JP2021032648A

JP2021032648A - External force detector and optical fiber sensor

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Publication number: JP2021032648A
Application number: JP2019151735A
Authority: JP
Inventors: 英明長谷川; Hideaki Hasegawa; 義樹野村; Yoshiki Nomura; 繁弘高坂; Shigehiro Kosaka; 松下　俊一; Shunichi Matsushita; 俊一松下; 健吾渡辺; Kengo Watanabe
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2021-03-01
Anticipated expiration: 2039-08-22
Also published as: JP7145824B2

Abstract

To obtain an improved external force detector, for example.SOLUTION: An external force F acts upon a sensor optical fiber 300 (second optical fiber). An asymmetric coupler 400A (mode conversion unit) causes at least a portion of light having passed through an optical fiber 201 (first optical fiber) to be inputted to a clad 302 of the sensor optical fiber 300. The light inputted to the clad 302 propagates the sensor optical fiber 300 in a clad propagation mode. A detection unit 500 detects the strength of light having passed through the sensor optical fiber 300, and a calculation unit 600 calculates the external force F on the basis of a detection value by the detection unit 500.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、外力検出装置および光ファイバセンサに関する。 The present invention relates to an external force detector and an optical fiber sensor.

従来、圧力センサとして、ＯＣＴ（光干渉断層撮影）システムの用途に使用される圧力センサが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示される圧力センサは、ダイアフラムを圧力検知体として光ファイバの端部に設け、光の干渉作用を利用して圧力を検出する。 Conventionally, as a pressure sensor, a pressure sensor used for an application of an OCT (optical interference tomography) system has been disclosed (Patent Document 1). In the pressure sensor disclosed in Patent Document 1, a diaphragm is provided at an end of an optical fiber as a pressure detector, and pressure is detected by utilizing the interference action of light.

特表２０１３−５１１３７２号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-511372

しかしながら、光の干渉作用を利用して圧力を検出する装置は、構成が複雑かつ大型になりやすく、装置コストも高くなりやすいという問題がある。一方、荷重や、力、圧力のような外力を検出する外力検出装置は、例えば、より小型であったり、より簡素な構成を有したり、より検出感度が高かったりといった、より改善されたものであれば、有益である。 However, a device that detects pressure by utilizing the interference action of light has a problem that the configuration tends to be complicated and large, and the device cost tends to be high. On the other hand, an external force detecting device that detects an external force such as a load, a force, or a pressure is an improved device such as a smaller size, a simpler structure, or a higher detection sensitivity. If so, it is beneficial.

そこで、本開示の課題の一つは、例えば、より改善された外力検出装置および光ファイバセンサを得ること、である。 Therefore, one of the problems of the present disclosure is, for example, to obtain a more improved external force detection device and an optical fiber sensor.

本発明の外力検出装置は、例えば、光源と、第一コアと第一クラッドとを有し、前記光源からの光の少なくとも一部が入力される第一光ファイバと、第二コアと第二クラッドとを有し、前記第一光ファイバを通過した光の少なくとも一部が入力され、外力が作用する部位である第二光ファイバと、前記第一光ファイバを通過した光の少なくとも一部を前記第二クラッドに入力させるモード変換部と、前記第二光ファイバを通過した光の強度を検出する検出部と、前記検出部による検出値に基づいて前記外力を算出する算出部と、を備える。 The external force detection device of the present invention has, for example, a light source, a first core and a first clad, and a first optical fiber into which at least a part of the light from the light source is input, and a second core and a second. The second optical fiber, which has a clad and is a portion where at least a part of the light passing through the first optical fiber is input and an external force acts on it, and at least a part of the light passing through the first optical fiber are input. It includes a mode conversion unit for inputting to the second clad, a detection unit for detecting the intensity of light passing through the second optical fiber, and a calculation unit for calculating the external force based on a value detected by the detection unit. ..

また、前記外力検出装置は、例えば、前記モード変換部が、非対称カプラである。 Further, in the external force detection device, for example, the mode conversion unit is an asymmetric coupler.

また、前記外力検出装置は、例えば、前記モード変換部として、前記第一光ファイバと、当該第一光ファイバと前記第二光ファイバとの間に位置される第三光ファイバまたは前記第二光ファイバと、を光軸がずれるように接続した第一接続部を備える。 Further, the external force detecting device is, for example, a third optical fiber or the second optical fiber located between the first optical fiber and the first optical fiber and the second optical fiber as the mode conversion unit. A first connection portion is provided which connects the fiber and the fiber so that the optical axis is deviated.

また、前記外力検出装置では、例えば、前記モード変換部として、前記第一光ファイバと、当該第一光ファイバと前記第二光ファイバとの間に位置される第三光ファイバまたは前記第二光ファイバと、の間の隙間が設けられる。 Further, in the external force detecting device, for example, as the mode conversion unit, the first optical fiber and the third optical fiber or the second optical fiber located between the first optical fiber and the second optical fiber. A gap is provided between the fiber and the fiber.

また、前記外力検出装置は、例えば、前記モード変換部として、ダブルクラッド光ファイバを備える。 Further, the external force detection device includes, for example, a double-clad optical fiber as the mode conversion unit.

また、前記外力検出装置は、例えば、前記モード変換部として、前記第一光ファイバと、前記第一コアよりも直径が小さいコアを有し前記第一光ファイバと前記第二光ファイバとの間に位置される第三光ファイバまたは前記第二光ファイバと、を接続した第二接続部を備える。 Further, in the external force detecting device, for example, as the mode conversion unit, the first optical fiber and the core having a diameter smaller than that of the first core are provided between the first optical fiber and the second optical fiber. The third optical fiber located in the above or the second optical fiber is provided with a second connection portion connected to the third optical fiber.

また、前記外力検出装置では、例えば、前記モード変換部は、回折光学素子を有する。 Further, in the external force detecting device, for example, the mode conversion unit has a diffractive optical element.

また、前記外力検出装置は、例えば、前記第二光ファイバに対して前記第一光ファイバとは反対側に設けられた反射部を備え、前記検出部は、前記反射部を介して前記第二光ファイバを往復した光を検出する。 Further, the external force detecting device includes, for example, a reflecting portion provided on the opposite side of the second optical fiber from the first optical fiber, and the detecting portion is provided via the reflecting portion. Detects light that travels back and forth through an optical fiber.

また、前記外力検出装置は、例えば、前記第二光ファイバと前記検出部との間にモードフィルタを備える。 Further, the external force detection device includes, for example, a mode filter between the second optical fiber and the detection unit.

また、前記外力検出装置では、例えば、前記第一光ファイバは、マルチモード光ファイバである。 Further, in the external force detecting device, for example, the first optical fiber is a multimode optical fiber.

また、前記外力検出装置では、例えば、前記第二光ファイバの損失は、０．３ｄＢ／ｍ以上である。 Further, in the external force detecting device, for example, the loss of the second optical fiber is 0.3 dB / m or more.

また、前記外力検出装置では、例えば、前記第二光ファイバの前記第二コアと前記第二クラッドとの界面付近に、複数のナノ構造が存在し、前記ナノ構造は、前記第二光ファイバの長手方向と垂直な断面における断面直径が１００ｎｍ以下であり、前記長手方向において１ｍ未満の長さの領域において分布している。 Further, in the external force detecting device, for example, a plurality of nanostructures exist in the vicinity of the interface between the second core and the second clad of the second optical fiber, and the nanostructures are the second optical fiber. The cross-sectional diameter in the cross section perpendicular to the longitudinal direction is 100 nm or less, and the cross-sectional diameter is distributed in a region having a length of less than 1 m in the longitudinal direction.

また、前記外力検出装置では、例えば、前記光源はパルス光を出力する。 Further, in the external force detecting device, for example, the light source outputs pulsed light.

また、前記外力検出装置では、例えば、前記光源は、波長が４００ｎｍ以上でありかつ５００ｎｍ以下である光を出力する。 Further, in the external force detecting device, for example, the light source outputs light having a wavelength of 400 nm or more and 500 nm or less.

また、前記外力検出装置では、例えば、前記モード変換部は、前記第二クラッドに前記第二コアよりも多くの光を分布させる。 Further, in the external force detecting device, for example, the mode conversion unit distributes more light to the second clad than the second core.

また、本発明の外力検出装置は、例えば、コアとクラッドとを有し、外力が作用する光ファイバと、光を前記クラッドに入力するクラッド入力部と、前記光ファイバを通過した光の強度を検出する検出部と、前記検出部の検出値に基づいて前記外力を算出する算出部と、を備える。 Further, the external force detecting device of the present invention has, for example, an optical fiber having a core and a clad on which an external force acts, a clad input portion for inputting light into the clad, and an intensity of light passing through the optical fiber. It includes a detection unit for detecting and a calculation unit for calculating the external force based on the detection value of the detection unit.

また、前記外力検出装置では、例えば、前記クラッド入力部は、前記クラッドに前記コアよりも多くの光が分布するよう、前記光を前記クラッドに入力する。 Further, in the external force detecting device, for example, the clad input unit inputs the light to the clad so that more light is distributed to the clad than the core.

また、本発明の光ファイバセンサは、例えば、第一コアと第一クラッドとを有した第一光ファイバと、第二コアと第二クラッドとを有し、外力が作用する部位である第二光ファイバと、前記第一光ファイバを通過した光の少なくとも一部を前記第二クラッドに入力するモード変換部と、を備える。 Further, the optical fiber sensor of the present invention has, for example, a first optical fiber having a first core and a first clad, and a second core and a second clad, which is a portion on which an external force acts. It includes an optical fiber and a mode conversion unit that inputs at least a part of the light that has passed through the first optical fiber to the second clad.

上記本発明によれば、より改善された外力検出装置および光ファイバセンサを得ることができる。 According to the present invention, a more improved external force detection device and optical fiber sensor can be obtained.

