(57)【要約】組立て状態において光導波路（２）の端部側を取り囲みながら収容するための案内管（８）が形成されるように実質的に半殻状の切欠き（１０）をそれぞれ有する下側部分（１Ａ）およびこの下側部分（１Ａ）に対応して接合可能な上側部分（１Ｂ）を備えるエバネッセント場センサ線（２’）用のフェルール（１，１’，１００）が記載され、切欠き（１０）には光導波路（２）を局部的に固定するための複数の幾何学構造部（７）がそれぞれ配置されている。さらに、エバネッセント場に影響を及ぼすことによって圧力を検出するために構成された光導波路（２）と、少なくとも１つのオプトエレクトロニクスモジュール（１３）と、オプトエレクトロニクスモジュール（１３）が付設されているフェルール（１，１’，１００）とを備える圧力センサ（２０）が記載されている。
2010504506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組立て状態において光導波路（２）の端部側を取り囲みながら収容するための案内管（８）が形成されるように実質的に半殻状の切欠き（１０）をそれぞれ有する下側部分（１Ａ，１００Ａ）およびこの下側部分（１Ａ，１００Ａ）に対応して接合可能な上側部分（１Ｂ，１００Ｂ）を備えるエバネッセント場センサ線用のフェルール（１，１’，１００）において、切欠き（１０）には光導波路（２）を局部的に固定するための複数の幾何学構造部（７）がそれぞれ配置され、切欠き（１０）の内面は光導波路（２）に用いられる光をそれぞれ少なくとも部分的に反射するように構成されているエバネッセント場センサ線用のフェルール。
【請求項２】
切欠き（１０）の内面は少なくとも部分的に反射被膜を備えている請求項１に記載のフェルール。
【請求項３】
１つのまたは各幾何学構造部（７）は、実質的に、案内管（８）の長手軸線（ｘ）に対して直角な平面にそれぞれ延びている請求項１又は２に記載のフェルール。
【請求項４】
１つのまたは各幾何学構造部（７）は断面を狭くするように半環状の条帯としてまたは突起として構成されている請求項１乃至３の１つに記載のフェルール。
【請求項５】
幾何学構造部（７）は長手軸線（ｘ）に関して切欠き（１０）に沿って実質的に均等に配分されている請求項３又は４に記載のフェルール。
【請求項６】
上側部分（１Ｂ，１００Ｂ）および下側部分（１Ａ，１００Ａ）は、これらの両部分の嵌合結合に用いられる係止結合部によって結合可能である請求項１乃至５の１つに記載のフェルール。
【請求項７】
組立て状態においてオプトエレクトロニクスモジュール（１３）に係止によって端部側で結合するために構成されている請求項１乃至６の１つに記載のフェルール。
【請求項８】
下側部分（１Ａ，１００Ａ）および上側部分（１Ｂ，１００Ｂ）は、組立て状態において長手方向（ｘ）に沿って自由部分管（８Ａ）が形成されるように構成されている請求項１乃至７の１つに記載のフェルール。
【請求項９】
部分管（８Ａ）の光導波路（２）側端部は外側を円錐状に先細に形成されている請求項８に記載のフェルール。
【請求項１０】
エバネッセント場に影響を及ぼすことによって圧力を検出するために構成された光導波路（２）と、少なくとも１つのオプトエレクトロニクスモジュール（１３）と、オプトエレクトロニクスモジュール（３）が付設されている請求項１乃至９の１つに記載の少なくとも１つのフェルール（１，１’ ，１００）とを備えている圧力センサ。
【請求項１１】
オプトエレクトロニクスモジュールは、相応の形状付与および係止によってフェルール（１，１’，１００）を収容するために構成されたコネクタ部分内に配置されている請求項１０に記載の圧力センサ。
【請求項１２】
光導波路（２）とフェルール（１，１’，１００）との結合部は外部に向かって密封されている請求項１０又は１１に記載の圧力センサ。
【請求項１３】
光導波路（２）とフェルール（１，１’，１００）との結合部は射出成形されている請求項１２に記載の圧力センサ。
【請求項１４】
光導波路（２）は透明な弾性材料で構成されている請求項１０乃至１３の１つに記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に圧力センサに適用されるエバネッセント場センサ線用のフェルールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ここでいうフェルールとは、特に、光の出射および入射のために光導波路を収容する案内要素である。
【０００３】
