JPH10501339A

JPH10501339A - テーパ付き束化ファイバーを使用するファイバーオプティックセンサー

Info

Publication number: JPH10501339A
Application number: JP8501215A
Authority: JP
Inventors: ヒーガング; ティー．ウロダルクジィク，マレク
Original assignee: シー．アール．バード，インコーポレーテッド
Priority date: 1994-06-08
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 1998-02-03
Also published as: EP0764263A1; WO1995033983A1; US5438873A; EP0764263A4

Abstract

(57)【要約】改良されたファイバーオプティック圧力検知システム（８）が光ファイバー（１２）のチップ端部（１４）にテーパを付けることによって、または、代替的にコネクタ（９２）内でファイバーまたはファイバー群（９８）にテーパをつける、または、束にすることことによって開示される。接続されたファイバーの開口数を適合するように調整しつつテーパによってファイバーを一緒に選択的に結合することによって、ファイバーオプティック圧力検知システムは感度と信号対雑音性能とを増すように向上させられた能力を付与される。

Description

【発明の詳細な説明】テーパ付き束化ファイバーを使用するファイバーオプティックセンサー発明の範囲本発明はファイバーオプティックセンサーシステムの改良、そして特に、光ファイバーのファイバー端にテーパを付ける技術およびダイヤフラム形ファイバーオプティック圧力センサーにおける小さな機械的ひずみを測定するとき、光学的検知感度を増進させるためのファイバーコネクタに関するものである。ファイバーにテーパを付けることは信号の多重化を実行するとき高開口数を有する小径ファイバーの使用と、多重ファイバーを束にすることあるいは接続することを可能にする。本発明の背景ミニチュア光ファイバー圧力検知システムはさまざまの実用分野において使用されている。例えば、患者の血管内血圧測定は本譲受者、ファイバーオプチックセンサーテクノロジー社（ＦＳＴ）、によって製作された器械であって、ファイバー検知チップに配されたダイヤフラムが圧力差に応答して変形し、かくしてファイバーを通じて送られる光を反射を介して変調するものを使用して達成された。前記ダイヤフラムの形状の変化と、変形したダイヤフラムと光ファイバー端との間の距離の変化とが光ファイバーのなかに反射される光の振幅を変調する。したがって、復帰光信号の強さは前記検知チップに作用する圧力に関係づけられる。出願人は主として圧力測定に指向されているファイバーオプティック検知システムに関する科学技術においてかずかずの前進を成し遂げた。また本譲受者、ＦＳＴ社、は米国特許第４７０１２４６号；第４７８７３９６号、第４８５６３１７号；第４９２４８７０号、第５２４７１７１号；第５２７５０５３号；および第５２８０７８６号、および１９９３年１０月６日出願第０８／１３２７１８号；１９９３年９月１４日出願第０８／１２１１８２号；１９９３年９月２９日出願第０８／１２８８４９号；および１９９３年８月１９日出願第０８／１０９３６１号によって出願中の米国特許出願であってファイバーオプティックセンサーに関する各種改良に関連しており、ここに引用によって包含されるものをも所有している。さらに、出願人は内燃機関燃焼室圧力測定用ファイバーオプティックセンサーに関する科学技術においても特別の進歩を達成した。これら進歩は出願人の米国特許出願第０８／０８７６３１号および第０８／０８６２４５号によって包含されている。特に健康管理実用分野において、小形生体内圧力検知カテーテルは、心臓病学、泌尿器科学および外傷ケア（特にこれらにおいては侵入的測定および電気的バイオポテンシャル安全性の問題が小形センサーの使用を必要ならしめかつ電気的不活性を要求する）において使用されるとき正確な診断手段を提供する。現在、上に言及された強さに基づくセンサーの使用は、ダイヤフラムの変位を決定するため光反射を測定する圧力検知ダイヤフラムの前に位置する光ファイバーを利用する。これら装置は実用的であり、寸法的に小さく、そしてコスト的に安いことを証明した。しかし、これら小形ダイヤフラム型センサーの使用に係る一つの重大な制限がそれらの低減された感度によって生じる。すなわち、小形ダイヤフラムは小さなひずみを生じ、したがって大形ダイヤフラムセンサーからのそれと同等の正確性を得るためにはひずみ差がより精密に測られなければならない。