図１は、第１実施形態の外力検出装置の例示的な構成図である。FIG. 1 is an exemplary configuration diagram of the external force detecting device of the first embodiment. 図２は、第１実施形態の外力検出装置に含まれる第一光ファイバの例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 2 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the first optical fiber included in the external force detection device of the first embodiment. 図３は、第１実施形態の外力検出装置に含まれる第二光ファイバの例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 3 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the second optical fiber included in the external force detection device of the first embodiment. 図４は、所定の実験設備における圧力参照値、および参考例の外力検出装置における受光強度の検出値の、経時変化の一例を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an example of changes with time of the pressure reference value in a predetermined experimental facility and the detected value of the light receiving intensity in the external force detecting device of the reference example. 図５は、所定の実験設備における圧力参照値、および第１実施形態の外力検出装置における受光強度の検出値の、経時変化の一例を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an example of changes with time of the pressure reference value in the predetermined experimental equipment and the detected value of the light receiving intensity in the external force detecting device of the first embodiment. 図６は、第２実施形態の外力検出装置の例示的な構成図である。FIG. 6 is an exemplary configuration diagram of the external force detecting device of the second embodiment. 図７は、第２実施形態の外力検出装置に含まれるモード変換部としての第一接続部の例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 7 is an exemplary and schematic cross-sectional view of the first connection portion as the mode conversion unit included in the external force detection device of the second embodiment. 図８は、第２実施形態の第１変形例の外力検出装置に含まれるモード変換部としてのダブルクラッド光ファイバの例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 8 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a double-clad optical fiber as a mode conversion unit included in the external force detection device of the first modification of the second embodiment. 図９は、第２実施形態の第２変形例の外力検出装置に含まれるモード変換部としての第二接続部の例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 9 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a second connection portion as a mode conversion portion included in the external force detection device of the second modification of the second embodiment. 図１０は、第２実施形態の第３変形例の外力検出装置に含まれる回折光学素子を有したモード変換部の例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 10 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a mode conversion unit having a diffractive optical element included in the external force detecting device of the third modification of the second embodiment. 図１１は、第３実施形態の外力検出装置の例示的な構成図である。FIG. 11 is an exemplary configuration diagram of the external force detecting device of the third embodiment. 図１２は、第３実施形態の外力検出装置に含まれるモード変換部としてのコネクタの例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 12 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a connector as a mode conversion unit included in the external force detection device of the third embodiment. 図１３は、第４実施形態の外力検出装置の例示的な構成図である。FIG. 13 is an exemplary configuration diagram of the external force detecting device of the fourth embodiment. 図１４は、第５実施形態の外力検出装置の例示的な構成図である。FIG. 14 is an exemplary configuration diagram of the external force detecting device of the fifth embodiment.

以下、本発明の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態および変形例に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。 Hereinafter, exemplary embodiments and modifications of the present invention will be disclosed. The configurations of the embodiments and modifications shown below, and the actions and results (effects) brought about by the configurations are examples. The present invention can also be realized by configurations other than those disclosed in the following embodiments and modifications. Further, according to the present invention, it is possible to obtain at least one of various effects (including derivative effects) obtained by the configuration.

以下に示される複数の実施形態および変形例は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態および変形例の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。 A plurality of embodiments and modifications shown below have similar configurations. Therefore, according to the configurations of the respective embodiments and modifications, the same actions and effects based on the similar configurations can be obtained. Further, in the following, the same reference numerals are given to those similar configurations, and duplicate explanations may be omitted.

本明細書において、序数は、部品や部位等を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではない。 In this specification, ordinal numbers are given for convenience in order to distinguish parts, parts, etc., and do not indicate priorities or orders.

［第１実施形態］
［外力検出装置の概要］
図１は、第１実施形態の外力検出装置１０Ａの構成図である。図１に示されるように、外力検出装置１０Ａは、光源１００と、光ファイバ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５と、センサ光ファイバ３００と、非対称カプラ４００Ａと、検出部５００と、算出部６００と、カプラ７０１と、コネクタ７０２と、を備えている。なお、本実施形態、後述の他の実施形態、およびそれらの変形例では、非対称カプラ４００Ａや、カプラ７０１のようなカプラは、主として、光を分岐するスプリッタとして機能する。 [First Embodiment]
[Overview of external force detector]
FIG. 1 is a configuration diagram of the external force detecting device 10A of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the external force detection device 10A includes a light source 100, optical fibers 201, 202, 203, 204, 205, a sensor optical fiber 300, an asymmetric coupler 400A, a detection unit 500, and a calculation unit 600. And a coupler 701 and a connector 702. In this embodiment, other embodiments described later, and modifications thereof, the asymmetric coupler 400A and the coupler such as the coupler 701 mainly function as a splitter for branching light.

発明者らは、鋭意研究により、後述するような所定の構成を有したセンサ光ファイバ３００に、荷重や、力、圧力のような外力Ｆが作用すると、センサ光ファイバ３００における光の損失（伝送損失）が増大し、さらに当該外力Ｆの大きさに応じて当該損失が増大する、という知見を得た。そこで、外力検出装置１０Ａでは、検出部５００が、外力Ｆが作用するセンサ光ファイバ３００を通過した光の強度を検出し、算出部６００が、検出部５００が検出した光の検出値（強度）から、センサ光ファイバ３００における光の損失の大きさ、ひいては当該損失の大きさに応じた外力Ｆの大きさを、算出する。 According to diligent research, the inventors have conducted diligent research, and when an external force F such as a load, a force, or a pressure acts on the sensor optical fiber 300 having a predetermined configuration as described later, the light loss (transmission) in the sensor optical fiber 300 is performed. It was found that the loss) increases, and the loss increases according to the magnitude of the external force F. Therefore, in the external force detection device 10A, the detection unit 500 detects the intensity of the light passing through the sensor optical fiber 300 on which the external force F acts, and the calculation unit 600 detects the light detection value (intensity) detected by the detection unit 500. Therefore, the magnitude of the light loss in the sensor optical fiber 300, and by extension, the magnitude of the external force F according to the magnitude of the loss is calculated.

また、発明者らは、そのようなセンサ光ファイバ３００を有した外力検出装置１０Ａについての鋭意研究により、センサ光ファイバ３００において光がクラッド伝搬モードで伝搬されている場合には、センサ光ファイバ３００において光がコア伝搬モードで伝搬されている場合よりも、作用する外力Ｆに応じた光の損失がさらに大きくなり、ひいては外力検出装置１０Ａとしての検出感度をより高めることができることを、見出した。 Further, the inventors have conducted diligent research on the external force detection device 10A having such a sensor optical fiber 300, and when light is propagated in the clad propagation mode in the sensor optical fiber 300, the sensor optical fiber 300 It has been found that the loss of light according to the acting external force F becomes larger than the case where the light is propagated in the core propagation mode, and the detection sensitivity of the external force detecting device 10A can be further increased.

そこで、本実施形態の外力検出装置１０Ａは、センサ光ファイバ３００において、光がクラッド伝搬モードで伝搬するよう、光の伝搬モードを変換するモード変換部としての非対称カプラ４００Ａを備えている。非対称カプラ４００Ａの詳細については後述する。 Therefore, the external force detection device 10A of the present embodiment includes an asymmetric coupler 400A as a mode conversion unit that converts the light propagation mode so that the light propagates in the clad propagation mode in the sensor optical fiber 300. Details of the asymmetric coupler 400A will be described later.

［外力検出装置の各部の構成］
光源１００は、例えば、レーザダイオードを有し、例えば、波長が４００［ｎｍ］以上でありかつ５００［ｎｍ］以下である光を、出力する。また、光源１００は、所定の時間間隔で断続的にパルス光を出力してもよい。 [Configuration of each part of external force detection device]
The light source 100 has, for example, a laser diode, and outputs light having a wavelength of, for example, 400 [nm] or more and 500 [nm] or less. Further, the light source 100 may intermittently output pulsed light at predetermined time intervals.

図２は、光ファイバ２０１の光軸と直交する断面を示す断面図である。図２に示されるように、光ファイバ２０１は、コア２１１と、当該コア２１１の外周を取り囲むクラッド２１２と、を有している。コア２１１およびクラッド２１２の直径、すなわち断面積の大きさや、コア２１１およびクラッド２１２の直径比（断面積比）、材質等のスペックは、種々に設定することができる。また、センサ光ファイバ３００を除く光ファイバ２０２，２０３，２０４，２０５は、光ファイバ２０１と同様のスペックを有することができるが、必ずしも同じでなくてもよい。非対称カプラ４００Ａの前段に設けられ当該非対称カプラ４００Ａに光を入力する光ファイバ２０１は、第一光ファイバ２１０の一例である。また、第一光ファイバ２１０のコア２１１は、第一コアの一例であり、第一光ファイバ２１０のクラッド２１２は、第一クラッドの一例である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section orthogonal to the optical axis of the optical fiber 201. As shown in FIG. 2, the optical fiber 201 has a core 211 and a clad 212 surrounding the outer periphery of the core 211. Specifications such as the diameter of the core 211 and the clad 212, that is, the size of the cross-sectional area, the diameter ratio (cross-sectional area ratio) of the core 211 and the clad 212, and the material can be set in various ways. Further, the optical fibers 202, 203, 204, 205 excluding the sensor optical fiber 300 can have the same specifications as the optical fiber 201, but they do not necessarily have to be the same. The optical fiber 201 provided in front of the asymmetric coupler 400A and inputting light into the asymmetric coupler 400A is an example of the first optical fiber 210. Further, the core 211 of the first optical fiber 210 is an example of the first core, and the clad 212 of the first optical fiber 210 is an example of the first clad.

図３は、センサ光ファイバ３００の光軸と直交する断面を示す断面図である。図３に示されるように、センサ光ファイバ３００は、コア３０１と、当該コア３０１の外周を取り囲むクラッド３０２と、を有している。センサ光ファイバ３００は、第二光ファイバおよび光ファイバの一例であり、コア３０１は、第二コアの一例であり、クラッド３０２は、第二クラッドの一例である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section orthogonal to the optical axis of the sensor optical fiber 300. As shown in FIG. 3, the sensor optical fiber 300 has a core 301 and a clad 302 that surrounds the outer periphery of the core 301. The sensor optical fiber 300 is an example of a second optical fiber and an optical fiber, the core 301 is an example of the second core, and the clad 302 is an example of the second clad.

