(57)【要約】 【課題】  小型で検出精度の高いセンサの検出ヘッドを提供することを目的とする。【解決手段】  受光側光ファイバ２Ｂの先端に受光レンズ４を配し、受光側光ファイバ２Ｂの光軸に対してほぼ平行に入射してきた光のみが、この受光レンズ４を通過して受光側光ファイバ２Ｂの先端面に入光するようにする。このような構成によれば、投光側、受光側の光ファイバ２Ａ、２Ｂが近接されていても、入射角の大きい蓋板部１３の端面１３Ａからの反射光が受光側光ファイバ２Ｂに入ることは回避される。したがって、両光ファイバ２Ａ、２Ｂを近接させてもＳ／Ｎ比が低下することがなく、検出ヘッドの小型化、および検出精度の向上を図ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ本体の投光部および受光部に接続された一対の光ファイバが並列されると共に、この一対の光ファイバの先端面側が光透過性のカバーにより覆われてなる光ファイバセンサの検出ヘッドであって、
前記一対の光ファイバのうち一方の光ファイバの先端部が前記カバーに当接されており、他方の光ファイバはその先端部を前記一方の光ファイバの先端部よりも軸方向に沿って後退させて配されているとともに、前記他方の光ファイバの先端部と前記カバーとの間には前記他方の光ファイバからの出射光または前記他方の光ファイバへの入射光をこの光ファイバの軸方向に対して略平行方向とする光芒制限手段が配されていることを特徴とする検出ヘッド。
【請求項２】
前記光芒制限手段は、前記一対の光ファイバのうち受光側の光ファイバに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の検出ヘッド。
【請求項３】
前記光芒制限手段がレンズ部材であるとともに、
前記レンズ部材が収容されるレンズ収容部と、前記光ファイバを前記レンズ部材に対して所定の位置に固定するファイバ収容部とが設けられたホルダ部材を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の検出ヘッド。
【請求項４】
前記一対の光ファイバの先端部が耐薬品性を有するハウジングにより覆われており、前記カバーがこのハウジングにおいて前記光ファイバの先端面側に覆い付けられた蓋板部であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の検出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型光ファイバセンサの検出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のファイバセンサは、投受光回路や投受光素子からなる電気回路を備えたセンサ本体に光ファイバを接続し、その光ファイバの先端に検出ヘッドを設け、その検出ヘッドを検出箇所に配置する構成である。
【０００３】
このような光学式センサの１種として、腐食性の高い薬品・油等に対応させた構造のものがある（特許文献１参照）。このものは、図５に示すように、被覆ケーブル１００内に、それぞれセンサ本体の投光部および受光部に接続された光ファイバ１０１が備えられている。被覆ケーブル１００の先端からは、各光ファイバ１０１の先端部が露出されており、この露出部分が耐薬品性の樹脂により形成された筒状のハウジング１０２によって覆われている。そして、このハウジング１０２における先端側の開口部は、平板状に形成された蓋板部１０３を嵌め付けることによって塞がれている。
【特許文献１】実開平３−３３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種のセンサにおいては、近年、小型化の要請がますます高まっている。このような要請に応えるためには、ハウジング１０２内で、一対の光ファイバ１０１を出来るだけ近接して配することが好ましい。しかし、ファイバ素線は通常６０°程度の開口角をもっているため、投光側の光ファイバ１０１から投光された光の一部がハウジング１０２における蓋板部１０３の端縁に跳ね返されて受光側の光ファイバに入光してしまう、いわゆる回り込み現象が起こる場合がある。このような場合には、被検出物を検出していない状態でも受光部に常に一定量の受光が発生している状態となり、検出時のＳ／Ｎ比が減少してしまう。したがって、これを防止するためには両ファイバ１０１間に一定の距離を置かなければならず、センサの小型化に限界がある。
