JP2014153459A - Ｐｄモジュール及びその構成部品 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のコアからの光を１個のＰＤで効率よく受光するＰＤモジュールを提供する。
【解決手段】ＰＤモジュールＭは、ＧＲＩＮレンズ４０と、そのＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に対向するように設けられたＰＤ６４と、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に接続された複数のコアを含む光ファイバ構造体７０とを備える。光ファイバ構造体７０は、光ファイババンドル若しくはマルチコア光ファイバ心線で構成されている。ＧＲＩＮレンズ４０とＰＤ６４とが一体に設けられ、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２が前記光ファイバ構造体７０の接続予定面とされているか、或いは、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に光ファイバ構造体７０が融着接続され、ＧＲＩＮレンズの一端面４１がＰＤ６４の対向予定面とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＤモジュール及びその構成部品に関する。

各種光学装置では、複数の光学部品がモジュール化されて組み込まれている。

特許文献１には、光ファイバとＰＤとを金属パッケージ内に対峙した状態で保持したＰＤモジュールが開示されている。

特開平８−１２２５８２号公報

本発明の課題は、複数のコアからの光を１個のＰＤで効率よく受光するＰＤモジュールを提供することである。

本発明のＰＤモジュールは、ＧＲＩＮレンズと、前記ＧＲＩＮレンズの一端面に対向するように設けられたＰＤと、前記ＧＲＩＮレンズの他端面に接続された複数のコアを含む光ファイバ構造体とを備える。

本発明の構成部品は、本発明のＰＤモジュールの構成部品であって、前記ＧＲＩＮレンズと前記ＰＤとが一体に設けられ、前記ＧＲＩＮレンズの他端面が前記光ファイバ構造体の接続予定面とされている。

本発明の別の構成部品は、本発明のＰＤモジュールの構成部品であって、前記ＧＲＩＮレンズの他端面に前記光ファイバ構造体が融着接続され、前記ＧＲＩＮレンズの一端面が前記ＰＤの対向予定面とされている。

本発明によれば、ＧＲＩＮレンズの一端面に対向するようにＰＤが設けられていると共に、ＧＲＩＮレンズの他端面に複数のコアを含む光ファイバ構造体が接続されているので、光ファイバ構造体の複数のコアからの光を、ＧＲＩＮレンズを介して１個のＰＤで効率よく受光することができる。

実施形態に係るＰＤモジュールの構成の概略図である。 ＧＲＩＮレンズの斜視図である。 （ａ）は２本の光ファイバ心線からなる光ファイババンドルの断面図であり、（ｂ）は３本の光ファイバ心線からなる光ファイババンドルの断面図であり、（ｃ）は４本の光ファイバ心線からなる光ファイババンドルの断面図であり、（ｄ）は５本の光ファイバ心線からなる光ファイババンドルの断面図であり、（ｅ）は６本の光ファイバ心線からなる光ファイババンドルの断面図であり、（ｆ）は７本の光ファイバ心線からなる光ファイババンドルの断面図である。 光ファイバ心線の斜視図である。 マルチコア光ファイバ心線の斜視図である。 実施形態に係るＰＤモジュールの変形例の構成の概略図である。 実施形態に係るＰＤモジュールの適用事例１としての光学式温度センサ装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は適用事例１のＰＤモジュールの光ファイバ構造体を構成する光ファイババンドルの断面図であり、（ｂ）は適用事例１のＰＤモジュールの光ファイバ構造体を構成するマルチコア光ファイバ心線の断面図である。 適用事例１のケーブル用マルチコア光ファイバ心線の断面図である。 プローブの縦断面図である。 （ａ）はケーブル本体に挿通するケーブル用光ファイババンドルの断面図であり、（ｂ）はケーブル用マルチコア光ファイバ心線の断面図である。 実施形態に係るＰＤモジュールの適用事例２としての光学式温度センサ装置の構成を示すブロック図である。 適用事例２のＰＤモジュールの光ファイバ構造体を構成する光ファイババンドルの断面図である。 適用事例２のケーブル用マルチコア光ファイバ心線の断面図である。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、実施形態に係るＰＤモジュールＭを示す。

