(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022140381
(43)【公開日】2022-09-26
(54)【発明の名称】光学センサおよび物理量測定装置
(51)【国際特許分類】
G01D 5/353 20060101AFI20220915BHJP
G02B 6/26 20060101ALI20220915BHJP
G02B 6/36 20060101ALI20220915BHJP
【ＦＩ】
G01D5/353 A
G02B6/26
G02B6/36
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022036296
(22)【出願日】2022-03-09
(31)【優先権主張番号】P 2021040078
(32)【優先日】2021-03-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000150707
【氏名又は名称】長野計器株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】稲森 翔
(72)【発明者】
【氏名】坂本 歩
(72)【発明者】
【氏名】藤田 圭一
(72)【発明者】
【氏名】山手 勉
【テーマコード（参考）】
2F103
2H036
2H137
【Ｆターム（参考）】
2F103BA01
2F103BA02
2F103CA08
2F103EC09
2H036QA11
2H036QA17
2H036QA22
2H036QA23
2H137AA14
2H137AB15
2H137BA01
2H137BC53
2H137CA15A
2H137CA22E
2H137CA74
2H137CC01
2H137CC11
2H137HA05
(57)【要約】
【課題】高温や低温の環境下でも損傷を抑制することができる光学センサおよび物理量測定装置を提供する。
【解決手段】光学センサ１は、筒状に形成されるフェルール１０と、フェルール１０の内部に挿入され、フェルール１０と線膨張係数が同じ材料を用いて形成される光ファイバ２０と、光ファイバ２０と光学的に接続され、光透過性の反射素子３１を有して構成されるセンサヘッド３０と、を備え、フェルール１０と光ファイバ２０とは接合されており、フェルール１０の先端部に反射素子３１が設けられている。
【選択図】図２
【解決手段】光学センサ１は、筒状に形成されるフェルール１０と、フェルール１０の内部に挿入され、フェルール１０と線膨張係数が同じ材料を用いて形成される光ファイバ２０と、光ファイバ２０と光学的に接続され、光透過性の反射素子３１を有して構成されるセンサヘッド３０と、を備え、フェルール１０と光ファイバ２０とは接合されており、フェルール１０の先端部に反射素子３１が設けられている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状に形成されるフェルールと、
前記フェルールの内部に挿入され、前記フェルールと線膨張係数が同じ材料を用いて形成される光ファイバと、
前記光ファイバと光学的に接続され、光透過性の反射素子を有して構成されるセンサヘッドと、を備え、
前記フェルールと前記光ファイバとは接合されており、
前記フェルールの先端部に前記反射素子が設けられている
ことを特徴とする光学センサ。
前記フェルールの内部に挿入され、前記フェルールと線膨張係数が同じ材料を用いて形成される光ファイバと、
前記光ファイバと光学的に接続され、光透過性の反射素子を有して構成されるセンサヘッドと、を備え、
前記フェルールと前記光ファイバとは接合されており、
前記フェルールの先端部に前記反射素子が設けられている
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項2】
請求項１に記載の光学センサにおいて、
前記フェルールおよび前記光ファイバは、石英、または、サファイアを用いて形成されている
ことを特徴とする光学センサ。
前記フェルールおよび前記光ファイバは、石英、または、サファイアを用いて形成されている
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の光学センサにおいて、
前記反射素子は、誘電体単層膜、または、誘電体多層膜により構成されている
ことを特徴とする光学センサ。
前記反射素子は、誘電体単層膜、または、誘電体多層膜により構成されている
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項4】
請求項１または請求項２に記載の光学センサにおいて、
前記反射素子は、誘電体単結晶により構成されている
ことを特徴とする光学センサ。
前記反射素子は、誘電体単結晶により構成されている
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項5】
請求項３または請求項４に記載の光学センサにおいて、
前記反射素子は、前記光ファイバを介して光を入射して干渉光を出射するファブリペロー干渉膜として構成される
ことを特徴とする光学センサ。
前記反射素子は、前記光ファイバを介して光を入射して干渉光を出射するファブリペロー干渉膜として構成される
