JPH0348724A - 光ファイバー・センサーによる一つの物理量の測定方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発…は、特許請求の範囲第１項の前文に記載されてい
るような、九ファイバー・センサーによっである一つの
物理量を測定するための方法に関するものである。

発明の背景と在来技術の問題点 一番最初に開発された、原理的に最も簡単な光ファイバ
ー・センサー、すなわち出力調節型センサーの場合には
、光の出力がセンサー自身によりてのみならず、下記の
ような、その他ノ色々（７）９因によっても影響を受け
る、という問題がある：センサーおよび受信器の老化 偏光フアイバー・コネクターにおける接続状態の不安定 一ケーブルの良さの不均等 ケーブルの曲がり、および振動 従って、出力調節型センサーからの信号は、上）ホの種
々の外乱と区別することができないのである。

その結末、物理的な計測量が出力量の調節とし−Ｃコー
ド化されるのではなく、測定通が光のもつ他のパラメー
ター、例えばスペクトル組成、偏光の状態、脈動光にお
ける位相あるいは位相遅れ、といったパラメーターに印
加される方式のセンサーが提供されることとなったので
ある。しかしながら、この種の原理に基づくセンサーは
通常、測定値の数が少ない時にのみ適用し得るものであ
って、出力調節型の当初のセンサーに比べて殆どの場合
、相当へ価につくのである。

これに対しては、ケーブルにおける伝送［１スを切り離
して把握することのできる、いわゆる対比センサーが一
つの逃げ道を提供している。質の低下したセンサーのく
８号を対比信号で割ることによって、もしくは−殻内に
は一つの計算操作を加えることによって、本来のセンサ
ー信号を算定することができるのである。

この方法の一番の利点は、これまでに開発されている全
ての出力調節型センサーが使用できること、および、原
理が簡単なために何らの面倒なしに意図した通りの＠答
を得ることができることにある。

更にその上、これらのセンサーは、個々の光電式（０ｐ
ｔｏｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈ）受信器が先人カニ対シ
テのみ応答するので、非常に簡単に作り上げることがで
きる。位相、スペクトル組成、あるいは偏光の状態とい
ったような、その他の全ての光学的な量は、それらを受
信器で一つの電子信号に変換する前に、まず適当な光学
的な補助ｖ４１によって光の出力ないしは出力調節値に
変換しておかなければならないのである。

対比センサーが充分な精度をもつための重りな前提条件
は、−質の低下したセンサー信号の担い手である一右函
光束と、一対比信号の担い手である一対比光束とを正確
に１４じ割合で外乱の影響の下に曝すことである。この
条件は一般に、二つの光束が同じ一つの光ファイバーの
中を通ってセンサーに送り込まれ、また送り返されると
ともに、双方の光束の間に、開口数（ｒｌｌＪｌｅｒ　
ｌ　５ｃｈｅＡｐｅｒｔｕｒ　＞　　（光の円錐の間き
角）およびスペクトル組成に関する限り全く差がないか
、あるいは極めて僅かしか差がない場合にのみ、達成さ
れるのである。通常、対比光束の方は全く調節されてい
ないか、′Ａ節されているにしても４−４　’７に光束
と同じようには調節されていないので、対比光束用のセ
ンサーに入る前にそれを一旦外に導き出して、センサー
をバイパスさせた後、再び共通の戻りファイバー・ケー
ブルの中に送り込んでやる必口があるのである。

二つの光束の分配は常時一定であるか、あるいは少なく
ともある決まった方式で行う必要がある。

その場合、これまでに提案されてきた方法はいずれも下
記のような色々の困難に直面することが判っているニ ー光ファイバー用分配器の分配比率は光のスペクトル・
モード（Ｈｏｄｅｎｓｏｅｋｄｒｕｍ　）およヒ環境温
度によって影響を受ける（カルシヨーの゛ゞ光ファイバ
ー・ブリッジ回路″−”　ＦａＳｅｒＯｐｔｉＳＣｈＯ
Ｂｒｕｃｋｅｎｓｃｈａｌ　ｔｕｎｇ　“ｗｏｎ　Ｃｕ
ｌｓｈａｗ　）二重屈折式ファプリー・ベロー・エレメ
ント（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ−Ｅｌｅｍｅｎｔ　）は
同様に温度の影響を強く受ける（西独特許広告第３５　
２８　２９４号参照） 一干渉フイルターの応６曲線およびスペクトルの送信特
性も同じく温度ないしは劣化の程度によって影響を受け
る（グリージンガーおよびシュパウデの１１スペクトル
対比チヤンネルを有する光ファイバー・ポジション・セ
ンサー　−１″Ｆｔｂｅｒ　ｏｐｔｉｃ　ｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ　５ｅｎｓｏｒ　ｗｉｔｈｓｐｅｃｔｒａ＋　　ｒ
ｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｃｈａｎｎｅｌ　“ｖａｎＧｒｉｅ
ｓｌｎａｅｒ　ｕｎｄ　５ｐａｕｄｅ　）。