さらなる幾つかの設計制約がそのようなセンサーであって所望の周波数応答範囲、長期疲労命数、過圧保護および機械的並びに光学的安定性を有するものを提供するとともに、湿度および腐食露出を含む広範囲の環境的諸条件下で動作するとき構造的に安定しているダイヤフラムを提供することの困難性を増す。これら要求はさらにダイヤフラムの材料、寸法、厚さおよび強度パラメータであって適正なひずみ範囲および感度を得る可能性を減じるものの選択を制限する。上に言及された機械的制約下で改良されたセンサー性能を得るためには、ダイヤフラムの低機械的応答を補償し、そして広範囲の用途にわたって総合性能を改善する小形ダイヤフラムセンサーを依然として使用しつつ光学的測定感度を増すための技術が要求される。発明の摘要本発明の主たる特徴にしたがって、ファイバーオプティック検知システムには、センサーシステムの小径ファイバーと大径ファイバーとの間に配置されたテーパ付き光ファイバー部分であって、前記小ファイバーから大ファイバーに至る漸次遷移部分を構成し、そして変位探知感度を増し、かつ、より良い信号対雑音性能を提供する光ファイバー部分が設けられる。さらに、光学的相互結合において整合および集束機構を提供するテーパがコネクタ設計において設けられる。さらに、前記テーパ部分には、ファイバーに投入された光が高発散角度を有する場合に対する高反射性金属コーティングであって、伝送損失を減らすとともに感度を増し、したがって高開口数が得られるように光を集束する金属コーテイングが設けられる。あるいは、テーパ形成工程を注意深く管理することによって、高開口数値がファイバーのために獲得され得、それによって、例えば、テーパ比を管理することによって、または接続ファイバーに投入される光を低発散角度を有するように制御することによって、伝送損失を減少させかつ感度を増進させ得る。本発明のもう一つの重要な実施例において、テーパ付きチップが伝送ファイバーの端部に設けられ、それは接続光ファイバーの直径に相対してセンサーチップにおけるファイバーの直径を減らす。そのような形状は向上した感度を生じさせ、したがって小さいひずみを生じる小さいダイヤフラムを比較的大きい寸法の光ファイバーと一緒に使用できる。さらに、前記テーパ付きチップはその円錐面を高反射性金属コーティングによって被覆され得る。好ましくは単一ファイバーから形成される、または代替的に、センサーチップを形成する漸減束端部を形成するように一緒に融合されて引張られる光ファイバー束から形成される前記テーパ付きセンサーチップ端は前記システム全体の信号対雑音比を向上させる。ダイヤフラム型圧力センサーシステムにおける信号対雑音比を向上させるための本発明のもう一つの重要な実施例は、単一光ファイバーから形成される、または代替的に、束チップ端直径を漸減させる光ファイバー束を融合させて引張ることによって形成されるテーパ付きセンサーチップ端を採用する。本発明のさらなる重要な一実施例は、複数の伝送光ファイバーを少なくとも１つのセンサー光ファイバーに前記伝送ファイバーを束にすることによって、そして好ましくは束を形成する複数のファイバーを共通センサー出力ファイバーに連結するコネクタを設置することによって、相互接続するためのテーパ付きファイバーオプティック束連結器を設けることによってファイバーオプティックセンサー性能を向上させる。本発明のさらなる利益と利点は提示実施例に関する以下の説明と添付図面と一緒に検討される別添請求の範囲から本発明が関係する技術に精通する人に明らかになるであろう。図面の説明第１図は本発明の単一ファイバーダイヤフラム型センサーヘッドに連結されたテーパ付きファイバーオプティックセンサーコネクタの多少概略的な断面図であり；第２図は分割多重送信を実行するため第１図のコネクタを使用する第１の実施例ファイバーオプティックセンサーシステムの概略図であり；第３図は小径検知ファイバーとの接続を可能にする第１のコネクタに入る位置で一緒に接続融合された伝送ファイバーのファイバーオプティック束を示す第３の実施例ファイバーオプティックセンサーシステムの概略図であり；第４図は共通伝送ファイバーに一緒に融合接続された複数の検知ファイバーを結合するため逆向きに配列された第１図のコネクタを使用する第４の実施例ファイバーオプティックセンサーシステムの概略図であり；第５図は本発明のテーパ付きファイバーオプティックチップを有するダイヤフラム型ファイバーオプティックセンサーの多少概略的な断面図であり；第６図はテーパ付き光ファイバーの多少概略的な断面図であり；そして第７図はファイバーコア半径と開口数との一範囲に対する光学的探知感度の３次元プロット図である。