特許 6226897 ＯＦＤＲ装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6226897

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】ＯＦＤＲ装置および方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/16 20060101AFI20171030BHJP

   G01K 11/32 20060101ALI20171030BHJP

   G01D 5/353 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/16 G

   G01K11/32 D

   G01D5/353 C

【請求項の数】17

【全頁数】44

(21)【出願番号】特願2015-32227(P2015-32227)

(22)【出願日】2015年2月20日

(65)【公開番号】特開2016-153768(P2016-153768A)

(43)【公開日】2016年8月25日

【審査請求日】2016年11月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000572

【氏名又は名称】アンリツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100072604

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 軍一郎

(72)【発明者】

【氏名】森 隆

【審査官】 三好 貴大

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／１０７８３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１４７９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１７６５９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１６０４８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｋ １／００−１９／００

Ｇ０１Ｄ ５／２６− ５／３８

Ｇ０２Ｂ ６／２６− ６／２７

６／３０− ６／３４

６／４２− ６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長掃引された光を出力する光源（１１）と、ファイバブラッグ回折格子（１３１〜１３３）を含む被測定光ファイバ（１３）と、前記光源（１１）からの出力光の一部を前記被測定光ファイバに入力すると共に前記被測定光ファイバからの反射光と前記光源からの出力光の一部を合波する光合分波部（１２）と、前記光合分波部からの光を電気信号に変換する受光器（２２）と、前記電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（２３）と、前記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出するスペクトログラム算出部（２４）と、前記スペクトログラムの波長軸上のピークを検出するピーク波長検出部（２５）と、を有し、前記被測定光ファイバの歪み分布または温度分布を測定するＯＦＤＲ装置において、
前記被測定光ファイバは、反射波長が異なる複数の重複したファイバブラッグ回折格子（１３１ａ，１３１ｂ）を有するものであり、
前記被測定光ファイバの歪みまたは温度変化に対する前記重複した各ファイバブラッグ回折格子のピーク波長の変化の特性を示し、前記特性中、前記ピーク波長の軸方向に所定の測定波長範囲が設定され、前記歪みまたは温度変化の軸方向に連続する複数の歪みまたは温度変化範囲が設定された測定波長範囲外検出条件データ（Ｄｓ）に基づき、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長から、前記被測定光ファイバの歪みまたは温度が含まれる歪みまたは温度変化範囲またはどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外かを検出する測定範囲外検出部（２６）、を備え、
前記測定範囲外検出部による前記歪みまたは温度変化範囲またはどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外かの検出結果に基づいて前記被測定光ファイバの歪み分布または温度分布を測定することを特徴とするＯＦＤＲ装置。

【請求項2】

少なくとも１つの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外であると検出されているときに前記ピーク波長検出部により検出されている前記測定波長範囲の範囲内である測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長に歪みまたは温度変化の測定処理用の波長が含まれるか否かを判定し、前記測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長に前記測定処理用の波長が含まれないときは、前記測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を前記測定処理用の波長に換算して出力するピーク波長補正部（２７）をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＯＦＤＲ装置。

【請求項3】

前記被測定光ファイバは、２つの重複したファイバブラッグ回折格子を有するとともに、前記２つの重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長の間隔が前記測定波長範囲の１／２以下に設定され、
前記測定範囲外検出部は、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の個数を検出し、検出されたピーク波長の個数が２の場合は前記２つの重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲内と判断し、検出されたピーク波長の個数が１で検出されたピーク波長が測定波長範囲の中間よりも長波長側の場合は長波長側の前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲外と判断し、検出されたピーク波長の個数が１で検出されたピーク波長が測定波長範囲の中間よりも短波長側の場合は短波長側の前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲外と判断することを特徴とする請求項１または２記載のＯＦＤＲ装置。

【請求項4】

前記被測定光ファイバは、３つ以上の重複したファイバブラッグ回折格子を有するとともに、前記重複したファイバブラッグ回折格子の隣接する反射波長の間隔が異なる値に設定され、
前記測定範囲外検出部は、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の間隔に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項１または２記載のＯＦＤＲ装置。

【請求項5】

前記被測定光ファイバは、２つ以上の重複したファイバブラッグ回折格子を有し、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射率が異なる値に設定され、
前記測定範囲外検出部は、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の強度に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項１または２記載のＯＦＤＲ装置。

【請求項6】

前記被測定光ファイバは、ｎ個（ｎ≧３）の重複したファイバブラッグ回折格子を有し、前記重複したファイバブラッグ回折格子の隣接する反射波長の間隔がそれぞれ異なる値に設定されるとともに、前記反射波長のうちの最長の反射波長と最短の反射波長との差が前記測定波長範囲の（ｎ−１）／２倍以下に設定され、
前記ピーク波長検出部は、２つの前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、前記検出された２つのピーク波長の間隔に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項４記載のＯＦＤＲ装置。

【請求項7】

前記被測定光ファイバは、ｎ個（ｎ≧２）の重複したファイバブラッグ回折格子を有し、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射率がそれぞれ異なる値に設定されるとともに、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射波長のうちの最長の反射波長と最短の反射波長との差が前記測定波長範囲の（ｎ−１）倍以下に設定され、
前記ピーク波長検出部は、１つの前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、前記検出されたピーク波長の強度に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項５記載のＯＦＤＲ装置。

【請求項8】

前記被測定光ファイバは、ｎ個（ｎ≧３）の重複したファイバブラッグ回折格子を有し、反射波長が隣接した前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射率の差がそれぞれ異なる値に設定されるとともに、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射波長のうちの最長の反射波長と最短の反射波長との差が前記測定波長範囲の（ｎ−１）／２倍以下に設定され、
前記ピーク波長検出部は、２つの前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、前記検出された２つのピーク波長の強度の差に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項５記載のＯＦＤＲ装置。

【請求項9】

前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射波長が、波長間隔Δλｓの等間隔波長に対してそれぞれシフト無しまたはΔλ１シフトした波長に設定されるとともに、前記シフト無しと前記Δλ１シフトはｍ段の疑似ランダムパターンに従って選択され、
前記ピーク波長検出部は、少なくともｍ個のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、隣接する前記ピーク波長の間隔がΔλｓかΔλｓ＋Δλ１かΔλｓ−Δλ１かを弁別して少なくともｍビットのパターンを検出し、前記少なくともｍビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項４記載のＯＦＤＲ装置。

【請求項10】

前記重複したファイバブラッグ回折格子の隣接した反射波長の間隔がそれぞれΔλ０またはΔλ１に設定されるとともに、前記Δλ０またはΔλ１はｍ段の疑似ランダムパターンに従って選択され、
前記ピーク波長検出部は、少なくとも（ｍ＋１）個のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、隣接する前記ピーク波長の間隔がΔλ０またはΔλ１かを弁別して少なくともｍビットのパターンを検出し、前記少なくともｍビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項４記載のＯＦＤＲ装置。

【請求項11】

前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射率がそれぞれＲ０またはＲ１に設定されるとともに、前記Ｒ０とＲ１はｍ段の疑似ランダムパターンに従って選択され、
前記ピーク波長検出部は、少なくともｍ個のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、前記ピーク波長の強度から反射率がＲ０かＲ１かを弁別して少なくともｍビットのパターンを検出し、前記少なくともｍビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項５記載のＯＦＤＲ装置。

【請求項12】

前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射率がそれぞれＲ０またはＲ１に設定されるとともに、前記Ｒ０とＲ１はｍ段の疑似ランダムパターンに従って選択され、
前記ピーク波長検出部は、少なくともｍ個のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、隣接した前記ピーク波長の強度差がゼロかＲ０−Ｒ１かＲ１−Ｒ０かを弁別して少なくともｍビットのパターンを検出し、前記少なくともｍビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項５記載のＯＦＤＲ装置。

【請求項13】

反射波長が隣接した前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射率の差がそれぞれΔＲ０またはΔＲ１に設定されるとともに、前記ΔＲ０とΔＲ１はｍ段の疑似ランダムパターンに従って選択され、
前記ピーク波長検出部は、少なくとも（ｍ＋１）個のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、隣接した前記ピーク波長の強度差から反射率差がΔＲ０かΔＲ１かを弁別して少なくともｍビットのパターンを検出し、前記少なくともｍビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項５記載のＯＦＤＲ装置。

【請求項14】

波長掃引された光を出力する光源と、ファイバブラッグ回折格子を含む被測定光ファイバと、前記光源からの出力光の一部を前記被測定光ファイバに入力すると共に前記被測定光ファイバからの反射光と前記光源からの出力光の一部を合波する光合分波部と、前記光合分波部からの光を電気信号に変換する受光器と、前記電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出するスペクトログラム算出部と、前記スペクトログラムの波長軸上のピークを検出するピーク波長検出部と、を有し、前記被測定光ファイバは、反射波長が異なる複数の重複したファイバブラッグ回折格子を有するＯＦＤＲ装置における前記被測定光ファイバの歪み分布または温度分布を測定するＯＦＤＲ方法であって、
前記被測定光ファイバの歪みまたは温度変化に対する前記重複した各ファイバブラッグ回折格子のピーク波長の変化の特性を示し、前記特性中、前記ピーク波長の軸方向に所定の測定波長範囲が設定され、前記歪みまたは温度変化の軸方向に連続する複数の歪みまたは温度変化範囲が設定された測定波長範囲外検出条件データ（Ｄｓ）を設定する設定ステップ（Ｓ１１）と、
前記測定波長範囲外検出条件データと、前記ピーク波長検出部による前記ピーク波長の検出出力とに基づいて、前記被測定光ファイバの歪みまたは温度が含まれる歪みまたは温度変化範囲またはどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外かを検出する検出ステップ（Ｓ１４）と、を有し、
前記検出ステップにおける前記歪みまたは温度変化範囲またはどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外かの検出結果に基づいて前記被測定光ファイバの歪み分布または温度分布を測定することを特徴とするＯＦＤＲ方法。

【請求項15】

前記検出ステップで少なくとも１つの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外であると検出されているときに前記ピーク波長検出部により検出されている前記測定波長範囲の範囲内である測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長に歪みまたは温度変化の測定処理用の波長が含まれるか否かを判定する判定ステップと、
前記測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長に前記測定処理用の波長が含まれないと判定されたときは、前記測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を前記測定処理用の波長に換算して出力するピーク波長補正ステップと、をさらに有することを特徴とする請求項１４記載のＯＦＤＲ方法。

【請求項16】

前記被測定光ファイバは、３つ以上の重複したファイバブラッグ回折格子を有するとともに、前記重複したファイバブラッグ回折格子の隣接する反射波長の間隔が異なる値に設定され、
前記検出ステップでは、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の間隔に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項１４または１５記載のＯＦＤＲ方法。

【請求項17】

前記被測定光ファイバは、２つ以上の重複したファイバブラッグ回折格子を有するとともに、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射率が異なる値に設定され、
前記検出ステップでは、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の強度に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項１４または１５記載のＯＦＤＲ方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＯＦＤＲ装置および方法に関し、特に所定の波長範囲を掃引する光源を用いて反射波長が異なる複数の重複したファイバブラッグ回折格子（Fiber Bragg Grating：ＦＢＧ）を含む被測定光ファイバの歪み分布又は温度分布を測定するＯＦＤＲ装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、光周波数領域反射測定法（Optical Frequency Domain Reflectometry：ＯＦＤＲ）を用いて、光ファイバの歪み分布又は温度分布を測定するＯＦＤＲ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。光ファイバの歪み分布と温度分布は同じ手法で測定可能であるため、以下では歪み測定を例に挙げてＯＦＤＲ装置の構成および動作を説明する。

【0003】

図１５に、従来のＯＦＤＲ装置の基本構成を示す。掃引光源４１は、時間に対して光の周波数が直線的に変化するように出力光の波長を掃引する。光カプラ４２は掃引光源４１の出力光を２つに分岐する。光カプラ４２で分岐された光の一方は被測定光ファイバ４３に入射し、他方は基準光用光ファイバ４４に入射する。

【0004】

被測定光ファイバ４３は、所定の長さのファイバブラッグ回折格子（Fiber Bragg Grating;ＦＢＧ）４３１，４３２，４３３を有する。ＦＢＧは、図１５のように複数個離散的に配置しても、１個のみでも良い。

【0005】

ＦＢＧを複数個配置する場合は、それぞれ異なる格子間隔にしても、全て同じ格子間隔にしても良い。ＦＢＧはその格子間隔に応じた特定の波長の光を反射するものであり、被測定光ファイバ４３の長手方向に歪みが加わると反射する光の波長が変化する。

【0006】

基準光用光ファイバ４４の先端には全ての波長の光を反射する反射膜（反射面）４４ａが付いている。被測定光ファイバ４３で反射した光と基準光用光ファイバ４４の反射面４４ａで反射した光（基準光）は光カプラ４２で合波され、被測定光ファイバ４３からの反射光と基準光が干渉する。受光器４６は入力光の強度に比例した電気信号を出力するものであり、被測定光ファイバ４３からの反射光と基準光の干渉によるビート信号を出力する。前記電気信号はＡ／Ｄ変換器４７でディジタル信号に変換される。

【0007】

スペクトログラム算出部４８では、前記ディジタル信号について微小波長区間毎に離散フーリエ変換を行ない、スペクトログラムを算出する。ピーク波長検出部４９は、前記スペクトログラムの微小周波数区間毎に波長軸方向のピークを検出し、被測定光ファイバ４３の位置毎の歪みを出力する。微小周波数区間毎に歪みが得られるので、所定の長さのＦＢＧ内の歪み分布を測定できるのが本方式の特徴である。

【0008】

ＦＢＧは、光ファイバの長手方向に周期的な屈折率変化を与えて格子を形成したものである。ＦＢＧの格子間隔をΛとすると、歪みが無い場合の反射波長λ0は、
λ０ ＝ ２ｎΛ ・・・ （１）
となる。ここで、ｎは被測定光ファイバの屈折率である。被測定光ファイバの長手方向に歪みεが加わった場合の反射波長の変化Δλは、
λ０＋Δλ ＝ ２（ｎ＋Δｎ）（Λ＋ΔΛ） ・・・ （２）
となる。

【0009】

ここで、Δｎは歪みεが加わった場合の屈折率変化、ΔΛは歪みεが加わった場合の格子間隔の変化である。通常ΔｎとΔΛはそれぞれｎとΛに比べて十分小さいため、

【数1】

と表すことができる。ｎ＝１．４５，λ０ ＝１５５０ｎｍの場合、Δλ≒１．２×１０^-6・εとなり、反射波長の変化Δλを測定することにより被測定光ファイバの歪みεを得ることができる。

【0010】

図１６（ａ）に示すように、被測定光ファイバ４３にａ点，ｂ点，ｃ点の３つの反射点を想定し、被測定光ファイバ４３の近端ｏ点からの距離をＬ_a，Ｌ_b，Ｌ_cとする。光カプラ４２から被測定光ファイバ４３の近端ｏ点で反射して光カプラ４２に戻る距離と、光カプラ４２から基準光用光ファイバ４４の反射面４４ａで反射して光カプラ４２に戻る基準光の距離を等しくすると、被測定光ファイバ４３のａ点で反射した光は基準光に比べてt_a＝２nL_a/cだけ時間が遅れて光カプラ４２で合波される。ここでｎは被測定光ファイバ４３の屈折率、ｃは光速である。

【0011】

同様にｂ点，ｃ点で反射した光はt_b＝２nL_b/c，t_c＝２nL_c/cだけ時間が遅れる。基準光の光周波数ν_r，ａ点からの反射光の光周波数ν_a，ｂ点からの反射光の光周波数ν_b，ｃ点からの反射光の光周波数ν_cは図１６（ｂ）のようになる。

