JP2006105626A - Optical fiber sensor head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバセンサヘッドに関する。 The present invention relates to an optical fiber sensor head.
従来、サイドビュー型と呼ばれる光ファイバセンサヘッドが提供されている。例えば、特許文献1に示されるサイドビュー型の光ファイバセンサヘッドは、光ファイバの検出端面に対向する反射体に反射面が形成されており、この反射面が保持スリーブ内でその軸方向と傾斜して配置され、窓孔を通して外部空間に臨む構成をなしている。そして、光ファイバから出射される光が反射面にて反射され、この反射光が窓部を介して外部空間における所定の検出領域に照射されるようになっている。
ところで、従来のサイドビュー型の光ファイバセンサヘッドにおける反射体では、反射率を高めるため、銀やアルミニウムなどによる金属蒸着を施したり、ステンレス材料に鏡面研磨加工を施すなどして反射面を形成していた。しかしながら、このように金属材料によって反射面が構成され、これを検出対象に対して露出させて用いるようなものは、金属材料が劣化しやすい環境下で使用しにくいという問題がある。 By the way, in the reflector in the conventional side view type optical fiber sensor head, in order to increase the reflectivity, the reflective surface is formed by performing metal deposition such as silver or aluminum, or performing a mirror polishing process on a stainless steel material. It was. However, there is a problem that such a reflective surface is made of a metal material and is used by exposing it to a detection target in an environment where the metal material is likely to deteriorate.
例えば、半導体ウェハの一部の製造工程などでは、金属材料が腐食しやすい腐食性ガス(例えば、臭化水素ガスなど)が存在する環境下で検出を行うことが要求されるが、特許文献1に示される技術のように金属材料の反射面が露出するような構成のものは、そのような腐食性雰囲気内で使用すると反射面がガスによって腐食してしまい、精度高い反射が行われなくなる虞がある。 For example, in some manufacturing processes of semiconductor wafers, detection is required in an environment where a corrosive gas (for example, hydrogen bromide gas) that easily corrodes a metal material exists. If the reflective surface of the metal material is exposed as in the technique shown in, the reflective surface may be corroded by gas when used in such a corrosive atmosphere, and accurate reflection may not be performed. There is.
本発明は上記のような事情に基づいてなされたものであって、金属材料が劣化しやすい環境下でも長期的に安定した検出を行うことができる光ファイバセンサヘッドを提供することを目的とする。 The present invention has been made based on the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an optical fiber sensor head capable of performing long-term stable detection even in an environment in which a metal material is likely to deteriorate. .
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、光ファイバと、
前記光ファイバの端部が挿入されるホルダとを備える光ファイバセンサヘッドにおいて、
前記ホルダ内に配置され、前記光ファイバの先端から照射された光を平行光に変換して出射するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズの光の出射方向前方において前記ホルダに取り付けられ、前記コリメータレンズから出射された出射光が入射される入射面と、前記入射面から入射された光を内面で反射させるように、前記ホルダの外部において空気層に接する状態で配置された反射面と、前記反射面からの反射光を外部へと出射させる出射面とを備える透光部材と、
を有し、
前記コリメータレンズから出射された前記出射光を、前記出射面より検出領域に向けて出射するように構成されていることを特徴とする。
As means for achieving the above object, the invention of
In an optical fiber sensor head comprising a holder into which an end of the optical fiber is inserted,
A collimator lens that is arranged in the holder and converts the light irradiated from the tip of the optical fiber into parallel light and emits it;
The collimator lens is attached to the holder in the front of the light emission direction, and the incident surface on which the emitted light emitted from the collimator lens is incident, and the light incident from the incident surface is reflected by the inner surface. A translucent member comprising a reflecting surface arranged in contact with the air layer outside the holder, and an emitting surface for emitting the reflected light from the reflecting surface to the outside;
Have
The emitted light emitted from the collimator lens is emitted from the emission surface toward the detection region.
請求項2の発明は、請求項1に記載の光ファイバセンサにおいて、前記透光部材の前記反射面を覆うようにキャップが前記透光部材に取り付けられており、
前記キャップは、前記透光部材との間に前記空気層を介在させた状態で前記反射面をカバーしていることを特徴とする。
Invention of Claim 2 is the optical fiber sensor of
The cap covers the reflective surface in a state where the air layer is interposed between the cap and the translucent member.
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の光ファイバセンサヘッドにおいて、前記ホルダは、多角柱状に形成されていることを特徴とする。 A third aspect of the present invention is the optical fiber sensor head according to the first or second aspect, wherein the holder is formed in a polygonal column shape.
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の光ファイバセンサヘッドにおいて、前記ホルダは、チタンによって構成されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical fiber sensor head according to any one of the first to third aspects, the holder is made of titanium.
