| 【発明の名称】 |
光ファイバーを利用した形状等測定センサ |
| 【発明者】 |
【氏名】浜田 英伸
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| 【要約】 |
【課題】従来では、被測定物体の表面と表面状態測定器のプローブが常に接することになるので、表面形状の検出は表面が硬い物体に限られていた。
【解決手段】光を発する光源と、その光源が発した光を投光する投光光ファイバー１と、投光光ファイバー１の周囲に配置されるとともに、各先端部が所定の平面上に実質上位置するように配置され、投光光ファイバー１が発した光に対する被測定物体８からの反射光を受光する４個の受光光ファイバー２と、投光光ファイバー１および受光光ファイバー２を支持する光伝送部３と、各受光光ファイバー２によって受光された各受光量と、各受光光ファイバー２によって受光される各受光量と被測定物体８の状態との関係に関する、あらかじめ得られている情報とを利用して、被測定物体８の表面形状を検出する信号処理部４とを備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光を発する光源と、前記光源が発した光を投光する投光光ファイバーと、前記投光光ファイバーの周囲に配置されるとともに、各先端部が所定の平面上に実質上位置するように配置され、前記投光光ファイバーが発した光に対する所定の対象物からの反射光を受光する、２以上のｍ個の受光光ファイバーと、前記投光光ファイバーおよび前記受光光ファイバーを支持する支持部と、前記各受光光ファイバーによって受光された各受光量に基づいて、前記対象物の少なくとも形状、位置または傾きを検出する検出部とを備えたことを特徴とする光ファイバーを利用した形状等測定センサ。
【請求項２】 前記検出部は、前記各受光光ファイバーによって受光される各受光量と前記対象物の状態との関係に関する、あらかじめ得られている情報を利用して、前記対象物の状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサ。
【請求項３】 前記各受光光ファイバーの受光端は、前記投光光ファイバーの投光端を中心として実質上ｍ回対称となる位置に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサ。
【請求項４】 前記投光光ファイバー、および／または、前記各受光光ファイバーは、複数の光ファイバーで構成されたバンドル光ファイバーであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサ。
【請求項５】 前記対象物と所定の関係にある平面に対して前記各受光光ファイバーの先端が実質上平行を保ったまま相対的に移動することができるように、前記支持部および／または前記対象物を移動させる移動手段を備え、前記情報は、前記対象物と前記各受光光ファイバーの先端との距離と、前記各受光光ファイバーによって受光される各受光量との関係に関する情報であって、前記状態とは、前記対象物と前記各受光光ファイバーの先端との距離から得られる前記対象物の形状を意味することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサ。
【請求項６】 前記対象物は、所定の軸上の所定の点を実質上中心として、前記軸に対して所定の角度範囲内で傾斜可能な物であって、前記情報は、前記対象物の傾き角度と、前記各受光光ファイバーによって受光される各受光量との関係に関する情報であり、前記状態とは、前記対象物の傾き角度を意味することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサ。
【請求項７】 前記対象物は、所定の弾性体で保持されている凹面体または凸面体であって、前記情報は、前記弾性体からの力に対して前記凹面体または前記凸面体が移動するさいの、前記力の大きさ、前記凹面体または前記凸面体の速度、および、前記凹面体または前記凸面体の加速度のうちの少なくとも一つと、前記各受光光ファイバーによって受光される各受光量との関係に関する情報であり、前記状態とは、前記力の大きさ、前記凹面体または前記凸面体の速度、および、前記凹面体または前記凸面体の加速度のうちの少なくとも一つを意味することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサ。