光導波路の外部エバネッセント場に影響を与えることによって、接触測定および圧力測定をするためのエバネッセント場センサ線（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ  ｆｉｅｌｄ  ｓｅｎｓｏｒ  ｌｉｎｅ）はたとえば特許文献１に示されている。屈折率ｎ１を有する光ファイバ束を含んでいる光導波路が、屈折率ｎ２＜ｎ１を有する光学的に薄い媒体内へ挿入され、通常は気体の中へ挿入され、さらにこの媒体が、屈折率ｎ３＞ｎ２を有する光学的に厚い被覆体によって取り囲まれる。光導波路は被膜を備えておらず、このことは「クラッディングフリー（ｃｌａｄｄｉｎｇ−ｆｒｅｅ）」として知られている。全反射の条件は、周囲の媒体を通じて設定される。被覆体は条帯状の幾何学構造を介して光導波路に当接し、それにより、光導波路に対して定められた間隔に保たれる。被覆体は光導波路に接触し、すなわち平坦ではない。被膜を備えていない光導波路内を伝搬する光波は、周囲の媒体との境界面に当たって多重反射を行う。反射時に場が有限の深さで外部空間へ侵入し、そこでいわゆるエバネッセント場を誘導する。このような場の擾乱によって、光導波路の媒体に対する場の応答挙動に影響が及ぼされ、それによって光導波路内での反射の程度が変化するので、この種の擾乱は伝搬する光の強度低下によって現れ、これが光導波路の端部側にある信号処理ユニットで記録される。エバネッセント場の擾乱は、たとえば被覆体への圧力作用によって光導波路に対する被覆体の間隔が局部的に減少したときに生じ、その結果、その個所で被覆材料がエバネッセント場の領域へ侵入し、エバネッセント場が材料の光学的な厚みによって局部的に部分吸収される。圧力の上昇によって間隔がさらに減少し、そのために、最終的に被覆体が光導波路に局部的に面状に接触すると、その個所で反射の消滅が起こることがある。それは、被覆材料の屈折率が光導波路の光ファイバの屈折率よりも大きい場合であり、すなわち、ｎ３＞ｎ１およびそれに伴なって全体としてｎ２＜ｎ１＜ｎ３の関係が成り立つ場合である。この場合に記録された強度低下は、小さい圧力作用に比べていっそう明瞭に増大する。それに対して、被覆体が保持条帯を介して光導波路に接触することは面積的に限定され一定であるので、その結果として生じる光導波路での反射挙動への影響は、校正によって除外することができる。一般に、エバネッセント場を外部空間内に形成することができるようにするために、クラッディングフリーの構成が特に重要である。
【０００４】
エバネッセント場センサ線は、たとえば挟み込み防止システムの一部として、自動車の調節要素における圧力センサとして特に適している。
【０００５】
光導波路とこれに間隔をおく被覆体とを含んでいる上述の種類のエバネッセント場センサ線は、機能上、外部の機械的な擾乱に対して敏感である。そのために、それ自体としてすでにセンサ信号が狂わされることがない、信号評価ユニットへの水密かつ引張強さの高い接続を行うことが問題になるという欠点がある。ワイヤエンドフェルールとして構成されるのが通常である公知のフェルールは、最善の場合でも、幾何学形態の変化に対して初めて反応する、特に湾曲形状の変化に対して初めて反応する、センサ線に適しているにすぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
国際公開第０３／０６９２９４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の第１の課題は、センサ信号への影響をできるだけ校正可能であるように、エバネッセント場センサ線を外部の信号処理要素に接続することができるフェルールを提供することにある。
本発明の第２の課題は、エバネッセント場へ影響を及ぼすことによって圧力を検出するために構成された光導波路と、オプトエレクトロニクスモジュールとを備え、オプトエレクトロニクスモジュールはできるだけ擾乱なく光導波路に結合されている圧力センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の課題は、本発明によれば、組立て状態において光導波路の端部側を取り囲みながら収容するための案内管が形成されるように実質的に半殻状の切欠きをそれぞれ有する上側部分およびこの上側部分に対応して接合可能な下側部分から構成され、これらの切欠きには光導波路を局部的に固定するための複数の幾何学構造部がそれぞれ配置されているフェルールが提供されることによって解決される。
【０００９】
エバネッセント場センサ線の機能へのフェルールによる悪影響を最低限に抑えるために、それぞれ上側部分および下側部分の切欠きの内面は、特に幾何学構造部を含めて、光導波路に用いられる光を反射するように構成され、特に鏡面化されている。少なくともクラッディングフリーの光導波路に当接する個所は、反射するように構成される。それにより、内面でのエバネッセント場の局部的な吸収が妨げられ、エバネッセント場の擾乱は、光導波路とフェルールとの接触点で幾何学構造部によって引き起される散乱効果に低減される。このとき反射は、光導波路を進行する光の波長に狭帯域で合わせることができる。あるいは広帯域で反射をするようにフェルールを構成することも可能である。反射構成により、特にフェルールと光導波路との接触点で全反射の条件を実現することができる。
