JPH05248821A - 光ファイバセンサヘッド及びそれを用いた光ファイバセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品点数が少なく簡素な構成であり、しか
も、組み立て調整が容易なサイドビュータイプの光ファ
イバセンサヘッドと、その光ファイバセンサヘッドを用
いた光ファイバセンサを提供する。 【構成】 光ファイバ１３内を伝搬された検出光１が、
反射面１４により所定の角度で反射され、検出窓１６か
ら出射される。ホルダ１４には、反射面１４と所定の角
度関係を有する切り欠き１８が設けられており、検出光
１の光軸を調整することなく、容易に同センサヘッド１
０を設置、調整することができる。上記センサヘッド１
０は、投光用のみならず受光用としても用いることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを用いたサ
イドビュータイプのセンサヘッドと、そのセンサヘッド
を適用した光ファイバセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバを用いた光電センサヘ
ッドには、例えば特開平１−２６７０７号公報や特開平
１−２６７０８号公報に示されるようなサイドビュータ
イプのものが提案されている。そのサイドビュータイプ
の光ファイバセンサヘッドの従来例について図１０及び
図１１を参照して説明する。図１０及び図１１は、セン
サヘッド１００の構成を示し、（ａ）は、そのセンサヘ
ッド１００の先端から長手方向に見た横側面図、（ｂ）
は、縦断面図である。図１０に示す第１従来例では、光
ファイバ１０３が、その端部において、保持スリーブ１
０４に被装され、さらに、その保持スリーブ１０４内に
は、光ファイバ１０３の出射口１０３ａと対向する位置
に反射面１０５を有する反射体１０７が配設されてい
る。そして、反射面１０５が外部を臨むように保持スリ
ーブ１０４に検出窓１０６が形成されている。

【０００３】一方、図１１に示す第２従来例は、反射面
１０５及び検出窓１０６を有する先端キャップ１０８
が、保持スリーブ１０４の先端に連接され、前記の第１
従来例と同様の機能を有するセンサヘッド１００を構成
したものである。

【０００４】上記した第１，２従来例の構成により、光
ファイバ１０３内を伝搬された検出光１は、光ファイバ
１０３の出射口１０３ａからセンサヘッド１００内の反
射面１０５に照射され、その反射面１０５によって、光
軸の方向が導光路に対して直角になるように変えられた
後、出射窓１０６からセンサヘッド１００の外部へ出射
される。これにより、検出対象が狭い空間内にある場合
であっても、保持スリーブ１０４、及び先端キャップ１
０８を挿入できるスペースさえあれば、検出作業を行う
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来例では、反射面１０５を有する反射体１０７もしく
は先端キャップ１０８が、保持スリーブ１０４と別の部
材で構成されているので、部品点数が多くなり、また、
保持スリーブ１０４及び先端キャップ１０８が円柱状で
あるために、検出光１の光軸を所定の方向に調整するた
めの反射面１０５の組み立てが難しく、且つ繁雑であっ
た。しかも、その調整は、本センサヘッドを使用する現
場において、センサヘッドを装着する度に必要となるの
で、検出作業における時間的なロスが大きかった。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、より少ない部品で構成され、
しかも、組み立てや、使用箇所への設置が容易なサイド
ビュータイプの光ファイバセンサヘッド及びそのセンサ
ヘッドを適用したセンサを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、入出射光を伝搬する光フ
ァイバと、その光ファイバの端部が挿入される円筒状空
洞を有した保持部材とからなり、前記保持部材は、その
内壁に一体的に形成され、前記光ファイバの端面に対向
すると共に円筒軸方向に対して傾斜した反射面と、該保
持部材の外壁に形成され、前記反射面と所定の角度関係
を有する位置決め用の切り欠きとを有したことを特徴と
する光ファイバセンサヘッドである。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、光ファイバ
の端部と反射面との間にコリメート光学系を配設したこ
とを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサヘッド
である。

【０００９】さらに、請求項３記載の発明は、請求項１
もしくは請求項２記載の光ファイバセンサヘッドを備え
たことを特徴とする光ファイバセンサである。

【００１０】

【作用】請求項１記載の構成によれば、光ファイバセン
サヘッドから投光する場合は、光ファイバ内を伝搬され
た出射光が、光ファイバの端部からセンサヘッド内の反
射面に照射され、その反射面によって、光軸の方向が導
光路に対して所定の角度で変えられた後、同センサヘッ
ドの外部へ出射される。一方、同光ファイバセンサヘッ
ドによって受光する場合は、センサヘッドの内部へ入射
された検出光が、反射面に照射され、投光時と同様に反
射面によって、光軸の方向が導光路に対して所定の角度
で変えられた後、光ファイバの端部から光ファイバ内に
入って伝搬される。

