JP6128735B2 - 光学式センサ - Google Patents

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Description

本発明は、光学式センサに関する。
例えば特許文献１には、光学ファイバが開示されている。図７Ａに示すように、光学ファイバ１０１は、コア１０１ａと、コア１０１ａを覆うクラッド１０１ｂと、クラッド１０１ｂに配設される光吸収部１０１ｃとを有している。
光学ファイバ１０１を進行する光について説明する。
図７Ａに示すように、光学ファイバ１０１が直線状態である場合、光学ファイバ１０１の軸方向に沿って進行する光１０３ａは全て導光される。軸方向に対して第１の角度で傾いて進行する光１０３ｂは、光吸収部１０１ｃに吸収される。軸方向に対して第２の角度で傾いて進行する光１０３ｃは、光吸収部１０１ｃに吸収されずクラッド１０１ｂによって全反射し導光される。
図７Ｂに示すように、光学ファイバ１０１が光吸収部１０１ｃを中心に湾曲すると、光１０３，１０３ｂ，１０３ｃは光吸収部１０１ｃに向かって進行する。これにより光１０３，１０３ｂ，１０３ｃは、光吸収部１０１ｃに吸収され、進行しない。
このように導光される光の量が制御される。
このような光学ファイバ１０１は、光学ファイバ１０１の変位量を検出する光学式センサの代表例である図７Ｃに示す曲率測定装置１１０に用いられている。図７Ｃに示す曲率測定装置１１０は、図７Ａに示し、レール１１１に沿って配設されている光学ファイバ１０１と、光学ファイバ１０１の一端部と接続しているレーザ光源１１３と、光学ファイバ１０１の他端部と接続している光電変換装置１１５とを有している。光学ファイバ１０１は、レール１１１の湾曲に応じて湾曲する。この湾曲に伴い、レーザ光源１１３から光学ファイバ１０１を介して光電変換装置１１５に進行する光の量は、減る。そして光電変換装置１１５は、湾曲に応じて減る光の量を測定する。これによりレール１１１の曲率と、列車が通過する際のレール１１１の沈み具合とが測定される。
特開昭５７−１４１６０４号公報
図７Ａに示すように特性変化部である光吸収部１０１ｃは、位置決めされている。よって、図７Ｃに示す光学式センサにおいて、例えば光吸収部１０１ｃが湾曲しているレール１１１の外周面側に位置するように、光学ファイバ１０１は配設される。このように、光吸収部１０１ｃを含む光学ファイバ１０１は、レール１１１の湾曲方向に応じて、配設される。
しかし、この光学ファイバ１０１が例えば細長く可撓性を有する小型な精密機器に配設される場合、精密機器は自在に捩れてさらに湾曲するため、光学ファイバ１０１は捩れる。これにより、特性変化部の配置位置がずれてしまい、精密機器の状態を検出することは困難となる。
本発明の目的は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、特性変化部を確実に位置決めでき、部材の状態を正確且つ容易に検出できる光学式センサを提供することを目的とする。
本発明は目的を達成するために、光を出射する光源と、前記光源から出射された前記光を導光する特性用導光部材と、前記特性用導光部材に配設され、前記特性用導光部材の湾曲量に応じて前記光の光学特性を変化させる特性変化部と、前記特性変化部によって前記光学特性が変化し、且つ前記特性用導光部材によって導光された前記光を検出する検出部と、前記特性用導光部材に沿って配設され、少なくとも前記特性用導光部材の捩れを抑制し、前記特性用導光部材の湾曲状態を規制する規制部材と、前記特性用導光部材と前記規制部材とを前記特性用導光部材の軸方向においてそれぞれ局所的に保持することによって、少なくとも前記特性用導光部材の周方向において前記特性変化部を位置決めする位置決め機構と、を具備する小型な精密機器の内部に配設するための光学式センサであって、前記位置決め機構は、前記特性用導光部材と前記規制部材との間隔を所望に保持するために前記特性用導光部材と前記規制部材とを支持する支持部材と、前記特性変化部の位置決めのために前記特性用導光部材と前記規制部材とが固定される固定部材と、を有し、前記支持部材は、前記特性用導光部材が前記支持部材の軸方向に沿って自在に挿通可能に構成されていることを特徴とする小型な精密機器の内部に配設するための光学式センサを提供する。
本発明によれば、特性変化部を確実に位置決めでき、部材の状態を正確且つ容易に検出できる光学式センサを提供することができる。
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る光学式システムの概略図である。 図１Ｂは、特性変化部を含む特性用導光部材の断面図である。 図１Ｃは、特性変化部を含む特性用導光部材の断面図である。 図１Ｄは、図１Ａに示す１Ｄ−１Ｄ線における断面図である。 図１Ｅは、図１Ａに示す１Ｅ−１Ｅ線における断面図である。 図１Ｆは、図１Ａに示す１Ｆ−１Ｆ線における断面図である。 図１Ｇは、図１Ａに示す１Ｇ−１Ｇ線における断面図である。 図１Ｈは、図１Ａに示す１Ｈ−１Ｈ線における断面図である。 図２は、第１の実施形態の第１の変形例を示す図である。 図３は、第１の実施形態の第２の変形例を示す図である。 図４Ａは、第１の実施形態の第３の変形例を示す図である。 図４Ｃは、第１の実施形態の第３の変形例を示す図である。 図４Ｂは、第１の実施形態の第３の変形例を示す図である。 図４Ｄは、第１の実施形態の第３の変形例を示す図である。 図５Ａは、第２の実施形態に係る光学式システムの概略図である。 図５Ｂは、図５Ａに示す５Ｂ−５Ｂ線における断面図である。 図５Ｃは、図５Ａに示す５Ｃ−５Ｃ線における断面図である。 図５Ｄは、図５Ａに示す５Ｄ−５Ｄ線における断面図である。 図６Ａは、第３の実施形態に係る光学式システムの概略図である。 図６Ｂは、図６Ａに示す６Ｂ−６Ｂ線における断面図である。 図６Ｃは、図６Ａに示す６Ｃ−６Ｃ線における断面図である。 図６Ｄは、図６Ａに示す６Ｂ−６Ｂ線における断面図の変形例である。 図７Ａは、従来の直線状の光学ファイバを示す図である。 図７Ｂは、図７Ａに示す光学ファイバが湾曲している状態を示す図である。 図７Ｃは、図７Ａに示す光学ファイバを有する光学式センサである曲率測定装置を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお例えば図１Ａにおいてカバー部材９７の図示を省略するように、一部の図面では図示の明瞭化のために部材の一部の図示を省略している。
