JPH0518832A - 光フアイバ装置並びにそれを用いた位置検出方法、情報伝送方法およびたわみ量測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光ファイバと熱的に結合して情報伝送などを行
う新規な光ファイバ装置並びにそれを用いた位置検出方
法、情報伝送方法およびたわみ量測定方法を提供する。 【構成】タイミング制御回路４がトリガパルスを発生
し、これによりパルス発生回路５は発光器６を駆動して
光ファイバ８に光パルスを入射させる。光ファイバ８の
各位置からの後方散乱光はフィルタ９，１０を通って受
光器１１，１２に導かれる。これらの検出信号は増幅回
路１３，１４により増幅され、Ａ−Ｄコンバータ１５，
１６によりディジタルデータに変換され、メモリ１７，
１８に順次書き込まれる。メモリ１７，１８に書き込ま
れた後方散乱光の情報から光ファイバ８の各位置におけ
る温度が求められ、光ファイバ８の局部を加熱する加熱
装置２０ａ，２０ｂの状態を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ヒータと光ファイバ
を組み合わせてなる光ファイバ装置、並びにそれを用い
た位置測定方法、情報伝送方法およびたわみ量測定方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば水中において、水平面や垂直面等
の任意の平面内または一定の空間における被検出物体の
位置を検出する方法として、一般にソナーや音響測位装
置が用いられる。また、陸上において、例えば建物内で
移動物体の位置を検出する方法として、建物内の主要箇
所に移動物体を検出するセンサを設けておき、これらの
センサの検出状態から物体の位置を求めるようにしてい
る。

【０００３】また、光ファイバを用いてデータ伝送を行
う方法として、伝送すべき情報を光信号に変換するとと
もに、その光信号を光ファイバの一端から入射させ、他
端で受光するようにしている。また、複数のポイントか
らデータの入出力を行う場合には、光ファイバに光分岐
結合回路を設けて光信号の入出力を行っている。

【０００４】また、光ファイバなどの線条体のたわみ量
を測定するための有効な方法は従来なかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、水中物体の
位置を検出するためにソナーや音響測位装置を用いる場
合、時間的に連続して位置を測定することはできず、ま
た分解能に制限があって小体積の被検出物体は検出でき
ない。更に被検出物体と装置との位置関係などにも制約
があった。また、例えば建物内において赤外線センサな
どによって被検出物体の位置を検出する方法では、大ま
かな区画単位でしか物体の位置を検出することができ
す、広範囲にわたって位置検出を行うためには、多数の
センサを配置しておかなければならず、そのための配線
量も膨大なものとなる。

【０００６】光ファイバを用いた従来のデータ伝送方法
では、光ファイバの端部間同士でデータ伝送を行うもの
であるため、例えば複数のセンサによる測定結果を伝送
するためには、そのポイント毎に光分岐結合回路を設け
なければならず、またローカルエリアネットワークのよ
うに、一定の通信手順に従って伝送しなければならな
い。

【０００７】この発明の第１の目的は、水中または陸上
の一定範囲内における物体の位置を目的に応じた分解能
で、距離的にも時間的にも略連続して検出できるように
した位置検出方法を提供することにある。

【０００８】この発明の第２の目的は、光分岐結合回路
を用いることなく、光ファイバ上の任意の箇所からデー
タの送出を可能とした情報伝送方法を提供することにあ
る。

【０００９】この発明の第３の目的は、光ファイバなど
の線条体のたわみ量を簡単な装置で測定できるようにす
るたわみ量測定方法を提供することにある。

【００１０】この発明の第４の目的は、前記位置検出方
法と情報伝送方法およびたわみ量測定方法を実施するの
に適した光ファイバ装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の光ファイバ装
置は、温度に応じて伝送パラメータの変化する光ファイ
バと、この光ファイバを局部加熱する加熱手段と、前記
光ファイバの一端から光パルスを入射させるとともに、
前記光ファイバからの後方散乱光を受光し、伝送パラメ
ータにより定まる後方散乱光および光パルスの入射から
後方散乱光の受光までの時間経過により、前記光ファイ
バの各位置の加熱状態を検出する手段とからなる。

【００１２】この発明の位置検出方法は、温度に応じて
伝送パラメータの変化する光ファイバを局部加熱する加
熱手段を用い、前記光ファイバの一端から光パルスを入
射させるとともに、前記光ファイバからの後方散乱光を
受光し、伝送パラメータにより定まる後方散乱光および
光パルスの入射から後方散乱光の受光までの時間経過に
より、前記光ファイバの各位置の加熱状態を検出して、
前記加熱手段による加熱位置を求めることを特徴とす
る。

