(57)【要約】      （修正有）【課題】新規な構造の光学式センサ装置を提供する。【解決手段】光学式センサ装置は、複数のコア３１ａを含む一対の光ファイバ構造体３０１，３０２がＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に接続された構造を備える。一対の光ファイバの一方がシグナル光を伝送するシグナル光伝送用光ファイバであり、且つ他方がレファレンス光を伝送するレファレンス光伝送用光ファイバである。【選択図】図５
2014167605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコアを含む光ファイバ構造体がＧＲＩＮレンズの一端面に接続された構造を備えた光学式センサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載された光学式センサ装置において、
前記光ファイバ構造体が一対の光ファイバで構成された光学式センサ装置。
【請求項３】
請求項２に記載された光学式センサ装置において、
前記一対の光ファイバの一方がシグナル光を伝送するシグナル光伝送用光ファイバであり、且つ他方がレファレンス光を伝送するレファレンス光伝送用光ファイバである光学式センサ装置。
【請求項４】
請求項３に記載された光学式センサ装置において、
前記シグナル光伝送用光ファイバが接続されたシグナル光源と、
前記レファレンス光伝送用光ファイバが接続されたレファレンス光源と、
シグナル光の反射光が入力されるシグナル反射光受光部と、
レファレンス光の反射光が入力されるレファレンス反射光受光部と、
をさらに備えた光学式センサ装置。
【請求項５】
請求項４に記載された光学式センサ装置において、
ケーブル本体とその先端に設けられたプローブとを有し、前記ケーブル本体において前記ＧＲＩＮレンズの他端面から出力されるシグナル光及びレファレンス光を伝送すると共に、前記プローブにおいてそれらのシグナル光及びレファレンス光を反射し、且つ前記ケーブル本体においてそれらのシグナル光及びレファレンス光の反射光を伝送する光ファイバケーブルをさらに備えた光学式センサ装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載された光学式センサ装置において、
前記シグナル反射光受光部及び前記レファレンス反射光受光部が単一の共通の受光部で構成された光学式センサ装置。
【請求項７】
請求項１に記載された光学式センサ装置において、
前記光ファイバ構造体がマルチコア光ファイバで構成された光学式センサ装置。
【請求項８】
請求項１に記載された光学式センサ装置において、
前記光ファイバ構造体が複数本の光ファイバを含む光ファイババンドルで構成された光学式センサ装置。
【請求項９】
請求項１、７、又は８に記載された光学式センサ装置において、
ケーブル本体とその先端に設けられたプローブとを有する光ファイバケーブルをさらに備え、
前記光ファイバケーブルには、前記ケーブル本体に前記光ファイバ構造体が設けられ、且つ前記プローブに前記ＧＲＩＮレンズが設けられた光学式センサ装置。
【請求項１０】
ケーブル本体とその先端に設けられたプローブとを有する光学式センサ装置用の光ファイバケーブルであって、
複数のコアを含む光ファイバ構造体がＧＲＩＮレンズの一端面に接続された構造を備え、
前記ケーブル本体に前記光ファイバ構造体が設けられ、且つ前記プローブに前記ＧＲＩＮレンズが設けられた光ファイバケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式センサ装置及びそれに用いる光ファイバケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
変位や温度等を光学的に検出する光学式センサ装置が知られている。  
【０００３】
例えば、 特許文献１には、ＳＬＤからの検出光を第１のコリメータレンズで集光し、コールドミラー及び集光レンズを介してフェルールに入力すると共に、ＬＤからのガイド光を第２のコリメータレンズで集光し、同じコールドミラー及び集光レンズを介してフェルールに入力する、従って、検出光及びガイド光を空間光学方式で伝送する光学式変位センサ装置が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、蛍光体からの蛍光を光導波路で伝送し、レンズ及びダイクロイックミラーを介して蛍光測定器に入力すると共に、発光体からの励起光をダイクロイックミラーを介して励起光測定器に入力し、ダイクロイックミラーにおいて蛍光に励起光を照射する、従って、蛍光及び励起光を空間光学方式で伝送する光学式温度センサ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５０６０６７８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２２９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、新規な構造の光学式センサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光学式センサ装置は、複数のコアを含む光ファイバ構造体がＧＲＩＮレンズの一端面に接続された構造を備える。
【０００８】
本発明の光ファイバケーブルは、ケーブル本体とその先端に設けられたプローブとを有し、複数のコアを含む光ファイバ構造体がＧＲＩＮレンズの一端面に接続された構造を備え、前記ケーブル本体に前記光ファイバ構造体が設けられ、且つ前記プローブに前記ＧＲＩＮレンズが設けられている。  
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数のコアを含む光ファイバ構造体がＧＲＩＮレンズの一端面に接続された構造を備え、このような構造は従来に類を見ない新規なものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１に係る光学式温度センサ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態１のプローブの縦断面図である。
【図３】第１〜第６光ファイバ心線として用いる光ファイバ心線の斜視図である。
【図４】第１及び第２ＧＲＩＮレンズとして用いるＧＲＩＮレンズの斜視図である。
【図５】（ａ）は、第１〜第３光ファイバ心線と第１ＧＲＩＮレンズとのカップリング構造の側面図であり、（ｂ）は図５（ａ）におけるVb-Vb断面図であり、（ｃ）は図５（ａ）におけるVc-Vc断面図である。
【図６】（ａ）は、第５及び第６光ファイバ心線と第２ＧＲＩＮレンズとの接続構造の側面図であり、（ｂ）は図６（ａ）におけるVIb-VIb断面図であり、（ｃ）は図６（ａ）における矢視VIcの正面図である。
【図７】実施形態１に係る光学式温度センサ装置の変形例の構成を示すブロック図である。
【図８】実施形態２に係る光学式温度センサ装置の構成を示すブロック図である。
【図９】（ａ）は、第１、第２、第４Ａ、及び第４Ｂ光ファイバ心線とＧＲＩＮレンズとの接続構造の側面図であり、（ｂ）は図９（ａ）におけるIXb-IXb断面図であり、（ｃ）は図９（ａ）における矢視IXcの正面図である。
【図１０】実施形態２に係る光学式温度センサ装置の第１の変形例の構成を示すブロック図である。
【図１１】（ａ）は、第５Ａ、第５Ｂ、第６Ａ、及び第６Ｂ光ファイバ心線とＧＲＩＮレンズとの接続構造の側面図であり、（ｂ）は図１１（ａ）におけるXIb-XIb断面図であり、（ｃ）は図１１（ａ）における矢視XIcの正面図である。
【図１２】実施形態２に係る光学式温度センサ装置の第２の変形例の構成を示すブロック図である。
【図１３】マルチコア光ファイバ心線の斜視図である。
【図１４】（ａ）は、マルチコア光ファイバ心線とＧＲＩＮレンズとの接続構造の側面図であり、（ｂ）は図１４（ａ）におけるXIVb-XIVb断面図であり、（ｃ）は図１４（ａ）における矢視XIVcの正面図である。
【図１５】実施形態３に係る光学式温度センサ装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】実施形態３のプローブの縦断面図である。
【図１７】実施形態３に係る光学式温度センサ装置の変形例の構成を示すブロック図である。
【図１８】（ａ）は、第１、第２、及び第４光ファイバ心線とＧＲＩＮレンズとの接続構造の側面図であり、（ｂ）は図１８（ａ）におけるXVIIIb-XVIIIb断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光学式温度センサ装置Ｄを示す。この実施形態１に係る光学式温度センサ装置Ｄは、各種装置における温度測定に用いられるものであり、特に電力設備における電力線や機器からの電磁波ノイズを受ける環境、医療分野ではマイクロ波を使用するハイパーサミヤ治療、半導体製造装置で高周波電源が使用される用途に好適なものである。
【００１３】
実施形態１に係る光学式温度センサ装置Ｄは、装置本体１０とそこから延びる光ファイバケーブル２０とで構成されている。
【００１４】
装置本体１０には、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１（シグナル光源）、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２（レファレンス光源）、及びＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３（シグナル反射光受光部、レファレンス反射光受光部）が設けられている。Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１には、第１光ファイバ心線３０１の一端が直接又はレンズを介して接続され、また、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２には、第２光ファイバ心線３０２の一端が直接又はレンズを介して接続されている。第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２の他端は、それぞれ第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に接続されている。第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２には、第３光ファイバ心線３０３の一端が接続されている。Ｓｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３には、第４光ファイバ心線３０４の一端が接続されている。第４光ファイバ心線３０４の中間部にはモードスクランブラ３３が介設されている。第３及び第４光ファイバ心線３０３，３０４の他端は、それぞれレセプタクル１４に接続されている。装置本体１０には制御部１５が設けられており、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２、及びＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３がそれぞれ接続されている。
【００１５】
光ファイバケーブル２０は、ケーブル本体２１とその基端に設けられたプラグ２２及び先端に設けられたプローブ２３とを備える。ケーブル本体２１には、第５及び第６光ファイバ心線３０５，３０６が挿通されている。第５及び第６光ファイバ心線３０５，３０６の一端はプラグ２２に接続されている。プラグ２２は、装置本体１０のレセプタクル１４に着脱可能に接続されており、これにより第５光ファイバ心線３０５が第３光ファイバ心線３０３に、また、第６光ファイバ心線３０６が第４光ファイバ心線３０４に、それぞれ突き合わせにより機械的に接続され、且つ光学的に接続されている。
【００１６】
図２はプローブ２３を示す。
【００１７】
プローブ２３は、筒状に形成されたプローブ本体２３１と、その先端の開口を封じるように設けられた先端部材２３２とを有する。
【００１８】
プローブ本体２３１には、基端側に心線挿通孔２３１ａ及び先端側にレンズ保持孔２３１ｂが連通するように形成されており、心線挿通孔２３１ａに第５及び第６光ファイバ心線３０５，３０６が挿通されていると共に、レンズ保持孔２３１ｂに第２ＧＲＩＮレンズ４０２が内嵌めされている。第５及び第６光ファイバ心線３０５，３０６の他端はそれぞれ第２ＧＲＩＮレンズ４０２の基端側の一端面４１に接続されている。
【００１９】
先端部材２３２は、基材２３２ａ上に半導体センサチップ２３２ｂが設けられた構成を有する。半導体センサチップ２３２ｂは、基材２３２ａに面する側に反射ミラー層が形成されていて、入力された光を反射する。そして、半導体センサチップ２３２ｂは第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２に対向するようにプローブ本体２３１に取り付けられている。また、図には示していないが第２ＧＲＩＮレンズ４０２の長さを最適化することにより、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２と半導体センサチップ２３２ｂ間にギャップを設けることにより、熱応答性を高めることも可能である。
