(57)【要約】  光検出器は、基板と、前記基板上に載置された光ファイバと、前記基板に対して固定され、前記光ファイバによって導波される光の散乱光を検出する光検出素子と、を備える。
2018143181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に載置された光ファイバと、
前記基板に対して固定され、前記光ファイバによって導波される光の散乱光を検出する光検出素子と、を備える光検出器。
【請求項２】
前記光ファイバを前記基板に対して固定する第１固定部材および第２固定部材をさらに備え、
前記第１固定部材は、前記光ファイバの延びる長手方向において前記光検出素子を挟んだ前記第２固定部材の反対側に配置され、
前記第１固定部材のうち、上面視において、前記長手方向に直交する短手方向に前記光ファイバを挟む一方側の部分における体積をＶ１、他方側の部分における体積をＶ２とし、
前記第２固定部材のうち、上面視において、前記短手方向における前記光ファイバの前記一方側の部分における体積をＶ３、前記他方側の部分における体積をＶ４とするとき、
Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＜Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４のいずれか一方を満足する、請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記第１固定部材を形成する材質の線膨張係数をα１とし、前記第２固定部材を形成する材質の線膨張係数をα２とし、
上面視において、前記短手方向における前記第１固定部材の重心と前記光ファイバとの距離をＸ１とし、前記短手方向における前記第２固定部材の重心と前記光ファイバとの距離をＸ２とするとき、
α１／α２＝Ｘ２／Ｘ１
を満足する、請求項２に記載の光検出器。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に載置された光ファイバと、
前記基板に対して固定され、前記光ファイバによって導波される光の散乱光を検出する光検出素子と、
前記光ファイバを前記基板に対して固定する第１固定部材および第２固定部材と、を備え、
前記第１固定部材が、前記光ファイバの延びる長手方向において前記光検出素子を挟んだ前記第２固定部材の反対側に配置される光検出器の製造方法であって、
前記第１固定部材となる樹脂を前記基板および前記光ファイバに塗布する第１塗布工程と、
上面視において、前記第１固定部材のうち、前記長手方向に直交する短手方向に前記光ファイバを挟む一方側の部分の体積Ｖ１および他方側の部分の体積Ｖ２を検出する体積検出工程と、
前記体積検出工程における検出結果に基づいて、前記第２固定部材となる樹脂を前記基板および前記光ファイバに塗布する第２塗布工程と、
を有し、
上面視において、前記第２固定部材のうち、前記短手方向に前記光ファイバを挟む前記一方側の部分における体積をＶ３、前記他方側の部分における体積をＶ４とするとき、
前記第２塗布工程では、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＜Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４を満足するように前記第２固定部材となる樹脂の吐出量を制御する、光検出器の製造方法。
【請求項５】
前記光ファイバを前記基板に対して固定する第１固定部材および第２固定部材をさらに備え、
前記第１固定部材は、前記光ファイバの延びる長手方向において前記光検出素子を挟んだ前記第２固定部材の反対側に配設され、
前記第１固定部材は正の線膨張係数を有する材質により形成され、前記第２固定部材は負の線膨張係数を有する材質により形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の光検出器。
【請求項６】
前記第２固定部材が、前記長手方向に負の線膨張係数を有する材質により形成されている、請求項５に記載の光検出器。
【請求項７】
前記第２固定部材を形成する材質の線膨張係数の絶対値が、前記第１固定部材を形成する材質の線膨張係数の絶対値よりも大きい、請求項５または６に記載の光検出器。
【請求項８】
前記第１固定部材を形成する材質の線膨張係数をαＡとし、前記第２固定部材を形成する材質の線膨張係数の絶対値をαＢとし、前記第１固定部材の重心と前記光ファイバとの距離をＸ０Ａとし、前記第２固定部材の重心と前記光ファイバとの距離をＸ０Ｂとするとき、
αＡ／αＢの値とＸ０Ｂ／Ｘ０Ａの値とが略同値である、請求項５から７のいずれか１項に記載の光検出器。
【請求項９】
前記光ファイバを前記基板に対して固定する第１固定部材および第２固定部材と、
前記光検出素子を前記基板に固定する固定台と、をさらに備え、
前記固定台は、少なくとも１つの開口部を有し、
前記光ファイバの一部は、前記開口部を通じて前記固定台の内側に収容され、
少なくとも１つの前記開口部が、前記第１固定部材または前記第２固定部材のいずれかによって閉塞されている、請求項１から３または５から８のいずれか１項に記載の光検出器。
【請求項１０】
前記第１固定部材または前記第２固定部材のいずれかの一部が、前記固定台の内側に位置している、請求項９に記載の光検出器。
【請求項１１】
前記固定台は、前記光検出素子を保持する本体部を有し、
前記第１固定部材または前記第２固定部材のいずれかの幅が、前記本体部の幅よりも大きい、請求項９または１０に記載の光検出器。
【請求項１２】
前記固定台は、前記光検出素子を保持する本体部を有し、
前記第１固定部材または前記第２固定部材のいずれかの幅が、前記本体部の幅よりも小さい、請求項９または１０に記載の光検出器。
【請求項１３】
前記基板の取付け面に接触した状態で前記基板に固定され、前記光ファイバを載置する載置面を有し、前記載置面上に位置する前記光ファイバと前記基板とを接続する接続部材と、
前記光検出素子を前記基板に固定し、温度変化に伴って少なくとも上下方向に伸縮する固定台と、をさらに備え、
前記固定台は、
少なくとも１つの開口部と、
前記取付け面に接触した状態で固定される接触面と、を有し、
前記光ファイバの一部は、前記開口部を通じて前記固定台の内側に収容され、
前記載置面は、少なくとも前記光ファイバを挟んで前記光検出素子と対向する部分に配置され、
前記載置面上に位置する前記光ファイバと前記光検出素子との間の上下方向の距離が所定の範囲内となるように、前記接続部材が温度変化に伴って少なくとも上下方向に伸縮する、請求項１から３または５から１２のいずれか１項に記載の光検出器。
【請求項１４】
前記固定台は、上下方向における前記光検出素子の前記取付け面に対する位置を決める位置決め部を有し、
前記接続部材を形成する材質の線膨張係数をαａ、前記固定台を形成する材質の線膨張係数をαｂとし、
前記接続部材のうち前記光ファイバが載置されている部分における上下方向の厚みをＨａ０、前記接触面から前記位置決め部までの上下方向の長さをＨｂ０とするとき、
αａ×Ｈａ０（αａ×Ｈａ０−２×αｂ×Ｈｂ０）＜０
を満足する、請求項１３に記載の光検出器。
【請求項１５】
αｂ×Ｈｂ０の値とαａ×Ｈａ０の値とが略同値である、請求項１４に記載の光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出器および光検出器の製造方法に関する。
本願は、２０１７年２月２日に日本に出願された、特願２０１７−０１７４３０号、特願２０１７−０１７４７６号、特願２０１７−０１７４７７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１に示されるような光検出器が知られている。この光検出器は、光ファイバによって導波される光の散乱光を検出する光検出素子を備えている。
この種の光検出器では、散乱光の検出結果が光検出素子と光ファイバとの相対的な位置によって変化するため、光検出素子と光ファイバとを固定部材などによって固定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特表２０１３−５０８６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、雰囲気温度の変化などによって固定部材の温度が変化すると、固定部材が膨張あるいは収縮することにより、光検出素子と光ファイバとの相対的な位置にずれが生じる場合がある。この結果、固定部材の温度変化に伴って散乱光の検出結果が変化してしまう。【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、温度変化に起因する光検出素子と光ファイバとの相対的な位置ずれを抑制できる光検出器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】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る光検出器は、基板と、前記基板上に載置された光ファイバと、前記基板に対して固定され、前記光ファイバによって導波される光の散乱光を検出する光検出素子と、を備えている。【０００７】
また、本発明の第２の態様に係る光検出器は、第１の態様に係る光検出器が、前記光ファイバを前記基板に対して固定する第１固定部材および第２固定部材をさらに備え、前記第１固定部材は、前記光ファイバの延びる長手方向において前記光検出素子を挟んだ前記第２固定部材の反対側に配置され、前記第１固定部材のうち、上面視において、前記長手方向に直交する短手方向に前記光ファイバを挟む一方側の部分における体積をＶ１、他方側の部分における体積をＶ２とし、前記第２固定部材のうち、上面視において、前記短手方向における前記光ファイバの前記一方側の部分における体積をＶ３、前記他方側の部分における体積をＶ４とするとき、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＜Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４を満足する。【０００８】
上記第２の態様によれば、第１固定部材および第２固定部材が、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＜Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４のいずれか一方を満足するように構成されているため、温度変化に伴って光ファイバが光検出素子に対して回転移動する。これにより、例えば光検出器がＶ１＞Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４となるように構成され、光ファイバが光検出素子に対して平行移動する場合と比較して、温度変化に伴う光ファイバと光検出素子との相対的な位置のずれを小さくすることができる。【０００９】
本発明の第３の態様に係る光検出器は、上記第２の態様に係る光検出器において、前記第１固定部材を形成する材質の線膨張係数をα１とし、前記第２固定部材を形成する材質の線膨張係数をα２とし、上面視において、前記短手方向における前記第１固定部材の重心と前記光ファイバとの距離をＸ１とし、前記短手方向における前記第２固定部材の重心と前記光ファイバとの距離をＸ２とするとき、α１／α２＝Ｘ２／Ｘ１を満足する。【００１０】
上記第３の態様によれば、温度変化に伴って光ファイバが光検出素子の近傍を中心に回転するため、光検出素子と光ファイバとの相対的な位置のずれをより確実に低減することができる。【００１１】