【００１３】この発明の情報伝送方法は、温度に応じて
伝送パラメータの変化する光ファイバを局部加熱する加
熱手段を用い、前記光ファイバの一端から光パルスを入
射させるとともに、前記光ファイバからの後方散乱光を
受光し、伝送パラメータにより定まる後方散乱光および
光パルスの入射から後方散乱光の受光までの時間経過に
より、前記光ファイバの各位置の加熱状態を検出して、
前記加熱手段による加熱量または加熱位置によって情報
を伝送することを特徴とする。

【００１４】また、この発明のたわみ量測定方法は、温
度に応じて伝送パラメータの変化する光ファイバの２箇
所を固定位置で局部加熱する加熱手段と、前記光ファイ
バの一端から光パルスを入射させるとともに、前記光フ
ァイバからの後方散乱光を受光し、伝送パラメータによ
り定まる後方散乱光および光パルスの入射から後方散乱
光までの時間経過により、前記光ファイバの各位置の加
熱状態を検出して、前記加熱手段による前記光ファイバ
上における加熱位置間の距離を求め、前記２箇所の加熱
位置間の直線距離とから前記光ファイバのたわみ量を求
めることを特徴とする。

【００１５】

【作用】この発明の請求項１に係る光ファイバ装置で
は、温度に応じて光ファイバ自体の伝送パラメータが変
化する。例えば、光パルスの入射端方向へ戻る後方散乱
光にはラマン散乱光が含まれるが、ラマン散乱光の２成
分であるストークス光とアンチストークス光の強度比が
温度にのみ依存する光ファイバが用いられる。加熱手段
はこの光ファイバの局部を加熱する。そして、光ファイ
バの一端から光パルスが入射されて、その後方散乱光に
より（例えば前述のストークス光とアンチストークス光
の強度比により）その位置の加熱状態が検出され、光パ
ルスの入射から後方散乱光の受光までの時間経過によ
り、後方散乱光の生じた位置が求められる。この光ファ
イバ装置を用いれば、光ファイバの一端からの光パルス
の入射および後方散乱光の受光によって、局部加熱位置
とその加熱量を求めることができる。

【００１６】請求項２に係る位置検出方法では、温度に
応じて伝送パラメータの変化する光ファイバの局部が加
熱手段により加熱され、光ファイバの一端から光パルス
が入射されて、後方散乱光を受光するまでの時間経過に
よって、その後方散乱光の生じた位置が検出され、さら
にその後方散乱光によって対象位置の加熱状態（温度）
が検出される。このように光ファイバと加熱手段とは熱
的に結合されているだけで、加熱位置を光ファイバの一
端から検出することができる。

【００１７】このように原理的に１本の光ファイバを所
定範囲に所定の細かさで配線して（引き回して）おくこ
とによって、加熱手段の位置を任意の箇所から検出する
ことができる。

【００１８】請求項３に係る情報伝送方法では、同様の
光ファイバと加熱手段が用いられるが、加熱手段による
光ファイバ上の加熱量または加熱位置が検出され、その
加熱量または加熱位置によって情報伝送が行われる。従
って光ファイバとは熱的に結合するだけで情報伝送を行
うことができ、データ入出力を行うポイント毎に光分岐
結合回路を設ける必要もない。

【００１９】請求項４に係るたわみ量測定方法では、温
度に応じて伝送パラメータの変化する光ファイバの２か
所が、それぞれ固定された位置で局部加熱される。従っ
て光ファイバがたわむことによって、２つの加熱手段に
よる光ファイバ上における加熱位置間の距離が変化す
る。この光ファイバ上における加熱位置間の距離は光フ
ァイバの一端において光パルスの入射および後方散乱光
の受光によって求められ、固定されている２箇所の加熱
位置間の直線距離との関係から光ファイバのたわみ量が
求められる。光ファイバ以外の線条体のたみわ量を求め
る場合には、その線条体に光ファイバを沿わせておくこ
とによって、線条体のたわみを光ファイバのたわみに変
換して測定することができる。

