(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】
(24)【登録日】2023-01-05
(45)【発行日】2023-01-16
(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】
G01L 11/02 20060101AFI20230106BHJP
【ＦＩ】
G01L11/02
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021527692
(86)(22)【出願日】2020-06-24
(86)【国際出願番号】 JP2020024836
(87)【国際公開番号】W WO2020262460
(87)【国際公開日】2020-12-30
【審査請求日】2021-12-01
(31)【優先権主張番号】P 2019116954
(32)【優先日】2019-06-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【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】坂本 歩
(72)【発明者】
【氏名】藤田 圭一
(72)【発明者】
【氏名】山手 勉
(72)【発明者】
【氏名】小川 顕
【審査官】岡田 卓弥
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１７７１３２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３１８２７３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２００７－５３２８７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－１０３６３３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ ７／００－２３／３２
Ｇ０１Ｌ２７／００－２７／０２
Ｇ０１Ｂ ９／００－１１／３０
Ｇ０１Ｋ１１／００－１１／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状に形成される金属製の基部と、前記基部の内部に挿入される光導波路と、
前記基部に接合されて前記光導波路と光学的に接続され、単結晶アルミナから形成されるセンサヘッドと、を有し、
前記センサヘッドには、前記光導波路から導入される光の一部を反射する第１反射面と、前記第１反射面と対向して設けられ前記光導波路から導入される光の一部を反射する第２反射面とを有し、前記第１反射面に反射された光と前記第２反射面に反射された光とを干渉させた第１干渉光を前記光導波路に出力する第１キャビティが設けられる
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、前記基部は、前記単結晶アルミナと線膨張係数の近い金属から形成される
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、前記第１反射面と前記第２反射面との間の距離は、被測定流体の圧力に依存する
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項4】
請求項３に記載の光学センサにおいて、前記センサヘッドには、前記光導波路から導入される光の一部を反射する第３反射面と、前記第３反射面と対向して設けられ前記光導波路から導入される光の一部を反射する第４反射面とを有し、前記第３反射面に反射された光と前記第４反射面に反射された光とを干渉させた第２干渉光を前記光導波路に出力する第２キャビティが設けられ、
前記第３反射面と前記第４反射面との間の距離は、被測定流体の温度に依存する
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項5】
請求項４に記載の光学センサにおいて、前記センサヘッドは、前記センサヘッドの先端側に配置され、被測定流体と接触する接触面を有し、
前記センサヘッドにおいて、前記第１キャビティは、前記第２キャビティよりも前記接触面側に設けられる
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項6】
請求項３に記載の光学センサにおいて、前記光導波路と光学的に接続され、前記光導波路と前記センサヘッドとの間に配置される誘電体膜を備え、
前記誘電体膜は、前記光導波路から導入される光の一部を反射する第５反射面と、前記第５反射面と対向して設けられ前記光導波路から導入される光の一部を反射する第６反射面とを有し、前記第５反射面に反射された光と前記第６反射面に反射された光とを干渉させた第３干渉光を前記光導波路に出力し、
前記第５反射面と前記第６反射面との間の距離は、被測定流体の温度に依存する
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項7】
請求項３に記載の光学センサにおいて、前記センサヘッドは、前記第１反射面および前記第２反射面と平行とされ前記光導波路から導入される光の一部を反射する端面を有し、前記第１反射面または前記第２反射面に反射された光と前記端面に反射された光とを干渉させた第４干渉光を前記光導波路に出力し、
前記第１反射面または前記第２反射面と前記端面との間の距離は、被測定流体の温度に依存する
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、前記基部と前記センサヘッドとは直接接合される
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項9】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光学センサにおいて、前記基部と前記センサヘッドとは、接合部材を介して接合される
ことを特徴とする光学センサ。
【請求項10】
光源と、筒状に形成される金属製の基部と、前記光源と光学的に接続され、前記基部の内部に挿入される光導波路と、前記基部の端部に接合されて前記光導波路と光学的に接続され、単結晶アルミナから形成されるセンサヘッドとを有する光学センサと、
光検出部と、
演算部とを備え、
前記センサヘッドには、前記光導波路から導入される光の一部を反射する第１反射面と、前記第１反射面と対向して設けられ前記光導波路から導入される光の一部を反射する第２反射面とを有し、前記第１反射面に反射された光と前記第２反射面に反射された光との第１干渉光を出力する第１キャビティが設けられ、
前記光検出部は、前記第１キャビティから出力される前記第１干渉光から第１干渉信号を検出し、
前記演算部は、前記光検出部で検出された前記第１干渉信号から、被測定流体の物理量を算出する
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】
特許文献１の光学センサでは、センサヘッドにキャビティを設け、当該キャビティの第１反射面および第２反射面により、光ファイバから導入された光を反射させ、反射光を干渉させることで干渉光を得ている。そして、当該干渉光を解析することで、圧力や温度等の物理量を測定可能としている。また、特許文献１の光学センサでは、センサヘッドおよび当該センサヘッドを支持する基部を、物理的・化学的強度の高いサファイアから形成している。これにより、高温・高圧の被測定流体を測定可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許出願公開第２００９／０１５１４２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１では、センサヘッドおよび基部をサファイアから形成するため、例えば、センサヘッドおよび基部を金属から形成する場合に比べて、加工がしにくいといった問題があった。
【0005】
本発明の目的は、物理的・化学的強度を高くでき、かつ、加工しやすく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】
【0006】
本発明の光学センサは、筒状に形成される金属製の基部と、前記基部の内部に挿入される光導波路と、前記基部に接合されて前記光導波路と光学的に接続され、単結晶アルミナから形成されるセンサヘッドと、を有し、前記センサヘッドには、前記光導波路から導入される光の一部を反射する第１反射面と、前記第１反射面と対向して設けられ前記光導波路から導入される光の一部を反射する第２反射面とを有し、前記第１反射面に反射された光と前記第２反射面に反射された光とを干渉させた第１干渉光を前記光導波路に出力する第１キャビティが設けられることを特徴とする。
【0007】
本発明では、被測定流体に接触するセンサヘッドには、第１反射面に反射された光と第２反射面に反射された光との第１干渉光を光導波路に出力する第１キャビティが設けられる。そのため、当該第１干渉光を解析することにより、例えば、被測定流体の圧力や温度等の物理量を検出することができる。
