JP2013156026A - ファイバセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】光特性変換部に負荷のかかりにくい、繰り返しの使用及び大きな曲率を有する屈曲に対して耐久性を有するファイバセンサを提供することである。
【解決手段】本発明のファイバセンサは、光を射出する光源と、光源から照射された光を導光し、少なくとも１つの光特性変換部を備え、可撓性を有する光ファイバと、光ファイバで導光された光を受光する受光部と、を有している。光特性変換部は、導光された光の特性を変換する光特性変換材と、底面がコア、若しくは、被覆部材のクラッドと接するように光ファイバの被覆部材に成形された開口部と、開口部内に、光特性変換部材を保持するために、長手方向で開口部と隣接する被覆部材の表面と同一面、若しくは該表面よりも低くなる厚さに充填された接着剤と、を有している。このような、ファイバセンサは、繰り返しの使用、及び、大きな曲率を有する屈曲に対して耐久性を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光量の変化により屈曲の方向及び／又は位置を検出するファイバセンサに関する。

一般に、可撓性を有する被測定部材の形状及び位置を追跡する装置として、ファイバセンサが用いられている。例えば、特許文献１には、形状が時間とともに動的に変化する物体の形状及び位置の測定及び連続的な追跡ができるファイバセンサが開示されている。ファイバセンサは、被測定部材に設置され、被測定部材の動きの追跡及び監視に使用される。例えば、被測定部材は、診断用及び外科手術用内視鏡などが挙げられている。

ファイバセンサは、少なくとも、光源と、光源から射出された光を導光する光ファイバと、導光された光を受光する受光部と、を有している。光ファイバは、コア、クラッド及び／又はジャケット、及び少なくとも１つの導光されている光の特性を変換する光特性変換部を有している。例えば、コア径は、２５０μｍであり、クラッド厚さは、少なくとも２５μｍであり、ジャケットの厚さは、１０μｍである。光特性変換部は、クラッド及び／又はジャケットを取り除いた孔に、光特性変換材を含む接着剤が充填されている部分である。例えば、光特性変換材は、蛍光体若しくは量子ドットなどであり、溶着剤は、エポキシ樹脂などである。

例えば、光ファイバは、被測定部材における大半の状態を追跡するために、複数の光特性変換部が長手方向へ全長に亘って、所定の間隔で設置されている。これら光特性変換部は、光ファイバのどの箇所が屈曲しているかを把握するために、各光特性変換部で変換された光に差異が生じるように設置されている。例えば、これら光特性変換部は、各々、異なる光の波長、即ち発光スペクトルに変換するような光特性変換部材を有している。特許文献１では、被測定部材の全長の動きを追跡するために、複数の光特性変換部は、各々、異なる光特性変換材を有し、これに使用されている光特性変換材の種類の数は、７５種類である。また、光ファイバの長手方向の所定箇所の外周に、複数の異なる発光スペクトルを発する光特性変換部が設置されることによって、被測定部材の屈曲方向も検知できることが開示されている。
前述のファイバセンサによれば、各光特性変換部で特性を変換され、受光部に導光されてきた光の量によって、動的に変化する被測定部材の動きの追跡及び監視ができる。このため、各光特性変換部で所望の光特性に変換する必要がある。

特表２０１１−５００１６２号公報

特許文献１によれば、動的に変化する被測定部材の動きの追跡及び監視にファイバセンサが利用されている。ファイバセンサの光ファイバでは、可撓性を有する被測定部材の屈曲に追従して屈曲が生じる。光ファイバが屈曲する場合に、かかる外力によって、光特性変換部に負荷が加わる。このため、光特性変換部が、大きな曲率の屈曲が生じた場合、光特性変換部は、良好な状態に維持されない。さらに、光特性変換部が、繰り返し使用された場合にも、同様のことが想定される。良好な状態でない場合とは、例えば、光特性変換部とコアとの接着境界面での、剥離若しくは破壊が挙げられる。この他にも、光特性変換部に負荷がかかることによって、光特性変換部とコアとの間に、微小な空隙の発生することなどが挙げられる。これらの作用によってために、光特性変換部での光の特性変換が阻害される。

また、異なる部材を接着した部材の曲げによる剥離、破損、若しくは、微小な空隙の発生は、異なる部材間の接着境界面から生じることが知られている。さらに、少なくとも２つの異なる部材間で目立って外形形状に差異が生じている部分には、負荷が集中することが知られている。例えば、２つの面が直角に交わる部分などが挙げられる。さらにまた、曲げによって生じる負荷は、部材の中心と比較して外側の負荷が大きいことが知られている。

従って、剥離、破損、微小な空隙の発生などが生じることを防ぐために、光特性変換部と被覆部材との接着境界面にかかる負荷を軽減するとともに、負荷の集中する部分を削減する必要がある。ここで、負荷とは、内力（応力）などの作用する力を指す。
本発明の目的は、光ファイバが屈曲した場合において、光特性変換部に負荷がかかり難く、さらに負荷の集中する部分を削減することによって、繰り返しの使用、及び、大きな曲率を有する屈曲に対して耐久性を有するファイバセンサを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るファイバセンサは、光を射出する光源と、光源から照射された光を導光し、少なくとも１つの光特性変換部を備え、可撓性を有する光ファイバと、光ファイバで導光された光を受光する受光部と、を有している。