【００１１】さらに、請求項２記載の構成によれば、セ
ンサヘッド内において、光ファイバの端部と反射面との
間に配設されたコリーメート光学系により、入出射光が
平行ビームに整形される。

【００１２】また、請求項３記載の構成によれば、小さ
いスペース内にセンサヘッドを配設できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の第１及至第７実施例につい
て、図面を参照して説明する。図１及至図８は、光ファ
イバセンサヘッドの構成を示したものであり、（ａ）
は、そのセンサヘッドを先端から長手方向に見た横側面
図、（ｂ）は縦断面図である。なお、各図面において、
同じ機能を有する構成要素には、同一の符号を付してい
る。

【００１４】はじめに、請求項１記載の発明に対応した
実施例について、図１を参照して説明する。同図におい
て、円柱部１４ａと円筒部１４ｂからなるホルダ１４の
円筒部１４ｂ内に、光ファイバ１３が挿通されている。
その光ファイバ１３は、検出光１を伝搬するためのコア
１１、クラッド１２を有している。ホルダ円柱部１４ａ
には、光ファイバ１３の光出射口１３ａと対向するとと
もに円筒部１４ｂの円筒軸方向に対して所定角度で傾斜
する反射面１５が形成され、さらに、その反射面１５が
外部を臨むようにホルダ１４の外壁に検出窓１６が形成
されている。また、ホルダ円筒部１４ａの先端には、本
センサヘッド１０を所定箇所に設置するための切り欠き
として、前記反射面１５と所定の角度関係を有するＤカ
ット部１８が設けられている。

【００１５】上記の反射面１５及び検出窓１６は、図示
するように、ホルダ１４の中央部分に所定の方向から切
削工具２を当接して形成する。その切削工具２が超硬素
材であれば、切削面をそのまま鏡面として用いることが
でき、そうでない場合は、切削後に研磨することにより
鏡面を得て反射面１５とする。また、前記Ｄカット部１
８についても、同様に切削工具２を用いて形成する。

【００１６】このように、反射面１５、検出窓１６、及
びＤカット部１８は、ホルダ１４に一体的に形成される
ので、図１０，１１に示した前記第１及び第２従来例の
ように、反射面１５と検出窓１６との配置調整作業が不
要となる。しかも、同じ工具２を用いて切削加工される
ことにより、それぞれの形成位置がずれにくく、検出光
１の光軸を容易に所定の方向に設定することができる。

【００１７】一方、本センサヘッド１０を装着する時
は、その装着箇所において、前記Ｄカット部１８を設け
たホルダ１４の断面形状に応じた設置穴を形成し、その
設置穴にホルダ１４を挿通することにより、センサヘッ
ド１０を設置する。

【００１８】上記の構成により、光ファイバ１３内を伝
搬された検出光１は、光ファイバ１３の出射口１３ａか
ら反射面１５に照射され、その反射面１５によって、光
軸の方向が光ファイバ１３内の導光路に対して所定の角
度に変えられた後、検出窓１６からセンサヘッド１０の
外部へ出射され、検出対象に投光される。

【００１９】次に、同じく請求項１記載の発明に対応し
た第２実施例について、図２を参照して説明する。本実
施例では、光ファイバセンサヘッド１０の外形は第１実
施例と同様であるが、ホルダ１４は、プラスチックもし
くは金属の成形品により構成されている。ホルダ１４が
プラスチックの場合は、反射面１５にはメッキもしくは
蒸着により、鏡面を形成する必要がある。また、ホルダ
１４が金属である場合は、反射面１５を軽く研磨するこ
とにより鏡面を得ることができる。

【００２０】なお、前記第１及び第２実施例では、セン
サヘッド１０の設置を容易にするために、切り欠きとし
てＤカット部１８を設けたが、この切り欠きは、ホルダ
１４の片側をＤ字状に部分カットしたもののみならず、
図３に示すように両側を部分カットしたり、さらには、
図４に示すようにホルダ１４の両側を長手方向に全面カ
ットして形成してもよい。

【００２１】続いて、請求項１記載の発明の第３実施例
について、図５を参照して説明する。本実施例は、角柱
状のホルダ１４により、センサヘッド１０が構成された
例である。ホルダ１４は、角柱部１４ａと角筒部１４ｂ
とからなり、角筒部１４ｂには、円筒状の空洞が形成さ
れて、その空洞内に光ファイバ１３が挿通されている。
この角柱状ホルダ１４は、第１実施例に示した切削加
工、もしくは、第２実施例に示した成形加工のいずれの
方法でも形成が可能である。本センサヘッド１０の用途
によっては、このような角柱状の構成の方が、使用箇所
に設置し易い場合がある。

