１本のＰＯＦを用いた光送受信装置および光送受信システム
【課題】位置合わせが容易で、汎用や市販の発光素子や受光素子ないしは、汎用や市販の反射型フォトセンサ等を使用することができ、安価に構成可能な光送受信装置およびそれを用いた光送受信システムを提供する。
【解決手段】ＰＯＦ５の一端８を、ＰＯＦの中心軸９に垂直な面に対し角度を有する斜端面とし、この斜端面付近に発光素子１と受光素子３を配置し、ＰＯＦの他端１３付近に検出物体６を配置する。ＰＯＦからの光を、集光手段２を用いてＰＯＦの斜端面より入射し、ＰＯＦ中を伝送させて、ＰＯＦの他端から出射させる。この出射光の少なくとも一部を、他端付近に設置されている被検出体により、再度ＰＯＦの他端より入射させる。被検出体からの入射光はＰＯＦ中を伝送し、斜端面から出射される。出射光を、集光手段４を用いて受光素子にて検知し、その信号をデジタル化した後に閾値処理を含むデジタル信号処理を施す構成とする。
【解決手段】ＰＯＦ５の一端８を、ＰＯＦの中心軸９に垂直な面に対し角度を有する斜端面とし、この斜端面付近に発光素子１と受光素子３を配置し、ＰＯＦの他端１３付近に検出物体６を配置する。ＰＯＦからの光を、集光手段２を用いてＰＯＦの斜端面より入射し、ＰＯＦ中を伝送させて、ＰＯＦの他端から出射させる。この出射光の少なくとも一部を、他端付近に設置されている被検出体により、再度ＰＯＦの他端より入射させる。被検出体からの入射光はＰＯＦ中を伝送し、斜端面から出射される。出射光を、集光手段４を用いて受光素子にて検知し、その信号をデジタル化した後に閾値処理を含むデジタル信号処理を施す構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低廉な被検出物の検出装置および双方向通信装置に好適な、一本のプラスチック光ファイバ（以降ＰＯＦと略記する）を用いた光送受信装置および光送受信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の検出に関して種々のセンサが用いられており、その一つに、被検出体と検知回路ないしは光源間を光ファイバでつなぐ光ファイバセンサがある。この光ファイバセンサには、物体が光を遮ることによる光量変化を検出する透過型と、物体からの反射光により検出する反射型とに分類される。光ファイバ使用により、光源や受光部分と被検出体間の絶縁性が保たれるとともに、光源や受光部分を自由な位置に設置できる利点を有しており、耐水性や耐環境性に優れている。
【０００３】
反射型の光ファイバセンサの一従来例は、特開２００２−７１５５３号公報図１に示される様に、投光用光ファイバと検出用光ファイバを別々に設置し、投光用光ファイバの一端付近には光源であるＬＥＤ素子を設置し、他端は被検出体近傍に設置している。また、検出用光ファイバの一端付近には受光素子を設置し、他端は被検出体近傍に設置しており、全体では２本の光ファイバにより光ファイバセンサを構成している。
【０００４】
このような２本の光ファイバで反射型光センサを構成した場合、光ファイバが２本必要なため、コスト面スペース面で不利になると共に、投光素子／受光素子から検出体までの光ファイバ対が太くなりこの部分の柔軟性が悪くなる欠点がある。
【０００５】
反射型の光ファイバセンサの他の従来例は、実開平０２−９０５４０号公報第１図、特開平０７−９８３８４号公報図１、特開２００２−９４１０７号公報図１に示される様、２本の光ファイバの一端が光カプラや光アイソレータ等により一本の光ファイバに変換されているものである。２本の光ファイバの他端はそれぞれ投光素子と受光素子の近傍に設置され、変換された１本のファイバの他端は、検出体の付近に設置される。１本の光ファイバ部分の柔軟性は保たれるが、２本の光ファイバ部分ならびに光カプラや光アイソレータ等の部分は、前述の特開２００２−７１５５３号公報図１にくらべて、コスト面ではさらに不利となる欠点を有する。
【０００６】
単芯ファイバを用いた双方向通信の従来例は、特開２００４−４５８２５号公報の図７に示されている様に、直径１ｍｍ程度のＰＯＦの端面が球端面を有している場合と平坦面を有している場合につき、この端面付近にレンズと発光素子を有する送信部と、レンズと受光素子を有する受信部を配置し、２つのケースにおける受信部の受信効率につき、比較されている。この両ケースとも、受信部の一部が光ファイバの中心軸上に存在するように配置し、送信部からの光は光ファイバの中心軸を横切って、光ファイバの中心軸に対して送信部からは離れる側で光ファイバの端面の反対側の周辺部分に入射させ、受信効率の向上を図っている。
本公知例の実施例は、直径１ｍｍ程度の比較的細いＰＯＦを使用し，かつ送信部の光学系の設定には、高精度が必要とされ、使用する素子も特殊なものになるなど、高価なものとなる欠点を有する。
【０００７】
単芯ファイバを用いた双方向通信の他の従来例は、特開２００３−２６２７６５号公報の図１（ａ）図９図１０に示されている様に、直径１ｍｍ程度のＰＯＦの端面付近の直径を拡大し、拡大されたＰＯＦの周辺部分中の狭い領域に送信光を入射する構成を取っている。本例では。端面付近で直径が拡大し、かつ端面形状も円端反射を避けるため特殊な形状となっており、高価なものとなる欠点がある。
【０００８】
単芯ファイバを用いた双方向通信の他の従来例は、特開平１１−３０８１７９号公報の図１、図２および図１２などに示されている様に、直径１ｍｍ程度以下の光ファイバの端面を光ファイバの中心軸に対し傾斜して設け、この端面に、半導体レーザからの光を、光ファイバの中心軸と平行に設置されたコア部とクラッド部を有する送信光用導波路を経由して光ファイバの周辺部に入射すると共に、光ファイバから出射される光を、光ファイバの端面に密設した端面を有しかつ光ファイバの中心軸と平行に設置されたコア部とクラッド部を有する、受信光用導波路を経由してフォトダイオードで受光する例が記載されている。本例では、図２などに示されているように、発光素子と受光素子の配置は、光ファイバの直径程度内に納めることが必要であるため専用の微小な発光素子や受光素子の使用が前提となり、また、光学的位置合わせも精度を要し、高価なものとなる欠点がある。
なお、本公報では、光ファイバの端面を傾斜して形成する利点として、送信光の当該傾斜端面での反射光が受信光用導波路に入力されにくい点のみが述べられている。しかし、本公報では、送信光導波路の出射側端面や受信光導波路の入射側端面と、光ファイバの当該傾斜端面との距離は密着ないしは短く設定することが前提となっており、光ファイバを経由して伝搬されてきた光の出射光の中心軸が、当該傾斜端面にて曲がる効果は記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−７１５５３号公報
【特許文献２】実開平０２−９０５４０号公報
【特許文献３】特開平０７−９８３８４号公報
【特許文献４】特開２００２−９４１０７号公報
【特許文献５】特開２００４−４５８２５号公報
【特許文献６】特開２００３−２６２７６５号公報
【特許文献７】特開平１１−３０８１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１−特許文献４では、光ファイバの少なくとも一部が２本で構成されており、コスト面や柔軟性などの点で好ましくない。
また、特許文献５−特許文献７では、直径が１ｍｍ程度以下のＰＯＦなどを使用し、単芯双方向通信を行っているが、光軸合わせに精度を要し、また専用の発光素子や受光素子や光ファイバの使用が前提になるなど、コストの点で好ましくない。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、位置合わせが容易で、汎用や市販の発光素子や受光素子ないしは、汎用や市販の反射型フォトセンサ等を使用することができ、安価に構成可能な光送受信装置およびそれを用いた光送受信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための技術的手段は、開口数が０．４以上０．７以下でコア部の口径が１．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の部分を有する一本のＰＯＦの一端の少なくとも一部を、ＰＯＦの中心軸に垂直な面から、角度δ（１０度−４０度）を有する斜端面で構成し、対称平面［ＰＯＦの長さ方向の外形線と斜端面部分とが成す角が最鋭角を有する頂点部分（以降では斜端面の最鋭角部と略記する）から当該ＰＯＦの中心軸に下ろした垂線に垂直であり、かつＰＯＦの中心軸を含む平面を指す。以下同様］に対して、斜端面の最鋭角部側に受光素子および受光用集光手段の光軸を配置し、対称平面に対し斜端面の最鋭角部とは反対側でかつＰＯＦの開口角内に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、発光素子からの光の少なくとも一部を、発光用集光手段を用いて、ＰＯＦの該一端より入射するとともに、ＰＯＦ中を伝送してきた光の、該斜端面からの出射光を、受光用集光手段を用いて集光し受光素子にて検知し、その出力をＡＤ変換器を経由し、しきい値処理を有する信号処理装置に入力し、信号処理後に信号処理装置から出力することを、光送受信装置の技術的特徴としている。
【００１３】
ＰＯＦの長手方向の中心軸に対し、ＰＯＦ中を伝送してきた光が斜端面から出射する出射光の中心がなす角をγ（度）とすると（図１参照）、
ｓｉｎ［（δ−γ）π／１８０］＝ｎ・ｓｉｎ［δπ／１８０］・・・・・式（１）
ただし、ｎ＝光ファイバのコアの屈折率（例：ＰＯＦの場合＝１．４９）
δ＝ＰＯＦの中心軸に垂直な平面に対し、ＰＯＦの斜端面が成す角（度）
の関係（以下では「出射光中心軸の式」と呼ぶ）が成り立つ。
すなわち、ＰＯＦの斜端面からの出射光の中心軸は、ＰＯＦの中心軸に対して、斜端面の最鋭角部側に曲がる性質を有する。
なお、時計回り方向の角度の符号はプラス、反時計回りの方向の角度の符号はマイナスで表示している（以下も同じ）。
【００１４】
上記課題を解決するための好ましい第１の追加の技術的手段は、受光用集光手段の光軸を、ＰＯＦ中を伝送してきた光の斜端面からの出射光の中心軸のプラス・マイナス１０度以内に設置し、かつ発光素子の集光手段の光軸を、ＰＯＦの該一端の開口角内に設置することである。
【００１５】
上記課題を解決するための好ましい第２の追加の技術的手段は、発光用集光手段の光軸を、ＰＯＦの斜端面の法線方向のプラス・マイナス１０度以内ないしはＰＯＦの斜端面の法線方向に対し受光素子の集光手段の光軸側に設定することである。
【００１６】
上記課題を解決するための好ましい第３の追加の技術的手段は、発光素子と、発光用集光手段と、受光素子と、受光用集光手段とを一体に結合させたものを、上記ＰＯＦの斜端面を含む該一端付近に設置する点にある。
【００１７】
上記課題を解決するための好ましい第４の追加技術的手段は、発光用集光手段として、集光手段の出射光が平行光ないしそれに近似の光となるコリメートレンズを用いる点にある。
【００１８】
上記課題を解決するための好ましい第５の追加技術的手段は、被検出体が無い状態や通信信号が存在しない状態での受光素子からの出力量を適宜測定し、信号処理装置にそれらの測定量を記憶し、その記憶量を反映して、受光素子の出力量の検知しきい値を決定する点にある。
【００１９】
上記課題を解決するための好ましい第６の追加技術的手段は、被検出体の有無や通信信号の有無の両状態での受光素子からの出力量を適宜測定し、信号処理装置にそれらの測定量を記憶し、その記憶量を基に、受光素子の出力量の検知しきい値と校正値とを決定する点にある。
【００２０】
上記課題を解決するための好ましい第７の追加技術的手段は、ＰＯＦの一端の一部を、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面から１０度以上４０度以下の角度を有する第一の斜端面で構成し、該ＰＯＦの中心軸に平行な該ＰＯＦの外形線と該第一の斜端面との最鋭角部分からＰＯＦの中心軸におろした垂線に垂直でかつＰＯＦの中心軸を含む対称平面に対して、該最鋭角部分側に受光素子および受光用集光手段の光軸を、該最鋭角部分とは反対側に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、当該ＰＯＦの該一端の他の部分に、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面に対して、第一の斜端面とは逆向きの角度を有する第二の斜端面ないしはＰＯＦの中心軸に垂直な端面を構成し、第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な該端面と第一の斜端面との境界付近に遮光体を設置し、発光素子からの光の少なくとも一部を第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な該端面を経由してＰＯＦに入射し、受光素子および受光用集光手段の光軸と、発光素子および発光用集光手段の光軸とが、対称平面ならびに遮光体に対して、それぞれ反対側に位置している点にある。
【００２１】
上記課題を解決するための好ましい第８の追加技術的手段は、ＰＯＦ中に、ＰＯＦ口径変換部を経由して、コアの口径が１．５ｍｍ以下のＰＯＦに光学的に接続されている部分を含む点ある。
【発明の効果】
【００２２】
コア部の口径が１．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の大口径ＰＯＦを用いることにより、軸合わせなどにも高精度を要しない。また、ＰＯＦの端面を斜端面とすることにより、ＰＯＦからの出射光の中心軸が、式（１）に示したように、斜端面の最鋭頂点部方向に曲がるため、対称平面より斜端面の最鋭角部を含む領域側に受光素子ならびに受光用集光手段の光軸を設置することにより効率的な受光が可能となる。また、発光素子および発光用集光手段の光軸を対称平面に対し受光素子などとは反対側に設置でき、かつＰＯＦの開口角として０．４以上０．６以下の大開口角のＰＯＦを使用することにより、発光素子からの光の斜端面での反射光が受光用集光手段に入射されにくくかつ発光素子からの光を効率よくＰＯＦに入射するよう構成することができる光送受信装置が得られる利点がある。
ただし、発光素子からの光の斜端面での反射光や拡散光などを含む不要な光が受光素子に入射されるのを完全に阻止することは困難なため、本発明では、受光素子の検知信号をＡＤ変換器でデジタル信号に変換したうえで、信号処理装置にて不要信号部分を除去する信号処理を行っている。なお、このＡＤ変換と信号処理装置部分は数十円−数百円で入手可能な汎用のワンチップマイコンなどで対応できるため、コストの点からは特には問題とはならない。
【００２３】
また、発光素子用の光ファイバと受光素子用の光ファイバとを用い、かつ光カプラを用いて１本の光ファイバに結合する従来の方式に比べ、本発明は、前記課題を解決するための技術的手段により、１本の柔軟なＰＯＦの一端付近に発光素子、受光素子ならびにこれらの集光手段を配置すればよいので、従来方式に比べ大幅に小型かつ安価でかつ柔軟性に富んで、ＰＯＦの他端における、被検出体の検出を行うことができる光送受信システムが得られる利点がある。なお、ＰＯＦ部分は、絶縁性、防塵性、防水性などを保有することは、もちろんである。
【００２４】
受光用集光手段の光軸を、ＰＯＦ中を伝送してきた光の出射光の中心軸（式（１））のプラス・マイナス１０度以内に設置し、かつ発光用集光手段の光軸をＰＯＦ中の伝送条件を満たす範囲に設置する、上記課題を解決するための好ましい第１の追加の技術的手段によれば、ＰＯＦ中を伝送してきた光の斜端面からの出射光に対し、光量の大きい出射光の中心軸付近に受光素子の集光手段の光軸を設置するため、受光量が増加する光送受信装置が得られる利点がある。
【００２５】
発光用集光手段の光軸を、ＰＯＦの斜端面の法線方向のプラス・マイナス１０度以内ないしはＰＯＦの端面の法線方向に対し受光用集光手段の光軸側に設置する、上記課題を解決するための好ましい第２の追加の技術的手段によれば、発光素子から出た光がＰＯＦ端面で直接反射する光は、そのままほぼ同じ光路（プラス・マイナス１０度以内）で反射されるかないしは受光素子からは離れる方向の角度に反射される。したがって、このＰＯＦの斜端面で直接反射する光を、受光用集光手段に入射させなくすることが容易になる光送受信装置が得られる利点がある。
【００２６】