<請求項1の発明>
請求項1の発明では、透光部材において、入射面から入射された光を当該透光部材の内面で反射させるように、ホルダの外部において空気層に接する状態で反射面が設けられており、この反射面からの反射光を、当該透光部材にて形成された出射面より外部へと出射させている。
<Invention of
In the invention of
即ち、屈折率の大きな透光部材から屈折率の小さな空気層に入射する構成をなすため、入射角が臨界角より大きいと境界面で全反射が生じることとなるが、本発明では、これを利用してコリメートレンズからの出射光を全反射させ、出射面より出射させている。従って、金属材料による反射面を構成せずに反射が可能となるため、金属材料を劣化させる環境下で使用しても、その環境に起因して反射面に劣化が生じるようなことがなく、長期的に安定した検出が可能となる。 That is, since the light-transmitting member having a large refractive index is incident on the air layer having a small refractive index, total reflection occurs at the boundary surface when the incident angle is larger than the critical angle. Utilizing this, the light emitted from the collimator lens is totally reflected and emitted from the emission surface. Therefore, since reflection is possible without configuring a reflective surface made of a metal material, even if used in an environment where the metal material is deteriorated, the reflective surface is not deteriorated due to the environment, Long-term stable detection is possible.
また、透光部材が、ホルダの外部に設けられているので、出射面に汚染物質(例えば、塵や水滴等)が付着した場合であっても汚染物質を拭き取りやすく、メンテナンス性に優れた構成となる。 In addition, since the translucent member is provided outside the holder, it is easy to wipe off contaminants even when contaminants (for example, dust or water droplets) adhere to the exit surface, and has excellent maintainability It becomes.
<請求項2の発明>
請求項2の発明によれば、キャップによって反射面の露出を防止できるため、反射面に水滴や塵などの物質が付着することなく高精度な反射が可能となり、ひいては、安定した検出を好適に行うことができる。
<Invention of Claim 2>
According to the invention of claim 2, since the reflection surface can be prevented from being exposed by the cap, it is possible to perform reflection with high accuracy without adhering substances such as water droplets and dust to the reflection surface, and thus stable detection is suitably performed. It can be carried out.
<請求項3の発明>
請求項3の発明によれば、ホルダが多角柱状に構成されるため、取り付けの際に、その多角柱状に構成されるホルダの略平坦な外面を基準として光の出射方向を調整できることとなり、光の出射方向を考慮したホルダの取り付け作業を容易に行うことができる。
<Invention of Claim 3>
According to the invention of claim 3, since the holder is configured in a polygonal columnar shape, the light emission direction can be adjusted on the basis of the substantially flat outer surface of the holder configured in the polygonal columnar shape when mounting. The holder can be easily attached in consideration of the emission direction.
<請求項4の発明>
請求項4の発明によれば、当該光ファイバセンサヘッドが金属材料を腐食させる腐食性雰囲気(例えば、臭化水素ガス等)において使用される場合であっても、ホルダがチタンによって構成されているため、ホルダが腐食せず、ホルダの劣化を効果的に防止できる。その結果、長期間にわたって安定した強度、構造が確保される構成となる。
<Invention of Claim 4>
According to the invention of claim 4, even when the optical fiber sensor head is used in a corrosive atmosphere (for example, hydrogen bromide gas) that corrodes the metal material, the holder is made of titanium. Therefore, the holder is not corroded, and the holder can be effectively prevented from being deteriorated. As a result, a structure is obtained in which stable strength and structure are ensured over a long period of time.