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項6】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光学センサにおいて、
前記センサヘッドは、前記反射素子と前記フェルールの先端部との間に介装され前記反射素子を支持する支持部を有する
ことを特徴とする光学センサ。
前記センサヘッドは、前記反射素子と前記フェルールの先端部との間に介装され前記反射素子を支持する支持部を有する
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項7】
請求項６に記載の光学センサにおいて、
前記支持部は、前記フェルールおよび前記光ファイバと線膨張係数が同じ材料を用いて形成されている
ことを特徴とする光学センサ。
前記支持部は、前記フェルールおよび前記光ファイバと線膨張係数が同じ材料を用いて形成されている
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項8】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光学センサにおいて、
前記フェルールと前記光ファイバとは、先端部で溶着されている
ことを特徴とする光学センサ。
前記フェルールと前記光ファイバとは、先端部で溶着されている
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項9】
光源と、
筒状に形成されるフェルールと、前記フェルールの内部に挿入され、前記フェルールと線膨張係数が同じ材料を用いて形成される光ファイバと、前記光ファイバと光学的に接続され、光透過性の反射素子を有して構成されるセンサヘッドと、を備える光学センサと、
前記光学センサから出力される干渉光から干渉信号を検出する光検出部と、
前記光検出部で検出された前記干渉信号から、被測定流体の物理量を算出する演算部とを備え、
前記フェルールと前記光ファイバとは接合されており、
前記フェルールの先端部に前記反射素子が設けられている
ことを特徴とする物理量測定装置。
筒状に形成されるフェルールと、前記フェルールの内部に挿入され、前記フェルールと線膨張係数が同じ材料を用いて形成される光ファイバと、前記光ファイバと光学的に接続され、光透過性の反射素子を有して構成されるセンサヘッドと、を備える光学センサと、
前記光学センサから出力される干渉光から干渉信号を検出する光検出部と、
前記光検出部で検出された前記干渉信号から、被測定流体の物理量を算出する演算部とを備え、
前記フェルールと前記光ファイバとは接合されており、
前記フェルールの先端部に前記反射素子が設けられている
ことを特徴とする物理量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学センサおよび物理量測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、フェルールの端部に、外的条件の変化に応じて入射光に対する反射スペクトルがシフトする反射手段が形成された光反射センサが知られている（例えば、特許文献１など）。
【0003】
特許文献１では、フェルールにおいて、反射手段が形成されていない側の端面が、光ファイバフェルールとの光学的接続が可能となるように研磨されている。これにより、このような光反射センサをアセンブリした後に、光反射センサと光ファイバフェルールとを接続することができるので、光反射センサのアセンブリを容易にすることができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１０－２０３８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１では、フェルールと、当該フェルールの内部に収納される光ファイバとを固定し、フェルール端部に反射手段が設けられている。この場合、このような光反射センサが高温や低温の環境下に曝されると、フェルールと光ファイバとの接合箇所や反射手段がフェルールと光ファイバとの線膨張係数の違いにより損傷してしまうおそれがある。そのため、高温や低温の環境下での物理量の測定が困難であるとの問題があった。
【0006】
本発明の目的は、高温や低温の環境下でも損傷を抑制することができる光学センサおよび物理量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の光学センサは、筒状に形成されるフェルールと、前記フェルールの内部に挿入され、前記フェルールと線膨張係数が同じ材料を用いて形成される光ファイバと、前記光ファイバと光学的に接続され、光透過性の反射素子を有して構成されるセンサヘッドと、を備え、前記フェルールと前記光ファイバとは接合されており、前記フェルールの先端部に前記反射素子が設けられていることを特徴とする。
【0008】
本発明では、フェルールと、当該フェルールに挿入される光ファイバとは、線膨張係数が同じ材料を用いて形成されている。そして、フェルールと光ファイバとは接合されている。そのため、光学センサが高温や低温の環境下に曝されたとしても、フェルールと光ファイバとは同様に膨張・収縮するので、フェルールと光ファイバとの接合部分が熱膨張差により損傷してしまうことを抑制できる。