好適実施例の詳細な説明本発明に従って、光学検知感度と信号変調とを増進する小ファイバー寸法と高開口数とを備えた検知システムを製作するため小径ファイバーに対する大径ファイバーの接続を容易ならしめる光ファイバーまたは光ファイバー束にテーパを付けること含むファイバーオプティック検知システムのためのさまざまの改良点が開示される。テーパ部分を介して小径センサーファイバーを大径センサーファイバーに接続することによって、高開口数を有するセンサーチップにおいて望ましいファイバー寸法を有する検知システムであって、一般的に小寸法マルチモード光ファイバーに関連する重大な整合問題と低オプチカルパワリング（ｏｐｔｉｃａｌｐｏｗｅｒｉｎｇ）運搬能力とに起因する光モジュールに対するそのような小寸法ファイバーの接続に固有の諸問題を解消し得るものが得られる。光ファイバーにテーパを付けることによって、信号変調レベルは最高８倍のオーダーまで有意的に増され、それによって広い応用範囲において使用される小型ダイヤフラム形センサーの性能が向上される。さらに、テーパ加工工程の最適化とともに、テーパ円錐面に金属化テーパ層を配置することによって不変かつ高感度の光ファイバーテーパ式センサーを有するファイバーテーパシステムが生産される。そのようなシステムは特定ファイバー光学システム設計のための信号対雑音比を有意的に増すことができる。図面をいっそう詳細に参照すると、第１図は本発明のテーパ付き光学コネクタ１０であって該コネクタ内に受容され、そこでより小さい直径の検知用光ファイバー１６と組合って接続されたテーパファイバー端部１４を有する比較的大きい直径のオプティカル伝送ファイバー１２を有するものを備えたミニチュア血管内血圧変換器８を例示する。好ましくは、前記オプティカル伝送ファイバーは前記テーパ端部の反射層、または金属層１８であって、そこで円錐面を形成しているものを受けている。前記伝送ファイバー１２の前記テーパ端部１４によって形成された平坦なチップ端部２０は、前記伝送ファイバーからの光を、反射層１８を通じて反射されて集中される光とともに、前記伝送ファイバー１６内に通過させ、それによって光は圧力感知ダイヤフラム光ファイバーセンサーのごときオプティカル検知チップ２２へ運ばれる。前記オプティカルコネクタ１０は前記伝送ファイバーと検知ファイバーとをそれらの間で光を射出しそして受取るように互いに光学的に整合させることによって接続する。センサーを伝送ファイバーに対して整合して取外し可能に結合するために、急速分離手段が設けられ、それによって検知ファイバー１６が前記コネクタ１０からはずされて切り離され、または代替的に、伝送ファイバー１２が前記コネクタ１０から切り離されてはずされ得ることが好ましい。好ましくは、前記反射層１８は、チップ端部２０を除き、前記テーパファイバー端部１４に、該テーパ部分が伝送損失を減らし、そして前記センサーの感度を増す高反射性金属コーティングで被覆され、またはコーティングされるように設けられている。代替的に、前記テーパは伝送損失を減らし、そして感度を増す高開口数を該テーパの領域に在るファイバーにおいて得るため、前記ファイバーのテーパを管理するように形成され得る。テーパ比を制限することによって、ファイバーから逃げる比較的高オーダーモードによって生じる有意のテーパ伝送損失が回避され得る。開口数が大きいほど、高オーダーモードの損失が小さくなり、その結果、オプティカルパワー（ｏｐｔｉｃａｌｐｏｗｅｒ）が増加し、したがって前記ファイバーの信号対雑音性能が改善される。テーパ１４が熱処理によって形成される場合、高温誘導微量添加物再分配と幾何学的変形は前記テーパの領域におけるファイバーのクラッド層を前記領域が伝播オプティカルモードを制限するためファイバー対空気インターフェースに主として依存する修正波ガイドとして働くように修正する。その結果として、テーパ部分と空気との間の大きな屈折率差が前記テーパの領域における有効開口数を増加させる。代替的に、熱によってテーパにされた先端は同じ有効開口数を維持するようにテーパ形成後に再コーティングを施され、またはさらに代替的に、前記有効クラッド層が被制御処理の間保持される。この場合、前記入力ファイバーの有効開口数は比較的少なく、そして有意のテーパ伝送損失が前記テーパ部分から逃げる比較的高オーダーのモードから生じ、そして損失は低発散角度を有するファイバーのなかに光を投入することによってのみ回避され得る。低発散光が前記光ファイバーを通じて伝送される使用法においては、これは問題にはならない。