JPS63255607A - 光フアイバ−センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は距離測定等に使用される光ファイバーセンサに
関する。

（従来の技術） 従来、光ファイバーセンサは非接触型の測距センサある
いは対象物の表面粗さ、色別等を検知するセンサとして
利用されている。この光ファイバーセンサは直径が数十
μｍの光ファイバーを、数十水から数百本まとめて１つ
に束ねたものであり、これらの束ねら九た光ファイバー
は、光を放射する投光ファイバーと、被測定体から反射
される光を受光する受光ファイバーの２種の光ファイバ
ーから成る。この投光ファイバーと受光ファイバーの配
設のしかたには従来３つの方法があり、それぞれの光フ
ァイバーセンサの特性に応じて利用されている。

第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来使用されている３
種類の光ファイバーセンサの端面部を示す説明図である
。図で１は投光ファイバーであり、２は受光ファイバー
である。以下、本明細書の図面では前記投光ファイバー
１の端面を黒丸で示し、受光ファイバ−２の端部を白丸
で示す。

図で（ａ）は光ファイバー束の端面部において、投光フ
ァイバー１と受光ファイバー２がランダムに混在して配
置されているもの（以下、ランダム型ど称する）である
。

山）は投光ファイバー１と受光ファイバー２とが光ファ
イバー束の中心で２つの半円形部に分離され、一方の半
内部に投光ファイバー１が配置され、他方の半内部に受
光ファイバー２が配置されたもの（以下、半円型と称す
る）である。

また、（Ｃ）は投光ファイバー１を受光ファイバー２の
内側に同心状に配置したもの（以下、同心型と称する）
である。

上述した各光ファイバーセンサは、投光ファイバー１か
ら被測定体に向けて照射された光が被測定体によって反
射されて受光ファイバー２に入射する際、受光ファイバ
ー２に入射する光量が、被測定体と光ファイバーセンサ
の端部部との距離によって変わることを利用して距Ｍ測
定するものである。

光ファイバーセンサの受光量が距離によってどのように
変化するかについては、上記３種類の光ファイバーセン
サでそれぞれ異なる特性を有することが知られている。

第７図は前述した３種類の光ファイバーセンサについて
、被測定体との距離と受光ファイバーで受光される光量
（出力電圧）との関係を示す曲線である。図の曲線の横
軸は光ファイバーセンサと被測定体との距離、縦軸は光
量に対応する。図示した各曲線（ａ）、ω）、（Ｃ）は
第６図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示す各光ファイバーセ
ンサについての特性を示し、ランダム型の光ファイバー
センサ（ａ）が最も近距離位置でピークとなり、同心型
の光ファイバーセンサ（Ｃ）が次にピークとなり、半円
型の光ファイバーセンサ（ｂ）がもっとも遠距離位置で
ピークとなるという特性を有する。

これら３種の光ファイバーセンサは、それぞれの特性に
応じて利用されており、また、曲線のフロントサイド、
カーブピーク、バックサイドの各範囲の特徴を生かして
利用されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した光ファイバーセンサは測定しようとする対象物
の材質を問わず、金属、非金属等の広範囲な対象物に対
して利用することができ、距離測定等の位置に関する変
位量の測定のみならず、厚みの測定や表面粗さ、色別等
の測定が可能であり、また、これらの測定を高精度にか
つ高速度で行うことが可能である。たとえば、距離測定
においては百分の数μｍ程度の微小量の測定が可能であ
る。

しかしながら、従来の光ファイバーセンサは、上述した
ように、被測定体である対象物からの反射光の光量を検
出して距離等を測定しているので、異なる対象物を測定
する場合は、対象とする被測定体の反射率が異なるため
に、そのつど光量について較正をして使用しなけわば正
しい測定値が得られないという問題点がある。そのため
、実際の使用に際しては、被測定体の反射率に応じてあ
らかじめ出力の補正を行う必要があり、対象物が変わる
とそのつど補正しなければならないという煩雑さがある
。

そこで、本発明は上記問題点を解消すべくなされだもの
であり、その目的とするところは、対象とする測定物が
どんなものであっても、受光する光量を較正する等の補
正手段なしに正確に距離を検出することができるきわめ
て使い勝手のよい光ファイバーセンサを提供するにある
。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため次の構成をそなえる。

