JP2009009042A - 光ファイバセンサヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバの挿入方向における光軸調整を行うことが可能な光ファイバセンサヘッド及びその製造方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ１４と、当該光ファイバ１４の先端部が挿入される挿入孔１５を有するとともに側壁に窓部１７を有するヘッドケース１１と、前記光ファイバ１４からの光を前記窓部１７に反射させる反射手段２０とを備える光ファイバセンサヘッド１０の製造段階において、光ファイバ１４の先端部を保持し、且つ、自己の中心軸Ｍから外れた位置に前記光ファイバ１４の先端面１４Ａを配置させる保持部材１３を前記挿入孔１５に挿入し、前記挿入孔１５内で前記保持部材１３を回動することで、前記光ファイバ１４の投光位置を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆるサイドビュータイプの光ファイバセンサヘッドに関する。

光ファイバセンサヘッドの中には、光ファイバが挿入されたホルダの側壁に窓部が形成され、この窓部を介して投光したり受光したりする、いわゆるサイドビュータイプのものがある（特許文献１参照）。例えば投光用の光ファイバセンサヘッドであれば、側壁に窓部が形成された筒状のホルダと、その基端部から挿入される光ファイバと、当該光ファイバからの光を反射して約９０度向きを変えて窓部に導く反射体とを備える。
特開２００６−１０５６２６公報

ところで、このようなサイドビュータイプの光ファイバセンサでは、その組み立て段階で光軸調整を行う必要がある。具体的には、光ファイバと反射体とをホルダに接着固定する前に相対的に回転させて調整する。しかし、従来の光ファイバセンサヘッドは、光ファイバがホルダの回転中心軸上に挿入されていたため、上記回転中心軸の周方向（光ファイバの挿入方向に直交する方向）の光軸調整は可能であったが、当該周方向と直交する方向（光ファイバの挿入方向）の光軸調整を行うことが難しいという問題があった。

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、その目的は、光ファイバの挿入方向における光軸調整を行うことが可能な光ファイバセンサヘッド及びその製造方法を提供するところにある。

上記の目的を達成するための手段として、第１の発明に係る光ファイバセンサヘッドは、光ファイバと、円形の挿入孔が形成されるとともに側壁に窓部を有するヘッドケースと、投光用の光ファイバ及び受光用の光ファイバのいずれか一方の先端部を保持し、前記挿入孔に対して任意の回動位置に挿入された断面円形の保持部材と、前記光ファイバからの光を前記窓部に、或いは、前記窓部からの光を前記光ファイバに反射させる反射手段と、前記光ファイバの先端面と前記反射手段との間に配置されるコリメータレンズと、を備える光ファイバセンサヘッドであって、前記光ファイバと前記コリメータレンズとの間を通過する光の光束中心が、前記保持部材の中心軸から外れた位置に配置されている。
本発明によれば、ヘッドケースには円形の挿入孔が形成され、その挿入孔の円形形状に対応して保持部材は外形が断面円形とされている。そして、挿入孔内で保持部材を回動させると、光ファイバとコリメータレンズとの間を通過する光の光束中心がその回動中心軸の周りを移動する。これにより、保持部材が投光用の光ファイバを保持する構成であれば、そこから投光された光が反射手段の反射面上に照射される照射位置を光ファイバの挿入方向において移動させることができる。また、保持部材が受光用の光ファイバを保持する構成であれば、受光用の光ファイバで受光可能な光について前記反射手段の反射面上での反射位置を上記挿入方向において移動させることができる。即ち、光ファイバの挿入方向における光軸調整を行うことができる。

第２の発明は、第１の発明の光ファイバセンサヘッドであって、前記ヘッドケースに対して前記保持部材を任意の回動位置に固定する第１固定手段を備える。

第３の発明は、第１または第２の発明の光ファイバセンサヘッドであって、前記反射手段は、前記保持部材とは反対側から前記挿入孔に対して任意の回動位置に挿入された断面円形の反射体であって、前記ヘッドケースに対して前記反射手段を任意の回動位置に固定する第２固定手段と、を備える。
本発明によれば、ヘッドケースには円形の挿入孔が形成され、その挿入孔の円形形状に対応して反射体は外形が断面円形とされている。そして、ヘッドケースに対して反射体を回動させることで光ファイバの挿入方向に直交する方向における光軸調整を行うことができる。