しかし、強さに基いたセンサーシステムにおいて発光ダイオード源と一緒に使用されるときは、広角放射パターンが存在し、そして被制御テーパ形成法が使用されなくてはならず、または反射層すなわちコーティング１８がテーパに沿って配置されなくてはならない。前記装置は検知ファイバー１６より大きい直径を有する伝送ファイバー１２を提供し、それによってセンサー費用を有意に増すことなしにＳＮ比を増すセンサーシステムの組立てにおいて確かな利点を提供する。例えば、ダイヤフラムセンサーの一特性は圧力増大とオプティカル検知チップ２２の方向へのダイヤフラムひずみとの間に存在する直接関係である。それぞれコーティングされたセンサーダイヤフラム２６によって反射される検知ファイバー端部２４によって集められる光の量は圧力とともに一本調子に増す。検知および伝送ファイバーコア直径と開口数とを注意深く選択することによって、光変調深さは特定センサー寸法とダイヤフラムこわさに対して増加され得る。前記センサーの変調は前記センサーファイバー寸法に対しほとんど逆比例直線的に関係づけられており、そして開口数に対し概ね直線的である。したがって、最大変調を得るためには小直径と大開口数とを有するファイバーが使用されなくてはならない。同様に、高開口数はまた特定ファイバーのためのオプティカルパワー運搬能力にとって有利である。前記パワー運搬能力は前記開口数を２乗した値の関数である。しかし、前記パワーのレベルもファイバー直径の２乗された関数によって全体的に減じるからファイバー直径を減じることは望ましくない。大直径の伝送ファイバーをより小さい直径の検知ファイバーにテーパを介して光学的に結合することによって、小直径のファイバーによって得られる最大変調の利益が、直径の削減によるパワーレベルの低減を最小限にしつつ獲得され得る。前記変調深さは縮径オプティカル検知ファイバー１６を検知チップ２２において使用することによって有意的に増加されるけれども、伝送損失はコネクタ１０のテーパファイバー端部１４における高オーダーの案内モードの漏れによって増大される。したがって上に説明されたようにこれら伝送損失を減らすため反射層１８が設けられている。第２図は第１図に示されたごとき変換器８のために光信号を供給しそして収集する一代替装置を例示する。第２図においては、１対の光源、すなわち発光ダイオード３０、３２が２つの明瞭に異なる波長を有する光信号を伝送ファイバー１２へ供給する。分岐光ファイバー４４〜４７がテーパにされかつ融合された束４８を形成するように互いに合体されており、前記束４８は縮径オプティカル検知ファイバー１６に本発明のテーパ付き光学コネクタ１０を介して結合する単一オプティカル伝送ファイバー１２に最終的に融合されている。好ましくは、前記テーパにされかつ融合された束４８は各分岐ファイバーを一緒にテーパにし、そして融合することによって形成され、それによって本発明のオプティカルコネクタ１０の内部でテーパにされて縮径オプティカル検知ファイバー１６に合体される拡大直径が得られる。各ダイオードからの光出力を実質的に一定に維持する好適な回路装置を通じて各ダイオードの光の強さを監視するための基準光検出器３４が設置されている。この実施例においては、単一の測定検出器３８が各ダイオード３０、３２の光の強さを交互に監視するため使用されている。好ましくは、透過性反射コーティング３６が前記コネクタ１０のセンサーファイバー側１６に配置され、それは平らなチップ端２０と隣接する薄膜またはコーティングを形成しており、そして前記ダイオード３０または３２の一方からの波長信号の１つを濾過する働きをする。コーティング３６は前記ダイオードの１つからの一信号の通過を許すとともに、異なる波長を有していて基準信号として働く他の１つのダイオードからの他の信号を反射する。前記基準信号はコーティング３６によって反射されるＷ_cで示される波長を有し、そして通過される信号は波長Ｗ_sを有する。代替的に、第１図に示されているように、全く同じ透過性反射コーティング２７が前記センサーチップ２２のセンサーチップ端１６に配置され得る。したがって波長Ｗ_sはダイヤフラムのひずみを測定するのに使用される。第３図は第１図における変換器８のオプティカルコネクタ１０の一代替実施例を例示しそれは参照符号６８を付されている。ファイバー束７０がオプティカルコネクタ６８に形成された融合テーパ端７６において合体された伝送ファイバー７２〜７４の群から形成されている。前記コネクタは第１図のコネクタ１０と類似していて検知ファイバー１６（図示せず）と接続する。前記ファイバー束７０は前記コネクタから延び、そこで分岐して複数のファイバー小群となり、さまざまの光電子素子のために専用される。