すなわち、複数本の投光ファイバー１４からなる投光フ
ァイバー群と該投光ファイバー群から発した光の反射光
を受光する複数本の受光ファイバー１６ａからなる第１
の受光ファイバー群の各投光ファイバー１４および受光
ファイバー１６ａの端部を束ねて成る光ファイバー束１
０と、前記投光ファイバー群から発した光の反射光を前
記第１の光ファイバー群とは別異に受光する、複数本の
受光ファイバー１６ｂからなる第２の受光ファイバー群
の受光ファイバー束１２とを複合して１本の光ファイバ
ー束とすることを特徴とする特（作用） 次に、作用について説明する。

光ファイバーセンサの端面部に配設される複数本の投光
ファイバー１４から被測定体１８に向けて発せられた光
の被測定体１８による反射光が、第１の受光ファイバー
群の受光ファイバー１６ａと、第２の受光ファイバー群
の受光ファイバー１６ｂによって受光され、第１の受光
ファイバー群の信号と第２に受光ファイバー群の信号と
が別々に検出される。これらのデータにより、被測定体
１８の反射率に影響されずに被測定体との距離の絶対値
を測定することができる。

（実施例） 以下本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は、本発明に係る光ファイバーセンサの第１実施
例を示す説明図である。図は光ファイバーセンサの光フ
ァイバー束の端面部を示し、１０は光ファイバーセンサ
の端面部の中央に設けられる光ファイバー束であり、１
２は前記光ファイバー束１０の周縁部に設けられる受光
ファイバー束である。

前記光ファイバー束１０には複数本の投光ファイバー１
４と複数本の受光ファイバー１６ａがランダムな位置に
各ファイバーの端面を露出させて配設される。

１６ｂは前記受光ファイバー束１２に配設される受光フ
ァイバーである。この受光ファイバー束１２には受光フ
ァイバー１６ｂのみが設けられる。

前記投光ファイバー１４は測定対象である被測定体に向
けて光を照射するために所定の光源に接続される。また
、前記受光ファイバー１６ａおよび１６ｂには光量を検
知するための所定の光センサが設けられる。ここで、前
記光ファイバー束１０に配設される受光ファイバー１６
ａによって受光される光量と、前記受光ファイバー束１
２に配設される受光ファイバー１６ｂによって受光され
る光量は別々の信号として取り出されるように配設され
る。

次に、上述した実施例の光ファイバーセンサを利用して
距離測定する際の動作について説明する。

第２図に示すように上記光ファイバーセンサは、被測定
体１８にたいして対向するように設置され、投光ファイ
バー１４から照射された光は被測定体１８の表面で反射
され、受光ファイバー１６ａおよび１６ｂによって受光
される。前記受光ファイバー１６ａおよび１６ｂによっ
て受光された光は、光ファイバー中を透過し、所定の光
センサによって光量が検知される。

ここで、光ファイバーセンサの光ファイバー束１０につ
いてみると、この光ファイバー束１０は従来例における
ランダム型の光ファイバーセンサ（第６図（ａ））と同
形であって、この光ファイバー束１０に配設さ九る受光
ファイバー１６ａの特性は従来例のランダム型の光ファ
イバーセンサと同じ特性を表す。また、受光ファイバー
束１２に配設される受光ファイバー１６ｂと光ファイバ
ー束１０から成る光ファイバー束は従来例の同心型（第
６図（Ｃ））とほぼ同形であり、同心型の光ファイバー
センサと同様な特性を有する。

すなわち、上記実施例の光ファイバーセンサからは、第
３図に示すような２種類の異なる距離−光量特性を有す
る曲線が得られる。同図で曲線Ａは光ファイバー束１０
に設けられた受光ファイバー１６ａから得られる特性で
あり、曲線Ｂは受光ファイバー束１２に設けられた受光
ファイバー１６ｂから得られる特性である。

この特性曲線の特徴は、被測定体の反射率が変化した場
合、曲線Ａおよび曲線Ｂの各距離位置での出力が同率で
変動することであり、被測定体の反射率の変化によって
、曲線は縦軸方向（出力）には変化するが、横軸方向に
はシフトしないという点にある。いいかえれば、各距離
における曲線Ａの出力ａと曲線Ｂの出力すの比ａ／ｂを
とってみると、この比の値は被測定体の反射率の変化に
たいして常に一定である。たとえば、第３図で０点は曲
線Ａと曲線Ｂの出力が一致する特殊な点であるが、この
０点でのａ／ｂの値は被測定体の反射率の変化にかかわ
らず常に一定で１であり、かつ、０点の位置がシフトす
ることがない。

第３図に示す曲線の形状かられかるように、上述したａ
／ｂの値は各距離において個々に特有の値を有するもの
であって、同じ値を得る点（距離）がどこにもないとい
う特徴がある。これは、前記曲線が線形でないことの理
由による。したがって、ａ　／　ｂの値と距離は１対１
に対応する。