【００２０】
この実施形態１に係る光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１からシグナル光が発されると、シグナル光は、第１光ファイバ心線３０１により伝送されて第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に入力される。第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２から出力されるシグナル光は、第３光ファイバ心線３０３により伝送されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したシグナル光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、第５光ファイバ心線３０５に入力される。第５光ファイバ心線３０５に入力されたシグナル光は、そのままケーブル本体２１を第５光ファイバ心線３０５により伝送されてプローブ２３の第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に入力される。そして、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２から出力されるシグナル光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【００２１】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したシグナル光の反射光（以下「シグナル反射光」という。）は、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２に入力される。第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１から出力されるシグナル反射光は、ケーブル本体２１を第６光ファイバ心線３０６により伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したシグナル反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、第４光ファイバ心線３０４に入力される。第４光ファイバ心線３０４に入力されたシグナル反射光は、そのまま第４光ファイバ心線３０４により伝送されてモードスクランブラ３３により高次モードが取り除かれた後にＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３に入力される。
【００２２】
ここで、半導体センサチップ２３２ｂを形成する半導体は光学的基礎吸収端波長を有し、この光学的基礎吸収端波長は温度上昇と共に長波長側に移行する。一方、シグナル光の波長は、測定温度範囲における光学的基礎吸収端波長の移行範囲に包含されていることから、半導体センサチップ２３２ｂに照射されて吸収された後のシグナル反射光の強度は温度上昇と共に減少する。従って、シグナル反射光の強度は、Ｓｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３に入力されて電気信号に変換された後に制御部１５に入力され、そして、制御部１５は、それに基づいた演算処理により測定温度を算出する（久間和生、沢田隆夫、田井修市、布下正宏，「光ファイバによる温度の遠隔測定」，センサ技術，１９８１年９月号（Vol.1. No.2）、及びKAZUO KYUMA et al. Fiber-Optical Instrument for Temperature Measurement, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL.QE-18, NO.4, APRIL, 1982参照）。
【００２３】
また、この実施形態１に係る光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２からレファレンス光が発されると、レファレンス光は、第２光ファイバ心線３０２により伝送されて第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に入力される。第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２から出力されるレファレンス光は、第３光ファイバ心線３０３により伝送されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したレファレンス光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、第５光ファイバ心線３０５に入力される。第５光ファイバ心線３０５に入力されたレファレンス光は、そのままケーブル本体２１を第５光ファイバ心線３０５により伝送されてプローブ２３の第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に入力される。そして、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２から出力されるレファレンス光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【００２４】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したレファレンス光の反射光（以下「レファレンス反射光」という。）は、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２に入力される。第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１から出力されるレファレンス反射光は、ケーブル本体２１を第６光ファイバ心線３０６により伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したレファレンス反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、第４光ファイバ心線３０４に入力される。第４光ファイバ心線３０４に入力されたレファレンス反射光は、そのまま第４光ファイバ心線３０４により伝送されてモードスクランブラ３３により高次モードが取り除かれた後にＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３に入力される。
【００２５】
ここで、レファレンス光の波長は、測定温度範囲における半導体センサチップ２３２ｂの光学的基礎吸収端波長の移行範囲に含まれず、そのため半導体センサチップ２３２ｂに照射された後のレファレンス反射光の強度は基本的には変化しない。但し、レファレンス光及びレファレンス反射光の強度は、第５及び第６光ファイバ心線３０５，３０６に与えられる熱や曲げや張力の影響により損失を生じる。レファレンス反射光の強度は、Ｓｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３に入力されて電気信号に変換されて制御部１５に入力されるが、制御部１５は、シグナル反射光の強度に基づいた測定温度を算出する演算処理において、レファレンス光及びレファレンス反射光の強度の損失が認められた場合には、シグナル光及びシグナル反射光の強度にも同じ損失が生じているものとして、その損失を相殺するように処理を行う。
【００２６】
以上の構成の光学式温度センサ装置Ｄにおいて、例えば、半導体センサチップ２３２ｂがＧａＡｓ結晶で形成されているような場合には、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１として発光波長が８９０ｎｍのＬＥＤ、また、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２として発光波長が９５０ｎｍのＬＥＤをそれぞれ用いることができる。
【００２７】
Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１及びＲｅｆ．ＬＥＤ１２は、シグナル光或いはレファレンス光をパルス光として発光し、また、発光タイミングをずらして時分割で発光することが好ましい。シグナル反射光及びレファレンス反射光も、第２ＧＲＩＮレンズ４０２、並びに第６及び第４光ファイバ心線３０６，３０４を伝搬するため、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１及びＲｅｆ．ＬＥＤ１２が同時に発光すると、シグナル反射光及びレファレンス反射光の合波光がＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３に入力され、シグナル反射光とレファレンス反射光との区別が困難となる。しかしながら、シグナル光及びレファレンス光をパルス光とし、それらの発光タイミングをずらすことにより、Ｓｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３に入力されるシグナル反射光とレファレンス反射光とを明確に区別することができる。
【００２８】
Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１及びＲｅｆ．ＬＥＤ１２にはＬＥＤモジュール内で光り出力を一定にするためのモニタＰＤが内蔵されていてもよい
図３は、第１〜第６光ファイバ心線３０１〜３０６として用いる光ファイバ心線３０を示す。
【００２９】
光ファイバ心線３０は、光ファイバ３１とそれを被覆する被覆層３２とを有する。光ファイバ心線３０の外径は例えば０．１〜３．０ｍｍである。
【００３０】
光ファイバ３１は、光源に使用される用途ではシングルモードを使用する場合も考えられるが、その他の用途では結合効率を優先していわゆるマルチモード光ファイバであることが好ましい。光ファイバ３１は、例えば、相対的に高屈折率なコア３１ａとそれを被覆する相対的に低屈折率なクラッド３１ｂとの二層構造に構成されている。光ファイバ３１は、石英製であって、例えば、コア３１ａが、ドーパントがドープされていない純粋な石英で形成され、且つクラッド３１ｂが、屈折率を低くするドーパント（例えばＦ等）がドープされた石英で形成された構成であってもよい。また、光ファイバ３１は、コア３１ａが、屈折率を高めるドーパント（例えばＧｅ等）がドープされた石英で形成され、且つクラッド３１ｂが、ドーパントがドープされていない純粋な石英又は屈折率を低くするドーパント（例えばＦ等）がドープされた石英で形成された構成であってもよい。さらに、光ファイバ３１は、プラスチック製であって、例えば、コア３１ａが、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂等で形成され、且つクラッド３１ｂが、フッ素含有ポリマー等で形成された構成であってもよい。また、光ファイバ３１は、例えば、コア３１ａが石英で形成され、且つクラッド３１ｂがプラスチックで形成されたＨＰＣＳ（Hard Polymer Clad Silica）構造のものであってもよい。光ファイバ３１の外径は例えば８０〜３，０００μｍである。コア３１ａの直径は例えば８〜２，９４５μｍである。
【００３１】
被覆層３２は樹脂で形成されている。被覆層３２は、内側のバッファ層（例えばシリコーン樹脂）とそれを被覆する外側のジャケット層（例えばナイロン樹脂）との二層構造等の多層で構成されていても、また、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の単一層で構成されていても、どちらでもよい。被覆層３２の厚さは例えば１〜６００μｍである。
【００３２】
なお、第１〜第６光ファイバ心線３０１〜３０６は、部品の種類を少なくする観点からは同一構成を有することが好ましいが、それぞれの要求品質に対応して異なる構成を有していてもよい。
【００３３】
図４は、第１及び第２ＧＲＩＮレンズ４０１，４０２として用いるＧＲＩＮレンズ４０を示す。
【００３４】
ＧＲＩＮレンズ４０（gradientindex lens：屈折率分布型レンズ）は、屈折率が半径方向に分布を有する円柱状レンズである。ＧＲＩＮレンズ４０は、縦断面において、直径に沿って正規分布状や上に凸の放物線状に屈折率が変化するグレーデッドインデックス型の屈折率分布を有しており、そして、入射した光は正弦波光路をとり、その正弦波光路の周期を各ＧＲＩＮレンズ４０固有の「ピッチ」という。ＧＲＩＮレンズ４０は、一般的な多成分系ガラス製や石英系ファイバとの融着が容易な石英系ガラス製であっても、また、プラスチック製であっても、どちらでもよい。多成分系ガラス製のＧＲＩＮレンズ４０の外径は例えば０．５〜４．０ｍｍである。ＧＲＩＮレンズ４０の長さは、例えば０．１〜０．４ピッチであり、具体的には例えば１．０〜２０．０ｍｍである。ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１及び他端面４２には、使用光源波長帯域での反射防止のためのコーティングが施されていてもよい。さらに、反射防止のため端面を球面加工や約８°の平傾斜面を形成してもよい。
