JPH0284605A - 光検出装置 - 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】 １産業上の利用分野］ 本発明は光検出装置に係り、特に、光フアイバ光導波路
等の光導波体を採用するに適した光検出装置に関する。

〔従来技術〕

従来、この種の光検出装置においては、例えば、レーザ
光源と光ファイバとの間にビームスプリッタを配設して
、レーザ光源からのレーザ光をビームスプリッタを通し
前記光ファイバに入射させ、この光ファイバから出射し
た後被検出体により反射される反射レーザ光を再び前記
光ファイバに入射させ、その後同光ファイバから出射す
るレーザ光をビームスプリッタにより反射させて光検出
器゛に入射させるようにしたものがある（１９８６年オ
ーム社発行による大越孝敬編著「光フアイバセンサ」第
１３９頁参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような構成においては、単一の光ファイバ
が採用されているため被検出体の検出に対する自由度が
高いという利点は有するものの、ビームスプリッタを採
用しているなめ、レーザ光源からのレーザ光の光検出器
に到達するまでの光利用率が低いという不具合がある。

因みに、ビームスプリッタの採用による場合、例えば理
想的な場合（ビームスプリッタでの表面反射や内部吸収
がない場合）でも光利用率は２５％である。

そこで、本発明は、このようなことに対処すべく、穴付
ミラーを有効に活用することにより光利用率を高めるよ
うにした光検出装置を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

かかる課題の解決にあたり、本発明の構成は、光源と、
受光素子とを備え、かつ前記光源から前記光を被検出体
に入射させ、この被検出体からの反射光を放射状の光と
して出射する光導波体と、前記光源と前記光導波体との
間に配設されて前記光源から前記光導波体への前記光を
通過させる穴、及び前記光導波体からの放射状の光を受
けて反射するミラー部を設けてなる穴付ミラーを有して
、前記ミラー部からの反射光を収束させて前記受光素子
に入射させる光学系とを具備するようにしたことにある
。

〔作用効果〕

このように構成した本発明においては、光学系において
穴付ミラーを採用することにより、光源からの光を穴付
ミラーの穴を通しそのまま光導波体に入射させ、この光
導波体から出射する放射状の光を穴付ミラーのミラー部
により反射させて、この反射光を光学系により受光素子
に入射させるようにしたので、光源からの光を、光学系
における損失を伴うことなく受光素子に入射させること
ができる。その結果、この種光検出装置の光源からの光
の光利用率を大幅に高め得る。

また、前記穴付ミラーのミラー部の球心を前記光導波体
の出射軸からずれて位置させるとともに、同ミラー部を
前記出射軸に対し傾斜して位置させるようにすれば、前
記光導波体がら前記ミラー部への入射光量を、前記穴付
ミラーの寸法形状を最小限に抑制しつつ十分に確保でき
るので、光の利用率を更に高め得る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図は本発明に係る光検出装置の一例を示している。この
光検出装置は、一対のハウジング部材１０ａ、１０ｂか
らなるハウジング１０を備えており、ハウジング部材１
０ａは、その開口部をハウジング部材１０ｂの開口部に
接着剤により接着してハウジング部材１０ｂに同軸的に
組付けられている。ハウジング部材１０ａの底壁には、
一対の保持穴１１．１２がハウジング部材１０ａの軸に
平行な軸を有するように上下に穿設されており、保持穴
１１には、円筒状ホルダー２０が、その外端段部２１を
保持穴１１の外端つば部１１ａに係止させてネジ２０．
ａにより取付けられている。

ホルダー２０に穿設した段付穴２２の大径部２２ａ内に
は、発光素子３０が補助板１３を通し組付けられており
、この発光素子３０は、その内蔵の発光ダイオードから
導通により生じる光をビーム光として発光面３１を通し
光軸３１ａに沿い出射する。段付穴２２の中径部２２ｂ
には、平凸レンズ４０が組付けられており、この平凸レ
ンズ４０は、発光素子３０からのビーム光を平行光と１
７で光軸３１ａに沿い段付穴２２の小径部２２ｃ内に出
射する。また、ホルダー２０において光軸３１ａに対し
所定鋭角θにて形成した環状内端面２３には、穴付ミラ
ー５ｏがその背面５１にて接着剤により接着されており
、この穴付ミラー５ｏはその中央穴５２を通し平凸レン
ズ４ｏがらの平行光を光軸３１ａに沿いハウジング部材
１０ｂ側へ通過させる。