［第１の実施形態］
［構成］
図１Ａと図１Ｂと図１Ｃと図１Ｄと図１Ｅと図１Ｆと図１Ｇと図１Ｈとを参照して第１の実施形態について説明する。
図１Ａに示すように、光学式センサ１０は、光を出射する光源２０と、光を供給するために光を導光する供給用導光部材３０と、供給用導光部材３０によって導光された光をさらに導光する特性用導光部材４０と、特性用導光部材４０に配設され、特性用導光部材４０によって導光された光の光学特性を特性用導光部材４０の湾曲量に応じて変化させる特性変化部５０と、特性変化部５０によって光学特性が変化し、且つ特性用導光部材４０によって導光された光を検出する検出部６０と、を有している。
図１Ａに示す光学式センサ１０は、図示しない小型な精密機器の内部に配設される。この小型な精密機器は、例えば、医療用内視鏡の挿入部、工業用内視鏡の挿入部、マニュピレータ、カテーテルなどの細長い部材である。
図１Ａに示すように、光源２０は、コネクタ２１を介して供給用導光部材３０と光学的に接続している。光源２０から出射された光は、供給用導光部材３０に入射する。光源２０は、例えばレーザ光を出射するレーザ光源やＬＥＤ光を出射するＬＥＤ光源である。
図１Ａに示すように、供給用導光部材３０は、光源２０（コネクタ２１）と光学的に接続する一端部３１ａと、後述する反射機構７０と光学的に接続し、一端部３１ａから導光された光を反射機構７０に出射する他端部３１ｂとを有している。供給用導光部材３０は、例えば可撓性を有している。供給用導光部材３０は、例えば光ファイバである。供給用導光部材３０は、例えば光学式センサ１０の長手方向に沿って配設されている。供給用導光部材３０は、１本配設されている。
図１Ａに示すように、特性用導光部材４０は、反射機構７０と光学的に接続し、反射機構７０によって反射された光が入射する一端部４１ａと、コネクタ６１を介して検出部６０と光学的に接続し、一端部４１ａから導光された光を検出部６０に導光する他端部４１ｂとを有している。特性用導光部材４０は、例えば光学式センサ１０の長手方向に沿って配設されており、供給用導光部材３０に対して平行に配設されている。特性用導光部材４０は複数配設されており、これら特性用導光部材４０は供給用導光部材３０を囲うように配設されている。
特性用導光部材４０は、例えば可撓性を有している。特性用導光部材４０は、例えば光ファイバである。図１Ｂと図１Ｃとに示すように、特性用導光部材４０は、コア４３ａと、コア４３ａを覆うクラッド４３ｂと、クラッド４３ｂを覆い、クラッド４３ｂを保護するジャケット４３ｃとを有している。クラッド４３ｂの一部分とジャケット４３ｃの一部分とは切り欠かれており、この切り欠き部に特性変化部５０が配設されている。このように特性変化部５０は、特性用導光部材４０に埋め込まれている。特性変化部５０はコア４３ａと接しており、特性変化部５０の外周面は特性用導光部材４０の径方向においてジャケット４３ｃの外周面よりも突出しておらずジャケット４３ｃの外周面と同一平面上に配設されている。なお特性変化部５０は、切り欠き部全体に配設される必要はなく、特性変化部５０の硬さ、特性変化部５０の厚みに応じて形成されていればよい。この場合、特性変化部５０は、特性変化部５０の光の反応に応じた厚みを有することとなる。
特性変化部５０は、例えば光を吸収する光吸収部によって形成されている。特性変化部５０が光吸収部によって形成される場合、特性変化部５０が吸収する光の量は、特性用導光部材４０の湾曲量に応じて、異なる。例えば、湾曲する特性用導光部材４０の内側に特性変化部５０が位置するように特性用導光部材４０が上方に向かって湾曲する際、特性変化部５０が吸収する光量は、特性用導光部材４０が直線状態の時と比べて、減る。湾曲する特性用導光部材４０の外側に特性変化部５０が位置するように特性用導光部材４０が下方に向かって湾曲する際、特性変化部５０が吸収する光量は、特性用導光部材４０が直線状態の時と比べて、増える。特性変化部５０が吸収する光量が増減することで、検出部６０に進行する光の量が変化する。
このように、特性変化部５０は、特性用導光部材４０の例えば湾曲量に応じて、光学特性を変化させる。特性変化部５０は、特性用導光部材４０の長手方向において、所望する場所に配設されている。
図１Ｂに示すように特性変化部５０を含む特性用導光部材４０は、保護部材４３ｄによって覆われており、保護部材４３ｄによって保護されている。なお保護部材４３ｄは、図１Ｃに示すように特性変化部５０のみを覆っていても良い。また保護部材４３ｄは、省略されていてもよい。
特性用導光部材４０は、供給用導光部材３０と同一部材であってもよいし、別部材であってもよい。特性用導光部材４０は、供給用導光部材３０よりも細いが、複数配設されている。
図１Ａに示すように、反射機構７０は、供給用導光部材３０の他端部３１ｂと特性用導光部材４０の一端部４１ａとに光学的に接続し、供給用導光部材３０の他端部３１ｂから出射された光が透過する透過部材７１と、透過部材７１によって透過された光が特性用導光部材４０の一端部４１ａに入射するように、光を反射する反射部７３とを有している。
透過部材７１の一端部は他端部３１ｂと一端部４１ａとに光学的に接続し、透過部材７１の他端部全面は反射部７３を有している。反射部７３によって反射された光は、透過部材７１を再び透過して、特性用導光部材４０の一端部４１ａに入射する。
検出部６０は、特性変化部５０が光吸収部によって形成される場合、検出部６０は、特性変化部５０によって変化する光量を検出することで、特性用導光部材４０の湾曲量を検出する。
また図１Ａに示すように、光学式センサ１０は、特性用導光部材４０に沿って配設され、少なくとも特性用導光部材４０の捩れを抑制し、特性用導光部材４０の湾曲状態を規制する規制部材８０と、特性用導光部材４０と規制部材８０とを保持し、保持に伴い、少なくとも特性用導光部材４０の周方向において特性変化部５０を位置決めする位置決め機構９０とをさらに有している。
