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WO2012137846A1 - 光学式曲がり測定装置 - Google Patents

光学式曲がり測定装置 Download PDF

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WO2012137846A1
WO2012137846A1 PCT/JP2012/059250 JP2012059250W WO2012137846A1 WO 2012137846 A1 WO2012137846 A1 WO 2012137846A1 JP 2012059250 W JP2012059250 W JP 2012059250W WO 2012137846 A1 WO2012137846 A1 WO 2012137846A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
optical
bending
optical fiber
property changing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/059250
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English (en)
French (fr)
Inventor
藤田　浩正
山本　英二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
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Priority to US14/046,015 priority Critical patent/US9146097B2/en
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Priority to US14/842,031 priority patent/US9383193B2/en
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02052—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising optical elements other than gratings, e.g. filters

Definitions

  • the present invention relates to an optical bending measuring device.
  • FIG. 16 to 18 show a curvature measuring apparatus using an optical fiber disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-141604.
  • FIG. 16 shows the state of the optical fiber before bending of this curvature measuring apparatus.
  • FIG. 17 shows the state of the optical fiber when the curvature measuring apparatus is bent.
  • the optical fiber has a core portion 501 made of glass or transparent plastic. A part of the outer periphery of the core part 501 is covered with a light absorbing part 503, and the remaining part is covered with a cladding part 502. Light incident on the boundary surface between the core portion 501 and the cladding portion 502 at an angle larger than the total reflection angle is totally reflected there.
  • the light propagating through such an optical fiber is as follows. That is, in the state before bending shown in FIG. 16, all the light rays 504 incident parallel to the inner wall are transmitted. Of the light incident non-parallel to the inner wall, the light beam 505 incident on the light absorbing portion 503 is absorbed there and is not transmitted. Further, light that is incident at a gentle angle such as the light beam 506 and avoids the light absorbing portion 503 is transmitted without being absorbed.
  • FIG. 18 shows an example in which such a curvature measuring device is applied to the measurement of railway rail bending.
  • the optical fiber bundle 509 is disposed along the rail 508 of the railway, and one end thereof is connected to the laser light source 510 and the other end is connected to the photoelectric conversion device 511.
  • the optical fiber bundle 509 is composed of three optical fibers provided with the light absorbing portions 503 corresponding to the three locations on the rail 508 to be measured, and the light absorbing portions 503 of the optical fibers are respectively arranged at the measuring locations. The attenuation of the light transmitted through the three optical fibers is measured, and the curvatures at the three measurement points are obtained.
  • measurement may be performed using one optical fiber instead of using three optical fibers.
  • the same result can be obtained by measuring the light absorbing portion 503 along the rail 508 and measuring it three times. It has gained.
  • the light absorbing portions 503 may be provided at three locations of one optical fiber. In this case, the light attenuation is obtained as a value obtained by multiplying the light attenuation at the three locations.
  • the conventional curvature measuring device measures the curvature of the rail and the degree of the sinking of the rail while passing through the train from the measurement of the attenuation amount of light.
  • the curvature obtained through one optical fiber is a single value or a multiple value.
  • Such a method is sufficient if the object to be measured does not cause a problem in terms of volume when installing a plurality of optical fibers like a rail, but it is volumetric to install a plurality of optical fibers in the object to be measured. If it is difficult to change the installation status or it is not easy to change. Moreover, in the conventional apparatus, the curvature of several places cannot be obtained as an independent value by one optical fiber.
  • the present invention has been made in consideration of such actual situations, and the object thereof can be applied to a measurement object in which a plurality of optical fibers are difficult to install, and bends in a specific direction at a plurality of measurement objects. It is to provide an optical bending measuring device capable of measuring the amount independently.
  • An optical bending measuring apparatus includes a light source unit that supplies measurement light, a light transmission body that transmits the measurement light, and a plurality of optical elements provided in different portions of the light transmission body.
  • a characteristic change member and a light detection unit for detecting light output from the light transmission body are provided.
  • Each optical property changing member gives a change in optical property to the light incident thereon according to the amount of bending in a specific direction of the portion of the light transmitting body provided with the optical property changing member.
  • the light detection unit separates and detects light that has undergone a change in optical characteristics, and independently measures the amount of bending in a specific direction of a plurality of portions of the light transmitter based on the detected light intensity.
  • the optical bending measuring apparatus which can be applied also to the measuring object which is hard to install a several optical fiber, and can measure the bending amount of the specific direction of the several places of a measuring object independently is provided. .
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the optical bending measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration of the optical bending measuring apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 3 shows changes in the intensity of each light component detected by the light detection unit of FIG.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional structure of a portion of the optical fiber provided with the optical property changing member of FIG.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional structure of an optical fiber in which another optical property changing member is provided instead of the optical property changing member in FIG.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional structure of an optical fiber provided with optical characteristic changing members having different length dimensions.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional structure of an optical fiber provided with an optical property changing member composed of a plurality of elements.
  • FIG. 8 shows a preferable absorption characteristic of the optical characteristic changing member.
  • FIG. 9 shows an inappropriate absorption characteristic of the optical characteristic changing member.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional structure of an optical fiber in which the optical property changing member is provided in another arrangement instead of the optical property changing member of FIG.
  • FIG. 11 shows a cross-sectional structure of an optical fiber in which the optical characteristic changing member is provided in another arrangement instead of the optical characteristic changing member of FIG.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional structure of an optical fiber in which the optical property changing member is provided in another arrangement instead of the optical property changing member of FIG.
  • FIG. 13 shows a schematic configuration of an optical bending measuring apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 14 shows a schematic configuration of an optical bending measuring apparatus according to the fourth embodiment.
  • FIG. 15 shows the intensity of the measurement light supplied at time t0 and the intensity of the light detected at each time t1, t2, t3.
  • FIG. 16 shows the state of the optical fiber before bending in the conventional curvature measuring apparatus.
  • FIG. 17 shows the state of the optical fiber during bending of the conventional curvature measuring apparatus.
  • FIG. 18 shows an example of use of a conventional curvature measuring apparatus.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the optical bending measuring apparatus according to the first embodiment.
  • the optical bending measuring device includes a light source unit 110 that supplies measurement light, a light transmission body that transmits measurement light, for example, an optical fiber 120, and a plurality of parts provided in different portions of the optical fiber 120. , 150N, and a light detection unit 140 that detects light output from the optical fiber 120.
  • Each of the optical property changing members 150A, 150B,..., 150N changes the optical properties of the light incident thereon depending on the amount of bending in a specific direction of the portion of the optical fiber 120 provided with the optical property changing member 150A, 150B,. Furthermore, the optical components that change the optical characteristics of the optical characteristic changing members 150A, 150B,. For example, the optical property changing members 150A, 150B,..., 150N give optical property changes to the light components of wavelengths ⁇ a, ⁇ b,. That is, the optical property changes given by the optical property changing members 150A, 150B,..., 150N are independent of each other. The change in the optical characteristics is a change that the optical characteristic changing members 150A, 150B,. As a result, the incident light becomes individually identifiable.
  • the light detection unit 140 separates and detects each light component having undergone a change in optical characteristics by the optical property changing members 150A, 150B,..., 150N, and based on the intensity of each light component, the optical property changing members 150A, 150B. ,..., 150N, the bending amount in a specific direction of a plurality of portions of the optical fiber 120 provided with 150N is measured independently. Detection by the light detection unit 140 is detection performed after changing the way of propagation through reflection or transmission of light through the light characteristic changing members 150A, 150B,..., 150N.
  • the optical property changing members 150A, 150B,..., 150N are provided at different positions in the extending direction or the longitudinal direction of the optical fiber 120, for example.
  • the extending direction or the longitudinal direction of the optical fiber 120 refers to a direction along the path of light propagating in the optical fiber 120.
  • the term “extending direction” or “longitudinal direction” has the same meaning in the description of the embodiments described later.
  • the light detection unit 140 can measure the amount of bending in a specific direction at each position where the extending direction or the longitudinal direction of the optical fiber 120 is different. The specific direction at each position may be the same or different.
  • the optical property changing members 150A, 150B,..., 150N are provided at different positions in the circumferential direction at the same position in the extending direction or the longitudinal direction of the optical fiber 120.
  • the circumferential direction of the optical fiber 120 refers to a direction along the outer periphery of the optical fiber 120 in a cross section that traverses the light propagation path (for example, vertically).
  • the term “circumferential direction” has the same meaning in the description of the embodiments described later.
  • the light detection unit 140 can measure the bending direction and the bending amount at the same position in the extending direction or the longitudinal direction of the optical fiber 120.
  • optical property changing members 150A, 150B,..., 150N are provided at different positions in the extending direction or longitudinal direction of the optical fiber 120, and some are provided at different positions in the circumferential direction of the optical fiber 120. Also good.
  • the optical bending measuring apparatus of the present embodiment is capable of specifying specific directions of a plurality of measurement objects even in a thin tube or a narrow place where only one optical fiber can be installed, for example.
  • the amount of bending for example, the direction of bending at a specific location or the amount of bending at multiple locations can be measured.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration of the optical bending measuring apparatus according to the second embodiment.
  • the optical bending measurement apparatus includes a light source unit 210 that supplies measurement light, a light transmission body that transmits the measurement light, for example, an optical fiber 220, and reflects light emitted from the optical fiber 220 to reflect the light in the optical fiber 220. And a plurality of optical characteristic changing members 250A, 250B, and 250C provided at different portions of the optical fiber 220, and a light detection unit 240 that detects the light output from the optical fiber 220. .
  • the light source unit 210 includes a light source 212 such as an LED (light emitting diode) or an LD (laser diode), and an optical member 214 such as a convex lens for improving the efficiency of light incident on the optical fiber.
  • a light source 212 such as an LED (light emitting diode) or an LD (laser diode)
  • an optical member 214 such as a convex lens for improving the efficiency of light incident on the optical fiber.
  • the optical fiber 220 has a two-branch structure having two end portions 220a and 220b on one side and one end portion 220c on the opposite side.
  • the optical fiber 220 is composed of, for example, a bifurcated fiber that branches the light quantity ratio to 1: 1.
  • the end 220a is optically coupled to the light source unit 210, and light supplied from the light source unit 210 is input to the end 220a.
  • the end 220 a is optically coupled to the light detection unit 240, and light output from the end 220 b is input to the light detection unit 240.
  • the end 220c is optically coupled to the reflecting member 230, and the reflecting member 230 reflects the light output from the end 220c and returns it into the end 220c.