また、センサヘッドが、物理的・化学的強度の高いサファイア等の単結晶アルミナから形成される。これにより、被測定流体が高温・高圧であっても、センサヘッドが損傷してしまうことを防ぐことができる。さらに、センサヘッドが接合される基部が金属から形成されるので、基部をサファイア等から形成する場合に比べて、加工をしやすくでき、かつ、製造コストを抑えることができる。したがって、光学センサの物理的・化学的強度を高くでき、かつ、加工しやすくできる。
また、センサヘッドが、物理的・化学的強度の高いサファイア等の単結晶アルミナから形成される。これにより、被測定流体が高温・高圧であっても、センサヘッドが損傷してしまうことを防ぐことができる。さらに、センサヘッドが接合される基部が金属から形成されるので、基部をサファイア等から形成する場合に比べて、加工をしやすくでき、かつ、製造コストを抑えることができる。したがって、光学センサの物理的・化学的強度を高くでき、かつ、加工しやすくできる。
【0008】
本発明の光学センサにおいて、前記基部は、前記単結晶アルミナと線膨張係数の近い金属から形成されていてもよい。
この構成では、基部を、サファイア（線膨張係数： 7.0～8.0×10-6/℃）等の単結晶アルミナに線膨張係数が近い金属、例えば、線膨張係数が5.0～9.0×10-6/℃の金属から形成する。具体的には、チタン（線膨張係数：8.4×10-6/℃）、ニッケル合金（線膨張係数：5.0～7.0×10-6/℃）、チタン合金（線膨張係数：8.0～9.0×10-6/℃）等が例示される。これにより、センサヘッドおよび基部が高温に曝されて熱膨張したとしても、両者の線膨張係数は近いため、センサヘッドと基部との接合面において、熱膨張による熱応力を抑制できる。したがって、熱膨張による接合面の損傷を抑制することができる。
この構成では、基部を、サファイア（線膨張係数： 7.0～8.0×10-6/℃）等の単結晶アルミナに線膨張係数が近い金属、例えば、線膨張係数が5.0～9.0×10-6/℃の金属から形成する。具体的には、チタン（線膨張係数：8.4×10-6/℃）、ニッケル合金（線膨張係数：5.0～7.0×10-6/℃）、チタン合金（線膨張係数：8.0～9.0×10-6/℃）等が例示される。これにより、センサヘッドおよび基部が高温に曝されて熱膨張したとしても、両者の線膨張係数は近いため、センサヘッドと基部との接合面において、熱膨張による熱応力を抑制できる。したがって、熱膨張による接合面の損傷を抑制することができる。
【0009】
本発明の光学センサにおいて、前記第１反射面と前記第２反射面との間の距離は、被測定流体の圧力に依存してもよい。
この構成では、第１キャビティから出力される第１干渉光は、主に被測定流体の圧力に依存するので、当該第１干渉光を解析することにより、被測定流体の圧力を検出することができる。
この構成では、第１キャビティから出力される第１干渉光は、主に被測定流体の圧力に依存するので、当該第１干渉光を解析することにより、被測定流体の圧力を検出することができる。
【0010】
本発明の光学センサにおいて、前記センサヘッドには、前記光導波路から導入される光の一部を反射する第３反射面と、前記第３反射面と対向して設けられ前記光導波路から導入される光の一部を反射する第４反射面とを有し、前記第３反射面に反射された光と前記第４反射面に反射された光とを干渉させた第２干渉光を前記光導波路に出力する第２キャビティが設けられ、前記第３反射面と前記第４反射面との間の距離は、被測定流体の温度に依存してもよい。
この構成では、センサヘッドには、第３反射面に反射された光と第４反射面に反射された光との干渉光を光ファイバに出力する第２キャビティが設けられる。そして、第３反射面と第４反射面との間の距離は、主に被測定流体の温度に依存する。すなわち、第２キャビティは温度測定用のキャビティである。
これにより、第２キャビティから出力される第２干渉光は被測定流体の温度に依存する。そのため、当該第２干渉光を解析することにより、第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができ、圧力の測定精度を向上できる。
この構成では、センサヘッドには、第３反射面に反射された光と第４反射面に反射された光との干渉光を光ファイバに出力する第２キャビティが設けられる。そして、第３反射面と第４反射面との間の距離は、主に被測定流体の温度に依存する。すなわち、第２キャビティは温度測定用のキャビティである。
これにより、第２キャビティから出力される第２干渉光は被測定流体の温度に依存する。そのため、当該第２干渉光を解析することにより、第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができ、圧力の測定精度を向上できる。
【0011】
本発明の光学センサにおいて、前記センサヘッドは、前記センサヘッドの先端側に配置され、被測定流体と接触する接触面を有し、前記センサヘッドにおいて、前記第１キャビティは、前記第２キャビティよりも前記接触面側に設けられていてもよい。
この構成では、第１キャビティは、センサヘッドにおいて第２キャビティよりも接触面側に設けられる。すなわち、第１キャビティは、被測定流体と接触する箇所のより近くに設けられる。そのため、被測定流体の圧力による第１反射面と第２反射面との間の距離の変化をより大きくできるので、第１キャビティからの干渉光による圧力検出の精度を高くできる。
この構成では、第１キャビティは、センサヘッドにおいて第２キャビティよりも接触面側に設けられる。すなわち、第１キャビティは、被測定流体と接触する箇所のより近くに設けられる。そのため、被測定流体の圧力による第１反射面と第２反射面との間の距離の変化をより大きくできるので、第１キャビティからの干渉光による圧力検出の精度を高くできる。
【0012】
本発明の光学センサにおいて、前記光導波路と光学的に接続され、前記光導波路と前記センサヘッドとの間に配置される誘電体膜を備え、前記誘電体膜は、前記光導波路から導入される光の一部を反射する第５反射面と、前記第５反射面と対向して設けられ前記光導波路から導入される光の一部を反射する第６反射面とを有し、前記第５反射面に反射された光と前記第６反射面に反射された光とを干渉させた第３干渉光を前記光導波路に出力し、前記第５反射面と前記第６反射面との間の距離は、被測定流体の温度に依存することが好ましい。
この構成では、光導波路から導入される光の一部を反射する第５反射面と、第５反射面と対向して設けられ光導波路から導入される光の一部を反射する第６反射面とを有する誘電体膜を備える。そして、第５反射面と第６反射面との間の距離は、主に被測定流体の温度に依存する。
これにより、誘電体膜から出力される第３干渉光は被測定流体の温度に依存する。そのため、当該第３干渉光を解析することにより、第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができ、圧力の測定精度を向上できる。
さらに、センサヘッドに温度測定用のキャビティを設けなくても温度補償することができるので、センサヘッドの加工を容易にできる。
この構成では、光導波路から導入される光の一部を反射する第５反射面と、第５反射面と対向して設けられ光導波路から導入される光の一部を反射する第６反射面とを有する誘電体膜を備える。そして、第５反射面と第６反射面との間の距離は、主に被測定流体の温度に依存する。
これにより、誘電体膜から出力される第３干渉光は被測定流体の温度に依存する。そのため、当該第３干渉光を解析することにより、第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができ、圧力の測定精度を向上できる。
さらに、センサヘッドに温度測定用のキャビティを設けなくても温度補償することができるので、センサヘッドの加工を容易にできる。
【0013】
本発明の光学センサにおいて、前記センサヘッドは、前記第１反射面および前記第２反射面と平行とされ前記光導波路から導入される光の一部を反射する端面を有し、前記第１反射面または前記第２反射面に反射された光と前記端面に反射された光とを干渉させた第４干渉光を前記光導波路に出力し、前記第１反射面または前記第２反射面と前記端面との間の距離は、被測定流体の温度に依存することが好ましい。
この構成では、センサヘッドは、第１反射面および第２反射面と平行とされ光導波路から導入される光の一部を反射する端面を有し、第１反射面または第２反射面に反射された光と前記端面に反射された光とを干渉させた第４干渉光を光導波路に出力する。そして、第１反射面または第２反射面と端面との間の距離は、被測定流体の温度に依存する。
これにより、誘電体膜から出力される第４干渉光は被測定流体の温度に依存する。そのため、当該第４干渉光を解析することにより、第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができ、圧力の測定精度を向上できる。