例えば、伝送ファイバー小群７２は測定検出器８４において基準光検出器、好ましくはフォトダイオードと接続する１６本のファイバーのアレイから構成されている。ファイバー小群７３は第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）８６と８本のファイバーとを通じて相互接続している。同様に、ファイバー小群７４は８本のファイバーのアレイを通じて第２のＬＥＤ８８と接続している。さらに、基準検出器９０は束７５を形成するように合体するファイバー小束７６、７７を通じて各ＬＥＤ８６、８８と相互接続している。前記配列によって、前記１対のＬＥＤからの光は効果的な伝送ファイバー７０を形成するようにファイバー束化によって効率的に結合され、前記伝送ファイバー７０は前記コネクタ６８を介してテーパによって検知ファイバー（図示せず）と接続される。例えば、ファイバー撮像スコープにおいて広く使用されている５０ミクロン硼硅酸ファイバー群は前記ファイバー束７０を形成するのに使用され得る。最多１００本までのファイバーが、ＬＥＤと検知ファイバーとの直径の選択に依存して、伝送ファイバー束を形成するのに使用され得る。代替的に、比較的大きい直径を有するファイバーが比較的少ないファイバーからなる束において使用され得る。使用されるファイバーの本数と関係なく、ファイバー束のファイバーはＬＥＤからの光を伝送するのみならず光を測定検出器へ戻し、それによりそれらは検知ファイバーと好適に結合される最終直径になるように前記コネクタ端部において融合され、そしてテーパにされる。硼硅酸ファイバーをそれらが融合の間に引張られるように熱融合することによって単純な方法で形成され得る、結果として生じるテーパは、比較的太い束寸法、おそらく直径５００ミクロン、から典型的に直径１００〜２００ミクロンの検知ファイバー寸法に至る、重要な効率的遷移を生じさせる。前記テーパが無かったならば、おそらく寸法ミスマッチ損失が容認できない程度までリターン光信号を減らすであろう。結果的に、発散する大きい光束を有する低価格ＬＥＤ、それらは他の方法では小寸法ファイバーと一緒に効果的に使用され得ない、はファイバーに光学パワーを効率的に結合することができる。前記ファイバー束は、典型的に０．５から０．６の高開口数を有する硼硅酸ファイバーによって、前記ファイバー束収集効率が増すようにＬＥＤからの光を収集する。さらに、ファイバー束のテーパ端部において、テーパ損失は前記コネクタ６８の内側に形成されるテーパ上に金属コーティング９１を配置することによって減らされる。第４図は第１図のオプティカルコネクタ１０と変換器８とのさらなる一代替実施例を例示している。コネクタ１０と同様のオプティカルコネクタ９２は、テーパ上に反射層１００を有する融合テーパチップ９９を有する束９８を形成するように互いに合体された１群のセンサーファイバー９４〜９７に対して逆向きに配置されている。好ましくは、前記コネクタは変換器１０４に結合された伝送ファイバー１０２の端部に対し前記融合テーパチップを整合させて保持している。コネクタ９２を使用することによって、１群のセンサー１０６〜１０９が、複数のセンサーから構成されたオプティカル測定装置を監視するため、単一伝送ファイバーと単一オプティカルモジュールとを使用するため共通の１コネクタによって互いに結合され得る。例えば、エンジンに配された多数のセンサーが単一のオプティカルモジュールによって監視され得る。第５図は第１図のオプティカル検知チップ２２の修正形であってテーパ付きファイバーチップセンサー１１２を提供するため、検知ファイバー１６においてテーパチップ端１１０を使用するものを例示する。前記オプティカル検知ファイバー１６は空気ギャップ、または凹所、１１４がチップ１１５の端とセンサーダイヤフラム１１８の反射背面１１６との間に形成されるようにテーパチップ端５４の中に終端していることが好ましい。前記テーパチップ端はセンサー本体１２２内に担持された円錐形フェルール１２０内に受容されることが好ましい。さらに、小さい円筒形の凹所１２４が前記ダイヤフラムに隣接して設けられている。外部環境によって膜１１８に及ぼされる圧力は前記膜をチップ端１１５の方向に変位させ、それにより前記チップと膜との間に形成された空気ギャップ１１４を減縮する。その結果として、前記膜から後方へ反射される光が変調される。上記のごとくチップ１１５における円錐形テーパ１１０は変調深さを有意に増すが、透過損失もまた増す。前記損失を減らすために、第１図における層１８と同様の薄い金属反射層１２６が前記チップのテーパ面１１０に配置されている。その結果として前記透過損失は有意に減じられ、そして、さらに金のごとき好適な金属の選択によって、円錐形フェルールをオプティカル検知ファイバー１４にろう付けするとき、インターフェース接着材料のために金属層が配置される。