ここで、上述したように、本実施形態のセンサ光ファイバ３００には、当該センサ光ファイバ３００に作用した力や圧力のような外力Ｆに応じて、光が損失することが、求められる。発明者らの鋭意検討により、自由状態すなわち外力Ｆの非作用状態における光ファイバの損失（伝送損失）がより大きいほど、作用する外力Ｆに応じた光ファイバの損失がより大きくなることが、判明している。そこで、本実施形態では、光ファイバ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５よりも損失の大きいセンサ光ファイバ３００が、適用されている。光ファイバ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５の損失は、検出部５００において光源１００からの光を検出可能な損失であればよく、一例としては、１ｄＢ／ｋｍ未満である。これに対し、センサ光ファイバ３００の損失は、０．３ｄＢ／ｍ以上である。なお、センサ光ファイバ３００には、例えば、ナノ構造として、微粒子や円筒状のチューブのようなフィラーや、空隙（チューブ、微粒子以外の空気の隙間）が含まれてもよく、このうち少なくとも２種が含まれてもよい。ナノ構造は、例えば、センサ光ファイバ３００の長手方向と垂直な断面における断面直径が１００ｎｍ以下であるとともに、当該長手方向において１ｍ未満の長さ領域で分布している。この場合、フィラーや空隙が含まれない場合に比べて、センサ光ファイバ３００の損失が増大しやすい。なお、フィラーや空隙は、センサ光ファイバ３００のコア３０１よりもクラッド３０２に多く含まれてもよいし、コア３０１とクラッド３０２との界面（境界）近傍に含まれてもよい。 Here, as described above, the sensor optical fiber 300 of the present embodiment is required to lose light in response to an external force F such as a force or pressure acting on the sensor optical fiber 300. Through diligent studies by the inventors, it has been found that the greater the loss (transmission loss) of the optical fiber in the free state, that is, the non-acting state of the external force F, the greater the loss of the optical fiber according to the acting external force F. doing. Therefore, in the present embodiment, the sensor optical fiber 300 having a larger loss than the optical fibers 201, 202, 203, 204, and 205 is applied. The loss of the optical fibers 201, 202, 203, 204, 205 may be any loss as long as the light from the light source 100 can be detected by the detection unit 500, and is, for example, less than 1 dB / km. On the other hand, the loss of the sensor optical fiber 300 is 0.3 dB / m or more. The sensor optical fiber 300 may include, for example, a filler such as fine particles or a cylindrical tube or a void (a gap between a tube and air other than the fine particles) as a nanostructure, and at least two of them may be included. May be included. The nanostructures have, for example, a cross-sectional diameter of 100 nm or less in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the sensor optical fiber 300, and are distributed in a length region of less than 1 m in the longitudinal direction. In this case, the loss of the sensor optical fiber 300 is likely to increase as compared with the case where the filler and the voids are not included. The filler and voids may be contained in the clad 302 more than the core 301 of the sensor optical fiber 300, or may be contained in the vicinity of the interface (boundary) between the core 301 and the clad 302.

非対称カプラ４００Ａは、例えば、分岐比が９：１の非対称カプラである。非対称カプラ４００Ａは、光ファイバ２０１から入力された光を、光ファイバ２０２と光ファイバ２０３に、９：１の強度の比率で出力する。このような非対称カプラにあっては、当該非対称カプラから出力される二つの光ファイバ２０２，２０３のうち、強度比が大きい光ファイバ２０２には、主としてコアに光が入力され、強度比が小さい光ファイバ２０３には主としてクラッドに光が入力されることが、判明している。そこで、外力検出装置１０Ａは、強度比が小さい光ファイバ２０３のクラッドに入力され当該クラッドを通過した光を、カプラ７０１、光ファイバ２０５、およびコネクタ７０２を介して、センサ光ファイバ３００に入力する。この場合、光ファイバ２０３においてクラッド伝搬モードで伝搬した光は、カプラ７０１、光ファイバ２０５、コネクタ７０２、およびセンサ光ファイバ３００においても、クラッド伝搬モードで伝搬する。すなわち、非対称カプラ４００Ａは、光ファイバ２０１を通過した光の一部をセンサ光ファイバ３００のクラッド３０２に入力し、これにより、センサ光ファイバ３００において、光をクラッド伝搬モードで伝搬させている。なお、カプラ７０１は、モード変換が生じない分岐比が１：１の対称カプラである。 The asymmetric coupler 400A is, for example, an asymmetric coupler having a branching ratio of 9: 1. The asymmetric coupler 400A outputs the light input from the optical fiber 201 to the optical fiber 202 and the optical fiber 203 at a strength ratio of 9: 1. In such an asymmetric coupler, of the two optical fibers 202 and 203 output from the asymmetric coupler, the optical fiber 202 having a large intensity ratio mainly receives light into the core and has a small intensity ratio. It has been found that light is mainly input to the clad of the fiber 203. Therefore, the external force detecting device 10A inputs the light input to the clad of the optical fiber 203 having a small intensity ratio and passed through the clad to the sensor optical fiber 300 via the coupler 701, the optical fiber 205, and the connector 702. In this case, the light propagated in the clad propagation mode in the optical fiber 203 also propagates in the clad propagation mode in the coupler 701, the optical fiber 205, the connector 702, and the sensor optical fiber 300. That is, the asymmetric coupler 400A inputs a part of the light that has passed through the optical fiber 201 to the clad 302 of the sensor optical fiber 300, whereby the light is propagated in the clad propagation mode in the sensor optical fiber 300. The coupler 701 is a symmetrical coupler having a branching ratio of 1: 1 in which mode conversion does not occur.

光ファイバ２０５からコネクタ７０２を経由してセンサ光ファイバ３００に入力された光は、センサ光ファイバ３００の光源１００とは反対側の端部３００ａで反射する。端部３００ａは、例えば、光軸と直交する端面である。なお、端部３００ａには、反射率が安定化するよう、例えば、反射膜のような反射部材を設けてもよい。端部３００ａは、反射部の一例である。 The light input from the optical fiber 205 to the sensor optical fiber 300 via the connector 702 is reflected by the end portion 300a of the sensor optical fiber 300 opposite to the light source 100. The end portion 300a is, for example, an end face orthogonal to the optical axis. The end portion 300a may be provided with a reflective member such as a reflective film so that the reflectance is stabilized. The end portion 300a is an example of a reflective portion.

端部３００ａでの反射によってコネクタ７０２からセンサ光ファイバ３００内を往復した光は、コネクタ７０２、光ファイバ２０５、カプラ７０１、および光ファイバ２０４を経由して、検出部５００に入力される。 The light reciprocating from the connector 702 to the sensor optical fiber 300 due to the reflection at the end portion 300a is input to the detection unit 500 via the connector 702, the optical fiber 205, the coupler 701, and the optical fiber 204.

検出部５００は、例えば、フォトダイオードを有し、光ファイバ２０４から入力された光の強度、すなわち、センサ光ファイバ３００を通過した光の強度を検出する。 The detection unit 500 has, for example, a photodiode, and detects the intensity of light input from the optical fiber 204, that is, the intensity of light that has passed through the sensor optical fiber 300.

算出部６００は、検出部５００で検出された検出値、すなわち光の強度から、センサ光ファイバ３００に作用した外力Ｆ（の値、大きさ）を算出する。算出部６００は、例えば、予め取得された、検出値と外力Ｆとの相関関係や、センサ光ファイバ３００の無負荷状態からの検出値の減分（差分）と外力Ｆとの相関関係などから、検出部５００での検出値に対応した値として、外力Ｆを算出することができる。 The calculation unit 600 calculates (value, magnitude) of the external force F acting on the sensor optical fiber 300 from the detected value detected by the detection unit 500, that is, the intensity of light. The calculation unit 600 is based on, for example, the correlation between the detected value and the external force F acquired in advance, the reduction (difference) of the detected value from the no-load state of the sensor optical fiber 300, and the correlation with the external force F. , The external force F can be calculated as a value corresponding to the value detected by the detection unit 500.

算出部６００は、コンピュータであり、算出部６００による演算処理は、ソフトウエア（アプリケーション）によって実行されてもよいし、ハードウエアによって実行されてもよい。算出部６００は、一例としては、electronic control unit（ＥＣＵ）である。算出部６００は、例えば、演算処理部と、主記憶部と、補助記憶部と（いずれも不図示）を有する。 The calculation unit 600 is a computer, and the arithmetic processing by the calculation unit 600 may be executed by software (application) or by hardware. The calculation unit 600 is, for example, an electronic control unit (ECU). The calculation unit 600 includes, for example, an arithmetic processing unit, a main storage unit, and an auxiliary storage unit (all of which are not shown).

ソフトウエアによる処理の場合、演算処理部は、例えばcentral processing unit（ＣＰＵ）のようなプロセッサ（回路）であり、主記憶部は、例えば、random access memory（ＲＡＭ）やread only memory（ＲＯＭ）であり、補助記憶部は、例えば、hard disk drive（ＨＤＤ）やsolid state drive（ＳＳＤ）である。演算処理部は、主記憶部や補助記憶部等に記憶されたプログラムを読み出して実行する。演算処理部は、プログラムにしたがって動作することにより、算出部６００として、機能する。この場合、プログラムには、算出部の各演算処理に対応するモジュールが含まれうる。また、主記憶部あるいは補助記憶部は、外力Ｆの算出に関連する相関関係を示すテーブルやマップ等を記憶してもよい。 In the case of processing by software, the arithmetic processing unit is a processor (circuit) such as a central processing unit (CPU), and the main storage unit is, for example, a random access memory (RAM) or read only memory (ROM). Yes, the auxiliary storage is, for example, a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (SSD). The arithmetic processing unit reads and executes a program stored in a main storage unit, an auxiliary storage unit, or the like. The arithmetic processing unit functions as the calculation unit 600 by operating according to the program. In this case, the program may include a module corresponding to each arithmetic processing of the calculation unit. Further, the main storage unit or the auxiliary storage unit may store a table, a map, or the like showing the correlation related to the calculation of the external force F.

プログラムは、それぞれインストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでコンピュータで読み取り可能な記録媒体（記憶媒体）に記録されて提供されうる。また、プログラムは、通信ネットワークに接続されたコンピュータの記憶部に記憶され、ネットワーク経由でダウンロードされることによって導入されうる。また、プログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれてもよい。 The program may be provided recorded on a computer-readable recording medium (storage medium) in an installable or executable format file, respectively. Further, the program can be introduced by being stored in a storage unit of a computer connected to a communication network and downloaded via the network. Further, the program may be preliminarily incorporated in a ROM or the like.

また、演算処理部の全部あるいは一部がハードウエアによって構成される場合、演算処理部には、例えば、field programmable gate array（ＦＰＧＡ）や、application specific integrated circuit（ＡＳＩＣ）等が含まれうる。 When all or part of the arithmetic processing unit is configured by hardware, the arithmetic processing unit may include, for example, a field programmable gate array (FPGA), an application specific integrated circuit (ASIC), and the like.

