JP2005214887A - Detection head for optical fiber sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、反射型光ファイバセンサの検出ヘッドに関する。 The present invention relates to a detection head of a reflective optical fiber sensor.
この種のファイバセンサは、投受光回路や投受光素子からなる電気回路を備えたセンサ本体に光ファイバを接続し、その光ファイバの先端に検出ヘッドを設け、その検出ヘッドを検出箇所に配置する構成である。 In this type of fiber sensor, an optical fiber is connected to a sensor body having an electric circuit composed of a light emitting / receiving circuit and a light emitting / receiving element, a detection head is provided at the tip of the optical fiber, and the detection head is disposed at a detection location. It is a configuration.
このような光学式センサの1種として、腐食性の高い薬品・油等に対応させた構造のものがある(特許文献1参照)。このものは、図5に示すように、被覆ケーブル100内に、それぞれセンサ本体の投光部および受光部に接続された光ファイバ101が備えられている。被覆ケーブル100の先端からは、各光ファイバ101の先端部が露出されており、この露出部分が耐薬品性の樹脂により形成された筒状のハウジング102によって覆われている。そして、このハウジング102における先端側の開口部は、平板状に形成された蓋板部103を嵌め付けることによって塞がれている。
ところで、この種のセンサにおいては、近年、小型化の要請がますます高まっている。このような要請に応えるためには、ハウジング102内で、一対の光ファイバ101を出来るだけ近接して配することが好ましい。しかし、ファイバ素線は通常60°程度の開口角をもっているため、投光側の光ファイバ101から投光された光の一部がハウジング102における蓋板部103の端縁に跳ね返されて受光側の光ファイバに入光してしまう、いわゆる回り込み現象が起こる場合がある。このような場合には、被検出物を検出していない状態でも受光部に常に一定量の受光が発生している状態となり、検出時のS/N比が減少してしまう。したがって、これを防止するためには両ファイバ101間に一定の距離を置かなければならず、センサの小型化に限界がある。
Meanwhile, in recent years, there is an increasing demand for downsizing of this type of sensor. In order to meet such a demand, it is preferable to arrange the pair of
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、小型で検出精度の高いセンサの検出ヘッドを提供することを目的とする。 The present invention has been completed based on the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a detection head of a small sensor with high detection accuracy.
上記の目的を達成するための手段として、請求項1の発明は、センサ本体の投光部および受光部に接続された一対の光ファイバが並列されると共に、この一対の光ファイバの先端面側が光透過性のカバーにより覆われてなる光ファイバセンサの検出ヘッドであって、前記一対の光ファイバのうち一方の光ファイバの先端部が前記カバーに当接されており、他方の光ファイバはその先端部を前記一方の光ファイバの先端部よりもその軸方向に後退させて配されているとともに、前記他方の光ファイバの先端部と前記カバーとの間には前記他方の光ファイバからの出射光または前記他方の光ファイバへの入射光をこの光ファイバの軸方向に対して略平行方向とする光芒制限手段が配されている。
なお、「略並行方向」とは、光ファイバの軸方向に対して完全に平行なもののみではなく、僅かに傾き(10°程度まで)を有するものまでを含む意である。また、光芒制限手段としては、例えばレンズ部材、スリット部材等が挙げられる。
As means for achieving the above object, the invention of claim 1 is characterized in that a pair of optical fibers connected to the light projecting portion and the light receiving portion of the sensor body are arranged in parallel, and the front end face side of the pair of optical fibers is A detection head of an optical fiber sensor covered with a light-transmitting cover, wherein a tip portion of one of the pair of optical fibers is in contact with the cover, and the other optical fiber is The tip of the one optical fiber is disposed so as to recede in the axial direction from the tip of the one optical fiber, and the exit from the other optical fiber is between the tip of the other optical fiber and the cover. There is provided a light beam limiting means for setting the incident light or the incident light to the other optical fiber in a direction substantially parallel to the axial direction of the optical fiber.
The “substantially parallel direction” is intended to include not only those that are completely parallel to the axial direction of the optical fiber but also those that have a slight inclination (up to about 10 °). Examples of the light beam limiting means include a lens member and a slit member.
請求項2の発明は、請求項1に記載の検出ヘッドであって、前記光芒制限手段は、前記一対の光ファイバのうち受光側の光ファイバに設けられていることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の検出ヘッドであって、前記光芒制限手段がレンズ部材であるとともに、前記レンズ部材が収容されるレンズ収容部と、光ファイバを前記レンズ部材に対して所定の位置に固定するファイバ収容部とが設けられたホルダ部材を備えることを特徴とする。
A second aspect of the invention is the detection head according to the first aspect, wherein the light beam limiting means is provided in an optical fiber on a light receiving side of the pair of optical fibers.