光特性変換部は、導光された光の特性を変換する光特性変換材と、底面がコア、若しくは、被覆部材のクラッドと接するように光ファイバの被覆部材に成形された開口部と、開口部内に、光特性変換部材を保持するために、長手方向で開口部と隣接する被覆部材の表面と同一面、若しくは該表面よりも低くなる厚さに充填された接着剤と、を有している。
上記に示した一態様で、繰り返しの使用、及び、大きな曲率を有する屈曲に対して耐久性を有するファイバセンサが提供される。

本発明のファイバセンサは、光特性変換部に負荷のかかり難い、繰り返しの使用及び大きな曲率を有する屈曲に対して耐久性を有する効果を奏する。

図１は、ファイバセンサの一例の概要図である。 図２（ａ）は、第１の実施形態のファイバセンサの一部分の縦断面図であり、図２（ｂ）は、第１の実施形態のファイバセンサの一部分の横断面図である。 図３は、第１の実施形態のファイバセンサが屈曲している状態を示す図である。 図４（ａ）は、第２の実施形態のファイバセンサの一部分の縦断面図であり、図４（ｂ）は、第２の実施形態のファイバセンサの一部分の横断面図である。 図５は、第２の実施形態のファイバセンサが屈曲している状態を示す図である。 図６（ａ）は、第３の実施形態のファイバセンサの一部分の縦断面図であり、図６（ｂ）は、第３の実施形態のファイバセンサの光特性変換部の中心部分の横断面図であり、図６（ｃ）は、第３の実施形態のファイバセンサの光特性変換部と被覆部材との境界面の横断面図である。 図７は、第４の実施形態のファイバセンサの一部分の縦断面図である。 図８は、第５の実施形態のファイバセンサの一部分の縦断面図である。 図９は、第５の実施形態の変形例のファイバセンサの一部分の縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態の構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態のファイバセンサ１は、少なくとも、検出光を照射する光源６と、細長い形状を有し、光源６から射出された光を導光する光ファイバ２と、光ファイバ２により導光された光を受光する受光部７とを有している。

ファイバセンサ１は、後述するように、例えば、長尺で可撓性を有する部材に沿うように装着することにより、その可撓性部材の屈曲状態や屈曲方向を検出する。以下でも、ファイバセンサ１を装着する長尺で可撓性を有する部材等を被測定部材１００と称する。

光源６は、所定の波長の励起光を照射する。所定の波長の励起光とは、光ファイバ内を導光し、受光部７で検出するために適切な波長を有する光である。光源６は、例えば、ＬＥＤ、若しくはレーザ光源である。光ファイバ２は、図２に示すように、コア１０と、被覆部材２０と、少なくとも１つの光特性変換部３０と、を有している。例えば、被覆部材２０は、図示していないが、クラッドと、ジャケットと、を有する。以下で被覆部材２０は、クラッドと、ジャケットと、を有していることとする。また、例えば、コア１０の外径は約φ１２５μｍであり、クラッドの外径は約φ１４０μｍであり、ジャケットの外径は約φ２５０μｍである。

例えば、図１に示されているように、光ファイバ２は、光を導入路・導出路に分岐する光ファイバ結合部８で三方に分岐されて、それぞれに延伸してＹ形状を成す、検出用ファイバ部３、光供給用ファイバ部４及び受光用ファイバ部５で構成される。光供給用ファイバ部４は、光ファイバ２における導入路であり、先端に設けられた光源６から照射された光を光ファイバ結合部８に導光する。
検出用ファイバ部３は、被測定部材１００のフレキシブルな動作に追従し、先端に光を反射する端面（反射部）９等が設けられていて光を往来させる。即ち、光ファイバ結合部８を経た光供給用ファイバ部４からの光を端面９まで導光し、その端面９で反射された反射光を光ファイバ結合部８まで戻すように導光する。検出用ファイバ３は、被測定部材１００に装着され、動作を監視、若しくは、追跡するために、少なくとも１つの光特性変換部３０を有する。受光用ファイバ部５は、光ファイバ２における導出路であり、先端に設けられた受光部７へ、端面９で反射されて光ファイバ結合部８に分岐された反射光を導光する。尚、光ファイバセンサ１は、検出用ファイバ部３と、光供給用ファイバ部４と、受光用ファイバ部５と、の区別がなく、可撓性を有する直線状の光ファイバ２と、一端部に設けられた光源６と、光源６と反対側の他端部に設けられた受光部７と、を有し、これらが直線状になるように配置されている導光式のファイバセンサ等にも容易に適用できることは当然である。

光特性変換部３０は、図２に示すように、少なくとも、接着剤として機能するバインダ樹脂３１と、波長変換部材である光特性変換材３２と、光ファイバの被覆部材に成形された孔である開口部３３と、を有する。尚、光特性変換部３０は、表面に保護部材、例えば被腹部材２０のジャケット（図示せず）と同一の部材、アルミニウム若しくは金などを有しても良い。但し、この保護部材の表面は、後述する理由から、隣接する被覆部材２０の表面と同一面となるように形成されている。ここで、被覆部材２０の表面とは、光ファイバ２の外周の表面と同一であり、以下でも同様に示す。