図１Ａと図１Ｅとに示すように、規制部材８０は、光学式センサ１０の軸として機能する。このため規制部材８０は、特性用導光部材４０を含む光学式センサ１０の状態を所望に規制する。詳細には、規制部材８０は、湾曲する特性用導光部材４０の捩れを抑制する。また規制部材８０は、特性用導光部材４０の軸方向と周方向とにおいて特性用導光部材４０を位置決めするために、後述する支持部材９３と固定部材９５とに固定されている。規制部材８０は、湾曲に対してフレキシブル性を有している。
規制部材８０は、例えば光学式センサ１０の長手方向に沿って配設されており、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０とに対して平行に配設されている。規制部材８０は、後述する支持部材９３と固定部材９５との内部に配設されている。
規制部材８０は、図１Ｅに示すような筒状部材と、線状部材と、の少なくとも一方によって形成されている。
筒状部材は、例えば弾性部材と、樹脂製または金属製のチューブと、螺旋管と、網状管によって覆われている螺旋管との少なくとも１つによって形成されている。
螺旋管は、例えばステンレス鋼材製の帯状の薄板素材が螺旋形状に成形されることで、略円管状に形成されている。螺旋管は、例えば薄肉金属螺旋管である。螺旋管は、例えばスプリングコイルによって形成される。網状管は、例えばステンレス鋼材製の複数の素線が束にされた素線束が略円管状に編み込まれることで、形成される。
線状部材は、例えば複数の線部材が束ねられることで形成される撚り線部材によって形成されている。
図１Ａに示すように、位置決め機構９０は、規制部材８０の一端部が固定される一端固定部材９１と、供給用導光部材３０と一部の特性用導光部材４０ａと他部の特性用導光部材４０ｂと規制部材８０とを支持する支持部材９３と、特性変化部５０の位置決めのために他部の特性用導光部材４０ｂと規制部材８０とが固定される固定部材９５とを有している。
図１Ｄに示すように一端固定部材９１は、例えば円柱形状を有している。一端固定部材９１は、規制部材８０の一端部が挿入される挿入孔９１ａを有している。挿入孔９１ａは、例えば一端固定部材９１の軸方向に沿って配設されている。規制部材８０の一端部が挿入孔９１ａに挿入された際、規制部材８０の一端部は例えば接着によって一端固定部材９１に固定される。これにより規制部材８０は、規制部材８０の軸方向と周方向とにおいて位置決めされる。
図１Ｄに示すように一端固定部材９１の外周面は、後述する筒部材９９の一端部の内周面と例えば接着によって固定されている。図１Ａに示すように一端固定部材９１の外周面の一端部は筒部材９９から露出しており、露出部分は精密機器に固定される。これにより光学式センサ１０は、光学式センサ１０の軸方向と周方向とにおいて位置決めされる。
図１Ａに示すように支持部材９３は、特性用導光部材４０の長手方向において、例えば一端固定部材９１と固定部材９５との間と、固定部材９５と光源２０との間とに配設されている。図１Ｅに示すように、支持部材９３は、例えば円柱形状を有している。
図１Ｅに示すように、支持部材９３は、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０とが支持部材９３の軸方向に沿って自在に挿通可能な挿通孔９３１と、規制部材８０が支持部材９３の軸方向に沿って挿通され固定される固定孔９３３とを有している。挿通孔９３１と固定孔９３３とは、例えば支持部材９３の軸方向に沿って配設されている。挿通孔９３１は、例えば固定孔９３３とは別体である。
図１Ｅに示すように、挿通孔９３１は、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０とが支持部材９３の外周面側から挿通孔９３１に挿入可能となるように、外部と連通している挿通連通部９３１ａを有している。挿通孔９３１と挿通連通部９３１ａとは、凹部として形成される。
挿通孔９３１は、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０とが挿通孔９３１に挿入される際に、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０とが当て付く当て付け面９３１ｂを有している。
図１Ｅに示すように、固定孔９３３は、規制部材８０が支持部材９３の外周面側から固定孔９３３に挿入可能となるように、外部と連通している固定連通部９３３ａを有している。固定孔９３３と固定連通部９３３ａとは、凹部として形成される。規制部材８０が固定連通部９３３ａから固定孔９３３に挿入された際、規制部材８０は例えば接着によって支持部材９３に固定される。これにより規制部材８０は、規制部材８０の軸方向と周方向とにおいて位置決めされる。言い換えると規制部材８０は、図１Ａに示すように支持部材９３の軸方向と支持部材９３の周方向とにおいて支持部材９３を位置決めする。同時に規制部材８０は、固定連通部９３３ａを介して支持部材９３からの脱落を防止されている。
固定孔９３３は、規制部材８０が固定孔９３３に挿入される際に、規制部材８０が当て付く当て付け面９３３ｂを有している。
図１Ｅに示すように、固定連通部９３３ａは、支持部材９３の周方向において、挿通連通部９３１ａとはずれて配設されている。
図１Ｅに示すように、支持部材９３は、挿通孔９３１と固定孔９３３とによって、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０とを示す導光部材と、規制部材８０との支持部材９３の径方向における間隔を所望に保持している。
図１Ａに示すように、固定部材９５は、特性用導光部材４０の長手方向において、例えば一方の支持部材９３と他方の支持部材９３との間に配設されている。固定部材９５は、特性用導光部材４０の長手方向において、特性変化部５０を挟むように配設されている。図１Ｆに示すように、固定部材９５は、例えば円柱形状を有している。