【請求項８】 前記投光光ファイバーおよび前記受光光ファイバーのコア直径は、前記対象物に関して識別すべき２点間の１／２以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサ。
【請求項９】 前記投光光ファイバーの投光端と前記各受光光ファイバーの受光端との距離は、前記対象物に関して識別すべき最大範囲が識別可能な距離であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体の表面状態や、ゲーム機などのレバーの角度検出や、ジャイロに応用される加速度検出に用いられ、対象物の形状、位置または傾き等を検出する光ファイバーを利用した形状等測定センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の表面状態測定器は、図７に示すように、物体７４と接触する針状のプローブ７０と、前記プローブ７０を収容し、かつ、前記プローブ７０が長さ方向に自由に出入り可能で、前記プローブ７０の長さ方向の移動量を測定して電気信号に変換するプローブ収納部７１と、前記プローブ収納器７１からの電気信号を演算してプローブ７０の長さ方向の移動量の変化から物体７４の表面状態を表現する信号処理部７３と、前記プローブ収納部７１において得られた信号を前記信号処理部７３へ送る信号線７２から構成される。
【０００３】物体７４、あるいは、前記プローブ収納部７１を前記プローブ７０の長さ方向に対して垂直に平行移動させると、前記プローブ７０は被計測物体７４の表面と前記プローブ収納部７１の距離変化に応じてプローブ７０の長さ方向に移動するので、前記平行移動量とプローブ７０の長さ方向の移動量の変化を計測することにより、物体７４の表面状態を検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、被測定物体７４の表面と表面状態測定器のプローブ７０が常に接することになるので、表面が脆弱な物体の場合は前記表面を傷付ける可能性が高く、計測は表面が硬い物体に限られる。
【０００５】また、物体と非接触で表面状態を計測する方法として、ＳＴＭと画像処理方法があるが、前者は、原子レベルの表面状態を観察するのに用いられるので、隣接する２点間が１０［μｍ］以上のその２点を識別するための計測には向かない。また後者は、映像から演算する方法なので高精度の測定結果が得られない。
【０００６】本発明は、上記従来の課題を考慮し、対象物と非接触で、その対象物の少なくとも形状、位置または傾きを、光ファイバーのコア直径レベル（１０［μｍ］）以上の精度で検出する、光ファイバーを利用した形状等測定センサを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため、第１の本発明（請求項１に対応）は、光を発する光源と、前記光源が発した光を投光する投光光ファイバーと、前記投光光ファイバーの周囲に配置されるとともに、各先端部が所定の平面上に実質上位置するように配置され、前記投光光ファイバーが発した光に対する所定の対象物からの反射光を受光する、２以上のｍ個の受光光ファイバーと、前記投光光ファイバーおよび前記受光光ファイバーを支持する支持部と、前記各受光光ファイバーによって受光された各受光量に基づいて、前記対象物の少なくとも形状、位置または傾きを検出する検出部とを備えたことを特徴とする光ファイバーを利用した形状等測定センサである。
【０００８】第２の本発明（請求項２に対応）は、前記検出部が、前記各受光光ファイバーによって受光される各受光量と前記対象物の状態との関係に関する、あらかじめ得られている情報を利用して、前記対象物の状態を検出することを特徴とする第１の本発明に記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサである。
【０００９】第３の本発明（請求項３に対応）は、前記各受光光ファイバーの受光端が、前記投光光ファイバーの投光端を中心として実質上ｍ回対称となる位置に配置されることを特徴とする第１または第２の本発明に記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサである。
【００１０】第４の本発明（請求項４に対応）は、前記投光光ファイバー、および／または、前記各受光光ファイバーが、複数の光ファイバーで構成されたバンドル光ファイバーであることを特徴とする第１から第３のいずれかの本発明に記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサである。