【００３５】
なお、第１及び第２ＧＲＩＮレンズ４０１，４０２は、部品の種類を少なくする観点からは同一構成を有することが好ましいが、それぞれの要求品質に対応して異なる構成を有していてもよい。
【００３６】
半導体センサチップ２３２ｂを形成する半導体としては、上記のＧａＡｓの他、例えば、ＣｄＴｅ等が挙げられる。半導体センサチップ２３２ｂの大きさは例えば０．５〜２．０ｍｍ角である。半導体センサチップ２３２ｂの厚さは例えば２００〜８００μｍである。なお、この半導体の測定温度範囲における光学的基礎吸収端波長の移行範囲に基づいてシグナル光及びレファレンス光の波長は選択される。
【００３７】
図５（ａ）〜（ｃ）は、第１〜第３光ファイバ心線３０１〜３０３と第１ＧＲＩＮレンズ４０１とのカップリング構造を示す。
【００３８】
このカップリング構造では、第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２の一対の光ファイバ３１が第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に接続されている。従って、第１光ファイバ心線３０１の光ファイバ３１が、シグナル光を伝送するシグナル光伝送用光ファイバを、また、第２光ファイバ心線３０２の光ファイバ３１が、レファレンス光を伝送するレファレンス光伝送用光ファイバを、さらに、これらの一対の光ファイバ３１が、複数のコア３１ａを含む光ファイバ構造体をそれぞれ構成する。これらの一対の光ファイバ３１の第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１への接続は、通常機械的に行われるが、融着接続であることが好ましい。その場合、光ファイバ３１と第１ＧＲＩＮレンズ４０１とは同一材質であることが好ましい。具体的には、光ファイバ３１が石英製である場合、第１ＧＲＩＮレンズ４０１も石英製であることが好ましく、また、光ファイバ３１がプラスチック製である場合、第１ＧＲＩＮレンズ４０１もプラスチック製であることが好ましい。なお、第１ＧＲＩＮレンズ４０１の外径は、これらの一対の光ファイバ３１の外径の和と同等であるか、或いはそれ以上であることが好ましい。さらに、第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１へ接続される第１光ファイバ心線３０１と第２光ファイバ心線３０２のコア３１ａの直径は、第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２に接続される第３光ファイバ心線３０３のコア３１ａの直径と必ずしも同一でなくてもよく、第３光ファイバ心線３０３のコア３１ａの直径よりも小さくてもよい。
【００３９】
また、このカップリング構造では、第３光ファイバ心線３０３の光ファイバ３１が第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２に接続されている。この光ファイバ３１の第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２への接続は、通常機械的に行われるが、融着接続であることが好ましい。その場合、光ファイバ３１と第１ＧＲＩＮレンズ４０１とは同一材質であることが好ましい。具体的には、光ファイバ３１が石英製である場合、第１ＧＲＩＮレンズ４０１も石英製であることが好ましく、また、光ファイバ３１がプラスチック製である場合、第１ＧＲＩＮレンズ４０１もプラスチック製であることが好ましい。
【００４０】
第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２の一対の光ファイバ３１から第１ＧＲＩＮレンズ４０１に入力されるシグナル光及びレファレンス光を第３光ファイバ心線３０３の光ファイバ３１に効率よく入力する観点からは、第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２の一対の光ファイバは、第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１において、その中心を挟んで対称となり、且つコア３１ａ間の間隔を近づけるべく、相互に間隔を有さずに密接するように設けられていることが好ましい。また、第３光ファイバ心線３０３の光ファイバ３１は、第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２の中心に設けられていることが好ましい。さらに、第１ＧＲＩＮレンズ４０１の長さは、光ファイバ３１を、コア３１ａの直径４００μｍ、ファイバ外径５００μm、及びＮＡ ０．２とし、並びに第１ＧＲＩＮレンズ４０１を、外径２ｍｍ、中心屈折率１．５９８６（８３０ｎｍ）、及び２次定数√Ａ ０．２９８（８３０ｎｍ）とした場合、０．１４〜０．３８ピッチであることが好ましく、具体的には例えば３〜８ｍｍであることが好ましい。なお、長さ１／４ピッチの第１ＧＲＩＮレンズ４０１は、一端面４１から平行光が入力されると、他端面４２の中心に集光結像する。
【００４１】
以上のようなカップリング構造は、従来に類を見ない新規なものであり、これによれば、特許文献１及び２に示すような空間光学系構成と比較して、部品点数及び組立工数が少なく、また、光ファイバ３１を用いていることから信頼性が高く、さらに、ダイクロイックミラーや大口径のマルチモードファイバ用カプラのような高価な部品を使用する必要がない。
【００４２】
図６（ａ）〜（ｃ）は、第５及び第６光ファイバ心線３０５，３０６と第２ＧＲＩＮレンズ４０２との接続構造を示す。
【００４３】
この接続構造では、第５及び第６光ファイバ心線３０５，３０６の一対の光ファイバ３１が第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に接続されている。従って、第５及び第６光ファイバ心線３０５，３０６からなる一対の光ファイバ３１を含む光ファイババンドルが複数のコア３１ａを含む光ファイバ構造体を構成する。これらの一対の光ファイバ３１の第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１への接続は融着接続であることが好ましい。その場合、光ファイバ３１と第２ＧＲＩＮレンズ４０２とは同一材質であることが好ましい。具体的には、光ファイバ３１が石英製である場合、第２ＧＲＩＮレンズ４０２も石英製であることが好ましく、また、光ファイバ３１がプラスチック製である場合、第２ＧＲＩＮレンズ４０２もプラスチック製であることが好ましい。なお、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の外径は、これら一対の光ファイバ３１の外径の和と同等であるか、或いはそれ以上であることが好ましい。
【００４４】
第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１から出力されるシグナル反射光或いはレファレンス反射光は、その一部が第５光ファイバ心線３０５にも入力されることとなるが、第６光ファイバ心線３０６の光ファイバ３１のコア３１ａにおいてシグナル反射光或いはレファレンス反射光を効率よく受光し、それらの第５光ファイバ心線３０５への入力を抑制する観点からは、第５及び第６光ファイバ心線３０５，３０６の一対の光ファイバ３１は、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１において、その中心を挟んで対称となり、且つコア３１ａ間の間隔を近づけるべく、相互に間隔を有さずに密接するように設けられていることが好ましい。また、半導体センサチップ２３２ｂは、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２の中心に対応するように設けられていることが好ましい。さらに、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の長さは光ファイバ３１を、コア３１ａの直径４００μｍ、ファイバ外径５００μｍ、及びＮＡ ０．２とし、並びに第１ＧＲＩＮレンズ４０１を、外径２ｍｍ、中心屈折率１．５９８６（８３０ｎｍ）、及び２次定数√Ａ ０．２９８（８３０ｎｍ）とした場合、０．２２〜０．２８ピッチであることが好ましく、具体的には例えば４．６〜５．９ｍｍであることが好ましく、また、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の熱の影響の配慮が不要であれば、半導体センサチップ２３２ｂと第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２とが接触していることが好ましい。
【００４５】
加えて、同様の観点から、第６光ファイバ心線３０６の光ファイバ３１のコア３１ａの直径は、シグナル光或いはレファレンス光を出力する第５光ファイバ心線３０５の光ファイバ３１のコア３１ａの直径よりも大きいことが好ましい。
【００４６】
以上の接続構造よれば、第５及び第６光ファイバ心線３０５，３０６と半導体センサチップ２３２ｂとの間に第２ＧＲＩＮレンズ４０２を介設することにより、第５及び第６光ファイバ心線３０５，３０６と半導体センサチップ２３２ｂとの間に、第２ＧＲＩＮレンズ４０２を介設せずに最適な空間を設けた場合に比べても、第６光ファイバ心線３０６の光ファイバ３１のコア３１ａにおいてシグナル反射光或いはレファレンス反射光を効率よく受光することができる。
【００４７】
図７は、実施形態１に係る光学式温度センサ装置Ｄの変形例を示す。
【００４８】
この変形例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０において、第１ＧＲＩＮレンズ４０２は出力用レセプタクル１６に設けられている。第４光ファイバ心線３０４の他端は入力用レセプタクル１７に接続されている。また、プローブ２３の第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に接続された第５及び第６光ファイバ心線３０５，３０６は、それぞれケーブルを構成し、前者の一端が出力用プラグ２４に、また、後者の一端が入力用プラグ２５に、それぞれ接続されている。そして、出力用レセプタクル１６には、出力用プラグ２４が着脱可能に接続されており、これにより第５光ファイバ心線３０５が第１ＧＲＩＮレンズ４０１に突き合わせにより機械的に接続され、且つ光学的に接続されている。また、入力用レセプタクル１７には、入力用プラグ２５が着脱可能に接続されており、これにより第６光ファイバ心線３０６が第４光ファイバ心線３０４に突き合わせにより機械的に接続され、且つ光学的に接続されている。
【００４９】
この変形例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１からシグナル光が発されると、シグナル光は、第１光ファイバ心線３０１により伝送されて第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に入力されて出力用レセプタクル１６に達する。出力用レセプタクル１６に達したシグナル光は、装置本体１０の出力用プラグ２４において、第５光ファイバ心線３０５に入力される。第５光ファイバ心線３０５に入力されたシグナル光は、そのまま第５光ファイバ心線３０５により伝送されてプローブ２３の第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に入力される。そして、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２から出力されるシグナル光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【００５０】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したシグナル反射光は、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２に入力される。第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１から出力されるシグナル反射光は、第６光ファイバ心線３０６により伝送されて入力用プラグ２５に達する。入力用プラグ２５に達したシグナル反射光は、装置本体１０の入力用レセプタクル１７において、第４光ファイバ心線３０４に入力される。第４光ファイバ心線３０４に入力されたシグナル反射光は、そのまま第４光ファイバ心線３０４により伝送されてモードスクランブラ３３により高次モードが取り除かれた後にＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３に入力される。
【００５１】