本発明の４の態様に係る光検出器の製造方法は、基板と、前記基板上に載置された光ファイバと、前記基板に対して固定され、前記光ファイバによって導波される光の散乱光を検出する光検出素子と、前記光ファイバを前記基板に対して固定する第１固定部材および第２固定部材と、を備え、前記第１固定部材が、前記光ファイバの延びる長手方向において前記光検出素子を挟んだ前記第２固定部材の反対側に配置される光検出器の製造方法であって、前記第１固定部材となる樹脂を前記基板および前記光ファイバに塗布する第１塗布工程と、上面視において、前記第１固定部材のうち、前記長手方向に直交する短手方向に前記光ファイバを挟む一方側の部分の体積Ｖ１および他方側の部分の体積Ｖ２を検出する体積検出工程と、前記体積検出工程における検出結果に基づいて、前記第２固定部材となる樹脂を前記基板および前記光ファイバに塗布する第２塗布工程と、を有し、上面視において、前記第２固定部材のうち、前記短手方向に前記光ファイバを挟む前記一方側の部分における体積をＶ３、前記他方側の部分における体積をＶ４とするとき、前記第２塗布工程では、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＜Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４を満足するように前記第２固定部材となる樹脂の吐出量を制御する。【００１２】
上記第４の態様の製造方法によれば、第１固定部材の体積Ｖ１、Ｖ２の検出結果に基づいて第２固定部材となる樹脂を吐出するため、例えば第１固定部材が光ファイバに対して短手方向に偏って塗布された場合に、温度変化に伴う光検出素子と光ファイバとの相対的な位置のずれを低減するように第２固定部材となる樹脂の吐出量を制御して、第２固定部材を形成することができる。【００１３】
本発明の第５の態様に係る光検出器は、上記第１から第３のいずれか１つの態様に係る光検出器が、前記光ファイバを前記基板に対して固定する第１固定部材および第２固定部材をさらに備え、前記第１固定部材は、前記光ファイバの延びる長手方向において前記光検出素子を挟んだ前記第２固定部材の反対側に配設され、前記第１固定部材は正の線膨張係数を有する材質により形成され、前記第２固定部材は負の線膨張係数を有する材質により形成されている。【００１４】
上記第５の態様の光検出器によれば、光ファイバは基板に対して第１固定部材および第２固定部材によって固定されている。また、第１固定部材は正の線膨張係数を有する材質により形成されており、第２固定部材は負の線膨張係数を有する材質により形成されている。このため、第１固定部材および第２固定部材に温度変化が生じた場合、第１固定部材および第２固定部材のうち一方は収縮し、他方は膨張する。そして、第１固定部材および第２固定部材は、光ファイバの長手方向において光検出素子を挟んだ両側に配設されている。これにより、例えば第１固定部材および第２固定部材の両者が正の線膨張係数を有する材質で形成されている場合に、第１固定部材および第２固定部材の両者が膨張することにより生じる光ファイバと光検出素子との相対的な位置ずれを抑制することができる。また、例えば第１固定部材および第２固定部材の両者が負の線膨張係数を有する材質で形成されている場合に、第１固定部材および第２固定部材の両者が収縮することによって、光ファイバに張力が作用するのを抑止することができる。【００１５】
本発明の第６の態様に係る光検出器は、上記第５の態様に係る光検出器において、前記第２固定部材が、前記長手方向に負の線膨張係数を有する材質により形成されている。【００１６】
本発明の第７の態様に係る光検出器は、上記第５または第６の態様に係る光検出器において、前記第２固定部材を形成する材質の線膨張係数の絶対値が、前記第１固定部材を形成する材質の線膨張係数の絶対値より大きい。【００１７】
上記第７の態様によれば、光検出器の温度が上昇した際に、第２固定部材の収縮量が第１固定部材の膨張量を上回るため、第１固定部材と第２固定部材との間で、例えば上下方向または左右方向に光ファイバが撓み、光検出素子に対する位置が変化するのをより確実に抑制することができる。【００１８】
本発明の第８の態様に係る光検出器は、上記第５から第７のいずれか１つの態様に係る光検出器において、前記第１固定部材を形成する材質の線膨張係数をαＡとし、前記第２固定部材を形成する材質の線膨張係数の絶対値をαＢとし、前記第１固定部材の重心と前記光ファイバとの距離をＸ０Ａとし、前記第２固定部材の重心と前記光ファイバとの距離をＸ０Ｂとするとき、αＡ／αＢの値とＸ０Ｂ／Ｘ０Ａの値とが略同値である。【００１９】
上記第８の態様によれば、光ファイバが理想的な設計位置からずれて配置されていた場合に、温度変化に伴って光ファイバが光検出素子の近傍を中心に回転するように移動するため、温度に応じた光ファイバの光検出素子に対する距離の変化量をより一層低減することができる。これにより、光検出素子による検出結果の温度依存性をより一層低減することができる。【００２０】
本発明の第９の態様に係る光検出器は、上記第１から第３または第５から第８のいずれか１つの態様に係る光検出器が、前記光ファイバを前記基板に対して固定する第１固定部材および第２固定部材と、前記光検出素子を前記基板に固定する固定台と、をさらに備え、前記固定台は、少なくとも１つの開口部を有し、前記光ファイバの一部は、前記開口部を通じて前記固定台の内側に収容され、少なくとも１つの前記開口部が、前記第１固定部材または前記第２固定部材のいずれかによって閉塞されている。【００２１】
上記第９の態様によれば、光ファイバを固定台の内側に導入するための開口部が、固定部材によって閉塞されている。このため、開口部を通じて固定台の内部に埃などが進入し、光検出素子による散乱光の検出結果に影響が及ぼされるのを抑制することができる。【００２２】
本発明の第１０の態様に係る光検出器は、上記第９の態様に係る光検出器において、前記第１固定部材または前記第２固定部材のいずれかの一部が、前記固定台の内側に位置している。【００２３】
上記第１０の態様によれば、第１固定部材または第２固定部材による、光ファイバを基板に固定する効果を、より一層高めることができる。また、光検出素子の受光面と光ファイバとが対向する空間内に、埃などが進入するのをより確実に抑制することができる。そして、光検出素子による散乱光の検出結果をより安定させることができる。【００２４】
本発明の第１１の態様に係る光検出器は、上記第９または第１０の態様に係る光検出器において、前記固定台は、前記光検出素子を保持する本体部を有し、前記第１固定部材または前記第２固定部材のいずれかの幅が、前記本体部の幅よりも大きい。【００２５】
上記第１１の態様によれば、第１固定部材または第２固定部材と基板との接触面積が大きくなる。従って、第１固定部材または第２固定部材と基板との接続強度が増加し、光ファイバを基板により一層確実に固定することができる。【００２６】
本発明の第１２の態様に係る光検出器は、上記第９または第１０の態様に係る光検出器において、前記固定台は、前記光検出素子を保持する本体部を有し、前記第１固定部材または前記第２固定部材のいずれかの幅が、前記本体部の幅よりも小さい。【００２７】
上記第１２の態様によれば、基板のうち、第１固定部材または第２固定部材により覆われた部分の面積が小さくなる。従って、基板のうち、他の部品を実装可能な面積が増加するので、部品の実装密度を高めることができる。【００２８】
本発明の第１３の態様に係る光検出器は、上記第１から第３または第５から第１２のいずれか１つの態様に係る光検出器が、前記基板の取付け面に接触した状態で前記基板に固定され、前記光ファイバを載置する載置面を有し、前記載置面上に位置する前記光ファイバと前記基板とを接続する接続部材と、前記光ファイバによって導波される光の散乱光を検出する光検出素子と、前記光検出素子を前記基板に固定し、温度変化に伴って少なくとも上下方向に伸縮する固定台と、をさらに備え、前記固定台は、少なくとも１つの開口部と、前記取付け面に接触した状態で固定される接触面と、を有し、前記光ファイバの一部は、前記開口部を通じて前記固定台の内側に収容され、前記載置面は、少なくとも前記光ファイバを挟んで前記光検出素子と対向する部分に配置され、前記載置面上に位置する前記光ファイバと前記光検出素子との間の上下方向の距離が所定の範囲内となるように、前記接続部材が温度変化に伴って少なくとも上下方向に伸縮する。【００２９】
上記第１３の態様に係る光検出器によれば、光検出素子が固定台を介して基板に固定されており、固定台の接触面が基板の取付け面に接触した状態で固定されている。このため、光検出器の温度が上昇若しくは低下すると、固定台が熱膨張若しくは熱収縮して、光検出素子が基板の取付け面に対して上下方向に移動する。
一方、光ファイバは接続部材の載置面上に載置され、この接続部材は基板の取付け面に接触した状態で固定されており、載置面上に位置する光ファイバと基板とを接続する。さらに、載置面は少なくとも光ファイバを挟んで光検出素子と対向する部分に配置されている。そして、接続部材は、載置面に載置された光ファイバと光検出素子との間の上下方向の距離が所定の範囲内になるように、温度変化に伴って少なくとも上下方向に伸縮する。これにより、例えば光ファイバが基板の取付け面上に直接載置されている場合と比較して、温度変化に起因する光検出素子と光ファイバとの上下方向における相対的な位置ずれを抑制することができる。【００３０】
本発明の第１４の態様に係る光検出器は、上記第１３の態様に係る光検出器において、前記固定台は、上下方向における前記光検出素子の前記取付け面に対する位置を決める位置決め部を有し、前記接続部材を形成する材質の線膨張係数をαａ、前記固定台を形成する材質の線膨張係数をαｂとし、前記接続部材のうち前記光ファイバが載置されている部分における上下方向の厚みをＨａ０、前記接触面から前記位置決め部までの上下方向の長さをＨｂ０とするとき、αａ×Ｈａ０（αａ×Ｈａ０−２×αｂ×Ｈｂ０）＜０を満足する。【００３１】
上記第１４の態様によれば、接続部材および固定台がαａ×Ｈａ０（αａ×Ｈａ０−２×αｂ×Ｈｂ０）＜０を満足するように構成されている。これにより、接続部材の熱膨張量若しくは熱収縮量が固定台の熱膨張量若しくは熱収縮量を過剰に上回り、接続部材を設けたことでかえって光検出素子および光ファイバの温度変化に起因する上下方向の相対的な位置ずれが大きくなってしまうのを抑止し、上記した光検出器による作用効果をより確実に奏功させることができる。【００３２】
本発明の第１５の態様に係る光検出器は、上記第１４の態様に係る光検出器において、αｂ×Ｈｂ０の値とαａ×Ｈａ０の値とが略同値である。【００３３】
上記第１５の態様によれば、固定台が熱膨張若しくは熱収縮することで光検出素子が基板の取付け面に対して上下方向に移動する量と、接続部材が熱膨張若しくは熱収縮することで光ファイバが基板の取付け面に対して上下方向に移動する量と、が略同等となる。これにより、温度変化が生じたとしても光検出素子および光ファイバが上下方向における相対的な位置関係を保ったまま変位することとなり、温度変化に起因する両者の上下方向における相対的な位置ずれをより一層確実に抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の上記態様によれば、温度変化に起因する光検出素子と光ファイバとの相対的な位置ずれを抑制できる光検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１実施形態の光検出器を備えたレーザシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の光検出器の斜視図である。
【図３】第１実施形態の光検出器の上面図である。
【図４】図３の光検出器のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図５】図３の光検出器のＢ−Ｂ断面矢視図である。
【図６Ａ】第１固定部材および第２固定部材が−Ｘ側に偏って形成された、比較例の光検出器を示す上面図であり、温度変化前の状態を示す。
【図６Ｂ】図６Ａの温度変化後の状態を示す図である。
【図７Ａ】本実施形態の光検出器の上面図であり、温度変化前の状態を示す。
【図７Ｂ】図７Ａの温度変化後の状態を示す図である。
【図８】第１実施形態の光検出器の上面図である。