【0012】

掃引光源４１の出力光の単位時間当たりの光周波数変化量をＳとすると、ａ点からの反射光と基準光の干渉によるビート周波数は、

【数2】

となる。同様にｂ点およびｃ点からの反射光と基準光の干渉によるビート周波数は、

【数3】

【数4】

となる。よって、受信信号をフーリエ変換すると、図１６（ｃ）のように距離Ｌ_a，Ｌ_b，Ｌ_cに比例した周波数f_a，f_b，f_cのビート信号が観測される。なお、各点での反射率は十分小さいと仮定し、多重反射は無視している。以上のように、光周波数領域反射測定方法によって、被測定光ファイバからの反射の長手方向の分布を測定することができる。

【0013】

スペクトログラムは、所定の時間毎に短時間の離散フーリエ変換を行ない、時間軸と周波数軸の２次元平面上に強度を色や濃度で表したものである。各離散フーリエ変換では、必要に応じて窓関数をかけ、通常は時間領域でオーバーラップさせる。掃引光源４１の出力光は波長掃引されているので時間軸は波長に換算可能で、前記の関係から波長を歪みに換算可能である。また、前述のようにビート周波数は被測定光ファイバ４３上の距離に対応するため、周波数軸は距離に換算可能である。

【0014】

これより、横軸を距離、縦軸を歪みとした２次元平面上の強度データが得られる。被測定光ファイバ４３に歪みが加わらない場合のビート信号のスペクトログラムは図１７（ａ）のようになる。図１７において、黒色は強度小、白色は強度大を表している。被測定光ファイバ４３に歪みが加わると、スペクトログラムは例えば図１７（ｂ）のようになる。スペクトログラムの波長軸方向のピークを求めると、歪みが加わらない場合は図１７（ｃ）、歪みが加わった場合は例えば図１７（ｄ）のようになり、被測定光ファイバ４３のＦＢＧ内の歪み分布が得られる。

【0015】

被測定光ファイバ４３の歪みと反射光のピーク波長の関係は、図１８のようになる。反射波長の変化Δλと歪みεの関係をΔλ＝ａ・εとし、測定波長範囲をΔλ_mとすると、歪み測定可能範囲Δεは、

【数5】

で表される。例えば、ａ＝１．２×１０^-6の場合、Δλ_m＝１ｎｍの測定波長範囲でΔε＝０．０８％の範囲の歪みを測定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【特許文献1】特開２００５−１４７９００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

上述したように、被測定光ファイバの長手方向に加わる歪みによってＦＢＧの反射波長が変わるため、特許文献１に記載するような従来のＯＦＤＲ方法では、測定波長範囲をＦＢＧの反射波長の変化範囲以上に設定する必要があった。これにより、歪みが大きくなると、ＦＢＧの反射波長の変化範囲が広くなるため、測定波長範囲を広くする必要があり、レーザ（掃引光源）の掃引波長範囲を測定波長範囲より広く設定する必要がある。従って、大きな歪みを測定するためには掃引光源の掃引波長範囲を広くする必要があるが、一般に掃引光源の掃引波長範囲を広くするのは困難であるという問題があった。

【0018】

また、掃引周波数が一定のレーザでは、掃引波長範囲を広くすると波長掃引速度(単位時間当たりの波長変化) が増加し、ビート信号の周波数が高くなるため、高速の受光器およびＡ／Ｄ 変換器が必要となり、コストが高くなるという問題があった。

【0019】

これに対し、波長掃引速度を増加することなく掃引波長範囲を広くするためには、掃引周波数を低くする必要があり、歪みの測定レートが低くなるという問題があった。

【0020】

また、測定距離範囲を長くすると、ビート信号の周波数が高くなるため、高速の受光器およびＡ／Ｄ変換器が必要となり、コストが高くなるという問題があった。

【0021】

ビート周波数を低くするためには波長掃引速度を低くする必要があるが、掃引周波数を低くすると歪みの測定レートが低くなるという問題があった。また、掃引周波数を低くすることなく波長掃引速度を低くするためには、掃引波長範囲を狭くする必要があり、大きな歪みが測定できなくなるという問題があった。

【0022】

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、ＦＢＧを用いて狭い測定波長範囲で大きな歪み分布又は温度分布を測定可能なＯＦＤＲ装置および方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0023】

上記課題を解決するために、本発明の請求項１のＯＦＤＲ装置は、波長掃引された光を出力する光源（１１）と、ファイバブラッグ回折格子（１３１〜１３３）を含む被測定光ファイバ（１３）と、前記光源（１１）からの出力光の一部を前記被測定光ファイバに入力すると共に前記被測定光ファイバからの反射光と前記光源からの出力光の一部を合波する光合分波部（１２）と、前記光合分波部からの光を電気信号に変換する受光器（２２）と、前記電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（２３）と、前記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出するスペクトログラム算出部（２４）と、前記スペクトログラムの波長軸上のピークを検出するピーク波長検出部（２５）と、を有し、前記被測定光ファイバの歪み分布または温度分布を測定するＯＦＤＲ装置において、前記被測定光ファイバは、反射波長が異なる複数の重複したファイバブラッグ回折格子（１３１ａ，１３１ｂ）を有するものであり、前記被測定光ファイバの歪みまたは温度変化に対する前記重複した各ファイバブラッグ回折格子のピーク波長の変化の特性を示し、前記特性中、前記ピーク波長の軸方向に所定の測定波長範囲が設定され、前記歪みまたは温度変化の軸方向に連続する複数の歪みまたは温度変化範囲が設定された測定波長範囲外検出条件データ（Ｄｓ）に基づき、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長から、前記被測定光ファイバの歪みまたは温度が含まれる歪みまたは温度変化範囲またはどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外かを検出する測定範囲外検出部（２６）、を備え、前記測定範囲外検出部による前記歪みまたは温度変化範囲またはどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外かの検出結果に基づいて前記被測定光ファイバの歪み分布または温度分布を測定することを特徴とする。

【0024】

また、本発明の請求項２のＯＦＤＲ装置においては、少なくとも１つの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外であると検出されているときに前記ピーク波長検出部により検出されている前記測定波長範囲の範囲内である測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長に歪みまたは温度変化の測定処理用の波長が含まれるか否かを判定し、前記測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長に前記測定処理用の波長が含まれないときは、前記測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を前記測定処理用の波長に換算して出力するピーク波長補正部（２７）をさらに備えることを特徴とする。

【0025】

また、本発明の請求項３のＯＦＤＲ装置においては、前記被測定光ファイバは、２つの重複したファイバブラッグ回折格子を有するとともに、前記２つの重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長の間隔が前記測定波長範囲の１／２以下に設定され、前記測定範囲外検出部は、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の個数を検出し、検出されたピーク波長の個数が２の場合は前記２つの重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲内と判断し、検出されたピーク波長の個数が１で検出されたピーク波長が測定波長範囲の中間よりも長波長側の場合は長波長側の前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲外と判断し、検出されたピーク波長の個数が１で検出されたピーク波長が測定波長範囲の中間よりも短波長側の場合は短波長側の前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲外と判断することを特徴とする。

【0026】

また、本発明の請求項４のＯＦＤＲ装置においては、前記被測定光ファイバは、３つ以上の重複したファイバブラッグ回折格子を有するとともに、前記重複したファイバブラッグ回折格子の隣接する反射波長の間隔が異なる値に設定され、前記測定範囲外検出部は、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の間隔に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする。

【0027】

また、本発明の請求項５のＯＦＤＲ装置においては、前記被測定光ファイバは、２つ以上の重複したファイバブラッグ回折格子を有し、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射率が異なる値に設定され、前記測定範囲外検出部は、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の強度に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする。

【0028】

また、本発明の請求項６のＯＦＤＲ装置においては、前記被測定光ファイバは、ｎ個（ｎ≧３）の重複したファイバブラッグ回折格子を有し、前記重複したファイバブラッグ回折格子の隣接する反射波長の間隔がそれぞれ異なる値に設定されるとともに、前記反射波長のうちの最長の反射波長と最短の反射波長との差が前記測定波長範囲の（ｎ−１）／２倍以下に設定され、前記ピーク波長検出部は、２つの前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を検出し、前記測定範囲外検出部は、前記検出された２つのピーク波長の間隔に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする。

【0029】

また、本発明の請求項７のＯＦＤＲ装置においては、前記被測定光ファイバは、ｎ個（ｎ≧２）の重複したファイバブラッグ回折格子を有し、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射率がそれぞれ異なる値に設定されるとともに、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射波長のうちの最長の反射波長と最短の反射波長との差が前記測定波長範囲の（ｎ−１）倍以下に設定され、前記ピーク波長検出部は、１つの前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を検出し、前記測定範囲外検出部は、前記検出されたピーク波長の強度に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする。

【0030】

また、本発明の請求項８のＯＦＤＲ装置においては、前記被測定光ファイバは、ｎ個（ｎ≧３）の重複したファイバブラッグ回折格子を有し、反射波長が隣接した前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射率の差がそれぞれ異なる値に設定されるとともに、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射波長のうちの最長の反射波長と最短の反射波長との差が前記測定波長範囲の（ｎ−１）／２倍以下に設定され、前記ピーク波長検出部は、２つの前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を検出し、前記測定範囲外検出部は、前記検出された２つのピーク波長の強度の差に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする。

【0031】

また、本発明の請求項９のＯＦＤＲ装置においては、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射波長が、波長間隔Δλｓの等間隔波長に対してそれぞれシフト無しまたはΔλ１シフトした波長に設定されるとともに、前記シフト無しと前記Δλ１シフトはｍ段の疑似ランダムパターンに従って選択され、前記ピーク波長検出部は、少なくともｍ個のピーク波長を検出し、前記測定範囲外検出部は、隣接する前記ピーク波長の間隔がΔλｓかΔλｓ＋Δλ１かΔλｓ−Δλ１かを弁別して少なくともｍビットのパターンを検出し、前記少なくともｍビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする。

【0032】

また、本発明の請求項１０のＯＦＤＲ装置においては、前記重複したファイバブラッグ回折格子の隣接した反射波長の間隔がそれぞれΔλ０またはΔλ１に設定されるとともに、前記Δλ０またはΔλ１はｍ段の疑似ランダムパターンに従って選択され、前記ピーク波長検出部は、少なくとも（ｍ＋１）個のピーク波長を検出し、前記測定範囲外検出部は、隣接する前記ピーク波長の間隔がΔλ０またはΔλ１かを弁別して少なくともｍビットのパターンを検出し、前記少なくともｍビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする。

【0033】

また、本発明の請求項１１のＯＦＤＲ装置においては、前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射率がそれぞれＲ０またはＲ１に設定されるとともに、前記Ｒ０とＲ１はｍ段の疑似ランダムパターンに従って選択され、前記ピーク波長検出部は、少なくともｍ個のピーク波長を検出し、前記測定範囲外検出部は、前記ピーク波長の強度から反射率がＲ０かＲ１かを弁別して少なくともｍビットのパターンを検出し、前記少なくともｍビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする。

【0034】

また、本発明の請求項１２のＯＦＤＲ装置においては、前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射率がそれぞれＲ０またはＲ１に設定されるとともに、前記Ｒ０とＲ１はｍ段の疑似ランダムパターンに従って選択され、前記ピーク波長検出部は、少なくともｍ個のピーク波長を検出し、前記測定範囲外検出部は、隣接した前記ピーク波長の強度差がゼロかＲ０−Ｒ１かＲ１−Ｒ０かを弁別して少なくともｍビットのパターンを検出し、前記少なくともｍビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする。

【0035】

また、本発明の請求項１３のＯＦＤＲ装置においては、反射波長が隣接した前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射率の差がそれぞれΔＲ０またはΔＲ１に設定されるとともに、前記ΔＲ０とΔＲ１はｍ段の疑似ランダムパターンに従って選択され、前記ピーク波長検出部は、少なくとも（ｍ＋１）個のピーク波長を検出し、前記測定範囲外検出部は、隣接した前記ピーク波長の強度差から反射率差がΔＲ０かΔＲ１かを弁別して少なくともｍビットのパターンを検出し、前記少なくともｍビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする。

【0036】

また、本発明の請求項１４のＯＦＤＲ測定方法は、波長掃引された光を出力する光源と、ファイバブラッグ回折格子を含む被測定光ファイバと、前記光源からの出力光の一部を前記被測定光ファイバに入力すると共に前記被測定光ファイバからの反射光と前記光源からの出力光の一部を合波する光合分波部と、前記光合分波部からの光を電気信号に変換する受光器と、前記電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出するスペクトログラム算出部と、前記スペクトログラムの波長軸上のピークを検出するピーク波長検出部と、を有し、前記被測定光ファイバは、反射波長が異なる複数の重複したファイバブラッグ回折格子を有するＯＦＤＲ装置における前記被測定光ファイバの歪み分布または温度分布を測定するＯＦＤＲ方法であって、前記被測定光ファイバの歪みまたは温度変化に対する前記重複した各ファイバブラッグ回折格子のピーク波長の変化の特性を示し、前記特性中、前記ピーク波長の軸方向に所定の測定波長範囲が設定され、前記歪みまたは温度変化の軸方向に連続する複数の歪みまたは温度変化範囲が設定された測定波長範囲外検出条件データ（Ｄｓ）を設定する設定ステップ（Ｓ１１）と、前記測定波長範囲外検出条件データと、前記ピーク波長検出部による前記ピーク波長の検出出力とに基づいて、前記被測定光ファイバの歪みまたは温度が含まれる歪みまたは温度変化範囲またはどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外かを検出する検出ステップ（Ｓ１４）と、を有し、前記検出ステップにおける前記歪みまたは温度変化範囲またはどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外かの検出結果に基づいて前記被測定光ファイバの歪み分布または温度分布を測定することを特徴とする。

【0037】

また、本発明の請求項１５のＯＦＤＲ測定方法においては、前記検出ステップで少なくとも１つの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外であると検出されているときに前記ピーク波長検出部により検出されている前記測定波長範囲の範囲内である測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長に歪みまたは温度変化の測定処理用の波長が含まれるか否かを判定する判定ステップと、前記測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長に前記測定処理用の波長が含まれないと判定されたときは、前記測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を前記測定処理用の波長に換算して出力するピーク波長補正ステップと、をさらに有することを特徴とする。

【0038】

また、本発明の請求項１６のＯＦＤＲ測定方法においては、前記被測定光ファイバは、３つ以上の重複したファイバブラッグ回折格子を有するとともに、前記重複したファイバブラッグ回折格子の隣接する反射波長の間隔が異なる値に設定され、前記検出ステップでは、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の間隔に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする。

【0039】

また、本発明の請求項１７のＯＦＤＲ測定方法においては、前記被測定光ファイバは、２つ以上の重複したファイバブラッグ回折格子を有するとともに、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射率が異なる値に設定され、前記検出ステップでは、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の強度に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0040】

本発明は、ＦＢＧを用いて狭い測定波長範囲で大きな歪み分布又は温度分布を測定可能なＯＦＤＲ装置および方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】本発明に係るＯＦＤＲ装置の構成を示す図である。

【図2】本発明に係るＯＦＤＲ装置における重複配置ＦＢＧを用いた測定波長範囲外検出処理を示すフローチャートである。

【図3】第１の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。

【図4】第２の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。

【図5】第３の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。

【図6】第４の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。

【図7】第５の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。

【図8】第６の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。

【図9】第７の実施形態に係る疑似ランダムパターン生成回路の構成を示すブロック図である。

【図10】第７の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。

【図11】第８の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。

【図12】第９の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。

【図13】第１０の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。

【図14】本発明の変形例に係るＯＦＤＲ装置の構成を示す図である。

【図15】従来のＯＦＤＲ装置の構成を示す図である。

【図16】従来のＯＦＤＲ装置における被測定光ファイバからの反射光の長手方向の分布の測定結果を示すグラフである。

【図17】従来のＯＦＤＲ装置におけるスペクトログラムによる歪み分布測定結果を示すグラフである。

【図18】被測定光ファイバの歪みとＦＢＧ反射波長の変化量との関係特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0042】

