JPH02278211A - 光ファイバセンサ - 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】 〔概要〕 光フアイバセンサに関し、 発光ヘッド部と受光ヘッド部との光軸合わせを容易に、
かつ、精度よく行なうことを目的とし、発光素子の光を
導く光ファイバの光出射口を備えた発光ヘッド部と、前
記発光ヘッド部から出射した光を受光素子に導く光ファ
イバの光入射口を備えた受光ヘッド部との少なくとも一
方を微調整機構付ヘッド部となし、 前記発光ヘッド部と受光ヘッド部との光軸合わせを、前
記受光素子で変換された電気信号による安定動作レベル
検出のための検出素子の出力レベルを検知し、前記微調
整機構付ヘッド部の位置・角度の微調整により行なうよ
うに光フアイバセンサを構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光フアイバセンサの改良に関する。

近年、レーザ光源や光ファイバの進歩・発達に伴い、光
波術を応用した各種のシステム、デバイスが実用化され
広く利用されるようになった。

たとえば、各種施設、設備の無人化、自動化などが急速
に普及してきており、それに伴い、物体の存在検出や位
置検出にレンズ付の光フアイバセンサが用いられている
。

一般に、レンズ付の光フアイバセンサは発光ヘッド部と
受光ヘッド部の間の空間をセンサ部としているので、事
前に両ヘッド部の光軸合わせ行なっておく必要があり、
簡易に、かつ、精度よく光軸合わせ行なえる光フアイバ
センサが求められていた。

〔従来の技術〕

第５図は従来の光フアイバセンサの構成例を示す図であ
る。図中、３は発光素子、２８″、　２ｂ”は集光レン
ズ、ｌａ、ｌｂは光ファイバ、１１′は発光ヘッド部、
１２’　は受光ヘッド部、４は受光素子、５０は光軸調
整回路、６０は被検出物検知・駆動回路、１００は被検
出物である。

いま、たとえば、発光素子電源１５で発光素子３、たと
えば、波長６６０ｎｍの光を放射する発光ダイオードを
駆動し、集光レンズ２ａ＋　で集光して光ファイバ１ａ
に入射させる。光は光フアイバ２ａ中を通って他の端か
ら出射し、発光ヘッド部１１゜に備えられたコリメータ
用のレンズ２ａで平行ビームとなり、空中を伝播して受
光ヘッド部１２°に備えられたコリメータ用のレンズ２
ｂで集光されて、受光側の光ファイバ１ｂに入射し、そ
の中を通って他端から出射してレンズ２ｂ’で集光され
、受光素子４、たとえば、ｐｉｎフォトディテクタに入
射する。

光は受光素子で電気信号に変換され、光軸調整回路５０
に入り、光軸が合っている程度を動作レベル検出回路で
検出し、安定動作レベル以上であれば安定動作レベル表
示ＬＥＤ５４が点灯し、不安定動作レベル以下であれば
不安定動作レベル表示ＬＥＤ５５が点灯する。

したがって、安定動作レベル表示ＬＥＤ５４が点灯すれ
ば、発光ヘッド部１１”と受光ヘッド部１２“の光軸が
合ったとものとして、光フアイバセンサの動作準備完了
となる。そして、たとえば図示したような被検出物１０
０、が、発光ヘッド部１１゛と受光ヘッド部１２゛の間
の光路を遮ると被検出物検知・駆動回路６０への電気信
号入力が変化するので、波形成形回路６１で波形成形を
行い被検出物検知・駆動回路６２の出力により、たとえ
ば、外部アクチュエータを駆動するようにしている。

一方、不安定動作レベル表示ＬＥＤ５５が点灯した時は
、発光ヘッド部１１”と受光ヘッド部１２゜の光軸が合
っていないことを示しているので、安定動作レベル表示
ＬＥＤ５４が点灯すまで光軸合わせをやり直す必要があ
る。

第３図は光フアイバセンサの動作状況を説明する図で、
上述の受光素子への信号入力レベルの関連と波形成形回
路出力の状態を示したものである。

同図（イ）は光軸合わせ時動作レベル説明図でＳは安定
動作レベルを示し、装置設計によっても異なるが、たと
えば、最高値の５０％以上に設定し、ＮＳは不安定動作
レベルを示し、たとえば、最高値の２０％以下に設定し
て使用する。

同図（ロ）は被検出物による光路遮断状況図、同図（ハ
）は同じく被検出物による光路遮断状況における波形成
形回路出力図を示したものである。

なお、図は被検出物１００が光路を完全に遮断した場合
の例を示したものであるが、光路の一部を遮った場合に
は、同図の光路遮断中と示した部分において、いずれも
それに対応した入力、出力が存在し、そのレベルに対応
して被検出物検知・駆動回路６２の出力を発生させるの
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の構成において、発光ヘッド部１１’と受
光ヘッド部１２”は、いずれも光ファイバ（ｌａおよび
ｌｂ）とレンズ（２ａおよび２ｂ）のホルダ６″は取付
はパネル４０にナツト３０　　および３１で締めつけ固
定されている。