図１Ｆに示すように、固定部材９５は、供給用導光部材３０と一部の特性用導光部材４０ａとが固定部材９５の軸方向に沿って自在に挿通可能な挿通孔９５１と、他部の特性用導光部材４０ｂが固定部材９５の軸方向に沿って挿通され固定される特性固定孔９５３と、規制部材８０が固定部材９５の軸方向に沿って挿通され固定される規制固定孔９５７とを有している。挿通孔９５１と特性固定孔９５３と規制固定孔９５７とは、例えば固定部材９５の軸方向に沿って配設されている。例えば挿通孔９５１は特性固定孔９５３と規制固定孔９５７とよりも大きく、例えば規制固定孔９５７は特性固定孔９５３よりも大きい。挿通孔９５１と特性固定孔９５３と規制固定孔９５７とは、別体である。
一部の特性用導光部材４０ａは例えば位置決めする必要がない特性変化部５０を有し、他部の特性用導光部材４０ｂは、例えば位置決めする必要がある特性変化部５０を有している。この位置決めとは、特性用導光部材４０の捩れが防止された状態で、例えば光学式センサ１０の長手方向における特性変化部５０の位置と、特性用導光部材４０の周方向における特性変化部５０の位置、言い換えると特性変化部５０の向きとを示す。
図１Ｆに示すように、挿通孔９５１は、供給用導光部材３０と一部の特性用導光部材４０ａとが固定部材９５の外周面側から挿通孔９５１に挿入可能となるように、外部と連通している挿通連通部９５１ａを有している。挿通孔９５１と挿通連通部９５１ａとは、凹部として形成される。
挿通孔９５１は、供給用導光部材３０と一部の特性用導光部材４０ａとが挿通孔９５１に挿入される際に、供給用導光部材３０と一部の特性用導光部材４０ａとが当て付く当て付け面９５１ｂを有している。
図１Ｆに示すように、特性固定孔９５３は、他部の特性用導光部材４０ｂが固定部材９５の外周面側から特性固定孔９５３に挿入可能となるように、外部と連通している特性連通部９５３ａを有している。特性固定孔９５３と特性連通部９５３ａとは、凹部として形成される。他部の特性用導光部材４０ｂが特性連通部９５３ａから特性固定孔９５３に挿入された際、他部の特性用導光部材４０ｂは例えば接着によって固定部材９５に固定される。これにより他部の特性用導光部材４０ｂと特性変化部５０とは、他部の特性用導光部材４０ｂの軸方向と周方向とにおいて位置決めされる。言い換えると図１Ａに示すように意、他部の特性用導光部材４０ｂは、固定部材９５の軸方向と固定部材９５の周方向とにおいて固定部材９５を位置決めする。同時に他部の特性用導光部材４０ｂは、特性連通部９５３ａを介して固定部材９５からの脱落を防止されている。
特性固定孔９５３は、例えば、２つ配設されており、固定部材９５の中心軸を中心に対称に配設されている。
なお他部の特性用導光部材４０ｂは、一方の固定部材９５（例えば図１Ａに示す左側）に固定されており、他方の固定部材９５（例えば図１Ａに示す右側）に固定されていない。このため特性用導光部材４０ｂは、他方の固定部材９５の軸方向に沿って他方の固定部材９５に配設されている特性固定孔９５３を自在に挿通可能となっている。
図１Ｆに示すように、特性固定孔９５３は、他部の特性用導光部材４０ｂが特性固定孔９５３に挿入される際に、他部の特性用導光部材４０ｂが当て付く当て付け面９５３ｂを有している。
図１Ｆに示すように、規制固定孔９５７は、規制部材８０が固定部材９５の外周面側から規制固定孔９５７に挿入可能となるように、外部と連通している規制連通部９５７ａを有している。規制固定孔９５７と規制連通部９５７ａとは、凹部として形成される。規制部材８０が規制連通部９５７ａから規制固定孔９５７に挿入された際、規制部材８０は例えば接着によって固定部材９５に固定される。これにより規制部材８０は、規制部材８０の軸方向と周方向とにおいて位置決めされる。言い換えると規制部材８０は、図１Ａに示すように、固定部材９５の軸方向と固定部材９５の周方向とにおいて固定部材９５を位置決めする。同時に規制部材８０は、規制連通部９５７ａを介して固定部材９５からの脱落を防止されている。
規制固定孔９５７は、規制部材８０が規制固定孔９５７に挿入される際に、規制部材８０が当て付く当て付け面９５７ｂを有している。
図１Ｆに示すように、挿通連通部９５１ａと特性連通部９５３ａと規制連通部９５７ａとは、固定部材９５の周方向においてずれて配設されている。
図１Ｆに示すように、固定部材９５は、挿通孔９５１と特性固定孔９５３と規制固定孔９５７とによって、供給用導光部材３０と一部の特性用導光部材４０ａとを示す導光部材と、他部の特性用導光部材４０ｂと、規制部材８０との固定部材９５の径方向における間隔を所望に保持している。
図１Ａに示すように固定部材９５の軸方向において、固定部材９５は、他部の特性用導光部材４０ｂと規制部材８０とが確実に固定部材９５に固定され、特性変化部５０が位置決めされる長さを有している。
図１Ｅと図１Ｆとに示すように支持部材９３と固定部材９５とにおいて、挿通孔９３１は、挿通孔９５１と特性固定孔９５３とよりも大きい。特性用導光部材４０の長手方向から見た際に、挿通孔９３１は、挿通孔９５１と特性固定孔９５３とを含むように配設されている。挿通孔９３１と挿通孔９５１とは、特性用導光部材４０の長手方向において、略同一直線上に配設されている。また挿通孔９３１は、挿通孔９５１と特性固定孔９５３とに対して特性用導光部材４０の長手方向において、略同一直線上に配設されている。
挿通連通部９３１ａは、例えば挿通連通部９５１ａと略同一の大きさを有している。挿通連通部９３１ａと挿通連通部９５１ａとは、特性用導光部材４０の長手方向において、略同一直線上に配設されている。
また固定孔９３３と規制固定孔９５７とは、特性用導光部材４０の長手方向において、略同一直線上に配設されている。固定孔９３３と規制固定孔９５７とは、略同一の大きさを有している。また固定連通部９３３ａと規制連通部９５７ａとは、特性用導光部材４０の長手方向において、略同一直線上に配設されている。
また位置決め機構９０は、図１Ｅと図１Ｆとに示すように支持部材９３と固定部材９５とを覆うカバー部材９７と、図１Ａと図１Ｄと図１Ｅと図１Ｆと図１Ｇと図１Ｈとに示すように供給用導光部材３０と特性用導光部材４０と反射機構７０と規制部材８０と一端固定部材９１と支持部材９３と固定部材９５とカバー部材９７と含む全体を一体的に覆う筒部材９９とをさらに有している。
図１Ｅと図１Ｆとに示すように、カバー部材９７は、筒形状を有しており、支持部材９３と固定部材９５とに密着している。