【0009】
本発明の光学センサにおいて、前記フェルールおよび前記光ファイバは、石英、または、サファイアを用いて形成されていることが好ましい。
この構成では、フェルールおよび光ファイバが、物理的・化学的強度に優れる石英、または、サファイアを用いて形成されているので、高温や低温の環境下に曝されたとしても損傷することを抑制することができる。
この構成では、フェルールおよび光ファイバが、物理的・化学的強度に優れる石英、または、サファイアを用いて形成されているので、高温や低温の環境下に曝されたとしても損傷することを抑制することができる。
【0010】
本発明の光学センサにおいて、前記反射素子は、誘電体単層膜、または、誘電体多層膜により構成されていることが好ましい。
この構成では、反射素子が誘電体単層膜、または、誘電体多層膜により構成されるので、フェルールの先端部に反射素子を容易に取り付けることができる。
この構成では、反射素子が誘電体単層膜、または、誘電体多層膜により構成されるので、フェルールの先端部に反射素子を容易に取り付けることができる。
【0011】
本発明の光学センサにおいて、前記反射素子は、誘電体単結晶により構成されていることが好ましい。
この構成では、反射素子が誘電体単結晶により構成されているので、反射素子の物理的・化学的強度を高くすることができる。
この構成では、反射素子が誘電体単結晶により構成されているので、反射素子の物理的・化学的強度を高くすることができる。
【0012】
本発明の光学センサにおいて、前記反射素子は、前記光ファイバを介して光を入射して干渉光を出射するファブリペロー干渉膜として構成されることが好ましい。
この構成では、反射素子が干渉光を出射するファブリペロー干渉膜として構成されるので、当該干渉光を解析することで反射素子に作用する物理量を高い精度で測定することができる。
この構成では、反射素子が干渉光を出射するファブリペロー干渉膜として構成されるので、当該干渉光を解析することで反射素子に作用する物理量を高い精度で測定することができる。
【0013】
本発明の光学センサにおいて、前記センサヘッドは、前記反射素子と前記フェルールの先端部との間に介装され前記反射素子を支持する支持部を有することが好ましい。
この構成では、センサヘッドは、反射素子と当該反射素子を支持する支持部を有する。そのため、反射素子を支持部で支持させた状態で、当該支持部をフェルールに取り付けることができる。そのため、光学センサの組み立てを容易にすることができる。
この構成では、センサヘッドは、反射素子と当該反射素子を支持する支持部を有する。そのため、反射素子を支持部で支持させた状態で、当該支持部をフェルールに取り付けることができる。そのため、光学センサの組み立てを容易にすることができる。
【0014】
本発明の光学センサにおいて、前記支持部は、前記フェルールおよび前記光ファイバと線膨張係数が同じ材料を用いて形成されていることが好ましい。
この構成では、支持部がフェルールおよび光ファイバと線膨張係数が同じ材料を用いて形成される。そのため、光学センサが高温や低温の環境下に曝されたとしても、支持部はフェルールおよび光ファイバと同様に膨張・収縮するので、支持部とフェルールおよび光ファイバの接合部分において、熱膨張差に起因する損傷を抑制することができる。
この構成では、支持部がフェルールおよび光ファイバと線膨張係数が同じ材料を用いて形成される。そのため、光学センサが高温や低温の環境下に曝されたとしても、支持部はフェルールおよび光ファイバと同様に膨張・収縮するので、支持部とフェルールおよび光ファイバの接合部分において、熱膨張差に起因する損傷を抑制することができる。
【0015】
本発明の光学センサにおいて、前記フェルールと前記光ファイバとは、先端部で溶着されていることが好ましい。
この構成では、フェルールと光ファイバとは接着剤等を介して接合されているわけではなく先端部で溶着されているので、フェルールと光ファイバとの溶着部分が熱膨張差により損傷してしまうことを抑制できる。
この構成では、フェルールと光ファイバとは接着剤等を介して接合されているわけではなく先端部で溶着されているので、フェルールと光ファイバとの溶着部分が熱膨張差により損傷してしまうことを抑制できる。
【0016】
本発明の物理量測定装置は、光源と、筒状に形成されるフェルールと、前記フェルールの内部に挿入され、前記フェルールと線膨張係数が同じ材料を用いて形成される光ファイバと、前記光ファイバと光学的に接続され、光透過性の反射素子を有して構成されるセンサヘッドと、を備える光学センサと、前記光学センサから出力される干渉光から干渉信号を検出する光検出部と、前記光検出部で検出された前記干渉信号から、被測定流体の物理量を算出する演算部とを備え、前記フェルールと前記光ファイバとは接合されており、前記フェルールの先端部に前記反射素子が設けられていることを特徴とする。
本発明では、上記した効果と同様の効果を得ることができる。
本発明では、上記した効果と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態の物理量測定装置１００の概略構成を示す図である。