さらに、センサヘッドに温度測定用のキャビティを設けなくても温度補償することができるので、センサヘッドの加工を容易にできる。
この構成では、センサヘッドは、第１反射面および第２反射面と平行とされ光導波路から導入される光の一部を反射する端面を有し、第１反射面または第２反射面に反射された光と前記端面に反射された光とを干渉させた第４干渉光を光導波路に出力する。そして、第１反射面または第２反射面と端面との間の距離は、被測定流体の温度に依存する。
これにより、誘電体膜から出力される第４干渉光は被測定流体の温度に依存する。そのため、当該第４干渉光を解析することにより、第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができ、圧力の測定精度を向上できる。
さらに、センサヘッドに温度測定用のキャビティを設けなくても温度補償することができるので、センサヘッドの加工を容易にできる。
【0014】
本発明の光学センサにおいて、前記基部と前記センサヘッドとは直接接合されていてもよい。
この構成では、基部とセンサヘッドとの間に、両者を接合させるための部材が存在しないので、このような部材が高温や高圧によって損傷するおそれがない。そのため、光学センサの物理的・化学的強度を高くできる。
この構成では、基部とセンサヘッドとの間に、両者を接合させるための部材が存在しないので、このような部材が高温や高圧によって損傷するおそれがない。そのため、光学センサの物理的・化学的強度を高くできる。
【0015】
本発明の光学センサにおいて、前記基部と前記センサヘッドとは、接合部材を介して、接合されていてもよい。
この構成では、基部とセンサヘッドとの間に、両者を接合させるための接合部材が介在する。そのため、例えば、基部の線膨張係数とセンサヘッドの線膨張係数とが異なることにより、両者の接合部分に熱応力が作用したとしても、当該熱応力を接合部材により逃がすことができる。そのため、熱応力によって基部とセンサヘッドとの接合部分が損傷することを抑制できる。
この構成では、基部とセンサヘッドとの間に、両者を接合させるための接合部材が介在する。そのため、例えば、基部の線膨張係数とセンサヘッドの線膨張係数とが異なることにより、両者の接合部分に熱応力が作用したとしても、当該熱応力を接合部材により逃がすことができる。そのため、熱応力によって基部とセンサヘッドとの接合部分が損傷することを抑制できる。
【0016】
本発明の物理量測定装置は、光源と、筒状に形成される金属製の基部と、前記光源と光学的に接続され、前記基部の内部に挿入される光導波路と、前記基部の端部に接合されて前記光導波路と光学的に接続され、単結晶アルミナから形成されるセンサヘッドとを有する光学センサと、光検出部と、演算部とを備え、前記センサヘッドには、前記光導波路から導入される光の一部を反射する第１反射面と、前記第１反射面と対向して設けられ前記光導波路から導入される光の一部を反射する第２反射面とを有し、前記第１反射面に反射された光と前記第２反射面に反射された光との第１干渉光を出力する第１キャビティが設けられ、前記光検出部は、前記第１キャビティから出力される前記第１干渉光から第１干渉信号を検出し、前記演算部は、前記光検出部で検出された前記第１干渉信号から、被測定流体の物理量を算出す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】
【図1】本発明の第１実施形態に係る物理量測定装置の概略構成を示す図。
【図2】前記実施形態の光学センサの一部を破断した断面図。
【図3】前記実施形態のセンサヘッドの分解断面図。
【図4】第２実施形態の光学センサの一部を破断した断面図。
【図5】第３実施形態の光学センサの一部を破断した断面図。
【図6】第４実施形態の光学センサの一部を破断した断面図。
【図7】第５実施形態の光学センサの一部を破断した断面図。
【図8】変形例のセンサヘッドの分解断面図。
【図9】別の変形例の光学センサの一部を破断した断面図。
【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。
光学センサ１は、被測定流体の圧力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。
光学センサ１は、被測定流体の圧力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から出力された第１干渉光および第２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から出力された第１干渉光および第２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】
［基部１０］
基部１０は、金属製であり、基部本体部１１と、工具係合部１２とを備える。
ここで、本実施形態では、基部１０は、サファイアと線膨張係数の近い金属であるチタンから形成される。具体的には、サファイアの線膨張係数が7.0～8.0×10-6/℃であるのに対して、チタンの線膨張係数は8.4×10-6/℃であり、両者の線膨張係数は非常に近い。
基部１０は、金属製であり、基部本体部１１と、工具係合部１２とを備える。
ここで、本実施形態では、基部１０は、サファイアと線膨張係数の近い金属であるチタンから形成される。具体的には、サファイアの線膨張係数が7.0～8.0×10-6/℃であるのに対して、チタンの線膨張係数は8.4×10-6/℃であり、両者の線膨張係数は非常に近い。
【0024】
基部本体部１１は、円筒状に形成され、内部に貫通孔１１１が形成される。また、基部本体部１１は、大径部１１２と小径部１１３とを備える。なお、基部本体部１１は、円筒状に形成されることに限らず、例えば、多角筒状に形成されていてもよい。
大径部１１２は、一方の端部に工具係合部１２が設けられ、他方の端部に小径部１１３が設けられる。また、大径部１１２の周囲には、被接続部Ｎの雌ねじ部と螺合可能な雄ねじ部１１４が設けられている。
小径部１１３は、大径部１１２よりも直径が小さくなるように形成されている。小径部１１３の先端側には、センサヘッド３０が接合されている。ここで、本実施形態では、小径部１１３とセンサヘッド３０とは直接接合されている。直接接合としては、例えば、ＡＤＢ（Atomic Diffusion Bonding：原子拡散接合）、ＳＡＢ（Surface-activated Bonding：表面活性化接合）、熱拡散接合等が挙げられる。
また、基部本体部１１は、上記構成に限定されるものではない。例えば、基部本体部１１には、小径部１１３が設けられていなくてもよい。この場合、基部本体部１１は、一方の端部から他方の端部に亘って、径が変化しないように形成されていてもよい。
さらに、基部本体部１１には、雄ねじ部１１４が形成されていなくてもよい。この場合、基部本体部１１は被接続部Ｎに、例えば、溶接により取り付けられていてもよい。
工具係合部１２は、基部１０の中心から径方向に延出して形成されており、スパナ等の工具と係合可能とされている。
大径部１１２は、一方の端部に工具係合部１２が設けられ、他方の端部に小径部１１３が設けられる。また、大径部１１２の周囲には、被接続部Ｎの雌ねじ部と螺合可能な雄ねじ部１１４が設けられている。
小径部１１３は、大径部１１２よりも直径が小さくなるように形成されている。小径部１１３の先端側には、センサヘッド３０が接合されている。ここで、本実施形態では、小径部１１３とセンサヘッド３０とは直接接合されている。直接接合としては、例えば、ＡＤＢ（Atomic Diffusion Bonding：原子拡散接合）、ＳＡＢ（Surface-activated Bonding：表面活性化接合）、熱拡散接合等が挙げられる。
また、基部本体部１１は、上記構成に限定されるものではない。例えば、基部本体部１１には、小径部１１３が設けられていなくてもよい。この場合、基部本体部１１は、一方の端部から他方の端部に亘って、径が変化しないように形成されていてもよい。
さらに、基部本体部１１には、雄ねじ部１１４が形成されていなくてもよい。この場合、基部本体部１１は被接続部Ｎに、例えば、溶接により取り付けられていてもよい。
工具係合部１２は、基部１０の中心から径方向に延出して形成されており、スパナ等の工具と係合可能とされている。
【0025】
［光ファイバ部材２０］
光ファイバ部材２０は、基部本体部１１の貫通孔１１１に配置される。本実施形態では、光ファイバ部材２０は、所謂マルチモード光ファイバから構成され、光ケーブル３を構成する光ファイバと連続的に設けられている。これにより、光ファイバ部材２０は、広帯域光源２と光学的に接続されている。なお、光ファイバ部材２０は、光ケーブル３を構成する光ファイバと連続的に設けられることに限られるものではなく、例えば、コネクタ等によって光ケーブル３を構成する光ファイバと接続されていてもよい。
そして、光ファイバ部材２０は、光ケーブル３から入射した光をセンサヘッド３０に伝送する。また、光ファイバ部材２０は、センサヘッド３０から出力された干渉光を光ケーブル３に伝送する。なお、光ファイバ部材２０は、本発明の光導波路の一例である。