  • the optical property changing members 250A and 250B are arranged at the same position with respect to the extending direction or the longitudinal direction of the optical fiber 220.
  • the optical property changing members 250A and 250B are also arranged at different positions in the circumferential direction.
  • the optical property changing members 250A and 250B are arranged at positions different by 90 degrees around the central axis.
  • the central axis means a virtual line extending along the center of the light propagation path.
  • the optical property changing members 250A and 250C are arranged at different positions with respect to the extending direction or the longitudinal direction of the optical fiber 220, and are arranged at different positions with respect to the circumferential direction.
  • FIG. 2 shows an example in which three optical property changing members 250A, 250B, 250C are provided, but the number of optical property changing members may be two or more.
  • Each of the optical property changing members 250A, 250B, 250C extends in the extending direction or the longitudinal direction of the optical fiber 220. Depending on the amount of bending in a specific direction of the portion of the optical fiber 220 provided with the optical characteristic changing member 250A, 250B, 250C Gives changes in optical properties. For example, each of the optical property changing members 250A and 250C changes the optical property of the light incident thereon according to the amount of vertical bending of the portion of the optical fiber 220 provided with the optical property changing members 250A and 250C.
  • the optical property changing member 250B changes the optical property of the light incident thereon according to the amount of bending in the left-right direction of the portion of the optical fiber 220 provided with the optical property changing member 250B.
  • optical components that change the optical properties of the optical property changing members 250A, 250B, and 250C are different.
  • the optical characteristic changing members 250A, 250B, and 250C change the optical characteristics with respect to the light components of the wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c, respectively.
  • the light detection unit 240 separates the light output from the end portion 220b of the optical fiber 220 into light components whose optical characteristics have been changed by the optical characteristic changing members 250A, 250B, and 250C, and a separation optical element.
  • a light detector 244 for detecting the intensity of each light component separated by the element 242 is included.
  • the optical fiber 220 is a bifurcated fiber, but the same effect can be obtained with a configuration in which the photodetector unit 240 is disposed at the position of the reflecting member 230.
  • FIG. 3 shows changes in the intensity of each light component detected by the light detection unit 240.
  • A1, B1, and C1 are optical property changing members 250A, 250B, and 250C when the portion of the optical fiber 220 provided with the optical property changing members 250A and 250B is bent in the vertical direction (upper and lower one direction), respectively. Shows the change in the intensity of the light subjected to the change in the optical characteristics.
  • A2, B2, and C2 are optical characteristic changes caused by the optical characteristic changing members 250A, 250B, and 250C when the portions of the optical fiber 220 provided with the optical characteristic changing members 250A and 250B are bent in the left-right direction, respectively. It shows the change of the intensity of the received light.
  • A3, B3, and C3 are optically applied by the optical property changing members 250A, 250B, and 250C when the portion of the optical fiber 220 provided with the optical property changing member 250C is bent in the vertical direction (upper and lower two directions), respectively. It shows a change in the intensity of light that has undergone a change in characteristics.
  • the portion of the optical fiber 220 provided with the optical property changing members 250A and 250B is bent in the vertical direction, only the light whose optical property is changed by the optical property changing member 250A has an intensity.
  • the light that can be changed by the other optical property changing members 250B and 250C does not show the change in intensity.
  • the light detection unit 240 separates and detects each light component that has undergone a change in optical properties by the optical property changing members 250A, 250B, and 250C. In this case, since the light detection unit 240 changes only the intensity of the light that has undergone the change in optical characteristics by the optical characteristic change member 250A, the portion of the optical fiber 220 in which the optical characteristic change member 250A is provided. Is bent in the vertical direction, and the amount of bending is measured based on the amount of change in the intensity of the light.
  • the light detection unit 240 separates and detects each light component whose optical characteristics have been changed by the optical characteristics changing members 250A, 250B, 250C, and based on the detected light intensity, the optical characteristics changing members 250A, 250B,
  • the amount of bending in a specific direction of a plurality of portions of the optical fiber 220 provided with 250C is independently measured. For example, when the light components that have undergone the change in optical properties by the optical property changing members 250A and 250B both show intensity changes, the light detection unit 240 measures the direction and amount of bending based on the ratio between the two.
  • Examples of changes in the optical characteristics provided by the optical characteristic changing members 250A, 250B, and 250C include the following examples.
  • the first example is a decrease in light intensity due to the optical property changing members 250A, 250B, 250C absorbing light.
  • each of the optical property changing members 250A, 250B, and 250C is composed of a light absorbing member that absorbs light having different wavelengths.
  • Each of the optical property changing members 250A, 250B, and 250C absorbs only light having specific wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c that are different from each other in accordance with the amount of bending in the specific direction of the portion of the optical fiber on which the optical property changing members 250A, 250B, and 250C are provided.
  • the intensity of the light component of each wavelength is reduced correspondingly to the light that has passed through the optical property changing members 250A, 250B, and 250C.
  • the light source unit 210 supplies light having a wide wavelength band including light of a plurality of wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c, such as white light.
  • the light source unit 210 supplies light obtained by combining light having a plurality of wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c.
  • the light source unit 210 supplies light of a plurality of wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c in a time division manner. For example, the light source unit 210 repeatedly supplies light having a plurality of wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c at time intervals ta, tb, and tc, respectively.
  • the separation optical element 242 of the light detection unit 240 separates the light output from the optical fiber 220 into light having a plurality of wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c, and the light detector 244 includes a plurality of light beams separated by the separation optical element 242.
  • the intensities of light having wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c are detected.
  • Such a photodetector 244 can be constituted by, for example, a line sensor that is a chip in which PDs are integrated, an area sensor such as a CCD, or the like, but is not particularly limited thereto. It is more preferable that an optical coat having effects such as condensing light and preventing reflection is applied.
  • the separation optical element 242 can be configured by an element having spectral characteristics such as a blaze mirror.
  • the light source unit 210 may be configured by elements that direct light of a plurality of wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c to different photoelectric conversion elements by changing the angle of the mirror. Good.
  • the optical fiber 220 includes a core 222 extending in the center and a clad 224 disposed around the core 222.
  • the optical property changing members 250 ⁇ / b> A and 250 ⁇ / b> B are disposed in the clad 224 so as to contact the core 222 of the optical fiber 220.
  • FIG. 4 only the optical property changing members 250A and 250B are shown, and the optical property changing member 250C is not shown, but the arrangement of the optical property changing members 250C is the same.
  • the configuration of the optical property changing member may be optimized in various forms. For example, in a configuration in which two optical property changing members are arranged at positions different by 90 degrees around the central axis of the optical fiber 220, as shown in FIG. 5, instead of the optical property changing members 250A and 250B in FIG. Optical characteristic changing members 252A and 252B having shorter circumferential dimensions may be provided. In this case, the detection sensitivity of the bending amount is lowered, but the detection sensitivity in the bending direction is improved.
  • each optical property changing member does not need to be composed of a single member, and as shown in FIG. 7, optical property changing members 272 and 274 including a plurality of elements may be provided in the optical fiber 220. .
  • light absorbing members are arranged at different positions in the circumferential direction of the optical fiber 220 across the two bending directions, and linearly polarized light that is non-parallel to both of the two bending directions is supplied from the light source unit 210.
  • linearly polarized light two bending direction components are absorbed by the respective light absorbing members in accordance with the amount of bending of that portion of the optical fiber 220.
  • the light detection unit 240 measures the amount of bending of the optical fiber 220 in two directions independently by separating and detecting two bending direction components of linearly polarized light.
  • a second example of the change in the optical properties given by the optical property changing members 250A, 250B, 250C is wavelength conversion.
  • each of the optical property changing members 250A, 250B, and 250C is composed of a wavelength conversion member that converts incident light into light of different wavelengths, for example, phosphors.
  • the optical property changing members 250A, 250B, 250C receive the measurement light and generate light having different wavelengths from the wavelength of the measurement light.
  • the optical property changing members 250A, 250B, 250C may receive light of different wavelengths and generate light of different wavelengths, respectively, or may receive light of the same wavelength and generate light of different wavelengths.
  • the optical property changing members 250A, 250B, and 250C may receive the light of the wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c and generate the light of the wavelengths ⁇ a ′, ⁇ b ′, and ⁇ c ′, respectively,
  • the light of ⁇ 0 may be received to generate light of wavelengths ⁇ a ′, ⁇ b ′, and ⁇ c ′, respectively.
  • the light source unit 210 supplies light having a wide wavelength band including light of a plurality of wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c, such as white light.
  • the light source unit 210 supplies light obtained by combining light having a plurality of wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c.
  • the light source unit 210 supplies light of a plurality of wavelengths ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c in a time division manner.
  • the light source unit 210 supplies light having a single wavelength ⁇ 0 or light including the same.
  • the light of the wavelengths ⁇ a, ⁇ b, ⁇ c, ⁇ a ′, ⁇ b ′, ⁇ c ′, and ⁇ 0 does not mean the light of those single wavelengths, but the wavelength of these wavelengths as the center wavelength. It means light with expanse.
  • All of the optical property changing members 250A, 250B, 250C have absorption characteristics that do not absorb the converted wavelengths ⁇ a ′, ⁇ b ′, ⁇ c ′ (especially light near the center wavelength).
  • suitable absorption characteristics and inappropriate absorption characteristics of the optical characteristic changing member 250B are shown in FIGS. 8 and 9 together with light of wavelengths ⁇ 0, ⁇ a ′, and ⁇ b ′, respectively.
  • the optical characteristic changing member 250B Since the suitable absorption characteristic 282 of the optical characteristic changing member 250B shown in FIG. 8 does not overlap with the light La ′ having the wavelength ⁇ a ′ generated from the optical characteristic changing member 250A, the optical characteristic changing member 250B has the wavelength ⁇ 0.
  • the light L0 is absorbed to generate the light Lb ′ having the wavelength ⁇ b ′, but the light La ′ having the wavelength ⁇ a ′ is not absorbed to generate the light Lb ′ having the wavelength ⁇ b ′.
  • the inappropriate absorption characteristic 284 of the optical characteristic changing member 250B shown in FIG. 9 extends beyond the wavelength ⁇ a ′, and is considerably equivalent to the light La ′ having the wavelength ⁇ a ′ generated from the optical characteristic changing member 250A. overlapping. Therefore, the optical characteristic changing member 250B absorbs the light Lb ′ having the wavelength ⁇ b ′ by absorbing the light Lb ′ having the wavelength ⁇ b ′ by absorbing the light La ′ having the wavelength ⁇ a ′ in addition to absorbing the light L0 having the wavelength ⁇ 0. Will occur. As a result, it becomes difficult to accurately determine the bending amount of the optical property changing member 250A.
  • the absorption characteristic of the optical characteristic changing member 250B has been described, but the same applies to the absorption characteristics of the other optical characteristic changing members 250A and 250C. That is, none of the absorption characteristics of the optical characteristic changing members 250A, 250B, and 250C substantially overlaps the light of the wavelengths ⁇ a ′, ⁇ b ′, and ⁇ c ′.
  • the optical detection unit 240 has optical characteristics changing members 250A, 250B, 250C of the light absorbing member except for a design change in which the wavelengths of light to be detected are changed from ⁇ a, ⁇ b, ⁇ c to ⁇ a ′, ⁇ b ′, ⁇ c ′.