光特性変換部３０は、光特性変換材３２を保持（又は、含有）するバインダ樹脂３１が、開口部３３に充填されている。図２に示されるように、バインダ樹脂３１は、光ファイバ１の外周の所定箇所に成形された開口部３３、例えば、溝に充填され、底面でコア１０と接着し、且つ各側面で被覆部材２０と接着している。以下の説明において、接着している境界面を接着境界面と称する。ここで、所定箇所とは、光ファイバ２の屈曲を検出するための測定位置であり、例えば被測定部材の屈曲部である。また、光特性変換部３０の表面は、バインダ樹脂３１の表面と同一である。
本実施形態では、バインダ樹脂３１は、少なくとも、コア１０との接着境界面４０と、長手方向の両端部の被覆部材２０との各接着境界面４１、４２と、を有している。

前述したように、バインダ樹脂３１は、光特性変換材３２を保持（又は、含有）し、コア１０及び被覆部材２０に接着するための接着剤である。バインダ樹脂３１は、例えば、エポキシ、シリコン及びアクリルなどの可撓性を有する高分子樹脂である。光ファイバの所定箇所に成形された開口部３３に充填されているバインダ樹脂３１は、少なくとも光特性変換材３２が露出しない厚さを有し、最大でも隣接する被覆部材２０の表面と同一面となる厚さを有する。尚、バインダ樹脂３１は、波長変換部材等の光特性変換材３２で光が変換されることを妨げず、コア１０に確実に接着される部材ならば前述した一例に限定されない。

光特性変換材３２としての波長変換部材は、導光された光の波長を変換する、例えば、蛍光体若しくは量子ドットなどである。この光特性変換材３２は、光ファイバ２に導光された所定の波長の励起光（図示せず）が照射されることによって、所望の波長の出射光をコアへ射出する。また、例えば、光特性変換材の粒径は、約φ２０μｍであり、複数の光特性変換材３２の平均粒径は、約φ５μｍ乃至φ４０μｍのうちのいずれかの径を有する。従って、例えば、バインダ樹脂３１の厚みは、被覆部材２０の厚さ及び光特性変換材３２の平均粒径に対応して約５μｍ乃至６７μｍの厚さを有する。尚、光特性変換部材３２は、光の波長を変換する部材であれば良い。また、光特性変換部材は、光吸収体でも構わない。

前述したように開口部３３は、光ファイバ２の所定箇所に開口された孔、例えば、溝である。開口部３３は、底面がコア１０と、開口部の４つの各側面が被覆部材２０の各側面と接するように、光ファイバ２の被覆部材２０を加工して成形されている。例えば、開口部３３は、レーザ加工機によって、被覆部材２０をアブソレーションされて加工成形される。ここで、被覆部材２０の側面とは、開口部３３の側面と接する部分であり、以下でも同様に示す。
尚、光特性変換部３０の底面がコア１０とではなく、被覆部材２０内のクラッド（図示せず）と接するように成形されていても良い。また、光特性変換部３０の表面は、バインダ樹脂３１の表面と同一である。また、前述した開口部３３の形状は、溝を一例としたが、光を光特性変換材へ導光できるのであれば、どのような形状でも構わない。例えば、開口部３３の形状が、長手方向へ細長いような楕円形状、若しくは円形状でも構わない。

次に第１の実施形態の作用について説明する。
図３に示すように、被測定部材１００が屈曲すると、これに装着されたファイバセンサ１も同様に屈曲する。図３は、光特性変換部３０が図面上で上向きに凸側になる様に屈曲している状態を示している。

光源６から出射された検出光である励起光（図示せず）が光特性変換部３０へ導光される量は、光ファイバ２の屈曲の曲率の程度によって変化する。また、光特性変換部３０へ導光される光量によって、光特性変換材３２で変換される光、即ち、光特性変換部３２からの出射光の光量も変化する。この出射光の光量の変化を、受光部７で検出することにより、光ファイバ２、即ち、被測定部材１００の屈曲の曲率の程度が検出される。

外力によって光ファイバ２が屈曲される場合、光ファイバ２には、光ファイバ２の中心軸から距離が離れるに伴って大きな負荷が生じる。また、異なる部材間で目立って外形形状に差異が生じている部分には、負荷が集中することが知られている。例えば、２つの面が直角に交わる部分などが挙げられる。即ち、中心軸から距離が離れ、隣接する部分と目立って外形形状が異なる部分に大きな負荷が作用する。例えば、本実施形態では、隣接する被覆部材２０と、光特性変換部３０と、の接着境界４１、４２の最外点４０１、４０２で長手方向に、最大の負荷が集中的に作用することが知られている。光特性変換部３０の表面が、隣接する被覆部材２０の表面よりも高くなってしまうと、最外点４０１、４０２がさらに中心軸から離れ、負荷がより大きくなる。