実施形態に係るＰＤモジュールＭは、ＧＲＩＮレンズ４０、ＣＡＮ−ＰＤ６０、及び光ファイバ構造体７０を備える。

図２は、ＧＲＩＮレンズ４０を示す。

ＧＲＩＮレンズ４０（gradient index lens：屈折率分布型レンズ）は、屈折率が半径方向に分布を有する円柱状レンズである。ＧＲＩＮレンズ４０は、縦断面において、直径に沿って正規分布状や上に凸の放物線状に屈折率が変化するグレーデッドインデックス型の屈折率分布を有しており、そして、入射した光は正弦波光路をとり、その正弦波光路の周期を各ＧＲＩＮレンズ４０固有の「ピッチ」という。長さ１／４ピッチのＧＲＩＮレンズ４０は、一端面４１から平行光が入力されると、他端面４２の中心に集光結像する。ＧＲＩＮレンズ４０は、一般的な多成分系ガラス製や石英系ファイバとの融着が容易な石英系ガラス製であっても、また、プラスチック製であっても、どちらでもよい。多成分系ガラス製のＧＲＩＮレンズ４０の外径は例えば０．５〜４．０ｍｍである。ＧＲＩＮレンズ４０の長さは、例えば０．２〜０．３ピッチであり、具体的には例えば１〜２０ｍｍである。なお、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１及び他端面４２には、使用光源波長帯域での反射防止のためのコーティングが施されていてもよい。さらに、反射防止のため端面を球面加工や約８°の平傾斜面を形成してもよい。

ＣＡＮ−ＰＤ６０は、ステム６１の一方側にリードピン６２が突出するように設けられていると共に他方側に台座６３が一体に設けられ、そして、その台座６３上にＰＤ６４が設けられ、それらの台座６３及びＰＤ６４を覆うようにキャップ６５が被せられたＣＡＮパッケージ構造を有する。ＣＡＮ−ＰＤ６０には、ＧＲＩＮレンズ４０の一端部がキャップ６５に嵌め入れられ、その一端面４１がＰＤ６４に対向するように設けられている。ＧＲＩＮレンズ４０はＣＡＮ−ＰＤ６０に低融点ガラス等で固着されていてもよい。

光ファイバ構造体７０は、複数本の光ファイバ心線３０が束ねられた光ファイババンドル８０で構成されていてもよい。光ファイババンドル８０を構成する光ファイバ心線３０の本数は例えば２〜７本である。例えば、２本構成の場合、図３（ａ）に示すように２本の光ファイバ心線３０を密接させて設けることが好ましく、３本構成の場合、図３（ｂ）に示すように横断面において心線中心が正三角形の頂点に配されるように設けることが好ましく、４本構成の場合、図３（ｃ）に示すように横断面において心線中心が正方形の頂点に配されるように設けることが好ましく、５本構成の場合、図３（ｄ）に示すように横断面において心線中心が正五角形の頂点に配されるように設けることが好ましく、６本構成の場合、図３（ｅ）に示すように横断面において心線中心が正六角形の頂点に配されるように設けることが好ましく、７本構成の場合、図３（ｆ）に示すように横断面において心線中心が正六角形の頂点及びそれらの中心に配されるように設けることが好ましい。なお、光ファイバ心線３０の配設位置の調整のためにダミー心線を含めてもよい。

図４は、光ファイババンドル８０を構成する光ファイバ心線３０を示す。

光ファイバ心線３０は、光ファイバ３１とそれを被覆する被覆層３２とを有する。光ファイバ心線３０の外径は例えば０．１〜３．０ｍｍである。

光ファイバ３１は、シングルモードを使用する場合も考えられるが、センサ受光用途では結合効率を優先していわゆるマルチモード光ファイバであることが好ましい。光ファイバ３１は、例えば、相対的に高屈折率なコア３１ａとそれを被覆する相対的に低屈折率なクラッド３１ｂとの二層構造に構成されている。光ファイバ３１は、石英製であって、例えば、コア３１ａが、ドーパントがドープされていない純粋な石英で形成され、且つクラッド３１ｂが、屈折率を低くするドーパント（例えばＦ等）がドープされた石英で形成された構成であってもよい。また、光ファイバ３１は、コア３１ａが、屈折率を高めるドーパント（例えばＧｅ等）がドープされた石英で形成され、且つクラッド３１ｂが、ドーパントがドープされていない純粋な石英又は屈折率を低くするドーパント（例えばＦ等）がドープされた石英で形成された構成であってもよい。さらに、光ファイバ３１は、プラスチック製であって、例えば、コア３１ａが、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂等で形成され、且つクラッド３１ｂが、フッ素含有ポリマー等で形成された構成であってもよい。また、光ファイバ３１は、例えば、コア３１ａが石英で形成され、且つクラッド３１ｂがプラスチックで形成されたＨＰＣＳ（Hard Polymer Clad Silica）構造のものであってもよい。光ファイバ３１の外径は例えば８０〜３０００μｍである。コア３１ａの直径は例えば８〜２９４５μｍである。