図４は、所定の実験設備における圧力参照値、および非対称カプラ４００Ａを有さない参考例の外力検出装置における受光強度の検出値の、経時変化の一例を示すグラフである。また、図５は、所定の実験設備における圧力参照値、および第１実施形態の外力検出装置１０Ａにおける受光強度の検出値の、経時変化の一例を示すグラフである。圧力参照値は、実験設備において別途設けられた圧力センサの検出値であって、図４，５における左側の縦軸に対応している。センサ光ファイバ３００には、外力Ｆとして、圧力参照値で示される圧力、例えば流体の圧力が作用している。また、検出部５００における受光強度の検出値は、図４，５における右側の縦軸に対応している。時刻は、図４，５における横軸である。図４中のδ０は、参考例の外力検出装置における受光感度の検出値の、最大値と最小値との差分であり、図５中のδ１は、第１実施形態の外力検出装置１０Ａにおける受光感度の検出値の、最大値と最小値との差分である。 FIG. 4 is a graph showing an example of changes with time of the pressure reference value in a predetermined experimental facility and the detected value of the light receiving intensity in the external force detecting device of the reference example having no asymmetric coupler 400A. Further, FIG. 5 is a graph showing an example of changes with time of the pressure reference value in the predetermined experimental equipment and the detected value of the light receiving intensity in the external force detecting device 10A of the first embodiment. The pressure reference value is a detection value of a pressure sensor separately provided in the experimental equipment, and corresponds to the vertical axis on the left side in FIGS. 4 and 5. As the external force F, the pressure indicated by the pressure reference value, for example, the pressure of the fluid acts on the sensor optical fiber 300. Further, the detected value of the light receiving intensity in the detection unit 500 corresponds to the vertical axis on the right side in FIGS. 4 and 5. The time is on the horizontal axis in FIGS. 4 and 5. Δ0 in FIG. 4 is the difference between the maximum value and the minimum value of the detection value of the light receiving sensitivity in the external force detecting device of the reference example, and δ1 in FIG. 5 is the light receiving in the external force detecting device 10A of the first embodiment. It is the difference between the maximum value and the minimum value of the detected value of sensitivity.

図４，５を比較すれば明らかとなるように、図４の場合と図５の場合とで、圧力参照値の経時変化は異なるものの、圧力参照値の最大値と最小値との差分、すなわち圧力の経時変化は略同一である。これに対し、第１実施形態の外力検出装置１０Ａにおける受光感度の検出値の差分δ１（図５）は、参考例の外力検出装置における受光感度の検出値の差分δ０（図４）よりも大きく、この例では、当該差分δ０の、略４倍である。この実験結果は、第１実施形態の非対称カプラ４００Ａを有した外力検出装置１０Ａの圧力の検出感度は、非対称カプラ４００Ａを有さない参考例の外力検出装置の圧力の検出感度の略４倍であることを意味している。 As is clear from a comparison of FIGS. 4 and 5, the difference between the maximum value and the minimum value of the pressure reference value, that is, the difference between the maximum value and the minimum value of the pressure reference value, although the change with time of the pressure reference value is different between the case of FIG. 4 and the case of FIG. The change in pressure over time is approximately the same. On the other hand, the difference δ1 (FIG. 5) of the detected value of the light receiving sensitivity in the external force detecting device 10A of the first embodiment is larger than the difference δ0 (FIG. 4) of the detected value of the light receiving sensitivity in the external force detecting device of the reference example. In this example, the difference δ0 is approximately four times. The experimental result shows that the pressure detection sensitivity of the external force detection device 10A having the asymmetric coupler 400A of the first embodiment is approximately four times the pressure detection sensitivity of the external force detection device of the reference example having no asymmetric coupler 400A. It means that there is.

なお、外力検出装置１０Ａにおいて、光源１００、検出部５００、および算出部６００を除く光ファイバを含むサブアセンブリは、光ファイバセンサの一例である。光ファイバセンサは、少なくとも、第一光ファイバ２１０、モード変換部、およびセンサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）を有しており、さらに他の光ファイバや、カプラ、コネクタ等を有することができる。 In the external force detection device 10A, the subassembly including the optical fiber excluding the light source 100, the detection unit 500, and the calculation unit 600 is an example of the optical fiber sensor. The optical fiber sensor has at least a first optical fiber 210, a mode conversion unit, and a sensor optical fiber 300 (second optical fiber), and may further have another optical fiber, a coupler, a connector, and the like. ..

以上、説明したように、第１実施形態の外力検出装置１０Ａは、光源１００と、光ファイバ２０１（第一光ファイバ２１０）と、センサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）と、非対称カプラ４００Ａ（モード変換部）と、検出部５００と、算出部６００と、を備える。光ファイバ２０１は、コア２１１（第一コア）とクラッド２１２（第一クラッド）とを有し、当該光ファイバ２０１には、光源１００からの光の少なくとも一部が入力される。センサ光ファイバ３００は、コア３０１（第二コア）とクラッド３０２（第二クラッド）とを有し、当該センサ光ファイバ３００には、光ファイバ２０１を通過した光の少なくとも一部が入力される。また、センサ光ファイバ３００は、外力Ｆが作用する部位である。非対称カプラ４００Ａは、光ファイバ２０１を通過した光の少なくとも一部をセンサ光ファイバ３００のクラッド３０２に入力させ、センサ光ファイバ３００において光をクラッド伝搬モードで伝搬させる。検出部５００は、センサ光ファイバ３００を通過した光の強度を検出し、算出部６００は、検出部５００による検出値に基づいて外力Ｆを算出する。 As described above, the external force detection device 10A of the first embodiment includes the light source 100, the optical fiber 201 (first optical fiber 210), the sensor optical fiber 300 (second optical fiber), and the asymmetric coupler 400A ( A mode conversion unit), a detection unit 500, and a calculation unit 600 are provided. The optical fiber 201 has a core 211 (first core) and a clad 212 (first clad), and at least a part of the light from the light source 100 is input to the optical fiber 201. The sensor optical fiber 300 has a core 301 (second core) and a clad 302 (second clad), and at least a part of the light that has passed through the optical fiber 201 is input to the sensor optical fiber 300. Further, the sensor optical fiber 300 is a portion on which an external force F acts. The asymmetric coupler 400A inputs at least a part of the light that has passed through the optical fiber 201 to the clad 302 of the sensor optical fiber 300, and propagates the light in the sensor optical fiber 300 in the clad propagation mode. The detection unit 500 detects the intensity of the light that has passed through the sensor optical fiber 300, and the calculation unit 600 calculates the external force F based on the value detected by the detection unit 500.

上述したように、発明者らの鋭意研究により、外力Ｆが作用するセンサ光ファイバ３００において光がクラッド伝搬モードで伝搬する場合には、光がコア伝搬モードで伝搬する場合に比べて、外力Ｆに応じた光の損失が増大し、これにより、外力Ｆの変化に応じた検出部５００における受光強度の変動幅が大きくなり、外力Ｆの検出感度をより高めることができることが判明した。この点、本実施形態の構成によれば、モード変換部（非対称カプラ４００Ａ）により、センサ光ファイバ３００において、光がクラッド伝搬モードで伝搬するため、外力Ｆの検出感度をより高めることができる。 As described above, according to the diligent research of the inventors, when the light propagates in the clad propagation mode in the sensor optical fiber 300 on which the external force F acts, the external force F is compared with the case where the light propagates in the core propagation mode. It was found that the loss of light increased in response to the above, and as a result, the fluctuation range of the light receiving intensity in the detection unit 500 according to the change in the external force F became large, and the detection sensitivity of the external force F could be further increased. In this regard, according to the configuration of the present embodiment, the mode conversion unit (asymmetric coupler 400A) propagates the light in the clad propagation mode in the sensor optical fiber 300, so that the detection sensitivity of the external force F can be further increased.

また、第１実施形態の外力検出装置１０Ａは、モード変換部として、非対称カプラ４００Ａを備える。 Further, the external force detection device 10A of the first embodiment includes an asymmetric coupler 400A as a mode conversion unit.

このような構成によれば、例えば、検出感度がより高い外力検出装置１０Ａを、第一光ファイバ２１０（光源１００）とセンサ光ファイバ３００との間に非対称カプラ４００Ａが挿入されたという比較的簡素な構成によって、実現することができる。 According to such a configuration, for example, an external force detection device 10A having a higher detection sensitivity is relatively simple in that an asymmetric coupler 400A is inserted between the first optical fiber 210 (light source 100) and the sensor optical fiber 300. It can be realized by various configurations.

また、第１実施形態の外力検出装置１０Ａは、センサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）に対して光ファイバ２０１（第一光ファイバ２１０）とは反対側に設けられた端部３００ａ（反射部）を備え、検出部５００は、端部３００ａを介してセンサ光ファイバ３００を往復した光を検出する。 Further, the external force detection device 10A of the first embodiment has an end portion 300a (reflection portion) provided on the side opposite to the optical fiber 201 (first optical fiber 210) with respect to the sensor optical fiber 300 (second optical fiber). ), The detection unit 500 detects the light reciprocating in the sensor optical fiber 300 via the end portion 300a.

このような構成によれば、例えば、検出部５００は、センサ光ファイバ３００内を端部３００ａを介して往復した光の強度を検出することができるため、外力Ｆに応じた光の損失がより増大し、外力Ｆの検出感度をより一層高めることができる。 According to such a configuration, for example, the detection unit 500 can detect the intensity of the light reciprocating in the sensor optical fiber 300 via the end portion 300a, so that the light loss according to the external force F is further increased. It can be increased and the detection sensitivity of the external force F can be further increased.

また、第１実施形態の外力検出装置１０Ａでは、センサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）の損失は、０．３ｄＢ／ｍ以上である。 Further, in the external force detecting device 10A of the first embodiment, the loss of the sensor optical fiber 300 (second optical fiber) is 0.3 dB / m or more.

このような構成によれば、例えば、センサ光ファイバ３００において、外力Ｆに応じた光の損失がより増大するため、外力Ｆの検出感度をより一層高めることができる。 According to such a configuration, for example, in the sensor optical fiber 300, the loss of light corresponding to the external force F is further increased, so that the detection sensitivity of the external force F can be further increased.

また、第１実施形態の外力検出装置１０Ａでは、センサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）の（第二コア）と（第二クラッド）との界面付近に、複数のナノ構造が存在し、当該ナノ構造は、センサ光ファイバ３００の長手方向と垂直な断面における断面直径が１００ｎｍ以下であり、当該長手方向において１ｍ未満の長さの領域において分布している。 Further, in the external force detection device 10A of the first embodiment, a plurality of nanostructures are present near the interface between the (second core) and the (second clad) of the sensor optical fiber 300 (second optical fiber). The nanostructure has a cross-sectional diameter of 100 nm or less in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the sensor optical fiber 300, and is distributed in a region having a length of less than 1 m in the longitudinal direction.

