JPH08511343A - ファイバオプティック屈曲及び位置決めセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 曲率または屈曲及び変位センサは、屈曲または変位した少なくとも１つの部材（１１）に取付けられるファイバオプティックまたは光導波管（１３）から成る。光は一端から注入され他端で検出される。ファイバの屈曲は、ときには測定されるべき曲率の平面以外の平面内で重ねられた曲率とともに、少なくとも１つの放出表面を通る光損失をもたらす。光損失の検出は曲率または変位を表すために用いられる。光放出表面は、表面ストリップまたは帯のような、様々な形態に広がる。特に、１例では、放出表面は実質的に周囲の方向に、または屈曲したガイドの屈曲した部分にあるときは屈曲した軸方向に広がる。放出表面の位置、形状及び配置は、測定のリニアな範囲、光の全体的スループット、及び曲率が測定される長さの調節を可能にする。２つ以上の光ガイドを方向づけて曲率または変位の方向を表すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ファイバオプティック屈曲及び位置決めセンサ 発明の分野及び背景技術 材料または構造部材の歪み、曲率、または変位を測定するため様々な方法が存 在する。１つの良く知られた方法は、部材の弾性のモジュラスの知識から屈曲を 推定できるように、表面にパターン状に配置された抵抗歪みゲージを用いて部材 の上または中の応力を測定することである。ある条件下では、光学的ファイバを 用いて応力または変形を測定することが有利である。ファイバは、理想的である 。なぜなら、ファイバは、環境の劣化に対して比較的鈍感であること、重量が軽 いこと、電磁的干渉による影響を受けないこと、電流を流さないこと、そして非 常に小さく且つ柔軟であることのために、ファイバが埋め込まれる構造物に殆ど または全く影響を与えないからである。ファイバ／エポキシ複合物、コンクリー ト、またはプラスティックのように、ファイバを表面に固定したり、内部に埋め 込むことが可能である。 応力及び位置を測定するために、多くのタイプの光学的ファイバセンサが開発 されてきた。多くは干渉技術を採用してファイバの長さまたは曲げ半径の変化を 測定する。それらの技術の多くは、ファイバの遠端部から戻ってくる光の一部を 反射することによりファイバ内にできる定在波の測定によっている。これらの技 術は（歪みゲージと比較して）非常にセンシティブであり、干渉計やオプティカ ル・タイム・ドメイン・リフレクトメトリ（ＯＴＤＲ）のような複雑で高価な測 定技術をその実行のために必要とする。測定は、温度の変化に対して非常にセン シティブであり、手の込んだ補償技術を必要とする。多くの干渉計技術の他の限 界は、測定がファイバの歪 みによる干渉ピークの数をカウントすることによりなされるので、方向に対して の感度がないことである。したがって、ファイバが適切なカーブまたは他の特別 な幾何学的配置に配置されていない限り、例えば、ファイバの短縮は伸長と区別 できず、上に曲がることと下に曲がることは同じである。 干渉測定を実行するための装置はかさばり且つ高価であり、たえず調整を必要 とする。０．５から１ミクロン以下のオーダの間隔でピークを区別できなければ ならない。このため、多くのファイバオプティックの応力測定は、注意深く制御 された研究所の条件で実行可能な試験に限定されてきた。 ファイバオプティクスの曲げの測定に非干渉技術が使用可能である。光がファ イバの長軸に対して十分に大きい角度でクラッドにぶつかると、光学的ファイバ のコアの外に光が漏れることがよく知られている。すべてのファイバについて、 コアとクラッドの屈折率に依存する臨界角があり、それを越えると光が漏れる。 ファイバが曲がると、コア中のいくらかの光はこの角度を越えて漏れる。この効 果は、ファイバを伝播する光のパーセンテージを単に測定する、「マイクロベン ディング」センサを作る為に用いられてきた。これらは小角度では比較的感度が 悪い（光が殆ど失われない）という欠点がある。通常、マイクロベンドセンサは 、波形の取付け物の中に配置されたファイバからなり、その取付け物に力が加わ るとファイバに多くの鋭い曲げを生ずる。マイクロベンドセンサは、圧力、力、 及び変位の測定に用いられる。これらのセンサはやはりプリテンションが与えら れない限り、力の方向は測定しない。 クラッドがコアから除去されるか、クラッドとコアの一部とがエッチングで除 去される他のファイバオプティックセンサが作られている。これらのセンサは処 理されないファイバよりも曲げに対してより高感度であるかもしれないが、上記 した他の曲げセンサと同様 に、自由に曲げられない限り屈曲方向についてなにも情報は与えない。したがっ て、感覚的且つ構造的性質を持つ多くの平行ファイバを含む複合構造に単純な方 法で取り込むためには、これらは不適切である。 クラッドの代わりに薄膜を用いてその薄膜により生成されたフィルタの波長に 基づいて位置情報を与える、他のファイバオプティックセンサが構成されている 。この技術は他のファイバオプティックセンシング技術に対して何ら改良は示し ていないので、有用な出力を得るためには干渉の技術を使用しなければならない 。 多くのセンサは、基本的には材料の伸びである歪みの測定に基づいている。多 様な歪みゲージを使用して歪みから曲率を推定することは可能であるが、多くの 環境では曲率を直接測定するほうがより望ましい。しばしば、はり（ビーム）の 中性軸の近くの、ビームの曲率に関係する歪みのない位置にセンサを設けること が望ましい。しばしば、曲率は、パイプやロッドの直線性からの変位を測定する 場合のように、直接的な興味のパラメータである。２つの構造物の間の変位を測 定することもまたしばしは望ましい。その変位は柔軟なビームまたはそれら構造 物を接続するファイバの曲率から推定できる。ある環境で曲率を推定するために 歪みゲージが使用されるように、歪みを推定するため曲率センサが使用できる。 歪みゲージは測定作業の広範囲な多様性に広い応用を見いだした。曲率センサ は多くの応用を持つ可能性がある。以下の例は、ファイバオプティック曲げ及び 変位センサの可能性のある応用のほんのいくつかをカバーしている：航空機及び 宇宙船のトラス構造の翼の羽ばたき及び歪みの測定；クレーン及びリフト装置の 歪みの測定；地震、沈下または他の劣化による橋、ダム、及びビルディングの動 きの測定；パイプ、ロッド、ケーブル、及びビームのたるみ及びゆがみの測定； 道路及び滑走路の霜による隆起の効果の測定；交通移動 と地盤沈下の検出；マスト及びタワーへの風力の測定；スキー、棒、靴、釣り道 具、剣、バット、クラブ、ボール、及び衣類を含むスポーツ用品のパラメータの 検出；マスト、スパ、ケーブル、船体板、支柱、及びブームを含むマリン用品の 歪みの測定；流体またはスラリの流れ、スピード、及び移動方向を推定するため に、羽、ワイヤ、ポール及び他の柔軟な構造物またはプローブの曲率の測定；フ レクシングビーム、ファイバ、またはダイアフラムによる振動及び音のレベルの 測定；ダイアフラムまたはタンクの曲率を検出することによる圧力の測定；エア バッグの膨張のための減速度及びそれに関連する力の測定；加わった重量、力、 トルク、及び歪みを推定するための支持構造体の歪みの測定；多自由度の力及び トルクのセンサの形成；ジョイスティック、キーボード、及びレバーを含むコン ピュータの入力装置の形成；ロボット、自走車、自動車、トラック、タンク、ア ースムービング装置、ローダ、クレーン、船、飛行機、ヘリコプター、及び宇宙 船の接合角と歪みの測定；タイヤ溝及び他のゴムまたは弾性移動部品の歪みの測 定；ドア及びホイールの位置の測定；ペダル、羽根、かじ、リフト面、及びバル ブ位置の測定；シャフト及びノブの角度、回転、及び位置の測定；フロートまた は浮袋の変形による液体のレベルの測定；自動車、マリーン、または産業用装置 のアラインメントの測定；リクライニング用のシート、椅子、ベッド、及び医療 用装備の位置及び動きの測定；医療器具の設置；人工臓器用装置の設置；高磁界 の存在下での歪みの測定；曲率センサに取付けられた磁気的または電気的メディ アに発生する運動の力による磁界及び電界の測定；曲率センサが取付けられてい る基板に誘起される大きさの変化による液体、気体、及び蒸気の濃度または存在 の測定；曲率センサが取付けられている基板に誘起される大きさの変化による温 度の測定。 一般に、きびしい環境にさらされるか埋め込まれるファイバオプ ティックセンサは、真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）センサ、即ち、ファイバから離 れて再びファイバに入る光に依存しないセンサでなければならない。したがって 、ファイバから出て、表面で反射して、再び入る光を含むセンサは、表面が汚染 されて、光の強度が変化するので、多くの目的にとって望ましくない。 様々な真性ファイバオプティックセンサが記述されてきた。その多くは干渉技 術に基づいている。干渉に基礎をおくセンサは、ファイバの大きさに対する機械 的な変化によってファイバ内に光干渉パターンを生成するものであり、歪みに対 して非常に感度がよいが、温度に対しても感度がよく且つ複雑で高価な電子回路 を含む。その他の欠点は、それらセンサ内に通常レーザまたはレーザダイオード を光源として用いなければならず、そのため耐久性と寿命を限定し且つ価格を押 し上けることである。 光ファイバは内部の全反射によって光を伝播する。光は透明材料のコアに入る 。一般に、このコアはコアよりも小さい屈折率のクラッド層で覆われている。ク ラッドの屈折率がコアよりも小さいので、コア／クラッドの境界へのある範囲の 入射角の光線はクラッドに突き当たると屈折してコア内に戻る。ファイバがカー ブ内で曲げられると、曲がったコア／の境界での入射角の変化により少量の光が 失われる。曲率が十分大きくなると、かなりの量の光が損失となる。コア／クラ ッドのデスクリートな境界をもつファイバはステップ形ファイバという。グレー デッド形ファイバと呼ばれる他のファイバは、コアとクラッド間の明確な境界を もたず、ファイバの外側周辺に向かって連続的に減少する屈折率を持つ。簡単の ために、この明細書ではステップ形ファイバと矛盾しない用語を使用するが、例 えは、Ｄ形断面、矩形及び他の多角形断面を含む非円形断面のガイドを含む他の 光ガイド、通常の固体クラッドの代わりに気体または液体で囲まれたガイドと同 様に、グレーデッド形ファイバも、同様に 取り扱われる。金属で覆われたファイバを使用することも可能である。 この損失メカニズムを利用する「マイクロベンディング」センサが設計されて いる。これらは一般に、ファイバに圧力をかけて一連の十分な局部的な曲率（曲 げ）を生成するのこぎり状のプレートのような機械的構造体を含む。光の損失は 機械的構造体の変位を示す信号として利用される。マイクロベンディングセンサ は一般に曲率の変化に応答する光エネルギーのリニアな損失を有しておらず、さ らに機械的構造体の必要性のために、及びファイバがたわんでいる間クラッドと コアにそれが課する歪みのために、望ましくない。機械的構造体なしでファイバ を使用して変位を大きい局部曲率に変換すると、曲げが大きい場合にのみ曲げに よる光損失は実際の使用のために十分大きい。小さい曲げに対しては、ファイバ のセンサ部へ及びファイバのセンサ部から光を搬送するファイバオプティックリ ードを不注意に曲げると、センサ部の曲げにより生成される光損失の変化と区別 できない光損失の変化を生ずるので、そのような弱められたマイクロベンディン グセンサは便利ではない。これらの理由から、マイクロベンディングセンサは一 般に埋め込み式への応用には使用されず、曲率の測定には殆ど使用されない。 光ファイバを処理して、コアを伝播する光量が曲率の変化に伴って通常よりも 大きく変化するようにすることが可能である。この方法は一般にクラッドを変形 して短距離にわたり光ファイバが通常より多くの光を損失するようにすることを 含む。真っ直ぐのときは、通常より多くの光が処理されたゾーンで失われる。曲 げると、処理された側とファイバを伝播する光とのより大きい相互作用のために 、さらに多くの光量が失われる。この処理方法は、クラッドの研磨、エッチング 、加熱処理、エンボシング、及びスクラッピングを含む。このような処理により 広い範囲にわたり曲率に比例する光損失を生 成でき、その光損失は、マイクロベンディングにより生成される損失またはセン シタイズされたゾーンへ及びセンシタイズされたゾーンからの光を搬送するリー ドの不注意による曲げによる損失よりも、数桁大きい。 上記処理方法の欠点は、真っ直ぐなファイバに対しても損失が導入されること であり、また、クラッドの変形は、特に、ファイバの全周囲のクラッドを除去す る場合、ガラスファイバを弱くすることである。 過剰な光損失を生成することは望ましくない。