前述したように、本実施形態では、光特性変換部３０の表面は、少なくとも光特性変換材３２が露出しないように充填され、最大でも隣接する被覆部材２０の表面と同一面になるように充填されている。図３に示されているように、例えば、光特性変換部３０でバインダ樹脂３１が隣接する被覆部材２０の表面と同一になるように充填している場合、バインダ樹脂３１が、各接着界面４０、４１、４２で確実に接着される。また、隣接する被覆部材２０と外形形状が同一であるために、光特性変換部３０において屈曲による負荷の集中が発生せずに、コア１０の中心軸からの距離に依存する規則正しい力分布の負荷が作用する。
本実施形態では、光特性変換部３０が凸側に屈曲されている状態について説明したが、凹側に屈曲されている場合でも同様の作用が得られる。

次に第１の実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、光特性変換部３０のバインダ樹脂３１の表面が、隣接する被覆部材２０の表面と同一面になるように形成することによって、光特性変換部３０と被覆部材２０との間に目立った外形形状の差異が形成されていない。このため、光ファイバが大きく屈曲した場合にも、負荷の集中が発生しないために接着境界面４１、４２へ対する負荷が軽減できる。従って、繰り返しの使用、及び、大きな曲率を有する屈曲に対して耐久性を有するファイバセンサを提供することができる。即ち、測定可能な被測定部材の屈曲の程度の範囲を広げる事ができる。
尚、光特性変換部３０は、複数個設置されていても良い。例えば、長手方向へ複数個設置されることによって、光ファイバ２の屈曲部分、即ち被測定部材の屈曲箇所を見出すことができる。同様に、光ファイバ２の長手方向の同箇所で外周表面に複数個設置されることよって、光ファイバ２の屈曲方向がわかる。また、光特性変換部３０のバインダ樹脂３１の厚さは、各設置箇所で異なっても構わない。

［第２の実施形態］
次に第２の実施形態について説明する。第２の実施形態のファイバセンサ１ｂは、前述した第１の実施形態のファイバセンサの構造と、ほぼ同等であるが、光特性変換部３０のバインダ樹脂３１の厚さが異なっている。本実施形態の構成要素の参照符号において、前述した第１の実施形態の構成要素と共通のものには同じ参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

第２の実施形態の構成について説明する。
図４に示すように、本実施形態における光特性変換部３０ｂは、第１の実施形態の光特性変換部３０と、ほぼ同等の構成である。従って、光ファイバ２ｂに設置されている光特性変換部３０ｂは、少なくとも、バインダ樹脂３１ｂと、光特性変換材３２ｂと、開口部３３ｂと、を有する。

図４（ａ）に示されるように、バインダ樹脂３１ｂは、光ファイバ２ｂの外周の所定箇所に形成された開口部３３ｂに充填されている。本実施形態では、バインダ樹脂３１ｂは、少なくとも、コア１０との接着境界面４０ｂと、長手方向の両端部で被覆部材２０との各接着境界面４１ｂ、４２ｂと、を有している。

バインダ樹脂３１ｂは、光特性変換材３２ｂを保持（又は、含有）し、コア１０及び被覆部材２０に接着するための接着剤である。光ファイバ２ｂの所定箇所に成形された開口部３３ｂに、充填されているバインダ樹脂３１ｂの表面が、隣接する被覆部材２０の表面よりも低くなる厚さとなるように、バインダ樹脂３１ｂが充填されている。

光特性変換材３２ｂは、第１の実施形態の光特性変換材３２と同等の構成である。従って、光特性変換材３２ｂは、ファイバ２ｂを導光してきた所定の波長の励起光（図示せず）が照射されることによって、所望の波長の出射光をコア１０へ射出することができる。

開口部３３ｂは、第１の実施形態の開口部３３と同等の構成である。従って、開口部３３ｂは、底面がコア１０と、開口部３３ｂの４つの各側面が被覆部材２０の各側面と接するように、光ファイバ２ｂの被覆部材２０を加工して成形されている。

次に、第２の実施形態の作用について説明する。
図５に示すように、被測定部材１００が屈曲すると装着されたファイバ２ｂも同様に屈曲する。図５は、光特性変換部３０ｂが図面上で上向きに凸側になる様に屈曲している状態を示している。

光源６から出射された検出光である励起光（図示せず）が光特性変換部３０ｂへ導光される量は、光ファイバ２ｂの屈曲の曲率の程度によって変化する。また、光特性変換部３０ｂへ導光される光量によって、光特性変換材３２ｂで変換される光、即ち出射光の光量も変化する。この出射光の光量の変化を、受光部7で検出することにより、光ファイバ２ｂ、即ち被測定部材１００の屈曲の曲率の程度を検出することができる。

外力によって光ファイバ２ｂが屈曲されている場合、光ファイバ２ｂの中心軸３０１から距離が離れるに伴って大きな負荷が生じる。例えば、バインダ樹脂３１ｂの厚さが、被覆部材２０の表面よりも低く充填されている場合、接着境界面４１ｂ、４２ｂの最外点４０１ｂ、４０２ｂのいずれかで、長手方向に負荷が生じる。

本実施形態では、バインダ樹脂３１ｂが被覆部材２０よりも低く充填され、各接着境界面４０ｂ、４１ｂ、４２ｂで確実に接着されている場合に、屈曲による最大負荷の集中は、開口部３３ｂの最外点のいずれかに作用する。
図５に示されているように、光特性変換部３０ｂのバインダ樹脂３１ｂは、隣接する被覆部材２０の表面よりも低くなるように充填されているため、被覆部材２０と光特性変換部３０ｂとの接着境界面４１ｂ、４２ｂの最外点４０１ｂ、４０２ｂに作用する負荷は、第１の実施形態よりも結果的に軽減される。
本実施形態では、光特性変換部３０が凸側に屈曲されている状態について説明したが、凹側に屈曲されている場合でも同様の作用が得られる。