被覆層３２は樹脂で形成されている。被覆層３２は、内側のバッファ層（例えばシリコーン樹脂）とそれを被覆する外側のジャケット層（例えばナイロン樹脂）との二層構造等の多層で構成されていても、また、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の単一層で構成されていても、どちらでもよい。被覆層３２の厚さは例えば１〜６００μｍである。

光ファイバ構造体７０は、光ファイババンドル８０ではなく、単純に束ねられていない複数本の光ファイバ心線３０で構成されていてもよい。

光ファイバ構造体７０は、マルチコア光ファイバ心線５０で構成されていてもよい。

図５は、マルチコア光ファイバ心線５０の一例を示す。

マルチコア光ファイバ心線５０は、マルチコア光ファイバ５１とそれを被覆する被覆層５２とを有する。マルチコア光ファイバ心線５０の外径は例えば０．２〜２．３ｍｍである。

マルチコア光ファイバ５１は、例えば、相対的に高屈折率な複数のコア５１ａとそれを被覆する相対的に低屈折率のクラッド５１ｂとの二層構造に構成されている。コア５１ａの数は、例えば２〜７個であり（図５では７個）、横断面におけるコア５１ａの配置としては、図３（ａ）〜（ｆ）に示す光ファイババンドル８０の横断面における光ファイバ心線３０の配置と同様のものが挙げられる。マルチコア光ファイバ５１は、石英製であって、例えば、コア５１ａが、ドーパントがドープされていない純粋な石英で形成され、且つクラッド５１ｂが、屈折率を低くするドーパント（例えばＦ等）がドープされた石英で形成された構成であってもよい。また、マルチコア光ファイバ５１は、コア５１ａが、屈折率を高めるドーパント（例えばＧｅ等）がドープされた石英で形成され、且つクラッド５１ｂが、ドーパントがドープされていない純粋な石英又は屈折率を低くするドーパント（例えばＦ等）がドープされた石英で形成された構成であってもよい。さらに、マルチコア光ファイバ５１は、プラスチック製であって、例えば、コア５１ａが、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂等で形成され、且つクラッド５１ｂが、フッ素含有ポリマー等で形成された構成であってもよい。マルチコア光ファイバ５１の外径は例えば５００〜６０００μｍである。コア５１ａの直径は例えば２４０〜２９４５μｍである。

被覆層５２は樹脂で形成されている。被覆層５２は、内側のバッファ層（例えばシリコーン樹脂）とそれを被覆する外側のジャケット層（例えばナイロン樹脂）との二層構造等の多層で構成されていても、また、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の単一層で構成されていても、どちらでもよい。被覆層５２の厚さは例えば２００〜１５００μｍである。

光ファイバ構造体７０は、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に融着接続されている。このように融着接続されていることにより、接着剤を用いない高信頼性の光学構成とすることができる。光ファイバ構造体７０が光ファイババンドル８０で構成されている場合、その光ファイババンドル８０に含まれる複数本の光ファイバ３１のそれぞれがＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に融着接続された構成となる。光ファイバ構造体７０がマルチコア光ファイバ心線５０で構成されている場合、そのマルチコア光ファイバ心線５０に含まれるマルチコア光ファイバ５１がＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に融着接続された構成となる。このような融着接続の場合、光ファイバ３１或いはマルチコア光ファイバ５１とＧＲＩＮレンズ４０とは同一材質であることが好ましい。具体的には、光ファイバ３１或いはマルチコア光ファイバ５１が石英製である場合、ＧＲＩＮレンズ４０も石英製であることが好ましく、また、光ファイバ３１或いはマルチコア光ファイバ５１がプラスチック製である場合、ＧＲＩＮレンズ４０もプラスチック製であることが好ましい。