図１Ｅに示すようにカバー部材９７は、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０とが挿通連通部９３１ａを介して支持部材９３から脱落することを防止するために、挿通連通部９３１ａを含む支持部材９３を覆う。同時に、図１Ｅに示すようにカバー部材９７は、規制部材８０が固定連通部９３３ａを介して支持部材９３から脱落することを防止するために、固定連通部９３３ａの少なくとも一部を覆う。同時に図１Ｅに示すようにカバー部材９７は、規制部材８０が支持部材９３に固定されるように、固定連通部９３３ａを介して規制部材８０を当て付け面９３３ｂに向けて押し付ける。
また図１Ｆに示すようにカバー部材９７は、供給用導光部材３０と一部の特性用導光部材４０ａとが挿通連通部９５１ａを介して固定部材９５から脱落することを防止し、他部の特性用導光部材４０ｂが特性連通部９５３ａを介して固定部材９５から脱落することを防止するために、挿通連通部９５１ａと特性連通部９５３ａとを含む固定部材９５を覆う。同時に、図１Ｆに示すようにカバー部材９７は、規制部材８０が規制連通部９５７ａを介して固定部材９５から脱落することを防止するために、規制連通部９５７ａの少なくとも一部を覆う。同時に図１Ｆに示すようにカバー部材９７は、規制部材８０が固定部材９５に固定されるように、規制連通部９５７ａを介して規制部材８０を当て付け面９５７ｂに向けて押し付ける。
図１Ａに示すように、筒部材９９において、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０と規制部材８０と反射機構７０と一端固定部材９１と支持部材９３と固定部材９５とカバー部材９７とが筒部材９９に挿入されている。筒部材９９は、可撓性を有している。図１Ｄと図１Ｅと図１Ｆとに示すように、筒部材９９は、一端固定部材９１と接着している。
また図１Ａと図１Ｇと図１Ｈとに示すように、筒部材９９は、一端固定部材９１と支持部材９３との間と、支持部材９３と固定部材９５との間と、一方の固定部材９５と他方の固定部材９５との間とにおいて、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０と規制部材８０とを囲っている。
図１Ｇに示すように、一端固定部材９１と支持部材９３との間とにおいて、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０とは、束ねられている。このとき供給用導光部材３０は、特性用導光部材４０によって囲まれている。なお特性用導光部材４０は、例えばコア４３ａのみによって形成されている。
前記したように、他部の特性用導光部材４０ｂは、固定部材９５に固定され、特性用導光部材４０の軸方向と周方向とにおいて位置決めされる。これにより図１Ａに示すように、一方の固定部材９５と他方の固定部材９５との間に配設される特性変化部５０は、特性用導光部材４０の軸方向と周方向とにおいて位置決めされる。つまり特性変化部５０は、光学式センサ１０の長手方向における位置と、特性用導光部材４０の周方向における特性変化部５０の位置、言い換えると特性変化部５０の向きとを固定される。
［作用］
光源２０は、光を出射する。光は、コネクタ２１を介して供給用導光部材３０に入射し、供給用導光部材３０によって反射機構７０に導光される。反射機構７０において、光は、透過部材７１を透過し、反射部７３によって反射され、透過部材７１を再び透過し、特性用導光部材４０に入射する。次に光は、特性用導光部材４０によって検出部６０に導光される。このとき光の光学特性は、特性用導光部材４０の湾曲量に応じて、特性変化部５０によって変化する。光学特性が変化した光は、コネクタ２１を介して検出部６０に入射し、検出部６０によって検出される。
なお図１Ａに示すように、規制部材８０は、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０とよりも太く、特性用導光部材４０に沿って配設されている。図１Ｅと図１Ｆとに示すように規制部材８０は、支持部材９３と固定部材９５とに固定されることによって、湾曲する特性用導光部材４０の捩れを抑制する。図１Ｆに示すように、特性用導光部材４０は、固定部材９５に固定されており、特性用導光部材４０の軸方向と周方向とにおいて位置決めされている。
これにより光学式センサ１０が精密機器の内部に配設された際、特性用導光部材４０の捩れと位置ずれとが防止され、特性変化部５０は確実に位置決めされる。よって検出部６０は、特性用導光部材４０の湾曲量を確実に検出する。
また図１Ｅに示すように支持部材９３は特性用導光部材４０と規制部材８０との間隔を所望に維持し、図１Ｆに示すように固定部材９５は特性用導光部材４０と規制部材８０とに固定している。これにより特性変化部５０は、他部の特性用導光部材４０ｂの軸方向と周方向と径方向とにおいてより確実に位置決めされる。
なお特性用導光部材４０は、一方の固定部材９５に固定されているのみである。また規制部材８０は、曲げに対してフレキシブル性を有している。よって特性用導光部材４０は、規制部材８０の影響を受けることなく湾曲する。
なお光学式センサ１０が組立てられる際、規制部材８０は、図１Ｅに示すように固定連通部９３３ａを通じて支持部材９３（固定孔９３３）に配設され、図１Ｆに示すように規制連通部９５７ａを通じて固定部材９５（規制固定孔９５７）に配設される。固定連通部９３３ａと規制連通部９５７ａとは同一直線上に配設されているため、規制部材８０は、容易に支持部材９３と固定部材９５とに配設される。
また供給用導光部材３０と特性用導光部材４０ａとは、図１Ｅに示すように挿通連通部９３１ａを通じて支持部材９３（挿通孔９３１）に配設され、図１Ｆに示すように挿通連通部９５１ａを通じて固定部材９５（挿通孔９５１）に配設される。挿通連通部９３１ａと挿通連通部９５１ａとは同一直線上に配設されているため、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０ａとは、容易に支持部材９３と固定部材９５とに配設される。
また特性用導光部材４０ｂは、図１Ｅに示すように挿通連通部９３１ａを通じて支持部材９３（挿通孔９３１）に配設され、図１Ｆに示すように特性連通部９５３ａを通じて固定部材９５（特性固定孔９５３）に配設される。