第４の発明に係る光ファイバセンサヘッドの製造方法は、光ファイバと、当該光ファイバの先端部が挿入される挿入孔を有するとともに側壁に窓部を有するヘッドケースと、前記光ファイバからの光を前記窓部に、或いは、前記窓部からの光を前記光ファイバに反射させる反射手段とを備える光ファイバセンサヘッドの製造方法であって、前記光ファイバの先端部を保持し、且つ、自己の中心軸から外れた位置に前記光ファイバの先端面を配置させる保持部材を前記挿入孔に挿入し、前記挿入孔内で前記保持部材を回動することで前記光ファイバの投光位置或いは受光位置を調整する工程を含む。

第５の発明は、第４の発明の光ファイバセンサヘッドの製造方法であって、前記反射体を前記保持部材とは反対側から前記挿入孔に挿入し、前記反射体を回動することで前記光ファイバの投光位置或いは受光位置を調整する工程を含む。
本発明によれば、反射体を回動させることで光ファイバの挿入方向に直交する方向における光軸調整を行うことができる。

本発明によれば、光ファイバの挿入方向における光軸調整を行うことができる。

以下、本発明の一実施形態を図１から図９に基づいて説明する。
光ファイバセンサヘッド１０は、サイドビュータイプであって、本実施形態では所定の検出領域に向けて光を投光する投光用として使用される。このようなサイドビュータイプでは、特に光ファイバの先端面と反射手段との配置関係に製造ばらつきが生じやすく、製品ごとに光の出射方向が異なってしまうおそれがある。このため、製造時の最終段階で所定の照射面上において規定通りの照射位置（目標位置）になるように光軸調整を行う必要がある。

（光ファイバセンサヘッドの構成）
図１は光ファイバセンサヘッド１０の側断面図である。以下、図１の左側を光ファイバセンサヘッド１０の先端側とする。光ファイバセンサヘッド１０は、ヘッドケース１１とスリーブ１２とを組み付けた構成になっている。また、図１で実線Ｌは、光ファイバ１４から出射されコリメータレンズ１９に向かう光の光束中心を示し、これが「光ファイバとコリメータレンズとの間を通過する光の光束中心」の一例である。なお、光ファイバセンサヘッド１０が受光用であればコリメータレンズ１９から光ファイバ１４に向かう光の光束中心である。

スリーブ１２は、金属製であって円筒形をなし、その円形の挿入孔１５内に断面円形の保持部材１３が挿入される。具体的には、スリーブ１２は、先端側に向かう途中で段差部１２Ａ及び１２Ｂが形成され、スリーブ１２の先端面に連なる部分の内径及び外径が基端面に連なる部分よりも小さくなっている。

保持部材１３は、光ファイバ１４の先端部分を保持するための部材である。この保持部材１３は、合成樹脂製であって断面円形の筒状の形状をなし、先端側に向かう途中で段差部１３Ａが形成され、保持部材１３の先端面に連なる部分の外径が基端面に連なる部分よりも小さくなっている。保持部材１３の段差部１３Ａとスリーブ１２の段差部１２Ｂとが突き当たることで、スリーブ１２に対して保持部材１３がその挿入方向において位置決めされる。

また、保持部材１３は、その中心軸Ｍから外れた位置に、当該中心軸Ｍに沿って延びるファイバ保持孔１８が貫通形成されている。ファイバ保持孔１８は、基端側から先端側に向かう途中で段差部１８Ａが形成されスリーブ１２の先端面に連なる部分の内径が小さくなっている。光ファイバ１４は、例えば直径約２ｍｍの断面円形をなして外側が外部被覆１６で覆われており、その先端部分が外部被覆１６から露出されている。光ファイバ１４のうち外部被覆１６に覆われた部分が、ファイバ保持孔１８のうち径が大きい部分まで通され、外部被覆１６から露出した先端部分が径の小さい部分に通される。これにより、保持部材１３がスリーブ１２内で位置決めされる。なお、外部被覆１６の外面とファイバ保持孔１８の内面とは例えば接着剤Ｓ１によって固着される。また、後述するように最終的には、保持部材１３はスリーブ１２に対して接着剤Ｓ２（第１固定手段の一例）で固定されるが、その固定前では、保持部材１３はスリーブ１２内において上記中心軸Ｍを中心に回動可能である。