図１に示すように、物理量測定装置１００は、光学センサ１と、広帯域光源２と、光ケーブル３と、受光器４と、サーキュレータ７とを備える。
本実施形態では、光学センサ１は、被測定流体の温度を検出可能に構成されたセンサである。光学センサ１の詳細については後述する。
本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態の物理量測定装置１００の概略構成を示す図である。
図１に示すように、物理量測定装置１００は、光学センサ１と、広帯域光源２と、光ケーブル３と、受光器４と、サーキュレータ７とを備える。
本実施形態では、光学センサ１は、被測定流体の温度を検出可能に構成されたセンサである。光学センサ１の詳細については後述する。
【0019】
［広帯域光源２］
広帯域光源２は、広帯域な波長の光を放出する。なお、広帯域光源２は、本発明の光源の一例である。
本実施形態では、広帯域光源２は、例えば、ＳＣ（Super Continuum）光源であり、１２００ｎｍ～１６００ｎｍ程度の波長領域の光を放出可能に構成されている。なお、広帯域光源２は、上記構成に限られるものではなく、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源やＳＬＤ（Super luminescent diode）光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）
光源等を組み合わせたものであってもよく、また、チューナブルレーザーのように広帯域を掃引する狭帯域光源であってもよい。さらに、広帯域光源２は、例示した波長領域よりも広い波長領域の光を放出可能に構成されていてもよく、あるいは、例示した波長領域よりも狭い波長領域の光を放出可能に構成されていてもよい。
広帯域光源２は、広帯域な波長の光を放出する。なお、広帯域光源２は、本発明の光源の一例である。
本実施形態では、広帯域光源２は、例えば、ＳＣ（Super Continuum）光源であり、１２００ｎｍ～１６００ｎｍ程度の波長領域の光を放出可能に構成されている。なお、広帯域光源２は、上記構成に限られるものではなく、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源やＳＬＤ（Super luminescent diode）光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）
光源等を組み合わせたものであってもよく、また、チューナブルレーザーのように広帯域を掃引する狭帯域光源であってもよい。さらに、広帯域光源２は、例示した波長領域よりも広い波長領域の光を放出可能に構成されていてもよく、あるいは、例示した波長領域よりも狭い波長領域の光を放出可能に構成されていてもよい。
【0020】
［光ケーブル３］
光ケーブル３は、所謂マルチモード光ファイバや保護部材等を備えて構成され、広帯域光源２から放出される光が入射される。そして、光ケーブル３は、広帯域光源２から放出された光を光学センサ１に伝送する。また、光ケーブル３は、光学センサ１から出力された干渉光を受光器４に伝送する。なお、光ケーブル３は、マルチモード光ファイバを備えて構成されるものに限られるものではなく、例えば、シングルモード光ファイバを備えて構成されていてもよい。
光ケーブル３は、所謂マルチモード光ファイバや保護部材等を備えて構成され、広帯域光源２から放出される光が入射される。そして、光ケーブル３は、広帯域光源２から放出された光を光学センサ１に伝送する。また、光ケーブル３は、光学センサ１から出力された干渉光を受光器４に伝送する。なお、光ケーブル３は、マルチモード光ファイバを備えて構成されるものに限られるものではなく、例えば、シングルモード光ファイバを備えて構成されていてもよい。
【0021】
［サーキュレータ７］
サーキュレータ７は、広帯域光源２から放出された光を入射して、光学センサ１に送る。また、サーキュレータ７は、光学センサ１から出力された干渉光を入射して、受光器４に送る。
なお、サーキュレータ７は、上記構成に限られず、例えば、ビームスプリッタから構成されていてもよい。
サーキュレータ７は、広帯域光源２から放出された光を入射して、光学センサ１に送る。また、サーキュレータ７は、光学センサ１から出力された干渉光を入射して、受光器４に送る。
なお、サーキュレータ７は、上記構成に限られず、例えば、ビームスプリッタから構成されていてもよい。
【0022】
【0023】
［フェルール１０］
フェルール１０は、円筒状に形成され、内部に光ファイバ２０および光ケーブル３が挿入されている。そして、フェルール１０は、先端側にセンサヘッド３０が設けられている。また、フェルール１０の基端側は、接着剤Ａにて光ケーブル３に接着され、かつ、封止されている。
本実施形態では、フェルール１０は石英を用いて形成されている。
フェルール１０は、円筒状に形成され、内部に光ファイバ２０および光ケーブル３が挿入されている。そして、フェルール１０は、先端側にセンサヘッド３０が設けられている。また、フェルール１０の基端側は、接着剤Ａにて光ケーブル３に接着され、かつ、封止されている。
本実施形態では、フェルール１０は石英を用いて形成されている。
【0024】
［光ファイバ２０］
