JP2013156163A - 光学式センサ - Google Patents

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    • A61B2034/2061Tracking techniques using shape-sensors, e.g. fiber shape sensors with Bragg gratings

Abstract

【課題】小型の精密機器にも容易に配設できる小型な光学式システムを提供すること。
【解決手段】光学式センサ10は、光を出射する光源20と、光源20から出射された光を導光する特性用導光部材40と、特性用導光部材40に配設され、特性用導光部材40の湾曲量に応じて光の光学特性を変化させる特性変化部50と、特性変化部50によって光学特性が変化し、且つ特性用導光部材40によって導光された光を検出する検出部60と、光源20と特性用導光部材40と検出部60とに光学的に接続する光接続部70とを有している。光接続部70は、光源20から出射された光を特性用導光部材40に分岐し、特性用導光部材40によって導光された光を検出部60に分岐する光分岐部71と、光分岐部71を含む導光路75が配設されている基板部79とを有する。
【選択図】図1B

Description

本発明は、光学式センサに関する。
例えば特許文献1には、光学ファイバが開示されている。図5Aに示すように、光学ファイバ101は、コア101aと、コア101aを覆うクラッド101bと、クラッド101bに配設される光吸収部101cとを有している。
光学ファイバ101を進行する光について説明する。
図5Aに示すように、光学ファイバ101が直線状態である場合、光学ファイバ101の軸方向に沿って進行する光103aは全て導光される。軸方向に対して第1の角度で傾いて進行する光103bは、光吸収部101cに吸収される。軸方向に対して第2の角度で傾いて進行する光103cは、光吸収部101cに吸収されずクラッド101bによって全反射し導光される。
図5Bに示すように、光学ファイバ101が光吸収部101cを中心に湾曲すると、光103,103b,103cは光吸収部101cに向かって進行する。これにより光103,103b,103cは、光吸収部101cに吸収され、進行しない。
このように導光される光の量が制御される。
このような光学ファイバ101は、光学ファイバ101の変位量を検出する光学式センサの代表例である図5Cに示す曲率測定装置110に用いられている。図5Cに示す曲率測定装置110は、図5Aに示し、レール111に沿って配設されている光学ファイバ101と、光学ファイバ101の一端部と接続しているレーザ光源113と、光学ファイバ101の他端部と接続している光電変換装置115とを有している。光学ファイバ101は、レール111の湾曲に応じて湾曲する。この湾曲に伴い、レーザ光源113から光学ファイバ101を介して光電変換装置115に進行する光の量は、減る。そして光電変換装置115は、湾曲に応じて減る光の量を測定する。これによりレール111の曲率と、列車が通過する際のレール111の沈み具合とが測定される。
特開昭57−141604号公報
図5Cに示す光学式センサは、外部に設置されるため、光学ファイバ101等の部材の配置の観点から、小型な精密機器の内部に配設されることは不向きである。また図5Cに示す光学式センサにおいて、光学ファイバ101の一端部にレーザ光源113が配設され、光学ファイバ101の他端部に光電変換装置115が配設されている。このため、図5Cに示す光学式センサは、大型化してしまう。
本発明の目的は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、小型の精密機器にも容易に配設できる小型な光学式システムを提供することを目的とする。
本発明は目的を達成するために、光を出射する光源と、前記光源から出射された前記光を導光する特性用導光部材と、前記特性用導光部材に配設され、前記特性用導光部材の湾曲量に応じて前記光の光学特性を変化させる特性変化部と、前記特性変化部によって前記光学特性が変化し、且つ前記特性用導光部材によって導光された前記光を検出する検出部と、前記光源と前記特性用導光部材と前記検出部とに前記光学的に接続する光接続部と、を具備し、前記光接続部は、前記光源から出射された前記光を前記特性用導光部材に分岐し、前記特性用導光部材によって導光された前記光を前記検出部に分岐する光分岐部と、前記光分岐部を含む導光路が配設されている基板部とを有することを特徴とする光学式センサを提供する。
本発明によれば、小型の精密機器にも容易に配設できる小型な光学式システムを提供することができる。
図1Aは、本発明の第1の実施形態に係る光学式システムの概略図である。 図1Bは、図1Aに示す光学式システムの概略斜視図である。 図1Cは、特性変化部を含む特性用導光部材の断面図である。 図1Dは、特性変化部を含む特性用導光部材の断面図である。 図1Eは、図1Bに示す光源が光接続部と直接光学的に接続している場合の光学式システムの概略斜視図である。 図2Aは、第2の実施形態に係る光学式システムの概略図である。 図2Bは、第2の実施形態の光学式システムの概略斜視図である。 図2Cは、光源と供給用導光部材とが複数配設されている場合の光学式システムの概略斜視図である。 図3は、第3の実施形態に係る光学式システムの概略図である。 図4Aは、第4の実施形態に係る光学式システムの概略図である。 図4Bは、図4Aに示す光学式システムの概略斜視図である。 図4Cは、図4Bに示す光学式システムの分解斜視図である。 図5Aは、従来の直線状の光学ファイバを示す図である。 図5Bは、図5Aに示す光学ファイバが湾曲している状態を示す図である。 図5Cは、図5Aに示す光学ファイバを有する光学式センサである曲率測定装置を示す図である。
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]