ファイバ内の損失を最小化でき れは、光源として低価格の発光ダイオードを使用することが可能になり、センサ を伝播する光の量を検出するための低価格のフォトディテクタ及び増幅器を使用 することが可能になる。このため、その範囲の最大伝達端部ではセンサはできる 限り損失を小さくすることが望ましい（低残留光損失）が、曲率の変化による損 失はできる限り大きいことが望ましい（高感度）。好ましくは、この損失は曲率 の線形関数であり、リニアな範囲の中心が測定中の（曲率または変位のような） 機械的な量の範囲の中心である。これらの要求はしばしば知られたセンサでは、 残留光損失と感度とは独立に変化できないので、満たされない。例えば、曲率に 対する感度は処理されたゾーンの長さが増加すると増加するが、残留光損失も同 様である。 ハーヴィルその他（米国特許第５，０９７，２５２号）は、ファイバの上面が 処理されて指及び他の身体部分の曲げを検出する真性ファイバを記載した。単調 な出力がクレームされているが、その範囲は直線状（曲率ゼロ）センサを含み、 出力は線形ではなく、その範囲はゼロ曲率に関して中心にはない。ダニッシ（各 々、リー・ダニッシを発明者とする、１９９１年７月３１日出願のファイバ・オ プティック・ベンディング・アンド・ポジショニング・センサ（Ｆ ｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｂｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓ ｅｎｓｏｒ）という名称の米国特許出願第０７／７３８，５６０号、１９９２年 ７月２０日出願の同名の米国特許出願第０７／９１５，２８３号、及び「ベンド ・エンハンスト・ファイバ・オプティック・センサ（Ｂｅｎｄ−ｅｎｈａｎｃｅ ｄ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｓｅｂｓｏｒｓ），ＳＰＩＥ：ザ・インタナショ ナル・ソサイエティ・オブ・オプティカルエンジニアリング（Ｔｈｅ Ｉｎｔｅ ｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅ ｒｉｎｇ），ボストン、ＭＡ，ＵＳＡ、にも記載されたもの；エル・エー・ダニ ッシ、１９９３年３月のスマート・ボーン（Ｓｍａｒｔ Ｂｏｎｅ）、カナディ アン・スペースエージェンシー・コントラクト（Ｃａｎａｄｉａｎ Ｓｐａｃｅ Ａｇｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒａｃｔ）９Ｆ００６−１−０００６／０１−ＯＳＣ の最終レポート、第２４頁、にファイバの表面を処理して、やはりエル・エー・ ダニッシの名により最初に米国特許第４，８８０，９７１号に記載された手段に よりスループットの最小損失で一つの側から光を放出するファイバオプティック センサを記載している。ダニッシの従来技術は広い範囲の曲率に対する線形応答 、最大感度の平面ではない平面内での曲げに対して余弦曲線でドロップオフする 応答、及びゼロ曲率について中心化された範囲を記載している。他の特徴は、非 線形性を含む異質の応答を減少させるか消滅させる光吸収用コーティングである 。範囲の中心の位置付け全体の制御は、ハーヴィルに示されている最低スループ ット（最高損失）でのそれに対して、最高の光スループット（最低損失）でその 範囲の部分を主に使用する可能性を開く。これは、残留光損失または感度に影響 を与えることなく、または逆にファイバの強度に影響を与えることなく中心を調 節できる場合に、特に有用である。従来技術はこれを如何にして行うかを教示し ていない。従来技術は、単 一の処理されたストリップの長さ、幅及び形、または多数のノッチの深さを変化 させることが可能なセンサを記載している。ダニッシ（上記米国特許）は、「エ ミッション・ストリップと全クラッドファイバとの交互の長さファイバで形成さ れた・・・」長いセンサを記載している。しかし、線形の範囲の中心の配置全体 にわたる利得制御のためにこの技術をどのように使えるかは、示されていない。 処理されたファイバオプティックセンサの製造における複雑なファクターは、 ファイバの全周囲を含まない処理に起因して、曲率に対するセンサの反応が所与 の平面で最大である場合、ファイバの処理後で埋め込み前にその最大感度の平面 の適切な方向づけを維持することが困難である、ということである。主たる問題 は、ファイバの長手に沿う点で加えられるトルクによりファイバがその長軸に関 して捩じれ易いということである。これは、頂部及び底部の両方が処理されたフ ァイバを含む、その全周囲が処理されていない全てのファイバの問題であり、上 方から下方への曲げを区別できず、（余弦法則によって）上方／下方と左／右の 曲げとの間を区別する応答特性を持つ。 強度に基礎をおく多くのファイバオプティックセンサシステムの設計における 他の複雑なファクターは、戻りのパスとファイバ方向端部における光の反射また は戻しの手段とを必要とするということである。 ターンアラウンドと戻りパスの必要性をなくすために、測定端部にカプラがし ばしば用いられ、端部に反射器を持つ単一ファイバに光が入射できるようにする 。入射された光はファイバの処理された部分を通って伝播し、端部で反射され、 同じファイバ内の測定システムの中のカプラに戻る。カプラは戻った光のみを抽 出するように設計されている。残念ながら、カプラは大きな損失をもたらし、且 つ測定には高価となる。また、端部における反射構造体は損失をも たらし且つ製造が困難である。 他の場合では、センサの両端部の近くに配置された反射構造体を持つ戻りファ イバと、遠端部が反射構造体と対向しているか反射構造体に挿入されている戻り ファイバとを用いることが可能である。このような解決は一般に光がファイバか ら離れて再度入力することを含むので、センサは、もはや真性なものではなくな るか、受入れることのできない損失を含む。それはまた、単一のファイバあるい は２本のファイバの直径より大きい反射構造体を常に含み、したがって埋め込み には利用できない。 ファイバオプティックセンシングシステムの遠端部におけるターンアラウンド ループの不利益は、ターンアラウンドのために十分な幅が利用可能であっても、 センサの位置を越える余分な長さをシステムに追加することが必要であることで ある。これはシステムの寸法を増大させ、システムの遠端部における検出を妨げ る。例えば、コンピュータの入力装置の「ジョイスティク」の形態で使用される ノンヒンジの柔軟なレバーのトップエンドにおける曲率の変化を測定することが 望ましい。底部でレバーに入るファイバーにターンアラウンドループが用いられ る場合、それは通常はレバーの頂部であるので、頂部に配置される曲率センサの 知られた形態が許されなくなる。他の例として、ターンアラウンドループが用い られ、曲がったビームの中心で曲率を測定することが必要な場合、ビームはター ンアラウンドを吸収するのに十分長くなければならない。 ターンアラウンドの他の不利益は、特に、ターンアラウンドが真っ直ぐなファ イバの光損失より実質的に大きい光損失を生ずる小半径の曲率を持つ場合、ター ンアラウンドの平面内での曲率の変化による光強度の変化を避けるような位置に それを保持しなければならないということである。ターンアラウンドが基板に強 固に固定されると、ターンアラウンドと、その曲率を適切に検出するためにやは り基板に強固に取り付けられる検出ゾーンの位置との間の応力が生ずる。 しかしながら、ターンアラウンドの欠点が克服できるなら、製造コスト、小寸 法、複雑さがないこと、そして比較的低光損失のために、圧倒的に有利である。 本発明は最小製造コストとファイバに対する最小の損傷で曲率と変位を検出す る改良されたセンサ手段を提供する。 本発明の目的は、感度を最適化しファイバの強度を保持しながら、残留光損失 を最小化するセンサ手段を提供することである。 本発明の他の目的は、ファイバを通る光の最大伝播を示す線形範囲の部分を最 大に利用することを可能にするセンサ手段を提供することである。 本発明の更に他の目的は、感度のあるゾーンの長さの範囲全体にわたり所与の 残留光損失と感度を達成可能なセンサ手段を提供することである。 本発明の更に他の目的は、センサシステムの遠端点の近くにセンサの感度のあ るゾーンを配置可能なセンサ手段を提供することである。 本発明の更に他の目的は、処理後に感度のあるゾーンの方向を維持するセンサ 手段を提供することである。 発明の開示 本発明は残留損失を最小化しファイバを通る光の伝播におけるセンサの機械的 屈曲の効果を最大にする処理手段を提供することにより、これら及び他の結果を 達成する。 本発明の１実施例において、センサゾーンはファイバの交互に処理された部分 と非処理部分でできている。多くの光線は、処理された部分の間の非処理部から コアに向けて屈折するチャンスがあるので、不要な残留損失を導入することなく ファイバの長い長さにわた って平均曲率が検出される。少なくとも１つの処理された部分はその周囲全体ま たは周囲の一部を変形することを含む。処理は研磨、エッチング、帯内での繰り 返しノッチング、加熱、化学的除去、及びその他を含む。処理は一般に少なくと も光吸収材料の薄膜を適用することを伴う。 本発明の他の実施例において、上記したファイバの部分の処理は、ファイバの 曲率部の所望の範囲にわたり湾曲している部分の外側に向いている周辺部の変形 のみを含む。処理部及び非処理部のストリップの長さ、及びストリップの数、そ して各ストリップにより処理された周囲の広さを変えることにより、凹の屈曲に 対する感度のリニア領域の範囲を増大でき、センサはその最大のスループットの 条件で作動する。この実施例は、屈曲及び変位に対するリニアリティを維持しな がら、センサの最高のリニアスループット範囲内でセンサの動作を可能にし、且 つその範囲の中心のサイズ及び配置の制御を可能にするという利益がある。この 方法は、所望の範囲にわたって最大の感度とスループットを提供しながら、処理 された周囲の量を最小にしたセンサを提供できるという利益がある。これは使用 されるファイバの強度を維持するために、特にガラスファイバが処理される場合 に重要である。 本発明の他の実施例において、ファイバセンサループの遠端点におけるターン アラウンドが処理されて屈曲に対して感度を持つようにし、それにより処理され た部分がターンアラウンドのスループットに関して最小の効果を持つようにする が、屈曲に対する感度はファイバの直線部に配置された感度のあるゾーンのそれ と同一またはそれより改善されたようにする。この場合、感度のあるゾーンとル ープとの結合の全体のスループットは、ゾーンとループが分離されているセンサ ファイバについてより大きくすることができる。感度のあるターンアラウンドル ープは構造体の自由端における曲率を検 出可能にし、また、ターンアラウンドが加熱成形されまたは固形物の形態にさせ られると、それは常にセンサの最大感度の平面に垂直な平面を形成し、それによ り測定中に最大感度の平面の方向を維持し易くなる。この構造体はまた、ターン アラウンドがファイバループの遠端点を形成するので、製造を容易にすることに 役立ち、また加熱処理、エンボシング、サンディング、または他の処理のために 機械に容易に挿入可能である。これは、軸に沿ったある任意の位置において処理 されなければならないファイバ、特に処理にリードを含まずに加熱のためにオー ブンに挿入しなければならない場合にはあてはまらない。この実施例は、周囲の 様々な部分または全ての処理を含む、様々な形態の処理により使用できる。 本発明は、少なくとも１つの光放出表面を有するファイバオプティック光ガイ ドを備え、光放出表面は、ガイドの長さの一部に対して、実質的に周囲方向、及 びカーブしたガイドのカーブした部分にあるときは実質的にカーブした軸方向、 から選択された方向にあるファイバオプティック湾曲及び位置決めセンサとして 定義される。 １つの好ましい実施例においては、光放出表面は周囲に向かう複数の帯の形態 をしている。 他の好ましい実施例においては、光放出表面は周囲の周りのリングの形態をし ている。 更に他の好ましい実施例においては、光放出表面は矩形の側面の一つの上、ま たは矩形の反対側の側面の上にある。好ましくは、矩形は、少なくとも１つの光 放出表面が一つ又は両方のより長い側面の上にそれぞれある。 好ましくは、光放出表面は最大感度平面に対して最も望ましい方向を与えるよ うに配置されている。 ファイバオプティック光ガイドはループの形状であり、ループはその中に光放 出表面または複数の光放出表面の少なくとも実質的な 部分を有している。これら後者の表面は、ループの湾曲部の内側または凹部の上 にグループ化された周囲に向かった帯と、ループの実質的に平面内でループの湾 曲部に従う軸方向に向かった帯とのうちから選択された形状にある。 一つの好ましい実施例において、３個から５個の周囲に向かった帯が互いにグ ループ化されており、各々の帯は周囲の約６０°から約９０°に広がっている。 