  • the configuration applied to can be adopted.
  • optical property changing members 250A, 250B, and 250C of the wavelength conversion member are also optimized by the above-described method described with reference to FIGS. 5 to 7 in the same manner as the optical property changing members 250A, 250B, and 250C of the light absorbing member. May be achieved.
  • each of the optical property changing members 250A, 250B, 250C changes the phase information of light having different wavelengths according to the amount of bending in a specific direction of the portion of the optical fiber provided with them.
  • the optical characteristic changing members 250A, 250B, and 250C are shown in FIG. 4 as being arranged in the clad 224 of the optical fiber 220, the arrangement of the optical characteristic changing members 250A, 250B, and 250C is limited to this. It is only necessary to construct an equivalent structure, and various other arrangement forms may be applied. 10 to 12 show such other arrangements.
  • the optical property changing member 254 ⁇ / b> A may have a thickness equal to or greater than that of the cladding 224, and the auxiliary layer 226 of the cladding 224 may be provided on the outer side. Further, the auxiliary layer 226 may be omitted by leaving the function of the auxiliary layer 226 to air.
  • FIG. 10 the optical property changing member 254 ⁇ / b> A may have a thickness equal to or greater than that of the cladding 224, and the auxiliary layer 226 of the cladding 224 may be provided on the outer side. Further, the auxiliary layer 226 may be omitted by leaving the function of the auxiliary layer 2
  • the optical property changing members 256 ⁇ / b> A and 256 ⁇ / b> B are arranged in the core 222 so as to be in contact with the clad 224 of the optical fiber 220.
  • the optical property changing members 258 ⁇ / b> A and 258 ⁇ / b> B are arranged so as to straddle both the core 222 and the clad 224 of the optical fiber 220.
  • the optical bending measuring apparatus of the present embodiment is capable of specifying specific directions of a plurality of measurement objects even in a thin tube or a narrow place where only one optical fiber can be installed, for example.
  • the amount of bending for example, the direction of bending at a specific location or the amount of bending at multiple locations can be measured.
  • FIG. 13 shows a schematic configuration of an optical bending measuring apparatus according to the third embodiment.
  • the optical bending measuring apparatus reflects a light source unit 310 that supplies measurement light, a light transmission body that transmits the measurement light, such as optical fibers 320A and 320B, and light emitted from the optical fibers 320A and 320B.
  • the reflection member 330 returned into the optical fibers 320A and 320B, the plurality of optical property changing members 350A and 350B provided at different portions of the optical fibers 320A and 320B, and the light for detecting the light output from the optical fibers 320A and 320B.
  • a detection unit 340 is provided.
  • the optical fibers 320A and 320B include a two-branch optical fiber 320A and a non-branch optical fiber 320B.
  • the optical property changing member 350A is disposed between the optical fiber 320A having a bifurcated structure and the optical fiber 320B having an unbranched structure, and the optical property changing member 350B is disposed between the optical fiber 320B having an unbranched structure and the reflecting member 330. Has been.
  • the optical bending measuring apparatus further includes a reflection transmission member 360 disposed between the optical fiber 320B having a non-branching structure and the optical property changing member 350A positioned on the optical fiber 320A side of the two-branching structure. ing.
  • the reflection transmission member 360 reflects the light whose optical characteristic has been changed by the optical characteristic changing member 350A located on the optical fiber 320A side of the bifurcated structure, and is located on the reflective member 330 side.
  • the optical characteristic changing member 350B transmits light that can be changed in optical characteristics.
  • the optical fiber 320A having a two-branch structure and the optical fiber 320B having a non-branch structure are connected via an optical property changing member 350A and a reflection transmission member 360.
  • the non-branching optical fiber 320B and the reflecting member 330 are connected via an optical property changing member 350B.
  • the configuration of the optical fiber 320A having a two-branch structure is the same as that of the optical fiber 220 of the second embodiment.
  • the configuration of the light source unit 310 and the configuration of the light detection unit 340 are the same as those of the light source unit 210 and the light detection unit 240 of the second embodiment, respectively.
  • the relationship between the configuration of the two-branch optical fiber 320A and the light source unit 310 and the light detection unit 340 is the same. That is, one end of the optical fiber 320A having a two-branch structure is optically coupled to the light source unit 310, and the other end is optically coupled to the light detection unit 340. The remaining one end is optically coupled to the reflecting member 330 through the optical property changing member 350A, the reflection transmitting member 360, the non-branching optical fiber 320B, and the optical property changing member 350B.
  • the optical property changing members 350A and 350B are made of light absorbing members.
  • the light source unit 310 supplies light having wavelengths ⁇ a and ⁇ b or light including them.
  • the optical characteristic changing members 350A and 350B absorb light having wavelengths ⁇ a and ⁇ b, respectively, according to the amount of bending. As a result, the intensity of light having wavelengths ⁇ a and ⁇ b decreases.
  • the light having the wavelength ⁇ a is reflected by the reflection transmission member 360 and travels toward the light detection unit 340.
  • the light having the wavelength ⁇ b is reflected by the reflecting member 330 and travels toward the light detection unit 340.
  • the light detection unit 340 separates and detects the light of the wavelengths ⁇ a and ⁇ b by the method described in the second embodiment, and independently measures the amount of bending of the optical property changing members 350A and 350B.
  • the optical property changing members 350A and 350B may be constituted by wavelength conversion members.
  • the light source unit 310 supplies light having wavelengths ⁇ a and ⁇ b or light including them, and the optical property changing members 350A and 350B respectively have wavelengths ⁇ a ′ and ⁇ b ′ according to their bending amounts.
  • the light source unit 310 supplies the light having the wavelength ⁇ 0 or the light including the light, and the optical property changing members 350A and 350B generate the light having the wavelengths ⁇ a ′ and ⁇ b ′ according to the bending amounts, respectively.
  • the light having the wavelength ⁇ a ′ is reflected by the reflection transmission member 360 and travels toward the light detection unit 340.
  • the light of wavelength ⁇ b ′ is reflected by the reflecting member 330 and travels toward the light detection unit 340.
  • the light detection unit 340 separates and detects the light of the wavelengths ⁇ a ′ and ⁇ b ′ by the method described in the second embodiment, and independently measures the amount of bending of the optical property changing members 350A and 350B.
  • the reflection transmission member 360 may be omitted.
  • the optical bending measuring apparatus of the present embodiment is capable of specifying specific directions of a plurality of measurement objects even in a thin tube or a narrow place where only one optical fiber can be installed, for example.
  • the amount of bending for example, the direction of bending at a specific location or the amount of bending at multiple locations can be measured.
  • FIG. 14 shows a schematic configuration of an optical bending measuring apparatus according to the fourth embodiment.
  • the optical bending measuring device exits from a light source unit 410 that supplies measurement light, a light transmission body that transmits the measurement light, for example, optical fibers 420A, 420B, and 420C, and optical fibers 420A, 420B, and 420C.
  • a reflection member 430 that reflects light back into the optical fibers 420A, 420B, and 420C, a plurality of optical property changing members 450A, 450B, and 450C provided at different portions of the optical fibers 420A, 420B, and 420C, and an optical fiber 420A,
  • a light detection unit 440 that detects light output from 420B and 420C is provided.
  • the optical fibers 420A, 420B, and 420C include a two-branch optical fiber 420A and an unbranched optical fiber 420B and 420C.
  • the optical property changing member 450A is disposed between the optical fiber 420A having a bifurcated structure and the optical fiber 420B having an unbranched structure, and the optical property changing member 450B is disposed between the optical fibers 420B and 420C having an unbranched structure.
  • the optical property changing member 450C is disposed between the optical fiber 420C having a non-branching structure and the reflecting member 430.
  • the optical bending measuring device is a reflection transmission device disposed between the optical fibers 420B and 420C of each unbranched structure and the optical property changing members 450A and 450B located on the optical fiber 420A side of the two-branch structure.
  • Members 460A and 460B are further provided.
  • Each of the reflection transmission members 460A and 460B partially reflects and partially transmits incident light.
  • the optical fiber 420A having the two-branch structure and the optical fiber 420B having the non-branching structure are connected to each other through the optical property changing member 450A and the reflection transmission member 460A. Connected through.
  • the non-branching optical fiber 420C and the reflecting member 430 are connected via an optical characteristic changing member 450C.
  • the configuration of the optical fiber 420A having a two-branch structure is the same as that of the optical fiber 220 of the second embodiment.
  • One end of the two-branch optical fiber 420A is optically coupled to the light source unit 410, and the other end is optically coupled to the light detection unit 440.
  • the remaining one end is optically coupled to the reflecting member 430 via the optical property changing members 450A, 450B, 450C, the reflection transmitting members 460A, 460B, and the optical fibers 420B, 420C.
  • the light source unit 410 supplies pulsed measurement light having a single wavelength.
  • the optical property changing members 450A, 450B, and 450C are configured by light absorbing members that absorb measurement light, and each absorbs measurement light according to the amount of bending thereof. As a result, the intensity of the measurement light is reduced.
  • a part L1 of the measurement light supplied from the light source unit 410 is reflected by the reflection transmission member 460A and travels toward the light detection unit 440.
  • Another portion L2 of the measurement light passes through the reflection transmission member 460A, is reflected by the reflection transmission member 460B, and travels toward the light detection unit 440.
  • Another portion L3 of the measurement light passes through the reflection transmission members 460A and 460B, is reflected by the reflection member 430, and travels toward the light detection unit 440.
  • the time when the light reflected by the reflection transmission members 460A and 460B and the reflection member 430 reaches the light detection unit 440 is different.
  • the light detection unit 440 separates and detects light reflected by the reflection transmission members 460A and 460B and the reflection member 430 based on time, and independently measures the amount of bending of the optical property changing members 450A, 450B, and 450C. To do.
  • FIG. 15 shows the intensity of the measurement light supplied from the light source unit 410 at time t0 and the intensity of the light detected by the light detection unit 440 at each time t1, t2, and t3.
  • the light detection unit 440 detects light reflected by the reflection transmission member 460A at time t1, detects light reflected by the reflection transmission member 460B at time t2, and detects light reflected by the reflection member 430 at time t3. To detect.
  • the light detection unit 440 calculates the amount of bending of the optical property changing member 450A based on the intensity of the detection light at time t1. Further, the bending amount of the optical property changing member 450B is calculated based on the intensity of the detection light at time t2. At that time, the influence of the bending amount of the optical property changing member 450A is subtracted. Further, the bending amount of the optical property changing member 450C is calculated based on the intensity of the detection light at time t3. At that time, the influence of the bending amount of the optical property changing members 450A and 450B is subtracted.
  • the optical property changing members 450A, 450B, and 450C may be constituted by wavelength conversion members. In that case, the reflection transmission members 460A and 460B may be omitted.
  • the optical bending measuring apparatus of the present embodiment is capable of specifying specific directions of a plurality of measurement objects even in a thin tube or a narrow place where only one optical fiber can be installed, for example.
  • the amount of bending for example, the direction of bending at a specific location or the amount of bending at multiple locations can be measured.
  • the light detection unit 440 separates and detects the light whose optical characteristics have been changed by the optical characteristic changing members 450A, 450B, and 450C based on time, and does not require a separation optical element, so that it is inexpensive. Can be done.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Light source unit, 120 ... Optical fiber, 140 ... Light detection unit, 150A, 150B, 150C ... Optical characteristic change member, 210 ... Light source unit, 212 ... Light source, 214 ... Optical member, 220 ... Optical fiber, 222 ... Core, 224 ... Cladding, 226... Auxiliary layer, 230... Reflecting member, 240... Photodetecting unit, 242... Separation optical element, 244. 262, 264, 266, 272, 274 ... optical property changing member, 282 ... suitable absorption property, 282 ... inappropriate absorption property, 310 ... light source unit, 320A, 320B ... optical fiber, 330 ...