[構成]
図1Aと図1Bと図1Cと図1Dとを参照して第1の実施形態について説明する。
図1Aと図1Bとに示すように、光学式センサ10は、光を出射する光源20と、光を供給するために光を導光する供給用導光部材30と、供給用導光部材30によって導光された光をさらに導光する特性用導光部材40と、特性用導光部材40に配設され、特性用導光部材40によって導光された光の光学特性を特性用導光部材40の湾曲量に応じて変化させる特性変化部50と、特性変化部50によって光学特性が変化し、且つ特性用導光部材40によって導光された光を検出する検出部60と、供給用導光部材30と特性用導光部材40と検出部60とに光学的に接続する光接続部70とを有している。
図1Bに示すように、光源20は、供給用導光部材30と光学的に接続している。光源20から出射された光は、供給用導光部材30に入射する。光源20は、例えばレーザ光を出射するレーザ光源やLED光を出射するLED光源である。
図1Bに示すように、供給用導光部材30は、光源20と光学的に接続する一端部31aと、光接続部70と光学的に接続する他端部31bとを有している。供給用導光部材30は、例えば可撓性を有している。供給用導光部材30は、例えば光ファイバである。
図1Bに示すように、特性用導光部材40は、光接続部70と光学的に接続している一端部41aと、反射部42を有する他端部41bとを有している。反射部42は、一端部41aから導光された光を一端部41aに向かって反射する。反射部42は、例えばミラーである。
特性用導光部材40は、例えば可撓性を有している。特性用導光部材40は、例えば光ファイバである。図1Cと図1Dとに示すように、特性用導光部材40は、コア43aと、コア43aを覆うクラッド43bと、クラッド43bを覆い、クラッド43bを保護するジャケット43cとを有している。クラッド43bの一部分とジャケット43cの一部分とは切り欠かれており、この切り欠き部に特性変化部50が配設されている。このように特性変化部50は、特性用導光部材40に埋め込まれている。特性変化部50はコア43aと接しており、特性変化部50の外周面は特性用導光部材40の径方向においてジャケット43cの外周面よりも突出しておらずジャケット43cの外周面と同一平面上に配設されている。なお特性変化部50は、切り欠き部全体に配設される必要はなく、特性変化部50の硬さ、特性変化部50の厚みに応じて形成されていればよい。この場合、特性変化部50は、特性変化部50の光の反応に応じた厚みを有することとなる。
特性変化部50は、例えば光を吸収する光吸収部によって形成されている。特性変化部50が光吸収部によって形成される場合、特性変化部50が吸収する光の量は、特性用導光部材40の湾曲量に応じて、異なる。例えば、湾曲する特性用導光部材40の内側に特性変化部50が位置するように特性用導光部材40が上方に向かって湾曲する際、特性変化部50が吸収する光量は、特性用導光部材40が直線状態の時と比べて、減る。湾曲する特性用導光部材40の外側に特性変化部50が位置するように特性用導光部材40が下方に向かって湾曲する際、特性変化部50が吸収する光量は、特性用導光部材40が直線状態の時と比べて、増える。特性変化部50が吸収する光量が増減することで、検出部60に進行する光の量が変化する。
このように、特性変化部50は、特性用導光部材40の例えば湾曲量に応じて、光学特性を変化させる。図1Bに示すように、特性変化部50は、特性用導光部材40の長手方向において、所望する1点、例えば他端部41bに配設されている。
図1Cに示すように特性変化部50を含む特性用導光部材40は、保護部材43dによって覆われており、保護部材43dによって保護されている。なお保護部材43dは、図1Dに示すように特性変化部50のみを覆っていても良い。このように保護部材43dは、少なくとも特性変化部50を覆い、少なくとも特性変化部50を保護していればよい。
特性用導光部材40は、供給用導光部材30と同一部材であってもよいし、別部材であってもよい。
図1Aと図1Bとに示すように、光接続部70は、光源20から出射された光を特性用導光部材40に分岐し、特性用導光部材40によって導光された光を検出部60に分岐する光分岐部71と、光分岐部71を含む導光路75が配設されている基板部79とを有している。
図1Bに示すように、光分岐部71は、2股に分かれている一端部73aと、他端部73bとを有している。一端部73aの一方731aは供給用導光部材30の他端部31bと光学的に接続し、他端部73bは特性用導光部材40の一端部41aと光学的に接続し、一端部73aの他方731bは検出部60と光学的に接続している。これにより光分岐部71は、供給用導光部材30によって導光された光を特性用導光部材40に導光し、特性用導光部材40によって導光された光を検出部60に導光する。光分岐部71は、供給用導光部材30によって導光された光が検出部60に進行することを防止し、特性用導光部材40によって導光された光が供給用導光部材30に戻ることを防止する。光分岐部71は、導光路75として形成されている。光分岐部71は、屈折率の低い膜と、屈折率の低い膜を挟み込む屈折率の高い膜とによって形成される。
光分岐部71の一端部73a側に光源20と検出部60とが配設され、光分岐部71の他端部73b側に特性変化部50を含む特性用導光部材40が配設されている。そして光学式センサ10は、光が光源20から特性変化部50を含む反射部42周辺を中継地点として折り返されて検出部60に進行するように、配設されている。