これをもっと分かり易く示すた第４図は、従来の光フア
イバセンサのヘッド部の斜視図で、ヘッド部分だけを拡
大して示したものであり、発光へラド部にも受光ヘッド
部にも共通して使用されている。

ホルタ６′の中心孔の中にフェルール５°で光ファイバ
（ｌａまたはｌｂ）を取付け、また、入出射ロア゛の近
くにレンズ（２ａまたは２ｂ）を光ファイバ（ｌａまた
はｌｂ）と同君に固定している。　ホルダ６′の固定は
、ナツト３０および３１で取付はパネルを挟んで締めつ
け固定している。

したがって、発光ヘッド部１１゛　と受光ヘッド部１２
′の光軸合わせに際して、その相互の位置、角度の微細
な調整を行なうことが困難であるという問題がある。

さらに、安定動作レベル以上では安定動作レベル表示Ｌ
ＥＤ５４が点灯するだけなので、必ずしも最もよく光軸
が合った状態に両ヘッド部を調整・設定出来ないという
問題もあり、それらの解決が必要であった。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、上記の課題は発光素子３の光を導く光ファイ
バ１ａの光出射口を備えた発光ヘッド部１１と、前記発
光ヘッド部１１から出射した光を受光素子４に導く光フ
ァイバ１ｂの光入射口を備えた受光ヘッド部１２との少
なくとも一方を微調整機構付ヘッド部１０となし、前記
発光ヘッド部１１と受光ヘッド部１２との光軸合わせを
、前記受光素子４で変換された電気信号による安定動作
レベル検出のための検出素子の出力レベルを検知し、前
記微調整機構付ヘッド部の位置・角度の微調整により行
なうように光フアイバセンサを構成することによって解
決することができる。

〔作用〕

第１図は本発明の詳細な説明する図で、とくに、発光ヘ
ッド部１１と受光ヘッド部１２の部分を主体に図示しで
ある。

図中、ｌは両ヘッド部のレンズ２ａおよび２ｂの距離、
ｄｌは発光素子側の光ファイバ１ａの光出力端とコリメ
ータ用のレンズ２ａとの距離、ｄ２は受光素子側の光フ
ァイバ１ｂの光入力端と集光用のレンズ２ｂとの距離、
θ１は光ファイバ１ａの光出力端からの出射角、θ２は
光ファイバ１ｂの光入力端への入射角、θ、は両ヘッド
部のレンズ２ａおよび２ｂ間で結合可能な光軸からの最
大偏倚角である。

θ、およびθ２は光ファイバの種類で異なり、ガラスフ
ァイバで２０”程度、プラスチックファイバで６０＠程
度である。θ３は図かられかるように、ｌが大きくなる
ほど小さくなる。

たとえば、レンズ径、すなわち、光ビーム径を５ｍｍφ
とし、！を１ｍとすればθ３は０．３＠程度と非常に小
さい角度となる。このことは、光軸合わせはヘッド部の
上下左右の位置調整よりも角度調整の方がより厳しい条
件にあることを意味している。

したがって、従来例のように、取付はパネルに２つのナ
ツトで締めつけ固定するだけでは、正確に光軸合わせを
することは困難である。

これに対して、本発明では位置、角度ともに変えること
ができる微調整機構付ヘッド部を用いているので、容易
に光軸合わせを行なうことができる。

また、従来は受光信号が予め設定された安定動作レベル
以上になれば、安定動作レベル検出用の表示ＬＥＤが点
灯するだけで動作準備完了としていたが、本発明では安
定動作レベル検出のための検出素子の出力レベルを検知
しながら、そのレベルが最大になるように微調整機構付
ヘッド部の位置・角度を調整するので、極めて正確に光
軸合わせを行なうことが可能となる。

〔実施例〕

第２図は本発明の微調整機構付ヘッド部の実施例を示す
図で、同図（イ）は斜視図、同図（ロ）は断面図である
。

ホルダ６は光入出射面から見て、ｌ’１１０ｍｍ。

横２０ｍｍ、奥行き２０ｍｍ、肉厚２ｍｍの両サイド切
離しの黄銅角枠にＮｉめっきしたもので、上板部の中央
部に直径５ｍｍφのネジ穴を設けである。

５は光ファイバｌを固定するフェルールで外形は一辺約
６ｍｍの角柱で長さは２０ｒｒＮｎ、その−端には直径
２．２ｍｍφのプラスチック光ファイバを挿入固定する
孔を穿設しである。また、他の一端には直径４ｍｍφの
孔を１４ｍｍの深さに明けて、その中に直径４ｍｍφ、
長さ１２ｍｍの円筒状のガラス製平凸レンズ２０を、焦
点位置が光ファイバの端面になるように接着材で固定し
た。