このような構成によれば、例えば、センサ光ファイバ３００において、外力Ｆに応じた光の損失がより一層増大するため、外力Ｆの検出感度をより一層高めることができる。 According to such a configuration, for example, in the sensor optical fiber 300, the loss of light corresponding to the external force F is further increased, so that the detection sensitivity of the external force F can be further increased.

また、第１実施形態の外力検出装置１０Ａでは、光源１００はパルス光を出力する。 Further, in the external force detecting device 10A of the first embodiment, the light source 100 outputs pulsed light.

このような構成によれば、例えば、光時間領域反射測定法（ＯＴＤＲ）の技術を導入することにより、検出部５００における受光強度の時間波形に基づいて、センサ光ファイバ３００において外力Ｆが作用した位置を特定することができる。 According to such a configuration, for example, by introducing the technology of optical time domain reflection measurement (OTDR), an external force F acts on the sensor optical fiber 300 based on the time waveform of the light receiving intensity in the detection unit 500. The position can be specified.

また、第１実施形態の外力検出装置１０Ａでは、非対称カプラ４００Ａ（モード変換部）は、クラッド３０２（第二クラッド）にコア３０１（第二コア）よりも多くの光を分布させる。 Further, in the external force detecting device 10A of the first embodiment, the asymmetric coupler 400A (mode conversion unit) distributes more light to the clad 302 (second clad) than to the core 301 (second core).

このような構成によれば、例えば、クラッド３０２よりもコア３０１により多くの光が分布する場合に比べて、外力Ｆに応じた光の損失が増大するため、外力Ｆの検出感度をより一層高めることができる。 According to such a configuration, for example, as compared with the case where more light is distributed to the core 301 than to the clad 302, the light loss according to the external force F increases, so that the detection sensitivity of the external force F is further increased. be able to.

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態の外力検出装置１０Ｂの構成図である。図６と図１とを比較すれば明らかとなるように、本実施形態の外力検出装置１０Ｂは、光ファイバ２０１，２０２およびモード変換部としての非対称カプラ４００Ａを有さず、光源１００からの光は、光ファイバ２０３を介してカプラ７０１に入力される。また、カプラ７０１とコネクタ７０２との間に、光ファイバ２０５、第一接続部４００Ｂ、および光ファイバ２０６が、介在している。光ファイバ２０５，２０６の損失は、検出部５００において光源１００からの光を検出可能な損失であればよく、一例としては、１ｄＢ／ｋｍ未満である。 [Second Embodiment]
FIG. 6 is a configuration diagram of the external force detecting device 10B of the second embodiment. As will be clear by comparing FIG. 6 and FIG. 1, the external force detection device 10B of the present embodiment does not have the optical fibers 201 and 202 and the asymmetric coupler 400A as the mode conversion unit, and the light from the light source 100 Is input to the coupler 701 via the optical fiber 203. Further, an optical fiber 205, a first connection portion 400B, and an optical fiber 206 are interposed between the coupler 701 and the connector 702. The loss of the optical fibers 205 and 206 may be any loss as long as the light from the light source 100 can be detected by the detection unit 500, and is less than 1 dB / km as an example.

図７は、第一接続部４００Ｂの断面図である。図７に示されるように、本実施形態では、第一接続部４００Ｂは、光ファイバ２０５と光ファイバ２０６とを、互いに光軸Ａｘ１，Ａｘ２（中心軸）がずれるよう、例えば融着接続によって接続している。光軸Ａｘ１，Ａｘ２が互いにずれているため、第一接続部４００Ｂにおいて、光ファイバ２０５のコア２１１は、光ファイバ２０６のコア２３１のみならず、光ファイバ２０６のクラッド２３２にも接続されている。言い換えると、光ファイバ２０５のコア２１１の一部は、光ファイバ２０６のクラッド２３２と接続されている。よって、光ファイバ２０６では、光ファイバ２０５のコア２１１から漏れた光は、クラッド２３２を伝搬する。言い換えると、光ファイバ２０６中で、光の一部は、クラッド伝搬モードで伝搬する。これにより、センサ光ファイバ３００でも、入力された光の一部は、クラッド伝搬モードで伝搬する。すなわち、第一接続部４００Ｂは、モード変換部の一例である。また、光ファイバ２０５は、光源１００からの光が入力される第一光ファイバ２１０の一例であり、光ファイバ２０６は、第一光ファイバ２１０としての光ファイバ２０５とセンサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）との間に位置され、第一接続部４００Ｂからの光が入力される第三光ファイバ２３０の一例である。 FIG. 7 is a cross-sectional view of the first connection portion 400B. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the first connection portion 400B connects the optical fiber 205 and the optical fiber 206 by, for example, fusion splicing so that the optical axes Ax1 and Ax2 (central axes) are displaced from each other. doing. Since the optical axes Ax1 and Ax2 are deviated from each other, in the first connection portion 400B, the core 211 of the optical fiber 205 is connected not only to the core 231 of the optical fiber 206 but also to the clad 232 of the optical fiber 206. In other words, a part of the core 211 of the optical fiber 205 is connected to the clad 232 of the optical fiber 206. Therefore, in the optical fiber 206, the light leaking from the core 211 of the optical fiber 205 propagates through the clad 232. In other words, in the optical fiber 206, a part of the light propagates in the clad propagation mode. As a result, even in the sensor optical fiber 300, a part of the input light propagates in the clad propagation mode. That is, the first connection unit 400B is an example of the mode conversion unit. Further, the optical fiber 205 is an example of the first optical fiber 210 in which the light from the light source 100 is input, and the optical fiber 206 is the optical fiber 205 as the first optical fiber 210 and the sensor optical fiber 300 (second optical fiber). This is an example of a third optical fiber 230, which is located between the fiber) and receives light from the first connection portion 400B.

また、光ファイバ２０５は、例えば、マルチモード光ファイバであり、光源１００は、波長が４００ｎｍ以上でありかつ５００ｎｍ以下である光を出力する。 Further, the optical fiber 205 is, for example, a multimode optical fiber, and the light source 100 outputs light having a wavelength of 400 nm or more and 500 nm or less.

以上、説明したように、第２実施形態の外力検出装置１０Ｂは、モード変換部として、第一接続部４００Ｂを備えている。第一接続部４００Ｂは、光ファイバ２０５（第一光ファイバ２１０）と光ファイバ２０６（第三光ファイバ２３０）とを、光軸Ａｘ１，Ａｘ２がずれるように接続する。 As described above, the external force detection device 10B of the second embodiment includes the first connection unit 400B as the mode conversion unit. The first connection portion 400B connects the optical fiber 205 (first optical fiber 210) and the optical fiber 206 (third optical fiber 230) so that the optical axes Ax1 and Ax2 are displaced.

このような構成によれば、例えば、モード変換部を、比較的簡素な第一接続部４００Ｂによって実現することができ、ひいては、検出感度がより高い外力検出装置１０Ｂを、比較的簡素な構成によって実現することができる。 According to such a configuration, for example, the mode conversion unit can be realized by the relatively simple first connection unit 400B, and by extension, the external force detection device 10B having higher detection sensitivity can be realized by the relatively simple configuration. It can be realized.

なお、外力検出装置１０Ｂは、光ファイバ２０６（第三光ファイバ２３０）を有さず、モード変換部としての第一接続部４００Ｂは、光ファイバ２０５（第一光ファイバ２１０）とセンサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）とを、互いの光軸がずれた状態で接続してもよい。このような構成によれば、例えば、部品点数をより少なくことができたり、装置構成をより小型化できたり、といった効果が得られる。 The external force detection device 10B does not have an optical fiber 206 (third optical fiber 230), and the first connection portion 400B as a mode conversion unit includes an optical fiber 205 (first optical fiber 210) and a sensor optical fiber 300. (Second optical fiber) may be connected in a state where their optical axes are deviated from each other. According to such a configuration, for example, the number of parts can be reduced, the device configuration can be made smaller, and the like can be obtained.

また、第２実施形態の外力検出装置１０Ｂでは、光ファイバ２０５（第一光ファイバ２１０）は、例えば、マルチモード光ファイバである。 Further, in the external force detection device 10B of the second embodiment, the optical fiber 205 (first optical fiber 210) is, for example, a multimode optical fiber.

このような構成によれば、例えば、光ファイバ２０５において、より多くの伝搬モードで光が伝搬することができるため、光ファイバ２０５が一つの伝搬モードでしか光が伝搬できないシングルモード光ファイバである場合に比べて、第一接続部４００Ｂにおいて、より多くの光の伝搬モードがクラッド伝搬モードに変換されやすくなる。よって、外力Ｆの検出感度をより一層高めることができる。 According to such a configuration, for example, in the optical fiber 205, light can propagate in more propagation modes, so that the optical fiber 205 is a single-mode optical fiber in which light can propagate in only one propagation mode. Compared to the case, in the first connection portion 400B, more light propagation modes are more likely to be converted into the clad propagation mode. Therefore, the detection sensitivity of the external force F can be further increased.

また、第２実施形態の外力検出装置１０Ｂでは、光源１００は、波長が４００ｎｍ以上でありかつ５００ｎｍ以下である光を出力する。 Further, in the external force detecting device 10B of the second embodiment, the light source 100 outputs light having a wavelength of 400 nm or more and 500 nm or less.

このような構成によれば、例えば、光ファイバ２０５において、マルチモードでの光の伝搬が生じやすくなるため、光ファイバ２０５においてシングルモードで光が伝搬する場合に比べて、第一接続部４００Ｂにおいて、より多くの光の伝搬モードがクラッド伝搬モードに変換されやすくなる。よって、外力Ｆの検出感度をより一層高めることができる。 According to such a configuration, for example, in the optical fiber 205, light propagation in the multi-mode is likely to occur, so that the light propagates in the first connection portion 400B as compared with the case where the light propagates in the single mode in the optical fiber 205. , More light propagation modes are more likely to be converted to clad propagation modes. Therefore, the detection sensitivity of the external force F can be further increased.

