JP3114749B2 - ファイバ束を用いた光学系 - Google Patents

ファイバ束を用いた光学系

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JP3114749B2 JP03264194A JP26419491A JP3114749B2 JP 3114749 B2 JP3114749 B2 JP 3114749B2 JP 03264194 A JP03264194 A JP 03264194A JP 26419491 A JP26419491 A JP 26419491A JP 3114749 B2 JP3114749 B2 JP 3114749B2
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ束を用いた光
学系、特に、物体の移動量(直線的移動,回転角度等)
を光学的に検知する光センサに用いて有利な光学系に関
する。
【0002】
【従来の技術】移動可能な物体の移動量等を検出するセ
ンサとして、電気的または磁気的手段によるものは、電
気抵抗または磁気抵抗等の変化を利用するため、電磁誘
導等のノイズに影響されので設置する環境に制約があ
り、検出精度が該ノイズによって損なわれる。そのた
め、集束性ロッドレンズを使用した光センサが利用され
るようになった。
【0003】図6はロッドレンズを使用した従来の光セ
ンサの主要構成例の斜視図である。図6において、1は
センサ回転体2の一側に固着させた光ファイバ、3は集
束性ロッドレンズ、4は同心円に配設した複数本の光フ
ァイバであり、光ファイバ1はロッドレンズ3に近接
し、光ファイバ4は光学的密着層を介しロッドレンズ3
の端面に密接する。
【0004】光ファイバ1の透過光5は、ロッドレンズ
3を透過し光ファイバ4の何れか例えば4-1に入射し、
光ファイバ4-1を透過し光ファイバ4-1の他端に対向す
る受光素子(図示せず)に検出される。
【0005】次いで、回転体2が或る角度だけ回転する
と光ファイバ1も回転体2と共に回転するため、光ファ
イバ1の透過光5は、光ファイバ4-1以外の光ファイバ
4例えば4-2を透過し光ファイバ4-2の他端に結合する
受光素子(図示せず)に検出される。
【0006】従って、光ファイバ4-1と4-2の配設角
度, 光ファイバ4-1を介して検出した透過光5の強度,
光ファイバ4-2を介して検出した透過光5の強度から、
回転体2の回転角度を知ることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、集束性
ロッドレンズ3を介して光の入・出力を検知する従来の
光センサは、集束性ロッドレンズ3を使用することによ
って大型化する、検出用光ファイバ4は回転体2の回転
中心軸と同軸の円形に配設されるのみであり、センサ信
号の検出精度が粗い、回転体2の回転角度を検出するも
X−Y2軸方向の移動量が検出できないという問題点が
あった。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の基本構成
の説明図であり、光学系は複数本の光ファイバ12を束ね
た光ファイバ束11と、光ファイバ束11の右端面に適宜量
だけ離れて対向する球形レンズ13と、球形レンズ13に一
端が密接しかつ球形レンズ13を介して光ファイバ束11に
対向する光ファイバ14を具え、光ファイバ14を透過し球
形レンズ13より放射された放射光15は光ファイバ束11の
右端面に照射する。或る広がりを有する放射光15は、複
数の光ファイバ12の他端のそれぞれに結合した受光素子
によって検出され、放射光15の光軸即ち球形レンズ13の
位置を知ることができる。
【0009】図1において、光ファイバ束11の右端面が
図中に破線で示す如く球面であり、球形レンズ13と光フ
ァイバ14とが一体となって図の上下方向および図紙の厚
さ方向に移動するとき、光ファイバ束11に対する放射光
15の入射角は、光ファイバ束11の右端面を球面としたこ
とで変化し、そのことによって球形レンズ13の移動量は
光学的に拡大され、光ファイバ束11の他端に配設した受
光素子によって検出可能になる。
【0010】図1において、光ファイバ束11の右端面が
実線で示す如く平面であり、球形レンズ13が図中矢印に
示す如く或る球面に沿って光ファイバ14と共に回動する
とき、光ファイバ束11に対する放射光15の入射角は、球
形レンズ13が光ファイバ束11の中心から離れることで変
化し、そのことによって球形レンズ13の移動量は光学的