このときカバー部材９７は、図１Ｅに示す支持部材９３において、挿通連通部９３１ａと固定連通部９３３ａとを覆い、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０と規制部材８０とが支持部材９３から脱落することとを防止する。
またカバー部材９７は、図１Ｆに示す固定部材９５において、挿通連通部９５１ａと特性連通部９５３ａと規制連通部９５７ａとを覆い、供給用導光部材３０と一部の特性用導光部材４０ａと他部の特性用導光部材４０ｂと規制部材８０とが固定部材９５から脱落することを防止する。
またカバー部材９７は、図１Ｅに示すように規制部材８０を固定孔９３３の当て付け面９３３ｂに押し付け、図１Ｆに示すように規制部材８０を規制固定孔９５７の当て付け面９５７ｂに押し付ける。
これにより、特性変化部５０は、確実に位置決めされる。
また図１Ａに示すように筒部材９９は、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０と反射機構７０と規制部材８０と一端固定部材９１と支持部材９３と固定部材９５とカバー部材９７と含む全体を覆う。これにより、これらは、外力から保護され、衝撃などから保護される。
［効果］
このように本実施形態では、湾曲する特性用導光部材４０の捩れを規制部材８０が抑制し、位置決め機構９０が特性用導光部材４０を特性用導光部材４０の軸方向と周方向とにおいて位置決めする。これにより本実施形態では、特性変化部５０を確実に位置決めでき、検出部６０によって特性用導光部材４０の湾曲量を正確且つ容易に検出できる。
また本実施形態では、支持部材９３によって特性用導光部材４０と規制部材８０との間隔を所望に維持し、固定部材９５に特性用導光部材４０と規制部材８０とを固定している。これにより本実施形態では、特性変化部５０を、他部の特性用導光部材４０ｂの軸方向と周方向と径方向とにおいて位置決めできる。
また本実施形態では、規制部材８０が例えば密巻きコイルを含む弾性部材によって形成される場合、光学式センサ１０を細径にできる。
また本実施形態では、規制部材８０が螺旋管によって形成される場合、規制部材８０は湾曲する特性用導光部材４０の捩れをさらに抑制できる。
また本実施形態では、規制部材８０が撚り線部材によって形成される場合、光学式センサ１０を細径にできる。
また本実施形態では、光学式センサ１０が組立てられる際、規制部材８０は、図１Ｅに示すように固定連通部９３３ａを通じて支持部材９３（固定孔９３３）に配設され、図１Ｆに示すように規制連通部９５７ａを通じて固定部材９５（規制固定孔９５７）に配設される。これにより本実施形態では、規制部材８０を支持部材９３と固定部材９５とに挿通させる手間を省くことができる。また固定連通部９３３ａと規制連通部９５７ａとは同一直線上に配設されているため、規制部材８０を容易且つ同時に支持部材９３と固定部材９５とに配設できる。これにより、本実施形態では、光学式センサ１０を容易に組み立てられる。
また本実施形態では、光学式センサ１０が組立てられる際、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０ａとは、図１Ｅに示すように挿通連通部９３１ａを通じて支持部材９３（挿通孔９３１）に配設され、図１Ｆに示すように挿通連通部９５１ａを通じて固定部材９５（挿通孔９５１）に配設される。これにより本実施形態は、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０ａとを支持部材９３と固定部材９５とに挿通させる手間を省くことができる。また挿通連通部９３１ａと挿通連通部９５１ａとは同一直線上に配設されているため、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０ａとを容易且つ同時に支持部材９３と固定部材９５とに配設できる。これにより、本実施形態では、光学式センサ１０を容易に組み立てられる。
また本実施形態では、光学式センサ１０が組立てられる際、特性用導光部材４０ｂは、図１Ｅに示すように挿通連通部９３１ａを通じて支持部材９３（挿通孔９３１）に配設され、図１Ｆに示すように特性連通部９５３ａを通じて固定部材９５（特性挿通孔９５３）に配設される。これにより本実施形態では、特性用導光部材４０を支持部材９３と固定部材９５とに挿通させる手間を省くことができる。
また本実施形態では、カバー部材９７は、支持部材９３において、図１Ｅに示すように挿通連通部９３１ａと固定連通部９３３ａとを覆う。これにより本実施形態では、カバー部材９７によって、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０と規制部材８０とが支持部材９３から脱落することとを防止できる。
また本実施形態では、カバー部材９７は、固定部材９５において、図１Ｆに示すように挿通連通部９５１ａと特性連通部９５３ａと規制連通部９５７ａとを覆う。これにより本実施形態では、カバー部材９７によって、供給用導光部材３０と一部の特性用導光部材４０ａと他部の特性用導光部材４０ｂと規制部材８０とが固定部材９５から脱落することを防止できる。
また本実施形態では、カバー部材９７は、図１Ｅに示すように規制部材８０を固定孔９３３の当て付け面９３３ｂに押し付け、図１Ｆに示すように規制部材８０を規制固定孔９５７の当て付け面９５７ｂに押し付ける。
これらにより本実施形態では、規制部材８０を支持部材９３と固定部材９５との固定でき、結果的に特性変化部５０を確実に位置決めできる。
また本実施形態では、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０と規制部材８０とを当て付け面９３１ｂ，９３３ｂ，９５１ｂ，９５３ｂ，９５７ｂに当て付けることで、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０と規制部材８０とを支持部材９３と固定部材９５とに容易に配設できる。