［第２実施形態の第１変形例］
図８は、第２実施形態の第１変形例の外力検出装置１０Ｃに含まれるモード変換部としてのダブルクラッド光ファイバ４００Ｃの断面図である。外力検出装置１０Ｃは、第２実施形態の外力検出装置１０Ｂの第一接続部４００Ｂに替えてダブルクラッド光ファイバ４００Ｃを備えたものである。 [First modification of the second embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view of a double-clad optical fiber 400C as a mode conversion unit included in the external force detection device 10C of the first modification of the second embodiment. The external force detection device 10C includes a double-clad optical fiber 400C instead of the first connection portion 400B of the external force detection device 10B of the second embodiment.

図８に示されるように、ダブルクラッド光ファイバ４００Ｃは、第一光ファイバ２１０としての光ファイバ２０５と、第三光ファイバ２３０としての光ファイバ２０６との間に位置され、これら光ファイバ２０５，２０６に例えば融着接続によって接続されている。ダブルクラッド光ファイバ４００Ｃは、コア４１１と、コア４１１を取り囲む第一クラッド４２１（内側クラッド）と、第一クラッド４２１を取り囲む第二クラッド４２２（外側クラッド）と、を有している。 As shown in FIG. 8, the double-clad optical fiber 400C is located between the optical fiber 205 as the first optical fiber 210 and the optical fiber 206 as the third optical fiber 230, and these optical fibers 205 and 206. Is connected to, for example, by a fusion splicer. The double clad optical fiber 400C has a core 411, a first clad 421 (inner clad) surrounding the core 411, and a second clad 422 (outer clad) surrounding the first clad 421.

そして、本変形例では、光ファイバ２０５のコア２１１の一部は、ダブルクラッド光ファイバ４００Ｃの第一クラッド４２１と接続されるとともに、当該第一クラッド４２１の一部および第二クラッド４２２は、光ファイバ２０６のクラッド２３２と接続されている。よって、コア２１１を伝搬した光の一部は、第一クラッド４２１または第二クラッド４２２を伝搬し、第一クラッド４２１および第二クラッド４２２を伝搬した光の少なくとも一部は、クラッド２３２を伝搬する。すなわち、ダブルクラッド光ファイバ４００Ｃ中で、光の一部はクラッド伝搬モードで伝搬し、これにより、本変形例でも、光ファイバ２０６中で、光の一部はクラッド伝搬モードで伝搬し、ひいては、センサ光ファイバ３００でも、入力された光の一部は、クラッド伝搬モードで伝搬する。 Then, in this modification, a part of the core 211 of the optical fiber 205 is connected to the first clad 421 of the double clad optical fiber 400C, and a part of the first clad 421 and the second clad 422 are optical. It is connected to the clad 232 of the fiber 206. Therefore, a part of the light propagating through the core 211 propagates through the first clad 421 or the second clad 422, and at least a part of the light propagating through the first clad 421 and the second clad 422 propagates through the clad 232. .. That is, in the double-clad optical fiber 400C, a part of the light propagates in the clad propagation mode, and thus also in this modification, in the optical fiber 206, a part of the light propagates in the clad propagation mode, and thus, Even in the sensor optical fiber 300, a part of the input light propagates in the clad propagation mode.

以上、説明したように、第２実施形態の第１変形例の外力検出装置１０Ｃは、モード変換部として、ダブルクラッド光ファイバ４００Ｃを備えている。 As described above, the external force detection device 10C of the first modification of the second embodiment includes a double-clad optical fiber 400C as a mode conversion unit.

このような構成によれば、例えば、検出感度がより高い外力検出装置１０Ｃを、第一光ファイバ２１０（光源１００）とセンサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）との間にダブルクラッド光ファイバ４００Ｃが挿入されたという比較的簡素な構成によって、実現することができる。 According to such a configuration, for example, an external force detecting device 10C having a higher detection sensitivity is placed between the first optical fiber 210 (light source 100) and the sensor optical fiber 300 (second optical fiber) with a double-clad optical fiber 400C. This can be achieved by a relatively simple configuration in which is inserted.

なお、外力検出装置１０Ｃは、光ファイバ２０６（第三光ファイバ２３０）を有さず、モード変換部としてのダブルクラッド光ファイバ４００Ｃは、光ファイバ２０５（第一光ファイバ２１０）とセンサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）との間に、介在してもよい。この場合、第一クラッド４２１の少なくとも一部および第二クラッド４２２が、センサ光ファイバ３００のクラッド３０２と接続される。このような構成によれば、例えば、部品点数をより少なくことができたり、装置構成をより小型化できたり、といった効果が得られる。 The external force detection device 10C does not have an optical fiber 206 (third optical fiber 230), and the double-clad optical fiber 400C as a mode conversion unit includes an optical fiber 205 (first optical fiber 210) and a sensor optical fiber 300. It may be interposed between (second optical fiber). In this case, at least a part of the first clad 421 and the second clad 422 are connected to the clad 302 of the sensor optical fiber 300. According to such a configuration, for example, the number of parts can be reduced, the device configuration can be made smaller, and the like can be obtained.

［第２実施形態の第２変形例］
図９は、第２実施形態の第２変形例の外力検出装置１０Ｄに含まれるモード変換部としての第二接続部４００Ｄの断面図である。外力検出装置１０Ｄは、第２実施形態の外力検出装置１０Ｂの第一接続部４００Ｂに替えて第二接続部４００Ｄを備えたものである。 [Second variant of the second embodiment]
FIG. 9 is a cross-sectional view of a second connection unit 400D as a mode conversion unit included in the external force detection device 10D of the second modification of the second embodiment. The external force detecting device 10D includes a second connecting portion 400D in place of the first connecting portion 400B of the external force detecting device 10B of the second embodiment.

図９に示されるように、本実施形態では、第二接続部４００Ｄは、光ファイバ２０５と光ファイバ２０６とを、例えば融着接続によって接続している。ただし、本変形例では、光ファイバ２０６のコア２３１の直径Ｄｃ３が、光ファイバ２０５のコア２１１の直径Ｄｃ１よりも小さい。このため、第二接続部４００Ｄにおいて、光ファイバ２０５のコア２１１は、光ファイバ２０６のコア２３１のみならず、光ファイバ２０６のクラッド２３２にも接続されている。言い換えると、光ファイバ２０５のコア２１１の一部は、光ファイバ２０６のクラッド２３２と接続されている。よって、光ファイバ２０６では、光ファイバ２０５のコア２１１から漏れた光は、クラッド２３２を伝搬する。言い換えると、光ファイバ２０６中で、光の一部は、クラッド伝搬モードで伝搬する。これにより、センサ光ファイバ３００でも、入力された光の一部は、クラッド伝搬モードで伝搬する。 As shown in FIG. 9, in the present embodiment, the second connection portion 400D connects the optical fiber 205 and the optical fiber 206 by, for example, fusion splicing. However, in this modification, the diameter Dc3 of the core 231 of the optical fiber 206 is smaller than the diameter Dc1 of the core 211 of the optical fiber 205. Therefore, in the second connection portion 400D, the core 211 of the optical fiber 205 is connected not only to the core 231 of the optical fiber 206 but also to the clad 232 of the optical fiber 206. In other words, a part of the core 211 of the optical fiber 205 is connected to the clad 232 of the optical fiber 206. Therefore, in the optical fiber 206, the light leaking from the core 211 of the optical fiber 205 propagates through the clad 232. In other words, in the optical fiber 206, a part of the light propagates in the clad propagation mode. As a result, even in the sensor optical fiber 300, a part of the input light propagates in the clad propagation mode.

以上、説明したように、第２実施形態の第２変形例の外力検出装置１０Ｄは、モード変換部として、第二接続部４００Ｄを備えている。第二接続部４００Ｄは、光ファイバ２０５（第一光ファイバ２１０）と、コア２１１（第一コア）の直径Ｄｃ１よりも小さい直径Ｄｃ３のコア２３１を有した光ファイバ２０６（第三光ファイバ２３０）とを接続している。 As described above, the external force detection device 10D of the second modification of the second embodiment includes the second connection unit 400D as the mode conversion unit. The second connection portion 400D is an optical fiber 206 (third optical fiber 230) having an optical fiber 205 (first optical fiber 210) and a core 231 having a diameter Dc3 smaller than the diameter Dc1 of the core 211 (first core). Is connected to.

このような構成によれば、例えば、モード変換部を、比較的簡素な第二接続部４００Ｄによって実現することができ、ひいては、検出感度がより高い外力検出装置１０Ｄを、比較的簡素な構成によって実現することができる。 According to such a configuration, for example, the mode conversion unit can be realized by the relatively simple second connection unit 400D, and by extension, the external force detection device 10D having higher detection sensitivity can be realized by the relatively simple configuration. It can be realized.

なお、外力検出装置１０Ｄは、光ファイバ２０６（第三光ファイバ２３０）を有さず、モード変換部としての第二接続部４００Ｄは、光ファイバ２０５（第一光ファイバ２１０）とセンサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）とを接続してもよい。この場合、センサ光ファイバ３００のコア３０１の直径が、第一光ファイバ２１０のコア２１１の直径Ｄｃ１よりも小さい。このような構成によれば、例えば、部品点数をより少なくことができたり、装置構成をより小型化できたり、といった効果が得られる。 The external force detection device 10D does not have an optical fiber 206 (third optical fiber 230), and the second connection portion 400D as a mode conversion unit includes an optical fiber 205 (first optical fiber 210) and a sensor optical fiber 300. (Second optical fiber) may be connected. In this case, the diameter of the core 301 of the sensor optical fiber 300 is smaller than the diameter Dc1 of the core 211 of the first optical fiber 210. According to such a configuration, for example, the number of parts can be reduced, the device configuration can be made smaller, and the like can be obtained.

［第２実施形態の第３変形例］
図１０は、第２実施形態の第３変形例の外力検出装置１０Ｅに含まれるモード変換部としてのパターン変更部４００Ｅの断面図である。外力検出装置１０Ｅは、第２実施形態の外力検出装置１０Ｂの第一接続部４００Ｂに替えてパターン変更部４００Ｅを備えたものである。 [Third variant of the second embodiment]
FIG. 10 is a cross-sectional view of a pattern changing unit 400E as a mode conversion unit included in the external force detecting device 10E of the third modification of the second embodiment. The external force detecting device 10E includes a pattern changing unit 400E in place of the first connecting unit 400B of the external force detecting device 10B of the second embodiment.