基板部79は、光分岐部71が供給用導光部材30と特性用導光部材40と検出部60とに光学的に接続するように、供給用導光部材30の他端部31bと特性用導光部材40の一端部41aとが嵌り込む窪み部79aを有している。窪み部79aは、例えばV字形状の溝またはU字形状の溝である。供給用導光部材30の他端部31bと特性用導光部材40の一端部41aとが窪み部79aに嵌り込むことで、供給用導光部材30の図示しないコアは光分岐部71のコア73dと光学的に接続し、特性用導光部材40のコア43aは光分岐部71のコア43aと光学的に接続する。このとき、供給用導光部材30の他端部31bと特性用導光部材40の一端部41aとは、基板部79に載置される。なお供給用導光部材30の他端部31bと特性用導光部材40の一端部41aと検出部60とは、図示しない部材によって押圧されることで、光分岐部71に光学的に接続するように基板部79に固定されていてもよい。
基板部79は、半導体と、ガラスと、樹脂と、セラミックと、Siなどの硬質な材料と、フレキシブルな材料との少なくとも1つによって形成されている。
図1Bに示すように、検出部60は、基板部79に直接載置されている。特性変化部50が光吸収部によって形成される場合、検出部60は、特性変化部50によって変化する光量を検出することで、特性用導光部材40の湾曲量を検出する。
[作用]
光源20は、光を出射する。光は、供給用導光部材30に入射し、供給用導光部材30によって光接続部70に導光される。このとき光は、光分岐部71によって特性用導光部材40に分岐される。そして光は、特性用導光部材40に入射し、特性用導光部材40によって導光される。このように光は、光分岐部71の一端部73a側から他端部73b側に向かって進行する。
このとき、光の一部において、光の光学特性は、特性変化部50によって変化する。光学特性の変化は、特性用導光部材40の湾曲量に対応する。この光学特性が変化した光の一部と、光学特性が変化していない光の他部とは、特性用導光部材40によって反射部42にまで導光され、反射部42によって反射される。そして反射された光の一部において、光の光学特性は、特性変化部50によって再び変化する。このように光の光学特性は、特性変化部50によって2度変化する。この光学特性が変化した光の一部と、光学特性が変化していない光の他部とは、特性用導光部材40によって光接続部70に導光される。このとき光は、光分岐部71によって検出部60に分岐される。そして光は、検出部60に入射する。このように光は、光分岐部71の他端部73b側から一端部73a側に向かって戻る。
特性変化部50が光吸収部である場合、光量は、特性用導光部材40の湾曲量に応じて2度変化する。そして光は、光量が変化した状態で、検出部60によって検出される。これに伴い、特性変化部50によって変化した光量が検出部60によって検出され、特性用導光部材40の湾曲量が検出部60によって検出される。
本実施形態では、前記したように光は、光源20から特性変化部50を含む反射部42周辺を中継地点として折り返されて検出部60に進行する。
[効果]
このように本実施形態では、光分岐部71によって光を特性用導光部材40と検出部60とに分岐できる。これにより、本実施形態では、光の進行を折り返すことができる構成を実施でき、光学式センサ10を小型にできる。このため本実施形態では、光学式センサ10を図示しない小型な精密機器の内部に容易に配設できる。
この小型な精密機器が、例えば、医療用内視鏡の挿入部、工業用内視鏡の挿入部、マニュピレータ、カテーテルなどの細長い部材である場合、本実施形態では、光の進行が折り返されるため、特に有効となる。
例えば図5Cに示すように、レーザ光源113が光学ファイバ101の一端部と接続し、光電変換装置115が光学ファイバの他端部と接続する場合、光の進行は、一方通行となる。この状態の光学式センサ10が小型な精密機器に配設される場合、部材の配置の観点から、光学式センサ10の一部は精密機器の外部に配設せざるをえない。これにより、光学式センサ10の設置の自由度が低下してしまう。
しかしながら、本実施形態では、光の進行を折り返すことができるため、特性変化部50を有する特性用導光部材40のみを小型な精密機器の内部に配設すればよく、光学式センサ10の設置の自由度の低下を防止できる。
また本実施形態では、光分岐部71によって、光源20と検出部60とを光分岐部71の一端部73a側に配設できるため、光学式センサ10を小型にできる。
また本実施形態では、光分岐部71が導光路75として形成されているため、光学式センサ10を小型且つシンプルな構成にできる。
また本実施形態では、基板部79上において、光接続部70は、供給用導光部材30と特性用導光部材40と検出部60と光学的に接続している。これにより本実施形態では、製作の手間を減らすことができ、量産に好適で、安価な光学式センサ10を提供できる。
また本実施形態では、基板部79によって、小型な光学式センサ10の強度を増加できる。また本実施形態では、基板部79がフレキシブルな材料によって形成されることで、光分岐部71を曲げることができ、光学式センサ10の配設場所の自由度を向上できる。
また本実施形態では、特性変化部50は特性用導光部材40の例えば湾曲量に応じて光学特性を変化させ、特性変化部50は特性用導光部材40のみに配設される。よって本実施形態では、特性変化部50によって光学特性を特性用導光部材40の湾曲量に応じて確実に変化できる。そして本実施形態では、検出部によって特性用導光部材40の湾曲量を確実に検出できる。さらに本実施形態では、供給用導光部材30の湾曲や捩りなどに影響されること無く、検出部60によって特性用導光部材40の湾曲量を検出できる。
なお本実施形態では、図1Eに示すように、光源20は、基板部79に載置され、光接続部70と直接光学的に接続しても良い。
また本実施形態では、反射部42によって、光を確実に反射でき検出部60における検出精度を向上でき、特性用導光部材40の他端部41bから外部に光が放射することを防止できる。なお光は、特性用導光部材40の他端部41bによって反射されてもよい。この場合、反射部42を不要にでき、光学式センサ10を低コストにできる。
また本実施形態では、検出部60は基板部79に載置されているが、これに限定される必要は無い。検出部60は、光源20と同様に、図示しない検出用導光部材(例えば、光ファイバ)を介して光分岐部71の一端部73aの他方731bと光学的に接続していてもよい。