次に第２の実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、光特性変換部３０ｂのバインダ樹脂３１ｂが隣接する被覆部材２０の表面よりも低くなる厚さに充填されることによって、光ファイバ２ｂが大きく屈曲した場合でも、光特性変換部３０ｂに作用する負荷が軽減される。このために、接着境界面４１ｂ、４２ｂへ対する負荷が軽減できる。従って、繰り返しの使用及び大きな曲率を有する屈曲に対して耐久性を有するファイバセンサを提供することができる。即ち、測定可能な被測定部材の屈曲の程度の範囲を広げることができる。

尚、光特性変換部３０ｂは、複数個設置されていても良い。例えば、長手方向へ間隔を空けて複数個設置されることによって、光ファイバ２ｂの屈曲部分、即ち被測定部材１００の屈曲箇所を見出すことができる。同様に、光ファイバ２ｂの長手方向の同箇所の外周表面に複数個設置されることよって、光ファイバ２ｂの屈曲方向がわかる。また、光特性変換部３０ｂのバインダ樹脂３１ｂの厚さは、隣接する被覆部材２０の表面より低ければ、各設置箇所で異なっても構わない。

［第３の実施形態］
次に第３の実施形態について説明する。第３の実施形態のファイバセンサ１ｃは、前述した第１の実施形態のファイバセンサの構造と同等であるが、光特性変換部３０ｃのバインダ樹脂３１ｃの形状が異なっている。本実施形態の構成要素の参照符号において、前述した第１の実施形態の構成要素と共通のものには同じ参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

第３の実施形態の構成について説明する。
図６に示すように、光特性変換部３０ｃは、第１の実施形態の光特性変換部３０と、ほぼ同等の構成である。従って、光ファイバ２ｃに設置されている光特性変換部３０ｃは、少なくとも、バインダ樹脂３１ｃと、光特性変換材３２ｃと、開口部３３ｃと、を有する。

バインダ樹脂３１ｃは、光ファイバ２ｃの外周の所定箇所に形成された開口部３３ｃに充填されている。本実施形態では、光特性変換部３０ｃは、少なくとも、コア１０との接着境界面４０ｃと、長手方向の両端部で被覆部材２０との各接着境界面４１ｃ、４２ｃと、を有している。

バインダ樹脂３１ｃは、光特性変換材３２ｃを保持（又は、含有）し、コア１０及び被覆部材２０に接着するための接着剤である。光ファイバ２ｃの所定箇所に成形された開口部３３ｃに充填されているバインダ樹脂３１ｃの表面が、隣接する被覆部材２０の表面と同一面若しくはその表面よりも低くなる厚さで充填されている。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるように、バインダ樹脂３１ｃは、中心部で内方に凹部であるメニスカス曲面を有する円弧形状の表面を形成する。例えば、図６（ｂ）、（ｃ）に示されているように、光特性変換部３０ｃの表面が形成されている。即ち、図６（ｂ）に示されるように、中心部の断面Ｃ−Ｃで光特性変換部３０ｃの厚さは、隣接する被覆部材２０の厚さより低く、図６（ｃ）に示されるように、端部の断面Ｄ−Ｄで光特性変換部３０ｃの厚さは、隣接する被覆部材２０と同一である。尚、バインダ樹脂３１ｃの表面の曲率の程度は、本実施形態によって制限されない。

光特性変換材３２ｃは、第１の実施形態の光特性変換材３２と同等の構成である。従って、光特性変換材３２ｃは、光ファイバ２ｃを導光してきた所定の波長の励起光（図示せず）が照射されることによって、所望の波長の出射光をコア１０へ射出することができる。

開口部３３ｃは、第１の実施形態の開口部３３と同等の構成である。従って、開口部３３ｃは、底面がコア１０と、開口部の４つの各側面が被覆部材２０の各側面と接するように、光ファイバ２ｃの被覆部材２０を加工して成形されている。

次に、第３の実施形態の作用について説明する。
前述の実施形態のように、光特性変換部３０ｃが図面上で上向きに凸側になる様に光ファイバ２ｃに外力が加わった場合、隣接する部分と目立って外形形状が異なる部分で、中心軸３０２から距離が離れている部分に大きな負荷が作用する。従って、本実施形態では、バインダ樹脂３１ｃの表面が円弧形状に形成されているために、光特性変換部３０ｃで負荷の集中が起こり難い。
本実施形態では、光特性変換部３０ｃが凸側に屈曲されている状態を説明したが、凹側に屈曲されている場合でも同様の作用が得られる。