光ファイバ２０は、コアおよびクラッドを有する所謂光ファイバとして構成され、フェルール１０の内部に挿入されている。本実施形態では、光ファイバ２０は、基端側が光ケーブル３に光学的に接続され、先端側がセンサヘッド３０に光学的に接続される。これにより、光ファイバ２０は、光ケーブル３を介して入射される光をセンサヘッド３０に伝送するとともに、センサヘッド３０から出射された干渉光を光ケーブル３に伝送する。
また、本実施形態では、光ファイバ２０は、フェルール１０と同様に、石英を用いて形成されている。すなわち、光ファイバ２０は、フェルール１０と線膨張係数が同じ材料を用いて形成されている。そして、光ファイバ２０とフェルール１０とは、先端部の溶着部分Ｍで溶着されている。すなわち、光ファイバ２０およびフェルール１０は、溶融することで接合されている。そのため、例えば、光学センサ１が高温や低温の環境下に曝されたとしても、フェルール１０と光ファイバ２０とは同様に膨張・収縮する上、フェルール１０と光ファイバ２０とは接着剤等を介して接合されているわけではないので、フェルール１０と光ファイバ２０との溶着部分Ｍが損傷してしまうことを抑制できる。
さらに、本実施形態では、フェルール１０および光ファイバ２０は、物理的・化学的強度に優れる石英を用いて形成されているので、高温や低温の環境下に曝されたとしても損傷することを抑制することができる。
なお、フェルール１０および光ファイバ２０は、上記構成に限られるものではなく、例えば、フェルール１０と光ファイバ２０の溶着箇所は先端部に限られるものではない。また、フェルール１０と光ファイバ２０とが接着剤等を介して接合される場合も本発明に含まれる。
光ファイバ２０は、コアおよびクラッドを有する所謂光ファイバとして構成され、フェルール１０の内部に挿入されている。本実施形態では、光ファイバ２０は、基端側が光ケーブル３に光学的に接続され、先端側がセンサヘッド３０に光学的に接続される。これにより、光ファイバ２０は、光ケーブル３を介して入射される光をセンサヘッド３０に伝送するとともに、センサヘッド３０から出射された干渉光を光ケーブル３に伝送する。
また、本実施形態では、光ファイバ２０は、フェルール１０と同様に、石英を用いて形成されている。すなわち、光ファイバ２０は、フェルール１０と線膨張係数が同じ材料を用いて形成されている。そして、光ファイバ２０とフェルール１０とは、先端部の溶着部分Ｍで溶着されている。すなわち、光ファイバ２０およびフェルール１０は、溶融することで接合されている。そのため、例えば、光学センサ１が高温や低温の環境下に曝されたとしても、フェルール１０と光ファイバ２０とは同様に膨張・収縮する上、フェルール１０と光ファイバ２０とは接着剤等を介して接合されているわけではないので、フェルール１０と光ファイバ２０との溶着部分Ｍが損傷してしまうことを抑制できる。
さらに、本実施形態では、フェルール１０および光ファイバ２０は、物理的・化学的強度に優れる石英を用いて形成されているので、高温や低温の環境下に曝されたとしても損傷することを抑制することができる。
なお、フェルール１０および光ファイバ２０は、上記構成に限られるものではなく、例えば、フェルール１０と光ファイバ２０の溶着箇所は先端部に限られるものではない。また、フェルール１０と光ファイバ２０とが接着剤等を介して接合される場合も本発明に含まれる。
【0025】
［センサヘッド３０］
センサヘッド３０は、フェルール１０および光ファイバ２０の先端部に設けられており、前述したように、光ファイバ２０と光学的に接続されている。本実施形態では、センサヘッド３０は反射素子３１を有している。
反射素子３１は、入射された光の一部を透過する光透過性を有しており、入射された光の一部を反射する。本実施形態では、反射素子３１は、誘電体の単層膜として構成されている。そのため、反射素子３１をフェルール１０の先端部に容易に取り付けることができる。
また、本実施形態では、反射素子３１は、第１反射面３１１と、第２反射面３１２とを有する。
センサヘッド３０は、フェルール１０および光ファイバ２０の先端部に設けられており、前述したように、光ファイバ２０と光学的に接続されている。本実施形態では、センサヘッド３０は反射素子３１を有している。
反射素子３１は、入射された光の一部を透過する光透過性を有しており、入射された光の一部を反射する。本実施形態では、反射素子３１は、誘電体の単層膜として構成されている。そのため、反射素子３１をフェルール１０の先端部に容易に取り付けることができる。
また、本実施形態では、反射素子３１は、第１反射面３１１と、第２反射面３１２とを有する。
【0026】
第１反射面３１１は、光ファイバ２０から入射された光の一部を反射する。また、第２反射面３１２は、光ファイバ２０から入射された光の一部を反射する。そして、第１反射面３１１と第２反射面３１２とにより反射された光同士が干渉することにより、反射素子３１から干渉光が出力される。
また、反射素子３１は、上記構成に限られるものではなく、例えば、複数の誘電体層を重ねた誘電体多層膜として構成されていてもよい。
また、反射素子３１は、上記構成に限られるものではなく、例えば、複数の誘電体層を重ねた誘電体多層膜として構成されていてもよい。
【0027】