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Abstract

　光学式曲がり測定装置は、測定光を供給する光源ユニット（１１０）と、測定光を伝達する光ファイバー（１２０）と、光ファイバー（１２０）の異なる複数の部分に設けられた複数の光学特性変化部材（１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ）と、光ファイバー（１２０）から出力される光を検出する光検出ユニット（１４０）を備えている。各光学特性変化部材（１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ）は、これが設けられた光ファイバー（１２０）の部分の特定方向の曲がり量に応じてこれに入射した光に光学特性の変化を与える。光検出ユニット（１４０）は、光学特性の変化を受けた光を分離して検出し、その検出光強度に基づいて光ファイバー（１２０）の複数の部分の特定方向の曲がり量を独立に測定する。

Description

光学式曲がり測定装置
　本発明は、光学式曲がり測定装置に関する。
　図１６～図１８は、特開昭５７－１４１６０４号公報に開示されている光ファイバーを使用した曲率測定装置を示している。図１６は、この曲率測定装置の屈曲前の光学ファイバーの状態を示している。図１７は、この曲率測定装置の屈曲時の光学ファイバーの状態を示している。
　光ファイバーは、ガラスや透明プラスチックなどから成るコア部５０１を有している。コア部５０１の外周の一部は光吸収部５０３によって覆われており、残りの部分はクラッド部５０２によって覆われている。コア部５０１とクラッド部５０２の境界面に全反射角よりも大きい角度で入射する光はそこで全反射される。
　このような光ファイバーを伝搬する光は、次のような状況と成る。すなわち、図１６に示される屈曲前の状態では、内壁に平行に入射した光線５０４はすべて伝達される。内壁に非平行に入射した光のうち、光吸収部５０３に入射した光線５０５はそこで吸収されて伝達されない。また光線５０６の様に緩い角度で入射して光吸収部５０３を避けた光は、吸収されずに伝達される。
　図１７に示される屈曲時の状態では、光は直進するため、光線５０４，５０５，５０６はいずれも光吸収部５０３に入射し、そこで吸収されて伝達されない。
　図１８は、このような曲率測定装置が鉄道のレールの曲がり測定に適用された例を示している。光ファイバー束５０９は、鉄道のレール５０８に沿って配置され、その一方の端部はレーザー光源５１０に接続され、他方の端部は光電変換装置５１１に接続される。
　光ファイバー束５０９は、レール５０８の測定すべき三個所に対応して、光吸収部５０３を備えた三本の光ファイバーからなり、光ファイバーの光吸収部５０３はそれぞれ測定個所に配置される。三本の光ファイバーを介した伝達された光の減衰量をそれぞれ測定して、三個所の測定個所の曲率をそれぞれ求めている。
　また三本の光ファイバーを使用せずに、一本の光ファイバーを使用して測定してもよく、この場合、光吸収部５０３をレール５０８に沿ってずらせて三度測定することにより同様の結果を得ている。さらに一本の光ファイバーの三個所に光吸収部５０３を設けてもよく、この場合、光の減衰量は、三個所の光減衰が乗算された値として得ている。
　以上のように、従来の曲率測定装置は、光の減衰量の測定から、レールの曲率や列車の通過中のレールの沈み具合を測定している。
特開昭５７－１４１６０４号公報
　前述の従来の装置では、一本の光ファイバーを介して得られる曲率は一個所の値か複数個所の乗算値である。複数個所の独立した値を得るためには、一本の光ファイバーの設置と測定を繰り返しおこなうか、複数の光ファイバーを設置して測定する必要がある。
　このような手法は、測定対象がレールのように複数本の光ファイバーを設置することに体積的に問題が生じない場合であればよいが、複数本の光ファイバーを測定対象に設置することが体積的に困難な場合や、設置状況を変更することが容易でない場合には採用できない。また従来の装置では、一本の光ファイバーによって、複数個所の曲率をそれぞれ独立した値として得ることはできない。
　本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、複数本の光ファイバーを設置し難い測定対象に対しても適用でき、測定対象の複数個所の特定方向の曲がり量を独立に測定し得る光学式曲がり測定装置を提供することである。
　本発明の一実施形態による光学式曲がり測定装置は、測定光を供給する光源ユニットと、前記測定光を伝達する光伝達体と、前記光伝達体の異なる複数の部分に設けられた複数の光学特性変化部材と、前記光伝達体から出力される光を検出する光検出ユニットを備えている。各光学特性変化部材は、これが設けられた前記光伝達体の部分の特定方向の曲がり量に応じてこれに入射した光に光学特性の変化を与える。前記光検出ユニットは、光学特性の変化を受けた光を分離して検出し、その検出光強度に基づいて前記光伝達体の複数の部分の特定方向の曲がり量を独立に測定する。
　本発明によれば、複数本の光ファイバーを設置し難い測定対象に対しても適用可でき、測定対象の複数個所の特定方向の曲がり量を独立に測定し得る光学式曲がり測定装置が提供される。
図１は、第一の実施形態による光学式曲がり測定装置の概略構成を示している。 図２は、第二の実施形態による光学式曲がり測定装置の概略構成を示している。 図３は、図２の光検出ユニットが検出する各光成分の強度の変化を示している。 図４は、図２の光学特性変化部材が設けられた光ファイバーの部分の断面構造を示している。 図５は、図４の光学特性変化部材に代えて別の光学特性変化部材が設けられた光ファイバーの断面構造を示している。 図６は、長さ寸法が異なる光学特性変化部材が設けられた光ファイバーの断面構造を示している。 図７は、複数の要素から成る光学特性変化部材が設けられた光ファイバーの断面構造を示している。 図８は、光学特性変化部材の好適な吸収特性を示している。 図９は、光学特性変化部材の不適切な吸収特性を示している。 図１０は、図４の光学特性変化部材に代えて別の配置形態で光学特性変化部材が設けられた光ファイバーの断面構造を示している。 図１１は、図４の光学特性変化部材に代えてまた別の配置形態で光学特性変化部材が設けられた光ファイバーの断面構造を示している。 図１２は、図４の光学特性変化部材に代えてさらに別の配置形態で光学特性変化部材が設けられた光ファイバーの断面構造を示している。 図１３は、第三の実施形態による光学式曲がり測定装置の概略構成を示している。 図１４は、第四の実施形態による光学式曲がり測定装置の概略構成を示している。 図１５は、時刻ｔ０において供給される測定光の強度と、各時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３において検出される光の強度を示している。 図１６は、従来例の曲率測定装置の屈曲前の光学ファイバーの状態を示している。 図１７は、従来例の曲率測定装置の屈曲時の光学ファイバーの状態を示している。 図１８は、従来例の曲率測定装置の使用例を示している。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
　＜第一の実施形態＞
　図１は、第一の実施形態による光学式曲がり測定装置の概略構成を示している。図１に示されるように、光学式曲がり測定装置は、測定光を供給する光源ユニット１１０と、測定光を伝達する光伝達体たとえば光ファイバー１２０と、光ファイバー１２０の異なる複数の部分に設けられた複数の光学特性変化部材１５０Ａ，１５０Ｂ，…，１５０Ｎと、光ファイバー１２０から出力される光を検出する光検出ユニット１４０を有している。
　各光学特性変化部材１５０Ａ，１５０Ｂ，…，１５０Ｎは、これが設けられた光ファイバー１２０の部分の特定方向の曲がり量に応じて、これに入射した光に光学特性の変化を与える。さらに、光学特性変化部材１５０Ａ，１５０Ｂ，…，１５０Ｎが光学特性の変化を与える光成分はそれぞれ異なっている。たとえば、光学特性変化部材１５０Ａ，１５０Ｂ，…，１５０Ｎは、それぞれ、波長λａ，λｂ，…，λｎの光成分に対して光学特性の変化を与える。つまり、光学特性変化部材１５０Ａ，１５０Ｂ，…，１５０Ｎが与える光学特性変化は互いに独立している。光学特性の変化は、光学特性変化部材１５０Ａ，１５０Ｂ，…，１５０Ｎが、これに入射した光に対して与える変化である。その結果、その入射した光は個別に識別可能な状態になる。
　光検出ユニット１４０は、光学特性変化部材１５０Ａ，１５０Ｂ，…，１５０Ｎによって光学特性の変化を受けた光成分ごとに分離して検出し、各光成分の強度に基づいて光学特性変化部材１５０Ａ，１５０Ｂ，…，１５０Ｎが設けられた光ファイバー１２０の複数の部分の特定方向の曲がり量を独立に測定する。光検出ユニット１４０による検出は、光特性変化部材１５０Ａ，１５０Ｂ，…，１５０Ｎを経由した光の反射または透過を介して伝播の仕方を変化させた後に行う検出である。
　一例では、光学特性変化部材１５０Ａ，１５０Ｂ，…，１５０Ｎは、たとえば、光ファイバー１２０の延在方向または長手方向の異なる位置に設けられている。ここで、光ファイバー１２０の延在方向または長手方向とは、光ファイバー１２０内を伝搬する光の経路に沿った方向をいう。この延在方向または長手方向との用語は、後述する実施形態の説明においても同様の意味である。この場合、光検出ユニット１４０は、光ファイバー１２０の延在方向または長手方向の異なる各位置における特定方向の曲がり量を測定し得る。各位置における特定方向は同じであっても異なっていてもよい。
　別の例では、光学特性変化部材１５０Ａ，１５０Ｂ，…，１５０Ｎは、光ファイバー１２０の延在方向または長手方向の同じ位置において周方向の異なる位置に設けられている。ここで、光ファイバー１２０の周方向とは、光の伝搬経路を（たとえば垂直に）横切る断面において、光ファイバー１２０の外周に沿った方向をいう。この周方向との用語は、後述する実施形態の説明においても同様の意味である。この場合、光検出ユニット１４０は、光ファイバー１２０の延在方向または長手方向の同じ位置における曲がりの方向と曲がり量を測定し得る。