以下、本発明に係るＯＦＤＲ装置の実施形態について、図面を用いて説明する。ＯＦＤＲでは光ファイバの歪み分布又は温度分布を測定することができるが、光ファイバの歪み分布と温度分布は同じ手法で測定可能であるため、以降は歪み測定を例に挙げてＯＦＤＲ装置の測定原理を説明する。

【0043】

図１は、本発明に係るＯＦＤＲ装置の構成を示す図である。図１に示すように、本発明に係るＯＦＤＲ装置１は、波長掃引された光を出力する掃引光源１１と、光カプラにより構成される光合分波部１２と、ＦＢＧ１３１，１３２，１３３を含む被測定光ファイバ１３と、反射膜１４ａを有するミラーを含む基準光用光ファイバ１４と、反射波長検出部２０と、を備えて構成される。

【0044】

掃引光源１１は、規定された波長範囲および掃引速度で出力光の波長を掃引する。例えば、回折格子を用いた外部共振器レーザにおいて、回折格子やミラー等の角度を変えて共振波長を変えることにより発振波長を掃引することができる。一般にＯＦＤＲ法では、時間に対して光の周波数が直線的に変化する掃引が理想であるが、それに限られるものではなく、時間に対して光の波長が直線的に変化する掃引や、光の波長が正弦波的に変化する掃引でも良い。

【0045】

中心波長に対して波長掃引幅が十分小さい場合、波長が直線的に変化する掃引は、周波数がほぼ直線的に変化することになる。正弦波的な掃引の場合は、正弦波のうちの比較的直線に近い領域のみを使用することにより、直線に近い掃引とみなすことができる。また、特許文献１などに記載されているように、別途遅延干渉計を用いて掃引の非直線性を補正することもできる。

【0046】

光合分波部１２は、掃引光源１１からの出力光を２つに分岐し、一方を被測定光ファイバ１３に入力し、他方を基準光用光ファイバ１４に入力すると共に、被測定光ファイバ１３からの反射光と基準光用光ファイバ１４の反射膜１４ａで反射された掃引光源１１からの出力光の一部を合波して出力する。

【0047】

被測定光ファイバ１３は、所定の長さのＦＢＧを有する。ＦＢＧは、図１に示すＦＢＧ１３１，１３２，１３３のように複数個を離散的に配置しても、１個のみでも良い。ＦＢＧを複数個配置する場合は、それぞれ異なる格子間隔にしても、全て同じ格子間隔にしても良い。

【0048】

また、本発明に係るＯＦＤＲ装置１の特徴の一つとして、被測定光ファイバ１３は、前述した１または複数のＦＢＧが、それぞれ、格子間隔の異なる複数のＦＢＧを重複して配置した構成を有する。

【0049】

一例として、図１では、例えば、ＦＢＧ１３１は、格子間隔の異なる２つのＦＢＧ１３１ａと１３１ｂとを重複して配置して構成されている。同様に、ＦＢＧ１３２および１３３も、それぞれ、格子間隔の異なる２つのＦＢＧ１３２ａと１３２ｂ、およびＦＢＧ１３３ａと１３３ｂとを重複配置した構成を有する。なお、以下の説明においては、上述した格子間隔が異なる重複して配置されたＦＢＧ１３１ａと１３１ｂ、ＦＢＧ１３２ａと１３２ｂ、ＦＢＧ１３３ａとＦＢＧ１３３ｂを重複配置ＦＢＧと呼称するものとする。

【0050】

被測定光ファイバ１３において、例えばＦＢＧ１３１は、上述した複数の重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂをそれぞれ光ファイバに書き込むことにより作製可能である。また、ＦＢＧ１３１は、上記重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂの重複した複数の格子が予め形成されたマスクを用いて１回の光ファイバへの書き込みによって作製しても良い。

【0051】

ＦＢＧはその格子間隔に応じた特定の波長の光を反射するものであり、図１のＦＢＧ１３１のように、格子間隔の異なる２つの重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂが書き込まれている場合は、各重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂにそれぞれ対応する２つの異なる波長にて光を反射する。

【0052】

被測定光ファイバ１３の長手方向に歪みが加わると、該被測定光ファイバ１３を構成する例えばＦＢＧ１３１に含まれる重複配置ＦＢＧ１３１ａと１３１ｂとによる２つの反射光波長が共に変化する。被測定光ファイバ１３の温度が変化した場合も２つの重複配置ＦＢＧ１３１ａ、１３１ｂの反射光波長が共に変化する。被測定光ファイバ１３の歪みと温度は同じ手法で測定可能であるため、以降は歪み測定について述べるものとする。

【0053】

基準光用光ファイバ１４は、反射膜１４ａによって全ての波長の光を反射する。ここでは、光合分波部１２から基準光用光ファイバ１４の反射膜１４ａまでの距離は光合分波部１２から被測定光ファイバ１３の近端までの距離以下に設定されているが、光合分波部１２から被測定光ファイバ１３の遠端までの距離以上に設定しても良く、必要に応じて図示しない遅延ファイバを光合分波部１２から反射膜１４ａまでの間や、光合分波部１２から被測定光ファイバ１３までの間に挿入しても良い。

【0054】

被測定光ファイバ１３で反射した光と基準光用光ファイバ１４の反射膜１４ａで反射した光（基準光）は光合分波部１２で合波され、被測定光ファイバ１３からの反射光と基準光が干渉する。被測定光ファイバ１３や基準光用光ファイバ１４が通常の単一モードファイバで構成される場合、光の偏波状態が不定となるので、被測定光ファイバ１３からの反射光と基準光の偏波が直交して干渉信号が得られなくなることが起こり得る。

【0055】

このような事態を避けるために、被測定光ファイバ１３側または基準光用光ファイバ１４側の少なくとも一方に図示しない偏波コントローラを挿入して偏波を調整する構成とすることができる。また、上述した被測定光ファイバ１３からの反射光と基準光の偏波が直交して干渉信号が得られなくなることを回避するための別の構成として、被測定光ファイバ１３からの反射光の互いに直交する２つの偏波成分をそれぞれ検出する偏波ダイバーシティ受信を用いる構成としてもよい。

【0056】

また、被測定光ファイバ１３および反射膜１４ａで反射した光が光合分波部１２を介して掃引光源１１に戻ることによる悪影響を防ぐため、必要に応じて掃引光源１１と光合分波部１２の間に図示しない光アイソレータを挿入する場合がある。

【0057】

反射波長検出部２０は、光合分波部１２からの出力光を入力し、該入力光から被測定光ファイバ１３に配置される例えばＦＢＧ１３１が含む重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂのうちの少なくとも一つの反射光の波長を検出するものである。反射波長検出部２０は、光合分波部１２からの出力光からＦＢＧ１３２および１３３に含まれる重複配置ＦＢＧ１３２ａ，１３２ｂのうちの少なくとも一つおよび１３３ａ，１３３ｂのうちの少なくとも一つの反射光の波長も検出可能であるが、以下では、説明を簡単にするため、重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂのうちの少なくとも一つを前提に反射光波長検出動作を説明する。

【0058】

反射波長検出部２０は、掃引光源１１により掃引する波長の範囲を設定する掃引波長範囲設定部２１と、光合分波部１２からの出力光を電気信号に変換する受光器２２と、上記電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２３と、上記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出するスペクトログラム算出部２４と、スペクトログラムの波長軸上のピークを検出するピーク波長検出部２５と、測定範囲外検出部２６およびピーク波長補正部２７と、を備えて構成される。

【0059】

受光器２２は、入力光の強度に比例した電気信号を出力するものであり、被測定光ファイバ１３からの反射光と基準光の干渉によるビート信号を出力する。

【0060】

受光器２２から出力された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器２３でディジタル信号に変換される。スペクトログラム算出部２４は、Ａ／Ｄ変換器２３で変換されたディジタル信号について微小波長区間毎に離散フーリエ変換を行ない、スペクトログラムを算出する。ピーク波長検出部２５は、スペクトログラム算出部２４により算出されたスペクトログラムの微小周波数区間毎に波長軸方向のピークを検出する。

【0061】

本発明に係る被測定光ファイバ１３の構成（図１参照）によれば、ピーク波長検出部２５は、被測定光ファイバ１３のＦＢＧ１３１に含まれる重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂのうちの少なくとも一つからの反射光のピーク波長を検出する。

【0062】

ピーク波長検出部２５の反射光のピーク検出結果は、測定範囲外検出部２６およびピーク波長補正部２７に入力される。測定範囲外検出部２６およびピーク波長補正部２７は、前述した重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂとともに本発明の特徴的な構成要素である。このうち、測定範囲外検出部２６は、微小周波数区間毎にＦＢＧ１３１に含まれる重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂの反射波長が測定波長範囲外にあるかを検出し、測定波長範囲外の場合はどの重複配置ＦＢＧの反射波長が測定波長範囲外かを検出する。ピーク波長補正部２７は、重複配置ＦＢＧ１３１ａまたは１３１ｂの反射波長が測定波長範囲外の場合はそれに応じてピーク波長を補正し、被測定光ファイバ１３の位置毎の歪み（歪み分布）を出力する。

【0063】

図２は、本発明に係るＯＦＤＲ装置における重複配置ＦＢＧを用いた測定波長範囲外検出処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、被測定光ファイバ１３のＦＢＧ１３１が２つ以上の重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・を有している場合を前提とした測定波長範囲外検出処理について説明する。

【0064】

上記処理を行うために、ＯＦＤＲ装置１では、まず、ＦＢＧ１３１に含まれる重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・に対応する測定波長範囲外検出条件データ（以下、検出条件データという。）Ｄｓを設定する処理を行う（ステップＳ１１）。この検出条件データＤｓは、例えば、図３〜図６、図１０〜図１３に示すように、被測定光ファイバ１３の歪みに対するそれぞれの重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・のピーク波長の変化の特性をベースとし、該特性中、ピーク波長の軸方向に所定の測定波長範囲が設定され、歪みの軸方向に連続する複数の歪み範囲が設定されたものである。

【0065】

なお、上記の各図に示される歪み対ピーク波長変化特定からも分かるように、被測定光ファイバ１３のＦＢＧ１３１を構成する各重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・は、被測定光ファイバ１３の歪みに応じてそれぞれのピーク波長が間隔をほぼ保ちながら変化する構造を有している。

【0066】

上記検出条件データＤｓは、例えば、ＰＣ（パーソナル・コンピュータ）等の外部装置からＯＦＤＲ装置１の図示しないＲＯＭ等の記憶手段に記憶させることができる。図１においては、測定範囲外検出部２６の内部ＲＯＭに上記検出条件データＤｓを格納した構成を例示している。

【0067】

上記ステップＳ１１で被測定光ファイバ１３を構成する重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・の配置（構造）に対応して検出条件データＤｓを設定した後、ＯＦＤＲ装置１では、掃引光源１１で既定された波長範囲および掃引速度で出力光の掃引を行い、ピーク波長検出処理へと移行する。

【0068】

ピーク波長検出処理では、被測定光ファイバ１３の反射光と基準光用光ファイバ１４の反射膜１４ａによる反射光（基準光）が受光器２２で受光され、それによって受光器２２から出力される被測定光ファイバ１３の反射光と基準光との干渉によるビート信号がＡ／Ｄ変換器２３でディジタル信号に変換される。スペクトログラム算出部２４ではそのディジタル信号を入力としてスペクトログラムを算出し、ピーク波長検出部２５は上記スペクトログラムから被測定光ファイバ１３の微小距離区間毎のピーク波長を検出する。

【0069】

上記ピーク波長検出処理の実行中、測定範囲外検出部２６は、ピーク波長検出部２５における重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・のうちの測定範囲内の反射光のピーク波長の検出出力を取込み（ステップＳ１２）、ピーク波長の数（ピーク数）を検出する（ステップＳ１３）。

【0070】

次いで、測定範囲外検出部２６は、ピーク波長とステップＳ１３で検出されたピーク数とステップＳ１１で設定された検出条件データＤｓに基づき、被測定光ファイバ１３の微小距離区間毎の歪みが含まれる歪み範囲またはどの重複配置ＦＢＧの反射波長が測定波長範囲の範囲外（以下、測定波長範囲外ということもある）かを検出する（ステップＳ１４）。

【0071】

引き続き、測定範囲外検出部２６は、ステップＳ１４で少なくとも１つの重複配置ＦＢＧの反射波長が測定波長範囲外であると検出されているときにピーク波長検出部２５により検出されている重複配置ＦＢＧのピーク波長、すなわち上記測定波長範囲の範囲内（以下、測定波長範囲内ということもある。）の重複配置ＦＢＧのピーク波長のうちの一つに歪みまたは温度の測定処理用の波長が含まれるかどうかを判定する（ステップＳ１５）。

【0072】

ここで、上記測定処理用の波長は、ピーク波長補正部２７が後段の図示しない歪み（または温度）検出部に対して出力する歪みまたは温度の測定を可能にする予め設定された特定の波長であり、一例として、重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・の反射波長のいずれか１つが挙げられる。なお、重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・の反射波長以外の波長を上記特定の波長として設定することも可能である。

【0073】

上記ステップＳ１５において、測定波長範囲内の重複配置ＦＢＧのピーク波長、すなわちピーク波長検出部２５で検出されたピーク波長のうちの一つが上記測定処理用の波長である場合（ステップＳ１５でＮＯ）、ピーク波長補正部２７は、検出されたピーク波長のうちの一つを補正せずにそのまま出力する（ステップＳ１６）。

【0074】

一方、検出されたピーク波長がいずれも上記測定用の波長ではない場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ピーク波長補正部２７は、検出されたピーク波長を上記測定処理用の波長に補正（換算して）して出力する（ステップＳ１７）。

【0075】

これ以後、ＯＦＤＲ装置１の歪み（または温度）検出部（図示せず）では、被測定光ファイバ１３の微小距離区間毎に上記ステップＳ１６で補正せずに出力されたピーク波長、または、上記ステップＳ１７で補正されて出力されたピーク波長に基づいてこれら重複配置ＦＢＧ１３１１，１３１ｂ，・・・を含む被測定光ファイバ１３の歪み分布または温度分布を測定する。

【0076】

このように、本発明では、被測定光ファイバ１３の歪みに応じて間隔をほぼ保ちながらピーク波長が変化する複数の重複したＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・からの反射波長のうち、測定範囲外検出部２６によって被測定光ファイバ１３の歪みがどの歪み領域でどの重複配置ＦＢＧからの反射波長が測定波長範囲外になっているかを推定する機能を有する。被測定光ファイバ１３の歪みがどの歪み領域に含まれるかの判定とどの重複配置ＦＢＧからの反射波長が測定波長範囲外かの判定とは基本的に等価であり、どちらか一方でもよい。

【0077】

これにより、本発明では、重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・を含むＦＢＧ１３を用い、これら重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・の歪み（または温度変化）に対する各ピーク波長の変化特性に対して、例えば、単一のＦＢＧ（図１５のＦＢＧ４３１，４３２，４３３参照）の反射波長の変化幅（図１８参照）よりも狭い測定波長範囲を設定しながらも大きな歪み分布又は温度分布の測定を可能にする。これにより、掃引波長範囲の広いレーザ（１１）や高速の受光器２２およびＡ／Ｄ変換器２３等を必要としない安価な構成を実現できるとともに、高い測定レートおよび長い測定距離範囲を生かして大きな歪みを検出することが可能となる。

【0078】

以下、第１〜第１０の実施形態を挙げて（図３〜図１３参照）、測定範囲外検出部２６とピーク波長補正部２７の詳細な処理について説明する。なお、第１〜第１０の実施形態においては、ＯＦＤＲ装置１、被測定光ファイバ１３、歪み範囲検出部２６、ピーク波長補正部２７、歪み範囲検出用データＤｓについて、便宜上、それぞれ符号１Ａ〜１Ｊ、１３Ａ〜１３J、２６Ａ〜２６Ｊ、２７Ａ〜２７Ｊ、Ｄｓａ〜Ｄｓｊを付して他の実施形態と識別するものとする。