<実施形態1>
本発明の実施形態1について図1ないし図6を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の実施形態1に係る光ファイセンサヘッドの一例を示す側断面図、図2はその側面図であり、図3はその正面図である。図4は、実施形態1に係る光ファイバセンサヘッドをキャップ側から軸方向に見た図であり、図5は、その光ファイバセンサヘッドの斜視図である。図6は、図5の一部を拡大して示す拡大図である。
<
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 is a side sectional view showing an example of an optical phi sensor head according to
図1において、符号10は光ファイバであり、例えば直径約2mmの断面円形をなして外側を外部被覆11で覆われ、先端部分が外部被覆11から露出されている。そして、この光ファイバ10における外部被覆11から露出する先端部分がインナースリーブ13に収容されている。インナースリーブ13は、樹脂製であって略円筒状をなしており、内部に光ファイバ10の先端部が収容されている。
In FIG. 1,
このインナースリーブ13は、ホルダ14内においてこのホルダ14と嵌合している。ホルダ14は、チタン製であって全体として中空状(詳しくは円筒状)をなし、一端には後述するプリズム20(プリズムが透光部材に相当する)を挿入するための孔17Aが形成された大径部17が設けられ、他端には光ファイバ10を挿入するための孔16Aが形成された小径部16が備えられている。
The
インナースリーブ13において、光ファイバ10が挿入される奥側には、光ファイバ10の先端面に密接状態に対面するスリット部18が一体成形されており、このスリット部18には、光ファイバ10の先端面よりも狭いスリット18Aが形成されている。インナースリーブ13のうちスリット部18を挟んで光ファイバ10と反対側にはコリメータレンズ19の一部が収容される。コリメータレンズ19は、長手状に形成されてホルダ14内に一部がインナースリーブ13と嵌合し、それとは異なる別の一部がホルダ14と嵌合するように配置され、光ファイバ10の先端から当該光ファイバセンサヘッド1の軸方向に照射された光を平行光に変換し、プリズム20側に出射するように構成されている。コリメータレンズ19における光ファイバ10側とは反対側の端部は、プリズム20と近接(例えば、当接又はわずかな隙間で近接)している。
In the
ホルダ14のうち大径部17には、コリメータレンズ19の光の出射方向前方においてコリメータレンズ19から出射された出射光を、内部を透過させるように取り込むプリズム20が取り付けられている。プリズム20の一部である内部配置部20Dは孔17Aに挿入されてホルダ14と嵌合しており、外部配置部20Eはホルダ14の外部に設けられている。図1ないし図3に示すように、外部配置部20Eには、内部配置部20Dよりも外周の径が大きくされた段差部20Fが形成されており、プリズム20は、段差部20Fの端面がホルダ14の大径部17の端面に支持された状態でホルダ14に保持されている。ホルダ14の内面と内部配置部20Dの外面は接着剤等の接着媒体により接合されている。
The
図1に示すように、プリズム20は、コリメータレンズ19から出射された出射光が入射される入射面20Aと、入射面20Aから入射された光を内面で反射させるように、ホルダ14の外部において空気層に接する状態で配置された反射面20Bとを備えている。光ファイバセンサヘッド1の軸方向において光ファイバ10が挿入される側を後方、それとは反対側を前方とした場合、入射面20Aはプリズム20の後端側に形成されており、反射面20Bはそれとは反対側の前端側に形成されている。反射面はコリメータレンズ19からの光の出射方向(即ち、光ファイバセンサヘッド1の長手方向)に対して45°傾斜した面とされている。
As shown in FIG. 1, the
さらに、プリズム20の側面には反射面20Bからの反射光を外部へと出射させる出射面20Cが設けられており、コリメータレンズ19から出射された出射光を、出射面20Cより検出領域に向けて出射するように構成されている。プリズム20の出射面20Cは、平面状に形成されており、平行光を収束及び拡散させずに出射させる構成をなしている。
Furthermore, the side surface of the
さて、本発明の光ファイバセンサヘッドは、プリズム20において、入射面20Aから入射された光を当該プリズム20の内面で反射させるように、ホルダの外部において空気層30に接する状態で反射面20Bが設けられており、この反射面20Bからの反射光を、プリズム20の側面にて形成された出射面20Cより外部へと出射させるように構成されている。即ち、コリメータレンズ19から出射された軸方向の光は、プリズム20内を透過して屈折率の大きなプリズム20から屈折率の小さな空気層に入射する構成をなすため、入射角が臨界角より大きいと境界面(即ち反射面20B)で全反射が生じることとなるが、本発明では、これを利用してコリメートレンズ19からの出射光を軸直交方向に全反射させ、出射面20Cより出射させている。従って、金属材料による反射面を構成せずに反射が可能となり、金属材料を劣化させる環境下で使用しても、その環境に起因して反射面20Bに劣化が生じるようなことがなく、長期的に安定した検出が可能となる。
Now, in the optical fiber sensor head of the present invention, in the
このように、本実施形態の構成では、コリメータレンズ19を介して平行光を出射させ、かつプリズム20を介してその平行光を全反射させる構成をとりつつ、出射面20Cの全体が平面状とされているため、その反射光は平行性が保たれた状態で(即ち、出射面20Cで、収束、拡散せずに)、出射面20Cから、側方の検出領域に出射されることとなる。さらに、図2、図3、及び図5に示すように、出射面20Cはプリズム20の側部において平面状に構成され、かつホルダ14の外部に配置されている。従って、出射面20Cを汚染する物質(例えば、塵や水滴等)が付着した場合であっても、汚染物質を拭き取りやすく、メンテナンス性に優れた構成となる。なお、ここでの出射面20Cは段差部20Fの前方に配置され外縁が矩形状とされている。また、ここでは出射面20Cが平面状に形成されているが、出射面に凹みのない形状であれば、例えば出射面が全体的に凸状に形成されていてもよい。また、本実施形態では、出射面20Cが軸状に構成されるホルダ14の軸方向(本実施形態ではコリメータレンズ19からの出射方向と同方向)と直交する面方向において、ホルダ14の内面位置と同じかそれより外側の領域に設けられており、より一層メンテナンスし易く構成されている。なお、このような面方向において出射面20Cがホルダ14の内面位置よりも若干内側の配置されていてもよい。