　もちろん、前述の二つの例は組み合わされてもよい。つまり、光学特性変化部材１５０Ａ，１５０Ｂ，…，１５０Ｎは、いくつかが光ファイバー１２０の延在方向または長手方向の異なる位置に設けられ、いくつかが光ファイバー１２０の周方向の異なる位置に設けられていてもよい。
　このような構成をしているため、本実施形態の光学式曲がり測定装置は、たとえば光ファイバーを一本しか設置できないような細い管や狭い場所に対しても、測定対象の複数の個所の特定方向の曲がり量、たとえば、特定の個所の曲がりの方向や複数の個所の曲がり量を測定することができる。
　＜第二の実施形態＞
　図２は、第二の実施形態による光学式曲がり測定装置の概略構成を示している。図２に示されるように、光学式曲がり測定装置は、測定光を供給する光源ユニット２１０と、測定光を伝達する光伝達体たとえば光ファイバー２２０と、光ファイバー２２０から出る光を反射して光ファイバー２２０内に戻す反射部材２３０と、光ファイバー２２０の異なる複数の部分に設けられた複数の光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃと、光ファイバー２２０から出力される光を検出する光検出ユニット２４０を有している。
　光源ユニット２１０は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザーダイオード）などの光源２１２と、光ファイバーに入射させる光の効率を向上させるための凸レンズなどの光学部材２１４を有している。
　光ファイバー２２０は、一方の側に二つの端部２２０ａ，２２０ｂを有し、反対側に一つの端部２２０ｃを有している二分岐構造体で構成されている。光ファイバー２２０は、たとえば光量の比率を１：１に分岐する二分岐ファイバーで構成される。端部２２０ａは、光源ユニット２１０と光学的に結合されており、光源ユニット２１０から供給される光が端部２２０ａに入力される。端部２２０ａは、光検出ユニット２４０と光学的に結合されており、端部２２０ｂから出力される光が光検出ユニット２４０に入力される。端部２２０ｃは、反射部材２３０と光学的に結合されており、反射部材２３０は、端部２２０ｃから出力される光を反射して端部２２０ｃ内へ戻す。
　光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂは、光ファイバー２２０の延在方向または長手方向に関して同じ位置に配置されている。光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂはまた、周方向に関して異なる位置に配置されている。たとえば、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂは、中心軸の周りに９０度異なる位置に配置されている。ここで、中心軸とは、光の伝搬経路の中心に沿って延びる仮想的な線を意味している。
　光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｃは、光ファイバー２２０の延在方向または長手方向に関して異なる位置に配置され、周方向に関して異なる位置に配置されている。
　図２には、三つの光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃが設けられた例が示されているが、光学特性変化部材の個数は二つ以上いくつであってもよい。
　各光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、光ファイバー２２０の延在方向または長手方向に延びており、これが設けられた光ファイバー２２０の部分の特定方向の曲がり量に応じて、これに入射した光に光学特性の変化を与える。たとえば、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｃは、それぞれ、これらが設けられた光ファイバー２２０の部分の上下向の曲がり量に応じて、これらに入射した光に光学特性の変化を与える。また光学特性変化部材２５０Ｂは、これが設けられた光ファイバー２２０の部分の左右方向の曲がり量に応じて、これに入射した光に光学特性の変化を与える。
　さらに、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃが光学特性の変化を与える光成分はそれぞれ異なっている。たとえば、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、それぞれ、波長λａ，λｂ，λｃの光成分に対して光学特性の変化を与える。
　光検出ユニット２４０は、光ファイバー２２０の端部２２０ｂから出力される光を、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃによってそれぞれ光学特性の変化を受けた光成分に分離する分離光学素子２４２と、分離光学素子２４２によって分離されたそれぞれの光成分の強度を検出する光検出器２４４を有している。
　本構成では、光ファイバー２２０を二分岐ファイバーとしたが、反射部材２３０の位置に光検出器ユニット２４０を配置した構成でも同様の効果を得ることができる。
　図３は、光検出ユニット２４０が検出する各光成分の強度の変化を示している。Ａ１，Ｂ１，Ｃ１は、それぞれ、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂが設けられた光ファイバー２２０の部分が上下方向（上１下１方向）に曲げられたときの、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃによって光学特性の変化を受けた光の強度の変化を示している。また、Ａ２，Ｂ２，Ｃ２は、それぞれ、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂが設けられた光ファイバー２２０の部分が左右方向に曲げられたときの、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃによって光学特性の変化を受けた光の強度の変化を示している。Ａ３，Ｂ３，Ｃ３は、それぞれ、光学特性変化部材２５０Ｃが設けられた光ファイバー２２０の部分が上下方向（上２下２方向）に曲げられたときの、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃによって光学特性の変化を受けた光の強度の変化を示している。
　図３からわかるように、たとえば、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂが設けられた光ファイバー２２０の部分が上下方向に曲げられたとき、光学特性変化部材２５０Ａによって光学特性の変化を受けた光だけが強度の変化を示し、他の光学特性変化部材２５０Ｂ，２５０Ｃによって光学特性の変化を受け得る光は強度の変化を示さない。光検出ユニット２４０は、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃによって光学特性の変化を受けた光成分ごとに分離して検出する。この場合であれば、光検出ユニット２４０は、光学特性変化部材２５０Ａによって光学特性の変化を受けた光の強度だけが変化していることから、光学特性変化部材２５０Ａが設けられた光ファイバー２２０の部分が上下方向に曲げられたことを検知し、さらに、その光の強度の変化量に基づいてその曲がり量を測定する。
　つまり、光検出ユニット２４０は、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃによって光学特性の変化を受けた光成分ごとに分離して検出し、その検出光強度に基づいて光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃが設けられた光ファイバー２２０の複数の部分の特定方向の曲がり量を独立に測定する。たとえば、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂによって光学特性の変化を受けた光成分が共に強度変化を示す場合、光検出ユニット２４０は、両者の比に基づいて曲がりの方向と曲がり量を測定する。
　光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃが与える光学特性の変化としては以下の例があげられる。
　第一の例は、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃが光を吸収することによる光強度の低下である。この場合、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、それぞれ、互いに異なる波長の光を吸収する光吸収部材で構成される。光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、それぞれ、それらが設けられた光ファイバーの部分の特定方向の曲がり量に応じて、互いに異なる特定の波長λａ，λｂ，λｃの光だけを吸収する。その結果、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃを経由した光は、その分、各波長の光成分の強度が低下する。
　この場合、光源ユニット２１０は、複数の波長λａ，λｂ，λｃの光を含む波長帯域の広い光たとえば白色光を供給する。または光源ユニット２１０は、複数の波長λａ，λｂ，λｃの光が合成された光を供給する。または光源ユニット２１０は、複数の波長λａ，λｂ，λｃの光を時分割で供給する。たとえば、光源ユニット２１０は、複数の波長λａ，λｂ，λｃの光をそれぞれ時間間隔ｔａ，ｔｂ，ｔｃで繰り返し供給する。