以上の実施形態に係るＰＤモジュールＭは、複数個のＰＤを用いる必要がなく、構成が非常にシンプルである。そして、実施形態に係るＰＤモジュールＭによれば、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に対向するようにＰＤ６４が設けられていると共に、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に複数のコア３１ａ，５１ａを含む光ファイバ構造体７０が接続されているので、光ファイバ構造体７０の複数のコア３１ａ，５１ａからの光を、ＧＲＩＮレンズ４０を介して集光して１個のＰＤ６４で効率よく受光することができる。また、ＧＲＩＮレンズ４０を用いているので、受光量を増大させるために光ファイバ構造体７０に大口径の受光ファイバを含めた場合でも容易に集光することができる。

実施形態に係るＰＤモジュールＭは、ＧＲＩＮレンズ４０とＰＤ６４を含むＣＡＮ−ＰＤ６０とが一体に設けられ、光ファイバ構造体７０がＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に着脱可能に接続された構成であってもよい。この場合、一体に設けられたＧＲＩＮレンズ４０及びＣＡＮ−ＰＤ６０は、実施形態に係るＰＤモジュールＭの構成部品となり、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２が光ファイバ構造体７０の接続予定面とされる。

また、実施形態に係るＰＤモジュールＭは、図６に示すように、光ファイバ構造体７０の先端に融着接続されたＧＲＩＮレンズ４０が、その一端面４１がＣＡＮ−ＰＤ６０のキャップ６５に設けられたウインドウガラス６６に当接してＰＤ６４に対向し、且つＣＡＮ−ＰＤ６０に対して着脱可能に接続された構成であってもよい。この場合、融着接続されたＧＲＩＮレンズ４０及び光ファイバ構造体７０は、実施形態に係るＰＤモジュールＭの構成部品となり、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１がＰＤ６４の対向予定面とされる。

−適用事例１−
図７は、実施形態に係るＰＤモジュールＭの適用事例１としての光学式温度センサ装置Ｄを示す。

適用事例１の光学式温度センサ装置Ｄは、装置本体１０とそこから延びる光ファイバケーブル２０とで構成されている。

装置本体１０には、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２、及び実施形態に係るＰＤモジュールＭが設けられている。Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１には、第１光ファイバ心線３０１の一端が直接又はレンズを介して接続され、また、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２には、第２光ファイバ心線３０２の一端が直接又はレンズを介して接続されている。ＰＤモジュールＭの光ファイバ構造体７０は、図８（ａ）に示すようなＳｉｇ．用コア７１及びＲｅｆ．用コア７２を含む２本の光ファイバ心線３０からなる光ファイババンドル８０、又は、図８（ｂ）に示すようなＳｉｇ．用コア７１及びＲｅｆ．用コア７２を含むマルチコア光ファイバ心線５０で構成されている。第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２の他端並びにＰＤモジュールＭの光ファイバ構造体７０の先端は、それぞれレセプタクル１４に接続されている。装置本体１０には制御部１５が設けられており、制御部１５には、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２、及びＰＤモジュールＭがそれぞれ接続されている。

光ファイバケーブル２０は、ケーブル本体２１とその基端に設けられたプラグ２２及び先端に設けられたプローブ２３とを備える。ケーブル本体２１には、図９に示すようなシグナル光用コア５１１ａ、レファレンス光用コア５１２ａ、シグナル反射光用コア５１３ａ、及びレファレンス反射光用コア５１４ａを含むケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１が挿通されている。ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の一端はプラグ２２に接続されている。プラグ２２は装置本体１０のレセプタクル１４に着脱可能に接続されており、これによりケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１は、シグナル光用コア５１１ａが第１光ファイバ心線３０１に、レファレンス光用コア５１２ａが第２光ファイバ心線３０２に、シグナル反射光用コア５１３ａがＰＤモジュールＭの光ファイバ構造体７０のＳｉｇ．用コア７１に、レファレンス反射光用コア５１４ａがＰＤモジュールＭの光ファイバ構造体７０のＲｅｆ．用コア７２に、それぞれ光学的に接続されている。

図１０はプローブ２３を示す。

プローブ２３は、筒状に形成されたプローブ本体２３１と、その先端の開口を封じるように設けられた先端部材２３２とを有する。

プローブ本体２３１には、基端側に心線挿通孔２３１ａ及び先端側にレンズ保持孔２３１ｂが連通するように形成されており、心線挿通孔２３１ａにケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１が挿通されていると共に、レンズ保持孔２３１ｂにプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１が内嵌めされている。ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の他端はそれぞれプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の基端側の一端面４１に融着接続されている。