【0079】

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ａにおいて、被測定光ファイバ１３Ａは、例えば図１における重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂのように、格子間隔が異なる２つの重複配置ＦＢＧ（図１参照）を含む構成を有する。

【0080】

図３は、第１の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。このグラフは、格子間隔の異なる２つの重複配置ＦＢＧが重ねて書き込まれている場合の被測定光ファイバ１３Ａの歪みとピーク波長の変化量との関係特性がベースとなっている。

【0081】

図３に示すように、２つの重複配置ＦＢＧを含む被測定光ファイバ１３Ａを用いた場合、被測定光ファイバ１３Ａからの反射光は、２つの重複配置ＦＢＧにそれぞれ対応する波長を有する２つのピークが存在し、これら２つのピークの反射波長差は絶対波長に比べて十分小さいとすると、被測定光ファイバ１３に歪みが加わるとピーク波長の間隔をほぼ保ちながら両ピーク波長が変化する。

【0082】

図３に示すグラフにおいて、横軸方向に関しては歪み測定可能範囲が３つに区切られて範囲Ａ，Ｂ，Ｃが規定され、縦軸方向に関して測定波長範囲が２つに区切られて範囲ａおよびｃが規定されている。上記２つの重複配置ＦＢＧに対応する２波長について歪み範囲Ａ，Ｂ，Ｃと測定波長範囲ａ，ｃを規定して上記２波長の重複配置ＦＢＧからの反射光を観察すると、図３に示すように、歪み範囲Ａの領域では、短波長側のピーク波長が測定波長範囲外で長波長側のピーク波長のみ測定される。歪み範囲Ｂの領域では、２つのピーク波長が測定波長範囲内で両方のピーク波長が測定され、歪み範囲Ｃの領域では、長波長側のピーク波長が測定波長範囲外で短波長側のピーク波長のみ測定される。

【0083】

本実施形態において、測定範囲外検出部２６Ａは、図３のグラフに示された関係特性および領域区分（歪み範囲Ａ，Ｂ，Ｃ、および測定波長範囲ａ，ｃ）が設定された検出条件データＤｓａを保持している。

【0084】

これにより、測定範囲外検出部２６Ａは、ピーク波長検出部２５の出力を取込むと、上記検出条件データＤｓａを参照して、ピーク波長検出部２５により検出された上記２つの重複配置ＦＢＧの反射光のピーク波長の個数を検出し、検出されたピーク数が２の場合は測定波長範囲内（範囲Ｂ）と判断する。

【0085】

これに対し、検出されたピーク数が１の場合、測定範囲外検出部２６Ａは、測定波長範囲の領域ａにピークがある場合は短波長側のピーク波長が測定波長範囲外（範囲Ａ）と判断し、測定波長範囲の領域ｃにピークがある場合は長波長側のピーク波長が測定波長範囲外（範囲Ｃ）と判断する。

【0086】

このように、本実施形態では、測定範囲外検出部２６Ａは、２つの重複配置ＦＢＧの反射波長（２波長）の間隔を測定波長範囲の１／２以下に設定し（図３参照）、ピーク波長検出部２５により検出されたピーク波長の個数が２の場合は測定波長範囲内と判断し、検出されたピーク波長の個数が１で測定波長範囲の中間よりも長波長側の場合は長波長側の重複配置ＦＢＧの反射波長が測定波長範囲外と判断し、検出されたピーク波長の個数が１で測定波長範囲の中間よりも短波長側の場合は短波長側の重複配置ＦＢＧの反射波長が測定波長範囲外と判断する機能を有する。

【0087】

ピーク波長補正部２７Ａでは、例えば長波長側のピーク波長に換算する場合、範囲Ａでは測定されたピーク波長をそのまま出力し、範囲Ｂでは測定された２つのピーク波長のうち長波長側のピーク波長を出力し、範囲Ｃでは測定されたピーク波長に反射波長間隔を加算して出力する。同様にして短波長側のピーク波長または両ピーク波長の中間に換算することもできる。

【0088】

また、測定された２つのピーク波長の平均値を算出して長波長側のピーク波長や短波長側のピーク波長や両ピーク波長の中間に換算しても良く、歪みの絶対値が小さい範囲Ｂの領域において、２つのピーク波長の平均化により測定精度が向上するという特徴を持つ。

【0089】

なお、図３は、２つの重複配置ＦＢＧの反射波長間隔が測定波長範囲の１／２の場合を図示したが、これに限られるものではなく、２つの重複配置ＦＢＧの反射波長間隔が測定波長範囲の１／２以下であれば測定波長範囲外の検出が可能である。

【0090】

測定波長範囲をΔλmとし、２つの重複配置ＦＢＧの反射波長間隔をΔλsとすると、本実施形態に係る２つの重複配置ＦＢＧからの異なる２波長の反射光用いて被測定光ファイバ１３Ａの歪みを測定する方法によれば、歪み測定可能範囲Δεは、

【数6】

で表される。

【0091】

よって、２つの重複配置ＦＢＧの反射波長間隔Δλsはなるべく大きい方が望ましく、Δλs＝Δλm／２の場合、Δε＝１．５Δλm／ａとなり、従来手法（図１８）と比べて同じ測定波長範囲で最大１．５倍の歪みを測定することができる。

【0092】

ここでは測定波長範囲が従来手法と同じ場合を図示したが、逆に歪み測定範囲を従来手法と同じにして、測定波長範囲を従来手法の２／３にすることもできる。測定波長範囲が狭くなると、レーザの波長掃引範囲も狭くすることができ、レーザの作製が容易になる。そして、レーザの掃引周波数を変えずに波長掃引範囲を狭くすると、波長掃引速度が遅くなりビート信号の周波数が低くなるので、受光器２２の帯域やＡ／Ｄ変換器２３のサンプリングレートを低くすることができ、装置が安価になる。または、波長掃引速度が遅くなると、ビート信号の周波数を高くすることなく測定距離範囲を長くすることができる。

【0093】

もし、波長掃引速度を変えずに波長掃引範囲を狭くすると、掃引周波数が高くなり測定の時間分解能が向上する。以下の実施形態においても同様に、本手法の効果を、歪み測定範囲の拡大、レーザの波長掃引範囲の縮小、ビート信号の周波数の低減、測定距離範囲の拡大、測定レートの向上に適宜割り振ることができる。

【0094】

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｂにおいて、被測定光ファイバ１３Ｂは、格子間隔が異なる３つの重複配置ＦＢＧを含む構成を有する。

【0095】

図４は、第２の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。このグラフは、格子間隔の異なる３つの重複配置ＦＢＧが重ねて書き込まれている場合の被測定光ファイバ１３Ｂの歪みとピーク波長の変化量との関係特性をベースとしている。

【0096】

図４に示すように、３つの重複配置ＦＢＧを含む被測定光ファイバ１３Ｂを用いた場合、被測定光ファイバ１３Ｂからの反射光は、３つの重複配置ＦＢＧにそれぞれ対応する異なる波長を有する３つのピークが存在する。

【0097】

図４において、３つの重複配置ＦＢＧの反射波長を長波長側から順にλ１，λ２，λ３とする。両端の重複配置ＦＢＧの反射波長の間隔λ１−λ３が測定波長範囲と等しく、隣接する反射波長の間隔λ１−λ２とλ２−λ３が異なる値に設定されている。被測定光ファイバ１３Ｂを用いた場合、該被測定光ファイバ１３Ｂからの反射光には図４のように波長の異なる３つのピークが存在し、被測定光ファイバ１３Ｂに歪みが加わるとピーク波長の間隔をほぼ保ちながら上記３つのピーク波長が変化する。

【0098】

図４に示すグラフにおいて、横軸で表わされる歪み測定可能範囲に関しては４つの領域に区切られ歪み範囲Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが規定されている。縦軸で表わされる測定波長範囲に関しては、両端の重複配置ＦＢＧの反射波長の間隔λ１−λ３に等しい測定波長範囲が２つの領域に区切られてａおよびｄの領域が規定されるとともに、隣接する重複配置ＦＢＧの反射波長の間隔λ１−λ２とλ２−λ３のそれぞれ対応する波長間隔ｂおよびｃが規定されている。

【0099】

上記３波長について歪み範囲Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと測定波長範囲の領域ａ，ｄ、および波長間隔ｂ，ｃを規定して上記３波長の重複配置ＦＢＧからの反射光を観察すると、図４に示すように、歪み範囲Ａの領域では、λ２とλ３が測定波長範囲外でλ１のみが測定される。歪み範囲Ｂの領域では、λ３が測定波長範囲外でλ１とλ２が測定される。歪み範囲Ｃの領域では、λ１が測定波長範囲外でλ２とλ３が測定される。歪み範囲Ｄの領域では、λ１とλ２が測定波長範囲外でλ３のみが測定される。

【0100】

本実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｂにおいて、測定範囲外検出部２６Ｂは、図４のグラフに示された関係特性および領域区分（歪み範囲Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、測定波長範囲の領域ａ，ｄ、および波長間隔ｂ，ｃ）が設定された検出条件データＤｓｂを保持している。

【0101】

これにより、測定範囲外検出部２６Ｂは、ピーク波長検出部２５の出力を取込むと、上記検出条件データＤｓｂを参照して、ピーク波長検出部２５により検出された重複配置ＦＢＧの反射光のピーク波長の個数を検出し、検出されたピーク数が１の場合は測定波長範囲の領域ａにピークがある場合はλ２とλ３が測定波長範囲外（範囲Ａ）と判断し、測定波長範囲の領域ｄにピークがある場合はλ１とλ２が測定波長範囲外（範囲Ｄ）と判断する。

【0102】

また、検出されたピーク数が２の場合、測定範囲外検出部２６Ｂは、ピーク波長の間隔がλ１−λ２の場合（波長間隔ｂ参照）はλ３が測定波長範囲外（範囲Ｂ）と判断し、ピーク波長の間隔がλ２−λ３の場合（波長間隔ｃ参照）はλ１が測定波長範囲外（範囲Ｃ）と判断する。実際にはピーク波長の測定誤差があるため、λ１−λ２とλ２−λ３の中間の波長間隔で弁別する。

【0103】

ピーク波長補正部２７Ｂでは、例えばλ１のピーク波長に換算する場合、範囲Ａでは測定されたピーク波長をそのまま出力し、範囲Ｂでは測定された２つのピーク波長のうち長波長側のピーク波長を出力し、範囲Ｃでは測定された２つのピーク波長のうち長波長側のピーク波長にλ１−λ２を加算して出力し、範囲Ｄでは測定されたピーク波長にλ１−λ３を加算して出力する。同様にしてλ２やλ３や（λ１＋λ３）／２に換算することもできる。

【0104】

また、測定された２つのピーク波長の平均値を算出して（λ１＋λ３）／２に換算しても良く、歪みの絶対値が小さい範囲Ｂおよび範囲Ｃの領域において、２つのピーク波長の平均化により測定精度が向上するという特徴を持つ。

【0105】

図４では、λ１−λ３が測定波長範囲と等しい場合を図示したが、これに限られるものではなく、λ１−λ３が測定波長範囲以下であれば測定波長範囲外の検出が可能である。

【0106】

本実施形態に係る３つの重複配置ＦＢＧからの異なる３波長の反射光の間隔を変えて被測定光ファイバ１３Ｂの歪みを測定する方法によれば、歪み測定可能範囲Δεは、

【数7】

で表される。

【0107】

よって、反射波長間隔λ１−λ３はなるべく大きい方が望ましく、λ１−λ３＝Δλｍの場合、Δε＝２Δλｍ／ａとなり、従来手法（図１８）と比べて同じ測定波長範囲で最大２ 倍の歪みを測定することができる。

【0108】

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｃにおいて、被測定光ファイバ１３Ｃは、格子間隔が異なる４つの重複配置ＦＢＧを含む構成を有する。

【0109】

図５は、第３の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。このグラフは、格子間隔の異なる４つの重複配置ＦＢＧが重ねて書き込まれている場合の被測定光ファイバ１３Ｃの歪みとピーク波長の変化量との関係特性をベースとしている。

【0110】

図５に示すように、４つの重複配置ＦＢＧを含む被測定光ファイバ１３Ｃを用いた場合、被測定光ファイバ１３Ｃからの反射光は、４つの重複配置ＦＢＧにそれぞれ対応する異なる波長を有する４つのピークが存在する。図５において、４つの重複配置ＦＢＧの反射波長を長波長側から順にλ１，λ２，λ３，λ４とする。両端の重複配置ＦＢＧの反射波長の間隔λ１−λ４が測定波長範囲の３／２と等しく、隣接する反射波長の間隔λ１−λ２とλ２−λ３とλ３−λ４がそれぞれ異なる値に設定されている。

【0111】

被測定光ファイバ１３Ｃを用いた場合、そこからの反射光には図５のように波長の異なる４つのピークが存在し、被測定光ファイバ１３Ｃに歪みが加わるとピーク波長の間隔をほぼ保ちながら上記４つのピーク波長が変化する。

【0112】

図５に示すグラフにおいて、横軸で表わされる歪み測定可能範囲に関して６つの領域（歪み範囲）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが規定されている。縦軸で表わされる測定波長範囲に関しては、測定波長範囲が３つの領域に区切られて領域ａ，ｄ，ｆが規定されるとともに、隣接する重複配置ＦＢＧの反射波長の間隔λ１−λ２とλ２−λ３とλ３−λ４のそれぞれ対応する波長間隔ｂ、ｃ、ｅが規定されている。

【0113】

上記４波長について歪み範囲Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆと測定波長範囲の領域ａ，ｄ，ｆ、および波長間隔ｂ、ｃ，ｅを規定して上記４波長の重複配置ＦＢＧからの反射光を観察すると、図５に示すように、歪み範囲Ａの領域では、λ２とλ３とλ４が測定波長範囲外でλ１のみが測定される。

【0114】

歪み範囲Ｂの領域では、λ３とλ４が測定波長範囲外でλ１とλ２が測定される。歪み範囲Ｃの領域では、λ１とλ４が測定波長範囲外でλ２とλ３が測定される。歪み範囲Ｄの領域では、λ１とλ２とλ４が測定波長範囲外でλ３のみが測定される。歪み範囲Ｅの領域では、λ１とλ２が測定波長範囲外でλ３とλ４が測定される。歪み範囲Ｆの領域では、λ１とλ２とλ３とが測定波長範囲外でλ４のみが測定される。

【0115】

本実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｃにおいて、測定範囲外検出部２６Ｃは、図５のグラフに示された関係特性および領域区分（歪み範囲Ａ〜Ｆ、および測定波長範囲のａ，ｄ，ｆの領域、および波長間隔ｂ，ｃ，ｅの設定がなされた検出条件データＤｓｃを保持している。

【0116】

これにより、測定範囲外検出部２６Ｃは、ピーク波長検出部２５の出力を取込むと、上記検出条件データＤｓｃを参照して、ピーク波長検出部２５により検出された重複配置ＦＢＧの反射光のピーク波長の個数を検出し、検出されたピーク数が１の場合は測定波長範囲の領域ａにピークがある場合はλ２とλ３とλ４が測定波長範囲外（範囲Ａ）と判断し、測定波長範囲の領域ｄにピークがある場合はλ１とλ２とλ４が測定波長範囲外（範囲Ｄ）と判断し、測定波長範囲の領域ｆにピークがある場合はλ１とλ２とλ３が測定波長範囲外（範囲Ｆ）と判断する。

【0117】

また、検出されたピーク数が２の場合、測定範囲外検出部２６Ｃは、ピーク波長の間隔がλ１−λ２の場合（波長間隔ｂ参照）はλ３とλ４が測定波長範囲外（範囲Ｂ）と判断し、ピーク波長の間隔がλ２−λ３の場合（波長間隔ｃ参照）はλ１とλ４が測定波長範囲外（範囲Ｃ）と判断し、ピーク波長の間隔がλ３−λ４の場合（波長間隔ｅ参照）はλ１とλ２が測定波長範囲外（範囲Ｅ）と判断する。