　また、光検出ユニット２４０の分離光学素子２４２は、光ファイバー２２０から出力される光を複数の波長λａ，λｂ，λｃの光に分離し、光検出器２４４は、分離光学素子２４２によって分離された複数の波長λａ，λｂ，λｃの光の強度をそれぞれ検知する。このような光検出器２４４は、たとえば、ＰＤを集積したチップであるラインセンサーやＣＣＤといったエリアセンサーなどで構成され得るが、これらに特に限定されるものではない。光の集光や反射防止などの効果を有する光学コートが施してあると、より好適である。また分離光学素子２４２は、たとえば、ブレーズミラーなどの分光特性を有する素子で構成され得る。また、光源ユニット２１０が時分割で光を供給する構成であれば、ミラーの角度を変えて複数の波長λａ，λｂ，λｃの光をそれぞれ別の光電変換素子に方向付ける素子で構成されてもよい。
　図４に示されるように、たとえば、光ファイバー２２０は、中心に延びるコア２２２と、その周囲に配置されたクラッド２２４とで構成されている。光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂは、光ファイバー２２０のコア２２２に接するようにクラッド２２４の中に配置されている。図４には、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂだけが図示され、光学特性変化部材２５０Ｃは図示されていないが、光学特性変化部材２５０Ｃの配置形態も同様である。
　光学特性変化部材の構成はさまざまな形態で最適化が図られてもよい。たとえば、光ファイバー２２０の中心軸の周りに９０度異なる位置に二つの光学特性変化部材を配置する構成では、図４の光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂに代えて、図５に示されるように、それらよりも周方向の寸法が短い光学特性変化部材２５２Ａ，２５２Ｂが設けられてもよい。この場合、曲がり量の検出感度は低下するが、曲がりの方向の検出感度は向上する。
　また、供給される各波長の光の強度の違いや各光学特性変化部材の材質の光吸収度の違いなどを考慮して、図６に示されるように、光ファイバー２２０の長手方向の寸法が異なる光学特性変化部材２６２，２６４，２６６が光ファイバー２２０に設けられてもよい。また、各光学特性変化部材は、単一の部材で構成される必要はなく、図７に示されるように、複数の要素から成る光学特性変化部材２７２，２７４が光ファイバー２２０に設けられてもよい。
　そのほか、特定の二方向の曲がり量だけを測定できさえすればよいのであれば、偏光を利用して検出することも可能である。この場合、二つの曲がり方向を横切る光ファイバー２２０の周方向の異なる位置に光吸収部材を配置し、二つの曲がり方向の両方に非平行な直線偏光を光源ユニット２１０から供給する。直線偏光は、二つの曲がり方向成分がそれぞれの光吸収部材によって、光ファイバー２２０のその部分の曲がり量に応じて吸収される。光検出ユニット２４０は、直線偏光の二つの曲がり方向成分を分離して検出することにより、光ファイバー２２０の二方向の曲がり量を独立に測定する。
　光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃが与える光学特性の変化の第二の例は波長変換である。この場合、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、それぞれ、入射光を互いに異なる別の波長の光に変換する波長変換部材たとえば蛍光体で構成される。光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、測定光を受光して、測定光の波長とそれぞれ異なる波長の光を発生する。光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、異なる波長の光を受光して異なる波長の光をそれぞれ発生しても、同じ波長の光を受光して異なる波長の光をそれぞれ発生してもよい。つまり、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、波長λａ，λｂ，λｃの光を受光して、それぞれ、波長λａ’，λｂ’，λｃ’の光を発生してもよいし、あるいは、波長λ０の光を受光して、それぞれ、波長λａ’，λｂ’，λｃ’の光を発生してもよい。
　この場合、光源ユニット２１０は、複数の波長λａ，λｂ，λｃの光を含む波長帯域が広い光たとえば白色光を供給する。または光源ユニット２１０は、複数の波長λａ，λｂ，λｃの光が合成された光を供給する。または光源ユニット２１０は、複数の波長λａ，λｂ，λｃの光を時分割で供給する。あるいは、光源ユニット２１０は、単一の波長λ０の光またはそれを含む光を供給する。
　ここで、波長λａ，λｂ，λｃ，λａ’，λｂ’，λｃ’，λ０の光とは、それらの単一波長の光を意味しているわけでなく、それらの波長を中心波長として波長の広がりを有する光を意味している。
　光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃはいずれも、変換された波長λａ’，λｂ’，λｃ’の光（特に中心波長付近の光）を吸収しない吸収特性を有している。
　一例として、光学特性変化部材２５０Ｂの好適な吸収特性と不適切な吸収特性を、それぞれ、波長λ０，λａ’，λｂ’の光と一緒に図８と図９に示す。
　図８に示される光学特性変化部材２５０Ｂの好適な吸収特性２８２は、光学特性変化部材２５０Ａから発生される波長λａ’の光Ｌａ’と重なっていないので、光学特性変化部材２５０Ｂは、波長λ０の光Ｌ０を吸収して波長λｂ’の光Ｌｂ’を発生するが、波長λａ’の光Ｌａ’を吸収して波長λｂ’の光Ｌｂ’を発生することはない。
　一方、図９に示される光学特性変化部材２５０Ｂの不適切な吸収特性２８４は、波長λａ’を超えて延びており、光学特性変化部材２５０Ａから発生される波長λａ’の光Ｌａ’と相当に重なっている。このため、光学特性変化部材２５０Ｂは、波長λ０の光Ｌ０を吸収して波長λｂ’の光Ｌｂ’を発生するほかに、波長λａ’の光Ｌａ’を吸収して波長λｂ’の光Ｌｂ’を発生してしまう。その結果、光学特性変化部材２５０Ａの曲がり量を正確に求めることが困難になってしまう。
　ここでは、光学特性変化部材２５０Ｂの吸収特性についてだけ述べたが、他の光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｃの吸収特性についても同様である。すなわち、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃの吸収特性はいずれも、実質的に波長λａ’，λｂ’，λｃ’の光と重なっていない。
　また、光検出ユニット２４０は、検出する光の波長がλａ，λｂ，λｃからλａ’，λｂ’，λｃ’に変わる設計変更を除いては、光吸収部材の光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃに適用された構成が採用され得る。
　波長変換部材の光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃもまた、光吸収部材の光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃと同様に、図５～図７を参照して説明した前述の手法によって最適化が図られてもよい。
　光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃが与える光学特性の変化の別の例は位相情報の変化であってもよい。この場合、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、それぞれ、それらが設けられた光ファイバーの部分の特定方向の曲がり量に応じて、互いに異なる波長の光の位相情報を変化させる。
　光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、図４において、光ファイバー２２０のクラッド２２４の中に配置されている例を示したが、光学特性変化部材２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃの配置形態は、これに限定されるものではなく、同等の構造体を構成しさえすればよく、さまざまな他の配置形態が適用されてもよい。図１０～図１２は、そのような他の配置形態を示している。図１０に示される例では、光学特性変化部材２５４Ａがクラッド２２４と同じまたはそれ以上の厚さを有し、その外側にクラッド２２４の補助層２２６が設けられていてもよい。また、補助層２２６の機能を空気に任せて補助層２２６が省かれてもよい。図１１に示される例では、光学特性変化部材２５６Ａ，２５６Ｂが、光ファイバー２２０のクラッド２２４に接するようにコア２２２の中に配置されている。図１２に示される例では、光学特性変化部材２５８Ａ，２５８Ｂが、光ファイバー２２０のコア２２２とクラッド２２４の両方にまたがるように配置されている。
　このような構成をしているため、本実施形態の光学式曲がり測定装置は、たとえば光ファイバーを一本しか設置できないような細い管や狭い場所に対しても、測定対象の複数の個所の特定方向の曲がり量、たとえば、特定の個所の曲がりの方向や複数の個所の曲がり量を測定することができる。
　＜第三の実施形態＞
　図１３は、第三の実施形態による光学式曲がり測定装置の概略構成を示している。図１３に示されるように、光学式曲がり測定装置は、測定光を供給する光源ユニット３１０と、測定光を伝達する光伝達体たとえば光ファイバー３２０Ａ，３２０Ｂと、光ファイバー３２０Ａ，３２０Ｂから出る光を反射して光ファイバー３２０Ａ，３２０Ｂ内に戻す反射部材３３０と、光ファイバー３２０Ａ，３２０Ｂの異なる複数の部分に設けられた複数の光学特性変化部材３５０Ａ，３５０Ｂと、光ファイバー３２０Ａ，３２０Ｂから出力される光を検出する光検出ユニット３４０を有している。
　光ファイバー３２０Ａ，３２０Ｂは、二分岐構造の光ファイバー３２０Ａと、非分岐構造の光ファイバー３２０Ｂとを有している。光学特性変化部材３５０Ａは、二分岐構造体の光ファイバー３２０Ａと非分岐構造体の光ファイバー３２０Ｂの間に配置され、光学特性変化部材３５０Ｂは、非分岐構造体の光ファイバー３２０Ｂと反射部材３３０の間に配置されている。