【００１０】
この種の鏡面化の具体的構成は、特に、たとえばクロムめっきにより、反射性金属層を内面へ形成することによって行うことができる。
【００１１】
このとき本発明の出発点となる考察は、エバネッセント場センサ線として用いられる光導波路は、上に説明したように面状の接触によって引き起されるエバネッセント場の不規則な擾乱を回避し、それに伴なってニュートラル状態での信号影響を回避するために、できるだけ局部に限定して接触させるべきであるということにある。不規則な擾乱とは、大きすぎるためにまたは時間的に変動しているために、変位校正をするのに適していない擾乱を意味している。
【００１２】
信号処理ユニットとの接続に用いられる光導波路の端部側の領域で、このような接触原理を考慮して光導波路を固定し、その個所で外部の外乱要因に対して影響を受けにくくするために、光導波路を固定するための局部的な幾何学構造部として構成された内側の保持構造部を備える案内管を有しているフェルールが用いられる。この案内管は、端部側の領域において、光がオプトエレクトロニクス検出のために光導波路の端部面から出射する個所まで、光導波路の定められた定常的な周囲を構成し、この周囲は光導波路に対する影響を校正可能である。それに比べて、光導波路の被覆体は上に説明したように接触原理に基づいて設計されているが、ただし定常的ではない。というのは、被覆体は、測定されるべき不規則な圧力作用によるニュートラル状態の擾乱を、エバネッセント場の擾乱として伝えなければならないからである。
【００１３】
簡単な組立のためにフェルールは２部分で構成され、それにより、光導波路は一方の部分の半殻状の切欠きへ挿入され、他方の部分を嵌め合わせることによって初めて案内管が構成される。半殻状の切欠きはそれぞれ複数の幾何学構造部を備え、これらの構造部上に光導波路が位置決めされて特に点状または線状に載置され、両部分が組合わされた状態において案内管の中に光導波路が固定される。
【００１４】
１つのまたは各幾何学構造部は、案内管の長手軸線に対して直角な平面に延びているのが好ましい。それにより、案内管の中で長手軸線に沿って起こる光導波路の運動が効果的に阻止される。それに対して、特にエバネッセント場センサ線の組立のためには、光導波路の被覆体が長手方向に変位可能であることが望ましい。このことは、長手方向において保持条帯を線状に形状することによって実現される。被覆体はフェルールとの結合によって初めて、光導波路に対して固定される。
【００１５】
半殻状の切欠きには、１つのまたは各幾何学構造部が半環状の条帯としてまたは突起としてそれぞれ構成されているのが好都合である。突起は光導波路と実質的に点状に接触するのに対して、両部分が組み合わされた状態においてそれぞれ上側部分および下側部分で向かい合う２つの半環状の条帯は、案内管の中で断面を狭くする固定リングを形成する。
【００１６】
保持機能を果たすために、案内管は、幾何学構造部が実質的に均等に配分されて配置されている定められた長さを有していると好ましい。案内管も、端部側の機械的安定性をある程度提供する。
【００１７】
１つの好都合な実施態様では、上側部分および下側部分は、特に両部分の嵌合結合のために用いられる両部分間の係止結合部を形成するための要素をそれぞれ備えている。このような係止結合部は、特に可逆的に構成することができ、他の接着手段を用いることなく容易に接合可能であるとともに、フェルールの保持および固定機能を果たすために必要な安定特性が優れている。
【００１８】
フェルールは、信号処理ユニットとして機能するオプトエレクトロニクスモジュールへ光導波路を端部側で結合する役目を果たし、このようなモジュールに係止結合部を介してフェルールを結合するのが好ましい。それにより簡単に、光導波路の光出射面をオプトエレクトロニクスモジュールの光吸収面に対して定められた状態で位置決めすることができる。これに準じて、光導波路の光導入面の位置決めの際に、オプトエレクトロニクスモジュールの光放出面について同様のことが当てはまる。さらに係止結合の利点は、フェルールの両部分の結合のところで述べたことも同様に当てはまる。
【００１９】
本発明の１つの好ましい実施態様では、フェルールの案内管は、組立て状態において端部側で自由部分管として構成される。このような構造は、特に相応に幾何学的に構成されていれば、光導波路と被覆体との間に部分管を挿入することを可能にし、それにより、案内管の一部をなす部分管が、被覆体の保持機能を端部側で担うことになる。光導波路は固定され、一方同時に部分管は被覆体によって面状に固持される。エバネッセント場センサ線へのフェルールのこのような結合は、格別に安定的である。