先端部材２３２は、基材２３２ａ上に半導体センサチップ２３２ｂが設けられた構成を有しており、半導体センサチップ２３２ｂがプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２に対向するようにプローブ本体２３１に取り付けられている。また、図には示していないが第２ＧＲＩＮレンズ４０２の長さを最適化することにより、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２と半導体センサチップ２３２ｂ間にギャップを設け熱応答性を高めることも可能である。

この適用事例１の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１からシグナル光が発されると、シグナル光は、第１光ファイバ心線３０１により伝送されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したシグナル光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１のシグナル光用コア５１１ａに入力される。ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１のシグナル光用コア５１１ａに入力されたシグナル光は、そのままケーブル本体２１のケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１により伝送されてプローブ２３のプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に入力される。そして、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２から出力されるシグナル光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。半導体センサチップ２３２ｂは、基材２３２ａに面する側に反射ミラー層が形成されていて、入力された光を反射する。

光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したシグナル光の反射光（以下「シグナル反射光」という。）は、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２に入力される。プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１から出力されるシグナル反射光は、ケーブル本体２１のケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１のシグナル反射光用コア５１３ａにより伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したシグナル反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、ＰＤモジュールＭの光ファイバ構造体７０のＳｉｇ．用コア７１に入力される。光ファイバ構造体７０のＳｉｇ．用コア７１に入力されたシグナル反射光は、そのままＰＤモジュールＭの光ファイバ構造体７０のＳｉｇ．用コア７１により伝送され、ＧＲＩＮレンズ４０を介して集光してＣＡＮ−ＰＤ６０においてＰＤ６４に入力される。

ここで、半導体センサチップ２３２ｂを形成する半導体は光学的基礎吸収端波長を有し、この光学的基礎吸収端波長は温度上昇と共に長波長側に移行する。一方、シグナル光の波長は、測定温度範囲における光学的基礎吸収端波長の移行範囲に包含されていることから、半導体センサチップ２３２ｂに照射されて吸収された後のシグナル反射光の強度は温度上昇と共に減少する。従って、シグナル反射光の強度は、ＰＤ６４に入力されて電気信号に変換された後に制御部１５に入力され、そして、制御部１５は、それに基づいた演算処理により測定温度を算出する（久間和生、沢田隆夫、田井修市、布下正宏，「光ファイバによる温度の遠隔測定」，センサ技術，１９８１年９月号（Vol.1. No.2）、及びKAZUO KYUMA et al. Fiber-Optical Instrument for Temperature Measurement, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL.QE-18, NO.4, APRIL, 1982参照）。

また、この適用事例１の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２からレファレンス光が発されると、レファレンス光は、第２光ファイバ心線３０２により伝送されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したレファレンス光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１のレファレンス光用コア５１２ａに入力される。ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１のレファレンス光用コア５１２ａに入力されたレファレンス光は、そのままケーブル本体２１のケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１により伝送されてプローブ２３のプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に入力される。そして、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２から出力されるレファレンス光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。

光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したレファレンス光の反射光（以下「レファレンス反射光」という。）は、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２に入力される。プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１から出力されるレファレンス反射光は、ケーブル本体２１のケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１のレファレンス反射光用コア５１４ａにより伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したレファレンス反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、ＰＤモジュールＭの光ファイバ構造体７０のＲｅｆ．用コア７２に入力される。光ファイバ構造体７０のＲｅｆ．用コア７２に入力されたレファレンス反射光は、そのまま光ファイバ構造体７０により伝送され、ＧＲＩＮレンズ４０を介して集光してＣＡＮ−ＰＤ６０においてＰＤ６４に入力される。従って、ＣＡＮ−ＰＤ６０のＰＤ６４には、光ファイバ構造体７０によって伝送されるシグナル反射光及びレファレンス反射光の２つの光がＧＲＩＮレンズを介して入力される。

ここで、レファレンス光の波長は、測定温度範囲における半導体センサチップ２３２ｂの光学的基礎吸収端波長の移行範囲に含まれず、そのため半導体センサチップ２３２ｂに照射された後のレファレンス反射光の強度は基本的には変化しない。但し、レファレンス光及びレファレンス反射光の強度は、ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１に与えられる熱や曲げや張力の影響により損失を生じる。レファレンス反射光の強度は、ＰＤ６４に入力されて電気信号に変換されて制御部１５に入力されるが、制御部１５は、シグナル反射光の強度に基づいた測定温度を算出する演算処理において、レファレンス光及びレファレンス反射光の強度の損失が認められた場合には、シグナル光及びシグナル反射光の強度にも同じ損失が生じているものとして、その損失を相殺するように処理を行う。