　さらに光学式曲がり測定装置は、非分岐構造体の光ファイバー３２０Ｂと、それの二分岐構造体の光ファイバー３２０Ａの側に位置する光学特性変化部材３５０Ａとの間に配置された反射伝達部材３６０をさらに備えている。反射伝達部材３６０は、それよりも二分岐構造体の光ファイバー３２０Ａの側に位置する光学特性変化部材３５０Ａによって光学特性の変化を受けた光を反射し、それよりも反射部材３３０の側に位置する光学特性変化部材３５０Ｂによって光学特性の変化を受け得る光を透過する。
　二分岐構造の光ファイバー３２０Ａと非分岐構造の光ファイバー３２０Ｂは光学特性変化部材３５０Ａと反射伝達部材３６０を介して接続されている。また、非分岐構造の光ファイバー３２０Ｂと反射部材３３０は光学特性変化部材３５０Ｂを介して接続されている。
　二分岐構造の光ファイバー３２０Ａの構成は、第二の実施形態の光ファイバー２２０と同様である。また、光源ユニット３１０の構成と光検出ユニット３４０の構成は、それぞれ、第二の実施形態の光源ユニット２１０の構成と光検出ユニット２４０と同様である。さらに、二分岐構造の光ファイバー３２０Ａと光源ユニット３１０の構成と光検出ユニット３４０の相互間の関係も同様である。つまり、二分岐構造の光ファイバー３２０Ａの一つの端部は光源ユニット３１０と光学的に結合され、別の一つの端部は光検出ユニット３４０と光学的に結合されている。また、残る一つの端部は、光学特性変化部材３５０Ａと反射伝達部材３６０と非分岐構造の光ファイバー３２０Ｂと光学特性変化部材３５０Ｂを介して、反射部材３３０と光学的に結合されている。
　たとえば、光学特性変化部材３５０Ａ，３５０Ｂは光吸収部材で構成される。光源ユニット３１０は、それぞれ、波長λａ，λｂの光またはそれらを含む光を供給する。光学特性変化部材３５０Ａ，３５０Ｂは、それぞれ、それらの曲がり量に応じて波長λａ，λｂの光を吸収する。その結果、波長λａ，λｂの光の強度が減少する。波長λａの光は、反射伝達部材３６０によって反射されて光検出ユニット３４０へ向かう。また波長λｂの光は、反射部材３３０によって反射されて光検出ユニット３４０へ向かう。光検出ユニット３４０は、第二の実施形態で説明した手法によって、波長λａ，λｂの光を分離して検出して、光学特性変化部材３５０Ａ，３５０Ｂの曲がり量を独立に測定する。
　あるいは、光学特性変化部材３５０Ａ，３５０Ｂは波長変換部材で構成されてもよい。その場合、たとえば、光源ユニット３１０は、波長λａ，λｂの光またはそれらを含む光を供給し、光学特性変化部材３５０Ａ，３５０Ｂは、それぞれ、それらの曲がり量に応じて波長λａ’，λｂ’の光を発生する。あるいは、光源ユニット３１０は、λ０の光またはそれを含む光を供給し、光学特性変化部材３５０Ａ，３５０Ｂは、それぞれ、それらの曲がり量に応じて波長λａ’，λｂ’の光を発生してもよい。波長λａ’の光は、反射伝達部材３６０によって反射されて光検出ユニット３４０へ向かう。また波長λｂ’の光は、反射部材３３０によって反射されて光検出ユニット３４０へ向かう。光検出ユニット３４０は、第二の実施形態で説明した手法によって、波長λａ’，λｂ’の光を分離して検出して、光学特性変化部材３５０Ａ，３５０Ｂの曲がり量を独立に測定する。光学特性変化部材３５０Ａ，３５０Ｂが波長変換部材で構成されるこの例では、反射伝達部材３６０は省略されてもよい。
　このような構成をしているため、本実施形態の光学式曲がり測定装置は、たとえば光ファイバーを一本しか設置できないような細い管や狭い場所に対しても、測定対象の複数の個所の特定方向の曲がり量、たとえば、特定の個所の曲がりの方向や複数の個所の曲がり量を測定することができる。
　＜第四の実施形態＞
　図１４は、第四の実施形態による光学式曲がり測定装置の概略構成を示している。図１４に示されるように、光学式曲がり測定装置は、測定光を供給する光源ユニット４１０と、測定光を伝達する光伝達体たとえば光ファイバー４２０Ａ，４２０Ｂ，４２０Ｃと、光ファイバー４２０Ａ，４２０Ｂ，４２０Ｃから出る光を反射して光ファイバー４２０Ａ，４２０Ｂ，４２０Ｃ内に戻す反射部材４３０と、光ファイバー４２０Ａ，４２０Ｂ，４２０Ｃの異なる複数の部分に設けられた複数の光学特性変化部材４５０Ａ，４５０Ｂ，４５０Ｃと、光ファイバー４２０Ａ，４２０Ｂ，４２０Ｃから出力される光を検出する光検出ユニット４４０を有している。
　光ファイバー４２０Ａ，４２０Ｂ，４２０Ｃは、二分岐構造の光ファイバー４２０Ａと、非分岐構造の光ファイバー４２０Ｂ，４２０Ｃとを有している。光学特性変化部材４５０Ａは、二分岐構造体の光ファイバー４２０Ａと非分岐構造体の光ファイバー４２０Ｂの間に配置され、光学特性変化部材４５０Ｂは、非分岐構造体の光ファイバー４２０Ｂ，４２０Ｃの間に配置され、光学特性変化部材４５０Ｃは、非分岐構造体の光ファイバー４２０Ｃと反射部材４３０の間に配置されている。
　さらに光学式曲がり測定装置は、各非分岐構造体の光ファイバー４２０Ｂ，４２０Ｃと、それの二分岐構造体の光ファイバー４２０Ａの側に位置する光学特性変化部材４５０Ａ，４５０Ｂとの間に配置された反射伝達部材４６０Ａ，４６０Ｂをさらに備えている。各反射伝達部材４６０Ａ，４６０Ｂは、入射光を部分的に反射し部分的に透過する。
　二分岐構造の光ファイバー４２０Ａと非分岐構造の光ファイバー４２０Ｂは光学特性変化部材４５０Ａと反射伝達部材４６０Ａを介して接続され、非分岐構造の光ファイバー４２０Ｂ，４２０Ｃは光学特性変化部材４５０Ｂと反射伝達部材４６０Ｂを介して接続されている。また、非分岐構造の光ファイバー４２０Ｃと反射部材４３０は光学特性変化部材４５０Ｃを介して接続されている。
　二分岐構造の光ファイバー４２０Ａの構成は、第二の実施形態の光ファイバー２２０と同様である。二分岐構造の光ファイバー４２０Ａの一つの端部は光源ユニット４１０と光学的に結合され、別の一つの端部は光検出ユニット４４０と光学的に結合されている。また、残る一つの端部は、光学特性変化部材４５０Ａ，４５０Ｂ，４５０Ｃと反射伝達部材４６０Ａ，４６０Ｂと光ファイバー４２０Ｂ，４２０Ｃを介して、反射部材４３０と光学的に結合されている。
　たとえば、光源ユニット４１０は、単一の波長のパルス状の測定光を供給する。光学特性変化部材４５０Ａ，４５０Ｂ，４５０Ｃは、測定光を吸収する光吸収部材で構成され、それぞれ、それらの曲がり量に応じて測定光を吸収する。その結果、測定光の強度が減少する。光源ユニット４１０から供給された測定光の一部Ｌ１は、反射伝達部材４６０Ａによって反射されて光検出ユニット４４０へ向かう。測定光の別の一部Ｌ２は、反射伝達部材４６０Ａを通過した後、反射伝達部材４６０Ｂによって反射されて光検出ユニット４４０へ向かう。測定光のまた別の一部Ｌ３は、反射伝達部材４６０Ａ，４６０Ｂを通過した後、反射部材４３０によって反射されて光検出ユニット４４０へ向かう。
　反射伝達部材４６０Ａ，４６０Ｂと反射部材４３０によって反射された光が光検出ユニット４４０に到達する時刻はそれぞれ異なる。光検出ユニット４４０は、反射伝達部材４６０Ａ，４６０Ｂと反射部材４３０によって反射された光を、時間に基づいて分離して検出して、光学特性変化部材４５０Ａ，４５０Ｂ，４５０Ｃの曲がり量を独立に測定する。
　図１５は、時刻ｔ０において光源ユニット４１０から供給される測定光の強度と、各時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３において光検出ユニット４４０によって検出される光の強度を示している。光検出ユニット４４０は、時刻ｔ１において反射伝達部材４６０Ａによって反射された光を検出し、時刻ｔ２において反射伝達部材４６０Ｂによって反射された光を検出し、時刻ｔ３において反射部材４３０によって反射された光を検出する。
　光検出ユニット４４０は、時刻ｔ１における検出光の強度に基づいて、光学特性変化部材４５０Ａの曲がり量を算出する。また、時刻ｔ２における検出光の強度に基づいて、光学特性変化部材４５０Ｂの曲がり量を算出する。その際には、光学特性変化部材４５０Ａの曲がり量の影響を減算する。さらに、時刻ｔ３における検出光の強度に基づいて、光学特性変化部材４５０Ｃの曲がり量を算出する。その際には、光学特性変化部材４５０Ａ，４５０Ｂの曲がり量の影響を減算する。
　光学特性変化部材４５０Ａ，４５０Ｂ，４５０Ｃは波長変換部材で構成されてもよい。その場合、反射伝達部材４６０Ａ，４６０Ｂは省略されてもよい。
　このような構成をしているため、本実施形態の光学式曲がり測定装置は、たとえば光ファイバーを一本しか設置できないような細い管や狭い場所に対しても、測定対象の複数の個所の特定方向の曲がり量、たとえば、特定の個所の曲がりの方向や複数の個所の曲がり量を測定することができる。また、光検出ユニット４４０は、光学特性変化部材４５０Ａ，４５０Ｂ，４５０Ｃによって光学特性の変化を受けた光を時間に基づいて分離して検出しており、分離光学素子を必要としないので安価に構成され得る。
　これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
１１０…光源ユニット、１２０…光ファイバー、１４０…光検出ユニット、１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ…光学特性変化部材、２１０…光源ユニット、２１２…光源、２１４…光学部材、２２０…光ファイバー、２２２…コア、２２４…クラッド、２２６…補助層、２３０…反射部材、２４０…光検出ユニット、２４２…分離光学素子、２４４…光検出器、２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃ，２５２Ａ，２５２Ｂ，２５４Ａ，２５６Ａ，２５６Ｂ，２５８Ａ，２５８Ｂ，２６２，２６４，２６６，２７２，２７４…光学特性変化部材、２８２…好適な吸収特性、２８２…不適切な吸収特性、３１０…光源ユニット、３２０Ａ，３２０Ｂ…光ファイバー、３３０…反射部材、３４０…光検出ユニット、３５０Ａ，３５０Ｂ…光学特性変化部材、３６０…反射伝達部材、４１０…光源ユニット、４２０Ａ，４２０Ｂ，４２０Ｃ…光ファイバー、４３０…反射部材、４４０…光検出ユニット、４５０Ａ，４５０Ｂ，４５０Ｃ…光学特性変化部材、４６０Ａ，４６０Ｂ…反射伝達部材、５０１…コア部、５０２…クラッド部、５０３…光吸収部、５０４，５０５，５０６…光線、５０８…レール、５０９…光ファイバー束、５１０…レーザー光源、５１１…光電変換装置。

