(57)【要約】 【課題】  金属材料が劣化しやすい環境下でも長期的に安定した検出を行うことができる光ファイバセンサヘッドを提供する【解決手段】  光ファイバセンサヘッド１は、光ファイバ１０と、光ファイバ１０の端部が挿入されるホルダ１４とを備え、ホルダ１４内には、光ファイバ１０の先端から照射された光を平行光に変換して出射するコリメータレンズ１９が設けられている。さらに、コリメータレンズ１９の光の出射方向前方においてプリズム２０が取り付けられており、このプリズム２０は、コリメータレンズ１９から出射された出射光が入射される入射面２０Ａと、入射面２０Ａから入射された光を内面で反射させるように、ホルダの外部において空気層に接する状態で配置された反射面２０Ｂと、反射面２０Ｂからの反射光を外部へと出射させる出射面２０Ｃとを備えている。そして、コリメータレンズ１９から出射される出射光は、プリズム２０の反射面２０Ｂにて全反射され出射面２０Ｃから検出領域に向けて出射される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
前記光ファイバの端部が挿入されるホルダとを備える光ファイバセンサヘッドにおいて、
前記ホルダ内に配置され、前記光ファイバの先端から照射された光を平行光に変換して出射するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズの光の出射方向前方において前記ホルダに取り付けられ、前記コリメータレンズから出射された出射光が入射される入射面と、前記入射面から入射された光を内面で反射させるように、前記ホルダの外部において空気層に接する状態で配置された反射面と、前記反射面からの反射光を外部へと出射させる出射面とを備える透光部材と、
を有し、
前記コリメータレンズから出射された前記出射光を、前記出射面より検出領域に向けて出射するように構成されていることを特徴とする光ファイバセンサヘッド。
【請求項２】
前記透光部材の前記反射面を覆うようにキャップが前記透光部材に取り付けられており、
前記キャップは、前記透光部材との間に前記空気層を介在させた状態で前記反射面をカバーしていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサヘッド。
【請求項３】
前記ホルダは、多角柱状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバセンサヘッド。
【請求項４】
前記ホルダは、チタンによって構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光ファイバセンサヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバセンサヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サイドビュー型と呼ばれる光ファイバセンサヘッドが提供されている。例えば、特許文献１に示されるサイドビュー型の光ファイバセンサヘッドは、光ファイバの検出端面に対向する反射体に反射面が形成されており、この反射面が保持スリーブ内でその軸方向と傾斜して配置され、窓孔を通して外部空間に臨む構成をなしている。そして、光ファイバから出射される光が反射面にて反射され、この反射光が窓部を介して外部空間における所定の検出領域に照射されるようになっている。
【特許文献１】特開平６−２９４７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来のサイドビュー型の光ファイバセンサヘッドにおける反射体では、反射率を高めるため、銀やアルミニウムなどによる金属蒸着を施したり、ステンレス材料に鏡面研磨加工を施すなどして反射面を形成していた。しかしながら、このように金属材料によって反射面が構成され、これを検出対象に対して露出させて用いるようなものは、金属材料が劣化しやすい環境下で使用しにくいという問題がある。
【０００４】
例えば、半導体ウェハの一部の製造工程などでは、金属材料が腐食しやすい腐食性ガス（例えば、臭化水素ガスなど）が存在する環境下で検出を行うことが要求されるが、特許文献１に示される技術のように金属材料の反射面が露出するような構成のものは、そのような腐食性雰囲気内で使用すると反射面がガスによって腐食してしまい、精度高い反射が行われなくなる虞がある。
【０００５】