また特性変化部50は、例えば光の波長を変換する波長変換部材(例えば蛍光体)によって形成されていてもよい。特性変化部50が波長変換部材によって形成される場合、特性変化部50が波長変換する光の量は、特性用導光部材40の湾曲量に応じて、異なる。例えば、湾曲する特性用導光部材40の内側に特性変化部50が位置するように特性用導光部材40が上方に向かって湾曲する際、特性変化部50が波長変換する光の量は、特性用導光部材40が直線状態の時と比べて、減る。湾曲する特性用導光部材40の外側に特性変化部50が位置するように特性用導光部材40が下方に向かって湾曲する際、特性変化部50が波長変換する光の量は、特性用導光部材40が直線状態の時と比べて、増える。特性変化部50が波長変換する光量が変化することで、検出部60に進行する光量が変化する。
また本実施形態では、特性変化部50は、特性用導光部材40の例えば湾曲量に応じて、光学特性を変化させているが、これに限定する必要は無い。特性変化部50は、例えば特性用導光部材40の湾曲方向と、精密機器の湾曲量と、精密機器の湾曲方向と、精密機器の操作量との少なくとも1つに応じて光学特性を変化させてもよい。
[第2の実施形態]
[構成]
図2Aと図2Bとを参照して第1の実施形態とは異なる構成のみ説明する。
図2Bに示すように、供給用導光部材30は、基板部79にモノリシックに形成されている。なおこれに限定する必要は無く、光源20と供給用導光部材30と検出部60a,60b,60cの少なくとも一方が、基板部79にモノリシックに実装されていればよい。光源20が基板部79にモノリシックに実装される場合、光源20は光接続部70と直接接続しても良いし、供給用導光部材30が光接続部70と接続し、このとき光源20と供給用導光部材30とが基板部79にモノリシックに実装されてもよい。
図2Aと図2Bとに示すように、特性変化部50a,50b,50cが配設されている。特性変化部50a,50b,50cは、互いに異なる波長の光を吸収する例えば光吸収部である。つまり特性変化部50aが吸収する光Aの波長と、特性変化部50bが吸収する光Bの波長と、特性変化部50cが吸収する光Cの波長とは、それぞれ異なる。このため特性変化部50a,50b,50cは、光A,B,Cの光学特性を、それぞれ異なるように変化させる。
なお本実施形態では、光源20は、例えば光Aと光Bと光Cとを独立して出射する。この場合、供給用導光部材30が1つのみ配設されているため、光A,B,Cは合成された状態で供給用導光部材30によって導光される。または光源20は、例えば光A,B,Cを含む光を出射する。これらにおいて、供給用導光部材30と特性用導光部材40とは、帯域の広い光に対応する光ファイバによって形成されていればよい。
図2Bに示すように、特性変化部50a,50bは、例えば特性用導光部材40の径方向において、上方に配設されている。特性変化部50bは、特性変化部50aよりも反射部42側に配設されている。このように特性変化部50aの配設位置と特性変化部50bの配設位置とは、特性用導光部材40の軸方向において異なっている。
図2Bに示すように、特性変化部50cは、例えば特性用導光部材40の径方向において、右方に配設されている。特性変化部50cは、例えば特性用導光部材40の周方向において特性変化部50aに対して90度ずれて配設されている。
特性変化部50a,50b,50cが配設されることによって、特性用導光部材40の湾曲量と共に湾曲位置とが検出部60によって検出される。
特性変化部50a,50bが配設されることによって、特性用導光部材40の軸方向において、異なる位置での特性用導光部材40の湾曲量が検出部60によって検出される。
特性変化部50a,50cが配設されることによって、特性用導光部材40の湾曲方向が検出部60によって検出される。
また図2Aと図2Bとに示すように、本実施形態の検出部60において、検出部60a,60b,60cが配設されている。
例えば、検出部60aは、特性変化部50aに対応し、特性変化部50a,50b,50cによって光学特性が変化した光から、特性変化部50aによって光学特性が変化した光のみを選択する帯域選択部61aを有している。検出部60aは、帯域選択部61aによって選択された光を検出することで、特性用導光部材40の湾曲量と湾曲位置とを検出する。
例えば、検出部60bは、特性変化部50bに対応し、特性変化部50a,50b,50cによって光学特性が変化した光から、特性変化部50bによって光学特性が変化した光のみを選択する帯域選択部61bを有している。検出部60bは、帯域選択部61bによって選択された光を検出することで、特性用導光部材40の湾曲量と湾曲位置とを検出する。
例えば、検出部60cは、特性変化部50cに対応し、特性変化部50a,50b,50cによって光学特性が変化した光から、特性変化部50cによって光学特性が変化した光のみを選択する帯域選択部61cを有している。検出部60cは、帯域選択部61cによって選択された光を検出することで、特性用導光部材40の湾曲量と湾曲位置とを検出する。
このように検出部60は、特性変化部50と同数配設されている。そして、各検出部60a,60b,60cは、所望の特性変化部50a,50b,50cによって光学特性が変化した光のみを選択する帯域選択部61a,61b,61cを有する。検出部60a,60b,60cは、検出部60a,60b,60cが有する帯域選択部61a,61b,61cによって選択された光を検出する。
帯域選択部61a,61b,61cは、基板部79に実装されている、または基板部79にモノリシックに実装されている。帯域選択部61a,61b,61cは、分散型の分光器と、干渉型の分光器と、の少なくとも1つによって形成されている。分散型の分光器は、例えば、プリズムと、グレーティングとの少なくとも1つを有している。干渉型の分光器は、例えば、所望する波長帯の光のみを選択的に透過させるカラーフィルターを有している。干渉型の分光器は、帯域を制限する特性を有してればよい。