また、この変形例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２からレファレンス光が発されると、レファレンス光は、第２光ファイバ心線３０２により伝送されて第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に入力されて出力用レセプタクル１６に達する。出力用レセプタクル１６に達したレファレンス光は、装置本体１０の出力用プラグ２４において、第５光ファイバ心線３０５に入力される。第５光ファイバ心線３０５に入力されたレファレンス光は、そのまま第５光ファイバ心線３０５により伝送されてプローブ２３の第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に入力される。そして、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２から出力されるレファレンス光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【００５２】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したレファレンス反射光は、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２に入力される。第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１から出力されるレファレンス反射光は、第６光ファイバ心線３０６により伝送されて入力用プラグ２５に達する。入力用プラグ２５に達したレファレンス反射光は、装置本体１０の入力用レセプタクル１７において、第４光ファイバ心線３０４に入力される。第４光ファイバ心線３０４に入力されたレファレンス反射光は、そのまま第４光ファイバ心線３０４により伝送されてモードスクランブラ３３により高次モードが取り除かれた後にＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３に入力される。
【００５３】
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係る光学式温度センサ装置Ｄを示す。なお、実施形態１と同一構成及び名称の部分は実施形態１と同一の符号で示す。この実施形態２に係る光学式温度センサ装置Ｄも、実施形態１と同様、各種装置における温度測定に用いられるものである。
【００５４】
実施形態２に係る光学式温度センサ装置Ｄは、装置本体１０とそこから延びる光ファイバケーブル２０とで構成されている。
【００５５】
装置本体１０には、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１（シグナル光源）、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２（レファレンス光源）、Ｓｉｇ．ＰＤ１８（シグナル反射光受光部）、及びＲｅｆ．ＰＤ１９（レファレンス反射光受光部）が設けられている。Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１には、第１光ファイバ心線３０１の一端が直接又はレンズを介して接続されている。Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２には、第２光ファイバ心線３０２の一端が直接又はレンズを介して接続されている。Ｓｉｇ．ＰＤ１８には、第４Ａ光ファイバ心線３０４Ａの一端が直接又はレンズを介して接続されている。Ｒｅｆ．ＰＤ１９には、第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ｂの一端が直接又はレンズを介して接続されている。第１、第２、第４Ａ、及び第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ａ，３０４Ｂは、装置本体１０外に引き出されている。装置本体１０には制御部１５が設けられており、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２、Ｓｉｇ．ＰＤ１８、及びＲｅｆ．ＰＤ１９がそれぞれ接続されている。なお、第４Ａ及び第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ａ，３０４Ｂは、図３に示す光ファイバ心線３０と同様の構成を有する。
【００５６】
光ファイバケーブル２０は、基端が装置本体１０に一体に結合したケーブル本体２１とその先端に設けられたプローブ２３とを備える。ケーブル本体２１には、装置本体１０から引き出された第１、第２、第４Ａ、及び第４Ｂ光ファイバ心線３０１，３０２，３０４Ａ，３０４Ｂが挿入されて設けられている。第１、第２、第４Ａ、及び第４Ｂ光ファイバ心線３０１，３０２，３０４Ａ，３０４Ｂのそれぞれの他端は、プローブ２３に設けられたＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に接続されている。
【００５７】
この実施形態２に係る光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１からシグナル光が発されると、シグナル光は、装置本体１０及びケーブル本体２１を第１光ファイバ心線３０１により伝送されてプローブ２３のＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に入力される。そして、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２から出力されるシグナル光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【００５８】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したシグナル反射光は、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に入力される。ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるシグナル反射光は、ケーブル本体２１及び装置本体１０の第４Ａ光ファイバ心線３０４Ａにより伝送されてＳｉｇ．ＰＤ１８に入力される。
【００５９】
また、この実施形態２に係る光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２からレファレンス光が発されると、レファレンス光は、装置本体１０及びケーブル本体２１を第２光ファイバ心線３０２により伝送されてプローブ２３のＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に入力される。そして、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２から出力されるレファレンス光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【００６０】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したレファレンス反射光は、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に入力される。ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるレファレンス反射光は、ケーブル本体２１及び装置本体１０の第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ｂにより伝送されてＲｅｆ．ＰＤ１９に入力される。
【００６１】
従って、実施形態２に係る光学式温度センサ装置Ｄでは、シグナル反射光の強度がＳｉｇ．ＰＤ１８に入力されて電気信号に変換された後に制御部１５に入力され、また、レファレンス反射光の強度がＲｅｆ．ＰＤ１９に入力されて電気信号に変換された後に制御部１５に入力される。
【００６２】
図９（ａ）〜（ｃ）は、第１、第２、第４Ａ、及び第４Ｂ光ファイバ心線３０１，３０２，３０４Ａ，３０４ＢとＧＲＩＮレンズ４０との接続構造を示す。
【００６３】
この接続構造では、第１、第２、第４Ａ、及び第４Ｂ光ファイバ心線３０１，３０２，３０４Ａ，３０４Ｂの４本の光ファイバ３１がＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に接続されている。従って、第１、第２、第４Ａ、及び第４Ｂ光ファイバ心線３０１，３０２，３０４Ａ，３０４Ｂからなる４本の光ファイバ３１を含む光ファイババンドルが、複数のコア３１ａを含む光ファイバ構造体を構成する。これらの４本の光ファイバ３１のＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１への接続は融着接続であることが好ましい。その場合、光ファイバ３１とＧＲＩＮレンズ４０とは同一材質であることが好ましい。具体的には、光ファイバ３１が石英製である場合、ＧＲＩＮレンズ４０も石英製であることが好ましく、また、光ファイバ３１がプラスチック製である場合、ＧＲＩＮレンズ４０もプラスチック製であることが好ましい。
【００６４】
ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるシグナル反射光は、その一部が第１、第２、及び第４Ｂ光ファイバ心線３０１，３０２，３０４Ｂにも入力されることとなるが、第４Ａ光ファイバ心線３０４Ａの光ファイバ３１のコア３１ａにおいてシグナル反射光を効率よく受光し、その第１、第２、及び第４Ｂ光ファイバ心線３０１，３０２，３０４Ｂへの入力を抑制する観点からは、第１及び第４Ａ光ファイバ心線３０１，３０４Ａの一対の光ファイバ３１は、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１において、その中心を挟んで対称となるように設けられていることが好ましい。また、半導体センサチップ２３２ｂは、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２の中心に対応するように設けられていることが好ましい。さらに、ＧＲＩＮレンズ４０の長さは０．２２〜０．２８ピッチであることが好ましく、具体的には例えば４．６〜５．９ｍｍであることが好ましく、また、ＧＲＩＮレンズ４０の熱の影響の配慮が不要であれば、半導体センサチップ２３２ｂとＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２とが接触していることが好ましい。また、同様の観点から、第４Ａ光ファイバ心線３０４Ａの光ファイバ３１のコア３１ａの直径は、シグナル光を出力する第１光ファイバ心線３０１の光ファイバ３１のコア３１ａの直径と同等か又は大きいことが好ましい。
【００６５】
加えて、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるレファレンス反射光は、その一部が第１、第２、及び第４Ａ光ファイバ心線３０１，３０２，３０４Ａにも入力されることとなるが、第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ｂの光ファイバ３１のコア３１ａにおいてレファレンス反射光を効率よく受光し、その第１、第２、及び第４Ａ光ファイバ心線３０１，３０２，３０４Ａへの入力を抑制する観点からは、第２及び第４Ｂ光ファイバ心線３０２，３０４Ｂの一対の光ファイバ３１は、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１において、その中心を挟んで対称となるように設けられていることが好ましい。さらに、第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ｂの光ファイバ３１のコア３１ａの直径は、レファレンス光を出力する第２光ファイバ心線３０２の光ファイバ３１のコア３１ａの直径と同等か又は大きいことが好ましい。
【００６６】
以上のことから、第１、第２、第４Ａ、及び第４Ｂ光ファイバ心線３０１，３０２，３０４Ａ，３０４Ｂの４本の光ファイバ３１が、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に、第１及び第４Ａ光ファイバ心線３０１，３０４Ａの一対の光ファイバ３１が対角に配置され且つ第２及び第４Ｂ光ファイバ心線３０２，３０４Ｂの一対の光ファイバ３１が対角に配置された正方配置となるように接続されていることが好ましい。
【００６７】
その他の構成、動作制御、及び作用効果は実施形態１と同一である。
【００６８】
図１０は、実施形態２に係る光学式温度センサ装置Ｄの第１の変形例を示す。
【００６９】