軸方向に向かった帯の場合、２個から６個のカーブした帯は共通面または平行面 にある。この発明は、ファイバオプティック光ガイド、またはその一部が、少な くとも１つの光放出表面を照射することと、少なくとも１つの光放出表面を通過 した光を収集することの両方を行う単一のファイバの形態であるセンサを含む。 この場合、照射端部と収集端部は少なくとも１つの光放出表面から除去された単 一領域に配置されている。 さらに好ましい実施例においては、ファイバは、分離された平行な広い側面を 有する略矩形の断面を有するフラットなスプリングの形態をしている。少なくと も１つの光放出表面は広い側面の一つまたは両方の上に形成されている。特に、 少なくとも１つの光放出表面はファイバ内の屈曲部に形成されているか、両軸を 含む。屈曲はファイバの広い軸の平面内にあるか、ファイバの広い軸に垂直な平 面内にある。ストリップ形ファイバの１例は、商品名マイラ（Ｍｙｌａｒ）とし て販売されているような、ポリマ材料のストリップから形成されたものである。 さらに好ましい断面は、光放出表面がＤのフラットな側の上にある、Ｄ形断面 であり得る。通常、ファイバはフラットな側の平面内で屈曲する。他の断面及び 配置が提供できる。 本発明は、車体またはフレームと自動車のホイールシステムとの間の変位を検 出する電子システムを含む自動車サスペンションシステムにおいて、可撓性ビー ムと前記可撓性ビームに設置されたファ イバオプティック曲率及び位置センサとを備え、センサは少なくとも１つの光放 出表面を有するファイバオプティック光ガイドを備え、光放出表面は、ガイドの 長さの一部に対して、実質的に周囲方向、及びカーブしたガイドのカーブした部 分にあるときは実質的にカーブした軸方向、から選択された方向にあるという改 良点を含む。 本発明はまた、伸びた部材にファイバオプティック光ガイドを取付け、この場 合、光ガイドは： ガイドの長さの一部に対して、実質的に周囲方向、及び光ガイドが部材に沿って 伸びており、カーブしたガイドのカーブした部分にあるときは実質的にカーブし た軸方向、から選択された方向に伸びる光放出表面を有し；光ビームを光ガイド 一端に注入し、光ビームを光ガイドの他端で検出し、光ビームの強度の一端と他 端の間の差を測定し部材の屈曲または変位を表す部材の屈曲または変位の検出方 法を含む。 好ましくはこの方法は、全体に実質的にリニアに検出される範囲の実質的部分 として、曲率の増大に伴って増大する光の伝播を生じる曲率を含む範囲にわたる 曲率の検出を最適化するように光ガイドを選択することを含む。 好ましくはこの方法は、複数のファイバオプティックガイドを伸びた部材に取 付け、この場合各々が複数の光放出表面を有してガイドの最大感度の平面が互い に異なる角度になっていて少なくとも１つのガイドが特別な平面の傾きで最大曲 率を表すようにすることを含む。 好ましい配置は互いに所定の角度で異なる方向に向いている２個から６個のフ ァイバオプティックガイドを利用する。 図面の簡単な説明 本発明は添付の図面とともに、以下の１例としての実施例の記載により容易に 理解されるであろう。 第１図はセンサが曲がったビームに固定された、屈げセンサ装置の概略図、 第２図は本発明による光ファイバの断面図、 第３図は第２図と同様の断面図で、その変形を示したもの、 第４図は表面処理を示す光ガイド一部を大きいスケールで示す斜視図、 第５図は第４図の光ガイドの側面図、 第６図は第５図のセンサのＸ−Ｘ線横断面図、 第７図は光ガイドの表面処理の他の形式を示す図、 第８図は第７図の光ガイドの側面図、 第９図は第８図のセンサのＹ−Ｙ線横断面図、 第１０図は曲げに対する最大及び最小の感度の軸を示すセンサの横断面図、 第１１図は放出及び検出ファイバと対になった非放出参照ファイバを採用した センサの斜視図、 第１２図は３次元屈曲ベクトルを検出するトリプルセンサの斜視図、 第１３図は光放出部の１２０°の配置を示す、第１２図のセンサのＺ−Ｚ線断 面図、 第１４図は光パス及び電子回路を示す概略図、 第１５図は光ガイド戻りパスの他の形式を示す図、 第１６図は位置の測定のためのセンサの他の応用を示す図、 第１７図、第１８図及び第１９図は屈曲を検出するために様々な方法で処理さ れた光ガイドの伝播の変化の割合を示すグラフ、 第２０図及び第２１図は２つの光ガイドで構成されたセンサ対での伝播の変化 の割合を示すグラフ、 第２２Ａは処理された材料と非処理材料の交互の帯を持つファイバの側面図、 第２２Ｂは第２２Ａにおけるファイバの非処理部分の１つの断面図、 第２２Ｃは第２２Ａにおけるファイバの処理部分の１つの断面図、 第２３Ａは、処理された材料と非処理材料の交互の帯を持ち、処理部がファイ バの全周囲を取り囲まない、他のタイプのファイバの側面図、 第２３Ｂは第２３Ａにおけるファイバの非処理部分の１つの断面図、 第２３Ｃは第２３Ａにおけるファイバの処理部分の１つの断面図、 第２３Ｄは交互に処理された第２３Ａのファイバの断面図、 第２４Ａは、光放出表面に向かう光線の範囲を示す、第２３Ａ図におけるよう に３つの光放出表面を持つファイバの真っ直ぐな部分の縦断面図、 第２４Ｂ図は第２４Ａ図におけるファイバが下方に曲がっているものの縦断面 図、 第２４Ｃ図は第２４Ａ図におけるファイバが上方に曲がっているものの縦断面 図、 第２５図はファイバが広い範囲の曲率にわたり曲がる時の、より多くの光放出 表面を持つように処理されたファイバでの光損失を示す１群の曲線を示し、 第２６図は第２５図におけるように処理されたファイバセンサのより詳細なグ ラフで、ゼロ曲率上に中心がある線形領域と他のタイプのセンサからのデータと を示すもの、 第２７図は光電子的測定システムに光を戻すために用いられファイバのループ を含むセンサシステムを示す。このループは処理されてセンサとして働き屈曲し たビームに設置されてビームの端部近くの曲率を測定する。 第２８Ａ図は第２７図のループの縦断面図である。ループ内のク ラッドの一部の頂部は除去されてファイバの側面の２つのパッチにおいて漏れる 。パッチはループの屈曲部に配置されている。 第２８Ｂ図は第２８Ａ図のファイバの平面図、 第２８Ｃ図は第２８Ａ図のファイバの処理された部分の一つの断面図、 第２８Ｄ図は第２８Ａ図のファイバの非処理部分の一つの断面図、 第２８Ｅ図はループの両側が処理されたことを除き第２８Ａ図に示したファイ バと同様の他の実施例の処理された部分の断面図、 第２８Ｆは処理された部分がループの内側に配置されており且つ実質的に円周 方向にあることを除き第２８Ａ図に示したファイバと同様の他の実施例の処理さ れた部分の断面図、 第２８Ｇは光放出表面が連続であることを除き、第２８Ｂ図と同様の平面図、 第２９Ａは第２８Ａから第２８Ｇに示した実施例におけるターンアラウンドル ープの平面図である。ループの平面内の光線として発生する２つの光線が、ファ イバ内に残りながらファイバ内を伝播していることが示されている。 第２９Ｂ図は、２つの光線が上記平面に依然として残っていることを示す、屈 曲直前のファイバの断面図、 第２９Ｃ図は、依然として平面内に残っている２つの光線の位置を示す、ルー プの中心におけるファイバの断面図、 第３０Ａ図は平面に平行な光線で垂直に移動していることを除き第２９Ａ図に おけるものと同一のループを示す図、 第３０Ｂ図はループの平面の上の光線の位置を示す、屈曲が始まる前のファイ バの断面図、 第３０Ｃ図は、光線を含み、光線がループの外側の壁で屈折するときの光線の 下方へのずれを示す、ファイバの断面図、 第３０Ｄ図は、光線を含み、ループの外側の壁でファイバから光 線が失われる角度で、光線が再び下方へずれることを示す、ファイバの他の断面 図、 第３０Ｅ図は２つの光放出表面を持つファイバループ及び同様に処理されたフ ァイバの直線部分の屈曲によるセンサ損失を示す図、 第３１Ａ図はダイアフラム表面に沿って取り付けられた、ダイアフラムの曲率 を検出するために処理されたループの平面図、 第３１Ｂ図は第３１Ａ図のセンサの立面図、 第３２Ａ図は、ループがダイアフラムの上からの曲線で支持されて、ある点で ダイアフラムに接し、ダイアフラムの変位を検出するようになっている点を除き 、第３１Ａ図におけると同様のセンサの平面図、 第３２Ｂ図は第３２Ａ図のセンサシステムの立面図、 第３３Ａ図は、ループに与えられる曲率の変化に従って軸の位置を示す目的で 、頂点で回転ドラムまたは軸に取付けられた、曲率を検出するために処理された ループの平面図、 第３３Ｂ図は第３３Ａ図のセンサ構造体の立面図、 第３４図は、処理されてフレキシブルなジョイスティックハンドルの変位を検 出するために配置されたループを含むジョイスティック入力装置の透視図、 第３５Ａ図は振動と加速を検出するためのカンティレバービームとして設置さ れた、曲率を検出するために処理されたループの平面図、 第３５Ｂ図は第３５Ａ図のセンサの立面図、 第３６図は、物体の大きな変位をループの端部の比較的小さい変位に変換する ように設計されたスプリング及びファイバループシステムの側面図、 第３７図は光パス及び電子回路を示す概略図、 第３８Ａ図はセンサの矩形断面の一つの形態の斜視図、 第３８Ｂ図は第３８Ａ図のセンサの歪みの検出を示す図、 第３９Ａ図は矩形断面ストリップの他の形態の斜視図、 第３９Ｂ図は第３９Ａ図のセンサの歪みの検出を示す図、 第３９Ｃ図は第３９Ａ図のセンサの側面図、 第４０Ａ図はＤ形断面を持つセンサの斜視図、 第４０Ｂ図は第４０Ａ図のセンサの断面図、 第４１図は矩形断面の他の形態の平面図、 第４１’図は矩形断面をもつ光ガイドでできたループセンサを通る光の伝播の グラフ、そして 第４２図は角度のずれを検出するのに有用な取付け手段を示す。 発明を実施する為の最良の形態 第１図から第２１図は上記出願シリアル番号第０７／９１５，２８３号にクレ ームされた電子回路及び出力曲線に関係した、様々な形態のセンサを示している 。 第１図は曲がったビーム１１の上に接着して設置された曲げセンサ１０を示し ている。この例では、光はフォトエミッタ１２からプラスティックまたは他の光 ファイバ光ガイド１３を介してセンサ部１０に運ばれ、次いでガイド１４を介し てフォトディテクタ１０に至る。センサ領域１０の近くの光ガイドはその外側の 保護ジャケットを除去されて、光を通すコアが表面上のストリップに沿って露出 しており、センサ領域に導く部分１３及び１４は正しい位置にジャケットを有し ていても良い。センシング部１０は曲げを検出するようになっている。フォトエ ミッタ１２及びフォトディテクタ１５は電子的測定システム１６及びディスプレ イ１７の一部である。 第２図は光導通ファイバ１９及びクラッド２０を有する従来の光ファイバ導波 管１８の断面を示す。通常、バッファ層とコーティング層も存在する。クラッド は２１で局部的に除去されて、ファイバ１９に沿って帯となって伸び、光放出表 面２２を形成する。その帯 は、ファイバの特別な形に応じて、例えば加熱器により、研磨、溶解、その他に より、またはファイバに圧力をかけるか擦ることにより、慎重にクラッドを除去 して形成される。 第３図は第２図の場合の変形を示し、光放出表面帯２１は光吸収材料２０ａで 覆われている。コーティング２０ａの典型的な材料はグラファイトで満たされた エポキシ樹脂、染料で満たされた樹脂及び同様の材料である。コーティング２０ ａを使用することにより、測定に影響を与える、放出された光が他の装置または 構造帯と干渉することが防止され、また、ファイバへのあらゆる反射の戻りを防 止できる。追加のコーティング２０ａは帯２１の上にのみ設けてもよいが、より 一般に全ファイバの回りの設けてもよい。 第４、５、６図は放出表面をテクスチャ化したファイバ１９の一例を示す。フ ァイバにやすりの表面上で圧力をかけることにより、のこ歯切り欠き２３がファ イバの片側に形成された。同様ののこ歯上切り欠が、加熱成形及びモールディン グにより形成できる。プラスティックとガラス光ファイバの両方がこうして形成 される。加熱成形は、のこ歯状にされ、波形にされ、または他の形にされた加熱 金属表面にファイバを軽く押し当てることにより行われる。のこ歯切り欠きの角 度は変えることができる。ファイバのクラッドは除去されるであろうから、クラ ッドを最初に除去する必要はない。処理の後は、光の一部がその中でいずれかの 端部に伝播している間、センサ部は長さ方向に沿っていくらかの光を放出する。 第７、８、及び９図はファイバ１９ののこ歯切り欠きの他の形態を示す。この 例では、センシング部１０のくさび形のこ歯切り欠き２３は小間隔２４により分 離されている。のこ歯切り欠きの正確な形状はかなり変化が可能である。ダイヤ モンド形のこ歯切り欠きもまた成功裏に使用されてきた。これらはファイバを交 差するのこ歯切り欠きを持つやすりに押し当てることにより形成される。 これに替えて、ファイバの片側を、クラッドを除去または変えるサンンディン グ、砂吹き、エッチング、または他の手段により研磨することが可能である。 