【図９】第２実施形態の光検出器を備えたレーザシステムの構成を示すブロック図である。
【図１０】第２実施形態の光検出器の斜視図である。
【図１１】第２実施形態の光検出器の上面図である。
【図１２】図１１の光検出器のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図１３】図１１の光検出器のＢ−Ｂ断面矢視図である。
【図１４Ａ】比較例の光検出器の温度が上昇した場合の説明図である。
【図１４Ｂ】第２実施形態の光検出器の温度が上昇した場合の説明図である。
【図１５Ａ】図１１に示す光検出器において、光ファイバの位置がずれた状態を示す上面図であり、温度変化前の状態を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ａの温度変化後の状態を示す図である。
【図１６】第３実施形態の光検出器を備えたレーザシステムの構成を示すブロック図である。
【図１７】第３実施形態の光検出器の斜視図である。
【図１８】第３実施形態の光検出器の上面図である。
【図１９】図１８の光検出器のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図２０】図１８の光検出器のＢ−Ｂ断面矢視図である。
【図２１】温度に応じた光検出素子による検出値の変動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る光検出器の構成を、図１〜図８を参照しながら以下に説明する。
なお、発明の理解を容易にするため、図１〜図８では構成部品の縮尺の変更などを適宜行っている。
図１は、本実施形態に係る光検出器１Ａを備えたレーザシステムの構成を示すブロック図である。
図１に示す通り、レーザシステムＬＳは、複数のレーザ装置３１、コンバイナ３２（合波装置）、光ファイバＦ１０（出力光ファイバ）、光検出器１Ａ、及び制御装置３３（制御部）を備える。レーザシステムＬＳは、光ファイバＦ１０の出力端Ｘから出力光Ｌ１１（レーザ光）を出力する。
【００３７】
レーザ装置３１は、制御装置３３の制御の下で、レーザ光を出力する装置である。
コンバイナ３２は、複数のレーザ装置３１から出力される複数の出力光Ｌ１を光学的に結合する。コンバイナ３２の内部では、レーザ装置３１の各々から延びる光ファイバＦが束ねられて１本にされており（溶融延伸により１本にされており）、その１本にされた光ファイバが光ファイバＦ１０の一端に融着接続されている。光ファイバＦ１０は、伝送媒体として機能する光ファイバであり、出力光Ｌ１１（レーザ装置３１の各々から出力される複数の出力光Ｌ１をコンバイナ３２で光学的に結合して得られる光）を導波する。光ファイバＦ１０によって導波された出力光Ｌ１１は、光ファイバＦ１０の出力端Ｘから出力される。
制御装置３３は、後述する光検出器１Ａの後述する検出結果に基づいて、出力端Ｘから出力される出力光Ｌ１１のパワーが一定となるように複数のレーザ装置３１を制御する。
【００３８】
光検出器１Ａは、コンバイナ３２と出力端Ｘとの間に配置され、光ファイバＦ１０によって導波される光のパワーを検出する。なお、光検出器１Ａはレーザ装置３１とコンバイナ３２との間に配置されて、光ファイバＦによって導波される光のパワーを検出してもよい。
【００３９】
図２は、光検出器１Ａの斜視図である。図２に示すように、光検出器１Ａは、基板２と、基板２上に載置された光ファイバＦ１０若しくは光ファイバＦ（以下、単に光ファイバＦ１０と記す）と、第１固定部材３と、第２固定部材４と、固定台５と、光検出素子６と、を備えている。
【００４０】
ここで、本実施形態ではＸＹＺ直交座標系を設定して各構成の位置関係を説明する。Ｙ方向は、温度変化によって光ファイバＦ１０が移動する前の状態における、光ファイバＦ１０の延在する方向（長手方向）である。Ｚ方向は、基板２の光ファイバＦ１０が載置されている面に垂直な方向（上下方向）である。Ｚ方向において、基板２の光ファイバＦ１０が載置されている側を上側といい、その反対側を下側という。Ｘ方向（短手方向）は、Ｙ方向およびＺ方向の双方向に直交する方向である。
また、上面視（平面視）において、Ｘ方向に光ファイバＦ１０を挟む一方側を−Ｘ側といい、他方側を＋Ｘ側という場合がある。
【００４１】
図３は光検出器１Ａの上面図である。図４は図３のＡ−Ａ断面矢視図であり、第２固定部材４の輪郭を２点鎖線により示している。図５は、図３のＢ−Ｂ断面矢視図である。
図２などに示すように、固定台５は、光検出素子６を保持する本体部５１と、固定台５を基板２に締結するための締結部５２と、を有している。固定台５の締結部５２はネジ８によって基板２に固定されている。固定台５は、奥行き２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、高さ８ｍｍの略直方体状に形成されている。固定台５の材質として、例えば艶消し黒アルマイトにより表面処理されたアルミニウムを用いることができる。図４、図５に示すように、固定台５には貫通孔５ａと、溝部５ｂとが形成されている。貫通孔５ａは、固定台５の本体部５１をＺ方向に貫通しており、基板２に対して垂直に延びている。溝部５ｂは、固定台５の本体部５１の底面に形成され、固定台５のＸ方向における全長にわたって延びている。図４、図５に示すように、溝部５ｂのＸ方向の幅及びＺ方向の高さは光ファイバＦ１０の直径よりも大きい。
【００４２】
図５に示すように、固定台５は、溝部５ｂの開口部５ｂ１、５ｂ２を有している。光ファイバＦ１０の一部は、開口部５ｂ１、５ｂ２を通じて溝部５ｂ内に導入され、固定台５の内側に収容されている。第１開口部５ｂ１は第１固定部材３によって閉塞され、第２開口部５ｂ２は第２固定部材４によって閉塞されている。第１固定部材３の一部は、第１開口部５ｂ１を通じて溝部５ｂ内に入り込んでおり、固定台５の内側に位置している。第２固定部材４の一部は、第２開口部５ｂ２を通じて溝部５ｂ内に入り込んでおり、固定台５の内側に位置している。
【００４３】
光検出素子６には、図５に示すように、円柱部６ａおよびフランジ部６ｂが形成されている。円柱部６ａはＺ方向に延びており、フランジ部６ｂはＺ方向に直交する平面内に延在している。円柱部６ａが固定台５の貫通孔５ａ内に嵌合することにより、光検出素子６の固定台５に対するＸ方向およびＹ方向の位置が定まる。また、フランジ部６ｂの下面が固定台５の上面に当接した状態で、光検出素子６はネジ７により固定台５に固定されている。これにより、光検出素子６の固定台５に対するＺ方向の位置が定まる。
【００４４】
以上の構成により、光検出素子６は、固定台５に対するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置が定まった状態で、固定台５に固定されている。また、固定台５はネジ８によって基板２に固定されているため、光検出素子６は固定台５を介して基板２に固定される。つまり、固定台５は光検出素子６を基板２に固定する。これにより、光検出素子６の円柱部６ａの下端面（以下、受光面６ｃという）と光ファイバＦ１０の外周面との距離Ｌが定まる。
【００４５】
光検出素子６は、受光面６ｃにおいて光ファイバＦ１０からの散乱光（例えばレイリー散乱光）を受光することにより、散乱光の強度を電力に変換する。この電力は不図示の電気回路基板上で増幅され、制御装置３３に入力される。これにより、制御装置３３は光ファイバＦ１０によって導波される光のパワーをリアルタイムにモニタリングすることができる。光検出素子６としては、例えばＰＩＮフォトダイオードを用いることができる。光検出素子６としてＰＩＮフォトダイオードを用いた場合には、光ファイバＦ１０の外周面から受光面６ｃまでの距離Ｌは数ｍｍ程度に設定される。
【００４６】
第１固定部材３および第２固定部材４は、光ファイバＦ１０を基板２に対して固定する。第１固定部材３および第２固定部材４は、Ｘ方向において光検出素子６を挟んだ両側に配置されている。第１固定部材３および第２固定部材４は、図２〜図５に示すように、略球状を４分割した形状に形成されている。第１固定部材３および第２固定部材４の一部分はそれぞれ、固定台５の溝部５ｂ内に進入している。
【００４７】
図４に示すように、第１固定部材３または第２固定部材４のＸ方向における幅を、幅Ｗ１と表す。本体部５１のＸ方向における幅を、幅Ｗ２と表す。図２および図４に示すように、本体部５１のうち、第１開口部５ｂ１または第２開口部５ｂ２を有する端面を、端面５１ａと表す。端面５１ａは、Ｙ方向を向いている。図４に示すように、Ｙ方向（光ファイバＦ１０の長手方向）から見て、Ｘ方向（端面５１ａの面方向に略直交する方向）における第１固定部材３または第２固定部材４の幅Ｗ１は、Ｘ方向における本体部５１の幅Ｗ２よりも大きい。
【００４８】
本体部５１のうち、Ｙ方向（端面５１ａの面方向）における第１固定部材３または第２固定部材４の幅を、幅Ｗ３と表す。本実施形態では、第１固定部材３または第２固定部材４についての幅Ｗ１および幅Ｗ３が、本体部５１についての幅Ｗ２よりも大きい。これにより、第１固定部材３または第２固定部材４と基板２との接触面積が大きくなる。従って、第１固定部材３または第２固定部材４と基板２との接続強度が増加し、光ファイバＦ１０を基板２により一層確実に固定することができる。
【００４９】
第１固定部材３および第２固定部材４はそれぞれ、正の線膨張係数を有する材質により形成されている。これらの固定部材の材質としては、例えば線膨張係数が３００×１０−６［／Ｋ］程度のシリコン樹脂などを用いることができる。なお、第１固定部材３および第２固定部材４の具体的な材質は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００５０】
図２〜図５に示すように、光検出素子６の受光面６ｃと、光ファイバＦ１０と、が対向する空間は、光検出素子６、固定台５、第１固定部材３、および第２固定部材４により密閉されている。より詳しくは、固定台５に形成された溝部５ｂの開口部５ｂ１、５ｂ２を、第１固定部材３および第２固定部材４が閉塞している。
この構成により、光検出素子６の受光面６ｃと光ファイバＦ１０とが対向する空間内に埃などが進入して、光検出素子６による散乱光の検出結果に影響が及ぼされるのを抑制することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、第１固定部材３または第２固定部材４のいずれかの一部が、固定台５の内側に位置している。この構成により、第１固定部材３または第２固定部材４のいずれかの一部が、固定台５の内側に位置していない場合と比べて、光ファイバＦ１０を基板２に固定する効果を、より一層高めることができる。また、固定台５の内側に、埃などが進入するのをより確実に抑制することができる。そして、光検出素子６による散乱光の検出結果をより安定させることができる。なお、第１固定部材３または第２固定部材４のいずれかの一部が、固定台５の内側に位置していなくてもよい。
【００５２】
ところで、図３は第１固定部材３および第２固定部材４が、光検出素子６の検出結果の温度依存性が小さくなるような形状に形成された場合を示している。具体的には、上面視において、第１固定部材３のうち、Ｘ方向に光ファイバＦ１０を挟む一方側（−Ｘ側）の部分における体積Ｖ１と、他方側（＋Ｘ側）の部分における体積Ｖ２と、が互いに同等となっている。同様に、上面視において、第２固定部材４のうちＸ方向に光ファイバＦ１０を挟む一方側（−Ｘ側）の部分における体積Ｖ３と、他方側（＋Ｘ側）の部分における体積Ｖ４と、が同等となっている。つまり、Ｖ１＝Ｖ２かつ、Ｖ３＝Ｖ４となるように第１固定部材３および第２固定部材４が形成されているため、光検出素子６の温度依存性が小さい。このとき、図３に示すように、第１固定部材３の重心Ｃ３および第２固定部材４の重心Ｃ４が光ファイバＦ１０上に位置する。この理想的な状態における重心Ｃ３、Ｃ４を結ぶ直線を中心線Ｏという。
【００５３】
ここで、第１固定部材３および第２固定部材４は溶融した樹脂を硬化させて形成するため、例えば第１固定部材３および第２固定部材４が、短手方向における同じ側に偏って形成される場合がある。