【００２２】次に、請求項２記載の発明に対応する第４
実施例について、図６を参照して説明する。本実施例
は、検出光１の導光路上にコリメート光学系を適用した
ものである。ホルダ１４内において、光ファイバ１３の
光出射口１３ａと反射面１５との間に、コリメートレン
ズユニット６１が配設されている。このレンズユニット
６１は、検出光１をビーム化するための屈折率分布型レ
ンズ６２と、そのレンズ６２の光出射口１３ａと対向す
る面に設けられたスリット部材６３とから構成されてお
り、そのスリット部材６３には、検出光１を通過させる
微***６４が形成されている。

【００２３】上記の構成により、検出光１は、光ファイ
バ１３内を伝搬され、光出射口１３ａから出射された
後、スリット部材６３及び屈折率分布型レンズ６２を通
過することによってコリメートされ、細いビームに整形
されて、反射面１５に照射される。その後は、前記第１
及至第３実施例と同様に、反射面１５によって、検出光
１の光軸の方向が変えられ、検出窓１６から検出対象に
投光される。

【００２４】本実施例のように、検出光１をコリメート
することにより、光ノイズを減少させるとともに、検出
光１の指向性を向上させることができるので、高い分解
能を有するセンサを構成することが可能となる。なお、
コリメートレンズとしては、上記のような屈折率分布型
レンズの他、一般的なレンズを用いることもできる。

【００２５】次に、第５実施例について、図７を参照し
て説明する。本実施例は、前記第２実施例において、検
出窓１６に透明の樹脂７１を充填したものである。セン
サヘッド１０を埃や塵等が多い環境で使用する場合に
は、その埃や塵等が、検出窓１６からセンサヘッド１０
の内部に侵入し、反射面１５等に付着することがある。
埃や塵等が付着した反射面１５では、反射率が低下した
り、検出光１が乱反射するので、センサの検出機能が劣
化するが、本実施例では、このような不具合が防止でき
る。

【００２６】上述の第１及至第５実施例は、投光型のセ
ンサヘッドを示したが、請求項１もしくは請求項２記載
の発明は、投光型に限らず、例えば図８に示す第６実施
例のような反射型のセンサヘッドにも適用することが可
能である。この第６実施例によるセンサヘッド１０にお
いては、ホルダ１４内に、受光用の光ファイバ８３が投
光用の光ファイバ１３と併設されている。この受光用光
ファイバ８３は、投光用光ファイバ１３と同様に、コア
８１とクラッド８２からなり、その末端には、検出光１
を受け入れる入射口８３ａを有している。

【００２７】そして、投光については、投光装置（図示
せず）から発せられた検出光１が、投光用光ファイバ１
３内を伝搬され、光ファイバ１３の出射口１３ａから反
射面１５に照射され、さらに、その反射面１５によっ
て、光軸の方向が変えられた後、検出窓１６からセンサ
ヘッド１０の外部へ出射されて検出対象に投光される。

【００２８】一方、受光については、検出対象により反
射された検出光１が、検出窓１６からセンサヘッド１０
の内部に戻り、反射面１５上で反射されることによっ
て、その光軸の方向が入射口８３ａに向くように導か
れ、入射口８３ａから受光用光ファイバ８３に入射した
後、その光ファイバ８３により、受光装置（図示せず）
まで伝搬される。

【００２９】さらに、前記第１及至第５実施例は、投光
用と同様の構成により受光用としても用いることができ
る。すなわち、第１及至第５実施例における光ファイバ
１３を受光用光ファイバとして構成することにより、検
出対象により反射された検出光１を、検出窓１６、反射
面１５を経て、光ファイバ１３に入射させ、その光ファ
イバ１３により、受光装置（図示せず）まで伝搬する。

【００３０】以上に、請求項１及び請求項２記載の発明
による実施例を説明した。これらのセンサヘッドを用い
ることにより、検出対象が狭い空間内にある場合であっ
ても、ホルダ１４を挿入できるスペースさえあれば、検
出作業を行うことができる。

【００３１】続いて、請求項３記載の発明に対応する第
７実施例について、図９を参照して説明する。本実施例
は、前記第１実施例によるセンサヘッド１０を具備した
光ファイバセンサ７０を、パイプ９１内の水位測定に用
いたものである。同図において、パイプ９１内に配設さ
れた光ファイバ１３の先端部に、光ファイバセンサヘッ
ド１０が装着され、そのセンサヘッド１０は、パイプ９
１の所定の位置に設置されている。