Claims (19)

  1. 　測定光を供給する光源ユニットと、
    　前記測定光を伝達する光伝達体と、
    　前記光伝達体の異なる複数の部分に設けられた複数の光学特性変化部材と、
    　前記光伝達体から出力される光を検出する光検出ユニットを備え、
    　各光学特性変化部材は、これが設けられた前記光伝達体の部分の特定方向の曲がり量に応じてこれに入射した光に光学特性の変化を与え、
    　前記光検出ユニットは、光学特性の変化を受けた光を分離して検出し、その検出光強度に基づいて前記光伝達体の複数の部分の特定方向の曲がり量を独立に測定する光学式曲がり測定装置。
  2. 　前記光学特性の変化は、前記入射した光が個別に識別可能な状態になるよう、各光学特性変化部材によって前記入射した光に対して与えられる変化である、請求項１に記載の光学式曲がり測定装置。
  3. 　前記光検出ユニットによる検出は、前記光特性変化部材を経由した光の反射または透過を介して伝播の仕方を変化させた後に行う検出である、請求項１に記載の光学式曲がり測定装置。
  4. 　前記複数の光学特性変化部材は、それぞれ、互いに異なる波長の光を吸収する、請求項１に記載の光学式曲がり測定装置。
  5. 　前記複数の光学特性変化部材は、それぞれ、入射光を互いに異なる別の波長の光に変換し、かつ、いずれも、変換された波長の光を吸収しない、請求項１に記載の光学式曲がり測定装置。
  6. 　前記光源ユニットは、前記複数の光学特性変化部材がそれぞれ光学特性の変化を与える複数の波長の光成分を含む波長帯域の広い光を供給する、請求項１に記載の光学式曲がり測定装置。
  7. 　前記光源ユニットは、前記複数の光学特性変化部材がそれぞれ光学特性の変化を与える複数の波長の光が合成された光を供給する、請求項１に記載の光学式曲がり測定装置。
  8. 　前記光源ユニットは、前記複数の光学特性変化部材がそれぞれ光学特性の変化を与える複数の波長の光を時分割で供給する、請求項１に記載の光学式曲がり測定装置。
  9. 　前記光検出ユニットは、前記光伝達体から出力される光を複数の波長の光に分離する分離光学素子と、前記分離光学素子によって分離された前記複数の波長の光の強度をそれぞれ検知する光検出器とを備えている、請求項１に記載の光学式曲がり測定装置。
  10. 　前記光伝達体は、一方の側に第一と第二の端部を有し、反対側に第三の端部を有している二分岐構造体を有し、前記第一の端部は、前記光源ユニットと光学的に結合され、前記第二の端部は、前記光検出ユニットと光学的に結合されており、
    　前記光学式曲がり測定装置は、前記第三の端部と光学的に結合された、前記光伝達体から出る光を反射して前記光伝達体内へ戻す反射部材をさらに備えている、請求項１に記載の光学式曲がり測定装置。
  11. 　前記光伝達体は、前記二分岐構造体と前記反射部材の間に配置された非分岐構造体をさらに有し、前記光学特性変化部材は、前記二分岐構造体と前記非分岐構造体の間と、前記非分岐構造体と前記反射部材の間に配置されている、請求項１０に記載の光学式曲がり測定装置。
  12. 　前記非分岐構造体と、それの前記二分岐構造体の側に位置する光学特性変化部材との間に配置された少なくとも一つの反射伝達部材をさらに備え、
    　前記反射伝達部材は、それよりも前記二分岐構造体の側に位置する光学特性変化部材によって光学特性の変化を受けた光を反射し、それよりも前記反射部材の側に位置する光学特性変化部材によって光学特性の変化を受け得る光を透過する、請求項１１に記載の光学式曲がり測定装置。
  13. 　前記光源ユニットは、パルス状の測定光を供給し、前記光検出ユニットは、時間に基づいて光学特性の変化を受けた光を分離して検出し、前記光伝達体の複数の部分の曲がり量を独立に検出する、請求項１１に記載の光学式曲がり測定装置。
  14. 　前記非分岐構造体と、それの前記二分岐構造体の側に位置する光学特性変化部材との間に配置された、入射光を部分的に反射し部分的に透過する少なくとも一つの反射伝達部材をさらに備えている、請求項１３に記載の光学式曲がり測定装置。
  15. 　前記光伝達体は、前記二分岐構造体と前記反射部材の間に配置された複数の非分岐構造体をさらに有し、前記光学特性変化部材は、前記二分岐構造体と前記非分岐構造体の一つの間と、前記非分岐構造体の相互間と、前記非分岐構造体の一つと前記反射部材の間に配置されている、請求項１０に記載の光学式曲がり測定装置。
  16. 　各非分岐構造体と、それの前記二分岐構造体の側に位置する光学特性変化部材との間に配置された少なくとも一つの反射伝達部材をさらに備え、
    　各反射伝達部材は、それよりも前記二分岐構造体の側に位置する光学特性変化部材によって光学特性の変化を受けた光を反射し、それよりも前記反射部材の側に位置する光学特性変化部材によって光学特性の変化を受け得る光を透過する、請求項１５に記載の光学式曲がり測定装置。
  17. 　前記光源ユニットは、パルス状の測定光を供給し、前記光検出ユニットは、時間に基づいて光学特性の変化を受けた光を分離して検出し、前記光伝達体の複数の部分の曲がり量を独立に検出する、請求項１５に記載の光学式曲がり測定装置。
  18. 各非分岐構造体と、それの前記二分岐構造体の側に位置する光学特性変化部材との間に配置された、入射光を部分的に反射し部分的に透過する少なくとも一つの反射伝達部材をさらに備えている、請求項１７に記載の光学式曲がり測定装置。
  19. 　前記複数の光学特性変化部材は、前記光伝達体の延在方向の異なる位置および／または前記光伝達体の周方向の異なる位置に設けられている、請求項１に記載の光学式曲がり測定装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015182479A1 (ja) * 2014-05-29 2015-12-03 オリンパス株式会社 曲率センサ、内視鏡装置
CN105473980A (zh) * 2013-08-09 2016-04-06 奥林巴斯株式会社 光学式传感器、光学式传感器系统以及内窥镜
WO2016194059A1 (ja) * 2015-05-29 2016-12-08 オリンパス株式会社 曲率センサ及びそれを搭載した内視鏡装置
US20170239001A1 (en) * 2014-11-14 2017-08-24 Olympus Corporation System, method and computer program product for bend information estimation
US11478305B2 (en) * 2016-04-05 2022-10-25 Olympus Corporation Bend information computation apparatus and endoscope system

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6205176B2 (ja) * 2013-05-22 2017-09-27 オリンパス株式会社 湾曲形状センサ
JP6333518B2 (ja) * 2013-05-24 2018-05-30 オリンパス株式会社 管状システム
DE102014100653B4 (de) * 2014-01-21 2016-01-21 fos4X GmbH Schienenmesssystem
JP6431678B2 (ja) * 2014-03-20 2018-11-28 オリンパス株式会社 挿入形状検出装置
JP2015223440A (ja) * 2014-05-29 2015-12-14 オリンパス株式会社 多点検出ファイバセンサ及び多点検出ファイバセンサを備えた挿入装置
JP6278848B2 (ja) * 2014-06-26 2018-02-14 オリンパス株式会社 形状推定装置、それを備えた内視鏡システム及び形状推定のためのプログラム
JP6322495B2 (ja) 2014-06-26 2018-05-09 オリンパス株式会社 形状推定装置、形状推定装置を備えた内視鏡システム及び形状推定のためのプログラム
WO2017009984A1 (ja) * 2015-07-15 2017-01-19 オリンパス株式会社 形状演算装置
WO2017060956A1 (ja) * 2015-10-05 2017-04-13 オリンパス株式会社 形状演算装置
JP6561134B2 (ja) * 2015-11-30 2019-08-14 オリンパス株式会社 湾曲情報導出装置
DE102016214887A1 (de) * 2016-08-10 2018-02-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Faseroptischer Sensor sowie Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
JP6836762B2 (ja) * 2017-09-07 2021-03-03 村田機械株式会社 有軌道台車用光通信システム
WO2020064084A1 (de) * 2018-09-24 2020-04-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Faseroptischer sensor, datenhandschuh und verfahren zur erfassung einer krümmung
JP7299584B2 (ja) * 2019-10-31 2023-06-28 オプトニクス・カンパニー・リミテッド ３次元曲線形状を測定するための特殊光ファイバ及びその製造方法、並びに特殊光ファイバを用いて３次元曲線形状を測定するシステム

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0972720A (ja) * 1995-09-08 1997-03-18 Moritex Corp 光ファイバ干渉型伸縮量測定装置
JP2003156367A (ja) * 2001-11-22 2003-05-30 National Institute Of Advanced Industrial & Technology プローブ型光ファイバセンサ
JP2004251779A (ja) * 2003-02-20 2004-09-09 Fuji Photo Optical Co Ltd 長尺可撓部材の三次元形状検出装置
JP2006010449A (ja) * 2004-06-24 2006-01-12 Kyocera Corp 光ファイバセンシングシステム
JP2006138757A (ja) * 2004-11-12 2006-06-01 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd 光ファイバ式多元センサシステム
WO2010140440A1 (ja) * 2009-06-03 2010-12-09 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 光センシングシステムおよび内視鏡システム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57141604A (en) 1981-02-25 1982-09-02 Canon Inc Optical fiber
JP2001066118A (ja) * 1999-06-21 2001-03-16 Toa Grout Kogyo Co Ltd 光ファイバセンサ、光ファイバセンサユニットおよびそのセンサを用いた変位計測装置ならびに光ファイバセンサユニット接続構造
JP4864249B2 (ja) * 2001-08-31 2012-02-01 Ｈｏｙａ株式会社 可撓性内視鏡装置
JP2007024527A (ja) * 2005-07-12 2007-02-01 Fiberlabs Inc 光ファイバセンサ及びセンサシステム
JP4714570B2 (ja) * 2005-11-24 2011-06-29 Ｈｏｙａ株式会社 内視鏡形状検出プローブ
US8219180B2 (en) * 2007-10-11 2012-07-10 Tufts University System and method employing fiber optic shape tracking

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0972720A (ja) * 1995-09-08 1997-03-18 Moritex Corp 光ファイバ干渉型伸縮量測定装置
JP2003156367A (ja) * 2001-11-22 2003-05-30 National Institute Of Advanced Industrial & Technology プローブ型光ファイバセンサ
JP2004251779A (ja) * 2003-02-20 2004-09-09 Fuji Photo Optical Co Ltd 長尺可撓部材の三次元形状検出装置
JP2006010449A (ja) * 2004-06-24 2006-01-12 Kyocera Corp 光ファイバセンシングシステム
JP2006138757A (ja) * 2004-11-12 2006-06-01 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd 光ファイバ式多元センサシステム
WO2010140440A1 (ja) * 2009-06-03 2010-12-09 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 光センシングシステムおよび内視鏡システム

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105473980A (zh) * 2013-08-09 2016-04-06 奥林巴斯株式会社 光学式传感器、光学式传感器系统以及内窥镜
WO2015182479A1 (ja) * 2014-05-29 2015-12-03 オリンパス株式会社 曲率センサ、内視鏡装置
JP2015223439A (ja) * 2014-05-29 2015-12-14 オリンパス株式会社 曲率センサ、内視鏡装置
US10016120B2 (en) 2014-05-29 2018-07-10 Olympus Corporation Curvature sensor and endoscope apparatus
US20170239001A1 (en) * 2014-11-14 2017-08-24 Olympus Corporation System, method and computer program product for bend information estimation
US10813701B2 (en) * 2014-11-14 2020-10-27 Olympus Corporation System, method and computer program product for bend information estimation
WO2016194059A1 (ja) * 2015-05-29 2016-12-08 オリンパス株式会社 曲率センサ及びそれを搭載した内視鏡装置
JPWO2016194059A1 (ja) * 2015-05-29 2018-03-29 オリンパス株式会社 曲率センサ及びそれを搭載した内視鏡装置
US10842359B2 (en) 2015-05-29 2020-11-24 Olympus Corporation Curvature sensor and endoscope apparatus equipped with the same
US11478305B2 (en) * 2016-04-05 2022-10-25 Olympus Corporation Bend information computation apparatus and endoscope system

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