また本実施形態では、光分岐部71a,71bが配設されている。
光分岐部71aは、供給用導光部材30によって導光された光を特性用導光部材40に分岐し、特性用導光部材40によって導光された光を光分岐部71bに分岐して導光する。
光分岐部71bは、光分岐部71aによって分岐された光を、帯域選択部61a,61b,61cに分岐する。
光分岐部71a,71bは、導光路75として形成されている例えば光ファイバである。
[作用]
光源20は、例えば、光Aと光Bと光Cとを独立して出射する。これら光A,B,Cは、合成された状態で供給用導光部材30に入射し、供給用導光部材30によって光接続部70に導光される。このとき光A,B,Cは、光分岐部71aによって特性用導光部材40に分岐される。そして光A,B,Cは、特性用導光部材40に入射し、特性用導光部材40によって導光される。そして光A,B,Cは、反射部42によって反射される。
このとき光Aの光学特性(例えば、光量)は、特性変化部50aによって、第1の実施形態と同様に、2度変化する。そして光Aは、光学特性が変化した状態で、光分岐部71aによって光分岐部71bに分岐され、光分岐部71bによって帯域選択部61a,61b,61cに分岐される。そして、光Aは、帯域選択部61aによって選択され、検出部60aによって検出される。なお光Aは、帯域選択部61b,61cにも分岐するが、帯域選択部61b,61cによって選択されず、検出部60b,60cによって検出されない。
光Bの光学特性は特性変化部50bによって2度変化し、光Bは、帯域選択部61bによって選択され、検出部60bによって検出される。
光Cの光学特性は特性変化部50cによって2度変化し、光Cは、帯域選択部61cによって選択され、検出部60cによって検出される。
[効果]
本実施形態では、特性変化部50a,50b,50cが配設されることで、特性用導光部材40の湾曲量と共に、特性用導光部材40の湾曲位置を検出できる。このように本実施形態では、特性用導光部材40を増やすことなく、1つの特性用導光部材40によって検出を多点化できる。また本実施形態では、特性変化部50a,50bによって、特性用導光部材40の軸方向において、異なる位置での特性用導光部材40の湾曲量を検出できる。また本実施形態では、特性変化部50a,50cによって、特性用導光部材40の湾曲方向を検出できる。このように本実施形態では、様々な情報を検出できる。
また本実施形態では、特性変化部50a,50b,50cと帯域選択部61a,61b,61cとによって、湾曲量を異なる位置で検出できる。この点は、湾曲位置についても同様である。
また本実施形態では、光源20と供給用導光部材30と検出部60a,60b,60cとの少なくとも一方が基板部79にモノリシックに実装され、帯域選択部61a,61b,61cは基板部79にモノリシックに実装されている。これにより本実施形態では、光学式センサ10を小型にでき、部材同士の接続を簡素にでき、光学式センサ10を低コストにできる。
また本実施形態では、帯域選択部61a,61b,61cによって、検出部60a,60b,60cは光A,B,Cを個別に検出でき、光学式センサ10を小型且つ低コストにできる。
なお本実施形態では、特性変化部50a,50b,50cが波長変換部材であってもよい。
この場合、光源20は、例えば光Aと光Bと光Cとを独立して出射する。または光源20は、光A,B,Cを含む光を出射する。
なお本実施形態では、図2Cに示すように、光Aを出射する光源20aと、光Bを出射する光源20bと、光Cを出射する光源20cと、光源20aと光学的に接続し、光Aを導光する供給用導光部材30aと、光源20bと光学的に接続し、光Bを導光する供給用導光部材30bと、光源20cと光学的に接続し、光Cを導光する供給用導光部材30cとが配設されていてもよい。供給用導光部材30a,30b,30cは、光分岐部71aと光学的に接続するために、それぞれ窪み部79aに嵌り込む。供給用導光部材30aと供給用導光部材30bと供給用導光部材30cと、光分岐部71aとの接続部は、カバー90によって覆われる。
本実施形態では、供給用導光部材30a,30b,30cがそれぞれ窪み部79aに嵌り込むために、容易に軸合わせできる。また本実施形態では、カバー90によって、接続部を保護できる。
[第3の実施形態]
[構成]
図3を参照して、第1,2の実施形態とは異なる構成のみ説明する。光源20と供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cと検出部60a,60b,60cとの配置位置について説明する。
光源20と供給用導光部材30とは、例えば1つ配設されている。光源20と供給用導光部材30とは、基板部79の一端部79cと他端部79dとは異なる基板部79の辺79e側に配設されている。供給用導光部材30は、例えば一端部79cと他端部79dとを結ぶ直線に直交する方向に沿って配設されている。
特性用導光部材40a,40b,40cは、基板部79の他端部79d側に配設されている。特性用導光部材40a,40b,40cは、光接続部70の導光路75と光学的に接続している。特性用導光部材40a,40b,40cが窪み部79aに嵌りこむと、特性用導光部材40a,40b,40cの図示しないコアは導光路75のコア75aと光学的に接続する。特性用導光部材40a,40b,40cは、例えば一端部79cと他端部79dとを結ぶ直線に沿って配設されている。
検出部60a,60b,60cは、基板部79の他端部79d側に配設されている。検出部60a,60b,60cは、光ファイバである検出用導光部材63を介して光接続部70の導光路75と光学的に接続している。検出用導光部材63が窪み部79aに嵌りこむと、検出用導光部材63の図示しないコアは導光路75のコア75aと光学的に接続する。検出用導光部材63は、例えば一端部79cと他端部79dとを結ぶ直線に沿って配設されている。