【００２０】

【実施例】

＜光ファイバ装置＞この発明の実施例である光ファイバ
装置の構成をブロック図として図１に示す。図１におい
てＣＰＵ１はＲＯＭ２に予め書き込まれているプログラ
ムを実行する。ＲＡＭ３は光ファイバ上の各位置の温度
を算出する際のワーキングエリアとして用いられる。タ
イミング制御回路４はパルス発生回路５およびカウンタ
１９に対しトリガ信号を一定周期で与える。パルス発生
回路５はトリガ信号が入力された際、パルス半導体レー
ザからなる発光器６を駆動する。これにより光合分波回
路７を介して光ファイバ８へ光パルスが発射される。光
ファイバ８の所定箇所には加熱装置２０ａ，２０ｂなど
を設けて、光ファイバ８との間で熱的に結合している。
また同図において９，１０は干渉膜フィルタであり、フ
ィルタ９は入射光より長波長のストークス光の成分を選
択透過させ、フィルタ１０は入射光より短波長のアンチ
ストークス光の成分を選択透過させる。受光器１１，１
２はそれぞれアバランシェ・フォトダイオードなどから
なりストークス光とアンチストークス光を受光して、そ
の強度に応じた電圧信号を発生する。増幅回路１３，１
４は受光器１１，１２の出力信号を増幅し、Ａ−Ｄコン
バータ１５，１６は増幅信号をディジタルデータに変換
する。メモリ１７，１８はそのディジタルデータを所定
領域に記憶する。カウンタ１９はタイミング制御回路４
からトリガ信号が発生された時からカウントアップを行
い、そのカウント値をメモリ１７，１８の書き込みアド
レスとして指定する。

【００２１】＜位置検出装置＞前記光ファイバ装置を位
置検出装置として用いる場合の光ファイバの配置例を図
２に示す。この例では光ファイバ８をある平面上に張り
巡らせて、光ファイバ上の加熱位置を検出することによ
って、平面内における加熱位置を求める。図２において
Ａはロボットまたは人であり、後述する手段によって、
近接する光ファイバを局部加熱する。

【００２２】光ファイバを局部加熱する加熱装置の例を
図３に示す。図３において２０は光ファイバ８の外周を
囲んで、周囲から光ファイバ８を局部加熱する加熱装置
であり、何らかの方法によりロボットまたは人に加熱装
置２０を連結して、ロボットまたは人とともに加熱装置
２０が光ファイバ８の軸方向に移動する。

【００２３】次に、ロボットや人などから非接触により
加熱装置を作動させる例を図４および図５に示す。図４
において２１は加熱装置２０に設けられた受波器であ
る。図５は加熱装置２０の構成を示すブロック図であ
る。ロボットまたは人が持っている送波器から信号が送
波されれば、受波器２１はこれを受波して増幅回路２２
が受波信号を増幅し、その信号が一定値を超えたとき、
比較器２３がヒータ２４を作動させる。これによりヒー
タ２４は光ファイバ８を局部加熱する。なお、この非接
触型の場合にも加熱装置２０を光ファイバ８の軸上に可
動としてもよい。

【００２４】光ファイバを局部加熱するその他の方法と
して、光ファイバの被覆材表面に音波、電波または光波
の吸収体を設けておき、ロボットまたは人が持っている
送波器からのエネルギーにより局部加熱することも可能
である。

【００２５】次に、図１〜図５に示した構成で位置検出
を行うためのＣＰＵの処理手順をフローチャートとして
図６に示す。まずタイミング制御回路からトリガパルス
を発生させる（ｎ１）。これにより光ファイバの一端か
ら光ファイバが入射され、その後の時間経過に伴い、光
ファイバ上の各位置からの後方散乱光が戻る。後方散乱
光に含まれるストークス光の強度はメモリ１７に順次書
き込まれ、アンチストークス光の強度はメモリ１８に順
次書き込まれる。光ファイバの最終端から後方散乱光が
入射端に戻るに要する時間が経過した後、メモリ１７，
１８に書き込まれた各時刻におけるストークス光とアン
チストークス光の強度比を算出する（ｎ２→ｎ３）。メ
モリ１７，１８に書き込まれたデータのアドレスが光フ
ァイバ８上の位置に対応し、強度比はその位置における
温度に対応する。その後、光ファイバ上の各点の平均温
度を算出し、その平均温度を比較して高温部の位置を検
出する（ｎ４→ｎ５）。平均温度より一定値を上回る高
温部は加熱装置２０によって加熱された位置である。こ
のことから光ファイバ上における加熱位置を求めること
ができる。そして図２に示したように光ファイバの配置
パターンと寸法関係が予め定められているため、光ファ
イバの配置されている平面または空間における物体（ロ
ボットや人など）の位置を求めることができる。