【００１１】第５の本発明（請求項５に対応）は、前記対象物と所定の関係にある平面に対して前記各受光光ファイバーの先端が実質上平行を保ったまま相対的に移動することができるように、前記支持部および／または前記対象物を移動させる移動手段を備え、前記情報が、前記対象物と前記各受光光ファイバーの先端との距離と、前記各受光光ファイバーによって受光される各受光量との関係に関する情報であって、前記状態とは、前記対象物と前記各受光光ファイバーの先端との距離から得られる前記対象物の形状を意味することを特徴とする第２から第４のいずれかの本発明に記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサである。
【００１２】第６の本発明（請求項６に対応）は、前記対象物が、所定の軸上の所定の点を実質上中心として、前記軸に対して所定の角度範囲内で傾斜可能な物であって、前記情報が、前記対象物の傾き角度と、前記各受光光ファイバーによって受光される各受光量との関係に関する情報であり、前記状態とは、前記対象物の傾き角度を意味することを特徴とする第２から第４のいずれかの本発明に記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサである。
【００１３】第７の本発明（請求項７に対応）は、前記対象物が、所定の弾性体で保持されている凹面体または凸面体であって、前記情報が、前記弾性体からの力に対して前記凹面体または前記凸面体が移動するさいの、前記力の大きさ、前記凹面体または前記凸面体の速度、および、前記凹面体または前記凸面体の加速度のうちの少なくとも一つと、前記各受光光ファイバーによって受光される各受光量との関係に関する情報であり、前記状態とは、前記力の大きさ、前記凹面体または前記凸面体の速度、および、前記凹面体または前記凸面体の加速度のうちの少なくとも一つを意味することを特徴とする第２から第４のいずれかの本発明に記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサである。
【００１４】第８の本発明（請求項８に対応）は、前記投光光ファイバーおよび前記受光光ファイバーのコア直径が、前記対象物に関して識別すべき２点間の１／２以下であることを特徴とする第１から第７のいずれかの本発明に記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサである。
【００１５】第９の本発明（請求項９に対応）は、前記投光光ファイバーの投光端と前記各受光光ファイバーの受光端との距離が、前記対象物に関して識別すべき最大範囲が識別可能な距離であることを特徴とする第１から第８のいずれかの本発明に記載の光ファイバーを利用した形状等測定センサである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】（第１の実施の形態）先ず、第１の実施の形態における、光ファイバーを利用した形状等測定センサについて説明する。本実施の形態では、図１に示すように、表面状態を検出する場合を例にとって、光ファイバーを利用した形状等測定センサを説明する。
【００１８】図１に示すように、第１の実施の形態の光ファイバーを利用した形状等測定センサは、１個の投光光ファイバー１と、その投光光ファイバー１の投光部分を実質上中心に４回対称（４方向：９０°間隔）に配置される４個の受光光ファイバー２と、前記投光光ファイバー１の出射端と前記４個の受光光ファイバー２の入射端を平行に束ねた５芯光伝送部３と、前記投光部分の光源となるＥ／Ｏ部（図示せず）と、前記４個の受光光ファイバー２の受光部分へ入射した光をそれぞれ検出する４個のＯ／Ｅ部（図示せず）を含む信号処理部４と、前記５芯光伝送部３の先端７を被測定物体８の表面に非接触で近接させた状態で、その被測定物体８が置かれている実質上平面と５芯光伝送部３の先端７との距離を実質上一定に保って前記光伝送部３の先端７を平行移動（スキャン）させる手段（図示せず）から構成される。なお、４個の受光光ファイバー２の受光部分は、５芯光伝送部３の先端７の一つの平面上に実質上位置するように、配置されている。