ヘッドケース１１は、合成樹脂製であって全体としてやはり円筒状をなし、側壁には挿入方向側方に開放する窓部１７が形成されている。ヘッドケース１１の基端側（ヘッドケースの一端部の一例）に、上記スリーブ１２の先端部分が嵌合される。なお、ヘッドケース１１の基端面がスリーブ１２の段差部１２Ａに突き当たることで、ヘッドケース１１に対してスリーブ１２が位置決めされる。なお、後述するように最終的には、スリーブ１２はヘッドケース１１に対して接着剤Ｓ３（第２固定手段の一例）で固定されるが、その固定前では、スリーブ１２はヘッドケース１１内において上記中心軸Ｍを中心に回動可能である。

ヘッドケース１１内においてスリーブ１２の前方位置には、光を平行光にするコリメータレンズ１９が収容されている。また、ヘッドケース１１内において先端側にはヘッドケース１１とは別体に形成された反射体２０（反射手段の一例）が挿入される。反射体２０は、円柱体の一端をその軸方向に対して斜めにカットしてなり、そのカット面を鏡面仕上げして反射面２０Ａとしてある。また、反射体２０の外周面には、軸方向に延びる突条（図示せず）が周方向の複数箇所に設けられており、この突条を潰すようにして反射体２０がヘッドケース１１内に圧入される。

（光ファイバセンサヘッドの製造工程）
上記構成からなる本実施形態の光ファイバセンサヘッド１０は、図２に示すように、まず、保持部材１３を光ファイバ１４の先端部分に接着剤にて固定し、その保持部材１３をスリーブ１２の挿入孔１５内に挿入する。但し、この時点では保持部材１３はスリーブ１２に固着されていないため、中心軸Ｍを中心に回動可能となっている。

一方、ヘッドケース１１は次のようにして組み立てられる。図３に示すように、コリメータレンズ１９の周面に接着剤Ｓ４を塗布し、そのコリメータレンズ１９をヘッドケースの先端から内側に押し込み、光ファイバ１４の先端面に突き当てる。

次いで、反射体２０の反射面２０Ａ側をヘッドケース１１の先端開口に宛がい、その反射面２０Ａが図１の斜め上方を向くようにして、反射体２０をヘッドケース１１内に圧入していく。すると、反射体２０が押し込まれる過程で、反射体２０の周面に設けた突条（図示せず）が潰され、反射体２０の先端面がヘッドケース１１の先端面と面一となったところで、反射面２０Ａが窓部１７と対面する。

次に、図示しない投光素子からの光を光ファイバ１４の基端面から入光し、先端面から光が出射されると、この光Ｌはコリメータレンズ１９で平行光にされて反射面２０Ａの所定位置に照射される。そして、光は、反射面２０Ａによって９０度向きが変えられて、窓部１７から外側に出射される。

そして、スリーブ１２の先端部分をヘッドケース１１の後端側に挿入する。但し、この時点ではスリーブ１２はヘッドケース１１に固着されていないため、中心軸Ｍを中心に回動可能となっている。これにより、光ファイバセンサヘッド１０が組み立てられたことになるが、次に窓部１７からの光の照射位置Ｐの調整（光軸調整）を行う必要がある。

以下、光軸調整について図４から図９を参照しつつ説明する。なお、図４から図６は、光ファイバセンサヘッド１０の窓部１７から出射された光の照射位置Ｐを示した模式図である。同図中のＯ点が目標位置（例えば受光用の光ファイバセンサヘッドにおいて受光可能な位置）を示す。また、光ファイバセンサヘッド１０からの光Ｌが照射される照射面（同図の紙面）上において上下方向が光ファイバセンサヘッド１０の長手方向（光ファイバ１４の挿入方向 以下、Ｙ方向という。）であり、左右方向が光ファイバセンサヘッド１０の短手方向（光ファイバ１４の挿入方向に直交する方向 以下、Ｘ方向という。）である。図７から図９は、反射体２０の反射面２０Ａでの光Ｌの反射方向（窓部１７からの出射方向）を示した模式図である。同図の上下方向（Ｚ方向）が光ファイバセンサヘッド１０と上記照射面（ＸＹ平面）との対向方向である。

