JPS63316005A - 光フアイバ−用光案内装置 - 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】 〔発明の利用技術分野〕 この発明は光ファイバーに入射する光あるいは光ファイ
バーから放射されろ光を外乱光の影響を受けることなく
導く光ファイバーの光案内装置に関するものである。

（従来技術およびその問題点〕 従来光ファイバーを用い１投光効果を向上させる方法と
し二開ロ角の小さな光ファイバーを用いたり、または光
ファイバーの径を細くするなど光ファイバー自体を改造
、変更する方式、あるいは光ファイバーの前面にレンズ
を配設する等のアタッチメントによる方式などが挙げら
れるが、開口角の小さなファイバーやレンズを用いるも
のは原価が高くなる傾向があり、また径の細いファイバ
ーは光エネルギーとくに投光エネルギーが必然的に減少
する等の欠点を有している。さらにレンズを使用するも
のにあってはレンズ表面における反射によりＳ／Ｎ比の
減少や光エネルギーの減衰。

形状の大型化さらには光ファイバーが面光源的な光学特
性をもつことＫよるレンズ設計の困難さなどの問題点が
挙げられる。またレンズの受光側においては外乱光によ
るフレアやゴーストなどＫよりＳ／Ｎ比が著るしく低下
する可能性があり、その防止策とし【吸収率のきわめて
高い内壁すなわち内面反射のないフード等の併用が必要
となり、結果的には検出距離すなわち検出ヘッドの先端
から検出対象までの距離を縮めてしまう欠点がある〔発
明の目的〕 この発明はこのような従来の問題点にかんがみ、光ファ
イバーの光学的特性すなわち投光系における投光スポッ
トの均一化、受光系における外乱光に対するＳ／Ｎ比の
安定化および投受光系における距離変動に対する安定性
の向上を図ることを目的とする。

〔発明の概要〕

この発明はその目的を達成するために、光ファイバーの
一端に連結されるヘッドに、その光ファイバーの端部か
らその外方に向ってしだいに内径が増大する傾斜壁を設
け、この傾斜壁の傾斜角度を光ファイバーの開口角に比
し小さく設定するとともに、その傾斜壁を反射率の高い
面に仕上げたもので、これによって光ファイバーからの
投光光束はより均一な投光スポットを発生し、かつ検出
対象までの距離が変動してもスポット径の変動はほとん
どな（、また光ファイバーに対する入射光束はその入射
角の大小により必要情報をより効率よく受光できろとと
もに外乱光を排除することができる。

〔実施例〕

以下図によってこの発明の一実施例について説明する。

すなわち第１図および第２図において光ファイバー１は
検出対象２に光を投射する投光用光ファイバーあるいは
検出対象２からの反射光や透過光を受ける受光用光ファ
イバーとして用いられ、その先端部にはヘッド３が取付
けられる。このヘッドは光ファイバー１が投光用光ファ
イバーのばあいＫは投光用ヘッドとして、また光ファイ
バー１が受光用光ファイバーのばあいには受光用ヘッド
とし【用いられる。

またヘッド３にはその軸心線に沿って貫通する透孔４が
設けられる。そしてこの透孔はヘッド３の一端からその
中間部にわたって形成される光ファイバー挿入孔６とヘ
ッド３の中間部からその他端に向ってしだいＫその内径
が増大する傾斜壁７を有する光案内孔８とにより警戒さ
れる。さらに光ファイバー挿入孔６の一端には光ファイ
バーＩＫこの光ファイバーを貫通させた状態で取付けら
れろホルダー９が螺合するねじ孔１０が形成され、した
がってこのねじ孔は光ファイバー１のホルダー９の端部
に形成した小径部１１を受ける挿入部１２に比しその径
は大きく設定される。また光案内孔８と光ファイバー挿
入孔６との間には光ファイバー１を光ファイバー挿入孔
６に挿入した状態でその端部が衝合する段部１３が形成
され、これによって光ファイバーの挿入寸法が規制され
るまた光案内孔８すなわち傾斜壁７の傾斜角度は光ファ
イバー１の開口角よりも小さく設定される。さらに傾斜
壁７にはメツ＝？本るいは蒸着その他の手段により鏡面
処理が施され、これによって反射率の高い面が形成され
る。

第３図において光ファイバー１すなわち投光用光ファイ
バーから放射された光は反射壁７により反射され、符号
Ｌｌ、Ｌ２．・・・・・・・・・Ｌｎで示すように進む
。その中、光線Ｌ１は光軸に平行に放射された光でもつ
とも強く、また光線Ｌ２は反射壁７で反射された後光軸
と平行に進み、さらに光線Ｌ３は光ファイバー１の開口
角とほぼ等しい角度をもって放射された光線で、反射壁
７で反射された後、拡散光束となる。

第１図において検出対象２上において投光スポットＳ１
の周辺部Ｓ２を構成する光束は光軸に対して大きな角度
をもって放射された光線が大部分を占めており、かつ光
線としては比較的弱いために、たとえ拡散してもさほど
問題にはならないと考えられろ。したがって検出対象２
上の投射光の挙動は光案内孔８の長さが十分に長ければ
、その実効スポットは投光スポットＳ１の太きさよりわ
ずかに太き（なる程度と考えられろ。