例えば図６Ａに示すように、第１固定部材３および第２固定部材４が、光ファイバＦ１０に対して−Ｘ側にずれた位置に形成された場合について考える。この場合、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４となり、各固定部材の重心Ｃ３、Ｃ４は−Ｘ側にずれる。
【００５４】
図６Ｂは、図６Ａの状態から温度が上昇して、第１固定部材３および第２固定部材４が熱膨張した状態を示している。図６Ｂの実線は、第１固定部材３、第２固定部材４、および光ファイバＦ１０の熱膨張後の位置および形状を示しており、破線は熱膨張前を示している。
図６Ｂに示すように、第１固定部材３および第２固定部材４の熱膨張に伴って、光ファイバＦ１０は＋Ｘ側に移動する。これは、第１固定部材３および第２固定部材４が重心Ｃ３、Ｃ４を中心として膨張するためである。そして、熱膨張に伴う光ファイバＦ１０の移動量ΔＸは、温度に比例するため、光ファイバＦ１０と光検出素子６との間の距離が温度によって変化する。これにより、光検出器１Ａの温度に応じて光検出素子６の検出結果が異なり、温度依存性が生じてしまう。
【００５５】
そこで本実施形態の光検出器１Ａは、上記の温度依存性を低減するために、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３≦Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４のいずれか一方を満足するように第１固定部材３および第２固定部材４を形成している。以下、光検出器１Ａの製造方法について、図７Ａ、図７Ｂを用いて説明する。
【００５６】
光検出器１Ａを製造する際、まず、基板２の上面に光ファイバＦ１０を載置する。次に、固定台５の溝部５ｂ内に光ファイバＦ１０を沿わせた状態で、固定台５を基板２に対してネジ８により固定する。次に、光検出素子６を固定台５に対してネジ７により固定する。
次に、加熱して溶融した第１固定部材３となる樹脂を、図７Ａに示すノズルＮ１の先端から吐出し、基板２および光ファイバＦ１０上に塗布する。第１固定部材３となる樹脂の塗布量は、例えば０．５ｍｌ程度である。塗布された樹脂が冷却され、固まることで、第１固定部材３が形成される（第１塗布工程）。
【００５７】
ここで、ノズルＮ１の先端は、光ファイバＦ１０の直上に配置されている。図７Ａの例では、第１固定部材３が−Ｘ側に偏って形成され、Ｖ１＞Ｖ２となった状態を示している。このとき、第１固定部材３の重心Ｃ３は−Ｘ側にずれている。
【００５８】
次に、形成された第１固定部材３のうち、光ファイバＦ１０の−Ｘ側の部分における体積Ｖ１と、＋Ｘ側の部分における体積Ｖ２と、を検出する（体積検出工程）。体積Ｖ１、Ｖ２は、例えば、不図示の画像認識装置により検出することができる。なお、体積検出工程では、第１固定部材３が硬化する前に体積Ｖ１、Ｖ２を検出してもよく、硬化した後に体積Ｖ１、Ｖ２を検出してもよい。
【００５９】
次に、第２固定部材４となる樹脂を、光ファイバＦ１０の＋Ｘ側および−Ｘ側の両側に各別に配置された複数のノズルＮ２、Ｎ３からそれぞれ吐出し、基板２および光ファイバＦ１０上に塗布する（第２塗布工程）。第２固定部材４となる樹脂の、ノズルＮ２、Ｎ３から吐出される量の合計は、例えば０．５ｍｌ程度である。ノズルＮ２、Ｎ３の先端部（吐出孔）はそれぞれ、光ファイバＦ１０から＋Ｘ側および−Ｘ側に等間隔を空けて配置されている。ノズルＮ２、Ｎ３から吐出された樹脂は光ファイバＦ１０近傍で合流し、これが冷却されて第２固定部材４が形成される。
【００６０】
ここで、各ノズルＮ２、Ｎ３のうち少なくとも一方の吐出量は、体積検出工程における検出結果に基づいて制御される。詳しくは、例えば体積検出結果がＶ１＞Ｖ２であった場合は、ノズルＮ２からの吐出量がノズルＮ３からの吐出量よりも大きくなるように制御される。これにより、図７Ａに示すように、第２固定部材４が＋Ｘ側に偏って形成され、Ｖ３＜Ｖ４となる。このとき、第２固定部材４の重心Ｃ４は＋Ｘ側にずれる。
なお、体積検出結果がＶ１＜Ｖ２であった場合は、Ｖ３＞Ｖ４となるようにノズルＮ２、Ｎ３からの吐出量が制御される。また、体積検出結果がＶ１＝Ｖ２であった場合は、Ｖ３＝Ｖ４となるようにノズルＮ２、Ｎ３からの吐出量が制御してもよい。
【００６１】
次に、このようにして製造された光検出器１Ａの作用について説明する。
【００６２】
図７Ｂは、図７Ａの状態から光検出器１Ａの温度が上昇し、第１固定部材３および第２固定部材４が熱膨張した状態を示している。図７Ｂに示すように、第１固定部材３は重心Ｃ３を中心として膨張するため、光ファイバＦ１０を＋Ｘ側に向けて移動させる。一方、第２固定部材４は重心Ｃ４を中心として膨張するため、光ファイバＦ１０を−Ｘ側に向けて移動させる。
【００６３】
これにより、光ファイバＦ１０が光検出素子６の近傍の点Ｐを中心に回転するため、例えば図６ＡのようにＶ１＞Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４となっている場合と比較して、光ファイバＦ１０の光検出素子６に対する移動量を低減することができる。
なお、上述した作用は、光検出器１ＡがＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４となるように構成されている場合であっても奏功される。
【００６４】
次に、図８に示すように、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＜Ｖ４となっている場合に、第１固定部材３および第２固定部材４の線膨張係数と、重心Ｃ３、Ｃ４に対する光ファイバＦ１０の位置の関係について考察する。
【００６５】
先述の通り、第１固定部材３および第２固定部材４は、温度変化に伴って、それぞれの重心Ｃ３、Ｃ４を中心に膨張若しくは収縮する。ここで、光検出素子６の温度依存性を低減するためには、光ファイバＦ１０が、光検出素子６の近傍である点Ｐを中心として回転するように移動させるのが好ましい。このように移動させることで、光ファイバＦ１０と光検出素子６の受光面６ｃとの位置関係の変化を最小限に抑えられるからである。
【００６６】
図８に示すように、上面視における第１固定部材３の重心Ｃ３と光ファイバＦ１０とのＸ方向の距離をＸ１とする。また、上面視における第２固定部材４の重心Ｃ４と光ファイバＦ１０とのＸ方向の距離をＸ２とする。また、第１固定部材３の線膨張係数をα１、第２固定部材４の線膨張係数をα２とする。
ここで、図８に示す状態からΔＴの温度変化があった後の、重心Ｃ３と光ファイバＦ１０とのＸ方向の距離をＸ１ΔＴとし、重心Ｃ４と光ファイバＦ１０とのＸ方向の距離をＸ２ΔＴとする。
【００６７】
このとき、Ｘ１ΔＴおよびＸ２ΔＴは以下の数式（１）、（２）により表すことができる。
Ｘ１ΔＴ＝Ｘ１×（α１×ΔＴ＋１）  …（１）
Ｘ２ΔＴ＝Ｘ２×（α２×ΔＴ＋１）  …（２）
【００６８】
そして、光ファイバＦ１０が点Ｐを中心に回転するための条件は以下の数式（３）により表すことができる。
Ｘ１ΔＴ＝Ｘ２ΔＴ  …（３）
数式（３）の両辺に数式（１）、（２）を代入して整理すると、以下の数式（４）が得られる。
α１／α２＝Ｘ２／Ｘ１  …（４）
【００６９】
上記数式（４）を満たすように各条件を設定することにより、光ファイバＦ１０が光検出素子６の近傍の点Ｐを中心に回転するため、散乱光の検出結果の温度依存性を低減することができる。
なお、第１固定部材３および第２固定部材４は、両者が正の線膨張係数を有する材質に形成されていてもよく、両者が負の線膨張係数を有する材質により形成されていてもよい。負の線膨張係数を有する材質としては、例えば日本国特許第５６９９４５４号公報に記載されているような合成樹脂を用いることができる。
第１固定部材３および第２固定部材４の両者を負の線膨張係数を有する材質により形成した場合には、例えば光検出器１Ａの温度が上昇した際に各固定部材が膨張することで、光ファイバＦ１０がたわむのを抑制することができる。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態の光検出器１Ａは、第１固定部材３および第２固定部材４の体積がＶ１＞Ｖ２かつＶ３≦Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４のいずれか一方を満足するように構成されることにより、温度変化に伴って光ファイバＦ１０が光検出素子６に対して回転移動する。これにより、例えばＶ１＞Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４となるように構成され、光ファイバＦ１０が光検出素子６に対して平行移動する場合と比較して、温度変化に伴う光ファイバＦ１０と光検出素子６との相対的な位置のずれを小さくすることができる。
さらに、α１／α２＝Ｘ２／Ｘ１を満足するように構成した場合には、光ファイバＦ１０が光検出素子６の近傍を中心に回転するため、温度変化に伴う光検出素子６と光ファイバＦ１０との相対的な位置のずれをより確実に低減することができる。
【００７１】
また、本実施形態の光検出器１Ａの製造方法によれば、第１固定部材３の体積Ｖ１、Ｖ２の検出結果に基づいて、光ファイバＦ１０の両側に配置された複数のノズルＮ２、Ｎ３から第２固定部材４となる樹脂を吐出するため、例えば第１固定部材３が光ファイバＦ１０に対してＸ方向に偏って塗布された場合に、温度変化に伴う光検出素子６と光ファイバＦ１０との相対的な位置のずれを低減するように複数のノズルＮ２、Ｎ３からの吐出量を制御して、第２固定部材４を形成することができる。
【００７２】
さらに、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＜Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４のいずれか一方を満足するように、複数のノズルＮ２、Ｎ３のうち少なくとも一つの吐出量を制御することで、温度変化に伴って光ファイバＦ１０が回転移動するように第１固定部材３および第２固定部材４が形成されるため、温度変化に伴う光ファイバＦ１０と光検出素子６との位置ずれをより確実に低減することができる。
【００７３】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００７４】
例えば、前記実施形態では、固定台５を用いて光検出素子６を基板２に固定したが、このような固定台５を用いず、他の構成によって光検出素子６を基板２に固定してもよい。
また、図７では、ノズルＮ２、Ｎ３の吐出孔はそれぞれ光ファイバＦ１０から短手方向に等間隔を空けて配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、ノズルＮ２、Ｎ３の吐出孔の位置を可変として、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＜Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４を満たすように、これらのノズルＮ２、Ｎ３の位置を移動させてもよい。
【００７５】
また、図７では、２つのノズルＮ２、Ｎ３から第２固定部材４となる樹脂を吐出する例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、中心線Ｏ上に吐出孔が位置する一つのノズルによって、第２固定部材４となる樹脂を吐出させて、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＜Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４のいずれか一方を満足するようにしてもよい。あるいは、ノズルＮ２またはノズルＮ３のうちのいずれか一方から第２固定部材４となる樹脂を吐出させることで、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＜Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４のいずれか一方を満足するようにしてもよい。