このように光源20と供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cと検出部60a,60b,60cと検出用導光部材63とは、T字を形作るように並んでいる。
次に特性用導光部材40a,40b,40cと検出部60a,60b,60cと光接続部70との構成について説明する。
特性用導光部材40aは特性変化部50aを有し、特性用導光部材40bは特性変化部50bを有し、特性用導光部材40cは特性変化部50cを有している。特性用導光部材40a,40b,40cと特性変化部50a,50b,50cと検出部60a,60b,60cと光分岐部71a,71b,71cとは、同数配設されており、例えば3個配設されている。この場合、光源20は、第2の実施形態と同様に、光A,B,Cを含む光を出射する。
光接続部70は、例えば光ファイバである導光路75をさらに有している。導光路75は、各特性用導光部材40a,40b,40cと検出用導光部材63と光学的に接続している。このため、導光路75は、一端部79cと他端部79dとを結ぶ直線と、この直線に直交する直線とに沿って配設されている。導光路75は、供給用導光部材30によって導光された光を特性用導光部材40a,40b,40cに導光し、特性用導光部材40a,40b,40cによって導光された光を検出用導光部材63に導光する。
光分岐部71a,71b,71cは、光を反射及び透過する反射透過部、または光を反射するミラーである反射部と光を透過する透過部との組み合わせによって形成されている。光分岐部71a,71b,71cは、導光路75上に配設されている。光分岐部71a,71b,71cは、一端部79cと他端部79dとを結ぶ直線に対して直交する直線に沿って配設されている。光分岐部71a,71b,71cは、一端部79cから他端部79dに向かう直線に対して所望する角度で傾いている図示しない溝部を有している。
前記したように光分岐部71a,71b,71cは、特性用導光部材40a,40b,40cと同数配設されている。光分岐部71a,71b,71cは、1つの光源20から出射され、供給用導光部材30によって導光された光を、3つの特性用導光部材40a,40b,40cに分岐させる必要がある。このため光分岐部71a,71b,71cは、光が各特性用導光部材40a,40b,40cに進行するように、光の分岐比を制御している。制御は、前記した光分岐部71a,71b,71cにおける図示しない反射透過部の構成または反射部の構成と、前記した図示しない溝部の角度と、この溝部を埋める部材の屈折率との少なくとも一方によって実施される。光分岐部71a,71b,71cは、光を反射し、光を透過させる。前記したように光源20と供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cと検出部60a,60b,60cとがT字を形作るように並んでいるため、光分岐部71a,71b,71cが光を反射する際、光分岐部71a,71b,71cに入射する光が入射方向に対して90度傾けて反射し、光が特性用導光部材40a,40b,40cに進行するように、光分岐部71a,71b,71cは光を分岐する。また光分岐部71a,71b,71cが光を透過させる際、光分岐部71a,71b,71cは、光分岐部71a,71b,71cに入射する光が角度を傾けず光分岐部71a,71b,71cを透過するように、光を分岐する。
光分岐部71a,71b,71cを含む導光路75は、基板部81a,81bによって挟まれている。基板部81a,81bの材料は、例えば、SiとSiOxとパリレンとシリコン樹脂とポリイミドとの少なくとも1つによって形成されている。基板部81aの屈折率は、基板部81bの屈折率よりも高い。
基板部79は、半導体と、ガラスと、樹脂と、セラミックと、Siなどの硬質な材料と、フレキシブルな材料との少なくとも1つによって形成されている。
なお光源20と特性用導光部材40と検出部60と光分岐部71との数とは、特に限定されない。光源20はL個配設され、特性用導光部材40はM個配設され、検出部60はN個配設される場合、L≧1、M≧1、N≧1、となっている。このとき、L≠MとL≠Nとの少なくとも一方が成立する。つまりL≠M、且つ L≠Nとなっている。なお、L≠M、または L≠Nであってもよい。MとNとは、同数であっても異なっていても良い。光分岐部71は、特性用導光部材40の数と検出部60の数とに応じて、所望に設定される。
[作用]
光源20は、例えば光Aと光Bと光Cとを含む光を出射する。これら光は、供給用導光部材30に入射し、供給用導光部材30によって導光路75に導光される。
光は、導光路75から光分岐部71aに導光され、光分岐部71aによって90度反射されて導光路75を介して特性用導光部材40aに分岐し、特性用導光部材40aに導光される。そして光は、反射部42によって反射される。このとき光に含まれる光Aの光学特性(例えば、光量)は、特性変化部50aによって、第1の実施形態と同様に、2度変化する。そして光Aを含む光は、光Aの光学特性が変化した状態で、特性用導光部材40aから導光路75を介して光分岐部71aに入射し、光分岐部71aを透過し、導光路75を介して検出用導光部材63に入射する。そして光Aを含む光は、検出用導光部材63によって導光されて、検出部60aによって検出される。
光は、光分岐部71aを透過し、光分岐部71bによって90度反射されて導光路75を介して特性用導光部材40bに分岐し、特性用導光部材40bに導光される。そして光は、反射部42によって反射される。このとき光に含まれる光Bの光学特性(例えば、光量)は、特性変化部50bによって、第1の実施形態と同様に、2度変化する。そして光Bを含む光は、光Bの光学特性が変化した状態で、特性用導光部材40bから導光路75を介して光分岐部71bに入射し、光分岐部71bを透過し、導光路75を介して検出用導光部材63に入射する。そして光Bを含む光は、検出用導光部材63によって導光されて、検出部60bによって検出される。