この第１の変形例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０において、第１、第２、第４Ａ、及び第４Ｂ光ファイバ心線３０１，３０２，３０４Ａ，３０４Ｂの他端がレセプタクル１４に接続されている。また、光ファイバケーブル２０は、ケーブル本体２１とその基端に設けられたプラグ２２及び先端に設けられたプローブ２３とを備える。ケーブル本体２１には、第５Ａ、第５Ｂ、第６Ａ、及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ａ，３０６Ｂが挿入されて設けられている。第５Ａ、第５Ｂ、第６Ａ、及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ａ，３０６Ｂの一端はプラグ２２に接続されている。プラグ２２は、装置本体１０のレセプタクル１４に着脱可能に接続されており、これにより第１光ファイバ心線３０１が第５Ａ光ファイバ心線３０５Ａに、第２光ファイバ心線３０２が第５Ｂ光ファイバ心線３０５Ｂに、第４Ａ光ファイバ心線３０４Ａが第６Ａ光ファイバ心線３０６Ａに、第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ｂが第６Ｂ光ファイバ心線３０６Ｂに、それぞれ突き合わせにより機械的に接続され、且つ光学的に接続されている。第５Ａ、第５Ｂ、第６Ａ、及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ａ，３０６Ｂの他端は、プローブ２３に設けられたＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に接続されている。なお、第５Ａ、第５Ｂ、第６Ａ、及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ａ，３０６Ｂは、図３に示す光ファイバ心線３０と同様の構成を有する。
【００７０】
この第１の変形例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１からシグナル光が発されると、シグナル光は、第１光ファイバ心線３０１により伝送されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したシグナル光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、第５Ａ光ファイバ心線３０５Ａに入力される。第５Ａ光ファイバ心線３０５Ａに入力されたシグナル光は、そのままケーブル本体２１を第５Ａ光ファイバ心線３０５Ａにより伝送されてプローブ２３のＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に入力される。そして、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２から出力されるシグナル光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【００７１】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したシグナル反射光は、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に入力される。ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるシグナル反射光は、ケーブル本体２１を第６Ａ光ファイバ心線３０６Ａにより伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したシグナル反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、第４Ａ光ファイバ心線３０４Ａに入力される。第４Ａ光ファイバ心線３０４Ａに入力されたシグナル反射光は、そのまま第４Ａ光ファイバ心線３０４Ａにより伝送されてＳｉｇ．ＰＤ１８に入力される。
【００７２】
また、この第１の変形例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２からレファレンス光が発されると、レファレンス光は、第２光ファイバ心線３０２により伝送されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したレファレンス光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、第５Ｂ光ファイバ心線３０５Ｂに入力される。第５Ｂ光ファイバ心線３０５Ｂに入力されたレファレンス光は、そのままケーブル本体２１を第５Ｂ光ファイバ心線３０５Ｂにより伝送されてプローブ２３のＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に入力される。そして、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２から出力されるレファレンス光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【００７３】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したレファレンス反射光は、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に入力される。ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるレファレンス反射光は、ケーブル本体２１を第６Ｂ光ファイバ心線３０６Ｂにより伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したレファレンス反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ｂに入力される。第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ｂに入力されたレファレンス反射光は、そのまま第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ｂにより伝送されてＲｅｆ．ＰＤ１９に入力される。
【００７４】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、第５Ａ、第５Ｂ、第６Ａ、及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ａ，３０６ＢとＧＲＩＮレンズ４０との接続構造を示す。
【００７５】
この接続構造では、第５Ａ、第５Ｂ、第６Ａ、及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ａ，３０６Ｂの４本の光ファイバ３１がＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に接続されている。従って、第５Ａ、第５Ｂ、第６Ａ、及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ａ，３０６Ｂからなる４本の光ファイバ３１を含む光ファイババンドルが、複数のコア３１ａを含む光ファイバ構造体を構成する。これらの４本の光ファイバ３１のＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１への接続は融着接続であることが好ましい。その場合、光ファイバ３１とＧＲＩＮレンズ４０とは同一材質であることが好ましい。具体的には、光ファイバ３１が石英製である場合、ＧＲＩＮレンズ４０も石英製であることが好ましく、また、光ファイバ３１がプラスチック製である場合、ＧＲＩＮレンズ４０もプラスチック製であることが好ましい。
【００７６】
ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるシグナル反射光は、その一部が第５Ａ、第５Ｂ、及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ｂにも入力されることとなるが、第６Ａ光ファイバ心線３０６Ａの光ファイバ３１のコア３１ａにおいてシグナル反射光を効率よく受光し、その第５Ａ、第５Ｂ、及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ｂへの入力を抑制する観点からは、第５Ａ及び第６Ａ光ファイバ心線３０５Ａ，３０６Ａの一対の光ファイバ３１は、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１において、その中心を挟んで対称となるように設けられていることが好ましい。また、半導体センサチップ２３２ｂは、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２の中心に対応するように設けられていることが好ましい。さらに、ＧＲＩＮレンズ４０の長さは０．２２〜０．２８ピッチであることが好ましく、具体的には例えば４．６〜５．９ｍｍであることが好ましく、また、ＧＲＩＮレンズ４０の熱の影響の配慮が不要であれば、半導体センサチップ２３２ｂとＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２とが接触していることが好ましい。また、同様の観点から、第６Ａ光ファイバ心線３０６Ａの光ファイバ３１のコア３１ａの直径は、シグナル光を出力する第５Ａ光ファイバ心線３０５Ａの光ファイバ３１のコア３１ａの直径と同等か又は大きいことが好ましい。
【００７７】
加えて、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるレファレンス反射光は、その一部が第５Ａ、第５Ｂ、及び第６Ａ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ａにも入力されることとなるが、第６Ｂ光ファイバ心線３０６Ｂの光ファイバ３１のコア３１ａにおいてレファレンス反射光を効率よく受光し、その第５Ａ、第５Ｂ、及び第６Ａ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ａへの入力を抑制する観点からは、第５Ｂ及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ｂ，３０６Ｂの一対の光ファイバ３１は、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１において、その中心を挟んで対称となるように設けられていることが好ましい。さらに、第６Ｂ光ファイバ心線３０６Ｂの光ファイバ３１のコア３１ａの直径は、レファレンス光を出力する第５Ｂ光ファイバ心線３０５Ｂの光ファイバ３１のコア３１ａの直径と同等か又は大きいことが好ましい。
【００７８】
以上のことから、第５Ａ、第５Ｂ、第６Ａ、及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ａ，３０６Ｂの４本の光ファイバ３１は、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に、第５Ａ及び第６Ａ光ファイバ心線３０５Ａ，３０６Ａの一対の光ファイバ３１が対角に配置され且つ第５Ｂ及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ｂ，３０６Ｂの一対の光ファイバ３１が対角に配置された正方配置となるように接続されていることが好ましい。
【００７９】
図１２は、実施形態２に係る光学式温度センサ装置Ｄの第２の変形例を示す。
【００８０】
この第２の変形例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０において、第１、第２、第４Ａ、及び第４Ｂ光ファイバ心線３０１，３０２，３０４Ａ，３０４Ｂの他端がレセプタクル１４に接続されている。また、光ファイバケーブル２０は、ケーブル本体２１とその基端に設けられたプラグ２２及び先端に設けられたプローブ２３とを備える。
【００８１】
ケーブル本体２１には、マルチコア光ファイバ心線５０が挿通されている。
【００８２】
図１３は、マルチコア光ファイバ心線５０を示す。
【００８３】
マルチコア光ファイバ心線５０は、マルチコア光ファイバ５１とそれを被覆する被覆層５２とを有する。マルチコア光ファイバ心線５０の外径は例えば０．２〜２．３ｍｍである。
【００８４】
マルチコア光ファイバ５１は、例えば、相対的に高屈折率なシグナル光用コア５１１ａ、レファレンス光用コア５１２ａ、シグナル反射光用コア５１３ａ、及びレファレンス反射光用コア５１４ａとそれらを被覆する相対的に低屈折率のクラッド５１ｂとの二層構造に構成されている。マルチコア光ファイバ５１は、石英製であって、例えば、４個のコア５１１ａ〜５１４ａが、ドーパントがドープされていない純粋な石英で形成され、且つクラッド５１ｂが、屈折率を低くするドーパント（例えばＦ等）がドープされた石英で形成された構成であってもよい。また、マルチコア光ファイバ５１は、４個のコア５１１ａ〜５１４ａが、屈折率を高めるドーパント（例えばＧｅ等）がドープされた石英で形成され、且つクラッド５１ｂが、ドーパントがドープされていない純粋な石英又は屈折率を低くするドーパント（例えばＦ等）がドープされた石英で形成された構成であってもよい。さらに、マルチコア光ファイバ５１は、プラスチック製であって、例えば、４個のコア５１１ａ〜５１４ａが、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂等で形成され、且つクラッド５１ｂが、フッ素含有ポリマー等で形成された構成であってもよい。また、マルチコア光ファイバ５１は、例えば、コア５１１ａ〜５１４ａが石英で形成され、且つクラッド５１ｂがプラスチックで形成されたＨＰＣＳ（Hard Polymer Clad Silica）構造のものであってもよい。マルチコア光ファイバ５１の外径は例えば５００〜６０００μｍである。コア５１１ａ〜５１４ａの直径は例えば２４０〜２９４５μｍである。