【００１９】このとき、前記被測定物体８は固定されており、信号処理部４は、前記光伝送部３の先端７をスキャンした距離と、投光光ファイバー１の投光部分からの投光ビーム１０の前記物体８の表面からの反射光１１の前記４個の受光部分２での個々の受光量の変化量と、あらかじめ得られている、５芯光伝送部３の先端７と所定の対象物との距離と４個の受光光ファイバー２それぞれにおける受光量との関係に関する情報を用いて被測定物体８の表面状態を検出する。
【００２０】図１左図のように、被測定物体８の表面が投光ビーム１０に対して実質上垂直の場合（つまり先端７と被測定物体８の表面とが実質上平行な場合）、前記４個の受光部分の受光量は実質上等しいが、中図のように、被測定物体８の表面が投光ビーム１０に対して傾いている場合は、前記光伝送部３の４個の受光部２の内、傾いている前記物体８の表面に最も近い順番に受光光ファイバーの受光量が小さくなるので、前記受光部の受光量の比から、５芯光伝送部３の先端７と被測定物体８との距離が検出され、さらに被測定物体８の表面の傾きの方向と傾き方向が算出される。
【００２１】逆に、右図のように、被測定物体８の表面が投光ビーム１０に対して反対方向に傾いている場合は、逆の受光量変化が起こるので、信号処理部４は、前記４個の受光光ファイバーの受光量の比から、被測定物体８の表面形状を検出することができる。
【００２２】このように、前記光伝送部３の先端７の位置情報と前記４個の受光部（４方向）の受光情報を演算処理することで被測定物体８の表面状態がわかる。
【００２３】以上は、前記光伝送部３の先端７を物体８に対して移動させた方法であるが、前記光伝送部３と物体８の相対的位置情報があれば表面状態を検出できるので、前記光伝送部３を固定して物体８を移動させても差し支えないし、両者を同時に動かしても問題ない。
【００２４】また、上述した第１の実施の形態では、信号処理部４は、５芯光伝送部３の先端７と所定の対象物との距離と４個の受光光ファイバー２それぞれにおける受光量との関係に関する情報をも用いて、被測定物体８の表面状態を検出するとしたが、その距離と受光量との関係に関する情報が無くても、信号処理部４は、被測定物体８の表面が平坦であるのか凹凸形状を有しているのかなど、被測定物体８の表面形状に関する変化の有無を検出することができる。
【００２５】また、上述した第１の実施の形態では、本発明の光ファイバーを利用した形状等測定センサの、支持部の一例として５芯光伝送部３を、検出部の一例として信号処理部４を、それぞれ用いた。
【００２６】（第２の実施の形態）次に、第２の実施の形態における、光ファイバーを利用した形状等測定センサについて説明する。本実施の形態では、図２に示すように、ゲーム機のジョイスティックのレバーの角度（傾き方向）を検出する場合を例にとって、光ファイバーを利用した形状等測定センサを説明する。
【００２７】図２に示すように、第２の実施の形態の光ファイバーを利用した形状等測定センサは、１個の投光光ファイバー１と、その投光光ファイバー１の投光部分を実質上中心に４回対称（４方向：９０°間隔）に配置される４個の受光光ファイバー２と、前記投光光ファイバー１の出射端と前記４個の受光光ファイバー２の入射端を平行に束ねた５芯光伝送部３と、前記投光部分の光源となるＥ／Ｏ部（図示せず）と、前記４個の受光光ファイバー２の受光部分へ入射した光をそれぞれ検出する４個のＯ／Ｅ部（図示せず）を含む信号処理部２０から構成される。なお、４個の受光光ファイバー２の受光部分は、５芯光伝送部３の先端７の一つの平面上に実質上位置するように、配置されている。
【００２８】信号処理部２０は、前記光伝送部３の投光部分１から出射するビーム１０を反射する面２２を有するレバー２１の反射面２２からの反射光１１を受光する前記４個の受光部分２における個々の受光量と、その受光量とレバー２１の傾きとに関する情報とを利用して、レバー２１の傾き方向と傾き角度を検出する。
【００２９】ところで、固定されている前記光伝送部３の先端７からのビーム１０の光軸２４上のある点２５で前記レバー２１は固定され、レバー２１はその点２５を中心に回転できる構造を有する接合部２３を有しており、レバー２１は、点２５を中心に回転可能な構造になっている。
【００３０】図２左図のように、前記レバー２１が投光ビーム１０に対して実質上平行である場合、その反射面２２は前記ビーム１０に対して実質上垂直なので前記４個の受光部分の受光量は等しいが、中図のように、前記レバー２１の反射面２２が投光ビーム１０に対して傾いている場合は、前記光伝送部３の４個の受光部２の内、傾いている前記反射面２２に最も近い順番に受光光ファイバーの受光量が小さくなるので、信号処理部２０は、前記受光部の受光量または受光量の比と、その受光量とレバー２１の傾きとに関する情報とを利用して、レバー２１の傾き方向と傾き角度を検出することができる。