【００２６】＜情報伝送装置＞前記光ファイバ装置をア
ナログ情報伝送装置として用いる場合の加熱装置の構成
を図７に示す。図７においてセンサ２５は伝送すべき測
定量を電圧信号に変換する。増幅回路２６はその検出信
号を増幅する。加算器２７は温度計３１の出力信号と増
幅回路２６の出力信号との差成分を求める。増幅回路２
８はその差成分を増幅する。駆動回路２９は増幅回路２
８の出力信号に応じてヒータ３０を駆動する。温度計３
１はヒータ３０による光ファイバの加熱温度を検出して
ネガティブフィ−ドバックをかける。この構成によって
センサ２５による測定値と対応関係にある温度で光ファ
イバが局部加熱されることになる。

【００２７】このような加熱装置を設けた場合の、光フ
ァイバ装置側の動作例を図８に示す。図８において
（Ａ）は光ファイバの光パルス入射端からの距離に対す
る後方散乱光に含まれるアンチストークス光の強度分
布、（Ｂ）は同じく光ファイバの光パルス入射端からの
距離に対するストークス光の強度分布を示す。また
（Ｃ）はアンチストークス光とストークス光の強度比か
ら求めた、距離に対する温度の分布を示す。このように
光ファイバ上の各位置の温度を求めることによって、局
部加熱位置の情報とその温度情報に基づいて情報伝送を
行う。

【００２８】次に、アナログ情報伝送装置としての処理
手順を図９に示す。まずトリガパルスを発生させて一定
時間待つ（ｎ１０→ｎ１１）。そして、メモリに書き込
まれたアンチストークス光とストークス光の強度比を算
出し、センサおよび加熱装置の設けられている位置の温
度を算出する（ｎ１２→ｎ１３）。そして算出した温度
情報をさらにセンサ入力計測値に変換する（ｎ１４）。

【００２９】次に、ディジタル情報伝送装置の構成と動
作例を図１０〜図１２に示す。図１０は３つのヒータ３
６，３７，３８とこれらを制御する制御回路３９とから
なる１組の加熱装置である。このように３つのヒータ３
６，３７，３８はそれぞれ光ファイバ８の一定領域を予
め定められた間隔をおいて個別に加熱する。制御回路３
９は図１１に示すように、ある量を測定するセンサ２５
とその検出信号を増幅する増幅回路２６、増幅信号を３
ビットのディジタルデータに変換するＡ−Ｄコンバータ
３２およびその３ビット出力に対応してヒータ３６，３
７，３８を駆動する駆動回路３３，３４，３５からな
る。

【００３０】図１０および図１１に示した構成の加熱装
置を用いて情報伝送を行った際、光パルス入射端に戻る
後方散乱光のうち、アンチストークス光は例えば図１２
の（Ａ）に示すように変化し、ストークス光は（Ｂ）に
示すように変化する。また、両者の強度比から、光ファ
イバの光パルス入射端からの距離方向の温度分布は
（Ｃ）のように求められる。このように１組の加熱装置
に設けられている３つのヒータの駆動／非駆動によって
３ビットのデータが伝送される。

【００３１】＜たわみ量測定装置＞次に、たわみ量測定
装置として用いる場合の加熱装置側の構成を図１３に示
す。図１３において４０，４１はそれぞれ加熱装置であ
り、加熱部分の間隔（直線距離）Ｌｏは一定に保たれて
いる。光ファイバ８はこの加熱装置４０，４１に拘束さ
れずに自由に軸方向に移動する。光ファイバ８が何らか
の原因で軸方向に移動して、加熱装置４０，４１間にお
けるたわみ量が変化すれば、光ファイバ８上における２
つの加熱位置間の距離Ｌ１が変化する。この２つの距離
Ｌ０とＬ１の差によりたわみ量を求めることができ、差
の変化によってたわみ量の変化を求めることができる。

【００３２】

【発明の効果】この発明の請求項１に係る光ファイバ装
置によれば、光ファイバの局部を積極的に加熱し、光フ
ァイバの一端から光パルスを入射させ、後方散乱光を受
光することによって、光ファイバの各位置の加熱状態を
検出することができる。従って、光ファイバに対し光パ
ルスの入出力部と光ファイバの所定位置との間を光ファ
イバを介して熱的に結合できるようになる。