【００７６】
また、前記第１実施形態では、幅Ｗ１および幅Ｗ３が幅Ｗ２よりも大きかったが、この関係は異なっていてもよい。つまり、幅Ｗ１または幅Ｗ３が、幅Ｗ２より小さくてもよい。この場合、基板２のうち、第１固定部材３または第２固定部材４により覆われた部分の面積が小さくなる。従って、基板２に対する他の部品の実装面積が増加するので、部品の実装密度が向上した光検出器１Ａを実現することができる。
また、固定台５の本体部５１は、Ｙ方向における幅が極めて小さい板状に形成されていてもよい。この場合、固定台５は、溝部５ｂを有していなくてもよく、開口部５ｂ１、５ｂ２だけ設けられていてもよい。
【００７７】
（第２実施形態）
本実施形態に係る光検出器１Ｂの構成を、図９〜図１３を参照しながら以下に説明する。
なお、発明の理解を容易にするため、図９〜図１３では構成部品の縮尺の変更などを適宜行っている。
図９は、本実施形態に係る光検出器１Ｂを備えたレーザシステムＬＳの構成を示すブロック図である。
図９に示す通り、レーザシステムＬＳは、複数のレーザ装置３１、コンバイナ３２（合波装置）、光ファイバＦ１０（出力光ファイバ）、光検出器１Ｂ、及び制御装置３３（制御部）を備える。レーザシステムＬＳは、光ファイバＦ１０の出力端Ｘから出力光Ｌ１１（レーザ光）を出力する。
【００７８】
レーザ装置３１は、制御装置３３の制御の下で、レーザ光を出力する装置である。
コンバイナ３２は、複数のレーザ装置３１から出力される複数の出力光Ｌ１を光学的に結合する。コンバイナ３２の内部では、レーザ装置３１の各々から延びる光ファイバＦが束ねられて１本にされており（溶融延伸により１本にされており）、その１本にされた光ファイバが光ファイバＦ１０の一端に融着接続されている。光ファイバＦ１０は、伝送媒体として機能する光ファイバであり、出力光Ｌ１１（レーザ装置３１の各々から出力される複数の出力光Ｌ１をコンバイナ３２で光学的に結合して得られる光）を導波する。光ファイバＦ１０によって導波された出力光Ｌ１１は、光ファイバＦ１０の出力端Ｘから出力される。
制御装置３３は、後述する光検出器１Ｂの後述する検出結果に基づいて、出力端Ｘから出力される出力光Ｌ１１のパワーが一定となるように複数のレーザ装置３１を制御する。
【００７９】
光検出器１Ｂは、コンバイナ３２と出力端Ｘとの間に配設され、光ファイバＦ１０によって導波される光のパワーを検出する。なお、光検出器１Ｂはレーザ装置３１とコンバイナ３２との間に配設されて、光ファイバＦによって導波される光のパワーを検出してもよい。
【００８０】
図１０は、光検出器１Ｂの斜視図である。図１０に示すように、光検出器１Ｂは、基板２と、基板２上に載置された光ファイバＦ１０若しくは光ファイバＦ（以下、単に光ファイバＦ１０と記す）と、第１固定部材３と、第２固定部材４と、固定台５と、光検出素子６と、を備えている。
【００８１】
なお、本実施形態においては、温度変化によって光ファイバＦ１０が移動する前の状態における、光ファイバＦ１０が延在する方向を長手方向という。また、基板２の光ファイバＦ１０が載置されている面に垂直な方向を上下方向という。上下方向は長手方向に直交している。上下方向において、基板２の光ファイバＦ１０が載置されている側を上側といい、その反対側を下側という。また、長手方向および上下方向に直交する方向を左右方向という。
【００８２】
図１１は光検出器１Ｂの上面図である。図１２は図１１のＡ−Ａ断面矢視図であり、第２固定部材４の輪郭を２点鎖線により示している。図１３は、図１１のＢ−Ｂ断面矢視図である。
図１０などに示すように、固定台５はネジ８によって基板２に固定されている。固定台５は、奥行き２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、高さ８ｍｍの直方体状に形成されている。固定台５の材質として、例えば艶消し黒アルマイトにより表面処理されたアルミニウムを用いることができる。図１２、図１３に示すように、固定台５には貫通孔５ａと、溝部５ｂとが形成されている。貫通孔５ａは、固定台５を上下方向に貫通しており、基板２に対して垂直に延びている。溝部５ｂは、固定台５の底面に形成され、固定台５の長手方向における全長にわたって延びている。図１２、図１３に示すように、溝部５ｂの左右方向の幅及び上下方向の高さは光ファイバＦ１０の直径よりも大きい。
【００８３】
光検出素子６には、図１３に示すように、円柱部６ａおよびフランジ部６ｂが形成されている。円柱部６ａは上下方向に延びており、フランジ部６ｂは上下方向に直交する平面内に延在している。円柱部６ａが固定台５の貫通孔５ａ内に嵌合することにより、光検出素子６の固定台５に対する長手方向および左右方向の位置が定まる。また、フランジ部６ｂの下面が固定台５の上面に当接した状態で、光検出素子６はネジ７により固定台５に固定されている。これにより、光検出素子６の固定台５に対する上下方向の位置が定まる。
以上の構成により、光検出素子６は、固定台５に対する長手方向、左右方向、上下方向の位置が定まった状態で、固定台５に固定されている。また、固定台５はネジ８によって基板２に固定されているため、光検出素子６は固定台５を介して基板２に固定される。つまり、固定台５は光検出素子６を基板２に固定する。これにより、光検出素子６の円柱部６ａの下端面（以下、受光面６ｃという）と光ファイバＦ１０の外周面との距離Ｌが定まる。
【００８４】
光検出素子６は、受光面６ｃにおいて光ファイバＦ１０からの散乱光（例えばレイリー散乱光）を受光することにより、散乱光の強度を電力に変換する。この電力は不図示の電気回路基板上で増幅され、制御装置３３に入力される。これにより、制御装置３３は光ファイバＦ１０によって導波される光のパワーをリアルタイムにモニタリングすることができる。光検出素子６としては、例えばＰＩＮフォトダイオードを用いることができる。光検出素子６としてＰＩＮフォトダイオードを用いた場合には、光ファイバＦ１０の外周面から受光面６ｃまでの距離Ｌは数ｍｍ程度に設定される。
【００８５】
第１固定部材３および第２固定部材４は、光ファイバＦ１０を基板２に対して固定する。第１固定部材３および第２固定部材４は、長手方向において光検出素子６を挟んだ両側に配設されている。第１固定部材３および第２固定部材４は、図１０〜図１３に示すように、略球状を４分割した形状に形成されている。第１固定部材３および第２固定部材４の一部分はそれぞれ、固定台５の溝部５ｂ内に進入している。
【００８６】
第１固定部材３は、正の線膨張係数を有する材質により形成されている。第１固定部材３の材質としては、例えば線膨張係数が３００×１０−６［／Ｋ］程度のシリコン樹脂などを用いることができる。
第２固定部材４は、負の線膨張係数を有する材質（例えば、日本国特許第５６９９４５４号公報に記載されている材質）により形成されている。
なお、本実施形態における第２固定部材４は、長手方向に負の線膨張係数を有する材質により形成されている。また、本実施形態における第２固定部材４は、その線膨張係数の絶対値が第１固定部材３を形成する材質の線膨張係数の絶対値よりも大きい材質により形成されている。
なお、上記した第１固定部材３および第２固定部材４の材質は一例であり、それぞれ正の線膨張係数を有する材質および負の線膨張係数を有する材質であれば他の材質を用いてもよい。
【００８７】
なお、図１０〜図１３に示すように、光検出素子６の受光面６ｃと、光ファイバＦ１０と、が対向する空間は、光検出素子６、固定台５、第１固定部材３、および第２固定部材４により密閉されている。より詳しくは、固定台５に形成された溝部５ｂの開口部を、第１固定部材３および第２固定部材４が閉塞している。
この構成により、光検出素子６の受光面６ｃと光ファイバＦ１０とが対向する空間内に埃などが進入して、光検出素子６による散乱光の検出結果に影響が及ぼされるのを抑制することができる。
【００８８】
光検出器１Ｂを組み立てる場合、先ず基板２の上面に光ファイバＦ１０を載置する。次に、固定台５の溝部５ｂ内に光ファイバＦ１０を沿わせた状態で、固定台５を基板２に対してネジ８により固定する。次に、光検出素子６を固定台５に対してネジ７により固定する。次に、加熱して溶融した第１固定部材３および第２固定部材４を、固定台５の溝部５ｂにおける長手方向両端部の近傍に塗布する。第１固定部材３および第２固定部材４の塗布量は、例えば各０．５ｍｌ程度である。これにより、第１固定部材３および第２固定部材４は半径６ｍｍ程度の４分割された略球状に形成されるとともに、第１固定部材３および第２固定部材４の一部分が溝部５ｂに入り込む。第１固定部材３および第２固定部材４が冷却されて固化すると、光ファイバＦ１０が第１固定部材３および第２固定部材４によって基板２に対して固定される。
【００８９】
次に、以上のように構成された光検出器１Ｂの作用について、比較例の光検出器１００と対比させて説明する。
比較例の光検出器１００は、図１４Ａに示すように、光検出器１Ｂにおける第２固定部材４に代えて、第１固定部材３と同じ材質により形成された固定部材４０を備えている。
【００９０】
図１４Ａは、比較例の光検出器１００の温度が上昇した状態を示す図であり、第１固定部材３および固定部材４０の温度上昇に伴う変形前の形状を２点鎖線により示している。
第１固定部材３および固定部材４０は、正の線膨張係数を有する材質により形成されているため、図１４Ａに示すように温度の上昇に伴って膨張する。このため、光ファイバＦ１０のうち、第１固定部材３および固定部材４０により固定されている部分はいずれも光検出素子６に向けて長手方向に移動する。これにより、図１４Ａに示すように、光ファイバＦ１０のうち光検出素子６と上下方向に対向する部分が撓む場合がある。また、この撓みは上下方向に限らず、左右方向に生じる場合もある。これらの場合には、光ファイバＦ１０と光検出素子６の受光面６ｃとの間の距離が変化する。これにより、光検出素子６による散乱光の検出結果が変化してしまう。
また、温度が低下した場合には第１固定部材３および固定部材４０がともに収縮することにより、光ファイバＦ１０のうち光検出素子６と上下方向に対向する部分に、温度に依存した張力が作用する。この張力は、光検出素子６による散乱光の検出結果に影響を及ぼす場合がある。
以上により、比較例の光検出器１００では、光検出素子６による散乱光の検出結果に温度依存性が生じる。
【００９１】
一方、本実施形態の光検出器１Ｂでは、上記した温度依存性を低減することができる。
図１４Ｂは、図１３の光検出器１Ｂの温度が上昇した状態を示す図であり、第１固定部材３および第２固定部材４の温度上昇に伴う変形前の形状を２点鎖線により示している。
第１固定部材３は正の線膨張係数を有する材質により形成されているため、図１４Ｂに示すように温度の上昇に伴って膨張する。一方、第２固定部材４は負の線膨張係数を有する材質により形成されているため、図１４Ｂに示すように温度の上昇に伴って収縮する。これにより、第１固定部材３の膨張に伴って、光ファイバＦ１０のうち第１固定部材３により固定されている部分が光検出素子６側に長手方向に移動しても、第２固定部材４が収縮することでこの長手方向の移動を吸収し、光ファイバＦ１０が撓むのを抑止することができる。つまり、温度が上昇した場合には、光ファイバＦ１０のうち光検出素子６と上下方向に対向する部分が、第１固定部材３側から第２固定部材４側に向けて、図１４Ｂに示す矢印の方向に移動する。これにより、光ファイバＦ１０が撓むのを抑制することができる。
【００９２】
また、温度が低下した場合には第１固定部材３が収縮するとともに第２固定部材４が膨張し、光ファイバＦ１０のうち光検出素子６と上下方向に対向する部分が第２固定部材４側から第１固定部材３側に向けて長手方向に移動する。これにより、光ファイバＦ１０が撓むのを抑制することができる。
【００９３】