【００３１】逆に、右図のように、前記レバー２１の反射面２２が投光ビーム１０に対して反対方向に傾いている場合は、逆の受光量変化が起こるので、前記４個の受光光ファイバーの受光量または受光量の比と、その受光量とレバー２１の傾きとに関する情報とから、信号処理部２０は、前記レバー２１の傾き方向と傾き角度がわかる。
【００３２】なお、上述した第２の実施の形態では、信号処理部２０は、受光量とレバー２１の傾きとに関する情報を利用して、レバー２１の傾き方向と傾き角度を検出するとしたが、その受光量とレバー２１の傾きとに関する情報が無くても、信号処理部２０は、レバー２１の傾く角度が変化したか否かということや、傾き方向を検出することができる。
【００３３】また、上述した第２の実施の形態では、本発明の光ファイバーを利用した形状等測定センサの、支持部の一例として５芯光伝送部３を、検出部の一例として信号処理部２０を、それぞれ用いた。
【００３４】（第３の実施の形態）次に、第３の実施の形態における、光ファイバーを利用した形状等測定センサについて説明する。本実施の形態では、図３に示すように、加速度計の加速度に対応する外力を検出する場合を例にとって、光ファイバーを利用した形状等測定センサを説明する。
【００３５】図３に示すように、第３の実施の形態の光ファイバーを利用した形状等測定センサは、１個の投光光ファイバー１と、その投光光ファイバー１の投光部分を実質上中心に４回対称（４方向：９０°間隔）に配置される４個の受光光ファイバー２と、前記投光光ファイバー１の出射端と前記４個の受光光ファイバー２の入射端を平行に束ねた５芯光伝送部３と、前記投光部分の光源となるＥ／Ｏ部（図示せず）と、前記４個の受光光ファイバー２の受光部分への光をそれぞれ検出する４個のＯ／Ｅ部（図示せず）を含む信号処理部３０から構成される。なお、４個の受光光ファイバー２の受光部分は、５芯光伝送部３の先端７の一つの平面上に実質上位置するように、配置されている。
【００３６】そして、前記光伝送部３の投光部分１から出射するビーム１０を反射する回転対称の凹面３２を有する不動子３１を、外力の無い基準状態で前記不動子３１の凹面３２の回転対称頂点３５が前記ビーム１０の光軸３４上の基準点３４ａにくるように、弾性的に固定しておき、３次元方向に前記不動子３１が外力に応じてに弾性移動できる構造を有する結合部３３を設ける。
【００３７】さて、信号処理部３０は、前記結合部３３が加速度を感じた時の外力３６の反作用（同量で正反対の力）に応じて前記不動子３１が前記結合部３３と前記光伝送部３の先端７に対して相対的に弾性移動した時に前記不動子３１の凹面３２からの反射光１１を前記４個の受光部分２において個々に受光された受光量と、その受光量と不動子３１に加わる力の大きさに関するあらかじめ得られた情報とを利用して、前記不動子３１に加わる反作用に対する外力を検出する。
【００３８】図３左図のように、前記結合部３３が加速度を感じない（外力＝０）場合は、前記不動子３１の凹面３２の頂点３５が前記基準点３４ａに一致しするので前記ビーム１０が入射する前記不動子３１の凹面３２上の点の傾きは前記ビーム１０に対して実質上垂直なので前記４個の受光部分の受光量は等しい。
【００３９】しかしながら、中図のように、前記結合部３３が紙面に対して右方向に加速度（外力３６）を感じ、前記不動子３１が前記外力の反作用に応じて前記結合部３３に対して相対的に左方向に弾性移動した場合は、前記不動子３１の凹面３２の頂点３５が前記基準点３４ａからずれて前記凹面３２上での前記投光ビーム１０の入射する位置の接平面の法線が左側に傾くので、前記光伝送部３の４個の受光部２の内、前記法線が傾いている方向に近い順番に受光光ファイバーの受光量が大きくなるので、前記受光部の受光量または受光量の比から前記不動子３１の移動方向が検出され、それとともに移動距離、すなわち、外力３６が検出される。
【００４０】逆に、右図のように、前記不動子３１の凹面３２の頂点３５が基準点３４ａに対して反対方向に移動する場合は、逆の受光量変化が起こるので、前記４個の受光光ファイバーの受光量または受光量の比から、信号処理部３０は、前記不動子３１の移動方向と移動量がわかり、外力３６を検出することができる。