A third aspect of the present invention is the detection head according to the first or second aspect, wherein the light beam limiting means is a lens member, a lens housing portion in which the lens member is housed, and an optical fiber. It is characterized by comprising a holder member provided with a fiber housing portion that is fixed at a predetermined position with respect to the lens member.
請求項4の発明は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の検出ヘッドであって、前記一対の光ファイバの先端部が耐薬品性を有するハウジングにより覆われており、前記カバーがこのハウジングにおいて前記光ファイバの先端面側に覆い付けられた蓋板部であることを特徴とする。
Invention of
請求項1の発明によれば、光芒制限手段を一対の光ファイバのうちいずれかに取り付けることによって、出射光または入射光が光ファイバの軸方向に対して略並行方向となるようにする。このような構成によれば、カバーからの反射光が受光側の光ファイバに入光してしまう確率を大きく低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, the light beam limiting means is attached to any one of the pair of optical fibers so that the emitted light or the incident light is substantially parallel to the axial direction of the optical fiber. According to such a configuration, the probability that the reflected light from the cover enters the optical fiber on the light receiving side can be greatly reduced.
すなわち、投光側の光ファイバに光芒制限手段を取り付け、光ファイバから出射される拡散光を光ファイバの軸方向に対して略並行な平行光として出射させれば、出射光のカバー端面に対する入射角、反射角が小さくなる。これにより、両光ファイバを近接させても、カバー端面からの反射光が受光側光ファイバの開口径内に入る確率を低減できる。一方、受光側の光ファイバに光芒制限手段を取り付けて開口角を絞れば、両光ファイバを近接させても、入射角の大きいカバー端面からの反射光を遮光することができ、反射光の影響を低減することができる。これにより、検出精度を維持しつつ検出ヘッドを小型化することができる。 That is, if the light beam limiting means is attached to the optical fiber on the light projecting side, and the diffused light emitted from the optical fiber is emitted as parallel light substantially parallel to the axial direction of the optical fiber, the incident light is incident on the cover end surface. The angle and reflection angle are reduced. Thereby, even if both optical fibers are brought close to each other, it is possible to reduce the probability that the reflected light from the cover end face enters the opening diameter of the light receiving side optical fiber. On the other hand, if the light angle limiting means is attached to the optical fiber on the light receiving side and the aperture angle is narrowed, the reflected light from the cover end face with a large incident angle can be shielded even if both optical fibers are close to each other, and the influence of the reflected light Can be reduced. Thereby, a detection head can be reduced in size, maintaining detection accuracy.
請求項2の発明によれば、光芒制限手段を受光側の光ファイバに取り付けている。このような構成によれば、外乱光の受光を防止するという効果を併せて得ることができるため、S/N比が向上し、検出精度の向上、安定化が期待できる。 According to the invention of claim 2, the light beam limiting means is attached to the optical fiber on the light receiving side. According to such a configuration, the effect of preventing the reception of disturbance light can be obtained together, so that the S / N ratio is improved, and the detection accuracy can be improved and stabilized.
請求項3の発明によれば、光芒制限手段としてレンズを使用する。このような構成によれば、入射光がレンズにより集光されるため、スリット部材等を使用する場合と比較してより強度の高い光を出射または入射させることができ、検出精度の安定化が図れる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、一対の光ファイバの先端部が耐薬品性を有するハウジングにより覆われており、前記カバーがこのハウジングにおいて前記光ファイバの先端面側に覆い付けられた蓋板部である。このように、耐薬品性を要求され、光ファイバの先端部がハウジングによって覆われることが必須である構成のものに、光芒制限手段を一対の光ファイバのうちいずれかに取り付ける構成を適用することによって、カバー(蓋板部)からの反射光の影響を低減し、検出精度の向上、安定化を図ることができる。
According to invention of
以下、本発明の光ファイバセンサの検出ヘッドを具体化した実施形態について、図1〜図3を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the detection head of the optical fiber sensor of the present invention is embodied will be described in detail with reference to FIGS.