また本実施形態では、図１Ａに示すように、筒部材９９は、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０と反射機構７０と規制部材８０と一端固定部材９１と支持部材９３と固定部材９５とカバー部材９７と含む全体を覆う。これにより本実施形態では、これらを外力から保護でき、衝撃などから保護できる。
なお本実施形態では、光学式センサ１０は、光が光源２０から特性用導光部材４０の一端部４１ａ周辺を中継地点として折り返されて検出部６０に進行するように、配設されていれば、反射機構７０が配設される必要は無い。
また特性変化部５０は、例えば光の波長を変換する波長変換部材（例えば蛍光体）によって形成されていてもよい。特性変化部５０が波長変換部材によって形成される場合、特性変化部５０が波長変換する光の量は、特性用導光部材４０の湾曲量に応じて、異なる。例えば、湾曲する特性用導光部材４０の内側に特性変化部５０が位置するように特性用導光部材４０が上方に向かって湾曲する際、特性変化部５０が波長変換する光の量は、特性用導光部材４０が直線状態の時と比べて、減る。湾曲する特性用導光部材４０の外側に特性変化部５０が位置するように特性用導光部材４０が下方に向かって湾曲する際、特性変化部５０が波長変換する光の量は、特性用導光部材４０が直線状態の時と比べて、増える。特性変化部５０が波長変換する光量が変化することで、検出部６０に進行する光量が変化する。
また本実施形態では、特性変化部５０は、特性用導光部材４０の例えば湾曲量に応じて、光学特性を変化させているが、これに限定する必要は無い。特性変化部５０は、例えば特性用導光部材４０の湾曲方向と、精密機器の湾曲量と、精密機器の湾曲方向と、精密機器の操作量との少なくとも１つに応じて光学特性を変化させてもよい。
またカバー部材９７は、支持部材９３と固定部材９５とをとの少なくとも一方を独立して覆っていればよい。
［変形例１］
図２に示すように、挿通連通部９３１ａと挿通連通部９５１ａとは、特性用導光部材４０の周方向において、ずれて配設されている。これにより、本変形例では、挿通孔９３１の縁９３１ｃと挿通孔９５１の縁９５１ｃとがずれて配設されるため、支持部材９３と固定部材９５とからの供給用導光部材３０と一部の特性用導光部材４０ａの脱落を防止できる。
なお本変形例では、支持部材９３における挿通連通部９３１ａと固定部材９５における挿通連通部９５１ａとを用いて説明したが、これに限定する必要は無い。一方の支持部材９３における挿通連通部９３１ａと他方の支持部材９３における挿通連通部９３１ａとについても同様である。この点は、固定部材９５についても同様です。
このように本実施形態では、本変形例では、挿通連通部９３１ａ同士と、挿通連通部９３１ａと挿通連通部９５１ａと、挿通連通部９５１ａ同士と、挿通連通部９３１ａと特性連通部９５３ａと、特性連通部９５３ａ同士と、固定連通部９３３ａ同士と、固定連通部９３３ａと規制連通部９５７ａと、規制連通部９５７ａ同士とは、特性用導光部材４０の長手方向において同一直線上に沿って配設されている、または特性用導光部材４０の周方向にずれて配設されていればよい。
［変形例２］
図３に示すように、供給用導光部材３０は、例えばスプリングコイルによって形成される規制部材８０によって押圧されることで、固定部材９５に固定されていても良い。これにより本変形例では、カバー部材９７を不要にでき、光学式センサ１０を細径にできる。なお本変形例では、固定部材９５を用いて説明しているが、これに限定する必要は無く、支持部材９３についても同様である。
［変形例３］
支持部材９３の形状は、前記に限定されない。図４Ａに示すように、例えば、支持部材９３は、Ｕ字形状の挿通孔９３１と、挿通孔９３１によって囲まれる固定孔９３３と、他部の特性用導光部材４０ｂのための固定孔９３５とを有していても良い。固定孔９３３は、支持部材９３の中心に配設されている。
また図４Ｂに示すように、一方の挿通孔９３１と他方の挿通孔９３１とは固定孔９３３を中心に上下対称に配設され、一方の固定孔９３５と他方の固定孔９３５とは固定孔９３３を中心に左右対称に配設されてもよい。
また図４Ｃに示すように、挿通孔９３１は、固定孔９３３に沿って配設されていてもよい。固定孔９３３は、挿通孔９３１と固定孔９３５とによって囲まれる。
また図４Ｄに示すように、挿通孔９３１は、固定孔９３３を囲うように略Ｌ字形状を有してもよい。一方の固定孔９３５と他方の固定孔９３５とは９０度ずれて配設されている。
なお前記において、支持部材９３を用いて説明したが、固定部材９５についても同様である。
［第２の実施形態］
図５Ａに示すように、規制部材８０は、規制部材８０に挿入される特性用導光部材４０と反射機構７０と支持部材９３と固定部材９５と囲うように筒形状を有している。このため規制部材８０は、支持部材９３と固定部材９５との外側に配設されている。規制部材８０は、筒部材９９に挿入される。
例えば図５Ａに示すように、規制部材８０は、螺旋管によって形成されている。この場合、螺旋管は、例えばスプリングコイルなどによって形成されている。螺旋管は、網状管によって覆われていても良いし、巻きの異なる部材が重なることで形成されていてもよい。
図５Ｃと図５Ｄとに示すように、規制部材８０は、例えばねじ等の固定部材１１や、接着によって、支持部材９３と固定部材９５とに固定されている。
図５Ｃに示すように、規制部材８０に挿入される支持部材９３は、支持部材９３の外周面の一部に配設され、特性変化部５０の向き合わせのために形成されている平面状の当て付け面９３ａを有している。つまり外周面の一部は、切り欠かれている。
図５Ｄに示すように、規制部材８０に挿入される固定部材９５は、固定部材９５の外周面の一部に配設され、特性変化部５０の向き合わせのために形成されている平面状の当て付け面９５ａを有している。つまり外周面の一部は、切り欠かれている。
［効果］
本実施形態では、規制部材８０によって、供給用導光部材３０と特性用導光部材４０とを保護でき、特性変化部５０をより強固に位置決めでき、検出部６０の検出精度を向上できる。
また本実施形態では、支持部材９３と固定部材９５とが固定部材１１によって規制部材８０に固定される際、当て付け面９３ａ，９５ａによって規制部材８０に対する支持部材９３と固定部材９５との接触面積を増やすことができ、周方向において支持部材９３と固定部材９５とを容易に位置決めできる。よって本実施形態では、特性変化部５０をより確実に位置決めでき、接触面積が増えるため、より容易に光学式センサ１０を組立できる。