以上の構成の適用事例１の光学式温度センサ装置Ｄにおいて、例えば、半導体センサチップ２３２ｂがＧａＡｓ結晶で形成されているような場合には、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１として発光波長が８９０ｎｍのＬＥＤ、また、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２として発光波長が９５０ｎｍのＬＥＤをそれぞれ用いることができる。

Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１及びＲｅｆ．ＬＥＤ１２は、シグナル光或いはレファレンス光をパルス光として発光し、また、発光タイミングをずらして時分割で発光することが好ましい。シグナル反射光もレファレンス反射光も、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１及びケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１を伝搬するため、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１及びＲｅｆ．ＬＥＤ１２が同時に発光すると、シグナル反射光及びレファレンス反射光の合波光がＰＤ６４に入力され、シグナル反射光とレファレンス反射光との区別が困難となる。しかしながら、シグナル光及びレファレンス光をパルス光とし、それらの発光タイミングをずらすことにより、ＰＤ６４に入力されるシグナル反射光とレファレンス反射光とを明確に区別することができる。

Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１及びＲｅｆ．ＬＥＤ１２にはＬＥＤモジュール内で光り出力を一定にするためのモニタＰＤが内蔵されていてもよい。

シグナル反射光用コア５１３ａにおいてシグナル反射光を効率よく受光し、レファレンス反射光用コア５１４ａに入力されるシグナル反射光を少なくする観点からは、シグナル光用コア５１１ａとシグナル反射光用コア５１３ａとは、横断面において、その中心を挟んで対称となるように設けられていることが好ましい。また、半導体センサチップ２３２ｂは、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２の中心に対応するように設けられていることが好ましい。さらに、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の長さは、光ファイバ３１を、コア３１ａの直径４００μｍ、ファイバ外径５００μｍ、及びＮＡ ０．２とし、第１ＧＲＩＮレンズ４０１を、外径２ｍｍ、中心屈折率１．５９８６（８３０ｎｍ）、及び２次定数√Ａ ０．２９８（８３０ｎｍ）とした場合、０．１４〜０．３８ピッチであることが好ましく、具体的には例えば３〜８ｍｍであることが好ましく、また、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の熱の影響の配慮が不要であれば、半導体センサチップ２３２ｂとプローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２とが接触していることが好ましい。また、同様の観点から、シグナル反射光用コア５１３ａの直径は、シグナル光を出射するシグナル光用コア５１１ａの直径と同等であるか、或いはそれ以上であることが好ましい。

同様に、レファレンス反射光用コア５１４ａにおいてレファレンス反射光を効率よく受光し、シグナル反射光用コア５１３ａに入力されるレファレンス反射光を少なくする観点からは、レファレンス光用コア５１２ａとレファレンス反射光用コア５１４ａとは、横断面において、その中心を挟んで対称となるように設けられていることが好ましい。さらに、レファレンス反射光用コア５１４ａの直径は、レファレンス光を出射するレファレンス光用コア５１２ａの直径と同等であるか、或いはそれ以上であることが好ましい。

以上のことから、シグナル光用コア５１１ａ、レファレンス光用コア５１２ａ、シグナル反射光用コア５１３ａ、及びレファレンス反射光用コア５１４ａは、図９に示すように、横断面において、小径のシグナル光用コア５１１ａ及び大径のシグナル反射光用コア５１３ａが対角に配置され且つ小径のレファレンス光用コア５１２ａ及び大径のレファレンス反射光用コア５１４ａが対角に配置された正方配置に設けられていることが好ましい。

なお、第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２は、図４に示す光ファイバ心線３０と同様の構成を有する。また、プローブ用ＧＲＩＮレンズ４０１は、図２に示すＧＲＩＮレンズ４０と同様の構成を有する。

また、ケーブル本体２１には、図９に示すコア５１１ａ〜５１４ａが２対４個で構成されたケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の代わりに、図１１（ａ）に示すようなコア３１ａが３対６個で構成されたケーブル用光ファイババンドル８０１が挿通されていてもよく、また、図１１（ｂ）に示すようなコア５１ａが３対６個で構成されたケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１が挿通されていてもよい。この場合は、追加された２対のコア３１ａ，５１ａをシグナル光、レファレンス光の増大、又は反射光の受光量増大として使用してもよい。