また、光ファイバ部材２０は、マルチモード光ファイバから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から構成されていてもよい。
光ファイバ部材２０は、基部本体部１１の貫通孔１１１に配置される。本実施形態では、光ファイバ部材２０は、所謂マルチモード光ファイバから構成され、光ケーブル３を構成する光ファイバと連続的に設けられている。これにより、光ファイバ部材２０は、広帯域光源２と光学的に接続されている。なお、光ファイバ部材２０は、光ケーブル３を構成する光ファイバと連続的に設けられることに限られるものではなく、例えば、コネクタ等によって光ケーブル３を構成する光ファイバと接続されていてもよい。
そして、光ファイバ部材２０は、光ケーブル３から入射した光をセンサヘッド３０に伝送する。また、光ファイバ部材２０は、センサヘッド３０から出力された干渉光を光ケーブル３に伝送する。なお、光ファイバ部材２０は、本発明の光導波路の一例である。
また、光ファイバ部材２０は、マルチモード光ファイバから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から構成されていてもよい。
【0026】
［センサヘッド３０］
センサヘッド３０は、単結晶アルミナであるサファイアから円柱状に形成されている。本実施形態では、センサヘッド３０は、第１キャビティ３１と、第２キャビティ３２と、接触面３３と、接合面３４とを有する。第１キャビティ３１および第２キャビティ３２は、接触面３３側から見た平面視において、内部が真空とされた同心円の円柱状に形成される。
接触面３３は、センサヘッド３０の先端側に配置されており、被測定流体と接触する面である。
接合面３４は、センサヘッド３０の基部１０側に配置されており、小径部１１３と接合する面である。
センサヘッド３０は、単結晶アルミナであるサファイアから円柱状に形成されている。本実施形態では、センサヘッド３０は、第１キャビティ３１と、第２キャビティ３２と、接触面３３と、接合面３４とを有する。第１キャビティ３１および第２キャビティ３２は、接触面３３側から見た平面視において、内部が真空とされた同心円の円柱状に形成される。
接触面３３は、センサヘッド３０の先端側に配置されており、被測定流体と接触する面である。
接合面３４は、センサヘッド３０の基部１０側に配置されており、小径部１１３と接合する面である。
【0027】
図３は、センサヘッド３０の分解断面図である。
図３に示すように、センサヘッド３０は、第１センサヘッド部３５と、第２センサヘッド部３６と、第３センサヘッド部３７とを備える。
第１センサヘッド部３５には、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）により、第１凹部３５１が円柱状に形成されている。同様に、第３センサヘッド部３７には、例えば、ＭＥＭＳにより、第２凹部３７１が円柱状に形成されている。ここで、第１凹部３５１および第２凹部３７１は同心円状に形成されている。
そして、センサヘッド３０は、真空状態において、第１センサヘッド部３５、第２センサヘッド部３６、および第３センサヘッド部３７がフュージョンボンディングにより接合されて形成される。すなわち、第１凹部３５１により第１キャビティ３１が形成され、第２凹部３７１により第２キャビティ３２が形成される。これにより、本実施形態では、第１キャビティ３１および第２キャビティ３２の内部は真空状態になっている。
なお、第１凹部３５１および第２凹部３７１は、ＭＥＭＳにより形成されることに限られるものではなく、例えば、レーザー加工等の機械加工により形成されていてもよい。また、第１センサヘッド部３５、第２センサヘッド部３６、および第３センサヘッド部３７は、フュージョンボンディングにより接合されることに限られるものではなく、例えば、ＡＤＢやＳＡＢにより接合されていてもよい。さらに、第１キャビティ３１および第２キャビティ３２の内部は真空状態であることに限られるものではなく、例えば、空気等が存在していてもよい。また、第１キャビティ３１および第２キャビティ３２と、貫通孔１１１とが、連通孔等により連通することで、ゲージ圧を測定可能に構成されていてもよい。
図３に示すように、センサヘッド３０は、第１センサヘッド部３５と、第２センサヘッド部３６と、第３センサヘッド部３７とを備える。
第１センサヘッド部３５には、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）により、第１凹部３５１が円柱状に形成されている。同様に、第３センサヘッド部３７には、例えば、ＭＥＭＳにより、第２凹部３７１が円柱状に形成されている。ここで、第１凹部３５１および第２凹部３７１は同心円状に形成されている。
そして、センサヘッド３０は、真空状態において、第１センサヘッド部３５、第２センサヘッド部３６、および第３センサヘッド部３７がフュージョンボンディングにより接合されて形成される。すなわち、第１凹部３５１により第１キャビティ３１が形成され、第２凹部３７１により第２キャビティ３２が形成される。これにより、本実施形態では、第１キャビティ３１および第２キャビティ３２の内部は真空状態になっている。
なお、第１凹部３５１および第２凹部３７１は、ＭＥＭＳにより形成されることに限られるものではなく、例えば、レーザー加工等の機械加工により形成されていてもよい。また、第１センサヘッド部３５、第２センサヘッド部３６、および第３センサヘッド部３７は、フュージョンボンディングにより接合されることに限られるものではなく、例えば、ＡＤＢやＳＡＢにより接合されていてもよい。さらに、第１キャビティ３１および第２キャビティ３２の内部は真空状態であることに限られるものではなく、例えば、空気等が存在していてもよい。また、第１キャビティ３１および第２キャビティ３２と、貫通孔１１１とが、連通孔等により連通することで、ゲージ圧を測定可能に構成されていてもよい。
【0028】
図２に戻って、第１キャビティ３１は、第１反射面３１１と、第２反射面３１２とを有する。第１反射面３１１は、光ファイバ部材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、第１反射面３１１に対向して設けられ、光ファイバ部材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、第１キャビティ３１から第１干渉光が出力される。なお、第１キャビティ３１は、第１反射面３１１と第２反射面３１２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ように構成されていてもよい。
【0029】
ここで、第１キャビティ３１において、第１反射面３１１と第２反射面３１２との間の距離は、被測定流体の圧力および温度に依存する。すなわち、第１キャビティ３１は、被測定流体の圧力および温度に応じて、第１干渉光を出力する。
また、第１キャビティ３１は、第２キャビティ３２よりも接触面３３側に配置されている。さらに、第１キャビティ３１は、第２キャビティ３２よりも径が大きくなるように形成されている。これにより、第１キャビティ３１と接触面３３との間の部材は、被測定流体の圧力によって、より撓みやすくなっている。これにより、第１キャビティ３１において、第１反射面３１１と第２反射面３１２との間の距離は、被測定流体の圧力によってより変化しやすくなっている。すなわち、第１キャビティ３１から出力される第１干渉光は、主に被測定流体の圧力によって影響を受ける。そのため、第１キャビティ３１は、圧力測定用のキャビティである。
また、第１キャビティ３１は、第２キャビティ３２よりも接触面３３側に配置されている。さらに、第１キャビティ３１は、第２キャビティ３２よりも径が大きくなるように形成されている。これにより、第１キャビティ３１と接触面３３との間の部材は、被測定流体の圧力によって、より撓みやすくなっている。これにより、第１キャビティ３１において、第１反射面３１１と第２反射面３１２との間の距離は、被測定流体の圧力によってより変化しやすくなっている。すなわち、第１キャビティ３１から出力される第１干渉光は、主に被測定流体の圧力によって影響を受ける。そのため、第１キャビティ３１は、圧力測定用のキャビティである。
【0030】
第２キャビティ３２は、第３反射面３２１と、第４反射面３２２とを有する。第３反射面３２１は、光ファイバ部材２０から入射された光の一部を反射する。また、第４反射面３２２は、光ファイバ部材２０から入射された光の一部を反射する。そして、第３反射面３２１と第４反射面３２２とにより反射された光同士が干渉することにより、第２キャビティ３２から第２干渉光が出力される。なお、第２キャビティ３２は、第３反射面３２１と第４反射面３２２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ように構成されていてもよい。