［第３の実施形態］
図６Ａと図６Ｂと図６Ｃとに示すように、規制部材８０は、供給用導光部材３０を兼ねる。このように規制部材８０は、筒状部材と線状部材と光ファイバとの少なくとも一方によって形成されていればよい。
これにより本実施形態では、一端固定部材９１を省くことができ、部品点数を削減でき、光学式センサ１０を細くできる。またこれにより本実施形態では、特性用導光部材４０を増やすことができ、これにより特性変化部５０を増やすことができ、検出精度を向上できる。
なお図６Ｂに示すように特性用導光部材４０ａは支持部材９３において個別に挿通孔９３１に配設され、図６Ｂに示すように特性用導光部材４０ｂは支持部材９３において個別に固定孔９３５に配設される。
また図６Ｃに示すように特性用導光部材４０ａは固定部材９５において例えば２つずつ挿通孔９５１と特性固定孔９５３に配設されていてもよい。
これにより本実施形態では、他部の特性用導光部材４０ｂの固定精度を向上できる。また本実施形態では、特性用導光部材４０ｂは特性用導光部材４０ａの干渉を防止できる。
なお図６Ｄに示すように、一部の特性用導光部材４０ａは、同一の挿通孔９３１に配設されていてもよい。
また本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
１０…光学式センサ、２０…光源、３０…供給用導光部材、４０…特性用導光部材、５０…特性変化部、６０…検出部、８０…規制部材、９０…位置決め機構、９１…一端固定部材、９３…支持部材、９５…固定部材、９７…カバー部材、９９…筒部材。

Claims (6)

  1. 光を出射する光源と、
    前記光源から出射された前記光を導光する特性用導光部材と、
    前記特性用導光部材に配設され、前記特性用導光部材の湾曲量に応じて前記光の光学特性を変化させる特性変化部と、
    前記特性変化部によって前記光学特性が変化し、且つ前記特性用導光部材によって導光された前記光を検出する検出部と、
    前記特性用導光部材に沿って配設され、少なくとも前記特性用導光部材の捩れを抑制し、前記特性用導光部材の湾曲状態を規制する規制部材と、
    前記特性用導光部材と前記規制部材とを前記特性用導光部材の軸方向においてそれぞれ局所的に保持することによって、少なくとも前記特性用導光部材の周方向において前記特性変化部を位置決めする位置決め機構と、
    を具備する小型な精密機器の内部に配設するための光学式センサであって、
    前記位置決め機構は、
    前記特性用導光部材と前記規制部材との間隔を所望に保持するために前記特性用導光部材と前記規制部材とを支持する支持部材と、
    前記特性変化部の位置決めのために前記特性用導光部材と前記規制部材とが固定される固定部材と、
    を有し、
    前記支持部材は、前記特性用導光部材が前記支持部材の軸方向に沿って自在に挿通可能に構成されていることを特徴とする小型な精密機器の内部に配設するための光学式センサ。
  2. 前記規制部材は、筒状部材と線状部材と光ファイバとの少なくとも一つによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。
  3. 前記支持部材は、
    前記特性用導光部材が前記支持部材の軸方向に沿って自在に挿通可能な挿通孔と、
    前記規制部材が前記支持部材の軸方向に沿って挿通され固定される固定孔と、
    を有し、
    前記挿通孔は、前記特性用導光部材が前記支持部材の外周面側から前記挿通孔に挿入されるために、外部と連通している挿通連通部を有し、
    前記固定孔は、前記規制部材が前記支持部材の外周面側から前記固定孔に挿入されるために、外部と連通している固定連通部を有し、
    前記固定部材は、
    前記特性用導光部材が前記固定部材の軸方向に沿って挿通され固定される特性固定孔と、
    前記規制部材が前記固定部材の軸方向に沿って挿通され固定される規制固定孔と、
    を有し、
    前記特性固定孔は、前記特性用導光部材が前記固定部材の外周面側から前記特性固定孔に挿入されるために、外部と連通している特性連通部を有し、
    前記規制固定孔は、前記規制部材が前記固定部材の外周面側から前記規制固定孔に挿入されるために、外部と連通している規制連通部を有していることを特徴とする請求項２に記載の光学式センサ。
  4. 前記支持部材と前記固定部材とは、複数配設され、
    前記挿通連通部同士と、前記挿通連通部と前記特性連通部と、前記特性連通部同士と、前記固定連通部同士と、前記固定連通部と前記規制連通部と、前記規制連通部同士とは、前記特性用導光部材の長手方向において同一直線上に沿って配設されている、または前記特性用導光部材の周方向にずれて配設されていることを特徴とする請求項３に記載の光学式センサ。
  5. 前記位置決め機構は、前記特性用導光部材が前記挿通連通部を介して前記支持部材から脱落することを防止するために前記挿通連通部を含む前記支持部材と、前記特性用導光部材が前記特性連通部を介して前記固定部材から脱落することを防止するために前記特性連通部を含む前記固定部材との少なくとも一方を独立して覆うカバー部材をさらに有し、
    前記支持部材を覆う前記カバー部材は、前記規制部材が前記固定連通部を介して前記支持部材から脱落することを防止するために、前記固定連通部の少なくとも一部を覆い、
    前記固定部材を覆う前記カバー部材は、前記規制部材が前記規制連通部を介して前記固定部材から脱落することを防止するために、前記規制連通部の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項３に記載の光学式センサ。
  6. 前記位置決め機構は、前記特性用導光部材と前記特性変化部と前記支持部材と前記固定部材とを一体的に覆う筒部材をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の光学式センサ。
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