第１０図は屈曲センサの最大及び最小感度の軸、及び信号変化の方向を示す。 この断面では、光放出面の帯はファイバのセンシング部の頂部にある２２である 。Ａ−Ａを含む垂直面内で屈曲させると、ファイバを通る光の伝播が最大に変化 する。したがって、Ａ−Ａは最大感度軸と呼ばれる。上方に凹む屈曲に対して、 伝播は増大する。下方に凹む屈曲に対して、伝播は減少する。伝播の最小変化は 、Ｂ−Ｂを含む水平面内の屈曲に対して生ずる。この平面での屈曲により生ずる 伝播する光の変化は無視できるので、Ｂ−Ｂは最小感度軸と呼ばれる。Ｃ−Ｃの ように、主要軸から離れた屈曲に対しては、中間の応答が生ずる。この中間の応 答は、最大感度の平面と屈曲角の平面との間の角度の余弦関数である。図におい て、＋及び−の記号は、ファイバが直線状の場合のファイバの伝播に対する光の 伝播の増大及び減少を示す。表面の帯２２は第２図におけるように、または、例 えば、第４図から第９図におけるように、全く裸のファイバでよい。 第１１図は対になった参照ファイバを含むセンサを示す。ファイバ１９はセン シング部１０を有する。ファイバ２５はセンシング部を持たない。この対は、す べての測定がファイバ２５を通る伝播を参照する、二重検出法で用いられる。フ ァイバ２５はファイバ１９と機械的に同じように配置されており、処理されてい ないファイバは小さい屈曲角（およそ２０°より小、一方処理されたファイバは 屈曲に対する応答に対して利用される）に対して殆ど伝播の変化を示さない、と いう事実のために、大部分のエラーは測定から消える。 第１２図は、加わった屈曲を表す３次元ベクトルを検出可能なセンシングシス テムを形成するように配置された、３つのファイバを 示す。各ファイバは、全く裸のファイバまたはのこ歯切り欠きまたは摩耗で形成 された、光放出部１０を有している。センシング部は、最大感度の軸が互いに１ ２０°となるように配置されている。第１３図はこの関係をより明瞭に示してい る。ファイバの伝播の大きさ及び符号についての連立方程式を解くことにより、 センサが固定されたビームのような要素の屈曲ベクトルの３つの成分が得られる 。センシング部をフラットな束ではなくて三角形状に、異なる角度で面と向かわ せたり、ファイバを互いに分離させたり、というようにファイバの他の配置が可 能である。第１１、１２及び１３図に示される例では、ファイバは、クラッド層 を持ち、ガラス、プラスチックまたは他の材料の主ファイバで構成されている点 で、従来のものである。クラッド層は、上記したように、様々な方法でセンシン グ部１０において局部的に除去される。 第１４図は第１１図に示したような対になったセンサ素子を通る光の伝播を測 定するために使用できる電子回路の簡単な一例を示す。第１４図において、ファ イバ１９（センシング部へ及びそこからの光を運ぶガイドの位置及び長さが任意 であることを示すためにコイル状に示されている）は１０に光放出ストリップを 有する。第２５図は、他はファイバ１９と同じであるが、センサ部１０の近傍の ファイバを表す位置２６にセンシング部を持たない。両ファイバは、発光ダイオ ードであるフォトエミッタＥ１及びＥ２により照射される。ファイバから光を受 け取るフォトディテクタＤ１及びＤ２は、光エネルギーに対する応答速度を早め るために１２ボルトで逆バイアスされている。Ｕ１及びＵ２は、利得１０の差動 増幅器として接続された高入力インピーダンスの演算増幅器である。増幅器Ｕ２ の利得はＲ１により変化させることができ、それにより直線状ファイバに対して 、Ｕ３の入力を同じにする。この条件下で、この光電子回路は歪みゲージによる 測定をするときに用いられる２アームブリ ッジに類似のものとなる。ファイバの劣化、コネクタの振動、温度の変動、等に よるエラーはＵ３の出力に至る前にキャンセルされる。Ｕ３の出力は帯部１０に おける屈曲により生ずる電圧である。その出力電圧はさらに増幅されてディスプ レイ装置に送られるか、または屈曲角を最小化するように設計されたアクチュエ ータのように様々なパラメータを制御するために使用され得る。 エラー源に対してより強くするように変形することを含み、回路の多くの変形 が可能である。そのような変形の一つは、同一の光源とディテクタを用い、異な る周波数で信号をチョッピングし且つ同期検出を採用することにより信号を分離 することである。他の変形は、第１４図のＵ３をデバイダ回路で置き換えて、セ ンサ信号を参照信号で算術的に分割することである。 他の変形は、例えば第１４図にある一つのフォトエミッタＥ１を用いて、第１ ４図にある１９のようなセンサファイバを照射し、且つ第１４図にある２５のよ うな参照ファイバを照射することである。この最後の変形は、Ｕ３を除去し、Ｕ ２と他の増幅器を使用して２５からの光を一定値に制御し、出力１２から直接１ ９を介して相対的な光伝播を読むことによりさらに強調される。 第１５図はセンシング部を通過した光ガイドのループを無くしたセンサの設計 の変形を示す。フォトエミッタからの光はガイド１９を介してシステムに入力さ れ、センシング部１０を通過する。他のセンシング部２７がガイド２９上のセン シング部２８に面している。光学的にクリアな接着剤３１で満たされた不透明な キャップ３０がこの結合領域をカバーしている。ガイド２９は光をフォトディテ クタに戻す。２７及び２８における結合領域はキャップにより強固に保持され接 着されているので、屈曲には応答しない。この配置により戻りループのない平行 ファイバの使用が可能になり、長くて狭い構造対にセンサを埋め込む場合に有利 である。 上記に替えて、ファイバ２７及び２８は、のこ歯切り欠きではなく、且つ不透 明キャップ３０に一部が挿入されたものでもよく、この変形では、キャップは好 ましくは白い色素と混合したエポキシのような半透明の白いポリマで満たされる 。ポリマを介する光の拡散がファイバ２７から２８への光の伝播の要因となる。 上記に替えて、センサファイバの遠端点から戻しファイバに光を反射するため に鏡が使用できる。他の変形例では、遠端点に設置された鏡を有する単一のセン サファイバと共に方向性結合器が使用可能である。結合器はエミッタからの光を ファイバの近端点まで通過させ、且つファイバの近端点から出る反射光をディテ クタに向かわせるために用いられる。典型的には、方向性結合器はエミッタと、 ディテクタと、ファイバの近端点の間に設置される。 第１６図は変位の測定のための屈曲センサの応用を示す。ブロック３３及び３ ４（例えば、機械的システムの移動部分を表す）の間の垂直変位３２は、その２ つのブロックに取り付けられた可撓性のビーム３５内で固められたガイド１９内 の屈曲センシング領域１０により測定される。可撓性のビーム有無に係わらず、 同様の取付け具は、広い範囲にわたる、ペダル位置のような角度の測定を可能に する。 上記したセンシング装置の利益は第１７、１８及び１９図に示されている。こ れらの図について、センサはメチルメタクリレート光ファイバから１ｍｍの直径 で製造された。黒いプラスティックのジャケットは、それが除去されるセンシン グ部の近くの５０ｍｍの部分を除き、ファイバ上に残された。 第１７図は、一例として、のこ歯切り欠きをもちプラスティックビームにエポ キシ接着剤で固定された１ｍｍの直径のプラスティックファイバの光の伝播量を 直線状ファイバについての１００％と比較した、伝播のパーセンテージ変化を示 す。ビーム上の一端部に重 りを置いて、グラフの水平軸上に示される角度の変位を生成した。センサの２つ の出力が示されている。一つはビームが最大感度軸（のこ歯切り欠きが上を向い ている）に沿って屈曲させるように配置されている場合のセンサからのもの；他 の一つはビームが最小感度軸（のこ歯切り欠きが水平に向いている）に沿って屈 曲させるように配置されている場合の出力である。最小感度軸に沿う屈曲に対し ては事実上感度がない。最大感度軸におけるセンサの応答は、角度の変位に関し て本質的にリニアであり、上方向の屈曲に対しては増大し、下方向の屈曲に対し ては減少する。 このグラフは、非常に簡単なエレクトロニクス（例えば、第１４図に示される ような）により感度が得られることを示している。ビームの頂部の歪みゲージに よりビームの歪みを測定できる。歪みゲージは、ビームの上面の曲率よりもビー ムの上面の伸びに応答する。ビームは３°の歪みに対してその頂部に沿っておよ そ１２０マイクロストレイン（１メートル当たりのミクロン）の伸長を受け、光 学センサは、この実験に対して１２マイクロストレイン（１０データポイントに わたり１２０マイクロストレイン）よりよい分解能を達成することを示す。歪み ゲージについての低い方のおよその限界である１マイクロストレインより小さい 分解能が可能な他のセンサが作られていた。定義により、歪みのない部分である ビームの中性軸上の屈曲センサで曲率の測定が可能なので、歪みの感度の低い方 の限界はゼロである。 第１８図は、一例として、処理されていないファイバの応答と比較した、２５ ｍｍの長さののこ歯切り欠きを有するファイバ光ガイドの応答を示す。ファイバ は感度のある領域の一端の近くでクランプされて、グラフの水平軸上に示される 全角度の緩いカーブ内で屈曲するように動かされた。センシング部を持つファイ バは最大感度の平面内で動かされた。このファイバは広い範囲、約±２０°、の リニア応答を示した。処理されていないファイバは、マイクロベンドセンサの一 例であるが、同様に動かすと、応答が前者のファイバよりおよそ２０倍小さい、 ２０度を越える角度についてを除き、実質的に角度に関して変化を示さなかった 。 第１９図は、一例として、異なる方法で形成されたテクスチャの表面を持つ３ つのファイバの応答を示す。設定された試験は第１７図についてと同様である。 第１のファイバは２５ｍｍにわたってのこ歯切り欠きを有する。第２は２５ｍｍ にわたりファイバの回りを細かいサンドペーパで軽く擦ることにより形成される 。第３は全体の形状において第１のファイバののこ歯切り欠き領域に似ているが 、２５ｍｍにわたり、但しファイバの片側のみを、ファイバの回りを細かいサン ドペーパで軽く擦ることにより形成される。片側にテクスチャ化された表面を持 つ２つのファイバはその応答で屈曲方向について良好な結果を示す。全表面がテ クスチャ化された表面を持つ屈曲方向について何も示さない。構造体に設置され たとき、ファイバは曲げられなければならない。のこ歯切り欠きを持つファイバ は、片側をサンドペーパで磨かれたファイバよりもより広い範囲にわたり応答の リニアリティを示す。 第２０図は、一例として、プラスティックチューブの小片内にエポキシ接着剤 で設置されたセンサ対の応答を示す。各センサは、直径２００ｍｍのシリカファ イバコアの側の上のストリップに沿ってクラッドを除去することにより形成され た。２つのストリップはグラファイトで満たされたエポキシで覆われ反対方向に 面するように配置され、各センサについて屈曲に対する応答が反対極性でほぼ等 しい大きさになるようにされた。第２０図に示される「伝播のパーセンテージの 変化」は２つのセンサにおける光伝播変化から得られた２つの電気信号における 差を、休止中の一つのセンサからの電気信号のパーセンテージとしたものをいう 。測定のこの対による方法 はコモン・モードのエミッタ及びディテクタのドリフトの効果を大きく減少させ る一つの手段である。この例では、チューブはまず、マイクロメータ・ドライブ により、最大感度の平面内（正の水平グラフ軸）で上方向に、その残りの位置か ら離して、曲げられた。次ぎに、それはその休止位置に戻された。これらのステ ップは下方屈曲に対して繰り返された。第２０図のデータ点はシステムの優れた リニアリティと低いヒステリシス（「ゼロから離れる」及び「ゼロに向かう」） を示している。応答のすぐれたリニアリティを示す、直線（リニアフィット）が 第２０図に描かれた。 第２１図は原点の近くの屈曲の小領域における、第２０図と同じデータ点を示 す。 第２２図から４２図は本発明による他の実施例を示す。 第２２Ａ図は処理された材料３９と処理されない材料４０の交互の円周帯を持 つファイバ３８を示す。図はクラッドのレベル以外のファイバの層を示す。この 帯はコア及びまたはクラッドを変形して光がコアから失われるようにして形成さ れる。この帯は、ファイバの特別な形に依存して、例えば加熱器により、研磨、 溶解、その他により、またはファイバに圧力をかけるか擦ることによる変位によ り、慎重にクラッドを除去して形成される。処理された帯は、クラッドが変形さ せられた場所で機械的強度または環境からの保護を与える第２２Ｂ及び２２Ｃに 示した光吸収材料４１で覆われる。しかし、光吸収材料４１の第１の目的はコア ４２からファイバを出た全ての光を吸収することである。この層がないと、ファ イバを取り囲む空気がコアの屈折率より低い屈折率を持つので、ファイバは依然 として光ガイドとして働く。クラッドが除去され、光吸収コーティングがなされ ないと、ファイバはより多くの光を伝播し、適切に曲率を測定できなくなる。