図1には、本実施形態の検出ヘッド1を示す。この検出ヘッド1は、図示しないセンサ本体に接続された一対の光ファイバ2A、2Bの先端に、耐薬品性のハウジング10が取り付けられたものである。なお、以下の説明において、光ファイバ2A、2Bの先端方向(センサ本体に接続された側と逆側)を前方として説明する。
FIG. 1 shows a detection head 1 of this embodiment. This detection head 1 has a chemical-
光ファイバ2A、2Bは、PMMA(ポリメチルメタクリレート)を主材としたプラスチック光ファイバであって、コア材3とその外周を覆うクラッド材とからなるファイバ芯線に、ポリエチレン樹脂による被覆が施されたものである。一対の光ファイバ2A、2Bのうち一方(投光側光ファイバ2A)は、センサ本体の投光部に接続され、他方(受光側光ファイバ2B)は、センサ本体の受光部に接続されている。
The
この光ファイバ2A、2Bの先端に取り付けられるハウジング10は、光ファイバ2A、2Bを挿通可能なテフロンチューブ11の内部に、光ファイバ2A、2Bを固定する先端金具12を設けたものである。先端金具12は、テフロンチューブ11よりもやや短い略円筒状に形成されており、テフロンチューブ11の前端付近に配されている。また、この先端金具12の前方には、樹脂により円盤状に形成された透光性の蓋板部13が嵌め付けられており、これにより、ハウジング10の前方が塞がれている。
The
この先端金具12の前端から中央よりもやや後方にかけての位置には、筒の軸方向に貫通して各光ファイバ2A、2Bをほぼ緊密に挿通可能な挿通路14A、14Bが並べて設けられている。このうち受光側の挿通路14Bの前端部は拡径されてレンズ収容部15とされており、ここには、受光側光ファイバ2Bへの入射光を規制するための受光レンズ4が収容されている。受光レンズ4は、その先端縁を蓋板部13に当接させた状態で収容されている。一方、投光側の挿通路14Aの前端部は、光ファイバ2Aにおけるコア材3の外径とほぼ等しい径にまで縮径されている。光ファイバ2A、2Bは、その先端付近の被覆およびクラッド材を剥いてコア材3を露出させた状態でそれぞれの挿通路14A、14Bに挿入されている。投光側光ファイバ2Aの先端面は蓋板部13に当接されており、受光側光ファイバ2Bの先端は受光レンズ4の後端部に接続されている。
この検出ヘッド1の組立工程は、以下のようである(図2参照)。 The assembly process of the detection head 1 is as follows (see FIG. 2).
まず、投光側光ファイバ2Aにおける先端付近の被覆およびクラッド材を剥いてコア材3を露出させる。この状態で、光ファイバ2Aの先端部を先端金具12における投光側の挿通路14Aへ挿通させ、挿通路14Aの内壁と光ファイバ2Aにおける被覆の外周を接着剤で接着することにより、光ファイバ2Aを固定する(図2A)。次いで、光ファイバ2Aの先端を先端金具12とともに鏡面加工することにより、光ファイバ2Aの先端面と先端金具12の前端面とを面一とする。
First, the
次いで、受光側光ファイバ2Bにおいても先端付近の被覆およびクラッド材を剥いてコア材3を露出させる。次いで、この光ファイバ2Bを先端金具12における受光側の挿通路14Bへ挿通させ、コア材3を露出した先端部分が挿通路14B前方の開口から突出されるまで押し入れる。そして、光ファイバ2Bの先端に受光レンズ4を接続する(図2B)。
Next, also in the light receiving side optical fiber 2 </ b> B, the
この状態で、受光レンズ4がレンズ収容部15内に収容されるまで光ファイバ2Bを後方に引き戻し、投光側光ファイバ2Aと同様に接着剤によって光ファイバ2Bを挿通路14B内に固定する(図2C)。
最後に、テフロンチューブ11の内部にこの先端金具12を挿入し、このテフロンチューブ11の前端よりも蓋板部13の厚さ分だけ後退した位置に固定する。そして、チューブ11の前端に蓋板部13を嵌め入れ、両者を熱融着する(図2D)。このようにして、検出ヘッド1の組み立てが完了する。
In this state, the
Finally, the end fitting 12 is inserted into the
次に、上記のように構成された本実施形態の作用および効果について説明する。 Next, the operation and effect of the present embodiment configured as described above will be described.