【００４１】また、前記結合部３３が、外力３６を前記光伝送路３の投光ビーム１０に対して平行方向に感じる場合は、前記不動子３１は前記ビーム１０に対して平行方向に移動するので前記４個の受光光ファイバーの受光量の比は変化せず全体の受光量が変化することでその移動量が分かり、その移動量から外力３６が信号処理部３０において検出される。
【００４２】このように、３次元の方向の外力に対して前記不動子３１は弾性移動し、その移動量に応じて前記４個の受光光ファイバーの受光量が変化するので、前記４個の受光光ファイバーの受光量の測定により求める外力を検出することができる。
【００４３】なお、前記結合部３３による前記光伝送部３の先端７と前記不動子３１の弾性結合方法として、図３のようにバネを使用したり、弾性樹脂を用いて前記不動子３１を前記光伝送部３の先端７に接着するなどが挙げられる。また、前記不動子３１の反射面は凹面でなくてもよく、実質上中心対称な曲面を有するものであればなんでも良い。例えば実質上中心対称な凸面を有するものであってもよい。
【００４４】また、上述した第３の実施の形態では、信号処理部３０は、外力３６を検出するとしたが、信号処理部３０は、受光量と加速度に関する情報や、受光量と位置に関する情報を用いて、不動子３１の加速度や速度を検出するとしてもよい。
【００４５】また、上述した第３の実施の形態では、信号処理部３０は、受光量と外力３６や加速度または速度とに関する情報を利用して、不動子３１に加わる外力３６、不動子３１の加速度または速度を検出するとしたが、その受光量と外力３６や加速度または速度とに関する情報が無くても、信号処理部３０は、不動子３１に外力が加えられたか否かということや、加速度や速度の変化を検出することができる。
【００４６】また、上述した第３の実施の形態では、本発明の光ファイバーを利用した形状等測定センサの、支持部の一例として５芯光伝送部３を、検出部の一例として信号処理部３０を、それぞれ用いた。
【００４７】なお、前記第１の実施形態〜第３の実施の形態における前記光伝送部３としては、上述したように４方向（９０°間隔）に配置した４本の光ファイバーを束ねたバンドルファイバーを使用し、片端を前記先端７として使用し、他端は光ファイバーを介し、前記先端７の中心となる光ファイバーをＥ／Ｏに接続して投光光ファイバー１として使用し、残る４本の光ファイバーを前記先端７での配置に対応したそれぞれのＯ／Ｅ回路に接続し、受光光ファイバー２として使用する。
【００４８】また、前記光伝送部３の光ファイバーの配置方法は、図４のように、投光光ファイバー１を実質上中心に受光光ファイバー２を６回対称（６方向：６０°間隔）に配置する７芯のバンドルファイバーを使用しても良く、この場合は、Ｏ／Ｅ部は前記受光光ファイバーに対応するように６個必要である。このように、受光部の個数が多くなると、表面の傾き方向の分解能が上がり、精度が高くなる。
【００４９】また、光ファイバーのコア直径に対してスケールの大きな表面変化を観察する場合は、図５（４方向）に示すように多芯（８芯以上）のバンドルファイバーを使用し、前記測定したい表面状態のスケールに応じた数の光ファイバーをまとめて等価的に投光部５０と４個の受光部５１を形成し、前記投光部の複数の投光光ファイバーに１個のＥ／Ｏ部を、前記受光部の複数の受光光ファイバーにそれぞれＯ／Ｅ部を接続する。このように、複数の光ファイバーを利用して等価的にコア直径の大きな１本のバンドル光ファイバーを形成すれば、光ファイバーの本数を変えるだけで任意の表面変化の測定ができ、また、投光部と受光部の間隔をあけるように光ファイバーを選ぶことにより、より大きな傾きによる反射光を受光できるので測定可能範囲を広げることができる。
【００５０】なお、多芯のバンドルファイバーを使用して表面の傾き方向の分解能を上げる目的で受光部の個数を６個にした場合は、図６（６方向）に示すように、等価的に投光部６０と４個の受光部６１を形成し、前記投光部の複数の投光光ファイバーに１個のＥ／Ｏ部を、前記受光部の複数の受光光ファイバーにそれぞれＯ／Ｅ部を接続する。
【００５１】また、上述した実施の形態では、受光光ファイバーは、４個または６個であるとしたが、受光光ファイバーは、４個または６個に限定することはなく、２以上のｍ個設けられておりさえすればよい。また、ｍ個の受光光ファイバーは、投光光ファイバーを実質上中心として実質上ｍ回対称となるように配置されることが好ましい。