【0031】
また、第２キャビティ３２は、第１キャビティ３１よりも基部１０側に配置されている。さらに、第２キャビティ３２は、第１キャビティ３１よりも径が小さくなるように形成されている。これにより、第２キャビティ３２において、第３反射面３２１と第４反射面３２２との間の距離は、被測定流体の圧力によってそれほど変化しない。すなわち、第２キャビティ３２から出力される第２干渉光は、被測定流体の圧力による影響を受けにくい。そのため、第２キャビティ３２において、第３反射面３２１と第４反射面３２２との間の距離は、主に被測定流体の温度に依存する。すなわち、第２キャビティ３２は、温度測定用のキャビティである。
【0032】
［フェルール４０］
フェルール４０は、光ファイバ部材２０を支持する部材である。
本実施形態では、フェルール４０には、一方の端部から他方の端部に亘ってフェルール４０を貫通する孔部４１が形成される。そして、フェルール４０には、当該孔部４１に光ファイバ部材２０が挿入されている。これにより、フェルール４０は、光ファイバ部材２０を支持している。
また、本実施形態では、フェルール４０は、光ファイバ部材２０の先端をセンサヘッド３０の接合面３４に接触させるように、光ファイバ部材２０を支持している。
フェルール４０は、光ファイバ部材２０を支持する部材である。
本実施形態では、フェルール４０には、一方の端部から他方の端部に亘ってフェルール４０を貫通する孔部４１が形成される。そして、フェルール４０には、当該孔部４１に光ファイバ部材２０が挿入されている。これにより、フェルール４０は、光ファイバ部材２０を支持している。
また、本実施形態では、フェルール４０は、光ファイバ部材２０の先端をセンサヘッド３０の接合面３４に接触させるように、光ファイバ部材２０を支持している。
【0033】
図１に戻って、受光器４は、光学センサ１から出力された第１干渉光および第２干渉光を入射して、当該第１干渉光および第２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。
【0034】
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、入射された第１干渉光および第２干渉光を検出して、第１干渉信号および第２干渉信号を出力する。
【0035】
ＭＰＵ６は、所謂Micro Processing Unitであり、光検出部５から出力される複数の干渉信号を入力して、それぞれの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、第１干渉信号および第２干渉信号から物理量を測定する。すなわち、ＭＰＵ６は、第１干渉信号および第２干渉信号のそれぞれ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。
【0036】
ここで、本実施形態では、前述したように、第１干渉光は被測定流体の圧力および温度の影響を受ける。そのため、第１干渉信号は、主に被測定流体の圧力に依存するが、温度にも依存する。
一方、第２干渉光は、被測定流体の温度の影響は受けるが、圧力の影響を受けにくい。そのため、第２干渉信号は、主に被測定流体の温度に依存する。
これにより、ＭＰＵ６は、第１干渉信号に基づく物理量の算出結果から、第２干渉信号に基づく物理量の算出結果を差し引くことにより、被測定流体の圧力を求めることができる。すなわち、第１キャビティ３１の第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができるので、被測定流体の圧力の測定精度を向上できる。
一方、第２干渉光は、被測定流体の温度の影響は受けるが、圧力の影響を受けにくい。そのため、第２干渉信号は、主に被測定流体の温度に依存する。
これにより、ＭＰＵ６は、第１干渉信号に基づく物理量の算出結果から、第２干渉信号に基づく物理量の算出結果を差し引くことにより、被測定流体の圧力を求めることができる。すなわち、第１キャビティ３１の第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができるので、被測定流体の圧力の測定精度を向上できる。
【0037】
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、被測定流体に接触するセンサヘッド３０には、第１反射面３１１に反射された光と第２反射面３１２に反射された光との第１干渉光を出力する第１キャビティ３１が設けられる。そのため、当該第１干渉光を解析することにより、被測定流体の圧力等の物理量を検出することができる。
また、センサヘッド３０が、物理的・化学的強度の高いサファイアから形成される。これにより、被測定流体が高温・高圧であっても、センサヘッド３０が損傷してしまうことを防ぐことができる。さらに、センサヘッド３０が接合される基部１０が金属であるチタンから形成されるので、基部１０をサファイアから形成する場合に比べて、加工をしやすくでき、かつ、製造コストを抑えることができる。したがって、光学センサ１の物理的・化学的強度を高くでき、かつ、加工しやすくできる。
（１）本実施形態では、被測定流体に接触するセンサヘッド３０には、第１反射面３１１に反射された光と第２反射面３１２に反射された光との第１干渉光を出力する第１キャビティ３１が設けられる。そのため、当該第１干渉光を解析することにより、被測定流体の圧力等の物理量を検出することができる。
また、センサヘッド３０が、物理的・化学的強度の高いサファイアから形成される。これにより、被測定流体が高温・高圧であっても、センサヘッド３０が損傷してしまうことを防ぐことができる。さらに、センサヘッド３０が接合される基部１０が金属であるチタンから形成されるので、基部１０をサファイアから形成する場合に比べて、加工をしやすくでき、かつ、製造コストを抑えることができる。したがって、光学センサ１の物理的・化学的強度を高くでき、かつ、加工しやすくできる。
【0038】
（２）本実施形態では、基部１０を、サファイアと線膨張係数の近い金属であるチタンから形成する。そのため、センサヘッド３０および基部１０が高温に曝されて熱膨張したとしても、両者の線膨張係数は近いため、センサヘッド３０と基部１０との接合面３４において、熱膨張による熱応力を抑制できる。したがって、熱膨張による接合面３４の損傷を抑制することができる。
【0039】
（３）本実施形態では、第１キャビティ３１から出力される第１干渉光は、主に被測定流体の圧力に依存するので、当該第１干渉光を解析することにより、被測定流体の圧力を検出することができる。
【0040】
（４）本実施形態では、センサヘッド３０には、第３反射面３２１に反射された光と第４反射面３２２に反射された光との第２干渉光を出力する第２キャビティ３２が設けられる。そして、第３反射面３２１と第４反射面３２２との間の距離は、主に被測定流体の温度に依存し、圧力にほとんど依存しない。これにより、第２キャビティ３２から出力される第２干渉光は主に被測定流体の温度に依存する。そのため、第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができ、圧力の測定精度を向上できる。
【0041】
（５）本実施形態では、センサヘッド３０において、第１キャビティ３１は、第２キャビティ３２よりも接触面３３側に設けられている。これにより、第１キャビティ３１は、センサヘッド３０において被測定流体と接触する箇所のより近くに設けられる。そのため、被測定流体の圧力による第１反射面３１１と第２反射面３１２との間の距離の変化をより大きくできるので、第１キャビティ３１からの干渉光による圧力検出の精度を高くできる。
【0042】
（６）本実施形態では、基部１０とセンサヘッド３０とは直接接合される。これにより、基部１０とセンサヘッド３０との間に、両者を接合させるための部材が存在しないので、このような部材が高温や高圧によって損傷するおそれがない。そのため、光学センサ１の物理的・化学的強度を高くできる。
【0043】
［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、光ファイバ部材２０は、フェルール４０Ａを介して、センサヘッド３０と接続されており、光ファイバ部材２０の先端とセンサヘッド３０とが接触していない点で第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、光ファイバ部材２０は、フェルール４０Ａを介して、センサヘッド３０と接続されており、光ファイバ部材２０の先端とセンサヘッド３０とが接触していない点で第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。
【0044】
図４は、第２実施形態の光学センサ１Ａの一部を破断した断面図である。
図４に示すように、フェルール４０Ａには、一方の端部に光ファイバ部材２０が接続されており、他方の端部はセンサヘッド３０と接触している。すなわち、光ファイバ部材２０は、センサヘッド３０と直接接触しておらず、フェルール４０Ａを介してセンサヘッド３０に接続されている。