図１０に示されるように、パターン変更部４００Ｅは、第一光ファイバ２１０としての光ファイバ２０５と、第三光ファイバ２３０としての光ファイバ２０６との間に位置されている。パターン変更部４００Ｅは、光ファイバ２０５と隙間をあけて面したコリメートレンズ４０２と、光ファイバ２０６と隙間をあけて面したコリメートレンズ４０３と、コリメートレンズ４０２，４０３間に介在した回折光学素子４０１と、を有している。回折光学素子４０１は、コリメートレンズ４０２からの光の分布（パターン）を、例えば、光軸Ａｘ（中心）から一定距離離れた位置で周方向に沿って複数のスポットが一定間隔で位置するように、変更する。回折光学素子４０１のスペックの適宜な設定により、コリメートレンズ４０３からの光が、光ファイバ２０６のクラッド２３２に入力され、当該光ファイバ２０６中で、光の一部は、クラッド伝搬モードで伝搬する。これにより、センサ光ファイバ３００でも、入力された光の一部は、クラッド伝搬モードで伝搬する。光ファイバ２０６に入力される光の分布（パターン）は、当該回折光学素子４０１のスペックによって、種々に設定することができる。パターン変更部４００Ｅは、モード変換部の一例である。 As shown in FIG. 10, the pattern changing unit 400E is located between the optical fiber 205 as the first optical fiber 210 and the optical fiber 206 as the third optical fiber 230. The pattern changing unit 400E includes a collimating lens 402 facing the optical fiber 205 with a gap, a collimating lens 403 facing the optical fiber 206 with a gap, and a diffractive optical element 401 interposed between the collimating lenses 402 and 403. ,have. The diffractive optical element 401 arranges the distribution (pattern) of light from the collimating lens 402 so that, for example, a plurality of spots are located at regular intervals along the circumferential direction at a position separated from the optical axis Ax (center) by a fixed distance. ,change. Light from the collimating lens 403 is input to the clad 232 of the optical fiber 206 by appropriately setting the specifications of the diffractive optical element 401, and a part of the light propagates in the clad propagation mode in the optical fiber 206. As a result, even in the sensor optical fiber 300, a part of the input light propagates in the clad propagation mode. The distribution (pattern) of light input to the optical fiber 206 can be variously set according to the specifications of the diffractive optical element 401. The pattern changing unit 400E is an example of a mode conversion unit.

以上、説明したように、第２実施形態の第３変形例の外力検出装置１０Ｅでは、モード変換部としてのパターン変更部４００Ｅは、回折光学素子４０１を有している。 As described above, in the external force detecting device 10E of the third modification of the second embodiment, the pattern changing unit 400E as the mode conversion unit has the diffractive optical element 401.

このような構成によれば、例えば、モード変換部を、回折光学素子４０１を有した比較的簡素な構成によって実現することができ、ひいては、検出感度がより高い外力検出装置１０Ｅを、比較的簡素な構成によって実現することができる。 According to such a configuration, for example, the mode conversion unit can be realized by a relatively simple configuration including the diffraction optical element 401, and by extension, the external force detection device 10E having a higher detection sensitivity can be relatively simplified. It can be realized by various configurations.

なお、外力検出装置１０Ｅは、光ファイバ２０６（第三光ファイバ２３０）を有さず、モード変換部としてのパターン変更部４００Ｅは、光ファイバ２０５（第一光ファイバ２１０）とセンサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）との間に、介在してもよい。この場合、パターン変更部４００Ｅからの光が、センサ光ファイバ３００のクラッド３０２に入力される。このような構成によれば、例えば、部品点数をより少なくことができたり、装置構成をより小型化できたり、といった効果が得られる。 The external force detection device 10E does not have the optical fiber 206 (third optical fiber 230), and the pattern changing unit 400E as the mode conversion unit includes the optical fiber 205 (first optical fiber 210) and the sensor optical fiber 300 (the first optical fiber 210). It may be interposed between the second optical fiber). In this case, the light from the pattern changing unit 400E is input to the clad 302 of the sensor optical fiber 300. According to such a configuration, for example, the number of parts can be reduced, the device configuration can be made smaller, and the like can be obtained.

［第３実施形態］
図１１は、第３実施形態の外力検出装置１０Ｆの構成図である。図１１と図６とを比較すれば明らかとなるように、本実施形態の外力検出装置１０Ｆは、第一接続部４００Ｂおよび光ファイバ２０６に替えてコネクタ７０２Ｆを備え、当該コネクタ７０２Ｆが光ファイバ２０５とセンサ光ファイバ３００とを接続している点が、第２実施形態の外力検出装置１０Ｂと相違している。 [Third Embodiment]
FIG. 11 is a configuration diagram of the external force detecting device 10F of the third embodiment. As is clear from a comparison between FIGS. 11 and 6, the external force detection device 10F of the present embodiment includes a connector 702F instead of the first connection portion 400B and the optical fiber 206, and the connector 702F is the optical fiber 205. Is different from the external force detecting device 10B of the second embodiment in that the sensor optical fiber 300 is connected to the sensor optical fiber 300.

図１２は、コネクタ７０２Ｆの断面図である。図１２に示されるように、コネクタ７０２Ｆは、光ファイバ２０５およびセンサ光ファイバ３００のそれぞれに取り付けられたフェルール７０２ａと、二つのフェルール７０２ａを支持するスリーブ７０２ｂと、当該スリーブ７０２ｂを収容する不図示のハウジングと、を有している。コネクタ７０２Ｆは、光ファイバ２０５およびセンサ光ファイバ３００を、それらの端面間に隙間Ｇが存在するように保持している。隙間Ｇが存在するため、光ファイバ２０５のコア２１１を伝搬した光は、隙間Ｇにおいて径方向外方に広がり、センサ光ファイバ３００のコア３０１のみならずクラッド３０２にも入力される。よって、センサ光ファイバ３００に入力された光の一部は、クラッド伝搬モードで伝搬する。すなわち、本実施形態では、隙間Ｇ（が設けられるよう光ファイバ２０５とセンサ光ファイバ３００とを接続するコネクタ７０２Ｆ）が、モード変換部として機能している。 FIG. 12 is a cross-sectional view of the connector 702F. As shown in FIG. 12, the connector 702F includes a ferrule 702a attached to each of the optical fiber 205 and the sensor optical fiber 300, a sleeve 702b that supports the two ferrules 702a, and a sleeve 702b (not shown) that accommodates the sleeve 702b. Has a housing and. The connector 702F holds the optical fiber 205 and the sensor optical fiber 300 so that a gap G exists between their end faces. Since the gap G exists, the light propagating through the core 211 of the optical fiber 205 spreads radially outward in the gap G and is input not only to the core 301 of the sensor optical fiber 300 but also to the clad 302. Therefore, a part of the light input to the sensor optical fiber 300 propagates in the clad propagation mode. That is, in the present embodiment, the gap G (connector 702F connecting the optical fiber 205 and the sensor optical fiber 300 so that the gap G is provided) functions as a mode conversion unit.

以上、説明したように、第３実施形態の外力検出装置１０Ｆは、モード変換部として、光ファイバ２０５（第一光ファイバ２１０）とセンサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）との間の隙間Ｇが設けられている。 As described above, the external force detection device 10F of the third embodiment has a gap G between the optical fiber 205 (first optical fiber 210) and the sensor optical fiber 300 (second optical fiber) as a mode conversion unit. Is provided.

このような構成によれば、例えば、モード変換部を、隙間Ｇが設けられた比較的簡素な構成によって実現することができ、ひいては、検出感度がより高い外力検出装置１０Ｆを、比較的簡素な構成によって実現することができる。 According to such a configuration, for example, the mode conversion unit can be realized by a relatively simple configuration provided with a gap G, and by extension, the external force detection device 10F having a higher detection sensitivity can be relatively simple. It can be realized by the configuration.

なお、外力検出装置１０Ｆは、光ファイバ２０５（第一光ファイバ２１０）とセンサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）との間に光ファイバ２０６（第三光ファイバ２３０）を備え、コネクタ７０２Ｆは光ファイバ２０５と光ファイバ２０６とを隙間Ｇをあけて接続してもよい。このような構成によっても、隙間Ｇを設けたことによる第３実施形態と同様の効果が得られる。 The external force detection device 10F includes an optical fiber 206 (third optical fiber 230) between the optical fiber 205 (first optical fiber 210) and the sensor optical fiber 300 (second optical fiber), and the connector 702F is optical. The fiber 205 and the optical fiber 206 may be connected with a gap G. Even with such a configuration, the same effect as that of the third embodiment can be obtained by providing the gap G.

［第４実施形態］
図１３は、第４実施形態の外力検出装置１０Ｇの構成図である。図１３と図６とを比較すれば明らかとなるように、本実施形態の外力検出装置１０Ｇは、センサ光ファイバ３００と検出部５００との間の光ファイバ２０４にモードフィルタ８００が設けられている点が、第２実施形態の外力検出装置１０Ｂと相違している。 [Fourth Embodiment]
FIG. 13 is a configuration diagram of the external force detecting device 10G of the fourth embodiment. As is clear from comparing FIGS. 13 and 6, in the external force detection device 10G of the present embodiment, the mode filter 800 is provided on the optical fiber 204 between the sensor optical fiber 300 and the detection unit 500. The point is different from the external force detection device 10B of the second embodiment.

モードフィルタ８００は、例えば、直径がより小さいコアを有した光ファイバであり、クラッド伝搬モードで伝搬された光を伝搬し難くする。外力Ｆを受けた場合、センサ光ファイバ３００中においては、クラッド伝搬モードで伝搬される光の比率がさらに増大する。モードフィルタ８００は、このようにしてクラッド伝搬モードで伝搬する光を伝搬し難くすることにより、作用した外力Ｆに応じてさらに損失を増大することができる。 The mode filter 800 is, for example, an optical fiber having a core having a smaller diameter, which makes it difficult to propagate the light propagated in the clad propagation mode. When an external force F is received, the ratio of light propagated in the clad propagation mode in the sensor optical fiber 300 is further increased. By making it difficult for the mode filter 800 to propagate the light propagating in the clad propagation mode in this way, the loss can be further increased according to the applied external force F.

以上、説明したように、第４実施形態の外力検出装置１０Ｇは、センサ光ファイバ３００（第二光ファイバ）と検出部５００との間に、モードフィルタ８００を備えている。 As described above, the external force detection device 10G of the fourth embodiment includes a mode filter 800 between the sensor optical fiber 300 (second optical fiber) and the detection unit 500.