【００３３】請求項２に係る位置検出方法によれば、平
面または空間内に張り巡らせた光ファイバに対し局部加
熱を行うことによって、その加熱位置が光ファイバの一
端で検出できるため、光ファイバの配置パターンによっ
て必要な分解能を容易に得ることができ、位置検出部と
物体との位置関係に制約を受けない。

【００３４】請求項３に係る情報伝送方法によれば、光
分岐結合回路などを用いることなく、多数のポイントか
ら同一の光ファイバを介して情報伝送を行うことができ
る。

【００３５】請求項４に係るたわみ量測定方法によれ
ば、光ファイバの２箇所を局部加熱する加熱装置間の距
離を予め定めておくことによって、その加熱装置間にお
ける光ファイバのたわみ量を容易に測定することができ
る。また、たわみ量を測定すべき線条体に光ファイバを
沿わせておくことによって、その線条体のたわみ量を測
定することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である光ファイバ装置のブ
ロック図である。

【図２】位置測定装置として用いる場合の光ファイバの
配置例を示す図である。

【図３】接触型の位置検出装置に用いる加熱装置の概略
図である。

【図４】非接触型の位置検出装置に用いる加熱装置の概
略構成図である。

【図５】図４に示す加熱装置のブロック図である。

【図６】位置検出装置の処理手順を表すフローチャート
である。

【図７】アナログ情報を伝送する情報伝送装置に用いる
加熱装置側のブロック図である。

【図８】アナログ情報を伝送する情報伝送装置の動作例
を示す図である。

【図９】アナログ情報を伝送する情報伝送装置の処理手
順を表すフローチャートである。

【図１０】ディジタル情報を伝送する情報伝送装置に用
いる加熱装置側の概略構成図である。

【図１１】図１０に示す加熱装置のブロック図である。

【図１２】ディジタル情報を伝送する情報伝送装置の動
作例を示す図である。

【図１３】たわみ量測定装置に用いる加熱装置側の構成
を示す図である。

【符号の説明】

７−光合分波回路 ８−光ファイバ ９，１０−干渉膜フィルタ ２０−加熱装置 ３６，３７，３８−ヒータ ３９−制御回路 ４０，４１−加熱装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】温度に応じて伝送パラメータの変化する光
   ファイバと、この光ファイバを局部加熱する加熱手段
   と、前記光ファイバの一端から光パルスを入射させると
   ともに、前記光ファイバからの後方散乱光を受光し、伝
   送パラメータにより定まる後方散乱光および光パルスの
   入射から後方散乱光の受光までの時間経過により、前記
   光ファイバの各位置の加熱状態を検出する手段とからな
   る光ファイバ装置。
2. 【請求項２】温度に応じて伝送パラメータの変化する光
   ファイバを局部加熱する加熱手段を用い、前記光ファイ
   バの一端から光パルスを入射させるとともに、前記光フ
   ァイバからの後方散乱光を受光し、伝送パラメータによ
   り定まる後方散乱光および光パルスの入射から後方散乱
   光の受光までの時間経過により、前記光ファイバの各位
   置の加熱状態を検出して、前記加熱手段による加熱位置
   を求める位置検出方法。
3. 【請求項３】温度に応じて伝送パラメータの変化する光
   ファイバを局部加熱する加熱手段を用い、前記光ファイ
   バの一端から光パルスを入射させるとともに、前記光フ
   ァイバからの後方散乱光を受光し、伝送パラメータによ
   り定まる後方散乱光および光パルスの入射から後方散乱
   光の受光までの時間経過により、前記光ファイバの各位
   置の加熱状態を検出して、前記加熱手段による加熱量ま
   たは加熱位置によって情報を伝送する情報伝送方法。
4. 【請求項４】温度に応じて伝送パラメータの変化する光
   ファイバの２箇所を固定位置で局部加熱する加熱手段
   と、前記光ファイバの一端から光パルスを入射させると
   ともに、前記光ファイバからの後方散乱光を受光し、伝
   送パラメータにより定まる後方散乱光および光パルスの
   入射から後方散乱光までの時間経過により、前記光ファ
   イバの各位置の加熱状態を検出して、前記加熱手段によ
   る前記光ファイバ上における加熱位置間の距離を求め、
   前記２箇所の加熱位置間の直線距離とから前記光ファイ
   バのたわみ量を求めるたわみ量測定方法。