そして、本実施形態では、光ファイバ部材２０から出力された光は、フェルール４０Ａに設けられた平行レンズ４１Ａおよび孔部４２Ａを伝播して、センサヘッド３０に入射される。また、センサヘッド３０から出力された第１干渉光および第２干渉光は、平行レンズ４１Ａおよび孔部４２Ａを伝播して、光ファイバ部材２０に入射される。
なお、光ファイバ部材２０の先端と、センサヘッド３０の端面、すなわち接合面３４とを近づけて配置する場合、平行レンズ４１Ａを設けなくてもよい。この場合、光ファイバ部材２０の先端と、センサヘッド３０の端面との間で干渉が生じることを防ぐために、光ファイバ部材２０の先端を斜め研磨したり、球面研磨したりしてもよい。
図４に示すように、フェルール４０Ａには、一方の端部に光ファイバ部材２０が接続されており、他方の端部はセンサヘッド３０と接触している。すなわち、光ファイバ部材２０は、センサヘッド３０と直接接触しておらず、フェルール４０Ａを介してセンサヘッド３０に接続されている。
そして、本実施形態では、光ファイバ部材２０から出力された光は、フェルール４０Ａに設けられた平行レンズ４１Ａおよび孔部４２Ａを伝播して、センサヘッド３０に入射される。また、センサヘッド３０から出力された第１干渉光および第２干渉光は、平行レンズ４１Ａおよび孔部４２Ａを伝播して、光ファイバ部材２０に入射される。
なお、光ファイバ部材２０の先端と、センサヘッド３０の端面、すなわち接合面３４とを近づけて配置する場合、平行レンズ４１Ａを設けなくてもよい。この場合、光ファイバ部材２０の先端と、センサヘッド３０の端面との間で干渉が生じることを防ぐために、光ファイバ部材２０の先端を斜め研磨したり、球面研磨したりしてもよい。
【0045】
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。
（７）本実施形態では、光ファイバ部材２０は、フェルール４０Ａを介して、センサヘッド３０と接続されており、光ファイバ部材２０の先端とセンサヘッド３０とが接触していない。これにより、被測定流体の温度を光ファイバ部材２０に伝わりにくくすることができる。そのため、被測定流体の温度によって光ファイバ部材２０が損傷してしまうことを抑制でき、光学センサ１Ａの物理的強度をより高くすることができる。
（７）本実施形態では、光ファイバ部材２０は、フェルール４０Ａを介して、センサヘッド３０と接続されており、光ファイバ部材２０の先端とセンサヘッド３０とが接触していない。これにより、被測定流体の温度を光ファイバ部材２０に伝わりにくくすることができる。そのため、被測定流体の温度によって光ファイバ部材２０が損傷してしまうことを抑制でき、光学センサ１Ａの物理的強度をより高くすることができる。
【0046】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について図面に基づいて説明する。
第３実施形態では、光ファイバ部材２０は、フェルール４０Ｂを介して、センサヘッド３０と接続されており、光ファイバ部材２０の先端とセンサヘッド３０とが接触していない点で第１実施形態と異なる。また、第３実施形態では、フェルール４０Ｂに貫通孔が形成されていない点で第１実施形態と異なる。なお、第３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３実施形態について図面に基づいて説明する。
第３実施形態では、光ファイバ部材２０は、フェルール４０Ｂを介して、センサヘッド３０と接続されており、光ファイバ部材２０の先端とセンサヘッド３０とが接触していない点で第１実施形態と異なる。また、第３実施形態では、フェルール４０Ｂに貫通孔が形成されていない点で第１実施形態と異なる。なお、第３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。
【0047】
図５は、第３実施形態の光学センサ１Ｂの一部を破断した断面図である。
図５に示すように、フェルール４０Ｂには、一方の端部に光ファイバ部材２０が接続されており、他方の端部はセンサヘッド３０と接触している。すなわち、光ファイバ部材２０は、センサヘッド３０と直接接触しておらず、フェルール４０Ｂを介してセンサヘッド３０に接続されている。
また、本実施形態では、フェルール４０Ｂは、光透過性を有する部材から形成されている。そのため、光ファイバ部材２０から出力された光は、フェルール４０Ｂを伝播して、センサヘッド３０に入射される。また、センサヘッド３０から出力された第１干渉光および第２干渉光は、フェルール４０Ｂを伝播して、光ファイバ部材２０に入射される。すなわち、本実施形態では、光ファイバ部材２０およびフェルール４０Ｂは、本発明の光導波路を構成する。
図５に示すように、フェルール４０Ｂには、一方の端部に光ファイバ部材２０が接続されており、他方の端部はセンサヘッド３０と接触している。すなわち、光ファイバ部材２０は、センサヘッド３０と直接接触しておらず、フェルール４０Ｂを介してセンサヘッド３０に接続されている。
また、本実施形態では、フェルール４０Ｂは、光透過性を有する部材から形成されている。そのため、光ファイバ部材２０から出力された光は、フェルール４０Ｂを伝播して、センサヘッド３０に入射される。また、センサヘッド３０から出力された第１干渉光および第２干渉光は、フェルール４０Ｂを伝播して、光ファイバ部材２０に入射される。すなわち、本実施形態では、光ファイバ部材２０およびフェルール４０Ｂは、本発明の光導波路を構成する。
【0048】
以上のような第３実施形態では、次の効果を奏することができる。
（８）本実施形態では、光ファイバ部材２０は、フェルール４０Ｂを介して、センサヘッド３０と接続されており、光ファイバ部材２０の先端とセンサヘッド３０とが接触していない。そのため、前述した第２実施形態と同様に、被測定流体の温度によって光ファイバ部材２０が損傷してしまうことを抑制でき、光学センサ１Ｂの物理的強度をより高くすることができる。
（８）本実施形態では、光ファイバ部材２０は、フェルール４０Ｂを介して、センサヘッド３０と接続されており、光ファイバ部材２０の先端とセンサヘッド３０とが接触していない。そのため、前述した第２実施形態と同様に、被測定流体の温度によって光ファイバ部材２０が損傷してしまうことを抑制でき、光学センサ１Ｂの物理的強度をより高くすることができる。
【0049】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４施形態について図面に基づいて説明する。
第４実施形態では、フェルール４０Ｃの端部に誘電体膜５０Ｃが設けられている点で第１～３実施形態と異なる。なお、第４実施形態において、第１～３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４施形態について図面に基づいて説明する。
第４実施形態では、フェルール４０Ｃの端部に誘電体膜５０Ｃが設けられている点で第１～３実施形態と異なる。なお、第４実施形態において、第１～３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。
【0050】
図６は、第４実施形態の光学センサ１Ｃの一部を破断した断面図である。
図６に示すように、フェルール４０Ｃには、一方の端部に光ファイバ部材２０が接続されており、他方の端部には誘電体膜５０Ｃが設けられている。そして、前述した第３実施形態と同様に、フェルール４０Ｃは、光透過性を有する部材から形成されている。このため、本実施形態では、光ファイバ部材２０から導入される光は、フェルール４０Ｃおよび誘電体膜５０Ｃを伝播して、センサヘッド３０Ｃに入射される。
なお、誘電体膜５０Ｃとセンサヘッド３０Ｃの接合面３４との間には、僅かな隙間が設けられている。そのため、誘電体膜５０Ｃから出射された光は、当該隙間の空間を通って、センサヘッド３０Ｃに入射される。また、本実施形態では、センサヘッド３０Ｃには、前述した第１～３実施形態のような第２キャビティ３２が設けられていない。
図６に示すように、フェルール４０Ｃには、一方の端部に光ファイバ部材２０が接続されており、他方の端部には誘電体膜５０Ｃが設けられている。そして、前述した第３実施形態と同様に、フェルール４０Ｃは、光透過性を有する部材から形成されている。このため、本実施形態では、光ファイバ部材２０から導入される光は、フェルール４０Ｃおよび誘電体膜５０Ｃを伝播して、センサヘッド３０Ｃに入射される。
なお、誘電体膜５０Ｃとセンサヘッド３０Ｃの接合面３４との間には、僅かな隙間が設けられている。そのため、誘電体膜５０Ｃから出射された光は、当該隙間の空間を通って、センサヘッド３０Ｃに入射される。また、本実施形態では、センサヘッド３０Ｃには、前述した第１～３実施形態のような第２キャビティ３２が設けられていない。
【0051】
［誘電体膜５０Ｃ］
誘電体膜５０Ｃは、誘電体の単層膜として構成されている。そして、誘電体膜５０Ｃは、第５反射面５１１Ｃと、第６反射面５１２Ｃとを有する。