ここで、光ファイバＦ１０の位置が、設計上の理想的な位置からずれて固定された場合について考える。図１１は光ファイバＦ１０が設計上の理想的な位置にある場合を示している。設計上の理想的な位置とは、第１固定部材３の重心（以降、重心Ｃ３という）と第２固定部材４の重心（以降、重心Ｃ４という）を結ぶ中心線Ｏに沿った位置である。
一方、図１５Ａに示す状態では、光ファイバＦ１０の位置が、中心線Ｏからずれて位置している。より詳しくは、光ファイバＦ１０は重心Ｃ３からＸ０Ａずれており、重心Ｃ４からＸ０Ｂずれている。
【００９４】
図１５Ａのように、光ファイバＦ１０が中心線Ｏからずれた位置で固定されると、温度が上昇した場合、図１５Ｂに示すように光ファイバＦ１０の位置が変化する。詳しくは、第１固定部材３が膨張するのに伴い、光ファイバＦ１０のうち第１固定部材３に固定された部分が重心Ｃ３から遠ざかるように左右方向に移動する。そして、第２固定部材４が収縮するのに伴い、光ファイバＦ１０のうち第２固定部材４に固定された部分が重心Ｃ４に近づくように左右方向に移動する。この位置の変化によって、光検出素子６の受光面６ｃと光ファイバＦ１０との位置関係が変化し、散乱光の検出結果に温度依存性が生じる場合がある。そこで、この温度依存性を低減するための条件について検討する。
【００９５】
上記のような温度依存性を低減するためには、光ファイバＦ１０が、光検出素子６の近傍である点Ｐを中心として、上下方向に直交する平面内で回転するように移動させるのが好ましい。このように左右方向に移動させることで、光ファイバＦ１０と光検出素子６の受光面６ｃとの位置関係の変化を最小限に抑えられるからである。そして、点Ｐを中心に光ファイバＦ１０を上下方向に直交する平面内で回転させるための条件は、温度変化に伴う光ファイバＦ１０の左右方向における移動量が、第１固定部材３に固定された部分と第２固定部材４に固定された部分とで等しくなることである。
【００９６】
図１５Ｂに示すように、光ファイバＦ１０のうち、第１固定部材３に固定された部分の左右方向における移動量をＸΔＴＡとし、第２固定部材４に固定された部分の左右方向における移動量をＸΔＴＢとする。また、第１固定部材３を形成する材質の線膨張係数をαＡとし、第２固定部材４を形成する材質の線膨張係数の絶対値をαＢとする。また、図１５Ａに示す状態からの温度の変化量をΔＴとする。このとき、ＸΔＴＡおよびＸΔＴＢは以下の数式（５）、（６）により表すことができる。
ＸΔＴＡ＝Ｘ０Ａ×αＡ×ΔＴ  …（５）
ＸΔＴＢ＝Ｘ０Ｂ×αＢ×ΔＴ  …（６）
【００９７】
そして、光ファイバＦ１０が点Ｐを中心に上下方向に直交する平面内で回転するための条件は以下の数式（７）により表すことができる。
ＸΔＴＡ＝ＸΔＴＢ  …（７）
数式（７）の両辺に数式（５）、（６）を代入して整理すると、以下の数式（８）が得られる。
αＡ／αＢ＝Ｘ０Ｂ／Ｘ０Ａ  …（８）
【００９８】
上記数式（８）を満たすように各条件を設定することにより、光検出器１Ｂに温度変化が生じた場合でも、光検出素子６と光ファイバＦ１０との左右方向における相対的な位置をより一層保ったまま、光ファイバＦ１０が点Ｐを中心に上下方向に直交する平面内で時計回りもしくは反時計回りに回転するようになる。これにより、温度変化に起因する光検出素子６と光ファイバＦ１０との左右方向における相対的な位置ずれをより一層低減することができるため、散乱光の検出結果の温度依存性を低減することができる。
なお、上記数式（８）のように両辺が同値である場合に限らず、αＡ／αＢの値とＸ０Ｂ／Ｘ０Ａの値とが略同値であっても、上記した散乱光の検出結果の温度依存性を低減することができる。略同値とは、例えば以下の数式（９）を満たす場合である。
Ｘ０Ｂ／Ｘ０Ａ×９９/１００≦αＡ／αＢ≦Ｘ０Ｂ／Ｘ０Ａ×１０１/１００  …（９）
数式（９）は、αＡ／αＢの値とＸ０Ｂ／Ｘ０Ａの値との誤差が±１％の範囲内である場合を示している。
なお、光ファイバＦ１０と中心線Ｏとが重なっている場合、すなわちＸ０Ａ＝０かつＸ０Ｂ＝０の場合であっても、上記と同様に、温度変化に伴って光ファイバＦ１０と光検出素子６との相対的な位置が変化するのを抑止することができる。
【００９９】
以上説明したように、本実施形態の光検出器１Ｂによれば、光ファイバＦ１０は基板２に対して第１固定部材３および第２固定部材４によって固定されている。また、第１固定部材３は正の線膨張係数を有する材質により形成されており、第２固定部材４は負の線膨張係数を有する材質により形成されている。このため、第１固定部材３および第２固定部材４に温度変化が生じた場合、第１固定部材３および第２固定部材４のうち一方は収縮し、他方は膨張する。そして、第１固定部材３および第２固定部材４は、長手方向において光検出素子６を挟んだ両側に配設されている。これにより、光検出器１Ｂに温度変化が生じた場合に、光検出素子６と光ファイバＦ１０との相対的な位置関係を保ったまま、光ファイバＦ１０がこの位置に対して時計回りもしくは反時計回りに回転するようになる。これにより、光検出素子６と光ファイバＦ１０との左右方向における相対的な位置ずれが低減され、例えば第１固定部材３および第２固定部材４の両者が膨張することにより生じる光ファイバＦ１０と光検出素子６との左右方向における相対的な位置ずれを抑制することができる。また、第１固定部材３および第２固定部材４の両者が収縮することによって、光ファイバＦ１０に張力が作用するのを抑止することができる。
【０１００】
また、第２固定部材４が、長手方向に負の線膨張係数を有する材質により形成されているため、第１固定部材３が温度の上昇に伴って長手方向に膨張すると第２固定部材４は長手方向に収縮する。これにより、第１固定部材３および第２固定部材４の両者が長手方向に膨張することによる、光ファイバＦ１０の基板に対する浮き上がりをより確実に抑制することができる。
また、第１固定部材３が温度の低下に伴って長手方向に収縮し、この温度変化によって第２固定部材４は長手方向に膨張する。これにより、第１固定部材３および第２固定部材４の両者が長手方向に収縮することによって、光ファイバＦ１０に張力が作用するのを抑止することができる。
【０１０１】
また、第２固定部材４を形成する材質の線膨張係数の絶対値が、第１固定部材３を形成する材質の線膨張係数の絶対値よりも大きいため、光検出器１Ｂの温度が上昇した際に、第２固定部材４の体積の収縮量が第１固定部材３の体積の膨張量を上回る。これにより、第１固定部材３と第２固定部材４との間で、主として上下方向または左右方向などにおいて、光ファイバＦ１０が基板に対して撓むのをより確実に抑制することができる。また、これにより、光ファイバＦ１０における光検出素子６に対する位置が変化するのをより確実に抑制することができる。
【０１０２】
また、光検出器１ＢがαＡ／αＢ＝Ｘ０Ｂ／Ｘ０Ａを満足するよう構成した場合には、光ファイバＦ１０が理想的な設計位置からずれて配置されても、温度変化に伴って光ファイバＦ１０が光検出素子６の近傍にある点Ｐを中心に上下方向に直交する平面内で回転するように移動するため、温度に応じた光ファイバＦ１０の光検出素子６に対する左右方向における距離の変化量を低減することができる。これにより、光検出素子６による検出結果の温度依存性を低減することができる。
【０１０３】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【０１０４】
例えば、前記第２実施形態では、固定台５を用いて光検出素子６を基板２に固定したが、このような固定台５を用いず、他の構成によって光検出素子６を基板２に固定してもよい。
また、前記第２実施形態では、第１固定部材３および第２固定部材４が光ファイバＦ１０を左右方向に跨ぐように配置されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、第１固定部材３および第２固定部材４の左右方向における先端部が光ファイバＦ１０の側面に接するように配置されていてもよい。
また、前記第１実施形態で説明した構成を第２実施形態に適用してもよい。例えば、光検出器１Ｂの固定台５が少なくとも１つの開口部を有し、光ファイバの一部が、当該開口部を通じて固定台５の内側に収容されていてもよい。さらに、当該開口部が第１固定部材３または第２固定部材４のいずれかによって閉塞されてもよい。さらに、第１固定部材３または第２固定部材４のいずれかの一部が、固定台５の内側（溝部５ｂの内側）に位置してもよい。あるいは、第１固定部材３または第２固定部材４が、固定台５の内側に位置していなくてもよい。あるいは、当該開口部が、第１固定部材３または第２固定部材４によって閉塞されていなくてもよい。
また、光検出器１Ｂが、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＜Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４のいずれか一方を満足してもよい。また、光検出器１Ｂが、α１／α２＝Ｘ２／Ｘ１を満足してもよい。
【０１０５】
（第３実施形態）
本実施形態に係る光検出器１Ｃの構成を、図１６〜図２１を参照しながら以下に説明する。
なお、発明の理解を容易にするため、各図では構成部品の縮尺の変更などを適宜行っている。
【０１０６】
図１６は、本実施形態に係る光検出器１Ｃを備えたレーザシステムＬＳの構成を示すブロック図である。図１６に示す通り、レーザシステムＬＳは、複数のレーザ装置３１、コンバイナ３２（合波装置）、光ファイバＦ１０（出力光ファイバ）、光検出器１Ｃ、及び制御装置３３（制御部）を備える。レーザシステムＬＳは、光ファイバＦ１０の出力端Ｘから出力光Ｌ１１（レーザ光）を出力する。
【０１０７】
レーザ装置３１は、制御装置３３の制御の下で、レーザ光を出力する装置である。
コンバイナ３２は、複数のレーザ装置３１から出力される複数の出力光Ｌ１を光学的に結合する。コンバイナ３２の内部では、レーザ装置３１の各々から延びる光ファイバＦが束ねられて１本にされており（溶融延伸により１本にされており）、その１本にされた光ファイバが光ファイバＦ１０の一端に融着接続されている。光ファイバＦ１０は、伝送媒体として機能する光ファイバであり、出力光Ｌ１１（レーザ装置３１の各々から出力される複数の出力光Ｌ１をコンバイナ３２で光学的に結合して得られる光）を導波する。光ファイバＦ１０によって導波された出力光Ｌ１１は、光ファイバＦ１０の出力端Ｘから出力される。
制御装置３３は、後述する光検出器１Ｃの後述する検出結果に基づいて、出力端Ｘから出力される出力光Ｌ１１のパワーが一定となるように複数のレーザ装置３１を制御する。
【０１０８】
光検出器１Ｃは、コンバイナ３２と出力端Ｘとの間に配設され、光ファイバＦ１０によって導波される光のパワーを検出する。なお、光検出器１Ｃはレーザ装置３１とコンバイナ３２との間に配設されて、光ファイバＦによって導波される光のパワーを検出してもよい。
【０１０９】
図１７は、本実施形態に係る光検出器１Ｃの斜視図である。図１７に示すように、光検出器１Ｃは、基板２と、第１固定部材３と、第２固定部材４と、固定台（素子固定台）５と、光検出素子６と、を備えている。
光検出器１Ｃは、基板２の取付け面２ａ上に位置し、部分的に取付け面２ａに載置された光ファイバＦ１０若しくは光ファイバＦ（以下、単に光ファイバＦ１０と記す）によって導波される光の散乱光を検出する。
【０１１０】
なお、本実施形態では、温度変化によって光ファイバＦ１０が移動する前の状態における、光ファイバＦ１０が延在する方向を長手方向という。また、基板２の取付け面２ａに垂直な方向を上下方向という。上下方向は長手方向に直交している。上下方向において、基板２の取付け面２ａ側を上側といい、その反対側を下側という。また、長手方向および上下方向に直交する方向を左右方向という。
【０１１１】
以下、光検出器１Ｃの詳細な構成について、図１７〜図２０を用いて説明する。図１８は光検出器１Ｃを上側から見た上面図である。図１９は図１８のＡ−Ａ断面矢視図である。図２０は、図１８のＢ−Ｂ断面矢視図である。
【０１１２】
（固定台）