次に、第３の実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、バインダ樹脂３１ｃの表面の形状が、円弧形状に形成されているために、負荷の集中が発生し難い。さらに、光特性変換部３０ｃの両端部が隣接する被覆部材２０の表面と同一であり、中心部が隣接する被覆部材２０の表面より低くなるように、バインダ樹脂３１ｃが充填されていることによって、光特性変換部３０ｃに作用する負荷が軽減される。従って、繰り返しの使用、及び、大きな曲率を有する屈曲に対して耐久性を有するファイバセンサを提供することができる。即ち、測定可能な被測定部材の屈曲の程度の範囲を広げる事ができる。
尚、光特性変換部３０ｃは、複数個設置されていても良い。例えば、長手方向へ複数個設置されることによって、光ファイバ２ｃの屈曲部分、即ち被測定部材の屈曲箇所がわかる。同様に、光ファイバ２ｃの長手方向の同箇所の外周表面に複数個設置されることよって、光ファイバの屈曲方向を見出すことができる。また、光特性変換部３０ｃの両端部及び中心部は、隣接する被覆部材２０の表面と同一、若しくは、低く、内方に向かう凹部を有する円弧形状に形成されていれば、各設置箇所で異なっても構わない。

［第４の実施形態］
次に第４の実施形態について説明する。第４の実施形態のファイバセンサ２ｄは、前述した第１、第３の実施形態のファイバセンサの構造と、ほぼ同等であるが、光特性変換部のバインダ樹脂の表面に保護膜が設けられている。本実施形態の構成要素の参照符号において、前述した第1の実施形態の構成要素と共通のものには同じ参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

第４の実施形態の構成について説明する。
図７に示すようには、本実施形態においては、光ファイバ１ｄに設置されている光特性変換部３０ｄは、少なくとも、バインダ樹脂３１ｄと、光特性変換材３２ｄと、開口部３３ｄと、バインダ樹脂の曲げに対する補強材としての保護膜５０と、を有する。
図７に示されるように、光特性変換部３０ｄは、光ファイバ２ｄの外周の所定箇所に形成された開口部３３ｄに充填されている。本実施形態では、光特性変換部３０ｄは、少なくとも、コア１０との接着境界面４０ｄと、両端部で被覆部材２０との各接着境界面４１ｄ、４２ｄと、を有している。

バインダ樹脂３１ｄは、光特性変換材３２ｄを保持（又は含有）し、コア１０及び被覆部材２０に接着するための接着剤である。光ファイバ２ｄの所定箇所に成形された開口部３３ｄに充填されているバインダ樹脂３１ｄと、保護膜５０と、を統合した厚さは、両端部で隣接する被覆部材２０の表面と同一表面、若しくは、その表面よりも低くなる厚さで充填されている。図７に示されるように、バインダ樹脂３１ｄは、中心部で内方に凹部を有する円弧形状を形成している。尚、バインダ樹脂３１ｃは、光特性変換材３２ｄで光が変換されることを妨げず、光特性変換材３２ｄを含んでコア、若しくは、クラッド（図示せず）に確実に接着される部材ならば前述した一例に制限されない。例えば、第２の実施形態に開示したように、光特性変換部３０ｄは、隣接する被覆部材より低く充填された平坦なバインダ樹脂３１ｄ上に保護膜５０が設置されている形状でも構わない。

光特性変換材３２ｄは、第１の実施形態の光特性変換材３２と同等の構成である。従って、光特性変換材３２ｄは、ファイバ２ｄを導光してきた所定の波長の励起光（図示せず）を照射されることによって、所望の波長の出射光をコア１０へ射出することができる。

開口部３３ｄは、第１の実施形態の開口部３３と同等の構成である。従って、開口部３３ｄは、底面がコア１０と、開口部の４つの各側面が被覆部材２０の各側面と、接するように、光ファイバ２ｄの被覆部材２０を加工して成形されている。

保護膜５０は、バインダ樹脂３１ｄの外表面に接着されている。例えば、保護膜５０は、アルミニウム、若しくは、金等の箔である。また、保護膜５０は、例えば、スパッタリング、若しくは、蒸着によってバインダ樹脂３１ｄの外表面に成膜されている。尚、保護膜５０は、光ファイバ２ｄが屈曲したときに、バインダ樹脂３１ｄの耐久性を補強できる部材であれば何でも構わない。さらに、保護膜５０の成膜方法も、確実にバインダ樹脂３１ｄに接着されるならばどのような方法でも構わない。

次に、第４の実施形態の作用について説明する。
前述の実施形態のように、光特性変換部３０ｄが図面上で上向きに凸側になる様に光ファイバ２ｄに外力が加わった場合、第３の実施形態に示したように、バインダ樹脂３１ｄの表面が、円弧形状に形成されているために、負荷の集中が起こり難い。また、保護膜５０によって補強されているために、光特性変換部３０ｄの負荷に対する耐久性が補強されている。さらに、保護膜５０が成膜されていることによって、バインダ樹脂３０ｄが吸湿によって膨潤することを防ぐことができる。
本実施形態では、光特性変換部３０ｄが凸側に屈曲されている状態を説明したが、凹側に屈曲されている場合でも同様の作用が得られる。