第５反射面５１１Ｃは、フェルール４０Ｃを介して光ファイバ部材２０から入射された光の一部を反射する。また、第６反射面５１２Ｃは、光ファイバ部材２０から入射された光の一部を反射する。そして、第５反射面５１１Ｃと第６反射面５１２Ｃとにより反射された光同士が干渉することにより、誘電体膜５０Ｃから第３干渉光が出力される。なお、誘電体膜５０Ｃは、第５反射面５１１Ｃと第６反射面５１２Ｃ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ように構成されていてもよい。
また、誘電体膜５０Ｃ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多層膜として構成されていてもよい。
誘電体膜５０Ｃは、誘電体の単層膜として構成されている。そして、誘電体膜５０Ｃは、第５反射面５１１Ｃと、第６反射面５１２Ｃとを有する。
第５反射面５１１Ｃは、フェルール４０Ｃを介して光ファイバ部材２０から入射された光の一部を反射する。また、第６反射面５１２Ｃは、光ファイバ部材２０から入射された光の一部を反射する。そして、第５反射面５１１Ｃと第６反射面５１２Ｃとにより反射された光同士が干渉することにより、誘電体膜５０Ｃから第３干渉光が出力される。なお、誘電体膜５０Ｃは、第５反射面５１１Ｃと第６反射面５１２Ｃ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ように構成されていてもよい。
また、誘電体膜５０Ｃ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多層膜として構成されていてもよい。
【0052】
ここで、前述したように、誘電体膜５０Ｃとセンサヘッド３０Ｃとの間には隙間が設けられているため、誘電体膜５０Ｃに対して被測定流体の圧力が伝播することはない。そのため、第５反射面５１１Ｃと第６反射面５１２Ｃとの間の距離は、被測定流体の圧力によって変化しない。一方、誘電体膜５０Ｃの層厚は、被測定流体の温度に依存する。すなわち、第５反射面５１１Ｃと第６反射面５１２Ｃとの間の距離は、被測定流体の温度に依存する。そのため、誘電体膜５０Ｃにおいて、第５反射面５１１Ｃと第６反射面５１２Ｃとの間の距離は、主に被測定流体の温度に依存する。すなわち、誘電体膜５０Ｃは、温度測定用の光学素子として機能する。
【0053】
以上のような第４実施形態では、次の効果を奏することができる。
（９）本実施形態では、光ファイバ部材２０から導入される光の一部を反射する第５反射面５１１Ｃと、第５反射面５１１Ｃと対向して設けられ光ファイバ部材２０から入射された光の一部を反射する第６反射面５１２Ｃとを有する誘電体膜５０Ｃを備える。そして、第５反射面５１１Ｃと第６反射面５１２Ｃとの間の距離は、主に被測定流体の温度に依存する。
これにより、誘電体膜５０Ｃから出力される第３干渉光は被測定流体の温度に依存する。そのため、当該第３干渉光を解析することにより、第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができ、圧力の測定精度を向上できる。
さらに、センサヘッド３０Ｃに温度測定用のキャビティを設けなくても温度補償することができるので、センサヘッド３０Ｃの加工を容易にできる。
（９）本実施形態では、光ファイバ部材２０から導入される光の一部を反射する第５反射面５１１Ｃと、第５反射面５１１Ｃと対向して設けられ光ファイバ部材２０から入射された光の一部を反射する第６反射面５１２Ｃとを有する誘電体膜５０Ｃを備える。そして、第５反射面５１１Ｃと第６反射面５１２Ｃとの間の距離は、主に被測定流体の温度に依存する。
これにより、誘電体膜５０Ｃから出力される第３干渉光は被測定流体の温度に依存する。そのため、当該第３干渉光を解析することにより、第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができ、圧力の測定精度を向上できる。
さらに、センサヘッド３０Ｃに温度測定用のキャビティを設けなくても温度補償することができるので、センサヘッド３０Ｃの加工を容易にできる。
【0054】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５施形態について図面に基づいて説明する。
第５実施形態では、センサヘッド３０Ｄにおいて、キャビティが１個だけ設けられる点で第１～３実施形態と異なる。なお、第５実施形態において、第１～４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５施形態について図面に基づいて説明する。
第５実施形態では、センサヘッド３０Ｄにおいて、キャビティが１個だけ設けられる点で第１～３実施形態と異なる。なお、第５実施形態において、第１～４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。
【0055】
図７は、第５実施形態の光学センサ１Ｄの一部を破断した断面図である。
図７に示すように、本実施形態では、前述した第４実施形態と同様に、センサヘッド３０Ｄには、第１キャビティ３１Ｄのみが設けられており、前述した第１～３実施形態のような第２キャビティ３２が設けられていない。
そして、本実施形態では、第１キャビティ３１Ｄの第１反射面３１１Ｄおよび第２反射面３１２Ｄと、接合面３４Ｄとは互いに平行とされている。
なお、本実施形態では、フェルール４０Ｄは光透過性を有する部材から形成されており、フェルール４０Ｄとセンサヘッド３０Ｄの接合面３４Ｄとの間には、僅かな隙間が設けられている。そのため、フェルール４０Ｄから出射された光は、当該隙間の空間を通って、センサヘッド３０Ｄに入射される。
図７に示すように、本実施形態では、前述した第４実施形態と同様に、センサヘッド３０Ｄには、第１キャビティ３１Ｄのみが設けられており、前述した第１～３実施形態のような第２キャビティ３２が設けられていない。
そして、本実施形態では、第１キャビティ３１Ｄの第１反射面３１１Ｄおよび第２反射面３１２Ｄと、接合面３４Ｄとは互いに平行とされている。
なお、本実施形態では、フェルール４０Ｄは光透過性を有する部材から形成されており、フェルール４０Ｄとセンサヘッド３０Ｄの接合面３４Ｄとの間には、僅かな隙間が設けられている。そのため、フェルール４０Ｄから出射された光は、当該隙間の空間を通って、センサヘッド３０Ｄに入射される。
【0056】
ここで、本実施形態では、第２反射面３１２Ｄは、フェルール４０Ｄを介して光ファイバ部材２０から入射された光の一部を反射する。また、接合面３４Ｄは、光ファイバ部材２０から入射された光の一部を反射する。そして、第２反射面３１２Ｄと接合面３４Ｄとにより反射された光同士が干渉することにより、センサヘッド３０Ｄから第４干渉光が出力される。すなわち、接合面３４Ｄは、本発明の端面の一例である。なお、第２反射面３１２Ｄと接合面３４Ｄ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ように構成されていてもよい。
また、第１反射面３１１Ｄおよび第２反射面３１２Ｄは、前述した第１実施形態の第１反射面３１１および第２反射面３１２と同様に、光ファイバ部材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３１１Ｄと第２反射面３１２Ｄとにより反射された光同士が干渉することにより、第１キャビティ３１Ｄから第１干渉光が出力される。
また、第１反射面３１１Ｄおよび第２反射面３１２Ｄは、前述した第１実施形態の第１反射面３１１および第２反射面３１２と同様に、光ファイバ部材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３１１Ｄと第２反射面３１２Ｄとにより反射された光同士が干渉することにより、第１キャビティ３１Ｄから第１干渉光が出力される。
【0057】
また、接合面３４Ｄは第１キャビティ３１Ｄよりも基部１０側に配置されているので、第２反射面３１２Ｄと接合面３４Ｄとの間の距離は、被測定流体の圧力によってそれほど変化しない。すなわち、第４干渉光は、被測定流体の圧力による影響を受けにくい。そのため、第２反射面３１２Ｄと接合面３４Ｄとの間の距離は、主に被測定流体の温度に依存する。
【0058】
以上のような第５実施形態では、次の効果を奏することができる。
（１０）本実施形態では、センサヘッド３０Ｄは、第１反射面３１１Ｄおよび第２反射面３１２Ｄと平行とされ光ファイバ部材２０から導入される光の一部を反射する接合面３４Ｄを有し、第２反射面３１２Ｄに反射された光と接合面３４Ｄに反射された光とを干渉させた第４干渉光を光ファイバ部材２０に出力する。そして、第２反射面３１２Ｄと接合面３４Ｄとの間の距離は、被測定流体の温度に依存する。
これにより、センサヘッド３０Ｄから出力される第４干渉光は被測定流体の温度に依存する。そのため、当該第４干渉光を解析することにより、第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができ、圧力の測定精度を向上できる。