このような構成によれば、例えば、外力Ｆに応じた光の損失をさらに増大することができ、外力Ｆの検出感度をより一層高めることができる。 According to such a configuration, for example, the loss of light according to the external force F can be further increased, and the detection sensitivity of the external force F can be further increased.

なお、モードフィルタ８００は、センサ光ファイバ３００の端部３００ａ（反射部）側に設けられてもよい。 The mode filter 800 may be provided on the end portion 300a (reflection portion) side of the sensor optical fiber 300.

［第５実施形態］
図１４は、第５実施形態の外力検出装置１０Ｈの構成図である。図１４と図６とを比較すれば明らかとなるように、本実施形態の外力検出装置１０Ｈは、センサ光ファイバ３００の光源１００とは反対側に検出部５００が設けられている点が、第２実施形態の外力検出装置１０Ｂと相違している。すなわち、本実施形態では、検出部５００は、端部３００ａ（反射部）において反射した光を検出せず、センサ光ファイバ３００を通過した光を検出している。これに伴い、本実施形態の外力検出装置１０Ｈは、カプラ７０１および光ファイバ２０３，２０４が無く、光源１００からの光が光ファイバ２０５に入力されている点も、第２実施形態の外力検出装置１０Ｂと相違している。このような構成によっても、モード変換部としての第一接続部４００Ｂにより、センサ光ファイバ３００において、光がクラッド伝搬モードで伝搬するため、外力Ｆの検出感度をより高めることができる。なお、モード変換部として、非対称カプラ４００Ａや、ダブルクラッド光ファイバ４００Ｃ、第二接続部４００Ｄ、パターン変更部４００Ｅ、コネクタ７０２Ｆを備えるとともに、センサ光ファイバ３００に対して光源１００とは反対側に設けられた検出部５００を備えた外力検出装置によっても、同様の効果を得ることができる。なお、第４実施形態のモードフィルタ８００を、センサ光ファイバ３００と検出部５００との間に設けてもよい。 [Fifth Embodiment]
FIG. 14 is a configuration diagram of the external force detecting device 10H according to the fifth embodiment. As is clear from a comparison between FIGS. 14 and 6, the external force detection device 10H of the present embodiment is provided with a detection unit 500 on the side opposite to the light source 100 of the sensor optical fiber 300. 2 It is different from the external force detection device 10B of the embodiment. That is, in the present embodiment, the detection unit 500 does not detect the light reflected at the end 300a (reflection unit), but detects the light that has passed through the sensor optical fiber 300. Along with this, the external force detecting device 10H of the present embodiment does not have the coupler 701 and the optical fibers 203 and 204, and the light from the light source 100 is input to the optical fiber 205. It is different from 10B. Even with such a configuration, the light is propagated in the clad propagation mode in the sensor optical fiber 300 by the first connection unit 400B as the mode conversion unit, so that the detection sensitivity of the external force F can be further increased. The mode conversion unit includes an asymmetric coupler 400A, a double-clad optical fiber 400C, a second connection unit 400D, a pattern change unit 400E, and a connector 702F, and is provided on the side opposite to the light source 100 with respect to the sensor optical fiber 300. The same effect can be obtained by an external force detection device provided with the detection unit 500. The mode filter 800 of the fourth embodiment may be provided between the sensor optical fiber 300 and the detection unit 500.

以上、本発明の実施形態および変形例が例示されたが、上記実施形態および変形例は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。 Although the embodiments and modifications of the present invention have been illustrated above, the above-described embodiments and modifications are merely examples, and the scope of the invention is not intended to be limited. The above-described embodiment and modification can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, combinations, and changes can be made without departing from the gist of the invention. In addition, specifications such as each configuration and shape (structure, type, direction, model, size, length, width, thickness, height, number, arrangement, position, material, etc.) are changed as appropriate. Can be carried out.

上記実施形態や変形例のモード変換部は、光ファイバ（第二光ファイバまたは第三光ファイバ）のクラッドに光を入力するクラッド入力部とも称されうる。外力検出装置のクラッド入力部は、光源からの光の少なくとも一部を、第一光ファイバを介さずに、外力が作用する光ファイバ（センサ光ファイバ）のクラッドに入力してもよい。 The mode conversion unit of the above-described embodiment or modification can also be referred to as a clad input unit that inputs light to the clad of the optical fiber (second optical fiber or third optical fiber). The clad input portion of the external force detection device may input at least a part of the light from the light source to the clad of the optical fiber (sensor optical fiber) on which the external force acts, without passing through the first optical fiber.

また、外力が作用する第二光ファイバ（光ファイバ）は、必ずしも損失の大きい光ファイバでなくてもよい。外力検出装置では、外力が作用する第二光ファイバ（光ファイバ）において、光がクラッド伝搬モードで伝搬されれば、作用する外力に応じて損失が増大する。 Further, the second optical fiber (optical fiber) on which an external force acts does not necessarily have to be an optical fiber having a large loss. In the external force detecting device, in the second optical fiber (optical fiber) on which the external force acts, if the light is propagated in the clad propagation mode, the loss increases according to the acting external force.

１０Ａ〜１０Ｈ…外力検出装置
１００…光源
２０１〜２０６…光ファイバ
２１０…第一光ファイバ
２１１…コア
２１２…クラッド
２３０…第三光ファイバ
２３１…コア
２３２…クラッド
３００…センサ光ファイバ
３００ａ…端部
３０１…コア
３０２…クラッド
４００Ａ…非対称カプラ（モード変換部）
４００Ｂ…第一接続部（モード変換部）
４００Ｃ…ダブルクラッド光ファイバ（モード変換部）
４００Ｄ…第二接続部（モード変換部）
４００Ｅ…パターン変更部
４０１…回折光学素子（モード変換部）
４０２…コリメートレンズ
４０３…コリメートレンズ
４１１…コア
４２１…第一クラッド
４２２…第二クラッド
５００…検出部
６００…算出部
７０１…カプラ
７０２…コネクタ
７０２Ｆ…コネクタ
７０２ａ…フェルール
７０２ｂ…スリーブ
８００…モードフィルタ
Ａｘ，Ａｘ１，Ａｘ２…光軸
Ｄｃ１…直径
Ｄｃ３…直径
Ｆ…外力
Ｇ…隙間（モード変換部）
δ０，δ１…差分 10A-10H ... External force detector 100 ... Light source 201-206 ... Optical fiber 210 ... First optical fiber 211 ... Core 212 ... Clad 230 ... Third optical fiber 231 ... Core 232 ... Clad 300 ... Sensor optical fiber 300a ... End 301 ... Core 302 ... Clad 400A ... Asymmetric coupler (mode converter)
400B ... First connection part (mode conversion part)
400C ... Double clad optical fiber (mode converter)
400D ... Second connection (mode conversion)
400E ... Pattern change unit 401 ... Diffractive optical element (mode conversion unit)
402 ... Collimating lens 403 ... Collimating lens 411 ... Core 421 ... First clad 422 ... Second clad 500 ... Detection unit 600 ... Calculation unit 701 ... Coupler 702 ... Connector 702F ... Connector 702a ... Ferrule 702b ... Sleeve 800 ... Mode filter Ax, Ax1, Ax2 ... Optical axis Dc1 ... Diameter Dc3 ... Diameter F ... External force G ... Gap (mode conversion unit)
δ0, δ1 ... Difference

Claims

Light source and
A first optical fiber having a first core and a first clad and receiving at least a part of light from the light source,
A second optical fiber having a second core and a second clad, where at least a part of the light passing through the first optical fiber is input and an external force acts on the second optical fiber.
A mode conversion unit that inputs at least a part of the light that has passed through the first optical fiber to the second cladding, and
A detection unit that detects the intensity of light that has passed through the second optical fiber, and
A calculation unit that calculates the external force based on the value detected by the detection unit, and
An external force detector equipped with.

The external force detection device according to claim 1, wherein the mode conversion unit is an asymmetric coupler.

As the mode conversion unit, the optical axis of the first optical fiber and the third optical fiber or the second optical fiber located between the first optical fiber and the second optical fiber are deviated from each other. The external force detecting device according to claim 1 or 2, further comprising a connected first connecting portion.

As the mode conversion unit, a gap is provided between the first optical fiber and the third optical fiber or the second optical fiber located between the first optical fiber and the second optical fiber. The external force detecting device according to any one of claims 1 to 3.

The external force detection device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a double-clad optical fiber as the mode conversion unit.

As the mode conversion unit, a third optical fiber having the first optical fiber and a core having a diameter smaller than that of the first core and located between the first optical fiber and the second optical fiber, or the third optical fiber or the above. The external force detecting device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a second connecting portion connecting the second optical fiber.

The external force detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein the mode conversion unit has a diffractive optical element.

A reflecting portion provided on the side opposite to the first optical fiber with respect to the second optical fiber is provided.
The external force detecting device according to any one of claims 1 to 7, wherein the detecting unit detects light reciprocating in the second optical fiber via the reflecting unit.

The external force detection device according to any one of claims 1 to 8, further comprising a mode filter between the second optical fiber and the detection unit.

The external force detecting device according to any one of claims 1 to 9, wherein the first optical fiber is a multimode optical fiber.

The external force detecting device according to any one of claims 1 to 10, wherein the loss of the second optical fiber is 0.3 dB / m or more.

A plurality of nanostructures exist near the interface between the second core and the second clad of the second optical fiber.
Any of claims 1 to 11, wherein the nanostructure has a cross-sectional diameter of 100 nm or less in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the second optical fiber and is distributed in a region having a length of less than 1 m in the longitudinal direction. The external force detection device described in one.

The external force detecting device according to any one of claims 1 to 12, wherein the light source outputs pulsed light.

The external force detecting device according to any one of claims 1 to 13, wherein the light source outputs light having a wavelength of 400 nm or more and 500 nm or less.

The external force detection device according to any one of claims 1 to 14, wherein the mode conversion unit distributes more light to the second clad than the second core.

An optical fiber that has a core and a clad and is subject to external force,
A clad input unit that inputs light to the clad,
A detection unit that detects the intensity of light that has passed through the optical fiber,
A calculation unit that calculates the external force based on the detection value of the detection unit,
An external force detector equipped with.

The external force detecting device according to claim 16, wherein the clad input unit inputs the light to the clad so that more light is distributed to the clad than the core.

A first optical fiber having a first core and a first clad,
A second optical fiber that has a second core and a second clad and is a part on which an external force acts.
A mode conversion unit that inputs at least a part of the light that has passed through the first optical fiber to the second cladding, and
An optical fiber sensor equipped with.