【００２０】
部分管の光導波路側端部は、外側を円錐状に先細に形成されているのが好都合である。このことは、光導波路の被覆体への端部側での挿入、ないしは部分管上への被覆体の嵌合を簡単にし、保持安定性を向上さ殻。組立のために、まず、被覆体を長手方向において光導波路上へ引き込むことによって、フェルールの案内管の長さに合わせて光導波路を端部側で露出させる。次いで、こうして露出した端部を、上に説明したように、２部分の組立によってフェルール内に固定する。そして、自由部分管の長さに合わせて被覆体をその自由部分管上へ引き込み、このことは、その円錐状の先細部によって容易に可能である。
【００２１】
本発明の代替の実施態様では、フェルールの上側部分および下側部分は、光導波路側端部で、被覆体の保持機能を担う完全管セグメントによって補足される。そのために完全管セグメントは、被覆体と同様に組立目的のための光導波路の長手方向変位を許容し光導波路との局部的な接触形成を行うための幾何学構造部を内側に備えているのが好都合である。フェルールの両部分が組み合わされた状態において、完全管セグメントは案内管の一部のように見える。被覆体を少なくとも部分的に完全管セグメント上に押し嵌めるか、または、たとえば外套を用いて端部側で完全管セグメントに結合することによって、光導波路の被覆体に対する安定した結合を成立さ殻ことができる。被覆体を完全管セグメントに突き合せて接合し、接触個所を適切に密封し、たとえば射出成形することも考えられる。
【００２２】
この代替の実施態様では、完全管セグメントの内面は、上記において案内管の事例で説明したように、エバネッセント場の擾乱を最低限に抑えるために鏡面化されているのが好ましい。
【００２３】
第２の課題は、本発明によれば、エバネッセント場に影響を及ぼすことによって圧力を検出するために構成された光導波路と、少なくとも１つのオプトエレクトロニクスモジュールと、オプトエレクトロニクスモジュールが付設されている前述の種類の少なくとも１つのフェルールとを備える圧力センサが提供されることによって解決される。
【００２４】
フェルールによって、オプトエレクトロニクスモジュールに対する光導波路の出射側または入射側の安定化された位置が可能となり、それにより、光の入射または出射が確実かつ損失なしに可能である。特に、オプトエレクトロニクスモジュールを、相応の形状付与および好ましくは係止によってフェルールを収容するために構成されたコネクタ部分内に配置するのが好適である。それにより、光導波路の光出射側または光入射側が、最適化された状態で、オプトエレクトロニクスモジュールに向きながら位置決めされる。
【００２５】
圧力センサを構成するために、光導波路とフェルールとの結合部は外部に向かって密封されているのが好ましく、このことはモジュールにとって全体的に防護および安定化するように作用する。密封部はオプトエレクトロニクスュールに向かって延長されているのが好ましく、それにより、この領域も外部に向かって防護されて安定化される。このことは、たとえばフェルールとオプトエレクトロニクスモジュールとを収容するコネクタ部分によって実現することができる。
【００２６】
密封は、光導波路とフェルールとの結合部を射出成形することによって実現するのが好都合である。それにより、確実な密封を行うことが可能である。射出材料はたとえば適当なプラスチックであってよい。特にコネクタ部分を全体的に射出成形することができる。その代替として、フェルールとオプトエレクトロニクスモジュールとを収容する予め製作されたコネクタスリーブを、最終的な密封のために射出成形することもできる。
【００２７】
本発明の１つの好ましい実施態様では、光導波路は弾性材料、たとえばポリウレタンで製作されている。このことは、たとえば自動車の所定の輪郭部へ取り付けるために、センサ線をケーブルのように変形させ曲げることができるようにするために格別に好ましい。特に光導入ユニットと光出射ユニットとが一緒にグループ分けされているホース状の線路は、弾性的に変形可能な光導波路をエバネッセント場センサ線のコアとして有しているのが有意義である。エバネッセント場への、定常的な変形によって引き起される影響は、校正可能である。非弾性的な光導波路は敷設するのが難しく、さらには、傷つきやすいために不経済でもある。センサ線に対する圧力作用によって、このような光導波路は弾性的な被覆材料にもかかわらず、容易に損傷をうける恐れがある。
【００２８】
次に、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は組立状態のフェルールをセンサ線端部とともに示す縦断面図である。
【図２】図２は図１のフェルールの下側部分を示す斜視図である。
【図３】図３は図１のフェルールを光導波路と組み合わされた状態にて図２と同じ斜視図で示す。