かかる場合、中央穴５２の軸は光軸３１ａに対し所定鋭
角θだけ下方へ傾斜しており、中央穴５２の内径は平凸
レンズ４ｏがらの平行光のすべてを光軸３１ａに沿い中
央穴５２を通過させるように定められている。また、穴
付ミラー５ｏのミラー部５３は、所定曲率半径をもつ凹
面鏡でもって形成されており、このミラー部５３の球心
は光軸３１ａ上に位置している。なお、補助板１３は各
ネジ１３ａ、１３ａによるハウジング部材１０ａの底壁
に取付けられている。ハウジング部材１０ａの保持穴１
２には、円筒状ホルダー６０が、その内端部６１を保持
穴１２の内端つば部１２ａに係止させて、ネジ６２によ
り組付けられており、このホルダー６０内には、受光素
子７０が接着剤により接着されている。しかして、この
受光素子７０は、その内蔵のホトダイオードにより、光
軸７２ａに沿い後述のように進む光を受光面７２を通し
受光する。

ハウジング部材１０ｂの底壁には、一対の保持穴１４．
１５が各保持穴１１．１２とそれぞれ同軸的に穿設され
ており、保持穴１４内には、ホルダー８０が、段付円筒
部８０ａを嵌装するとともにフランジ部８０ｂをハウジ
ング１０ｂの底壁に当接させて、各ネジ８１．８２によ
り組付けられている０段付円筒部８０ａ内には、光ファ
イバ９０が、その内端部９０ａにて、光軸３１ａと同軸
的に組付けられており、この光ファイバ９０は、内端部
９０ａにて、穴付ミラー５０の中央穴５２からの平行光
を、光軸３１ａに沿い入射されて伝搬させるとともに、
その外端部（図示しない）から被検出体に入射させる。

また、この光ファイバ９０は、その外端部にて前記被検
出体からの反射光を入射されて伝搬させるとともに内端
部９０ａから回折光として穴付ミラー５０のミラー部５
３に入射させる。かかる場合、光ファイバ９０の内端部
９０ａの開口端面９１の開口数ＮＡは、ミラー部５３へ
の入射回折光の十分な開きを確保できるように選ばれて
いる０本実施例においては、発光素子３０からのビーム
光の受光素子７０に導びかれる割合（以下、光利用率と
いう）を高くするために、入射回折光の開きによりミラ
ー部５３上に特定される平面の断面積をＳａとし、穴付
ミラー５０の中央穴５２を通る平行光の断面積をｓｂと
したとき、Ｓａがｓｂに比べて十分に大きくなるように
なっている。なお、前記光利用率は、（Ｓ　ａ　−Ｓ　
ｂ　）　／　Ｓ　ａにより表わされる。

ハウジング部材１０ｂの保持穴１５内には、反射体１０
０がその円筒基部１０１にて同軸的にネジ１０３により
組付けられている。また、反射体１００はミラー１０２
を有しており、このミラー１０２は円筒基部１０１の傾
斜状内端面に接着されている。かかる場合、ミラー１０
２の軸の光軸７２ａに対する傾斜角は、ミラー部５３か
らの反射回折光をミラー１０２により集光して光軸７２
ａに沿い受光素子７０に向は反射するように定められて
いる。

以上のように構成した本実施例において、発光素子３０
からビーム光が生じると、このビーム光が平凸レンズ４
０を通り平行光となり穴付ミラー５０の中央穴５２を通
り光ファイバ９０の内端部９０ａ内に入射する。かかる
場合、中央穴５２の軸が光軸３１ａに対し下方へ傾斜し
ても、中央穴５２の内径が上述のごとく適切に定めであ
るので、平凸レンズ４０からの平行光の殆どが中央穴５
２を通過する。上述のように光フアイバ９０内に入射し
た平行光は、同光フアイバ９０内に沿い伝搬しその外端
部から出射して前記被検出体に入射する。

このように入射した光が前記被検出体により反射されて
再び光フアイバ９０内にその外端部から入射すると、こ
の入射光が光フアイバ９０内に沿い伝搬して内端部９０
ａから回折光となって出射し穴付ミラー５０のミラー部
５３に入射する。かかる場合、光ファイバ９０の内端部
９１の開口数ＮＡが上述のごとく適切に定められている
ので、前記回折光は十分な広がりをもって穴付ミラー５
０のミラー部５３に入射する。