固定台５は、光検出素子６を基板２に固定する。固定台５は、温度変化に伴って、少なくとも上下方向に伸縮するように構成されている。固定台５の上面視（平面視）における中央部には、上下方向に延びる貫通孔が形成されている。図１９および図２０に示すように、貫通孔は、基板２の取付け面２ａに対して垂直に延びている。この貫通孔は、固定台５の上面から下方に向けて延びる嵌合部５ｆと、嵌合部５ｆの下側に位置する縮径部５ｅと、を有する。嵌合部５ｆと縮径部５ｅとは同軸上に配置されている。嵌合部５ｆの内径は縮径部５ｅの内径より大きい。嵌合部５ｆの下端（以降、位置決め部５ｄという）は、上方を向く環状に形成されている。位置決め部５ｄは、固定台５の上下方向における中央部に位置している。位置決め部５ｄは、基板２の取付け面２ａに対する光検出素子６の上下方向における位置を決める。
【０１１３】
固定台５の下面（以下、接触面５ｃという）は、基板２の取付け面２ａに接触している。また、図１７などに示すように、固定台５はネジ８によって基板２に固定されている。これにより、固定台５の接触面５ｃは、基板２の取付け面２ａに接触した状態で固定されている。
図１９および図２０に示すように、固定台５の接触面５ｃには、上方に向けて窪む溝部５ｂが形成されている。溝部５ｂは、固定台５の左右方向における中央部に配置されており、縮径部５ｅと部分的に交差している。溝部５ｂは、固定台５の長手方向における全長にわたって延びている。溝部５ｂの左右方向の幅及び上下方向の高さは光ファイバＦ１０の直径よりも大きい。
【０１１４】
図２０に示すように、固定台５は、溝部５ｂの開口部５ｂ１、５ｂ２を有している。光ファイバＦ１０の一部は、開口部５ｂ１、５ｂ２を通じて溝部５ｂ内に導入され、固定台５の内側に収容されている。第１開口部５ｂ１は第１固定部材３によって閉塞され、第２開口部５ｂ２は第２固定部材４によって閉塞されている。第１固定部材３の一部は、第１開口部５ｂ１を通じて溝部５ｂ内に入り込んでおり、固定台５の内側に位置している。第２固定部材４の一部は、第２開口部５ｂ２を通じて溝部５ｂ内に入り込んでおり、固定台５の内側に位置している。光ファイバＦ１０の一部分は、溝部５ｂの内側に収容されている。なお、上述した固定台５の溝部５ｂは、光ファイバＦ１０の長手方向における幅が極めて小さく形成されていてもよい。この場合、固定台５は、溝部５ｂを有していなくてもよく、開口部５ｂ１、５ｂ２だけ設けられていてもよい。
【０１１５】
（光検出素子）
光検出素子６は、その底面（以下、受光面６ｃという）において光ファイバＦ１０からの散乱光（例えばレイリー散乱光）を受光することにより、散乱光の強度を電力に変換する。この電力は不図示の電気回路基板上で増幅され、制御装置３３（図１６参照）に入力される。これにより、制御装置３３は光ファイバＦ１０によって導波される光のパワーをリアルタイムにモニタリングすることができる。光検出素子６としては、例えばＰＩＮフォトダイオードを用いることができる。光検出素子６としてＰＩＮフォトダイオードを用いた場合には、光ファイバＦ１０の外周面から受光面６ｃまでの距離は数ｍｍ程度に設定される。
【０１１６】
光検出素子６は、図１７および図１８に示すように、円柱状に形成されている。図１９および図２０に示すように、光検出素子６の外周面が固定台５の嵌合部５ｆ内に嵌合することにより、光検出素子６の固定台５に対する長手方向および左右方向の位置が定まる。
また、光検出素子６の底面（以下、受光面６ｃという）が固定台５の位置決め部５ｄに突き当たることにより、光検出素子６の固定台５に対する上下方向の位置が定まる。
【０１１７】
以上の構成により、光検出素子６は、固定台５に対する長手方向、左右方向、上下方向の位置が定まった状態で、固定台５に固定されている。また、固定台５はネジ８によって基板２に固定されているため、光検出素子６は固定台５を介して基板２に固定される。つまり、固定台５は光検出素子６を基板２に固定する。また、固定台５の接触面５ｃは基板２の取付け面２ａと接触した状態で固定されていることから、接触面５ｃから位置決め部５ｄまでの上下方向における長さ（以下、受光面高さＨｂという）により、基板２の取付け面２ａと光検出素子６の受光面６ｃとの間の上下方向における距離が定まる。
【０１１８】
第１固定部材３および第２固定部材４は、光ファイバＦ１０を基板２に対して固定する。第１固定部材３および第２固定部材４は、長手方向において光検出素子６を挟んだ両側に配設されている。第１固定部材３および第２固定部材４は、図１７〜図２０に示すように、略球状を４分割した形状に形成されている。第１固定部材３および第２固定部材４の一部分はそれぞれ、固定台５の溝部５ｂ内に進入している。
【０１１９】
（接続部材）
ここで、本実施形態の光検出器１Ｃは、図１９および図２０に示すように、基板２の取付け面２ａに接触した状態で固定された接続部材９を備えている。接続部材９は、光ファイバＦ１０を載置する載置面９ａを有している。接続部材９は、載置面９ａ上に位置する光ファイバＦ１０と、基板２の取付け面２ａとを接続する。接続部材９は、基板２の取付け面２ａと固定台５の接触面５ｃとの間を回避した部分に配置されている。図示の例では、接続部材９は、固定台５における縮径部５ｅの内壁と基板２の取付け面２ａとにより画成された空間内に配置されている。これにより、接続部材９の載置面９ａは、少なくとも光ファイバＦ１０を挟んで光検出素子６の受光面６ｃと上下方向で対向する部分に配置されている。なお、例えば接続部材９が固定台５の溝部５ｂ内に進入することで、接続部材９が部分的に受光面６ｃと対向していなくてもよい。
【０１２０】
光ファイバＦ１０のうち、光検出素子６と対向する部分は載置面９ａ上に載置されており、その他の部分は基板２の取付け面２ａ上に載置されている。この状態で、第１固定部材３および第２固定部材４が光ファイバＦ１０を基板２に対して固定することで、光検出素子６の受光面６ｃと光ファイバＦ１０の外周面との上下方向における距離（以下、単に距離Ｌという）が定まる。
なお、光ファイバＦ１０のうち光検出素子６と対向する部分の長手方向における両側の部分は、第１固定部材３および第２固定部材４によって基板２に固定されている。これにより、例えば光ファイバＦ１０が載置面９ａから浮き上がって距離Ｌが変動してしまうのが抑制される。
【０１２１】
接続部材９は、例えば板状の樹脂により形成され、接着剤などによって基板２の取付け面２ａに接着されていてもよい。あるいは、取付け面２ａに接続部材９となるＵＶ硬化型樹脂または熱硬化性樹脂を所定の厚み（以下、接続部材厚みＨａという）となるように塗布することによって、接続部材９を取付け面２ａ上に直接形成してもよい。
【０１２２】
光検出器１Ｃの製造工程は、例えば以下の通りである。まず、接続部材９となるＵＶ硬化型樹脂または熱硬化性樹脂を基板２の取付け面２ａ上に塗布して、ＵＶ光の照射や加熱などによって硬化させる。次に、光ファイバＦ１０を接続部材９の載置面９ａ上に載置する。次に、光検出素子６が予め取り付けられた固定台５を、光ファイバＦ１０および接続部材９の上方から被せる。このとき、光ファイバＦ１０の一部を固定台５の溝部５ｂ内に収容する。次に、ネジ８によって固定台５を基板２に固定する。そして、第１固定部材３および第２固定部材４となるＵＶ硬化型樹脂などを光ファイバＦ１０上に塗布して硬化させ、光ファイバＦ１０を基板２に固定する。
【０１２３】
次に、以上のように構成された光検出器１Ｃの作用について説明する。
【０１２４】
上述した通り、光検出素子６は固定台５を介して基板２に固定されており、固定台５の接触面５ｃが基板２の取付け面２ａに接触した状態で固定されている。このため、光検出器１Ｃの温度が上昇すると、固定台５が熱膨張して、光検出素子６が基板２の取付け面２ａに対して上方に向けて移動する。
【０１２５】
一方、基板２の取付け面２ａ上には接続部材９が配置されており、この接続部材９の載置面９ａ上に光ファイバＦ１０が載置されている。光ファイバＦ１０のうち、接続部材９の長手方向における両側に位置する部分は、第１固定部材３および第２固定部材４によって、基板２の取付け面２ａ上に固定されている。そしてこの取付け面２ａは、載置面９ａより下側に位置している。この構成により、光ファイバＦ１０のうち載置面９ａに載置された部分は、載置面９ａに向けて押し付けられている。このため、接続部材９が上下方向に伸縮すると、その伸縮に合わせて、光ファイバＦ１０のうち載置面９ａに載置された部分が上下方向に移動する。
さらに、載置面９ａは少なくとも光ファイバＦ１０を挟んで光検出素子６と上下方向で対向する部分に配置されている。このため、光検出器１Ｃの温度が上昇すると、接続部材９が熱膨張して、光ファイバＦ１０のうち光検出素子６と対向する部分が基板２の取付け面２ａに対して上方に向けて移動する。
【０１２６】
このように、本実施形態の光検出器１Ｃでは、温度上昇に伴って固定台５および接続部材９の両者が熱膨張し、光検出素子６および光ファイバＦ１０の両者が基板２の取付け面２ａに対して上方に向けて移動する。
ここで、接続部材９は、距離Ｌが所定の範囲内（例えば、温度変化に伴う距離Ｌの変化量が±１％以内）となるように、温度変化に伴って少なくとも上下方向に伸縮するように構成されている。また、好ましくは、接続部材９は、距離Ｌが上述した所定の範囲内を保つように、温度変化に伴って少なくとも上下方向に伸縮する。これにより、例えば光ファイバＦ１０が基板２の取付け面２ａ上に直接載置されている場合と比較して、温度変化に起因する光検出素子６と光ファイバＦ１０との上下方向における相対的な位置ずれを抑制することができる。このため、固定台５の温度変化に起因する散乱光の検出結果の変化を抑制することも可能となる。
また、上述した所定の範囲内において具体的な値については、ユーザーが予め所望の値を設定して決めるが、具体的には、光検出素子６と光ファイバＦ１０との上下方向における相対的な位置ずれを抑制できるとユーザーが予め判断して決めた値であればよい。
【０１２７】
なお、光検出器１Ｃの温度が低下した場合には、接続部材９および固定台５の両者が熱収縮するため、光検出素子６および光ファイバＦ１０の両者が基板２の取付け面２ａに対して下方に向けて移動する。これにより、温度が上昇した場合と同様に、温度変化に起因する光検出素子６と光ファイバＦ１０との上下方向における相対的な位置ずれを抑制することができる。
【０１２８】
次に、本実施形態の光検出器１Ｃによる上述した作用効果をより確実に奏功させるための条件について説明する。
【０１２９】
まず、仮に接続部材９が存在せず、光ファイバＦ１０のうち光検出素子６の受光面６ｃと対向する部分が、基板２の取付け面２ａに直接載置された状態で光検出素子６と対向している場合について考える。ここで、温度Ｔ０における先述の受光面高さＨｂをＨｂ０として表す。また、固定台５を形成する材質の線膨張係数をαｂとする。
【０１３０】
温度がＴ０からΔＴ上昇若しくは低下すると、固定台５が熱膨張若しくは熱収縮することで、光検出素子６が基板２の取付け面２ａに対して上下方向に移動する。このときの光検出素子６の上下方向における移動量は、｜ΔＴ×αｂ×Ｈｂ０｜により算出される。一方、光ファイバＦ１０は取付け面２ａ上に直接載置されているため、光検出素子６が上下方向に移動した分、距離Ｌが変動する。つまり、接続部材９を設けない場合の距離Ｌの変動量（以下、単に「比較例の変動量ΔＬｒ」という）は、以下の数式（１０）により表される。
ΔＬｒ＝｜ΔＴ×αｂ×Ｈｂ０｜  …（１０）
【０１３１】
これに対して、本実施形態のように、光ファイバＦ１０のうち光検出素子６の受光面６ｃと対向する部分が接続部材９上に載置されている場合について考える。ここで、接続部材９を形成する材質の線膨張係数をαａとし、接続部材９のうち光ファイバＦ１０が載置されている部分の温度Ｔ０における上下方向の厚みをＨａ０とする。
【０１３２】
温度がＴ０からΔＴ上昇若しくは低下すると、固定台５が熱膨張若しくは熱収縮することで、光検出素子６が基板２の取付け面２ａに対して上下方向に移動する。一方、光ファイバＦ１０のうち光検出素子６と対向する部分は接続部材９の上に載置されており、接続部材９も熱膨張若しくは熱収縮するため、光ファイバＦ１０も取付け面２ａに対して上下方向に移動する。このときの光ファイバＦ１０の上下方向における移動量は、｜ΔＴ×αａ×Ｈａ０｜により算出される。