例えば光ファイバセンサヘッド１０を組み立てた状態（上記接着剤Ｓ２、Ｓ３による固着前）で、光ファイバ１４の基端部を保持するコントローラ（図示せず）をオンして、そのコントローラに内蔵された投光素子（図示せず）を発光させる。これにより、その発光された光は、光ファイバ１４を通って反射体２０の反射面２０Ａで反射され窓部１７から外部に出射されるようになる。このときの光の照射位置Ｐが例えば図４に示す位置であり、反射面２０Ａの反射方向は図７に示すようにＺ方向と平行であったとする。なお、照射位置Ｐが目標位置Ｏに一致したかどうかは、例えば光ファイバセンサヘッド１０に対向配置した位置検出素子によって検出される照射位置Ｐに基づく判定する方法や、光ファイバセンサヘッド１０に受光素子での受光量レベルに基づき判定する方法などがある。

ここで、まずスリーブ１２に対して保持部材１３を時計周りに回動させる。光ファイバ１４の先端面１４Ａは保持部材１３の回動の中心軸Ｍから外れた位置に配置されている。従って、光ファイバ１４の先端面１４Ａはその中心軸Ｍ周りに回動し、これにより、図５に示すように、照射位置ＰをＹ方向において目標位置Ｏと同じ位置に移動させることができる。そして、この回動位置（任意の回動位置の一例）で接着剤Ｓ２により保持部材１３をスリーブ１２に固着する。なお、このとき反射面２０Ａの反射方向は図８に示すようにＺ方向と平行のままである。

次いで、スリーブ１２に対して反射体２０、本実施形態ではヘッドケース１１を含めて時計周りに回動させる。すると、図９に示すように光ファイバ１４からの光が反射面２０Ａに入射する角度が変わることで、照射位置Ｐを目標位置Ｏに一致させることができる（図６参照）。そして、この回動位置で接着剤Ｓ３によりスリーブ１２とヘッドケース１１とを固着する。

（本実施形態の作用効果）
本実施形態によれば、挿入孔１５内で保持部材１３を回動させると、光ファイバ１４の先端面１４Ａがその回動中心軸Ｍの周りを移動する。これにより、投光用の光ファイバ１４から投光された光Ｌが反射体２０の反射面２０Ａ上に照射される照射位置（及び照射面上の照射位置Ｐ）を光ファイバ１４の挿入方向（Ｙ方向）において移動させることができる。即ち、光ファイバ１４の挿入方向における光軸調整を行うことができる。

＜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る。
（１）「固定手段」として上記実施形態では接着剤Ｓ２としたが、これに限らず、例えばネジ部材により固定する構成であってもよい。他の接着剤Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４にて固着した部分も同様である。

（２）「反射手段」として上記実施形態ではヘッドケース１１と別体とされた反射体２０としたが、例えばヘッドケース１１と一体化された構成であってもよい。

（３）上記実施形態では、Ｙ方向の光軸調整においてヘッドケース１１を回動させることで反射体２０を回動させる構成であったが、例えば反射体２０の先端面側に摘み部等を設けてヘッドケース１１を回動させずに反射体２０だけを回動させる構成であってもよい。

（４）「光ファイバセンサヘッド」として上記実施形態では投光用のものとしたが、受光用の光ファイバセンサヘッドであってもよい。この場合であっても保持部材１３を回動させることでＸ方向において反射面２０Ａからの反射光の照射位置に対して光ファイバ１４の先端面（受光面）の位置を合わせることができ、反射体２０を回動させることでＹ方向において反射面２０Ａからの反射光の照射位置に対して光ファイバ１４の先端面の位置を合わせることができる。

（５）上記実施形態では、投光用の光ファイバセンサヘッドと受光用の光ファイバセンサヘッドとを検出領域を挟んで対向配置する透過型の光ファイバセンサについて説明したが、これに限らず、投光用及び受光用の両光ファイバセンサヘッドを並べて配置し検出領域からの反射光を受光用の光ファイバセンサヘッドで受光する、反射型の光ファイバセンサヘッドであってもよい。この場合、投光用及び受光用の両光ファイバセンサヘッドが一体化したものであってもよい。但し、投光用の光ファイバと受光用の光ファイバとは別々の保持部材で保持し、少なくともいずれか一方の保持部材がヘッドケースに回動可能に挿入され、且つ、当該保持部材はその回動の中心軸から外れた位置に光ファイバの先端面を配置する必要がある。