光の一定不変の部分は調節してはならない（″対比光束
“）ので、センサーの前には分配装置が設けられる。こ
のことは光の出力に関連してのみ行われるものであり、
例えば、純粋に空間的に光束を広げる方法によ・）て行
われるか、ｂＬ＜は光束分配器によって行われるのであ
る。

！１１ａに述べたような、これまでに知られている九フ
ァイバー・センサーは、光ファイバ〜・システムの一つ
の分岐回路がセンサーへの光の供給、ならびにぞれから
の光のフィード・バックを起こさせる、という原理に基
づいている。

この光の単一・方向への誘導の原理は、いわゆる透過光
センサー（Ｄｕｒｃｈｌ　１ｃｈｔｓｅｎｓｏｒ）の場
合には全く開路なく満たされるのであるが、しかし実は
反射光センサー（Ｒｅｒｌｅｘｉｏｎｓ−３ｅｎｓｏｒ
　）の場合にも行われ−（いる。反射光センサーは、そ
の反射率が物理的な岨の如何によって影響を受けて変化
する、といった類のものである。こうした場合には、光
の供給とフィード・バックとを同じ光ファイバーを通し
て（うわせるとよ、いのであるが、しかし通常は適当な
場所に送信用および受信用ファイバーへの分配装置を設
ける方法が採られているのである。

光を常に単一・方向方式によって誘導するという原理は
、二方向方式による光の誘導に際しては採用されない。

例えば透過光センサーの例では、−反射光センサーに対
しても、もちろんｌ：、述のように光の供給とフィード
・バックとを同一のファイバーで行わない場合には同じ
ような考え方が成り立つが、−一つの単純な光ファイバ
ー・センサーを用いて下記のようなシステム配列を実反
し得るのであるニ ーケーブルの伝送ロスを完全に把握することができると
ともに、送信出力ないしは受信器の感度を軽減すること
ができ、 一熱の影響を気に１゛る必要のないエレメントからなっ
ており、従って良ＩＩにわたって不変の特性を期持でき
、 一光学的に単純な構成になっていて、かつ−実施設計に
当たって融通性をもって、ないしは弾ツノ的に構成する
ことができる。

光ファイバー・センサーを用いである一つの物理量を測
定するために知られている一つの方法（西独特許広告第
３３　２０　８９４号、欧州特許出願第０　１７５　３
５８号、あるいは英国特許出願第２　１３９　３４６号
参照）では、光を２本の光ファイバー・ケーブルに二方
向方式で通すことが行われているが、この場合にはセン
＋、１　＋への２本のケーブルは送信用ならびに受信用
ケーブルとして交互に使用されるのである。その際、有
価光束あるいは対比光束の一部はセンサーにｊ３いで、
あるいはその惨く近くで反射させられる。

双方の光ファイバー・ケーブルは交互に送信用および受
信用ケーブルとして働くので、それに応じ又それらは送
信器とも、受信器とも接続されるようになっている。二
方向方式の九ファイバー伝送システムに対してはこの種
のエレメントが必擾となり、市場で入手することもでき
るのである。

送信器および受信器は双方のケーブルに対して全く同じ
ように構成されており、スペクトルの観点からも何ら１
．ＩＩ約を受けることはない。

在来の二方向方式による光の伝送に際しては基本内に、
光のある一部分が送信用ケーブルの中に反射して送り返
される、という点が欠点となる。

すなわち、寄生的な反射光があるために、それが最終的
には測定プロセスを阻害し、換言づれば測定精度を不正
確なものとするので、この奇生的な反射光をなくするた
めの特別の予防Ｎ置によプて対処しなければならなくな
るのである。

本発明の目的 本発明の目的は、その信号が温度の影響や経年劣化の影
響を受けることなく光ファイバー・ケーブルの外乱の影
響から切り離されｙするとともに、なかんずく特に奇生
的な反射光を排除するような、簡単な装置の助１ノを借
りながら光ファイバー・センサーによって一つの物理量
を測定する、−゛つの方法を提供することによって、前
）ホしたような現状の技術レベルを改善することにある
のである。

目的達成のための手段と問題点の解決方法本発明に課さ
れている課題は本発明による方法の場合、光束を放散方
向に応じて一つの光変向器により異なったルートに導く
、ことによって解決されるのである。更にこの課題は、
冒頭に述べた種類の、少なくとも一つの光バルブが光束
伝送の共通の通過径路の中に配置されていることを特徴
とする、一つの方法によって解決されるのである。

上の第一に挙げた本発明による方法の優れた実施形態が
、特許請求の範囲の第２ないし第４の従属項に述べられ
ており、また二番目に挙げた本発明による方法の優れ／
ｊ実施形態が第６ないし第９の従属項に示されている。

従って本発明によって、二方向方式の光伝送におけるよ
うな、送信用ファイバー・ケーブルに送られる光のある
決まった部分を反射させてやる必要がなくなるので、従
って前述の寄生的な反射光は全くない。その結果、この
方法の測定精度は、補助的な装置を使わなくても本来非
常に＾いのである。