【００８５】
被覆層５２は樹脂で形成されている。被覆層５２は、内側のバッファ層（例えばシリコーン樹脂）とそれを被覆する外側のジャケット層（例えばナイロン樹脂）との二層構造等の多層で構成されていても、また、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の単一層で構成されていても、どちらでもよい。被覆層５２の厚さは例えば２００〜１５００μｍである。
【００８６】
マルチコア光ファイバ心線５０の一端はプラグ２２に接続され、また、プラグ２２は、装置本体１０のレセプタクル１４に着脱可能に接続されており、これにより第１光ファイバ心線３０１がシグナル光用コア５１１ａに、第２光ファイバ心線３０２がレファレンス光用コア５１２ａに、第４Ａ光ファイバ心線３０４Ａがシグナル反射光用コア５１３ａに、第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ｂがレファレンス反射光用コア５１４ａに、それぞれ突き合わせにより機械的に接続され、且つ光学的に接続されている。マルチコア光ファイバ心線５０の他端は、プローブ２３に設けられたＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に接続されている。
【００８７】
この第２の変形例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１からシグナル光が発されると、シグナル光は、第１光ファイバ心線３０１により伝送されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したシグナル光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、ケーブル本体２１のマルチコア光ファイバ心線５０のシグナル光用コア５１１ａに入力される。シグナル光用コア５１１ａに入力されたシグナル光は、そのまま伝送されてプローブ２３のＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に入力される。そして、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２から出力されるシグナル光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【００８８】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したシグナル反射光は、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に入力される。ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるシグナル反射光は、ケーブル本体２１のマルチコア光ファイバ心線５０のシグナル反射光用コア５１３ａにより伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したシグナル反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、第４Ａ光ファイバ心線３０４Ａに入力される。第４Ａ光ファイバ心線３０４Ａに入力されたシグナル反射光は、そのまま第４Ａ光ファイバ心線３０４Ａにより伝送されてＳｉｇ．ＰＤ１８に入力される。
【００８９】
また、この第２の変形例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２からレファレンス光が発されると、レファレンス光は、第２光ファイバ心線３０２により伝送されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したレファレンス光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、マルチコア光ファイバ心線５０のレファレンス光用コア５１２ａに入力される。レファレンス光用コア５１２ａに入力されたレファレンス光は、そのまま伝送されてプローブ２３のＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に入力される。そして、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２から出力されるレファレンス光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【００９０】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したレファレンス反射光は、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に入力される。ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるレファレンス反射光は、ケーブル本体２１のマルチコア光ファイバ心線５０のレファレンス反射光用コア５１４ａにより伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したレファレンス反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ｂに入力される。第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ｂに入力されたレファレンス反射光は、そのまま第４Ｂ光ファイバ心線３０４Ｂにより伝送されてＲｅｆ．ＰＤ１９に入力される。
【００９１】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、マルチコア光ファイバ心線５０とＧＲＩＮレンズ４０との接続構造を示す。
【００９２】
この接続構造では、マルチコア光ファイバ心線５０のマルチコア光ファイバ５１がＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に接続されている。従って、マルチコア光ファイバ５１が複数のコア５１１ａ〜５１４ａを含む光ファイバ構造体を構成する。マルチコア光ファイバ５１のＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１への接続は融着接続であることが好ましい。その場合、マルチコア光ファイバ５１とＧＲＩＮレンズ４０とは同一材質であることが好ましい。具体的には、マルチコア光ファイバ５１が石英製である場合、ＧＲＩＮレンズ４０も石英製であることが好ましく、また、マルチコア光ファイバ５１がプラスチック製である場合、ＧＲＩＮレンズ４０もプラスチック製であることが好ましい。
【００９３】
ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるシグナル反射光は、その一部がシグナル光用コア５１１ａ、レファレンス光用コア５１２ａ、及びレファレンス反射光用コア５１４ａにも入力されることとなるが、シグナル反射光用コア５１３ａにおいてシグナル反射光を効率よく受光し、そのシグナル光用コア５１１ａ、レファレンス光用コア５１２ａ、及びレファレンス反射光用コア５１４ａへの入力を抑制する観点からは、シグナル光用コア５１１ａとシグナル反射光用コア５１３ａとは、マルチコア光ファイバ５１の横断面において、その中心を挟んで対称となるように設けられていることが好ましい。また、半導体センサチップ２３２ｂは、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２の中心に対応するように設けられていることが好ましい。さらに、ＧＲＩＮレンズ４０の長さは０．２２〜０．２８ピッチであることが好ましく、具体的には例えば４．６〜５．９ｍｍであることが好ましく、また、ＧＲＩＮレンズ４０の熱の影響の配慮が不要であれば、半導体センサチップ２３２ｂとＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２とが接触していることが好ましい。また、同様の観点から、シグナル反射光用コア５１３ａの直径は、シグナル光を出力するシグナル光用コア５１１ａの直径と同等か又は大きいことが好ましい。
【００９４】
加えて、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるレファレンス反射光は、その一部がシグナル光用コア５１１ａ、レファレンス光用コア５１２ａ、及びシグナル反射光用コア５１３ａにも入力されることとなるが、レファレンス反射光用コア５１４ａにおいてレファレンス反射光を効率よく受光し、そのシグナル光用コア５１１ａ、レファレンス光用コア５１２ａ、及びシグナル反射光用コア５１３ａへの入力を抑制する観点からは、レファレンス光用コア５１２ａとレファレンス反射光用コア５１４ａとは、マルチコア光ファイバ５１の横断面において、その中心を挟んで対称となるように設けられていることが好ましい。さらに、レファレンス反射光用コア５１４ａの直径は、レファレンス光を出力するレファレンス光用コア５１２ａの直径と同等か又は大きいことが好ましい。
【００９５】
以上のことから、シグナル光用コア５１１ａ、レファレンス光用コア５１２ａ、シグナル反射光用コア５１３ａ、及びレファレンス反射光用コア５１４ａは、マルチコア光ファイバ５１の横断面において、シグナル光用コア５１１ａ及びシグナル反射光用コア５１３ａが対角に配置され且つレファレンス光用コア５１２ａ及びレファレンス反射光用コア５１４ａが対角に配置された正方配置であることが好ましい。
【００９６】
このようにマルチコア光ファイバ心線５０を用いることにより、光ファイババンドルを用いた場合と比較して、光ファイバケーブル２０の細径化を図ることができ、また、全体としてシンプルな構成とすることができる。さらに、マルチコア光ファイバ心線５０では、光ファイババンドルを用いた場合と比較して、横断面におけるコア５１１ａ〜５１４ａの位置精度を高くすることができる。
【００９７】
（実施形態３）
図１５は、実施形態３に係る光学式温度センサ装置Ｄを示す。なお、実施形態１と同一構成及び名称の部分は実施形態１と同一の符号で示す。この実施形態３に係る光学式温度センサ装置Ｄも、実施形態１と同様、各種装置における温度測定に用いられるものである。
【００９８】
実施形態３に係る光学式温度センサ装置Ｄは、装置本体１０とそこから延びる光ファイバケーブル２０とで構成されている。
【００９９】
装置本体１０には、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１（シグナル光源）、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２（レファレンス光源）、及びＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３（シグナル反射光受光部、レファレンス反射光受光部）が設けられている。Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１には、第１光ファイバ心線３０１の一端が直接又はレンズを介して接続され、また、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２には、第２光ファイバ心線３０２の一端が直接又はレンズを介して接続されている。第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２の他端は、それぞれ第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に接続されている。第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２には、第３光ファイバ心線３０３の一端が接続されている。Ｓｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３には、第４光ファイバ心線３０４の一端が接続されている。第３及び第４光ファイバ心線３０３，３０４の他端は、それぞれレセプタクル１４に設けられた第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に接続されている。装置本体１０には制御部１５が設けられており、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２、及びＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３がそれぞれ接続されている。
