）において反射される基準光束用の第２の光力受光
   器、（３６）が設けられていることを特徴とする、請求
   項１に記載の方法を実施する装置。 ３　第１の光源（３８）が設けられて、広帯域スペクト
   ル分布の第１の光束を発生し、第２の光源（３７）が設
   けられて、射出光束を発生し、第１の狭帯域干渉フィル
   タ（４３）によりこの射出光束から有効光束が取出され
   、第２の干渉フィルタ（４２）がビーム結合器として設
   けられ、第２の干渉フィルタ（４２）の射出光束（Ｉ＿
   １＋Ｉ＿２）が第１の光ファイバ（１４）を介してセン
   サへ導かれ、このセンサにおいてビーム結合器により、
   変調を受ける有効光束と基準光束とが、検出装置（４６
   ）へ戻る光ファイバ（１６）へ供給され、両方の光源（
   ３７、３８）が発光ダイオードとして構成されて、供給
   電圧の異なる周波数でパルス的に付勢され、検出装置（
   ４６）の範囲に１つの光電検出器（４７）のみが設けら
   れて、その出力信号が、濾波しかつ光源の制御電圧で位
   相選択整流する処理により、有効光束及び基準光束の単
   位で評価可能であり、またその比較により測定量の単位
   で評価可能であることを特徴とする、請求項１に記載の
   方法を実施する装置。 ４　有効光束の出力変調を行なうセンサ素子として光学
   くさび（１１）が設けられて、有効光束の伝搬方向に対
   して直角に、測定量に比例して移動せしめられることを
   特徴とする、請求項２又は３に記載の装置。 ５　測定量に比例して有効光束の出力変調を行なうセン
   サ素子としてスペクトルくさび（１７）が設けられて、
   有効光束及び基準光束の伝搬方向に対して直角に、測定
   量に比例して移動せしめられ、その移動方向に見て単調
   に変化する狭帯域透過を持ち、検出装置（３１）の範囲
   にビーム分割器（５３）が設けられて、スペクトルくさ
   び（１７）の射出光束のビーム分割から生ずる射出光束
   が、それぞれ検出器（５４、５７）へ供給され、ビーム
   分割器（５３）と検出装置（３１）の一方の検出器（５
   ７）との間に、スペクトルくさび（１７）が位置に関係
   して可変に透過を行なうスペクトル範囲で強く吸収を行
   なう透過フィルタ（５６）が設けられていることを特徴
   とする、請求項１又は２に記載の装置。 ６　ビーム分割器（５３）と検出装置（３１）の他方の
   検出器（５４）との間に、スペクトルくさび（１７）が
   可変透過を持つスペクトル範囲に対してのみ透過を行な
   う透過フィルタ（５８）が設けられていることを特徴と
   する、請求項５に記載の装置。 ７　センサ素子として、位置に関係して可変な屈折効率
   を持つ屈折素子が設けられていることを特徴とする、請
   求項２に記載の装置。 ８　位置に関係して屈折するセンサ素子がホログラフィ
   ック体積一位相格子として構成されて、透過動作で使用
   可能であることを特徴とする、請求項７に記載の装置。 ９　位置に関係して屈折するセンサ素子が、ホログラフ
   ィック反射構造として構成されていることを特徴とする
   、請求項７に記載の装置。 １０　２つの光源（５９、６１）が設けられて、その射
   出光束がビーム結合器（６２）を介して第１の光ファイ
   バ（１４）へ供給され、両方の光源（５９、６１）の少
   なくとも１つの動作電圧が調節可能であることを特徴と
   する、請求項２ないし９の１つに記載の装置。 １１　安定化装置（６４）が設けられて、両方の光源（
   ５９、６１）の供給電圧を制御し、それにより、光源の
   ビーム結合器（６２）から出て光ファイバ（１４）を介
   してセンサ素子（１７）へ供給される光束（Ｉ＿１＋Ｉ
   ＿２）のスペクトル分布の重心波長（λ＿２）が所定の
   値を維持することを特徴とする、請求項１０に記載の装
   置。 １２　安定化装置（６４）がビーム分割器（６６）を含
   み、このビーム分割器へ入射光束として、光ファイバ（
   １４）へ供給される光束（Ｉ＿１＋Ｉ＿２）と同じスペ
   クトル分布を持つ光源のビーム結合器（６２）の射出光
   束が供給され、ビーム分割器（６６）の第１の射出光束
   （６７）が、センサ素子（１７）の透過が移動行程に関
   係して変化するスペクトル範囲で吸収を行なうフィルタ
   （５６′）を介して第１の光検出器（６９）へ供給され
   、ビーム分割器（６６）の第２の射出光束（６８）が、
   センサ素子（１７）が測定量に比例して透過を変化する
   スペクトル範囲で強く透過するフィルタ（５８′）を介
   して第２の光検出器（７１）へ供給され、安定化装置（
   ６４）の両方の光検出器（６９、７１）の強度に比例す
   る出力信号が電子制御装置（７２）へ供給され、この制
   御装置が両方の光検出器（６９、７１）の出力信号の比
   較から光源（５９、６１）への供給電圧を制御して、安
   定化装置（６４）の両方の光検出器（６９、７１）の出
   力信号の比が、許容偏差内で所定の一定値になるように
   することを特徴とする、請求項１１に記載の装置。