確かに日本特許出願第５７　１０８　７１０Ｍには、一
つのセンサーの助けを借りて一つの物理量を測定するた
めの方法が開示されている。しかしながら、ここに開示
されている特別のセンサーは対比方式のために設けられ
ているものではなくて、湿度変化に対して極めて敏感で
、しかも高い精度を必要とする、いわゆるファプリー・
ベロー・エレメント（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ−Ｅｌｅ
ｉ＋ｅｎｔ　）の中において共鳴波長の変移を利用する
ものである。ここに開示されている測定方法は極めて稀
にしか利用できないのである。この方法でも一つの分配
用鏡が用いられているが、それは本発明の考え方におけ
る光ファイバー・システムの光変向ムとは異なるもので
ある。

図面による　　　の　　と　　の　しい以下、概念的な
図面を参照しながら、本発明の細部ならびに特徴と利点
について史に詳しく説明しよう。

第１図には、二つの実施例における光伝送方式が概念的
に示されている。第１ａ図（フェーズ１）および第１ｂ
図（フェーズ２）による一つの実施例（方式１）は、有
価光束あるいは対比光束の−部がセンサーもしくはその
極く近くで反射される、ことを特徴としている。この方
式１については第２図ないし第５図を参照しながら後で
詳しく説明する。

第１Ｃ図（フェーズ１）および第１ｄ図（フェーズ２）
によるもう一つの実施例（方式２）の方は、光束が一つ
の光バルブ、ないしは光変向器の助けを借りて、一方の
方向ではセンサーを経由し、もう一方の方向ではセンサ
ーをバイパスさせられ、その結果、有価光束と対比光束
の、一つの方向性をもった伝送が行われる、ことを特徴
としている。

この後の方の方式２は第６図および第７図を参照しなが
ら後で詳しく説明する。

第２図による構成は、一つのブラインド１５によって互
いに隔離されているそれぞれ一つの光送信部および光受
信部１４．１．１４．２、それに対比光束１２の取り出
しないしは取り込み用の、各々一つの光束分配器８．１
．８．２、ならびに、有価光束１３をある物理量の関数
として一義的に調節するだめの出力調節用の光ファイバ
ー・センサー１０かうなっている。ここではこのセンサ
ー１０は一つの例として吸収型のバルブ１０．１として
示されている。

光を有価光束１３と対比光束１２とに分配するため、な
らびに対比光束１２の一部をフィード・バックするため
には、種々様々な設計が考えられる。双方の光ファイバ
ー・ケーブル６．１．６゜２については必ずしも対称的
な構成にする必要はないが、しかしながら普通はそうし
ておいた方が装置の製作が簡単になると同時に、個々の
コンポーネントの個数も単に２倍にしておけばよいので
ある。

特に二つの送信ｉｉ、ｉ、１．２は、受信器３゜１．３
．２が双方ともに作動している間でら、送信器の一方だ
けが送信する場合、その方だ各ノが作動させられるので
ある。

光は−ここでも同じく一つの例として示されているｍ＝
つのレンズ２．１．２．２、二つの光束分配器４．１．
４．２、および二つのレンズ５．１，５．２を経由して
光ファイバー・ケーブル６．１．６．２の中に送り込ま
れる。光束は光ファイバーの終点で、第一の偏光型分配
器の役目をもつ二つの取り出し用光束分配＋ｊｐＩ８．
１．８゜２の助けを借りて、対比光束１２と有価光束１
３とに分割され、その都度再び合成される。方向変換用
鏡１１．１，１１．２は同様に、偏光の角度を維持する
ために、第二の偏光型ゝ゛分配器“とじて構成されてい
る。二つの方向変換用鏡１１．１゜１１．２の向きは、
第一の偏光型分配器のそれに対して直角になっているの
で、これらは通常の金属製鏡と同様に働くが、しかし後
考の場合には偏光が阻害されたはずである。そうなると
対比光束と有価光束の再合成が、損失なしに、ないしは
僅かな損失のみで行われることはなかったはずである。

対比光束１２の一部は半透明の１１９．１で反射され、
その一部が光束分配器４．１．４．２を経てその時々に
作動させられている送信器に隣接している受信器３，１
，３．２に到達するまで、同じ経路を逆向きに流れる。

対比光束１２の中、反射されなかった残りの部分は、光
束分配器８．１．８．２で再度取り込まれる信号光束と
同じ径路を伝送される。

第３図はセンサー・ヘッドのもう一つの実施例を示して
いる。二つの光束分配器８．１．８．２は通常の出力分
配型の分配器として構成されているが、その際、外側に
なる面および光ファイバー・ケーブルに相対している面
１７は鏡面化されている。

光束分配器８．１．８．２の分配比率を１：１とすると
、二つの光束は次のように分配される：ＳＦ　−１／２
　＋　　１／６−Ｖ ＥＦ−１／３　・■ ［ＳＦ−送信用ケーブルに反射フィード・バックされる
光束］ ［ＥＦ＝受信用ケーブルに伝達される光束］この場合、
反射および光束分配に際しての損失は無視されている。