センサ本体を作動させると、投光部からの光は投光側光ファイバ2Aを通ってその先端から出射される(図3参照)。このとき、投光部側には特にレンズ等が設けられていないので、出射される光は光ファイバ2Aの開口角に応じて拡散する拡散光である。さて、検出ヘッド1の前方に検出物であるワークWが存在すれば、出射された光はワークWの端面によって反射されて受光側光ファイバ2Bに入光する。このとき、受光側光ファイバ2Bの先端には開口角の小さな受光レンズ4が配されているため、受光側光ファイバ2Bの光軸に対してほぼ平行に入射してきた光のみが、この受光レンズ4を通過して受光側光ファイバ2Bの先端面から入光する。入光した光は受光側光ファイバ2Bを通ってセンサ本体の受光部に受光され、センサ本体に備えられた受光回路等によってワークWが存在しているとの判定がなされる。
When the sensor body is actuated, the light from the light projecting section is emitted from its tip through the light projecting side
ところで、投光側光ファイバ2Aから出射された光の一部は、蓋板部13における前端側の端面13Aで反射される。ここで、出射光のうち蓋板部13の端面13Aに対する入射角θが大きいものほど、この端面13Aでの反射成分が大きくなる。したがって、端面13Aでの反射光の多くは反射角θの比較的大きな光、すなわち受光レンズ4に対する入射角が大きい光となるから、受光レンズ4によって規制され、受光側光ファイバ2Bに到達することができない。一方、端面13Aに対する入射角θが小さい光は蓋板部13を透過してワークWの端面によって反射される。このワークWからの反射光は受光レンズ4に対する入射角が小さい光、すなわち受光側光ファイバ2Bの軸方向とほぼ平行方向の光となるから、受光レンズ4を通過して受光側光ファイバ22Bに到達することができる。
By the way, a part of the light emitted from the light projecting side optical fiber 2 </ b> A is reflected by the
このように本実施形態によれば、受光側光ファイバ2Bの軸方向にほぼ沿って入ってくるワークWからの反射光は、受光レンズ4を通って受光側光ファイバ2Bに入ることができるが、入射角の大きい蓋板部13の端面13Aからの反射光が受光側光ファイバ2Bに入ることは回避される。したがって、両光ファイバ2A、2Bを近接させてもS/N比が低下することがなく、検出ヘッドの小型化、および検出精度の向上を図ることができる。また、受光側光ファイバ2Bにレンズを取り付けているから、外乱光が受光されることを防止するという効果を併せて得ることができ、検出精度の向上、安定化が期待できる。
As described above, according to the present embodiment, the reflected light from the work W that enters substantially along the axial direction of the light receiving side
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention, and further, within the scope not departing from the gist of the invention other than the following. Various modifications can be made.
(1)本実施形態では、受光側の光ファイバ2Bに光芒制限手段である受光レンズ4を取り付けたが、投光側光ファイバ2Aに投光レンズ5を取り付けても構わない。このような場合には、図4に示すように、投光レンズ5から出射される光は投光側光ファイバ2Aの軸方向とほぼ平行になる。このため、蓋板部13の端面13Aに対する入射角、反射角が小さくなり、反射光は出射位置からきわめて近接した範囲にしか到達しないこととなる。したがって、この反射光が受光側光ファイバ2Bの開口径内に入る確率を低減できる。なお、反射光が蓋板部13内で複数回の反射を繰り返して受光側光ファイバ2Bに到達することも考えられるが、反射を繰り返すごとにその強度が減衰されていくため、たとえ受光側光ファイバ2Bに到達したとしてもその影響は小さいものである。
(2)上記実施形態では、光芒制限手段として受光レンズ4レンズを使用したが、光芒制限手段の種類としては上記実施形態に限るものではなく、例えばスリット部材を用いても良い。また、一方の光ファイバの先端部を相手側の光ファイバの先端部よりも軸方向に沿って後退させて配し、この光ファイバの先端部と前記カバーとの間に存在する光の通路を光芒制限手段として利用することによって、出射光または入射光が光ファイバの軸方向に対して略平行方向となるようにしても良い。
(1) In the present embodiment, the
(2) In the above embodiment, the
1…検出ヘッド
2A、2B…光ファイバ
4…受光レンズ(レンズ部材)
10…ハウジング
13…蓋板部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
10 ...
Claims (4)
前記一対の光ファイバのうち一方の光ファイバの先端部が前記カバーに当接されており、他方の光ファイバはその先端部を前記一方の光ファイバの先端部よりも軸方向に沿って後退させて配されているとともに、前記他方の光ファイバの先端部と前記カバーとの間には前記他方の光ファイバからの出射光または前記他方の光ファイバへの入射光をこの光ファイバの軸方向に対して略平行方向とする光芒制限手段が配されていることを特徴とする検出ヘッド。 This is a detection head of an optical fiber sensor in which a pair of optical fibers connected to the light projecting part and the light receiving part of the sensor body are arranged in parallel, and the front end surfaces of the pair of optical fibers are covered with a light-transmitting cover. And
The tip of one optical fiber of the pair of optical fibers is in contact with the cover, and the other optical fiber has its tip retreated in the axial direction from the tip of the one optical fiber. Between the tip of the other optical fiber and the cover, light emitted from the other optical fiber or light incident on the other optical fiber is placed in the axial direction of the optical fiber. A detection head characterized in that a light beam limiting means is provided in a direction substantially parallel to the head.
前記レンズ部材が収容されるレンズ収容部と、前記光ファイバを前記レンズ部材に対して所定の位置に固定するファイバ収容部とが設けられたホルダ部材を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の検出ヘッド。 The light beam limiting means is a lens member,
The holder member provided with the lens accommodating part in which the said lens member is accommodated, and the fiber accommodating part which fixes the said optical fiber to a predetermined position with respect to the said lens member is provided. Item 3. The detection head according to Item 2.
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KR20150083768A (en) * | 2014-01-10 | 2015-07-20 | 파나소닉 디바이스 썬크스 주식회사 | Light projection head and optical sensor |
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