第６図はテーパにされた光ファイバー１３０の中を伝播する光線であって角度 θで進行して伝播するものを示し、かつ、それが反射されるときのテーパ部分１３２の内側における伝播角度増分を示している。もし適切な開口数が前記テーパ領域に設けられているならば、前記ファイバーを通って伝送される光線は、それが比較的高角度θ’で前記ファイバーのテーパ部分の端から出現するように前記テーパ領域内の全内部反射条件を満足させるであろう。比較的高オーダーモードがＮＡ_tによって示されるテーパ領域内のファイバー開口数によって決定される制限角度を超える伝播角度で前記ファイバーを通って進む場合には、前記比較的高オーダーモードは前記テーパの側部を通じて逃げ、そしてオプティカルパワー損失の一因となる。明らかに、前記テーパチップＮＡ_tにおけるこれら比較的高開口数は、結果的に高オーダー損失を減らし、そのことはＳＮ性能を改善するオプティカルパワースループットの増加を可能にする。効果的なクラッド層が前記テーパチップの形成時に保持された場合、または前記テーパチップがテーパにされた後に再コーティングされた場合、有効テーパ開口数は、断熱ファイバーまたは徐々にテーパにされたファイバーにおいて、原ファイバー開口数（ＮＡ）と全く同じである。これらの場合、第６図に示されるごとく前記テーパ部分から逃げる比較的高オーダーモードから生じる有意のテーパ透過損失を回避するため、前記ファイバーの中に投入される光は低発散角度を有しなくてはならない。これは関係式ＮＡ’＝ＮＡ／ｔ’、ただしｔ＝Ｘ_o／Ｘ_tはテーパ比、によって投入ファイバー開口数をＮＡ’に効果的に減らし、したがってｓｉｎ^-1（ＮＡ’）より小さい伝播角度を有する光束のみが前記テーパ領域における多反射時に全内部反射条件を満足させ、そしてテーパ部分１３２から出現することができる。これら基準による光ファイバーのテーパ構造は小区域に対してまたは小直径光ファイバー内へ低発散、大スポットサイズレーザービームを発射するのに使用されている。しかし、上に言及されたように、強さに基いたセンサー装置におけるＬＥＤ源の使用は広角放射パターンを示し、そして一般的に前記式の基準を満足させない。したがって、透過損失を減らし、そして感度を増すためにテーパにおいて比較的高開口数を実現するためには、被制御テーパ形成法が採用されなくてはならない。代替的に、前記諸実施例に配置されたごときテーパ部分における高反射性金属コーティングの利用は、これら問題を軽減するため容認可能な程度に前記テーパ透過損失を減少させる。そのようなテーパチップの形成において、典型的に融解石英光ファイバーはプロパントーチによって局部的に軟化され、そして同時に機械的装置上で引張られて分離される。同様に、第１図における伝送ファイバー１２が同様の方法で形成され得る。この方法は長さ数ｍｍのテーパ部分を生じさせるであろう。好ましくは、前記テーパ部分のジオメトリーと表面特性とは予測できる首尾一貫した開口数の増加を得るために前記ファイバーにテーパを付けるとき首尾一貫して管理される。さらに、金属コーティングされたテーパが上に言及された損失と不利益とを生じさせない比較的高いテーパ比を得るために使用される。その結果として、前に言及された光ファイバーテーパに基づくセンサー設計は実際的で信頼できる光電子システム構成を提供し、そして有意に改良されたオプティカル検知感度を提供する。さらに、前記設計は本質的に小さい機械的ダイヤフラムひずみの高感度オプティカル測定を必要とするさまざまの用途に容易に適合させられ得る。第７図はファイバーコア半径、Ｘ_o、の範囲と開口数、ＮＡ、の範囲とに亙る検知感度、ｍ、を要約する３次元プロットである。第７図に示されるように、ｍ好適なオプティカルパワー出力レベルが適正な設計によって維持されるならば、有意に改善された圧力測定性能とシステム安定性とが実現される。これは次ぎの諸要因に帰せられる：（１）ショット雑音を制限されたシステムのＳＮ比はｍとオプティカルパワー出力の平方根とに比例するから、システム信号対雑音性能が有意に改善される。熱電学的雑音と回路干渉とが主騒音源である場合、ＳＮ比はｍとオプティカルパワー出力との両方に比例する。（２）ファイバー曲がり、温度関係信号ドリフトおよび光学的相互接続スループット変動のごとき要因によってひき起こされる測定誤りは、誤り信号が妨害レベルとシステムオプティカルパワー出力とに比例するにすぎないから、ｍ増分によって比例的に減じられる。本発明は上に例示されそして説明されたものと厳密に同じ構造に制限されるものではなく、以下請求項において限定されるごとき本発明の精神と範囲から逸脱することなしにさまざまの変更と修正がなされ得ることが理解さるべきである。