発光素子と、発光用集光手段と、受光素子と、受光用集光手段とを一体に結合させたものを、上記ＰＯＦの該一端付近に設置する、上記課題を解決するための好ましい第３の追加の技術的手段によれば、発光素子・発光用集光手段・受光素子・受光用集光手段の光軸や位置をあらかじめ好ましい状態で一体に結合させておけば、発光素子・発光用集光手段・受光素子・受光用集光手段の光軸や位置を個々に調整する必要がなく、この一体結合品とＰＯＦとの光軸および位置を合わせればすむため、安価で高性能の計測が可能となる利点がある。
さらに、発光用集光手段の光軸と、受光用集光手段の光軸との成す角の適切なものを選択すれば、市販の一体型の反射型フォトセンサを活用し、上記の大口径のＰＯＦの該一端付近に設置することにより、コンパクトで容易に、かつ安価に、被検出物の検出や単芯双方向通信ができる光送受信装置や光送受信システムが得られる利点がある。
【００２７】
発光用集光手段として、集光手段の出射光が平行光ないしそれに近似の光となるコリメートレンズを用いる、上記課題を解決するための好ましい第４の追加の技術的手段によれば、発光素子の集光手段からの全光量ないしは大半の光量を使用するＰＯＦの開口角内に設定できるため、該ＰＯＦに入射する光量を増加できＰＯＦの他端より出射する光量を増大することができる。ＰＯＦの他端付近で被検出体の検出を行う場合には該ＰＯＦの他端より再入射する光量を増加でき、ひいては該ＰＯＦの斜端面から出射する光量もふえるため、受光素子の出力信号が増大し、受光素子にて検知される光信号のＳＮ比を大幅に向上することができ、被検出体の有無を確実に検出したり、単芯双方向通信における光信号の確実な授受を行うことができる光送受信装置や光送受信システムが得られる利点がある。
【００２８】
被検出体が無い状態や通信信号のない状態での受光素子からの出力量を適宜計測し、信号処理装置にそれらの計測量を記憶し、その記憶量を反映して、受光素子の出力量の検知しきい値を決定する、上記課題を解決するための好ましい第５の追加の技術的手段によれば、無視できない不要光量が存在し、またその値が経時的に徐々に変化する場合においても、被検出体の有無を確実に検出したり、双方向通信における光信号の確実な授受を行うことができる光送受信装置や光送受信システムが得られる利点がある。
【００２９】
被検出体の有と無しの両状態や通信信号の有と無しの両状態での受光素子からの出力量を適宜測定し、信号処理装置にそれらの測定量を記憶し、その記憶量を基に、受光素子の出力量の検知しきい値と校正値とを決定する、上記課題を解決するための好ましい第６の追加の技術的手段によれば、被処理物からの反射光の大きさを、多値のデータとして容易に取り扱えるようになる光送受信装置や光送受信システムが得られる利点がある。
【００３０】
ＰＯＦの一端の一部を、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面から１０度以上４０度以下の角度を有する第一の斜端面で構成し、該ＰＯＦの中心軸に平行な該ＰＯＦの外形線と該第一の斜端面との最鋭角部分からＰＯＦの中心軸におろした垂線に垂直でかつＰＯＦの中心軸を含む対称平面に対して、該最鋭角部分側に受光素子および受光用集光手段の光軸を、該最鋭角部分とは反対側に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、当該ＰＯＦの該一端の他の部分に、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面に対して、第一の斜端面とは逆向きの角度を有する第二の斜端面ないしはＰＯＦの中心軸に垂直な端面を構成し、第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な該端面と第一の斜端面との境界付近に遮光体を設置し、発光素子からの光の少なくとも一部を第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な該端面を経由してＰＯＦに入射し、受光素子および受光用集光手段の光軸と、発光素子および発光用集光手段の光軸とが、対称平面ならびに遮光体に対して、それぞれ反対側に位置することを特徴とする上記課題を解決するための好ましい第７の追加の技術的手段によれば、第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な端面付近に設置した発光素子からＰＯＦの該一端の他の部分での反射光や拡散光が、受光素子に入射する可能性が大幅に低減できて、受光素子にて検知される光信号のＳＮ比を大幅に向上することができ、被検出体の有無を確実に検出したり、双方向通信における光信号の確実な授受を行うことができるとともに、ＰＯＦで伝送可能な、該一端の他の部分への入射光の入射角の範囲を拡大できるため、発光素子および発光用集光手段を設置する範囲を広げることができる光送受信装置や光送受信システムが得られる利点がある。
【００３１】
ＰＯＦ中に、口径が１．５ｍｍ以下の口径のＰＯＦないしは光ファイバ部分へ変換するＰＯＦ口径変換部を有する、上記課題を解決するための好ましい第８の追加の技術的手段によれば、口径が１．５ｍｍ以下の口径を有するＰＯＦないしは光ファイバ部分での柔軟性がさらに向上しかつ低コストの光送受信装置や光送受信システムが得られる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の他の実施形態における光送受信装置及び光送受信システムの例（斜端面角＝δ）を示す図。
【図２】ＰＯＦの伝送条件を満たす入射光・出射光角度の開口数依存性（斜端面角＝０）
【図３】斜端面角に対するＰＯＦの伝送条件を満たす入射光・出射光角度、ならびに発光用集光手段の光軸と受光用集光手段の光軸の設定例を示す図（開口数＝０．５、斜端面角＝δ、θ＝２５度）
【図４】光送受信装置中の制御装置の構成例を示す図。
【図５】本発明の他の実施形態における光送受信装置及び光送受信システムの例（斜端面角＝δ）を示す図。
【図６】本発明の他の実施形態における光送受信装置及び光送受信システムの例（斜端面角＝δ）を示す図。
【図７】本発明の他の実施形態における光送受信装置及び光送受信システムの例（斜端面角（受光用集光手段側）＝δ、発光用集光手段側斜端面角＝δ‘）を示す図。
【図８】図７の例において、受光素子側斜端面角に対するＰＯＦの伝送条件を満たす入射光・出射光角度範囲を示す図（開口数＝０．５、受光素子側斜端面角＝δ、発光素子側斜端面角＝δ‘、θ＝２５度）
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１に本発明の実施形態における光送受信装置２０および光送受信システム２１の一例を示す。１本のＰＯＦ５の一端８付近に、発光素子１、発光用集光手段２、受光素子３、および受光用集光手段４を配置し、当該ＰＯＦ５の他端１３付近に、動く被検出体６を配置する。発光素子１と受光素子３は、制御装置７により制御される。１本のみのＰＯＦ５で構成しており、ＰＯＦ部分の柔軟性にとみ、かつシステム構成がシンプルで安価に構成できる利点がある。
図１において、ＰＯＦ５，ＰＯＦ５の一端８、発光素子１、発光用集光手段２、受光素子３、受光用集光手段４、および制御装置７で光送受信装置２０を構成している。
また、光送受信装置２０に、ＰＯＦ５の他端１３、移動体６を含めて、移動体検出用の光送受信システム２１を構成している。
【００３４】
ＰＯＦ５の一端８はＰＯＦ５の中心軸９に垂直な面に対して斜めに切断されている（以降では斜端面と略す）。ＰＯＦ５の他端１３は、ＰＯＦ５の軸９に対し、垂直に切断されている。発光用集光手段２の光軸は、ＰＯＦ５の中心軸９ないしは後述する対称平面２２に対しα度なる角度を有し、受光用集光手段４の光軸は、ＰＯＦ５の中心軸９ないしは対称平面２２に対しβ度なる角度を有している。なお、以下の説明ではすべて、時計回り方向の角度をプラスとし、反時計まわり方向の角度をマイナスとする。また、以下の説明図では、説明上、ＰＯＦ５の直径の寸法を、集光手段の直径や光ファイバと各集光手段との距離にくらべ、拡大して示している。
光の入射の効率と、ＰＯＦ５の柔軟性の点より、ＰＯＦ５の直径の寸法としては、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．８ｍｍ以上５ｍｍ以下を対象としている。また、ＰＯＦ５の一端８の斜端面と発光用集光手段２ないしは受光用集光手段４との距離は、通常１ｍｍ程度以上１５ｍｍ程度以下、好ましくはＰＯＦのコア径程度以上でコア径の５倍程度以下、の範囲となる。
【００３５】
図１では、ＰＯＦ５の一端の端面を、ＰＯＦ５の軸９の垂直方向からδの斜端面角度をもって斜めに切断している。ＰＯＦ５の長手方向の中心軸９に対し、ＰＯＦ５中を伝送してきた光が斜端面から出射する出射光の中心軸がなす角をγ（度）とすると、上記の式（１）の関係（以下では「出射光中心軸の式」と呼ぶ）が成り立つ。すなわち出射光の中心軸は、ＰＯＦ５の中心軸９に対し、斜端面の法線方向からは遠くなる方向（下記に示す斜端面の最鋭角部Ｐ側）に曲がる。
以後の説明において、ＰＯＦ５の中心軸９と平行な外形線と斜端面部分とが成す角が最鋭角を有する頂点部分Ｐ（図１、最鋭角部と略記する）から当該ＰＯＦ５の中心軸に下ろした垂線に垂直であり、かつＰＯＦ５の中心軸を含む平面、すなわち図１でＰＯＦ５の中心軸を通り紙面に垂直な平面、を対称平面２２と呼ぶ。なお、図１中のＱは，ＰＯＦ５の長さ方向の外形線と斜端面部分とが成す角が最鈍角を有する頂点部分を示す。
上述のように、ＰＯＦ５の斜端面８から出射される出射光の中心軸は、ＰＯＦ５の中心軸９に対し、上記のＰ側に曲がるため、受光用集光手段４の光軸を出射光の中心軸付近（プラスマイナス１０度以内）に設置することにより、効率よく出射光を検出できると共に、対称平面２２に対して受光用集光手段４の光軸とは反対側で、かつＰＯＦ５中の伝送条件を満たす入射可能範囲に発光用集光手段２の光軸を設置できるため、入射光や出射光の光の利用効率を高くした状態で、発光素子１、発光用集光手段２、受光素子３、受光用集光手段４の設置が容易となる利点がある。
【００３６】
なお、ＰＯＦ５の一端８の斜端面と受光用集光手段４の光軸とが交差する部分が、対称平面２２に対しわずかに受光素子３の反対側に位置する場合であっても、ＰＯＦ５の一端８と受光用集光手段４との間の受光用集光手段４の光軸の主要部分（９０％以上）が上記条件を満たせば、特に問題とはならず、上記の利点は保存される。発光用集光手段４の光軸に対しても、同様に、ＰＯＦ５の一端８の斜端面と発光用集光手段２との間の発光用集光手段４の光軸の主要部分（９０％以上）が上記条件を満たせば、特に問題とはならなず、上記の利点は保存される。したがって、これらの状態も、上記の［００３５］の記載に含まれるものとする。
また、受光素子３及び受光用集光手段４と、発光素子１および発光用集光手段２とが、対称平面２２に対して反対側に位置しかつほぼ対称に設置することが可能となるため、市販の反射型フォトセンサ１１を用いることにより、従来法では面倒な光軸の設定が不要で、光利用効率の高い状態が、容易に設定できると共に、特性の揃ったシステムの構築が容易になる利点がある。
【００３７】
なお、発光用集光手段２として、通常のレンズに変えて、発光素子１からの光を集光しほぼ平行光に変換するコリメートレンズを用いることができる。コリメートレンズに入力した光のほとんどを、ＰＯＦ５中の伝送条件を満たす条件にてＰＯＦ５の一端から入射させることができるため、受光素子３に入射する光量もさらに増加する利点がある。また、受光用集光手段としてコリメートレンズを用いると、ＰＯＦ５からの所定角度の出射光のみを集光できるため、発光用集光手段からＰＯＦ５の一端８の端面に入射された光の当該端面での直接的な反射光をさらに受けにくくできる利点がある。
【００３８】
図２は、ＰＯＦ５の一端が、ＰＯＦ５の軸９に対し、垂直に切断されている場合において、ＰＯＦ５中を伝送可能な条件においての、ＰＯＦ５への入射光の角度の条件およびＰＯＦ５から出射される光の角度の存在範囲を示す。なお、ＰＯＦ５の一端８が斜端面を有する場合には、出射光や入射光の中心軸に対して、光の存在範囲は若干増加するが、基本的な傾向は変わらない。
受光素子３により、被検出物６からの光を効率よく安定して検出するためには、発光用集光手段２の光軸ならびに受光用集光手段４の光軸は、少なくともＰＯＦ５から出射される光が存在する角度内に設置すべきである。すなわち、図２において、出射光の存在する灰色部分の範囲に受光用集光手段４の光軸を設定する必要がある。
【００３９】
発光用集光手段２の光軸と、受光用集光手段４の光軸との関係は任意に設計することも不可能ではない。しかし、発光素子１からの光のかなりの部分をＰＯＦ５に入射させ、かつＰＯＦ５からの出射光のかなりの部分を受光素子３に入射させるためには、発光用集光手段２と受光用集光手段４とはある程度の大きさを必要とし、発光用集光手段２の光軸と、受光用集光手段４の光軸との成す角（以下ではθと略記。｜α−β｜に相当。）は、汎用の受光素子や発光素子や反射型フォトセンサ等を使用するには、少なくとも１５度程度以上を要することを見い出した。発光用集光手段２からの光のＰＯＦ５の端面での直接的反射光が、受光用集光手段４に入射しにくくなる好ましい条件として、発光用集光手段２の光軸ないしは受光用集光手段４の光軸をＰＯＦ５の軸９にほぼ一致させた場合において、上記２つの条件を満たす光ファイバ５の開口数は、図６より０．３程度以上となる。
【００４０】
なお、ＰＯＦ５の端面に入射した光はその一部が直接反射されるが、端面部分の凹凸や表面状態により、直截反射光のさらに一部が拡散性の反射になる場合がある。このように拡散性の反射があっても、受光素子３に入射するこれらの不要な光を減じ、かつ受光用集光手段４に入射する光量を増加させるには、発光用集光手段２の光軸と、受光用集光手段４の光軸との成す角θは好ましくは２０度程度以上を要することを見い出した。この場合、ＰＯＦ５の開口数としては、図２より０．４程度以上が好ましい。
一方、開口数が０．７以上になると、ＰＯＦ５から出射する光が広がりすぎて単位立体角当たりの光量が低下するため、受光素子に入射する光量も低下し好ましくない。したがって、開口数としては０．７以下、さらに好ましくは０．６以下に設定する。
【００４１】
図１において、発光素子１からの光のＰＯＦ５の一端８の斜端面において直接反射した光が、発光用集光手段２ないしはその付近方向に反射されるか、ないしはＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線に対し受光用集光手段４とは反対側に反射されるように、発光用集光手段２の光軸を、ＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線方向のプラス・マイナス１０度以内、ないしはＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線方向に対し受光用集光手段４側に、設置している。
【００４２】
図３に、開口角が０．５の時の斜端面角δに対する、出射光の中心軸、斜端面角の法線方向、光ファイバ５中での伝送条件を満たす斜断面への入射光のＰＯＦ５の軸に対する角度α（度）の範囲、および斜断面からの入射光のＰＯＦ５の軸に対する角度β（度）の範囲、を灰色で示す。なお、
｜α（度）−δ（度）｜≧９０、あるいは｜β（度）−δ（度）｜≧９０・・・式（２）の場合は、ＰＯＦ５への入射、あるいはＰＯＦ５からの出射が不可能となる。図７では式（２）の等号の場合を、｜α，β−δ｜＝９０と略記している。
また、９０＞｜α，β−δ｜≧８０の場合には、入射ないしは出射光と斜断面の端面との角度が１０度以下となり、ＰＯＦ５の端面を見込む立体角が極めて狭くなるため、効率的な光の入射および出射光の受光は困難になる。
【００４３】
なお、開口数が０．５以外の場合の斜端面角に対する伝送条件は、図３と類似の傾向を示す。すなわち、出射光の中心軸の上下に存在する入射光・出射光の存在範囲の幅は、斜端面角δが０度では図２での存在範囲の幅に一致し、斜端面角δの絶対値の増大とともに増大する。
【００４４】
図３において、発光用集光手段２の光軸と受光用集光手段４の光軸とが成す角＝θ（度）＝｜α−β｜として、２５度のものを使用したときの、発光用集光手段の光軸がＰＯＦ５の中心軸９ないしは対称平面２２に対して成す角度＝α（度）を黒丸で示し、受光用集光手段の光軸がＰＯＦ５の中心軸９ないしは対称平面２２に対して成す角度＝β（度）を矢印の頂点で示し、黒丸部分にケース番号を付している。
【００４５】
斜端面角δが０の時（すなわち、端面がＰＯＦ５の中心軸に垂直の時）は、図３中のＡ０、Ａ１およびＡ２の設定が可能である。Ａ０およびＡ１は、ともに発光用集光手段の光軸がＰＯＦ５の中心軸付近に設置し、受光用集光手段の光軸を入射光・出射光の存在範囲の限界付近に設置するものである。これらの場合、受光素子に入射される光量が大幅に減じる欠点がある。
