JPS6312939A - 空間結合型センサ - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、大気中の微粒子濃度の検出、液体や気体の屈
折率変化、濃度変化等の検出、光電スイッチ等の物体の
有無を検出する際に用いられる空間結合型センサに関す
る。

〈従来の技術〉 一方の光ファイバから出射された光を、他方の光ファイ
バで受光することにより両光ファイバ間の空間に存在す
る被測定物の変化を、光の強度、波長、位相、干渉、側
光、反射、吸収等の変化として計測する空間結合型セン
サは、光ファイバの応用として産業界に広く普及してい
る。従来、この種のセンサは、例えばコンベア上を流れ
る物品の有無を検出する光電スイッチ（第４図参照）や
管内を流れる液体や気体の濃度を検出する濃度センサ（
第５図参照）として使用されている。

つまり、第４図に示した光電スイッチは、不図示の発光
部を有する送光回路からの光を導出する送光側光ファイ
バｌと、発光部からの光を受光部を有する受光回路３に
導入する受光側光フプイバ２とを互いに向い合わせて構
成されている。そして、コンベア４を流れる物品５が光
ファイバ１，２の先端間を通過する時に、光ファイバ１
から光ファイバ２に入射する光を遮ることによって光の
強度が変化し、物品５の有無を検出することができる。

また、第５図に示した濃度センサは、発光部及び受光部
を内蔵した送受光回路６に発光部からの光を導出する送
光側光ファイバ７と、発光部からの光を受光部に導入す
る受光側光ファイバ８とが一体に備えられている。また
、光ファイバ７．８の先端は液体又は気体が流れる管９
の径方向に互いに向い合わせて配置される為に、光ファ
イバ７．８の先端部は管９を跨ぐようにして湾曲状に形
成されている。

そして、光ファイバ７．８の先端間を通る液体又は気体
によって光ファイバ７から光ファイバ８に入射する光の
強度が変化することにより、管９内を流れる液体又は気
体の濃度を）食出することができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、第４図に示した光電スイッチ等の空間結
合型センサは、光ファイバ１゜２の各先端を互いに向い
合わせて配置しその間に被測定物が位置する構成により
、センサが大型になる欠点があった。更に、発光部を有
する送光回路と受光部を有する受光回路は、それぞれ光
ファイバ１．２に別々に取付けられるので送光及び受光
回路系が複雑になる欠点があった。また、第５図で示し
た発光部及び受光部を一体に内蔵した送受光回路６を備
えた濃度センサ等の空間結合型センサは、センサの感度
や出力を上げるには光ファイバ７゜８の径を太くする必
要がある。従って、光ファイバ７．８の湾曲状の先端部
は互いに向い合って配置されるので先端部の曲率半径が
大きくなり、センサが大型になる欠点があった。

本発明は上記した問題点を解決する目的でなされ、小型
で軽量な空間結合型センサを提供しようとするものであ
る。

く問題点を解決するための手段〉 前記問題点の解決にあたって本発明は、発光部及び受光
部を内蔵した送受光回路と、基端が前記送受光回路に備
えられており前記発光部からの光を導出する送光側光フ
ァイバと、この送光側光ファイバと並んだ状態で基端が
前配送受光回路に備えられており前記受光部に対して光
を導入する受光側光ファイバとからなる空間結合型セン
サであって、前記送光側光ファイバの先端面は、前記発
光部から導出した光を前記受光側光ファイバに向けて反
射させる角度に斜め研磨した研磨面に形成されており、
前記受光側光ファイバの先端面は、前記送光側光ファイ
バの研磨面から反射されてくる光を受けて前記受光側光
ファイバ内に向けて反射する角度に斜め研磨した研磨面
に形成したことを特徴とする。

く作　　　用〉 発光部からめ光は、送光側光ファイバの先端の斜め研磨
面で反射されて受光側光ファイバの先端の斜め研摩面に
導びかれ、この斜め研磨面で再び反射されて受光部に導
入される。