【０００５】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、小型で検出精度の高いセンサの検出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、センサ本体の投光部および受光部に接続された一対の光ファイバが並列されると共に、この一対の光ファイバの先端面側が光透過性のカバーにより覆われてなる光ファイバセンサの検出ヘッドであって、前記一対の光ファイバのうち一方の光ファイバの先端部が前記カバーに当接されており、他方の光ファイバはその先端部を前記一方の光ファイバの先端部よりもその軸方向に後退させて配されているとともに、前記他方の光ファイバの先端部と前記カバーとの間には前記他方の光ファイバからの出射光または前記他方の光ファイバへの入射光をこの光ファイバの軸方向に対して略平行方向とする光芒制限手段が配されている。
なお、「略並行方向」とは、光ファイバの軸方向に対して完全に平行なもののみではなく、僅かに傾き（１０°程度まで）を有するものまでを含む意である。また、光芒制限手段としては、例えばレンズ部材、スリット部材等が挙げられる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の検出ヘッドであって、前記光芒制限手段は、前記一対の光ファイバのうち受光側の光ファイバに設けられていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の検出ヘッドであって、前記光芒制限手段がレンズ部材であるとともに、前記レンズ部材が収容されるレンズ収容部と、光ファイバを前記レンズ部材に対して所定の位置に固定するファイバ収容部とが設けられたホルダ部材を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の検出ヘッドであって、前記一対の光ファイバの先端部が耐薬品性を有するハウジングにより覆われており、前記カバーがこのハウジングにおいて前記光ファイバの先端面側に覆い付けられた蓋板部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、光芒制限手段を一対の光ファイバのうちいずれかに取り付けることによって、出射光または入射光が光ファイバの軸方向に対して略並行方向となるようにする。このような構成によれば、カバーからの反射光が受光側の光ファイバに入光してしまう確率を大きく低減することができる。
【００１０】
すなわち、投光側の光ファイバに光芒制限手段を取り付け、光ファイバから出射される拡散光を光ファイバの軸方向に対して略並行な平行光として出射させれば、出射光のカバー端面に対する入射角、反射角が小さくなる。これにより、両光ファイバを近接させても、カバー端面からの反射光が受光側光ファイバの開口径内に入る確率を低減できる。一方、受光側の光ファイバに光芒制限手段を取り付けて開口角を絞れば、両光ファイバを近接させても、入射角の大きいカバー端面からの反射光を遮光することができ、反射光の影響を低減することができる。これにより、検出精度を維持しつつ検出ヘッドを小型化することができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、光芒制限手段を受光側の光ファイバに取り付けている。このような構成によれば、外乱光の受光を防止するという効果を併せて得ることができるため、Ｓ／Ｎ比が向上し、検出精度の向上、安定化が期待できる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、光芒制限手段としてレンズを使用する。このような構成によれば、入射光がレンズにより集光されるため、スリット部材等を使用する場合と比較してより強度の高い光を出射または入射させることができ、検出精度の安定化が図れる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、一対の光ファイバの先端部が耐薬品性を有するハウジングにより覆われており、前記カバーがこのハウジングにおいて前記光ファイバの先端面側に覆い付けられた蓋板部である。このように、耐薬品性を要求され、光ファイバの先端部がハウジングによって覆われることが必須である構成のものに、光芒制限手段を一対の光ファイバのうちいずれかに取り付ける構成を適用することによって、カバー（蓋板部）からの反射光の影響を低減し、検出精度の向上、安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の光ファイバセンサの検出ヘッドを具体化した実施形態について、図１〜図３を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