次に、第４の実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、バインダ樹脂３１ｄの表面の形状が、円弧形状に形成されているために、負荷の集中が発生し難い。さらに、保護膜５０によって補強されているために、光特性変換部３０ｄの負荷に対する耐久性が向上し、吸湿による膨潤を防ぐことができる。さらに、光特性変換部３０ｄの長手方向の両端部が、隣接する被覆部材２０の厚さより低くなるようにバインダ樹脂３１ｄを充填することによって、第２の実施形態のように、接着境界面４１ｄ、４２ｄの最外部に作用する負荷が軽減される。従って、繰り返しの使用、及び、大きな曲率を有する屈曲に対して耐久性を有するファイバセンサを提供することができる。即ち、測定可能な被測定部材の屈曲の程度の範囲を広げる事ができる。
尚、光特性変換部３０ｄは、複数個設置されていても良い。例えば、長手方向へ複数個設置されることによって、光ファイバ２ｄの屈曲部分、即ち、被測定部材の屈曲箇所がわかる。同様に、光ファイバ２ｄの長手方向の同箇所の外周表面に複数個設置されることよって、光ファイバ２ｄの屈曲方向を見出すことができる。また、光特性変換部３０ｄのバインダ樹脂３１ｄと保護膜５０とを統合した厚さは、隣接する被覆部材２０の表面と同一、若しくは、低ければ、各設置箇所で異なっても構わない。

［第５の実施形態］
次に第５の実施形態について説明する。第５の実施形態のファイバセンサ１ｅは、前述した第１の実施形態のファイバセンサの構造と、ほぼ同等であるが、開口部３３ｅの形状が異なっている。本実施形態の構成要素の参照符号において、前述した第１の実施形態の構成要素と共通のものには同じ参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

第５の実施形態の構成について説明する。
図８に示すように、本実施形態では、光特性変換部３０ｅは、第１の実施形態の光特性変換部３０と、ほぼ同等の構成である。従って、光ファイバ２ｅに設置されている光特性変換部３０ｅは、少なくとも、バインダ樹脂３１ｅと、光特性変換材３２ｅと、開口部３３ｅと、を有する。
図８に示されるように、バインダ樹脂３１ｅは、光ファイバ２ｅの外周の所定箇所に形成された開口部３３ｅに充填されている。本実施形態では、開口部３３ｅは、長手方向の両端部が、外側に向かって面積が広がるようなテーパになるように加工されているテーパ部を有している。光特性変換部３０ｅは、少なくとも、コア１０との接着境界面４０ｅと、長手方向の両端部で被覆部材２０との各接着境界面４１ｅ、４２ｅと、を有している。

バインダ樹脂３１ｅは、光特性変換材３２ｅを保持（又は、含有）し、コア１０及び被覆部材２０に接着するための接着剤である。光ファイバの所定箇所に成形された開口部３３ｅに充填されているバインダ樹脂３１のｅ表面は、両端部で隣接する被覆部材２０の表面と同一面、若しくはその表面よりも低くなる厚さで充填されている。尚、バインダ樹脂３１ｅは、光特性変換材３２ｅで光が変換されることを妨げず、光特性変換材３２ｅを含んでコア及びジャケットに確実に接着される部材ならば前述した一例に制限されない。例えば、バインダ樹脂３１ｅは、第３の実施形態ように、表面が円弧形状を有していても構わない。さらに、第４の実施形態のように、光特性変換部３１ｅが、表面に保護膜を有していても構わない。

光特性変換材３２ｅは、第１の実施形態の光特性変換材と同等の構成である。従って、光特性変換材３２ｅは、光ファイバ２ｅを導光してきた所定の波長の励起光（図示せず）が照射されることによって、所望の波長の出射光をコアへ射出することができる。尚、光特性変換材３２ｅは、光の波長を変換する部材であれば良い。また、光特性変換材３２ｅは、光吸収体でも構わない。

開口部３３ｅは、長手方向の両端部が、外側に向かって面積が広がるようなテーパになるように加工されているテーパ部を有している。また、開口部３３ｅは、底面がコア１０と、開口部の４つの各側面が被覆部材２０の各側面と接するように、光ファイバ２ｅの被覆部材２０を加工して成形されている。

次に、第５の実施形態の作用について説明する。
前述の実施形態のように、光特性変換部３０ｅが図面上で上向きに凸側になる様に光ファイバ２ｅに外力が加わった場合、隣接する被覆部材２０と光特性変換部３０ｅとの外形形状に目立った差異が生じていない。また、光特性変換部３０ｅの両端部のテーパ部が、光ファイバ２ｅの外周に向かって広がるように成形されているために、接着境界面４１ｅ、４２ｅにかかる負荷が軽減される。
本実施形態では、光特性変換部３０ｅが凸側に屈曲されている状態を示したが、凹側に屈曲されている場合でも同様の作用が得られる。

次に、第５の実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、光特性変換部３０ｃの長手方向の両端部のテーパ部が、光ファイバ２ｅの外周に向かって広がるように成形されているために、接着境界面４１ｅ、４２ｅで長手方向にかかる負荷が軽減される。さらに、光特性変換部３０ｅの両端部が、隣接する被覆部材２０の表面より低くなるようにバインダ樹脂３１ｅを充填することによって、第２の実施形態のように、接着境界面４１ｅ、４２ｅの最外部に作用する負荷が軽減される。従って、繰り返しの使用及び大きな曲率を有する屈曲に対して耐久性を有するファイバセンサを提供することができる。即ち、測定可能な被測定部材の屈曲の程度の範囲を広げる事ができる。