【0118】

ピーク波長補正部２７Ｃでは、例えばλ１のピーク波長に換算する場合、範囲Ａでは測定されたピーク波長をそのまま出力し、範囲Ｂでは測定された２つのピーク波長のうち長波長側のピーク波長を出力し、範囲Ｃでは測定された２つのピーク波長のうち長波長側のピーク波長にλ１−λ２を加算して出力し、範囲Ｄでは測定されたピーク波長にλ１−λ３を加算して出力し、範囲Ｅでは測定された２つのピーク波長のうち長波長側のピーク波長にλ１−λ３を加算して出力し、範囲Ｆでは測定されたピーク波長にλ１−λ４を加算して出力する。

【0119】

同様にして、λ２やλ３やλ４や（λ１＋λ４）／２に換算することもできる。また、測定された２つのピーク波長の平均値を算出してλ１やλ２やλ３やλ４や（λ１＋λ４）／２に換算しても良い。

【0120】

図５は、λ１−λ４が測定波長範囲の３／２倍と等しい場合を図示したが、これに限られるものではなく、λ１−λ４が測定波長範囲の３／２倍以下であれば測定波長範囲外の検出が可能である。

【0121】

本実施形態に係る４つの重複配置ＦＢＧからの異なる４波長の反射光の間隔を変えて被測定光ファイバ１３Ｃの歪みを測定する方法によれば、歪み測定可能範囲Δεは、

【数8】

で表される。

【0122】

よって、反射波長間隔λ１−λ４はなるべく大きい方が望ましく、λ１−λ４＝１．５Δλｍの場合、Δε＝２．５Δλｍ／ａとなり、従来手法（図１８）と比べて同じ測定波長範囲で最大２．５倍の歪みを測定することができる。

【0123】

（第４の実施形態）
第４の実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｄにおいて、被測定光ファイバ１３Ｄは、格子間隔が異なる５つの重複配置ＦＢＧが重ねて書き込まれた構造を有する。

【0124】

図６は、第４の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフであり、５つの重複配置ＦＢＧを含む被測定光ファイバ１３Ｄの歪みとピーク波長の変化量との関係特性がベースとなっている。

【0125】

図６に示すように、５つの重複配置ＦＢＧを含む被測定光ファイバ１３Ｄを用いた場合、被測定光ファイバ１３Ｄからの反射光には、５つの重複配置ＦＢＧにそれぞれ対応する異なる波長を有する５つのピークが存在する。図６において、５つの重複配置ＦＢＧの反射波長を長波長側から順にλ１，λ２，λ３，λ４，λ５とする。両端の重複配置ＦＢＧの反射波長の間隔λ１−λ５が測定波長範囲の２倍であり、隣接する反射波長の間隔λ１−λ２とλ２−λ３とλ３−λ４とλ４−λ５がそれぞれ異なる値に設定されている。

【0126】

上述した被測定光ファイバ１３Ｄを用いた場合、該被測定光ファイバ１３Ｄからの反射光には図６に示すように波長の異なる５つのピークが存在し、被測定光ファイバ１３Ｄに歪みが加わるとピーク波長の間隔をほぼ保ちながら上記５つのピーク波長が変化する。

【0127】

５波長の重複配置ＦＢＧを有する被測定光ファイバ１３Ｄを用いた、本実施形態においては、図６において、横軸で表わされる歪み測定可能範囲に関して７つの領域（歪み範囲）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇを規定するとともに、縦軸で表わされる測定波長範囲に関して、測定波長範囲を３つの領域ａ，ｄ，ｇに区分けし、かつ、隣接する重複配置ＦＢＧの反射波長の間隔λ１−λ２とλ２−λ３とλ３−λ４とλ４−λ５にそれぞれ対応する波長間隔ｂ，ｃ，ｅ，ｆを規定する。

【0128】

そのうえで、上記５波長の重複配置ＦＢＧを用いた被測定光ファイバ１３Ｄからの反射光を観察すると、図６に示すように、歪み範囲Ａの領域では、λ２とλ３とλ４とλ５が測定波長範囲外でλ１のみが測定される。歪み範囲Ｂの領域では、λ３とλ４とλ５が測定波長範囲外でλ１とλ２が測定される。歪み範囲Ｃの領域では、λ１とλ４とλ５が測定波長範囲外でλ２とλ３が測定される。歪み範囲Ｄの領域では、λ１とλ２とλ４とλ５が測定波長範囲外でλ３のみが測定される。歪み範囲Ｅの領域では、λ１とλ２とλ５が測定波長範囲外でλ３とλ４が測定される。歪み範囲Ｆの領域では、λ１とλ２とλ３が測定波長範囲外でλ４とλ５が測定される。歪み範囲Ｇの領域では、λ１とλ２とλ３とλ４が測定波長範囲外でλ５のみが測定される。

【0129】

本実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｄにおいて、測定範囲外検出部２６Ｄは、図６に示す被測定光ファイバ１３Ｄの歪みとピーク波長の変化量との関係特性と、歪み範囲Ａ〜Ｇおよび測定波長範囲の領域ａ，ｄ，ｇ、および波長間隔ｂ，ｃ，ｅ，ｆを関連付けた検出条件データＤｓｄを保持している。

【0130】

これにより、ＯＦＤＲ装置１Ｄにおいて、測定範囲外検出部２６Ｄは、ピーク波長検出部２５の出力を取込むと、上記検出条件データＤｓｄを参照して、ピーク波長検出部２５により検出された重複配置ＦＢＧの反射光のピーク波長の個数を検出し、検出されたピーク数が１の場合は測定波長範囲の領域ａにピークがある場合はλ２とλ３とλ４とλ５が測定波長範囲外（範囲Ａ）と判断し、測定波長範囲の領域ｄにピークがある場合はλ１とλ２とλ４とλ５が測定波長範囲外（範囲Ｄ）と判断し、測定波長範囲の領域ｇにピークがある場合はλ１とλ２とλ３とλ４が測定波長範囲外（範囲Ｇ）と判断する。

【0131】

また、検出されたピーク数が２の場合、測定範囲外検出部２６Ｄは、ピーク波長の間隔がλ１−λ２の場合（波長間隔ｂ参照）はλ３とλ４とλ５が測定波長範囲外（範囲Ｂ）と判断し、ピーク波長の間隔がλ２−λ３の場合（波長間隔ｃ参照）はλ１とλ４とλ５が測定波長範囲外（範囲Ｃ）と判断し、ピーク波長の間隔がλ３−λ４の場合（波長間隔ｅ参照）はλ１とλ２とλ５が測定波長範囲外（範囲Ｅ）と判断し、ピーク波長の間隔がλ４−λ５の場合（波長間隔ｆ参照）はλ１とλ２とλ３が測定波長範囲外（範囲Ｆ）と判断する。

【0132】

ピーク波長補正部２７Ｄでは、例えばλ１のピーク波長に換算する場合、範囲Ａでは測定されたピーク波長をそのまま出力し、範囲Ｂでは測定された２つのピーク波長のうち長波長側のピーク波長を出力し、範囲Ｃでは測定された２つのピーク波長のうち長波長側のピーク波長にλ１−λ２を加算して出力し、範囲Ｄでは測定されたピーク波長にλ１−λ３を加算して出力し、範囲Ｅでは測定された２つのピーク波長のうち長波長側のピーク波長にλ１−λ３を加算して出力し、範囲Ｆでは測定された３つのピーク波長のうち長波長側のピーク波長にλ１−λ４を加算して出力し、範囲Ｇでは測定されたピーク波長にλ１−λ５を加算して出力する。

【0133】

同様にして、λ２やλ３やλ４やλ５や（λ１＋λ５）／２に換算することもできる。また、測定された２つのピーク波長の平均値を算出してλ１やλ２やλ３やλ４やλ５や（λ１＋λ５）／２に換算しても良い。

【0134】

図６は、λ１−λ５が測定波長範囲の２倍と等しい場合を図示したが、これに限られるものではなく、λ１−λ５が測定波長範囲の２倍以下であれば測定波長範囲外の検出が可能である。

【0135】

本実施形態に係る５つの重複配置ＦＢＧからの異なる５波長の反射光の間隔を変えて被測定光ファイバ１３Ｄの歪みを測定する方法によれば、歪み測定可能範囲Δεは、

【数9】

で表される。

【0136】

よって、反射波長間隔λ１−λ５はなるべく大きい方が望ましく、λ１−λ５＝２Δλｍの場合、Δε＝３Δλｍ／ａとなり、従来手法（図１８）と比べて同じ測定波長範囲で最大３倍の歪みを測定することができる。

【0137】

同様にして重複配置ＦＢＧの数をさらに増やすことにより、更に歪み測定可能範囲を広げることができる。重複配置ＦＢＧの数をｎ個とすると、重複配置ＦＢＧの反射波長のうちの最長の反射波長と最短の反射波長との差は測定波長範囲の（ｎ−１）／２倍以下となり、従来手法と比べて同じ測定波長範囲で最大（ｎ＋１）／２倍の歪みを測定することができる。

【0138】

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、重複配置ＦＢＧの反射率（強度）をそれぞれ異なる値にすることにより、測定されたピーク波長がどの反射波長に対応するかを識別し、測定波長範囲外かどうかを検出するものである。これを実現するために、本実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｅにおいて、被測定光ファイバ１３Ｅは、格子間隔および反射率が異なる複数の重複配置ＦＢＧが重ねて書き込まれた構造を有する。

【0139】

図７は、第５の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。このグラフは、格子間隔および反射率が異なる３つの重複配置ＦＢＧが重ねて書き込まれている被測定光ファイバ１３Ｅの歪みとピーク波長の変化量およびその反射率との関係特性をベースとしている。

【0140】

図７において、各重複配置ＦＢＧの反射波長は等間隔とし、長波長側から順にλ１，λ２，λ３とする。両端の反射波長の間隔λ１−λ３が測定波長範囲の２倍と等しく、隣接する反射波長の間隔λ１−λ２とλ２−λ３とが同じ値に設定されている。また、各重複配置ＦＢＧの相対反射率を長波長側から順に０、−３、−６デシベル（ｄＢ）とする。なお、反射率の表現に関し、図７では、太線は高い反射率を表わし、細線は低い反射率を表わしている。

【0141】

上述した格子間隔および反射率が異なる３つの重複配置ＦＢＧを含む被測定光ファイバ１３Ｅを用いた場合、被測定光ファイバ１３Ｅからの反射光には図７に示すように３つの重複配置ＦＢＧにそれぞれ対応する異なる波長および反射率を有する３つのピークが存在し、被測定光ファイバ１３Ｅに歪みが加わるとピーク波長の間隔をほぼ保ちながら３つのピーク波長が変化する。

【0142】

被測定光ファイバ１３Ｅを用いた、本実施形態においては、図７において、横軸で表わされる歪み測定可能範囲に関して３つの領域（歪み範囲）Ａ，Ｂ，Ｃを規定するとともに、縦軸で表わされる測定波長範囲に関して、１つの領域を規定する。

【0143】

そのうえで、上記の反射率が異なる３波長の重複配置ＦＢＧを用いた被測定光ファイバ１３Ｅからの反射光を観察すると、図７に示すように、歪み範囲Ａの領域では、λ２とλ３が測定波長範囲外でλ１のみが測定される。歪み範囲Ｂの領域では、λ１とλ３が測定波長範囲外でλ２のみが測定される。歪み範囲Ｃの領域では、λ１とλ２が測定波長範囲外でλ３のみが測定される。

【0144】

本実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｅおいて、測定範囲外検出部２６Ｅは、図７に示す被測定光ファイバ１３Ｅの歪みとピーク波長の変化量および反射率（ピーク強度）との関係特性と、歪み範囲Ａ〜Ｃおよび測定波長範囲を関連付けた検出条件データＤｓｅを保持している。

【0145】

これにより、ＯＦＤＲ装置１Ｅにおいて、測定範囲外検出部２６Ｅは、ピーク波長検出部２５の出力を取込むと、上記検出条件データＤｓｅを参照して、ピーク波長検出部２５により検出された１つの重複配置ＦＢＧの反射光のピーク波長の反射率を弁別して反射率が０ｄＢとみなされる場合はλ２とλ３が測定波長範囲外（範囲Ａ）と判断し、反射率が−３ｄＢとみなされる場合はλ１とλ３が測定波長範囲外（範囲Ｂ）と判断し、反射率が−６ｄＢとみなされる場合はλ１とλ２が測定波長範囲外（範囲Ｃ）と判断する。

【0146】

ピーク波長補正部２７Ｅでは、例えばλ１のピーク波長に換算する場合、範囲Ａでは測定されたピーク波長をそのまま出力し、範囲Ｂでは測定されたピーク波長にλ１−λ２を加算して出力し、範囲Ｃでは測定されたピーク波長にλ１−λ３を加算して出力する。同様にして、λ２やλ３や（λ１＋λ３）／２に換算することもできる。ここでは各重複配置ＦＢＧの相対反射率を長波長側から順に０，−３，−６ｄＢとしたが、歪みが小さい領域（範囲Ｂ）において測定誤差が小さくなるように各重複配置ＦＢＧの相対反射率を長波長側から順に−３，０，−６ｄＢのようにしても良い。

【0147】

図７においては、λ１−λ３が測定波長範囲の２倍と等しい場合を図示したが、これに限られるものではなく、λ１−λ３が測定波長の２倍以下であれば測定波長範囲外の検出が可能である。

【0148】

本実施形態に係る３つの重複配置ＦＢＧからの異なる３波長の反射率を用いて被測定光ファイバ１３Ｅの歪みを測定する方法によれば、歪み測定可能範囲Δεは、

【数10】

で表される。

【0149】

よって、反射波長間隔λ１−λ３はなるべく大きい方が望ましく、λ１−λ３＝２Δλｍの場合、Δε＝３Δλｍ／ａとなり、従来手法（図１８）と比べて同じ測定波長範囲で最大３倍の歪みを測定することができる。

【0150】

重複配置ＦＢＧの反射率を変える方法は重複配置ＦＢＧの数が３以外の場合にも同様に適用することができる。重複配置ＦＢＧの数をｎ個とすると、重複配置ＦＢＧの反射波長のうちの最長の反射波長と最短の反射波長との差は測定波長範囲の（ｎ−１）倍以下となり、従来手法と比べて同じ測定波長範囲で最大ｎ倍の歪みを測定することができる。

【0151】

また、重複配置ＦＢＧの反射波長の間隔を変える方法と重複配置ＦＢＧの反射率を変える方法を併用して、より多くの反射波長数に対応したり、冗長化により測定波長範囲外の検出をより確実に行うことができる。

【0152】

（第６の実施形態）
第５の実施形態では、測定されたピーク波長の強度（ピーク強度）によって範囲Ａ〜Ｃを判断している。しかし、被測定光ファイバ１３Ｅの曲げが大きい場合は、曲げによって損失が発生しピーク強度が低下する場合があり、ピーク強度による範囲Ａ〜Ｃの判断に誤りが発生する場合がある。このような場合は、測定波長範囲内で複数のピークを測定しそれらの強度差によって範囲を判断する方が望ましい。

【0153】

第６の実施形態では、重複配置ＦＢＧの反射率（強度）をそれぞれ異なる値とし、隣接する重複配置ＦＢＧの反射率の差から、測定されたピーク波長がどの反射波長に対応するかを識別し、測定波長範囲外かどうかを検出するものである。これを実現するために、第５の実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｆにおいて、被測定光ファイバ１３Ｆは、格子間隔および反射率が異なる複数の重複配置ＦＢＧが重ねて書き込まれた構造を有する。また、測定範囲外検出部２６Ｆは、歪み範囲を各重複配置ＦＢＧのピーク波長の反射率差を使って検出するための検出条件データＤｓｆを保持している。