図１には、本実施形態の検出ヘッド１を示す。この検出ヘッド１は、図示しないセンサ本体に接続された一対の光ファイバ２Ａ、２Ｂの先端に、耐薬品性のハウジング１０が取り付けられたものである。なお、以下の説明において、光ファイバ２Ａ、２Ｂの先端方向（センサ本体に接続された側と逆側）を前方として説明する。
【００１６】
光ファイバ２Ａ、２Ｂは、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を主材としたプラスチック光ファイバであって、コア材３とその外周を覆うクラッド材とからなるファイバ芯線に、ポリエチレン樹脂による被覆が施されたものである。一対の光ファイバ２Ａ、２Ｂのうち一方（投光側光ファイバ２Ａ）は、センサ本体の投光部に接続され、他方（受光側光ファイバ２Ｂ）は、センサ本体の受光部に接続されている。
【００１７】
この光ファイバ２Ａ、２Ｂの先端に取り付けられるハウジング１０は、光ファイバ２Ａ、２Ｂを挿通可能なテフロンチューブ１１の内部に、光ファイバ２Ａ、２Ｂを固定する先端金具１２を設けたものである。先端金具１２は、テフロンチューブ１１よりもやや短い略円筒状に形成されており、テフロンチューブ１１の前端付近に配されている。また、この先端金具１２の前方には、樹脂により円盤状に形成された透光性の蓋板部１３が嵌め付けられており、これにより、ハウジング１０の前方が塞がれている。
【００１８】
この先端金具１２の前端から中央よりもやや後方にかけての位置には、筒の軸方向に貫通して各光ファイバ２Ａ、２Ｂをほぼ緊密に挿通可能な挿通路１４Ａ、１４Ｂが並べて設けられている。このうち受光側の挿通路１４Ｂの前端部は拡径されてレンズ収容部１５とされており、ここには、受光側光ファイバ２Ｂへの入射光を規制するための受光レンズ４が収容されている。受光レンズ４は、その先端縁を蓋板部１３に当接させた状態で収容されている。一方、投光側の挿通路１４Ａの前端部は、光ファイバ２Ａにおけるコア材３の外径とほぼ等しい径にまで縮径されている。光ファイバ２Ａ、２Ｂは、その先端付近の被覆およびクラッド材を剥いてコア材３を露出させた状態でそれぞれの挿通路１４Ａ、１４Ｂに挿入されている。投光側光ファイバ２Ａの先端面は蓋板部１３に当接されており、受光側光ファイバ２Ｂの先端は受光レンズ４の後端部に接続されている。
【００１９】
この検出ヘッド１の組立工程は、以下のようである（図２参照）。
【００２０】
まず、投光側光ファイバ２Ａにおける先端付近の被覆およびクラッド材を剥いてコア材３を露出させる。この状態で、光ファイバ２Ａの先端部を先端金具１２における投光側の挿通路１４Ａへ挿通させ、挿通路１４Ａの内壁と光ファイバ２Ａにおける被覆の外周を接着剤で接着することにより、光ファイバ２Ａを固定する（図２Ａ）。次いで、光ファイバ２Ａの先端を先端金具１２とともに鏡面加工することにより、光ファイバ２Ａの先端面と先端金具１２の前端面とを面一とする。
【００２１】
次いで、受光側光ファイバ２Ｂにおいても先端付近の被覆およびクラッド材を剥いてコア材３を露出させる。次いで、この光ファイバ２Ｂを先端金具１２における受光側の挿通路１４Ｂへ挿通させ、コア材３を露出した先端部分が挿通路１４Ｂ前方の開口から突出されるまで押し入れる。そして、光ファイバ２Ｂの先端に受光レンズ４を接続する（図２Ｂ）。
【００２２】
この状態で、受光レンズ４がレンズ収容部１５内に収容されるまで光ファイバ２Ｂを後方に引き戻し、投光側光ファイバ２Ａと同様に接着剤によって光ファイバ２Ｂを挿通路１４Ｂ内に固定する（図２Ｃ）。
最後に、テフロンチューブ１１の内部にこの先端金具１２を挿入し、このテフロンチューブ１１の前端よりも蓋板部１３の厚さ分だけ後退した位置に固定する。そして、チューブ１１の前端に蓋板部１３を嵌め入れ、両者を熱融着する（図２Ｄ）。このようにして、検出ヘッド１の組み立てが完了する。
【００２３】
次に、上記のように構成された本実施形態の作用および効果について説明する。
【００２４】