【００５２】また、光ファイバーから入出力するビームは、線状のビーム素線の集合体と考えられ、ビームの反射光は個々のビーム素線についてそれぞれ対応する前記対象物上の点からの反射光の平均となるので、前記ビーム径が細いほど精度が良くなる。一方、光ファイバーから入出力するビーム径は光ファイバーのコア径とＮＡに依存し、コア径が大きくＮＡが大きいほどビーム径は大きくなるが、任意のＮＡについてビーム径の最小は光ファイバーのコア径に一致する場合であるので、計測したい対象の最小値−光ファイバーコア径比と計測誤差の関係から光ファイバーの最適なコア径を導くことができる。なお、上述した「最小値−光ファイバーコア径比と計測誤差」とは、最小値と光ファイバーコア径比との関係を意味する。
【００５３】ところで、計測したい対象の最小値−光ファイバーコア径比と計測誤差の関係は、次のように導出される。
【００５４】一般に、任意の波形は（数１）のようにフーリエ級数で表現できる。
【００５５】
【数１】
光ファイバーから入出力するビーム強度分布を、その光ファイバー実質上全断面において実質上均一と仮定すると、光ファイバーセンサ検出波形ｇ（ｘ）は、光ファイバーコア径２ｒに相当するビームで平均されるので、次式（数２）で与えられる。
【００５６】
【数２】
今、計測したい波形の最小の波長をλ／ｍ（最大の波数をｍＫ）とすると、計測精度Ｅｒｒは、（数３）となる。
【００５７】
【数３】
計測波長−光ファイバーコア径比ｎと計測誤差Ｅｒｒの関係を図８に示す。図８より、精度良く計測するためには、少なくともｎ＞２が必要である。従って、光ファイバーコア径は計測したい最小値の１／２以下にする必要がある。なお、ビーム径は光路が長くなるにしたがって大きくなるので、実際には図８に示す計測誤差よりも大きくなる。
【００５８】次に、コア径の調整方法を２通り示す。
【００５９】第一に、予めコア径の異なる複数の光ファイバーセンサを用意しておき、測定する対象物に応じて、適当なコア径の光ファイバーセンサを使用すれば、最適な計測ができる。
【００６０】第二に、図５に示すような複数の光ファイバーを束ねて１個の光ファイバーと同じ働きをさせる場合は、Ｅ／Ｏ・Ｏ／Ｅ回路側で、各Ｅ／Ｏ・Ｏ／Ｅ部に接続する光ファイバーを選択することにより、実効的に光ファイバーのコア径を調整することができる。
【００６１】本発明の光ファイバーセンサの計測範囲は、受光光ファイバーが受光できるかどうかで決まり、対象物上のビーム反射位置での反射面の角度で反射ビームの光ファイバーセンサ上の入射位置が決まるので、投光光ファイバーの投光端と受光光ファイバーの受光端の距離は、前記対象物からの反射角度範囲に相当する大きさにする必要がある。
【００６２】投光光ファイバーの投光端と受光光ファイバーの受光端の距離の調整方法としては、２通り有る。
【００６３】第一に、予め投光光ファイバーの投光端と受光光ファイバーの受光端の距離の異なる複数の光ファイバーセンサを用意しておき、測定する対象物に応じて、適当な投光光ファイバーの投光端と受光光ファイバーの受光端の距離の光ファイバーセンサを使用すれば、最適な計測ができる。
【００６４】第二に、図５に示すような複数の光ファイバーを束ねて１個の光ファイバーと同じ働きをさせる場合は、Ｅ／Ｏ・Ｏ／Ｅ回路側で、各Ｅ／Ｏ・Ｏ／Ｅ部に接続する光ファイバーを選択することにより、実効的に投光光ファイバーの投光端と受光光ファイバーの受光端の距離を調整することができる。
【００６５】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、本発明は、対象物と非接触で、その対象物の少なくとも形状、位置または傾きを、光ファイバーのコア直径レベル（１０［μｍ］）以上の精度で検出する、光ファイバーを利用した形状等測定センサを提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１７日（１９９９．１２．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９２７９４
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 正道
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４２３１（Ｐ２００１−１７４２３１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５９１７９ |
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