Claims

【特許請求の範囲】１．圧力感知素子を備えた第１端部に検知チップを有する光ファイバーを有するファイバーオプティック圧力検知システムであって、前記圧力感知素子が前記光ファイバーの反対第２端部内に投入される圧力検知光信号を変調するものにおいて、前記検知チップを形成する遠端を有する前記光ファイバーによって形成された第１光ファイバー部分と；近端において前記第１部分と隣接している第２光ファイバー部分と；前記第１部分または第２部分の少なくとも１つから前記光ファイバーによって形成されて前記第１と第２部分との間に配置されているテーパとを有するファイバーオプティック圧力検知システム。２．請求項１のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、前記第１部分が前記第２部分に比し、それらの間の接続領域において低開口数にされているファイバーオプティック圧力検知システム。３．請求項１のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、前記第１と第２部分が実質的に同じ開口数にされているファイバーオプティック圧力検知システム。４．請求項１のファイバーオプティック圧力検知システムであって、さらに前記第１と第２光ファイバー部分の間に形成された接続手段を有するファイバーオプティック圧力検知システム。５．請求項４のファイバーオプティック圧力検知システムであって、さらに前記検知光ファイバー部分と前記伝送光ファイバー部分との間に配置された部分反射オプティカルフィルターを有するファイバーオプティック圧力検知システム。６．請求項１のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、前記第２光ファイバー部分がファイバー束から成り、前記束が前記第１光ファイバー部分から遠い前記束の遠端においてファイバーの複数の小群に分割されているファイバーオプティック圧力検知システム。７．請求項６のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、前記小群が光電子装置に各個に結合されているファイバーオプティック圧力検知システム。８．請求項６のファイバーオプティック圧力検知システムであって、さらに前記第１と第２光ファイバー部分との間に形成された結合手段を有するファイバーオプティック圧力検知システム。９．請求項８のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、前記束が前記結合手段内でテーパにされており、前記束がさらに前記テーパの表面に金属コーティングを施されているファイバーオプティック圧力検知システム。１０．請求項８のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、前記第２光ファイバー部分がファイバー束から成り、前記束が前記結合手段内でテーパにされておりそして前記テーパの表面に金属コーティングを施されているファイバーオプティック圧力検知システム。１１．請求項１のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、前記第１光ファイバー部分がファイバー束から成り、前記束が前記第１光ファイバー部分から遠い前記束の遠端において複数のファイバー小群に分割されており、前記ファイバー束が前記第２のファイバーと接続するため前記テーパを提供しているファイバーオプティック圧力検知システム。１２．圧力感知素子を備えた第１端部に検知チップを有する光ファイバーを有するファイバーオプティック圧力検知システムであって、前記圧力感知素子が前記光ファイバーの対向第２端部内に投入される圧力検知光信号を変調し、そして前記光信号を前記ファイバーに戻すものにおいて；前記光ファイバーに設けられたチップ端部と；前記チップ端部に形成されていて前記チップ端部においてファイバー直径を漸減させるテーパとを有するように改良されたファイバーオプティック圧力検知システム。１３．請求項１２のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、前記光ファイバーが前記チップ端部を減縮直径、例えば７５％，に漸減させるように融合されて引張られているファイバーオプティック圧力検知システム。１４．請求項１３のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、融合されて引張られる前記チップ端部における直径の減縮がテーパを形成し、該テーパが反射性金属層によってコーティングされているファイバーオプティック圧力検知システム。