第４図は光ファイバー１を受光用光ファイバーとして用
いた具体例を示すもので、検出対象２すなわち被検出面
上の点Ａ、Ｂ、Ｃの各点からの光案内孔８０見込み角を
それぞれθ１．θ２．θ３とするとθ１くθ２くθ３と
なり、周辺部に向うにつれて検出感度が低下すると考え
られるが、第５図の符号Ｌ４で示すような光線が光案内
孔８に入射したばあい、反射壁７で反射を繰返した後、
受光用光ファイバーに至ることなく、符号Ｌ５で示す方
向に進み、結果的にヘッド３外に排除される。逆に符号
Ｌ５かも入射した光は符号Ｌ４の方向に反射される。し
たがって第４図の点Ａで示す方向から入射した光は外乱
光として大部分を排除され、検出スポット径は小さくな
る。また被検出面がヘッド３に近づき、点Ｃからの光案
内孔８の見込み角θ３が太き（なると、第５図に示すも
のと同様に余分な光束が排除され、その結果光案内孔８
は受光強度が大きくなりすぎないようにバッファ効果を
生ずる。この作用は受光用光ファイバーを介して受光す
るフォトトランジスタの許容受光限界を高めたことと同
一の効果を発生する。しかも相対受光量はヘッドを用い
ないものが第６図（ｂ）に示すように被検出面と受光用
光ファイバーとの間の距離が変動したばあいにその増加
に伴って低下するのに対し、この発明においては同図（
ａ）Ｋ示すように被検出面と受光用光ファイバーとの間
の距離が変動したばあいでもさほど変化しない。

なお上記実施例における光案内装置をカラーセンシング
システムに適用して実験したところ検出距離変動量が２
倍となり、かつ外乱光の影響も低減でき、また投光スポ
ットも比較的エツジの立った均一な分布を有するものが
得られた。

また第７図（ａ）はこの発明におけるヘッドを用いたば
あいの、第４図における角度θと外乱光の関係を示すも
のであり、同図（ｂｌはヘッドを用いないものである。

この図からも明らかなように角度θが大きくなるＫした
がってこの発明のヘッドを用いたものの方がヘッドを用
いないものに比し、外乱光の影響が少なくなることが理
解される。

なお参考までに第８図にこの発明におけるヘッドの総合
特性を示す。この図から外乱光は第４図における角度θ
が１０度のときに最少となることが分る。

なお上記実施例においては傾斜壁７をその断面において
直線的に変化するものくついて説明したが、この傾斜壁
は第９図に示すように複数段の傾斜角を有する直線によ
り形成してもよ（、また第１Ｏ図に示すように曲線をも
ってラッパ状に形成しても同様の効果を得ることができ
る。

また光ファイバー１は１本で構成されるものくついて説
明したが、これは複数本の光ファイバーを束に形成する
ことも可能である。

〔発明の効果〕

この発明は上述のように光ファイバーに連結されろヘッ
ドに、この一端からその中間部にわたって光ファイバー
の端部を挿入する光ファイバー挿入孔を設けるとともに
、ヘッドの中間部からその他端にわたってしだいにその
内径が増大する傾斜壁を有する光案内孔を光ファイバー
挿入孔と同一軸線上に形成し、光案内孔の傾斜角度を光
ファイバーの開口角よりも小さく設定しているので、光
ファイバーを投光系に適用するばあいに、より均一な投
光スポットを得ることができ、かつ距離変動によるスポ
ット径の変動は減少し、また光ファイバーを受光系に適
用したばあいには、外乱光を除去でき、と（に入射角の
大小により必要情報をより効率的に受光することができ
、さらに光ファイバーを投受光系に適用するばあいには
距離変動に対する安定性を向上させることができ、万一
ヘッドが検出対象に密着したばあいでも正常な検出を行
うことができる。

さらにヘッドの光ファイバー挿入孔と光案内孔との間に
は光ファイバーの挿入寸法を規制する段部な設け、かつ
光案内孔の傾斜壁を反射率の高い面により形成している
ので、上記効果を一層助長することができる。

なお複数の光ファイバーを複数本束として構成し、この
光ファイバー東が投光用および受光用として兼用されろ
もので、かつランダムな投光分布を有し、さらに同種の
ものであれば投光スポットはほぼ検出部に相白するため
検出部分の確認が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は
ヘッドの縦断面図、第３図、第４図および第５図は作用
を説明する縦断面図、第６図はヘッドから検出対象まで
の相対距離と相対受光景との関係を示す特性図、第７図
は第４図における角度と外乱光との関係を示す特性図、
第８図はヘッドの総合特性を示す図、第９図および第１
０図はこの発明の他の実施例を示す縦断面図である。 １・・・光ファイバー、２・・・検出対象、３・・・ヘ
ッド、４・・・透孔、６・・・光ファイバー挿入孔、７
・・・傾斜壁、８・・・光案内孔、９・・・ホルダー、
１０・・・ねじ孔、１１・・・小経部、１２・・・挿入
部、１３・・・段部。 特　許　出　願　人　　　山武ハネウェル株式会社第２
図 一一争駐搾１を鞠監 口　相射た量（％） ０　９１ｔ４１Ｊｊｉ生（％）（憂光りへルポ代軸と□
→角＆ｅ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光ファイバーに連結されるヘッドに、この一端からその
   中間部にわたつて上記光ファイバーの端部を挿入させる
   光ファイバー挿入孔を設けるとともに、上記ヘッドの中
   間部からその他端にわたつてしだいにその内径が増大す
   る傾斜壁を有する光案内孔を上記挿入孔と同一軸心線上
   に形成し、かつ上記挿入孔と上記光案内孔の間に上記光
   ファイバーの挿入位置を規制する段部を形成し、さらに
   上記光案内孔の傾斜角度を上記光ファイバーの開口角よ
   りも小さく設定し、しかも上記光案内孔の傾斜壁を反射
   率の高い面により形成したことを特徴とする光ファイバ
   ー用光案内装置。