い ずれの場合も、吸収コーティングなしでは、とりわけ、反射材料、液体、及びほ こりが存在していると、フ ァイバは時間変化をする非線形応答を示す。吸収コーティングがあると、ファイ バの応答は時間によらず極めて一定であり環境のファクタに影響されない。吸収 コーティングは、光がファイバから出させるが何らかの実質的量の光が再入力す ることを防止する、カーボンで満たされたエポキシ、染料の入ったエラストマー 、カーボンで満たされた熱いにかわ、または任意の他の物質からなる。光吸収コ ーティングは、ファイバを環境汚染から保護するといった、他の機能も果たす。 それはファイバのセンサ部のみに適用されるか、センサが埋め込まれる、ゴムま たはグラファイト／エポキシ部、といった部分に取り込まれる。 第２２Ｂ図は処理が施されていないファイバ２８のＸ−Ｘ線断面である。クラ ッド４３はコア材料４２をカバーしている。クラッドの屈折率はコアのそれより 小さいので、光はこの部分から殆ど漏れない。便利性のためまたは構造的な理由 から、十分な吸収材料がファイバのすべての非処理部のクラッドをカバーする。 第２２Ｃ図は処理された部分であるＹ−Ｙ線の断面を示す。クラッドが除去さ れたか変形されたところは、コア４２及び全ての残っているクラッド（この図に は図示せず）をカバーする吸収材料４１で置き換えられる。 第２３Ａ図は、処理された部分４５が周囲の一部の範囲をカバーしていること を除き、第２Ａ図におけると同様に処理されている、クラッド４３を持つファイ バ４４を示している。 第２３Ｂは、ファイバ４４の非処理部である、Ｚ−Ｚ線断面を示す。この非処 理部は、図２２Ｂに於ける対応する部分と同一であり又コア４２とクラッド４３ を含んでいる。 第２３Ｃは、ファイバ４４の処理された部分である、Ｐ−Ｐ線断面を示す。ク ラッドは周囲の一部にわたって変形または除去されて、光吸収材料で満たされる 。 第２３Ｄは、第２３Ａにおけるファイバと同様に処理されたが、上側と下側の 表面の両方が処理されて光を放出及び吸収するようにしたファイバの断面である 。このファイバは両側で処理されているが、これもまた、２つの処理されたアー クの中心を通る最大感度の平面内で屈曲に対して最大に応答する。この平面の外 側での屈曲に対する応答は、最大感度の平面と他の平面との間の角度の余弦関数 である。 この余弦法則は、最大感度の平面の異なる角度を持つ多数のセンサファイバの その３次元帯に対する使用を何が可能にしているかを、一組のセンサによって解 明できる、ということである。それは、全周囲に延びる帯またはリングを含むも のを除く任意のセンサに適用される。最良の余弦効果は、周囲の半分までが処理 されて帯を形成する場合に起きる。そうでない場合は、信号が異なる平面角で変 化しない点−これは帯が完全に周囲に及んでいる時に生ずる−まですべての余弦 応答に加わる「ＤＣオフセット」がある。 第２４Ａ図は、第２３Ａにおけるファイバ４４のようなファイバの内部の屈曲 の基準に合致する光の立体角を表す角度Ｃｔの光の円錐の縦断面を示す。この角 度はファイバのアクセプタンス角という。Ｃｔの大きさはコアとクラッドの屈折 角の間の関係により決まる。 アクセプタンス角は Ｃｔ＝２ｓｉｎ^-1（（ｎ₁ ²−ｎ₂ ²）^1/2） によりコアとクラッドの屈折率に関係しており、ここで正弦関数のインバースは ファイバの開口数と呼ばれ、コアとクラッドの屈折率ｎ₁及びｎ₂により決まる。 代表点４６をＣｔに含まれる角度で離れる光線は、それらがクラッドにぶつかる と屈折してコアの中に戻り、ファイバを伝播し続ける。角度Ｃ１、Ｃ２及びＣ３ 内の光線は処理された部分に衝突して失われる。 第２４Ｂ図は屈曲した状態のファイバ４４の全円錐角Ｃｔ内の角 度範囲Ｃ４及びＣ５を示す。帯の故に、処理された部分は光のより小さい角度に 向かい合い、したがって、Ｃ４＜Ｃ１，Ｃ５＜Ｃ２となって、第２３ＤのＣ３に 対応するＣ６は存在しない。これが、ファイバが屈曲して処理された部分がより 凹むようにしたときに光のレベルが増大するメカニズムである。逆に、他の方向 に屈曲すると、処理された部分に向かい合う角度は大きくなり全アクセプタンス 角Ｃｔのより大きい部分を表す。これにより直線状のファイバと比ベて光損失が 起こる。 処理された部分をより凹ませる屈曲に対してファイバがスループットの実質的 な変化を持つような曲率の範囲を増大することが可能である。これは、個々の光 放出面の軸方向の長さと処理されたゾーンの全体の長さと調節することにより行 われる。第２５図は、ファイバの表面の軸線に沿って、連続的により多い放出表 面で処理されたファイバの試験結果を示す。各表面は長さ３ｍｍで、他と軸方向 に３ｍｍ離れていた。２、４、６、及び８個の放出面についてのデータが示され ている。ファイバは様々な丸い心棒で保持されて、図示した曲率を生じた。曲率 は正（放出面が凹）と負（放出面が凸）を含む。第２５図のカーブのファミリー から、表面が少ない場合、正の曲率は曲率についてリニアではない光の変化を生 成するが、負の曲率はリニアな変化を生成する、ということが、明らかである。 この効果は２×３ｍｍのカーブにおいて非常に明らかである。より多くの表面が 加えられると、８×３ｍｍのカーブにおけるように、カーブのリニアな部分は正 の曲率の領域に移動する。中間の値（６×３ｍｍにおけるように）が選ばれると 、リニアな領域を正と負の曲率の間のおよそ中間に配置する。 第２６図は、第２５図におけるように処理されて、ゼロの曲率上に中心がある リニア領域を持つようにしたファイバセンサのより詳細なグラフと、他のタイプ のセンサからのデータを示す。「中心 化」されたデータは「処理１」についてのカーブ内に示されている。「処理２」 についてのデータは、全周囲が処理されて正の曲率に対して負の勾配の応答を持 つファイバからのものである。 第２５図及び第２６図は共に、様々な方法の処理を施すことによって、ファイ バ応答カーブが様々な曲率を反映するようにリニアな範囲を位置づけることが可 能であり、曲率の勾配を広い範囲にわたって変化させることが可能であることを 示している。 第２５図に示した様々なカーブは以下の方法で説明される： 放出面をより凸にするように屈曲したファイバに対しては、（第２５図の負 の曲率）、ファイバがさらに屈曲すれば表面はより多くの光線の通過を遮り続け る。ファイバは光の損失を常に増大させながら実質的にこの方向に屈曲される。 しかしながら非常に大きい負の曲率に対しては（第２５図の８×３ｍｍのように ）、放出ゾーンが追加の光線を遮ることが少ないので、ファイバは非線形な応答 をする。ファイバが正の方に屈曲すると、帯の凹の形態が増大するほど遮られる 光線は少なくなる（第２４Ｃ参照）。しかしながら、短い放出面に対しては、表 面はすぐに光線のパスから実質的にはずれる。そこではさらなる光損失はない。 なぜなら、光の大部分は放出面から離れたファイバの側面から反射され、放出面 と相互作用をしないからである。放出面が殆どない場合は、第２５図の２×３ｍ ｍ及び４×３ｍｍで明らかなように、相互作用は最小である。２面ファイバ（及 び図示しない１×３ｍｍ面のファイバ）は、おそらく放出表面の損失全体を支配 しているマイクロベンディングにより、試験された最大の曲率に対して増大する 損失をさえ示す。 一実施例において、本発明はセンサシステムのネットスループットを増大させ るために、正の曲率に対して非常に大きいリニア領域を利用する。放出表面の間 隔をあけることにより、十分な数の光線 が減衰することなくセンサ領域を依然として通過できるので、正の曲率に対して リニア領域の感度と寸法の両方を増大することが可能である。この拡張された構 造により曲率の変化が最小でも、ファイバ軸にほぼ平行な光線を遠方の帯が遮る ことが可能になる。これは最小の残留光損失で高感度に導く。単一の放出表面を 長くすることによりセンサの曲率に対して高感度を達成しようとすると、リニア リティは維持されていても残留光損失が感度の極小量を越えるところで限界に到 達する。 １ｍｍのプラスティックファイバに対しては、効率的なセンサのための典型的 な光放出表面はおよそ２から１０ミリメートルの長さで、２から１０ミリメート ルだけ間隔をあけられている。全体の長さは所望の範囲に依存するが典型的には ５０ｍｍまでである。より小さいガラスまたはプラスティックファイバの表面は 典型的にはより小さい。ノッチを使用できるが、より小さい表面のきめ細かさの ディメンションを持つ均一な表面と同じ感度は達成できない。これはおそらく、 ノッチは放出機能を遂行するが光をファイバに散乱で戻す傾向にあるからである 。これは、それらが光吸収層で覆われていない場合に特に正しい。ノッチはさら にファイバを弱めるという不利益がある。 放出表面が第２２Ａ図におけるようにファイバの全周囲を占めると、どの平面 でもファイバの屈曲に対するスループットの増大はない。センシングのすべては 光のレベルの減少を通じて行われる。にもかかわらず、間隔をあけられた放出表 面は、それらがファイバのより大きい軸方向の長さにわたる平均の曲率を検出す るために使用できるので、依然として多くのセンサにとって有利である。これは 、例えばファイバの下の異質な物体の存在のために、曲率の大きな局部変化から の望ましくない効果をなくするか減少させることができる。 通常は、光信号を光電子測定システムに戻すためにループが用いられる。しば しば、空間は限定されて、光の相当量が外側表面から失われるようにループをき ついカーブの形にしなければならない。ファイバのすべての場所で、センサの残 留光損失と結合されると、結果的に全光損失は過大となる。「ループセンサの実 施例」は、放出面を新規は方法で配置することによりこの全損失を減少させるよ うに設計されている。 第２７に、凸状の外側表面で光を損失するきついカーブのなかにある端部にル ープ４８を含んでいても、最大スループットを持つように設計されたセンサシス テムが示されている。この図は、処理された部分１０が、ファイバの直線部上に あるのではなくてループ４８上にあることを除き、第１図におけるものと同一の 成分を含む。センサは、ループが取付けられている基板の曲率を測定するように 設計されている。第２７図において、センサはビーム１１の端部における曲率を 測定するために用いられる。 第２７図のセンサの一実施例の詳細図が第２８Ａ図から第２８Ｆ図に示されて いる。クラッド５１をコア５０から除去して光吸収材料４１で置き換えることに より、ファイバの１表面に放出表面４９が形成される。第２８Ｂにおて、放出表 面４９は平面図で示されている。第２８Ｃ及び第２８Ｄにおける断面はそれぞれ 、ファイバの処理された部分（Ｄ−Ｄ）と非処理部（Ｅ−Ｅ）を示す。放出表面 の数は代表的に１個である。放出表面はループの平面の上または下に、またはル ープの内側または屈曲部の凹部に形成される。第２８Ｅはループの上及び下の面 上の放出表面を示す断面図である。第２８Ｆはループの内側屈曲部上の放出表面 を示す。第２８Ｇは放出表面４９がループの上面の事実上すべてを覆っているル ープセンサの他の変形を示す。 第２９Ａ図は第２８Ａから第２８Ｄのループのコア３０を示す。 光線ｈ１及びｈ２がループの平面内にある。これらはループの外側凸面にあたり 、屈折してループを回り、ファイバ内を伝播し続ける。この平面内の光線につい ては、これらがループ内を伝播するとき平面の外方向への変化は殆どない。 第３０Ｂ図はループの平面の実質的に外でありループに平行な光線ｖ１を示す 。第３０Ｂ図に、この光線がループのカーブに入る直前における、この光線のＡ −Ａ線垂直（頁に直角）断面を示す。この光線はループの外側凸面にぶつかる。 第３０Ｃ図は光線がこの最初の衝突からの屈折の後の光線ｖ１を含むコアの垂直 断面を示す。光線が実質的にループの平面の上方にあるので、その光線はファイ バのカーブにより下方に変位し、コアの壁に２回目の衝突をする。第３０ＤはＣ −Ｃ線垂直断面図であり、その２回目の衝突の後の光線ｖ１を含む平面を示す。 その光線はさらに下方に走行し、ある角度でループの外側カーブに衝突し、そ の結果その光線はファイバ内に屈折で戻ることはなく、クラッド（図示せず）を 走行して失われる。 こうして、ループの平面の外を走行しループに平行な光線は、ループ内を走行 するとき垂直に変位する。平面の上の光線は下方に変位する。平面の下の光線は 上方に変位する。光線が十分に平面の上または下であると、第３０Ａ図から第３ ０Ｄ図に示した擬似スパイラル反射のために光線は通常よりもより小さい入射角 でコア／クラッドの境界に衝突するので、光線はついには失われてしまう。 上記から、ループの外側凸面において失われることなくループ内を走行する光 線に垂直の力が加わることがわかる。便宜上、これらの光線を「サバイバル」光 線と呼ぶ。これらは、ループ内の走行の初期に放出表面に直接衝突し、または過 剰な変位によって外側表面に向けて失われる、第３０Ａ図から第３０Ｄ図に記載 した「宿命的（ｄｏｏｍｅｄ）」光線と区別される。この垂直方向の変化により 、 光線が多少ともループの頂部または底部の規格の放出表面と相互作用をする。