光ファイバとレンズを固定したフェルール５をホルダー
６の中央部に左右および垂直軸に対して容易に動けるよ
うに装着した０次いで、調節ネジ８を前記ホルダー６の
ネジ穴に螺合し、光軸合わせののち調節ネジ８を締めつ
けることによってネジの先端がフェルール５の上面を押
圧して固定できるようにした。ホルダー６は図には示し
てないベース板に取付はバンドを用いて固定した。

なお、本実施例では１１節ねじ８は１個の場合を示した
が、必要に応じ２個以上にしてより確実に固定するよう
にしてもよい。

発光ヘッド部には従来の取付はパネル４０にナツト締め
する発光ヘッド部１１”を使用し、受光ヘッド部に上記
本実施例の微調整機構付ヘッド部ｌＯを使用し、光ファ
イバ１ａ、１ｂとしては１ｍｍφのポリカーボネートを
コアとし、その上に薄いポリマーブレンド材のクラッド
、さらに、ポリプロピレンの外皮をコートした直径２．
２°ｍｍφのプラスチック光ファイバを使用した。

また、発光素子３には波長６６０　ｎｍの発光ダイオー
ドを使用し、受光素子４にはｐｉｎフォトディテクタを
使用してレンズ付光ファイバセンサを構成し、光軸合わ
せの評価を従来例と比較して行なった。

なお、本実施例では第５図の従来例の光軸調整回路５０
の安定動作レベル検出回路の出力を、安定動作し、ベル
以上でアナログ的に変化するようにし、それによって表
示ＬＥＤの輝度を変化させて安定動作レベル以上の入力
に対して、さらに、最大輝度を得るように受光ヘッド部
の位置・角度の微調整を行なって光軸合わせの精度を高
める構成にした。

この結果、従来例では受光ヘッド部の角度調整は±３°
程度が限界で、光ファイバのコア径の中に収束光ビーム
を導入するためには両ヘッド間の距離！＝１〜２ｍが限
界であった。

これに対して本実施例の場合は受光ヘッド部の角度調整
は±１°以下が可能となり、両ヘッド間の距離２＝５〜
８ｍと従来例の３倍以上の長距離空間をセンサ空間とす
ることができた。さらに、光軸合わせに要する時間も従
来例の場合少なくとも１０数分を要したのに対し、本実
施例では数分以下、すなわち、約１１５に短縮された。

本実施例では、受光ヘッド部側だけに微調整機構付ヘッ
ド部を使用したが、発光ヘッド部側にも同様のものを使
用してもよいことは勿論である。

なお、本実施例では安定動作レベル検出のための検出素
子として、表示用ＬＥＤを使用したが、その他のレベル
メータを適宜使用してもよい。

また、レベルメータの出力と微調整機構付ヘッド部の機
構部とを連動させ自動的に光軸合わせをさせるようにし
てもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光フアイバセンサは発光
ヘッド部と受光ヘッド部の少なくとも一方に、微調整機
構付ヘッド部を使用しており、かつ、安定動作レベル検
出のための検出素子の出力レベルを検知しながら、その
レベルが最大になるように微調整機構付ヘッド部の位置
・角度を調整するようにしでいる。

したがって、光軸合わせの精度が向上し、センサ空間を
長くとることができ、さらに、光軸合わせ時間が大巾に
短縮されので、光フアイバセンサの性能向上に寄与する
ところが極めておおきい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する図、 第２図は本発明の微調整機構付ヘッド部の実施例を示す
図、 第３図は光フアイバセンサの動作状況を説明する図、 第４図は従来の光フアイバセンサのヘッド部の斜視図、 第５図は従来の光ファイバセ す図である。 図において、 １、１ａ、１ｂは光ファイバ、 ２ａ、２ｂ、２ａ’、２ｂ’、２０はレンズ、３は発光
素子、 ４は受光素子、 ５はフェルール、 ６はホルダー ７は人出射口、 ８は調節ネジ、 ｌＯは微調整機構付ヘッド部、 １１．１１゛は発光ヘッド部、 １２、１２”は受光ヘッド部である。 ンサの構成例を示

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発光素子、（３）の光を導く光ファイバ（１ａ）の光出
   射口を備えた発光ヘッド部（１１）と、前記発光ヘッド
   部（１１）から出射した光を受光素子（４）に導く光フ
   ァイバ（１ｂ）の光入射口を備えた受光ヘッド部（１２
   ）との少なくとも一方を微調整機構付ヘッド部（１０）
   となし、 前記発光ヘッド部（１１）と受光ヘッド部（１２）との
   光軸合わせを、前記受光素子（４）で変換された電気信
   号による安定動作レベル検出のための検出素子の出力レ
   ベルを検知し、前記微調整機構付ヘッド部の位置・角度
   の微調整により行なうことを特徴とした光ファイバセン
   サ。