【0154】

図８は、第６の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。このグラフは、特に、格子間隔および反射率が異なる５つの重複配置ＦＢＧが重ねて書き込まれている被測定光ファイバ１３Ｆの歪みとピーク波長の変化量およびその反射率との関係特性をベースとしている。

【0155】

図８において、各重複配置ＦＢＧの反射波長は等間隔とし、長波長側から順にλ１，λ２，λ３，λ４，λ５とする。両端の反射波長の間隔λ１−λ５が測定波長範囲の２倍と等しく、隣接する反射波長の間隔λ１−λ２とλ２−λ３とλ３−λ４とλ４−λ５とが全て同じ値に設定されている。また、各重複配置ＦＢＧの相対反射率を長波長側から順に０、−３、０、−６、０ｄＢとする。なお、反射率の表現に関し、図７では、太線は高い反射率を表わし、細線は低い反射率を表わしている。

【0156】

上述した格子間隔および反射率が異なる５つの重複配置ＦＢＧを含む被測定光ファイバ１３Ｆを用いた場合、被測定光ファイバ１３Ｆからの反射光には図８に示すように５つの重複配置ＦＢＧにそれぞれ対応する異なる波長および反射率を有する５つのピークが存在し、被測定光ファイバ１３Ｆに歪みが加わるとピーク波長の間隔をほぼ保ちながら５つのピーク波長が変化する。

【0157】

被測定光ファイバ１３Ｆを用いた、本実施形態においては、図８において、横軸で表わされる歪み測定可能範囲に関して６つの領域（歪み範囲）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを規定するとともに、縦軸で表わされる測定波長範囲に関しては、２つの領域ａ、ｆを規定し、かつ、隣接する重複配置ＦＢＧの反射波長の反射率差−３、＋３、−６、+６ｄＢを規定する。

【0158】

そのうえで、上記５つの重複配置ＦＢＧを用いた被測定光ファイバ１３Ｆからの反射光を観察すると、図８に示すように、歪み範囲Ａの領域では、λ２とλ３とλ４とλ５が測定波長範囲外でλ１のみが測定される。歪み範囲Ｂの領域では、λ３とλ４とλ５が測定波長範囲外でλ１とλ２が測定される。歪み範囲Ｃの領域では、λ１とλ４とλ５が測定波長範囲外でλ２とλ３が測定される。歪み範囲Ｄの領域では、λ１とλ２とλ５が測定波長範囲外でλ３とλ４が測定される。歪み範囲Ｅの領域では、λ１とλ２とλ３が測定波長範囲外でλ４とλ５が測定される。歪み範囲Ｆの領域では、λ１とλ２とλ３とλ４が測定波長範囲外でλ５のみが測定される。

【0159】

本実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｆにおいて、測定範囲外検出部２６Ｆは、図８に示す被測定光ファイバ１３Ｆの歪みとピーク波長の変化量との関係特性と、歪み範囲Ａ〜Ｆ、測定波長範囲の領域ａおよびｆ、隣接する重複配置ＦＢＧのピーク波長の反射率差が関連付けられた検出条件データＤｓｆを保持している。

【0160】

これにより、本実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｆにおいて、測定範囲外検出部２６Ｆは、ピーク波長検出部２５の出力を取込むと、上記検出条件データＤｓｆを参照して、ピーク波長検出部２５により検出されたピーク波長の個数をまず検出する。ここで、検出されたピークの数が１の場合、測定範囲外検出部２６Ｆは、測定波長範囲の領域ａにピークがある場合はλ２とλ３とλ４とλ５が測定波長範囲外（範囲Ａ）と判断し、測定波長範囲の領域ｆにピークがある場合はλ１とλ２とλ３とλ４が測定波長範囲外（範囲Ｆ）と判断する。

【0161】

また、検出されたピークの数が２の場合、測定範囲外検出部２６Ｆは、長波長側のピークの強度に対する短波長側のピークの強度が−３ｄＢの場合はλ３とλ４とλ５が測定波長範囲外（範囲Ｂ）と判断し、長波長側のピークの強度に対する短波長側のピークの強度が＋３ｄＢの場合はλ１とλ４とλ５が測定波長範囲外（範囲Ｃ）と判断し、長波長側のピークの強度に対する短波長側のピークの強度が−６ｄＢの場合はλ１とλ２とλ５が測定波長範囲外（範囲Ｄ）と判断し、長波長側のピークの強度に対する短波長側のピークの強度が＋６ｄＢの場合はλ１とλ２とλ３が測定波長範囲外（範囲Ｅ）と判断する。

【0162】

ピーク波長補正部２７Ｆでは、例えばλ１のピーク波長に換算する場合、範囲Ａでは測定されたピーク波長をそのまま出力し、範囲Ｂでは測定された２つのピーク波長のうち長波長側のピーク波長を出力し、範囲Ｃでは測定された２つのピーク波長のうち短波長側（強度が大きい）のピーク波長にλ１−λ３を加算して出力し、範囲Ｄでは測定された２つのピーク波長のうち長波長側（強度が大きい）のピーク波長にλ１−λ３を加算して出力し、範囲Ｅでは測定された２つのピーク波長のうち短波長側（強度が大きい）のピーク波長にλ１−λ５を加算して出力し、範囲Ｆでは測定されたピーク波長にλ１−λ５を加算して出力する。２つのピーク波長が測定された場合は、どちらのピーク波長を用いて換算しても良いが、強度が大きい方のピーク波長を用いる方が波長測定精度の点で望ましい。

【0163】

同様にして、λ２やλ３やλ４やλ５や（λ１＋λ５）／２に換算することもできる。また、測定された２つのピーク波長の平均値を算出してλ１やλ２やλ３やλ４やλ５や（λ１＋λ５）／２に換算しても良い。

【0164】

図８は、λ１−λ５が測定波長範囲の２倍と等しい場合を図示したが、これに限られるものではなく、λ１−λ５が測定波長範囲の２倍以下であれば測定波長範囲外の検出が可能である。
本実施形態に係る５つの重複配置ＦＢＧからの異なる５波長の反射光の反射率差を用いて被測定光ファイバ１３Ｆの歪みを測定する方法によれば、歪み測定可能範囲Δεは、

【数11】

で表される。

【0165】

よって、反射波長間隔λ１−λ５はなるべく大きい方が望ましく、λ１−λ５＝２Δλｍの場合、Δε＝３Δλｍ／ａとなり、従来手法（図１８）と比べて同じ測定波長範囲で最大３倍の歪みを測定することができる。

【0166】

本実施形態に係る重複配置ＦＢＧの反射率を変える測定方法は、反射波長数が５以外の場合、すなわち５つ以外の重複配置ＦＢＧを用いる構成においても同様に適用することができる。重複配置ＦＢＧの数をｎ個とすると、各重複配置ＦＢＧの反射波長のうちの最長の反射波長と最短の反射波長との差は測定波長範囲の（ｎ−１）／２倍以下となり、従来手法と比べて同じ測定波長範囲で最大（ｎ＋１）／２倍の歪みを測定することができる。また、重複配置ＦＢＧの反射波長の間隔を変える測定方法と重複配置ＦＢＧの反射率差を変える測定方法を併用して、より多くの反射波長数に対応することができ、冗長化により測定波長範囲外の検出をより確実にすることもできる。

【0167】

重複配置ＦＢＧの反射波長数をどこまで増やすことができるかは、重複配置ＦＢＧの反射波長間隔を狭くしても分離して検出できるかによって決まり、スペクトログラムの波長分解能に依存する。重複配置ＦＢＧの反射波長の間隔を変える測定方法では最小の反射波長間隔によって重複配置ＦＢＧの反射波長数が決まるため、重複配置ＦＢＧの反射率または反射率差を変える測定方法の方が反射波長間隔が一定で反射波長数を増やしやすいという特徴を有する。

【0168】

（第７の実施形態）
第２〜第４の実施形態に係る重複配置ＦＢＧの波長間隔を変える方法、第５の実施形態に係る重複配置ＦＢＧの反射率を変える方法、第６の実施形態に係る重複配置ＦＢＧの反射率差を変える方法では、歪み測定可能範囲を更に広げるためにはそれぞれ波長間隔、反射率、反射率差の多値度を上げる必要があり、測定データからの弁別が難しくなる。そこで、多値度を上げずに歪み測定可能範囲を更に広げる方法として、疑似ランダムパターンを用いる方法を以下に説明する。

【0169】

疑似ランダムパターン(Pseudo Random Binary Sequence、またはPseudo Random Bit Sequence; PRBS)は、周期の長いビットパターンとして従来から知られている。図９は、ＰＲＢＳを生成するＰＲＢＳ生成回路の構成例を示すブロック図である。

【0170】

図９に示すＰＲＢＳ生成回路３０は、３つのレジスタ３１，３２，３３と、レジスタ３１の出力とレジスタ３３の出力を加算してその加算結果をレジスタ３１に入力する１ビット加算器３４を備えて構成される。レジスタ３１，３２，３３は、３ビットのシフトレジスタを構成し、１ビット加算器３４は排他的論理和（ＸＯＲ）ゲートで構成されている。ＰＲＢＳ生成回路３０は、少なくとも１つのビットが１であるデータをシフトレジスタの初期値として設定し、レジスタ３１，３２，３３の順にシフトすることにより疑似ランダムパターンを出力する構成となっている。

【0171】

図９に示した３段のＰＲＢＳ発生回路３０では、１周期が００１１１０１の７ビット周期のパターンが繰返し出力される（００１１１０１００１１１０１００１１１０１・・・）。ＰＲＢＳ発生回路３０の構成によれば、３ビットのデータがあれば７ビット周期のＰＲＢＳパターン中のどの位置かが一意に分かる。例えば１００という３ビットのデータはＰＲＢＳパターン００１１１０１００の一番右の位置にのみ存在する。

【0172】

シフトレジスタとＸＯＲゲートを用いたＰＲＢＳ生成回路については、３段以外の段数を有するものも知られている。また、この種のＰＲＢＳ生成回路は、シフトレジスタとＸＯＲゲートを用いたハードウエア構成のものばかりでなく、ソフトウエア演算によってＰＲＢＳパターンを生成するものによっても実現できる。一般にｍ段のＰＲＢＳは２^m−１の周期を持ち、ｍビットのデータがあれば２^m−１ビット周期のＰＲＢＳパターンのうちのどの位置かが分かる。

【0173】

表１は、ＰＲＢＳパターンの段数の周期の関係を示している。表１に示すように、ＰＲＢＳパターンの段数の段数が増えるほど（２^m−１）／ｍが増加し、比較的少ないビット数のデータで長い周期のうちの位置が分かることが理解できる。表１ではｍ＝１０までの例を示したが、更に多段のＰＲＢＳも存在することは言うまでもない。本実施形態は、上述したＰＲＢＳパターンに基づいて重複配置ＦＢＧの波長を変えることにより歪み測定可能範囲を広げるものである。

【表1】

【0174】

図１０は、第７の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。このグラフは、被測定光ファイバ１３Ｇが格子間隔が異なる９つの重複配置ＦＢＧを含む構成であることを前提とし、この被測定光ファイバ１３Ｇの歪みと９つの重複配置ＦＢＧに対応するピーク波長の変化量との関係特性がベースとなっている。さらに図１０においては、上述したＰＲＢＳパターンにより波長を変える処理に係るΔλ１，Δλｓ，０，＋１，−１等のパラメータも設定されている。

【0175】

図１０において、格子間隔が異なる９つの重複配置ＦＢＧの反射波長を長波長側から順にλ１〜λ９とする。このうちλ１、λ２、λ６、λ８、λ９が等間隔の波長位置に合わせて設定され、λ３、λ４、λ５、λ７が等間隔の波長位置よりも短波長にシフトされている。式で表すと、

【数12】

となる。

【0176】

ここで、Δλｓは等間隔の波長位置の間隔、Δλ１は等間隔の波長位置からのシフト量であり、Δλ１＜Δλｓである。ｂ_iはＰＲＢＳのｉ番目のビットを表す。つまり、等間隔の波長位置に設定されている重複配置ＦＢＧを０、等間隔の波長位置よりも短波長に設定されている重複配置ＦＢＧを１とみなすと、λ１〜λ９が３段のＰＲＢＳパターン００１１１０１００になっている。ここでは、ＰＲＢＳパターンに従って等間隔の波長位置に設定または等間隔の波長位置よりも短波長側にシフトしたが、等間隔の波長位置よりも長波長側にシフトしても良く、ＰＲＢＳパターンに従って等間隔の波長位置からのシフト量を変えるようにしても良い。変形例として、同じ３段のＰＲＢＳでも異なる位相のパターンにしても良い。

【0177】

上述したように、９つの重複配置ＦＢＧを含む被測定光ファイバ１３Ｇを用いると、被測定光ファイバ１３Ｇからの反射光には、図１０に示すように波長の異なる９つのピークが存在し、被測定光ファイバ１３Ｇに歪みが加わるとピーク波長の間隔をほぼ保ちながら上記９つのピーク波長が変化する。

【0178】

このように変化するピーク波長を対象とする本実施形態に係る光周波数領域反射測定原理について説明する。図１０において、被測定光ファイバ１３Ｇの歪みの量を示す横軸方向にそれぞれ適宜な幅の範囲Ａ〜Ｋを設定するとともに、ピーク波長の値を示す縦軸方向に、測定波長範囲を対象に領域ａ，ｂ，ｊ，ｋを設定し、さらにＰＲＢＳパターンに基づいてピーク波長の波長を変えるルール（０、＋１、−１）を設定することにより以下の測定が可能となる。

【0179】

すなわち、図１０に示す設定に基づいた本実施形態においては、歪み範囲Ａの領域では、λ１のみが測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｂの領域では、λ１とλ２が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｃ〜Ｉの領域では、少なくとも３つのピーク波長が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｊの領域では、λ８とλ９が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｋの領域では、λ９のみが測定され、それ以外は測定波長範囲外である。

【0180】

したがって、本実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｇにおいて、測定範囲外検出部２６Ｇは、図１０に示す関係特性、領域区分（歪み範囲Ａ〜Ｋ）、測定波長範囲の領域ａ，ｂ，ｊ，ｋ、およびＰＲＢＳパターンに基づいて波長を変えるルール等を含む検出条件データＤｓｇを保持することにより、以下の測定波長範囲外検出処理を行うことができる。

【0181】

すなわち、上記測定波長範囲外検出処理に際し、測定範囲外検出部２６Ｇは、ピーク波長検出部２５の出力を取込むと、上記検出条件データＤｓｇを参照して、まずピーク波長検出部２５により検出された重複配置ＦＢＧの反射光のピーク波長の個数を検出する。

【0182】

次いで、測定範囲外検出部２６Ｇは、検出されたピーク数が１の場合、測定波長範囲の領域ａにピークがある場合は範囲Ａと判断し、測定波長範囲の領域ｋにピークがある場合は範囲Ｋと判断する。ピーク数が２の場合は、長波長側のピークが測定波長範囲の領域ｂにある場合は範囲Ｂと判断し、長波長側のピークが測定波長範囲の領域ｊにある場合は範囲Ｊと判断する。

【0183】

また、ピーク数が３以上の場合、測定範囲外検出部２６Ｇは、測定された短波長側の２つのピーク間隔Δλｘが前述した等間隔の波長間隔（Δλｓ−Δλ１／２≦Δλｘ≦Δλｓ＋Δλ１／２）か、前述した等間隔より広い波長間隔（Δλｘ＞Δλｓ＋Δλ１／２）か、前述した等間隔より狭い波長間隔（Δλｘ＜Δλｓ−Δλ１／２）かを弁別してそれぞれ０，＋１，−１に変換する。