本発明は上記のような事情に基づいてなされたものであって、金属材料が劣化しやすい環境下でも長期的に安定した検出を行うことができる光ファイバセンサヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、光ファイバと、
前記光ファイバの端部が挿入されるホルダとを備える光ファイバセンサヘッドにおいて、
前記ホルダ内に配置され、前記光ファイバの先端から照射された光を平行光に変換して出射するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズの光の出射方向前方において前記ホルダに取り付けられ、前記コリメータレンズから出射された出射光が入射される入射面と、前記入射面から入射された光を内面で反射させるように、前記ホルダの外部において空気層に接する状態で配置された反射面と、前記反射面からの反射光を外部へと出射させる出射面とを備える透光部材と、
を有し、
前記コリメータレンズから出射された前記出射光を、前記出射面より検出領域に向けて出射するように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光ファイバセンサにおいて、前記透光部材の前記反射面を覆うようにキャップが前記透光部材に取り付けられており、
前記キャップは、前記透光部材との間に前記空気層を介在させた状態で前記反射面をカバーしていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光ファイバセンサヘッドにおいて、前記ホルダは、多角柱状に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光ファイバセンサヘッドにおいて、前記ホルダは、チタンによって構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
＜請求項１の発明＞
請求項１の発明では、透光部材において、入射面から入射された光を当該透光部材の内面で反射させるように、ホルダの外部において空気層に接する状態で反射面が設けられており、この反射面からの反射光を、当該透光部材にて形成された出射面より外部へと出射させている。
【００１１】
即ち、屈折率の大きな透光部材から屈折率の小さな空気層に入射する構成をなすため、入射角が臨界角より大きいと境界面で全反射が生じることとなるが、本発明では、これを利用してコリメートレンズからの出射光を全反射させ、出射面より出射させている。従って、金属材料による反射面を構成せずに反射が可能となるため、金属材料を劣化させる環境下で使用しても、その環境に起因して反射面に劣化が生じるようなことがなく、長期的に安定した検出が可能となる。
【００１２】
また、透光部材が、ホルダの外部に設けられているので、出射面に汚染物質（例えば、塵や水滴等）が付着した場合であっても汚染物質を拭き取りやすく、メンテナンス性に優れた構成となる。
【００１３】
＜請求項２の発明＞
請求項２の発明によれば、キャップによって反射面の露出を防止できるため、反射面に水滴や塵などの物質が付着することなく高精度な反射が可能となり、ひいては、安定した検出を好適に行うことができる。
【００１４】
＜請求項３の発明＞
請求項３の発明によれば、ホルダが多角柱状に構成されるため、取り付けの際に、その多角柱状に構成されるホルダの略平坦な外面を基準として光の出射方向を調整できることとなり、光の出射方向を考慮したホルダの取り付け作業を容易に行うことができる。
【００１５】
＜請求項４の発明＞
請求項４の発明によれば、当該光ファイバセンサヘッドが金属材料を腐食させる腐食性雰囲気（例えば、臭化水素ガス等）において使用される場合であっても、ホルダがチタンによって構成されているため、ホルダが腐食せず、ホルダの劣化を効果的に防止できる。その結果、長期間にわたって安定した強度、構造が確保される構成となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１について図１ないし図６を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係る光ファイセンサヘッドの一例を示す側断面図、図２はその側面図であり、図３はその正面図である。図４は、実施形態１に係る光ファイバセンサヘッドをキャップ側から軸方向に見た図であり、図５は、その光ファイバセンサヘッドの斜視図である。図６は、図５の一部を拡大して示す拡大図である。
【００１７】