■はセンサー１０の伝送量である。

第４図は本発明による作動方式のもう一つの構戒を示し
ている。対比光束と有価光束の間の分割は広げられた光
の経路の中で完全に空間的に行われる。［ｊｌＡＡ’　
に沿った拡大詳細図に示されているように、このことは
、一つの仕切り板１０．２の形をした光ファイバー・セ
ンサーが、完全に芹し込まれた状態でも光束全体の円形
の断面１８を完全にはカバーしないようにする、ことに
よって簡単に実現される。

部分的に光を通づような一つの鏡を、仕切り板１０．２
によってカバーされない上述の面をそれが正確に把握す
るように作りＦげることは、高価に°つくものと思われ
るのて゛、第４図に小す鏡９゜２は光束の径路の中でレ
ンズ７．１と方向変換用鎮１１．１との間に配置されて
いるが、この場合これ以外の配置も考えられる。第３図
に示されている配置の場合は、もはや対称性は維持され
ておらず、光ファイバー・ケーブル６．１，６．２のセ
ンサー側には下記の光束が生ずる： 送ｆｉｌ（１，１＞が作動させられると：５Ｆ−０．５
・１） ＥＦ＝０．　５　　・Ｒ＋０．　５　・　Ｎ　・■−送
信器１．２が作動させられると： ５Ｆ−０．５・Ｒ＋０．５・Ｎ・■ ＥＦ−０，５・Ｒ＋０．５・Ｎ・■ Ｒ＝対比光束の面積持ち分 Ｎ−有価光束の面積持ち分 ■−センサーの可変伝送量 第５図では、第２図の実施例における完全吸収型の仕切
り板１０，１が一つの反射型のもので置き換えられてい
る。この方式によってセンサー全体を簡単化できるとと
もに、光のロスを無くすることもできるが、しかし同時
にセンサーの原理がυｌ約されることを意味している。

その際、この完全吸収型の仕切り板は例えば全ての出力
調節型センサーに役立つのに対して、第４図および第５
図に示す反射型の仕切り板１０．２の方は、物理量が二
つの光束の分配に冒き換えられるようなセンサー１０を
意味している。

光ファイバー・ケーブルｅ、ｉ、６．２のセンサー側に
届く光束に対しては次の式が当てはまる：送信器１．１
ないし送信器１，２が作動させられると： ＳＦ＝　　（１−Ｖ） ＥＦ＝Ｖ ファイバー・クープルの中へ一つの方向に向かって送り
込まれる光を、同じファイバー・ケーブルの中を反対方
向に向かって進む光に対するのと（よ別の、センサー・
システムのもう一つの分岐回路の方へ誘導するために、
一つの光変向姦が設（〕られている場合には、光束のあ
る一定部分を反射して送信用ファイバー・ケーブルの中
へ送り返しでやる必要はなくなる。この゛一方通行型ｖ
制御″を採用することによって、光をセンサー１０を経
由して往路へ誘導する一有価光束１３−と同時に１この
センサーをバイパスする復路へ誘導する一対比光束１２
−ことが可能になる。

この光の経路には可逆性があるために、ファイバー・ケ
ーブルや接続プラグ、およびその他（以１ζで更に詳し
く説明する光学１１ブラインドを除く）神々の光学用丁
しメントにおける、伝送される光束に対する減衰の度合
は、光の向かう方向とは無関係である。従って光ファイ
バー・ケーブルにおける減衰量はく前進方向の）有価光
束に対しても、（反対方向の）対比光束に対しても全く
同じであり、時間的に変動する未知の、経路における減
衰の度合に対する尺度として、対比光束をそのまま直接
利用できるのである。

回転セルを偏光型光束分配器と組合わせて使用すること
は、後者が偏光を発生させると同時に、光束の分配ない
しは再合成の機能をもっているので、特に便利な方法で
ある。そこで第６図には、方式１の第一の実施例（第２
図）に準じた一つの構成が示されている。この図は見易
くするために概念的に描かれているので、寸法的な表現
にはなっていない。特に光の経路の広がりは誇張して描
かれている。

今、偏光型の光束分配器８．１が、偏光面を図の紙面内
にもつ光を通過させ、これに対して直角方向の偏光面を
もつ光を反射させるものとするならば、対比光束１２は
直接、π／４の回転を生ぜしめる回転セル２０に到達す
る。これに引き続いて更に一つのエレメント、例えば−
π／４の反対向きの回転を生ぜしめるような、液晶（Ｎ
ｕｓｓｉｏ−ｋｒｉｓｔａｌｌ）を利用したシャット−
へルフリツヒーセ）Ｌｒ　（Ｓｃｈａｄｔ−ｔｌｅｌｆ
ｒｉｃｈ−７ｅｌｌｅ　）　、を通過する。

従って偏光の向きは偏光型光束分配４８．２の偏光方位
と再び一致するので、結果とじ−Ｃレンズ７゜２にお１
ノる対比光束の反射が生ずるのである。

このシャット−へルフリツヒーセル２，３は、対比光束
の方に設けられているセル２２とは反対に、光の伝播方
向に対して更に（π／４だけ偏光面を回転させる働きを
ｂつように作られているので、センサー１０を経由する
、光送信兼、受（６部１４゜１からの光（ｖ′有馳光束
″）は光受信部１４．２には一切届かないのである。回
転セル２０の回転にこれが加わる結果、全回転角度はπ
／２となる。