に拡大され、光ファイバ束11の他端に配設した受光素子
によって検出可能になる。
【0011】さらに、光ファイバ束11の右端面に誘電体
多層膜のフィルタを被着すれば、光ファイバ束11より取
り出される光信号の応答特性を鋭敏にすることが可能と
なり、球形レンズ13の移動量検出精度が向上する。
【0012】
【作用】上記手段によれば、球形レンズ13をファイバ束
11の半径方向へ直線的または円弧状に移動せしめると、
球形レンズ13から放射光15は、ファイバ束11に対する入
射角が変化し、入射角の変化によってファイバ束11の他
端 (図示しない左端) から出射する光量が変化する。従
って、ファイバ束11の他端には各光ファイバ12に対応す
る複数の受光素子を配設し、該受光素子の出力から球形
レンズ13の移動量を検知できるようになる。
【0013】
【実施例】図2は本発明の第1の実施例による光学系の
主要構成図、図3は本発明の第2の実施例による光学系
の主要構成図、図4は球レンズからの放射光が光ファイ
バ束を透過する透過光の透過率 (η) と波長(λ)との
関係を示す図、図5は球レンズからの放射光が光ファイ
バ束に入射するときの光結合効率(ε)と光ファイバ束
の中心軸に対する球レンズのずれ(δ)との関係を示す
図である。
【0014】図2において、(イ) は主要部の側端面図、
(ロ) は光ファイバ束の正面図であり、複数本の光ファイ
バ12を集合密着せしめた光ファイバ束11′の右端面は、
適当な球状凹面に形成し誘電体多層膜の帯域通過フィル
タ16を、例えば電子ビーム蒸着によって被着せしめ、例
えばステンレスにてなる筒体17に固着させた光ファイバ
束11′の右端面と、直径が数mmの球レンズ13とは、適宜
量例えば数10μm〜数100 μm 程度離して対向せしめ
る。
【0015】光ファイバ束11′の右端面より突出する筒
体17の右端面は、光ファイバ束11′の中心線と直交する
平坦面に精密加工されている。例えばセラミックにてな
り球レンズ13を嵌着させた座体18は、例えばステンレス
にてなる固着部材19の左端面の中心部に固着し、固着部
材19および座体18を貫通する光ファイバ14は、その左端
面が球レンズ13に当接し、座体18内には光整合剤20が充
填される。
【0016】固着部材19の左端面は、平坦に精密加工さ
れて筒体17の右端面に接触し、筒体17の右端面に沿って
図の上下方向, 図紙の厚さ方向に摺動可能とする。従っ
て、球レンズ13の中心が光ファイバ束11′の中心軸の延
長線と一致する状態から、固着部材19を例えば図の上方
に摺動させると、光ファイバ14を透過し球レンズ13より
の放射光15は光ファイバ束11′の図の上方部の光ファイ
バに入射する。
【0017】そこで、光ファイバ束11′を構成する光フ
ァイバ12の各他端に受光素子を配設したとき、該受光素
子によって検出される光ファイバ束11′からの出力光信
号は、球レンズ13(固着部材19)の移動量が大きくなる
のに従って、光ファイバ束11′の右端面における放射光
入射角が大きく傾き結合効率が低下し、光ファイバ束1
1′の左端部 (各光ファイバ12の左端部) に連結した受
光素子によってその低下量を検出し、固着部材19の移動
量を知ることができる。
【0018】放射光15と光ファイバ束11′との光結合効
率(ε)を縦軸とし、光ファイバ束11′に入射する放射
光15の入射角(δ)を横軸とした図5において、光結合
特性は放射光15が光ファイバ束11′の中心からずれるに
従って入射角が大きくなり、結合効率が減少するように
なり、図2の実施例はそのことを利用したものである。
ただし、図5において入射角0度は、球レンズ13の中心
が光ファイバ束11′の中心線に一致した状態を意味し、
球レンズ13の中心が光ファイバ束11′の中心線からずれ
る(入射角が大きくなる)に従って、光結合効率(ε)
は低下する。
【0019】なお、球レンズ13からの放射光15は広がり
を有するため、放射光15は複数本の光ファイバ12に入射
し、それぞれの光ファイバ12に結合させた受光素子がそ
れを検知する。しかし、該複数本の光ファイバ12に入射
した放射光15の入射角の違いが出射光効率の差となり、
それを一括, 平均化処理すれば精度の高い検出 (球レン
ズ13の移動量の検出) が可能になる。
【0020】さらに、光ファイバ束11′の右端面に誘電
体多層膜、例えばSi O2 薄膜とTi O2 薄膜とを多層
にした誘電体多層膜にてなる帯域通過フィルタ(または