図１において、符号１０は光ファイバであり、例えば直径約２ｍｍの断面円形をなして外側を外部被覆１１で覆われ、先端部分が外部被覆１１から露出されている。そして、この光ファイバ１０における外部被覆１１から露出する先端部分がインナースリーブ１３に収容されている。インナースリーブ１３は、樹脂製であって略円筒状をなしており、内部に光ファイバ１０の先端部が収容されている。
【００１８】
このインナースリーブ１３は、ホルダ１４内においてこのホルダ１４と嵌合している。ホルダ１４は、チタン製であって全体として中空状（詳しくは円筒状）をなし、一端には後述するプリズム２０（プリズムが透光部材に相当する）を挿入するための孔１７Ａが形成された大径部１７が設けられ、他端には光ファイバ１０を挿入するための孔１６Ａが形成された小径部１６が備えられている。
【００１９】
インナースリーブ１３において、光ファイバ１０が挿入される奥側には、光ファイバ１０の先端面に密接状態に対面するスリット部１８が一体成形されており、このスリット部１８には、光ファイバ１０の先端面よりも狭いスリット１８Ａが形成されている。インナースリーブ１３のうちスリット部１８を挟んで光ファイバ１０と反対側にはコリメータレンズ１９の一部が収容される。コリメータレンズ１９は、長手状に形成されてホルダ１４内に一部がインナースリーブ１３と嵌合し、それとは異なる別の一部がホルダ１４と嵌合するように配置され、光ファイバ１０の先端から当該光ファイバセンサヘッド１の軸方向に照射された光を平行光に変換し、プリズム２０側に出射するように構成されている。コリメータレンズ１９における光ファイバ１０側とは反対側の端部は、プリズム２０と近接（例えば、当接又はわずかな隙間で近接）している。
【００２０】
ホルダ１４のうち大径部１７には、コリメータレンズ１９の光の出射方向前方においてコリメータレンズ１９から出射された出射光を、内部を透過させるように取り込むプリズム２０が取り付けられている。プリズム２０の一部である内部配置部２０Ｄは孔１７Ａに挿入されてホルダ１４と嵌合しており、外部配置部２０Ｅはホルダ１４の外部に設けられている。図１ないし図３に示すように、外部配置部２０Ｅには、内部配置部２０Ｄよりも外周の径が大きくされた段差部２０Ｆが形成されており、プリズム２０は、段差部２０Ｆの端面がホルダ１４の大径部１７の端面に支持された状態でホルダ１４に保持されている。ホルダ１４の内面と内部配置部２０Ｄの外面は接着剤等の接着媒体により接合されている。
【００２１】
図１に示すように、プリズム２０は、コリメータレンズ１９から出射された出射光が入射される入射面２０Ａと、入射面２０Ａから入射された光を内面で反射させるように、ホルダ１４の外部において空気層に接する状態で配置された反射面２０Ｂとを備えている。光ファイバセンサヘッド１の軸方向において光ファイバ１０が挿入される側を後方、それとは反対側を前方とした場合、入射面２０Ａはプリズム２０の後端側に形成されており、反射面２０Ｂはそれとは反対側の前端側に形成されている。反射面はコリメータレンズ１９からの光の出射方向（即ち、光ファイバセンサヘッド１の長手方向）に対して４５°傾斜した面とされている。
【００２２】
さらに、プリズム２０の側面には反射面２０Ｂからの反射光を外部へと出射させる出射面２０Ｃが設けられており、コリメータレンズ１９から出射された出射光を、出射面２０Ｃより検出領域に向けて出射するように構成されている。プリズム２０の出射面２０Ｃは、平面状に形成されており、平行光を収束及び拡散させずに出射させる構成をなしている。
【００２３】
さて、本発明の光ファイバセンサヘッドは、プリズム２０において、入射面２０Ａから入射された光を当該プリズム２０の内面で反射させるように、ホルダの外部において空気層３０に接する状態で反射面２０Ｂが設けられており、この反射面２０Ｂからの反射光を、プリズム２０の側面にて形成された出射面２０Ｃより外部へと出射させるように構成されている。即ち、コリメータレンズ１９から出射された軸方向の光は、プリズム２０内を透過して屈折率の大きなプリズム２０から屈折率の小さな空気層に入射する構成をなすため、入射角が臨界角より大きいと境界面（即ち反射面２０Ｂ）で全反射が生じることとなるが、本発明では、これを利用してコリメートレンズ１９からの出射光を軸直交方向に全反射させ、出射面２０Ｃより出射させている。従って、金属材料による反射面を構成せずに反射が可能となり、金属材料を劣化させる環境下で使用しても、その環境に起因して反射面２０Ｂに劣化が生じるようなことがなく、長期的に安定した検出が可能となる。