一方、Ａ２は、発光用集光手段の光軸を入射光・出射光の存在範囲の限界付近に設置し、受光用集光手段の光軸をＰＯＦ５の中心軸付近に設置するものである。これらの場合、受光素子への光量は増えるが、発光用集光手段の光軸が入射光・出射光の存在範囲の限界付近に設置され、この限界より外側の光軸成分の光部分はＰＯＦ５中を伝送されないため、所定の光量をＰＯＦ５に入射させるためには、発光用集光手段の光軸を高い精度で設置することが必要になりコストアップとなると共にＰＯＦ５中を伝送される光量が低下する欠点がある。
【００４６】
斜端面角δ＝５度付近では、ＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線方向に黒丸を、出射光の中心軸より反法線方向のマイナス２０度に矢印の頂点を有するＢ０ケースは、δ＝０のＡ０ケースに比べ、受光用集光手段の光軸が、出射光の中心軸に近づくため、受光量が増大するが、出射光の中心軸のプラスマイナス１０度以内の部分に受光用集光手段の光軸を設定する場合に比較し低い値を示す。出射光の中心軸より反法線方向に黒丸を設定し出射光の中心軸上に矢印の頂点を有するＢ２のケースでは、入射光のＰＯＦ５の一端８の斜端面での直接的反射光は、ＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線方向１０に対し対称な位置に反射し、受光用集光手段の光軸に対しさらに遠くに離れため、δ＝０のＡ１ケースのＰＯＦ５の中心軸に対称なケース（Ａ２ケースと呼ぶ）に比べ、不要な光を受光する危険性がさらに少なくなる。ただしδ＝０時のＡ２のケースで述べた欠点と同じ欠点を有する。
なお、黒丸をＰＯＦ５の端面８の法線方向１０より反受光素子側に設置し、矢印の頂点を出射光の中心軸に設定するＢ１ケースでは、入射光のＰＯＦ５の一端８の斜端面での直接的反射光が受光用集光手段４の光軸に対し近づくため、好ましくない。
【００４７】
斜端面角δ＝１０度付近では、ＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線方向に黒丸を、出射光の中心軸方向に矢印の頂点を有するＣ０ケースは、δ＝５度のＢ０ケースに比べ、受光用集光手段の光軸が、出射光の中心軸のプラスマイナス１０度以内ないしはその付近となるため、受光量がさらに増大する。
出射光の中心軸より反法線方向に黒丸を設定し出射光の中心軸上に矢印の頂点を有するＣ２のケースは、δ＝５度のＢ２ケースに比べ、不要な光を受光する危険性がさらに少なくなるが、δ＝０時のＡ２のケースで述べた欠点と同じ欠点を有する。
なお、黒丸を光ファイバ５の端面の法線方向より反受光素子側に設置し、矢印の頂点を出射光の中心軸に設定するＣ１ケースでは、入射光のＰＯＦ５の一端８の斜端面での直接的反射光が受光用集光手段の光軸に対し近づくため、Ｂ１ケース同様に好ましくない。
【００４８】
斜端面角δ＝２０度付近では、ＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線方向より出射光の中心軸側に黒丸設定し、出射光の中心軸付近に矢印の頂点を設定するＤ１のケースは、入射光のＰＯＦ５の一端８の斜端面での直接的反射光が受光用集光手段の光軸に対しさらに遠くに離れため、δ＝１０度のＣ０ケースに比べ、不要な光を受光する危険性がさらに少なくなる。また、矢印を、出射光の中心軸付近に合わせることができるため、受光量が増大し、ＳＮ比は増大する。
出射光の中心軸より反法線方向に黒丸を設定し出射光の中心軸上に矢印の頂点を有するＤ２のケースは、δ＝０時のＡ２のケースで述べた欠点と同じ欠点を有する。また、発光用集光手段の光軸から斜端面を見込む角度が狭くなる欠点も強くなってくる。
【００４９】
斜端面角δ＝３０度付近では、Ｆ１，Ｆ２のケースはδ＝２０度時のＤ１，Ｄ２のケースと類似の特徴を有する。光ファイバの一端８の端面の法線方向１０に対し出射光の中心軸側に黒丸を設定し、出射光の中心軸付近に矢印の頂点を設定するＤ１のケースは、入射光のＰＯＦ５の一端８の斜端面での直接的反射光が受光用集光手段の光軸に対しさらに遠くに離れため、δ＝２０度のＤ０ケースに比べ、不要な光を受光する危険性がさらに少なくなる。また、矢印を、出射光の中心軸付近に合わせることができるため、受光量が増大し、ＳＮ比は増大する。
なお、θ＝２５度においては、２０度付近≦δ≦３０度付近において、黒丸と矢印とが、ＰＯＦ５の中心軸９に対して対称な位置となるところがある（Ｅ１）。この部分は、発光素子１，発光用集光手段２、受光素子３，受光用集光手段４に対し、実際に光学的設定を行う上で設定しやすい利点がある。
【００５０】
斜端面角δ＝４０度付近のＧ１ケースでは被検出物からＰＯＦ５の他端１３に入射した光はファイバ中を伝送され、ＰＯＦ５の一端８から出射されるが、ＰＯＦ５の一端８の端面が斜めに加工されているため、その出射光は、この斜端面の法線方向から離れる方向に、屈折する。このため、ＰＯＦ５の端面がＰＯＦ５の光軸に垂直な場合に比べ、発光用集光手段２の光軸と受光用集光手段４とのなす角θとして大きくできるため、端面部分の凹凸や表面状態により、直截反射光のさらに一部が拡散性の反射になる場合であっても、受光素子３に入射するこれらの不要な光を大幅に減じることができる。また、受光用集光手段４の光軸は、ＰＯＦ５の一端から出射する出射光の中心軸に一致ないしは近づけることができるため、受光素子に入射する光量を大幅に増加させることができる。このため、さらにＳＮ比が大幅に改善した測定が可能となる利点がある。
ただし、図３にも示している通り、斜断面角のわずかな増減で、ＰＯＦ５の一端８からの出射光の中心軸の位置が大きく変化するため、製品ごとの特性を一定に保つには、斜断面角を精度よく管理することが必要となる。
【００５１】
図３中の斜端面角δは、大きくしすぎるとＰＯＦ５の伝送条件を満たさなくなったり、斜断面角のわずかな増減で出射光の中心軸の位置が大きく変化したり、斜端面の法線方向と光ファイバ５から出射される光の中心軸方向との成す角が必要以上に広くなり斜端面角δの効果が少なくなるため、斜端面角δとしては、５度以上４０度以下、好ましくは１０度以上４０度以下に設定する。
なお、図３において、矢印の位置として、出射光の中心軸に一致させている部分は、出射光の中心軸のプラス・マイナス１０度以内であれば、出射光の中の光量の比較的大きい部分が受光素子３に入力されるため、上記に述べたのと同様な効果が得られる。この場合［００４９］で述べた、黒丸と矢印とが、ＰＯＦ５の中心軸９に対して対称な位置となるδの範囲は、１３度付近≦δ≦３０度付近まで拡大される。
また、図３においては、黒丸と矢印間の角度θとして、２５度の場合を例示しているが、前述したように、１５度以上であれば本発明は適用することができ、好ましくは２０度程度以上であればよい。黒丸と矢印間の角度θが大きすぎると、図２の傾向からも予想される様に、ＰＯＦ５の一端８の斜端面での不要な反射光をできるだけ受光しないようにするために使用できるＰＯＦ５の開口数が大きいものに制限されるため、黒丸と矢印間の角度θは５０度以下で、好ましくは４０度以下とする。
【００５２】
図４に制御装置７の構成例を示す。同期信号発生手段７−２からのパルス信号を受けて発光素子駆動手段７−３にて光素子１を周期的にパルス発光させ、発光用集光手段２によりＰＯＦ５の一端８に光を導入する。ＰＯＦ５中を伝送し、ＰＯＦ５の他端１３から光を放出し、少なくともその一部をＰＯＦ５の該他端１３から再入射し、ＰＯＦ５中を伝送しＰＯＦ５の該一端８から放射し、受光用集光手段４を経由して受光素子３で光を電気に変換する。その信号を信号増幅手段７−４にて増幅後、同期信号発生手段７−２からの変換開始パルス信号によりＡＤ変換手段（アナログーデジタル変換器）７−５にてデジタル信号に変換後、信号処理手段７−１によって信号処理を行って出力信号１２ないしは表示器７−８に出力する。なお、収集したデータは一時記憶手段７−６で記憶する。出力信号１２は、リレー素子などを経由して接点出力とすることもできる。なお、信号処理手段７−１への指示は、スイッチ類やタッチパネル等により入力手段７−７から行う。なお、信号処理手段７−１、同期信号発生手段７−２、ＡＤ変換手段７−５および一時記憶手段７−６などは、処理装置７−９として、市販の汎用マイクロコンピュータ（例えばＰＩＣ等）で代用することもできる。また、ＡＤ変換手段７−５には、必要に応じてサンプル・ホールド回路機能を含ませることができる。また、他の処理用にマイクロコンピュータやデジタル信号処理装置を使用している場合には、当該マイクロコンピュータやデジタル信号処理装置の一部の機能を流用し、図４中の処理装置７−９の機能を行わせることもできる。
【００５３】
一本のファイバを用いる本発明においては、ＰＯＦ５の一端８における端面の状態により、大なり小なり、発光素子１からの発光の一部が、ＰＯＦ５の一端８や他端１３などで反射拡散し、受光素子３に入力される危険性が高い。この一端８の端面を斜断面状に製作することにより、受光素子３に不要な光が入力される危険性を大幅に低減可能であるが、ゼロにすることは困難である。したがって、受光素子３に入力される光量中、光素子１の発光が被検出物６経由で光ファイバ５の他端から光ファイバ５に再入射した光に起因する信号成分と、ＰＯＦ５の一端８や他端１３の端面などで反射・拡散した光に起因する不要な光量およびその他の不要な光量起因分とを、判別する必要がある。
なお、発光光素子１の発光の光ファイバへの導入と、光ファイバからの受光素子３への光の出射を、別の光ファイバないしは別の光ファイバ部分を用いる従来の方式では、ＰＯＦ５の一端８の端面で反射・拡散した光に起因する不要な光の受光は、通常考慮する必要がない。
【００５４】
本発明においては、このＰＯＦ５の一端８や他端１３などの端面で光素子１からの光が反射・拡散したものが、受光素子３に入射する不要な光を把握する必要性が高い。この不要な光は、ＰＯＦ５の一端８や他端１３などの端面の状態などによっても変化するため、適当な周期で計測しその値（以降では、ファイバ端面反射等起因データと略記する）を一時記憶手段７−６に記憶し、通常時には計測データからこのファイバ端面反射等起因データを、まず差し引いた上、以後の信号処理を行うのが好ましい。なお、このファイバ端面反射等起因データには、後述するＰＯＦ口径変換部５−２での反射などを含め、上記で述べたその他の不要な光量起因分も含まれている。
ファイバ端面反射等起因データを計測するタイミングは、被検出体６がＰＯＦ５の他端１３から離れている時に行う。後述する単芯双方向通信システムにおいては、通信を行っていない状態でかつ発光素子が発光している状態で行う。初期状態において、被検出体６がＰＯＦ５の他端１３から離れているケースや、通信を行わないケースにおいては、電源投入直後に行うことができる。また、入力手段７−７中にリセット位置ＴＥＳＴスイッチを設け、被検出体６がＰＯＦ５の他端１３から離れていることを操作者が確認し、ないしは単芯双方向通信システムにおいて通信を行っていないことを操作者が確認し、操作者がこのスイッチを押す時に行ってもよい。
【００５５】
ＰＯＦ５の一端８の端面を斜端面状に製作することにより、受光素子３に入力されるファイバ端面反射等起因の不要な光を大幅に低減可能である。この場合にはＡＤ変換後の値が所定の値以下における複数のデータの値を時間平均し、その値を一時記憶手段７−６に適当な周期で記憶し、その値を上記のファイバ端面反射等起因データとして用いることもできる。
【００５６】
上記のようにして、通常時におけるＡＤ変換後のデータからこのファイバ端面反射等起因データを、まず差し引いた上、しきい値処理を含む以後の信号処理を行えば、信号処理時のデータでは不要な光量に起因する値が排除できるため、被検出体６の有無の２値の計測のみに止まらず、複数階調の多値の判別も可能となる。例えば、被検出体６とＰＯＦ５との相対位置として、直近、少し近い、少し遠い、遠い、の４段階等、３値ないしはそれ以上の多値の判定が可能となる。
【００５７】
また、発光スペクトルの異なる（例えば、赤色、緑色、青色等）複数の発光素子１とこれらとそれぞれ複数本のＰＯＦ５および複数個の受光素子３を組合せることにより、被検出体６の色情報の検出も可能となる。この場合簡単には、図４のシステムを複数個揃えれば構成できる。制御装置７中の点線で囲った部分はアナログマルチプレクサ付の１個のマイクロコンピュータにて順次処理することも可能であり、入力手段７−７や表示手段７−８も一組ですませられる。３色の発光に対し、それぞれ３値ないしはそれ以上の多値の判定を行う場合、１０色を超える色の判別が可能である。
なお、発光スペクトルの異なる複数の発光素子が一つの発光素子１として集積されているものを用い、受光スペクトルの異なる複数の受光素子が一つの受光素子３として集積されているものを用いれば、単一のＰＯＦ５のみを用いた極めてシンプルな構成で、被検出体６の色情報の検出も可能となる。また、発光スペクトルの異なる複数の発光素子が一つの発光素子１として集積されているものを用い、発光素子１中に内蔵する複数の発光素子を時分割で点灯させ、受光スペクトルの広い単一の受光素子３用いて発光に同期して色情報の検出を行う場合においても、単一のＰＯＦ５のみを用いた極めてシンプルな構成で、被検出体６の色情報の検出も可能となる。
【００５８】
なお、３値ないしはそれ以上の多値の判定を行う場合には、白色の被検出体を用いて、受光素子３への最大光量の校正を行うのが好ましい。実際には、反射率の高い白色の被検出体を、ＰＯＦ５の他端付近に設置し、入力手段７−７中に設けた最大光量校正ボタンを押すことにより、このとき受光素子３に入射する光の信号を信号増幅手段７−４を経由してＡＤ変換し、このときの値から前記のファイバ端面反射等起因データを差し引き、制御部７内の一時記憶手段７−６に最大光量信号として記憶する。ゼロと最大光量信号の値との間を３値ないしはそれ以上の領域に分ける。３値の場合は、反射無領域、反射小領域、反射中領域および反射大領域に区分する。この区分は等間隔でもよいし、反射光の弱い部分を狭く、強い部分を広くして人間の目の感覚に合わせるなどを行ってもよい。
【００５９】
これまで、図１においては、ＰＯＦ５を直線状に配置しているが、ＰＯＦ５中の伝送条件が大幅に変化しない範囲で、屈曲しても、本発明は同様に適用できることはもちろんである。なお、ＰＯＦ５の他端１３における光の放射方向と被検出体６の位置が交差しない場合には、ＰＯＦ５の他端１３部分に、光の放射方向を変化させる光アダプタ１４（図示しない）を用いても、本発明は同様に適用できる。なお、光アダプタ１４としては、曲がり形状のファイバや反射ミラーやプリズムなどを用いることができる。
【００６０】
また、後述する口径変換手段と同様な方法により、口径の小さいＰＯＦに変換し、ＰＯＦ５の他端１３付近の口径を絞り、ＰＯＦ５の他端１３から出射される出射光の領域を狭い範囲に制限し、位置精度の良い移動体検出用の光送受信システムを構成することもできる。
【００６１】
図５に他の実施例を示す。これまで、ＰＯＦ５として、単一の直径を有するＰＯＦ５を用いる場合を述べてきたが、何らこれに限定するものではない、図５に示すように、端面が斜めに加工された、比較的大きい直径（例えば、直径が１．８ｍｍ−５ｍｍ）のＰＯＦ部分５−１と、細い直径（例えば、０．２ｍｍ−１．５ｍｍ）のＰＯＦ部分５−３と、その間に位置する直径が変化するＰＯＦ口径変換部５−２とからなっている。
【００６２】
図５において、発光素子１、受光素子２、発光用集光手段２および受光用集光手段４は、一体化された反射型フォトセンサ１１に構成されたものを使用する場合につき示している。一体化された反射型フォトセンサ１１は、市販品もあり、低コストでかつ品質がそろっている利点がある。
また、一体化された反射型フォトセンサ１１部分と、ＰＯＦ５−１の一端８付近は、遮光手段１６を設置し、外部光が受光素子３やＰＯＦ５−１の端面に入射しないよう構成している。なお、遮光手段１６の内面は、艶消しの黒色塗料などを塗布し、不要な反射が生じない構成するのが好ましい。
また、図５では、ＰＯＦ５の一端８の斜端面は、斜断面角δ＝１０−４０度、好ましくは１５度−３０度で、斜めに加工されている。ＰＯＦ５の中心軸９ないしは対称平面２２と、発光用集光手段２の光軸と成す角αは、＋５度ないしは＋３０度（好ましくは＋５度ないしは＋２０度）に設定し、ＰＯＦ５の中心軸９ないしは対称平面２２と、受光用集光手段４の光軸と成す角βは、−５度ないしは−３０度（好ましくは−１０度ないしは−２０度）に設定している。