【0184】

また、測定範囲外検出部２６Ｇは、ＰＲＢＳパターンは段数分０が続くことは無いので２つのピーク間隔が（０，０）の場合は１１１に変換し、ピーク間隔が＋１の場合は０１に変換し、ピーク間隔が−１の場合は１０に変換し、ピーク間隔が０の場合は隣接するビットと同じ値に変換する。即ち、２つのピーク間隔が（０，＋１）の場合は００１に変換し、（＋１，０）の場合は０１１に変換し、（０，０）の場合は１１１に変換し、（０，−１）の場合は１１０に変換し、（−１，＋１）の場合は１０１に変換し、（＋１，−１）の場合は０１０に変換し、（−１，０）の場合は１００に変換する。

【0185】

次いで、測定範囲外検出部２６Ｇは、３ビットのパターンが００１の場合は範囲Ｃと判断し、０１１の場合は範囲Ｄと判断し、１１１の場合は範囲Ｅと判断し、１１０の場合は範囲Ｆと判断し、１０１の場合は範囲Ｇと判断し、０１０の場合は範囲Ｈと判断し、１００の場合は範囲Ｉと判断する。このように、３段ＰＲＢＳの特性により３ビットのパターンからＣ〜Ｉの７つの範囲を判断することができる。以上により範囲Ａ〜Ｋのいずれかを判断することができる。

【0186】

ピーク波長補正部２７Ｇでは、例えばλ１のピーク波長に換算する場合、範囲Ａでは測定されたピーク波長をそのまま出力し、範囲Ｂ，Ｃでは測定されたピーク波長のうち長波長側のピーク波長を出力し、範囲Ｄ〜Ｉでは測定されたピーク波長のうち短波長側から３つ目のピーク波長にλ１−λ２，λ１−λ３，・・・，λ１−λ７を加算して出力し、範囲Ｊ，Ｋでは測定されたピーク波長のうち長波長側のピーク波長にλ１−λ８，λ１−λ９を加算して出力する。

【0187】

同様にして、λ２〜λ９や（λ１＋λ９）／２に換算することもできる。ここではＰＲＢＳの段数に等しい数のピーク波長を測定したが、ＰＲＢＳの段数より多くの数のピーク波長を測定して範囲の判定をより確実にすることもできる。また、測定された複数のピーク波長の平均値を算出することにより、歪みの絶対値が小さい領域の測定精度が向上するようにすることもできる。そして、ＰＲＢＳの段数を増やすとＰＲＢＳの周期が長くなり、Δλｓ−Δλ１，Δλｓ，Δλｓ＋Δλ１の３値のピーク波長間隔を用いて更に歪み測定可能範囲を大きくすることができる。

【0188】

（第８の実施形態）
第８の実施形態では、上述したＰＲＢＳパターンに基づいて重複配置ＦＢＧの波長間隔を変えることにより歪み測定可能範囲を広げるものである。

【0189】

図１１は、第８の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。このグラフは、被測定光ファイバ１３Ｈが格子間隔の異なる１０個の重複配置ＦＢＧを含む構成を前提とし、この被測定光ファイバ１３Ｈの歪みと１０個の重複配置ＦＢＧに対応するピーク波長の変化量との関係特性がベースとなっている。さらに図１１には、上述したＰＲＢＳパターンにより波長間隔を変える処理に係るΔλ０，Δλ１，０，１等のパラメータも示されている。

【0190】

図１１において、格子間隔が異なる１０個の重複配置ＦＢＧの反射波長を長波長側から順にλ１〜λ１０とする。隣接する反射波長の間隔λ１−λ２，λ２−λ３，・・・，λ９−λ１０が、Δλ０またはΔλ１に設定され、Δλ０≠Δλ１である。式で表すと、

【数13】

となる。

【0191】

ここで、ｂ_ｉはＰＲＢＳのｉ番目のビットを表す。つまり、波長間隔Δλ０を０、Δλ１を１とみなすと、そのパターンがＰＲＢＳになっている。ここでは、例として３段のＰＲＢＳで００１１１０１００のパターンを図示している。なお、変形例としては、同じ３段のＰＲＢＳでも異なる位相のパターンにしても良い。

【0192】

上述したように、１０個の重複配置ＦＢＧを含む被測定光ファイバ１３Ｈを用いると、被測定光ファイバ１３Ｈからの反射光には、図１１に示すように波長の異なる１０個のピークが存在し、被測定光ファイバ１３Ｈに歪みが加わるとピーク波長の間隔をほぼ保ちながら上記１０個のピーク波長が変化する。

【0193】

このように変化するピーク波長を対象とする本実施形態に係る光周波数領域反射測定原理について説明する。図１１において、被測定光ファイバ１３Ｈの歪みの量を示す横軸方向にそれぞれ適宜な幅で範囲Ａ〜Ｍを設定するとともに、ピーク波長の値を示す縦軸方向に、測定波長範囲を対象に領域ａ，ｂ，ｃ，ｌ，ｍ，ｋを設定し、さらにＰＲＢＳパターンに基づいてピーク波長の波長間隔を変えるルール（０，１）を考慮することによって以下の測定が可能となる。

【0194】

すなわち、図１１に示す設定に基づいた本実施形態においては、歪み範囲Ａの領域では、λ１のみが測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｂの領域では、λ１とλ２が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｃの領域では、λ１，λ２，λ３が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｄ〜Ｊの領域では、少なくとも４つのピーク波長が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｋの領域では、λ８，λ９，λ１０が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｌの領域では、λ９とλ１０が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｍの領域では、λ１０のみが測定され、それ以外は測定波長範囲外である。

【0195】

したがって、本実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｈにおいて、測定範囲外検出部２６Ｈは、図１１に示す関係特性、領域区分（歪み範囲Ａ〜Ｍ）、測定波長範囲の領域ａ，ｂ，ｃ，ｌ，ｍ，ｋ、およびＰＲＢＳパターンに基づいて波長間隔を変えるルール等を含む検出条件データＤｓｈを保持することにより、以下の測定波長範囲外検出処理を行うことができる。

【0196】

すなわち、上記測定波長範囲外検出処理に際し、測定範囲外検出部２６Ｈは、ピーク波長検出部２５の出力を取込むと、上記検出条件データＤｓｈを参照して、まずピーク波長検出部２５により検出された重複配置ＦＢＧの反射光のピーク波長の個数を検出する。

【0197】

次いで、測定範囲外検出部２６Ｈは、検出されたピーク数が１の場合、測定波長範囲の領域ａにピークがある場合は範囲Ａと判断し、測定波長範囲の領域ｍにピークがある場合は範囲Ｍと判断する。ピーク数が２の場合は、長波長側のピークが測定波長範囲ｂの領域にある場合は範囲Ｂと判断し、長波長側のピークが測定波長範囲の領域ｌにある場合は範囲Ｌと判断する。ピーク数が３の場合は、長波長側のピークが測定波長範囲の領域ｃにある場合は範囲Ｃと判断し、長波長側のピークが測定波長範囲の領域ｋにある場合は範囲Ｋと判断する。

【0198】

また、測定範囲外検出部２６Ｈは、ピーク数が４以上の場合は、短波長側の３つのピーク間隔がΔλ０かΔλ１かを弁別（λ_i−λ_i+1＞（Δλ₀＋Δλ₁）／２が成り立つか否かを弁別）して０または１に変換し、そのパターンが００１の場合は範囲Ｄと判断し、０１１の場合は範囲Ｅと判断し、１１１の場合は範囲Ｆと判断し、１１０の場合は範囲Ｇと判断し、１０１の場合は範囲Ｈと判断し、０１０の場合は範囲Ｉと判断し、１００の場合は範Ｊと判断する。このように、３段ＰＲＢＳの特性により３つのピーク間隔のパターンからＤ〜Ｊの７つの範囲を判断することができる。以上により範囲Ａ〜Ｍのいずれかを判断することができる。

【0199】

ピーク波長補正部２７Ｈでは、例えばλ１のピーク波長に換算する場合、範囲Ａでは測定されたピーク波長をそのまま出力し、範囲Ｂ，Ｃ，Ｄでは測定されたピーク波長のうち長波長側のピーク波長を出力し、範囲Ｅ〜Ｊでは測定されたピーク波長のうち短波長側から４つ目のピーク波長にλ１−λ２，λ１−λ３，・・・，λ１−λ７を加算して出力し、範囲Ｋ〜Ｍでは測定されたピーク波長のうち長波長側のピーク波長にλ１−λ８，λ１−λ９，λ１−λ１０を加算して出力する。同様にしてλ２〜λ１０や（λ１＋λ１０）／２に換算することもできる。

【0200】

ここではＰＲＢＳの段数に等しい数のピーク波長間隔を測定したが、ＰＲＢＳの段数より多くの数のピーク波長間隔を測定して範囲の判定をより確実にすることもできる。また、測定された複数のピーク波長の平均値を算出することにより、歪みの絶対値が小さい領域の測定精度が向上するようにすることもできる。そして、ＰＲＢＳの段数を増やすとＰＲＢＳの周期が長くなり、Δλ０とΔλ１の２値のピーク波長間隔を用いて更に歪み測定可能範囲を大きくすることができる。

【0201】

（第９の実施形態）
ＰＲＢＳを用いた方法においても、反射波長の間隔の代わりに重複配置ＦＢＧの反射率を変えるようにすることも可能である。第９の実施形態では、ＰＲＢＳパターンに基づいて重複配置ＦＢＧの反射率を変えることにより歪み測定可能範囲を広げるものである。

【0202】

図１２は、第９の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。このグラフは、被測定光ファイバ１３Ｉが格子間隔の異なる９個の重複配置ＦＢＧを含む構成を前提とし、被測定光ファイバ１３Ｉの歪みと９個の重複配置ＦＢＧに対応するピーク波長の変化量との関係特性がベースとなっている。さらに図１２においては、上述したＰＲＢＳパターンにより反射率を変える処理に係る各ピーク波長の反射率（ｒ１〜ｒ９）や、＋３、０，−３等のパラメータも設定されている。

【0203】

図１２において、格子間隔が異なる９個の重複配置ＦＢＧの反射波長を長波長側から順にλ１〜λ９とし、これら反射波長の相対反射率を長波長側からｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，ｒ６，ｒ７，ｒ８，ｒ９（単位はｄＢ）とする。式で表すと、

【数14】

となる。

【0204】

ここで、ｂ_ｉはＰＲＢＳのｉ番目のビットを表し、Ｒ０＞Ｒ１とする。相対反射率ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，ｒ６，ｒ７，ｒ８，ｒ９は、例えば図１２のように０，０，−３，−３，−３，０，−３，０，０ｄＢに設定されている。相対反射率０ｄＢを０、−３ｄＢを１とみなすと、そのパターンがＰＲＢＳになっている。ここでは、例として３段のＰＲＢＳで００１１１０１００のパターンを図示している。同じ３段のＰＲＢＳでも異なる位相のパターンにしても良い。

【0205】

上述したように、９個の重複配置ＦＢＧを含む被測定光ファイバ１３Ｉを用いると、被測定光ファイバ１３Ｉからの反射光には、図１２に示すように波長の異なる９個のピークが存在し、被測定光ファイバ１３Ｉに歪みが加わるとピーク波長の間隔をほぼ保ちながら上記９個のピーク波長が変化する。

【0206】

このように変化するピーク波長を対象とする本実施形態に係る光周波数領域反射測定原理について説明する。図１２において、被測定光ファイバ１３Ｉの歪みの量を示す横軸方向にそれぞれ適宜な幅で範囲Ａ〜Ｋを設定するとともに、ピーク波長の値を示す縦軸方向に、測定波長範囲を対象に領域ａ，ｂ，ｊ，ｋを設定し、さらにＰＲＢＳパターンに基づいてピーク波長の反射率を変えるルール（−３，０、＋３）を考慮することによって以下の測定が可能となる。

【0207】

すなわち、図１２に示す設定に基づいた本実施形態においては、歪み範囲Ａの領域では、λ１のみが測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｂの領域では、λ１とλ２が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｃ〜Ｉの領域では、３つのピーク波長が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｊの領域では、λ８とλ９が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｋの領域では、λ９のみが測定され、それ以外は測定波長範囲外である。

【0208】

したがって、本実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｉにおいて、測定範囲外検出部２６Ｉは、図１２に示す関係特性、領域区分（歪み範囲Ａ〜Ｋ）、測定波長範囲の領域ａ，ｂ，ｊ，ｋ、およびＰＲＢＳパターンに基づいて反射率（ピーク強度）を変えるルール等を含む検出条件データＤｓｉを保持することにより、以下の測定波長範囲外検出処理を行うことができる。

【0209】

すなわち、上記測定波長範囲外検出処理に際し、測定範囲外検出部２６Ｉは、ピーク波長検出部２５の出力を取込むと、上記検出条件データＤｓｉを参照して、まずピーク波長検出部２５により検出された重複配置ＦＢＧの反射光のピーク波長の個数を検出する。

【0210】

次いで、測定範囲外検出部２６Ｉは、検出されたピーク数が１の場合は、測定波長範囲の領域ａにピークがある場合は範囲Ａと判断し、測定波長範囲の領域ｋにピークがある場合は範囲Ｋと判断する。ピーク数が２の場合は、長波長側のピークが測定波長範囲の領域ｂにある場合は範囲Ｂと判断し、長波長側のピークが測定波長範囲の領域ｊにある場合は範囲Ｊと判断する。

【0211】

ピーク数が３の場合、測定範囲外検出部２６Ｉは、３つのピーク強度から重複配置ＦＢＧの反射率を推定する。ピーク強度の絶対値によって重複配置ＦＢＧの反射率を推定することもできるが、被測定光ファイバ１３Ｉの曲げによって損失が発生しピーク強度が低下する場合があるため、ピーク強度の差（ｄＢ単位での差）を検出する方が望ましい。

【0212】

上記推定処理において、測定範囲外検出部２６Ｉは、２つのピーク強度差Δr_xがゼロ（（Ｒ１−Ｒ０）／２≦Δr_x≦（Ｒ０−Ｒ１）／２）か、正（Δr_x＞（Ｒ０−Ｒ１）／２）か、負（Δr_x＜（Ｒ１−Ｒ０）／２）かを弁別してそれぞれ０，＋３，−３に変換する。ＰＲＢＳは段数分０が連続することは無いので、２つのピーク強度差が（０，０）の場合は１１１に変換し、ピーク強度差が−３の場合は０１に変換し、ピーク強度差が＋３の場合は１０に変換し、ピーク強度差が０の場合は隣接するビットと同じ値に変換する。

【0213】

即ち、測定範囲外検出部２６Ｉは、２つのピーク強度差が（０，−３）の場合は００１に変換し、（−３，０）の場合は０１１に変換し、（０，０）の場合は１１１に変換し、（０，＋３）の場合は１１０に変換し、（＋３，−３）の場合は１０１に変換し、（−３，＋３）の場合は０１０に変換し、（＋３，０）の場合は１００に変換する。

【0214】

次いで、測定範囲外検出部２６Ｉは、３ビットのパターンが００１の場合は範囲Ｃと判断し、０１１の場合は範囲Ｄと判断し、１１１の場合は範囲Ｅと判断し、１１０の場合は範囲Ｆと判断し、１０１の場合は範囲Ｇと判断し、０１０の場合は範囲Ｈと判断し、１００の場合は範囲Ｉと判断する。このようにして３段ＰＲＢＳの特性により３つの反射率のパターンからＣ〜Ｉの７つの範囲を識別することができる。以上により範囲Ａ〜Ｋのいずれかを判断することができる。

【0215】

ピーク波長補正部２７Ｉでは、例えばλ１のピーク波長に換算する場合、範囲Ａでは測定されたピーク波長をそのまま出力し、範囲Ｂ，Ｃでは測定されたピーク波長のうち長波長側のピーク波長を出力し、範囲Ｄ〜Ｊでは測定されたピーク波長のうち長波長側のピーク波長にλ１−λ２，λ１−λ３，・・・，λ１−λ８を加算して出力し、範囲Ｋでは測定されたピーク波長にλ１−λ９を加算して出力する。