く実　施　例〉 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る空間結合型センサを示
す斜視図、第２図はその側面図である０両図に示すよう
に、ＬＥＤ等の発光部及びフォ）ｌ−ランジスタ等の受
光部を内蔵した送受光回路１１に、発光部からの光を導
出する送光側光ファイバ１２と受光部に光を導入する受
光側光ファイバ１３とが、間隔ｔで平行に備えられてい
る。また、各光ファイバ１２．１３の先端面は斜め研磨
した研磨面１２ａ、ｔ３ｇに形成され、研磨面１２８゜
１３ａは互いに斜めに向い合うように位置決めされてい
る。そして、送受光回路１１内の発光部から光フアイバ
１２中を伝播して来た光Ａが、先端の研磨面１２ａて光
ファイバ１３の研磨面１３ａ方向に全反射されるように
研磨面１２ａを斜め研磨する（本実施例では研磨角は４
５°）、即ち、光ファイバ１２のコアの屈折率ｎ、と研
磨面１２ａに接している物質すなわち被測定物の屈折率
ｎｔ　　（ただし、ｎ、＜ｎｇ）とで決定される光Ａの
全反射角（臨界角以上）に研磨する。つまり、スネルの
式 ％式％（） を満足するように斜め研磨する。ここで、θｌは光Ａの
研磨面１２ａでの臨界角、θ、は光Ａの被測定物中への
反射角で９０’　（ｓｉｎ　９０“纒１）となり、（５
）式はｎ、ｓｉｎθ８＝ｎ！となるので臨界角θ、は、 ｔ となり、θ、≦４５°（図ではθ、−４５°）の場合、
研磨面１２ａの研磨角θ、は、θ１≦９０９−０１　と
なるのでθツ≦４５”（図ではθ４−！４５°）となる
。

そして、光ファイバ１２の研磨面１２ａから光ファイバ
１３の研磨面１３ａに入射した光Ａが研磨面１３ａで送
受光回路ｌｌ内の受光部方向に全反射されるには、前記
同様に考えて（ａ）、（ｂ１式より、θ５≧４５°（図
ではθ５＝ａ４５°）となるように斜め研磨している。

即ち、光Ａの研磨面１３ａでの臨界角θ４は、θ４霧θ
、冨　５ｉｎ−星（□）　となり、θ４（−ｌ θ暮）≦４５°（図ではθＪ−４５°）の場合、研磨面
１３ａの研磨角θ、は、θ、≧９０’−０４となるので
０５≧４５°（図ではθ、−４５°）となる、よって、
各光ファイバ１２゜１３の研磨面１２ａ、１３ａは、共
に４５°の角度で斜め研磨されている。

次に、上記のように構成された本発明の空間結合型セン
サの動作について説明する。尚、本実施例は前述したよ
うに、光ファイバ１２゜１３の研磨面１２ａ、１３ａで
の光Ａの臨界角θ１．θ４が０１−０４≦４５°（図で
はθ。

−０４−４５°）の場合である。

送受光回路１１内の発光部より出射された光Ａは、光フ
アイバ１２内を伝播して研磨面１２ａに導出される。す
ると、研磨角４５°で形成した研磨面１２ａで光ファイ
バ１３の研磨面１３ａへ全反射される。この時、光Ａは
その一部が光ファイバ１２．１３間の被測定物中で損失
し、光ファイバ１３の研磨面１３ａに入射される。そし
て、研磨面１３ａに入射した光Ａは、前記同様に研磨角
４５°で形成した研磨面１３ａで全反射し、光フアイバ
１３中を伝播して送受光回路１１の受光部に導入され、
受光部での光Ａの出力を検出することによって光ファイ
バ１２．１３間の被測定物の濃度等を測定することがで
きる。

第３図は本発明の他の実施例である。この実施例は、送
受光回路１１と送光側光ファイバ１２′と受光側光ファ
イバ１３′とが前記実施例と同様に構成されており、光
ファイバ１２′。

１３′の研磨面１２ａ’、１３ａ’での光への臨界角θ
、′、０４′が４５′以上の場合である（本実施例では
臨界角０１′、０４′は５５°）０例えば、光ファイバ
１２’、１３’のコアの屈折率１．６２００、被測定物
として水の屈折率１．３３３０とすると、（１１式より １．６２００　・ｓｉｎ　　θ＋’　−１，３３３０・
ｓｉｎ　　θよ′となる。ここで、０１′は光Ａの研磨
面１２　ａ’での臨界角、θ、′は光Ａの被測定物（水
）中への反射角で９０″（ｓｉｎ９０’＝　１　）とな
るので、臨界角８１′は １．６２００ になる、よって、光ファイバ１２′の研磨面１２　ａ’
の研磨角θ、′は、θ、′≦９０°−θ１′となるので
θ、′≦３５°（図ではθｘ’　−３５°）となる、そ
して、光ファイバ１２’の研磨面１２ａ′から光ファイ
バ１３′の研磨面１３ａ′に入射した光Ａが研磨面１３
３′で送受光回路１１内の受光部方向に全反射される研
磨面１３３′の研磨角０５′は、前記同様に考えて図に
示すように７７°以下となる。この際、光ファイバ１３
′の研磨面１３ａ′での光Ａの臨界角０４′は前記ｔｃ
＋より０４′＝θｌ’　−５５”となる。