高帯域通過フィルタまたは低帯域通過フィルタ)16を被
着すると、縦軸を光透過率(η)とし、横軸を光波長
(λ)とし、放射光15の波長特性を実線で示す図4にお
いて、波長特性の急峻領域aを検出対象とすることによ
り、球レンズ13の移動量の検出精度は一層高精度とな
る。
【0021】図3において、複数本の光ファイバ12を集
合密着せしめた光ファイバ束11″の右端面は、光ファイ
バ束11″の中心軸に直交する平面であり、誘電体多層膜
の帯域通過フィルタ16を例えば電子ビーム蒸着によって
被着せしめ、例えばステンレスにてなる外筒17′に固着
させ、光ファイバ束11′の右端面と球レンズ13とは、例
えば数10μm 〜数100 μm 程度離す。
【0022】光ファイバ束11″の右端面より突出する外
筒17′の環状右端面は、光ファイバ束11′の中心軸の延
長線上に中心を有する凹球面に精密加工されている。例
えばセラミックにてなり球レンズ13を挿着させた内筒18
は、例えばステンレスにてなる固着部材19′の左端面の
中心部に固着し、固着部材19′および内筒18を貫通する
光ファイバ14は、その左端面が球レンズ13に当接し、内
筒18内には光整合剤20が充填され、固着部材19′の左端
面は、球面に加工された外筒17′の右端面と面接触する
凸球面に精密加工されている。
【0023】固着部材19′の左端面は、外筒17′の右端
面に接触し外筒17′の右端面に沿って図の上下方向, 図
紙の厚さ方向に回動する。かかる実施例装置において、
球レンズ13の中心が光ファイバ束11″の中心線に一致す
るとき、球レンズ13からの放射光は、光ファイバ束11″
の中心の光ファイバ12-0に対し入射角0度で入射する。
【0024】そこで、固着部材19′が外筒17′の凹球右
端面に沿ってΔθだけ回動したとすれば、その回動方向
に球レンズ13が移動し、球レンズ13の放射光15の軸は光
ファイバ束11″の右端面に対してΔθだけ傾くことにな
る。そのため、光ファイバ12に入射する放射光15はΔθ
だけ入射角ずれを起こし、光結合効率はΔθに対応して
低下する。
【0025】従って、光ファイバ12のそれぞれの左端が
連結された受光素子により、固着部材19′の回動に伴う
光結合効率の変化を検出し、固着部材19′の回動角度を
検出可能になる。
【0026】なお、複数本の光ファイバ12からの出力光
信号を、一括,平均化処理するおよび、光ファイバ束1
1″の右端面に誘電体多層膜のフィルタを被着すること
によって、検出精度が向上することは前記第1の実施例
と同じである。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ァイバ束の一端に球形レンズが対向し、ファイバ束の半
径方向へ直線的または円弧状(回転)に移動する該球形
レンズの移動量は、ファイバ束の他端に配設した受光素
子によって検出可能となる。従って、本発明による光学
系を光センサに適用したとき、従来のロッドレンズが不
要となるため小型となり、ファイバ束が複数本の光ファ
イバを束ねたものであるため従来よりも多数本の光ファ
イバが放射光の検出に寄与して検出精度が向上し、直線
的移動量,回転移動量の双方が検出可能となる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本構成の説明図である。
【図2】 本発明の第1の実施例による光学系の主要構
成図である。
【図3】 本発明の第2の実施例による光学系の主要構
成図である。
【図4】 球レンズからの放射光が光ファイバ束を透過
する透過光の透過率と波長との関係を示す図である。
【図5】 球レンズからの放射光が光ファイバ束に入射
するときの光結合効率と光ファイバ束の中心軸に対する
球レンズのずれとの関係を示す図である。
【図6】 ロッドレンズを使用した従来の光センサの光
学系の構成例の斜視図である。
【符号の説明】
11,11 ′,11 ″はファイバ束 12はファイバ束を構成する光ファイバ(第1の光ファイ
バ) 13は球形レンズ 14は球形レンズに接合する光ファイバ(第2の光ファイ
バ) 15は球形レンズからの放射光 16は誘電体多層膜フィルタ 17,17 ′はファイバ束の一端を嵌着した筒体 19,19 ″は球形レンズを保持する固着部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/32 G01D 5/353 G02B 6/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数本の第1の光ファイバ(12)を束ねた