なお、図３でも述べたように、斜断面角δを、使用する一体化された反射型フォトセンサ１１に合わせて、１３度−３０度程度の適当な値に設定すれば、上記の角度αとβは、符号が逆でほぼ同じ絶対値にすることができるため、光学的設定も容易になる利点がある。
【００６３】
発光素子１や受光素子３との間で、集光手段２や４を介して光の入出力を行う、ＰＯＦ５の端部８では、図２に示したように、ある程度以上の開口数のファイバを使用するほうが、効率のよい光の入出力ができる。また、比較的大きい直径（例えば、直径が１．８ｍｍ−５ｍｍ）のＰＯＦ５−１を用いる方が、少々光軸がずれても、効率よくＰＯＦ５への光の入射が可能で、ＰＯＦ５の一端８からの出射光も大きく変化せずに受光可能である。しかし、ファイバの直径が太くなると、柔軟性が悪くなり、曲げ半径も大きくなる欠点がある。
一方、反射光の変化を検出したいＰＯＦ５の他端１３は、設置するスペースが狭かったり、小さい光ファイバの曲げ半径を要する場合がしばしば生じ、ＰＯＦ５の他端１３付近の直径は、細い方が好ましい場合が多い。このような場合には、図５に示したように、ＰＯＦ５の途中にＰＯＦ口径変換部５−２のように、ＰＯＦ５の直径を漸次変化させる部分を設ければよい。
【００６４】
ＰＯＦ口径変換部５−２は、比較的太い直径の光ファイバを回転させながら、その周囲から熱を加えつつ、徐々に引っ張ることにより得ることができる。あるいは、比較的太い直径の光ファイバの先端付近を図５のＰＯＦ口径変換部５−２に示すテーパ形状になるように機械加工し、その先端を細い直径の光ファイバと接着させてもよい。なお、この場合には、接着剤として、固着後ＰＯＦのコアに近い屈折率となるものを用いることが望ましく、機械加工した部分は前もって透明フッ素樹脂の低屈折率樹脂などで単層ないしは複数層のコーティングを行い、薄い単層ないしは複数層のクラッド層を形成しておくのが望ましい。
【００６５】
ＰＯＦ口径変換部５−２としては、特開２００１−３５００３７号公報に記載ないしは引用されているような、レンズないしはレンズ作用を有する物質の使用、ないしは大口径側のＰＯＦ５の端面を凸状に加工すること、などによりＰＯＦ５の口径変換を効率よく行う方法を用いることもできる。
【００６６】
なお、いずれのＰＯＦ口径変換部５−２を用いても、ＰＯＦ口径変換部５−２ではいくばくかの反射成分が生じその一部はＰＯＦ５を逆に伝送し、ＰＯＦ５の一端８から出射し、受光素子３にて不要光として検知される。このため、ＰＯＦ口径変換部５−２を使用する場合には、制御装置７内にて、図４に関連して述べたファイバ端面反射等起因データの信号処理が必須となる。
【００６７】
図５において、発光素子１からの光は、発光用集光手段２を適切に設計しＰＯＦ５の斜端面８の一部分だけに集光させることにより、ＰＯＦ５の端面のエッジ部分や遮光手段１６を照射してそれらの不要な反射光が、受光素子４に入射されるのを回避ないしは大幅に低減することができる。なお、集光手段２とＰＯＦ５との間で、発光素子１からの光を制限させる様に後述するような遮光体１９を設け、発光素子１からの光が受光素子３側のＰＯＦ５の端面のエッジ等を照射しない様に構成し、上記不要な反射光を光受光素子４に入射させないように構成することもできる。
【００６８】
図６に、ＰＯＦ５の両端部分に、ともに、一体化反射型フォトセンサ１１ａおよび１１ｂを設置し、制御装置７ａおよび７ｂを介してパソコン１７ａおよび１７ｂ間でデータ通信を行う光送受信システムの他の実施例を示す。電気通信路１２ａおよび１２ｂは、低速のＲＳ−２３２Ｃ規格の通信や、より高速の全２重通信にも対応させることもできる。
第１のパソコン１７ａから発信された信号は、制御装置７ａを経由して、発光素子１ａを駆動する。その光は発行用集光手段２ａを介して、ＰＯＦ５の一端に入射される。その入射光は、光ファイバ５中を伝搬し、光ファイバ５の他端から出射され、受光用集光手段４ｂを経由して受光素子３ｂに入射し、電気信号に変換されて、制御装置７ｂと電気通信路１２ｂを経由して、第２のパソコン１７ｂに入力される。
同様に、第２のパソコン１７ｂから発信された信号は、上記と逆のルートをたどって、第１のパソコン１７ａに入力される。ＰＯＦ５中では、右に伝搬する波と、左へ伝搬する波が共存するが、基本的には、両方向の光間では、干渉等は生じない。
図６においては、ＰＯＦ５部分に口径変換部５−２ａ、５−２ｂを設け、ＰＯＦ５の主要部分の口径を細くし柔軟性を良くした単芯双方向通信の光送受信システム２１を示す。
なお、発光素子１ａ，１ｂの発光波長を異ならせ、発光素子１ａの光は通すが発光素子１ｂの光は通さない光学フィルタを受光素子３ｂないしはその集光手段４ｂの前面に設置し、発光素子１ｂの光は通すが発光素子１ａの光は通さない光学フィルタを受光素子３ａないしはその集光手段４ａの前面に設置することにより、ＰＯＦ５の端面やエッジあるいは遮光手段１６経由での不要光の受光素子３への漏れ込みの悪影響を低減することもできる。
【００６９】
図６において、ＰＯＦ５の部分に、光コネクタ１５を用いてで着脱割可能にすることもできる。図６においては、口径の大きいＰＯＦ部分である５−１ａや５−１ｂ部分に光コネクタ１５ａや１５ｂ（図示せず）を設置するのが、光コネクタの接合精度をあまり必要とせずに所望の結合特性が得られるためコストと性能の点で好ましい。
【００７０】
図７は、ＰＯＦ５の一端８を、複数個の端面で構成する光送受信装置２０の例を示す。受光用集光手段４と対面する端面（第１の端面部分）の斜端面角δをプラスに設定し、発光用集光手段２と対面する端面（第２の端面部分）の斜端面角δ‘（図７参照）を０ないしはマイナスに設定し、ＰＯＦ５からの出射光を効率よく検知し、ＰＯＦ５への入射効率を改善すると共に、発光素子１からの不要光が、受光素子３に入射されないように構成している。
この場合、図１でも述べたと同様に、ＰＯＦ５の一端８の斜端面から出射される出射光の中心軸は、ＰＯＦ５の中心軸９に対し、上記のＰ側に曲がるため、受光用集光手段４の光軸を出射光の中心軸付近（プラスマイナス１０度以内）に設置することにより、効率よく出射光を検出できると共に、対称平面２２に対して受光用集光手段４の光軸とは反対側で、かつＰＯＦ５中の伝送条件を満たす入射可能範囲に発光用集光手段２の光軸を設置できるため、発光素子１、発光用集光手段２、受光素子３、受光用集光手段４の設置が容易となり、市販の一体化反射型フォトセンサの使用も可能となる利点がある。
一体化反射型フォトセンサ１１中の発光用集光手段２と受光用集光手段４との中心間距離が、ＰＯＦ５の一端８でのＰＯＦの直径と比べ同等ないしはより広い場合には、受光用集光手段４と対面する端面（第１の端面部分）の斜端面角δをプラスに設定し、発光用集光手段２と対面する端面（第２の端面部分）の斜端面角δ‘（図７参照）を０ないしはマイナスに設定し、ＰＯＦ５への入射光や光ファイバ５からの出射光を効率よく一体化反射型フォトセンサ１１に入出力するように構成している。
発光素子１からの光によるＰＯＦ５の端面や遮光手段１６等での不要な反射光による受光素子３への不要な光の入射を極力避けるために、第１の端面部分と第２の端面部分との境界部分と一体化反射型フォトセンサ１１との間に、遮光体１９を設けている。また、第１の端面部分と第２の端面部分との境界部分の端面部分に空隙１８を設けることにより、この境界部分を介した不要光を大幅に低減できる。
このことにより、発光素子１からの光によるＰＯＦ５の一端８での不要な反射光が受光素子３に入射される危険性を大幅に低減することができると共に、発光用集光手段２の光軸の設置可能範囲を大幅に増加させることができる。すなわち図４における、ファイバ端面の法線方向近より受光素子側に、発光素子を設置する制限の必要がなくなる。
【００７１】
ＰＯＦ５の長さ方向の外形線と第一の端面部分および第二の端面部分の最鋭角部をＰおよびＰ‘で示している。
第一の端面部分の最鋭角部であるＰからＰＯＦ５の中心軸に下ろした垂線に垂直であり、かつＰＯＦ５の中心軸を含む平面、すなわち図７でＰＯＦ５の中心軸を通り紙面に垂直な平面を、図１と同様に対称平面２２と呼ぶ。
【００７２】
図８に、図７に対する、ＰＯＦ５中での伝送条件を満たす、出射光の範囲と入射光の可能範囲を示す。なお、図８中の黒丸と矢印は、図３の説明のため用いたものをそのまま併記している。
図８中縦軸が負の部分は、ＰＯＦ５の一端８の第一の端面からの出射光の範囲を示し、この範囲は図３の下半分に相当している。
図８中縦軸が正の部分は、ＰＯＦ５の一端８の第二の端面部分への入射光の可能範囲を示す。この場合には、第一の端面の斜断面角（δ）には無関係となり、第二の端面の斜断面角（δ‘）にのみ依存する。δ‘＝０のときはβの上限は約３０度、δ‘＝１０度の時はβの上限は約３７度、であり、第二の端面の斜断面角（δ‘）が増大するとともに、βの上限も増大する。
また、発光素子１からの光がＰＯＦ５の一端８の第二端面に入射し、端面での反射成分が生じても、遮光手段１９にて遮光されて、受光素子３には入力されないため、図３のＢ１やＣ１のケースに対しても、ＳＮ比の高い信号を受信できる利点がある。
【符号の説明】
【００７３】
１：発光素子、２：発光用集光手段、２’：発光用コリメータレンズ、
３：受光素子、４：受光用集光手段、４’：受光用コリメータレンズ、
５：ＰＯＦ、６：被検出体、７：制御装置、８：ＰＯＦの一端、
９：ＰＯＦの中心軸、１０：ＰＯＦの一端の端面の法線、１１：一体化反射型フォトセンサ、１２：制御装置の出力信号、１３：ＰＯＦの他端、１４：光アダプタ、１５：光コネクタ、１６：遮光手段、１７：パソコン、１８：空隙、１９：遮光体、２０：光送受信装置、２１：光送受信システム、２２：対称平面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低廉な被検出物の検出装置および双方向通信装置に好適な、一本のプラスチック光ファイバ（以降ＰＯＦと略記する）を用いた光送受信装置および光送受信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の検出に関して種々のセンサが用いられており、その一つに、被検出体と検知回路ないしは光源間を光ファイバでつなぐ光ファイバセンサがある。この光ファイバセンサには、物体が光を遮ることによる光量変化を検出する透過型と、物体からの反射光により検出する反射型とに分類される。光ファイバ使用により、光源や受光部分と被検出体間の絶縁性が保たれるとともに、光源や受光部分を自由な位置に設置できる利点を有しており、耐水性や耐環境性に優れている。
【０００３】
反射型の光ファイバセンサの一従来例は、特開２００２−７１５５３号公報図１に示される様に、投光用光ファイバと検出用光ファイバを別々に設置し、投光用光ファイバの一端付近には光源であるＬＥＤ素子を設置し、他端は被検出体近傍に設置している。また、検出用光ファイバの一端付近には受光素子を設置し、他端は被検出体近傍に設置しており、全体では２本の光ファイバにより光ファイバセンサを構成している。
【０００４】
このような２本の光ファイバで反射型光センサを構成した場合、光ファイバが２本必要なため、コスト面スペース面で不利になると共に、投光素子／受光素子から検出体までの光ファイバ対が太くなりこの部分の柔軟性が悪くなる欠点がある。
【０００５】
反射型の光ファイバセンサの他の従来例は、実開平０２−９０５４０号公報第１図、特開平０７−９８３８４号公報図１、特開２００２−９４１０７号公報図１に示される様、２本の光ファイバの一端が光カプラや光アイソレータ等により一本の光ファイバに変換されているものである。２本の光ファイバの他端はそれぞれ投光素子と受光素子の近傍に設置され、変換された１本のファイバの他端は、検出体の付近に設置される。１本の光ファイバ部分の柔軟性は保たれるが、２本の光ファイバ部分ならびに光カプラや光アイソレータ等の部分は、前述の特開２００２−７１５５３号公報図１にくらべて、コスト面ではさらに不利となる欠点を有する。
【０００６】
単芯ファイバを用いた双方向通信の従来例は、特開２００４−４５８２５号公報の図７に示されている様に、直径１ｍｍ程度のＰＯＦの端面が球端面を有している場合と平坦面を有している場合につき、この端面付近にレンズと発光素子を有する送信部と、レンズと受光素子を有する受信部を配置し、２つのケースにおける受信部の受信効率につき、比較されている。この両ケースとも、受信部の一部が光ファイバの中心軸上に存在するように配置し、送信部からの光は光ファイバの中心軸を横切って、光ファイバの中心軸に対して送信部からは離れる側で光ファイバの端面の反対側の周辺部分に入射させ、受信効率の向上を図っている。
本公知例の実施例は、直径１ｍｍ程度の比較的細いＰＯＦを使用し，かつ送信部の光学系の設定には、高精度が必要とされ、使用する素子も特殊なものになるなど、高価なものとなる欠点を有する。
【０００７】
単芯ファイバを用いた双方向通信の他の従来例は、特開２００３−２６２７６５号公報の図１（ａ）図９図１０に示されている様に、直径１ｍｍ程度のＰＯＦの端面付近の直径を拡大し、拡大されたＰＯＦの周辺部分中の狭い領域に送信光を入射する構成を取っている。本例では。端面付近で直径が拡大し、かつ端面形状も円端反射を避けるため特殊な形状となっており、高価なものとなる欠点がある。
【０００８】
単芯ファイバを用いた双方向通信の他の従来例は、特開平１１−３０８１７９号公報の図１、図２および図１２などに示されている様に、直径１ｍｍ程度以下の光ファイバの端面を光ファイバの中心軸に対し傾斜して設け、この端面に、半導体レーザからの光を、光ファイバの中心軸と平行に設置されたコア部とクラッド部を有する送信光用導波路を経由して光ファイバの周辺部に入射すると共に、光ファイバから出射される光を、光ファイバの端面に密設した端面を有しかつ光ファイバの中心軸と平行に設置されたコア部とクラッド部を有する、受信光用導波路を経由してフォトダイオードで受光する例が記載されている。本例では、図２などに示されているように、発光素子と受光素子の配置は、光ファイバの直径程度内に納めることが必要であるため専用の微小な発光素子や受光素子の使用が前提となり、また、光学的位置合わせも精度を要し、高価なものとなる欠点がある。
なお、本公報では、光ファイバの端面を傾斜して形成する利点として、送信光の当該傾斜端面での反射光が受信光用導波路に入力されにくい点のみが述べられている。しかし、本公報では、送信光導波路の出射側端面や受信光導波路の入射側端面と、光ファイバの当該傾斜端面との距離は密着ないしは短く設定することが前提となっており、光ファイバを経由して伝搬されてきた光の出射光の中心軸が、当該傾斜端面にて曲がる効果は記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−７１５５３号公報
【特許文献２】実開平０２−９０５４０号公報
【特許文献３】特開平０７−９８３８４号公報
【特許文献４】特開２００２−９４１０７号公報
【特許文献５】特開２００４−４５８２５号公報
【特許文献６】特開２００３−２６２７６５号公報
【特許文献７】特開平１１−３０８１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１−特許文献４では、光ファイバの少なくとも一部が２本で構成されており、コスト面や柔軟性などの点で好ましくない。
また、特許文献５−特許文献７では、直径が１ｍｍ程度以下のＰＯＦなどを使用し、単芯双方向通信を行っているが、光軸合わせに精度を要し、また専用の発光素子や受光素子や光ファイバの使用が前提になるなど、コストの点で好ましくない。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、位置合わせが容易で、汎用や市販の発光素子や受光素子ないしは、汎用や市販の反射型フォトセンサ等を使用することができ、安価に構成可能な光送受信装置およびそれを用いた光送受信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための技術的手段は、開口数が０．４以上０．７以下でコア部の口径が１．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の部分を有する一本のＰＯＦの一端の少なくとも一部を、ＰＯＦの中心軸に垂直な面から、角度δ（１０度−４０度）を有する斜端面で構成し、対称平面［ＰＯＦの長さ方向の外形線と斜端面部分とが成す角が最鋭角を有する頂点部分（以降では斜端面の最鋭角部と略記する）から当該ＰＯＦの中心軸に下ろした垂線に垂直であり、かつＰＯＦの中心軸を含む平面を指す。以下同様］に対して、斜端面の最鋭角部側に受光素子および受光用集光手段の光軸を配置し、対称平面に対し斜端面の最鋭角部とは反対側でかつＰＯＦの開口角内に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、発光素子からの光の少なくとも一部を、発光用集光手段を用いて、ＰＯＦの該一端より入射するとともに、ＰＯＦ中を伝送してきた光の、該斜端面からの出射光を、受光用集光手段を用いて集光し受光素子にて検知し、その出力をＡＤ変換器を経由し、しきい値処理を有する信号処理装置に入力し、信号処理後に信号処理装置から出力することを、光送受信装置の技術的特徴としている。