尚、送光及び受光側光ファイバの研磨面の研磨角は、前
記した実施例に限定されることなく、被測定物、光ファ
イバ仕！ＩＩ　（屈折率や構造）等によって最適の値に
調整される。

また、送光及び受光側光ファイバの研磨面にアルミニウ
ム蒸着等によって反射膜をコーティングすることにより
、光の反射率を高めることができる。

更に、本発明に係るセンサは、送光及び受光側光ファイ
バの取付穴は一ケ所で良い。

次に、第１図及び第２図で示した本発明のセンサと、第
６図で示したように送受光回路１１と送光側光ファイバ
１２“と受光側光ファイバ１３とかりなり、先端部を互
いに向い合わせた従来のセンサとの出力比較を行った結
果、表−１で示したような値が得られた。この際、本発
明のセンサと従来のセンサとも同一の光ファイバ（コア
屈折率１，５１６　、コア径１、８　ｔａ　）を使用し
、被測定空間は空気でその距離（は５鶴とする。また、
本発明の光ファイバ１２．１３の研磨面１２ａ、１３ａ
の研磨角θ５．θ５は共に４５°、光の臨界角θ１゜θ
４は４１゛とし、従来のセンサの先端部の曲率半径Ｒ（
外側）は２龍とする。更に、送受光回路１１の発光部に
ＬＥＤを使用し、受光部にはフォトトランジスタを使用
する。

く表−１〉 このように、本発明のセンサは、先端部を互いに向い合
わせた従来のセンサに比べて出力、損失とも良好な値が
得られた。また、上記した本発明のセンサの各研磨面１
２ａ。

１３ａに、５０μのアルミニウム蒸着をほどこしたとこ
ろ光の出力は１．２Ｖ（損失は一１０ｄＢ）へ向上した
。

〈発明の効果〉 以上実施例とともに具体的に説明したように本発明によ
れば、送光及び受光側光ファイバの先端部を互いに湾曲
させて配置することなく、送受光回路に各光ファイバを
並べた状態で配置することができる為、被測定物の測定
空間の距離と各光ファイバの直径骨のスペースがあれば
実装することができ、センサの小型化及び軽量化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る空間結合型センサを示す斜視図、
第２図はその側面図、第３図は本発明の他の実施例を示
す側面図、第４図〜第６図はいずれも従来の空間結合型
センサを示す概略図である。 図　　面　　中、 １１は送受光回路、 １２．１２’は送光側光ファイバ、 １３．１３’は受光側光ファイバ、 １２ａ、　　１２ａ’、　　１３ａ、　　１３ａ’は研
磨面、θ３．θ２’ｒ　　Ｓｒ　　θ囁′は研磨角であ
る。 θ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光部及び受光部を内蔵した送受光回路と、基端
   が前記送受光回路に備えられており前記発光部からの光
   を導出する送光側光ファイバと、この送光側光ファイバ
   と並んだ状態で基端が前記送受光回路に備えられており
   前記受光部に対して光を導入する受光側光ファイバとか
   らなる空間結合型センサであって、前記送光側光ファイ
   バの先端面は、前記発光部から導出した光を前記受光側
   光ファイバに向けて反射させる角度に斜め研磨した研磨
   面に形成されており、前記受光側光ファイバの先端面は
   、前記送光側光ファイバの研磨面から反射されてくる光
   を受けて前記受光側光ファイバ内に向け反射する角度に
   斜め研磨した研磨面に形成したことを特徴とする空間結
   合型センサ。
2. （２）前記各研磨面は、前記発光部からの光が前記各研
   磨面で全反射する角度に研磨したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の空間結合型センサ。
3. （３）前記各研磨面に反射膜をコーティングしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空間結合型セン
   サ。