図の紙面内に偏光面があり、従って光束分配器８．１を
通り扱ける光の部分は、方向変換用１１１１．１で方向
転換させられ、センサー１０で調節され、回転セル２０
およびシャット−へルフリツヒーセルでその偏光面を合
計π／２だけ回転させられ、更に、方向変換用１ｔ１１
．２に偏光性が持たせである場合にはそこで吸収される
か、あるいは遅くとも偏光性をもつ光束分配４８．２に
、１１３いて吸収されてしまうのである。というのは、
偏光面がこれらのエレメントのそれと、もはや゛整合″
シなくなっているからである。

次に、フェーズ２、ずなわち、送信器１．２および受信
器３．１が作動さＶられているフェーズ、における光の
伝播について検討することとする。

この場合、シャツトーヘルノリッヒーセルによって生じ
た回転は光の方向と一緒に反転するのに対して、回転セ
ル２０の中ではそれが変化しないまま残る、ことに注意
しなければならない。前と！、ｉｌしく、対比光束１２
は光束分配器８．２を通過した後にまず紙面に直角に偏
光させられるが、今度はしかし＋π／４の偏光面の回転
を受ける結果、それが回転セル２０のそれに加わって合
計π／２となり、従って光束分配器８．１において吸収
されてしまうのである。反対にシャツトーヘルフリッヒ
ーセルの方は、今度は−π／２の偏光面の回転を生ぜし
めるが、これは後に続く回転セル２０によって再び逆に
戻されてしまう。従って光は、センサー１０においてｒ
１４ＩＩＩされた後、方式１で詳しく説明したのと同様
、最後には受信器３．１に到達することとなる。

これまでに説明した、第６図による配置では、回転セル
２０がシャット−へルフリツヒーセルと連携して、丁度
電気における整流器と同じように、互いに反対向きにつ
ながれた光バルブ（光絶縁体）として働いていたのに対
して、共通の光伝送経路の中で、７．１と８．１との間
、あるいは７．２と８．２の間のいずれかに回転セルを
一つだけ配置しておくことによって、更に一瞬好都合な
構成が得られるのである（第７図参照）。

偏光面を同じく＋π／４だけ回転させるこの回転セル２
５の他に、その光透過方向が偏光型光束分配器８．１な
いし８．２の偏光方位に対して±π／４だけ傾いている
一つの偏光器２４が必要になる。ここではこの傾きに付
けられている前符号は問題ではない。以下、これを−π
／４と仮定しておこう。

フェーズ１では前回向様、送信器１．１および受信器３
．２が作動させられている。レンズ７゜１を通過した後
、光は変向器２４に達し、−π／４の面内に偏光される
。これに続く回転セル２５は偏光を紙面に直角のところ
まで回転さぼる。その結果、光は光束分配器８．１およ
び８．２で完全に反射され、受信器３．２に到達する。

フェーズ２では送信器１．２からの有価光束１３だけが
受信器３．１に到達し得るのに対して、フェーズ１はこ
れまで同様、対比光束１２と結び付いているのである。

いずれにせよ、双方の光束は送信器１．２からスタート
してまず光束分配器８．１に到達し、そこで−緒にされ
るが、その際、有価光束の方は紙面内に偏光されている
（±π）のに対して、対比光束の方はこれと直角に偏光
されている（０π）。

更にここでも回転セル２５が偏光面を＋π／４だけ回転
させる役目を果たしている。この結果、有価光束は−π
／４、ないしは＋３／４πの角度で偏光させられること
となり、従ってその後にある偏光器はこの光をそのまま
通過させることとなる。

これに対して、紙面に直角に偏光させられている対比光
束の場合には事情が異なる。この場合には、回転セル２
５における回転が偏光器２４に対してπ／２の角度差を
与えることとなり、その結果、完全に消滅することとな
る。

方式２の二つの配列に対する光学的なロスは全く等しい
、１なわも有価光束および対比光束に対してそれぞれ５
０％であるので、第２の配グＩの方が、明らかに（”ハ
ードウェア“の）設備コストが安いのでずつと有利にな
る。偏光器２４は、液晶デイスプレー技術に使用されて
いるのと同じような、１枚の簿い合成物質の箔で作るこ
とができる。回転セル２５は、必要とあればその断面を
九ファイバー・ケーブル６．１、あるいは一つの角度表
示レンズ７．１に合わＶておぎ、かつ一つの屈折率の低
い、例えばＰＯ２−ファイバー（Ｐｌａｓｔｉｃ−ｃｌ
ａｄ−ｓｉｌｉｃａ　）に似たような、あるいは一つの
集積光学システムの中でウェーブ・ガイド（１’ｌｅｌ
　１ｅｎｌｅｉｔｅｒ）として用いられているような、
物質で被覆しておくこともできる。従って、光変向器な
いしは光バルブに余分の出費を掛けることと、比較的簡
単なデータ読取りで満足し、しかも奇生的な反射光を無
くするための対策も省略してしまうこと、とが対立する
こととなるのである。