光は、光分岐部71a,71bを透過し、光分岐部71cによって90度反射されて導光路75を介して特性用導光部材40cに分岐し、特性用導光部材40cに導光される。そして光は、反射部42によって反射される。このとき光に含まれる光Cの光学特性(例えば、光量)は、特性変化部50cによって、第1の実施形態と同様に、2度変化する。そして光Cを含む光は、光Cの光学特性が変化した状態で、特性用導光部材40cから導光路75を介して光分岐部71cに入射し、光分岐部71cを透過し、導光路75を介して検出用導光部材63に入射する。そして光Cを含む光は、検出用導光部材63によって導光されて、検出部60cによって検出される。
[効果]
本実施形態では、特性用導光部材40a,40b,40cは、それぞれ特性変化部50a,50b,50cを有している。これにより、本実施形態では、複数の特性用導光部材40a,40b,40cによって検出を多点化でき、検出精度を向上できる。特に、例えば、特性変化部50a,50b,50cが特性用導光部材40a,40b,40cの軸方向においてそれぞれ異なる位置に配設されることで、様々な場所における特性用導光部材40a,40b,40cの湾曲量を検出できる。
また本実施形態では、光分岐部71a,71b,71cによって、光分岐構成の自由度を向上できる。また本実施形態では、光分岐部71a,71b,71cによって、光を高効率にて分岐でき、検出部60a,60b,60cにおける検出精度を向上できる。
また本実施形態では、光分岐部71a,71b,71cは、光を反射及び透過する。これにより本実施形態では、光を各特性用導光部材40a,40b,40cに確実に分岐できるために、光A,B,Cを含む光を出射でき、結果として光源20の数を1つにすることができ、光学式センサ10を小型且つ低コストにできる。またこれにより本実施形態では、光分岐部71a,71b,71cの分岐比を利用することで、検出部60a,60b,60cにおいて検出に利用される光の比を予め予測でき、光学式センサ10を容易に制御できる。
また本実施形態では、光分岐部71a,71b,71cによって、光源20の数を特性用導光部材40a,40b,40cの数よりも少なくできる。
また本実施形態では、光分岐部71a,71b,71cによって、光源20と供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cと検出部60a,60b,60cとをT字を形作るように並ばせることができる。これにより本実施形態では、光学式センサ10の配設場所の自由度を向上できる。
なお本実施形態では、特性用導光部材40a,40b,40cと特性変化部50a,50b,50cとの数は、同数であることに限定されない。第2の実施形態のように、特性用導光部材40aは、特性変化部50を複数有していても良い。この場合、第2の実施形態のように、例えば検出部60aは、特性変化部50に対応するように帯域選択部61を複数有していればよい。そして、検出部60aは、第2の実施形態のように、帯域選択部61に対応するように複数配設されていればよい。この点は、特性用導光部材40b,40cと検出部60b,60cとについて同様である。これにより、より多くの情報を検出できる。
[第4の実施形態]
[構成]
図4Aと図4Bと図4Cとを参照して説明する。
図4Aと図4Bと図4Cとに示すように、光源20と供給用導光部材30とは、基板部79の他端部79d側に配設されている。
図4Cに示すように、光接続部70は、矩形形状の基板部79と、基板部79に載置される低屈曲シート83aと、低屈曲シート83aに載置され、光分岐部71a,71b,71cと導光路75とが配設されている基板部85と、基板部85に載置される低屈曲シート83bと、低屈曲シート83aに載置される硬質材料87とを有している。
基板部79は、供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cと検出用導光部材63とが基板部79に固定され、供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cと検出用導光部材63とが導光路75と光学的に接続するために、供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cと検出用導光部材63とが嵌り込む窪み部79aを有している。供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cと検出用導光部材63とが窪み部79aに嵌り込むと、供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cと検出用導光部材63とは導光路75と光学的に接続する。詳細には、供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cと検出用導光部材63とのコアが導光路75と光学的に接続する。窪み部79aは、例えばV字形状の溝またはU字形状の溝である。
検出用導光部材63は基板部79の一端部79c側に固定され、供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cとは基板部79の他端部79d側に固定されている。供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cとは、例えば互いに平行に配設されている。特性用導光部材40a,40b,40cは、互いに平行に配設されている。供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cと検出用導光部材63とは、同一方向に沿って配設されている。