As described above, in the configuration of the present embodiment, while the parallel light is emitted through the
また、プリズム20には樹脂材料からなるキャップ22が取り付けられている。図2、図3、図5に示すように、キャップ22は、プリズム20のうちのホルダ14の外部に配置される部分を、出射面20Cを除いて覆うようにプリズム20に取り付けられている。キャップ22とプリズム20は空気層30が密閉された状態で例えば接着剤等の接着媒体などにより接合されている。このようにキャップ22は、プリズム20との間に空気層30を介在させた状態で、少なくとも反射面20Bをカバーしているため、キャップ22によって反射面20Bの露出が防止されることとなり、反射面20Bに水滴や塵などの物質が付着することなく高精度な反射が行われるようになっており、その結果、安定した検出が好適に行われることとなる。
A
また、図4及び図5に示すように、ホルダ14は、多角柱状に構成されている。詳しくはホルダ14の外面が八つの面(14A〜14H)を備えて八角柱状に構成されている。このホルダ14の外周面(即ち八つの面14A〜14H)は、複数の平坦面又は略平坦面によって構成され、図4のように軸方向に見たホルダ14の外縁形状(換言すれば、コリメータレンズ19の光の出射方向と直交する方向にホルダ14を切断した切断面の外縁形状)が多角形状(八角形状)に形成されている。このように、ホルダ14が多角柱状に構成されるため、取り付けの際に、その多角柱状に構成される外面を基準として光の出射方向を調整できる構成となる。そのため、光の出射方向を任意の方向とするようなホルダ14の取り付け作業をホルダ14外面を基準として容易に行うことができる。なお、ここではホルダ14の外面形状を八角柱状としたが、六角柱状等、別の多角柱状であってもよい。
Moreover, as shown in FIG.4 and FIG.5, the
また、このホルダ14は、チタン材料によって構成されている。従って、半導体ウェアの一部の製造工程等の、金属材料を腐食させやすい腐食性雰囲気(例えば、臭化水素ガス等)において使用される場合であっても、ホルダ14が腐食せず、ホルダ14の劣化を効果的に防止されることとなる。その結果、長期間にわたって安定した強度、構造が確保されることとなる。このことから、当該光ファイバセンサヘッド1を臭化水素ガス等の腐食性雰囲気内で使用する半導体ウェア検出用センサとして用いると有用である。
The
1…光ファイバセンサヘッド
10…光ファイバ
14…ホルダ
19…コリメータレンズ
20…プリズム(透光部材)
20A…入射面
20B…反射面
20C…出射面
22…キャップ
DESCRIPTION OF
20A ...
Claims (4)
前記光ファイバの端部が挿入されるホルダとを備える光ファイバセンサヘッドにおいて、
前記ホルダ内に配置され、前記光ファイバの先端から照射された光を平行光に変換して出射するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズの光の出射方向前方において前記ホルダに取り付けられ、前記コリメータレンズから出射された出射光が入射される入射面と、前記入射面から入射された光を内面で反射させるように、前記ホルダの外部において空気層に接する状態で配置された反射面と、前記反射面からの反射光を外部へと出射させる出射面とを備える透光部材と、
を有し、
前記コリメータレンズから出射された前記出射光を、前記出射面より検出領域に向けて出射するように構成されていることを特徴とする光ファイバセンサヘッド。 Optical fiber,
In an optical fiber sensor head comprising a holder into which an end of the optical fiber is inserted,
A collimator lens that is arranged in the holder and converts the light irradiated from the tip of the optical fiber into parallel light and emits it;
The collimator lens is attached to the holder in the front of the light emission direction, and the incident surface on which the emitted light emitted from the collimator lens is incident, and the light incident from the incident surface is reflected by the inner surface. A translucent member comprising a reflecting surface arranged in contact with the air layer outside the holder, and an emitting surface for emitting the reflected light from the reflecting surface to the outside;
Have
An optical fiber sensor head configured to emit the emitted light emitted from the collimator lens toward a detection region from the emission surface.
前記キャップは、前記透光部材との間に前記空気層を介在させた状態で前記反射面をカバーしていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバセンサヘッド。 A cap is attached to the translucent member so as to cover the reflective surface of the translucent member,
2. The optical fiber sensor head according to claim 1, wherein the cap covers the reflecting surface in a state where the air layer is interposed between the cap and the translucent member.
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