【００２４】
このように、本実施形態の構成では、コリメータレンズ１９を介して平行光を出射させ、かつプリズム２０を介してその平行光を全反射させる構成をとりつつ、出射面２０Ｃの全体が平面状とされているため、その反射光は平行性が保たれた状態で（即ち、出射面２０Ｃで、収束、拡散せずに）、出射面２０Ｃから、側方の検出領域に出射されることとなる。さらに、図２、図３、及び図５に示すように、出射面２０Ｃはプリズム２０の側部において平面状に構成され、かつホルダ１４の外部に配置されている。従って、出射面２０Ｃを汚染する物質（例えば、塵や水滴等）が付着した場合であっても、汚染物質を拭き取りやすく、メンテナンス性に優れた構成となる。なお、ここでの出射面２０Ｃは段差部２０Ｆの前方に配置され外縁が矩形状とされている。また、ここでは出射面２０Ｃが平面状に形成されているが、出射面に凹みのない形状であれば、例えば出射面が全体的に凸状に形成されていてもよい。また、本実施形態では、出射面２０Ｃが軸状に構成されるホルダ１４の軸方向（本実施形態ではコリメータレンズ１９からの出射方向と同方向）と直交する面方向において、ホルダ１４の内面位置と同じかそれより外側の領域に設けられており、より一層メンテナンスし易く構成されている。なお、このような面方向において出射面２０Ｃがホルダ１４の内面位置よりも若干内側の配置されていてもよい。
【００２５】
また、プリズム２０には樹脂材料からなるキャップ２２が取り付けられている。図２、図３、図５に示すように、キャップ２２は、プリズム２０のうちのホルダ１４の外部に配置される部分を、出射面２０Ｃを除いて覆うようにプリズム２０に取り付けられている。キャップ２２とプリズム２０は空気層３０が密閉された状態で例えば接着剤等の接着媒体などにより接合されている。このようにキャップ２２は、プリズム２０との間に空気層３０を介在させた状態で、少なくとも反射面２０Ｂをカバーしているため、キャップ２２によって反射面２０Ｂの露出が防止されることとなり、反射面２０Ｂに水滴や塵などの物質が付着することなく高精度な反射が行われるようになっており、その結果、安定した検出が好適に行われることとなる。
【００２６】
また、図４及び図５に示すように、ホルダ１４は、多角柱状に構成されている。詳しくはホルダ１４の外面が八つの面（１４Ａ〜１４Ｈ）を備えて八角柱状に構成されている。このホルダ１４の外周面（即ち八つの面１４Ａ〜１４Ｈ）は、複数の平坦面又は略平坦面によって構成され、図４のように軸方向に見たホルダ１４の外縁形状（換言すれば、コリメータレンズ１９の光の出射方向と直交する方向にホルダ１４を切断した切断面の外縁形状）が多角形状（八角形状）に形成されている。このように、ホルダ１４が多角柱状に構成されるため、取り付けの際に、その多角柱状に構成される外面を基準として光の出射方向を調整できる構成となる。そのため、光の出射方向を任意の方向とするようなホルダ１４の取り付け作業をホルダ１４外面を基準として容易に行うことができる。なお、ここではホルダ１４の外面形状を八角柱状としたが、六角柱状等、別の多角柱状であってもよい。
【００２７】
また、このホルダ１４は、チタン材料によって構成されている。従って、半導体ウェアの一部の製造工程等の、金属材料を腐食させやすい腐食性雰囲気（例えば、臭化水素ガス等）において使用される場合であっても、ホルダ１４が腐食せず、ホルダ１４の劣化を効果的に防止されることとなる。その結果、長期間にわたって安定した強度、構造が確保されることとなる。このことから、当該光ファイバセンサヘッド１を臭化水素ガス等の腐食性雰囲気内で使用する半導体ウェア検出用センサとして用いると有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１に係る光ファイバセンサヘッドの側断面図
【図２】図１の光ファイバセンサヘッドの側面図
【図３】図１の光ファイバセンサヘッドの正面図
【図４】図１の光ファイバセンサヘッドをキャップ側から軸方向に見た図
【図５】図１の光ファイバセンサヘッドの斜視図
【符号の説明】
【００２９】
１…光ファイバセンサヘッド
１０…光ファイバ
１４…ホルダ
１９…コリメータレンズ
２０…プリズム（透光部材）
２０Ａ…入射面
２０Ｂ…反射面
２０Ｃ…出射面
２２…キャップ
【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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