現在よく知られている光絶縁体は、光の偏光面を回転さ
せるファラデー効果に基づいて作＊するものである。回
転方向は縦方向の磁界（ｄｅｓｌｏｎａｉｔｕｄｉｎａ
ｌｅｎ　Ｈａｇｎｅｔｒｅｌｄ　）の方位に関連したも
のであって、光の伝播方向に関連するものではない。縦
方向の磁界によって支配されている空間の正面側を線形
偏光器（ｔｉｎｅａｒＤｏ＋ａｒ＋５ａｔｏｒ　）で塞
ぎ、かつその際、その相対的な方位をファラデー効果に
よって引き起こされる回転角に合わせて置くと、光は一
つの方向ではこのセルを全く支障なく透過することがで
きるのに対して、反対の方向では光は少なくとも部分的
に吸収されてしまうのであるが、それはこの回転角が正
確には９０゜あるいはπ／２になったときである。これ
に反して回転角がπ／４になっていると、閉塞方向にあ
る光束１ｊ完全に吸収されてしまう。例えば、ガーネッ
トのような、精選され、かつ慎重に加工された材料はそ
のヴエルデ定数（Ｖｅｒｄｅｔｋｏｎｓｔａｎｔｅ　）
が高いために、偏光角の回転を強めることができ、その
ため回転セルの長さを数ミリメートル程度にまで縮める
ことができるのである。

作動原理が同じ光絶縁体に比べて、その大きさを更に小
さくすることは、先に述べた屈折率の低い透明な（ステ
ップ・インデックス・ファイバー＝　５ｔＬＩｆｅｎｉ
ｎｄ（！ＸｆａＳｅｒのような）物質でできた薄い膜を
通してガーネットに光を導入するか、もしくは外に向り
て屈折率が次第に小さくなってゆく（グレイデイエンド
会インデックス・ファイバー＝　Ｇｒａｄｉｅｎｔｅｎ
−１ｎｄｅｘｆａｓｅｒのような）形状を作り出すこと
によって、達成することができるのである。このことは
圧縮応力を与えるか、もしくは微量の不純物を意図的に
添加することによって起こさせることができる。光の通
過する物質の断面を小さくすれば、永久磁石を著しく小
さくすることができる。史に光の導き方によっては、永
久磁石を一層長く、その代わり一層細く作ることも可能
である。それによって、磁化領域の最適化ができるので
ある。

第９図には一例として、よく知られている一つの（”　
０ｐｔｉｃｓ　ｆｏｒ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　″によって
米国で完成された）回転セルの設計が示されている。

光送信部および受信部１４．１．１４．２は中核部とし
て光束分配器４．１．４．２を含んでおり、かつ光通を
調節できるようになっている。その任務は、−りで二つ
の送信器１．１．１．２から出てゆく光を合成する役を
果たすと同時に、他方では反射された光と伝送されてき
た光を受信器３．１．３．２に導くことである。

この光束分配器は通常、その都度５０％の光量損失を余
儀なくされる。この損失は種々の技術的手段、例えば開
口数を小さくするとか、光送信器から出てくる光束の偏
光の度合を強めるとか、の方法によって幾らか減らすこ
とがＩｏきる。

第１図ないし第４図に略図で示した、［Ｅ口゛Ｓ（発光
ダイオード）の形に作られた光送信部１゜１．１．２の
代わりに、その光が非常に細く集束されていて、従って
光束分配器４．１．４．２のほんの中心部だけを通過す
るような、ＬＤ’ｓ　（レーザー・ダイオード）を使用
することもできる。従ってこの場合には、はぼ１００％
の反（ト）率を持たせである在来の光束分配器とは違っ
て、その中心部だけを鏡面化しておけばよいこととなる
（第８図参照）。

この原理は１でに重数されているカップラーによって公
知となっている。

更にその上、レーザー・ダイオードＬ　Ｄの光は（一般
のレーザー光と同様に）少なくと６部分的に偏光になっ
ている。従って、第１図と関連する図において光束分配
器８．１．８．２として示されていて、かつそれに関す
る説明文で光の損失がそれだけ少なくなる、と説明され
でいる、偏光型光束分配器として使用することができる
のである。

これら二つの方式は目的に応じて適宜組合わせ使用する
ことができるのである。

二つの送信器と二つの受信器が（増幅鼎とともに）使用
され【おり、かつ送信器から送り出され、光ファイバー
◆ケーブル６．１，６．２で減衰し、センサー１０で調
節された上、再び受信器に導かれる二つの光束を互いに
比較するようになっている、配列２０に対しては、送信
器と受信器のバランス調整が予め行われている。原則と
してこれは外部の測定３具を用いて行われる。しかしな
がら、センサーの全体的な設計を工夫することによって
、更にシステム全体の監視にも使用し得るような、一つ
の簡単なバランス調整方法を生み出１−こともできるの
である。