こ うして、ループが外部の刺激によりその平面の外にカーブすると、放出表面がサ バイバル光線と相互作用をし、放出表面がファイバの直線部に配置されている場 合と同様にスループットを曲率とともに変化させる。放出表面の長さ、間隔、及 び周囲の範囲を調節することにより、スループットを変化させて曲率とリニアな 関係にし、且つリニアの範囲の中点を調節してゼロ曲率を含むようにすることが できる。 ループ上のセンサにより、放出表面を調節してサバイバル光線が放出表面と相 互作用をするようにできる。ある曲率に対しては処理された放出表面により吸収 されないこれらサバイバル光線は、定義により、ループを介して得られる光線で ある。これにより、サバイバル光線は曲率に対して高い感度を有する。サバイバ ル光線は、水平面（紙面内で）の近くの平面内のループに入る、垂直成分の小さ い光線で主として構成される。これに対して、「宿命的」光線は大きい垂直成分 で垂直面に到達する。もし、カーブしたループ上に放出表面を配置するかわりに 、それらを比較的直線状のファイバの近くに配置すると、センサ情報の大部分を 含む光線はループに入るときは垂直平面にあり、したがって宿命的光線となる。 これにより、ループを出た光の大部分は、センサにより変調されなかった光線か らなることになる。これはセンサの感度を低下させる事と等価である。同様の議 論はループのセンサ下流についてもいえる。非処理部を出た光はその垂直モード の大部分を奪われて、この光の流れに配置されたセンサはそこを通る光の少数部 を変調する。しかしながら、放出表面が実質的にループ上にある限り、放出表面 がループをある程度越えて広がっている有用なループセンサを形成することが可 能である。 ループセンサの実施例は放出表面の多くの配置に対して増大した 感度と低下した残留光損失という利益を有するが、これはその唯一の利益として 考えられるべきではない。感度と損失の利益がなくても、ループ上にセンサを形 成することの引きつけられるような理由がある。それらの理由は、構造体の端部 での検出、ファイバの長さの減少、設置の容易さ、センサ部とループ部を自由フ ァイバを間に挟んで分離して設置する場合に固有のファイバ上の応力の減少、製 造の容易さ、方向の表示、及び簡単さを含む。さらに、ループセンサはループの 平面内での屈曲に対する応答から比較的自由であるように作ることもできる。 第３０Ｅ図における上側の曲線は、１ｍｍの直径のプラスチィックファイバの ７ｍｍの直径のファイバループの表面上の２つの軸方向の放出表面を形成するこ とによりできたループセンサの出力を示す。下側の曲線は、７ｍｍの直径の非処 理ループから２ｃｍのファイバの直線部上に同様のパッチが形成された場合のセ ンサ出力を示す。放出表面のこの配置のために、ループセンサの出力は、ループ から離れて形成されたセンサの出力より優れている。 第３１Ａ図はループセンサの他の実施例を示し、その中で、ループの平面の屈 曲を検出する為にループ５２で処理されたファイバ５１が、可撓性ダイアフラム ５３に取り付けられている。これらと同一部は第３１Ｂに示されている。ダイア フラム５３の曲率が変化すると、センサの出力が変化する。このセンサ構造は、 ダイアフラムが曲率の変化を受ける場合における、圧力の測定、膜形キーボード の形成、または多くの他の仕事を遂行する為に使用される。 第３２Ａ図及び第３２Ｂ図は、ファイバ５１が支持ブロック５７に固定されて いることにより、取付け部又は接触部６２点におけるダイアフラム５３の変位に したがって、ファイバの少なくともセンサ部の曲率が変化している、第３１Ａ図 及び第３１Ｂ図に於けるようなセンサ及びダイアフラムを示している。 第３３Ａ図は、ファイバ５１が多くの部分５４で処理されてループの平面の屈 曲を検出できるようにされたループセンサを示している。ループの頂部で、ルー プは回転軸５５に取り付けられている。第３３Ｂ図はそのセンサ構造の立面図で あり、回転軸が限定された角度でピボット５６の回りを時計方向または反時計方 向に回転可能であること及びループがアンカーポイント５７に取付けられている ことがわかる。ループが軸の回りを巻くと、その曲率が増大し、光のスループッ トを変化させる。 第３４図は、２つのループセンサ５８及び５９が、ベース６１に取り付けられ た垂直フレキシルブシャフト６０内に埋め込まれたジョイスティックを示してい る。これらのループは、シャフトの中心に中心化された、互いに直角で最大感度 の平面を有する。このファイバセンサの出力はシャフトの曲率の直交成分を示す 。小型化した形態では、このセンサはコンピュータのキーボードが搭載された入 力装置であり得る。 第３５Ａ図及び第３５Ｂ図は、センサゾーン５２をループ上に持つ、固定サポ ート５７に保持されたファイバ５１からなるループセンサを示す。サポート５７ の右の構造はカンチレバーのビームを形成する。これはループの平面に直角な加 速または振動を検出するために用いられる。オプションとして、マス６３がこの 構造体の端部近くに取り付けられてセンサのダイナミック応答を変形させてもよ い。このセンサは、衝突による減速を測定して自動車のエアバッグ保護システム を開くことを含む、広い範囲の加速度測定を遂行する為に使用される。この構造 は、ファイバが基板から形成されエッチング工程によりアンダカットされる、半 導体またはガラス基板のマイクロマッチングによる製造に好適である。ループ（ 図示せず）の片側に固定された薄いウエブまたは板を追加してループの形状がそ の平面内で変化することを防止することができる。 第３６図は、ループ上の遠端点に処理された部分５２を持ち、ピボット点６４ にあるスプリングに取付けられたファイバ５１からなるループセンサ６８を用い る変位センサを示す。このセンサは、保持構造体５７によりファイバとともに参 照フレームに固定されている構造体６５に対する構造体６６の大きい変位６７を 検出する為に用いられる。ピボット点６４の取付け位置を選択することにより、 センサの端部の動きは運動範囲６７より小さい範囲に限定される。減少の断片的 な量は距離Ｘ２の全体の距離Ｘ１＋Ｘ２に対する比によるが、それでも減少した 運動は構造体６６の移動にリニアに関係している。ピボット点は、ヒンジ、ボー ルジョイント、フレキシブルビーム、ケーブル、ワイヤ、エラストメータ、また は様々な滑り接触点でよく、又はこれに替えて、ループセンサは、その曲率がピ ボット点のリニアな動きにリニアに関係するように、スプリングの内側またはス プリングのターンを介して様々な方法で設置してもよい。この実施例は限定され た動きで小さい曲率センサを使用して大きい変位を測定する為の使用を可能にす る。 上記したセンサは構造体内に埋め込まれた場合に特に便利であることがわかる であろう。ループセンサは、特に、チューブ、パイプ、ロッド等、特に測定が部 材の端部近くで遂行されるべき場合に適合する。ループセンサは、小さな空間に 挿入されるべき様々なプローブの使用に良く適合する。一般にセンサへの応用は 少なくとも歪みゲージと他とで遂行され得る可能性のあるすべての応用を含むこ とを意味する。 このセンサは、さらなる運動または参照点に対する運動を検出するための、輸 送手段、建築手段、農具、ロボット、生命体または人工臓器に取り込まれ得る。 第３７図は、第１４図と似ており、前の図に示したような対のセンサ要素を通 して光の伝播を測定するために使用できる電子回路の 一例を示す。第３７図において、ファイバ３９’（センシング部へ及びそこから の光を運ぶガイドの位置及び長さが任意であることを示すためにコイル状に示さ れている）は３０’に光放出ストリップを有する。ファイバ４５’は、他はファ イバ３９’と同じであるが、センサ部３０’の近傍のファイバの部分を表す位置 ４６’にセンシング部を持たない。両ファイバは、発光ダイオードであるフォト エミッタＥ１及びＥ２により照射される。ファイバから光を受け取るフォトディ テクタＤ１及びＤ２は、光エネルギーに対する応答速度を早めるために−１２ボ ルトで逆バイアスされている。Ｕ１及びＵ２は、利得１０の差動増幅器として接 続された高入力インピーダンスの演算増幅器である。増幅器Ｕ２の利得はＲ１に より変化させることができ、それにより直線状ファイバに対して、Ｕ３の入力を 同じにする。この条件下で、この光電子回路は歪みゲージによる測定をするとき に用いられる２アームブリッジの類似のものとなる。ファイバの劣化、コネクタ の振動、温度の変動、等によるエラーはＵ３の出力に至る前にキャンセルされる 。Ｕ３の出力は帯部１０における屈曲により生ずる電圧である。その出力電圧は さらに増幅されてディスプレイ装置に送られるか、または屈曲角を最小化するよ うに設計されたアクチュエータのように様々なパラメータを制御するために使用 され得る。 エラー源に対してより強くするように変形することを含み、回路の多くの変形 が可能である。そのような変形の一つは、同一の光源とディテクタを用い、異な る周波数で信号をチョッピングし且つ同期検出を採用することにより信号を分離 することである。他の変形は、上記図面のＵ３をデバイダ回路で置き換えて、セ ンサ信号を参照信号で算術的に分割することである。 他の変形は、例えば第１４図にある一つのフォトエミッタを用いて、第１４図 にある１９のようなセンサファイバを照射し、且つ第 １４図にある２５のような参照ファイバを照射することである。この最後の変形 は、Ｕ３を除去し、Ｕ２と他の増幅器を使用して２５からの光を一定値に制御し 、出力１２から直接１９を介して相対的な光伝播を読むことによりさらに強調さ れる。 第３８、３９及び４０図は通常の断面を有するファイバセンサの他の形態を示 す。 第３８図において、矩形断面を有するフラットストリップからセンサ７０が形 成されている。これは対向するフラット面すなわち側面７２及び７２を持ってい る。このストリップは、この例では、フラット面７１及び７２に平行な平面内で Ｕ形に屈曲されている。光放出表面７３がフラット面の一つ、面７３の上の、カ ーブ７４で形成され、使用に際し、センサは矢印Ｆで示されるように、フラット 面７１に直角な方向に変位する。この変位または屈曲はファイバの平面の外であ り、第３８Ｂに示されている。 第３９Ａ図において、センサ７０はやはり、対向し、分離しており、広いフラ ット即ち側面７１及び７２を持つ、矩形断面を有するフラットストリップから形 成されている。この例では、ストリップは面７１及び７２に直角な平面内でＵ形 に屈曲されている。光放出表面７５，７６が表面７１及び７２の各々の上に形成 されている。放出表面は、第３９Ｃ図に特に示されているように、同一方向で面 している。変位は第３９Ｂに示されている。 第４０Ａ図は、第４０Ｂ図に見られるようにＤ形断面を持つファイバセンサ８ ０を示している。この例では、ファイバのフラット面８１に平行な平面で、ファ イバはＵ形に屈曲しており、その屈曲は８２において示されている。光放出表面 ８３が屈曲８２においてフラット面８１上に形成されている。センサの変位は、 点線の出力８０Ａで示されているように、方面８１の平面の外の下方である。 矩形断面または類似の断面は、ある利益がある。それらは、一つ の優勢なモードを持つフィルタが使用できるので、屈曲による光の非常に効率的 な変調を提供できる。事実上全ての光が放出表面を遮るよう第４１図は矩形断面 を持つフラットストリップでできた他のセンサを示している。これは２つの対向 する広いフラット面７１及び７２と同一面上の光放出表面または面８４及び８５ とを有する。この例では、ストリップはその断面の長軸が断面Ｑ−Ｑ’で断面Ｒ −Ｒ’での長軸の方向に対して直角になるようにＵ形に屈曲される。これをＵ形 の平面に直交する平面で屈曲に対する最小効果でこの形に維持するために、薄く て硬いバーまたはバー８６を断面の方向が変化し始めるところに隣接してセンサ に取付けてもよい。 第４１’図は第４１図に於けるようなセンサの光スループットのグラフである 。この場合、センサは断面積が０．１８ｍｍ×１ｍｍで全長が１３０ｍｍの光学 的にクリアなポリマでできている。硬いバーは断面積が０．８ｍｍ×０．２ｍｍ で長さが３ｍｍであった。それはその最大幅で、ループの頂点から４ｍｍのオプ ティカルストリップに対してフラットに配置された。この構造体は、ループがお よそ円形のアーク内で平面の外に自由に曲げられるように、固形物に保持された 。図における水平軸は、４ｍｍ当たりの（ループの対称の軸に沿って測定された 、曲げが許される範囲のおよその長さ）、平坦な（変位しない）るからの全体の 角変位として表されている、ループの曲率を示している。垂直軸は、試験中に測 定された最大伝播のパーセンテージで表された光ガイドを通る光の伝播を表し、 ゼロ伝播が光ガイドを通る光がないことに対応している。このグラフは、増大す る曲率が増大する光伝播を生ずるように、曲がっている領域にまで実質的に延び るリニアな領域をもつセンサを実現できることを示している。 