図１に戻って、受光器４は、光学センサ１から出力された干渉光を入射して、当該干渉光に応じた物理量を演算する。受光器４は、光検出部５と、ＭＰＵ６とを有する。
【0028】
光検出部５は、図示略の光検出素子、光電変換機、増幅器、ＡＤ変換器などを備えて構成され、入射された干渉光を検出して、干渉信号を出力する。
【0029】
ＭＰＵ６は、所謂Micro Processing Unitであり、光検出部５から出力される干渉信号を入力して、当該干渉信号に応じた物理量を演算する。本実施形態では、ＭＰＵ６は、公知の演算方法により、干渉信号から物理量を測定する。すなわち、ＭＰＵ６は、干渉信号から干渉縞を求める。そして、ＭＰＵ６は、干渉縞の周期的な強度変化から、位相変化を算出する。ＭＰＵ６は、この位相変化と物理量との相関関係を予め求めておくことで、位相変化に応じた物理量を算出する。なお、ＭＰＵ６は、本発明の演算部の一例である。
【0030】
以上のような第１実施形態では、次の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、フェルール１０と、当該フェルール１０に挿入される光ファイバ２０とは、線膨張係数が同じ材料を用いて形成されている。そして、フェルール１０と光ファイバ２０とは先端部で溶着されている。そのため、光学センサ１が高温や低温の環境下に曝されたとしても、フェルール１０と光ファイバ２０とは同様に膨張・収縮するので、フェルール１０と光ファイバ２０との溶着部分Ｍが熱膨張差により損傷してしまうことを抑制できる。
（１）本実施形態では、フェルール１０と、当該フェルール１０に挿入される光ファイバ２０とは、線膨張係数が同じ材料を用いて形成されている。そして、フェルール１０と光ファイバ２０とは先端部で溶着されている。そのため、光学センサ１が高温や低温の環境下に曝されたとしても、フェルール１０と光ファイバ２０とは同様に膨張・収縮するので、フェルール１０と光ファイバ２０との溶着部分Ｍが熱膨張差により損傷してしまうことを抑制できる。
【0031】
（２）本実施形態では、フェルール１０および光ファイバ２０が、物理的・化学的強度に優れる石英を用いて形成されているので、高温や低温の環境下に曝されたとしても損傷することを抑制することができる。
【0032】
（３）本実施形態では、反射素子３１が誘電体単層膜により構成されるので、フェルール１０の先端部に反射素子３１を容易に取り付けることができる。
【0033】
（４）本実施形態では、フェルール１０と光ファイバ２０とは接着剤等を介して接合されているわけではなく先端部で溶着されているので、フェルール１０と光ファイバ２０との溶着部分Ｍが熱膨張差により損傷してしまうことを抑制できる。
【0034】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図面に基づいて説明する。
第２実施形態では、センサヘッド３０Ａは、反射素子３１Ａを支持する支持部３２Ａを有する点で第１実施形態と異なる。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一または同様の構成には同一符号を付し、説明を省略する。
次に、本発明の第２実施形態について図面に基づいて説明する。
第２実施形態では、センサヘッド３０Ａは、反射素子３１Ａを支持する支持部３２Ａを有する点で第１実施形態と異なる。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一または同様の構成には同一符号を付し、説明を省略する。
【0035】
【0036】
［光ファイバ２０Ａ］
光ファイバ２０Ａは、前述した第１実施形態の光ファイバ２０と同様に、コアおよびクラッドを有する所謂光ファイバとして構成される。本実施形態では、光ファイバ２０Ａは、第１光ファイバ２１Ａと、第２光ファイバ２２Ａとを有している。
光ファイバ２０Ａは、前述した第１実施形態の光ファイバ２０と同様に、コアおよびクラッドを有する所謂光ファイバとして構成される。本実施形態では、光ファイバ２０Ａは、第１光ファイバ２１Ａと、第２光ファイバ２２Ａとを有している。
【0037】
第１光ファイバ２１Ａは、前述した第１実施形態の光ファイバ２０と同様に、石英を用いて形成されている。すなわち、第１光ファイバ２１Ａは、フェルール１０と線膨張係数が同じ材料を用いて形成されている。
本実施形態では、第１光ファイバ２１Ａは、フェルール１０に挿入されており、基端側が光ケーブル３に光学的に接続され、先端側が第２光ファイバ２２Ａに光学的に接続される。そして、第１光ファイバ２１Ａとフェルール１０とは、先端部の第１溶着部分Ｍ１で溶着されている。
本実施形態では、第１光ファイバ２１Ａは、フェルール１０に挿入されており、基端側が光ケーブル３に光学的に接続され、先端側が第２光ファイバ２２Ａに光学的に接続される。そして、第１光ファイバ２１Ａとフェルール１０とは、先端部の第１溶着部分Ｍ１で溶着されている。
【0038】
第２光ファイバ２２Ａは、前述した第１光ファイバ２１Ａと同様に、石英を用いて形成されている。
本実施形態では、第２光ファイバ２２Ａは、後述するセンサヘッド３０Ａの支持部３２Ａに挿入されており、基端側が第１光ファイバ２１Ａに光学的に接続され、先端側がセンサヘッド３０Ａの反射素子３１Ａに光学的に接続される。そして、第２光ファイバ２２Ａと支持部３２Ａとは、基端部の第２溶着部分Ｍ２および先端部の第３溶着部分Ｍ３で溶着されている。