送信器１．１が作動さぼられている場合、受信器３．１
には信号８１１が、また受信器３．２には信号８１２が
入ってくる。送信器１．２が作動させられたときにも、
類似のことが生ずる：すなわち、受信器３．１には信号
Ｓ２１が、受信３３゜２には信号Ｓ２２が対応している
。

信号８１１および３２２はその時々の光ファイバー・ケ
ーブル、ないしは送信用ファイバー・ケーブルの中に反
射されてきた光量に相当しているのに対して、信号３１
２および３２１はその時々に伝送されてきた光量を表し
ている。光の経路の可逆性に関する線形光学の定理によ
れば、もし送信器出力と受信器感度との積が等しい場合
には、３１２と８２１とは互いに等しくなければならな
い（方式２では、伝送に方向性のある回転セルが用いら
れているので、以下に説明するような方式に対しては送
信器のファイバー区間を一つの単純なファイバー・ケー
ブルで置き換えることができる）。

記号を次のように定めると： Ｊｌ−送信器１．１の送信出力 Ｊ２−送信器１．２の送信出力 Ｅｌ−受信器３．１の受信感度 Ｅ２＝受信器３．２の受信感度 Ｊｌ・Ｅ２−Ｊ２・Ｅｌから、８２１−３１２となる。

受信器の感度が同時に送信出力に反比例して変化するこ
とは、考えられないので、８２１および８１２の信号が
等しくなるのを監視することによって対応する組の出力
あるいは感度の低下を発見することができるのである。

双方の光ファイバー・ケーブル６．１．６．２ないし光
ファイバーが互いに離されており、かつ外乱光の入射を
防ぐ保護キャップによって塞がれている場合には、 受信器３．１には次記の光だけが： Ｃ１１−Ｊ１・Ｕ−Ｅｌ （送信器１．１が作動させられている場合）また受信器
３．２には次記の光だけが：Ｃ２２＝Ｊ２・Ｕ−Ｅ２ （送信器１．２が作動させられている場合）到達する この場合、双方の光束分配！４．１．４．２の漏洩率（
Ｌｌｂｅｒｓｐｒｅｃｈａｎｔｅｉｌ）　Ｕは等しいも
のと仮定している。現実の光束分配器では、たとえそれ
が０．０１％まで圧縮できたとしても、なお常に何がし
かの漏洩が生じている。このケースではこれはとて６望
むべくもないことである。むしろ、ここに例として示さ
れている立方体型の光束分配器の漏洩率は１〜２％のレ
ベルでよし、とされている。

もし無被覆の（ａｂｇｅｚｏｇｅｎｅｎ　）光ファイバ
ーψケーゾルで、かつ被せただけの保護キャップの場合
に二つの低吟０１１およびＣ２２の互いの差が次間のよ
うになっていて、 Ｃ１１＋１＝０２２ ［二　−誤夕之 一方、二つの信号Ｓ１２および８２１が等しいと覆ると
、送信器１．１の送信出力と受信お３．２の！ｉｌη、
ないしは送信器１．２の出力と受信器３゜１の感度、は
それぞれ組として係数１〕で補正してやる必要があり、
すなわち次のようになる；「１′・・Ｐ・１：１および
Ｊ２’　−Ｊ２／Ｐ（χ　い　し、は Ｆ２’＝Ｐ・［２およびＪ１’　＝Ｊ１／Ｐ）ス（１”
３出力と受信感！腹の積はそのとき不変のま土である： Ｅｌ　・Ｊ２−Ｅ１’　　・Ｊ２’ ないしはＥ２・Ｊ１＝Ｅ２’　　・Ｊｌ’補正係数Ｐは
次の式によって定義される：Ｐ２＝Ｃ２２／Ｃ１１ 補正後は次のことが成り立つはずである：Ｊ　１−　Ｊ
　２−　ＪおよびＥ　１−　Ｅ　２−　Ｅ従って、この
信号評価方法の場合には、二つの光送信部と先受４Ｆ５
部１４，１．１４．２に対して単一の送信出力および感
度からスタートすることとなる。