    ファイバ束(11)と、該ファイバ束(11)の一方の端面に対
    向する球形レンズ(13)と、一端が該球形レンズ(13)に対
    向し該球形レンズ(13)を介して該ファイバ束端面に対向
    する1本の第2の光ファイバ(14)とを具え、該第2の光
    ファイバ(14)を透過し該球形レンズ(13)より出射する放
    射光(15)が該ファイバ束端面より該ファイバ束(11)に入
    射し、該ファイバ束(11)をまたは該球形レンズ(13)と該
    第2の光ファイバ(14)とを該ファイバ束(11)の半径方向
    に移動せしめることによって、該ファイバ束端面に対し
    該放射光(15)を移動させることを特徴とするファイバ束
    を用いた光学系。
  2. 【請求項2】 前記ファイバ束端面を球状凹面とし、前
    記ファイバ束(11)がまたは前記球形レンズ(13)と第2の
    光ファイバ(14)とが、該ファイバ束(11)の半径方向に直
    線的に移動することを特徴とする請求項1記載のファイ
    バ束を用いた光学系。
  3. 【請求項3】 前記ファイバ束端面を前記ファイバ束(1
    1)の中心軸に直角な平面とし、前記ファイバ束(11)がま
    たは前記球形レンズ(13)と第2の光ファイバ(14)とが、
    該ファイバ束(11)の中心軸の延長線上に位置する点を回
    動中心とし、該ファイバ束(11)の半径方向に回動するこ
    とを特徴とする請求項1記載のファイバ束を用いた光学
    系。
  4. 【請求項4】 前記ファイバ束端面に誘電体多層膜のフ
    ィルタ(16)を被着させることを特徴とする請求項1また
    は請求項2または請求項3記載のファイバ束を用いた光
    学系。
  5. 【請求項5】 複数本の第1の光ファイバ(12)を束ねた
    ファイバ束 (11′)と、該ファイバ束 (11′) の一方の
    端面に対向する球形レンズ(13)と、一端が該球形レンズ
    (13)に対向し該球形レンズ(13)を介して該ファイバ束端
    面に対向する第2の光ファイバ(14)と、該ファイバ束端
    面部が嵌着された筒体(17)と、該ファイバ束端面に対す
    る対向面が表呈する如く該球形レンズ(13)と該第2の光
    ファイバ(14)とを固着したレンズ固着部材(19)とを具
    え、該球形レンズ(13)に対し適当な間隔で対向する該フ
    ァイバ束端面が球状凹面であり、該筒体(17)の外端面が
    該ファイバ束 (11′) の中心軸に直角な平坦面であり、
    該固着部材(19)が該筒体(17)の外端面に沿って移動可能
    としたことを特徴とするファイバ束を用いた光学系。
  6. 【請求項6】 複数本の第1の光ファイバ(12)を束ねた
    ファイバ束 (11″)と、該ファイバ束 (11″) の一方の
    端面に対向する球形レンズ(13)と、一端が該球形レンズ
    (13)に対向し該球形レンズ(13)を介して該ファイバ束端
    面に対向する第2の光ファイバ(14)と、該ファイバ束端
    面部が嵌着された筒体 (17′) と、該ファイバ束端面に
    対する対向面が表呈する如く該球形レンズ(13)と該第2
    の光ファイバ(14)とを固着したレンズ固着部材 (19′)
    とを具え、該球形レンズ(13)に対し適当な間隔で対向す
    る該ファイバ束端面が該ファイバ束 (11″) の中心軸に
    直角な平面であり、該筒体 (17′) の外端面と該固着部
    材 (19′) のファイバ束側端面とが該ファイバ束 (1
    1″) の中心軸の延長線上に中心が位置する球面であ
    り、該固着部材 (19′) のファイバ束側端面が該筒体
    (17′) の外端面に沿って移動可能としたことを特徴と
    するファイバ束を用いた光学系。
  7. 【請求項7】 前記ファイバ束端面に誘電体多層膜のフ
    ィルタ(16)を被着させたことを特徴とする請求項5また
    は請求項6記載のファイバ束を用いた光学系。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101881855B (zh) * 2005-10-13 2013-11-06 豪雅冠得股份有限公司 光导以及光照射装置

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