【００１３】
ＰＯＦの長手方向の中心軸に対し、ＰＯＦ中を伝送してきた光が斜端面から出射する出射光の中心がなす角をγ（度）とすると（図１参照）、
ｓｉｎ［（δ−γ）π／１８０］＝ｎ・ｓｉｎ［δπ／１８０］・・・・・式（１）
ただし、ｎ＝光ファイバのコアの屈折率（例：ＰＯＦの場合＝１．４９）
δ＝ＰＯＦの中心軸に垂直な平面に対し、ＰＯＦの斜端面が成す角（度）
の関係（以下では「出射光中心軸の式」と呼ぶ）が成り立つ。
すなわち、ＰＯＦの斜端面からの出射光の中心軸は、ＰＯＦの中心軸に対して、斜端面の最鋭角部側に曲がる性質を有する。
なお、時計回り方向の角度の符号はプラス、反時計回りの方向の角度の符号はマイナスで表示している（以下も同じ）。
【００１４】
上記課題を解決するための好ましい第１の追加の技術的手段は、受光用集光手段の光軸を、ＰＯＦ中を伝送してきた光の斜端面からの出射光の中心軸のプラス・マイナス１０度以内に設置し、かつ発光素子の集光手段の光軸を、ＰＯＦの該一端の開口角内に設置することである。
【００１５】
上記課題を解決するための好ましい第２の追加の技術的手段は、発光用集光手段の光軸を、ＰＯＦの斜端面の法線方向のプラス・マイナス１０度以内ないしはＰＯＦの斜端面の法線方向に対し受光素子の集光手段の光軸側に設定することである。
【００１６】
上記課題を解決するための好ましい第３の追加の技術的手段は、発光素子と、発光用集光手段と、受光素子と、受光用集光手段とを一体に結合させたものを、上記ＰＯＦの斜端面を含む該一端付近に設置する点にある。
【００１７】
上記課題を解決するための好ましい第４の追加技術的手段は、発光用集光手段として、集光手段の出射光が平行光ないしそれに近似の光となるコリメートレンズを用いる点にある。
【００１８】
上記課題を解決するための好ましい第５の追加技術的手段は、被検出体が無い状態や通信信号が存在しない状態での受光素子からの出力量を適宜測定し、信号処理装置にそれらの測定量を記憶し、その記憶量を反映して、受光素子の出力量の検知しきい値を決定する点にある。
【００１９】
上記課題を解決するための好ましい第６の追加技術的手段は、被検出体の有無や通信信号の有無の両状態での受光素子からの出力量を適宜測定し、信号処理装置にそれらの測定量を記憶し、その記憶量を基に、受光素子の出力量の検知しきい値と校正値とを決定する点にある。
【００２０】
上記課題を解決するための好ましい第７の追加技術的手段は、ＰＯＦの一端の一部を、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面から１０度以上４０度以下の角度を有する第一の斜端面で構成し、該ＰＯＦの中心軸に平行な該ＰＯＦの外形線と該第一の斜端面との最鋭角部分からＰＯＦの中心軸におろした垂線に垂直でかつＰＯＦの中心軸を含む対称平面に対して、該最鋭角部分側に受光素子および受光用集光手段の光軸を、該最鋭角部分とは反対側に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、当該ＰＯＦの該一端の他の部分に、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面に対して、第一の斜端面とは逆向きの角度を有する第二の斜端面ないしはＰＯＦの中心軸に垂直な端面を構成し、第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な該端面と第一の斜端面との境界付近に遮光体を設置し、発光素子からの光の少なくとも一部を第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な該端面を経由してＰＯＦに入射し、受光素子および受光用集光手段の光軸と、発光素子および発光用集光手段の光軸とが、対称平面ならびに遮光体に対して、それぞれ反対側に位置している点にある。
【００２１】
上記課題を解決するための好ましい第８の追加技術的手段は、ＰＯＦ中に、ＰＯＦ口径変換部を経由して、コアの口径が１．５ｍｍ以下のＰＯＦに光学的に接続されている部分を含む点ある。
【発明の効果】
【００２２】
コア部の口径が１．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の大口径ＰＯＦを用いることにより、軸合わせなどにも高精度を要しない。また、ＰＯＦの端面を斜端面とすることにより、ＰＯＦからの出射光の中心軸が、式（１）に示したように、斜端面の最鋭頂点部方向に曲がるため、対称平面より斜端面の最鋭角部を含む領域側に受光素子ならびに受光用集光手段の光軸を設置することにより効率的な受光が可能となる。また、発光素子および発光用集光手段の光軸を対称平面に対し受光素子などとは反対側に設置でき、かつＰＯＦの開口角として０．４以上０．６以下の大開口角のＰＯＦを使用することにより、発光素子からの光の斜端面での反射光が受光用集光手段に入射されにくくかつ発光素子からの光を効率よくＰＯＦに入射するよう構成することができる光送受信装置が得られる利点がある。
ただし、発光素子からの光の斜端面での反射光や拡散光などを含む不要な光が受光素子に入射されるのを完全に阻止することは困難なため、本発明では、受光素子の検知信号をＡＤ変換器でデジタル信号に変換したうえで、信号処理装置にて不要信号部分を除去する信号処理を行っている。なお、このＡＤ変換と信号処理装置部分は数十円−数百円で入手可能な汎用のワンチップマイコンなどで対応できるため、コストの点からは特には問題とはならない。
【００２３】
また、発光素子用の光ファイバと受光素子用の光ファイバとを用い、かつ光カプラを用いて１本の光ファイバに結合する従来の方式に比べ、本発明は、前記課題を解決するための技術的手段により、１本の柔軟なＰＯＦの一端付近に発光素子、受光素子ならびにこれらの集光手段を配置すればよいので、従来方式に比べ大幅に小型かつ安価でかつ柔軟性に富んで、ＰＯＦの他端における、被検出体の検出を行うことができる光送受信システムが得られる利点がある。なお、ＰＯＦ部分は、絶縁性、防塵性、防水性などを保有することは、もちろんである。
【００２４】
受光用集光手段の光軸を、ＰＯＦ中を伝送してきた光の出射光の中心軸（式（１））のプラス・マイナス１０度以内に設置し、かつ発光用集光手段の光軸をＰＯＦ中の伝送条件を満たす範囲に設置する、上記課題を解決するための好ましい第１の追加の技術的手段によれば、ＰＯＦ中を伝送してきた光の斜端面からの出射光に対し、光量の大きい出射光の中心軸付近に受光素子の集光手段の光軸を設置するため、受光量が増加する光送受信装置が得られる利点がある。
【００２５】
発光用集光手段の光軸を、ＰＯＦの斜端面の法線方向のプラス・マイナス１０度以内ないしはＰＯＦの端面の法線方向に対し受光用集光手段の光軸側に設置する、上記課題を解決するための好ましい第２の追加の技術的手段によれば、発光素子から出た光がＰＯＦ端面で直接反射する光は、そのままほぼ同じ光路（プラス・マイナス１０度以内）で反射されるかないしは受光素子からは離れる方向の角度に反射される。したがって、このＰＯＦの斜端面で直接反射する光を、受光用集光手段に入射させなくすることが容易になる光送受信装置が得られる利点がある。
【００２６】
発光素子と、発光用集光手段と、受光素子と、受光用集光手段とを一体に結合させたものを、上記ＰＯＦの該一端付近に設置する、上記課題を解決するための好ましい第３の追加の技術的手段によれば、発光素子・発光用集光手段・受光素子・受光用集光手段の光軸や位置をあらかじめ好ましい状態で一体に結合させておけば、発光素子・発光用集光手段・受光素子・受光用集光手段の光軸や位置を個々に調整する必要がなく、この一体結合品とＰＯＦとの光軸および位置を合わせればすむため、安価で高性能の計測が可能となる利点がある。
さらに、発光用集光手段の光軸と、受光用集光手段の光軸との成す角の適切なものを選択すれば、市販の一体型の反射型フォトセンサを活用し、上記の大口径のＰＯＦの該一端付近に設置することにより、コンパクトで容易に、かつ安価に、被検出物の検出や単芯双方向通信ができる光送受信装置や光送受信システムが得られる利点がある。
【００２７】
発光用集光手段として、集光手段の出射光が平行光ないしそれに近似の光となるコリメートレンズを用いる、上記課題を解決するための好ましい第４の追加の技術的手段によれば、発光素子の集光手段からの全光量ないしは大半の光量を使用するＰＯＦの開口角内に設定できるため、該ＰＯＦに入射する光量を増加できＰＯＦの他端より出射する光量を増大することができる。ＰＯＦの他端付近で被検出体の検出を行う場合には該ＰＯＦの他端より再入射する光量を増加でき、ひいては該ＰＯＦの斜端面から出射する光量もふえるため、受光素子の出力信号が増大し、受光素子にて検知される光信号のＳＮ比を大幅に向上することができ、被検出体の有無を確実に検出したり、単芯双方向通信における光信号の確実な授受を行うことができる光送受信装置や光送受信システムが得られる利点がある。
【００２８】
被検出体が無い状態や通信信号のない状態での受光素子からの出力量を適宜計測し、信号処理装置にそれらの計測量を記憶し、その記憶量を反映して、受光素子の出力量の検知しきい値を決定する、上記課題を解決するための好ましい第５の追加の技術的手段によれば、無視できない不要光量が存在し、またその値が経時的に徐々に変化する場合においても、被検出体の有無を確実に検出したり、双方向通信における光信号の確実な授受を行うことができる光送受信装置や光送受信システムが得られる利点がある。
【００２９】
被検出体の有と無しの両状態や通信信号の有と無しの両状態での受光素子からの出力量を適宜測定し、信号処理装置にそれらの測定量を記憶し、その記憶量を基に、受光素子の出力量の検知しきい値と校正値とを決定する、上記課題を解決するための好ましい第６の追加の技術的手段によれば、被処理物からの反射光の大きさを、多値のデータとして容易に取り扱えるようになる光送受信装置や光送受信システムが得られる利点がある。
【００３０】
ＰＯＦの一端の一部を、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面から１０度以上４０度以下の角度を有する第一の斜端面で構成し、該ＰＯＦの中心軸に平行な該ＰＯＦの外形線と該第一の斜端面との最鋭角部分からＰＯＦの中心軸におろした垂線に垂直でかつＰＯＦの中心軸を含む対称平面に対して、該最鋭角部分側に受光素子および受光用集光手段の光軸を、該最鋭角部分とは反対側に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、当該ＰＯＦの該一端の他の部分に、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面に対して、第一の斜端面とは逆向きの角度を有する第二の斜端面ないしはＰＯＦの中心軸に垂直な端面を構成し、第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な該端面と第一の斜端面との境界付近に遮光体を設置し、発光素子からの光の少なくとも一部を第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な該端面を経由してＰＯＦに入射し、受光素子および受光用集光手段の光軸と、発光素子および発光用集光手段の光軸とが、対称平面ならびに遮光体に対して、それぞれ反対側に位置することを特徴とする上記課題を解決するための好ましい第７の追加の技術的手段によれば、第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な端面付近に設置した発光素子からＰＯＦの該一端の他の部分での反射光や拡散光が、受光素子に入射する可能性が大幅に低減できて、受光素子にて検知される光信号のＳＮ比を大幅に向上することができ、被検出体の有無を確実に検出したり、双方向通信における光信号の確実な授受を行うことができるとともに、ＰＯＦで伝送可能な、該一端の他の部分への入射光の入射角の範囲を拡大できるため、発光素子および発光用集光手段を設置する範囲を広げることができる光送受信装置や光送受信システムが得られる利点がある。
【００３１】
ＰＯＦ中に、口径が１．５ｍｍ以下の口径のＰＯＦないしは光ファイバ部分へ変換するＰＯＦ口径変換部を有する、上記課題を解決するための好ましい第８の追加の技術的手段によれば、口径が１．５ｍｍ以下の口径を有するＰＯＦないしは光ファイバ部分での柔軟性がさらに向上しかつ低コストの光送受信装置や光送受信システムが得られる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の他の実施形態における光送受信装置及び光送受信システムの例（斜端面角＝δ）を示す図。
【図２】ＰＯＦの伝送条件を満たす入射光・出射光角度の開口数依存性（斜端面角＝０）
【図３】斜端面角に対するＰＯＦの伝送条件を満たす入射光・出射光角度、ならびに発光用集光手段の光軸と受光用集光手段の光軸の設定例を示す図（開口数＝０．５、斜端面角＝δ、θ＝２５度）
【図４】光送受信装置中の制御装置の構成例を示す図。
【図５】本発明の他の実施形態における光送受信装置及び光送受信システムの例（斜端面角＝δ）を示す図。
【図６】本発明の他の実施形態における光送受信装置及び光送受信システムの例（斜端面角＝δ）を示す図。
【図７】本発明の他の実施形態における光送受信装置及び光送受信システムの例（斜端面角（受光用集光手段側）＝δ、発光用集光手段側斜端面角＝δ‘）を示す図。
【図８】図７の例において、受光素子側斜端面角に対するＰＯＦの伝送条件を満たす入射光・出射光角度範囲を示す図（開口数＝０．５、受光素子側斜端面角＝δ、発光素子側斜端面角＝δ‘、θ＝２５度）
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１に本発明の実施形態における光送受信装置２０および光送受信システム２１の一例を示す。１本のＰＯＦ５の一端８付近に、発光素子１、発光用集光手段２、受光素子３、および受光用集光手段４を配置し、当該ＰＯＦ５の他端１３付近に、動く被検出体６を配置する。発光素子１と受光素子３は、制御装置７により制御される。１本のみのＰＯＦ５で構成しており、ＰＯＦ部分の柔軟性にとみ、かつシステム構成がシンプルで安価に構成できる利点がある。
図１において、ＰＯＦ５，ＰＯＦ５の一端８、発光素子１、発光用集光手段２、受光素子３、受光用集光手段４、および制御装置７で光送受信装置２０を構成している。
また、光送受信装置２０に、ＰＯＦ５の他端１３、移動体６を含めて、移動体検出用の光送受信システム２１を構成している。
【００３４】
ＰＯＦ５の一端８はＰＯＦ５の中心軸９に垂直な面に対して斜めに切断されている（以降では斜端面と略す）。ＰＯＦ５の他端１３は、ＰＯＦ５の軸９に対し、垂直に切断されている。発光用集光手段２の光軸は、ＰＯＦ５の中心軸９ないしは後述する対称平面２２に対しα度なる角度を有し、受光用集光手段４の光軸は、ＰＯＦ５の中心軸９ないしは対称平面２２に対しβ度なる角度を有している。なお、以下の説明ではすべて、時計回り方向の角度をプラスとし、反時計まわり方向の角度をマイナスとする。また、以下の説明図では、説明上、ＰＯＦ５の直径の寸法を、集光手段の直径や光ファイバと各集光手段との距離にくらべ、拡大して示している。
光の入射の効率と、ＰＯＦ５の柔軟性の点より、ＰＯＦ５の直径の寸法としては、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１．８ｍｍ以上５ｍｍ以下を対象としている。また、ＰＯＦ５の一端８の斜端面と発光用集光手段２ないしは受光用集光手段４との距離は、通常１ｍｍ程度以上１５ｍｍ程度以下、好ましくはＰＯＦのコア径程度以上でコア径の５倍程度以下、の範囲となる。
【００３５】
図１では、ＰＯＦ５の一端の端面を、ＰＯＦ５の軸９の垂直方向からδの斜端面角度をもって斜めに切断している。ＰＯＦ５の長手方向の中心軸９に対し、ＰＯＦ５中を伝送してきた光が斜端面から出射する出射光の中心軸がなす角をγ（度）とすると、上記の式（１）の関係（以下では「出射光中心軸の式」と呼ぶ）が成り立つ。すなわち出射光の中心軸は、ＰＯＦ５の中心軸９に対し、斜端面の法線方向からは遠くなる方向（下記に示す斜端面の最鋭角部Ｐ側）に曲がる。