【0216】

同様にしてλ２〜λ９や（λ１＋λ９）／２に換算することもできる。また、反射率の高いピーク波長を採用したり、測定された複数のピーク波長の平均値を算出したり、反射率に応じて重みをつけて複数のピーク波長の平均値を算出したりすることにより、測定精度を向上させることもできる。そして、ＰＲＢＳの段数を増やすとＰＲＢＳの周期が長くなり、Ｒ１−Ｒ０と０とＲ０−Ｒ１の３値の反射率差を用いて更に歪み測定可能範囲を大きくすることができる。

【0217】

（第１０の実施形態）
第１０の実施形態では、ＰＲＢＳパターンに基づいて重複配置ＦＢＧの反射率差を変えることにより歪み測定可能範囲を広げるものである。

【0218】

図１３は、第１０の実施形態に係る測定波長範囲外検出条件を示すグラフである。このグラフは、被測定光ファイバ１３Ｊが格子間隔が異なる例えば１０個の重複配置ＦＢＧを含む構成を前提とし、被測定光ファイバ１３Ｊの歪みと１０個の重複配置ＦＢＧに対応するピーク波長の変化量との関係特性をベースとしている。さらに図１３には、上述したＰＲＢＳパターンにより反射率差を変える処理に係る各ピーク波長の反射率（ｒ１〜ｒ１０）およびこれらの反射率差に関するパラメータも示されている。

【0219】

図１３において、格子間隔が異なる１０個の重複配置ＦＢＧの反射波長を長波長側から順にλ１〜λ１０とし、これら反射波長の相対反射率を長波長側からｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，ｒ６，ｒ７，ｒ８，ｒ９，ｒ１０（単位はｄＢ）とする。また、隣接する反射波長の反射率差がΔＲ０またはΔＲ１に設定される。式で表すと、

【数15】

となる。

【0220】

ここで、ｂ_ｉはＰＲＢＳのｉ番目のビットを表し、ΔＲ０＞Ｒ１とする。また、例えば図１３のように、各重複配置ＦＢＧの相対反射率ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，ｒ６，ｒ７，ｒ８，ｒ９，ｒ１０を、−６，−３，０，−３，−６，−９，−６，−９，−６，−３ｄＢとすると、隣接する反射波長の反射率差は＋３，＋３，−３，−３，−３，＋３，−３，＋３，＋３ｄＢとなり、反射率差＋３ｄＢを０、−３ｄＢを１に対応させると００１１１０１００の３段のＰＲＢＳパターンになっている。同じ３段のＰＲＢＳでも異なる位相のパターンにしても良い。

【0221】

上述したように、１０個の重複配置ＦＢＧを含む被測定光ファイバ１３Jを用いると、被測定光ファイバ１３Jからの反射光には、図１３に示すように波長の異なる１０個のピークが存在し、被測定光ファイバ１３Jに歪みが加わるとピーク波長の間隔をほぼ保ちながら上記１０個のピーク波長が変化する。

【0222】

このように変化するピーク波長を対象とする本実施形態に係る光周波数領域反射測定原理について説明する。図１３において、被測定光ファイバ１３Jの歪みの量を示す横軸方向にそれぞれ適宜な幅で範囲Ａ〜Ｍを設定するとともに、ピーク波長の値を示す縦軸方向に、測定波長範囲を対象に領域ａ，ｂ，ｃ，ｋ，ｌ，ｍを設定し、さらにＰＲＢＳパターンに基づいてピーク波長の反射率差を変えるルール（＋３，−３，ｒ１〜ｒ１０）を考慮することによって以下の測定が可能となる。

【0223】

すなわち、図１３に示す設定に基づいた本実施形態においては、歪み範囲Ａの領域では、λ１のみが測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｂの領域では、λ１とλ２が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｃの領域では、λ１とλ２とλ３が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｄ〜Ｊの領域では、４つのピーク波長が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｋの領域では、λ８とλ９とλ１０が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｌの領域では、λ９とλ１０が測定され、それ以外は測定波長範囲外である。歪み範囲Ｍの領域では、λ１０のみが測定され、それ以外は測定波長範囲外である。

【0224】

したがって、本実施形態に係るＯＦＤＲ装置１Ｊにおいて、測定範囲外検出部２６Ｊは、図１３に示す関係特性、領域区分（歪み範囲Ａ〜Ｍ）、測定波長範囲の領域ａ，ｂ，ｃ，ｋ，ｌ，ｍ、およびＰＲＢＳパターンに基づいて反射率差を変えるルール等を含む検出条件データＤｓｊを保持することにより、以下の測定波長範囲外検出処理を行うことができる。

【0225】

すなわち、上記測定波長範囲外検出処理に際し、測定範囲外検出部２６Ｊは、ピーク波長検出部２５の出力を取込むと、上記検出条件データＤｓｊを参照して、まずピーク波長検出部２５により検出された重複配置ＦＢＧの反射光のピーク波長の個数を検出する。

【0226】

次いで、測定範囲外検出部２６Ｊは、検出されたピーク数が１の場合は、測定波長範囲の領域ａにピークがある場合は範囲Ａと判断し、測定波長範囲の領域ｍにピークがある場合は範囲Ｍと判断する。ピーク数が２の場合は、長波長側のピークが測定波長範囲の領域ｂにある場合は範囲Ｂと判断し、長波長側のピークが測定波長範囲の領域ｌにある場合は範囲Ｌと判断する。ピーク数が３の場合は、最も長波長側のピークが測定波長範囲の領域ｃにある場合は範囲Ｃと判断し、最も長波長側のピークが測定波長範囲の領域ｋにある場合は範囲Ｋと判断する。

【0227】

また、測定範囲外検出部２６Ｊは、ピーク数が４の場合は、波長が隣接するピーク強度の差から重複配置ＦＢＧの反射率を推定する。ピーク強度の絶対値によって重複配置ＦＢＧの反射率を推定することもできるが、被測定光ファイバ１３Ｊの曲げによって損失が発生しピーク強度が低下する場合があるため、ピーク強度の差（ｄＢ単位での差）を検出する方が望ましい。

【0228】

具体的に、測定範囲外検出部２６Ｊは、３つのピーク強度差Δr_xがΔＲ０かΔＲ１かを弁別（Δr_x＞（ΔＲ０＋ΔＲ１）／２が成り立つか否かを弁別）して０または１に変換し、そのパターンが００１の場合は範囲Ｄと判断し、０１１の場合は範囲Ｅと判断し、１１１の場合は範囲Ｆと判断し、１１０の場合は範囲Ｇと判断し、１０１の場合は範囲Ｈと判断し、０１０の場合は範囲Ｉと判断し、１００の場合は範囲Ｊと判断する。このようにして３段ＰＲＢＳの特性により３つの反射率差のパターンからＤ〜Ｊの７つの範囲を識別することができる。以上により範囲Ａ〜Ｍのいずれかを判断することができる。

【0229】

ピーク波長補正部２７Ｊでは、例えばλ１のピーク波長に換算する場合、範囲Ａでは測定されたピーク波長をそのまま出力し、範囲Ｂ〜Ｄでは測定されたピーク波長のうち長波長側のピーク波長を出力し、範囲Ｅ〜Ｌは測定されたピーク波長のうち長波長側のピーク波長にλ１−λ２，λ１−λ３，・・・，λ１−λ９を加算して出力し、範囲Ｍでは測定されたピーク波長にλ１−λ１０を加算して出力する。

【0230】

同様にして、λ２〜λ１０や（λ１＋λ１０）／２に換算することもできる。また、反射率の高いピーク波長を採用したり、測定された複数のピーク波長の平均値を算出したり、反射率に応じて重みをつけて複数のピーク波長の平均値を算出したりすることにより、測定精度を向上させることもできる。そして、ＰＲＢＳの段数を増やすとＰＲＢＳの周期が長くなり、ΔＲ０とΔＲ１の２値の反射率差を用いて更に歪み測定可能範囲を大きくすることができる。

【0231】

なお、本実施形態のように反射率差をＰＲＢＳパターンにする方法の他、第７、８および９の実施形態で述べた反射波長、反射波長間隔、反射率差をそれぞれＰＲＢＳパターンにする方法のいずれに関しても、ＰＲＢＳは３段に限られるものではなく、段数を増やすことによりＰＲＢＳパターンの周期が長くなり周期÷段数も大きくなるので、測定波長範囲をあまり広くすることなく歪み測定可能範囲を大幅に広くすることができる。

【0232】

また、必ずしもＰＲＢＳの周期の全部を使用する必要は無く、ＰＲＢＳの周期の一部分のみを必要に応じて使用しても良い。ＰＲＢＳの段数をどこまで増やすことができるかは、重複配置ＦＢＧの反射波長間隔を狭くしても分離して検出できるかによって決まり、スペクトログラムの波長分解能に依存する。重複配置ＦＢＧの反射波長または反射波長の間隔を変える方法では、最小の反射波長間隔によって重複配置ＦＢＧの反射波長数が決まるため、重複配置ＦＢＧの反射率または反射率差を変える方法の方が反射波長間隔が一定でＰＲＢＳの段数を増やしやすいという特徴を有する。

【0233】

また、上記の各実施形態においては、歪み測定可能範囲の両端付近の反射波長の数が少ない領域についても反射波長を検出して、歪みを測定するようにしているが、反射波長の数が少ない領域は使用せず、ピーク数を検出する処理を省略することもできる。反射波長の数が少ない領域を使用しない場合はその分歪み測定可能範囲が狭くなるが、ＰＲＢＳを用いた方法では前述のようにＰＲＢＳ段数を増やすことによりＰＲＢＳパターンの周期を長くして容易に歪み測定可能範囲を広くすることができる。

【0234】

また、図１に示すＯＦＤＲ装置１では、光合成分波器１２を、掃引光源１１からの出力光を２つに分岐し、その後に被測定光ファイバ１３からの反射光と基準光用光ファイバ１４で反射された掃引光源１１からの出力光の一部を入力して合波する光カプラで構成した例を挙げているが、この種の光合成分波機構は前述した光カプラに限られるものではない。

【0235】

図１４は、本発明の変形例に係るＯＦＤＲ装置１Ｋの構成を示すブロック図である。このＯＦＤＲ装置１Ｋは、図１に示したＯＦＤＲ装置１の光合成分波器１２と受光器２２を、それぞれ光合成分波器１２Ｋとバランス受光器２２Ｋに置き換えたものであり、それ以外の構成はＯＦＤＲ装置１と同様である。

【0236】

図１４に示すように、ＯＦＤＲ装置１Ｋにおいて、光合分波部１２Ｋは、第１の光カプラ１２１と、光サーキュレータ１２２と、第２の光カプラ１２３から構成されている。第１の光カプラ１２１と第２の光カプラ１２３の間の光路中には遅延ファイバ１４１が設けられている。また、反射波長検出部２０Ｋには、被測定光ファイバ１３からの反射光と遅延ファイバ１４１を通した掃引光源１１からの出力光との合波出力を受光するバランス受光器２２Ｋが設けられている。

【0237】

ＯＦＤＲ装置１Ｋにおいて、掃引光源１１の出力光は、光合分波部１２Ｋの第１の光カプラ１２１で２つに分岐され、一方は光サーキュレータ１２２の第１端子に入力された後、光サーキュレータ１２２の第２端子から出力され、被測定光ファイバ１３に導かれる。被測定光ファイバ１３からの反射光は、光サーキュレータ１２２の第２端子に入力された後、光サーキュレータ１２２の第３端子から出力される。

【0238】

被測定光ファイバ１３からの反射光と、第１の光カプラ１２１で分岐された光の他方（基準光）が第２の光カプラ１２３に入力されて合波され干渉する。第１の光カプラ１２１で分岐されて第２の光カプラ１２３で合波されるまでの基準光の経路長は、第１の光カプラ１２１で分岐され被測定光ファイバ１３の近端で反射して第２の光カプラ１２３で合波されるまでの経路長以下、または第１の光カプラ１２１で分岐され被測定光ファイバ１３の遠端で反射して第２の光カプラ１２３で合波されるまでの経路長以上になるように、遅延ファイバ１４１が挿入されている。

【0239】

光カプラ１２３から出力される２つの光は、干渉する光の位相が互いに逆位相となる。これらの２つの光をバランス受光器２２Ｋに入力して被測定光ファイバ１３からの反射光と基準光の干渉によるビート信号を検出する。バランス受信によって、干渉によるビート信号は振幅が２倍になり、２つの光に含まれる同相の雑音はキャンセルされ、ランダムな雑音は振幅が√２倍になるので、信号対雑音比が改善する。

【0240】

被測定光ファイバ１３からの反射光と基準光の偏波が直交して干渉信号が得られなくなる事態を避けるために、被測定光ファイバ１３側または基準光側の少なくとも一方に図示しない偏波コントローラを挿入して偏波を調整する、もしくは被測定光ファイバからの反射光の互いに直交する２つの偏波成分をそれぞれ検出する偏波ダイバーシティ受信を用いる場合がある。

【0241】

ＯＦＤＲ装置１Ｋの反射波長検出部２０ＫにおけるＡ／Ｄ変換器２３以降の構成は、図１と同じである。ＯＦＤＲ装置１Ｋも、ＯＦＤＲ装置１の構成（図１参照）と同様、被測定光ファイバ１３からの反射光と基準光の干渉によるビート信号を検出するものであり、同様にビート信号のスペクトログラムを算出した後、第１〜第１０の実施形態（図３〜図１３参照）に示したＯＦＤＲ方法を適用することが可能である。

【0242】

また、本発明の各実施形態で用いる被測定光ファイバ１３に含まれる重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・は、自光ファイバの歪みだけでなく温度の変化に応じてそれぞれのピーク波長が間隔をほぼ保ちながら変化する性質を有する。

【0243】

このため、本発明の変形例に係るＯＦＤＲ装置１〜１Ｋおよび方法においては、反射波長が異なり、自光ファイバの温度変化に応じてそれぞれのピーク波長が間隔をほぼ保ちながら変化する複数の重複した重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・を含む被測定光ファイバ１３を採用し、測定範囲外検出部２６が、被測定光ファイバ１３の温度変化に対する重複した各重複配置ＦＢＧ１３１ａ，１３１ｂ，・・・のピーク波長の変化の特性を示し、この特性中、ピーク波長の軸方向に所定の測定波長範囲が設定され、温度変化の軸方向に連続する複数の温度変化範囲が設定された検出条件データ（Ｄｓ）に基づき、ピーク波長検出部２５により検出された測定波長範囲内の重複配置ＦＢＧの反射波長から被測定光ファイバ１３の微小距離区間毎の温度が含まれる温度変化範囲を検出し、測定範囲外検出部２６による温度変化範囲および測定波長範囲内の重複配置ＦＢＧの反射波長の検出結果に基づいて被測定光ファイバ１３の温度分布を測定することも可能である。

【0244】

その他、本発明は、特許請求の範囲に記載した範囲内で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0245】

１，１Ｋ ＯＦＤＲ装置
１１ 掃引光源
１２，１２Ｋ 光合分波部
１３ 被測定光ファイバ
１３１，１３２，１３３ ＦＢＧ（ファイバブラッグ回折格子）
１３１ａ，１３１ｂ 重複配置ＦＢＧ
１３２ａ，１３２ｂ 重複配置ＦＢＧ
１３３ａ，１３３ｂ 重複配置ＦＢＧ
１４ 基準光用光ファイバ
１４ａ 反射膜（反射面）
２０，２０Ｋ 反射波長検出部
２１ 掃引波長範囲設定部
２２ 受光器
２２Ｋ バランス受光器
２３ Ａ／Ｄ変換器
２４ スペクトログラム算出部
２５ ピーク波長検出部
２６ 測定範囲外検出部
２７ ピーク波長補正部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】