以上の説明におい−Ｃ述べられでいる、および／あるい
は図面に図示されている全ての新しい特徴は、１１独で
・も、あるいは有意の組合わせであっても、たとλそれ
らが特許請求の範囲の中で明確には請求されていなくて
も、全て本発明の本質に係るものである。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図お、！５び第１ｂ図は、従来がらよく知られて
いる二方向７５式の光伝送方式（１５式１）のノＩ−ズ
Ｉ　Ｊｊよびノ丁−ズ２をそれぞれ概、念的に示した図
であり、 第１Ｃ図および第１ｄ図は、本発明による一つの実施例
（方式２）における光束伝送方式のフェーズ１およびフ
ェーズ２をそれぞれ概念的に示した図であり、 第２図は、一つの偏光型光束分配鼎を用いた一つの単純
な光ファイバー−センサーによる、一つの物理量を測定
するための（方式１の）配列を示１図ｒあり、 第：３図は、部分的に反射型の−・つの光束分配器を用
いた、第２図と類似のく方式１の）配列を示？ｊ図であ
り、 第４図は、対比光束と′＠価光束とを広がった光経路に
純粋に空間的な方法で分配する、前述の実施例と類似の
（方式１の）配列を示１図であり、第５図は、一つの反
射型の仕切り板の形をした一つのセンサーによって対比
光束と′４−ｉａ光束の分配を可変的に行う、（方式１
の）もう一つの実施例を示す図であり、 第６図は、対比光束と有価光束に対しで、それぞれの伝
播方向に応じ一〇別々の伝送方法を持たせた、（方式２
の）一つの実施例を示す図であり、第７図は、対比光束
と有価光束に対して、それぞれの伝播方向に応じて別々
の伝送経路を持たせた（方式２の）もう一つ別の実施例
を示す図であり、 第８図は、レーザー・ダイオードを用いながら、かつそ
の際、異なる開口数の原理を応用した、光送信部および
受信部の一つの実施例を示す図Ｔ：あり、 第９図は、ファラデー効果による・一つの同転セルに対
する一つの実施例を示す図である。 １１．１．．２・・・送信器 ２．１．２．２．５．１，５．２．７．１゜７．２・・
・レンズ ３．１．３．２・・・受信器 ４．１．４．２．８．１．８．２・・・光束分配器６．
１，６．２・・・光ファイバー・ケーブル９．１，９゜
２・・・鏡 １０・・・光ファイバー・センサー １０．１・・・吸収型バルブ　１０．２・・・仕切り板
１１．１．１１．２・・・方向弯換用鏡１２・・・対比
光束　　　　　１３・・・ｆｉ価光束１４．１．１４．
２・・・光送信ないし受信部１５・・・ブラインド　　
２０．２５・・・回転セル２２・・・セル ２３・・・シャット−へルフリッヒーセル２４・・・偏
光鼎。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）一つの有価光束（１３）と一つの対比光束（１２
   ）の助けを借りながら一つの光ファイバー・センサー（
   １０）によつてある一つの物理量を測定するための方法
   であって、かつその際、光が２本の光ファイバー・セン
   サー・ケーブル（６、１；６、２）の中を二方向方式に
   よつて導かれると同時に、前述の２本のセンサー・ケー
   ブルが送信用および受信用ファイバー・ケーブルとして
   使用されているような測定方法であつて、 前述の光束が照射方向に応じて、センサー・エレメント
   の中に設けられている一つの光変向器によってそれぞれ
   異なった方向に導かれる、ことを特徴とする光ファイバ
   ー・センサーによる一つの物理量の測定方法。
2. （２）前述の光変向器が、それによつて一方の方向に向
   かう光は通ることができるが、もう一方の方向に向かう
   光は遮断されるような、二つの光学エレメント（”光パ
   ルプ“）からなつている、ことを特徴とする、請求項１
   に記載された光ファイバー・センサーによる一つの物理
   量の測定方法。
3. （３）前述の、センサー側分岐回路と対比用分岐回路と
   に設けられている二つの光バルブが互いに反対向きに設
   置されている、ことを特徴とする、請求項２に記載され
   た光ファイバー・センサーによる一つの物理量の測定方
   法。
4. （４）前述の光バルブが、ファラデー効果 （Ｆａｒａｄａｙ−Ｅｆｆｅｋｔ）による光学的絶縁体
   として構成されている、ことを特徴とする、請求項３に
   記載された光ファイバー・センサーによる一つの物理量
   の測定方法。
5. （５）一つの有価光束（１３）と一つの対比光束（１２
   ）の助けを借りながら一つの光ファイバー・センサー（
   １０）によってある一つの物理量を測定するための方法
   であって、かつその際、光が２本の光ファイバー・セン
   サー・ケーブル（６、１；６、２）の中を二方向方式に
   よつて導かれると同時に、前述の２本のセンサー・ケー
   ブルが送信用および受信用ファイバー・ケーブルとして
   使用されているような測定方法であって、 少なくとも一つの光バルブが光束を誘導するに当たつて
   共通の照射過程の中に配置されている、ことを特徴とす
   る光ファイバー・センサーによる一つの物理量の測定方
   法。
6. （６）前述の光バルブが、光を供給するファイバーから
   くる前向きの光を分岐回路の方にだけ通し、もう一方の
   ファイバーからのみくる反対向きの光を、光を送り返す
   ファイバーの方に進ませるようにする（光変向器）、こ
   とを特徴とする、請求項５に記載された光ファイバー・
   センサーによる一つの物理量の測定方法。
7. （７）前述の光変向器が、偏光面の回転角がπ／４±ｎ
   ・π／２であり、かつその際、ｎ＝０、１、２、・・・
   ・・・であるような、光学的絶縁体として構成されてい
   る、ことを特徴とする、請求項６に記載された光ファイ
   バー・センサーによる一つの物理量の測定方法。
8. （８）前述の二つの光束が偏光による光束分配器によっ
   て互いに分離される、ことを特徴とする、請求項７に記
   載された光ファイバー・センサーによる一つの物理量の
   測定方法。（９）前述の二つの光束が偏光プリズムによ
   つて互いに分離される、ことを特徴とする、請求項７に
   記載された光ファイバー・センサーによる一つの物理量
   の測定方法。