（６）上記実施形態では、保持部材１３をスリーブ１２に対して独立に回動させる構成としたが、これに限らず、保持部材１３とともにスリーブ１２を一体的に回動させる構成であってもよい。さらに、保持部材１３とスリーブ１２とが一部材で形成された構成であってもよい。

（７）上記実施形態では、光ファイバ１４の先端部分全体が中心軸Ｍに平行に保持された構成であったが、必ずしもその必要はなく、「光ファイバの先端面」さえ中心軸Ｍから外れた位置に配置されていればよい。

（８）上記実施形態では、光ファイバ１４自体を中心軸Ｍから外れた位置に配置した構成としたが、図１０に示すように、光ファイバ１４自体を中心軸Ｍ上に配置した構成であってもよい。即ち、ファイバ保持孔１８のうち前端側の開口部中心を中心軸Ｍから外れた位置に設けることで、光ファイバ１４とコリメータレンズ１９との間を通過する光Ｌの光束中心が保持部材１３の中心軸Ｍから外れた位置になるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る光ファイバセンサヘッドの側断面図 スリーブの側断面図 ヘッドケースの側断面図 光ファイバセンサヘッドからの光の照射位置を示した模式図（その１） 光ファイバセンサヘッドからの光の照射位置を示した模式図（その２） 光ファイバセンサヘッドからの光の照射位置を示した模式図（その３） 反射体の反射方向を示した模式図（その１） 反射体の反射方向を示した模式図（その２） 反射体の反射方向を示した模式図（その３） 変形例のスリーブの側断面図

符号の説明

１０…光ファイバセンサヘッド
１１…ヘッドケース
１３…保持部材
１４…光ファイバ
１４Ａ…先端面
１５…挿入孔
１７…窓部
１９…コリメータレンズ
２０…反射体（反射手段）
Ｓ２…接着剤（第１固定手段）
Ｓ３…接着剤（第２固定手段）

Claims (5)

1. 光ファイバと、
   円形の挿入孔が形成されるとともに側壁に窓部を有するヘッドケースと、
   投光用の光ファイバ及び受光用の光ファイバのいずれか一方の先端部を保持し、前記挿入孔に対して任意の回動位置に挿入された断面円形の保持部材と、
   前記光ファイバからの光を前記窓部に、或いは、前記窓部からの光を前記光ファイバに反射させる反射手段と、
   前記光ファイバの先端面と前記反射手段との間に配置されるコリメータレンズと、を備える光ファイバセンサヘッドであって、
   前記光ファイバと前記コリメータレンズとの間を通過する光の光束中心が、前記保持部材の中心軸から外れた位置に配置されている光ファイバセンサヘッド。
2. 請求項１に記載の光ファイバセンサヘッドであって、
   前記ヘッドケースに対して前記保持部材を任意の回動位置に固定する第１固定手段を備える。
3. 請求項１または請求項２に記載の光ファイバセンサヘッドであって、
   前記反射手段は、前記保持部材とは反対側から前記挿入孔に対して任意の回動位置に挿入された断面円形の反射体であって、
   前記ヘッドケースに対して前記反射手段を任意の回動位置に固定する第２固定手段と、を備える。
4. 光ファイバと、当該光ファイバの先端部が挿入される挿入孔を有するとともに側壁に窓部を有するヘッドケースと、前記光ファイバからの光を前記窓部に、或いは、前記窓部からの光を前記光ファイバに反射させる反射体とを備える光ファイバセンサヘッドの製造方法であって、
   前記光ファイバの先端部を保持し、且つ、自己の中心軸から外れた位置に前記光ファイバの先端面を配置させる保持部材を前記挿入孔に挿入し、
   前記挿入孔内で前記保持部材を回動することで、前記光ファイバの投光位置或いは受光位置を調整する工程を含む光ファイバセンサヘッドの製造方法。
5. 請求項４に記載の光ファイバセンサヘッドの製造方法であって、
   前記反射体を前記保持部材とは反対側から前記挿入孔に挿入し、
   前記反射体を回動することで前記光ファイバの投光位置或いは受光位置を調整する工程を含む。

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