本実施形態では、第２光ファイバ２２Ａは、後述するセンサヘッド３０Ａの支持部３２Ａに挿入されており、基端側が第１光ファイバ２１Ａに光学的に接続され、先端側がセンサヘッド３０Ａの反射素子３１Ａに光学的に接続される。そして、第２光ファイバ２２Ａと支持部３２Ａとは、基端部の第２溶着部分Ｍ２および先端部の第３溶着部分Ｍ３で溶着されている。
【0039】
［センサヘッド３０Ａ］
センサヘッド３０Ａは、前述した第１実施形態のセンサヘッド３０と同様に、フェルール１０および光ファイバ２０Ａの先端部に設けられている。そして、センサヘッド３０Ａは、前述したように、光ファイバ２０Ａの第２光ファイバ２２Ａと光学的に接続されている。本実施形態では、センサヘッド３０Ａは、反射素子３１Ａと、支持部３２Ａとを有している。
センサヘッド３０Ａは、前述した第１実施形態のセンサヘッド３０と同様に、フェルール１０および光ファイバ２０Ａの先端部に設けられている。そして、センサヘッド３０Ａは、前述したように、光ファイバ２０Ａの第２光ファイバ２２Ａと光学的に接続されている。本実施形態では、センサヘッド３０Ａは、反射素子３１Ａと、支持部３２Ａとを有している。
【0040】
反射素子３１Ａは、前述した第１実施形態の反射素子３１と同様に、誘電体の単層膜として構成されており、入射された光の一部を反射する。
本実施形態では、反射素子３１Ａは、支持部３２Ａの先端部に取り付けられている。そして、反射素子３１Ａは、第１反射面３１１Ａと、第２反射面３１２Ａとを有する。
第１反射面３１１Ａは、第２光ファイバ２２Ａから入射された光の一部を反射する。また、第２反射面３１２Ａは、第２光ファイバ２２Ａから入射された光の一部を反射する。そして、第１反射面３１１Ａと第２反射面３１２Ａとにより反射された光同士が干渉することにより、反射素子３１Ａから干渉光が出力される。
本実施形態では、反射素子３１Ａは、支持部３２Ａの先端部に取り付けられている。そして、反射素子３１Ａは、第１反射面３１１Ａと、第２反射面３１２Ａとを有する。
第１反射面３１１Ａは、第２光ファイバ２２Ａから入射された光の一部を反射する。また、第２反射面３１２Ａは、第２光ファイバ２２Ａから入射された光の一部を反射する。そして、第１反射面３１１Ａと第２反射面３１２Ａとにより反射された光同士が干渉することにより、反射素子３１Ａから干渉光が出力される。
【0041】
支持部３２Ａは、フェルール１０と同径の円筒状に形成され、内部に第２光ファイバ２２Ａが挿入されている。そして、支持部３２Ａは、先端側に反射素子３１Ａが設けられ、基端側がフェルール１０に溶着されている。すなわち、支持部３２Ａは、反射素子３１Ａとフェルール１０の先端部との間に介装され、反射素子３１Ａを支持している。
このように、本実施形態では、反射素子３１Ａは支持部３２Ａに支持されるので、反射素子３１Ａを支持部３２Ａで支持させた状態で、当該支持部３２Ａをフェルール１０に取り付けることができる。これにより、光学センサ１Ａの製造工程において、反射素子３１Ａ、支持部３２Ａ、および、第２光ファイバ２２Ａのアセンブリを予め大量に製造しておき、光学センサ１Ａの需要に合わせて、当該アセンブリをフェルール１０に取り付けることができる。そのため、光学センサ１Ａの組み立てを容易にすることができる。
このように、本実施形態では、反射素子３１Ａは支持部３２Ａに支持されるので、反射素子３１Ａを支持部３２Ａで支持させた状態で、当該支持部３２Ａをフェルール１０に取り付けることができる。これにより、光学センサ１Ａの製造工程において、反射素子３１Ａ、支持部３２Ａ、および、第２光ファイバ２２Ａのアセンブリを予め大量に製造しておき、光学センサ１Ａの需要に合わせて、当該アセンブリをフェルール１０に取り付けることができる。そのため、光学センサ１Ａの組み立てを容易にすることができる。
【0042】
また、本実施形態では、支持部３２Ａは、フェルール１０および光ファイバ２０Ａと同様に、石英を用いて形成されている。すなわち、支持部３２Ａは、フェルール１０および光ファイバ２０Ａと線膨張係数が同じ材料を用いて形成されている。そして、前述したように、支持部３２Ａ、フェルール１０、および、光ファイバ２０Ａは、第１溶着部分Ｍ１、第２溶着部分Ｍ２、および、第３溶着部分Ｍ３で溶着されている。そのため、例えば、光学センサ１Ａが高温や低温の環境下に曝されたとしても、支持部３２Ａ、フェルール１０、および、光ファイバ２０Ａは同様に膨張・収縮する上、支持部３２Ａ、フェルール１０、および、光ファイバ２０Ａは接着剤等を介して接合されているわけではないので、第１溶着部分Ｍ１、第２溶着部分Ｍ２、および、第３溶着部分Ｍ３が損傷してしまうことを抑制できる。
さらに、本実施形態では、支持部３２Ａ、フェルール１０、および、光ファイバ２０Ａは、物理的・化学的強度に優れる石英を用いて形成されているので、高温や低温の環境下に曝されたとしても損傷することを抑制することができる。
さらに、本実施形態では、支持部３２Ａ、フェルール１０、および、光ファイバ２０Ａは、物理的・化学的強度に優れる石英を用いて形成されているので、高温や低温の環境下に曝されたとしても損傷することを抑制することができる。
【0043】