上述のように入射した回折光は、ミラー部５３により反
射され、反射体１００のミラー１０２に入射した後反射
されて光軸７２ａに沿い進行し受光素子７０の受光面中
央に集光する。このため、受光素子７０がその受光に伴
うホトダイオードの導通により光検出作用を果す。かか
る場合、発光素子３０からのビーム光は、穴付ミラー５
０の中央穴５２の通過時、穴付ミラー５０による反射時
、及びミラー１０２による反射時に損失を伴うことは殆
どないので、発光素子３０、光ファイバ９０及び受光素
子７０の間の光学的経路中に穴付ミラー５０、平凸レン
ズ４０及びミラー１０２を配置するだけで発光素子３０
からのビーム光の光利用率を大幅に向上させ得る。また
、穴付ミラー５０のミラー部５３を凹面鏡としなので、
光学部品点数の減少に役立つ。また、各ネジ１３ａ、２
０ａ。

６２．８１．８２等の螺合度合調整により各構成部品の
位置等の微調整が可能である。かかる場合、精密加工を
行なえば、これらネジに依らず、接着剤による固定でも
可能である。また、穴付ミラー５０における所定鋭角θ
は６０’〜８０°程度にすることにより穴付ミラー５０
の小型化が可能となるとともにミラー部５３の球面収差
を抑制できる。

なお、本発明の実施にあたっては、第２図に示すごとく
、平凸レンズ４０に代えて、両凸レンズ４０Ａを採用し
、かつ穴付ミラー５０の中央穴５２を、光軸３１ａと同
軸方向に沿う中央穴５２ａとして形成して実施してもよ
い。

また、本発明の実施にあたっては、平凸レンズ４０から
の光は、平行光に限らず、収束光であってもよい。

また、本発明の実施にあたっては、第３図に示すごとく
、穴付ミラー５０に代えて、板状ミラー部５３ａをもつ
穴付ミラー５０Ａ及び凸レンズ５０Ｂを採用し、かつ受
光素子７０とミラー１０２との間に凸レンズ１００Ａを
配置して実施してもよい。

また、本発明の実施にあたっては、第１図の穴付ミラー
５０に代えて、第４図に示すように配設した穴付ミラー
を５０Ｃを採用して実施してもよい。穴付ミラー５０Ｃ
は、第１図の穴付ミラー５０とほぼ同様の構成をもつも
ので、この穴付ミラー５０Ｃは、そのミラー部５３ｃの
曲率中心Ｃ（ミラー部５３の曲率中心に一致）を中心と
して、ミラー部５３ｃの球心０を光軸３１ａよりも下方
に位置させるように回動した位置に維持されている。か
かる場合、ミラー部５３ｃは、穴付ミラー５０のミラー
部５３と同一の曲率半径をもつ凹面鏡として形成されて
おり、このミラー部５３ｃの球状表面はその光軸３１ａ
との交点０１を中心として、光ファイバ９０の内端部９
０ａから開口角θＮＡ（開口数ＮＡに対応）にて出射す
る回折光のすべてを対称的に受けるように必要最小限の
表面面積を有するようになっている。なお、穴付ミラー
５０Ｃの中央穴５２（穴付ミラー５０の中央穴５２と同
じ）は、球心０の交点０、からの下方へのずれに伴い下
方へ偏位している。

しかして、このように穴付ミラー５０Ｃを配設すれば、
この穴付ミラー５０Ｃが、その中央穴５２を光軸３１ａ
よりも下方へずらせた状態にて、光ファイバ９０からの
全回折光を受ける。第５図に示すように、穴付ミラー５
０Ｃを球心０を光軸３１ａに一致させて配設した場合の
ように、穴付ミラー５０Ｃの傾きのために光ファイバ９
０からの回折光の下方部分が穴付ミラー５０Ｃに入射で
きなくなったり、或いは、光ファイバ９０からの回折光
の中央部分く高強度をもつ）が穴付ミラー５０Ｃの中央
穴５２を通過してしまうというような不具合を招くこと
なく、穴付ミラー５０Ｃの寸法形状を必要最小限に抑制
しつつそのミラー部５３ｃでの反射光量の効率を最大限
に高め得る。

因みに、ＮＡ＝０．５７　（θＮＡ”３４．８１°）と
し、交点０１と光ファイバ９０の開口端面９１との間の
距離を６．５（ｍｍ）とし、穴付ミラー５０Ｃの曲率半
径を５（ｍｍ）とし、かつ１０．Ｃ０（第４図参照）を
４°としたとき、ミラー部５３Ｃに対し交点０、を中心
として光ファイバ９０からの回折光のすべてがミラー部
５３ｃに入射することが確認できた。