センサ本体を作動させると、投光部からの光は投光側光ファイバ２Ａを通ってその先端から出射される（図３参照）。このとき、投光部側には特にレンズ等が設けられていないので、出射される光は光ファイバ２Ａの開口角に応じて拡散する拡散光である。さて、検出ヘッド１の前方に検出物であるワークＷが存在すれば、出射された光はワークＷの端面によって反射されて受光側光ファイバ２Ｂに入光する。このとき、受光側光ファイバ２Ｂの先端には開口角の小さな受光レンズ４が配されているため、受光側光ファイバ２Ｂの光軸に対してほぼ平行に入射してきた光のみが、この受光レンズ４を通過して受光側光ファイバ２Ｂの先端面から入光する。入光した光は受光側光ファイバ２Ｂを通ってセンサ本体の受光部に受光され、センサ本体に備えられた受光回路等によってワークＷが存在しているとの判定がなされる。
【００２５】
ところで、投光側光ファイバ２Ａから出射された光の一部は、蓋板部１３における前端側の端面１３Ａで反射される。ここで、出射光のうち蓋板部１３の端面１３Ａに対する入射角θが大きいものほど、この端面１３Ａでの反射成分が大きくなる。したがって、端面１３Ａでの反射光の多くは反射角θの比較的大きな光、すなわち受光レンズ４に対する入射角が大きい光となるから、受光レンズ４によって規制され、受光側光ファイバ２Ｂに到達することができない。一方、端面１３Ａに対する入射角θが小さい光は蓋板部１３を透過してワークＷの端面によって反射される。このワークＷからの反射光は受光レンズ４に対する入射角が小さい光、すなわち受光側光ファイバ２Ｂの軸方向とほぼ平行方向の光となるから、受光レンズ４を通過して受光側光ファイバ２２Ｂに到達することができる。
【００２６】
このように本実施形態によれば、受光側光ファイバ２Ｂの軸方向にほぼ沿って入ってくるワークＷからの反射光は、受光レンズ４を通って受光側光ファイバ２Ｂに入ることができるが、入射角の大きい蓋板部１３の端面１３Ａからの反射光が受光側光ファイバ２Ｂに入ることは回避される。したがって、両光ファイバ２Ａ、２Ｂを近接させてもＳ／Ｎ比が低下することがなく、検出ヘッドの小型化、および検出精度の向上を図ることができる。また、受光側光ファイバ２Ｂにレンズを取り付けているから、外乱光が受光されることを防止するという効果を併せて得ることができ、検出精度の向上、安定化が期待できる。
【００２７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００２８】
（１）本実施形態では、受光側の光ファイバ２Ｂに光芒制限手段である受光レンズ４を取り付けたが、投光側光ファイバ２Ａに投光レンズ５を取り付けても構わない。このような場合には、図４に示すように、投光レンズ５から出射される光は投光側光ファイバ２Ａの軸方向とほぼ平行になる。このため、蓋板部１３の端面１３Ａに対する入射角、反射角が小さくなり、反射光は出射位置からきわめて近接した範囲にしか到達しないこととなる。したがって、この反射光が受光側光ファイバ２Ｂの開口径内に入る確率を低減できる。なお、反射光が蓋板部１３内で複数回の反射を繰り返して受光側光ファイバ２Ｂに到達することも考えられるが、反射を繰り返すごとにその強度が減衰されていくため、たとえ受光側光ファイバ２Ｂに到達したとしてもその影響は小さいものである。
（２）上記実施形態では、光芒制限手段として受光レンズ４レンズを使用したが、光芒制限手段の種類としては上記実施形態に限るものではなく、例えばスリット部材を用いても良い。また、一方の光ファイバの先端部を相手側の光ファイバの先端部よりも軸方向に沿って後退させて配し、この光ファイバの先端部と前記カバーとの間に存在する光の通路を光芒制限手段として利用することによって、出射光または入射光が光ファイバの軸方向に対して略平行方向となるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態のセンサの検出ヘッドを示す側断面図
【図２】検出ヘッドの組立工程を示す側断面図
【図３】検出ヘッドの部分拡大断面図
【図４】他の実施形態の検出ヘッドの部分拡大断面図
【図５】従来のセンサの検出ヘッドを示す側断面図
【符号の説明】
【００３０】
１…検出ヘッド
２Ａ、２Ｂ…光ファイバ
４…受光レンズ（レンズ部材）
１０…ハウジング
１３…蓋板部
【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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