以上のような第２実施形態では、次の効果を奏することができる。
（５）本実施形態では、センサヘッド３０Ａは、反射素子３１Ａと当該反射素子３１Ａを支持する支持部３２Ａを有する。そのため、反射素子３１Ａを支持部３２Ａで支持させた状態で、当該支持部３２Ａをフェルール１０に取り付けることができる。そのため、光学センサ１Ａの組み立てを容易にすることができる。
（５）本実施形態では、センサヘッド３０Ａは、反射素子３１Ａと当該反射素子３１Ａを支持する支持部３２Ａを有する。そのため、反射素子３１Ａを支持部３２Ａで支持させた状態で、当該支持部３２Ａをフェルール１０に取り付けることができる。そのため、光学センサ１Ａの組み立てを容易にすることができる。
【0044】
（６）本実施形態では、支持部３２Ａがフェルール１０および光ファイバ２０Ａと線膨張係数が同じ材料を用いて形成される。そのため、光学センサ１Ａが高温や低温の環境下に曝されたとしても、支持部３２Ａはフェルール１０および光ファイバ２０Ａと同様に膨張するので、支持部３２Ａとフェルール１０および光ファイバ２０の第１～第３溶着部分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３において、熱膨張差に起因する損傷を抑制することができる。
【0045】
［変形例］
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記第１実施形態では、フェルール１０および光ファイバ２０は石英を用いて形成されていたが、これに限定されない。例えば、フェルールおよび光ファイバはサファイアを用いて形成されていてもよく、線膨張係数が同じ材料を用いて形成されていればよい。
同様に、前記第２実施形態では、支持部３２Ａ、フェルール１０、および、光ファイバ２０Ａは、石英を用いて形成されていたが、これに限定されない。例えば、支持部、フェルール、および、光ファイバはサファイアを用いて形成されていてもよく、線膨張係数が同じ材料を用いて形成されていればよい。
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記第１実施形態では、フェルール１０および光ファイバ２０は石英を用いて形成されていたが、これに限定されない。例えば、フェルールおよび光ファイバはサファイアを用いて形成されていてもよく、線膨張係数が同じ材料を用いて形成されていればよい。
同様に、前記第２実施形態では、支持部３２Ａ、フェルール１０、および、光ファイバ２０Ａは、石英を用いて形成されていたが、これに限定されない。例えば、支持部、フェルール、および、光ファイバはサファイアを用いて形成されていてもよく、線膨張係数が同じ材料を用いて形成されていればよい。
【0046】
前記各実施形態では、反射素子３１，３１Ａは、第１反射面３１１，３１１Ａと第２反射面３１２，３１２Ａとにより反射された光同士が干渉することにより干渉光を出力するように構成されていたが、これに限定されない。例えば、反射素子は、第１反射面と第２反射面とにより光が多重反射され、多重反射された光同士が干渉するファブリペロー干渉膜として構成されていてもよい。このように構成することで、当該干渉光を解析することで反射素子に作用する物理量を高い精度で測定することができる。
【0047】
前記各実施形態では、光ケーブル３は、所謂光ファイバで構成されていたが、これに限定されない。例えば、光ケーブルは、結晶材料等から形成される光透過性を有する部材から構成されていてもよい。
【0048】
前記各実施形態では、フェルール１０は円筒状に形成されていたが、これに限定されない。例えば、フェルール１０は、四角筒や六角筒等の角筒状に形成されていてもよい。
同様に、前記第２実施形態では、支持部３２Ａは円筒状に形成されていたが、これに限定されない。例えば、支持部３２Ａは、四角筒や六角筒等の角筒状に形成されていてもよい。
同様に、前記第２実施形態では、支持部３２Ａは円筒状に形成されていたが、これに限定されない。例えば、支持部３２Ａは、四角筒や六角筒等の角筒状に形成されていてもよい。
【0049】
前記各実施形態では、反射素子３１，３１Ａは誘電体膜として構成されていたが、これに限定されない。例えば、反射素子は、石英やサファイアを用いて形成される光学素子として構成されていてもよい。すなわち、反射素子は、誘電体単結晶膜により構成されていてもよい。このように構成することで、反射素子の物理的・化学的強度を高くすることができる。
【0050】
前記各実施形態では、光学センサ１，１Ａは、被測定流体の温度を検出可能に構成されていたが、これに限定されない。例えば、光学センサは、被測定流体の圧力や歪み等の物理量を検出可能に構成されていてもよい。
【符号の説明】
【0051】
１，１Ａ…光学センサ、２…広帯域光源、３…光ケーブル、４…受光器、５…光検出部、６…ＭＰＵ（演算部）、７…サーキュレータ、１０…フェルール、２０，２０Ａ…光ファイバ、２１Ａ…第１光ファイバ、２２Ａ…第２光ファイバ、３０，３０Ａ…センサヘッド、３１，３１Ａ…反射素子、３２Ａ…支持部、１００…物理量測定装置、３１１，３１１Ａ…第１反射面、３１２，３１２Ａ…第２反射面、Ａ…接着剤、Ｍ…溶着部分、Ｍ１…第１溶着部分、Ｍ２…第２溶着部分、Ｍ３…第３溶着部分。
【図1】
【図2】
【図3】