光分岐部71a,71b,71cは、導光路75に配設されている。光分岐部71a,71b,71cは、特性用導光部材40a,40b,40cと同数配設されている。光分岐部71a,71b,71cは、透過部と反射部との組み合わせによって形成されている。光分岐部71a,71b,71cは、導光路75によって導光された光を特性用導光部材40a,40b,40cに反射(分岐)し、特性用導光部材40a,40b,40cによって導光された光を導光部材に向けて透過(分岐)する。光分岐部71a,71b,71cは、光分岐部71a,71b,71cの透過特性と、光分岐部71a,71b,71cの反射特性と、供給用導光部材30から光分岐部71a,71b,71cに進入する光と特性用導光部材40a,40b,40cから光分岐部71a,71b,71cに進入する光とによって形成される交差角度とによって、反射と透過との比率を制御する。光分岐部71a,71b,71cは、一端部79cと他端部79dとを結ぶ直線に対して傾いている直線に沿って配設されている。
供給用導光部材30と光分岐部71a,71b,71cとを結ぶ導光路75と、光分岐部71a,71b,71cが配設され、特性用導光部材40a,40b,40cと検出用導光部材63とを結ぶ導光路75とによって形成される角度は、光分岐部71a,71b,71cによって、90度よりも小さい。これにより光分岐部71a,71b,71cが光を反射する際、光分岐部71a,71b,71cは、光分岐部71a,71b,71cの反射特性によって、光分岐部71a,71b,71cに入射する光を入射方向に対して90度よりも小さく反射する。
低屈曲シート83a,83bは、光分岐部71a,71b,71cの屈折率よりも低い屈折率を有している。低屈曲シート83a,83bは、光分岐部71a,71b,71cを挟み込み、光分岐部71a,71b,71cからの光の漏れを防止する。
硬質材料87は、光分岐部71a,71b,71cと、供給用導光部材30と光分岐部71a,71b,71cとの光学的且つ機械的な接続と、特性用導光部材40a,40b,40cと光分岐部71a,71b,71cとの光学的且つ機械的な接続と、導光部材と光分岐部71a,71b,71cとの光学的且つ機械的な接続とを保護し、供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cと検出用導光部材63と光分岐部71a,71b,71cとの接続強度を向上する。硬質材料87は、例えばガラスなどの透明部材である。
[作用]
本実施形態の作用は、第3の実施形態と略同様であるため、省略する。
[効果]
本実施形態では、光分岐部71a,71b,71cと導光路75とによって、光源20と供給用導光部材30と特性用導光部材40a,40b,40cとを基板部79の他端部79d側に配設でき、検出用導光部材63と検出部60a,60b,60cとを基板部79の一端部79c側に配設できる。また本実施形態では、光分岐部71a,71b,71cは、光分岐部71a,71b,71cの透過特性と反射特性と、交差角度とによって、一端部79cと他端部79dとを結ぶ直線に対して傾いている直線に沿って配設できる。これにより本実施形態では、一端部79cから他端部79dまでの長さを第3の実施形態よりも短くでき、光学式センサ10をより小型にできる。
また本実施形態では、硬質材料87によって、光接続部70おける光学的且つ機械的な接続を保護でき、接続強度を向上できる。
なお光源20と供給用導光部材30とは、基板部79の一端部79c側に配設されていてもよい。また光源20と検出部60a,60b,60cとは、光接続部70と直接光学的に接続してもよい。
また本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
10…光学式センサ、20…光源、30…供給用導光部材、40…特性用導光部材、42…反射部、50…特性変化部、60…検出部、70…光接続部、71…光分岐部、75…導光路、79…基板部。

Claims (8)

  1. 光を出射する光源と、
    前記光源から出射された前記光を導光する特性用導光部材と、
    前記特性用導光部材に配設され、前記特性用導光部材の湾曲量に応じて前記光の光学特性を変化させる特性変化部と、
    前記特性変化部によって前記光学特性が変化し、且つ前記特性用導光部材によって導光された前記光を検出する検出部と、
    前記光源と前記特性用導光部材と前記検出部とに前記光学的に接続する光接続部と、
    を具備し、
    前記光接続部は、
    前記光源から出射された前記光を前記特性用導光部材に分岐し、前記特性用導光部材によって導光された前記光を前記検出部に分岐する光分岐部と、
    前記光分岐部を含む導光路が配設されている基板部と
    を有することを特徴とする光学式センサ。
  2. 前記特性変化部は複数配設され、各前記特性変化部は前記光の前記光学特性をそれぞれ異なるように変化させ、
    前記検出部は前記特性変化部と同数配設され、各前記検出部は、所望の前記特性変化部によって前記光学特性が変化した前記光のみを選択する帯域選択部を有し、
    前記検出部は、前記検出部が有する前記帯域選択部によって選択された前記光を検出することを特徴とする請求項1に記載の光学式センサ。
  3. 前記光源はL個配設され、前記特性用導光部材はM個配設され、前記検出部はN個配設される場合、
    L≧1、M≧1、N≧1であり
    またL≠MとL≠Nとの少なくとも一方が成立することを特徴とする請求項2に記載の光学式センサ。
  4. 前記光源と前記検出部との少なくとも一方は、前記基板部にモノリシックに実装されていることを特徴とする請求項3に記載の光学式センサ。
  5. 前記帯域選択部は、前記基板部にモノリシックに実装されていることを特徴とする請求項4に記載の光学式センサ。
  6. 前記帯域選択部は、分散型の分光器と、干渉型の分光器との少なくとも1つによって形成されていることを特徴とする請求項5に記載の光学式センサ。
  7. 前記光分岐部は、前記光を反射及び透過することを特徴とする請求項6に記載の光学式センサ。
  8. 前記基板部は、フレキシブルな材料によって形成されていることを特徴とする請求項7に記載の光学式センサ。
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