また、本発明の実施にあたっては、第５図に示すような
穴付ミラー５０Ｃを光ファイバ９０の配置関係において
、第６図に示すように、穴付ミラー５０Ｃをそのまま下
方へ平行移動させるとともに、発光素子３０及び球面レ
ンズ４０Ｂ　（平凸レンズ４０に相当）の光軸（光軸３
１ａに一致）を＝光ファイバ９０の軸９０ｂに対し例え
ば４°をなすように交叉させるように配置を変更しても
第４図に示す構成の場合と同様の効果を確保できる。

なお、１０、ＣＯは４″になる。

また、本発明の実施にあたっては、第３図における凸レ
ンズ４０Ａ、穴付ミラー５０Ａ、凸レンズ５ＯＢ、ミラ
ー１０２及び凸レンズ１００Ａのの光学系に代えて、第
７図に示すような光学系ブロック２００を採用して実施
してもよい。かかる場合、光学系ブロック２００は、光
学部材２０１と光学部材２０２とにより構成されており
、光学部材２０１はその接合面にて光学部材２０２の接
合面に接合されている。但し、両光学部材２０１゜２０
２の各接合面中、光軸３１ａを含む部分には両光学部材
２０１，２０２の屈折率と同じ屈折率をもつ光学的透明
接着剤が膜状に塗布されており、また、前記各接合面の
残余の部分には、鏡面を形成する銀蒸着膜２０２ａが形
成されている。また、各光学部材２０１，２０２は、例
えば、ＢＫ−７ガラスで形成されているので、光学部材
２０２において、臨界角δ（第７図参照）　（波長入＝
８８０ｎｍでδ＝４１．５°）以上に平面２０２ｂを形
成すると、平面２０２ｂに銀蒸着膜等の反射膜を設ける
必要がない、なお、第７図において、光学部材２０１の
凸面２０１ａ、銀蒸着膜２０２ａ、光学部材２０２の凸
面２０２ｃ、平面２０２ｂ及び凸面２０２ｄが、第３図
における凸レンズ４０Ａの左側凸面、穴付ミラー５０Ａ
のミラー部５３ａ、凸レンズ５０Ｂの右側凸面、ミラー
１０２の反射面及び凸レンズ１００Ａの左側凸面にそれ
ぞれ相当する。

また、本発明の実施にあたっては、第７図における銀蒸
着膜２０２ａに代えて、第８図に示すごとく、空気層を
有する切欠２０２Ａを形成するようにしてもよい。かか
る場合、両光学部材２０１゜２０２の各接合面の中央部
間における透明接着剤による接着強度を補足すべく、各
切欠２０２Ａの外縁部にスペーサ２０２Ｂを介装する。

また、本発明の実施にあたっては、発光素子３０として
、例えば半導体レーザを採用してもよく、また、受光素
子７０として、例えばホトトランジスタを内蔵するもの
を採用してもよく、また、光ファイバ９０に限らず、一
般に光導波路を光導波体として採用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は前記
実施例の第１の部分的変形例を示す要部断面図、第３図
は同第２の部分的変形例を示す要部断面図、第４図は同
第３の部分的変形例を示す要部断面図、第５図は第４図
の構成との比較のための説明図、第６図は前記実施例の
第４の部分的変形例を示す要部断面図、並びに第７図及
び第８図は前記実施例における各光学部材を単一の光学
系ブロックとした場合の要部断面をそれぞれ示す図であ
る。 符号の説明 ３０、、、発光素子、４０．、、平凸レンズ、４０Ａ、
５０Ｂ、１００Ａ、、、凸レンズ、５０゜５０Ａ、５０
Ｃ，、、穴付ミラー　５２．５２ａ。 中央穴、５３．５３ａ、５３ｃ、、、　Ｓニア−部、７
０．、、受光素子、９０．、、光ファイバ１０２、、、
ミラー　２００．、、光学系ブロック。 ｌυυＡ 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、受光素子とを備え、かつ前記光源から前
   記光を被検出体に入射させ、この被検出体からの反射光
   を放射状の光として出射する光導波体と、前記光源と前
   記光導波体との間に配設されて前記光源から前記光導波
   体への前記光を通過させる穴、及び前記光導波体からの
   放射状の光を受けて反射するミラー部を設けてなる穴付
   ミラーを有して、前記ミラー部からの反射光を収束させ
   て前記受光素子に入射させる光学系とを具備するように
   した光検出装置。
2. （２）前記穴付ミラーのミラー部が、その球心を前記光
   導波体の出射軸からずれて位置させるとともに、同出射
   軸に対し傾斜して位置するようにしたことを特徴とする
   第１項に記載の光検出装置。