【図４】図４は図１のフェルールに類似する別のフェルールを、オプトエレクトロニクスモジュールおよび射出成形コネクタとともに部分図として示す縦断面図である。
【図５】図５は図４の射出成形コネクタを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１には、２つの殻からなるフェルール１がセンサ線端部とともに組立状態で、長手方向ｘによって定められた縦断面で示されている。フェルール１は、クラッディングフリーの、すなわち被膜を備えていない光導波路２の端部側を包囲している。光導波路２はフェルール１の手前のセンサ線の領域では、被覆体３によって間隔をおきながら取り囲まれている。光導波路２と被覆体３またはフェルール１との間の中間空間４は空気を充填されている。光導波路２の中では、光導波路２の内側境界面５での全反射によって光が光出射面６まで伝搬し、光導波路２の外部では中間空間４内にいわゆるエバネッセント場が形成され、光導波路２の内部の光場とエバネッセント場との相互作用が反射に影響を及ぼす。フェルール１は局部的な幾何学構造部７を有し、これによって光導波路２は局部的に固定される。光導波路２を包囲する案内管８の、端部側を円錐状に先細に形成されている部分管８Ａによってフェルール１が被覆体３内に挿入され、この被覆体３によって固持される。フェルール１は、たとえばオプトエレクトロニクスモジュールを含むコネクタ部分を取り付けるための係止手段９を有している。
【００３１】
図２には、図１のフェルールの下側部分１Ａが斜視図で示されている。半環状の条帯として構成された幾何学構造部７を備える半殻状の切欠き１０の内面が示されている。これらの幾何学構造部７は長手方向ｘに対して直角に位置し、それにより、挿入された光導波路は、組立て状態において、下側部分１Ａに対応する上側部分によって固定される。切欠き１０は幾何学構造部７を含めてクロムめっきされ、それによって光導波路のエバネッセント場の吸収が回避される。さらに、下側部分１Ａに対応する上側部分を係止するための係止手段１１が示されており、これらの部分から組み合わせによってフェルール１が構成される。
【００３２】
図３には、図１のフェルール１が、付属の下側部分１Ａと付属の上側部分１Ｂとから組立てられた状態で、図２と同一の視点での斜視図で示されている。挿入された光導波路の光出射面６と、フェルール１をさらに取り付けるための係止手段９と、フェルール１の案内管８の自由部分管８Ａとが示されている。フェルール１の案内管８の自由部分管８Ａ上には、組立状態においてエバネッセント場センサ線の被覆体３が嵌められる。部分１Ａ，１Ｂにそれぞれ属する係止手段１１，１２を参照すると、組立てられた状態を良く理解することができる。
【００３３】
図４には、図１に示されたフェルールに類似する別のフェルール１’が、長手方向ｘによって定められた縦断面図として、光案内要素と光入射用ダイオードとを含むオプトエレクトロニクスモジュール１３、および射出成形されたコネクタ１５とともに部分図で示されている。フェルール１’は、図１に示すフェルールとは、オプトエレクトロニクスモジュールとの係止領域１４における係止手段の構成のみが異なっている。センサ線２’とフェルール１’の説明の詳細は、図１のものと同じである。コネクタ１５は、フェルール１’およびオプトエレクトロニクスモジュール１３を互いに位置決めする予め製作されたコネクタ部分１５’に、密封用充填材料から射出成形されている。
【００３４】
図５は、図４の射出成形されたコネクタ１５を斜視図として示している。このコネクタは、ループ状に配置されたエバネッセント場センサ線またはセンサ線２’用として構成され、付属の光導波路の始端側および終端側をそれぞれ収容する２つのフェルールを出力部および入力部に含んでいる。図示したモジュールは全体として１つの圧力センサ２０を構成する。
【符号の説明】
【００３５】
１、１’  フェルール
１Ａ  フェルール１の下側部分
１Ｂ  フェルール１の上側部分
２  光導波路
２’  センサ線
３  被覆体
４  中間空間
５  光導波路の境界面
６  光導波路の光出射面
７  幾何学構造部
８  案内管
８Ａ  案内管８の部分管
９  係止手段
１０  切欠き
１１、１２  係止手段
１３  オプトエレクトロニクスモジュール
１４  係止の領域
１５  コネクタ
【図１】
2010504506.tif 000003
【図２】
2010504506.tif 000004
【図３】
2010504506.tif 000005
【図４】
2010504506.tif 000006
【図５】
2010504506.tif 000007
【国際調査報告】
2010504506.tif 000008
2010504506.tif 000009
2010504506.tif 000010
2010504506.tif 000011