【０１００】
光ファイバケーブル２０は、ケーブル本体２１とその基端に設けられたプラグ２２及び先端に設けられたプローブ２３とを備える。ケーブル本体２１には、第７光ファイバ心線３０７が挿通されている。第７光ファイバ心線３０７の一端はプラグ２２に接続されている。プラグ２２は、装置本体１０のレセプタクル１４に着脱可能に接続されており、これにより第７光ファイバ心線３０７の光ファイバ３１が第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２に突き合わせにより機械的に接続され、且つ光学的に接続されている。なお、第７光ファイバ心線３０７は、図３に示す光ファイバ心線３０と同様の構成を有する。
【０１０１】
図１６はプローブ２３を示す。
【０１０２】
プローブ２３は、筒状に形成されたプローブ本体２３１と、その先端の開口を封じるように設けられた先端部材２３２とを有する。
【０１０３】
プローブ本体２３１には、第７光ファイバ心線３０７が挿通されている。
【０１０４】
先端部材２３２は、基材２３２ａ上に半導体センサチップ２３２ｂが設けられた構成を有する。半導体センサチップ２３２ｂは、基材２３２ａに面する側に反射ミラー層が形成されていて、入力された光を反射する。そして、半導体センサチップ２３２ｂは、第７光ファイバ心線の他端の端面に対向するようにプローブ本体２３１に取り付けられている。
【０１０５】
以上のような構成のプローブ２３は、単芯の第７光ファイバ心線３０７が用いられているだけであり、実施形態１及び２のようにＧＲＩＮレンズも用いておらず、従って、製作が容易であると共に、コストを低く抑えることができる。
【０１０６】
この実施形態３に係る光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１からシグナル光が発されると、シグナル光は、第１光ファイバ心線３０１により伝送されて第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に入力される。第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２から出力されるシグナル光は、第３光ファイバ心線３０３により伝送されて第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に入力されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したシグナル光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、第７光ファイバ心線３０７に入力される。第７光ファイバ心線３０７に入力されたシグナル光は、そのままケーブル本体２１を第７光ファイバ心線３０７によりプローブ２３まで伝送される。そして、プローブ２３において第７光ファイバ心線３０７から出力されるシグナル光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【０１０７】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したシグナル反射光は、第７光ファイバ心線３０７に入力される。第７光ファイバ心線３０７に入力されたシグナル反射光は、ケーブル本体２１を第７光ファイバ心線３０７により伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したシグナル反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２に入力される。第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１から出力されるシグナル反射光は、第４光ファイバ心線３０４に入力される。第４光ファイバ心線３０４に入力されたシグナル反射光は、そのまま第４光ファイバ心線３０４により伝送されてＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３に入力される。
【０１０８】
また、この実施形態３に係る光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２からレファレンス光が発されると、レファレンス光は、第２光ファイバ心線３０２により伝送されて第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に入力される。第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２から出力されるレファレンス光は、第３光ファイバ心線３０３により伝送されて第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に入力されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したレファレンス光は、光ファイバケーブル２０のプラグ２２において、第７光ファイバ心線３０７に入力される。第７光ファイバ心線３０７に入力されたレファレンス光は、そのままケーブル本体２１を第７光ファイバ心線３０７により伝送されてプローブ２３まで伝送される。そして、プローブ２３において第７光ファイバ心線３０７から出力されるレファレンス光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【０１０９】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したレファレンス反射光は、第７光ファイバ心線３０７に入力される。第７光ファイバ心線３０７に入力されたレファレンス反射光は、ケーブル本体２１を第７光ファイバ心線３０７により伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したレファレンス反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２に入力される。第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１から出力されるレファレンス反射光は、第４光ファイバ心線３０４により伝送されてＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３に入力される。
【０１１０】
第１〜第３光ファイバ心線３０１〜３０３と第１ＧＲＩＮレンズ４０１とのカップリング構造では、実施形態１において図５（ａ）〜（ｃ）に示すのと同様、第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２の一対の光ファイバ３１が第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１に接続されている。従って、第１光ファイバ心線３０１の光ファイバ３１が、シグナル光を伝送するシグナル光伝送用光ファイバを、また、第２光ファイバ心線３０２の光ファイバ３１が、レファレンス光を伝送するレファレンス光伝送用光ファイバを、さらに、これらの一対の光ファイバ３１が、複数のコア３１ａを含む光ファイバ構造体をそれぞれ構成する。これらの一対の光ファイバ３１の第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１への接続は、通常機械的に行われるが、融着接続であることが好ましい。その場合、光ファイバ３１と第１ＧＲＩＮレンズ４０１とは同一材質であることが好ましい。具体的には、光ファイバ３１が石英製である場合、第１ＧＲＩＮレンズ４０１も石英製であることが好ましく、また、光ファイバ３１がプラスチック製である場合、第１ＧＲＩＮレンズ４０１もプラスチック製であることが好ましい。なお、第１ＧＲＩＮレンズ４０１の外径は、これらの一対の光ファイバ３１の外径の和と同等であるか、或いはそれ以上であることが好ましい。さらに、第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１へ接続される第１光ファイバ心線３０１と第２光ファイバ心線３０２のコア３１ａの直径は、第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２に接続される第３光ファイバ心線３０３のコア３１ａの直径と必ずしも同一でなくてもよく、第３光ファイバ心線３０３のコア３１ａの直径よりも小さくてもよい。
【０１１１】
また、このカップリング構造では、第３光ファイバ心線３０３の光ファイバ３１が第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２に接続されている。この光ファイバ３１の第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２への接続は、通常機械的に行われるが、融着接続であることが好ましい。その場合、光ファイバ３１と第１ＧＲＩＮレンズ４０１とは同一材質であることが好ましい。具体的には、光ファイバ３１が石英製である場合、第１ＧＲＩＮレンズ４０１も石英製であることが好ましく、また、光ファイバ３１がプラスチック製である場合、第１ＧＲＩＮレンズ４０１もプラスチック製であることが好ましい。
【０１１２】
第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２の一対の光ファイバ３１から第１ＧＲＩＮレンズ４０１に入力されるシグナル光及びレファレンス光を第３光ファイバ心線３０３の光ファイバ３１に効率よく入力する観点からは、第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２の一対の光ファイバは、第１ＧＲＩＮレンズ４０１の一端面４１において、その中心を挟んで対称となり、且つコア３１ａ間の間隔を近づけるべく、相互に間隔を有さずに密接するように設けられていることが好ましい。また、第３光ファイバ心線３０３の光ファイバ３１は、第１ＧＲＩＮレンズ４０１の他端面４２の中心に設けられていることが好ましい。さらに、第１ＧＲＩＮレンズ４０１の長さは、光ファイバ３１を、コア３１ａの直径４００μｍ、ファイバ外径５００μm、及びＮＡ ０．２とし、並びに第１ＧＲＩＮレンズ４０１を、外径２ｍｍ、中心屈折率１．５９８６（８３０ｎｍ）、及び２次定数√Ａ ０．２９８（８３０ｎｍ）とした場合、０．１４〜０．３８ピッチであることが好ましく、具体的には例えば３〜８ｍｍであることが好ましい。なお、長さ１／４ピッチの第１ＧＲＩＮレンズ４０１は、一端面４１から平行光が入力されると、他端面４２の中心に集光結像する。
【０１１３】
第３及び第４光ファイバ心線３０３，３０４と第２ＧＲＩＮレンズ４０２との接続構造では、第３及び第４光ファイバ心線３０３，３０４の一対の光ファイバ３１が第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１に接続されている。従って、第３及び第４光ファイバ心線３０３，３０４からなる一対の光ファイバ３１を含む光ファイババンドルが複数のコア３１ａを含む光ファイバ構造体を構成する。これらの一対の光ファイバ３１の第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１への接続は融着接続であることが好ましい。その場合、光ファイバ３１と第２ＧＲＩＮレンズ４０２とは同一材質であることが好ましい。具体的には、光ファイバ３１が石英製である場合、第２ＧＲＩＮレンズ４０２も石英製であることが好ましく、また、光ファイバ３１がプラスチック製である場合、第２ＧＲＩＮレンズ４０２もプラスチック製であることが好ましい。なお、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の外径は、これら一対の光ファイバ３１の外径の和と同等であるか、或いはそれ以上であることが好ましい。
【０１１４】
第７光ファイバ心線３０７から出力されるシグナル反射光或いはレファレンス反射光は第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２に入力され、そして、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１から出力されるシグナル反射光或いはレファレンス反射光は、その一部が第３光ファイバ心線３０３にも入力されることとなるが、第４光ファイバ心線３０４の光ファイバ３１のコア３１ａにおいてシグナル反射光或いはレファレンス反射光を効率よく受光し、それらの第３光ファイバ心線３０３への入力を抑制する観点からは、第３及び第４光ファイバ心線３０３，３０４の一対の光ファイバ３１は、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１において、その中心を挟んで対称となり、且つコア３１ａ間の間隔を近づけるべく、相互に間隔を有さずに密接するように設けられていることが好ましい。また、第７光ファイバ心線３０７は、その光ファイバ３１が第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２の中心に接続されるように設けられていることが好ましい。加えて、同様の観点から、第４光ファイバ心線３０４の光ファイバ３１のコア３１ａの直径は、シグナル光或いはレファレンス光を出力する第３光ファイバ心線３０３の光ファイバ３１のコア３１ａの直径よりも大きいことが好ましい。