以後の説明において、ＰＯＦ５の中心軸９と平行な外形線と斜端面部分とが成す角が最鋭角を有する頂点部分Ｐ（図１、最鋭角部と略記する）から当該ＰＯＦ５の中心軸に下ろした垂線に垂直であり、かつＰＯＦ５の中心軸を含む平面、すなわち図１でＰＯＦ５の中心軸を通り紙面に垂直な平面、を対称平面２２と呼ぶ。なお、図１中のＱは，ＰＯＦ５の長さ方向の外形線と斜端面部分とが成す角が最鈍角を有する頂点部分を示す。
上述のように、ＰＯＦ５の斜端面８から出射される出射光の中心軸は、ＰＯＦ５の中心軸９に対し、上記のＰ側に曲がるため、受光用集光手段４の光軸を出射光の中心軸付近（プラスマイナス１０度以内）に設置することにより、効率よく出射光を検出できると共に、対称平面２２に対して受光用集光手段４の光軸とは反対側で、かつＰＯＦ５中の伝送条件を満たす入射可能範囲に発光用集光手段２の光軸を設置できるため、入射光や出射光の光の利用効率を高くした状態で、発光素子１、発光用集光手段２、受光素子３、受光用集光手段４の設置が容易となる利点がある。
【００３６】
なお、ＰＯＦ５の一端８の斜端面と受光用集光手段４の光軸とが交差する部分が、対称平面２２に対しわずかに受光素子３の反対側に位置する場合であっても、ＰＯＦ５の一端８と受光用集光手段４との間の受光用集光手段４の光軸の主要部分（９０％以上）が上記条件を満たせば、特に問題とはならず、上記の利点は保存される。発光用集光手段４の光軸に対しても、同様に、ＰＯＦ５の一端８の斜端面と発光用集光手段２との間の発光用集光手段４の光軸の主要部分（９０％以上）が上記条件を満たせば、特に問題とはならなず、上記の利点は保存される。したがって、これらの状態も、上記の［００３５］の記載に含まれるものとする。
また、受光素子３及び受光用集光手段４と、発光素子１および発光用集光手段２とが、対称平面２２に対して反対側に位置しかつほぼ対称に設置することが可能となるため、市販の反射型フォトセンサ１１を用いることにより、従来法では面倒な光軸の設定が不要で、光利用効率の高い状態が、容易に設定できると共に、特性の揃ったシステムの構築が容易になる利点がある。
【００３７】
なお、発光用集光手段２として、通常のレンズに変えて、発光素子１からの光を集光しほぼ平行光に変換するコリメートレンズを用いることができる。コリメートレンズに入力した光のほとんどを、ＰＯＦ５中の伝送条件を満たす条件にてＰＯＦ５の一端から入射させることができるため、受光素子３に入射する光量もさらに増加する利点がある。また、受光用集光手段としてコリメートレンズを用いると、ＰＯＦ５からの所定角度の出射光のみを集光できるため、発光用集光手段からＰＯＦ５の一端８の端面に入射された光の当該端面での直接的な反射光をさらに受けにくくできる利点がある。
【００３８】
図２は、ＰＯＦ５の一端が、ＰＯＦ５の軸９に対し、垂直に切断されている場合において、ＰＯＦ５中を伝送可能な条件においての、ＰＯＦ５への入射光の角度の条件およびＰＯＦ５から出射される光の角度の存在範囲を示す。なお、ＰＯＦ５の一端８が斜端面を有する場合には、出射光や入射光の中心軸に対して、光の存在範囲は若干増加するが、基本的な傾向は変わらない。
受光素子３により、被検出物６からの光を効率よく安定して検出するためには、発光用集光手段２の光軸ならびに受光用集光手段４の光軸は、少なくともＰＯＦ５から出射される光が存在する角度内に設置すべきである。すなわち、図２において、出射光の存在する灰色部分の範囲に受光用集光手段４の光軸を設定する必要がある。
【００３９】
発光用集光手段２の光軸と、受光用集光手段４の光軸との関係は任意に設計することも不可能ではない。しかし、発光素子１からの光のかなりの部分をＰＯＦ５に入射させ、かつＰＯＦ５からの出射光のかなりの部分を受光素子３に入射させるためには、発光用集光手段２と受光用集光手段４とはある程度の大きさを必要とし、発光用集光手段２の光軸と、受光用集光手段４の光軸との成す角（以下ではθと略記。｜α−β｜に相当。）は、汎用の受光素子や発光素子や反射型フォトセンサ等を使用するには、少なくとも１５度程度以上を要することを見い出した。発光用集光手段２からの光のＰＯＦ５の端面での直接的反射光が、受光用集光手段４に入射しにくくなる好ましい条件として、発光用集光手段２の光軸ないしは受光用集光手段４の光軸をＰＯＦ５の軸９にほぼ一致させた場合において、上記２つの条件を満たす光ファイバ５の開口数は、図６より０．３程度以上となる。
【００４０】
なお、ＰＯＦ５の端面に入射した光はその一部が直接反射されるが、端面部分の凹凸や表面状態により、直截反射光のさらに一部が拡散性の反射になる場合がある。このように拡散性の反射があっても、受光素子３に入射するこれらの不要な光を減じ、かつ受光用集光手段４に入射する光量を増加させるには、発光用集光手段２の光軸と、受光用集光手段４の光軸との成す角θは好ましくは２０度程度以上を要することを見い出した。この場合、ＰＯＦ５の開口数としては、図２より０．４程度以上が好ましい。
一方、開口数が０．７以上になると、ＰＯＦ５から出射する光が広がりすぎて単位立体角当たりの光量が低下するため、受光素子に入射する光量も低下し好ましくない。したがって、開口数としては０．７以下、さらに好ましくは０．６以下に設定する。
【００４１】
図１において、発光素子１からの光のＰＯＦ５の一端８の斜端面において直接反射した光が、発光用集光手段２ないしはその付近方向に反射されるか、ないしはＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線に対し受光用集光手段４とは反対側に反射されるように、発光用集光手段２の光軸を、ＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線方向のプラス・マイナス１０度以内、ないしはＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線方向に対し受光用集光手段４側に、設置している。
【００４２】
図３に、開口角が０．５の時の斜端面角δに対する、出射光の中心軸、斜端面角の法線方向、光ファイバ５中での伝送条件を満たす斜断面への入射光のＰＯＦ５の軸に対する角度α（度）の範囲、および斜断面からの入射光のＰＯＦ５の軸に対する角度β（度）の範囲、を灰色で示す。なお、
｜α（度）−δ（度）｜≧９０、あるいは｜β（度）−δ（度）｜≧９０・・・式（２）の場合は、ＰＯＦ５への入射、あるいはＰＯＦ５からの出射が不可能となる。図７では式（２）の等号の場合を、｜α，β−δ｜＝９０と略記している。
また、９０＞｜α，β−δ｜≧８０の場合には、入射ないしは出射光と斜断面の端面との角度が１０度以下となり、ＰＯＦ５の端面を見込む立体角が極めて狭くなるため、効率的な光の入射および出射光の受光は困難になる。
【００４３】
なお、開口数が０．５以外の場合の斜端面角に対する伝送条件は、図３と類似の傾向を示す。すなわち、出射光の中心軸の上下に存在する入射光・出射光の存在範囲の幅は、斜端面角δが０度では図２での存在範囲の幅に一致し、斜端面角δの絶対値の増大とともに増大する。
【００４４】
図３において、発光用集光手段２の光軸と受光用集光手段４の光軸とが成す角＝θ（度）＝｜α−β｜として、２５度のものを使用したときの、発光用集光手段の光軸がＰＯＦ５の中心軸９ないしは対称平面２２に対して成す角度＝α（度）を黒丸で示し、受光用集光手段の光軸がＰＯＦ５の中心軸９ないしは対称平面２２に対して成す角度＝β（度）を矢印の頂点で示し、黒丸部分にケース番号を付している。
【００４５】
斜端面角δが０の時（すなわち、端面がＰＯＦ５の中心軸に垂直の時）は、図３中のＡ０、Ａ１およびＡ２の設定が可能である。Ａ０およびＡ１は、ともに発光用集光手段の光軸がＰＯＦ５の中心軸付近に設置し、受光用集光手段の光軸を入射光・出射光の存在範囲の限界付近に設置するものである。これらの場合、受光素子に入射される光量が大幅に減じる欠点がある。
一方、Ａ２は、発光用集光手段の光軸を入射光・出射光の存在範囲の限界付近に設置し、受光用集光手段の光軸をＰＯＦ５の中心軸付近に設置するものである。これらの場合、受光素子への光量は増えるが、発光用集光手段の光軸が入射光・出射光の存在範囲の限界付近に設置され、この限界より外側の光軸成分の光部分はＰＯＦ５中を伝送されないため、所定の光量をＰＯＦ５に入射させるためには、発光用集光手段の光軸を高い精度で設置することが必要になりコストアップとなると共にＰＯＦ５中を伝送される光量が低下する欠点がある。
【００４６】
斜端面角δ＝５度付近では、ＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線方向に黒丸を、出射光の中心軸より反法線方向のマイナス２０度に矢印の頂点を有するＢ０ケースは、δ＝０のＡ０ケースに比べ、受光用集光手段の光軸が、出射光の中心軸に近づくため、受光量が増大するが、出射光の中心軸のプラスマイナス１０度以内の部分に受光用集光手段の光軸を設定する場合に比較し低い値を示す。出射光の中心軸より反法線方向に黒丸を設定し出射光の中心軸上に矢印の頂点を有するＢ２のケースでは、入射光のＰＯＦ５の一端８の斜端面での直接的反射光は、ＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線方向１０に対し対称な位置に反射し、受光用集光手段の光軸に対しさらに遠くに離れため、δ＝０のＡ１ケースのＰＯＦ５の中心軸に対称なケース（Ａ２ケースと呼ぶ）に比べ、不要な光を受光する危険性がさらに少なくなる。ただしδ＝０時のＡ２のケースで述べた欠点と同じ欠点を有する。
なお、黒丸をＰＯＦ５の端面８の法線方向１０より反受光素子側に設置し、矢印の頂点を出射光の中心軸に設定するＢ１ケースでは、入射光のＰＯＦ５の一端８の斜端面での直接的反射光が受光用集光手段４の光軸に対し近づくため、好ましくない。
【００４７】
斜端面角δ＝１０度付近では、ＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線方向に黒丸を、出射光の中心軸方向に矢印の頂点を有するＣ０ケースは、δ＝５度のＢ０ケースに比べ、受光用集光手段の光軸が、出射光の中心軸のプラスマイナス１０度以内ないしはその付近となるため、受光量がさらに増大する。
出射光の中心軸より反法線方向に黒丸を設定し出射光の中心軸上に矢印の頂点を有するＣ２のケースは、δ＝５度のＢ２ケースに比べ、不要な光を受光する危険性がさらに少なくなるが、δ＝０時のＡ２のケースで述べた欠点と同じ欠点を有する。
なお、黒丸を光ファイバ５の端面の法線方向より反受光素子側に設置し、矢印の頂点を出射光の中心軸に設定するＣ１ケースでは、入射光のＰＯＦ５の一端８の斜端面での直接的反射光が受光用集光手段の光軸に対し近づくため、Ｂ１ケース同様に好ましくない。
【００４８】
斜端面角δ＝２０度付近では、ＰＯＦ５の一端８の斜端面の法線方向より出射光の中心軸側に黒丸設定し、出射光の中心軸付近に矢印の頂点を設定するＤ１のケースは、入射光のＰＯＦ５の一端８の斜端面での直接的反射光が受光用集光手段の光軸に対しさらに遠くに離れため、δ＝１０度のＣ０ケースに比べ、不要な光を受光する危険性がさらに少なくなる。また、矢印を、出射光の中心軸付近に合わせることができるため、受光量が増大し、ＳＮ比は増大する。
出射光の中心軸より反法線方向に黒丸を設定し出射光の中心軸上に矢印の頂点を有するＤ２のケースは、δ＝０時のＡ２のケースで述べた欠点と同じ欠点を有する。また、発光用集光手段の光軸から斜端面を見込む角度が狭くなる欠点も強くなってくる。
【００４９】
斜端面角δ＝３０度付近では、Ｆ１，Ｆ２のケースはδ＝２０度時のＤ１，Ｄ２のケースと類似の特徴を有する。光ファイバの一端８の端面の法線方向１０に対し出射光の中心軸側に黒丸を設定し、出射光の中心軸付近に矢印の頂点を設定するＤ１のケースは、入射光のＰＯＦ５の一端８の斜端面での直接的反射光が受光用集光手段の光軸に対しさらに遠くに離れため、δ＝２０度のＤ０ケースに比べ、不要な光を受光する危険性がさらに少なくなる。また、矢印を、出射光の中心軸付近に合わせることができるため、受光量が増大し、ＳＮ比は増大する。
なお、θ＝２５度においては、２０度付近≦δ≦３０度付近において、黒丸と矢印とが、ＰＯＦ５の中心軸９に対して対称な位置となるところがある（Ｅ１）。この部分は、発光素子１，発光用集光手段２、受光素子３，受光用集光手段４に対し、実際に光学的設定を行う上で設定しやすい利点がある。
【００５０】
斜端面角δ＝４０度付近のＧ１ケースでは被検出物からＰＯＦ５の他端１３に入射した光はファイバ中を伝送され、ＰＯＦ５の一端８から出射されるが、ＰＯＦ５の一端８の端面が斜めに加工されているため、その出射光は、この斜端面の法線方向から離れる方向に、屈折する。このため、ＰＯＦ５の端面がＰＯＦ５の光軸に垂直な場合に比べ、発光用集光手段２の光軸と受光用集光手段４とのなす角θとして大きくできるため、端面部分の凹凸や表面状態により、直截反射光のさらに一部が拡散性の反射になる場合であっても、受光素子３に入射するこれらの不要な光を大幅に減じることができる。また、受光用集光手段４の光軸は、ＰＯＦ５の一端から出射する出射光の中心軸に一致ないしは近づけることができるため、受光素子に入射する光量を大幅に増加させることができる。このため、さらにＳＮ比が大幅に改善した測定が可能となる利点がある。
ただし、図３にも示している通り、斜断面角のわずかな増減で、ＰＯＦ５の一端８からの出射光の中心軸の位置が大きく変化するため、製品ごとの特性を一定に保つには、斜断面角を精度よく管理することが必要となる。
【００５１】
図３中の斜端面角δは、大きくしすぎるとＰＯＦ５の伝送条件を満たさなくなったり、斜断面角のわずかな増減で出射光の中心軸の位置が大きく変化したり、斜端面の法線方向と光ファイバ５から出射される光の中心軸方向との成す角が必要以上に広くなり斜端面角δの効果が少なくなるため、斜端面角δとしては、５度以上４０度以下、好ましくは１０度以上４０度以下に設定する。
なお、図３において、矢印の位置として、出射光の中心軸に一致させている部分は、出射光の中心軸のプラス・マイナス１０度以内であれば、出射光の中の光量の比較的大きい部分が受光素子３に入力されるため、上記に述べたのと同様な効果が得られる。この場合［００４９］で述べた、黒丸と矢印とが、ＰＯＦ５の中心軸９に対して対称な位置となるδの範囲は、１３度付近≦δ≦３０度付近まで拡大される。
また、図３においては、黒丸と矢印間の角度θとして、２５度の場合を例示しているが、前述したように、１５度以上であれば本発明は適用することができ、好ましくは２０度程度以上であればよい。黒丸と矢印間の角度θが大きすぎると、図２の傾向からも予想される様に、ＰＯＦ５の一端８の斜端面での不要な反射光をできるだけ受光しないようにするために使用できるＰＯＦ５の開口数が大きいものに制限されるため、黒丸と矢印間の角度θは５０度以下で、好ましくは４０度以下とする。
【００５２】
図４に制御装置７の構成例を示す。同期信号発生手段７−２からのパルス信号を受けて発光素子駆動手段７−３にて光素子１を周期的にパルス発光させ、発光用集光手段２によりＰＯＦ５の一端８に光を導入する。ＰＯＦ５中を伝送し、ＰＯＦ５の他端１３から光を放出し、少なくともその一部をＰＯＦ５の該他端１３から再入射し、ＰＯＦ５中を伝送しＰＯＦ５の該一端８から放射し、受光用集光手段４を経由して受光素子３で光を電気に変換する。その信号を信号増幅手段７−４にて増幅後、同期信号発生手段７−２からの変換開始パルス信号によりＡＤ変換手段（アナログーデジタル変換器）７−５にてデジタル信号に変換後、信号処理手段７−１によって信号処理を行って出力信号１２ないしは表示器７−８に出力する。なお、収集したデータは一時記憶手段７−６で記憶する。出力信号１２は、リレー素子などを経由して接点出力とすることもできる。なお、信号処理手段７−１への指示は、スイッチ類やタッチパネル等により入力手段７−７から行う。なお、信号処理手段７−１、同期信号発生手段７−２、ＡＤ変換手段７−５および一時記憶手段７−６などは、処理装置７−９として、市販の汎用マイクロコンピュータ（例えばＰＩＣ等）で代用することもできる。また、ＡＤ変換手段７−５には、必要に応じてサンプル・ホールド回路機能を含ませることができる。また、他の処理用にマイクロコンピュータやデジタル信号処理装置を使用している場合には、当該マイクロコンピュータやデジタル信号処理装置の一部の機能を流用し、図４中の処理装置７−９の機能を行わせることもできる。
【００５３】