−適用事例２−
図１２は、実施形態に係るＰＤモジュールＭの適用事例２としての光学式温度センサ装置Ｄを示す。

適用事例２の光学式温度センサ装置Ｄは、装置本体１０とそこから延びる光ファイバケーブル２０とで構成されている。

装置本体１０には、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２、及び実施形態に係るＰＤモジュールＭが設けられている。Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１には、第１光ファイバ心線３０１の一端が直接又はレンズを介して接続され、また、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２には、第２光ファイバ心線３０２の一端が直接又はレンズを介して接続されている。第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２の他端は、それぞれカップリング用ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に接続されている。カップリング用ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２には、第３光ファイバ心線３０３の一端が接続されている。ＰＤモジュールＭの光ファイバ構造体７０は、図１３に示すような６個のコア３１ａを含む６本の光ファイバ心線３０からなる光ファイババンドル８０で構成されている。第３光ファイバ心線３０３の他端並びにＰＤモジュールＭの光ファイバ構造体７０の先端は、レセプタクル１４に取り付けられたファンアウトケーブル（不図示）に接続されている。装置本体１０には制御部１５が設けられており、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２、及びＰＤモジュールＭがそれぞれ接続されている。

光ファイバケーブル２０は、ケーブル本体２１とその基端に設けられたプラグ２２及び先端に設けられたプローブ２３とを備える。ケーブル本体２１には、図１４に示すような１個の投光用コア５１５ａ及びそれを囲うように設けられた６個の受光用コア５１６ａを含むケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１が挿通されている。ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の一端はプラグ２２に接続されている。プラグ２２は装置本体１０のレセプタクル１４に着脱可能に接続されており、これによりケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１は、投光用コア５１５ａが第３光ファイバ心線３０３に、６個の受光用コア５１６ａがＰＤモジュールＭの光ファイバ構造体７０の６個のコア３１ａ，５１ａに、それぞれ光学的に接続されている。プローブ２３には、半導体センサチップ２３２ｂがケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の先端面に対向するように設けられている。

この適用事例２の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１からシグナル光が発されると、シグナル光は、第１光ファイバ心線３０１により伝送されてカップリング用ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に入力される。カップリング用ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２から出力されるシグナル光は、第３光ファイバ心線３０３により伝送されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したシグナル光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の投光用コア５１５ａに入力される。ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の投光用コア５１５ａに入力されたシグナル光は、そのままケーブル本体２１のケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１により伝送されてプローブ２３において半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。

光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したシグナル反射光は、ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の６個の受光用コア５１６ａに入力される。ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の６個の受光用コア５１６ａに入力されたシグナル反射光は、ケーブル本体２１のケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１により伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したシグナル反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、ＰＤモジュールＭの光ファイバ構造体７０の６個のコア３１ａに入力される。光ファイバ構造体７０の６個のコア３１ａに入力されたシグナル反射光は、そのまま光ファイバ構造体７０により伝送され、ＧＲＩＮレンズ４０を介して集光してＣＡＮ−ＰＤ６０においてＰＤ６４に入力される。

また、この適用事例２の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２からレファレンス光が発されると、レファレンス光は、第２光ファイバ心線３０２により伝送されてカップリング用ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に入力される。カップリング用ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２から出力されるレファレンス光は、第３光ファイバ心線３０３により伝送されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したレファレンス光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の投光用コア５１５ａに入力される。ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の投光用コア５１５ａに入力されたレファレンス光は、そのままケーブル本体２１のケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１により伝送されてプローブ２３において半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。

光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したレファレンス反射光は、ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の６個の受光用コア５１６ａに入力される。ケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１の６個の受光用コア５１６ａに入力されたレファレンス反射光は、ケーブル本体２１のケーブル用マルチコア光ファイバ心線５０１により伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したレファレンス反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、ＰＤモジュールＭの光ファイバ構造体７０の６個のコア３１ａ，５１ａに入力される。光ファイバ構造体７０の６個のコア３１ａに入力されたレファレンス反射光は、そのまま光ファイバ構造体７０により伝送され、ＧＲＩＮレンズ４０を介して集光してＣＡＮ−ＰＤ６０においてＰＤ６４に入力される。従って、ＣＡＮ−ＰＤ６０のＰＤ６４には、光ファイバ構造体７０によって伝送されるシグナル反射光及びレファレンス反射光がＧＲＩＮレンズ４０を介して入力される。