各距離におけるａ／ｂの値は」二連したように被測定体
の反射率の変化にかかわらず常に一定値として定まるか
ら、ａ　／　ｂの値から測定すべき距離を求めることが
できる。なお、光量のデータから演算によって距離を求
める際の演算方法はａ／ｂの演算に限るものではなく、
各距離に対応して単一に決まる演算方法であればよい。

上述したことから明らかなように、本実施例の光ファイ
バーセンサを用い九ば、曲線Ａと曲線Ｂで表される２つ
の異なるデータを得ることができ、このデータをもとに
演算処理することによって被測定体との絶対距離を容易
に検出することが可能となる。この絶対距離の測定の際
に、被測定体の反射率にはなんら左右されないことは上
述したとおりである。

第４図は本発明の第２実施例を示す光ファイバーセンサ
の端面部を示す説明図である。この実施例では、従来の
半円型の光ファイバーセンサとランダム型の光ファイバ
ーセンサを複合している。

図で２０は投光ファイバーであり、光ファイバーセンサ
の端面部の半内部分内にのみ配設される。

２２ａは前記投光ファイバー２０が設けられる手内部分
に投光ファイバー２０とランダムな位置に配設されれる
受光ファイバーである。２２ｂ４［；ファイバーセンサ
の残りの半内部分内に配設される受光ファイバーである
。この実施例の光ファイバーセンサでも、受光ファイバ
ー２２ａと２２ｂの受光量は分離して検出されるように
光センサが設けられる。そして、この実施例では従来例
の半円型の光ファイバーセンサの特性とランダム型の光
ファイバーセンサの特性が得られるから、これらのデー
タを演算することによって距離測定をなし得ることは前
述した第１実施例と同様である。

なお、」二連した実施例においては、同心型とうンダム
型、半円型とランダム型を複合する光ファイバーセンサ
につい−で説明したが、光ファイバーセンサの端面部に
配設するファイバーの複合形態には各種の形状が可能で
あり、第５図（ａ）に示すように、複数個のランダム型
の光ファイバー束を同一の端面部に配設することもでき
るし、第５図（′ｂ）に示すように中央部に半円型の光
ファイバー束を配設し、周縁部に受光ファイバー群を設
けるように構成することもできる。このような光ファイ
バーセンサの場合も、上述した実施例と同様な作用をな
すことができる。

（発明の効果） 本発明の光ファイバーセンサによりば、上述したように
、１本の光ファイバーセンサのみによって被測定体との
絶対距離を容易に測定することができ、また、距離測定
の際に被測定体の反射率に応じてそのつど光量を較正す
る等の補正操作がまったく必要なく、きわめて操作性の
よいセンサを提供することができる。そして、被測定体
によらずに絶対距離が測定できるから、通常のギャップ
センサの他に、カメラ、顕微鏡等の各種機器に好適に利
用することができ、光ファイバーセンサとしての利用範
囲をきわめて拡大することができるという著効を奏する
。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて種々説明し
たが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、
発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得る
のはもちろんのことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光ファイバーセンサの第１実施例
を示す端面部の説明図、第２図は作用を示す説明図、第
３図は第１実施例の特性を示す曲線、第４図は第２実施
例を示す説明図、第５図はさらに他の実施例を示す説明
図、第６図は従来の光ファイバーセンサを示す説明図、
第７図は従来の光ファイバーセンサの特性を示す曲線で
ある。 １０・・・光ファイバー束、　１２・・・受光ファイバ
ー束、　　１４．２０・・・投光ファイバー、　１６ａ
、１６ｂ、２２ａ、２２ｂ−−−受光ファイバー、１８
・・・被測定体。 第　　　１　　　図 第　　　　３　　　図 第　　４　　図 （ａ）（ｂ） 第　　　６　　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数本のファイバーからなる投光ファイバー群と該
   投光ファイバー群から発した光の反射光を受光する複数
   本のファイバーからなる第１の受光ファイバー群の各フ
   ァイバーの端部を束ねて成る光ファイバー束と、前記投
   光ファイバー群から発した光の反射光を前記第１の光フ
   ァイバー群とは別異に受光する、複数本のファイバーか
   らなる第２の受光ファイバー群の受光ファイバー束とを
   複合して１本の光ファイバー束とすることを特徴とする
   光ファイバーセンサ。 ２、前記光ファイバー束を前記受光ファイバー束の同心
   内側に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の光ファイバーセンサ。