一本のファイバを用いる本発明においては、ＰＯＦ５の一端８における端面の状態により、大なり小なり、発光素子１からの発光の一部が、ＰＯＦ５の一端８や他端１３などで反射拡散し、受光素子３に入力される危険性が高い。この一端８の端面を斜断面状に製作することにより、受光素子３に不要な光が入力される危険性を大幅に低減可能であるが、ゼロにすることは困難である。したがって、受光素子３に入力される光量中、光素子１の発光が被検出物６経由で光ファイバ５の他端から光ファイバ５に再入射した光に起因する信号成分と、ＰＯＦ５の一端８や他端１３の端面などで反射・拡散した光に起因する不要な光量およびその他の不要な光量起因分とを、判別する必要がある。
なお、発光光素子１の発光の光ファイバへの導入と、光ファイバからの受光素子３への光の出射を、別の光ファイバないしは別の光ファイバ部分を用いる従来の方式では、ＰＯＦ５の一端８の端面で反射・拡散した光に起因する不要な光の受光は、通常考慮する必要がない。
【００５４】
本発明においては、このＰＯＦ５の一端８や他端１３などの端面で光素子１からの光が反射・拡散したものが、受光素子３に入射する不要な光を把握する必要性が高い。この不要な光は、ＰＯＦ５の一端８や他端１３などの端面の状態などによっても変化するため、適当な周期で計測しその値（以降では、ファイバ端面反射等起因データと略記する）を一時記憶手段７−６に記憶し、通常時には計測データからこのファイバ端面反射等起因データを、まず差し引いた上、以後の信号処理を行うのが好ましい。なお、このファイバ端面反射等起因データには、後述するＰＯＦ口径変換部５−２での反射などを含め、上記で述べたその他の不要な光量起因分も含まれている。
ファイバ端面反射等起因データを計測するタイミングは、被検出体６がＰＯＦ５の他端１３から離れている時に行う。後述する単芯双方向通信システムにおいては、通信を行っていない状態でかつ発光素子が発光している状態で行う。初期状態において、被検出体６がＰＯＦ５の他端１３から離れているケースや、通信を行わないケースにおいては、電源投入直後に行うことができる。また、入力手段７−７中にリセット位置ＴＥＳＴスイッチを設け、被検出体６がＰＯＦ５の他端１３から離れていることを操作者が確認し、ないしは単芯双方向通信システムにおいて通信を行っていないことを操作者が確認し、操作者がこのスイッチを押す時に行ってもよい。
【００５５】
ＰＯＦ５の一端８の端面を斜端面状に製作することにより、受光素子３に入力されるファイバ端面反射等起因の不要な光を大幅に低減可能である。この場合にはＡＤ変換後の値が所定の値以下における複数のデータの値を時間平均し、その値を一時記憶手段７−６に適当な周期で記憶し、その値を上記のファイバ端面反射等起因データとして用いることもできる。
【００５６】
上記のようにして、通常時におけるＡＤ変換後のデータからこのファイバ端面反射等起因データを、まず差し引いた上、しきい値処理を含む以後の信号処理を行えば、信号処理時のデータでは不要な光量に起因する値が排除できるため、被検出体６の有無の２値の計測のみに止まらず、複数階調の多値の判別も可能となる。例えば、被検出体６とＰＯＦ５との相対位置として、直近、少し近い、少し遠い、遠い、の４段階等、３値ないしはそれ以上の多値の判定が可能となる。
【００５７】
また、発光スペクトルの異なる（例えば、赤色、緑色、青色等）複数の発光素子１とこれらとそれぞれ複数本のＰＯＦ５および複数個の受光素子３を組合せることにより、被検出体６の色情報の検出も可能となる。この場合簡単には、図４のシステムを複数個揃えれば構成できる。制御装置７中の点線で囲った部分はアナログマルチプレクサ付の１個のマイクロコンピュータにて順次処理することも可能であり、入力手段７−７や表示手段７−８も一組ですませられる。３色の発光に対し、それぞれ３値ないしはそれ以上の多値の判定を行う場合、１０色を超える色の判別が可能である。
なお、発光スペクトルの異なる複数の発光素子が一つの発光素子１として集積されているものを用い、受光スペクトルの異なる複数の受光素子が一つの受光素子３として集積されているものを用いれば、単一のＰＯＦ５のみを用いた極めてシンプルな構成で、被検出体６の色情報の検出も可能となる。また、発光スペクトルの異なる複数の発光素子が一つの発光素子１として集積されているものを用い、発光素子１中に内蔵する複数の発光素子を時分割で点灯させ、受光スペクトルの広い単一の受光素子３用いて発光に同期して色情報の検出を行う場合においても、単一のＰＯＦ５のみを用いた極めてシンプルな構成で、被検出体６の色情報の検出も可能となる。
【００５８】
なお、３値ないしはそれ以上の多値の判定を行う場合には、白色の被検出体を用いて、受光素子３への最大光量の校正を行うのが好ましい。実際には、反射率の高い白色の被検出体を、ＰＯＦ５の他端付近に設置し、入力手段７−７中に設けた最大光量校正ボタンを押すことにより、このとき受光素子３に入射する光の信号を信号増幅手段７−４を経由してＡＤ変換し、このときの値から前記のファイバ端面反射等起因データを差し引き、制御部７内の一時記憶手段７−６に最大光量信号として記憶する。ゼロと最大光量信号の値との間を３値ないしはそれ以上の領域に分ける。３値の場合は、反射無領域、反射小領域、反射中領域および反射大領域に区分する。この区分は等間隔でもよいし、反射光の弱い部分を狭く、強い部分を広くして人間の目の感覚に合わせるなどを行ってもよい。
【００５９】
これまで、図１においては、ＰＯＦ５を直線状に配置しているが、ＰＯＦ５中の伝送条件が大幅に変化しない範囲で、屈曲しても、本発明は同様に適用できることはもちろんである。なお、ＰＯＦ５の他端１３における光の放射方向と被検出体６の位置が交差しない場合には、ＰＯＦ５の他端１３部分に、光の放射方向を変化させる光アダプタ１４（図示しない）を用いても、本発明は同様に適用できる。なお、光アダプタ１４としては、曲がり形状のファイバや反射ミラーやプリズムなどを用いることができる。
【００６０】
また、後述する口径変換手段と同様な方法により、口径の小さいＰＯＦに変換し、ＰＯＦ５の他端１３付近の口径を絞り、ＰＯＦ５の他端１３から出射される出射光の領域を狭い範囲に制限し、位置精度の良い移動体検出用の光送受信システムを構成することもできる。
【００６１】
図５に他の実施例を示す。これまで、ＰＯＦ５として、単一の直径を有するＰＯＦ５を用いる場合を述べてきたが、何らこれに限定するものではない、図５に示すように、端面が斜めに加工された、比較的大きい直径（例えば、直径が１．８ｍｍ−５ｍｍ）のＰＯＦ部分５−１と、細い直径（例えば、０．２ｍｍ−１．５ｍｍ）のＰＯＦ部分５−３と、その間に位置する直径が変化するＰＯＦ口径変換部５−２とからなっている。
【００６２】
図５において、発光素子１、受光素子２、発光用集光手段２および受光用集光手段４は、一体化された反射型フォトセンサ１１に構成されたものを使用する場合につき示している。一体化された反射型フォトセンサ１１は、市販品もあり、低コストでかつ品質がそろっている利点がある。
また、一体化された反射型フォトセンサ１１部分と、ＰＯＦ５−１の一端８付近は、遮光手段１６を設置し、外部光が受光素子３やＰＯＦ５−１の端面に入射しないよう構成している。なお、遮光手段１６の内面は、艶消しの黒色塗料などを塗布し、不要な反射が生じない構成するのが好ましい。
また、図５では、ＰＯＦ５の一端８の斜端面は、斜断面角δ＝１０−４０度、好ましくは１５度−３０度で、斜めに加工されている。ＰＯＦ５の中心軸９ないしは対称平面２２と、発光用集光手段２の光軸と成す角αは、＋５度ないしは＋３０度（好ましくは＋５度ないしは＋２０度）に設定し、ＰＯＦ５の中心軸９ないしは対称平面２２と、受光用集光手段４の光軸と成す角βは、−５度ないしは−３０度（好ましくは−１０度ないしは−２０度）に設定している。
なお、図３でも述べたように、斜断面角δを、使用する一体化された反射型フォトセンサ１１に合わせて、１３度−３０度程度の適当な値に設定すれば、上記の角度αとβは、符号が逆でほぼ同じ絶対値にすることができるため、光学的設定も容易になる利点がある。
【００６３】
発光素子１や受光素子３との間で、集光手段２や４を介して光の入出力を行う、ＰＯＦ５の端部８では、図２に示したように、ある程度以上の開口数のファイバを使用するほうが、効率のよい光の入出力ができる。また、比較的大きい直径（例えば、直径が１．８ｍｍ−５ｍｍ）のＰＯＦ５−１を用いる方が、少々光軸がずれても、効率よくＰＯＦ５への光の入射が可能で、ＰＯＦ５の一端８からの出射光も大きく変化せずに受光可能である。しかし、ファイバの直径が太くなると、柔軟性が悪くなり、曲げ半径も大きくなる欠点がある。
一方、反射光の変化を検出したいＰＯＦ５の他端１３は、設置するスペースが狭かったり、小さい光ファイバの曲げ半径を要する場合がしばしば生じ、ＰＯＦ５の他端１３付近の直径は、細い方が好ましい場合が多い。このような場合には、図５に示したように、ＰＯＦ５の途中にＰＯＦ口径変換部５−２のように、ＰＯＦ５の直径を漸次変化させる部分を設ければよい。
【００６４】
ＰＯＦ口径変換部５−２は、比較的太い直径の光ファイバを回転させながら、その周囲から熱を加えつつ、徐々に引っ張ることにより得ることができる。あるいは、比較的太い直径の光ファイバの先端付近を図５のＰＯＦ口径変換部５−２に示すテーパ形状になるように機械加工し、その先端を細い直径の光ファイバと接着させてもよい。なお、この場合には、接着剤として、固着後ＰＯＦのコアに近い屈折率となるものを用いることが望ましく、機械加工した部分は前もって透明フッ素樹脂の低屈折率樹脂などで単層ないしは複数層のコーティングを行い、薄い単層ないしは複数層のクラッド層を形成しておくのが望ましい。
【００６５】
ＰＯＦ口径変換部５−２としては、特開２００１−３５００３７号公報に記載ないしは引用されているような、レンズないしはレンズ作用を有する物質の使用、ないしは大口径側のＰＯＦ５の端面を凸状に加工すること、などによりＰＯＦ５の口径変換を効率よく行う方法を用いることもできる。
【００６６】
なお、いずれのＰＯＦ口径変換部５−２を用いても、ＰＯＦ口径変換部５−２ではいくばくかの反射成分が生じその一部はＰＯＦ５を逆に伝送し、ＰＯＦ５の一端８から出射し、受光素子３にて不要光として検知される。このため、ＰＯＦ口径変換部５−２を使用する場合には、制御装置７内にて、図４に関連して述べたファイバ端面反射等起因データの信号処理が必須となる。
【００６７】
図５において、発光素子１からの光は、発光用集光手段２を適切に設計しＰＯＦ５の斜端面８の一部分だけに集光させることにより、ＰＯＦ５の端面のエッジ部分や遮光手段１６を照射してそれらの不要な反射光が、受光素子４に入射されるのを回避ないしは大幅に低減することができる。なお、集光手段２とＰＯＦ５との間で、発光素子１からの光を制限させる様に後述するような遮光体１９を設け、発光素子１からの光が受光素子３側のＰＯＦ５の端面のエッジ等を照射しない様に構成し、上記不要な反射光を光受光素子４に入射させないように構成することもできる。
【００６８】
図６に、ＰＯＦ５の両端部分に、ともに、一体化反射型フォトセンサ１１ａおよび１１ｂを設置し、制御装置７ａおよび７ｂを介してパソコン１７ａおよび１７ｂ間でデータ通信を行う光送受信システムの他の実施例を示す。電気通信路１２ａおよび１２ｂは、低速のＲＳ−２３２Ｃ規格の通信や、より高速の全２重通信にも対応させることもできる。
第１のパソコン１７ａから発信された信号は、制御装置７ａを経由して、発光素子１ａを駆動する。その光は発行用集光手段２ａを介して、ＰＯＦ５の一端に入射される。その入射光は、光ファイバ５中を伝搬し、光ファイバ５の他端から出射され、受光用集光手段４ｂを経由して受光素子３ｂに入射し、電気信号に変換されて、制御装置７ｂと電気通信路１２ｂを経由して、第２のパソコン１７ｂに入力される。
同様に、第２のパソコン１７ｂから発信された信号は、上記と逆のルートをたどって、第１のパソコン１７ａに入力される。ＰＯＦ５中では、右に伝搬する波と、左へ伝搬する波が共存するが、基本的には、両方向の光間では、干渉等は生じない。
図６においては、ＰＯＦ５部分に口径変換部５−２ａ、５−２ｂを設け、ＰＯＦ５の主要部分の口径を細くし柔軟性を良くした単芯双方向通信の光送受信システム２１を示す。
なお、発光素子１ａ，１ｂの発光波長を異ならせ、発光素子１ａの光は通すが発光素子１ｂの光は通さない光学フィルタを受光素子３ｂないしはその集光手段４ｂの前面に設置し、発光素子１ｂの光は通すが発光素子１ａの光は通さない光学フィルタを受光素子３ａないしはその集光手段４ａの前面に設置することにより、ＰＯＦ５の端面やエッジあるいは遮光手段１６経由での不要光の受光素子３への漏れ込みの悪影響を低減することもできる。
【００６９】
図６において、ＰＯＦ５の部分に、光コネクタ１５を用いてで着脱割可能にすることもできる。図６においては、口径の大きいＰＯＦ部分である５−１ａや５−１ｂ部分に光コネクタ１５ａや１５ｂ（図示せず）を設置するのが、光コネクタの接合精度をあまり必要とせずに所望の結合特性が得られるためコストと性能の点で好ましい。
【００７０】
図７は、ＰＯＦ５の一端８を、複数個の端面で構成する光送受信装置２０の例を示す。受光用集光手段４と対面する端面（第１の端面部分）の斜端面角δをプラスに設定し、発光用集光手段２と対面する端面（第２の端面部分）の斜端面角δ‘（図７参照）を０ないしはマイナスに設定し、ＰＯＦ５からの出射光を効率よく検知し、ＰＯＦ５への入射効率を改善すると共に、発光素子１からの不要光が、受光素子３に入射されないように構成している。
この場合、図１でも述べたと同様に、ＰＯＦ５の一端８の斜端面から出射される出射光の中心軸は、ＰＯＦ５の中心軸９に対し、上記のＰ側に曲がるため、受光用集光手段４の光軸を出射光の中心軸付近（プラスマイナス１０度以内）に設置することにより、効率よく出射光を検出できると共に、対称平面２２に対して受光用集光手段４の光軸とは反対側で、かつＰＯＦ５中の伝送条件を満たす入射可能範囲に発光用集光手段２の光軸を設置できるため、発光素子１、発光用集光手段２、受光素子３、受光用集光手段４の設置が容易となり、市販の一体化反射型フォトセンサの使用も可能となる利点がある。
一体化反射型フォトセンサ１１中の発光用集光手段２と受光用集光手段４との中心間距離が、ＰＯＦ５の一端８でのＰＯＦの直径と比べ同等ないしはより広い場合には、受光用集光手段４と対面する端面（第１の端面部分）の斜端面角δをプラスに設定し、発光用集光手段２と対面する端面（第２の端面部分）の斜端面角δ‘（図７参照）を０ないしはマイナスに設定し、ＰＯＦ５への入射光や光ファイバ５からの出射光を効率よく一体化反射型フォトセンサ１１に入出力するように構成している。
発光素子１からの光によるＰＯＦ５の端面や遮光手段１６等での不要な反射光による受光素子３への不要な光の入射を極力避けるために、第１の端面部分と第２の端面部分との境界部分と一体化反射型フォトセンサ１１との間に、遮光体１９を設けている。また、第１の端面部分と第２の端面部分との境界部分の端面部分に空隙１８を設けることにより、この境界部分を介した不要光を大幅に低減できる。
このことにより、発光素子１からの光によるＰＯＦ５の一端８での不要な反射光が受光素子３に入射される危険性を大幅に低減することができると共に、発光用集光手段２の光軸の設置可能範囲を大幅に増加させることができる。すなわち図４における、ファイバ端面の法線方向近より受光素子側に、発光素子を設置する制限の必要がなくなる。
【００７１】
ＰＯＦ５の長さ方向の外形線と第一の端面部分および第二の端面部分の最鋭角部をＰおよびＰ‘で示している。
第一の端面部分の最鋭角部であるＰからＰＯＦ５の中心軸に下ろした垂線に垂直であり、かつＰＯＦ５の中心軸を含む平面、すなわち図７でＰＯＦ５の中心軸を通り紙面に垂直な平面を、図１と同様に対称平面２２と呼ぶ。
【００７２】
図８に、図７に対する、ＰＯＦ５中での伝送条件を満たす、出射光の範囲と入射光の可能範囲を示す。なお、図８中の黒丸と矢印は、図３の説明のため用いたものをそのまま併記している。
図８中縦軸が負の部分は、ＰＯＦ５の一端８の第一の端面からの出射光の範囲を示し、この範囲は図３の下半分に相当している。
図８中縦軸が正の部分は、ＰＯＦ５の一端８の第二の端面部分への入射光の可能範囲を示す。この場合には、第一の端面の斜断面角（δ）には無関係となり、第二の端面の斜断面角（δ‘）にのみ依存する。δ‘＝０のときはβの上限は約３０度、δ‘＝１０度の時はβの上限は約３７度、であり、第二の端面の斜断面角（δ‘）が増大するとともに、βの上限も増大する。
また、発光素子１からの光がＰＯＦ５の一端８の第二端面に入射し、端面での反射成分が生じても、遮光手段１９にて遮光されて、受光素子３には入力されないため、図３のＢ１やＣ１のケースに対しても、ＳＮ比の高い信号を受信できる利点がある。