さらに、センサヘッド３０Ｄに温度測定用のキャビティを設けなくても温度補償することができるので、センサヘッド３０Ｄの加工を容易にできる。
（１０）本実施形態では、センサヘッド３０Ｄは、第１反射面３１１Ｄおよび第２反射面３１２Ｄと平行とされ光ファイバ部材２０から導入される光の一部を反射する接合面３４Ｄを有し、第２反射面３１２Ｄに反射された光と接合面３４Ｄに反射された光とを干渉させた第４干渉光を光ファイバ部材２０に出力する。そして、第２反射面３１２Ｄと接合面３４Ｄとの間の距離は、被測定流体の温度に依存する。
これにより、センサヘッド３０Ｄから出力される第４干渉光は被測定流体の温度に依存する。そのため、当該第４干渉光を解析することにより、第１干渉光から得られる圧力を温度補償することができ、圧力の測定精度を向上できる。
さらに、センサヘッド３０Ｄに温度測定用のキャビティを設けなくても温度補償することができるので、センサヘッド３０Ｄの加工を容易にできる。
【0059】
［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。
図８は、変形例のセンサヘッド３０Ｅの分解断面図である。
図８に示すように、センサヘッド３０Ｅは、第１センサヘッド部３５Ｅと、第２センサヘッド部３６Ｅと、第３センサヘッド部３７Ｅとを備える。
第２センサヘッド部３６Ｅには、第１センサヘッド部３５Ｅ側に第１凹部３６１Ｅが形成され、第３センサヘッド部３７Ｅ側に第２凹部３６２Ｅが形成されている。そして、センサヘッド３０Ｅは、真空状態において、第１センサヘッド部３５Ｅ、第２センサヘッド部３６Ｅ、および第３センサヘッド部３７Ｅがフュージョンボンディングされることにより形成される。すなわち、第１凹部３６１Ｅにより第１キャビティ３１が形成され、第２凹部３６２Ｅにより第２キャビティ３２が形成されていてもよい。
なお、第１センサヘッド部３５Ｅ、第２センサヘッド部３６Ｅ、および第３センサヘッド部３７Ｅは、フュージョンボンディングにより接合されることに限られるものではなく、例えば、ＡＤＢやＳＡＢにより接合されていてもよい。
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。
図８は、変形例のセンサヘッド３０Ｅの分解断面図である。
図８に示すように、センサヘッド３０Ｅは、第１センサヘッド部３５Ｅと、第２センサヘッド部３６Ｅと、第３センサヘッド部３７Ｅとを備える。
第２センサヘッド部３６Ｅには、第１センサヘッド部３５Ｅ側に第１凹部３６１Ｅが形成され、第３センサヘッド部３７Ｅ側に第２凹部３６２Ｅが形成されている。そして、センサヘッド３０Ｅは、真空状態において、第１センサヘッド部３５Ｅ、第２センサヘッド部３６Ｅ、および第３センサヘッド部３７Ｅがフュージョンボンディングされることにより形成される。すなわち、第１凹部３６１Ｅにより第１キャビティ３１が形成され、第２凹部３６２Ｅにより第２キャビティ３２が形成されていてもよい。
なお、第１センサヘッド部３５Ｅ、第２センサヘッド部３６Ｅ、および第３センサヘッド部３７Ｅは、フュージョンボンディングにより接合されることに限られるものではなく、例えば、ＡＤＢやＳＡＢにより接合されていてもよい。
【0060】
前記各実施形態では、基部１０はチタンから形成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、基部１０は、ニッケル合金（線膨張係数：5.0～7.0×10-6/℃）やチタン合金（線膨張係数：8.0～9.0×10-6/℃）等のサファイアと線膨張係数の近い金属から形成されていてもよい。さらに、基部１０がＳＵＳ等の金属から形成されていている場合も、本発明に含まれる。
【0061】
前記各実施形態では、基部１０とセンサヘッド３０とは直接接合されていたが、これに限定されるものではない。
図９は、別の変形例の光学センサ１Ｆの一部を破断した断面図である。
図９に示すように、基部１０とセンサヘッド３０とは、金属、ガラス、セラミック等で形成される接合部材６０Ｆを介して、接合されていてもよい。この場合、基部１０とセンサヘッド３０との間に、両者を接合させるための接合部材６０Ｆが介在する。そうすると、基部１０の線膨張係数とセンサヘッド３０の線膨張係数とが異なることにより、両者の接合部分に熱応力が作用したとしても、当該熱応力を接合部材６０Ｆにより逃がすことができる。そのため、熱応力によって基部１０とセンサヘッド３０との接合部分が損傷することを抑制できる。
図９は、別の変形例の光学センサ１Ｆの一部を破断した断面図である。
図９に示すように、基部１０とセンサヘッド３０とは、金属、ガラス、セラミック等で形成される接合部材６０Ｆを介して、接合されていてもよい。この場合、基部１０とセンサヘッド３０との間に、両者を接合させるための接合部材６０Ｆが介在する。そうすると、基部１０の線膨張係数とセンサヘッド３０の線膨張係数とが異なることにより、両者の接合部分に熱応力が作用したとしても、当該熱応力を接合部材６０Ｆにより逃がすことができる。そのため、熱応力によって基部１０とセンサヘッド３０との接合部分が損傷することを抑制できる。
【0062】
前記第１～３実施形態では、第１キャビティ３１と第２キャビティ３２とは、接触面３３側から見た平面視において、同心円上に形成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、第１キャビティ３１と第２キャビティ３２とは、中心がオフセットされて形成されていてもよい。
また、第２キャビティ３２には、被測定流体の圧力による影響を軽減するために、第１キャビティ３１と第２キャビティ３２との間の部材の撓みを抑制する支持部が形成されていてもよい。
さらに、第２キャビティ３２が形成されない場合も、本発明に含まれる。
また、第２キャビティ３２には、被測定流体の圧力による影響を軽減するために、第１キャビティ３１と第２キャビティ３２との間の部材の撓みを抑制する支持部が形成されていてもよい。
さらに、第２キャビティ３２が形成されない場合も、本発明に含まれる。
【0063】
前記第１、第２実施形態では、光導波路は光ファイバ部材２０により構成されていたが、これに限定されない。例えば、光導波路は、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。
【0064】
前記各実施形態では、センサヘッド３０は円柱状に形成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、センサヘッド３０は、四角柱や六角柱等の角柱状に形成されていてもよい。この場合、基部１０の小径部１１３の先端に、当該角柱状のセンサヘッド３０を収容する収容凹部が形成されていてもよい。
【0065】
前記第１～３実施形態では、第２キャビティ３２から出力される第２干渉光に基づいて温度を測定して、第１干渉光から得られる圧力を温度補償していたが、これに限定されない。例えば、被測定流体の温度を測定する熱電対や測温抵抗体等を設け、この出力値により温度補償できるように構成されていてもよい。すなわち、光学的または電気的に温度を測定できるように構成されていてもよい。
【0066】
前記第５実施形態では、センサヘッド３０Ｄは、第２反射面３１２Ｄと接合面３４Ｄとで反射された光同士が干渉することにより、第４干渉光をするよう構成されていたが、これに限定されない。例えば、センサヘッドは、第１反射面と接触面とで反射された光同士が干渉することにより、第４干渉光を出力するよう構成されていてもよい。
【符号の説明】
【0067】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｆ…光学センサ、２…広帯域光源（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…基部、１１…基部本体部、１２…工具係合部、２０…光ファイバ部材（光導波路）、３０，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ…センサヘッド、３１，３１Ｄ…第１キャビティ、３２…第２キャビティ、３３，３３Ｄ…接触面、３４…接合面、３４Ｄ…接合面（端面）、３５，３５Ｅ…第１センサヘッド部、３６，３６Ｅ…第２センサヘッド部、３７，３７Ｅ…第３センサヘッド部、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ…フェルール、４１…孔部、４１Ａ…平行レンズ、４２Ａ…孔部、５０Ｃ…誘電体膜、６０Ｆ…接合部材、１００…物理量測定装置、１１１…貫通孔、１１２…大径部、１１３…小径部、１１４…雄ねじ部、３１１，３１１Ｄ，…第１反射面、３１２，３１２Ｄ…第２反射面、３２１…第３反射面、３２２…第４反射面、５１１Ｃ…第５反射面、５１２Ｃ…第６反射面。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】