【０１１５】
以上のようなカップリング構造や接続構造は、従来に類を見ない新規なものであり、これによれば、特許文献１及び２に示すような空間光学系構成と比較して、部品点数及び組立工数が少なく、また、光ファイバ３１を用いていることから信頼性が高く、さらに、ダイクロイックミラーや大口径のマルチモードファイバ用カプラのような高価な部品を使用する必要がない。
【０１１６】
その他の構成、動作制御、及び作用効果は実施形態１と同一である。
【０１１７】
図１７は、実施形態３に係る光学式温度センサ装置Ｄの変形例を示す。
【０１１８】
この変形例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０において、レセプタクル１４にＧＲＩＮレンズ４０が設けられており、そのＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に、第１、第２、及び第４光ファイバ心線３０１，３０２，３０４のそれぞれの他端が接続されている。そして、装置本体１０のレセプタクル１４には、光ファイバケーブル２０のプラグ２２が着脱可能に接続されており、これにより第７光ファイバ心線３０７の光ファイバ３１がＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に突き合わせにより機械的に接続され、且つ光学的に接続されている。
【０１１９】
この変形例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｓｉｇ．ＬＥＤ１１からシグナル光が発されると、シグナル光は、第１光ファイバ心線３０１により伝送されてＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に入力されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したシグナル光は、装置本体１０のプラグ２２において、第７光ファイバ心線３０７に入力される。第７光ファイバ心線３０７に入力されたシグナル光は、そのままケーブル本体２１を第７光ファイバ心線３０７によりプローブ２３まで伝送される。そして、プローブ２３において第７光ファイバ心線３０７から出力されるシグナル光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【０１２０】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したシグナル反射光は、第７光ファイバ心線３０７に入力される。第７光ファイバ心線３０７に入力されたシグナル反射光は、ケーブル本体２１を第７光ファイバ心線３０７により伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したシグナル反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、ＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に入力される。ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるシグナル反射光は、第４光ファイバ心線３０４に入力される。第４光ファイバ心線３０４に入力されたシグナル反射光は、そのまま第４光ファイバ心線３０４により伝送されてＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３に入力される。
【０１２１】
また、この変形例の光学式温度センサ装置Ｄでは、装置本体１０内において、Ｒｅｆ．ＬＥＤ１２からレファレンス光が発されると、レファレンス光は、第２光ファイバ心線３０２により伝送されてＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に入力されてレセプタクル１４に達する。レセプタクル１４に達したレファレンス光は、装置本体１０のプラグ２２において、第７光ファイバ心線３０７に入力される。第７光ファイバ心線３０７に入力されたレファレンス光は、そのままケーブル本体２１を第７光ファイバ心線３０７により伝送されてプローブ２３まで伝送される。そして、プローブ２３において第７光ファイバ心線３０７から出力されるレファレンス光は、プローブ２３の先端に設けられた半導体センサチップ２３２ｂに照射されて反射する。
【０１２２】
光ファイバケーブル２０のプローブ２３における半導体センサチップ２３２ｂで反射したレファレンス反射光は、第７光ファイバ心線３０７に入力される。第７光ファイバ心線３０７に入力されたレファレンス反射光は、ケーブル本体２１を第７光ファイバ心線３０７により伝送されてプラグ２２に達する。プラグ２２に達したレファレンス反射光は、装置本体１０のレセプタクル１４において、第２ＧＲＩＮレンズ４０２の他端面４２に入力される。第２ＧＲＩＮレンズ４０２の一端面４１から出力されるレファレンス反射光は、第４光ファイバ心線３０４により伝送されてＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３に入力される。
【０１２３】
図１８（ａ）及び（ｂ）は、第１、第２、及び第４光ファイバ心線３０１，３０２，３０４とＧＲＩＮレンズ４０との接続構造を示す。
【０１２４】
この接続構造では、第１、第２、及び第４光ファイバ心線３０１，３０２，３０４の３本の光ファイバ３１がＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１に接続されている。従って、第１、第２、及び第４光ファイバ心線３０１，３０２，３０４からなる３本の光ファイバ３１を含む光ファイババンドルが複数のコア３１ａを含む光ファイバ構造体を構成する。これらの３本の光ファイバ３１のＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１への接続は融着接続であることが好ましい。その場合、光ファイバ３１とＧＲＩＮレンズ４０とは同一材質であることが好ましい。具体的には、光ファイバ３１が石英製である場合、ＧＲＩＮレンズ４０も石英製であることが好ましく、また、光ファイバ３１がプラスチック製である場合、ＧＲＩＮレンズ４０もプラスチック製であることが好ましい。なお、ＧＲＩＮレンズ４０の外径は、これら３本の光ファイバ３１束の外径と同等であるか、或いはそれ以上であることが好ましい。
【０１２５】
第７光ファイバ心線３０７から出力されるシグナル反射光或いはレファレンス反射光はＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２に入力され、そして、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１から出力されるシグナル反射光或いはレファレンス反射光は、その一部が第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２にも入力されることとなるが、第４光ファイバ心線３０４の光ファイバ３１のコア３１ａにおいてシグナル反射光或いはレファレンス反射光を効率よく受光し、それらの第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２への入力を抑制する観点からは、第１、第２、及び第４光ファイバ心線３０１，３０２，３０４の３本の光ファイバ３１は、ＧＲＩＮレンズ４０の一端面４１において、その中心を囲うように周方向に１２０°の角度間隔を有して設けられていることが好ましく、コア３１ａ間の間隔を近づけるべく、相互に間隔を有さずに密接するように設けられていることが好ましい。また、第７光ファイバ心線３０７は、その光ファイバ３１がＧＲＩＮレンズ４０の他端面４２の中心に接続されるように設けられていることが好ましい。加えて、同様の観点から、第４光ファイバ心線３０４の光ファイバ３１のコア３１ａの直径は、シグナル光或いはレファレンス光を出力する第１及び第２光ファイバ心線３０１，３０２の光ファイバ３１のコア３１ａの直径よりも大きいことが好ましい。
【０１２６】
以上のような接続構造は、従来に類を見ない新規なものであり、これによれば、特許文献１及び２に示すような空間光学系構成と比較して、部品点数及び組立工数が少なく、また、光ファイバ３１を用いていることから信頼性が高く、さらに、ダイクロイックミラーや大口径のマルチモードファイバ用カプラのような高価な部品を使用する必要がない。
【０１２７】
（その他の実施形態）
上記実施形態１及び３では、シグナル反射光を受光するシグナル反射光受光部及びレファレンス反射光を受光するレファレンス反射光受光部を、単一の共通のＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３の受光部で構成したが、特にこれに限定されるものではなく、上記実施形態２のように、シグナル反射光を受光するＳｉｇ．ＰＤ１８のシグナル反射光受光部及びレファレンス反射光を受光するＲｅｆ．ＰＤ１９のレファレンス反射光受光部を別々に構成してもよい。
【０１２８】
逆に、上記実施形態２では、シグナル反射光を受光するＳｉｇ．ＰＤ１８のシグナル反射光受光部及びレファレンス反射光を受光するＲｅｆ．ＰＤ１９のレファレンス反射光受光部を別々に構成したが、特にこれに限定されるものではなく、上記実施形態１及び３のように、シグナル反射光を受光するシグナル反射光受光部及びレファレンス反射光を受光するレファレンス反射光受光部を単一の共通のＳｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ１３の受光部で構成してもよい。
【０１２９】
上記実施形態２では、光ファイバケーブル２０に４本の第５Ａ、第５Ｂ、第６Ａ、及び第６Ｂ光ファイバ心線３０５Ａ，３０５Ｂ，３０６Ａ，３０６Ｂ或いは４個のコア５１１ａ〜５１４ａを有するマルチコア光ファイバ心線５０を用いた構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、さらに多数本の光ファイバ心線或いはさらに多数個のコアを有するマルチコア光ファイバ心線を用いた構成であってもよい。例えば、６本の光ファイバ心線或いは６個のコアを有するマルチコア光ファイバ心線を用いて３対構成とした場合、１対をシグナル光及びシグナル反射光の伝送用として用いると共に、１対をレファレンス光及びレファレンス反射光の伝送用として用い、残る１対を他の目的の光の伝送用として用いることができる。また、３対のうち２対をシグナル光及びシグナル反射光の伝送用として用いると共に、１対をシグナル光及びシグナル反射光の伝送用として用いることによりシグナル光の高出力化を図ることができる。
【０１３０】
上記実施形態１〜３では、光学式温度センサ装置Ｄとしたが、特にこれに限定されるものではなく、変位等を光学的に検出する光学式センサ装置であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、光学式センサ装置及びそれに用いる光ファイバケーブルについて有用である。
【符号の説明】
【０１３２】
Ｄ  光学式温度センサ装置
１０  装置本体
１１  Ｓｉｇ．ＬＥＤ
１２  Ｒｅｆ．ＬＥＤ
１３  Ｓｉｇ．／Ｒｅｆ．ＰＤ
１４  レセプタクル
１５  制御部
１６  出力用レセプタクル
１７  入力用レセプタクル
１８  Ｓｉｇ．ＰＤ
１９  Ｒｅｆ．ＰＤ
２０  光ファイバケーブル  
２１  ケーブル本体
２２  プラグ
２３  プローブ
２３１  プローブ本体  
２３１ａ  心線挿通孔
２３１ｂ  レンズ保持孔
２３２  先端部材
２３２ａ  基材
２３２ｂ  半導体センサチップ
２４  出力用プラグ
２５  入力用プラグ
３０  光ファイバ心線
３１  光ファイバ
３１ａ  コア
３１ｂ，５１ｂ  クラッド
３２，５２  被覆層
３３  モードスクランブラ
３０１〜３０７  第１〜第７光ファイバ心線
３０４Ａ，３０４Ｂ  第４Ａ及び第４Ｂ光ファイバ心線
３０５Ａ，３０５Ｂ  第５Ａ及び第５Ｂ光ファイバ心線
３０６Ａ，３０６Ｂ  第６Ａ及び第６Ｂ光ファイバ心線
４０  ＧＲＩＮレンズ
４１  一端面
４２  他端面
４０１，４０２  第１及び第２ＧＲＩＮレンズ
５０  マルチコア光ファイバ心線
５１  マルチコア光ファイバ
５１１ａ  シグナル光用コア
５１２ａ  レファレンス光用コア
５１３ａ  シグナル反射光用コア
５１４ａ  レファレンス反射光用コア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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