【符号の説明】
【００７３】
１：発光素子、２：発光用集光手段、２’：発光用コリメータレンズ、
３：受光素子、４：受光用集光手段、４’：受光用コリメータレンズ、
５：ＰＯＦ、６：被検出体、７：制御装置、８：ＰＯＦの一端、
９：ＰＯＦの中心軸、１０：ＰＯＦの一端の端面の法線、１１：一体化反射型フォトセンサ、１２：制御装置の出力信号、１３：ＰＯＦの他端、１４：光アダプタ、１５：光コネクタ、１６：遮光手段、１７：パソコン、１８：空隙、１９：遮光体、２０：光送受信装置、２１：光送受信システム、２２：対称平面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口数が０．４以上０．６以下でコア部の口径が１．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の部分を有する一本のＰＯＦの一端の少なくとも一部を、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面から１０度以上４０度以下の角度を有する斜端面で構成し、該ＰＯＦの中心軸に平行な該ＰＯＦの外形線と該斜端面との最鋭角部分からＰＯＦの中心軸におろした垂線に垂直でかつＰＯＦの中心軸を含む平面に対して、該最鋭角部分側に受光素子および受光用集光手段の光軸を、該最鋭角部分とは反対側に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、発光素子からの光の少なくとも一部をＰＯＦに入射するとともに、ＰＯＦからの出射光を受光用集光手段を経由して受光素子で検知し、その出力をＡＤ変換器を経由し、しきい値処理を有する信号処理装置に入力し、信号処理後に信号処理装置から出力することを特徴とする一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項２】
受光用集光手段の光軸を、該ＰＯＦの該斜端面から出射する光の中心軸のプラス・マイナス１０度以内に設置し、発光用集光手段の光軸を、該ＰＯＦ中の光伝送条件を満たす範囲内でかつ該発光用集光手段からの該ＰＯＦの該一端の切断面における直接的な反射光が受光用集光手段に入射しない位置に設置することを特徴とする、請求項１に記載の一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項３】
発光用集光手段の光軸を、該ＰＯＦの該斜端面の法線の方向のプラス・マイナス１０度以内ないしは該ＰＯＦの該斜端面の法線の方向に対し受光用集光手段側に設置し、受光用集光手段の光軸を、該光ファイバの該一端から出射する光の存在する範囲内に設置することを特徴とする請求項１および請求項２に記載の一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項４】
一本のＰＯＦの一端の一部を、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面から１０度以上４０度以下の角度を有する第一の斜端面で構成し、該ＰＯＦの中心軸に平行な該ＰＯＦの外形線と該第一の斜端面との最鋭角部分からＰＯＦの中心軸におろした垂線に垂直でかつＰＯＦの中心軸を含む平面に対して、該最鋭角部分側に受光素子および受光用集光手段の光軸を、該最鋭角部分とは反対側に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、該ＰＯＦの中心軸に垂直な平面に対して第一の斜端面とは逆向きの角度を有する第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な端面を構成し、第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な該端面と第一の斜端面との境界付近に遮光体を設置し、発光素子からの光の少なくとも一部を第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な該端面を経由してＰＯＦに入射するとともに、該ＰＯＦの第一の斜端面からの出射光を受光用集光手段を経由して受光素子で検知することを特徴とする請求項１に記載の一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項５】
発光素子、発光用集光手段、受光素子、および受光用集光手段を一体化したものを用いることを特徴とする、請求項１および請求項４に記載の一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項６】
電源投入直後ないしは、所定の操作時の受光量信号を記憶し、通常時には、受光量信号から当該記憶受光量信号を差し引いた後、しきい値処理を含む信号処理を行う信号処理装置を用いることを特徴とする、請求項１および請求項４に記載の一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項７】
受光量信号が所定値以下の時の受光量を平均化して記憶し、通常時には、受光量信号から当該記憶受光量信号を差し引いた後、しきい値処理を含む信号処理を行うことを特徴とする、請求項１および請求項４に記載の一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項８】
一本のＰＯＦの一端付近に、発光素子と発光用集光手段と受光素子と受光用集光手段を配置し、該ＰＯＦの他端から出射した光を被検出体に照射した後再度該ＰＯＦに入射する様に配置してなる光送受信システムであって、
開口数が０．４以上０．６以下でコア部の口径が１．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の部分を有する該ＰＯＦの一端の少なくとも一部を、該ＰＯＦの中心軸に垂直な平面から１０度以上４０度以下の角度を有する斜端面で構成し、当該斜端面と該ＰＯＦの中心軸に平行な該ＰＯＦの外形線との最鋭角部分から該ＰＯＦの中心軸におろした垂線に垂直でかつ該ＰＯＦの中心軸を含む平面に対して、該最鋭角部分側に受光素子および受光用集光手段の光軸を、該最鋭角部分とは反対側に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、発光素子からの光の少なくとも一部を該ＰＯＦに入射するとともに該ＰＯＦからの出射光を受光用集光手段を経由して受光素子で検知し、その出力をＡＤ変換器を経由し、しきい値処理を有する信号処理装置に入力し、信号処理後に信号処理装置から出力することを特徴とする一本のＰＯＦを用いた光送受信システム。
【請求項９】
一本のＰＯＦの一端付近に、第一の発光素子と第一の発光用集光手段と第一の受光素子と第一の受光用集光手段を配置し、該ＰＯＦの他端付近に、第二の発光素子と第二の発光用集光手段と第二の受光素子と第二の受光用集光手段を配置し単芯双方向通信を行う光送受信システムであって、
開口数が０．４以上０．６以下でコア部の口径が１．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の部分を有する該ＰＯＦの一端および他端のそれぞれの少なくとも一部を、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面から１０度以上４０度以下の角度を有する斜端面で構成し、当該斜端面と該ＰＯＦの中心軸に平行な該ＰＯＦの外形線との最鋭角部分からＰＯＦの中心軸におろした垂線に垂直でかつＰＯＦの中心軸を含む平面に対して、該最鋭角部分側に受光素子および受光用集光手段の光軸を、該最鋭角部分とは反対側に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、発光素子からの光の少なくとも一部を該ＰＯＦに入射するとともに、ＰＯＦからの出射光を該受光用集光手段を経由して受光素子で検知し、その出力をＡＤ変換器を経由し、しきい値処理を有する信号処理装置に入力し、信号処理後に信号処理装置から出力することを特徴とする一本のＰＯＦを用いた光送受信システム。
【請求項１０】
一本のＰＯＦ中に、口径変換手段で結合されたコア部の口径が１．５ｍｍ以下の口径を有するＰＯＦ部分を有し、電源投入直後ないしは、所定の操作時の受光量信号を記憶し、通常時には、受光量信号から当該記憶受光量信号を差し引いた後、しきい値処理を含む信号処理を行う信号処理装置を有することを特徴とする、請求項８および請求項９に記載の光送受信システム
【請求項１１】
一本のＰＯＦの途中に１個もしくは複数個の脱着可能な光接続部を有することを特徴とする請求項９記載の光送受信システム。
【請求項１】
開口数が０．４以上０．６以下でコア部の口径が１．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の部分を有する一本のＰＯＦの一端の少なくとも一部を、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面から１０度以上４０度以下の角度を有する斜端面で構成し、該ＰＯＦの中心軸に平行な該ＰＯＦの外形線と該斜端面との最鋭角部分からＰＯＦの中心軸におろした垂線に垂直でかつＰＯＦの中心軸を含む平面に対して、該最鋭角部分側に受光素子および受光用集光手段の光軸を、該最鋭角部分とは反対側に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、発光素子からの光の少なくとも一部をＰＯＦに入射するとともに、ＰＯＦからの出射光を受光用集光手段を経由して受光素子で検知し、その出力をＡＤ変換器を経由し、しきい値処理を有する信号処理装置に入力し、信号処理後に信号処理装置から出力することを特徴とする一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項２】
受光用集光手段の光軸を、該ＰＯＦの該斜端面から出射する光の中心軸のプラス・マイナス１０度以内に設置し、発光用集光手段の光軸を、該ＰＯＦ中の光伝送条件を満たす範囲内でかつ該発光用集光手段からの該ＰＯＦの該一端の切断面における直接的な反射光が受光用集光手段に入射しない位置に設置することを特徴とする、請求項１に記載の一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項３】
発光用集光手段の光軸を、該ＰＯＦの該斜端面の法線の方向のプラス・マイナス１０度以内ないしは該ＰＯＦの該斜端面の法線の方向に対し受光用集光手段側に設置し、受光用集光手段の光軸を、該光ファイバの該一端から出射する光の存在する範囲内に設置することを特徴とする請求項１および請求項２に記載の一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項４】
一本のＰＯＦの一端の一部を、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面から１０度以上４０度以下の角度を有する第一の斜端面で構成し、該ＰＯＦの中心軸に平行な該ＰＯＦの外形線と該第一の斜端面との最鋭角部分からＰＯＦの中心軸におろした垂線に垂直でかつＰＯＦの中心軸を含む平面に対して、該最鋭角部分側に受光素子および受光用集光手段の光軸を、該最鋭角部分とは反対側に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、該ＰＯＦの中心軸に垂直な平面に対して第一の斜端面とは逆向きの角度を有する第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な端面を構成し、第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な該端面と第一の斜端面との境界付近に遮光体を設置し、発光素子からの光の少なくとも一部を第二の斜端面ないしは該ＰＯＦの中心軸に垂直な該端面を経由してＰＯＦに入射するとともに、該ＰＯＦの第一の斜端面からの出射光を受光用集光手段を経由して受光素子で検知することを特徴とする請求項１に記載の一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項５】
発光素子、発光用集光手段、受光素子、および受光用集光手段を一体化したものを用いることを特徴とする、請求項１および請求項４に記載の一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項６】
電源投入直後ないしは、所定の操作時の受光量信号を記憶し、通常時には、受光量信号から当該記憶受光量信号を差し引いた後、しきい値処理を含む信号処理を行う信号処理装置を用いることを特徴とする、請求項１および請求項４に記載の一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項７】
受光量信号が所定値以下の時の受光量を平均化して記憶し、通常時には、受光量信号から当該記憶受光量信号を差し引いた後、しきい値処理を含む信号処理を行うことを特徴とする、請求項１および請求項４に記載の一本のＰＯＦを用いた光送受信装置。
【請求項８】
一本のＰＯＦの一端付近に、発光素子と発光用集光手段と受光素子と受光用集光手段を配置し、該ＰＯＦの他端から出射した光を被検出体に照射した後再度該ＰＯＦに入射する様に配置してなる光送受信システムであって、
開口数が０．４以上０．６以下でコア部の口径が１．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の部分を有する該ＰＯＦの一端の少なくとも一部を、該ＰＯＦの中心軸に垂直な平面から１０度以上４０度以下の角度を有する斜端面で構成し、当該斜端面と該ＰＯＦの中心軸に平行な該ＰＯＦの外形線との最鋭角部分から該ＰＯＦの中心軸におろした垂線に垂直でかつ該ＰＯＦの中心軸を含む平面に対して、該最鋭角部分側に受光素子および受光用集光手段の光軸を、該最鋭角部分とは反対側に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、発光素子からの光の少なくとも一部を該ＰＯＦに入射するとともに該ＰＯＦからの出射光を受光用集光手段を経由して受光素子で検知し、その出力をＡＤ変換器を経由し、しきい値処理を有する信号処理装置に入力し、信号処理後に信号処理装置から出力することを特徴とする一本のＰＯＦを用いた光送受信システム。
【請求項９】
一本のＰＯＦの一端付近に、第一の発光素子と第一の発光用集光手段と第一の受光素子と第一の受光用集光手段を配置し、該ＰＯＦの他端付近に、第二の発光素子と第二の発光用集光手段と第二の受光素子と第二の受光用集光手段を配置し単芯双方向通信を行う光送受信システムであって、
開口数が０．４以上０．６以下でコア部の口径が１．８ｍｍ以上５ｍｍ以下の部分を有する該ＰＯＦの一端および他端のそれぞれの少なくとも一部を、ＰＯＦの中心軸に垂直な平面から１０度以上４０度以下の角度を有する斜端面で構成し、当該斜端面と該ＰＯＦの中心軸に平行な該ＰＯＦの外形線との最鋭角部分からＰＯＦの中心軸におろした垂線に垂直でかつＰＯＦの中心軸を含む平面に対して、該最鋭角部分側に受光素子および受光用集光手段の光軸を、該最鋭角部分とは反対側に発光素子および発光用集光手段の光軸を配置し、発光素子からの光の少なくとも一部を該ＰＯＦに入射するとともに、ＰＯＦからの出射光を該受光用集光手段を経由して受光素子で検知し、その出力をＡＤ変換器を経由し、しきい値処理を有する信号処理装置に入力し、信号処理後に信号処理装置から出力することを特徴とする一本のＰＯＦを用いた光送受信システム。
【請求項１０】
一本のＰＯＦ中に、口径変換手段で結合されたコア部の口径が１．５ｍｍ以下の口径を有するＰＯＦ部分を有し、電源投入直後ないしは、所定の操作時の受光量信号を記憶し、通常時には、受光量信号から当該記憶受光量信号を差し引いた後、しきい値処理を含む信号処理を行う信号処理装置を有することを特徴とする、請求項８および請求項９に記載の光送受信システム
【請求項１１】
一本のＰＯＦの途中に１個もしくは複数個の脱着可能な光接続部を有することを特徴とする請求項９記載の光送受信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１５０２８７（Ｐ２０１１−１５０２８７Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３４０２４（Ｐ２０１０−２３４０２４）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]