第４２図は屈曲ビーム８８に固定されたファイバ８９上の屈曲または変位セン サ８７を示す。屈曲ビームは一端９０が参照構造体９ １に取付けられている。アーム９２がヒンジ９３上の参照構造体に対して枢支し ている。スプリング９４がピン取付け具９５によってピボットアームにテンショ ン下で取付けられている。この配置は、ピボットアームの、端部から端部への変 位のような、過剰な動きが、上記ビームの曲率に最小限に影響するように、屈曲 ビーム８８に対するアームの角度変位を伝達することによりアーム９２のピボッ ト角を測定するために使用される。これに替えて、スプリングをシャーパッドま たは上記ビームに伝達される機械的モード数を最小化する他の構造体で置き換え てもよい。この取付け方法は自動車のサスペンションの高さの測定のような応用 に便利であり、Ｙ及びＴにおけるように、一次ビームに直角な二次ビームを使用 することが好ましい。 断面が矩形か他の非円形対称である非線形歪ガイドの場合、ループに入るモー ド（表面のモード変調効果を考慮しない）がループの平面内で重み付けされると 、屈曲をループの平面内のアセンブリに適用することがベストである。これは通 常変位の最大自由度の平面である。すると放出表面は論理的にループの平面に垂 直でなければならず、すべてが同一符号の曲率受けるように向かわなければなら ない。この場合、ループの幾何学的形状にかかわらず、支配的なモードは変調に 影響されるモードなので、これが最適な形態である。１つのモードが実質的に他 の全てにまさる非円形対称光ガイドの場合、１つの放出表面または複数の放出表 面の下流にモード混合の機会は殆どないので、表面はループ上または近くの配置 して最適な変調を達成する必要はない。このようなセンサ光ガイドの一例は断面 の主軸がループの平面に垂直な矩形断面を持つクリアな工学的ポリマの薄いスト リップである。ループが紙面の平面内にあって頂点が右に面している場合、すべ ての放出表面は、例えば紙面のトップに面する（またはすべてボトムに面する） 光ガイドの側面に配置され る。 センサの応答は次のように説明される： 光線はコアと屈曲の間の屈曲率の違いにより限定された角度範囲を通じてフ ァイバオプティックに沿って走行する。直線状ファイバについては、いくらかの 光線は放出帯を通過する。トップに放出帯を持つファイバが下方に屈曲すると、 より多くの光線が拡散または直接伝播のいずれかにより、表面を通過可能な角度 でその帯にぶつかる。ファイバが上方に屈曲すると、殆どの光線はその帯にぶつ からず、小さい角度でその表面に到り、したがってそれらの多くはファイバ内に 留まり、処理されていないコア／クラッドの境界で屈折しながらセンサ領域の外 のファイバに向かう。最大感度軸に直角な屈曲は放出帯に衝突する光量を最小の 度合いに変化させ、伝播される光に事実状の変化がない。 ファイバの周囲の放出帯の幅はファイバの屈曲に対する感度を決定し、より広 い帯は屈曲度当たりのより大きいパーセンテージを生ずる。しかしながら、非常 に広い帯は最小感度軸で屈曲に対する感度を増大させる。典型的な帯はファイバ の周囲の５°から３０°をカバーする放出帯を有する。放出帯の長さは変化可能 である。それはミリメートルからメートルまでの任意の長さでよいが、長い長さ については感度は予期するものより小さい。ストリップについては最適な長さが あり、それはファイバの直径、その放出帯の幅、及び所望の最小変位角度の関数 である。１ｍｍのファイバについて、最適は２５−５０ｍｍであり、２００ミク ロンのファイバについて、それは約１０−２０ｍｍである。長いファイバは放出 ストリップの長さと全体がクラッドのファイバの長さとの交互の長さにより形成 される。短いセンサはより感度が小であるが、それらが取り付けられている部材 の長さに沿った屈曲の位置に関してより特効がある。 しかしながら１２５ミクロンのファイバ上の８ｍｍのセンサのような、非常に短 いセンサを作ることができる。 本発明によるセンサは様々な利益と有用な特性を有する。干渉パターンを測定 するのに特別なエレクトロニクスは要求されず、伝播する光の量を測定すること だけが要求される。コストは干渉（ＯＴＤＲ）技術のそれに対して数桁の大きさ 分低い。感度は抵抗歪みゲージのそれと同じ範囲である。多くの状況に対して、 特にセンサが屈曲ビームの中性軸の近くに設置される場合、マイクロストレイン 当たりの信号の変化は、パーセントで測定すると、抵抗歪みゲージのそれより大 きい。リニアな範囲は非常に大きい。それらは飛行機の翼、ヘリコプターの羽、 機械、ロボットのアーム、または大きな構造体に於ける屈曲の測定に特に適合す る。それらは、測定がファイバの長さの小変化やそのセンシング部に依存しない ので、温度によって影響されない。これは、補償しないかぎり温度の感度の範囲 が比較的狭い抵抗歪みゲージに対する、及び抵抗ゲージよりもさらに多く温度に 影響される干渉技術に対する明確な利益である。これらは大きいダイナミックレ ンジで位置の測定ができる。 上記は本発明の様々な好ましい実施例の記載であるが、様々な変形は当業者に 自明である。例えば、センサは事実上任意の波長または広帯域またはディスクリ ートなスペクトルを含む光とともに使用できる。センサ光源からセンサファイバ と類似のパスを通って光を送る為に使用される別の処理されないファイバを含む 、様々な参照方法が使用でき、この場合その光は、ファイバの伝播または光源の 強度における振動のような共通モードエラーに対する差分または比による補償を 行うために使用される。参照パスはまた、自動的に光源の光の強度を固定レベル に調整するために使用できる。本発明はまた、１つの波長または波長帯域におけ る光の損失は許すが他の波長または波長帯域は許さない放出表面を可能にするこ とを意味する。 こうして、２波長参照方法が同一のファイバについて使用可能である、この場合 屈曲による光損失は１つの波長で検出され他方は共通モードエラーを補償する参 照情報を提供するために使用される。また、必要であれば、光のパスをチョップ または変形して改善され感度を提供することもできる。センサの出力は大きい範 囲にわたりパラメータを測定するかまたはスイッチングレベルを決定するために 使用できる。センサは測定のために使用するか、または制御ループの一部を形成 する。センサファイバは屈曲する基板に取付けられるか、または変位が測定され ている２つ以上の部分によって支持されたファイバが単独で屈曲している要素で あり得る。結論的には、明細書の記載は本発明の範囲を限定するために用いられ るべきではない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年４月６日 【補正内容】明細書翻訳文の４０頁及び４１頁差し替え 一例を示す。第３７図において、ファイバ３９’（センシング部へ及びそこから の光を運ぶガイドの位置及び長さが任意であることを示すためにコイル状に示さ れている）は３０’に光放出ストリップを有する。ファイバ４５’は、他はファ イバ３９’と同じであるが、センサ部３０’の近傍のファイバの部分を表す位置 ４６’にセンシング部を持たない。両ファイバは、発光ダイオードであるフォト エミッタＥ１及びＥ２により照射される。ファイバから光を受け取るフォトディ テクタＤ１及びＤ２は、光エネルギーに対する応答速度を早めるために−１２ボ ルトで逆バイアスされている。Ｕ１及びＵ２は、利得１０の差動増幅器として接 続された高入力インピーダンスの演算増幅器である。増幅器Ｕ２の利得はＲ１に より変化させることができ、それにより直線状ファイバに対して、』Ｕ３の入力 を同じにする。これに関連して、この光電子回路は歪みゲージによる測定をする ときに用いられる２アームブリッジに類似のものとなる。ファイバの劣化、コネ クタの振動、温度の変動、等によるエラーはＵ３の出力に至る前にキャンセルさ れる。Ｕ３の出力は帯部３０’における屈曲により生ずる電圧である。その出力 電圧はさらに増幅されてディスプレイ装置に送られるか、または屈曲角を最小化 するように設計されたアクチュエータのように様々なパラメータを制御するため に使用され得る。 エラー源に対してより強くするように変形することを含み、回路の多くの変形 が可能である。そのような変形の一つは、同一の光源とディテクタを用い、異な る周波数で信号をチョッピングし且つ同期検出を採用することにより信号を分離 することである。他の変形は、上記図面のＵ３をデバイダ回路で置き換えて、セ ンサ信号を参照信号で算術的に分割することである。 他の変形は、例えば第１４図にある一つのフォトエミッタを用いて、第１４図 にある１９のようなセンサファイバを照射し、且つ第 １４図にある２５のような参照ファイバを照射することである。この最後の変形 は、Ｕ３を除去し、Ｕ２と他の増幅器を使用して２５からの光を一定値に制御し 、出力１２から直接１９を介して相対的な光伝播を読むことによりさらに強調さ れる。 第３８、３９及び４０図は非円形の断面を有するファイバセンサの他の形態を 示す。 第３８図において、矩形断面を有するフラットストリップからセンサ７０が形 成されている。これは対向するフラット面すなわち側面７２及び７２を持ってい る。このストリップは、この例では、フラット面７１及び７２に平行な平面内で Ｕ形に屈曲されている。光放出表面７３がフラット面の一つ、面７３の上の、カ ーブ７４で形成され、使用に際し、センサは矢印Ｆで示されるように、フラット 面７１に直角な方向に変位する。この変位または屈曲はファイバの平面の外であ り、第３８Ｂに示されている。 第３９Ａ図において、センサ７０はやはり、対向し、分離しており、広いフラ ット即ち側面７１及び７２を持つ、矩形断面を有するフラットストリップから形 成されている。この例では、ストリップは面７１及び７２に直角な平面内でＵ形 に屈曲されている。光放出表面７５，７６が表面７１及び７２の各々の上に形成 されている。放出表面は、第３９Ｃ図に特に示されているように、同一方向で面 している。変位は第３９Ｂに示されている。 第４０Ａ図は、第４０Ｂ図に見られるようにＤ形断面を持つファイバセンサ８ ０を示している。この例では、ファイバのフラット面８１に平行な平面で、ファ イバはＵ形に屈曲しており、その屈曲は８２において示されている。光放出表面 ８３が屈曲８２においてフラット面８１上に形成されている。センサの変位は、 点線の出力８０Ａで示されているように、方面８１の平面の外の下方である。 矩形断面または類似の断面は、ある利益がある。それらは、一つ 補正された請求の範囲１ ．少なくとも１つの光放出表面（２２，４９，７３，７５，７６，８３，８４ ，８５） を有するファイバオプティック光ガイド（１３，１９）を備え、前記光 放出表面は、ガイドの長さの一部に対して、 実質的に周囲方向、及び カーブしたガイドのカーブした部分にあるときは実質的にカーブした軸方向 、 から選択された方向にあるファイバオプティック曲率及び位置決めセンサ。２ ．複数の近接して分離された周囲に向かう帯（３８）の形態をした光放出表面（２２） を有する、請求の範囲第１項記載のセンサ。３ ．周囲の回りのリング（３８）の形態をした光放出表面（２２）を有する、請 求の範囲第１項記載のセンサ。４ ．前記少なくとも１つの光放出表面（２２，４９，７３，７５，７５，８３， ８４，８５） は最大感度軸に対して最も望ましい方向を与えるように位置付けら れている、請求の範囲第１項記載のセンサ。５ ．前記光ガイド（１３）の一端に光ビームを注入する手段（１２）と前記光ビ ームを前記光ガイド（１３）の他端で検出する手段とを含む、請求の範囲第１項 記載のセンサ。６ ．前記光ガイドの前記一端と前記他端の間の前記光ビームの強度の差を測定す る手段（１６）を含む、請求の範囲第５項記載のセンサ。７ ．前記光ビームの強度における前記差を前記光ガイドの屈曲または変位として 表示する表示手段（１６）を含む、請求の範囲第６項記載のセンサ。８ ．前記ファイバオプティック光ガイド（１９）に並んで位置付けられた追加の ファイバオプティック光ガイド（２５）を含み、前記追加の光ガイド（２５）は 破られていない屈曲層を有し参照光ガイドを形成している、請求の範囲第１項記 載のセンサ。９ ．前記少なくとも１つの光放出表面（２２，４９）は光吸収材料（４１）でで きて いる、請求の範囲第１項記載のセンサ。10 ．ループ（４８）の形状のファイバオプティック光ガイドを備え、前記ループ はその中に前記光放出表面（４９）を有している請求の範囲第１項記載のセンサ 。11 ．前記ループは複数の光放出表面領域（４９）をその中に有している、請求の 範囲第１０項記載のセンサ。12 ．カーブしたループ（４８）内の前記表面領域（４９）は、 （ａ）ループの湾曲部の内側または凹部の上にグループ化された周囲に向か った帯と、 （ｂ）ループの実質的に平面内でループの湾曲部に従う軸方向に向かった帯 と、 のうちから選択された形状にある、請求の範囲第１１項記載のセンサ。13 ．