尚、光特性変換部３０ｅは、複数個設置されていても良い。例えば、長手方向へ複数個設置されることによって、光ファイバ２ｅの屈曲部分、即ち被測定部材の屈曲箇所を見出すことができる。同様に、光ファイバ２ｅの長手方向の同箇所の外周表面に複数個設置されることよって、光ファイバの屈曲方向がわかる。また、光特性変換部３０ｅのバインダ樹脂３１ｅの厚さは、隣接する被覆部材２０の表面と同一、若しくは、低ければ、各設置箇所で異なっても構わない。

次に、第５の実施形態の変形例について説明する。
図９に示されるように、第５の実施形態の変形例のファイバセンサ１ｆは、第５の実施形態のファイバセンサ1ｅと、ほぼ同等の構成であるが、開口部３３ｆの両端部の形状が異なっている。従って、第５の実施形態の構成要素と共通のものには同じ参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態の変形例では、光特性変換部３０ｆの開口部３３ｆが外側に向かうに伴って広がり、開口部３３ｆの底面と長手方向の両端部との接点で曲率を有するように加工されている。このために、前述の実施形態のように、光特性変換部３０ｆが図面上で上向きに凸側になる様に光ファイバ２ｆに外力が加わった場合、長手方向の両接着境界面４１ｆ、４２ｆに作用する負荷が、さらに軽減される。
本実施形態の変形例では、光特性変換部３０ｆが凸側に屈曲されている状態を示したが、凹側に屈曲されている場合でも同様の作用が得られる。

本実施形態の変形例によれば、開口部３３ｆの長手方向の両端部が、外側に向かうに伴って広がり、開口部３３ｆの底面と両端部との接点で曲率を有するように成形されているために、光特性変換部３０ｆの接着境界面４１ｆ、４２ｆに、かかる負荷が軽減される。さらに、光特性変換部３０ｆの長手方向の両端部が、隣接する被覆部材２０の表面より低くなるようにバインダ樹脂３１ｆを充填することによって、第２の実施形態のように、接着境界面４１ｆ、４２ｆの最外部に作用する負荷がさらに軽減される。従って、繰り返しの使用、及び、大きな曲率を有する屈曲に対して耐久性を有するファイバセンサを提供することができる。即ち、測定可能な被測定部材の屈曲の程度の範囲を広げる事ができる。

尚、光特性変換部３０ｆは、複数個設置されていても良い。例えば、長手方向へ複数個設置されることによって、光ファイバ２ｆの屈曲部分、即ち被測定部材の屈曲箇所を見出すことができる。同様に、光ファイバ２ｆの長手方向の同箇所の外周表面に複数個設置されることよって、光ファイバ２ｆの屈曲方向がわかる。また、光特性変換部３０ｆのバインダ樹脂３１ｆの厚さは、隣接する被覆部材２０の表面と同一若しくは低ければ、各設置箇所で異なっても構わない。

前述した実施形態は、ファイバセンサ、光ファイバ及び光特性変換部の形状を制限するものではない。また、導光されてきた光の特性を変換し、屈曲に対して耐久性を有する物質であれば、光特性変換部を構成する光特性変換材及び接着剤は、各々、波長変換部材及びバインダ樹脂以外の物質でも構わない。

１、1ｂ、1ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ…ファイバセンサ、２、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ…光ファイバ、３…検出用ファイバ部、４…光供給用ファイバ部、５…受光用ファイバ部、６…光源、７…、８…光ファイバ結合部、９…端面、１０…コア、２０…被覆部材、３０、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ…光特性変換部、３１、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ…バインダ樹脂、３２、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ…光特性変換材、４０、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ…接着境界面、４１、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ、４２、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ…接着境界面、５０…外表面、１００…被測定部材、３０１３０２…光ファイバの中心軸、４０１、４０１ｂ、４０２、４０２ｂ…最外点。

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源から照射された光を導光し、少なくとも１つの光特性変換部を備え、可撓性を有する光ファイバと、
   前記光ファイバで導光された光を受光する受光部と、を具備し、
   前記光特性変換部は、
   前記導光された光の特性を変換する光特性変換材と、
   底面がコア、若しくは被覆部材のクラッドと接するように前記光ファイバの該被覆部材に成形された開口部と、
   前記開口部内に前記光特性変換部材を保持するために、長手方向で該開口部と隣接する被覆部材の表面と同一面、若しくは、該表面よりも低くなる厚さに充填された接着剤と、を有すること、を特徴とするファイバセンサ。
2. 前記光特性変換部は、前記光ファイバの長手方向で内方に凹型の円弧形状の表面を有することを特徴とする、請求項１に記載のファイバセンサ。
3. 前記光特性変換部は、表面に保護膜が設けられていることを特徴とする、請求項１若しくは２に記載のファイバセンサ。
4. 前記光特性変換部は、前記光ファイバの長手方向で両端部に該光ファイバの外周に向かって広がるテーパ部を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のファイバセンサ。
5. 前記光特性変換部は、前記光ファイバの長手方向の両端部の一部が曲率を有するように形成されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のファイバセンサ。
6. 前記光特性変換材は、粒径が５μｍ乃至４０μｍを有し、
   前記接着剤は、少なくとも光特性変換材を埋設させる厚みを有していることを特徴とする、請求項１若しくは２に記載のファイバセンサ。

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