１５．請求項１３のファイバーオプティック圧力検知システムであって、さらに前記チップ端部に配置された部分反射性光学フィルターを有するファイバーオプティック圧力システム。１６．請求項１２のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、前記光学フィルターが前記チップ端部に隣接するファイバー束から成り、さらに前記ファイバー束が前記チップ端部における束直径を漸減させるため融合されて引張られるファイバーオプティック圧力検知システム。１７．請求項１６のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、前記ファイバー束が漸減された直径を有する融合されて引張られたチップ端部を有するファィバーオプティック圧力検知システム。１８．請求項１５のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、前記減縮直径を有する融合されて引張られたファイバー束チップ端部が前記テーパを形成し、前記テーパが反射性金属層でコーティングされているファイバーオプティック圧力検知システム。１９．請求項１５のファイバーオプティック圧力検知システムにおいて、前記ファィバー束が少なくとも１つの光源と少なくとも１つの探知器まで延び、前記束ファイバーが前記探知器と光源端とにおいて複数のファイバー小群に分割されており、ファイバーの１小群が前記探知器と接続され、そして他の１小群が前記光源に接続されているファイバーオプティック圧力検知システム。２０．請求項１９のファイバーオプティック圧力検知システムであって、さらに第２の探知器と、それに対応する第２の別のファイバー小群とを有し、前記第２の別のファイバー小群が前記第２の探知器を前記光源に接続しているファイバーオプティック圧力検知システム。２１．請求項２０のファイバーオプティック圧力検知システムであって、さらに第２の光源と、それに対応する第２のファイバー小群であって前記第２の光源を前記ファイバー束に接続するものとを有し、前記第２の光源が前記第２の別のファイバー小群によって前記第２の探知器に接続されているファイバーオプティック圧力検知システム。２２．圧力感知素子を備えた第１端部に検知チップを有する光ファイバーを有するファイバーオプティック圧力検知システムであって、前記圧力感知素子が前記光ファイバーの反対第２端部内に投入される圧力検知光信号を変調するものにおいて、前記検知チップを形成する遠端を有する前記光ファイバーの一部分を構成する第１光ファイバー部分と；近端において前記第１部分と隣接する第２光ファイバー部分と；前記第１部分と第２部分との間に前記光ファイバーによって形成されたテーパとを有するように改良されたファイバーオプティック圧力検知システム。２３．請求項２２のファイバーオプティック圧力検知システムであってさらに一端部に前記検知チップの近端をそして他端部に前記第２部分を有するものにおいて、前記テーパが前記コネクタ内に受容されそして前記第１部分の遠端と光学的に連結されている前記第２部分の他端部によって構成されているファイバーオプティック圧力検知システム。２４．身体器官内の圧力を測定するためのファイバーオプティック圧力検知システムであって、圧力感知素子を備えた第１端部に検知チップを有する光ファイバーを有し、前記圧力感知素子が前記光ファイバーの対向第２端部内に投入される圧力検知光信号を変調し、次いで前記光信号を前記ファイバーへ復帰させるものにおいて、前記光ファイバーを形成するファイバー束であって、該束が少なくとも１つの光源と少なくとも１つの探知器まで延び、該束が前記探知器と前記光源において、１つのファイバー小群が前記感知器に接続され、そして第２のファイバー小群が前記光源に接続されるように、複数のファイバー小群に分割されているものを有するように改良されているファイバーオプティック圧力検知システム。２５．請求項２４のファイバーオプティック圧力検知システムであって、さらに第２の別のファイバー小群を有する第２の探知器を有し、前記第２の別のファイバー小群が前記第２の探知器を前記光源に接続しているファイバーオプティック圧力検知システム。２６．請求項２５のファイバーオプティック圧力検知システムであって、さらに第２の光源と該第２の光源を前記ファイバー束に接続する第２のファイバー小群とを有し、前記第２の光源が前記別のファイバー小群によって前記第２の探知器に接続されているファイバーオプティック圧力検知システム。