以上のことから、本実施形態のように接続部材９を設けた場合における距離Ｌの変動量（以下、単に「本実施形態の変動量ΔＬｅ」という）は、上下方向における光検出素子６の移動量と光ファイバＦ１０の移動量との差分となり、以下の数式（１１）により表される。
ΔＬｅ＝｜ΔＴ×αｂ×Ｈｂ０−ΔＴ×αａ×Ｈａ０｜  …（１１）
【０１３３】
なお、数式（１１）が成り立つための条件として、温度変化によって光検出素子６と光ファイバＦ１０とが同じ方向に移動することが挙げられるが、この点については固定台５の線膨張係数αｂおよび接続部材９の線膨張係数αａが両者とも正の値若しくは両者とも負の値であれば足りる。つまり、αｂ＞０かつαａ＞０、若しくはαｂ＜０かつαａ＜０、のいずれか一方であればよい。
【０１３４】
本実施形態のように接続部材９を設けた構成が、接続部材９を設けていない構成と比較して距離Ｌの変動を抑えるための条件は、ΔＬｅ＜ΔＬｒとなることである。この両辺に数式（１０）、（１１）を代入すると、下記数式（１２）が得られる。
｜ΔＴ×αｂ×Ｈｂ０−ΔＴ×αａ×Ｈａ０｜＜｜ΔＴ×αｂ×Ｈｂ０｜  …（１２）
【０１３５】
数式（１２）の両辺からΔＴを除すと、下記数式（１２Ａ）が得られる。
｜αｂ×Ｈｂ０−αａ×Ｈａ０｜＜｜αｂ×Ｈｂ０｜  …（１２Ａ）
また、数式（１２Ａ）の両辺を二乗すると、下記数式（１２Ｂ）が得られる。
（αｂ×Ｈｂ０−αａ×Ｈａ０）２＜（αｂ×Ｈｂ０）２  …（１２Ｂ）
また、数式（１２Ｂ）を整理すると、以下の数式（１２Ｃ）が得られる。
αａ×Ｈａ０（αａ×Ｈａ０−２×αｂ×Ｈｂ０）＜０  …（１２Ｃ）
【０１３６】
例えば接続部材９の材質が正の線膨張係数を有する場合（すなわち、αａが正の数値の場合）には、αａ×Ｈａ０は正の数値であるから、数式（１２Ｃ）を満たすためにはαａ×Ｈａ０−２×αｂ×Ｈｂ０が負の数値となればよい。αａ×Ｈａ０−２×αｂ×Ｈｂ０が負の数値になる場合とは、接続部材９の熱膨張量若しくは熱収縮量が固定台５の熱膨張量若しくは熱収縮量を過剰に上回らない場合を意味する。つまり、接続部材９を設けたことでかえって光検出素子６および光ファイバＦ１０の温度変化に起因する相対的な位置ずれが大きくならないことを意味する。
【０１３７】
同様に、接続部材９の材質が負の線膨張係数を有する場合には、数式（１２Ｃ）の条件を満たすためにはαａ×Ｈａ０−２×αｂ×Ｈｂ０が正の数値となればよい。この条件も上記と同様に、接続部材９を設けたことでかえって光検出素子６および光ファイバＦ１０の温度変化に起因する相対的な位置ずれが大きくならないことを意味する。
【０１３８】
以上のことから、接続部材９および固定台５が数式（１２Ｃ）を満足するように構成することで、接続部材９の熱膨張量若しくは熱収縮量が、固定台５の熱膨張量若しくは熱収縮量を過剰に上回り、接続部材９を設けたことでかえって光検出素子６および光ファイバＦ１０の温度変化に起因する相対的な位置ずれが大きくなってしまうのをより確実に抑止することができる。このため、固定台５の温度変化に起因する散乱光の検出結果の変化もより確実に抑制することが可能となる。
【０１３９】
次に、温度変化による距離Ｌの変動を抑えるための最適な条件について考察する。
【０１４０】
本実施形態の変動量ΔＬｅは数式（１１）により表される。これが０となるための条件は、以下の数式（１１Ａ）を解くことによって得られる。
｜ΔＴ×αｂ×Ｈｂ０−ΔＴ×αａ×Ｈａ０｜＝０  …（１１Ａ）
上記数式（１１Ａ）の両辺をΔＴで除して整理すると、以下の条件式（１３）が得られる。
αｂ×Ｈｂ０＝αａ×Ｈａ０  …（１３）
上記数式（１３）を満たすように、接続部材９および固定台５を設計することで、温度変化による距離Ｌの変動が０となる。
【０１４１】
ところで、上記数式（１３）の両辺は完全に同じ値である必要はなく、αｂ×Ｈｂ０の値とαａ×Ｈａ０の値とが略同値であれば、固定台５が熱膨張若しくは熱収縮することで光検出素子６が基板２の取付け面２ａに対して上下方向に移動する量と、接続部材９が熱膨張若しくは熱収縮することで光ファイバＦ１０が基板２の取付け面２ａに対して上下方向に移動する量と、が略同等となる。これにより、温度変化が生じたとしても光検出素子６および光ファイバＦ１０が上下方向における相対的な位置関係を保ったまま変位することとなり、温度変化に起因する両者の上下方向における相対的な位置ずれを一層抑えることが可能となる。このため、固定台５の温度変化に起因する散乱光の検出結果の変化も一層抑制することが可能となる。
【０１４２】
なお、αｂ×Ｈｂ０の値とαａ×Ｈａ０の値とが略同値である場合として、例えば下記数式（１４）を満たすような場合が挙げられる。
αｂ×Ｈｂ０×９９／１００≦αａ×Ｈａ０≦αｂ×Ｈｂ０×１０１／１００…（１４）
上記数式（１４）は、αｂ×Ｈｂ０の値とαａ×Ｈａ０の値との誤差が±１％の場合を示している。上記数式（１４）を満たすように、接続部材９が上下方向に伸縮するように構成されていることで、距離Ｌの温度変化に伴う変動量を±１％以内とすることができ、また、保つことができる。
【０１４３】
次に、本実施形態の光検出器１Ｃの具体的な実施例について説明する。
【０１４４】
本実施例では、図１６に示すような高出力のレーザシステムＬＳの最も下流に位置する１２５μｍの光ファイバＦ１０におけるレーザパワーを検出するように光検出器１Ｃを実装した。光検出素子６として、受光量に応じて電流値が変動するＰｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ（ＰＤ）を用いた。本実施例では、固定台５の材質として艶消し黒アルマイトで表面処理されたアルミニウムを用いた。このアルミニウムの線膨張係数は、２３×１０−６［／Ｋ］である。この固定台５の寸法は、長手方向に２０ｍｍ、左右方向に２０ｍｍ、上下方向に６０ｍｍであり、全体として直方体状に形成されている。
【０１４５】
本実施例の接続部材９の材質として、線膨張係数が６９×１０−６［／Ｋ］の樹脂を用いた。接続部材９の上下方向の厚みを０〜３ｍｍの範囲で変化させた複数の光検出器１Ｃについて、光ファイバＦ１０に一定のパワーのレーザを導波させ、光検出器１Ｃの温度を常温（２５℃）から８０℃まで変化させた場合の、ＰＤの電流値の変動（以下、ＰＤ電流変動という）を図２１に示す。なお、接続部材９の上下方向の厚みが０ｍｍの場合とは、接続部材９を設けずに、光ファイバＦ１０が基板２の取付け面２ａ上に直接載置されている場合を示している。
【０１４６】
図２１に示すグラフの縦軸は常温（２５℃）における状態を基準としたＰＤ電流変動［％］であり、横軸は光検出器１Ｃの温度［℃］である。
図２１に示すように、接続部材９を設けなかった場合（接続部材９の厚みが０ｍｍの場合）には、光検出器１Ｃが６０℃まで昇温した際に、約−０．０６％のＰＤ電流変動が生じている。光ファイバＦ１０に導波させているレーザのパワーは一定であるため、このＰＤ電流変動は図１６に示す距離Ｌの変動に起因するものであり、パワーの検出結果の精度が温度変化に応じて低下することを意味している。
【０１４７】
一方、本実施形態のように接続部材９を設けた場合は、接続部材９を設けなかった場合と比較してＰＤ電流変動の値が小さく抑えられている。具体的には、接続部材９の上下方向の厚みが１ｍｍの場合、６０℃におけるＰＤ電流変動が約−０．０５％となっている。
また、接続部材９の上下方向の厚みが３ｍｍの場合には、６０℃におけるＰＤ電流変動が＋０．０５％となっている。これにより、本実施例においては、６０℃におけるＰＤ電流変動を±０．０５％以内に抑えるためには、接続部材９の上下方向における厚みを１〜３ｍｍの範囲内で設定すればよいことがわかる。
【０１４８】
また、図２１に示すように、本実施例では接続部材９の上下方向の厚みを２ｍｍとすることで、温度に応じたＰＤ電流変動をほぼ無くすことができる。これは、接続部材９の上下方向の厚みが２ｍｍの場合に、上記数式（１３）の両辺が略同値となっていることを示している。
【０１４９】
なお、本発明の技術的範囲は前記第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【０１５０】
例えば、前記第３実施形態では、光ファイバＦ１０のうち光検出素子６と上下方向で対向する部分が接続部材９の載置面９ａ上に載置され、その他の部分は基板２の取付け面２ａ上に載置されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、接続部材９の載置面９ａが基板２の長手方向における全長にわたって延在し、載置面９ａの全長にわたって光ファイバＦ１０が載置されていてもよい。
また、前記第１実施形態で説明した構成の一部を第３実施形態に適用してもよい。例えば、光検出器１Ｃの固定台５が少なくとも１つの開口部を有し、光ファイバの一部が、当該開口部を通じて固定台５の内側に収容されていてもよい。さらに、当該開口部が第１固定部材３または第２固定部材４のいずれかによって閉塞されてもよい。さらに、第１固定部材３または第２固定部材４のいずれかの一部が、固定台５の内側（溝部５ｂの内側）に位置してもよい。あるいは、第１固定部材３または第２固定部材４が、固定台５の内側に位置していなくてもよい。あるいは、当該開口部が、第１固定部材３または第２固定部材４によって閉塞されていなくてもよい。
【０１５１】
また、光検出器１Ｃが、Ｖ１＞Ｖ２かつＶ３＜Ｖ４若しくはＶ１＜Ｖ２かつＶ３＞Ｖ４のいずれか一方を満足してもよい。また、光検出器１Ｃが、α１／α２＝Ｘ２／Ｘ１を満足してもよい。
また、前記第２実施形態で説明した構成を第３実施形態に適用してもよい。例えば、光検出器１Ｃの第１固定部材３が正の線膨張係数を有する材質により形成され、第２固定部材４が負の線膨張係数を有する材質により形成されてもよい。
【０１５２】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。
【０１５３】
例えば、第１実施形態に、第２実施形態に記載された内容の一部を組み合わせて、光検出器１Ａの第１固定部材３が正の線膨張係数を有する材質により形成され、第２固定部材４が負の線膨張係数を有する材質により形成されてもよい。
あるいは、第１実施形態に、第３実施形態に記載された内容の一部を組み合わせて、光検出器１Ａが、基板２の取付け面２ａに接触した状態で基板２に固定され、光ファイバを載置する載置面９ａを有し、載置面９ａ上に位置する光ファイバと基板２とを接続する接続部材９を備えてもよい。さらに、光検出器１Ａの固定台５が、取付け面２ａに接触した状態で固定される接触面５ｃを有し、接触面５ｃが、少なくとも光ファイバを挟んで光検出素子６と対向する部分に配置されてもよい。さらに、載置面９ａ上に位置する光ファイバと光検出素子６との間の上下方向の距離が所定の範囲内となるように、接続部材９が温度変化に伴って少なくとも上下方向に伸縮してもよい。
【０１５４】
同様に、第２実施形態に、第１または第３実施形態に記載された内容の一部を組み合わせてもよい。
同様に、第３実施形態に、第１または第２実施形態に記載された内容の一部を組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１５５】
１Ａ〜１Ｃ…光検出器、２…基板、２ａ…取付け面、３…第１固定部材、４…第２固定部材、５…固定台、５ｂ…溝部、５ｃ…接触面、５ｄ…位置決め部、５１…本体部、６…光検出素子、９…接続部材、９ａ…載置面、Ｆ…光ファイバ、Ｆ１０…光ファイバ
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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2018143181.tif 000029
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