３個から５個の互いにグループ化されて周囲に向かった帯（４９）を有し、 各々の帯は周囲の約６０°から約９０°に広がっている、請求の範囲第１２（ａ ）項記載のセンサ。14 ．２個から６個の共通面または平行面にあるカーブした帯（４９）を有する請 求の範囲第１２（ｂ）項記載のセンサ。15 ．前記少なくとも１つの光放出表面（２２，４９，７３，７５，７６，８３， ８４，８５） は最大感度平面に対する最も望ましい方向を与えるように位置付け られている、請求の範囲第１０項記載のセンサ。16 ．前記センサは可撓性ビーム（１１，８８）と前記可撓性ビーム（８８）に設 置された曲率及び変位センサ（８７）とを備えたサ スペンションセンサであり、前記センサ（８７）は少なくとも１つの光放出表面 を有するファイバオプテッィク光ガイド（８９）を備え、前記光放出表面は、ガ イドの長さの一部に対して、 実質的に周囲方向、及び カーブしたガイドのカーブした部分にあるときは実質的にカーブした軸方向 、 から選択された１つの方向にある、請求の範囲第１項記載のセンサ。 17．矩形の断面を有するファイバオプティック光ガイドを備え、前記光放出表面 前記断面の少なくとも片側にある、請求の範囲第１項記載のセンサ。18 ．前記矩形断面は長方形であり、２つの間隔を開けられた平行な広い側面（７ １，７２） を含み、前記光放出表面（７３，７５，７６，８４，８５）は前記広 い側面の一つの上にある、請求の範囲第１７項記載のセンサ。 19．前記光ガイドは前記広い側面の平面に平行な平面上にＶ形に屈曲されており 、前記屈曲は前記カーブした部分を形成している、請求の範囲第１８項記載のセ ンサ。 20．前記光ガイドは前記広い側面の平面に垂直な平面内でＵ形に屈曲されており 、前記屈曲は前記カーブした部分を形成している、請求の範囲第１８項記載のセ ンサ。21 ．光放出表面（７５，７５，８４，８５）が前記広い側面の各々の上にあり、 前記屈曲に隣接している、請求の範囲第２０項記載のセンサ。22 ．Ｄ形断面を有し、フラットな表面（８１）を一つの側面に有するファイバオ プティック光ガイドを備え、前記光放出表面（８３）は前記フラットな側面（８ １） 上に形成されている、請求の範囲第１項記載のセンサ。23 ．車体またはフレームと自動車のホイールシステムとの間の変位を検出する電 子システムと、 可撓性ビームと前記可撓性ビームに設置されたファイバオプティック曲率及 び位置センサとを備え、前記センサは、ガイドの長さの一部に対して、少なくと も１つの光放出表面（２２，４９，７３，７５，７６，８３，８４，８５）を有 し、 実質的に周囲方向、及び カーブしたガイドのカーブした部分にあるときは実質的にカーブした軸方向 、 から選択された方向にあるファイバオプティック光ガイド（１３，１９）と、 を備えた自動車サスペンションシステム。24 ．さらなる運動または参照点に対する運動を検出するために、輸送手段、建築 手段、農具、ロボット、生命体、スポーツ用具または人工臓器に取り込まれてい る、請求の範囲第１項記載のセンサ。25 ．伸びた部材にファイバオプティック光ガイド（１３，１９）を取付け、この 場合、前記光ガイド（１３，１９）は、ガイドの長さの一部に対して、 実質的に周囲方向、及び 前記光ガイド（１３，１９）は前記部材に沿って伸びており、カーブしたガ イドのカーブした部分にあるときは実質的にカーブした軸方向、 から選択された方向に伸びる光放出表面（２２，４９，７３，７５，７６， ８３，８４，８５） を有し；光ビームを前記光ガイド一端に注入し、前記光ビー ムを前記光ガイドの他端で検出し、前記光ビームの強度の前記一端と前記他端の 間の差を測定し前記部材の屈曲または変位を表す前記部材の屈曲または変位の検 出方法。26 ．複数のファイバオプティックガイド（１３，１９）を前記伸びた部材に取付 け、この場合各々が複数の光放出表面を有してガイドの最大感度の平面が互いに 異なる角度になっていて少なくとも１つのガイドが特別な平面の傾きで最大曲率 を表すようにする、請求の範囲第２５項記載の方法。27 ．２個から６個のファイバオプティックガイド（１３，１９，２５）を利用し 、前記表面は互いに所定の角度で異なる方向に向いている、請求の範囲第２６項 記載の方法。28 ．前記ファイバオプティック光ガイド（１３，１９）に並んで追加のファイバ オプティック光ガイド（２５）を取り付けることを含み、前記追加の光ガイド（ ２５） は参照光ガイドとして働く請求の範囲第２５項記載の方法。29 ．全体に実質的にリニアに検出される範囲の実質的部分として、曲率の増大に 伴って増大する光の伝播を生じる曲率を含む範囲にわたる曲率の検出を最適化す るように光ガイド（１３，１９）を選択することを含む、請求の範囲第２５項記 載の方法。 30．シャーな要素またはスプリングを使用して伸びた部材と変位を伸びた部材に 伝達し、前記部材の曲率が測定すべき変位のモードを最大限に表すようにする、 請求の範囲第２５項記載の方法。 31．ファイバオプティック光ガイド又はその一部は単一のファイバの形態であり 、前記少なくとも１つの光放出表面を照射することと、前記少なくとも１つの光 放出表面を通過した光を収集することの両方を行い、ファイバの照射端部及び収 集端部は前記少なくとも１つの光放出表面から除去された単一の領域に配置され ている、請求の範囲第１項記載のセンサ。 32．単一のファイバは狭いループを形成し、光放出表面の少なくとも一部はルー プ状であり、ループの頂点は照射及び収集領域から除去された最遠端にある、請 求の範囲第３１項記載のセンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，Ｔ Ｊ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの光放出表面を有するファイバオプティック光ガイドを備え 、前記光放出表面は、ガイドの長さの一部に対して、 実質的に周囲方向、及び カーブしたガイドのカーブした部分にあるときは実質的にカーブした軸方向 、 から選択された一つの方向に延びている事を特徴とするファイバオプティッ ク曲率及び位置決めセンサ。 ２．複数の近接して分離された周囲に向かう帯の形態をした光放出表面を有する 、請求の範囲第１項記載のセンサ。 ３．周囲の回りのリングの形態をした光放出表面を有する、請求の範囲第１項記 載のセンサ。 ４．前記少なくとも１つの光放出表面は最大感度平面に対して最も望ましい方向 性を与えるように位置付けられている、請求の範囲第１項記載のセンサ。 ５．前記光ガイドの一端に光ビームを注入する手段と前記光ビームを前記光ガイ ドの他端で検出する手段とを含む、請求の範囲第１項記載のセンサ。 ６．前記光ガイドの前記一端と前記他端の間の前記光ビームの強度の差を測定す る手段を含む、請求の範囲第５項記載のセンサ。 ７．前記光ビームの強度における前記差を前記光ガイドの屈曲または変位として 表示する表示手段を含む、請求の範囲第６項記載のセンサ。 ８．前記ファイバオプティック光ガイドに並んで位置付けられた追加のファイバ オプティック光ガイドを含み、前記追加の光ガイドは破られていないクラッド層 を有し参照光ガイドを形成している、請求の範囲第１項記載のセンサ。 ９．前記少なくとも１つの光放出表面は光吸収材料で被覆されている、請求の範 囲第１項記載のセンサ。 １０．ループの形状のファイバオプティック光ガイドを備え、前記ループはその 中に前記光放出表面を有している請求の範囲第１項記載のセンサ。 １１．前記ループは複数の光放出表面領域をその中に有している、請求の範囲第 １０項記載のセンサ。 １２．カーブしたループ内の前記表面領域は、 （ａ）ループの湾曲部の内側または凹部の上にグループ化された周囲に向か った帯と、 （ｂ）ループの実質的に平面内でループの湾曲部に続いて軸方向に向かう帯 とのうちから選択された形状にある、請求の範囲第１１項記載のセンサ。 １３．３個から５個の互いにグループ化されて周囲に向かった帯を有し、各々の 帯は周囲の約６０°から約９０°に広がっている、請求の範囲第１２（ａ）項記 載のセンサ。 １４．２個から６個の共通面または平行面にあるカーブした帯を有する請求の範 囲第１２（ｂ）項記載のセンサ。 １５．前記少なくとも１つの光放出表面は最大感度平面に対する最も望ましい方 向を与えるように位置付けられている、請求の範囲第１０項記載のセンサ。 １６．前記センサは可撓性ビームと前記可撓性ビームに設置されたファイバオプ ティイク曲率及び変位センサとを備えたサスペンションセンサであり、前記セン サは少なくとも１つの光放出表面を有するファイバオプテッィク光ガイドを備え 、前記光放出表面は、ガイドの長さの一部に対して、 実質的に周囲方向、及び カーブしたガイドのカーブした部分にあるときは実質的にカー ブした軸方向、 から選択された１つの方向に延びている事を特徴とする、請求の範囲第１項記 載のセンサ。 １７．矩形の断面を有するファイバオプティック光ガイドを備え、前記光放出表 面前記断面の少なくとも片側にある、請求の範囲第１項記載のセンサ。 １８．前記矩形断面は長方形であり、２つの間隔を開けられた平行な広い側面を 含み、前記光放出表面は前記広い側面の一つの上にある、請求の範囲第１７項記 載のセンサ。 １９．前記光ガイドは前記広い側面の平面に平行な平面上にＶ形に屈曲されてお り、前記屈曲は前記カーブした部分を形成している、請求の範囲第１８項記載の センサ。 ２０．前記光ガイドは前記広い側面の平面に垂直な平面内でＵ形に屈曲されてお り、前記屈曲は前記カーブした部分を形成している、請求の範囲第１８項記載の センサ。 ２１．光放出表面が前記広い側面の各々の上にあり、前記屈曲に隣接している、 請求の範囲第２０項記載のセンサ。 ２２．Ｄ形断面を有し、フラットな表面を一つの側面に有するファイバオプティ ック光ガイドを備え、前記光放出表面は前記フラットな側面上に形成されている 、請求の範囲第１項記載のセンサ。 ２３．車体またはフレームと自動車のホイールシステムとの間の変位を検出する 電子システムを含む自動車サスペンションシステムにおいて、改良点は、可撓性 ビームと前記可撓性ビームに設置されたファイバオプティック曲率及び位置セン サとを備え、前記センサは少なくとも１つの光放出表面を有するファイバオプテ ィック光ガイドを備え、前記光放出表面は、ガイドの長さの一部に対して、 実質的に周囲方向、及び カーブしたガイドのカーブした部分にあるときは実質的にカーブした軸方向 、 から選択された方向にある事を特徴とする自動車サスペンションシステム。 ２４．さらなる運動または参照点に対する運動を検出するために、輸送手段、建 築手段、農具、ロボット、生命体、スポーツ用具または人工臓器に取り込まれて いる、請求の範囲第１項記載のセンサ。 ２５．伸びた部材にファイバオプティック光ガイドを取付け、この場合、前記光 ガイドは、ガイドの長さの一部に対して、 実質的に周囲方向、及び 前記光ガイドは前記部材に沿って伸びており、カーブしたガイドのカーブし た部分にあるときは実質的にカーブした軸方向、 から選択された方向に伸びる光放出表面を有し；光ビームを前記光ガイド一 端に注入し、前記光ビームを前記光ガイドの他端で検出し、前記光ビームの強度 の前記一端と前記他端の間の差を測定し前記部材の屈曲または変位を表す前記部 材の屈曲または変位の検出方法。 ２６．複数のファイバオプティックガイドを前記伸びた部材に取付け、この場合 各々が複数の光放出表面を有してガイドの最大感度の平面が互いに異なる角度に なっていて少なくとも１つのガイドが特別な平面の傾きで最大曲率を表すように する、請求の範囲第２５項記載の方法。 ２７．２個から６個のファイバオプティックガイドを利用し、前記表面は互いに 所定の角度で異なる方向に向いている、請求の範囲第２６項記載の方法。 ２８．前記ファイバオプティック光ガイドに並んで追加のファイバオプティック 光ガイドを取り付けることを含み、前記追加の光ガ イドは参照光ガイドとして働く請求の範囲第２５項記載の方法。 ２９．全体に実質的にリニアに検出される範囲の実質的部分として、曲率の増大 に伴って増大する光の伝播を生じる曲率を含む範囲にわたる曲率の検出を最適化 するように光ガイドを選択することを含む、請求の範囲第２５項記載の方法。 ３０．シャーな要素またはスプリングを使用して伸びた部材と変位を伸びた部材 に伝達し、前記部材の曲率が測定すべき変位のモードを最大限に表すようにする 、請求の範囲第２５項記載の方法。 ３１．ファイバオプティック光ガイド又はその一部は単一のファイバの形態であ り、前記少なくとも１つの光放出表面を照射することと、前記少なくとも１つの 光放出表面を通過した光を収集することの両方を行い、ファイバの照射端部及び 収集端部は前記少なくとも１つの光放出表面から除去された単一の領域に配置さ れている、請求の範囲第１項記載のセンサ。 ３２．単一のファイバは狭いループを形成し、光放出表面の少なくとも一部はル ープ状であり、ループの頂点は照射及び収集領域から除去された最遠端にある、 請求の範囲第３１項記載のセンサ。