【００３２】その設置箇所には、センサヘッド１０の形
状に応じた設置穴９２が設けられ、その設置穴９２にセ
ンサヘッド１０の先端部、すなわちＤカット部が嵌合さ
れることにより、センサヘッド１０が所定の方向に検出
光１を投光できるように、容易に調整することができ
る。

【００３３】上記の構成により、投光装置（図示せず）
から発せられた検出光１は、光ファイバ１３によってセ
ンサヘッド１０まで伝搬され、センサヘッド１０の検出
窓１６から、下方の検出対象である水面９３に投光さ
れ、その反射光を図示しない受光器により受けて受光量
を解析することにより、パイプ９１内における水面９３
の高さを検知することができる。

【００３４】なお、請求項３記載の発明は、上記第７実
施例のような水位測定センサに限らず、種々のセンサに
適用が可能なことは言うまでもない。また、それらのセ
ンサの使用環境や用途によって、前述したように、ホル
ダの形状や、投光型、反射型等のタイプを使い分け、さ
らには、汚れ防止のために検出窓に樹脂を充填すること
で、より目的に合致したセンサを構成することが可能と
なる。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、投光型、反射型、受光型のいずれにも適
用可能な光ファイバセンサヘッドにあって、検出光の導
光路を変えるための反射面を、光ファイバを保持するた
めのホルダと一体に形成し、さらに、位置決めのため
に、前記反射面と所定の角度関係を有する切り欠きを前
記ホルダの外壁に設けたので、同センサヘッドを、光軸
がずれることなく容易に構成及び設置でき、組み立て作
業が軽減される。

【００３６】また、請求項２記載の発明によれば、セン
サヘッド内において、光ファイバの端部と反射面との間
に配設されたコリーメート光学系により、検出光が平行
ビームに整形されるので、検出光の指向性を高め、セン
サヘッドの検出精度を向上させることができる。

【００３７】さらに、請求項３記載の発明によれば、小
さいスペース内に容易に配設できるセンサヘッドを用い
たので、種々の目的に適用可能な高精度なセンサを提供
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による光ファイバセンサヘ
ッドの構成を示し、（ａ）は横側面図、（ｂ）は縦断面
図である。

【図２】本発明の第２実施例による光ファイバセンサヘ
ッドの構成を示し、（ａ）は横側面図、（ｂ）は縦断面
図である。

【図３】第１及び第２実施例において切り欠きの形状を
変えた光ファイバセンサヘッドの構成を示し、（ａ）は
横側面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図４】第１及び第２実施例において切り欠きの形状を
変えた光ファイバセンサヘッドの構成を示し、（ａ）は
横側面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図５】本発明の第３実施例による光ファイバセンサヘ
ッドの構成を示し、（ａ）は横側面図、（ｂ）は縦断面
図である。

【図６】本発明の第４実施例による光ファイバセンサヘ
ッドの構成を示し、（ａ）は横側面図、（ｂ）は縦断面
図である。

【図７】本発明の第５実施例による光ファイバセンサヘ
ッドの構成を示し、（ａ）は横側面図、（ｂ）は縦断面
図である。

【図８】本発明の第６実施例による光ファイバセンサヘ
ッドの構成を示し、（ａ）は横側面図、（ｂ）は縦断面
図である。

【図９】本発明の第７実施例による光ファイバセンサの
構成、及び、使用状況を示す概略図である。

【図１０】第１従来例の光ファイバセンサヘッドの構成
を示し、（ａ）は横側面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図１１】第２従来例の光ファイバセンサヘッドの構成
を示し、（ａ）は横側面図、（ｂ）は縦断面図である。

【符号の説明】

１ 検出光 １０ 光ファイバセンサヘッド １３ 光ファイバ １５ 反射面 １６ 検出窓 １８ Ｄカット部（切り欠き） ６１ コリメートレンズユニット（コリメート光学系） ７０ 光ファイバセンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入出射光を伝搬する光ファイバと、その
   光ファイバの端部が挿入される円筒状空洞を有した保持
   部材とからなり、前記保持部材は、その内壁に一体的に
   形成され、前記光ファイバの端面に対向すると共に円筒
   軸方向に対して傾斜した反射面と、該保持部材の外壁に
   形成され、前記反射面と所定の角度関係を有する位置決
   め用の切り欠きとを有したことを特徴とする光ファイバ
   センサヘッド。
2. 【請求項２】 光ファイバの端部と反射面との間にコリ
   メート光学系を配設したことを特徴とする請求項１記載
   の光ファイバセンサヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１もしくは請求項２記載の光ファ
   イバセンサヘッドを備えたことを特徴とする光ファイバ
   センサ。