以上の構成の適用事例２の光学式温度センサ装置Ｄにおいて、第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２からカップリング用ＧＲＩＮレンズ４０２に入力されるシグナル光及びレファレンス光を第３光ファイバ心線３０３に効率よく入力する観点からは、第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２の光ファイバ３１は、カップリング用ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１において、その中心を挟んで対称となり且つ相互に間隔を有さずに密接するように設けられていることが好ましい。また、第３光ファイバ心線３０３の光ファイバ３１は、カップリング用ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２の中心に設けられていることが好ましい。さらに、カップリング用ＧＲＩＮレンズ４０２の長さは０．１〜０．４ピッチであることが好ましく、具体的には例えば１．０〜２０．０ｍｍであることが好ましい。

なお、第３光ファイバ心線３０３は、図４に示す光ファイバ心線３０と同様の構成を有する。また、カップリング用ＧＲＩＮレンズ４０２は、図２に示すＧＲＩＮレンズ４０と同様の構成を有する。

その他の構成、動作制御、及び作用効果は適用事例１と同一である。

なお、上記実施形態では、実施形態に係るＰＤモジュールＭの適用事例として光学式温度センサ装置Ｄを示したが、特にこれに限定されるものではなく、その他の光学装置に用いることもできる。

本発明は、ＰＤモジュール及びその構成部品について有用である。

Ｄ 光学式温度センサ装置
Ｍ ＰＤモジュール
１０ 装置本体
１１ Ｓｉｇ．ＬＥＤ
１２ Ｒｅｆ．ＬＥＤ
１４ レセプタクル
１５ 制御部
２０ 光ファイバケーブル
２１ ケーブル本体
２２ プラグ
２３ プローブ
２３１ プローブ本体
２３１ａ 心線挿通孔
２３１ｂ レンズ保持孔
２３２ センサチップ
２３２ａ 基材
２３２ｂ 半導体センサチップ
３０ 光ファイバ心線
３１ 光ファイバ
３１ａ，５１ａ コア
３１ｂ，５１ｂ クラッド
３２，５２ 被覆層
３０１〜３０３ 第１〜第３光ファイバ心線
４０ ＧＲＩＮレンズ
４０１ プローブ用ＧＲＩＮレンズ
４０２ カップリング用ＧＲＩＮレンズ
４１ 一端面
４２ 他端面
５０ マルチコア光ファイバ心線
５０１ ケーブル用マルチコア光ファイバ心線
５１ マルチコア光ファイバ
５１１ａ シグナル光用コア
５１２ａ レファレンス光用コア
５１３ａ シグナル反射光用コア
５１４ａ レファレンス反射光用コア
５１５ａ 投光用コア
５１６ａ 受光用コア
６０ ＣＡＮ−ＰＤ
６１ ステム
６２ リードピン
６３ 台座
６４ ＰＤ
６５ キャップ
６６ ウインドウガラス
７０ 光ファイバ構造体
７１ Ｓｉｇ．用コア
７２ Ｒｅｆ．用コア
８０ 光ファイババンドル
８０１ ケーブル用光ファイババンドル

Claims (5)

1. ＧＲＩＮレンズと、
   前記ＧＲＩＮレンズの一端面に対向するように設けられたＰＤと、
   前記ＧＲＩＮレンズの他端面に接続された複数のコアを含む光ファイバ構造体と、
   を備えたＰＤモジュール。
2. 請求項１に記載されたＰＤモジュールにおいて、
   前記光ファイバ構造体が光ファイババンドルで構成されているＰＤモジュール。
3. 請求項１に記載されたＰＤモジュールにおいて、
   前記光ファイバ構造体がマルチコア光ファイバ心線で構成されているＰＤモジュール。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載されたＰＤモジュールの構成部品であって、
   前記ＧＲＩＮレンズと前記ＰＤとが一体に設けられ、前記ＧＲＩＮレンズの他端面が前記光ファイバ構造体の接続予定面とされた構成部品。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載されたＰＤモジュールの構成部品であって、
   前記ＧＲＩＮレンズの他端面に前記光ファイバ構造体が融着接続され、前記ＧＲＩＮレンズの一端面が前記ＰＤの対向予定面とされた構成部品。

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